JP2008502273A - Ofdm移動通信システムで時間同期獲得方法 - Google Patents

Ofdm移動通信システムで時間同期獲得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】OFDM方式無線通信システムにおいて、端末機が基地局との時間同期を合わせる場合、または、信号の強さを測定する場合に、一定間隔に挿入されている現在のプリアンブル(preamble)信号を探索して読むのに時間がかかるという問題点を解決して、端末機が基地局と早期に時間同期を合わせることができる時間同期獲得方法及びその支援方法を提供する。
【解決手段】OFDMAシステムで可用できるサブチャネル(Sub−channel)の一部を、新規の基準信号(reference signal)の割り当てのために使用することを特徴とする。該基準信号は、該当のシンボルが転送フレームで何番目のシンボルかに対する情報を含んでいる。また、従来のOFDMA方式でプリアンブルは一定間隔に挿入されていたが、本発明では、新規の基準信号を下りリンクの一定時間に亘って数シンボル時間挿入する。
【選択図】図3

Description

本発明は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)またはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)方式無線通信システムに関する。より詳しくは、OFDMまたはOFDMA方式無線通信システムにおいて、受信側が送信側との時間同期を合わせる場合、または、信号の強さを測定する場合に、一定間隔に挿入されている現在のプリアンブル(preamble)信号を探索して読むのに時間がかかるという問題点を解決して、受信側が送信側と早期に時間同期を合わせることができる時間同期獲得方法及びその支援方法に関する。
OFDM(A)方式は、有無線チャネルで高速データ転送に適合する方式で、近来活発な研究が行われてきている。OFDM(A)方式では、相互直交性を有する複数の搬送波を使用するため、周波数利用効率が高くなり、送受信端でこのような複数の搬送波を変復調する過程はそれぞれ、IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)とDFT(Discrete Fourier Transform)を行ったような結果となり、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)とFFT(Fast Fourier Transform)を用いて高速で具現することができる。
OFDMの原理は、高速のデータストリームを複数の低速データストリームに分割し、それらを複数の副搬送波(subcarrier)を用いて同時に転送することによってシンボル区間(symbol duration)を増加させ、多重経路遅延拡散(multi−path delay spread)による時間領域で相対的な分散(dispersion)を減少させることである。OFDM方式によるデータの転送は、転送シンボルを単位とする。
OFDM方式における変復調は、DFTを用いて全ての副搬送波に対して一括的に処理できるため、個別副搬送波のそれぞれに対して変復調器を設計する必要がない。
図1は、OFDM方式変復調器の概念的構成を示す図である。図1に示すように、直列に入力されるデータストリームを、副搬送波の数だけの並列データストリームに転換し、それぞれの並列データストリームをIDFTする。高速のデータ処理のためにIFFTが用いられる。IDFTされたデータは、再び直列データに転換されて、周波数変換を経て送信され、この信号を受信側で受信して逆過程を経て復調する。
従来OFDM方式無線通信システムは、基地局と端末機の時間同期及び周波数同期を合わせるための手段として、データフレームに一定の周期に挿入されたプリアンブル信号を用いている。
図2は、従来のOFDM方式無線通信システムでのデータフレームの構成を示す図である。図2において、横軸は時間軸で、シンボル単位に表示したものであり、縦軸は周波数軸で、サブチャネル(subchannel)単位に表示したものである。ここで、サブチャネルは、複数の副搬送波のグループを意味する。
図2に示すように、プリアンブルには、全体副搬送波が割り当てられて変調され、一定の間隔に挿入されているため、全体時間の基準点となる。基地局と端末機が取り交わす全ての信号は、プリアンブルを基準に挿入されるため、プリアンブルの獲得は、データを取り交わすための最も基礎的で且つ重要な作業である。例えば、端末機が基地局と時間同期を合わせるために試みる瞬間が、図1において(k+13)番目シンボルであれば、(k+30)番目シンボルになるまでは基地局と時間同期を合わせず、(k+30)番目シンボルでプリアンブルを獲得して時間同期を合わせる。一般に、1回の試みでは満足できる程度に時間同期を合わせることができないため、次のプリアンブルを待って再びより精密に合わせ、かつ、この過程を一定な要件を充足するまで繰り返す。
プリアンブルは、一定の間隔に挿入されているため、端末機が時間同期を合わせるためにプリアンブルを読むまで長時間がかかる。また、一度のプリアンブル獲得では時間同期を合わせ難く、数回繰り返す方式が用いられるため、プリアンブルを獲得するのに長時間がかかることになる。時間同期を合わせるのに時間がかかると、端末機の余分の電力消耗及び通信のための準備作業の遅れが発生する問題と、ハンドオフ時に移動しようとする隣接基地局との接続遅れが増加して通信品質が低下するという問題につながる。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、その目的は、送信側と受信側の時間同期を合わせるのにかかる時間を短縮することができ、プリアンブルを獲得するまで行われてきた余分のシンボル探索を減らすことによって、端末機の電力消耗を減らすことができるOFDMまたはOFDMA方式無線通信システムに適用される時間同期獲得方法及びその支援方法を提供することにある。
上記目的を達成する本発明の一様相として、本発明に係る時間同期獲得方法は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)またはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)方式無線通信システムにおいて、送信側は、全体副搬送波(sub−carriers)のうち少なくとも1つの副搬送波を、シンボル時間を知らせる情報を含んでいる基準信号に割り当て変調して送信し、受信側では、前記変調された信号を受信し、前記基準信号から時間同期を獲得することを特徴とする。
本発明の他の様相として、本発明に係る時間同期獲得支援方法は、OFDMまたはOFDMA方式無線通信システムにおいて、受信側での時間同期獲得のための複数の基準信号を、全体副搬送波(sub−carriers)のうち、少なくとも1つの一部副搬送波を用いて変調する段階と、前記副搬送波によって変調された少なくとも1つの基準信号を、少なくとも1つのシンボル時間に連続して前記受信側に転送する段階と、を備えてなることを特徴とする。
本発明のさらに他の様相として、本発明に係る時間同期獲得支援方法は、OFDMまたはOFDMA方式無線通信システムにおいて、プリアンブル(preamble)を全体副搬送(sub−carriers)によって変調して受信側に転送する段階と、前記受信側での時間同期獲得のための複数の基準信号を、全体副搬送波(sub−carriers)のうち、少なくとも1つの一部副搬送波を用いて変調する段階と、前記副搬送波によって変調された少なくとも1つの基準信号を、前記プリアンブルの割り当てられなかった少なくとも1つのシンボル時間に連続して前記受信側に転送する段階と、を備えてなることを特徴とする。
本発明のさらに他の様相として、本発明に係る時間同期獲得方法は、OFDMまたはOFDMA方式無線通信システムにおいて、送信側から全体副搬送波(sub−carriers)のうち、少なくとも1つの副搬送波によって変調された少なくとも1つの基準信号を、少なくとも1つのシンボル時間に連続して受信する段階と、前記少なくとも1つの基準信号から前記送信側との時間同期を獲得する段階と、を備えてなることを特徴とする。
本発明は、OFDMまたはOFDMA方式無線通信システムで適用されることができ、本発明による時間同期獲得方法によれば、下記の効果が得られる。
第一、端末機と基地局との時間同期を合わせるのにかかる時間を短縮することができる。
第二、プリアンブルを獲得するまで行われてきた余分のシンボル探索が減り、端末機の電力消耗を低減できる。
第三、ハンドオフなどの動作に必要な隣接基地局の時間同期及びパラメータ獲得にかかる時間を短縮できる。
第四、新規の基準信号を、既存システムで使用しない保護帯域などに挿入すると、既存システムの構造及び形態に影響を与えない。
以下、本発明によるOFDMまたはOFDMA方式無線通信システムに適用される時間同期獲得方法の好適な実施例について、添付の図面を参照して説明する。
図3は、本発明の好適な実施例によるOFDMA方式無線通信システムのデータフレームの構成を示す図である。より具体的に、図3は、データストリーム(data stream)をOFDMA変調方式によってIFFT変換したデータフレームの構成で、横軸はシンボル単位の時間軸を表し、横軸はサブチャネル単位の副搬送波軸を表す。
図3で、FCH(Frame Control Header)はヘッダである。DL−MAPは、下りリンク(down link)に転送されるデータ (DL bursts)に関する変調方式などに関する情報を含むメッセージであり、UL−MAPは、上りリンク(up link)に転送するデータ(UL bursts)に関する情報を含むメッセージである。TTG(Transmit/Receive Transition Gap)及びRTG(Receive/Transmit Transition Gap)とはそれぞれ、下りリンクデータ転送から上りリンクデータ転送及び上りリンクデータ転送から下りリンクデータ転送へ転換されるときの間隔のことをいう。
図3に示す本発明の好適な一実施例は、OFDMAシステムで可用できるサブチャネル(Sub−channel)の一部(図3では(s+L)−1及び(s+L)サブチャネルに属する副搬送波)を、新規の基準信号(reference signal)の割り当てのために使用することを特徴とする。上記基準信号は、該当のシンボルが転送フレームで何番目のシンボルかに対する情報を含んでいる。また、従来のOFDMA方式でプリアンブルは一定間隔に挿入されていたが、本発明の好適な一実施例では、新規の基準信号を下りリンクの一定時間に亘って数シンボル時間(図3では(k+1)番目シンボルから(k+15)番目シンボルまで)挿入することが好ましい。
ここで、サブチャネルの区分無しに基準信号を1以上のシンボル時間に1以上の副搬送波に載せて転送するように適用することができる。
下りリンクデータフレームでプリアンブルを除くシンボル数をNDLSとすれば、それらのシンボルのインデックス(index)は、NDLS≦2を満足する最小Mビットで表現されることができる。これらMビットは、M個の副搬送波を用いて表現でき、Rをコーディング率(coding rate)や繰り返し回数と定義すると、結局、R*M個の副搬送波を基準信号として割り当てることができる。基準信号は一つであり、(上記基準信号を繰り返して載せることはできるものの、それも結局としては一つの基準信号を繰り返したものであるため)、その基準信号は、隣接した副搬送波を用いて転送しても良く、分散された副搬送波を用いて転送しても良い。
したがって、上記基準信号は、0〜NDLSのシンボルの順序を表現するイッデックスで構成されており、あるシンボルがプリアンブルから何番目のシンボルかを知らせる。ここで使用するイッデックスは、シンボルナンバーを知らせる如何なる順列を使用しても良い。たとえば、数字0〜NDLSをそのまま使用しても良く、PNコードなどを使用しても良い。
前記基準信号は、全体時間の中にシンボル時間を表すことができるように一定の数列で定義されることができる。例えば、プリアンブルの次のシンボルから1,2,3,...のような順序を与えれば良い。
端末機が基地局と同期を合わせるためにまず、OFDMシンボルの主要特徴であるサイクリックプレフィックス(cyclic prefix)を用いて下りリンクの任意のシンボルに対して同期を合わせることができる。サイクリックプレフィックスは、一つのシンボルに対して該当のシンボルの前にナル(null)信号または該当のシンボルの後部分の一部を追加したことを意味する。
当該基準信号のサブチャネル軸における位置は、基地局と端末機との間で事前に定義されることが好ましい。時間同期を合わせたシンボルにおいて基準信号が挿入されているサブチャネルを読むと、該当のシンボルが転送フレームで何番目のシンボルであるかに対する情報が含まれているため、該当シンボルが特定基準点から何番目のシンボルかがわかり、時間同期を合わせることができる。より正確な時間同期を得るために、このようなシンボル同期獲得過程を複数回繰り返すことが好ましい。
図4は、本発明の他の実施例によるOFDMA方式無線通信システムのデータフレームの構成を示す図である。当該基準信号は、図3に示すように、隣接するサブチャネルに割り当てても良く、図4に示すように、互いに離れているサブチャネルに分けて挿入しても良い。この基準信号に割り当てられるサブチャネルは、複数個でありうる。
図5は、本発明のさらに他の実施例によるOFDMA方式無線通信システムのデータフレームの構成を示す図である。図5に示すように、ある基地局がマルチセクタ(multi sector)を支援するなどの理由から全体帯域を分けて使用する場合に、分けられた帯域の各部分に当該基準信号を挿入することができる。挿入する位置は、各部分こどに異なっても良い。当該基準信号の挿入位置は、シンボルの番号軸、サブチャネル軸によって異なっても良く、フレームごとに異なっても良い。
当該基準信号は、シンボルの位置を知らせる情報を含めていなければならず、この情報は、図6Aに示すように、任意の基準となる時間からの絶対的な累積シンボル時間を知らせるか、図6Bに示すように、各フレーム別に独立してシンボル時間を知らせることができる。
図7は、本発明の実際的な具現例を示す図である。20MHzのチャネル帯域幅と5msのフレーム区間の環境において、2048個の副搬送波の中で基準信号に使用される副搬送波は、36個6グループに分けて、141〜146、147〜152、153〜158、1890〜1895、1896〜1901、1902〜1907のように割り当てることができる。この基準信号は、BPSK変調方式を使用し、1グループ当たり副搬送波6個を用いて二進数000000〜111111を順次に表現した後、全てのグループは、その値を繰り返し使用する。
本発明は、本発明の精神及び必須的な特徴を逸脱しない範囲内で様々な形態に具体化できるということは当業者にとって自明である。したがって、上記の実施例は制限的に解釈されてはいけなく、例示的なものとして考慮されるべきである。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲の合理的な解釈によって定められるべきであり、本発明の等価的な範囲内における全ての変更は、本発明の範囲に含まれる。
OFDM方式変復調器の概念的な構成図である。 従来のOFDM方式無線通信システムでのデータフレームの構成を示す図である。 本発明の好適な一実施例によるOFDM方式無線通信システムにおけるデータフレームの構成を示す図である。 本発明の他の実施例によるOFDM方式無線通信システムにおけるデータフレームの構成を示す図である。 本発明のさらに他の実施例によるOFDM方式無線通信システムにおけるデータフレームの構成を示す図である。 本発明によって基準信号が含まれるシンボル時間に対する構成例を示す図である。 本発明によって基準信号を割り当てる具体的な適用例を示す図である。

Claims (22)

  1. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)またはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)方式無線通信システムにおいて、
    受信側での時間同期獲得のための複数の基準信号を、全体副搬送波(sub−carriers)のうち、少なくとも1つの一部副搬送波を用いて変調する段階と、
    前記副搬送波によって変調された少なくとも1つの基準信号を、少なくとも1つのシンボル時間に連続して前記受信側に転送する段階と、
    を備える、時間同期獲得支援方法。
  2. 前記基準信号が複数の副搬送波によって変調される場合、前記複数の副搬送波は、互いに隣接することを特徴とする、請求項1に記載の時間同期獲得支援方法。
  3. 前記基準信号が複数の副搬送波によって変調される場合、前記複数の副搬送波は、互いに分離されたことを特徴とする、請求項1に記載の時間同期獲得支援方法。
  4. 前記基準信号に割り当てられる複数の副搬送波は、前記送信側と前記受信側との間に事前に定義されることを特徴とする、請求項1に記載の時間同期獲得支援方法。
  5. 前記各基準信号は、前記各基準信号が転送されるシンボルの位置情報を含むことを特徴とする、請求項1に記載の時間同期獲得支援方法。
  6. 前記シンボルの位置情報は、該当のシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルかに対する情報で、任意の基準時間からの絶対的な累積シンボル時間情報であることを特徴とする、請求項5に記載の時間同期獲得支援方法。
  7. 前記シンボルの位置情報は、該当のシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルかに対する情報で、各転送フレーム別の独立したシンボル時間情報であることを特徴とする、請求項5に記載の時間同期獲得支援方法。
  8. 前記送信側が送信周波数帯域を分割して使用する場合、分割された各周波数帯域ごとに前記基準信号が挿入されることを特徴とする、請求項1に記載の時間同期獲得支援方法。
  9. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)またはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)方式無線通信システムにおいて、
    プリアンブル(preamble)を全体副搬送(sub−carriers)によって変調して受信側に転送する段階と、
    前記受信側での時間同期獲得のための複数の基準信号を、全体副搬送波(sub−carriers)のうち、少なくとも1つの一部副搬送波を用いて変調する段階と、
    前記副搬送波によって変調された少なくとも1つの基準信号を、前記プリアンブルの割り当てられなかった少なくとも1つのシンボル時間に連続して前記受信側に転送する段階と、
    を備えることを特徴とする、時間同期獲得支援方法。
  10. 前記基準信号が複数の副搬送波によって変調される場合、前記複数の副搬送波は、互いに隣接することを特徴とする、請求項9に記載の時間同期獲得支援方法。
  11. 前記基準信号が複数の副搬送波によって変調される場合、前記複数の副搬送波は、互いに分離されたことを特徴とする、請求項9に記載の時間同期獲得支援方法。
  12. 前記基準信号に割り当てられる複数の副搬送波は、前記送信側と前記受信側との間に事前に定義されることを特徴とする、請求項9に記載の時間同期獲得支援方法。
  13. 前記各基準信号は、前記各基準信号が転送されるシンボルの位置情報を含むことを特徴とする、請求項9に記載の時間同期獲得支援方法。
  14. 前記シンボルの位置情報は、該当のシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルかに対する情報で、任意の基準時間からの絶対的な累積シンボル時間情報であることを特徴とする、請求項13に記載の時間同期獲得支援方法。
  15. 前記シンボルの位置情報は、該当のシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルかに対する情報で、各転送フレーム別の独立したシンボル時間情報であることを特徴とする、請求項13に記載の時間同期獲得支援方法。
  16. 前記送信側が送信周波数帯域を分割して使用する場合、分割された各周波数帯域ごとに前記基準信号が挿入されることを特徴とする、請求項9に記載の時間同期獲得支援方法。
  17. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)またはOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)方式無線通信システムにおいて、
    送信側から全体副搬送波(sub−carriers)のうち、少なくとも1つの副搬送波によって変調された少なくとも1つの基準信号を、少なくとも1つのシンボル時間に連続して受信する段階と、
    前記少なくとも1つの基準信号から前記送信側との時間同期を獲得する段階と、
    を備える、時間同期獲得方法。
  18. 前記基準信号に割り当てられる複数の副搬送波は、前記送信側と前記受信側との間に事前に定義されることを特徴とする、請求項17に記載の時間同期獲得方法。
  19. 前記各基準信号は、前記各基準信号が転送されるシンボルの位置情報を含むことを特徴とする、請求項17に記載の時間同期獲得方法。
  20. 前記シンボルの位置情報は、該当のシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルかに対する情報で、任意の基準時間からの絶対的な累積シンボル時間情報であることを特徴とする、請求項19に記載の時間同期獲得方法。
  21. 前記シンボルの位置情報は、該当のシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルかに対する情報で、各転送フレーム別の独立したシンボル時間情報であることを特徴とする、請求項17に記載の時間同期獲得方法。
  22. 前記送信側が送信周波数帯域を分割して使用する場合、分割された各周波数帯域ごとに前記基準信号が挿入されることを特徴とする、請求項17に記載の時間同期獲得方法。
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