JP2007512754A - Ｔｄｄｃｄｍａ通信システムにおけるダイナミックチャネル割り当て方法および装置 - Google Patents

Abstract

ＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムのためのＤＣＡ(ダイナミックチャネル割り当て)方法を提案する。このＤＣＡ方法を実行するためにＵＥ（ユーザ端末装置）が、１つのダウンリンクタイムスロットにて、ネットワークシステムから該ダウンリンクタイムスロットに割り当てられた各ＵＥへ送信される信号を受信し、受信信号内で他のＵＥへ送信された信号により当該ＵＥへ送信された信号に導入される各干渉信号の強度を推定し、その干渉信号強度が閾値を超える各干渉ＵＥに関する情報をアップリンクを介して前記ネットワークシステムに送信する。

Description

本発明は、モバイル通信システムにおける通信方法および装置、特にＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のダイナミックチャネル割り当て（ＤＣＡ）方法および装置に関するものである。

ＦＤＭＡ通信システム、ＴＤＭＡ通信システムなどの他のモバイル通信システムと比較して、ＣＤＭＡは更に進歩したモバイル通信システムであって、更に高い容量およびスペクトル効率を有する。ＣＤＭＡシステムには２つの動作モード、ＦＤＤとＴＤＤがある。即ち、ＣＤＭＡには２つの通信システム、ＦDD ＣＤＭＡとＴＤＤ ＣＤＭＡがある。初期においては、ＦＤＤ ＣＤＭＡ通信システムが勝り広く普及し、ＴＤＤ ＣＤＭＡはＦＤＤ ＣＤＭＡの補完として導入されていたにすぎない。ＣＤＭＡ通信システムの発展に伴い、ＴＤＤ ＣＤＭＡが注目されてきており、関連する研究が広く深く行われている。この背景の下で、中国は、３Ｇモバイル通信を実現すべく３つの主流のＣＤＭＡ通信システムの一つとしてＩＴＵにより採用されているＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ、を推進している。中国政府はＴＤ−ＳＣＤＭＡに多大な支援を与えており、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ用に１５５ＭＨｚスペクトルを割り当てている。従って、ＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムは将来極めて有望なものとして認識されている。

ＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムでは、各ＲＮＳ（無線ネットワークシステム）が１つのＲＮＣと１つの基地局からなり、基地局は責任をもって無線媒体を介してＵＥ(ユーザ端末装置)と通信を行い、ＲＮＣの主な機能は基地局とＵＥに通信無線資源を割り当てるとともに該資源を管理することにある。簡単のために、ＲＮＳ内の基地局とＲＮＣは一般に総合して基地局と呼ばれている。

ＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムでは、パワー制御が一般にアップリンクに適用され、従って同じアップリンクタイムスロットに割り当てられた全てのＵＥから送出される信号は基地局の受信機にほぼ等しいパワーで到達する。従って、基地局において強い信号が弱い信号を抑圧する状態は殆ど存在せず、これはファー・ニア効果(far-near effect)がアップリンクに生じないことを意味する。
更に、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ通信システムでは、同期制御がアップリンクに適用され、従って同じアップリンクタイムスロットに割り当てられた全てのＵＥから送出される信号は基地局の受信機に殆ど同時に到達し、アップリンクにおけるマルチアクセスが最大限に低減される。

しかし、ダウンリンクでは、１つのダウンリンクタイムスロットに割り当てられた１つのモバイル端末は基地局から該端末に送出された信号を受信するとともに、基地局から該ダウンリンクタイムスロットに割り当てられた他のＵＥへ送出された信号も受信する。同じダウンリンクタイムスロットに割り当てられた各ＵＥと基地局との距離は異なるため、基地局は信号を異なる距離のＵＥに異なる送信パワーで送信する必要があり、距離が遠くなればなるほど送信パワーを高くして、各ＵＥで受信される信号が所定のＱｏＳ要件を満足するようにする必要がある。従って、近くのＵＥが同じダウンリンクタイムスロットにて基地局から遠くのＵＥに送信される信号を受信すると、遠いＵＥへ高い送信パワーで送信される信号が近くのＵＥへ低い送信パワーで送信される信号へ干渉を生じ、近くのＵＥの信号受信に影響を与え、これがダウンリンクにしばしば生起するファー・ニア効果である。ファー・ニア効果をどのように解決するかがＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムのダウンリンク通信性能に大きな影響を及ぼす。

ダウンリンクにおけるファー・ニア効果を図１に関連して以下に詳細に説明する。
図１に示すように、このセルは基地局とＵＥ０およびＵＥ１を含み、ＵＥ０は基地局に近いが、ＵＥ１は基地局から遠く離れている。ＵＥ０およびＵＥ１は同じダウンリンクタイムスロットに割り当てられ、基地局は信号Ｓ０をＵＥ０に、信号Ｓ１をＵＥ１に該ダウンリンクタイムスロットにて送信するものとする。ＵＥ０とＵＥ１は基地局まで異なる距離を有するため、基地局は信号Ｓ１を高い送信パワーＰ１で送信し、信号Ｓ０を低い送信パワーＰ０で送信して、ＵＥ０により受信される信号Ｓ０もＵＥ１により受信される信号Ｓ１もＱｏＳ要件を満足できるようにする必要がある。

フェージングチャネルにおける信号の減衰は送信距離のｎ乗に比例し、ｎは一般に３より大きい値である。ｎ＝３であるものとすると、ＵＥ０と基地局との距離がＵＥ１と基地局との距離の半分である場合、信号Ｓ０がＵＥ０に到達するパワーと信号Ｓ１がＵＥ１に到達するパワーがともにＱｏＳ要件を満足できるためには、基地局が信号Ｓ１を送信するパワーＰ１を基地局が信号Ｓ０を送信するパワーＰ０の８倍にする必要がある。

即ち、基地局が信号Ｓ０とＳ１を同じダウンリンクタイムスロットにてそれぞれパワーＰ１，Ｐ０で送信すると、ＵＥ０は基地局からＵＥ０に送信された信号Ｓ０のみならず、基地局からＵＥ１に送信された信号Ｓ１も受信でき、ＵＥ０に到達するＳ０のパワーはＵＥ０に到達する信号Ｓ１のパワーの僅か１/８になる。Ｓ１とＳ０との間の送信角度が大きくて、Ｓ１とＳ０が異なる方向にビームで送信される場合には、ＵＥ０に到達するＳ１はＵＥ０のＳ０受信に対して干渉を生じない。他方、基地局がＳ０およびＳ１を同じ方向にビームで送信する場合には、Ｓ１（強い信号）がＳ０(弱い信号)に対して干渉信号になる。
図１において、ＵＥ０への干渉信号を生ずるＵＥ１のような干渉ＵＥがいくつか存在する場合には、ＵＥ０の通信性能は著しく悪化する

本発明の目的は、ＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムのダウンリンクにおけるファー・ニア効果によりもたらされる通信干渉を低減もしくは除去でき、従ってＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムのダウンリンク通信性能を向上できるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のダイナミックチャネル割り当て（ＤＣＡ）方法および装置を提供することにある。

本発明が提案するＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ方法はＵＥによって実行され、該ＵＥが、１つのダウンリンクタイムスロットにて、ネットワークシステムから該ダウンリンクタイムスロットに割り当てられた各ＵＥへ送信される信号を受信し、受信信号内で他のＵＥへ送信された信号により当該ＵＥへ送信された信号に導入される各干渉信号の強度を推定し、その干渉信号強度が閾値を超える各干渉ＵＥに関する情報をアップリンクを介して前記ネットワークシステムに送信することを特徴とする。

本発明が提案するＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ方法はネットワークシステムで実行され、該ネットワークシステムが、ＵＥから該ＵＥへの干渉信号を生ずる各干渉ＵＥに関する情報を受信し、干渉ＵＥに関する情報に基づいてネットワーク資源を被干渉ＵＥへ割り当て、割り当てたネットワーク資源を、前記被干渉ＵＥが前記割り当てられたネットワーク資源を用いて前記ネットワークシステムから送信される信号を受信できるように、前記被干渉ＵＥへ報告することを特徴とする。

本発明の主旨は、同じダウンリンクタイムスロットに割り当てられ且つ基地局まで異なる距離にある複数のＵＥが基地局から同じ方向にビームで送信された信号を受信する際にファー・ニア効果により生ずる妨害を回避するために、各ＵＥに異なるダウンリンクタイムスロットを割り当てることにある。

特に、１つのＵＥが１つのダウンリンクタイムスロットにて信号を受信するとき、該ＵＥが基地局から他のＵＥへ同じタイムスロットにて送信された信号により干渉される場合、この被干渉ＵＥは各干渉ＵＥに関する情報を基地局へアップリンクシグナリングにより報告する。基地局は被干渉ＵＥからの報告に基づいて被干渉ＵＥ及び各干渉ＵＥに対してネットワーク資源の再割り当てを行う。このネットワーク資源の再割当ては、特に基地局に近いＵＥと基地局から遠いＵＥに異なるダウンリンクタイムスロットを割り当てるべきであるという原理に従って基地局に近いＵＥにダウンリンクタイムスロットを再度割り当てること；基地局から同じビーム方向に種々のＵＥへ送信された信号を各ＵＥが受信する状態を回避するために送信ビームを再度割り当てることを含む。

図２は、本発明によるダウンリンクファー・ニア効果の解消方法の説明図である。図２に示すように、最初、基地局はＵＥ０，ＵＥ１，ＵＥ２，ＵＥ３を同じダウンリンクタイムスロットに割り当て、これらの４つのＵＥは基地局により同じビーム方向に送信される信号を受信する。Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は基地局によりそれぞれＵＥ０，ＵＥ１，ＵＥ２，ＵＥ３へ送信され、ここでは、ＵＥ０が基地局に最も近く、ＵＥ２が２番目に近く、ＵＥ３が更に遠く、ＵＥ１が最も遠い。従って、Ｓ１はＵＥ０，ＵＥ３およびＵＥ２への干渉信号になり、Ｓ３はＵＥ０およびＵＥ２への干渉信号になり、Ｓ２はＵＥ０への干渉信号になる。

本発明の方法によれば、基地局はファー・ニア効果により生ずる干渉を除去するために、次の原理に従ってタイムスロットをＵＥ０，ＵＥ１，ＵＥ２およびＵＥ３に割り当てる必要がある。
ＵＥ１をＵＥ０，ＵＥ２およびＵＥ３と異なるダウンリンクタイムスロットに割り当てる：
ＵＥ３をＵＥ０およびＵＥ２と異なるダウンリンクタイムスロットに割り当てる：
ＵＥ２をＵＥ０と異なるダウンリンクタイムスロットに割り当てる：

本発明によるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ方法を以下に、図２のＵＥ０およびＵＥ２を例にとって、図３と関連して詳細に説明する。

最初に、ＵＥ０がＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムにアクセスし、パワーオン後にセル上にキャンプオンする(ステップＳ１０)。ＵＥ０が基地局を介して別のＵＥと通信を試みるとき、ＵＥ０は通常の如く基地局により最初に割り当てられた無線資源を取得し、これはアップリンクおよびダウンリンクタイムスロットの割当て、ミッドアンブル、拡散コード、基地局がＵＥ０へ信号を送信するビーム方向などに関する情報を含む(ステップＳ２０)。

ＵＥ０がダウンリンクタイムスロットにて基地局からの信号を受信する際、ＵＥ０およびＵＥ２は同じダウンリンクタイムスロットに割り当てられているため、ＵＥ０は基地局からＵＥ０へ送信された信号Ｓ０および基地局からＵＥ２へ送信された信号Ｓ２を受信する。ファー・ニア効果のために、Ｓ２はＵＥ０の干渉信号になり、ＵＥ２はＵＥ０の干渉ＵＥになる。ＵＥ０は干渉信号Ｓ２の強度を推定し（ステップＳ３０）、推定結果に基づいてＳ２の強度が所定の閾値を超えるか否か決定する(ステップＳ４０)。Ｓ２の強度が所定の閾値、例えばＳ０がＱｏＳ要件を満足できなくなる閾値を超える場合には、被干渉ＵＥ０は干渉信号Ｓ２のミッドアンブルを検出し（ステップＳ５０）、干渉信号Ｓ２のミッドアンブルをアップリンクで基地局へ報告する（ステップＳ６０）。

基地局は、ＵＥ０により報告された干渉信号Ｓ２のミッドアンブルの受信後に、ミッドアンブルに基づいて干渉ＵＥ２に対応するＩＤを検出し、被干渉ＵＥ０及び／又は干渉ＵＥ２に対して無線資源の再割り当てを行う（ステップＳ７０）。例えば、基地局はＵＥ０に対してダウンリンクタイムスロットを再度割り当て、ＵＥ０とＵＥ２が基地局からの信号を異なるダウンリンクタイムスロットで受信できるようにする。また、基地局はＵＥ０とＵＥ２の相対位置を測定し、Ｓ０およびＳ１をＵＥ０およびＵＥ２へ送信するのに異なる方向のビームを使用して、Ｓ０およびＳ１を基地局からの送信時に異なるビームで送信できるようにすることもできる。このようにすると、ＵＥ０およびＵＥ２はそれぞれ基地局から異なる送信角度で信号を受信することができ、ＵＥ０がＳ２により干渉される結果を避けることができる。最後に、基地局は再度割り当てられたダウンリンクタイムスロット情報のような再度割り当てられたネットワーク資源をＵＥ０に知らせ、ＵＥ０が新たに割り当てられたタイムスロットにて基地局からの信号を受信できるようにする（ステップＳ８０）。

基地局により再度割り当てられたネットワーク資源の取得後に、ＵＥ０は再度割り当てられたネットワーク資源を利用して基地局からの信号を受信する（ステップＳ９０）。例えば、ＵＥ０は基地局からの信号を新たに割り当てられたダウンリンクタイムスロットにて受信する、または、基地局から新たなビーム方向に送信された無線信号を受信する、または、基地局から新たなビーム方向に送信された無線信号を新たに割り当てられたダウンリンクタイムスロットにて受信することができる。

本発明が提案する上記のＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ方法は基地局又はＵＥにおいてコンピュータソフトウエアで、同じソフトウエア機能を有するハードウエアモジュールで、または、ソフトウエアとハードウエアの組合せで実現することができる。

図４は、本発明の一実施例におけるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムのＤＣＡ装置の構造を示し、慣例のネットワークシステムおよびＵＥと同一の構成要素は図示してない。

図４に示すように、ＵＥ２００は、１つのダウンリンクタイムスロットにて、ネットワークシステムから該ダウンリンクタイムスロットに割り当てられた各ＵＥに送信される信号を受信する受信ユニット２０４と、受信信号内で他のＵＥへ送信された信号により当該ＵＥへ送信された信号に導入される各干渉信号の強度を推定する推定ユニット２０５と、該干渉信号の強度が所定の閾値を超える場合に該干渉信号のミッドアンブルを検出する検出ユニット２０１と、該ミッドアンブルをアップリンクを介して前記ネットワークシステムに送信する送信手段２０２とを具える。

ネットワークシステム１００内の受信ユニット１０１がＵＥ２００への干渉信号を発生する各干渉ＵＥに関する情報を受信すると、割当てユニット１０２が干渉ＵＥに関する情報に基づいてネットワーク資源を被干渉ＵＥに割り当て、送信ユニット１０３が、被干渉ＵＥが割り当てられたネットワーク資源を用いてネットワークシステムにより送信される信号を受信できるように、割り当てられたネットワーク資源を被干渉ＵＥに送る。ネットワーク資源は、被干渉ＵＥと干渉ＵＥがネットワークシステムからの信号を異なるダウンリンクタイムスロットにて受信できるように、ネットワークシステムによって被干渉ＵＥに割り当てられたダウンリンクタイムスロットとすることができる。更に、ネットワークシステムは、被干渉ＵＥへの干渉を減少させる他の手段を採用することもでき、例えば決定ユニット１０５によって各干渉ＵＥに関する受信情報に基づいて被干渉ＵＥと各干渉ＵＥの相対位置を決定し、送信ユニット１０３によって被干渉ＵＥおよび各干渉ＵＥへの信号を決定された位置情報に基づいて異なる方向のビームで送信してもよい。

[発明の効果]
上述したように、本発明により提供されるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ方法および装置では、被干渉ＵＥが干渉ＵＥに関する情報（例えば干渉信号のミッドアンブル）を基地局へ報告するため、基地局は干渉ＵＥに関する情報の取得後に被干渉ＵＥに対して無線資源の再割り当てを行うことができる。従って、被干渉ＵＥは基地局からの信号を新たに割り当てられたダウンリンクタイムスロットにて受信でき、ファー・ニア効果による干渉が回避される。

当業者であれば、本発明によるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ方法および装置は特許請求の範囲で特定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく大きく変更することができる点に留意されたい。

慣例のＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムにおけるダウンリンクファー・ニア効果を説明するための概念図である。 本発明によるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムにおけるダウンリンクファー・ニア効果の除去方法を説明するための概念図である。 本発明によるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ方法を説明するためのフローチャートである。 本発明によるＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システム用のＤＣＡ装置の構成を示す図である。

Claims (14)

1. ＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムにおけるＤＣＡ（ダイナミックチャネル割り当て）方法において、ＵＥ(ユーザ端末装置)が、該ＤＣＡ方法を実行するために、
   （ａ）１つのダウンリンクタイムスロットにて、ネットワークシステムから該ダウンリンクタイムスロットに割り当てられた各ＵＥへ送信される信号を受信するステップ、
   （ｂ）受信信号内で他のＵＥへ送信された信号により当該ＵＥへ送信された信号に導入される各干渉信号の強度を推定するステップ、
   （ｃ）その干渉信号強度が所定の閾値を超える各干渉ＵＥに関する情報をアップリンクで前記ネットワークシステムに送信するステップ、
   を実行することを特徴とするＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムにおけるＤＣＡ方法。
2. 前記各干渉ＵＥに関する情報が干渉信号のミッドアンブルであり、前記ステップ（ｃ）が、
   （c1）前記干渉信号の強度が所定の閾値を超える場合、前記干渉信号のミッドアンブルを検出するステップ、
   （c2）前記ミッドアンブルをアップリンクで前記ネットワークシステムへ送信するステップ、
   を具えることを特徴とする請求項1記載の方法。
3. （ｄ）前記干渉信号が所定の閾値を超える場合、前記ネットワークシステムにより割り当てられたネットワーク源を取得するステップ、
   （ｅ）割り当てられたネットワーク資源を用いて前記ネットワークシステムからの信号を受信するステップ、
   更に具えることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記ネットワーク資源は、当該ＵＥが前記ネットワークシステムからの信号を干渉ＵＥと異なるダウンリンクタイムスロットにて受信できるように前記ネットワークシステムにより割り当てられるダウンリンクタイムスロットであることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記ネットワーク資源は、当該ＵＥと前記ネットワークシステムからの信号を干渉ＵＥと異なる送信方向にて受信できるように前記ネットワークシステムが当該ＵＥへ送信するビーム方向であることを特徴とする請求項３又は４記載の方法。
6. ＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムにおけるＤＣＡ(ダイナミックチャネル割り当て)方法において、ネットワークシステムが、該ＤＣＡ方法を実行するために、
   （Ａ）ＵＥから該ＵＥへの干渉信号を生ずる各干渉ＵＥに関する情報を受信するステップ、
   （Ｂ）前記干渉ＵＥに関する情報に基づいてネットワーク資源を被干渉ＵＥへ割り当てるステップ、
   （Ｃ）前記被干渉ＵＥが前記割り当てられたネットワーク資源を用いて前記ネットワークシステムから送信される信号を受信できるように前記割り当てられたネットワーク資源を前記被干渉ＵＥへ報告するステップ、
   を実行することを特徴とするＴＤＤ ＣＤＭＡ通信システムにおけるＤＣＡ方法。
7. 前記ネットワーク資源は、被干渉ＵＥと干渉ＵＥが前記ネットワークシステムからの信号を異なるダウンリンクタイムスロットにて受信できるように前記ネットワークシステムにより被干渉ＵＥに割り当てられるダウンリンクタイムスロットであることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記各干渉ＵＥに関する情報に基づいて被干渉ＵＥと各干渉ＵＥの位置情報を決定するステップ、
   前記位置情報に基づいて異なる方向のビームを用いて被干渉ＵＥと各干渉ＵＥへ信号を送信するステップ、
   を更に具えることを特徴とする請求項６又は７記載の方法。
9. 前記各干渉Ｕに関する情報は干渉信号のミッドアンブルであることを特徴とする請求項６記載の方法。
10. ネットワークシステムから１つのダウンリンクタイムスロットに割り当てられた各ＵＥへ送信される信号を該ダウンリンクタイムスロットにて受信する受信ユニット、
    受信信号内で他のＵＥへ送信された信号により当該ＵＥへ送信された信号に導入される各干渉信号の強度を推定する推定ユニット、
    その干渉信号強度が所定の閾値を超える各干渉ＵＥに関する情報をアップリンクで前記ネットワークシステムに送信する送信ユニット、
    を具えるＵＥ（ユーザ端末装置）。
11. 前記干渉信号の強度が所定の閾値を超える場合、前記干渉信号のミッドアンブルを検出する検出ユニット、
    前記ミッドアンブルをアップリンクで前記ネットワークシステムへ送信する送信ユニット、
    を更に具えることを特徴とする請求項1０記載のＵＥ。
12. ＵＥから該ＵＥへの干渉信号を生ずる各干渉ＵＥに関する情報を受信する受信ユニット、
    前記干渉ＵＥに関する情報に基づいてネットワーク資源を被干渉ＵＥへ割り当てる割り当てユニット、
    前記被干渉ＵＥが前記割り当てられたネットワーク資源を用いて前記ネットワークシステムから送信される信号を受信できるように前記割り当てられたネットワーク資源を前記被干渉ＵＥへ送信する送信ユニット、
    を具えることを特徴とするネットワークシステム。
13. 前記ネットワーク資源は、被干渉ＵＥと干渉ＵＥが前記ネットワークシステムからの信号を異なるダウンリンクタイムスロットにて受信できるように前記ネットワークシステムにより被干渉ＵＥに割り当てられるダウンリンクタイムスロットであることを特徴とする請求項１２記載のネットワークシステム。
14. 前記各干渉ＵＥに関する情報に基づいて被干渉ＵＥと各干渉ＵＥの位置情報を決定する決定ユニット、
    前記位置情報に基づいて異なる方向のビームを用いて被干渉ＵＥと各干渉ＵＥへ信号を送信する送信ユニット、
    を更に具えることを特徴とする請求項１２又は１３記載のネットワークシステム。

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