JP2007243698A - 基地局、無線端末および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉除去のための複雑な処理を必要とすることなく、また干渉が発生しない場合にシステムスループットが劣化しないようにする。
【解決手段】本発明の一態様としての無線通信方法は、複数の無線端末から基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線通信方法であって、各前記無線端末からのＯＦＤＭ信号を受信し、各前記無線端末に対するサブキャリアの割り当てを示したマッピング情報と、各前記無線端末から受信した信号とに基づき各前記無線端末の通信状態を検出し、検出された前記無線端末の通信状態から、前記無線端末に割り当てたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てるべきか否かを判断し、割り当てるべきと判断したときは、割り当てるべきサブキャリアを特定し、特定したサブキャリアにヌル信号を割り当てることを指示したヌル信号制御情報を前記無線端末に送信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局、無線端末および無線通信方法に関し、特に無線端末から基地局への上り通信にOFDMA方式を用いた場合にユーザ間干渉を低減させる技術に関する。

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重方式）変調によって分割した各サブキャリアを別々のユーザ（無線端末）に割り当てることによってユーザを多重する方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多重アクセス）方式が知られている。OFDMA方式でユーザを多重する上り無線通信システムにおいては、ユーザ毎の周波数オフセットやドップラーシフトなどが原因でユーザの信号が周波数軸上で重なる。その結果として、ユーザ間干渉が発生しまうことがある。干渉が発生すると誤り率特性が劣化するためスループットが低下する。その結果、ある基地局に接続している全ユーザ端末の総スループット、すなわちシステムスループットが低下してしまう。

この問題を回避するために、非特許文献１のように、基地局側で受信した信号をつかって干渉除去を実施する方法が知られている。しかしながらこの方法では、干渉除去のために複雑な計算をする必要がある。また、完全に干渉を除去できない場合もある。

これに対して簡易に干渉を低減する方式として、ユーザ間にヌルサブキャリアを定常的に配置するという方式が考えられる。これは、FDM方式でユーザ間にガードバンドを設ける場合と等価であると考えることができる。この方式を使った場合、予め配置したヌルサブキャリアの幅を超える周波数オフセットやドップラーシフトが発生しなければユーザ間干渉が発生しない。このため、干渉によるシステムスループット低下を防止できる。しかしながらこの方式では、干渉が発生しないときにはヌルサブキャリアを配置しなかった場合よりもシステムスループットが低くなってしまう。

このように従来の方法では、干渉を除去する場合に複雑な処理が必要であった。また、干渉が発生しない場合のシステムスループットが劣化したりするという問題もあった。
"Multiuser Interference Cancellation Receivers for OFDMA Uplink Communications with Carrier Frequency Offset"（ R. Fantacci, D. Marabissi, S. Papini、２８０８〜２８１２ページ、IEEE Communications Society Globecom 2004）

本発明は、干渉除去のための複雑な処理を必要とせず、また干渉が発生しない場合にシステムスループットが劣化しないようにした基地局、無線端末および無線通信方法を提供する。

本発明の一態様としての基地局は、複数の無線端末からの上り通信にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多重アクセス）方式を用いる基地局であって、前記ＯＦＤＭＡ方式の通信のために各前記無線端末に割り当てたサブキャリアを示すマッピング情報を生成するマッピング情報生成手段と、生成した前記マッピング情報を前記複数の無線端末に送信する送信手段と、前記複数の無線端末から出力されたＯＦＤＭ信号を受信する受信手段と、前記マッピング情報と、各前記無線端末から受信した信号とから各前記無線端末の通信状態を検出する通信状態検出器と、検出された前記無線端末の通信状態と、前記マッピング情報とから、前記無線端末に割り当てたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てるべきか否かを判断し、割り当てるべきと判断したときは、割り当てるべきサブキャリアを特定し、特定したサブキャリアにヌル信号を割り当てることを指示するヌル信号制御情報を生成するヌル信号制御情報生成手段と、生成した前記ヌル信号制御情報を前記無線端末に送信するさらなる送信手段と、を備える。

本発明の一態様としての無線端末は、基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線端末であって、前記上り通信のために自無線端末に割り当てたサブキャリアを示すマッピング情報を前記基地局から受信する第１の受信手段と、自無線端末に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを指示したヌル信号制御情報を前記基地局から受信する第２の受信手段と、前記基地局へ送信するデータを生成し生成したデータを出力するデータ生成手段と、前記自無線端末に割り当てられたサブキャリアのうち前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリア以外のサブキャリアである有効サブキャリアに前記データ生成手段から出力されたデータを割り当て、前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリアにヌル信号を割り当てて、サブキャリア信号を生成するマッピング手段と、生成されたサブキャリア信号を逆高速フーリエ変換してＯＦＤＭ信号を生成するＩＦＦＴ部と、生成されたＯＦＤＭ信号を前記基地局に送信する送信手段と、を備える。

本発明の一態様としての無線端末は、基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線端末であって、前記上り通信のために自無線端末に割り当てたサブキャリアを示すマッピング情報を前記基地局から受信する第１の受信手段と、自無線端末のサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを指示したヌル信号制御情報を前記基地局から受信する第２の受信手段と、前記基地局へ送信する符号化されたデータを生成するデータ生成手段と、 前記データ生成手段によって生成されたデータを前記自無線端末に割り当てられたサブキャリアに割り当ててサブキャリア信号を生成するマッピング手段と、生成されたサブキャリア信号のうち、前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリアの信号をヌル信号に置き換えるデータヌル切り替え手段と、前記データヌル切り替え手段から出力されるサブキャリア信号を逆高速フーリエ変換してＯＦＤＭ信号を生成するＩＦＦＴ部と、生成されたＯＦＤＭ信号を送信する送信手段と、を備える。

本発明の一態様としての無線通信方法は、複数の無線端末から基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線通信方法であって、各前記無線端末からのＯＦＤＭ信号を受信し、各前記無線端末に対するサブキャリアの割り当てを示したマッピング情報と、各前記無線端末から受信した信号とに基づき各前記無線端末の通信状態を検出し、検出された前記無線端末の通信状態から、前記無線端末に割り当てたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てるべきか否かを判断し、割り当てるべきと判断したときは、割り当てるべきサブキャリアを特定し、特定したサブキャリアにヌル信号を割り当てることを指示したヌル信号制御情報を前記無線端末に送信することを特徴とする。

本発明の一態様としての無線通信方法は、複数の無線端末から基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線通信方法であって、各前記無線端末の通信状態を検出し、検出された各前記無線端末の通信状態に応じて、周波数軸上で隣接する周波数帯域が割り当てられた各前記無線端末が使用するサブキャリアの間にヌルサブキャリアを配置することを特徴とする。

本発明により、干渉除去のための複雑な処理を必要とすることなく、また干渉が発生しない場合にシステムスループットが劣化することを阻止できる。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる無線通信システムの構成例を示すブロック図である。この無線通信システムは、基地局および無線端末を備える。無線端末から基地局への上り方向ではOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)方式により通信が行われ、基地局から無線端末への下り方向では任意の通信方式により通信が行われる。

基地局におけるマッピング情報生成器１０は、無線端末から基地局への上り通信のために、各ユーザ（無線端末）をどのサブキャリアに割り当てるかを示すマッピング情報を生成する。つまり、マッピング情報生成器１０は、無線端末から基地局への上り通信のために、各ユーザをどのサブキャリアに割り当てるかを決定し、各ユーザに割り当てたサブキャリアを示すマッピング情報を生成する。本実施形態では、マッピング情報の生成にあたっては、伝送路状態推定器２１により推定された各ユーザの伝送路情報（各ユーザにとって好適なサブキャリアの情報）と、通信状態検出器１５によって検出される各ユーザの通信品質情報（例えば各ユーザが要求するスループットなどを含む）を用いる。ただし、マッピング情報の生成方法はこれに限定されない。マッピング情報生成器１０によって生成されたマッピング情報は、変調器１７、ヌル信号制御情報生成器１６、通信状態検出器１５および伝送路状態推定器２１に入力される。

図３〜図６はマッピング情報の具体例を示す。

図３では、マッピング情報として、サブキャリア毎のユーザ割り当てを示す例が示される。図中上端側の低周波側のヌルサブキャリア、および図中下端側の高周波側のヌルサブキャリアは、他のシステムが使用する周波数帯域との干渉を防ぐためのものである。

図４には、各ユーザへ割り当てるサブキャリアは必ずしも連続する必要はない例が示される。

図５には、各ユーザへ割り当てるサブキャリアをサブキャリア番号によって範囲指定する例が示される。例えば、「ユーザ１：Ｓ１〜Ｅ１」は、ユーザ１に対して、サブキャリア番号Ｓ１から、サブキャリア番号Ｅ１までの範囲のサブキャリア群を割り当てることを示す。

図６には、各ユーザへ割り当てるサブキャリアをグループ番号によって指定する例が示される。Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・がグループ番号に相当し、各グループ番号にはあらかじめサブキャリアが対応づけられている。グループ番号とサブキャリアとの対応づけの例を図７および図８に示す。図７に示すように、連続するサブキャリア群を１つのグループとしてもよいし、とびとびのサブキャリアを１つのグループとしてまとめてもよい。

基地局におけるアンテナ１１は、各無線端末からのＯＦＤＭ信号をＯＦＤＭＡ信号として受信する。受信されたＯＦＤＭＡ信号は無線部１２によってベースバンドアナログ信号に変換され、ADC(Analog Digital Converter)１３によってベースバンドデジタル信号に変換される。ベースバンドデジタル信号はFFT(Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換)部１４によってサブキャリア毎の信号に変換されて、通信状態検出器１５および伝送路状態推定器２１に入力される。ユーザデータが割り当てられているサブキャリア信号は、FFT部１４の後段の図示しない復調部において復調処理を行って、アプリケーションに渡す。

伝送路状態推定器２１は、FFT部１４から入力されたサブキャリア信号を用いて伝送路の状態を推定し、各ユーザにとって好適なサブキャリアを決定する。伝送路状態推定器２１は、決定した各ユーザにとって好適なサブキャリアを伝送路情報としてマッピング情報生成器１０に渡す。伝送路の状態の推定は、例えば、サブキャリア信号からEVM(Error Vector Magnitude：エラーベクトル振幅)または受信電力を検出することで取得する。別の方法として、無線端末において測定された伝送路の状態を表す情報をサブキャリア信号を復調することにより取得してもよい。

通信状態検出器１５では、マッピング情報生成器１０から入力されたマッピング情報に基づいて、FFT部１４から入力されたサブキャリア信号をユーザ毎に分離し、各ユーザの通信状態を検出する。検出された各ユーザの通信状態を表す情報はヌル信号制御情報生成器１６およびマッピング情報生成器１０に入力される。ユーザの通信状態を表す情報としては、例えば、ユーザのキャリア周波数情報、ユーザの移動速度情報、ユーザ毎の受信信号電力情報、ユーザ間の干渉量情報、ユーザの要求する通信品質情報がある。各通信状態の検出方法については後に詳述する。

ヌル信号制御情報生成器１６では、通信状態検出器１５から入力された各ユーザの通信状態、およびマッピング情報生成器１０から入力されたマッピング情報に基づいてヌル信号制御情報を生成する。ヌル信号制御情報は、各ユーザに割り当てられたサブキャリアのうち、ヌルサブキャリアにすべき箇所（ヌル信号を割り当てるべきサブキャリア）を指定した情報である。ヌル信号制御情報生成器１６によって生成されたヌル信号制御情報は、変調器１７に入力される。ヌル信号制御情報の詳細な生成方法については後述する。

図９〜図１１はヌル信号制御情報の具体例を示す。

図９では、ヌル信号制御情報として、ヌル信号を割り当てるサブキャリア番号を指定する例が示される。この例では、ＮＳ１、ＮＳ２、・・・ＮＳＫに示される番号のサブキャリアはヌルにすることが示される。

図１０では、各ユーザに割り当てられたサブキャリアの中でのサブキャリア番号を指定する例が示される。例えば、「ユーザ３：１、２、３」は、ユーザ３に割り当てられたサブキャリアのうち、低周波数側から数えて、１番目、２番目、３番目のサブキャリアはヌルとすることを表す。

図１１では、各ユーザに割り当てられたサブキャリアのうちの両端のみにヌル信号を割り当てる場合に、左端の本数と右端の本数を指定する例が示される。例えば「ユーザ５：Ｌ１、Ｒ１」は、ユーザ５に割り当てられたサブキャリアのうち、低周波側（左側）１本と、高周波側（右側）１本とをヌルサブキャリアにすることを表す。仮に図１２に示すように各ユーザにサブキャリアが割り当てられている場合に、「ユーザ２：Ｌ１、Ｒ１」のヌル信号制御情報が生成されたとすると、ユーザ１〜３のサブキャリア割り当ては、図１３に示すようになる。

変調器１７は、ヌル信号制御情報生成器１６から入力されたヌル信号制御情報、マッピング情報生成器１０から入力されたマッピング情報を変調する。また、各ユーザへのデータ（例えば画像データ、音声データ、パケットデータなど）が入力された場合は、各ユーザへのデータも変調する。変調された信号はDAC（Digital Analog Converter）１８によりベースバンドアナログ信号に変換され、無線部１９およびアンテナ２０を通じて無線端末に送信される。

ここで、マッピング情報はヌル信号制御情報に比べてデータ量が大きくなる傾向があると考えられる。そこで、マッピング情報とヌル信号制御情報とを同じ頻度で送信するのではなく、マッピング情報を低い頻度で送信し、ヌル信号制御情報をこれよりも高い頻度で送信するようにしてもよい。例えば、ヌル信号制御情報を５回送信するごとにマッピング情報を１回送信してもよい。このようにすることで、制御情報に要するオーバーヘッドを削減することができる。

また、マッピング情報を全てのユーザに共通して使用するサブキャリアに割り当てて送信し、ヌル信号制御情報を、ヌル信号が割り当てられているユーザに割り当てられたサブキャリア（例えば下り通信がＯＦＤＭＡ、ＦＤＭの場合）を使って送信してもよい。このようにすることで、ヌル信号が割り当てられていないユーザにヌル信号制御情報が送信されないため、ヌル信号が割り当てられていないユーザへの制御情報に要するオーバーヘッドを削減することが出来る。

無線端末におけるアンテナ３１は、基地局からの信号を受信し、受信された信号は無線部３２によってベースバンドアナログ信号に変換され、ADC３３によってベースバンドデジタル信号に変換され、復調器３４によって復調される。

ヌル信号制御情報検出器３５は、復調した信号からヌル信号制御情報を検出し、検出したヌル信号制御情報をマッピング情報検出器３６に入力する。

マッピング情報検出器３６は、復調された信号からマッピング情報を検出し、検出したマッピング情報から、該無線端末（ユーザ）に割り当てられたサブキャリアの情報を検出する。マッピング情報検出器３６は、該無線端末に割り当てられたサブキャリアのうち、ヌル信号制御情報に示されるヌルサブキャリアを除いたものを、有効サブキャリアとして検出し、検出した有効サブキャリアの情報をサブキャリアマッピング器３８に入力する。また、マッピング情報検出器３６は、有効サブキャリアの数を表す情報をデータ生成器３７に入力する。

データ生成器３７は、基地局に送信すべきデータを生成し、生成したデータ（例えば符号化処理、直交変調等が施されている）をサブキャリアマッピング器３８に出力する。この際、データ生成器３７は、マッピング情報検出器３６から入力された有効サブキャリアの数を表す情報に基づき、出力するデータ量の調整を行う。データ量の調整には、ビットデータ量の変更や、符号化率の変更や、変調多値数の変更などがある。こうして調整されたデータがサブキャリアマッピング器３８に出力される。

サブキャリアマッピング器３８は、マッピング情報検出器３６から入力された有効サブキャリアの情報にしたがって、データ生成器３７から入力されるデータを、有効サブキャリアにマッピングする。無線端末に割り当てられたサブキャリアのうち、有効サブキャリア以外のサブキャリアにはヌル信号がマッピングされる。

マッピングされたデータはIFFT（逆高速フーリエ変換）部３９により逆高速フーリエ変換が行われることにより時間軸の信号に変換されてＯＦＤＭ信号が生成される。ＯＦＤＭ信号はDAC４０によりベースバンドアナログ信号に変換され、無線部４１およびアンテナ４２を通じて基地局に送信される。サブキャリアの一部にヌル信号が割り当てられている場合、ヌル信号が割り当てられていないサブキャリア（有効サブキャリア）の信号電力を、ヌル信号の割り当てによって減衰した分だけ強くしてもよい。例えば、ユーザに１０本のサブキャリアが割り当てられており、この両端のサブキャリアに１本ずつヌル信号が割り当てられた場合は、ヌル信号が割り当てられていなかった場合と比べて各有効サブキャリアの電力を １０／(１０−２) 倍の電力にしてもよい。これはすなわち、無線端末に割り当てられているサブキャリアの総電力を一定にしていることと等価である。

このように構成された無線通信システムにおいては、各ユーザの通信状況に応じて、ヌル信号の割り当てが必要とされる場合のみヌル信号の割り当てを行うことができるため、ユーザ間の干渉が発生していない場合のシステムスループットが劣化することを回避することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係わる無線通信システムの構成例を示すブロック図である。第１の実施の形態と同等部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

基地局におけるヌル信号制御情報生成器５３は、第１の実施の形態と同様に、通信状態検出器１５から入力される各ユーザの通信状態を表す情報と、マッピング情報生成器１０から入力されるマッピング情報とに基づきヌル信号制御情報を生成する。ヌル信号制御情報生成器５３は、生成したヌル信号制御情報を変調器１７およびデータヌル切り替え器５１に入力する。

データヌル切り替え器５１は、ヌル信号制御情報生成器５３から入力されたヌル信号制御情報に基づき、FFT部１４から入力されたサブキャリア信号のうち、ヌル信号が割り当てられているサブキャリア信号をヌル信号に置き換える。つまり、伝送路上においてヌルサブキャリアに乗った干渉を除去する。データヌル切り替え器５１から出力された信号を使って、ユーザ毎のデータ復調を行ってもよい。データヌル切り替え器５１から出力された信号は通信状態検出器１５および伝送路状態推定器２１に入力される。第１の実施の形態と同様に、通信情報検出器１５では各ユーザの通信状態が検出され、伝送路状態推定器２１では各ユーザの伝送路情報が生成される。

無線端末におけるヌル信号制御情報検出器５４は、復調器３４によって復調された信号からヌル信号制御情報を検出し、検出したヌル信号制御情報をデータヌル切り替え器５２に入力する。第１の実施の形態と異なり、ヌル信号制御情報はマッピング情報検出器５５には入力されない。

マッピング情報検出器５５は、復調器３４によって復調された信号からマッピング情報を検出し、検出したマッピング情報に基づき、該無線端末のユーザに割り当てられたサブキャリアの情報を検出する。マッピング情報検出器５５は、検出したサブキャリアの情報をサブキャリアマッピング器３８に入力する。また、マッピング情報検出器５５は、該無線端末のユーザに割り当てられたサブキャリアの数を表す情報をデータ生成器３７に入力する。

データ生成器３７は、基地局に送信すべきデータを生成し、生成したデータ（例えば符号化処理、直交変調等が施されている）をサブキャリアマッピング器３８に出力する。この際、データ生成器３７は、マッピング情報検出器３６から入力されるサブキャリアの数を表す情報に基づき、データ量の調整を行う。

サブキャリアマッピング器３８は、マッピング情報検出器３６から入力されたサブキャリアの情報に基づき、データ生成器３７から入力されたデータを、ユーザに割り当てられているサブキャリアにマッピングする。マッピングされたデータはデータヌル切り替え器５２に入力される。

データヌル切り替え器５２は、ヌル信号制御情報検出器３５から入力されたヌル信号制御情報に基づき、ヌル信号が割り当てられるべきサブキャリアをヌル信号に置き換える。パンクチャリングと同じ原理により、受信側（基地局側）でもこのサブキャリアをヌル信号に置き換えることにより復号を行うことができる。データヌル切り替え器５２から出力された信号はIFFT部３９により時間軸の信号に変換され、DAC４０によりベースバンドアナログ信号に変換され、無線部４１およびアンテナ４２を通じて基地局に送信される。

以上のように構成された無線通信システムにおいては、マッピング情報のみでデータレートが決定されるため、ヌル信号制御情報の内容が変わった場合でもデータレートは維持される。また、ヌル信号制御情報の内容が変わった場合でも、データ生成器３７においてデータ量を再調整する必要はない。

ここで、図２に示す無線端末の構成に代えて、図１６に示す無線端末の構成を用いてもよい。この構成は、特にデータ生成器３７において符号化方式として組織符号化（例えばターボ符号化、LDPC符号化）によりデータを符号化する場合に好適である。

マッピング情報検出器７４はヌル信号制御情報検出器７３からヌル信号制御情報を受け取り、復調器３４からマッピング情報を受け取る。マッピング情報検出器７４はマッピング情報に示されるサブキャリアの数をデータ生成器３７に通知する。データ生成器３７は組織符号化したデータ（情報ビットとパリティビットとを含む）を生成してサブキャリアマッピング器７６に出力する。データ生成器３７は通知されたサブキャリアの数に応じてデータ量の調整を行う。マッピング情報検出器７４は、ヌル信号制御情報に示されるサブキャリアにパリティビットが優先的に割り当てられ、有効サブキャリアに情報ビットが優先的に割り当てられるようにサブキャリアマッピング器７６を制御する。データヌル切り替え器７７はマッピング情報検出器７４からヌル信号制御情報を受け、この情報に示されるサブキャリアの信号をヌル信号に置き換える。このようにパリティビットをヌル信号制御情報に示されるサブキャリアに優先的に割り当てることで基地局側において高精度な復号が期待できる。

以下、第１および第２の実施の形態における、通信状態検出器１５の動作の例、およびヌル信号制御情報生成器１６によるヌル信号制御情報の生成方法について詳細に説明する。

まず、通信状態検出器１５の動作の例について、通信状態検出器１５の詳細構成例を示す図１５を用いて説明する。

通信状態検出器１５は各ユーザの通信状態を検出する。ユーザの通信状態としては、例えば、ユーザのキャリア周波数情報、ユーザの移動速度情報、ユーザの要求する通信品質情報、ユーザ毎の受信信号電力情報、ユーザ間の干渉量情報などがあげられる。

キャリア周波数情報検出器６１は、マッピング情報生成器１０から入力されるマッピング情報と、FFT部１４からパラレルシリアル変換部（Ｐ／Ｓ部）６０を介して入力されるサブキャリア信号とに基づき、ユーザのキャリア周波数情報を検出する。上り通信でユーザから送信される信号の一部には、一般に既知の信号からなるパイロット信号が挿入されている。パイロット信号が割り当てられたサブキャリアはパイロットサブキャリアと呼ばれる。このパイロットサブキャリアの位相変動量を測定することによって、ユーザが送信に使っているキャリア周波数が、本来使用すべきキャリア周波数からずれている量（オフセット量）およびずれの向きを検出することが出来る。ずれ量（オフセット量）およびずれの向きの組はオフセット値に対応する。

また、同じ時間波形を複数回近接した時間で無線端末から基地局に送信し、これらの時間波形の変化量を測定することによっても、キャリア周波数のずれ量およびずれの向きを測定することができる。この場合は図１７または図１８に示す基地局の構成を用いればよい。図１８ではユーザ毎の信号をマッピング情報を元に切り離すためのフィルタ７１をＡＤＣ１３の出力に接続し、フィルタ７１から出力される信号をキャリア周波数情報検出器６１に入力する。図１７では、FFT部１４の出力にIDFT（Inverse Discrete Fourier Transform：逆離散フーリエ変換）部７２が接続される。IDFT部７２は、FFT部１４から出力されるサブキャリア信号を、マッピング情報を元にユーザ毎に逆離散フーリエ変換し、逆離散フーリエ変換された信号をキャリア周波数情報検出器６１に入力する。

移動速度検出器６２は、マッピング情報生成器１０から入力されるマッピング情報と、FFT部１４からＰ／Ｓ部６０を介して入力されるサブキャリア信号とに基づき、無線端末の移動速度を検出する。移動速度が速い場合、一般に信号の振幅および位相の変動量は大きくなる。そこで、既知信号が割り当てられるパイロットサブキャリアの振幅および位相の変動量を検出することにより、移動速度を推定することができる。もしくは、無線端末側に移動速度を検出するセンサーを具備させ、ここで検出した値を基地局側に通知してもよい。この場合、移動速度検出器６２においてサブキャリア信号の復調を行ってもよい。

受信信号電力検出器６３は、マッピング情報生成器１０から入力されるマッピング情報と、FFT部１４からＰ／Ｓ部６０を介して入力されるサブキャリア信号とに基づき、ユーザ毎の受信信号電力を検出する。ユーザに割り当てられている全サブキャリアまたは一部の電力の総和を計算し、計算された値を該ユーザの受信信号電力とする。

干渉量検出器６４は、マッピング情報生成器１０から入力されるマッピング情報と、FFT部１４からＰ／Ｓ部６０を介して入力されるサブキャリア信号とに基づき、ユーザ間の干渉量を検出する。例えばあるユーザが使用するサブキャリアのうち、あるユーザに周波数軸で隣り合う他のユーザに近接するサブキャリアのEVM(Error Vector Magnitude)を第1のEVMとし、他のユーザに近接しない残りのサブキャリアのEVMを第2のEVMとしたとする。この場合、第1のEVMと第2のEVMの差をユーザ間の干渉量として検出する。

要求通信品質検出器６５は、マッピング情報生成器１０から入力されるマッピング情報に基づき、FFT部１４からＰ／Ｓ部６０を介して入力されるサブキャリア信号を復調して、ユーザの要求する通信品質情報を検出する。ユーザの要求する通信品質情報としては、例えばスループット、データの遅延量（例えば本来受信が完了すべき時刻に対するデータの遅れの量）がある。ユーザの要求する通信品質情報は、各ユーザに割り当てられたサブキャリアを用いて、データの一部として無線端末から基地局に送信される。

通信状態集計器６６は、キャリア周波数情報検出器６１、移動速度検出器６２、受信信号電力検出器６３、干渉量検出器６４および要求通信品質検出器６５によって生成された情報のいずれかまたは任意の組み合わせをヌル信号制御情報生成器１６に出力する。

次に、ヌル信号制御情報生成器１６が各ユーザの通信状態を用いてヌル信号制御情報を生成する方法について説明する。

上述したように、ユーザの通信状態を表す情報としては、例えば、ユーザのキャリア周波数情報、ユーザの移動速度情報、ユーザ毎の受信信号電力情報、ユーザ間の干渉量情報、ユーザの要求する通信品質情報などがある。これら各情報のそれぞれについてヌル信号制御情報を生成する例を説明する。

ユーザのキャリア周波数情報には、上述のように、本来あるべきキャリア周波数からのオフセット量およびずれの向き（オフセット値）が含まれる。キャリア周波数のオフセットがあると、隣接するユーザ間で干渉が発生しスループットが低下する場合がある。例えばそれぞれ割り当てられているサブキャリア群が隣接しているユーザ１とユーザ２について考える。ユーザ１はユーザ２と比較して周波数軸でマイナス側（低周波側）に配置されていると仮定する。ユーザ１の周波数オフセット値をoffset1、ユーザ２の周波数オフセット値をoffset2、とすると、周波数オフセットの差は d_offset = offset1-offset2 と表すことができる。d_offsetの値が大きい場合、ユーザ１の信号とユーザ２の信号が互いに重なりあい干渉になっていることを意味している。d_offsetがオフセット閾値を越えている場合に、ユーザ１とユーザ２の間にヌル信号を割り当てる。この際、offset1と-offset2の値を比較して、値が大きい方のサブキャリア群の一部をヌル信号に割り当てる。また、offset1と-offset2の両方が正の値だった場合、その大きさに応じて両ユーザに割り当てられているサブキャリア群の一部をヌル信号に割り当ててもよい。例えば、offset1が10kHzで、offset2が-20kHzだった場合、ユーザ１に１つ、ユーザ２に２つ、それぞれヌル信号を割り当てる、というふうにしてもよい。このようにすることで、ユーザ１とユーザ２間の干渉を低減できる。

ユーザの移動速度情報には、上述のように、ユーザの移動速度の情報が含まれる。ユーザの移動速度が速いとドップラーシフトの量が大きくなり、周波数軸方向へのぶれが生じる。このぶれにより、あるユーザの両隣に隣接する他のユーザに干渉を与える可能性がある。ユーザの移動速度が移動速度閾値を超えていた場合に、このユーザに割り当てられているサブキャリアのうち、他のユーザ（両隣もしくは片側）に近接するサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てる。このようにすることで、このユーザに隣接する他のユーザとの干渉を低減することができる。

ユーザの要求する通信品質情報には、上述のように、ユーザが要求する通信品質（例えばスループットやデータの遅延量）の情報が含まれる。ユーザの要求する通信品質が低い場合、割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てられたことによるスループット劣化の影響も小さい。そこで、要求する通信品質が通信品質閾値よりも小さいユーザについては、隣接するユーザに近接するサブキャリアの一部にあらかじめヌル信号を割り当てる。このようにすることで、このユーザに隣接するユーザとの干渉を低減することができる。

ユーザ毎の受信信号電力情報には、上述のように、ユーザ毎の受信信号電力の情報が含まれる。あるユーザの電力が隣接する他のユーザと比べて大きかった場合、あるユーザが他のユーザに与える影響も大きくなる。ユーザ１とユーザ２が隣接するユーザで、ユーザ１の受信信号電力がpower1、ユーザ２の受信信号電力がpower2、だった場合、その電力差 power1-power2の絶対値が電力閾値を越えている場合に、電力が大きい方のユーザに割り当てられているサブキャリア群の一部をヌル信号に割り当てる。ただし、電力差を計算するために使うpower1およびpower2は、各ユーザに割り当てられた全サブキャリアの平均電力でもよいし、互いに近接するサブキャリアの平均電力でもよい。例えば、ユーザ１に１〜１０までのサブキャリアが割り当てられ、ユーザ２に１１〜２０までのサブキャリアが割り当てられていた場合、１〜１０の平均電力をpower1、１１〜２０の平均電力をpower2としてもよいし、９〜１０の平均電力をpower1、１１〜１２の平均電力をpower2としてもよいし、１０の電力をpower1、１１の電力をpower2としてもよい。このようにすることで隣接するユーザの電力差が大きかった場合に発生する干渉を低減できる。

ユーザ間の干渉量情報には、上述のように、ユーザ間の干渉量が含まれる。ユーザ間の干渉量は、例えばあるユーザが使用するサブキャリアのうち、あるユーザに周波数軸で隣り合う他のユーザに近接するサブキャリアのEVM(Error Vector Magnitude)を第1のEVMとし、他のユーザに近接しない残りのサブキャリアのEVMを第2のEVMとした場合、第1のEVMと第2のEVMの差をとることにより推定することが出来る。第1のEVMと第2のEVMの差がEVM閾値（エラーベクトル閾値）を超えていた場合に、他のユーザに近接するサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てる。他のユーザが複数人いた場合は、それぞれ個別に前述の処理を実施する。このようにすることで、干渉が多いサブキャリアを回避して通信を行うことが出来るため、干渉を低減できる。

ここでは、各種通信状態を示す情報を単独で用いる場合の例を説明してきたが、これらの情報を組み合わせて使用することでも効果的なヌル信号の制御を行うことができる。

例えば、ユーザの移動速度情報、ユーザの要求する通信品質情報、ユーザ毎の受信信号電力情報に応じて、キャリア周波数情報の説明で述べたオフセット閾値の値を上下させ、これを用いて判定を行ってもよい。例えば、ユーザの移動速度が速ければ、それに応じてオフセット閾値を下げる。ユーザの要求する通信品質が小さければ、それに応じてオフセット閾値を下げる。ユーザの受信電力が大きければ、それに応じてオフセット閾値を下げる。

その他の例として、ユーザのキャリア周波数情報を使ってヌル信号を割り当てる場合、本ユーザのキャリア周波数オフセット量と、隣接する他のユーザのキャリア周波数オフセット量との大小関係によらず、ユーザの要求する通信品質が低い方、またはユーザの受信電力が大きい方のユーザに割り当てられているサブキャリアに優先してヌル信号を割り当てても良い。

その他の例として、複数の通信状態情報の重み付け総和をとり、重み付け総和が通信状態総和閾値を越えた場合にヌル信号を割り当てても良い。

図１４は、ヌル信号制御情報生成器１６が各ユーザの通信状態を用いてヌル信号制御情報を生成する処理の流れを示すフローチャートである。

ヌル信号制御情報生成器１６は、各ユーザの通信状態を通信状態検出器１５から取得したら（Ｓ１１）、上述した手法を用いて、ユーザ間にヌル信号を入れる必要があるか否かを判断する（Ｓ１２）。

ユーザ間にヌル信号を入れる必要がある場合は（Ｓ１２のＹＥＳ）、ヌル信号を割り当てるべきサブキャリアに既にヌル信号が割り当てられているか否かを検査し（Ｓ１３）、まだヌル信号が割り当てられていない場合は、ヌル信号を新規に割り当てることを決定する（Ｓ１４）。既にヌル信号が割り当てられている場合は、前回のヌル信号制御情報をそのまま使用する（Ｓ１５）。

Ｓ１２において、ユーザ間にヌル信号を入れる必要がない場合は（Ｓ１２のＮＯ）、既にヌル信号が割り当てられているサブキャリアが存在するか否かを検査する（Ｓ１６）。存在する場合は（Ｓ１６のＹＥＳ）、そのサブキャリアに対するヌル信号の割り当てを削除し（Ｓ１７）、存在しない場合は、前回のヌル信号制御情報をそのまま使用する（Ｓ１５）。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施の形態の無線通信システムの構成例を示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態の無線通信システムの構成例を示すブロック図。 マッピング情報の第１の例を示す図。 マッピング情報の第２の例を示す図。 マッピング情報の第３の例を示す図。 マッピング情報の第４の例を示す図。 グルーピング方法の第１の例を示す図。 グルーピング方法の第２の例を示す図。 ヌル信号制御情報の第１の例を示す図。 ヌル信号制御情報の第２の例を示す図。 ヌル信号制御情報の第３の例を示す図。 各ユーザへのサブキャリア割り当ての例を示す図。 ヌル信号を割り当てた場合の各ユーザへのサブキャリア割り当ての例を示す図。 ヌル信号制御情報を生成する処理の流れを示すフローチャート。 通信状態検出器の詳細構成を示すブロック図。 無線端末の他の構成例を示すブロック図。 基地局の他の構成例を示すブロック図。 基地局のさらに他の構成例を示すブロック図。

符号の説明

１０：マッピング情報生成器
１１、２０、３１、４２：アンテナ
１２、１９、３２、４１：無線部
１３、３３：ＡＤＣ
１４：ＦＦＴ部
１５：通信状態検出器
１６：ヌル信号制御情報生成器
１７：変調器
１８、４０：ＤＡＣ
２１：伝送路状態推定器
３４：復調器
３５、５４、７３：ヌル信号制御情報検出器
３６、５５、７４：マッピング情報検出器
３７：データ生成器
３８、７６：サブキャリアマッピング器
３９：ＩＦＦＴ部
５２、７７：データヌル切り替え器
６０：パラレルシリアル変換器
６１：キャリア周波数情報検出器
６２：移動速度検出器
６３：受信信号電力検出器
６４：干渉量検出器
６５：要求通信品質検出器
６６：通信状態集計器
７２：ＩＤＦＴ部
７１：フィルタ

Claims (23)

1. 複数の無線端末からの上り通信にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多重アクセス）方式を用いる基地局であって、
   前記ＯＦＤＭＡ方式の通信のために各前記無線端末に割り当てたサブキャリアを示すマッピング情報を生成するマッピング情報生成手段と、
   生成した前記マッピング情報を前記複数の無線端末に送信する送信手段と、
   前記複数の無線端末から出力されたＯＦＤＭ信号を受信する受信手段と、
   前記マッピング情報と、各前記無線端末から受信した信号とから各前記無線端末の通信状態を検出する通信状態検出器と、
   検出された前記無線端末の通信状態と、前記マッピング情報とから、前記無線端末に割り当てたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てるべきか否かを判断し、割り当てるべきと判断したときは、割り当てるべきサブキャリアを特定し、特定したサブキャリアにヌル信号を割り当てることを指示するヌル信号制御情報を生成するヌル信号制御情報生成手段と、
   生成した前記ヌル信号制御情報を前記無線端末に送信するさらなる送信手段と、
   を備えた基地局。
2. 前記受信手段により受信された信号を高速フーリエ変換してサブキャリア信号を出力するＦＦＴ部をさらに備え、
   前記通信状態検出器は、前記マッピング情報に基づき、各前記無線端末のサブキャリア信号をそれぞれ検出し、検出した各前記無線端末のサブキャリア信号から各前記無線端末の通信状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記通信状態検出器は、前記無線端末の通信状態として、前記無線端末が使用するサブキャリアの周波数が、本来使用すべき周波数からどの方向にどのくらいずれているかを示すオフセット値を検出し、
   前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記無線端末について検出されたオフセット値と、前記無線端末に周波数軸上で隣接する無線端末について検出されたオフセット値との差がオフセット閾値を超えた場合は、前記無線端末および前記隣接する無線端末の少なくとも一方に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
4. 前記ＦＦＴ部から出力されるサブキャリア信号を前記マッピング情報に基づき各前記無線端末のサブキャリア信号ごとに逆離散フーリエ変換するＩＤＦＴ部をさらに備え、
   前記通信状態検出器は、前記ＩＤＦＴ部から出力される前記無線端末の信号と、前記マッピング情報とから、前記無線端末の通信状態として、前記無線端末が使用するサブキャリアの周波数が、本来使用すべき周波数からどの方向にどのくらいずれているかを示すオフセット値を検出し、
   前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記無線端末について検出されたオフセット値と、前記無線端末に周波数軸上で隣接する無線端末について検出されたオフセット値との差がオフセット閾値を超えた場合は、前記無線端末および前記隣接する無線端末の少なくとも一方に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項２に記載の基地局。
5. 前記受信手段によって受信された信号を前記無線端末ごとの信号に分離するフィルタをさらに備え、
   前記通信状態検出器は、前記マッピング情報と、前記フィルタから出力される前記無線端末の信号とから、前記無線端末の通信状態として、前記無線端末が使用するサブキャリアの周波数が、本来使用すべき周波数からどの方向にどのくらいずれているかを示すオフセット値を検出し、
   前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記無線端末について検出されたオフセット値と、前記無線端末に周波数軸上で隣接する無線端末について検出されたオフセット値との差がオフセット閾値を超えた場合は、前記無線端末および前記隣接する無線端末の少なくとも一方に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
6. 前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記無線端末について検出されたオフセット値の大きさと、前記隣接する無線端末について検出されたオフセット値の大きさとに基づいて、前記無線端末および前記隣接する無線端末のそれぞれにヌル信号を割り当てるサブキャリアの数を決定することを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の基地局。
7. 前記通信状態検出器は、前記無線端末の通信状態として、前記無線端末の移動速度を検出し、
   前記ヌル信号制御情報生成手段は、検出した前記移動速度が移動速度閾値を超えた場合は、前記無線端末に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
8. 前記通信状態検出器は、前記無線端末の通信状態として、前記無線端末が要求する通信品質を表す通信品質情報を検出し、
   前記ヌル信号制御情報生成手段は、検出した前記通信品質情報に示される通信品質が通信品質閾値よりも低い場合は、前記無線端末に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
9. 前記通信状態検出器は、前記無線端末の通信状態として、前記無線端末に割り当てたサブキャリアの受信レベルを検出し、
   前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記無線端末について検出された受信レベルと、前記無線端末に周波数軸上で隣接する無線端末について検出された受信レベルとの差が受信レベル閾値を超えた場合は、受信レベルが大きい方の無線端末に割り当てたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
10. 前記通信状態検出器は、前記無線端末に割り当てたサブキャリアの全部または一部の平均受信レベルを検出することを特徴とする請求項９に記載の基地局。
11. 前記通信状態検出器は、前記無線端末の通信状態として、前記無線端末に周波数軸上で隣接する無線端末に対して前記無線端末が与える干渉の程度を表す干渉量を検出し、
    前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記干渉量が干渉閾値を超えた場合は、前記無線端末に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
12. 前記通信状態検出器は、前記無線端末に割り当てたサブキャリアのうち、前記周波数軸上で隣接する無線端末に割り当てたサブキャリアの側に位置する第１のサブキャリアのエラーベクトル振幅と、前記無線端末に割り当てたサブキャリアのうち前記第１のサブキャリア以外の第２のサブキャリアのエラーベクトル振幅とを検出し、
    前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記第１のサブキャリアのエラーベクトル振幅と、前記第２のサブキャリアのエラーベクトル振幅との差がエラーベクトル閾値を超えた場合は、前記第１のサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを決定することを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
13. 前記ヌル信号制御情報生成手段は、前記無線端末のサブキャリアに対してヌル信号を割り当てる必要がないと判断し、かつ、前記無線端末のサブキャリアの一部に既にヌル信号が割り当てられている場合は、前記ヌル信号の割り当てを解除する旨を含むヌル信号制御情報を生成し、
    前記送信手段は、生成された前記ヌル信号制御情報を前記無線端末に送信することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
14. 前記送信手段は、前記さらなる送信手段が前記ヌル信号制御情報を送信する頻度よりも低い頻度で前記マッピング情報を送信することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
15. 前記さらなる送信手段は、一部のサブキャリアにヌル信号を割り当てることが決定された無線端末にのみ前記ヌル信号制御情報を送信することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
16. 基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線端末であって、
    前記上り通信のために自無線端末に割り当てたサブキャリアを示すマッピング情報を前記基地局から受信する第１の受信手段と、
    自無線端末に割り当てられたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを指示したヌル信号制御情報を前記基地局から受信する第２の受信手段と、
    前記基地局へ送信するデータを生成し生成したデータを出力するデータ生成手段と、
    前記自無線端末に割り当てられたサブキャリアのうち前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリア以外のサブキャリアである有効サブキャリアに前記データ生成手段から出力されたデータを割り当て、前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリアにヌル信号を割り当てて、サブキャリア信号を生成するマッピング手段と、
    生成されたサブキャリア信号を逆高速フーリエ変換してＯＦＤＭ信号を生成するＩＦＦＴ部と、
    生成されたＯＦＤＭ信号を前記基地局に送信する送信手段と、
    を備えた無線端末。
17. 前記データ生成手段は、前記有効サブキャリアの数に応じたレートで前記マッピング手段にデータを出力することを特徴とする請求項１６に記載の無線端末。
18. 前記データ生成手段は、前記有効サブキャリアの数に応じた変調方式により変調を行うことにより前記基地局へ送信するデータを生成することを特徴とする請求項１６に記載の無線端末。
19. 前記データ生成手段は、前記有効サブキャリアの数に応じた符号化率によって符号化を行うことにより前記基地局へ送信するデータを生成することを特徴とする請求項１６に記載の無線端末。
20. 基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線端末であって、
    前記上り通信のために自無線端末に割り当てたサブキャリアを示すマッピング情報を前記基地局から受信する第１の受信手段と、
    自無線端末のサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てることを指示したヌル信号制御情報を前記基地局から受信する第２の受信手段と、
    前記基地局へ送信する符号化されたデータを生成するデータ生成手段と、
    前記データ生成手段によって生成されたデータを前記自無線端末に割り当てられたサブキャリアに割り当ててサブキャリア信号を生成するマッピング手段と、
    生成されたサブキャリア信号のうち、前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリアの信号をヌル信号に置き換えるデータヌル切り替え手段と、
    前記データヌル切り替え手段から出力されるサブキャリア信号を逆高速フーリエ変換してＯＦＤＭ信号を生成するＩＦＦＴ部と、
    生成されたＯＦＤＭ信号を送信する送信手段と、
    を備えた無線端末。
21. 前記データ生成手段は、前記符号化されたデータとして組織符号化されたデータを生成し、
    前記マッピング手段は、自無線端末に割り当てられたサブキャリアのうち前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリアに組織符号のパリティビットを優先的に割り当て、自無線端末に割り当てられたサブキャリアのうち前記ヌル信号制御情報に示されるサブキャリア以外のサブキャリアに前記組織符号の情報ビットを優先的に割り当てることを特徴とする請求項２０に記載の無線端末。
22. 複数の無線端末から基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線通信方法であって、
    各前記無線端末からのＯＦＤＭ信号を受信し、
    各前記無線端末に対するサブキャリアの割り当てを示したマッピング情報と、各前記無線端末から受信した信号とに基づき各前記無線端末の通信状態を検出し、
    検出された前記無線端末の通信状態から、前記無線端末に割り当てたサブキャリアの一部にヌル信号を割り当てるべきか否かを判断し、
    割り当てるべきと判断したときは、割り当てるべきサブキャリアを特定し、特定したサブキャリアにヌル信号を割り当てることを指示したヌル信号制御情報を前記無線端末に送信する、
    ことを特徴とする無線通信方法。
23. 複数の無線端末から基地局への上り通信にＯＦＤＭＡ方式を用いる無線通信方法であって、
    各前記無線端末の通信状態を検出し、検出された各前記無線端末の通信状態に応じて、周波数軸上で隣接する周波数帯域が割り当てられた各前記無線端末が使用するサブキャリアの間にヌルサブキャリアを配置する、ことを特徴とする無線通信方法。

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