JP2007143143A - マルチキャリア無線通信システムにおけるチャネル品質情報を送る方法ならびに対応するユーザ端末および基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の直交周波数サブキャリアを有するマルチキャリア無線通信システムの基地局でチャネル品質情報を獲得する方法を提供する。
【解決手段】本発明によれば、この方法は、ユーザ端末で前記マルチキャリア無線通信チャネルのチャネル周波数応答を測定するステップと、既定のオーバーサンプリング因子で周波数領域において表される前記チャネル周波数応答のサンプルを抽出するステップと、前記サンプルを、前記ユーザ端末から前記基地局へ信号チャネルを介して送るステップと、時間領域で受信サンプルに窓掛け処理を実施するステップと、窓掛け処理の後、前記受信サンプルの周波数領域表現で前記サブキャリアのそれぞれについてチャネル品質情報を決定するステップとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、参照によって本明細書に組み込まれる優先出願の欧州特許出願第０５３００９２２．１号に基づく。

本発明は、マルチキャリアシステムにおけるフィードバックチャネルの使用を最適化する方法に関する。

かかるマルチキャリアシステムは、多くの場合、マルチキャリア伝送技術としてＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、直交周波数分割多重）を実装している。ＯＦＤＭは、例えば５ＧＨｚ帯のＨＩＰＥＲＬＡＮ／２標準ならびにＩＥＥＥ８０２．１１標準の拡張規格で使用される。ＯＦＤＭは、また、高速移動体アプリケーションの実用にかなう選択肢を提供することができ、したがって、次世代の移動体無線システムすなわち第４世代エアインターフェースへの重要な一歩を呈する。この点で、高速ブロードバンド無線移動体通信システムの標準化のための３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ、第３世代パートナーシッププロジェクト）は、このところ、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）とユーザ端末（ＵＥ）との間でのＨＳＤＰＡ（ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｄａｔａ ｐａｃｋｅｔ ａｃｃｅｓｓ、高速データパケットアクセス）エアインターフェース通信へのＯＦＤＭ技術の適用を検討している。

ＯＦＤＭ伝送システムのようなマルチキャリアシステムでは、伝送データが、いくつかの並列データストリームに分割され、各並列データストリームが、個々のサブキャリアを変調するのに使用される。言い換えると、ブロードバンド無線チャネルが、複数の狭帯域のサブチャネルまたはサブキャリアに分割され、１サブキャリアにつきより高いデータ転送速度を可能にする、例えば、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、あるいはさらに高い変調オーダー（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ）で別々に変調される。

かかるＯＦＤＭシステムでは、サブキャリア周波数が、短期間を基準に（例えば、すべて２ｍｓ）ユーザチャネルに割り振られてよく、各ユーザへの伝送チャネルを規定するサブキャリアごとの変調オーダーが、同一の短期間を基準に更新されるべきである。

かかるマルチキャリアシステムで非常に重要となるタスクは、異なるユーザに効率的なサブキャリア／変調割振りを行うことである。このことは、マルチキャリアシステムの性能を最適化し拡張するために必要である。

一方で、各ユーザに最適なサブキャリアを選択することは、マルチパス無線チャネルを伴う移動体環境では、一定のユーザから見ると、一部のサブキャリアが、非常に強いチャネル減衰を受け得ることを考慮すべきである。かかるサブキャリアは、そのユーザに割り振られても、フェージングのせいで役に立たないはずである。一方、これらのサブキャリアが、別のユーザには良い品質で受信されることがある。

他方で、あるユーザに対して最適なサブキャリアが識別されるとき、これらのサブキャリアで使用されるべき最適な変調が、適切に選択されるべきである。受信器での信号対雑音比（ＳＮＲ）が、復調を可能とするに足りるほど高い場合にだけ、より高い変調オーダーが使用されてよい。

この最適化のすべては、それぞれ変調選択に対して、リソース割振りの責任を負うネットワークエンティティ（例えば基地局またはＮｏｄｅ Ｂ）が、異なるユーザ装置（ＵＥ）で実施される品質測定を処理するように、フィードバックチャネルにおける信号／測定情報の交換が必要である。

ＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ、高速ダウンリンクパケットアクセス）システムでは、１つのチャネル品質測定だけが、ユーザ端末から基地局へ伝送される。このチャネル品質情報ＣＱＩは、３ＧＰＰ標準の３ＧＰＰ ２５．２１４および３ＧＰＰ ２５．２１１で規定されている。しかし、このチャネル品質情報は、マルチチャネルシステムには十分に正確なわけではない。

理想的な例では、各ユーザ端末が、サブキャリアごとにチャネル品質測定を行い、それをフィードバックチャネルでＮｏｄｅ Ｂへ報告すべきである。欠点は、とりわけ数千にもおよぶサブキャリアを有するマルチキャリアシステムの場合に、このことが、膨大な量の信号情報（数Ｍｂｉｔｓ）を呈することになることである。

本発明の特定の目的は、フィードバック情報の量が、低減されながらも、ともあれマルチキャリアシステムで効率的なリソース割振りを実施するのに十分であるように、より効率的なやり方でチャネル品質に関するフィードバック情報を送る方法を提供することである。

本発明の他の目的は、対応するユーザ端末および基地局を提供することである。

これらの目的および以下に明らかになる他の目的は、請求項１によるマルチキャリア無線通信システムにおけるチャネル品質情報を獲得する方法、請求項８によるユーザ端末、および請求項９による基地局によって達成される。

本発明によれば、無線チャネルのチャネル周波数応答（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）についての詳細な信頼できるチャネル品質情報が、基地局で収集される。チャネル品質情報は、ユーザ端末によって圧縮され、冗長性を付加して、フィードバックチャネルを介して基地局へ送られる。基地局は、この情報を復号し、冗長性を利用して再構築による誤差を最小化し、ユーザ端末で測定されたとおりの忠実なチャネル周波数応答を再構築する。次いで、このチャネル周波数応答の表現が、周波数領域に変換されて、マルチチャネルシステムを構成する、異なるサブチャネルについてのチャネル品質指標（ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を推定する。

本発明による方法は、フィードバック信号チャネルでの信号負荷を低減するという利点を呈するとともに、きわめて精細な周波数分解能をもつ。このことが、ネットワークのスループット増加につながる効率的なリソース割振りをもたらす。

本発明の他の有利な特徴は、従属請求項で規定される。

本発明の他の特徴および利点は、限定するものでない例示により与えられる好ましい実施形態についての以下の説明を読むことで、また添付の図面から明らかになる。

図１は、ダウンリンクでマルチキャリア伝送を、アップリンクでフィードバック信号チャネルを使用するネットワークを示す。ユーザ端末１１が、基地局１２からのダウンリンクで、複数のサブキャリア１３を介してマルチキャリア周波数信号を受信している。アップリンクでは、ユーザ端末１１が、フィードバック信号チャネル１４で基地局１２に信号情報を送る。

マルチキャリアネットワークは、ユーザ端末１１に割り振られる、２５６、５１２、あるいは数千におよぶサブキャリアを含んでよい。ダウンリンクで基地局１２から受け取る高スループットに合わせるために、各ユーザ端末１１に、いくつかのサブキャリア１３が割り振られるのが好ましい。サブキャリアが、互いに直交する（すなわち一方のサブキャリアで伝送されるデータが、他方のサブキャリアで送られるデータに干渉を起すことがない）ように、サブキャリア間の周波数分離が選択される。

フィードバックチャネル１４は、有利には、ＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ、高速ダウンリンクパケットアクセス）規格に従って実装されてよく、本発明によるチャネル品質情報が、ユーザ端末１１から基地局１２へ、約１５００ｂｉｔ／ｓの容量を有するＨＳ−ＤＰＣＣＨ（Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ、高速専用物理制御チャネル）を介して送られる。

図２は、ユーザ端末１１と基地局１２との間での通信、ならびに本発明に従って実施されるステップを表す流れ図である。

ステップ２１で、基地局１２が、本発明による方法を実施するのに使用されるべきパラメータをユーザ端末１１に知らせる。これらのパラメータは、以下のように扱われる。

ステップ２２で、ユーザ端末１１が、フィードバック信号チャネルで基地局１２へ送られるべきチャネル周波数応答情報を生成するために、図３に関して詳細に説明されるステップ３１〜３３を実施する。

ステップ２３で、ユーザ端末が、フィードバックチャネルを介してチャネル周波数応答情報を送る。

ステップ２４で、基地局１２が、マルチキャリアシステムの全サブキャリアの信頼できるチャネル品質情報を獲得するために、図３に関して詳細に説明されるステップ３４、３４１〜３４３、および３５を実施する。

ステップ２２〜２４が、チャネル品質の変更を追跡するために、一定の時間間隔で繰り返される。

次いで、基地局１２が、新しいチャネル状態に対して新しいパラメータがよりよく適合するであろうことを検出すると、方法が最初から始まる。

図３は、ユーザ端末１１および基地局１２で実施される、方法の様々なステップを詳細に示す。

本発明によれば、ユーザ端末１１は、システムの全周波数帯域でチャネル周波数応答（ＣＦＲ）を測定している。これらの測定は、当業者によく知られた従来技術の方法を利用して実施される。これらの測定は、一定の時間間隔で実施されるのが好ましい。チャネル周波数応答は、周波数領域で測定される。あるいは、チャネルインパルス応答（ｃｈａｎｎｅｌ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）が、時間領域で測定され、チャネル周波数応答を得るために、高速フーリエ変換を用いて周波数領域に変換されてもよい。

次いで、チャネル周波数応答が、好ましくは次数Ｌの実三角多項式によって概算され（ステップ３１）、この場合、Ｌは、概算後に信頼できる確度を提供する既定の定数である。ウェーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔｓ）などの他の概算関数も、また可能である。実三角多項式の２Ｌ＋１係数は、例えば最小二乗に基づく概算（代替案１）、または線形計画法に基づくアルゴリズム（代替案２）を用いて見出される。

代替案１、最小二乗に基づくアルゴリズムが、各サブキャリアに対応する周波数位置での２次誤差の合計を最小化する。探索される係数が、行列乗算、すなわちｘ^＊＝Ｑ・ｂによって獲得される。ただしＱはＱ＝（Ａ^Ｔ・Ａ）^−１Ａとして規定される定数行列である。ただしＡは三角式の項の行列

であり、ｂは、サブキャリア位置でのチャネル周波数応答のＳＩＲ測定からなる。

代替案２、線形計画法に基づくアルゴリズムは、各サブキャリアに対応する周波数位置で最大誤差を最小化する。この最小化の問題は、一般的な線形計画法の問題として提起されてよく、したがって多くのよく知られたアルゴリズムを用いて解決されてよい。

ステップ３２で、既定のＮ（この場合、Ｎは、サンプル数と同等かそれ以上でなければならない）が、実三角多項式から導かれる。数Ｎは、規定のオーバーサンプリング数であり、これは、実三角多項式の係数２Ｌ＋１の総数と同等であるかそれ以上でなければならない。このオーバーサンプリングは、例えば、受信器（すなわち基地局１２）で再構築されたチャネル周波数応答の誤差確率を最小化するために、受信器（基地局１２）で使用されてよい冗長性を導入する。数Ｎは、基地局１２で決定され、ユーザ端末１１に通信されるのが好ましい。

Ｎ個のサンプルは、チャネル周波数応答の周波数帯域に対応する周波数領域で等間隔で選択されることが好ましい。とはいえ、基地局１２は、ｎ個のサンプルについて別の再分割に関心をもってよい。この場合、基地局１２は、サンプルが所在すべき周波数領域内の位置をユーザ端末１１に知らせる。

次いで、Ｎ個のサンプルが、量子化され（ステップ３３）、フィードバック信号チャネル１４を介して基地局１２へ伝送される。量子化細分性（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）もまた、基地局１２で決定され、ユーザ端末１１へ通信されることが好ましい。圧縮のため、量子化の細分性は、いくつかの所定の方式に対応してよい。

以下のステップが、基地局１２で実施されて、チャネル周波数応答を回復し、システムの異なるサブキャリアについてチャネル品質指標を決定する。

ステップ３４は、サブステップ３４１〜３４３からなる。

ステップ３４１は、時間領域でフィードバック情報を獲得するために、逆高速フーリエ変換を実施することにある。これにより、オーバーサンプリングによる元のチャネルインパルス応答および残りの項を獲得することが可能になる。チャネルインパルス応答は、送信器で実施される量子化のため無誤差ではない。

ステップ３４２は、獲得されたチャネル周波数応答で窓掛け処理（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を実施することにある。窓掛け処理は、時間領域（あるいは他の誤差測定）での最大誤差を最小化するように構成されており、好ましくは、第１の時間領域の定数値、および第２の時間領域の線形傾斜に対応する関数にある。オーバーサンプリング数Ｎに対応する誤差性能が、図４に示されている。チャネルが無誤差であれば、第１の時間領域は、伝送データの期間と等しいことが好ましい。

ステップ３４３は、各サブキャリアのチャネル品質指標を推定するために、高速フーリエ変換を再度実施することにある。各サブキャリアのチャネル品質指標は、マルチキャリア伝送システムの各サブキャリアに対応する周波数での高速フーリエ変換を表す曲線上で読まれる。

本発明による方法は、具体的には、多数のサブキャリアをもつシステムで有利である。元のチャネル周波数応答情報が、概算の後、最小化された誤差を犠牲にして強く圧縮される。Ｋすなわちサブキャリアサンプルの元の数の代わりに、Ｌが実三角多項式の次数である２Ｌ＋１個のサンプルだけが、フィードバックに必要となる。

また、量子化による誤差は、オーバーサンプリングにより導入される冗長性、および窓掛け関数の形状のおかげで、最大誤差バウンド（ｍａｘｉｍｕｍ ｅｒｒｏｒ ｂｏｕｎｄ）に限定されると判明しうる。別の窓掛け処理により、最大誤差とは異なる別の誤差測定の最適化がもたらされる。

本発明による方法は、異なる目的で使用されてよい。第１に、この方法は、ダウンリンクでの容量を向上させるやり方で、異なるユーザ端末へのサブキャリアの割振りを最適化するのに役立つことができる。移動局へ良いチャネル品質を呈するサブキャリアだけが、そのユーザ端末に割り振られる。

第２に、この方法は、総伝送電力さらにはセル間干渉を低減するために、基地局１２が、（例えば、よく知られているウォーターフィリングアルゴリズム（ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて）伝送電力を最適に振り分けられるようにするチャネル品質の正確な記述を提供する。

第３に、この方法は、再構築処理と組み合わせてチャネル係数の実質的な数を低減し、厳重に制御された最大誤差をもたらす手段として、チャネル品質を記述する他の発明と組み合わせて使用されてよい。

まとめると、本発明による方法により、適応変調、サブキャリア割振り、あるいは電力制御などの周波数選択的リソース割振りアルゴリズムによって、ＯＦＤＭダウンリンクシステムの性能を強化することが可能になる。ユーザ端末から基地局に報告されるチャネル状態に従って、最大スループットを達成するために、リソースが最適に配分されてよい。

マルチキャリア伝送をダウンリンクで使用するネットワークを示す図である。 本発明による、ユーザ端末と基地局との間の通信を表す一例を示す図である。 本発明の方法に従って、ユーザ端末１１および基地局１２で実施される方法の異なるステップを詳細に示す図である。 オーバーサンプリングおよび窓掛け処理を使用する誤差バウンドを示す図である。

符号の説明

１１ ユーザ端末
１２ 基地局
１３ サブキャリア
１４ フィードバック信号チャネル

Claims (9)

1. 複数の直交周波数サブキャリアを有するマルチキャリア無線通信システムの基地局でチャネル品質情報を獲得する方法であって、
   ユーザ端末で前記マルチキャリア無線通信チャネルのチャネル周波数応答を測定するステップと、
   既定のオーバーサンプリング因子で前記チャネル周波数応答のサンプルを抽出するステップと、
   前記サンプルを、前記ユーザ端末から前記基地局へ信号チャネルを介して送るステップと、
   時間領域で受信サンプルに窓掛け処理を実施するステップと、
   窓掛け処理の後、前記受信サンプルの前記サブキャリアのそれぞれについてチャネル品質情報を決定するステップとを含む方法。
2. 前記チャネル周波数応答が、既定の次数の実三角多項式によって概算される、請求項１に記載の方法。
3. 前記チャネル周波数応答が、ウェーブレットによって概算される、請求項１に記載の方法。
4. 前記実三角多項式の係数が、最小二乗に基づく概算を用いて計算される、請求項２に記載の方法。
5. 前記サンプルを、信号チャネルで送る前に量子化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記基地局が、オーバーサンプリング因子を決定し、そのオーバーサンプリング因子を前記ユーザ端末へ通信する、請求項１に記載の方法。
7. 前記窓掛け処理が、前記サンプルを、前記サンプルが第１の領域内にある場合に定数で、前記サンプルが前記領域外にある場合に線形関数で乗算する、請求項１に記載の方法。
8. 複数の直交周波数サブキャリアを有するマルチキャリア無線通信システムで使用されるように構成されたユーザ端末であって、
   ユーザ端末で、前記マルチキャリア無線通信チャネルのチャネル周波数応答を測定する手段と、
   既定のオーバーサンプリング因子で周波数領域における前記チャネル周波数応答のサンプルを抽出する手段と、
   前記サンプルを、基地局へ信号チャネルを介して送る手段とを含むユーザ端末。
9. 複数の直交周波数サブキャリアを有するマルチキャリア無線通信システムで使用されるように構成された基地局であって、
   ユーザ端末から信号チャネルを介してサンプルを受信する手段と、
   時間領域で受信サンプルに窓掛け処理を実施する手段と、
   受信サンプルの周波数領域への変換を加える手段と、
   前記サブキャリアのそれぞれについてチャネル品質情報を決定する手段とを含む基地局。

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