JP2012120213A - ある方向にｏｆｄｍをそして別の方向にｄｓｓｓを使用する通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ダウンリンク及びアップリンクで同一の通信方式を使用した場合の問題の解決。
【解決手段】ワイヤレス通信用の方法及び装置が開示される。直交周波数ドメイン多重化（ＯＦＤＭ）信号を受信し、上記ＯＦＤＭ信号の受信に応答して、直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号をベースステーションに送信する。
【選択図】図３

Description

本発明は、通信に係り、より詳細には、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）及び拡散スペクトル送信の基本的変調フォーマットを使用する多加入者システムに係る。

高速ワイヤレスサービスの需要が増え続けているのに伴い、パケットネットワーク全体にわたって保証されたサービスクオリティ（ＱｏＳ）を保持しながら、より高いデータレートでより多くの加入者を受け入れるために、帯域巾当たりより大きなスループットが要求されている。「ワイヤレスブロードバンド」の定義は異なってもよいが、次世代のワイヤレスブロードバンドネットワークは、ＩＰ中心の高速（＞１０Ｍｂｐｓダウンリンク及び＞５１２Ｋｂｐｓアップリンク）ワイヤレスチャンネルを介して高クオリティの音声から高解像度の映像まで種々様々なサービスを提供できねばならないことが一般に受け入れられる。シンゴ・オオモリ氏等の「The Future Generations of Mobile Communications Based on Broadband Access Technologies」、ＩＥＥＥ通信マガジン、２０００年１２月号を参照されたい。

パケットトラフィックの非対称的な性質により、ワイヤレスアップリンク（加入者からベースステーション又はアクセスポイントへ）及びダウンリンク（ベースステーション又はアクセスポイントから加入者へ）の要求は、かなり異なるものである。トラフィックの激しいダウンリンクでは、より多くのハードウェアや、より高価な電力増幅器がベースステーションに含まれても、高いスループット／スペクトル効率が最も重要である。一方、加入者ターミナルでは、価格を低減すると共に電力効率を改善するために、増幅器の効率的な変調機構が重要である。明らかに、アップリンク及びダウンリンクモデムの設計には、個別設計の最適化解決策を採用しなければならない。しかしながら、ほとんど全ての現在のシステム、例えば、一般的なＧＳＭ及びＩＳ−９５ネットワークは、アップリンク及びダウンリンクの両方に均一なモデム及びマルチアクセス構造を使用している。その結果、システム全体の効率が妥協されている。

直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）及び直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）は、ワイヤレス通信にしばしば使用される２つの変調技術である。ＯＦＤＭでは、図１に示すように、広い帯域巾が多数の狭帯域のサブキャリアに分割され、これらは、互いに直交するように構成される。これらサブキャリアに変調された信号は、並列に送信される。ＤＳＳＳでは、変調記号が、先ず、拡散シーケンスにより使用可能な帯域巾にわたって拡散され、次いで、送信される。コード分割マルチアクセス（ＣＤＭＡ）では、多数の加入者ステーションが、異なる拡散シーケンスを伴うＤＳＳＳシグナリングを使用してベースステーションと通信する。

ＯＦＤＭは、多経路フェージングチャンネルに対する効率的な技術である。良好に設計されたシステムでは、各サブキャリアの周波数応答をフラット又はほぼフラットにすることができる。それ故、チャンネルイコライゼーションは、非常に簡単なものが要求されるだけであるか又は全く要求されない。ＯＦＤＭの別の顕著な利点は、チャンネル容量を最大にするように最適な電力及びレート割り当てを許すことである。この固有の利点は、各加入者のチャンネル応答が異なるような多数の加入者を伴うセルラーシステムにおいて非常に重要である。この場合に、サブキャリアを多数の加入者に慎重に割り当てることにより全システム容量スループットを最大にすることができる。

一方、ＯＦＤＭは、幾つかの欠点も有している。１つの欠点は、ＯＦＤＭ信号のピーク対平均電力（ＰＡＰ）比が大きいことである。これは、ＯＦＤＭベースのシステムを実施するうえで高いハードルとなる。ＰＡＰ比が大きいことは、電力増幅器に対する厳格な直線性要求又は大きなバックオフを意味し、高いコスト又は低い送信電力を招く。これは、量が多いことからシステムコストを左右する加入者ターミナルの実施に対して特に望ましからぬことである。更に、適応サブキャリア割り当てを伴うＯＦＤＭの最大容量を達成するために、加入者におけるチャンネル測定値をベースステーションへフィードバックすることがしばしば要求される。これは、オーバーヘッドを追加すると共に、システム制御を複雑にする。

ＤＳＳＳは、多数の遅延経路から受信された信号をコヒレントに加算するいわゆるＲａｋｅ受信器を使用することにより多経路チャンネルをしばしば取り扱う。しかしながら、データレートが高く、拡散ファクタが低いときには、Ｒａｋｅ受信器の性能が低下する。更に、ＤＳＳＳ信号は、高利得周波数及び低利得周波数の両方を含むスペクトル全体を等しく利用する。それ故、ＤＳＳＳの潜在的な容量は、適応サブキャリア割り当てを伴うＯＦＤＭにより達成されるものより少ない。一方、ＤＳＳＳ信号は、通常、ＯＦＤＭ信号よりもＰＡＰが低い。更に、ＤＳＳＳを使用すると、多数のマルチアクセス機構の中で大きなマルチアクセス融通性を与えるコード分割マルチアクセスを可能にする。それ故、ＤＳＳＳは、特に加入者ターミナル送信に対して依然として非常に魅力のある技術である。

特開平１０−２２４３２３号公報 特開平７−２５４９１５号公報 特開平７−１８３８６２号公報 国際公開第００／５４４４５号パンフレット

Cheong Yui Wong; Cheng, R.S.; Lataief, K.B.; Murch, R.D., Multiuser OFDM with adaptive subcarrier, bit, and power allocation, Selected Areas in Communications IEEE Journal on, IEEE, October, 1999, Vol. 17, No. 10, pp.1747-1758

ワイヤレス通信ではＯＦＤＭ及びＤＳＳＳの両方が広く使用されているが、ほとんどのシステムでは、ダウンリンク及びアップリンクの両方に単一の技術が使用される。例えば、ＵＭＴＳ Ｗ−ＣＤＭＡシステムでは、ダウンリンク及びアップリンクの両方にＤＳＳＳが使用され、一方、ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、ダウンリンク及びアップリンクの両方にＯＦＤＭが使用される。これは、利点と欠点の両方がシステム存在することを意味する。Ｗ−ＣＤＭＡの詳細な情報については、Ｈ．ホルマ及びＡ．トスカラ著の「WCDMA for UMTS」、ジョン・ウィリー＆ソンズ・インク、２０００年を参照されたい。ＯＦＤＭの詳細な情報については、Ｒ．ファン・ニー及びＲ．プラサド著の「OFDM for Wireless Multimedia Communications」、アーテク・ハウス・パブリッシャー、２０００年を参照されたい。

通信方法及び装置について説明する。ワイヤレス通信用の方法及び装置が開示される。直交周波数ドメイン多重化（ＯＦＤＭ）信号を受信し、上記ＯＦＤＭ信号の受信に応答して、直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号をベースステーションに送信する。

周波数ドメインにおけるＯＦＤＭ信号及びサブキャリアを示す図である。 多数のサブキャリアとクラスターを示す図である。 時間−周波数ドメインにおけるＯＦＤＭサブキャリアクラスター及びパイロット記号を示す図である。 ある方向の送信にＯＦＤＭをそして他の方向の送信にＣＤＭＡを使用する通信ネットワークを示す図である。 ダウンリンク通信にＯＦＤＭを使用するベースステーション送信器の一実施形態を示すブロック図である。 加入者ターミナル受信器の一実施形態を示すブロック図である。 アップリンク通信にＤＳＳＳ／ＣＤＭＡを使用する加入者ターミナル送信器の一実施形態を示すブロック図である。 ベースステーション受信器及びダウンリンク加入者アロケーターの一実施形態を示すブロック図である。 アップリンク送信信号のデータフォーマットの一例を示す図である。 ダウンリンク送信信号のデータフォーマットの一例を示す図である。 周波数トラッキングのためのパイロットサブキャリアの一例を示す図である。 両方向通信のためのＣＤＭＡと、一方向のデータレートを向上するための付加的なＯＦＤＭチャンネルとを使用するデュープレックスシステムの一実施形態を示すブロック図である。 異なる加入者に関連したチャンネル応答を示す図である。 サブキャリアを割り当てるプロセスの一実施形態を示すフローチャートである。 ＯＦＤＭ記号、パイロット及びクラスターの時間及び周波数グリッドを示す図である。 加入者処理を示す図である。 図１５の一例を示す図である。 任意のクラスターフィードバックのフォーマットの一実施形態を示す図である。 ベースステーションの一実施形態を示す図である。

本発明は、添付図面を参照した種々の実施形態の以下の詳細な説明から充分に理解されよう。この説明は、本発明を単に例示するもので、本発明をこれに限定するものではない。
ＯＦＤＭ及びＣＤＭＡ技術を一体化するための方法及び装置について説明する。一実施形態では、加入者と通信するための方法は、直交周波数ドメイン多重化（ＯＦＤＭ）信号を加入者へ送信し、そして直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号を加入者から受信することを含む。

ここに述べる技術は、アップリンクの電力効率を高め且つ潜在的に最適化すると同時に、システム全体のマルチアクセス融通性を維持しながら、ダウンリンクのスループットを高め且つ潜在的に最大にする。一実施形態では、ＯＦＤＭは、ダウンリンクにとってスペクトル効率及びビットレートを高め且つ潜在的に最大にするために使用される。これは、その非対称的性質から今日のインターネットアクセスに対して重要な特徴である。ＤＳＳＳ／ＣＤＭＡは、アップリンクにとって、ＯＦＤＭの大きなピーク対平均比の問題を回避し、そしてマルチアクセス融通性を高め且つ潜在的に最大にするために使用される。或いは又、ＤＳＳＳではなくＣＤＭＡ技術が使用されてもよい。例えば、周波数ホッピング（ＦＨ）が使用されてもよい。

一実施形態では、システム容量を高め且つ潜在的に最大にするために、ＯＦＤＭダウンリンクのサブキャリアが多数の加入者に適応式に割り当てられる。多数の加入者からベースステーションに受け取られるアップリンクＣＤＭＡ信号が適応式の割り当てに使用されてもよい。
ワイヤレス通信を参照して少なくとも１つの実施形態を説明するが、本発明の教示は、有線型の通信、例えば、ケーブルモデムにも等しく適用できる（これに限定されない）。

以下、多数の詳細について記載する。しかしながら、本発明は、これら特定の詳細を伴わずに実施できることが当業者に明らかであろう。他の例では、本発明を不明瞭にするのを回避するために、良く知られた構造及び装置を、詳細ではなく、ブロック図形態で示す。

以下の詳細な説明のある部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに基づくオペレーションのアルゴリズム及び記号表示で示される。これらのアルゴリズム記述及び表示は、データ処理技術の当業者により、それらの仕事の実体を他の当業者へ最も効率的に搬送するために使用される手段である。アルゴリズムとは、ここでは、一般的に、所望の結果を導くステップの自己一致シーケンスであると考えられる。これらステップは、物理的な量の物理的な操作を必要とするものである。通常、必ずしも必要でないが、これらの量は、記憶し、転送し、合成し、比較し、その他、操作することのできる電気的又は磁気的信号の形態をとる。主として、共通に使用されるという理由で、これらの信号をビット、値、エレメント、記号、キャラクタ、用語、番号等々として参照することがしばしば便利であると分かっている。

しかしながら、これら及び同様の用語は全て適当な物理的な量に関連付けされ、そしてこれらの量に適用された単なる便利な表現に過ぎないことを銘記されたい。以下の説明から明らかなように特に指示のない限り、この説明全体にわたり、「処理」、「算出(computing)」、「計算(calculating)」、「決定」又は「表示」等の用語を使用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内に物理的（電子的）量として表わされたデータを、コンピュータシステムメモリ又はレジスタ或いは他の情報記憶、送信又は表示装置内に物理的量として同様に表わされる他のデータへと操作及び変換するコンピュータシステム又は同様の電子的算出装置のアクション及びプロセスを指すことが明らかである。

又、本発明は、これらのオペレーションを実行する装置にも係る。この装置は、要求された目的のために特に構成されてもよいし、或いは記憶されたコンピュータプログラムによって選択的にアクチベートされるか再構成される汎用コンピュータを備えてもよい。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えば、フレキシブルディスク、光学的ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及び磁気−光学ディスクを含む何らかの形式のディスク、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光学カード、或いは電子的命令を記憶するのに適した何らかの形式の媒体に記憶することができ（これらに限定されない）、そしてそれらは各々コンピュータシステムバスに接続される。

ここに示すアルゴリズム及び表示は、特定のコンピュータ又は他の装置に固有に関連しているのではない。ここでの教示に基づくプログラムと共に種々の汎用システムが使用されてもよいし、或いは必要な方法ステップを実行するために特殊な装置を構成することが便利であることも分かっている。種々のこれらシステムに必要とされる構造は、以下の説明から明らかとなろう。更に、本発明は、特定のプログラミング言語を参照して説明するものではない。ここに述べる本発明の教示を実施するのに、種々のプログラミング言語を使用できることが明らかであろう。

マシン読み取り可能な媒体は、マシン（例えばコンピュータ）により読み取り可能な形態で情報を記憶又は送信するためのメカニズムを含む。例えば、マシン読み取り可能な媒体は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気的、光学的、音響的又は他の形式の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）、等々を含む。

概要
図１Ｂは、サブキャリア１０１のような多数のサブキャリア及びクラスター１０２を示す。クラスター１０２のようなクラスターは、図１Ｂに示す少なくとも１つの物理的サブキャリアを含む論理的ユニットとして定義される。クラスターは、連続的又は個別のサブキャリアを含むことができる。クラスターとそのサブキャリアとの間のマッピングは、固定することもできるし、又は再構成することもできる。後者の場合には、ベースステーションは、クラスターが再定義されたときに加入者に通知する。一実施形態では、周波数スペクトルは、５１２個のサブキャリアを含み、各クラスターは、４つの連続するサブキャリアを含み、従って、１２８個のクラスターとなる。

一実施形態では、各ベースステーションがパイロット記号を同時に送信し、各パイロット記号は、図２に示すように、全ＯＦＤＭ周波数帯域巾を占有する。一実施形態では、各パイロット記号は、長さ即ち巾が１２８マイクロ秒で、ガード時間を伴い、それらを合成すると、約１５２マイクロ秒となる。各パイロット周期の後に、所定数のデータ周期と、それに続いて、別の１組のパイロット記号とがある。一実施形態では、各パイロットの後にデータを送信するのに４つのデータ周期が使用され、そして各データ周期は、１５２マイクロ秒である。

図３は、ある方向の送信にＯＦＤＭをそして他の方向の送信にＣＤＭＡを使用する通信ネットワークのブロック図である。図３及び他の図における処理ブロックの各々は、ハードウェア（例えば、回路、専用ロジック等）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用マシンにおいて実行される）、又はその両方の組合せで構成される処理ロジックにより実行される。

図３を参照すれば、通信ネットワーク３００は、多数の通信システム（例えば、ベースステーション、アクセスポイント、ヘッドエンド、移動ユニット、加入者、リモート、ターミナルイニット等）を備えている。２つのシステムしか示されていないが、通信ネットワーク３００は、３つ以上のシステムを含んでもよい。１つのサイトにおいて、システム３５０は、ワイヤレス通信用の信号を変調するためにＣＤＭＡを使用して情報を送信するＣＤＭＡ送信器３０１と、ネットワークの他の位置から受信されたＯＦＤＭ信号の形態のワイヤレス通信を処理するＯＦＤＭ受信器３０２とを備えている。スイッチ３０３は、ＣＤＭＡ送信器３０１とＯＦＤＭ受信器３０２との間を切り換え、一度にそれらの一方だけをアンテナ３１０に接続する。

時分割多重化を使用して全デュープレックス通信をサポートする時分割デュープレクシング（ＴＤＤ）、又は両方向の通信が同じ周波数で行われる他のシステムの場合、スイッチ３０３はタイムスイッチである。別の実施形態では、異なる周波数帯域を使用して各方向に情報を送信又は受信する周波数分割デュープレクシング（ＦＤＤ）又はそのような他のシステムの場合、スイッチ３０３は、周波数デュープレクサと置き換えられる。

システム３５１は、システムの他のサイトへワイヤレス通信により通信するためにＯＦＤＭ信号を発生するＯＦＤＭ送信器３０６と、システムの他のサイトから受信されたＣＤＭＡ信号を処理するためのＣＤＭＡ受信器３０５とを備えている。スイッチ３０４（又はデュープレクサ）は、ＣＤＭＡ受信器３０５及びＯＦＤＭ送信器３０６を一度に１つアンテナ３１１に接続する。スイッチ／デュープレクサ３０４及び３０３は、アンテナ３１１及び３０１を送信及び受信の両方に同時に使用できるようにする。

一実施形態では、システム３５０は、移動通信システムの加入者より成り、一方、システム３５１は、ベースステーションより成る。従って、図３に示すように、ＯＦＤＭは、ダウンリンクに使用される。ＯＦＤＭをダウンリンクに使用すると、スペクトル効率及びビットレートが最大にされる。ＣＤＭＡは、ＯＦＤＭの大きなピーク対平均比の問題を実質的に回避すると共に、マルチアクセス融通性を与えるために、アップリンクに使用される。

一実施形態では、ＯＦＤＭダウンリンクのサブキャリアは、多重化を達成すると共にシステム容量を高める（及び潜在的に最大にする）ために多数の加入者に適応式に割り当てられる。多数の加入者からベースステーションに受け取られたアップリンクＣＤＭＡ信号から抽出される情報が適応加入者割り当てに使用される。これは以下に詳細に説明する。

一実施形態では、各ダウンリンクＯＦＤＭチャンネルに５ＭＨｚスペクトルが使用される。パルス整形では、データ送信に使用される正味帯域巾が４ＭＨｚであり、これは、並列に送信される５１２個のサブキャリアに分割される。一実施形態では、ＯＦＤＭ記号の各々は、長さ又は巾が１２８マイクロ秒で、ガード間隔が２４マイクロ秒である。それ故、全記号周期は、１５２マイクロ秒である。一実施形態では、１つのＯＦＤＭ記号の全サブキャリアが１人の加入者に使用される。多数の加入者へのサービスは、時分割多重化（ＴＤＭ）により達成され、例えば、異なる加入者が異なる時間に異なるＯＦＤＭ記号を使用する。別の実施形態では、１つのＯＦＤＭ記号におけるサブキャリアを多数の加入者により使用することができ、各加入者は、全サブキャリアの一部分を使用する。一実施形態では、いずれかの加入者にいずれかのサブキャリアを指定することができる。別の実施形態では、サブキャリア指定の粒度が、図１Ａ及び２に示すように、クラスターと称される固定数のサブキャリアまで増加される。いずれかの加入者にいずれかのクラスターを指定することができる。サブキャリアのクラスター化は、サブキャリアインデックスオーバーヘッドを減少する。

図４は、ダウンリンク通信にＯＦＤＭを使用するベースステーション送信器の一実施形態を示すブロック図である。図４を参照すれば、ベースステーションは、Ｎ個の処理経路即ちチャンネル１−ｎを備え、各処理経路は、順方向エラー修正（ＦＥＣ）エンコーダ４０２と、それに続いて、インターリーバー４０３、及びその後に、変調器４０４を備えている。ベースステーションと通信するｎ人の加入者の各々に対して処理経路がある。一実施形態では、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）（図示せず）又は他の多重化メカニズムを使用して、ユーザデータが異なるクラスターの個々の処理経路へ向けられる。

図４に示すように、ユーザデータ４０１_1-nは、個々の加入者へ送信されるべきデータより成る。サブキャリアアロケーターの一部分として動作するマルチプレクサ（ＭＵＸ）４８０は、ユーザデータ４０１_1-nを受信し、そしてアロケーターが個々の加入者へ送信するためにサブキャリアグループを割り当てた結果として発生されるクラスターデータと、サブキャリアに変調されるユーザデータとを出力する。別の実施形態では、ＭＵＸ４８０は、含まれず、ユーザデータが順方向エラー修正（ＦＥＣ）エンコーダ４０２に直接供給される。

クラスターデータは、この技術で良く知られたように、先ず、順方向エラー修正（ＦＥＣ）エンコーダ４０２によりエンコードされる。エンコードの結果、ユーザデータに埋め込まれる充分な冗長情報を追加して、受信器でそれを修正できるようにする。ユーザデータは、次いで、インターリーバー４０３でインターリーブされ、このインターリーバーは、送信されるべきシーケンスにおいて次々のコード記号が多数の記号で分離されるようにユーザデータにコード記号（例えばビット）を記録する。これは、この技術において公知である。その後、ベースステーションは、そのインターリーブされたユーザデータを、変調器４０４により、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ又は以下に述べる他の方法のようなデジタル変調方法を使用して変調する。全てのサブキャリア（多数の加入者に意図された）に変調されたデータは、この技術で良く知られたように、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）４０５により処理される。ＩＦＦＴ４０５の出力は、パラレル／シリアルコンバータ４０６へ入力され、該コンバータは、ＩＦＦＴ４０５のパラレル出力を、この技術で良く知られたように、シリアル出力のＯＦＤＭ信号に変換する。一実施形態では、付加的なガード間隔（繰り返しプレフィックス）がこのポイントに挿入される。それにより得られるＯＦＤＭ信号は、ＲＦチャンネルを経て送信される。

一実施形態では、ベースステーションは、スペクトル効率を高める（及び潜在的に最大にする）ように加入者にサブキャリアを適応式に割り当てる。図１２は、異なる加入者に関連したチャンネル応答を示す。図１２に示すように、２人の加入者に対応するチャンネル応答は異なる。マルチユーザ適応ローディングは、比較的高い信号対雑音比のサブキャリアを加入者に割り当てることにより全システム容量を高める。周波数応答が、適応サブキャリア割り当てのためにベースステーションのサブキャリアアロケーターに送信され、従って、比較的高い信号対雑音比のサブキャリアのみが加入者へのダウンリンク送信に割り当てられる。更に、ＦＥＣコード化及び変調機構は、各サブキャリア又は多数のサブキャリアの信号対雑音比に基づいて適応式とすることができる。

一実施形態では、各サブキャリアのダウンリンクＳＮＲが加入者により測定される。この情報は、全加入者からＳＩＮＲ情報を収集するベースステーションサブキャリアアロケーターにフィードバックされる。次いで、サブキャリアアロケーターは、比較的高いＳＮＲのサブキャリアを加入者に指定するように最適又は準最適な割り当てアルゴリズムを実行することができる。以下に述べる別の実施形態では、各加入者により送信されたアップリンク信号からＳＮＲ情報が直接導出される。これら２つの技術は、以下で詳細に説明する。ＳＮＲ技術を収集する２つの技術を結合することもできる。例えば、２つの重み付けされた平均を使用することにより２つを結合することができる。或いは又、いずれかが異なる時間に非連続的に動作する時間に基づいて結合を行い、その両方から得られるＳＮＲを使用することもできる。

図５は、図４に示したプロセスの逆の順序でＯＦＤＭ受信信号を処理する機能を含む加入者ターミナル受信器のブロック図である。これにより生じた加入者のデータは、その上位データリンク層へ通される。
一実施形態では、受信信号は、時間的に順次にサンプリングされ、サンプルはメモリに記憶される。所定数のサンプル（例えば、５１２個のサンプル）が受け取られると、シリアル／パラレルコネクタ５０６は、到来するＯＦＤＭ信号（サンプルの形態の）を、この技術でよく知られたように、パラレル形態に変換する。シリアル／パラレルコンバータ５０６の出力は、この技術で良く知られたように高速フーリエ変換を適用する高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）５０５の入力により受け取られる。ＦＦＴ５０５の出力は、多数の異なる経路の１つに送信される。即ち、ＦＦＴ５０５のこれら出力は、１−ｎで示された多数の処理経路に接続される。

各処理経路は、上述したようにベースステーションにより適用された変調を逆転する復調技術を使用して信号を復調するための復調器５０４を備えている。次いで、受信器は、この技術で良く知られたように、デインターリーバー５０３を使用してその復調された信号をデインターリーブする。受信器は、再順序付けされ復調されたデータをデインターリーバー５０３から取り出し、そしてこの技術で良く知られたように、ＦＥＣデコーダ５０２を使用してＦＥＣデコーディングを実行し、ユーザデータ５０１を発生する。一実施形態では、ＦＥＣデコーダ５０２の出力は、クラスターデータを表わす。

媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層の一部分であるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）５０７は、ユーザデータがサブキャリアのクラスター上にある多数のサブキャリアからＦＥＣデコーダ５０２_1-nからの出力をデマルチプレクスし、ユーザデータ５０１_1-nを形成する。
図５の処理ブロックがソフトウェアで実施される受信器のソフトウェア実施では、アンテナを使用して受信された信号がサンプリングされ、そしてサンプルがメモリに記憶されて、処理ブロックにより処理される。

図６は、アップリンク通信にＤＳＳＳ／ＣＤＭＡを使用する加入者ターミナル送信器の一実施形態を示すブロック図である。図６を参照すれば、アップリンクデータは、上記と同様に、先ず、ＦＥＣエンコーダ６０２において順方向エラー修正コードでエンコードされ、次いで、インターリーバー６０３を経てインターリーブされる。次いで、受信器は、インターリーブされたデータを変調器６０４により変調する。変調後に、受信器は、拡散処理ブロック６０５によりその変調されインターリーブされたデータに加入者の拡散コードを適用する。拡散信号は、パルス整形され、高周波（ＲＦ）チャンネルを経て送信される。

図７は、受信器及びダウンリンクサブキャリアアロケーターを有するベースステーションの一実施形態のブロック図である。図７を参照すれば、ダウンリンクＯＦＤＭサブキャリアアロケーター７０７に接続されたｎ個の処理経路がある。一実施形態では、各処理経路は、個々のユーザに対するものである。他の全ての経路は同様に動作するので、１つの経路のみについて説明する。
図７の処理ブロックがソフトウェアで実施される受信器のソフトウェア実施では、アンテナを使用して受信された信号がサンプリングされ、そしてサンプルがメモリに記憶されて、処理ブロックにより処理されることに注意されたい。

受信された信号サンプルは、相関装置７０１に入力され、該装置は、送信中に使用された同じ拡散シーケンスを使用してサンプルを拡散解除し、そして到来する信号を加入者の拡散コードと相関する。別の実施形態では、相関装置７０１が一致フィルタと置き換えられる。受信器は、相関の結果である相関装置７０１の出力をＲａｋｅ受信器７０２及びチャンネル推定器７０３へ入力する。Ｒａｋｅ受信器７０２は、復調の実行を含むこの技術で良く知られたやり方で最大比合成により相関結果を処理し、そして処理結果をデインターリーバー７０５へ出力する。デインターリーバー７０５は、デインターリービングを実行し、スクランブル解除されたデータをＦＥＣデコーダ７０６へ出力する。このＦＥＣデコーダ７０６は、この技術で良く知られたように、ＦＥＣデコーディングを実行する。ＦＥＣデコーダ７０５の出力は、ユーザデータである。このデコードされたデータは、次いで、上位データリンク層へ通される。

チャンネル推定器７０３は、チャンネル応答を推定し、その推定をＲａｋｅ受信器７０２及びＦＦＴ７０４へ供給する。Ｒａｋｅ受信器７０２は、チャンネル推定を使用して、どのフィンガーを合成のために選択すべきか決定する。ＦＦＴ７０４は、この技術で良く知られたように、チャンネル応答を周波数応答に変換する。
アロケーター７０７は、多数の加入者に対してＦＦＴ７０４から周波数応答を受信し、そしてその受信した応答に基づいてサブキャリアを割り当てる。

一実施形態では、各ユーザには、独特の拡散シーケンスが指定される。更に、アップリンク送信信号は、図８を参照して以下に述べるように、独特のトレーニングシーケンスを含む。このシーケンスは、ベースステーションにおいてチャンネルを推定するのに使用される。チャンネル時間応答が推定されると、その周波数応答がＦＦＴ７０４を使用して導出される。全ての加入者の周波数応答が、図７に示すように、適応サブキャリア割り当てのためにサブキャリアアロケーター７０７に送信される。

一実施形態では、チャンネル推定後のポイントの数に関するＦＦＴ７０４のサイズは、ダウンリンクＯＦＤＭ送信に対するものと同じである。サブキャリアクラスター化を伴う別の実施形態では、チャンネル推定後のＦＦＴ７０４のサイズは、ダウンリンクＯＦＤＭ送信に対するものより小さい。例えば、ダウンリンクＯＦＤＭに対するＦＦＴ７０４のサイズが５１２であり、クラスターにおける連続サブキャリアの数が１６である場合には、ベースステーション受信器においてチャンネル周波数応答を推定するのに３２ポイントのＦＦＴが必要とされるに過ぎない。

別の実施形態では、加入者に関連したチャンネル周波数応答は、トレーニングシーケンス又はパイロット信号を使用せずにアップリンク拡散スペクトル信号に基づいて推定される。周波数応答は、位相の曖昧さの中で推定され、そして振幅応答は、サブキャリア割り当てに使用される。
図８は、１つの時間フレームにおけるＣＤＭＡ信号のデータフォーマットの一実施形態を示す図である。図８を参照すれば、データ記号８０１及び８０３は、ここでミッドアンブル(midamble)８０２と称される任意のトレーニング記号の両側にある。好ましくはフレームの中央に挿入される任意のトレーニング記号（ミッドアンブル）は、ＣＤＭＡ信号をコヒレントに検出するためのチャンネル推定に使用できる。ミッドアンブルの拡散コードは、データ記号の拡散コードとは異なる。ミッドアンブルに対する長い拡散コード（例えば、２倍の長さ）は、受信器におけるチャンネル推定を改善し、ひいては、全性能を改善することができる。

加入者ユニットからのアップリンクＣＤＭＡ信号は、同期されてもよいし又は非同期でもよい。同期されたＣＤＭＡの場合には、ベースステーションにおける各アップリンク信号の到着が時間整列される。これは、ベースステーションにおける受信器の処理を簡単化する。例えば、図７を参照すれば、全ての個々のユーザに対する相関は、例えば、多次元信号変換を使用して合成することができる。

一実施形態では、全ての加入者ユニットが時間及び周波数の両方においてそのベースステーションに同期する。ベースステーションは、「ビーコン信号」を周期的にブロードキャストし、それに続いて、通常のＯＦＤＭ記号をブロードキャストする。ビーコン信号は、加入者ユニットにより同期のために使用され、そして例えば、１０ミリ秒の時間フレームに一度発生するのが好ましい。一実施形態では、ビーコン信号自体は、１つのＯＦＤＭ信号又は多数のＯＦＤＭ信号である。別の実施形態では、ビーコン信号は、図９に示すように、拡散スペクトル擬似ノイズ（ＰＮ）シーケンスを含む。図９を参照すれば、４つのＰＮシーケンスしか示されていないが、いかなる数を使用してもよい。一実施形態では、第１のＰＮシーケンスＰＮ１、又は他の所定番号のＰＮシーケンスを、この技術で良く知られたように、シーケンス相関により加入者ユニットにおいて時間同期に使用することができる。シーケンス相関により加入者ユニットにおいて周波数を追跡しそして相関結果の対間で位相差を比較するのに、好ましくは同一のＰＮシーケンス（ＰＮ１に続くＰＮ２）を使用することができる。一実施形態では、多数のＰＮ２シーケンスがありそしてそれらがＰＮ１シーケンスに比して短いことが必要である。

一実施形態では、単一の出力と、一対の入力とを有し、一方の入力がＰＮシーケンスジェネレータからＰＮシーケンスを受信するように接続されそして他方の入力がＦＦＴの出力に接続された送信器のスイッチが、図９に示すフォーマットでデータを出力するように接続される。
一実施形態では、パイロットサブキャリアが、図１０に示すように、ＯＦＤＭ記号に挿入され、従って、加入者ユニットは、キャリア周波数エラーを更に測定して修正することができる（周波数トラッキング）。

一実施形態では、アップリンクＣＤＭＡ信号は、相互干渉を減少し、且つ潜在的に最小にするように電力制御される。電力制御は、開ループ又は閉ループのいずれで実行することもでき、その両方の組み合せにより実行するのが好ましい。加入者の電力制御ユニットは、その送信電力を制御する。電力制御ユニットは、ローカルで発生できるか（開ループ）又はベースステーションから受信できる（閉ループ）電力調整コマンドを受け入れる。開ループ電力制御では、加入者ユニットは、それ自身の送信電力を調整するためにダウンリンク信号電力を監視する。ＣＤＭＡ信号は広帯域であるが、マルチユーザＯＦＤＭダウンリンク信号は、図２に示すように、全帯域巾を占有しないので、ダウンリンク及びアップリンク電力測定に不一致が生じ得る。この問題を解決する１つの方法は、図２に示すように、常にダウンリンクに全帯域巾のパイロットＯＦＤＭ記号を送信することである。加入者ユニットは、このダウンリンクパイロット記号電力を測定して、それ自身の送信電力を調整する。加入者の一実施形態は、本発明の法人譲受人に譲渡された参考としてここに援用する２０００年１２月１５日に出願された「OFDMA with Adaptive Subcarrier-Cluster Configuration and Selective Loading」と題する米国特許出願第０９／７３８，０８６号に開示されている。閉ループ電力制御では、アップリンクＣＤＭＡ信号の電力がベースステーション受信器において測定される。各加入者ユニットに必要とされる電力調整は、ダウンリンク送信信号を経て行われる。閉ループ電力制御の場合には、ベースステーションがアップリンク電力を測定し、電力レベルに対する調整を加入者に指示する電力制御コマンドを加入者へ送信する。

一実施形態では、ダウンリンク及びアップリンク送信が周波数分割デュープレクシング（ＦＤＤ）を介して構成される。この場合、ＲＦデュープレクサを使用して、送信と受信が分離される。別の実施形態では、ダウンリンク及びアップリンク送信が時分割デュープレクシング（ＴＤＤ）を介して構成される。この場合には、タイムスイッチが送信及び受信を制御する。

別の実施形態では、ダウンリンク及びアップリンク送信に対してＣＤＭＡが使用される。ダウンリンクのデータレートを更に向上するために、図１１に示すように、付加的なＯＦＤＭチャンネルが使用される。図１１を参照すれば、デュープレクシングシステムにおいて２つの通信システム（例えば、通信ユニット、ステーション等々）が示されている。通信システム１１５０は、ＣＤＭＡ送信器１１０１と、ＣＤＭＡ受信器１１０２と、ＯＦＤＭ受信器１１０３とを備え、これらは、スイッチ又はデュープレクサ１１０４を経てアンテナ１１０５に接続される。同様に、通信システム１１５１は、ＣＤＭＡ受信器１１０８と、ＣＤＭＡ送信器１１１０と、ＯＦＤＭ送信器１１０９とを備え、これらは、スイッチ又はデュープレクサ１１０７を経てアンテナ１１０６に接続される。

一実施形態では、各通信システムにおけるＣＤＭＡ送信器及び受信器の対は、ＣＤＭＡトランシーバーとして実施される。一実施形態では、両システムは、ＣＤＭＡトランシーバーと、ＯＦＤＭトランシーバーとを含み、これは、ＯＦＤＭ送信器及びＯＦＤＭ受信器より成る。
図１１は、ポイント対ポイント接続を示すが、システムは、ＣＤＭＡ送信器及び受信器と、ＯＦＤＭ送信器又は受信器或いはその両方とを有する他のユニット（例えば、加入者）を含んでもよい。同様に、他のユニットが通信システム内にあって、ＯＦＤＭ通信能力をもたずにＣＤＭＡ送信器及びＣＤＭＡ受信器を備えてもよい。一方、付加的なユニット（１つ又は複数）は、ＯＦＤＭ通信能力（ＯＦＤＭ送信器及び／又は受信器）を有するが、ＣＤＭＡ通信能力をもたなくてもよい。

ここでターボモードと称される一実施形態では、各チャンネル（例えば、ＣＤＭＡダウンリンク、ＣＤＭＡアップリンク及びＯＦＤＭダウンリンク）が異なるスペクトルを占有する。例えば、ＣＤＭＡダウンリンクは、周波数レンジ２１１０−２１７０ＭＨｚにおいて５ＭＨｚチャンネルを使用することができ、そしてＣＤＭＡアップリンクは、レンジ１９２０−１９８０ＭＨｚにおいて５ＭＨｚチャンネルを使用することができ、一方、ＯＦＤＭダウンリンクは、より高い周波数レンジにおいて５又は１０ＭＨｚチャンネルを使用することができる。ターボモードでは、加入者ユニット同期のためのパイロット信号を、ダウンリンクＣＤＭＡチャンネル又はダウンリンクＯＦＤＭチャンネルのいずれかを経て搬送することができる。又、電力制御信号も、ダウンリンクＣＤＭＡチャンネル又はダウンリンクＯＦＤＭチャンネルのいずれかを経て搬送することができる。ＩＳ−９５ ＣＤＭＡシステム又はＵＭＴＳ Ｗ−ＣＤＭＡシステムのように、ＣＤＭＡアップリンク及びダウンリンクチャンネルの対が既に確立されているときには、ダウンリンクＣＤＭＡチャンネルをアップリンク同期及び電力制御に使用し、そしてＯＦＤＭチャンネルに埋め込まれたビーコン記号、パイロット記号、パイロットサブキャリアをダウンリンクＯＦＤＭ信号の受信に使用するのが好ましい。これら同期記号のオーバーヘッドは、ＣＤＭＡダウンリンクの同期信号が効率的に使用される場合には、更に減少することができる。

サブキャリア／クラスター割り当て手順の例
図１３は、加入者にクラスターを割り当てるプロセスの一実施形態を示すフローチャートである。このプロセスは、ハードウェア（例えば、専用ロジック、回路等）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用マシンにおいて実行されるもののような）、或いはその両方の組合せで構成される処理ロジックによって実行される。

図１３を参照すれば、各ベースステーションは、パイロットＯＦＤＭ記号をそのセル（又はセクタ）内の各加入者に周期的にブロードキャストする（処理ブロック１３０１）。サウンドシーケンス又は信号としばしば称されるこのパイロット記号は、ベースステーション及び加入者の両方に知られている。一実施形態では、各パイロット記号は、ＯＦＤＭ周波数帯域巾全体をカバーする。パイロット記号は、異なるセル（又はセクタ）に対して異なってもよい。パイロット記号は、クラスター割り当てに対し、時間及び周波数同期、チャンネル推定、及び信号対干渉／ノイズ（ＳＩＮＲ）比の測定といった多数の目的を果たすことができる。

次いで、各加入者は、パイロット記号の受信を連続的に監視し、そして各クラスターのＳＩＮＲ、及び／又はセル間干渉及びセル内トラフィックを含む他のパラメータを測定する（処理ブロック１３０２）。この情報に基づいて、各加入者は、互いに良好な性能（例えば、高いＳＩＮＲ及び低いトラフィック負荷）をもつ１つ以上のクラスターを選択し、そしてこれら候補クラスターに関する情報を、所定のアップリンクアクセスチャンネルを経てベースステーションへフィードバックする（処理ブロック１３０３）。例えば、１０ｄＢより高いＳＩＮＲ値が良好な性能を指示する。同様に、５０％未満のクラスター利用ファクタも、良好な性能を表わす。各加入者は、他のものより相対的に良好な性能を有するクラスターを選択する。この選択の結果、各加入者は、使用したいクラスターを、測定されたパラメータに基づいて選択する。

一実施形態では、各加入者は、各サブキャリアクラスターのＳＩＮＲを測定し、そしてそれらＳＩＮＲ測定値を、アクセスチャンネルを経てベースステーションに報告する。ＳＩＮＲ値は、クラスターにおける各サブキャリアのＳＩＮＲ値の平均より成る。或いは又、クラスターのＳＩＮＲ値は、クラスターのサブキャリアのＳＩＮＲ値の中で最悪のＳＩＮＲであってもよい。更に別の実施形態では、クラスターにおけるサブキャリアのＳＩＮＲ値の重み付けされた平均を使用して、クラスターに対するＳＩＮＲ値が発生される。これは、サブキャリアに適用される重み付けが異なるようなダイバーシティクラスターにおいて特に有用である。

各加入者からベースステーションへの情報のフィードバックは、各クラスターに対するＳＩＮＲ値を含み、そして加入者が使用を希望するコード／変調レートも指示する。フィードバックにおける情報の順序がベースステーションに分かる限り、フィードバックにおけるどのＳＩＮＲ値がどのクラスターに対応するか指示するためのクラスターインデックスは必要とされない。別の実施形態では、フィードバックにおける情報は、どのクラスターが加入者に対し互いに最良の性能を有するかに基づいて順序付けされる。このような場合には、付随のＳＩＮＲ値がどのクラスターに対応するか指示するためにインデックスが必要とされる。

加入者からフィードバックを受信すると、ベースステーションは、候補の中で加入者に対して１つ以上のクラスターを更に選択する（処理ブロック１３０４）。ベースステーションは、ベースステーションにおいて得られる付加的な情報、例えば、各サブキャリアのトラフィック負荷情報、各周波数帯域に対してベースステーションに待ち行列されているトラフィック要求の量、周波数帯域が過剰使用されるかどうか、及び情報を送信するために加入者がどれほど長く待たされたかを使用することができる。隣接セルのサブキャリア負荷情報も、ベースステーション間で交換することができる。ベースステーションは、この情報をサブキャリアの割り当てに使用して、セル間干渉を減少することができる。

クラスター選択後に、ベースステーションは、ダウンリンクの共通制御チャンネルを経て、或いは加入者への接続が既に確立されている場合には専用のダウンリンクトラフィックチャンネルを経て、クラスター割り当てについて加入者に通知する（処理ブロック１３０５）。一実施形態では、ベースステーションは、適当な変調／コードレートについても加入者に通知する。
基本的な通信リンクが確立されると、各加入者は、専用トラフィックチャンネル（例えば、１つ以上の所定のアップリンクアクセスチャンネル）を使用して、ベースステーションへフィードバックを送信し続けることができる。

一実施形態では、ベースステーションは、加入者により使用されるべき全てのクラスターを一度に割り当てる。別の実施形態では、ベースステーションは、先ず、ここで基本的クラスターと称される多数のクラスターを割り当てて、ベースステーションと加入者との間にデータリンクを確立する。その後、ベースステーションは、ここで補助的クラスターと称される更なるクラスターを加入者に割り当てて、通信帯域巾を増加する。基本的クラスターの指定には高いプライオリティを与えることができ、そして補助的クラスターには低いプライオリティを与えることができる。例えば、ベースステーションは、先ず、加入者への基本的クラスターの指定を確保し、次いで、加入者からの補助的クラスターの更なる要求を満足させるよう試みる。或いは又、ベースステーションは、１人以上の加入者に補助的クラスターを指定した後に、他の加入者に基本的クラスターを割り当ててもよい。例えば、ベースステーションは、基本的及び補助的クラスターを１人の加入者に割り当てた後に、他の加入者にいずれかのクラスターを割り当てるようにしてもよい。一実施形態では、ベースステーションは、基本的クラスターを新たな加入者に割り当て、次いで、クラスターを要求している加入者が他にいるかどうか決定する。もしいなければ、ベースステーションは、その新たな加入者に補助的クラスターを割り当てる。

時々、処理ロジックは、上述したプロセスを繰り返すことにより再トレーニングを実行する（処理ブロック１３０６）。再トレーニングは、周期的に実行されてもよい。この再トレーニングは、加入者の移動及び干渉の変化を補償する。一実施形態では、各加入者は、クラスターの更新された選択及びそれに関連したＳＩＮＲをベースステーションに報告する。次いで、ベースステーションは、再選択を更に実行し、新たなクラスター割り当てについて加入者に通知する。再トレーニングは、ベースステーションにより開始することができ、この場合に、ベースステーションは、その更新されたクラスター選択を報告するように特定の加入者に要求する。又、再トレーニングは、加入者がチャンネルの質低下を観察したときに加入者により開始することもできる。

適応変調及びコード化
一実施形態では、異なる変調及びコードレートを使用して、異なるＳＩＮＲのチャンネルを経て信頼性のある送信がサポートされる。又、多数のサブキャリアを経ての信号拡散を使用して、非常に低いＳＩＮＲで信頼性を改善することもできる。
コード／変調テーブルの例を、以下のテーブル１に示す。

テーブル１

上記例では、１／８拡散は、１つのＱＰＳＫ変調記号が８つのサブキャリアにわたって繰り返されることを指示する。繰り返し／拡散は、時間ドメインへ拡張されてもよい。例えば、１つのＱＰＳＫ記号を２つのＯＦＤＭ記号の４つのサブキャリアにわたって繰り返して、１／８拡散も生じさせることができる。
コード／変調レートは、初期のクラスター割り当て及びレート選択後に受信器において観察されるチャンネル状態に基づいて適応変化させることができる。

パイロット記号及びＳＩＮＲ測定
一実施形態では、各ベースステーションは、パイロット記号を同時に送信し、各パイロット記号は、図１４Ａ−Ｃに示すように全ＯＦＤＭ周波数帯域巾を占有する。図１４Ａ−Ｃを参照すれば、パイロット記号１４０１は、セルＡ、Ｂ及びＣに対して全ＯＦＤＭ周波数帯域巾を横切るように各々示されている。一実施形態では、各パイロット記号は、１２８マイクロ秒の長さ又は巾を有すると共に、ガード時間を伴い、それらを合成すると、約１５２マイクロ秒となる。各パイロット周期の後に、所定数のデータ周期があり、それに続いて、別の組のパイロット記号がある。一実施形態では、各パイロットの後にデータを送信するのに使用されるデータ周期が４つあり、各データ周期は、１５２マイクロ秒である。

加入者は、パイロット記号から各クラスターのＳＩＮＲを推定する。一実施形態では、加入者は、先ず、干渉もノイズも全くないかのように、振幅及び位相を含むチャンネル応答を推定する。チャンネルが推定されると、加入者は、受信信号から干渉／ノイズを計算する。

推定されたＳＩＮＲ値は、最大ＳＩＮＲから最小ＳＩＮＲへと順序付けされ、そして大きなＳＩＮＲ値を有するクラスターが選択される。一実施形態では、選択されるクラスターは、システムによりサポートされる信頼性のある（レートは低いが）送信を依然許す最小ＳＩＮＲより大きなＳＩＮＲ値を有する。選択されるクラスターの数は、フィードバック帯域巾及び要求送信レートに依存する。一実施形態では、加入者は、ベースステーションが選択するところのできるだけ多数のクラスターに関する情報を送信するように常に試みる。

又、推定されたＳＩＮＲ値は、上述した各クラスターに対する適当なコード／変調レートを選択するのにも使用される。又、適当なＳＩＮＲインデックス機構を使用することにより、ＳＩＮＲインデックスは、加入者が使用を希望する特定のコード及び変調レートも指示する。同じ加入者であっても、異なるクラスターは、異なる変調／コードレートを有することができる点に注意されたい。

パイロット記号は、セル間の干渉を決定するという付加的な目的を果たす。多数のセルのパイロットが同時にブロードキャストされるので、それらは互いに干渉する（それらは全周端数帯域を占有するので）。パイロット記号のこの衝突は、最悪の筋書きとして干渉の量を決定するのに使用できる。それ故、一実施形態では、この方法を使用した上記ＳＩＮＲ推定は、全ての干渉ソースがオンであると仮定すれば、測定された干渉レベルが最悪の筋書きであるという点で控え目である。従って、パイロット記号の構造は、それが周波数帯域全体を占有し、そして異なるセル間に衝突を生じさせて、パケット送信システムにおいて最悪な場合のＳＩＮＲを検出するのに使用するというものである。

データトラフィック周期中に、加入者は、干渉のレベルを再び決定することができる。データトラフィック周期は、セル内トラフィック及びセル間干渉レベルを推定するのに使用される。より詳細には、パイロット及びトラフィック周期中の電力差は、（セル内）トラフィック負荷及びセル間干渉を感知して希望のクラスターを選択するのに使用できる。

あるクラスターにおける干渉レベルは、これらクラスターが隣接セルにおいて未使用であるために低いことがある。例えば、図１４において、セルＡでは、クラスターＡに対し、干渉が僅かである。というのは、クラスターＡは、セルＢにおいて未使用だからである（セルＣには使用されるが）。同様に、セルＡでは、クラスターＢがセルＢから低い干渉を経験する。というのは、クラスターＢは、セルＢには使用されるが、セルＣには使用されないからである。

この推定に基づく変調／コードレートは、バースト状のパケット送信から生じる頻繁な干渉変化に対して頑丈である。これは、全ての干渉ソースが送信している最悪ケースの状態に基づいてレート予想が行われるからである。
一実施形態では、加入者は、パイロット記号周期及びデータトラフィック周期の両方から得られる情報を使用して、セル内トラフィック負荷及びセル間干渉の両方の存在を分析する。加入者の目標は、加入者が使用を希望するクラスターに関する指示をベースステーションへ供給することである。理想的には、加入者による選択の結果は、チャンネル利得が高く、他のセルからの干渉が低く、そして利用性が高いクラスターである。加入者は、希望のクラスターをある順序でリストするか又はここに述べない仕方でリストした結果を含むフィードバック情報を供給する。

図１５は、加入者処理の一実施形態を示す。この処理は、ハードウェア（例えば、専用ロジック、回路等）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用マシンにおいて実行されるもののような）、又はその両方の組合せで構成される処理ロジックにより実行される。

図１５を参照すれば、チャンネル／干渉推定処理ブロック１５０１は、パイロット記号に応答してパイロット周期においてチャンネル及び干渉推定を実行する。トラフィック／干渉分析処理ブロック１５０２は、チャンネル／干渉推定処理ブロック１５０１からの情報及び信号情報に応答してデータ周期においてトラフィック及び干渉分析を実行する。

クラスター順序付け及びレート予想処理ブロック１５０３は、チャンネル／干渉推定処理ブロック１５０１及びトラフィック／干渉分析処理ブロック１５０２の出力に接続され、クラスター順序付け及び選択をレート予想と共に実行する。
クラスター順序付け処理ブロック１５０３の出力は、クラスター要求処理ブロック１５０４に入力され、これは、クラスター及び変調／コードレートを要求する。これら選択の指示は、ベースステーションに送信される。一実施形態において、各クラスターのＳＩＮＲがアクセスチャンネルを経てベースステーションへ報告される。この情報は、セル内トラフィック負荷が大きく及び／又は他のセルからの干渉が強力なクラスターを回避するようにクラスター選択に使用される。即ち、特定のクラスターに対して大きなセル内トラフィック負荷が既に存在する場合には、新たな加入者にそのクラスターの使用が割り当てられない。又、干渉が強力で、ＳＩＮＲが低レート送信しか許さないか又は信頼性のある送信を全く許さない場合にも、クラスターは割り当てられない。

処理ブロック１５０１によるチャンネル／干渉推定は、この技術で良く知られたように、全帯域巾のパイロット記号が多数のセルにおいて同時にブロードキャストされるために発生する干渉を監視することにより行われる。この干渉情報は処理ブロック１５０２へ転送され、該ブロックは、この情報を使用して次の式を解く。
Ｈ_iＳ_i＋Ｉ_i＋ｎ_i＝ｙ_i
但し、Ｓ_iは、サブキャリア（周波数帯域）ｉの信号を表わし、Ｉ_iは、サブキャリアｉの干渉であり、ｎ_iは、サブキャリアｉに関連したノイズであり、そしてｙ_iは、サブキャリアｉの観察である。５１２個のサブキャリアの場合には、ｉは、０から５１１までである。Ｉ_i及びｎ_iは、分離されず、１つの量と考えられる。干渉／ノイズ及びチャンネル利得Ｈ_iは、未知である。パイロット周期中に、パイロット記号を表わす信号Ｓ_i及び観察ｙ_iが分かり、従って、干渉もノイズもない場合のチャンネル利得Ｈ_iを決定することができる。Ｈ_i、Ｓ_i及びｙ_iは全て既知であるから、これが分かると、式に代入して、データ周期中の干渉／ノイズを決定することができる。

処理ブロック１５０１及び１５０２からの干渉情報は、加入者により、希望のクラスターを選択するのに使用される。一実施形態では、処理ブロック１５０３を使用して、加入者は、クラスターを順序付けすると共に、そのようなクラスターを使用して得ることのできるデータレートを予想する。予想データレート情報は、予め計算されたデータレート値を伴うルックアップテーブルから得ることもできる。このようなルックアップテーブルは、各ＳＩＮＲと、それに関連した希望の送信レートとを対で記憶する。この情報に基づき、加入者は、使用したいクラスターを、所定の性能基準に基づいて選択する。クラスターの順序付けされたリストを使用して、加入者は、希望のクラスターを、希望のデータレートを得るために加入者に知られたコード及び変調レートと共に要求する。

図１６は、電力の差に基づいてクラスターを選択するための装置の一実施形態である。この解決策は、パイロット記号周期及びデータトラフィック周期の両方の間に得られる情報を使用してエネルギー検出を実行する。図１６の処理は、ハードウェア（例えば、専用ロジック、回路等）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用マシンにおいて実行されるような）、或いはその両方の組合せで実行される。

図１６を参照すれば、加入者は、パイロット周期において各クラスターに対してＳＩＮＲ推定を実行するためのＳＩＮＲ推定処理ブロック１６０１と、パイロット周期において各クラスターに対して電力計算を実行するための電力計算処理ブロック１６０２と、各クラスターに対しデータ周期において電力計算を実行するための電力計算処理ブロック１６０３とを備えている。引き算器１６０４は、処理ブロック１６０３からのデータ周期に対する電力計算値を、処理ブロック１６０２からのパイロット周期における電力計算値から差し引く。引き算器１６０４の出力は、電力差順序付け（及びグループ選択）処理ブロック１６０５に入力され、該処理ブロックは、ＳＩＮＲ、及びパイロット周期とデータ周期との間の電力差に基づいて、クラスター順序付け及び選択を実行する。クラスターが選択されると、加入者は、選択されたクラスター及びコード／変調レートを処理ブロック１６０６で要求する。

より詳細には、一実施形態では、パイロット周期中の各クラスターの信号電力が、次の式に基づいて、トラフィック周期中の信号電力と比較される。
Ｐ_P＝Ｐ_S＋Ｐ_I＋Ｐ_N、

但し、Ｐ_Pは、パイロット周期中の各クラスターに対応する測定電力であり、Ｐ_Dは、トラフィック周期中の測定電力であり、Ｐ_Sは、信号電力であり、Ｐ_Iは、干渉電力であり、そしてＰ_Nは、ノイズ電力である。

一実施形態では、加入者は、比較的大きなＰ_P／（Ｐ_P−Ｐ_D）（例えば、１０ｄＢのようなスレッシュホールドより大きい）をもつクラスターを選択し、そして可能であれば、低いＰ_P／（Ｐ_P−Ｐ_D）（例えば、１０ｄＢのようなスレッシュホールドより小さい）をもつクラスターを回避する。
或いは又、上記差は、次のように、クラスターにおける各サブキャリアに対してパイロット周期中及びデータトラフィック周期中に観察されたサンプル間のエネルギー差に基づくものでもよい。

従って、加入者は、全サブキャリアに対する差を総計する。

実際の実施に基づき、加入者は、次のメトリック、即ちＳＩＮＲ及びＰ_P−Ｐ_Dの両方の合成関数を使用して、クラスターを選択する。
β＝ｆ（ＳＩＮＲ、Ｐ_P／（Ｐ_P−Ｐ_D））
但し、ｆは、２つの入力の関数である。ｆの一例は、重み付けされた平均（例えば、等しい重み）である。或いは又、加入者は、そのＳＩＮＲに基づいてクラスターを選択し、そして電力差Ｐ_P−Ｐ_Dのみを使用して、同様のＳＩＮＲをもつクラスターを区別する。その差は、スレッシュホールド（例えば、１ｄＢ）より小さくてもよい。

ＳＩＮＲ及びＰ_P−Ｐ_Dの両測定値を時間にわたって平均化し、変動を減少すると共に精度を改善することができる。一実施形態では、統計学的な異常を平均化除去するに充分なほど長いが、チャンネル及び干渉の時間変化特性を捕えるのに充分なほど短い、例えば、１ミリ秒の移動平均時間窓が使用される。

ダウンリンククラスター割り当てのフィードバックフォーマット
一実施形態では、ダウンリンクに対して、フィードバックは、選択されたクラスターのインデックス及びそれらのＳＩＮＲの両方を含む。任意のクラスターフィードバックに対するフォーマットの一例を図１７に示す。図１７を参照すれば、加入者は、クラスターを指示するクラスターインデックス（ＩＤ）及びそれに関連したＳＩＮＲ値を与える。例えば、フィードバックにおいて、加入者は、クラスターＩＤ１（１７０１）及びクラスターに対するＳＩＮＲであるＳＩＮＲ１（１７０２）と、クラスターＩＤ２（１７０３）及びクラスターに対するＳＩＮＲであるＳＩＮＲ２（１７０４）と、クラスターＩＤ３（１７０５）及びクラスターに対するＳＩＮＲであるＳＩＮＲ３（１７０６）、等々を与える。クラスターに対するＳＩＮＲは、サブキャリアのＳＩＮＲの平均を使用して形成される。従って、多数の任意のクラスターを候補として選択することができる。上述したように、選択されたクラスターは、プライオリティを指示するためにフィードバックにおいて順序付けすることもできる。一実施形態では、加入者は、クラスターのプライオリティリストを形成し、そしてプライオリティの低くなる順にＳＩＮＲ情報を返送することができる。

通常、クラスターに対する適当なコード／変調を指示するには、ＳＩＮＲ自体ではなく、ＳＩＮＲレベルに対するインデックスで充分である。例えば、適応コード／変調の８つの異なるレートを指示するためのＳＩＮＲインデックスに対して３ビットフィールドを使用することができる。

ベースステーションの例
ベースステーションは、要求を発している加入者に希望のクラスターを指定する。一実施形態では、加入者に割り当てるためのクラスターの入手性は、クラスターにおける全トラフィック負荷に依存する。それ故、ベースステーションは、高いＳＩＮＲだけでなく、低いトラフィック負荷でも、クラスターを選択する。

図１８は、ベースステーションの一実施形態のブロック図である。図１８を参照すれば、クラスター割り当て及びロードスケジューリングコントローラ１８０１（クラスターアロケーター）は、各加入者に対して特定されたクラスターのダウンリンク／アップリンクＳＩＮＲ（例えば、ＯＦＤＭトランシーバー１８０５から受け取られるＳＩＮＲ／レートインデックス信号１８１３）と、待ち行列満杯／トラフィック負荷であるユーザデータ（例えば、マルチユーザデータバッファ１８０２からのユーザデータバッファ情報１８１１）とを含む必要な全ての情報を収集する。この情報を使用して、コントローラ１８０１は、各ユーザのクラスター割り当て及び負荷スケジューリングに関する判断を行い、そしてその判断情報をメモリ（図示せず）に記憶する。コントローラ１８０１は、制御信号チャンネル（例えば、ＯＦＤＭトランシーバー１８０５を通る制御信号／クラスター割り当て１８１２）を経て判断について加入者に通知する。コントローラ１８０１は、再トレーニング中に判断を更新する。

一実施形態では、コントローラ１８０１は、システムのトラフィック負荷を知っているので、ユーザアクセスに対する受け入れ制御も実行する。これは、受け入れ制御信号１８１０を使用してユーザデータバッファ１８０２を制御することにより実行される。

ユーザ１−Ｎのパケットデータは、ユーザデータバッファ１８０２に記憶される。ダウンリンクに対し、コントローラ１８０１の制御で、マルチプレクサ１８０３は、送信を待機しているクラスターデータバッファ（クラスター１−Ｍに対する）へユーザデータをロードする。アップリンクに対し、マルチプレクサ１８０３は、クラスターバッファのデータをそれに対応するユーザバッファへ送信する。クラスターバッファ１８０４は、ＯＦＤＭトランシーバー１８０５を経て送信されるべき信号（ダウンリンクに対する）と、トランシーバー１８０５から受け取られた信号とを記憶する。一実施形態では、各ユーザが多数のクラスターを占有することがあり、そして各クラスターが多数のユーザにより共用されることがある（時分割多重化形態で）。

当業者であれば、以上の説明から、本発明の多数の変更や修正が明らかとなろうが、図示して説明した特定の実施形態は、本発明の範囲を何ら限定するものではないことが理解されよう。それ故、本発明は、特許請求の範囲のみによって限定されるものとする。

本発明は、添付図面を参照した種々の実施形態の以下の詳細な説明から充分に理解されよう。この説明は、本発明を単に例示するもので、本発明をこれに限定するものではない。
ＯＦＤＭ及びＣＤＭＡ技術を一体化するための方法及び装置について説明する。一実施形態では、加入者と通信するための方法は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号を加入者へ送信し、そして直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号を加入者から受信することを含む。

通信方法及び装置について説明する。ワイヤレス通信用の方法及び装置が開示される。直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号を受信し、上記ＯＦＤＭ信号の受信に応答して、直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号をベースステーションに送信する。

Claims (42)

1. 直交周波数ドメイン多重化（ＯＦＤＭ）信号を受信し、
   上記ＯＦＤＭ信号の受信に応答して、直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号をベースステーションに送信する
   という段階を備えた方法。
2. 上記ＤＳＳＳ信号の送信は、コード分割マルチアクセス（ＣＤＭＡ）信号を送信することを含む請求項１に記載の方法。
3. 上記ＣＤＭＡ信号の送信はＷ−ＣＤＭＡ信号を送信することを含む請求項２記載の方法。
4. 上記ＤＳＳＳ信号の送信は、上記受信したＯＦＤＭ信号の信号クオリティメトリックを含む信号を送信することを含む請求項１記載の方法。
5. 上記受信したＯＦＤＭ信号のクオリティメトリックを決定することを含む請求項１記載の方法。
6. 上記クオリティメトリックの決定は、上記受信したＯＦＤＭ信号の信号対ノイズ比を決定することを含む請求項５記載の方法。
7. 上記ＯＦＤＭ信号の受信が、一つ以上のパイロット信号を受信することを含む請求項１記載の方法。
8. 上記ＯＦＤＭ信号の受信が、第1の周波数範囲内でＯＦＤＭ信号を受信することを含み、上記ＤＳＳＳ信号の送信が、第２の周波数範囲内でＤＳＳＳ信号を送信することを含む請求項１記載の方法。
9. 上記第１の周波数範囲及び上記第２の周波数範囲が重なり合っていない請求項８記載の方法。
10. 直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）送信器、及び
    直交周波数ドメイン多重化（ＯＦＤＭ）受信器を含む加入者ユニットであり、
    上記ＯＦＤＭ受信器によって受信されたＯＦＤＭ信号に応答して、上記ＤＳＳＳ送信器からＤＳＳＳ信号を送信するように構成されている加入者ユニット。
11. 上記ＤＳＳＳ送信器が、コード分割マルチアクセス（ＣＤＭＡ）送信器を含む請求項１０記載の加入者ユニット。
12. 上記ＤＳＳＳ送信器が、ＤＳＳＳ送信器を含む請求項１０記載の加入者ユニット。
13. 上記ＤＳＳＳ送信器及び上記ＯＦＤＭ受信器に結合されたスイッチを含む請求項１０記載の加入者ユニット。
14. 上記スイッチに結合されたアンテナを含む請求項１３記載の加入者ユニット。
15. 上記ＯＦＤＭ受信器は、ＯＦＤＭ信号に対するクオリティメトリックを決定するように構成される請求項１０記載の加入者ユニット。
16. 上記加入者ユニットには、モバイルユニットが含まれる請求項１０記載の加入者ユニット。
17. 上記ＯＦＤＭ受信器は、
    ＦＦＴをＯＦＤＭ信号に施すための高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ユニット、および
    ＦＦＴユニットの個々の出力に結合された複数の処理経路を含み、複数の処理経路の各々が、ＦＦＴユニットの個々の出力の一つに結合された復調器を有する、請求項１０記載の加入者ユニット。
18. 上記ＯＦＤＭ受信器は、
    一つ以上の復調器の出力に結合されたデインターリーバー、及び
    上記デインターリーバーの出力に結合された順方向エラー修正デコーダを含む、請求項１７記載の加入者ユニット。
19. 上記ＯＦＤＭ受信器及びＤＳＳＳ受信器が重なり合っていない周波数帯域で動作するように構成されている請求項１０記載の加入者ユニット。
20. 加入者ユニットが、ＯＦＤＭ信号を時間に基づいてデマルチプレクスするように構成されている請求項１０記載の加入者ユニット。
21. 加入者ユニットから直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号を受信することを含み、上記ＤＳＳＳ信号が、受信した直交周波数ドメイン周波数マルチプレキシング（ＯＦＤＭ）信号に応答して、加入者ユニットによって発生されたものである方法。
22. 上記ＤＳＳＳ信号の受信が、ＯＦＤＭ信号と関連するクオリティメトリックを受信することを含む、請求項２１記載の方法。
23. ＯＦＤＭ送信器に上記クオリティメトリックを送信することを含む請求項２２記載の方法。
24. 上記クオリティメトリックの送信が、上記クオリティメトリックを、ベースステーションに位置するＯＦＤＭ送信器に送信することを含み、上記ベースステーションが加入者ユニットからのＤＳＳＳ信号を受信するように構成されている、請求項２３記載の方法。
25. 加入者と通信する方法であって、
    直交周波数ドメイン多重化（ＯＦＤＭ）信号を加入者に送信することを含み、加入者がＯＦＤＭ信号を受信すると、直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号が加入者によって発生される、方法。
26. 前記送信が、
    ＯＦＤＭサブキャリアの第１の部分を第１の加入者に割り当て、この割り当てに従って、ＯＦＤＭ信号を第１の加入者に送信する、請求項２５記載の方法。
27. 上記送信器が、更に
    ＯＦＤＭサブキャリアの第２の部分を第２のサブキャリアに割り当て、そして
    この割り当てに従って、ＯＦＤＭ信号を第２の加入者に送信することを含む、請求項２６記載の方法。
28. 上記割り当てが、第１の加入者から受信されたクオリティメトリックに応答している、請求項２６記載の方法。
29. 上記クオリティメトリックに、信号対ノイズ比が含まれる請求項２８記載の方法。
30. 上記割り当てが、アダプティブである請求項２６記載の方法。
31. 上記割り当てが、少なくとも一つの最小クオリティメトリックを有するように決定されたサブキャリアのみを割り当てることを含む請求項２６記載の方法。
32. ＯＦＤＭ信号と関連するクオリティメトリックを示す信号を受信することを含む、請求項２５記載の方法。
33. 上記信号を受信することが、ＯＦＤＭ信号の信号対ノイズ比を示す信号を受信することを含む請求項２５記載の方法。
34. 少なくとも部分的に上記クオリティメトリックに基づいてコード比を選択することを含む請求項２５記載の方法。
35. 少なくとも部分的に上記クオリティメトリックに基づいて変調スキームを選択することを含む請求項２５記載の方法。
36. 上記送信が、
    第１の周波数範囲でＯＦＤＭ信号を送信することを含み、
    ＤＳＳＳ信号を発生することが、第２の周波数範囲でＤＳＳＳ信号を発生する請求項２５記載の方法。
37. 第１の周波数範囲および第２の周波数範囲が重なり合っていない請求項３６記載の方法。
38. 直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号を受信し、
    受信されたＯＦＤＭ信号の多重サブキャリアをデマルチプレックスし、
    サブキャリアと関連するデマルチプレックスされたサブキャリアの全てよりもより少ないサブキャリアを識別し、
    識別されたサブキャリアと関連されるユーザデータを出力し、
    受信したＯＦＤＭ信号に応答してベースステーションに、直接シークエンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号を送信することを含む方法。
39. 直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）信号を、少なくもと一つの加入者に送信し、
    少なくとも一つの加入者から、ベースステーションで、直接シークエンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号を受信することを含み、
    上記ベースステーション及び上記少なくとも一つの加入者が両方向通信リンクのリンクセグメントを含む、通信方法。
40. 上記両方向通信リンクは非対称的である請求項３９記載の方法。
41. 直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）信号を、加入者ステーションで受信し、
    上記加入者ステーションから、直接シークエンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）信号をベースステーションに送信することを含み、
    上記ベースステーションおよび上記加入者が、両方向通信リンクのリンクセグメントを含む、通信方法。
42. 上記両方向通信リンクが非対称的である請求項４１記載の方法。

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