JP2012147446A - Ofdmaマルチセルネットワークにおけるインテリジェント復調システム及びインテリジェント復調方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】OFDMAマルチセルネットワークにいて、セル内干渉を緩和するシステムを提供する。
【解決手段】OFDMA通信システムが、複数の端末を備える。少なくとも一つの端末が、少なくとも一つの端末に送信され当該システムのサブチャネル上で受信される信号をデコードするために適合し、当該サブチャネル上で受信される干渉信号の少なくとも一部をデコードするために適合する、少なくとも一つのタイプのマルチユーザデコーダを備える。各基地局が、セル内の特定のサブチャネルを用いて、当該システムのセル内の特定の端末についてのデータスループットに関する情報を交換するために、当該基地局の他の基地局と通信する。各基地局は、システム全体のスループットを最大化するために、当該基地局のセル内の端末に対して当該サブチャネルを割り当てる。
【選択図】図1
【解決手段】OFDMA通信システムが、複数の端末を備える。少なくとも一つの端末が、少なくとも一つの端末に送信され当該システムのサブチャネル上で受信される信号をデコードするために適合し、当該サブチャネル上で受信される干渉信号の少なくとも一部をデコードするために適合する、少なくとも一つのタイプのマルチユーザデコーダを備える。各基地局が、セル内の特定のサブチャネルを用いて、当該システムのセル内の特定の端末についてのデータスループットに関する情報を交換するために、当該基地局の他の基地局と通信する。各基地局は、システム全体のスループットを最大化するために、当該基地局のセル内の端末に対して当該サブチャネルを割り当てる。
【選択図】図1
Description
本発明は、無線通信システムに関し、特に、直交周波数分割多重アクセス(OFDMA)ネットワークにおけるインテリジェントな端末側の復調システム及び方法に関する。
現在の大部分のマルチセル無線通信システムは、時分割多重アクセス(TDMA)ベース又はコード分割多重アクセス(CDMA)ベースである。そのような無線通信システム、特に、端末が異なるコードを適用するCDMAベースのシステムにおいては、端末は、セル内の干渉とともに、隣接するセルからの他の干渉を経験し、そして受けることが多い。この点、他のセルから受けた干渉は、セル内干渉又は漏洩信号と言われる。セル内干渉は、端末自身によって、そして/またはセルにおける他の端末との送受信によって生成される。
OFDMAは、直交周波数分割多重(OFDMA)技術に基づく高フレキシブル多重アクセススキーム(scheme)である。OFDMAは、超3G(B3G)世代のブロードバンド無線システムについての有力な多重アクセスの選択スキームである。OFDMAの主要な利点は、簡潔であり、ハイスケーラビリティであり、グラニュラリティ(granularity)及び出力能力が良いことを含む。OFDMAにおいては、多重アクセスは、時間領域にのみならず周波数領域に適応する。OFDMAは、様々な端末が様々なサブチャネルを持つ従来の周波数分割多重(FDA)に類似している。相違点は、スペクトラムの割り当て方法と、信号の変調及び復調方法にある。OFDMAにおいては、データストリームを構成するチャネル及び信号の間の干渉又はクロストークを最小化するためにプライオリティが与えられる。典型的には、それぞれのチャネルを完全にすることに比較的少ない重点をおいている。OFDMAは、5MHzといった極めて広い帯域幅を用いる。セル内の各々の端末は、例えば10kHzといった、ある帯域幅の部分を用いる。OFDMA帯域は、高速フーリエ変換(FFT)技術を用いて、サブキャリアと言われる多数の狭い周波数帯域を適用する。典型的なOFDMAシステムは、そのサブキャリアの多くを一つのサブチャネルにグループ化する。例えば、64個のサブキャリアがサブチャネルにグループ化される。セル内において、全ての端末は、直交サブチャネルの異なるセットを、そのセル内の他の端末とオーバーラッピングしないように持つ。その結果、OFDMAにおいては、干渉が少ないか、又は存在しない。これが、OFDMAの大きな利点である。端末は、クリーンなチャネルを持っており、適合する変調を用いて、その端末のサブチャネルの受信信号強度インジケータ(RSSI)等に基づいて、できるだけ速く送信することができる。
しかし、OFDMAを適用するマルチセルシステムにおいてはセル内の干渉がないが、端末は当該端末と同じサブチャネルを用いる他のセルからの干渉を受ける。上述したように、そのような干渉は、セル内干渉又は漏洩信号と言われる。典型的には、この問題に対処するために、既存のシステムは、2つの種類の解決策の一つを用いてきた。一つは、モバイル通信システム用グローバルシステム(GSM)におけるような、セクタリゼーションを用いることである。OFDMAベースのシステムは、互いに相手に対して向く2つのセルからのセクタに対して、異なるアンテナパターンを向けることによって、そして/または異なる周波数を用いることによって、セル内干渉を減らし、又は少なくとも抑制しようとする。しかし、この干渉緩和技術は、システム全体のキャパシティを減少させ、典型的には、任意の特定の時間にセルの特定のエリアにおいて用いられ得るサブチャネルが減少する。
典型的なOFDMAシステムにおけるセル内干渉を緩和する第2のアプローチは、時間を「ホップする(hop)」サブチャネルパターンを適用してきた。このサブチャネルは、異なるシステムの異なるセルにおけるホッピングパターンを用いて、OFDMA帯域の5MHzの帯域幅のサブキャリアを超えてホップする。このようにして、ある程度のいわゆる干渉平均化が実現される。その結果、時々、同じサブキャリアを用いる、異なるセルからの端末についての「ダイレクトヒット(direct hit)」が生じる。しかし、次のタイムスロットにおいて、当該異なるセルが異なるホッピングパターンを用いるので、ダイレクトヒットが避けられる。当該ランダム化され、「平滑化された(smoothed)」干渉パターン結果は、他の背景(background)干渉と同様に扱われる。しかし、例えば全くヒットがないベストケースの状態は起きない。従って、マルチセルOFDMAシステムに対する後者の従来のセル内干渉緩和技術は、シーケンシャルなダイレクトヒットの最悪のケースシナリオを消去することによって、全くヒットがないベストのケースシナリオを用いることができないという問題がある。当該セル内干渉に対処するための干渉平均化アプローチを用いるOFDMAシステムの中には、時には干渉を組み合わせることによって、そして、時には当該干渉を分けることによって、当該干渉を管理する。一般に、干渉の平均化は、ネットワークキャパシティを低くすることとひきかえに、システムの最悪のケースのパフォーマンスを改善する。
本発明は、端末において、OFDMAマルチセルネットワークにおけるインテリジェント復調を適用して、セル内干渉を緩和するシステム及び方法に向けられる。本システム及び方法は、端末における干渉の構成情報を利用することによって、干渉平均化に伴うネットワークキャパシティのロスを避ける。既存のOFDMAシステム及び方法と異なり、本発明の実施例は、本システム及び方法の端末が、マルチプル入力、マルチプル出力(MIMO)の手法で、送信された(intended)信号及び干渉信号の双方を受信するように、近接するセルによって用いられるサブチャネルをオーバーラップ(overlap)し、好ましくは、完全にオーバーラップする。本システム及び方法の端末の実施例は、強力なデコーディングスキームを用いることによって干渉を消すために、マルチユーザのデコーディングアプローチを適用する。当該干渉をオーバーラップすることによって、本発明の実施例は、チャネル及び干渉情報に基づいて、セルがデータスループットを最大化するような方法でサブチャネルを割り当てることができるようにする。このサブチャネルの割り当ては、本発明を適用するシステムの基地局間の相互通信によって実現されるような、調整的な手法を用いて行われる。
本発明のOFDMA端末の実施例は、当該端末のホームの基地局からブロードキャストされたプリアンブル信号と、近接する基地局からブロードキャストされるプリアンブル信号とを受信するプリアンブルプロセッサと、当該端末に対して送信された信号と、OFDMA無線通信システムのサブチャネルにおける少なくとも一つの干渉信号とを受信するレシーバと、好ましくは当該送信された信号のみをデコードするために適合するシングルユーザデコーダと、当該送信された信号と少なくとも干渉信号の一部とをデコードする1又は複数のマルチユーザデコーダとを備える。当該マルチユーザデコーダは、線形(lenear)マルチユーザデコーダ、そして/又は非線形マルチユーザデコーダを備える。当該端末は、好ましくは、当該送信された信号を復調/デコードするために、当該シングルユーザデコーダ、当該線形マルチユーザデコーダ、そして非線形マルチユーザデコーダとの間で選択する復調スキーム選択ロジックを備える。この選択は、少なくとも一部は、当該送信された信号の強さに対する干渉信号の強さに基づく。前述したデコーダは、また、「検波器(detector)」又は「復調器(demodulator)」と呼ばれる。
送信された信号のプリアンブルと、可能であれば干渉信号のプリアンブルを抽出するために、プリアンブルプロセッサが用いられる。当該送信された信号を復調/デコードするための、シングルユーザデコーダ、線形マルチユーザデコーダ、そして非線形マルチユーザデコーダとの間での選択は、更に、又は、代替的に、そのような干渉信号から抽出されたプリアンブルからの情報に基づく。例えば、当該干渉信号から抽出されたプリアンブルからの情報が、当該線形マルチユーザデコーディングが送信された信号を十分デコードすることができるかを判断するために用いられる。本発明の実施例よれば、プリアンブルに加えて、信号とマルチユーザデコーダとの間での選択を行うために、予め復調された信号が(プリアンブル信号ととともに)用いられる。
当該線形マルチユーザデコーダは、デコードされた干渉信号を取り除くためのフィルタを備える。このフィルタは、当該干渉信号のデータ構成に基づくフィルタセットを備える。更に、又は代替的に、当該端末は、当該干渉信号を伝達する基地局又は端末に向けられる、当該端末についての無効なアンテナパターンを形成するためのビームフォーミングを用いる。当該干渉信号を伝達するソース(source)が当該抽出された干渉信号のプリアンブルから特定される。非線形マルチユーザデコーダの少なくとも一つの実施例が、当該送信された信号をデコードするための復調スキーム選択ロジックによって選択された時に、当該干渉信号の全てをデコードし、当該デコードされた干渉信号を捨てるために適合している。
好ましくは、本発明の基地局の実施例は、OFDMA無線通信システムの第1のセルによって用いられるサブチャネルを、当該OFDMAシステムの少なくとも一つの他のセルによって用いられるサブチャネルに、上記第1のセルの端末によって用いられるために送信された信号とオーバーラップする信号として上記少なくとも一つの他のセル内に出現する任意の干渉信号を提供するような方法でオーバーラップさせる。当該端末は、端末に送信された信号と、当該送信された信号と同じサブチャネル上の任意の干渉信号の少なくとも一部との双方をデコードするために、前述したマルチユーザデコーディングを適用し、当該デコードされた干渉信号を、例えば当該干渉信号をキャンセルすることによって、当該送信された信号のデコーディングを改善するために用いる。
本発明のOFDMA無線システムの実施例は、前述した端末及び複数の前述した基地局の少なくとも一つを適用する。好ましくは、各基地局は、他の基地局と通信して、当該システムのセルにおける特定の端末についての、当該セルにおける特定のサブチャネルを用いたデータスループットに関する情報を交換する。好ましくは、各基地局は、当該基地局のセル内の端末にサブチャネルを割り当てて、当該システムにおけるデータスループットを最大化する。各基地局は、サブチャネルについて最も高いデータスループットを有する自分のセル内の端末に対して、当該サブチャネルの使用を割り当てる。しかし、他の考察(considerations)が、特定の基地局によってサブチャネルを割り当てるか又は割り当てないかに影響する。例えば、少なくとも一つの基地局は、自分のセル内において、特定のサブチャネルの使用を割り当てない。なぜなら、当該基地局による当該サブチャネルの使用が、近接するセルにおいて当該サブチャネルを使用する1又は複数の端末に影響するからであり、又は、少なくとも一つの基地局によるサブチャネルの使用が、1又は複数の近接するセル内の当該サブチャネルの使用を妨げるからである。本発明の実施例によれば、基地局の間での集中的な(centralized)サブチャネルの割り当てが、ネットワークのスループット全体を最大化するために用いられる。
上記のことは、以下の本発明の詳細な説明がよりよく理解できるように、本発明の特徴と技術的利点を概略的に説明する。本発明のクレームの主題を形成する本発明の追加的な特徴と利点がここで記述される。開示される思想と特定の実施例は、修正、そして、本発明と同一の目的を達成するための他の構成を設計するための基礎としてすぐに役立つ。そのような同等の構成は添付されたクレームに示される発明の思想と範囲を逸脱するものではないことが、当業者に理解されるであろう。本発明の特徴とされる、その構成及びオペレーション方法双方の明白な特徴は、さらなる目的と利点とともに、添付された図面が考慮された時に以下の記述から容易に理解されるであろう。しかし、その各図は、表示と説明のためのみのものであり、本発明の限界を定めるものではないことが明確に理解されるべきである。
図1は、本発明のシステム及び方法を適用する、マルチセルOFDMAベースの無線通信システム100の少なくとも一部を示す図である。各セル101、102、そして103は、それぞれ、対応する基地局111、112、そして103を有している。各セルは、多数のセクタを備え、各々のセクタは、基地局111のアンテナ121及び基地局112のアンテナ122といったような、基地局の1又は複数のアンテナ又はアンテナアレイからのサービスを受ける。多数のアンテナ又はアンテナアレイは、基地局111、112、そして113によって、ビームフォーミング、ダイバーシティの送受信等を提供するために用いられる。基地局111は、端末131と通信する。本システム及び方法を示すために、システム100のサブチャネルKが、端末131と通信するために用いられる。しかし、基地局112は、端末132と通信しており、本発明を示すため、同じサブチャネルKを使用している。当業者であればすぐに理解できるように、サブチャネルK上の、基地局111からのRF信号の少なくとも一部がセル102に漏れ、サブチャネルK上の、基地局112からのRF信号の少なくとも一部がセル101に漏れ、その結果、端末131によって、基地局121との通信に伴う干渉として受信される。本発明によれば、基地局111、112、そして113は、以下に詳細に記述されるように、サブチャネルをオーバーラップさせ、以下に詳細に述べるように、システムのデータスループット全体を高めるような方法で、ユーザに対してサブチャネルを割り当てるのに適合している。基地局111、112、そして113は、このチャネル割り当てを容易にするために、リンク141、142そして143を通じて通信する。更に、システム100の実施例の少なくとも一つの端末が、当該端末に送信される信号と同じサブチャネル上で受信される干渉漏洩信号の少なくとも一部の双方を受信するのに適合しており、以下に詳細に記述するように、当該送信された信号のデコーディングを改善するために、当該デコードされた干渉信号からの情報を用いる。
図2は、図1のシステム100の部分200のブロック図であり、端末131といった端末が、どのようにしてマルチセルOFDMA無線システムにおいて、セル内干渉信号201を受信するかを示す。端末131に向けられるデータ信号202と同じサブチャネルを用いる、セル102からのRF信号の漏洩が、修正なしに、端末131によって干渉又は背景ノイズとして受信される。典型的には、干渉信号201は、データ信号202と比較して低い信号対ノイズの強度を持っている。干渉信号201は、典型的には、端末131のデータレートに影響を与える。既存のシステムは、典型的には、近接するセルの情報を利用しない。近接するセルから発信する信号は、典型的には、当該背景ノイズの一部と考えられ、典型的なフィルタリング、前述した平均化技術、又は、類似の緩和技術を用いて、他の干渉と同じように扱われる。しかし、端末131は、受信されたデータ信号202に加えて、図1の基地局112から端末132に向けて送信された干渉信号201を実際に受信し得る。この結果、全ての使用可能な情報を組み合わせるMIMOチャネル構成をもたらす。この場合、マルチプル入力は、当該送信された信号202及び干渉漏洩信号201といった多数の情報ソースが、例えば端末131によって受信されることを意味する。また、マルチプル出力は、端末131といった受信端末が、当該送信された信号202及び干渉漏洩信号201という受信信号を、少なくとも内部的には出力データとして適用することを意味する。例えば、本発明に従えば、干渉信号201に含まれる情報は、例えば、以下により詳細に説明する、当該送信された信号202と干渉漏洩信号201の双方から情報をデコードするための、マルチユーザデコーダスキーム又はジョイントデコーディングスキームによって、干渉というよりはむしろ情報として扱われる。従って、本発明の実施例によれば、第2の信号、干渉漏洩信号201が、既存のOFDMAシステムとは異なり、干渉としては扱われない。干渉信号201は、むしろ、送信された信号202と干渉信号201とからなり、OFDMAを用いたサブチャネルK上で送信される、類似する性質を持つ全ての受信信号を有用な情報として考慮するジョイントデコーディングを用いてデコードされる受信信号の一部として扱われる。
図3は、どのようにしてOFDMA無線通信システムにおいてチャネルがオーバーラップするかを示す、時間に対する周波数の図である。図3の時間周波数表現301において、最初のセルが、第2のセルの時間周波数表現302と比較して示される。セル内において、一つのタイムスロットの開始時点で、プリアンブル311及び312が、それぞれのセルにブロードキャストされる。プリアンブルは、関連する基地局に対してビーコン信号等を伝搬する。各基地局は、自身のプリアンブルビーコン信号を有する。当該プリアンブルの伝送に続いて、様々なデータサブチャネルが、時間及び周波数における利用可能な帯域幅を占める。図3における表示のため、矩形が、時間及び周波数の集合を、ある端末に対して指定されたRF「リソース」として表している。しかし、あるサブチャネルによって用いられるリソースは、時間、そして/または周波数について均一には分配されない。セル1のブロック321、そして、セル2のブロック322においては、当該リソース又はサブチャネルは、同じであり、サブチャネルKである。従って、リソース321と322は、時間及び周波数においてオーバーラップしており、互いに直接干渉する。セル1のサブチャネルLのリソース331及びセル2のサブチャネルLのリソース332は、周波数においては部分的にのみ互いに干渉するが、時間においては、同期するように示されている。更に、リソースは、部分的に周波数及び時間の双方においてオーバーラップし、相互の干渉を引き起こす。
図4は、本発明において用いられ、端末131といったシステム端末において、より高い全体としてのシステムキャパシティを可能とする、端末復調ロジックの実施例400を示す論理フロー図である。本発明の端末は、当該端末によって受信されるために送信される信号と、同じサブチャネルを用いる1又は複数の干渉信号の双方から構成される信号401を受信する。例えば、信号401は、基地局111から端末131に対して送信された、図2の信号202のような、当該端末に対して送信された信号と、基地局112から端末132に対して送信された干渉信号201を含む、当該端末に対して向けられていない部分の双方を含んでいる。本発明は、通常は、当該端末に対して送信される信号と干渉漏洩信号という2個の信号より多くの信号を受信する。例えば、追加的な干渉漏洩信号が、図1の基地局113、又は、当該端末が動作するOFDMA無線システムの外部から受信される。プリアンブルプロセッサ402が、当該端末のホームの基地局からブロードキャストされたプリアンブル信号に加えて、近接する基地局からブロードキャストされたプリアンブル信号とを受信する。
チャネルプロフィール選択が、また、プリアンブルの処理とパラレルに実行される。このチャネルプロフィール選択は、基地局又は他の端末といった第1のソースからの信号強度を比較し、当該端末によって受信されることが意図されている信号を送信し、同時に、近接する基地局からの信号を監視することから構成される。当該近接する干渉が、下方の閾値以下であるか、当該端末にコード情報を提供するために不十分な強度であるといったように、とるに足らないと考えられるほど極めて低い場合には、端末復調スキーム選択ロジック403が、シングルユーザデコーダ404を用いて当該ユーザの端末に送信される信号をデコードすることを選択する。好ましくは、シングルユーザデコーダ404が、当該干渉信号を、低い強度の背景ノイズとして無視し、そして/または他の干渉が処理されるような方法で当該干渉信号を処理する。この結果、当該端末のみに送信される信号である、信号405が出力される。本発明によれば、端末は、また、ビームフォーミング、ダイバーシティの送受信等のために多数のアンテナを利用する。例えば、シングルユーザデコーディングを用いる場合、端末は、フィルタリングを提供するために、当業者に知られた方法で、基地局を「ヌルアウト(null out)」する。
一方、チャネルプロフィールセレクタ402によって提供される干渉信号の強度のプリアンブル推定からの干渉が重大であるか、又は、コード情報を提供するために十分に強い場合、好ましくは、マルチユーザデコーダ405又は406が復調スキーム選択ロジック403によって選択される。多数のマルチユーザデコーダが当該分野において知られている。線形マルチユーザデコーダ406と、よりパワフルな非線形マルチユーザデコーダ407という2つのタイプのマルチユーザデコーダがここで述べられ、図4に示される。
当該干渉が、前述した下方の閾値を超えているが上方の閾値を超えていない場合、線形マルチユーザデコーダ406が復調スキーム選択ロジック403によって選択される。線形マルチユーザデコーディングのうちよく用いられる一つは、一般に、最小平均2乗誤差マルチユーザデコーディング(MMSEマルチユーザデコーディング)と言われる。MMSEマルチユーザデコーダは、干渉信号のデータ構成、当該干渉信号の代数的構成を利用する。このデータ構成は、当該信号の空間的構成、コーディング構成等に反映される。当該MMSEマルチユーザデコーダは、例えば係数(coefficiant)を生成することによって、当該干渉信号を除去するための線形フィルタセット408を生成する。更に、線形マルチユーザデコーディングを用いる端末は、一旦基地局を干渉信号のソースとして識別すると、その基地局をヌルアウトする。従って、本発明の実施例によれば、線形マルチユーザデコーディングを用いる場合、当該端末は、フィルタ408を抽出するために十分な長さ、又は、セル内干渉を伝送している基地局及びセル内干渉の方向を識別するために十分な長さの干渉信号をデコードしさえすればよい。
当該干渉が前述した上方の閾値を超える場合、好ましくは、復調スキーム選択ロジック403は、非線形マルチユーザデコーダ407を選択する。非線形マルチユーザデコーダの典型的な例は、いわゆる「最尤マルチユーザデコーダ」である。しかし、当業者に理解されるように、本発明によれば、任意の数のマルチユーザデコーダが用いられ得る。非線形マルチユーザデコーダ407は、連帯的に(jointly)、データが当該端末に送信されたデータストリームと干渉漏洩信号の双方をデコードする。好ましくは、非線形マルチユーザデコーダ407は、デコードされた干渉漏洩信号のデータを捨てる。しかし、双方のストリームを連帯的にデコードすることによって、当該端末に送信されたデータストリームのデコーディングが大きく改善する。当該送信された信号のデコーディングは、大きな干渉をもたらす干渉信号を生む結果となる当該干渉信号のノイズとしての処理がなされるというよりはむしろ、当該干渉信号が、当該送信された信号とは違って、干渉のソースとして消去するといったように、デコードされた上で捨てられるので、改善する。
非線形マルチユーザデコーダ407は、よりコンピュータ集約的であるので、当該線形マルチユーザデコーダ又はシングルユーザデコーダがこれらのうちの一つを満たす場合に、端末がより大きなバッテリーパワーを出力し、より大きな熱等が生じる。従って、復調スキーム選択403は、当該端末に送信された信号と干渉信号の強度を比較するだけではなく、抽出し得る当該2つの信号の情報(knowleage)を評価する。その結果、好ましくは復調スキーム選択403が、線形マルチユーザデコーダ406が当該送信された信号を十分にデコードするかを予測する。例えば、線形マルチユーザデコーダ406の復調がある信号対ノイズ比(SNR)の強度の閾値を提供し、そして/または他の閾値ファクターを満たし得る場合、当該単一の線形マルチユーザデコーダ406が用いられる。しかし、線形マルチユーザデコーダ406が、閾値のSNR強度そして/または他の閾値ファクターを提供できない場合等、当該送信された信号を十分にデコードすることができず、許容できないエラーレート又は他の動作をもたらす場合には、好ましくは非線形マルチユーザデコーダ407がデコーディングのために用いられる。
図5は、例えば図4中の403での、本発明の実施例による端末復調スキーム選択における信号強度閾値処理500を示す図である。閾値処理500は、信号1の強度から信号4の強度をまでの信号強度を示し、好ましくは、信号1から信号4までのプリアンブルの信号強度を示す。これらの信号強度は、4つの干渉する基地局そして/または端末からの干渉の第1のレベルの評価として用いられる。プリアンブル1は、上方の信号強度の閾値を超える大きな信号強度を持っており、少なくとも最初の概算では、非線形マルチユーザデコーディングを保証する。一方、プリアンブル3は、下方の信号強度の閾値を超えるが上方の信号強度の閾値以下であって、線形マルチユーザデコーディングを保証するのに十分な強度を持つものとして示される。プリアンブル2及び4からの信号強度は、下方の信号強度の閾値以下であるが、プリアンブル2及び4は、背景干渉として処理され、シングルユーザデコーディングの間、従来の手法によって無視され、又は取り除かれる。更に、又は代替的に、本発明の実施例は、信号とマルチユーザデコーダとの間での選択をアシストするために、プリアンブル信号に加えて、又は、代替的に、予め復調された信号を適用する。
しかし、本発明の実施例は、全ての干渉信号を同様に処理し、一旦一つの信号が信号強度の閾値を破ると、全ての受信された信号は、同じタイプの復調/デコーディングを提供される。そのような実施例の下において、図5中の信号は、プリアンブル1が上方の信号強度の閾値を破るので、非線形マルチユーザデコーディングを受ける。
その代わりに、プリアンブルが下方の信号強度の閾値を破らないプリアンブルは背景ノイズとして処理され、従来の手法によって無視されるのに対して、プリアンブルが少なくとも下方の信号強度の閾値を破る全ての信号は、最も高い信号強度に適合するスキームを用いてデコードされる。後者の実施例においては、図5の信号1及び信号3は、信号1のプリアンブルが上方の信号強度の閾値を破り、信号3のプリアンブルが、上方の信号強度の閾値を破っていないものの下方の信号強度の閾値を破っているので、非線形マルチユーザデコーディングを受ける。一方、信号2及び信号4は、当該信号2及び信号4のプリアンブルが下方の信号強度の閾値に達していないため、背景ノイズとして処理され、従来の手法によって無視されるか、又は取り除かれる。
図6及び図7に目を向けると、本発明の実施例に従うサブチャネルの割り当ての表が示される。図1のシステム100のようなマルチセルOFDMAシステムにおいては、基地局がサブチャネルの割り当てを行う。従来のOFDMAシステムは、従来のOFDMAが、サブチャネルを多かれ少なかれ代替可能なものと考えているため、多かれ少なかれランダムにサブチャネルを割り当てる。しかし、本発明に従って端末がマルチユーザデコーダを有しているか否かを知ることによって、サブチャネルの割り当てに違いが生じる。図6は、一つのOFDMA基地局について、多数の端末のとり得るデータレートの比較表である。当該端末がシングルユーザデコーディングのみ可能である場合、当該サブチャネルに関連するスペクトラムの最大利用をもたらす、当該サブチャネルの最大の利用をすることができる端末である、図6中の端末cが、当該サブチャネルを割り当てられる。しかし、本発明の実施例によれば、ユーザ端末のいくつかが、また、マルチユーザデコーダを備えている場合、当該端末は、当該端末が干渉を消すことができるため、更に高いデータレートを実現することができる。従って、図6においては、端末bが最も高いデータレートを実現することができ、端末a及びcが、多分それらのロケーションのせいで、端末bより高いデータレートを実現できないため、当該サブチャネルは、端末bに割り当てられる。このようにして、本発明を適用する一つのOFDMA無線通信基地局は、当該端末がマルチユーザデコーダか、又はシングルユーザデコーダを備えるかということと、それらの端末が利用可能なデータレートとを考慮した、インテリジェントチャネル割り当てを適用する。
図7は、本発明の実施例による、マルチセルシステムにおけるサブチャネル割り当ての表である。マルチセルOFDMAシステムにおいては、全てのセルは、サブチャネルを同時に利用する。図7の例は、どのようにしてそのような3つのセルが本発明に従ってサブチャネルを割り当てるかの判断を示す。ある端末に対する最小のデータレートを提供しなければらならいという他のファクターに照らして、システム全体についてのスループットを最大化するという目的を達する。本発明によれば、マルチユーザデコーディング動作を有する端末とマルチユーザデコーディング動作を有しない端末の双方が考慮される。また、特定のサブチャネルが、あるセルによって用いられるべきかについて考慮することが適当である。例えば、近接するセルにおけるそのサブチャネルについての干渉が低減されるといった、当該システムのパフォーマンス全体に利益をもたらす利点が、本発明によるサブチャネル割り当てにおいて考慮される。図7の端末の実現可能なデータレートによれば、セル1の端末1b、セル2の端末2c、そして、セルNの端末Naは、図7のシステムについての最大のトータルスループットを提供する。
しかし、最大のスループットを提供することとなる、各セルによるその端末に対するチャネルの割り当ての自律的な決定は、必ずしもマルチセルシステム全体について最大のスループットをもたらさない。一つのセルにおける最大のスループットの押し付けは、他のセルに影響を与え、当該システムのスループット全体を低減させる。例えば、特定のセルにおけるサブチャネルの使用は、他の多くのセルにおけるそのサブチャネルの使用の可能性をなくす。従って、本発明によれば、システムのセルは、システム全体のスループットを高めるために、例えば図1のリンク141〜143を通じて調整する。例えば、図7において、端末1bに対する対象のサブチャネルの割り当てが当該サブチャネルの他の多くのセルにおける使用に悪影響を与える場合には、たとえ当該サブチャネルの端末1bに対する割り当てが端末1bに対して極めて高いデータレートを提供するとしても、当該対象のサブチャネルは、他の端末に割り当てられるか、又はセル1において全く割り当てられない。一方、当該対象のサブチャネルを端末1bに割り当てないことが、当該対象のサブチャネルを端末1bに割り当てることによってもたらされるスループットより高い他のセルにおけるスループットをもたらし得ない場合には、当該対象のサブチャネルは、他のセル内の端末が利用できないカバレッジ(coverage)を作らないといったような他のファクターに影響しない限り、端末1bに割り当てられるべきである。結局、本システム及び方法の目的は、公正さと制限を満足しつつ、セル達にわたるトータルなスループットを最大化することである。本発明の実施例によれば、基地局間での集中的なサブチャネルの割り当てが、トータルなネットワークスループットを最大化するために用いられ得る。しかし、本発明は、集中制御を適用せず、むしろ、分配された意志決定プロセスを適用する。例えば、各セルの基地局は、例えば図1の通信リンク141〜143を通じて、他のセル、特に近接するセルと情報を共有して、分配された最適化を提供する。このようにして、各セルは、そのサブチャネルの割り当てによって、特に近接するセルといった他のセルに悪影響を与えないことを保証する。
例えば、基地局は、協力又は調整して、端末がより効率的に線形又は非線形マルチユーザデコーディングを用いて干渉漏洩信号を処理するように、周波数及び時間におけるサブチャネルの割り当てをオーバーラップさせる。図3及び図4に戻って、当該サブチャネルの割り当てが周波数及び時間の双方において十分にオーバーラップし、サブチャネルKの割り当てが、図3のセル1及びセル2に関して十分にオーバーラップしている場合、復調の間、本発明に従って(図4)、線形の又は非線形マルチユーザデコーディングが効率的に用いられる。しかし、当該サブチャネルが、図3中の部分的にオーバーラップしたサブチャネルLに示されるように十分にはオーバーラップしていない場合、当該セル間の干渉は、ランダム化される。その結果、線形又は非線形マルチユーザデコーディングは、効率的でなく、又は可能でさえなく、シングルユーザデコーディング及びフィルタリングの使用が必要とされ、当該対象の端末に対して、そして、全体のシステムに対してより低いス
ループットをもたらす。
ループットをもたらす。
本発明とその利点が詳細に記述されたが、様々な変更、代用そして代替が、添付されるクレームによって定義される発明を逸脱することなく行われる。更に、本出願の範囲は、特定の処理、機械、製品、合成物、明細書において記述される手段、方法及びステップに限定することを意図しない。当業者が当該開示によって恩恵を受けるように、ここに記述される実施例と実質的に同一の機能を果たし、又は実質的に同一の結果をもたらす、現在存在し、後に改良されるプロセス、機械、製品、合成物、手段、方法又はステップが利用される。従って、添付されるクレームは、その範囲内において、そのような処理、機械、製品、合成物、手段、方法、又はステップを含む。
Claims (66)
- 直交周波数分割多重アクセス(OFDMA)無線通信システムの端末に対して前記OFDMAシステムのサブチャネル上で送信された信号を受信し、
前記端末が、前記サブチャネル上で干渉信号を受信し、
前記干渉信号の少なくとも一部をデコーディングし、
デコードされた前記干渉信号の部分を用いて、前記送信された信号をデコードするデコード方法。 - 請求項1に記載のデコード方法において、
前記干渉信号の少なくとも一部のデコーディングが選択的であり、
前記方法が、
前記送信された信号をデコードするために、シングルユーザデコーダとマルチユーザデコーダとの間で選択し、
前記シングルユーザデコーダが、選択された場合に、前記送信された信号のみをデコードし、前記マルチユーザデコーダが、選択された場合に、前記干渉信号の少なくとも一部をデコードする
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項2に記載のデコード方法において、
前記選択が、少なくとも部分的に、前記送信された信号に対する前記干渉信号の強度に基づく
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項2に記載のデコード方法において、
前記選択が、更に、
線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとの間で選択する
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項4に記載のデコード方法において、
前記線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとの間での選択が、少なくとも部分的に、予め復調された信号に基づく
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項4に記載のデコード方法が、更に、
前記送信された信号のプリアンブルを処理し、
前記干渉信号のプリアンブルを処理する
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項6に記載のデコード方法において、
前記線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとの間での選択が、少なくとも部分的に、前記プリアンブルからの情報に基づく
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項7に記載のデコード方法において、
前記プリアンブルからの情報が、前記線形マルチユーザデコーディングが前記送信された信号を十分デコードし得るかを判断するために用いられる
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項8に記載のデコード方法において、
前記線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとの間での選択が、少なくとも部分的に、予め復調された信号に基づく
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項4に記載のデコード方法において、
前記線形マルチユーザデコーダが、選択された場合に、前記デコードされた干渉信号を取り除く
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項10に記載のデコード方法において、
前記取り除くことが、前記干渉信号のデータ構成に基づくフィルタセットの生成を含む
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項10に記載のデコード方法において、
前記取り除くことが、前記干渉信号を伝送するソースに対して向けられる、前記端末についての無効なアンテナパターンの生成を含む
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項12に記載のデコード方法において、
前記干渉信号を伝送するソースが、前記干渉信号から識別される
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項4に記載のデコード方法において、
前記非線形マルチユーザデコーダが、選択された場合に、前記干渉信号の全てをデコードし、そして、前記デコードされた干渉信号を捨てる
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項1に記載のデコード方法が、更に、
前記デコードされた干渉信号を取り除く
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項15に記載のデコード方法において、
前記取り除くことが、前記デコードされた干渉信号を捨てることを含む
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項15に記載のデコード方法において、
前記取り除くことが、前記干渉信号のデータ構成に基づくフィルタセットの生成を含む
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項15に記載のデコード方法において、
前記取り除くことが、前記干渉信号を伝送するソースに対して向けられる、前記端末についての無効なアンテナパターンの生成を含む
ことを特徴とするデコード方法。 - 請求項18に記載のデコード方法において、
前記干渉信号を伝送するソースが、抽出された前記干渉信号のプリアンブルから識別される
ことを特徴とするデコード方法。 - OFDMA端末であって、
OFDMAシステムのサブチャネル上で前記端末に送信された信号と少なくとも一つの干渉信号とを受信する手段と、
前記送信された信号と前記干渉信号の少なくとも一部とをデコードするのに適合する少なくとも一つのマルチユーザデコーダとを備える
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項20に記載のOFDMA端末が、更に、
前記送信された信号のみをデコードするのに適合するシングルユーザデコーダと、
前記送信された信号を復調するために、前記シングルユーザデコーダと前記少なくとも一つのマルチユーザデコーダのうちの一つとの間での選択を行う復調スキーム選択ロジックとを備える
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項21に記載のOFDMA端末において、
前記シングルユーザデコーダと前記少なくとも一つのマルチユーザデコーダのうちの一つとの間の選択が、少なくとも部分的に、前記送信された信号に対する前記干渉信号の強度に基づく
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項22に記載のOFDMA端末において、
前記少なくとも一つのマルチユーザデコーダが、線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとを含む
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項23に記載のOFDMA端末において、
前記復調スキーム選択ロジックが、前記送信された信号を復調するために、前記シングルユーザデコーダ、前記線形マルチユーザデコーダ、そして前記非線形マルチユーザデコーダとの間での選択を行う
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項24に記載のOFDMA端末において、
前記線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとの間での選択が、少なくとも部分的に予め復調された信号に基づく
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項24に記載のOFDMA端末が、更に、
前記送信された信号のプリアンブルを抽出し、可能である場合、前記干渉信号のプリアンブルを抽出するプリアンブルプロセッサを備える
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項26に記載のOFDMA端末において、
前記送信された信号を復調するための前記線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとの間での選択が、少なくとも部分的に、前記プリアンブルからの情報に基づく
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項27に記載のOFDMA端末において、
前記プリアンブルからの情報が、前記線形マルチユーザデコーディングが前記送信された信号を十分デコードし得るかを判断するために用いられる
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項27に記載のOFDMA端末において、
前記線形マルチユーザデコーダと非線形マルチユーザデコーダとの間での選択が、少なくとも部分的に、予め復調された信号に基づく
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項23に記載のOFDMA端末において、
前記線形マルチユーザデコーダが、前記送信された信号をデコードするために前記復調スキーム選択ロジックによって前記線形マルチユーザデコーダが選択された場合に、前記デコードされた干渉信号を取り除くために用いられるフィルタを備える
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項30に記載のOFDMA端末において、
前記フィルタが、前記干渉信号のデータ構成に基づくフィルタセットの生成を含む
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項30に記載のOFDMA端末において、
前記フィルタが、前記干渉信号を伝送するソースに対して向けられる、前記端末についての無効なアンテナパターンを生成する手段を含む
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項32に記載のOFDMA端末において、
前記干渉信号を伝送するソースが、前記抽出された前記干渉信号についてのプリアンブルから識別される
ことを特徴とするOFDMA端末。 - 請求項23に記載のOFDMA端末において、
前記非線形マルチユーザデコーダが、前記干渉信号をデコードするために前記線形マルチユーザデコーダが前記復調スキームによって選択された場合に、前記干渉信号の全てをデコードし、そして、前記デコードされた干渉信号を捨てるために適合する
ことを特徴とするOFDMA端末。 - OFDMA無線通信システムによるサブチャネルの使用を、前記OFDMAシステムの少なくとも一つの他のセルによる前記サブチャネルの使用とオーバーラップさせて、前記セルの少なくとも一つにおける同じサブチャネルを用いた干渉信号を、前記一つのセルにおいて前記サブチャネルを用いる少なくとも一つの端末によって受信されるように送信される信号にオーバーラップさせる
ことを特徴とする方法。 - 請求項35に記載の方法において、
前記OFDMAシステムの少なくとも一つの端末が、割り当てられたサブチャネル上で受信される前記少なくとも一つの端末に対して送信される信号と、前記割り当てられるサブチャネル上で受信される干渉信号の少なくとも一部をデコードするために、マルチユーザデコーダを選択的に適用する
ことを特徴とする方法。 - 請求項36に記載の方法において、
前記マルチユーザデコーダが、前記干渉信号のみをデコードし、前記デコードされた干渉信号を取り除く
ことを特徴とする方法。 - 請求項37に記載の方法において、
前記取り除くことが、前記干渉信号のデータ構成に基づくフィルタセットの生成を含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項37に記載の方法において、
前記取り除くことが、前記干渉信号を伝送するソースに対して向けられる、前記端末についての無効なアンテナパターンの生成を含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項37に記載の方法において、
前記マルチユーザデコーダが、全ての前記干渉信号をデコードし、そして、前記デコードされた干渉信号を捨てる
ことを特徴とする方法。 - 請求項35に記載の方法が、更に、
前記端末に対する前記サブチャネルの割り当てが前記システムの端末に対するデータスループット全体を最大化する場合に、前記サブチャネルを端末に対して割り当てる
ことを特徴とする方法。 - 請求項41に記載の方法が、更に、
前記OFDMAシステムの前記セルの各々の基地局が、前記サブチャネルについて最も高いデータスループットを持つ端末に対して前記サブチャネルの使用を割り当てる
ことを特徴とする方法。 - 請求項41に記載の方法において、
前記割り当てが、更に、前記基地局の各々によって、前記OFDMAシステムの基地局の間で、サブチャネルの割り当てを調整する
ことを特徴とする方法。 - 請求項43に記載の方法において、
前記調整が、前記基地局の少なくとも一つが、特定のサブチャネルのセル端末による使用を割り当てない
ことを特徴とする方法。 - 請求項44に記載の方法において、
前記少なくとも基地局による前記サブチャネルの使用が、近接するセルにおいて前記サブチャネルを使用する1又は複数の端末と干渉するため、前記サブチャネルが割り当てられない
ことを特徴とする方法。 - 請求項44に記載の方法において、
前記サブチャネルが、前記少なくとも基地局による前記サブチャネルの使用が、1又は複数の近接するセルにおける前記サブチャネルの使用を妨げるため、前記サブチャネルが割り当てられない
ことを特徴とする方法。 - 請求項43に記載の方法において、
前記基地局の間での調整が、前記基地局の間で情報を共有することを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項47に記載の方法において、
前記情報が、前記OFDMAシステムのサブチャネルを使用する前記基地局のセルにおける端末についてのデータスループットに関する情報を含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項43に記載の方法において、
前記OFDMAシステムの基地局の間での前記調整が、集中化される
ことを特徴とする方法。 - 請求項43に記載の方法において、
前記OFDMAシステムの基地局の間での前記調整が、非集中化される
ことを特徴とする方法。 - OFDMA通信システムであって、
OFDMA無線通信システムのセルによって使用されるサブチャネルの使用を前記OFDMAシステムの少なくとも一つの他のセルによる前記サブチャネルの使用とオーバーラップさせて、前記セルの一つにおける同じサブチャネルを用いた干渉信号が前記一つのセルにおいて前記サブチャネルを用いる少なくとも一つの端末によって受信される信号とオーバーラップするようにする、複数の基地局を備える
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項51に記載のOFDMA通信システムが、更に、
複数の端末を備え、
前記端末の少なくとも一つが、前記少なくとも端末に送信され、前記システムのサブチャネル上で受信される信号をデコードするために適合し、前記サブチャネル上で受信される干渉信号の少なくとも一部をデコードするために適合する少なくとも一つのマルチユーザデコーダを備える
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項52に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記複数の端末がシングルユーザデコーダを備える少なくとも一つの端末を含む
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項52に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記少なくとも一つの端末が、また、シングルユーザデコーダを備える
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項54に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記シングルユーザデコーダが前記送信された信号のみをデコードする
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項52に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記マルチユーザデコーダが、前記干渉信号の一部のみをデコードし、前記デコードされた干渉信号を取り除く線形マルチユーザデコーダを備える
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項56に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記取り除くことが、前記干渉信号のデータ構成に基づくフィルタセットの生成を含む
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項56に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記取り除くことが、前記干渉信号を伝送するソースに対して向けられる、前記端末についての無効なアンテナパターンの生成を含む
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項52に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記マルチユーザデコーダが、全ての干渉信号をデコードし、前記デコードされた干渉信号を捨てる非線形マルチユーザデコーダを備える
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項51に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記基地局の各々が、前記セルにおいて特定のサブチャネルを用いる前記システムのセル内の特定の端末のデータスループットに関する情報を交換するために、前記基地局の他の基地局と通信し、前記基地局の各々が、前記マルチセルシステムにおけるデータスループットを最大化するために、前記基地局の前記セル内の端末に対して前記サブチャネルを割り当てる
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項60に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記割り当てが、集中化された方法で実行される
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項60に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記割り当てが、非集中化された方法で実行される
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項60に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記基地局の各々が、前記サブチャネルについて最大のデータスループットを持つ端末に対して前記サブチャネルの使用を割り当てる
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項60に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記基地局の少なくとも一つが、特定のサブチャネルの使用を割り当てない
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項64に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記少なくとも一つの基地局による前記サブチャネルの使用が、近接するセルにおいて
前記サブチャネルを使用する1又は複数の端末と干渉するため、前記サブチャネルが割り当てられない
ことを特徴とするOFDMA通信システム。 - 請求項64に記載のOFDMA通信システムにおいて、
前記少なくとも一つの基地局による前記サブチャネルの使用が、1又は複数の近接するセルにおける前記サブチャネルの使用を妨げるため、前記サブチャネルが割り当てられない
ことを特徴とするOFDMA通信システム。
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