JP2010519879A - 無線通信システムにおいて制御信号を伝送する方法 - Google Patents

無線通信システムにおいて制御信号を伝送する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】無線通信システムにおいて制御信号を伝送する方法を提供する。
【解決手段】無線通信システムにおいて制御信号伝送方法は、第１の制御信号と第２の制御信号を時間領域で複数のＯＦＤＭ(orthogonal frequency division multiplexing)シンボルで構成されたスロット内で多重化し、前記複数のＯＦＤＭシンボルは、前記第１の制御信号の伝送のための複数のデータＯＦＤＭシンボルと基準信号の伝送のための複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルとに分けられ、前記第１の制御信号は、周波数領域で基本シーケンスにより拡散された後、前記複数のデータＯＦＤＭシンボルにマッピングされ、前記基準信号は、前記複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルにマッピングされ、前記第２の制御信号は、前記複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルのうち少なくとも一つにマッピングされる段階、及び前記スロットを介して前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を伝送する段階を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信に関し、より詳しくは、無線通信システムにおいて制御信号を伝送する方法に関する。
広帯域(wideband)無線通信システムにおいて、限定された無線資源の効率性を極大化するために、時間、空間及び周波数領域で一層効果的なデータ伝送技法が提案されてきている。
ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)は、複数の直交副搬送波(subcarrier)を用いる。ＯＦＤＭは、ＩＦＦＴ(inverse fast Fourier Transform)とＦＦＴ(fast Fourier Transform)間の直交性特性を用いる。伝送器はデータに対してＩＦＦＴを遂行して伝送する。受信機は、受信信号に対してＦＦＴを遂行して元データを復元する。伝送器は、多重副搬送波を結合するためにＩＦＦＴを使用して、多重副搬送波を分離するために受信機は対応するＦＦＴを使用する。ＯＦＤＭによると、広帯域チャネルの周波数選択的フェーディング(frequency selective fading)環境で受信機の複雑度を低くし、副搬送波間の相異のチャネル特性を活用して周波数領域における選択的スケジューリングなどを介して周波数効率(spectral efficiency)を高めることができる。ＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)は、ＯＦＤＭに基づいた多重接続方式である。ＯＦＤＭＡによると、多重使用者に相異の副搬送波を割り当てることによって無線資源の効率性を高めることができる。
ＯＦＤＭ/ＯＦＤＭＡ基盤システムは、空間領域における効率性極大化のために多重アンテナ技術が適用されており、空間領域における複数の時間及び周波数領域生成を介して高速マルチメディアデータ伝送に適した技術として活用されている。時間領域の効率的資源活用のためのチャネル符号化、複数の使用者間のチャネル選択的特性を活用したスケジューリング、パケットデータ伝送に適したＨＡＲＱ(Hybrid Automatic Repeat Request)技法なども適用されている。
高速のパケット伝送のための多様な送信または受信技法を具現するためには、時間、空間及び周波数領域に対する制御信号伝送が必須不可欠な要素である。制御信号を伝送するチャネルを制御チャネルという。アップリンク制御信号では、ダウンリンクデータ伝送に対する応答であるＡＣＫ(Acknowledgement)/ＮＡＣＫ(Negative-Acknowledgement)信号、ダウンリンクチャネル品質を示すチャネル品質識別子(ＣＱＩ；Channel Quality Indicator)、ＰＭＩ(Precoding Matrix Index)、ＲＩ(Rank Indicator)等、多様な種類がある。
一般的に制御チャネルはデータチャネルに比べてより限定された時間-周波数資源を使用する。システムの周波数効率(spectral efficiency)及び多重使用者ダイバーシティ利得を高めるためには無線チャネルの状態情報フィードバックが必要である。従って、高容量のフィードバックのための効率的な制御チャネル設計は不回避である。また、端末の電力消耗を低くするために良いＰＡＰＲ(Peak-to-Average Power Ratio)/ＣＭ(Cubic Metric)特性を有するように制御チャネルが設計されなければならない。
伝送容量を増加させると共に、良いＰＡＰＲ(Peak-to-Average Power Ratio)/ＣＭ(Cubic Metric)特性を維持することができる制御チャネルの構成が必要である。
本発明が解決しようとする技術的課題は、割り当てられた時間-周波数資源を介して相異の制御信号を同時に伝送する方法を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、制御チャネルを介して多数の制御信号を伝送することができる方法を提供することである。
一態様において、無線通信システムにおいて制御信号伝送方法は、第１の制御信号と第２の制御信号を時間領域で複数のＯＦＤＭ(orthogonal frequency division multiplexing)シンボルで構成されたスロット内で多重化し、前記複数のＯＦＤＭシンボルは、前記第１の制御信号の伝送のための複数のデータＯＦＤＭシンボルと基準信号の伝送のための複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルとに分けられ、前記第１の制御信号は、周波数領域で基本シーケンスにより拡散された後、前記複数のデータＯＦＤＭシンボルにマッピングされ、前記基準信号は、前記複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルにマッピングされ、前記第２の制御信号は、前記複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルのうち少なくとも一つにマッピングされる段階、及び前記スロットを介して前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を伝送する段階、を含む。
サブフレームは、二つのスロットで構成され、前記サブフレーム内で前記二つのスロットの各々は、他の副搬送波を使用することができる。
前記第１の制御信号は、ダウンリンクチャネル状態を示すＣＱＩ(channel quality indicator)で、前記第２の制御信号は、ハイブリッド自動反復要求(ＨＡＲＱ；hybrid automatic repeat request)のためのＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号である。
前記スロットは、５個のデータＯＦＤＭシンボルと２個の基準信号ＯＦＤＭシンボルを含み、前記２個の基準信号ＯＦＤＭシンボルは隣接しない。前記第２の制御信号は、スロット内の最後の基準信号ＯＦＤＭシンボルにマッピングされることができる。
前記第１の制御信号は、ＱＰＳＫ(quadrature phase shift keying)変調を使用して、前記第２の制御信号は、ＢＰＳＫ(binary phase shift keying)またはＱＰＳＫ変調を使用することができる。
他の態様において、無線通信システムにおいて制御信号伝送方法は、複数のＯＦＤＭシンボルを含むスロットを介してアップリンク制御チャネル上に第１の制御信号と第２の制御信号を伝送する段階を含み、前記第２の制御信号は、前記第１の制御信号のための基準信号と多重化され、前記第１の制御信号と前記基準信号は、前記アップリンク制御チャネル上で相異のＯＦＤＭシンボルを介して伝送され、前記第２の制御信号は、前記基準信号の伝送に使われるＯＦＤＭシンボルのうち一つを介して前記基準信号と共に伝送され、前記第１の制御信号は、ＱＰＳＫ変調を使用し、前記第２の制御信号は、ＢＰＳＫ(binary phase shift keying)またはＱＰＳＫ変調を使用する。
もう一つの態様において、無線通信システムにおいて制御信号伝送方法は、第１の制御信号と第２の制御信号のためのアップリンク制御チャネルを設定し、前記第１の制御信号と基準信号は、前記アップリンク制御チャネル上で相異のＯＦＤＭシンボル上で伝送され、前記第２の制御信号は、前記基準信号と多重化される段階、及び前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を前記アップリンク制御チャネル上に伝送する段階、を含む。
アップリンク制御チャネルの伝送容量を増加させることができ、且つＰＡＰＲ/ＣＭ特性を格納することができる。
無線通信システムを示したブロック図である。 本発明の一実施例に係る伝送器を示したブロック図である。 無線フレーム構造の一例を示す。 サブフレームの一例を示す。 ＣＱＩチャネルの構造を示す。 本発明の一実施例に係る制御チャネルの構造を示す。 本発明の他の実施例に係る制御チャネルの構造を示す。 本発明のもう一つの実施例に係る制御チャネルの構造を示す。 本発明のもう一つの実施例に係る制御チャネルの構造を示す。 多重資源ブロックが割り当てられた場合、制御信号の伝送の一例を示した例示図である。 多重資源ブロックが割り当てられた場合、制御信号の伝送の他の例を示した例示図である。 多重資源ブロックが割り当てられた場合、制御信号の伝送の一例を示した例示図である。 予約された副搬送波にマッピングされる予約された信号を生成する方法を示した流れ図である。 長い拡散符号を用いた制御信号の伝送を示す例示図である。 ＡＣＫ/ＮＡＣＫチャネルの構造を示す。
図１は、無線通信システムを示したブロック図である。無線通信システムは、音声、パケットデータなどのような多様な通信サービスを提供するために広く配置される。
図１を参照すると、無線通信システムは、端末(１０；User Equipment、UE)及び基地局(２０；Base Station、BS)を含む。端末(１０)は、固定される、或いは移動性を有することができ、ＭＳ(Mobile Station)、ＵＴ(User Terminal)、ＳＳ(Subscriber Station)、無線機器(wireless device)等、他の用語とも呼ばれることができる。基地局(２０)は、一般的に端末(１０)と通信する固定された地点(fixed station)をいい、ノード-Ｂ(Node-B)、ＢＴＳ(Base Transceiver System)、アクセスポイント(Access Point)等、他の用語とも呼ばれることができる。一つの基地局(２０)には一つ以上のセルが存在することができる。
以下、ダウンリンク(downlink)は、基地局(２０)から端末(１０)への通信を意味して、アップリンク(uplink)は、端末(１０)から基地局(２０)への通信を意味する。ダウンリンクで、伝送器は基地局(２０)の一部分であり、受信機は端末(１０)の一部分である。アップリンクで、伝送器は端末(１０)の一部分であり、受信機は基地局(２０)の一部分である。
図２は、本発明の一実施例に係る伝送器を示したブロック図である。
図２を参照すると、伝送器(１００)は、伝送プロセッサ(transmit processor、１１０)、ＤＦＴ(Discrete Fourier Transform)を遂行するＤＦＴ部(１２０)、およびＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)を遂行するＩＦＦＴ部(１３０)を含む。ＤＦＴ部(１２０)は、伝送プロセッサ(１１０)により処理されたデータにＤＦＴを遂行して周波数領域シンボルを出力する。ＤＦＴ部(１２０)に入力されるデータは、制御信号及び/または使用者データであってもよい。ＩＦＦＴ部(１３０)は、入力される周波数領域シンボルに対してＩＦＦＴを遂行して伝送信号(transmit signal)を出力する。伝送信号は、時間領域信号となり、伝送アンテナ(１９０)を介して伝送される。ＩＦＦＴ部(１３０)を介して出力される時間領域シンボルをＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボルまたはＤＦＴ拡散後ＩＦＦＴを適用する点からＳＣ-ＦＤＭＡ(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access)シンボルともいう。ＩＦＦＴ部(１３０)の前段でＤＦＴを遂行してシンボルを拡散させる方式をＳＣ-ＦＤＭＡという。これはＯＦＤＭに比べてＰＡＰＲ(Peak-to-Average Power Ratio)を低くするにおいて有利である。
図３は、無線フレーム構造の一例を示す。
図３を参照すると、無線フレーム(radio frame)は、１０個のサブフレーム(subframe)で構成され、一つのサブフレームは、二つのスロット(slot)を含むことができる。一つのスロットは、時間領域で複数のＯＦＤＭシンボルと周波数領域で少なくとも一つの副搬送波を含むことができる。スロットは、時間領域で無線資源を割り当てるための単位である。例えば、一つのスロットは、７または６ＯＦＤＭシンボルを含むことができる。資源ブロック(resource block)は時間領域でスロット、周波数領域で複数の副搬送波に定義され、無線資源を割り当てる単位である。以下、１資源ブロックは一つのスロットと１２個の副搬送波に定義される。
無線フレームの構造は、例示に過ぎず、無線フレームに含まれるサブフレームの数またはサブフレームに含まれるスロットの数、スロットに含まれるＯＦＤＭシンボルの数は、多様に変更することができる。
図４は、サブフレームの一例を示す。これはＳＣ-ＦＤＭＡが使われるアップリンクサブフレームであってもよい。一つのサブフレームが伝送される時間を１ＴＴＩ(Transmission Time Interval)という。
図４を参照すると、サブフレームは、制御領域(control region)とデータ領域(data region)との２部分に分けられる。制御領域とデータ領域とが相異の周波数バンドを使用するため、ＦＤＭ(Frequency Division Multiplexing)されている。
制御領域は、制御信号だけを伝送する領域であって、制御チャネルに割り当てられる。データ領域は、データを伝送する領域であって、データチャネルに割り当てられる。制御チャネルは制御信号を伝送し、データチャネルは使用者デー及び/または制御信号を伝送する。制御チャネルとデータチャネルは一つのサブフレーム内で構成されてもよいが、単一搬送波特性を維持するために、一つの端末は制御チャネルとデータチャネルを一つのサブフレーム内で同時に伝送することはできない。制御チャネルをＰＵＣＣＨ(Physical Uplink Control Channel)といい、データチャネルをＰＵＳＣＨ(Physical Uplink Shared Channel)という。制御信号には、ＨＡＲＱ(Hybrid Automatic Repeat Request)のためのＡＣＫ(Acknowledgment)/ＮＡＣＫ(Negative-Acknowledgment)信号、ダウンリンクチャネル状態を示すＣＱＩ(Channel Quality Indicator)、コードブック上のフリーコーディング行列を示すＰＭＩ(Precoding Matrix Index)、独立的なＭＩＭＯチャネルの数を示すＲＩ(Rank Indicator)、アップリンク無線資源割当要請のためのスケジューリング要請信号(Scheduling Request Signal)など、多様な種類がある。
制御領域には制御信号だけ載せるが、データ領域には使用者データと制御信号が共に載せることがある。即ち、端末が制御信号だけを伝送する場合、制御領域の割当を受けて伝送して、端末がデータと制御信号を共に伝送する場合、データ領域の割当を受けて伝送することができる。例外的な場合として、制御信号だけを伝送しても制御信号の量が多い、或いは制御領域を介した伝送に適しない制御信号である場合にはデータ領域に無線資源の割当を受けて伝送することができる。
制御領域上で各端末の制御チャネルは、相異の周波数(または副搬送波)または相異のコードを使用することができる。即ち、制御チャネルの区分は、ＦＤＭ(Frequency Division Multiplexing)或いはＣＤＭ(Code Division Multiplexing)を取ることができる。
一つのサブフレーム内の二つのスロットの各々は周波数跳躍(frequency hopping)される。即ち、一つのサブフレーム内で二つのスロットのうち、一つは一側の周波数バンドに割り当てられ、残りの一つは他側の周波数バンドに割り当てられる。相異の副搬送波を使用するスロットを介して制御チャネルを伝送することによって周波数ダイバーシティ利得を得ることができる。
説明を明確にするために、以下、一つのスロットは、７ＯＦＤＭシンボルで構成され、二つのスロットを含む一つのサブフレームは、総１４ＯＦＤＭシンボルを含むこととする。一つのサブフレームに含まれるＯＦＤＭシンボルの数または一つのスロットに含むＯＦＤＭシンボルの数は例示に過ぎず、本発明の技術的思想がこれに制限されることではない。
図５は、ＣＱＩチャネルの構造を示す。ＣＱＩチャネルは、ＣＱＩの伝送されるチャネルである。
図５を参照すると、一つのスロットに含まれる７ＯＦＤＭシンボルのうち２ＯＦＤＭシンボルには基準信号(reference signal、RS)が割り当てられ、残りの５ＯＦＤＭシンボルにはＣＱＩが割り当てられる。ＣＱＩがマッピングされるＯＦＤＭシンボルをデータＯＦＤＭシンボルといい、基準信号がマッピングされるＯＦＤＭシンボルを基準信号ＯＦＤＭシンボルという。このとき、基準信号ＯＦＤＭシンボルの個数及び位置は、制御チャネルに従って変わることができ、これと関連するデータＯＦＤＭシンボルの個数及び位置もそれに応じて変更することができる。
ＣＱＩチャネル上で制御信号を伝送する時、多重化可能な端末数または制御チャネルの数を高めるために周波数領域拡散(frequency domain spreading)を使用する。ＣＱＩを周波数領域で拡散させるために周波数領域拡散符号を使用する。周波数領域拡散符号として、ＣＡＺＡＣ(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation)シーケンスのうち一つであるZadoff-Chu(ZC)シーケンスを使用することができる。ＣＱＩチャネルに１資源ブロックに割り当てられる場合、長さ１２のＺＣシーケンスを使用する。
長さがＮであるＺＣシーケンスｃ(ｋ)の生成式は、次の通りである。
ＣＡＺＡＣシーケンスのうち一つとして、ＺＣ(Zadoff Chu)シーケンスがある。長さがＮであるＺＣシーケンスｃ(ｋ)の生成式は、次の通りである。
Figure 2010519879
 ここで、０≦ｋ≦Ｎ−１であり、Ｍは、ルートインデックス(root index)であって、Ｎと互いに素(relatively prime)であるＮ以下の自然数である。これは、Ｎが決まれると、ルートインデックスの数が使用可能な原始ＺＣシーケンスの個数であることを意味する。相異の循環シフト(circular shift)値を有するＺＣシーケンスを適用して各端末を区分することができる。チャネルの遅延拡散(delay spread)に従って使用可能な循環シフトの数は変わることができる。
１２個の副搬送波を含む一つの資源ブロック(resource block)はＣＱＩチャネルが割り当てられ、可能なＺＣシーケンスの循環シフトを６とすると、６端末を区分することができる。ＯＦＤＭシンボルごとにＱＰＳＫ(Quadrature phase shift keying)変調を使用したＣＱＩをマッピングするとする時、毎スロット当たり１０ビットのＣＱＩを伝送することができる。即ち、一つのサブフレームを介して最大１０ビットのＣＱＩを伝送することができる。もし、５０ビットのＣＱＩを伝送するためには５サブフレームが必要である。もし、２以上の資源ブロックが割り当てられてもＺＣシーケンスの長さが増加して追加的な拡散利得は得ることができるが、支援可能な端末の数及び伝送容量は変化がない。従って、割り当てられた周波数資源を分割して相異の制御信号を同時に伝送して伝送容量を増加させ、且つＰＡＰＲ/ＣＭ特性を維持することができる方法が必要である。
また、時間-周波数領域だけでなく、空間領域の無線資源を效果的に活用するためには多様なアップリンク制御信号の伝送が必要である。ＣＱＩのように高容量の制御信号だけでなく、ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号、スケジューリング要請信号、ＰＭＩ、ＲＩなどのように相対的に少量の他の制御信号の伝送も必要である。独立されたチャネル割当を介して制御信号を伝送することができる。然しながら、複数の制御チャネルを同時に伝送する場合、拡散符号の特性上、ＰＡＰＲ/ＣＭ特性に問題を発生させることができる。特に、ＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)関連制御信号の場合、ＣＱＩと相関関係を有しているため、ＣＱＩチャネルにマッピングして伝送するのが有利である。ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号またはスケジューリング要請信号のように１ないし２ビットを有する制御信号も高容量の制御チャネルにマッピングさせると、周波数効率を上げることができる。
＜多重化された制御チャネルの構成＞
高容量(large-sized)制御信号を伝送するための制御チャネル(例えば、ＣＱＩチャネル)を介して低容量(small-sized)制御信号(例えば、ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号、スケジューリング要請信号等)を多重化して送る方式である。低容量制御信号は、高容量制御信号に比べてその大きさが小さい、例えば、そのビット数が小さい制御信号をいい、必ず絶対的な大きさを限定することではない。
アップリンク制御信号の種類及び目的に従って相異の伝送容量が要求される。例えば、周波数選択的スケジューリングを介して周波数及び多重使用者利得を獲得するためには狭い帯域のチャネル情報に対するフィードバックが要求されるため、広帯域システムでＣＱＩは少なくは数ビットから多くは数十ビットの情報を単位時間(例えば、１ＴＴＩ)の間伝送しなければならない。これに対し、ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号、スケジューリング要請信号、ＭＩＭＯ関連ＰＭＩ、ＲＩなどの場合、必要に応じて１ビットまたは２ビットから数ビットの情報の伝送だけで充分である。低容量制御信号において、単位時間の間の伝送可能なシンボル間隔よりは支援可能な端末容量(capability)がさらに重要である。また、複数の制御チャネルを介して相異の制御信号を伝送する場合、単位チャネル内で優秀なＰＡＰＲ/ＣＭを維持する拡散符号の特性上、ＰＡＰＲ/ＣＭ特性が悪化することができる。
図６は、本発明の一実施例に係る制御チャネルの構造を示す。高容量制御チャネルといえるＣＱＩチャネルを介して他の低容量制御信号を多重化して伝送するための構造である。
図６を参照すると、ＣＱＩチャネルは、周波数領域でＺＣシーケンス基盤の拡散符号を適用して、循環シフトを介した最大６個の直交符号を活用して端末多重化を遂行する。従って、毎スロット当たり５ＯＦＤＭシンボルを介してＣＱＩを伝送することができる。
ＣＱＩチャネルは、コヒーレント検出(coherent detection)のための２個の基準信号を使用する。基準信号のための２ＯＦＤＭシンボルに低容量制御信号がマッピングされる。即ち、基準信号に低容量制御信号を多重化する。基準信号のための２ＯＦＤＭシンボルを用いる時、最大１２個の直交符号を得ることができる。即ち、時間領域にウォルシュ-アダマール(Walsh-Hadamard、W-H)符号などのような直交拡散符号を適用して、周波数領域で６個の循環シフトを介して得ることができる６個のＺＣシーケンスを介して、最大１２個の２次元直交符号を得ることができる。
毎スロット当たり相異の符号を選択して、伝送単位当たり複数のビットを伝送することができる。または、毎スロット当たり同じ符号を選択して周波数跳躍を介したダイバーシティ利得を得ることもできる。例えば、１ビットのＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号またはスケジューリング要請信号を考慮すると、(１,１)または(１,−１)の直交符号をビット‘０’(ＡＣＫ)または‘１’(ＮＡＣＫ)に従って選択して伝送する、或いは(１,−１)をＡＣＫ信号として、(−１,−１)をＮＡＣＫ信号として選択してＲＳに載せて送ることができる。さらに、２ビットＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号を使用すると、(１,１)を(ＮＡＣＫ,ＮＡＣＫ)またはＤＴＸ(Discontinuous Transmission)として、(１,−１)を(ＡＣＫ,ＡＣＫ)として、(−１,−１)を(ＡＣＫ,ＮＡＣＫ)として、(−１,１)を(ＮＡＣＫ,ＡＣＫ)として使用することができる。
拡散符号は図示したように、ＺＣシーケンスの前段で処理することができるが、ＺＣシーケンスの特性がＩＦＦＴを遂行した以後にも維持されることを用いてＩＦＦＴ以後に拡散符号をかけて伝送することもできる。
低容量制御信号を多重化してもＣＱＩチャネルの伝送容量及び端末容量には影響を与えない。低容量制御信号は、ＣＱＩチャネルの基準信号に多重化するために拡散符号を使用することができるだけでなく、基準信号に低容量制御信号のシンボルを介して変調する方式に多重化することができる。例えば、基準信号をＢＰＳＫまたはＱＰＳＫ変調されたＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号を介して変調して多重化することができる。
スロット当たり相異の拡散符号を使用してもよく、または二つのスロットで同じ拡散符号を使用してもよい。複数のスロットにわたって長い拡散符号、例えば、２つのスロットにおける４個のＲＳのために長さ４の拡散符号の長さを使用することができる。
ＣＱＩの基準信号に低容量制御信号を共に伝送する場合、ＣＱＩは、コヒーレント検出を使用して、多重化された他の制御信号は、非コヒーレント検出を使用する。なぜならば、低容量制御信号は、基準信号のためのＯＦＤＭシンボルにマッピングされるためである。受信機は、基準信号のためのＯＦＤＭシンボルにマッピングされた、多重化された制御信号をまず非コヒーレント検出を介して再生した(reproduce)後、コヒーレント検出を介してＣＱＩを再生することができる。２次元直交符号を使用した場合、受信機は、逆拡散過程を介して多重化された制御信号を再生することができる。基準信号に制御信号を多重化する場合、ＣＱＩのコヒーレント検出性能に影響を与えることはできるが、多重化される制御信号が低容量であると損失を最小化することができる。例えば、多重化される制御信号が１ビットの大きさであり、(１,１)または(１,−１)の直交符号をビット‘０’または‘１’に従って選択して伝送すると、一番目の基準信号用ＯＦＤＭシンボルには同じ‘１’が伝送されるため、少なくとも一つの基準信号に対してはコヒーレント検出性能を維持することができる。複数の基準信号のうち一部基準信号を専用(dedicated)基準信号に設定して、残りの基準信号を相対的(relative)基準信号に設定してコヒーレント検出性能の悪化を最小化することができる。
制御信号を多重化するために、時間領域と周波数領域の２次元直交符号を使用しているが、時間領域直交符号または周波数領域直交符号のような１次元直交符号を使用することもできる。
図７は、本発明の他の実施例に係る制御チャネルの構造を示す。高容量制御チャネルといえるＣＱＩチャネルを介して他の低容量制御信号を多重化して伝送するための構造である。
図７を参照すると、ＣＱＩと基準信号は、相異のＯＦＤＭシンボルを使用して、基準信号に割り当てられる複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルのうち一つに低容量制御信号を多重化する。ＣＱＩチャネルに割り当てられる２個の基準信号ＯＦＤＭシンボルのうち、第１基準信号ＯＦＤＭシンボルにはＣＱＩのための基準信号を割り当てて、第２基準信号ＯＦＤＭシンボルにはＣＱＩのための基準信号とともにＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号のような低容量制御信号をマッピングする。即ち、第２基準信号ＯＦＤＭシンボル内で基準信号に低容量制御信号を多重化する。例えば、ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号にマッピングされたＢＰＳＫ(１ビットＡＣＫ/ＮＡＣＫ)またはＱＰＳＫ(２ビットＡＣＫ/ＮＡＣＫ)シンボルを介してＣＱＩのための基準信号を変調して多重化することができる。例えば、１０ビットの情報ビットを１/２符号率(code rate)にチャネル符号化して伝送するＣＱＩチャネルの場合、１０個のＱＰＳＫ ＣＱＩ変調信号(ｄ(０)〜ｄ(９))がスロット当たり５個のＯＦＤＭシンボルにマッピングされて伝送される。このとき、一つまたは二つのビットのＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号を、ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫに変調するようになる場合、シングル変調シンボル(ｄ(１０))を基準信号に多重化することによって、最大２１ビットまたは２２ビットを一つのサブフレーム(連続された二つの周波数跳躍スロット)を介して伝送することができる。例えば、一つの変調されたシンボルを基準信号のシーケンスにかける方式にＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号を基準信号に多重化することができる。
スロット当たり相異の変調シンボルを使用することができ、または二つのスロットで同じ変調シンボルを使用することもできる。ＩＦＦＴの前段で基準信号を変調しているが、ＩＦＦＴの後段で基準信号を変調することができる。
低容量制御信号が多重化される基準信号ＯＦＤＭシンボルの位置は例示に過ぎず、制限がない。第２基準信号ＯＦＤＭシンボルだけでなく、第１基準信号ＯＦＤＭシンボルに多重化されてもよく、スロットごとに多重化されるＯＦＤＭシンボルの位置が変更されてもよい。
図８は、本発明のもう一つの実施例に係る制御チャネルの構造を示す。高容量制御チャネルといえるＣＱＩチャネルを介して他の低容量制御信号を多重化して伝送するための構造である。
図８を参照すると、高容量制御信号であるＣＱＩの変調方式を考慮して低容量制御信号を位相変化を介して多重化する。追加的な電力の割当が必要なく、帯域幅の損失がない。例えば、位相変化がないとＣＱＩだけを伝送して、位相変化が‘π/４’であるとＣＱＩにスケジューリング要請信号が多重化されて伝送されるようにしてもよい。
位相変化は毎スロット当たり異に設定して伝送容量を増加させることができる。または、１ＴＴＩ以上の間同じ位相変化を介して周波数跳躍を介した周波数ダイバーシティ利得及び反復(repetition)を介した時間ダイバーシティ利得を得ることができる。
図９は、本発明のもう一つの実施例に係る制御チャネルの構造を示す。高容量制御チャネルといえるＣＱＩチャネルを介して他の低容量制御信号を多重化して伝送するための構造である。
図９を参照すると、低容量制御信号に従って特定シーケンスを選択して、選択されたシーケンスをマスキング符号(masking code)として用いる。例えば、１資源ブロックの長さに該当する長さ１２のＺＣシーケンスを考慮して、２ビットの低容量制御信号のために長さ４のＷ-Ｈ符号を使用することとする。低容量制御信号に対して４個のＷ-Ｈ符号のうち一つをマスキング符号として選択して、長さ１２のＺＣシーケンスを３部分に分割して各領域に対してマスキング符号を用いてマスキングする。マスキングされたシーケンスを周波数領域拡散符号とし、ＣＱＩを拡散させて伝送する。既存のＺＣシーケンスの特性は維持しながら、低容量制御信号をシーケンス変調(sequence modulation)を介して変調する。受信機は、シーケンス変調に対する逆拡散を介して多重化された制御信号を再生した後、ＣＱＩを再生する。
一つのスロットの間同じ低容量制御信号を伝送することによって、ダイバーシティ利得を得ることができる。または、ＯＦＤＭシンボルごとに他の低容量制御信号を適用してもよい。
ＺＣシーケンスに対するマスキング符号のマスキングは、ＺＣシーケンスの循環シフトによる直交性に影響を与えて、循環シフトオフセット値に制限を与えることができる。然しながら、単位時間の間支援可能な端末容量と伝送容量を調節することができる。例えば、長さ４のＷ-Ｈ符号を介して毎ＯＦＤＭシンボルごとに相異の制御信号をマッピングさせると、一つのスロットの間最大２０ビットの伝送が可能である。これは約２倍の伝送容量の増加を意味する。
ここでは、シーケンス変調のためにＷ-Ｈ符号とＺＣシーケンスを例示しているが、他の一般的な直交付号を使用することができる。
＜多重資源ブロックを用いた制御信号の伝送＞
アップリンク制御信号の伝送のために複数の資源ブロックの割当を受ける場合、低いＰＡＰＲ/ＣＭを有する単一搬送波特性(single carrier property)を維持するためには周波数領域拡散符号を割り当てられた資源ブロックの大きさに合わせなければならない。図５の制御チャネル構造で支援可能な端末の数及び単位時間当り伝送容量は、割当を受けた資源ブロックの数に関係なく限定される。例えば、２資源ブロックで構成された制御チャネルが支援する端末容量と伝送容量は、各々６と５ＯＦＤＭシンボル/スロットであって、１資源ブロックで構成された制御チャネルが支援する端末容量及び伝送容量と同一である。従って、既存制御チャネル構造によると、周波数資源を追加的に割り当てても、伝送容量は増加できないため、周波数効率を低下させる。従って、複数の資源ブロックが割り当てられる場合、優秀なＰＡＰＲ/ＣＭ特性を維持しながら、追加される周波数資源割当に従って伝送容量を増加させることができる制御チャネル構造が必要である。
図１０は、多重資源ブロックが割り当てられた場合、制御信号の伝送の一例を示した例示図である。
図１０を参照すると、ｋ個の資源ブロック(RB)が割り当てられた場合、ｋ個の拡散符号を割り当てて、ＤＦＴの前段で各拡散符号ごとに制御信号をマッピングする。ＤＦＴ拡散された符号は、副搬送波にマッピングされ、ＩＦＦＴを介して伝送される。結果的に、ｋ個の資源ブロックを割り当ててｋ個の制御信号を伝送することができる。拡散符号は、セル内の端末区分及び/またはセル区分のために使われることができる。拡散符号は、同じ符号を使用してもよく、またはマッピングされる制御信号に従って相異の符号を使用してもよい。
ここでは、一つの資源ブロックに対して一つの拡散符号を割り当てているが、複数の資源ブロックに対して一つの資源ブロックを割り当てることができる。例えば、２個の資源ブロックに対して一つの拡散符号を割り当てることができる。
伝送容量は、既存制御チャネルに比べてｋ倍増加され、要求される伝送容量に従って柔軟な周波数割当を介して周波数効率を極大化することができる。
図１１は、多重資源ブロックが割り当てられた場合、制御信号の伝送の他の例を示した例示図である。
図１１を参照すると、図１０の実施例と比較してＤＦＴの前段で拡散符号を介して拡散された制御信号をインターリーバー(interleaver)を介してインターリービングする。インターリービングされた信号をＤＦＴを介して拡散され、副搬送波にマッピングされてＩＦＦＴを遂行した後、伝送される。
図１２は、多重資源ブロックが割り当てられた場合、制御信号の伝送の一例を示した例示図である。
図１２を参照すると、一つの資源ブロックが１２副搬送波を含むとする時、各資源ブロックごとに長さ１１のＺＣシーケンスを拡散符号として使用して、残りの一つの予約された(reserved)副搬送波にはＰＡＰＲ/ＣＭ特性を改善させるための任意の符号を割り当てる。即ち、Ｋ個の資源ブロックに対して資源ブロックごとに一つずつの副搬送波を予約して、Ｋ個の予約された副搬送波にＰＡＰＲ/ＣＭ特性を改善するための任意の符号を割り当てる。
長さ１１のＺＣシーケンスは、長さ１１のＺＣシーケンスを直接使用してもよく、または長さ１２のＺＣシーケンスを切断(truncation)して生成してもよい。または長さ１１より小さい長さのＺＣシーケンスを拡張(extension)して生成してもよい。
資源ブロックを構成する１２副搬送波のうち一番目の副搬送波を予約された副搬送波として使用しているが、予約された副搬送波の位置は制限がなく、各資源ブロックの最後の副搬送波または中間位置に置くことができる。また、予約された副搬送波も資源ブロック当たり一つ以上を割り当ててもよく、資源ブロックごとに相異の数の予約された副搬送波を割り当ててもよい。
既存制御チャネル構造で１資源ブロック(１２副搬送波)を制御チャネルに割り当てる場合、長さ１２のＺＣシーケンスを拡散符号として使用する。もし、２資源ブロックが割り当てられる場合、長さ２４のＺＣシーケンスを拡散符号として使用する。１資源ブロックに対応するＺＣシーケンスを２資源ブロックに使用する場合、ＺＣシーケンスのＰＡＰＲ/ＣＭ特性が壊される問題点がある。従って、割り当てられた副搬送波のうち一部をＰＡＰＲ/ＣＭ特性を改善させる用途として使用する。
伝送単位ごとに任意の符号を計算するには計算量が多すぎる場合があるため、ルックアップ(look-up)テーブルを使用することができる。一般的に制御信号は、変調方式が限定されており(例えば、ＱＰＳＫ)、ＺＣシーケンスの長さも決まっているため、伝送可能なデータ(即ち、制御信号)に従って優秀なＰＡＰＲ/ＣＭ特性を有するように予約された副搬送波にマッピングされる任意の信号を予めルックアップテーブルに格納する。
図１３は、予約された副搬送波にマッピングされる予約された信号を生成する方法を示した流れ図である。
図１３を参照すると、段階Ｓ３１０で、割り当てられた資源ブロックから予約された副搬送波を選択する。段階Ｓ３２０で、決まった変調方式に従ってデータを生成する。段階Ｓ３３０で、シーケンスを選択する。例えば、資源ブロックが１２副搬送波で構成され、一副搬送波を予約された副搬送波として使用する時、長さ１１のＺＣシーケンスを選択する。段階Ｓ３４０で、データ及び選択されたシーケンスを介して伝送信号を生成する。段階Ｓ３５０で、生成された伝送信号がＰＡＰＲ/ＣＭ要求条件を満たすか否かを比較する。もし、要求条件を満たさない場合、段階Ｓ３６０で、予約された副搬送波のために任意の信号を生成して、任意の信号を予約された副搬送波にマッピングして伝送信号を生成する。新しい伝送信号がＰＡＰＲ/ＣＭ特性を満たすか否かを確認する。もし、決まったＰＡＰＲ/ＣＭ特性を満たすと、段階Ｓ３７０で、ルックアップテーブルを更新する。ルックアップテーブルは、変調方式、シーケンス、予約された副搬送波及び任意の信号と関連する情報を含む。
図１４は、長い拡散符号を用いた制御信号の伝送を示す例示図である。
図１４を参照すると、時間または周波数領域で拡散符号を用いた端末区分及び/またはセル区分は、使用する符号の長さや特性により決定される。相対的に短い長さの拡散符号は、一般的に符号集合のカーディナリティ(cardinality)が少なくてセル間干渉(intercell interference)が效果的に除去できないため、多重セル環境で一層効果的なセル間区分方式を適用するためには長い拡散符号の使用が必要である。然しながら、限定された周波数資源内でＺＣシーケンスのようにＰＡＰＲ/ＣＭ特性が符号自体を全て適用する時維持されたシーケンスは、時間領域で分割して周波数領域にマッピングすることに困難がある。従って、長い拡散符号を分割して、分割された拡散符号に対して各々ＤＦＴ、副搬送波マッピング、ＩＦＦＴを適用することによって優秀なＰＡＰＲ/ＣＭ特性を維持して、長い拡散符号を介したセル間区分に容易な長所を有するようになる。
基準信号のために２個のＯＦＤＭシンボルが割り当てられたＣＱＩチャネルで、基準信号をセル間干渉に強くすると、チャネル推定の信頼度を高めることができる。既存ＣＱＩチャネル構造で端末容量が６に過ぎないが、２個のＯＦＤＭシンボルの間２倍の長さを有するＺＣシーケンスを分割して適用すると、セル内端末区分やセル間区分にいて既存方式より優秀な性能を有することができる。
前記ではＣＱＩチャネルを基準として記述しているが、本発明の技術的思想は多様な形態の制御チャネルに適用されることができる。例えば、当業者であれば、以下のＡＣＫ/ＮＡＣＫチャネルに対しても容易に適用することができる。
図１５は、ＡＣＫ/ＮＡＣＫチャネルの構造を示す。ＡＣＫ/ＮＡＣＫチャネルは、ＨＡＲＱ(Hybrid Automatic Repeat Request)を遂行するためのＡＣＫ(Acknowledgment)/ＮＡＣＫ(Negative-Acknowledgment)信号が伝送される制御チャネルである。ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号は、ダウンリンクデータに対する送信及び/または受信確認信号である。
図１５を参照すると、一つのスロットに含まれる７ＯＦＤＭシンボルのうち中間部分の３個の連続されるＯＦＤＭシンボルには基準信号(reference signal、RS)が載せ、残りの４ＯＦＤＭシンボルにはＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号が載せる。基準信号は、スロット中間の３個の隣接する(contiguous)ＯＦＤＭシンボルに載せる。このとき、基準信号に使われるシンボルの個数及び位置は制御チャネルに応じて変えられることができ、これと関連するＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号に使われるシンボルの個数及び位置もそれに応じて変更されることができる。
予め割り当てられる帯域内で制御信号を伝送する時、多重化可能な端末の数または制御チャネルの数を高めるために周波数領域拡散と時間領域拡散を同時に適用する。ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号を周波数領域で拡散させるために周波数領域拡散符号を使用する、周波数領域拡散符号としては、ＺＣシーケンスを使用することができる。周波数領域拡散されたＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号は、ＩＦＦＴを遂行した後、再び時間領域拡散符号を用いて時間領域で拡散される。例えば、ＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号は、４ＯＦＤＭシンボルに対して長さ４の時間領域拡散符号(ｗ０、ｗ１、ｗ２、ｗ３)を用いて拡散する。また、基準信号も長さ３の拡散符号を介して拡散する。
本発明は、ハードウェア、ソフトウェアまたはこれらの組合せにより具現されることができる。ハードウェア具現において、上述した機能を遂行するためにデザインされたＡＳＩＣ(application specific integrated circuit)、ＤＳＰ(digital signal processing)、ＰＬＤ(programmable logic device)、ＦＰＧＡ(field programmable gate array)、プロセッサ、制御機、マイクロプロセッサ、他の電子ユニットまたはこれらの組合せにより具現されることができる。ソフトウェア具現において、上述した機能を遂行するモジュールにより具現されることができる。ソフトウェアは、メモリーユニットに格納されることができ、プロセッサにより実行される。メモリーユニットやプロセッサは、当業者によく知られた多様な手段を採用することができる。
以上、本発明の望ましい実施例に対して詳細に記述したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、添付の請求範囲に定義された本発明の精神及び範囲を外れない限り、本発明を多様に変形または変更して実施することができる。従って、本発明の今後の実施例の変更は本発明の技術を外れることができない。
１０ 端末
２０ 基地局
１００ 伝送器
１１０ 伝送プロセッサ
１２０ ＤＦＴ部
１３０ ＩＦＦＴ部
１９０ 伝送アンテナ

Claims (13)

  1. 無線通信システムにおいて制御信号伝送方法において、
    第１の制御信号と第２の制御信号を時間領域で複数のＯＦＤＭ(orthogonal frequency division multiplexing)シンボルで構成されたスロット内で多重化し、前記複数のＯＦＤＭシンボルは、前記第１の制御信号の伝送のための複数のデータＯＦＤＭシンボルと基準信号の伝送のための複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルとに分けられ、前記第１の制御信号は、周波数領域で基本シーケンスにより拡散された後、前記複数のデータＯＦＤＭシンボルにマッピングされ、前記基準信号は、前記複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルにマッピングされ、前記第２の制御信号は、前記複数の基準信号ＯＦＤＭシンボルのうち少なくとも一つにマッピングされる段階；及び、
    前記スロットを介して前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を伝送する段階；
    を含む制御信号伝送方法。
  2. サブフレームは、二つのスロットで構成され、前記サブフレーム内で前記二つのスロットの各々は、他の副搬送波を使用することを特徴とする請求項１に記載の制御信号伝送方法。
  3. 前記第１の制御信号の情報ビットの数は、前記第２の制御信号より多いことを特徴とする請求項１に記載の制御信号伝送方法。
  4. 前記第１の制御信号は、ダウンリンクチャネル状態を示すＣＱＩ(channel quality indicator)で、前記第２の制御信号は、ＨＡＲＱ(hybrid automatic repeat request)のためのＡＣＫ/ＮＡＣＫ信号であることを特徴とする請求項１に記載の制御信号伝送方法。
  5. 前記データＯＦＤＭシンボルの数は、前記基準信号ＯＦＤＭシンボルより多いことを特徴とする請求項１に記載の制御信号伝送方法。
  6. 前記スロットは、５個のデータＯＦＤＭシンボルと２個の基準信号ＯＦＤＭシンボルを含み、前記２個の基準信号ＯＦＤＭシンボルは隣接しないことを特徴とする請求項５に記載の制御信号伝送方法。
  7. 前記第２の制御信号は、スロット内の最後の基準信号ＯＦＤＭシンボルにマッピングされることを特徴とする請求項１に記載の制御信号伝送方法。
  8. 前記第２の制御信号は、一つの変調シンボルであることを特徴とする請求項１に記載の制御信号伝送方法。
  9. 前記第１の制御信号は、ＱＰＳＫ(quadrature phase shift keying)変調を使用して、前記第２の制御信号は、ＢＰＳＫ(binary phase shift keying)またはＱＰＳＫ変調を使用することを特徴とする請求項１に記載の制御信号伝送方法。
  10. 無線通信システムにおいて制御信号伝送方法において、
    複数のＯＦＤＭシンボルを含むスロットを介してアップリンク制御チャネル上に第１の制御信号と第２の制御信号を伝送する段階を含み、
    前記第２の制御信号は、前記第１の制御信号のための基準信号と多重化され、前記第１の制御信号と前記基準信号は、前記アップリンク制御チャネル上で相異のＯＦＤＭシンボルを介して伝送され、前記第２の制御信号は、前記基準信号の伝送に使われるＯＦＤＭシンボルのうち一つを介して前記基準信号と共に伝送され、前記第１の制御信号は、ＱＰＳＫ変調を使用し、前記第２の制御信号は、ＢＰＳＫ(binary phase shift keying)またはＱＰＳＫ変調を使用することを特徴とする制御信号伝送方法。
  11. 無線通信システムにおいて制御信号伝送方法において、
    第１の制御信号と第２の制御信号のためのアップリンク制御チャネルを設定し、前記第１の制御信号と基準信号は、前記アップリンク制御チャネル上で相異のＯＦＤＭシンボル上で伝送され、前記第２の制御信号は、前記基準信号と多重化される段階；及び、
    前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を前記アップリンク制御チャネル上に伝送する段階；
    を含むことを特徴とする制御信号伝送方法。
  12. 前記第１の制御信号は、ＱＰＳＫ変調を使用して、前記第２の制御信号は、ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫ変調を使用することを特徴とする請求項１１に記載の制御信号伝送方法。
  13. 前記第２の制御信号は、前記基準信号の伝送に使われるＯＦＤＭシンボルのうち一つを介して前記基準信号と共に伝送されることを特徴とする請求項１１に記載の制御信号伝送方法。
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