JP2010528500A - パケット・ワイヤレス遠距離通信のための方法および装置 - Google Patents

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Abstract

ワイヤレス遠距離通信ネットワークの中で、コード分割多重アクセス(CDMA)方式は、データを符号化するためにそのデータに適用される。この符号化されたデータは、循環プレフィックス(CP)を含む直交周波数分割多重方式(OFDM)のフレーム構造を使用して、アップリンクで送信される。CDMAで符号化されたデータは、単一搬送波周波数分割多重アクセス(SC−FDMA)送信を用いて時間多重化されてもよい。CDMA送信は、例えば音声トラフィックおよび制御信号に関連するものなど、比較的小さなペイロードのために使用され、SC−FDMA送信は、より早いデータ速度の送信のために使用されてもよい。これによって、より小さなペイロードのために、スケジューリングを伴わずに自律的送信が可能となる。トランスミッタは、アップリンクで時間多重化を実行するためのセレクタ3を含み、必要とされる方式は、ハイブリッド自動再送要求(HARQ)IDによって示される。第1岐路1はSC−FDMAデータを運搬し、第2岐路2はCDMA方式として送信されるべきデータを運搬する。CAZACコードは、CDMAデータを符号化する際に使用されてもよい。

Description

本発明はパケット・ワイヤレス遠距離通信のための方法および装置に関し、限定はされないが、より詳細にはUMTS長期エボリューション(LTE)(Long Term Evolution)規格に準拠した方法および装置に関する。
ユニバーサル・モバイル遠距離通信システム(UMTS)は、ワイヤレス無線遠距離ネットワークのための現規格である。E−UTRA(発展型UMTS地上無線アクセス)としても知られている発展型の規格であるUMTS長期エボリューション(LTE)を開発するために、努力が払われている。
E−UTRAでは、ダウンリンクでは直交周波数分割多重方式(OFDM)が提案されている。OFDMでは、副搬送波は互いに直交し、各々はデータ・ストリームによって変調される。ダウンリンクのデータ変調はQPSK、16QAMまたは64QAMを使用して実行されることがある。
アップリンクでは、OFDM信号を単一搬送波に拡散するために離散フーリエ変換(DFT)の事前符号化が適用される、単一搬送波周波数分割多重アクセス(SC−FDMA)が導入されている。セル内のユーザの直交性は、周波数選択性フェージングが認められる場合、OFDMによって達成される。DFT事前符号化によって、アップリンクで純粋なOFDMが実行された場合に可能なものと比較して、改善されたピーク電力対平均電力比が可能となる。SC−FDMAは、アップリンクでは周波数分割複信(FDD)または時間分割複信(TDD)の変調とともに使用されることがある。送信に使用される各副搬送波は、すべての送信された変調信号についての情報を含み、入力データ・ストリームは、それらの副搬送波に拡散される。アップリンクでのデータ送信は、アップリンクのスケジューリング要求およびスケジューリング情報の送信を含めて完全にスケジュールされている。高次の変調およびAMCに加えて、良好なチャネル状態のユーザをスケジュールすることにより、大きなスペクトル効率が可能である。
SC−FDMA方式の大きなスペクトル効率を実現するために、適時の高速スケジューリングおよび周波数が必要である。このことはアップリンク制御チャネルとダウンリンク制御チャネルとの両方で、多量のスケジューリング・オーバヘッドを付加する場合があり、また遅延の影響を受けやすい、低いデータ速度の多量のトラフィック・フローに対応するために効率的ではない場合がある。低いデータ速度のトラフィック・フローに対応するための1つの可能な対処法は、半静的に時間/周波数領域を割り当てることか、または干渉回避方式である。これによってチャネルの利用率は低くなる可能性がある。
LTEに関連する現在の3GPP仕様書は、多重アクセス方式を記載したTS36.211「Physical channels and modulation」、およびスケジューリングを含めてMACを記載したTS36.300「E−UTRAN overall description,stage 2」であり、これらの文書は両方とも参照により本明細書に組み込まれている。
TS36.211「Physical channels and modulation」 TS36.300「E−UTRAN overall description,stage 2」
本発明の1つの態様では、パケット・ワイヤレス遠距離通信ネットワークを介してデータを送信するための方法は、コード分割多元アクセス(CDMA)方式をデータに適用して、そのデータを符号化するステップを含む。この符号化されたデータは、循環プレフィックス(CP)を含む直交周波数分割多重方式(OFDM)のフレーム構造で送信される。この方法によって自律的送信が可能となり、特に、例えばボイス・オーバIP(VoIP)・トラフィックおよび制御信号のためのものなど、データ・ペイロードが小さい場合に有利である。この方法は、各々の送信インスタンスで時間、周波数およびコード・リソースを明示的にスケジュールする必要性をなくす。したがって、情報ビットはスケジューリング・オーバヘッドを伴わずに送信されることが可能である。送信および受信で、待ち時間が減少することが可能である。CPを有する任意のOFDMフレーム構造は、汎用のフレーム構造およびTDDの代替フレーム構造を含めて、本発明に適用可能である。1つの実施形態では、本発明は、潜在的に大きな容量を提供するために単純なレシーバ構造を用いて実装されてもよい。したがって基地局のコストを削減しながら、同一の無線リソースについて多数のユーザに対応することが可能である。
データは、定振幅ゼロ自己相関(Constant−Amplitude Zero Auto−Correlation)(CAZAC)系列によるスクランブリングが後に続くブロック反復によるCDMA方式を使用することによって、符号化されてもよい。類似する電波伝播条件のユーザは1つのグループに置かれ、異なる直交CAZAC系列を割り当てられてもよい。異なるグループには、異なる基本CAZAC系列を割り当てられる。このことは、逐次干渉除去(SIC)レシーバを使用するレシーバの設計を容易にする。別の態様では、ユーザは相関特性の低い異なる擬似ランダム系列に割り当てられる。
OFDMフレーム構造は、単一搬送波周波数分割多重アクセス(SC−FDMA)で使用されてもよい。
FDMAフレーム構造でのCDMA送信は、ユーザ端末と基地局との間のアップリンクで行われてもよい。1つの有利な実施形態では、この送信はLTEに従って実装されるネットワークで行われる。
本発明の1つの態様では、この方法はCDMAおよびSC−FDMA送信を時間多重化するステップを含む。CDMA符号化データは音声データであってもよく、SC−FDMA送信は、CDMA符号化パケットよりも大きなペイロードを有するデータ・パケットであってもよい。どの方式の送信データが送信されることになっているのかを識別するために、ハイブリッド自動再送要求(HARQ)プロセスIDが使用されてもよい。
本発明の別の態様では、パケット・ワイヤレス無線通信ネットワークを介してデータを送信するための方法は、ユーザ端末と基地局との間のアップリンクで、より大きなペイロードのデータ・パケットについてはスケジュールされた送信を使用し、より小さなペイロードのデータ・パケットについては自律的送信を使用するステップを含む。より小さなペイロードのデータ・パケットは、例えば音声データまたは制御信号を運搬してもよく、より大きなペイロードのデータ・パケットは、例えば速いデータ速度の、遅延の影響を受けないトラフィックなど、非音声データを運搬してもよい。
本発明による1つの方法では、送信はダウンリンクではOFDMを使用し、アップリンクでは、より大きなペイロードのデータ・パケットについては時間多重化されたSC−FDMA送信を使用し、より小さなペイロードのデータ・パケットについてはCDMA送信を使用してもよい。
本発明の別の態様では、ワイヤレス遠距離通信ネットワークは上述のもののうちの1つまたは複数を実行する。例えば、1つのネットワークは基地局および複数のユーザ端末を含み、ユーザ端末と基地局との間のアップリンクは、より大きなパケットについては単一搬送波周波数分割多重アクセス(SC−FDMA)であり、より小さなパケットについては自律的送信を使用する。
LTE(TR25.814、R1−061375)では、様々な周波数の再利用方式が考慮されている。周波数の再利用について現在考えられている仮定は、(a)日ごとの半静的周波数割当て、および(b)秒ごとの動的周波数割当てである。動的周波数割当ては、セル・ローディングまたはユーザ・ローディングの変化に適応することが可能である。この場合、再利用パターンは再利用(1,1)と(1,3)との間で変更することが可能である。再利用(1,3)では、ユーザが利用することができるのは副搬送波のうちの1/3だけである。SC−FDMA構造の柔軟性によって、同一チャネル干渉の影響を緩和するために、セルエッジ付近のユーザのための柔軟な周波数再利用が想定される。提案されるCDMA送信は、SFを変更することによって帯域幅の変化に柔軟に適応することができる。全帯域幅が利用可能である場合、SF=12のVoIP送信に対応することが可能である。スペクトルのうちの1/3が利用可能である場合、各ユーザの割合を維持するために、拡散率はSF=4に下げられることが可能である。この場合、少数のユーザは所与のCDMA時間周波数リソースで多重化されることが可能である。一部の応用例については、ユーザの数に関する容量の方が、ユーザごとのデータ速度を維持することよりも重要である場合がある。そのようなシナリオでは、ユーザごとのデータ速度は変調命令を減らすこと、またはユーザごとのHARQプロセスの数を制限することによって、ユーザ容量を維持しながら下げられてもよい。
本発明の別の態様では、データ・パケットを送信するためのワイヤレス遠距離通信ネットワークは基地局、複数のユーザ端末を備え、またCDMA方式を使用してデータを符号化するためのエンコーダを有し、CPを含むOFDMフレーム構造で符号化されたデータを送信するように配置されたトランスミッタを含む。1つの実施形態では、このエンコーダは、CDMA方式としてデータを符号化するために、CAZAC系列によるスクランブリングが後に続くブロック反復を実行する。アップリンクでSC−FDMA送信とCDMA送信とを時間多重化するために、マルチプレクサが含まれてもよい。
本発明の別の態様では、ワイヤレス遠距離通信配置のためのトランスミッタは、CDMA方式を使用してデータを符号化するためのエンコーダを備え、CPを含むOFDMフレーム構造で符号化されたデータを送信するように配置されている。このエンコーダは、CDMA方式としてデータを符号化するために、CAZAC系列によるスクランブリングが後に続くブロック反復を実行してもよい。このトランスミッタは、アップリンクでSC−FDMA送信とCDMA送信とを時間多重化するためのマルチプレクサを含んでもよい。
本発明の別の態様では、ワイヤレス遠距離通信配置のためのレシーバは、CPを含むOFDMフレーム構造で送信された、CDMA方式を使用して符号化されている受信データを復号するためのレシーバ・プロセッサを備える。このレシーバは、逐次干渉除去(SIC)レシーバ・プロセッサを備えてもよい。これは、例えばレーク・レシーバ配置と比べて比較的単純な構造である。このレシーバは、CDMA送信とともに時間多重化されたSC−FDMA送信を復号するためのデコーダを備えてもよい。
本発明のいくつかの実施形態が、単なる例として、添付の図面を参照して説明される。
CDMAおよびSC−FDMA送信を多重化するためのトランスミッタ構造の概略図である。 音声および高速データのためのHARQ構造を示す図である。 循環的な直交CAZAC系列の生成および割当てを示す図である。 図1のトランスミッタから信号を受信するためのレシーバの概略図である。 本発明によるLTEネットワークの概略図である。
図1を参照すると、ユーザ機器(UE)は、LTE準拠ネットワークのアップリンクで、CDMAおよびSC−FDMA送信を時間多重化し、それらを送信するためのトランスミッタを含む。このユーザ機器は、それぞれ高速データ・トラフィックと音声トラフィックのために、トランスミッタを通る異なる経路を与えるように、第1岐路1および第2岐路2を含む。第1岐路1では、SC−FDMA送信に関して、dsp−1へのデータ・シンボルd,dのストリームは、直並列データ・コンバータ4へセレクタ3を介して適用され、次いでそれらの出力はDFT5へ適用される。この後に6での副搬送波マッピング、N点の逆高速フーリエ変換(IFFT)7および並直列データ・コンバータ8が続く。循環プレフィックスCPは、基地局に対するアップリンクでの送信の前に挿入される。これは、遅延の条件があまり厳しくなく、データ速度の速いデータのために使用される方式である。
トランスミッタはまた、音声トラフィックのためのCDMA方式でのオペレーションのために、第2岐路2も含む。dp−1へのデータ・シンボルd,dは10でブロック反復に適用され、その後11でCAZACコードによってスクランブルされる。CAZAC系列のゼロ循環自己相関特性を利用することによって、フェージングが認められる場合の複数のユーザの直交送信が可能となる。データは、長さS×P×Lによってインタリーブおよびスクランブルされて、システムの共通経路にセレクタ3を介して適用され、上述のように、そこを介してSC−FDMA送信のためのデータもまた送信される。
したがって、送信方式は送信されるデータの性質によって、SC−FDMAまたはCDMAのいずれであってもよい。方式は、HARQプロセスIDによって送信時間間隔(TTI)ごとに選択される。図2は、音声および高速データ(HSD)送信のためのHARQ構造を示す。LBおよびSBは、それぞれロング・ブロックおよびショート・ブロックを表す。
多重化構造およびHARQオペレーションは、VoIPのために最適化されてもよい。同期HARQオペレーションは、アップリンク用であること、およびヘッダ圧縮を伴う7.95kbpsAMRコーデックの使用が仮定されている。符号化前の情報ビット速度は10.8kbpsである。これは20msec音声フレームごとに生成される、216ビットのパケット・サイズに相当する。
ロング・ブロック(LB)の中で利用可能な副搬送波の数は300である。これは、1つのLBでSF=12の25個のシンボルが送信されてもよいということを意味する。サブ・フレームの6つのLBによって、1つのLBで150個のシンボルが送信されることが可能である。18ビットのMACヘッダ、16ビットのCRC、およびR=1/3のコード速度を仮定すると、符号化されたビットの数は

(216+18+16)×3=750ビット (1)

である。QPSK変調については、利用可能なシンボルの数は20msecあたり332シンボルである。したがって、符号化された音声フレームの1つの送信のために3つのサブ・フレームが必要であり、1送信あたり1.5msかかる。TTIの長さは、1.5msであると仮定される。
図2は、HARQのある可能なVoIP送信構造を示す。HARQプロセスの数は6つであり、送信の最大数は4つであると仮定される。各サブ・フレームについて、6つのロング・ブロック(LB)と2つのショート・ブロック(SB)がある。2つのSBは、コヒーレント復調のためのパイロット信号を含む。3つのサブ・フレームは、音声送信のためのTTIを備える。20msごとに到着する音声フレームについて、2つのHARQプロセスを使用して最大4つの送信が可能である。残りのHARQプロセスは、4つの高速データ(HSD)送信のために使用されてもよい。
VoIPについて、最大エア・インタフェース遅延は以下のようにして求められる。

1.5ms[キューイング遅延]+(9×3+1.5)ms[送信/再送信]
+ACK/NACK遅延=30ms+ACK/NACK遅延 (2)
HARQプロセスの数が1つに減らされる場合、各音声フレームのために2つの送信が可能となる。遅延は、初期の終端利得が減少する代わりに、大幅に改善されることができる。したがって、SC−FDMAは動的スケジューリングによって速いデータ速度の利点を保ち、一方で遅いデータ速度のトラフィックはCDMA送信を利用することができる。
図3は、基本的なCAZAC系列の循環シフトによって直交CAZAC系列のセットがどのようにして生成されるのかを示す。循環シフトが最大遅延スプレッドよりも長い限り、循環的にシフトされた系列は直交である。GSM TUプロファイルについては、最大遅延拡散は5μsecである。5MHzの帯域幅では、これは39サンプルに相当する。Qは39となるように選択される。長さ300のシフト直交CAZAC系列の数は8である。8人のユーザまでが直交CAZAC系列を使用することが可能である。より多くのユーザに対応するために、異なるCAZAC系列が使用されることが可能である。
図4を参照すると、図1に示されているトランスミッタからの送信を受信するためのレシーバは、SC−FDMA方式とCDMA方式との間で共有されるフロント・エンド12を含む。CDMA方式は、単一のユーザのために示されている。
信号は13で受信され、14で信号の同期化およびCP除去が実行される。OFDMシステムの粗いタイミング同期化が仮定されており、その場合受信された信号はOFDMシンボルの境界に一列に並べられる。信号は、ライン16にトラフィック信号を与え、ライン17にパイロット信号を与えるために、デマルチプレクサ15に適用される。トラフィック・データは、それをイコライザ19での等化のための周波数領域に変換するために、高速フーリエ変換(FFT)18に適用される。受信されたパイロット信号に基づき、チャネル・エスティメータ20からの入力を使用して、チャネル条件のための調整が行われる。21で副搬送波のデマッピングが実行され、その後、信号を時間領域に戻すために、逆離散フーリエ変換(IDFT)22および並直列コンバータ23が続く。
セレクタ24は出力27で復号されたビットを与えるために、適切なデモジュレータ25およびデコーダ26にSC−FDMA変調データを送る。セレクタ24はまた、デスクランブラ/デモジュレータ28にCDMA変調データを送る役割も果たす。デスクランブラ/デモジュレータ28で、CAZACコードの複素共役は、31でデータ・シンボルを回復するために、ユーザごとのCAZAC系列を使用して、ブロック逆拡散とともに29…30で適用される。これらは出力34で復号されたビットを得るために、関連したデモジュレータ32とデコーダ33に適用される。直交CAZAC系列の特性によって、多重アクセス干渉(MAI)は、従来の直接拡散CDMAシステムと比べて減少する。
図5を参照すると、LTEネットワーク35は複数のUE36およびeノードB37を含む。UE36は図1に示されているようにトランスミッタを組み込み、eノードB37は図4に示されているようにレシーバを組み込む。
本発明は、その精神または重要な特徴から逸脱することなく、別の特定の形態で具体化されてもよい。記述されている実施形態は、すべての点において単に例示的なものであって、限定的なものではないとみなされるべきである。したがって、本発明の範囲は上記の説明によってではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって示される。この特許請求項の均等物の意味および範囲に入るすべての変更は、それらの範囲内に受け入れられるべきである。

Claims (16)

  1. パケット・ワイヤレス遠距離通信ネットワークを介してデータを送信する方法であって、データを符号化するためにコード分割多重アクセス(CDMA)方式をデータに適用するステップと、前記符号化されたデータを、循環プレフィックス(CP)を含む直交周波数分割多重方式(OFDM)のフレーム構造で送信するステップとを含む方法。
  2. CDMA方式として前記データを符号化するために、定振幅ゼロ自己相関(CAZAC)系列によるスクランブリングが後に続くブロック反復を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 類似する電波伝播条件のユーザは1つのグループに置かれ、直交CAZAC系列を割り当てられ、そして、異なるグループには異なる基本CAZAC系列が割り当てられる、請求項2に記載の方法。
  4. 送信の前に、前記CDMA変調データは、副搬送波に拡散するために離散フーリ変換(DFT)に適用される、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記CPは前記DFTの後に挿入される、請求項4に記載の方法。
  6. CDMAおよび単一搬送波周波数分割多重アクセス(SC−FDMA)送信を時間多重化するステップを含む、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記CDMA符号化データは音声データであり、前記SC−FDMA送信は、前記CDMA符号化パケットよりも大きなペイロードを有するデータ・パケットである、請求項6に記載の方法。
  8. どの方式の送信データが送信されるべきかを識別するために、ハイブリッド自動再送要求(HARQ)プロセスIDが使用される、請求項6または7に記載の方法。
  9. パケット・ワイヤレス遠距離通信ネットワークを介してデータを送信する方法であって、ユーザ端末と基地局との間のアップリンクで、より大きなペイロードのデータ・パケットのためにはスケジュールされた送信を使用し、より小さなペイロードのデータ・パケットのためには自律的送信を使用するステップを含む方法。
  10. 前記より小さなペイロードのデータ・パケットは音声データを運搬し、前記より大きなペイロードのデータ・パケットは非音声データを運搬する、請求項9に記載の方法。
  11. ダウンリンクではOFDMを使用し、アップリンクでは、より小さなペイロードのデータ・パケットのためのCDMA送信と、より大きなペイロードのデータ・パケットのためのSC−FDMA送信とを時間多重化するステップを含む、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 基地局と複数のユーザ端末とを含む、データ・パケットを送信するワイヤレス遠距離通信ネットワークであって、CDMA方式を使用してデータを符号化するエンコーダを有し、CPを含むOFDMフレーム構造の中で前記符号化されたデータを送信するように配置されたトランスミッタを含むネットワーク。
  13. アップリンクでSC−FDMA送信とCDMA送信とを時間多重化するマルチプレクサを備える、請求項12に記載のネットワーク。
  14. CDMA方式を使用してデータを符号化するエンコーダを含み、CPを含むOFDMフレーム構造の中で前記符号化されたデータを送信するように配置された、ワイヤレス遠距離通信配置のためのトランスミッタ。
  15. CPを含むOFDMフレーム構造の中で送信された、CDMA方式を使用して符号化されている受信データを復号するレシーバ・プロセッサを含む、ワイヤレス遠距離通信配置のためのレシーバ。
  16. 逐次干渉除去(SIC)レシーバ・プロセッサを備える、請求項15に記載のレシーバ。
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