JP2009147529A

JP2009147529A - Ｏｆｄｍ通信システムのサブキャリア割り当て方法、送信装置および受信装置

Info

Publication number: JP2009147529A
Application number: JP2007320942A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Masuno; 淳増野; Seiji Nakatsugawa; 征士中津川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-12
Also published as: JP4980206B2

Abstract

【課題】送信局ごとに使用するサブキャリアを可変でき、送信局間で周波数帯域をオーバラップさせることが可能なＯＦＤＭＡ方式の特性を利用し、サブキャリア使用率を高めながら十分なＣＩＲを確保できないエリアでの通信品質の劣化を抑える。
【解決手段】ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法において、複数の送信局は、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部を共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部をそれぞれ占有して干渉しない占有帯域に分割し、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータを共有帯域と占有帯域に分散配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調を用いたマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法、送信装置および受信装置に関する。
なお、本明細書では、複数の基地局がそれぞれ配下の複数の端末局との間でマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムを想定し、基地局を送信局（送信装置）とし、端末局を受信局（受信装置）として説明するが、本発明の特徴とする無線リソース制御は、基地局に限らず端末局が自律的に行ってもよく、その場合には送信局と受信局の関係は逆転する。また、本発明は、基地局と端末局のような主従の関係のないＯＦＤＭ通信システムにも適用可能である。

複数のサブキャリアを用いた伝送方式を一般にマルチキャリア伝送方式という。このマルチキャリア伝送方式の中で、特に周波数利用効率に優れた変調方式としてＯＦＤＭ変調方式がある。ＯＦＤＭ変調方式は、周波数領域においてサブキャリアが互いに直交するような最小の周波数間隔で複数のサブキャリアを配置するものである。また、ＯＦＤＭ変調方式は、ガードインターバルを付加することにより遅延波が次のシンボルに与える影響を遮断できたり、周波数選択性フェージングへの耐性に優れるなどの理由から、高速無線伝送方式の一つとして注目されている。

このようなＯＦＤＭ変調を用いたマルチプルアクセス方式として、ＯＦＤＭ／ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access)方式、ＯＦＤＭ／ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access)方式、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access ：直交周波数分割多元接続）方式がある。ＯＦＤＭ／ＴＤＭＡ方式は、フレームを一定数のＯＦＤＭシンボルごとに時間スロットに区切り、集中制御局が時間スロットを複数のユーザに分配する。ＯＦＤＭ／ＣＳＭＡ方式は、フレームを一定数のＯＦＤＭシンボルごとに時間スロットに区切るが、複数局で時間スロットを自律分散的に時分割共有する。これらは、無線ＬＡＮの標準化規格の一つであるIEEE802.11a/g などで採用されている。

一方、ＯＦＤＭＡ方式は、周波数方向をサブキャリア、時間方向を時間スロットで区切り、時間−周波数の二次元領域でユーザ区分を行うもので、無線ブロードバンドアクセスシステムの標準化規格の一つであるIEEE802.16などで検討されている（非特許文献１）。

一般に、複数の基地局が同一周波数帯域を共用するＯＦＤＭ変調方式を用いる場合、ＯＦＤＭ／ＴＤＭＡ方式やＯＦＤＭ／ＣＳＭＡ方式では、隣接する基地局間ですべてのサブキャリアが電波干渉を受けるため、十分なＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio)を確保できる基地局付近以外のエリアでは、通信品質が極端に劣化する可能性が高い。

一方、ＯＦＤＭＡ方式では、無線リソースを適宜割り当てることにより使用するサブキャリアを基地局ごとに可変させることができる。したがって、隣接する基地局が同一周波数帯域を共用する場合でも、一方の基地局が使用するサブキャリアと他方の基地局が使用するサブキャリアを区分することにより、基地局間のサブキャリア干渉を回避することができる。すなわち、図９(1) に示すセグメント化ＰＵＳＣ（Partial Usage of SubChannel)ように、基地局ごとに異なるサブキャリアをセグメント化して割り当てることにより、サブキャリア干渉を回避することができる。

また、ＯＦＤＭＡ方式では、図９(2) に示すＦＵＳＣ（Full Usage of SubChannel）のように、サブキャリアの割り当てをセグメント化せず、すべてのサブキャリアを各基地局に割り当てる方法もある。

ここで、各サブキャリアをサブセット化して複数のサブチャネルに分割する場合には、サブキャリアを適宜サブチャネルに読み替えるものとする。例えば、セグメント化ＰＵＳＣの場合には、サブキャリアの衝突確率を低減するために、基地局（セクタ）ごとにサブチャネルを構成するサブキャリアのセットに違いをもたせる場合を含む。なお、サブチャネルを構成するサブキャリアのセットは、必ずしも隣接したサブキャリアを組み合わせる必要はなく、サブキャリアを櫛状に交互配置した組み合わせでもよい。
IEEE 802.16-2004: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, IEEE, October 2004, pp.551-576

ＯＦＤＭＡ方式におけるセグメント化ＰＵＳＣは、原理的に干渉が発生しないように周波数帯域を分割するため、各基地局に割り当てられる周波数帯域が狭くなって伝送容量がが減少する問題がある。

一方、ＦＵＳＣは、周波数帯域のオーバラップによりサブキャリア使用率 100％を確保できるが、サブキャリアの衝突が発生するために、特にセル（基地局の無線エリア）周辺のように十分なＣＩＲを確保できないエリアでは復調誤りが頻発し、通信品質が著しく低下する問題がある。

また、従来のＯＦＤＭＡ方式の通信装置では、この両者を容易に切り替えられる構成になっていないため、いずれか一方のサブキャリア割り当て方法に固定して用いられている。

本発明は、送信局ごとに使用するサブキャリアを可変でき、送信局間で周波数帯域をオーバラップさせることが可能なＯＦＤＭＡ方式の特性を利用し、サブキャリア使用率を高めながら十分なＣＩＲを確保できないエリアでの通信品質の劣化を抑えることができるＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法、送信装置および受信装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法において、複数の送信局は、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部を共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部をそれぞれ占有して干渉しない占有帯域に分割し、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータを共有帯域と占有帯域に分散配置する。

第２の発明は、ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法において、複数の送信局は、同一周波数帯域の複数のサブキャリアを各送信局ごとに優先利用する優先帯域に分割し、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータをそれぞれの優先帯域に配置するとともに、この優先帯域を超過する容量のデータを他の送信局の優先帯域（非優先帯域）に均等に配置する。

第２の発明において、同一周波数帯域の複数のサブキャリアに周波数に応じた順番をつけ、優先帯域のサブキャリアの割り当て順序と、非優先帯域のサブキャリアの割り当て順序が逆になるようにサブキャリアの割り当てを行ってもよい。

第２の発明において、ＡＲＱ伝送に用いる初回送信データまたは再送データを優先帯域に優先的に割り当ててもよい。

第１または第２の発明において、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータを、フレームの周波数方向に優先的かつ複数のサブキャリアに分散配置するとともに、フレームの時間軸方向にサブキャリア使用率が減少または増加するようにサブキャリアの割り当てを行ってもよい。

第３の発明は、ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムの送信装置において、送信するデータをＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化し所定の変調方式で変調する情報符号化変調器と、情報符号化変調器で符号化および変調されたデータを入力し、ＯＦＤＭＡ方式の少なくとも１フレーム分を蓄積するデータバッファと、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部を共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部をそれぞれ占有して干渉しない占有帯域に分割し、データバッファの読み出しアドレスを制御してデータバッファから読み出すデータが共有帯域と占有帯域に分散配置されるように制御する制御手段と、制御手段の制御によりデータバッファから読み出されたデータをＯＦＤＭ変調して送信信号を生成するＯＦＤＭ変調器とを備える。

第４の発明は、ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムの送信装置において、送信するデータをＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化し所定の変調方式で変調する情報符号化変調器と、情報符号化変調器で符号化および変調されたデータを入力し、ＯＦＤＭＡ方式の少なくとも１フレーム分を蓄積するデータバッファと、同一周波数帯域の複数のサブキャリアを各送信局ごとに優先利用する優先帯域に分割し、データバッファの読み出しアドレスを制御してデータバッファから読み出すデータを優先帯域に配置するとともに、この優先帯域を超過する容量のデータを他の送信局の優先帯域に均等に配置されるように制御する制御手段と、制御手段の制御によりデータバッファから読み出されたデータをＯＦＤＭ変調して送信信号を生成するＯＦＤＭ変調器とを備える。

第５の発明は、ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムであって、第４または第５の発明の送信装置が送信するＯＦＤＭ信号を受信する受信装置において、受信したＯＦＤＭ信号を復調するＯＦＤＭ復調器と、ＯＦＤＭ復調器から出力される復調データを入力し、サブキャリア単位にアドレス区分して蓄積するデータバッファと、データバッファからＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化され所定の変調方式で変調されたデータを入力し、復調および復号する情報復調復号器と、情報復調復号器で復調および復号されたデータのサブキャリアごとの誤り率を測定することにより複数の送信局間で干渉するサブキャリアを特定し、情報復調復号器で復調および復号されたデータを再符号化および変調し、干渉するサブキャリアに対応するデータをデータバッファの該当するバッファ領域に上書きして干渉信号を抑圧し、再度、情報復調復号器に入力する処理を所定回数または誤り率が所定値になるまで繰り返し、その後に復調および復号されたデータとして出力する制御手段とを備える。

また、第５の発明の制御手段は、送信装置から通知される所定の制御情報から複数の送信局間で干渉するサブキャリアを特定する構成としてもよい。

本発明は、ＯＦＤＭＡ方式におけるサブキャリア割り当て方法として、複数の送信局間で一部の周波数帯域をオーバラップさせることにより、周波数帯域を完全分割する場合よりも伝送容量を向上させることができる。

また、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータを、干渉しない占有帯域と干渉を許容する共有帯域、あるいは干渉の割合が小さい優先帯域と干渉の割合が大きい非優先帯域（他の送信局の優先帯域）に分配配置する。これにより、受信側でＦＥＣ復号による誤り訂正効果またはＣＤＭ復号（逆拡散処理）による処理利得により、受信品質の低い（例えば送信局から離れた）受信局における誤り発生を抑圧することができる。特に、自局の優先帯域を超過する容量のデータを非優先帯域（他の送信局の優先帯域）に均等に配置したり、さらに優先帯域と非優先帯域のサブキャリアの割り当て順序を逆にすることにより、優先帯域が干渉しない占有帯域となる割合が増え、かつ非優先帯域に割り当てたサブキャリアの干渉を最小限に抑えることができる。

また、ＣＩＲが十分に確保できる送信局近傍では、全サブキャリアが干渉したとしても誤りのない伝送が可能である。したがって、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータを周波数方向に優先的に複数のサブキャリアに分散配置し、時間軸方向にサブキャリア使用率を変化させてサブキャリアの割り当てを行うことにより、サブキャリア使用率に応じた干渉耐力を変化させることができる。すなわち、例えばフレーム前半に送信局近傍のユーザを配置し、フレーム後半に送信局から遠いユーザを割り当てる配置、あるいはその逆の配置を行うことが可能となり、１フレーム内にユーザを効率的に収容することができる。また、干渉対象となる送信局と自局との距離に応じて、全周波数帯域のオーバラップと、周波数帯域の部分的オーバラップと、周波数帯域の完全分離を使い分けることができ、送信局あたりのスループットを最大化することができる。

（本発明におけるサブキャリア割り当て方法の第１の実施形態）
図１は、本発明のＯＦＤＭ通信システムにおけるサブキャリア割り当て方法の第１の実施形態を示す。ここでは、同一周波数帯域を共用し互いに隣接する３つの基地局におけるサブキャリア割り当てを例に説明する。複数のサブキャリアをまとめたサブチャネルの割り当てに置き換えてもよい。

基地局＃１，＃２，＃３は、同一周波数帯域の複数のサブキャリアについて、一部のサブキャリアを共有して相互の干渉を許容し、一部のサブキャリアを占有して干渉しないように分割して割り当てることを特徴とする。図１に示す例では、各基地局で共用する同一周波数帯域をそれぞれのデータ量に応じて６つの周波数帯域に分割し、周波数帯域１のサブキャリアは基地局＃１と基地局＃３で共有し、周波数帯域２のサブキャリアは基地局＃１で占有し、周波数帯域３のサブキャリアは基地局＃１と基地局＃２で共有し、周波数帯域４のサブキャリアは基地局＃２で占有し、周波数帯域５のサブキャリアは基地局＃２と基地局＃３で共有し、周波数帯域６のサブキャリアは基地局＃３で占有する。なお、ここでは共有するサブキャリアは最大でも２つの基地局であるが、３つの基地局間で共有するサブキャリアがあってもよい。

基地局＃１では、ＦＥＣ（Forward Error Correction) またはＣＤＭ（Code Division Multiplexing) により符号化されたデータを、周波数帯域１，２，３のサブキャリアに割り当て、基地局＃２では同様に符号化されたデータを周波数帯域３，４，５のサブキャリアに割り当て、基地局＃３では同様に符号化されたデータを周波数帯域１，５，６のサブキャリアに割り当て、それぞれ干渉を許容した帯域と干渉のない帯域に分散配置する。

基地局＃１，＃２，＃３の各無線エリア内の受信局では、干渉のないサブキャリアと干渉を許容したサブキャリアを含めて受信処理することになるので、ＦＥＣ復号による誤り訂正効果またはＣＤＭ復号（逆拡散処理）による処理利得により、受信品質の低い（例えば基地局から離れた）受信局における誤り発生を抑圧することができる。しかも、従来のセグメント化ＰＵＳＣと異なり、一部のサブキャリアを複数の基地局で共有することになるので、サブキャリア使用率のアップによりユーザスループットを高めることができる。

（本発明におけるサブキャリア割り当て方法の第２の実施形態）
図２は、本発明のＯＦＤＭ通信システムにおけるサブキャリア割り当て方法の第２の実施形態を示す。ここでは、同一周波数帯域を共用し互いに隣接する３つの基地局におけるサブキャリア割り当てを例に説明する。複数のサブキャリアをまとめたサブチャネルの割り当てに置き換えてもよい。

基地局＃１，＃２，＃３は、基地局ごとに優先利用する周波数帯域（優先帯域）を設定し、この優先帯域のサブキャリアに例えばＱｏＳ（Quality of Services)要求の高いデータを割り当てる。さらに、この優先帯域を超過する容量のデータを送信する場合には、非優先帯域（他の基地局の優先帯域）のサブキャリアに対して、そのサブキャリアへの干渉発生確率が基地局間で均等になるように割り当てる。

例えば、図２(1) の例では、基地局＃１で優先帯域からデータがオーバーする場合には基地局＃２の優先帯域のサブキャリアに割り当て、基地局＃２で優先帯域からデータがオーバーする場合には基地局＃３の優先帯域のサブキャリアに割り当て、基地局＃３で優先帯域からデータがオーバーする場合には基地局＃１の優先帯域のサブキャリアに割り当てることにより干渉発生確率を均等化する。また、図２(2) の例では、基地局＃１で優先帯域からデータがオーバーする場合には基地局＃２，＃３の各優先帯域のサブキャリアに分割して割り当て、基地局＃２で優先帯域からデータがオーバーする場合には基地局＃１，＃３の各優先帯域のサブキャリアに分割して割り当て、基地局＃３で優先帯域からデータがオーバーする場合には基地局＃１，＃２の各優先帯域のサブキャリアに分割して割り当てることにより干渉発生確率を均等化する。

受信局では、干渉のないサブキャリアと干渉を許容したサブキャリアが分散しているため、ＦＥＣ復号による誤り訂正効果またはＣＤＭ復号（逆拡散処理）による処理利得により誤り発生を抑圧できるとともに、優先帯域内のみに配置されたデータは干渉の影響が受けにくくなるため、高品質なＱｏＳを提供することができる。

（本発明におけるサブキャリア割り当て方法の第３の実施形態）
図３は、本発明のＯＦＤＭ通信システムにおけるサブキャリア割り当て方法の第３の実施形態を示す。ここでは、同一周波数帯域を共用し互いに隣接する３つの基地局におけるサブキャリア割り当てを例に説明する。複数のサブキャリアをまとめたサブチャネルの割り当てに置き換えてもよい。

第３の実施形態は、第２の実施形態に比べて、干渉しない帯域をより多く確保するための工夫を加えたものであり、優先帯域内のサブキャリアの割り当て順序と、非優先帯域のサブキャリアの割り当て順序が逆（例えば、前者が降順、後者が昇順）になるように設定する。以下、便宜的にサブキャリア番号を用いて説明する。また、３つの基地局で共用する同一周波数帯域のサブキャリアをf1〜f15 とし、図２(2) の例に対応させて説明する。

まず、各基地局に均等に優先帯域を割り当て、基地局＃１の優先帯域はサブキャリアf1〜f5、基地局＃２の優先帯域はサブキャリアf6〜f10 、基地局＃３の優先帯域はサブキャリアf11 〜f15 とする。基地局＃１には８サブキャリア、基地局＃２には３サブキャリア、基地局＃３には９サブキャリアのデータ割り当て要求があった場合、優先帯域は降順、非優先帯域は昇順とすると、基地局＃１ではサブキャリア番号がf5,f4,f3,f2,f1,f6,f11,f7の順に払いだされる。同様に、基地局＃２ではサブキャリア番号がf10,f9,f8 の順に払いだされ、基地局＃３ではサブキャリア番号がf15,f14,f13,f12,f11,f1,f6,f2,f7 の順に払いだされる。

このように、優先帯域よりもデータ割り当て要求の帯域が大きい場合は、優先帯域においてもサブキャリアの共有により干渉が生じるが、優先帯域と非優先帯域のサブキャリアの割り当て順序を逆にすることにより、干渉の発生確率が低減し、かつ干渉が発生する場合でも全基地局で均等に生じるようになる。本実施形態では、基地局＃２で優先帯域のサブキャリアf10,f9,f8 が降順で割り当てられて干渉しない占有帯域となり、残りのサブキャリアf6,f7 が基地局＃１，＃３に割り当てられており、本方法のメリットが活かされていることがわかる。

（本発明におけるサブキャリア割り当て方法の第４の実施形態）
図４は、本発明のＯＦＤＭ通信システムにおけるサブキャリア割り当て方法の第４の実施形態を示す。

第４の実施形態は、図２〜図３に示す優先帯域をもつサブキャリア割り当て方法をとるとき、この優先帯域にＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest) 伝送に用いる初回送信データまたは再送データを優先的に割り当てる。例えば、初回送信データを非優先帯域に割り当てた場合には、その送信データに対して再送要求があったときに当該再送データを優先帯域、さらに干渉しない占有帯域に割り当てる制御を行う。また、受信局では、再送信号合成器を用いて非優先帯域で伝送された初回送信データと優先帯域（占有帯域）で伝送された再送データの合成処理を行うことにより、高いＳＩＲ（Signal Interference Ratio)を確保することができる。

（本発明におけるサブキャリア割り当て方法の第５の実施形態）
図５は、本発明のＯＦＤＭ通信システムにおけるサブキャリア割り当て方法の第５の実施形態を示す。

ここで、フレームは時間軸と周波数軸の二次元で表されるものとし、本実施形態では１ＯＦＤＭシンボル長と１サブキャリアで示される無線リソースをスロットとよぶ。例えば１フレームが15ＯＦＤＭシンボルと15サブキャリアで構成される場合、１フレームに225 スロットの無線リソースが存在することになる。本実施形態では、図２および図３の実施形態に示すように、サブキャリアf1〜f15 のうち基地局＃１の優先帯域にサブキャリアf1〜f5を割り当て、基地局＃２の優先帯域にサブキャリアf6〜f10 を割り当て、基地局＃３の優先帯域にサブキャリアf11 〜f15 を割り当て、優先帯域よりもデータ割り当て要求の帯域が大きい場合に非優先帯域（隣接する基地局の優先帯域）のサブキャリアに割り当てる。なお、周波数軸は、複数のサブキャリアをまとめたサブチャネルとしてもよい。

また、本実施形態では、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータを割り当てるスロットは周波数方向に優先的に配置し、複数のサブキャリア（干渉のないサブキャリアと干渉を許容したサブキャリア）に跨がって配置するとともに、時間軸方向におけるフレームの先頭から順に受信品質の高いユーザから割り当てることを特徴とする。図５に示す例は、各基地局が５ユーザを収容する例を示す。時間軸方向でフレームの後半に向かうに従ってサブキャリア使用率が減少し、受信品質が最低のユーザがフレーム最後端に位置するように割り当てる。これにより、衝突するサブキャリア数は、ＯＦＤＭシンボルごとに各基地局で平均的に分散され、フレーム後端に近づくにつれて衝突数が減り、干渉耐力が高まることが想定される。

（本発明のＯＦＤＭ通信システムの送信装置の実施形態）
図６は、本発明のＯＦＤＭ通信システムの送信装置の実施形態を示す。
図において、基地局（送信装置）１００は、単一または複数のユーザのバイナリデータを情報符号化変調器１０１に入力し、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化を行った後に、ＰＳＫ（Phase Shift Keying) やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation)などの変調方式で変調する。符号化および変調されたデータは、少なくとも１つのフレーム分についてデータバッファ１０２に蓄積される。データ量カウンタ１０３は、データバッファ１０２のアドレス情報等を参照してユーザごとのデータ量を把握する。無線リソース制御部１０４は、ユーザごとのデータ量を入力し、図１〜図５で説明したサブキャリアの割り当てアルゴリズムに従い、１フレーム内のデータが基地局に割り当てられたサブキャリアに対応する配置になるように、アドレスマッパー１０５を用いてデータバッファ１０２内のデータ入れ替え（アドレス変換）を行う。データバッファ１０２は、アドレス制御器１０６に指定されたアドレス区間のデータを順次読み出してＯＦＤＭ変調器１０７に出力し、ＯＦＤＭ変調器１０７はＯＦＤＭ変調処理によって送信信号を生成する。

本実施形態のサブキャリアの割り当てアルゴリズムでは、図６に示すように、サブキャリアf1〜f6のうち第１の基地局＃１にサブキャリアf1〜f4を割り当て、第２の基地局＃２にサブキャリアf3〜f6を割り当ることにより、干渉を許容したサブキャリアf3，f4と干渉のないサブキャリアf1，f2，f5，f6に分割することができる。なお、周波数軸は、複数のサブキャリアをまとめたサブチャネルとしてもよい。

このように、基地局＃１にサブキャリアf1〜f4を割り当て、基地局＃２にサブキャリアf3〜f6を割り当てるには、各基地局の無線リソース制御部１０４間で、それぞれのデータ量カウンタ１０３で検出されるユーザごとのデータ量を制御パスを介して相互に参照し、それに応じて干渉を許容した帯域と干渉のない帯域が分散するように制御する。あるいは、各基地局に備えた無線リソース制御部１０４を各基地局から切り離し、バークボーン回線を介して各基地局に接続される無線リソース制御部から一括集中制御する構成としてもよい。また、各基地局に備えた無線リソース制御部１０４がユーザごとのデータ量をやりとりせずに独立して無線リソース制御を行う場合には、フレーム内の平均サブキャリア使用率や最大サブキャリア使用率を規定し、各基地局で使用するサブキャリアを分散配置し、干渉のないサブキャリアの存在が期待できるように設定してもよい。

また、再送制御部を備え、無線リソース制御部１０４は再送制御部から指定される再送データについて、サブキャリア割り当て方法の第４の実施形態で説明したようなサブキャリアへの割り当て制御を行うようにしてもよい。

図７は、基地局＃１のアドレスマッパー１０５のアドレス変換例を示す。図７(1) は、データバッファ１０２に蓄積された有効データを表し、バッファアドレスa1〜a24 にデータ１〜24が対応し、バッファアドレスa25 〜a36 は空きである。基地局＃１のアドレス制御器１０６が時刻t1でアドレスa1〜a6を順に読み出し、時刻t2でアドレスa7〜a12 を順に読み出すような場合、図７(2) に示すようにアドレスa1,a2,a3,a4,a25,a26,a5,a6,a7,a8,a27,a28,…になるようにアドレス変換が行われ、最終的に図６に示すようにデータ１〜24がサブキャリアf1〜f4にマッピングされる。上記の各サブキャリアの割り当て方法をとる場合にも同様のアドレス変換により対応することができる。

（本発明のＯＦＤＭ通信システムの受信装置の実施形態）
図８は、本発明のＯＦＤＭ通信システムの受信装置の実施形態を示す。
図において、端末局（受信装置）２００は、受信したＯＦＤＭ信号をＯＦＤＭ復調器２０１で復調し、復調データをデータバッファ２０２に蓄積する。データバッファ２０２のバッファ領域は、サブキャリア単位でアドレス区分される。なお、複数のサブキャリアをまとめたサブチャネル単位としてもよい（以下同様）。

データバッファ２０２に蓄積されたデータは情報復調復号器２０３に入力され、基地局１００の情報符号化変調器１０１と逆処理で復調・復号される。この復調・復号後のデータは、ＣＩＮＲ測定器２０４でサブキャリアごとにＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio)値を測定し、一定のＣＩＮＲ値を満足しないサブキャリアについては干渉が生じたものと判定する。制御スイッチ２０５は、ＣＩＮＲ測定器２０４の測定結果を入力してすべてのサブキャリアで一定のＣＩＮＲ値を満足するまで、復調・復号後のデータを情報符号化変調器２０６に入力し、基地局１００の情報符号化変調器１０１と同一の符号化変調を行う。アドレス制御器２０７は、符号化変調されたデータを入力してサブキャリア単位でアドレス区分するとともに、ＣＩＮＲ測定器２０４の測定結果を入力し、一定のＣＩＮＲ値を満足しないサブキャリアに対応するデータをデータバッファ２０２の該当するバッファ領域（図６の例ではサブキャリアf3,f4 ）に上書きする。

以下、データバッファからの読み込み、復調・復号処理、ＣＩＮＲ測定、符号化・変調処理、データバッファの一部上書きの処理を繰り返す。制御スイッチ２０５は、すべてのサブキャリアで一定のＣＩＮＲ値を満足した時点でこの繰り返し処理を停止し、復調・復号されたデータを復元データとして出力する。なお、制御スイッチ２０５は、繰り返し回数が所定の上限回数に達したときに繰り返し処理を停止するようにしてもよい。

また、基地局ごとの使用サブキャリア情報を含む制御情報が、基地局ごとに異なるサブキャリアを用いて伝送される場合、その制御情報から干渉するサブキャリアを認識することができる。例えば、復元対象のスロットがサブキャリアf1〜f4に存在し、復元対象外のスロットがサブキャリアf3〜f6に存在することを示す制御情報が与えられた場合、干渉するサブキャリアがf3, f4であると特定できる。ＣＩＮＲ測定器２０４は、この情報をＯＦＤＭ復調基地局２０１から取得し、干渉するサブキャリアf3, f4についてＣＩＮＲ値を測定し、制御スイッチ２０５およびアドレス制御器２０７は、このサブキャリアf3, f4のＣＩＮＲ値に応じた処理を行うようにしてもよい。

以上の処理により、端末局２００では、干渉のないサブキャリアと干渉を許容したサブキャリアを含めて受信処理することにより、ＦＥＣ復号による誤り訂正効果またはＣＤＭ復号（逆拡散処理）による処理利得が得られ、さらに干渉を許容したサブキャリアの受信データを確からしく更新しながら復調・復元処理を繰り返すので、誤り発生を確実に抑圧することができる。

図９は、本発明による伝送特性の改善例を示す。
図において、縦軸は周波数利用効率を示し、縦軸は基地局からの距離を示す。横軸の距離１が当該基地局がカバーすべき最遠点である。サブキャリア使用率 100％の場合、最遠点までカバーすることができず、セグメント化ＰＵＳＣでは基地局付近のスループットが確保できない問題がある。

本発明システムでは、基地局からの正規化距離 0.1〜１の範囲で、サブキャリア使用率 100％のＦＵＳＣおよびセグメント化ＰＵＳＣに比べて、同等もしくはより高い周波数利用効率を実現することができる。また、本発明システムでは、基地局近傍ではサブキャリア使用率を 100％にすることも可能であり、その場合には全範囲に渡って高い周波数利用効率を実現することができる。

以上説明した本発明の無線リソース制御は、干渉を許容したサブキャリアを設けて伝送容量を高めるものであるが、上記の説明のサブキャリアをＯＦＤＭシンボルに読み替え、時間軸方向の干渉を許容して伝送容量を高めるようにしてもよい。

本発明のサブキャリア割り当て方法の第１の実施形態を示す図。本発明のサブキャリア割り当て方法の第２の実施形態を示す図。本発明のサブキャリア割り当て方法の第３の実施形態を示す図。本発明のサブキャリア割り当て方法の第４の実施形態を示す図。本発明のサブキャリア割り当て方法の第５の実施形態を示す図。本発明のＯＦＤＭ通信システムの送信装置の実施形態を示す図。基地局＃１のアドレスマッパー１０５のアドレス変換例を示す図。本発明のＯＦＤＭ通信システムの受信装置の実施形態を示す図。本発明による伝送特性の改善例を示す図。従来のＯＦＤＭ通信システムにおけるサブキャリア割り当て例を示す図。

符号の説明

１００基地局（送信装置）
１０１情報符号化変調器
１０２データバッファ
１０３データ量カウンタ
１０４無線リソース制御部
１０５アドレスマッパー
１０６アドレス制御器
１０７ＯＦＤＭ変調器
２００端末局（受信装置）
２０１ＯＦＤＭ復調器
２０２データバッファ
２０３情報復調復号器
２０４ＣＩＮＲ測定器
２０５制御スイッチ
２０６情報符号化変調器
２０７アドレス制御器

Claims

ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記複数の送信局は、前記同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部を共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部をそれぞれ占有して干渉しない占有帯域に分割し、ＦＥＣ（Forward Error Correction) またはＣＤＭ（Code Division Multiplexing) により符号化されたデータを前記共有帯域と前記占有帯域に分散配置する
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法。
ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムにおいて、
前記複数の送信局は、前記同一周波数帯域の複数のサブキャリアを各送信局ごとに優先利用する優先帯域に分割し、ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータをそれぞれの優先帯域に配置するとともに、この優先帯域を超過する容量のデータを他の送信局の優先帯域（以下「非優先帯域」という）に均等に配置する
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法。
請求項２に記載のＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法において、
前記同一周波数帯域の複数のサブキャリアに周波数に応じた順番をつけ、前記優先帯域のサブキャリアの割り当て順序と、前記非優先帯域のサブキャリアの割り当て順序が逆になるようにサブキャリアの割り当てを行う
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法。
請求項２に記載のＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法において、
ＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest) 伝送に用いる初回送信データまたは再送データを前記優先帯域に優先的に割り当てる
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法。
請求項１または請求項２に記載のＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法において、
前記ＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化されたデータを、フレームの周波数方向に優先的かつ複数のサブキャリアに分散配置するとともに、フレームの時間軸方向にサブキャリア使用率が減少または増加するようにサブキャリアの割り当てを行う
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムのサブキャリア割り当て方法。
ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムの送信装置において、
送信するデータをＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化し所定の変調方式で変調する情報符号化変調器と、
前記情報符号化変調器で符号化および変調されたデータを入力し、前記ＯＦＤＭＡ方式の少なくとも１フレーム分を蓄積するデータバッファと、
前記同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部を共有して相互の干渉を許容する共有帯域と、同一周波数帯域の複数のサブキャリアの一部をそれぞれ占有して干渉しない占有帯域に分割し、前記データバッファの読み出しアドレスを制御して前記データバッファから読み出すデータが前記共有帯域と前記占有帯域に分散配置されるように制御する制御手段と、
前記制御手段の制御により前記データバッファから読み出されたデータをＯＦＤＭ変調して送信信号を生成するＯＦＤＭ変調器と
を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムの送信装置。
ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムの送信装置において、
送信するデータをＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化し所定の変調方式で変調する情報符号化変調器と、
前記情報符号化変調器で符号化および変調されたデータを入力し、前記ＯＦＤＭＡ方式の少なくとも１フレーム分を蓄積するデータバッファと、
前記同一周波数帯域の複数のサブキャリアを各送信局ごとに優先利用する優先帯域に分割し、前記データバッファの読み出しアドレスを制御して前記データバッファから読み出すデータを優先帯域に配置するとともに、この優先帯域を超過する容量のデータを他の送信局の優先帯域に均等に配置されるように制御する制御手段と、
前記制御手段の制御により前記データバッファから読み出されたデータをＯＦＤＭ変調して送信信号を生成するＯＦＤＭ変調器と
を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムの送信装置。
ＯＦＤＭＡ方式で同一周波数帯域を共用する複数の送信局がそれぞれ配下の複数の受信局とマルチプルアクセス通信を行うＯＦＤＭ通信システムであって、請求項６または請求項７に記載の送信装置が送信するＯＦＤＭ信号を受信する受信装置において、
受信したＯＦＤＭ信号を復調するＯＦＤＭ復調器と、
前記ＯＦＤＭ復調器から出力される復調データを入力し、サブキャリア単位にアドレス区分して蓄積するデータバッファと、
前記データバッファからＦＥＣまたはＣＤＭにより符号化され所定の変調方式で変調されたデータを入力し、復調および復号する情報復調復号器と、
前記情報復調復号器で復調および復号されたデータのサブキャリアごとの誤り率を測定することにより前記複数の送信局間で干渉するサブキャリアを特定し、前記情報復調復号器で復調および復号されたデータを再符号化および変調し、前記干渉するサブキャリアに対応するデータを前記データバッファの該当するバッファ領域に上書きして干渉信号を抑圧し、再度、前記情報復調復号器に入力する処理を所定回数または前記誤り率が所定値になるまで繰り返し、その後に復調および復号されたデータとして出力する制御手段と
を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムの受信装置。
請求項８に記載のＯＦＤＭ通信システムの受信装置において、
前記制御手段は、前記送信装置から通知される所定の制御情報から前記複数の送信局間で干渉するサブキャリアを特定する構成である
ことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムの受信装置。