JP2009504065A - マルチキャリヤ無線ネットワークにおける適応的チャネル品質フィードバック用装置及び方法 - Google Patents

Abstract

マルチキャリヤプロトコルに従って通信できる無線ネットワークで利用するための加入者端末が開示される。上記加入者端末は、各々複数のサブキャリヤを含むＮ個のサブバンドに亘る総平均信号レベルを決める。また、加入者端末は、第１サブバンド内の第１平均信号レベルを決める。すると、加入者端末は無線ネットワークへチャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバックメッセージを転送する。上記ＣＱＩフィードバックメッセージは、総平均信号レベルを表す第１データフィールドと第１平均信号レベルを表す第２データフィールドを含む。上記第１データフィールドは、上記総平均信号レベルを絶対値で表すことができ、上記第２データフィールドは、上記総平均信号レベルに対する第１平均信号レベルを表すこともできる。

Description

本発明は、無線通信に関し、特にマルチキャリヤ無線ネットワークにおけるチャネル品質フィードバック（channel quality feedback）を提供するためのメカニズムに関する。

直交周波数分割多重化（Othorgonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）方式は、ユーザが複数の直交周波数（または、サブキャリヤやトーン）の上で転送を遂行するマルチキャリヤ転送技術である。直交サブキャリヤ（または、トーン）は、互いに干渉しないように個別的に変調され周波数分割される。これによって、高い分光効率と多重経路影響に対する抵抗を提供する。直交周波数分割多重接近（Othorgonal Frequency Division Multiplexing Access：ＯＦＤＭＡ）システムは、一部サブキャリヤが一人のユーザでなく、他の複数のユーザに割り当てられるようにする。

無線ネットワークの性能は、チャネル品質フィードバックを具現することによって向上することができる。無線ネットワークの受信端末（例えば、加入者端末）は、受信信号の選択されたパラメータを測定する。このような測定されたパラメータと、選択的に測定されたパラメータから得た計算値が時にはチャネル品質指示子（Channel Quality Indicator：ＣＱＩ）メッセージとも呼ばれる標準メッセージを通じて無線ネットワークへ転送される。すると、ネットワークは、ＣＱＩ情報を用いて順方向チャネル（または、ダウンリンク）で転送された信号を最適化し、これによって、加入者端末での受信を向上させる。加入者端末は、これと類似な技術を用いて逆方向チャネル（または、アップリンク）で性能を向上させることもできる。

多様なチャネル品質フィードバック技術がＯＦＤＭ及びＯＦＤＭＡネットワークのような多重チャネル無線ネットワークで通常的に用いられる。しかしながら、多重チャネル無線ネットワークは、サブキャリヤ（または、トーン）グループを含んだサブバンドを各加入者端末に割り当てて、このような従来のチャネル品質フィードバック技術は、各サブバンドに対するチャネル品質指示子（ＣＱＩ）値の絶対値を転送する。しかしながら、各サブバンドに対してＣＱＩ絶対値を転送するためには、あまりにも過大なフィードバックオーバーヘッドが要求される。

したがって、チャネル品質フィードバックを提供するために要求される帯域幅の量を最小化させる、改善されたＯＦＤＭ及びＯＦＤＭＡ転送システムが要求される。

本発明の目的は、マルチキャリヤを利用する無線通信システムにおけるチャネル品質情報を送受信する装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、マルチキャリヤを利用する無線通信システムにおいて、フィードバックオーバーヘッドを減らしながらチャネル品質情報を送受信する装置及び方法を提供することにある。

ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡのようなマルチキャリヤプロトコルに従って通信できる無線ネットワークで利用するための送信機が提供され、このような送信装置は、各々が複数のサブキャリヤを含むＮ個のサブバンドに対する総平均信号レベルを決定し、Ｎ個のサブバンドのうち、一番目のサブバンド内で第１平均信号レベルを決めることができる。一実施形態において、送信装置は上記総平均信号レベルを表す第１データフィールド及び第１平均信号レベルを表す第２データフィールドを含む上記チャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバックメッセージを生成する制御器と、無線ネットワークへ上記ＣＱＩフィードバックメッセージを転送する送信モジュールとを含むことを特徴とする。

本発明に従う実施形態において、マルチキャリヤプロトコルに従って複数の加入者端末と通信できる無線ネットワークで利用するための基地局が提供される。基地局は、ダウンリンクで、各々複数のサブキャリヤを含むＮ個のサブバンドを用いて上記複数の加入者端末へ転送する。このような基地局は複数の加入者端末のうち、第１加入者端末からチャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバックメッセージを受信することができる。ＣＱＩフィードバックメッセージは、Ｎ個のサブバンドに対して第１加入者端末により決まる総平均信号レベルを表す第１データフィールドと、Ｎ個のサブバンドのうち、第１サブバンド内で第１加入者端末により決まる第１平均信号レベルを表す第２データフィールドとを含む。基地局はＣＱＩフィードバックメッセージを用いて第１加入者端末へダウンリンクで転送するためにＮ個のサブバンドのうち、選択されたサブバンドを割り当てる。

本発明は、マルチキャリヤを利用する無線通信システムにおいて、フィードバックオーバーヘッドを減らしてチャネル品質情報を効率のよく送受信することができる。

本発明の詳細な説明の前に、本特許明細書を通じて使われる幾つかの単語と語句に対する定義を明確にすることがより好ましいはずである。‘含む’、‘具備する’という単語とその派生語は制限無しで含むことを意味し、‘または’という単語はそして／またはという意味を含み、‘各々’という単語は確認された項目の少なくとも１つの部分集合の全ての要素を意味し、‘〜と関連する’という語句とその派生語は、含む、〜に含まれる、相互連結される、含有する、〜に含まれる、〜に連結する、〜に結合する、容易に伝えられる、協力する、挟んで置く、並んで置く、〜に近い、〜しなければならない、持つ、〜の属性を持つなどを意味する。そして、‘制御器’という単語は、少なくとも１つの動作を制御する装置、システム、またはその部分を意味する。このような装置はハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェア、または少なくとも同一な２つのどんな組合により具現されることができる。特定の制御器と関連した機能は、地域的に、または遠隔で中央集中化されたり分配できることに特に留意しなければならない。幾つかの単語と語句に対する定義は、本特許明細書に亘って提供され、当業界で通常の知識を有する者は、大部分の場合ではなくても、多くの場合において、このように定義された単語と語句の今後の使用だけでなく、このような定義が優先的に適用できることを理解すべきである。

下記に論議された図１乃至図６及び本発明の原理の説明に用いられる多様な実施形態は例示であって、本発明の範囲を制限するものと解されてはならない。当業者は、本発明の原理が適切に整えられた通信システムで具現できるということが分かる。

チャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバック技術は、マルチキャリヤネットワークで用いられる。受信装置（例えば、加入者端末）は、ネットワークが利用する全周波数範囲に亘る平均チャネル品質を決める。全周波数範囲に亘る平均チャネル品質とサブバンドの平均チャネル品質との間の相対的な差値は、送信装置（例えば、基地局）へ送られる。チャネル品質情報転送時、フィードバックオーバーヘッドを減らすために使われる相対的なチャネル品質指示（Relative Channel Quality Indication：ＲＣＧＩ）レベルが定義され、無線ネットワークの各サブバンドに対して上記ＲＣＧＩレベルがフィードバックされる。

図１は、本発明の原理に従う例示的なＯＦＤＭＡ（または、ＯＦＤＭ）ネットワークにおいて、適応的チャネル品質フィードバック技術を具現する無線ネットワーク１００を示す図である。本実施形態において、無線ネットワーク１００は、基地局ＢＳ１０１、基地局ＢＳ１０２、基地局ＢＳ１０３、及びその他の類似な基地局（図示せず）を含む。基地局１０１は、基地局１０２及び基地局１０３と通信中である。また、基地局１０１はインターネット１３０または類似なＩＰ基盤のネットワーク（図示せず）と通信中である。

基地局１０２は、基地局１０２のカバレッジ領域１２０内で複数の第１加入者端末（基地局１０１を通じた）にインターネット１３０に対する無線広帯域接近を提供する。複数の第１加入者端末は、小規模事業者（Small Business：ＳＢ）に位置した加入者端末１１１、企業Ｅ（Enterprise）に位置した加入者端末１１２、ＷｉＦｉホットスポット（Hot Spot：HS）に位置した加入者端末１１３、第１居住地Ｒ（Residence）に位置した加入者端末１１４、第２居住地Ｒに位置した加入者端末１１５、及び移動電話、無線ラップトップコンピュータ、及び無線ＰＤＡなどのような移動装置Ｍ（Mobile Device）である加入者端末１１６を含む。

基地局１０３は、基地局１０３のカバレッジ領域１２５内で複数の第２加入者端末（基地局１０１を通じた）にインターネット１０３に対する無線広帯域接近を提供する。複数の第２加入者端末は、加入者端末１１５及び加入者端末１１６を含む。本発明の好ましい一実施形態において、基地局１０１−１０３は、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ技術を用いて互いに通信したり加入者端末１１１−１１６と通信することができる。

基地局１０１は、より多いか少ない数の基地局と通信することもできる。また、図１には、例えば、６個の加入者端末が例示されているが、無線ネットワーク１００は、より多い加入者端末に無線広帯域接続を提供することもできる。加入者端末１１５及び加入者端末１１６は、カバレッジ領域１２０とカバレッジ領域１２５の全ての縁部に位置していることが分かる。当業者に知られているように、加入者端末１１５及び加入者端末１１６は、各々基地局１０２と基地局１０３全てと通信し、ハンドオフモードで動作中であると言うことができる。

加入者端末１１１−１１６は、インターネット１３０を通じて、音声、データ、ビデオ、画像会議及び／またはその他の広帯域サービスに接続することができる。本発明の好ましい一実施形態において、１つ以上の加入者端末１１１−１１６は、ＷｉＦｉ ＷＬＡＮのアクセスポイント（ＡＰ）（図示せず）と関連することができる。加入者端末１１６は、無線可能ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、ノートブック、携帯型機器、またはその他の無線可能装置を含んだ移動装置中の１つでありうる。加入者端末１１４、１１５は、例えば、無線可能ＰＣ、ラップトップコンピュータ、ゲートウェイ、またはその他の装置でありうる。

以下、図２ａ及び図２ｂを参照しつつ本発明の実施形態に従う送信機及び受信機の構成を説明する。
本発明の実施形態に従う図２ａは、ＯＦＤＭＡ送信機２００の上位レベルブロック構成図である。本発明の実施形態に従う図２ｂは、ＯＦＤＭＡ受信機２５０の上位レベルブロック構成図である。ＯＦＤＭＡ送信機２００、またはＯＦＤＭＡ受信機２５０、または両方ともは、無線ネットワーク１００の基地局１０１−１０３の如何なる基地局でも具現されることができる。これと類似するように、上記ＯＦＤＭＡ送信機２００、またはＯＦＤＭＡ受信機２５０、または両方ともは、無線ネットワーク１００の加入者端末１１１−１１６の如何なる加入者端末でも具現されることができる。

ＯＦＤＭＡ送信機２００は、直交振幅変調器（Quadrature Amplitude Modulation：ＱＡＭ）２０５、直列対並列（Serial-to-Parallel：Ｓ／Ｐ）ブロック２１０、サイズＮの逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）ブロック２１５、並列対直列（Parallel-to-Serial：Ｐ／Ｓ）ブロック２２０、加算循環プリフィクス（Cyclic Prefix：ＣＰ）ブロック２２５、及びアップコンバータ（Up-Converter）２３０を含む。ＯＦＤＭＡ受信機２５０は、ダウンコンバータ（Down-Converter）２５５、除去ＣＰブロック２６０、直列対並列（Serial-to-Parallel：Ｓ／Ｐ）ブロック２６５、サイズＮの高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）ブロック２７０、並列対直列（Parallel-to-Serial：Ｐ／Ｓ）ブロック２７５、ＱＡＭ復調器２８０、及びチャネル品質指示子（ＣＱＩ）計算ブロック２８５を含む。

図２ａ及び２ｂにおいて、少なくとも一部の構成要素はソフトウェアで具現されることができ、他の構成要素は構成可能なハードウェア、またはソフトウェア及び構成可能なハードウェアの混合により具現されることができる。特に、本発明の明細書で説明されたＦＦＴブロック及びＩＦＦＴブロックは、構成可能なソフトウェアアルゴリズムとして具現されることができ、サイズＮの値は上記具現に従って修正されることができる。

また、本発明の明細書ではＦＦＴ及びＩＦＦＴを具現する一実施形態を挙げているが、これは例示であり、本発明の範囲を制限するものと解されてはならない。本発明の他の実施形態では、ＦＦＴ機能とＩＦＦＴ機能を各々離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform：ＤＦＴ）機能及び逆離散フーリエ変換（Inverse Discrete Fourier Transform：ＩＤＦＴ）機能に各々容易に代替できることが分かる。ＤＦＴ及びＩＤＦＴ機能のために、Ｎ値は定数（１、２、３、４等）であリ得るが、ＦＦＴ及びＩＦＦＴ機能に対し、Ｎ値は２の自乗数である定数（１、２、４、８、１６等）でありうる。

ＯＦＤＭＡ送信機２００において、ＱＡＭ変調器２０５は、情報ビットセットを受信し、入力ビットを変調して周波数領域で変調シンボルのシーケンスを作り、ここで、変調方式は、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど、予め決まった変調方式に従って選択される。選択されたフィードバック制御メッセージにおいて、情報ビットは本明細書で説明されるように、チャネル品質指示子（ＣＱＩ）情報を含むこともできる。したがって、制御器がＱＡＭ変調器２５０のプリアンブルに連結されることができ、このようなＱＡＭ変調器は、後述する本発明に従ってチャネル品質情報からＣＱＩフィードバックメッセージを生成する。Ｓ／Ｐブロック２１０は、直列ＱＡＭシンボルを並列データに変換（即ち、逆多重化）してＮ個の並列シンボルストリームを生成し、ここで、Ｎは送信機２００及び受信機２５０で用いられるＩＦＦＴ／ＦＦＴのサイズである。サイズＮのＩＦＦＴブロック２１５は、Ｎ個の並列シンボルストリームにＩＦＦＴを遂行して時間領域の出力信号を発生する。Ｐ／Ｓブロック２２０は、サイズＮのＩＦＦＴブロック２１５から時間領域の並列出力シンボルを変換（即ち、多重化）して、時間領域の直列信号を発生する。加算ＣＰブロック２２５は、時間領域信号にＣＰを挿入する。

最後に、アップコンバータ２３０は、ＯＦＤＭＡ送信機２００が基地局または加入者端末で具現されるかによって加算ＣＰブロック２２５の出力を順方向チャネルまたは逆方向チャネルを介して転送するためのＲＦ周波数に変調（即ち、アップコンバート）する。加算ＣＰブロック２２５からの信号はＲＦ周波数に変換される前に基底帯域でフィルタリングされることもできる。ＯＦＤＭＡ送信機２００により転送された時間領域の信号は、転送されたデータシンボルに対応する多重重複サイン曲線（multiple overlapping sinusoidal）信号を含む。

ＯＦＤＭＡ受信機２５０において、受信されるＲＦ信号はＯＦＤＭＡ受信機２５０が基地局または加入者端末で具現されるかによって、順方向または逆方向チャネルを介して受信される。ＯＦＤＭＡ受信機２５０は、ＯＦＤＭＡ送信機２００で遂行される動作と逆に遂行する。ダウンコンバータ２５５は、受信された信号を基底帯域周波数で下り変換し、除去ＣＰブロック２６０は、ＣＰを除去して時間領域直列基底帯域信号を発生する。Ｓ／Ｐブロック２６５は、時間領域の基底帯域信号を時間領域の並列信号に変換する。サイズＮのＦＦＴブロック２７０は、ＦＦＴアルゴリズムを遂行してＮ個の並列周波数領域信号を発生する。Ｐ／Ｓブロック２７５は、並列周波数領域信号をＱＡＭデータシンボルシーケンスに変換する。ＱＡＭ復調器２８０は、ＱＡＭシンボルを復調して最初の入力データストリームを復元する。

図２ｂの好ましい実施形態において、チャネル品質指示子（ＣＱＩ）計算ブロック２８５は、サイズＮのＦＦＴブロック２７０の出力での信号を測定して、本発明に従って選択されたチャネル品質フィードバックアルゴリズムに従って、例えば、加入者端末からＣＱＩフィードバックメッセージを受信して１つ以上のチャネル品質パラメータを決める。しかしながら、他の実施形態において、ＣＱＩ計算ブロック２８５は、除去ＣＰブロック２６０の出力のような、受信経路上の他の地点の受信信号を測定することもできる。

本発明の原理に従い、ＣＱＩ計算ブロック２８５は、サイズＮのＦＦＴブロック２７０の出力の全てのサブキャリヤに亘って（即ち、ネットワーク１００が利用するキャリヤの全周波数範囲に亘って）平均チャネル品質を決めることができる。ＣＱＩ計算ブロック２８５は、平均チャネル品質と各サブバンドにおけるサブバンド平均チャネル品質との間の相対的な差を決める。ＣＱＩ情報（図２ａに示すような）は、本明細書で記述する相対的なチャネル品質指示（Relative Channel Quality Indication：ＲＣＱＩ）レベルを用いて送信装置へ転送される。また、ダウンリンク転送のためのＮ個のサブバンドのうち、選択されたサブバンドを加入者端末に割り当てるために、ＣＱＩ計算機と連結された制御器を具備して、本発明のＣＱＩフィードバックメッセージを利用することができる。

図３は、本発明の原理に従うＯＦＤＭＡ無線ネットワーク１００の周波数領域スケジューリング方式によるサブキャリヤの割り当てを示す図である。図３の例において、全５１２つのＯＦＤＭサブキャリヤ（または、トーン）が各々６４個の隣り合うサブキャリヤを含む８個のグループ（または、サブバンド）に分けられる。例えば、第１サブバンドＳＢ１は、サブキャリヤＳＣ１−ＳＣ６４を含み、第２サブバンドＳＢ２は、サブキャリヤＳＣ６５−ＳＣ１２８を含む等である。第８の（最後の）サブバンドＳＢ８は、サブキャリヤＳＣ４４９−ＳＣ５１２を含む。

与えられた加入者端末（例えば、加入者端末１１６、または加入者端末１１５）は、このサブバンドのうち、１つ以上のサブバンドの割り当てを受けることができる。図３において、２つの加入者端末ＳＳ１１５及びＳＳ１１６の場合、８個のサブバンドＳＢ１−ＳＢ８は、チャネルフェイディングに従って受信機に割り当てられる。加入者端末ＳＳ１１６とＳＳ１１５の受信信号は、多重経路の影響により周波数選択的フェイディングを経る。直線３３０ａは、フラットフェイディング（flat-fading）特性を表す。そして、点線曲線３１０ａは、ＳＳ１１６の受信機から見て、ＢＳ１０２からのダウンリンク信号の周波数選択的フェイディングを表す。実線曲線３２０ａは、ＳＳ１１５の受信機から見て、ＢＳ１０２からのダウンリンク信号の周波数選択的フェイディングを表す。

本発明の原理に従い、ＳＳ１１５及びＳＳ１１６は、受信されたダウンリンク信号の１つ以上のパラメータを測定し、ＢＳ１０２にＣＱＩデータで報告する。ＢＳ１０２は、特定サブバンドで受信のために、このチャネル品質フィードバック情報を用いてＳＳ１１５とＳＳ１１６をスケジューリングする。図３の例において、ＳＳ１１６は、サブバンドＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ６、ＳＢ７、及びＳＢ８の上でスケジューリングされ、ＳＳ１１６に対するチャネル品質は、ＳＳ１１５に対するチャネル品質より優れる。ＳＳ１１５は、サブバンドＳＢ３、ＳＢ４、及びＳＢ５の上でスケジューリングされ、ＳＳ１１５は、相対的に、より高い受信電力を有する。したがって、各加入者端末で相対的なフェイディングは、図３の下部のサブバンド割り当て３５０を決めることに用いられる。比較的高いチャネル品質でサブバンドの上で加入者端末をスケジューリングすることで、加入者端末のＳＩＮＲ及び全体的なシステム容量が相当に向上することができる。

図４は、本発明の原理に従うＣＱＩ情報のフィードバック過程を示すフローチャート（４００）である。初期に、（例えば、加入者端末ＳＳ１１５の）ＣＱＩ計算ブロック２８５は、図３の５１２つのサブキャリヤにより占有された全帯域幅に対する総平均ＣＱＩ値を計算する（ステップＳ４１０）。次に、ＣＱＩ計算ブロック２８５は、各サブバンドＳＢ１乃至ＳＢ８の平均ＣＱＩ値を計算する（ステップＳ４２０）。ＣＱＩ計算ブロック２８５は、上記総平均ＣＱＩ値と上記各サブバンドの平均ＣＱＩ値との間の相対的な差を決める（ステップＳ４３０）。次に、ＣＱＩ計算ブロック２８５（または、加入者端末ＳＳ１１５での相応する機能ブロック）は、総平均ＣＱＩ及び相対的なサブバンドＣＱＩ（即ち、ＲＳＣＱＩ）に基づいてＣＱＩメッセージを構成する（ステップＳ４４０）。最後に、ＳＳ１１５は、ＢＳ１０２に上記ＣＱＩメッセージを転送する。

全てのサブキャリヤにより占有される全帯域幅に基づいて総平均ＣＱＩ値を必ず計算する必要は無いことに留意しなければならない。他の実施形態において、総平均ＣＱＩ値はサブキャリヤ代表サブセットに基づくことができる。例えば、サブバンドＳＢ１及びＳＢ８のサブキャリヤは、総平均ＣＱＩ値を決めることに用いられない一方、総平均ＣＱＩ値はサブバンドＳＢ２乃至ＳＢ７のサブキャリヤから決まることができる。他の例において、総平均ＣＱＩ値は全てのサブバンドまたはその一部の中で、偶数番目のサブキャリヤ（または、奇数番目のサブキャリヤ）のみを用いて計算されることもできる。このような他の方法は、より少ない処理電力を必要とするが、総平均ＣＱＩ値に対する推定値があまり正確でないこともある。

これと類似するように、特定サブバンドの内で、そのサブバンドの全てのサブキャリヤを用いて平均ＣＱＩ値を必ず計算する必要はない。他の実施形態において、どのサブバンドの平均ＣＱＩ値は、そのサブバンドのサブキャリヤ代表サブセットに基づくこともできる。例えば、サブバンドＳＢ１に対する相対的なＣＱＩ値は、サブバンドＳＢ１の奇数番目、あるいは偶数番目のサブキャリヤのみを用いて決まることができる。他の例において、サブバンドＳＢ１に対する相対的なＣＱＩ値は、例えば、サブバンドＳＢ１の６４個のサブキャリヤの中で、任意に選択された３２つのサブキャリヤから決まることもできる。

図５は、本発明の一実施形態に従うＣＱＩフィードバック過程を示す図である。図５において、ＳＳ１１５に対する受信された信号レベルがＳＢ１乃至ＳＢ８の全５１２つのサブキャリヤに亘って図示されている。３個の相対的な信号レベルは水平実線により図示されている。中間の線は全スペクトルに亘る総平均信号レベル、即ち、ｘｄＢを表している。最下方の線は総平均より３ｄＢ低い電力レベル、即ち（ｘ−３）ｄＢを表す。最上方の線は総平均より３ｄＢ高い電力レベル、即ち（ｘ＋３）ｄＢを表す。（ｘ−３）ｄＢライン、ｘｄＢライン、及び（ｘ＋３）ｄＢラインは、ＲＣＧＩレベルを表す４個の領域を定義している。

まず、第１ＲＣＧＩレベル（ＲＣＧＩ＝０）は（ｘ−３）ｄＢラインの下の領域である。第２ＲＣＧＩレベル（ＲＣＧＩ＝１）は、（ｘ−３）ｄＢライン及びｘｄＢラインの間の領域である。第３ＲＣＧＩレベル（ＲＣＧＩ＝２）は、（ｘ＋３）ｄＢライン及びｘｄＢラインの間の領域である。第４ＲＣＧＩレベル（ＲＣＧＩ＝３）は、（ｘ＋３）ｄＢライン上の領域である。

図５の例において、点線５０１乃至５０８は、各々サブバンドＳＢ１−ＳＢ８内の平均ＣＱＩレベルを表す。そして、ＲＣＧＩレベル０、１、２、及び３により定義される４個の領域内の点線５０１乃至５０８の各位置は、該当するサブバンドに対するＲＣＧＩ値を決める。図５の例において、ＲＣＧＩ値０、１、３、３、２、１、０及び０は、各々サブバンドＳＢ１乃至ＳＢ８に対するチャネル品質指示子（ＣＱＩ）としてＢＳ１０２にフィードバックされる。

下記の表１は、本発明の原理に従うＣＱＩフィードバックメッセージの選択された部分の一例を表している。

上記ＣＱＩメッセージは、全帯域幅に亘る平均ＣＱＩを量子化し表すためにＢ０ビットを利用する。ＣＱＩメッセージは、サブバンドＳＢ１乃至ＳＢｎの平均ＣＱＩを各々表すために、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎビットを利用する。したがって、ＣＱＩフィードバックオーバーヘッドは総（Ｂ０＋Ｂ１＋・・・＋Ｂｎ）の合計ビットである。

本発明の実施形態に従う図５に対するＣＱＩフィードバックメッセージの好ましい一例が下記の表２に図示されている。

全スペクトルに亘る総平均ＣＱＩは、全１６個の互いに異なるＣＱＩレベルまで表すことができる４ビット（Ｂ０＝４）で表現する。例えば、この１６個のレベルは０．０ｄＢから＋１５ｄＢ範囲で１ｄＢずつ増加するＣＱＩを表すことができる。サブバンドＳＢ１乃至ＳＢ８の各々に対する相対的なＣＱＩは２ビットを用いて表す。上記２ビットを用いて４個のＲＣＧＩレベルを表すことができる。この例において、総平均ＣＱＩは１１ｄＢ（１０１１）である。

他の実施形態において、平均ＣＱＩの代りに有効信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算して送信機にフィードバックされる。有効ＳＩＮＲは、チャネル容量公式に従って計算されることができる。まず、平均チャネル容量をシャノン（Shannon）容量公式を用いて計算することができる。

上記の式において、Ｋは有効ＳＮＲ計算に用いられるサブキャリヤの総個数を表し、ｋはサブキャリヤインデックスを表す。有効ＳＮＲは次の通り計算されることができる。

図６は、本発明の他の実施形態に従うＣＱＩフィードバック過程を示す図である。図６において、互いに異なる量子化レベルを用いてサブバンドＲＣＧＩレベルを量子化する。全帯域に亘る総平均信号レベルは、便宜のために０ｄＢと仮定する。サブバンドＳＢ１乃至ＳＢ８内の平均信号レベルは、各々点線６０１乃至６０８により表れる。一般に、加入者端末は、受信された信号対干渉及びノイズ割合（Signal-to-Interferene and Noise Ratio：ＳＩＮＲ）を最大化するために高いＣＱＩのサブバンドでスケジュールされる。したがって、正確に平均に対するアップデートを特徴付けることが（characterize）重要である。加入者端末は、ダウンフェイド（down-fade）にあるサブバンドの上で殆どスケジュールされない。したがって、ダウンフェイドはあまり精巧でないように（lower granularity）量子化されることもある。

図６の例において、０ｄＢ平均に対する各アップフェイド（up-fade）は、１、２、及び３という３個のＲＣＧＩレベル中の１つにより特徴付けられる。ＲＣＧＩ１は、０ｄＢと２ｄＢとの間の領域を表す。ＲＣＧＩ２は、２ｄＢと４ｄＢとの間の領域を表す。ＲＣＧＩ３は４ｄＢ以上の領域を表す。しかしながら、ダウンフェイドは、１つのＲＣＧＩレベル０のみにより特徴付けられる。４つのＲＣＧＩレベルは、２つの２進ビットを用いて表すことができ、結果的に、８個のサブバンドに対し、１６ビットのオーバーヘッドが発生する。また、４ビットは、全帯域幅に亘る総平均ＣＱＩを量子化することに用いられることもできる。したがって、この場合の全オーバーヘッドは２０ビットである。図６の例において、３個のサブバンド、即ちＳＢ３、ＳＢ４、及びＳＢ５のみが平均ＣＱＩ以上である。この３個のサブバンドは、各々ＲＣＧＩレベル２、３及び１と表す。他の全てのサブバンドは０ｄＢ以下であり、ＲＣＧＩレベル０と表す。

更に、量子化レベルのステップサイズは必ず同一である必要はない。例えば、図６において、ＲＣＧＩレベル１及び２に対するステップサイズは全て２ｄＢである。しかしながら、他の実施形態において、ＲＣＧＩ１は０ｄＢと２ｄＢとの間の領域を表すことができ、ＲＣＧＩ２は、２ｄＢと６ｄＢとの間の領域を表すことができる。したがって、ＲＣＧＩレベル１に対するステップサイズは２ｄＢであり、ＲＣＧＩレベル２に対するステップサイズは４ｄＢである。

更に他の実施形態において、サブバンドに対する相対的なＣＱＩ値は時間及び周波数領域で平均ＣＱＩに対して計算される。この平均ＣＱＩ値は、経路損失及び陰影フェイディング（shadow fading）による長期間（long-term）のＣＱＩ値を表す。時間及び周波数に対して平均することで、フェイディングによるドップラー効果を平均化することができる。このような実施形態において、総平均ＣＱＩは相対的に低い割合でフィードバックされることができる。これは、経路損失及び陰影フェイディングによるチャネル利得が時間の関数として非常にゆっくり変わるためである。しかしながら、瞬間的なサブバンドＣＱＩは長期間平均ＣＱＩに対して計算されて、より頻繁にフィードバックされることができる。

本発明の一実施形態において、互いに異なるＣＱＩフィードバックフォーマットをチャネルタイプ（または、チャネル特性）によって選択することもできる。チャネルタイプは、ＢＳ１０２から転送された参照プリアンブル、またはパイロット信号を用いて推定することができる。チャネルタイプは、他のものの中でもチャネルの多重経路の長さ、または周波数選択性を含む。単一経路、またはフラットフェイディングチャネルの場合、チャネルに周波数選択性がないので、１つのＲＣＧＩ値のみを与えられた時間にフィードバックする。したがって、ＣＱＩフォーマットは、周波数領域で全てのサブバンドに適用される１つのＲＣＩＱ値を含む。一方、多重経路周波数選択的チャネルでは、互いに異なるサブバンドが互いに異なるフェイディングを経る。したがって、ＲＣＧＩフォーマットは、前述したように、サブバンドＲＣＧＩ値を含むこともできる。チャネルタイプを推定した後、ＣＱＩフォーマットが決まり、ＣＱＩ値が選択されたＣＱＩフォーマットに基づいて基地局にフィードバックされる。

図７は、本発明の原理に従う多重ＣＱＩフィードバックフォーマットを示す図である。一例として、フラットフェイディングチャネルタイプにおいて、フォーマットＡは１つのＣＱＩ値をＢＳ１０２へ転送することに用いられる。弱い周波数選択的フェイディングチャネルタイプにおいて、フォーマットＢは２つのＲＣＧＩ値をＢＳ１０２へ転送することに利用する。中間程度の周波数選択的フェイディングチャネルタイプにおいて、フォーマットＣは４個のＲＣＧＩ値をＢＳ１０２へ転送することに利用する。最後に、高い周波数選択的フェイディングチャネルタイプにおいて、フォーマットＤは８個のＲＣＧＩ値をＢＳ１０２へ転送することに利用する。

無線移動システムにおいて、送信機と受信機との間で相対的な移動性のため、ドップラーシフトが観察される。セルラーシステムにおいて、基地局の位置は固定されている。したがって、加入者端末の移動性のため、ドップラーシフトが発生する。上記ドップラーシフトは加入者端末の速度とキャリヤ周波数の関数であり、Ｄ＝ｆｖ／Ｃと表現することができ、Ｃは光の速度であり、ｆはキャリヤ周波数であり、ｖは加入者端末速度を表す。

チャネル品質は低いドップラーに比べて高いドップラーに対し、時間の関数としてより速く変わる。これと類似するように、チャネル品質は同一な加入者端末速度に対し、より高いキャリヤ周波数で時間の関数としてより速く変わる。スケジューリングに対する正確なチャネル推定値を得るために、ＣＱＩフィードバック割合はより高いキャリヤ周波数でより大きいことができる。したがって、ＣＱＩフィードバック割合は、動作周波数に基づいて適応的に選択されることができる。

図８は、本発明の原理に従い、動作キャリヤ周波数に基づいてＣＱＩフィードバック割合を選択する過程を示すフローチャート（８００）である。無線システムは、多様なキャリヤ周波数下に配置されることができる。これは、ＣＱＩフィードバック割合に影響を及ぼす。一例として、同一な性能を得るために、ＣＱＩフィードバック割合は、３．６ＧＨｚ無線ネットワークで９００ＭＨｚ無線ネットワークでの割合の４倍でありうる。

図８において、無線ネットワークのキャリヤ周波数を始めて決める（ステップＳ８１０）。次に、キャリヤ周波数が９００ＭＨｚであるか否かを判断する（ステップＳ８２０）。仮に、ステップＳ８２０で、キャリヤ周波数が９００ＭＨｚであれば、基本フィードバック割合は９００ＭＨｚシステムに対し、Ｒアップデート／秒に設定される（ステップＳ８３０）。仮に、ステップＳ８２０で、キャリヤ周波数が９００ＭＨｚでなければ、実際の動作周波数ｆと９００ＭＨｚ参照周波数との間の割合Ｋを計算する（ステップＳ８４０）。すると、ＣＱＩフィードバック割合をＫＲアップデート／秒と選択する（ステップＳ８５０）。

以上、本発明の詳細な説明の欄においては具体的な実施形態について詳述したが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の実施形態が提供可能である。よって、本発明の範囲は、上述の実施形態によって定まるものではなく、特許請求の範囲とその均等物によって定まるべきである。

本発明の原理に従うＯＦＤＭネットワークにおいて、適応的チャネル品質フィードバック技術を具現する好ましい無線ネットワークを示す図である。 本発明の一実施形態に従う従来のＯＦＤＭＡ送信機を示す上位レベルブロック構成図である。 本発明の一実施形態に従う従来のＯＦＤＭＡ受信機を示す上位レベルブロック構成図である。 本発明の原理に従う資源割り当てを示す図である。 本発明の原理に従うＣＱＩ情報のフィードバック過程を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に従うＣＱＩフィードバック過程を示す図である。 本発明の選択的な実施形態に従うＣＱＩフィードバック過程を示す図である。 本発明の原理に従う多重ＣＱＩフィードバックフォーマットを示す図である。 動作キャリヤ周波数に基づいたＣＱＩフィードバックレート選択過程を示す図である。

符号の説明

１００ 無線ネットワーク
１０１ 基地局
１０２ 基地局
１０３ 基地局
１１１ 加入者端末
１１２ 加入者端末
１１３ 加入者端末
１１４ 加入者端末
１１５ 加入者端末
１１６ 加入者端末
１３０ インターネット
２００ ＯＦＤＭＡ送信機
２０５ 直交振幅変調器（ＱＡＭ）
２１０ 直列対並列（Ｓ／Ｐ）ブロック
２１５ サイズＮの逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）ブロック
２２０ 並列対直列（Ｐ／Ｓ）ブロック
２２５ 加算循環プリフィクス（ＣＰ）ブロック
２３０ アップコンバータ
２５０ ＯＦＤＭＡ受信機
２５５ ダウンコンバータ
２６０ 除去ＣＰブロック
２６５ 直列対並列（Ｓ／Ｐ）ブロック
２７０ サイズＮの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ブロック
２７５ 並列対直列（Ｐ／Ｓ）ブロック
２８０ ＱＡＭ復調器
２８５ チャネル品質指示子（ＣＱＩ）計算ブロック

Claims (48)

1. マルチキャリヤプロトコルに従って通信できる無線ネットワークに利用するために、各々複数のサブキャリヤを含むＮ個のサブバンドに亘って総平均信号レベルを決めることができ、Ｎ個のサブバンドのうち、第１サブバンド内で第１平均信号レベルを決定できる送信装置であって、
   前記総平均信号レベルを表す第１データフィールドと第１平均信号レベルを表す第２データフィールドとを含むチャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバックメッセージを生成する制御器と、
   前記無線ネットワークへ前記ＣＱＩフィードバックメッセージを転送する送信モジュールと、
   を含むことを特徴とする送信装置。
2. 前記第１データフィールドは、前記総平均信号レベルを絶対値で表すことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
3. 前記第２データフィールドは、前記総平均信号レベルに関する前記第１平均信号レベルで表すことを特徴とする請求項２記載の送信装置。
4. 前記制御器は、Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤに基づいてＮ個のサブバンドに亘って総平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
5. 前記制御器は、前記サブキャリヤの一部に基づいて前記総平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
6. 前記制御器は、Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤのサブセットに基づいて、Ｎ個のサブバンドに亘って前記総平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
7. 前記制御器は、前記第１サブバンドで全てのサブキャリヤに基づいて、前記第１サブバンドで前記第１平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
8. 前記制御器は、前記第１サブバンドで全てのサブキャリヤのサブセットに基づいて、前記第１サブバンドで前記第１平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
9. 前記制御器は、前記Ｎ個のサブバンドのうち、第２サブバンド内で第２平均信号レベルを決めることができ、前記ＣＱＩフィードバックメッセージは、前記第２平均信号レベルを表す第３データフィールドを含むことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
10. 前記第３データフィールドは、前記総平均信号レベルに関する前記第２平均信号レベルを表すことを特徴とする請求項９記載の送信装置。
11. 前記第１及び第２平均信号レベルは、各々互いに異なるステップサイズによって量子化されることを特徴とする請求項１０記載の送信装置。
12. マルチキャリヤプロトコルに従って通信できる無線ネットワークにおけるチャネル品質情報をフィードバック転送する送信装置であって、
    前記無線ネットワークから受信された信号を用いてチャネルタイプを推定し、前記推定されたチャネルタイプによって互いに異なるフォーマットを有する前記チャネル品質情報を含むフィードバックメッセージを生成する制御器と、
    前記フィードバックメッセージを前記無線ネットワークへ転送する送信モジュールと、
    を含むことを特徴とする送信装置。
13. 前記チャネルタイプは、チャネルの周波数選択性を含むことを特徴とする請求項１２記載の送信装置。
14. 総平均ＣＱＩに関するサブバンドの個数は周波数選択的フェイディングチャネルの程度に比例し、前記チャネル品質情報はサブバンドの各々に対するＣＱＩを含むことを特徴とする請求項１２記載の送信装置。
15. マルチキャリヤプロトコルに従って通信できる無線ネットワークに利用するために、各々複数のサブキャリヤを含むＮ個のサブバンドに亘って総平均信号レベルを決めることができ、Ｎ個のサブバンドのうち、第１サブバンド内で第１平均信号レベルを決定できる送信方法であって、
    前記総平均信号レベルを表す第１データフィールドと前記第１平均信号レベルを表す第２データフィールドとを含むチャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバックメッセージを生成する過程と、
    前記無線ネットワークへ前記ＣＱＩフィードバックメッセージを転送する過程と、
    を含むことを特徴とする送信方法。
16. 前記第１データフィールドは、前記総平均信号レベルを絶対値で表すことを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
17. 前記第２データフィールドは、前記総平均信号レベルに関する前記第１平均信号レベルを表すことを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
18. 前記Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤに基づいて、Ｎ個のサブバンドに亘って総平均信号レベルが決まることを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
19. 前記サブキャリヤの一部を用いて前記総平均信号レベルが決まることを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
20. 前記Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤのサブセットに基づいて、Ｎ個のサブバンドにより前記総平均信号レベルが決まることを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
21. 前記第１サブバンドで全てのサブキャリヤにより前記第１サブバンドで前記第１平均信号レベルが決まることを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
22. 前記第１サブバンドで全てのサブキャリヤのサブセットにより前記第１サブバンドで前記第１平均信号レベルが決まることを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
23. 前記Ｎ個のサブバンドのうち、第２サブバンド内で第２平均信号レベルを決める過程をさらに含み、前記ＣＱＩフィードバックメッセージは、前記第２平均信号レベルを表す第３データフィールドをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の送信方法。
24. 前記第３データフィールドは、前記総平均信号レベルに関する前記第２平均信号レベルを表すことを特徴とする請求項２３記載の送信方法。
25. 前記第１及び第２平均信号レベルは、各々互いに異なるステップサイズによって量子化されることを特徴とする請求項２４記載の送信方法。
26. マルチキャリヤプロトコルに従って通信できる無線ネットワークにおけるチャネル品質情報を転送する送信方法であって、
    前記無線ネットワークから受信された信号を用いてチャネルタイプを推定し、前記推定されたチャネルタイプに従って互いに異なるフォーマットを有する前記チャネル品質情報を含むフィードバックメッセージを生成する過程と、
    前記フィードバックメッセージを前記無線ネットワークへ転送する過程と、
    を含むことを特徴とする送信方法。
27. 前記チャネルタイプは、チャネルの周波数選択性を含むことを特徴とする請求項２６記載の送信方法。
28. 総平均ＣＱＩに関するサブバンドの個数は、周波数選択的フェイディングチャネルの程度に比例し、前記チャネル品質情報はサブバンドの各々に対するＣＱＩを含むことを特徴とする請求項２６記載の送信方法。
29. 無線ネットワークに利用するために、マルチキャリヤプロトコルに従って複数の加入者端末と通信できる基地局であって、
    前記基地局は、ダウンリンクで、各々複数のサブキャリヤを含むＮ個のサブバンドを用いて前記複数の加入者端末に転送し、前記基地局は、前記複数の加入者端末のうち、第１加入者端末からチャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバックメッセージを受信することができ、前記ＣＱＩフィードバックメッセージは、前記Ｎ個のサブバンドに亘る前記第１加入者端末により決まる総平均信号レベルを表す第１データフィールドと前記Ｎ個のサブバンドのうち、第１サブバンド内の第１加入者端末により決まる第１平均信号レベルを表す第２データフィールドを含み、前記基地局は、前記ＣＱＩフィードバックメッセージを用いてダウンリンクで転送するためのＮ個のサブバンドのうち、選択されたサブバンドを前記第１加入者端末に割り当てることを特徴とする基地局。
30. 前記第１データフィールドは、前記総平均信号レベルを絶対値で表すことを特徴とする請求項２９記載の基地局。
31. 前記第２データフィールドは、前記総平均信号レベルに対する前記第１平均信号レベルで表すことを特徴とする請求項３０記載の基地局。
32. 前記第１加入者端末は、Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤに基づいて、Ｎ個のサブバンドに亘る総平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項２９記載の基地局。
33. 前記第１加入者端末は、Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤのサブセットに基づいて、Ｎ個のサブバンドに亘って総平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項２９記載の基地局。
34. 前記第１加入者端末は、前記第１サブバンドの全てのサブキャリヤに基づいて、前記第１サブバンドでの第１平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項２９記載の基地局。
35. 前記第１加入者端末は、前記第１サブバンドの全てのサブキャリヤのサブセットに基づいて、前記第１サブバンドでの第１平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項２９記載の基地局。
36. 前記ＣＱＩフィードバックメッセージは、Ｎ個のサブバンドのうち、第２サブバンド内で前記第１加入者端末により決まる第２平均信号レベルを表す第３データフィールドをさらに含むことを特徴とする請求項２９記載の基地局。
37. 前記第３データフィールドは、総平均信号レベルに対する前記第２平均信号レベルを表すことを特徴とする請求項２９記載の基地局。
38. 前記第１及び第２平均信号レベルは、各々互いに異なるステップサイズにより量子化されることを特徴とする請求項３７記載の基地局。
39. マルチキャリヤプロトコルに従って複数の加入者基地局と通信することができ、複数のサブキャリヤを含む各Ｎ個のサブバンドを用いてダウンリンクで複数の加入者端末へ転送する基地局での利用のために、ダウンリンクでＮ個のサブバンドの中から選択されたサブバンドを割り当てる方法は、
    前記複数の加入者端末のうち、第１加入者端末からチャネル品質指示子（ＣＱＩ）フィードバックメッセージを受信するステップと、
    前記Ｎ個のサブバンドに亘って前記第１加入者端末により決まった総平均信号レベルを表す第１データフィールドを前記ＣＱＩフィードバックメッセージで確認するステップと、
    前記Ｎ個のサブバンドのうち、第１サブバンド内で前記第１加入者端末により決まる第１平均信号レベルを表す第２データフィールドを前記ＣＱＩフィードバックメッセージで確認するステップと、
    ダウンリンクで前記第１加入者端末へ転送するために、Ｎ個のサブバンドのうち、少なくとも１つのサブバンドを割り当てるために、前記総平均信号レベル及び前記第１平均信号レベルを利用するステップと、
    を含むことを特徴とする割り当て方法。
40. 前記第１データフィールドは、前記総平均信号レベルを絶対値で表すことを特徴とする請求項３９記載の割り当て方法。
41. 前記第２データフィールドは、前記総平均信号レベルに対する前記第１平均信号レベルで表すことを特徴とする請求項３９記載の割り当て方法。
42. 前記第１加入者端末は、Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤに基づいて、Ｎ個のサブバンドに亘る総平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項３９記載の割り当て方法。
43. 前記第１加入者端末は、Ｎ個のサブバンドの全てのサブキャリヤのサブセットに基づいて、Ｎ個のサブバンドに亘って総平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項３９記載の割り当て方法。
44. 前記第１加入者端末は、前記第１サブバンドの全てのサブキャリヤに基づいて、前記第１サブバンドでの第１平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項３９記載の割り当て方法。
45. 前記第１加入者端末は、前記第１サブバンドの全てのサブキャリヤのサブセットに基づいて、前記第１サブバンドでの第１平均信号レベルを決めることを特徴とする請求項３９記載の割り当て方法。
46. Ｎ個のサブバンドのうち、第２サブバンド内で前記第１加入者端末により決まる第２平均信号レベルを表す第３データフィールドを前記ＣＱＩフィードバックメッセージで確認するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３９記載の割り当て方法。
47. 前記第３データフィールドは、総平均信号レベルに対する第２平均信号レベルを表すことを特徴とする請求項４６記載の割り当て方法。
48. 前記第１及び第２平均信号レベルは、各々互いに異なるステップサイズにより量子化されることを特徴とする請求項４７記載の割り当て方法。

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