JP4430052B2 - 移動通信システム、ユーザ装置及び送信方法 - Google Patents

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Description

本発明は移動通信の技術分野に関連し、特に移動通信システムにおける基地局及び方法に関する。
この種の技術分野では、次世代の通信システムに関する研究開発が急速に進められている。現在のところ想定されている通信システムでは、ピーク電力対平均電力比(PAPR: Peak−to−Average Power Ratio)を抑制しつつカバレッジを広くする観点から、上りリンクにシングルキャリア方式が使用される。
上下リンク共に無線リソースは、複数のユーザ間で共有されるチャネル(shared channel)の形式で、各ユーザのチャネル状態等に応じて適宜割り当てられる。割当内容を決定する処理はスケジューリングと呼ばれる。上りリンクのスケジューリングを適切に行うため、各ユーザ装置はパイロットチャネルを基地局に送信し、基地局はその受信品質によって上りリンクのチャネル状態を評価する。また、下りリンクのスケジューリングを行うため、基地局はユーザ装置にパイロットチャネルを送信し、ユーザ装置はそのパイロットチャネルの受信品質を示す情報（CQI: Channel Quality Indicator）を基地局に報告する。各ユーザ装置から報告されたCQIに基づいて、基地局は下りリンクのチャネル状態を評価する。或るユーザ装置の制御チャネルに使用されるリソース（時間及び周波数）が所定のホッピングパターンに従うように周波数スケジューリングが行われる技術については、例えば非特許文献１に記載されている。
3GPP,R1-060320,"L1/L2 Control Channel Structure for E-UTRA Uplink",2006.2.13
上り制御チャネルには、上りデータチャネルに付随して伝送されなければならない制御情報（必須制御情報又は第１制御情報）と、上りデータチャネルの有無によらず伝送される制御情報（第２制御情報）とがある。第１制御情報には、データチャネルの変調方式、チャネル符号化率等のようなデータチャネルの復調に不可欠な情報が含まれる。第２制御情報には、CQI情報、下りデータチャネルの送達確認情報（ACK/NACK）、リソース割当要求等の情報が含まれる。上記の非特許文献１では、或るユーザ装置の第２制御情報を含む上り制御チャネルは、原則として、所定のホッピングパターンに従って様々な時間及び周波数で伝送される。しかしながら、そのユーザ装置が上りデータチャネルを伝送する場合には、第１制御情報を含む上り制御チャネルはデータチャネルと同じリソースブロックで伝送される。この場合、第１制御情報を含む制御チャネルは所定のホッピングパターンに従わず、データチャネルの送信に付随して簡易に送信される。
ところで、第１及び第２制御情報を含む制御チャネルは、万一良好に復調できなかった場合に再送を期待することが困難であり、再送を期待できるデータチャネルと性格を異にする。高品質且つ確実に伝送される必要性は、データチャネルよりも制御チャネルの方が大きいと言える。
上りデータチャネルのスケジューリング時に、そのユーザ装置について或るリソースブロックが良好であると判定され、割当がなされたとしても、以後実際にユーザ装置から送信された時には通信状況は異なっているかもしれない。即ち、上り制御チャネルが上りデータチャネルと同じリソースブロックで伝送されたとしても、上り制御チャネルが期待通りに良好に伝送できるとは限らない。
本発明の課題は、上りリンクにシングルキャリア方式を採用する移動通信システムにおいて、上り制御チャネルが所要品質で伝送される確実性を向上させることである。
一実施例では、上りリンクにシングルキャリア方式を採用する移動通信システムで使用されるユーザ装置が使用される。ユーザ装置は、
上りリンクのシステム帯域の低周波数側に第１帯域が配置され、高周波数側に第２帯域が配置されるとともに、第１帯域と第２帯域との間に複数のリソースブロックが配置されており、第１帯域あるいは第２帯域に上り制御チャネルをマッピングするマッピング部と、
前記マッピング部においてマッピングした上り制御チャネルを送信する送信部とを備え、
前記マッピング部は、複数のリソースブロックのうちの少なくともひとつに上りデータチャネルをマッピングし、
前記送信部は、前記マッピング部においてマッピングした上りデータチャネルを送信することを特徴とするユーザ装置である。
本発明によれば、上りリンクにシングルキャリア方式を採用する移動通信システムにおいて、上り制御チャネルが所要品質で伝送される確実性を向上させることができる。
以下に説明される実施例では、上りリンクで様々なチャネルが伝送される。それらのチャネルは大別して（Ａ）上り共有データチャネル、（Ｂ）共有制御チャネル及び（Ｃ）パイロットチャネルに分けられる。
（Ａ）［上り共有データチャネル］（Uplink Shared Data Channel）
上り共有データチャネル（又は上りデータチャネル）は、トラフィックデータ及びレイヤ３の制御メッセージの双方又は一方を含む。制御メッセージにはハンドオーバに関する情報や、再送制御に必要な情報等が含まれてもよい。上り共有データチャネルには、時間及び周波数双方のスケジューリングに従って、１以上のリソースブロック（周波数チャンクと呼ばれてもよい）が割り当てられる。この場合に、時間領域又は時間及び周波数の両方の領域で、より良好な伝搬路（チャネル）に関連するユーザが優先的にパケットを送信できるように、リソース割り当てが基地局で計画される（スケジューリングされる）。
（Ｂ）［上り共有制御チャネル］（Uplink Shared Control Channel）
上り共有制御チャネル（又は上り制御チャネル）は物理制御メッセージ及びレイヤ２制御メッセージ（ＦＦＳ）を伝送する。このため、上り制御チャネルは、L1/L2制御チャネルとも呼ばれる。基地局は、各ユーザ装置にリソースブロックを割り当て、共有制御チャネルの競合を回避するようにスケジューリングを行う。上り共有制御チャネルについては、基地局はユーザ数に依存したスケジューリングを行う。パケットエラーレートを低く維持するため、高精度な送信電力制御が行われることが望ましい。また、上り共有制御チャネルを幅広い周波数範囲にわたって送信し、周波数ダイバーシチ効果を得ることで、受信パケットの高品質化を図ることが望ましい。
上り共有制御チャネルは、具体的には、（１）スケジューリング済みの上り共有データチャネルに関連する制御情報、（２）スケジューリング済みの下り共有データチャネルに関連する制御情報、（３）上り共有データチャネルのスケジューリングの内容を変更するための制御情報及び（４）下り共有データチャネルのスケジューリングを行うための制御情報の１以上を含む。
（１）スケジューリング済みの上り共有データチャネルに関連する制御情報は、上り共有データチャネルが送信する場合にのみそれに付随して送信される。この制御情報は、付随制御チャネル(associated control channel)又は必須制御情報とも呼ばれ、共有データチャネルを復調するのに必要な情報（変調方式、チャネル符号化率等）、伝送ブロックサイズ、再送制御に関する情報等を含み、例えば１４ビット程度の情報量で表現できるかもしれない。再送制御情報には例えば、上り共有データチャネルで伝送されるパケットが再送パケットであるか或いは新規のパケットであるかを示す情報や、再送パケットの使用方法を示す情報等が含まれてもよい。例えば第１の使用方法は、再送パケットのデータが以前に送信したパケットのデータ（例えば初回送信データ）と同じであるが、第２の使用方法では再送パケットのデータが以前に送信したパケットのデータと異なってもよい。後者の場合は誤り訂正符号化の冗長情報と共にパケット合成を行うことができる。
（２）スケジューリング済みの下り共有データチャネルに付随する制御情報は、下りの共有データチャネルが基地局から送信され、移動局でそれが受信された場合にのみ基地局に送信される。この制御情報は下りリンクでパケットが適切に受信できたか否か（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）を表し、最も簡易な場合には１ビットで表現できる。
（３）上り共有データチャネルのスケジューリングの内容を変更するための制御情報は、移動局のバッファサイズ及び／又は送信電力を基地局に通知するために送信される。この制御情報は定期的に又は不定期的に送信されてもよい。例えば、バッファサイズ及び／又は送信電力が変わった時点で移動局から送信されてもよい。基地局は移動局のそのような状況変化に応じて、スケジューリング内容を変更してもよい。バッファサイズや送信電力の状況は、例えば１０ビット程度の情報量で表現できるかもしれない。
（４）下り共有データチャネルのスケジューリングを行うための制御情報は下りリンクのチャネル品質情報（CQI: channel quality indicator）を基地局に通知するために送信される。ＣＱＩは例えば移動局で測定された受信ＳＩＲでもよい。この情報は、定期的に又は不定期的に送信されてもよい。例えばチャネル品質が変わった時点で基地局に報告されてもよい。この制御情報は例えば５ビット程度の情報量で表現できるかもしれない。
（Ｃ）［パイロットチャネル］
パイロットチャネルは、時分割多重化（ＴＤＭ）、周波数分割多重化（ＦＤＭ）、符号分割多重化（ＣＤＭ）又はこれらの組み合わせで移動局から送信することができる。但し、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を小さくする観点からはＴＤＭ方式を使用することが望ましい。パイロットチャネルとデータチャネルをＴＤＭ方式で直交させることで、受信側でパイロットチャネルを正確に分離でき、チャネル推定精度の向上に寄与することができる。
以下、本発明が幾つかの実施例に分けて説明されるが、各実施例の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例が必要に応じて使用されてよい。
図１は本発明の一実施例によるユーザ装置(UE: user equipment)及び基地局(NodeB)の概略ブロック図を示す。図１にはパイロットチャネル生成部２３１、共有制御チャネル生成部２３３、共有データチャネル生成部２３４、多重部２３５、離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）２３６、マッピング部２３７及び高速逆フーリエ変換部２３８が描かれている。
パイロットチャネル生成部２３１は上りリンクで使用されるパイロットチャネルを生成する。
共有制御チャネル生成部２３３は様々な制御情報を含んでよい共有制御チャネルを生成する。上述したように、共有制御チャネルには、（１）必須制御情報、（２）下りチャネルの受信の正否−肯定応答（ＡＣＫ）及び否定応答（ＮＡＣＫ）−を示す情報、（３）スケジューリングの内容を変更するための情報、及び（４）下りパイロットチャネルの受信品質を表すチャネル状態情報（ＣＱＩ）等が含まれる。
共有データチャネル生成部２３４は上りリンクで送信される共有データチャネルが生成される。共有データチャネル及び共有制御チャネルは指示された変調方式でデータ変調され、指示された符号化方式でチャネル符号化される。
多重部２３５は、基地局から通知されたスケジューリング情報に従って、様々なチャネルの１以上を多重し、出力する（スケジューリング情報は、各チャネルを作成する要素２３１，２３３，２３４にも通知される。）。上りリンクでは様々なチャネルマッピングが可能であり、従って図示の全てのチャネルが多重されることは必須ではなく、必要に応じて１以上のチャネルが多重される。概して図示の例では多重部２３５で時分割多重化の処理が行われ、マッピング部２３７で周波数成分への割り当て処理が行われる。
離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）２３６はそこに入力された信号（図示の例では多重化後の信号）をフーリエ変換する。信号処理のこの段階では信号は離散的なディジタル値であるので、離散フーリエ変換が行われる。これにより、時間順に並ぶ一連の信号系列が周波数領域で表現される。
マッピング部２３７はフーリエ変換後の各信号成分を周波数領域上の所定のサブキャリアにマッピングする。これにより例えばローカル型ＦＤＭ(localized FDM)やディストリビュート型ＦＤＭ(distributed FDM)が行われる。前者は周波数軸に沿って帯域をユーザ数分に分割するものである。後者の手法では、互いに等間隔に櫛歯状に並んだ多数の周波数成分が含まれ且つ異なるユーザが異なる周波数成分を有するように、各ユーザの信号の位相が調整される。なお、このような信号処理は、例えば可変拡散率チップ繰り返しファクタCDMA(VSCRF−CDMA: Variable Spreading Chip Repetition Factor−CDMA)方式でなされてもよいし、或いは図示のようにフーリエ変換後に周波数領域での処理を行った後に逆フーリエ変換するような他の何らかの手法が使用されてもよい。いずれにせよ、シングルキャリア方式であっても多数の周波数スペクトルを有する信号として取り扱うことができる。
高速逆フーリエ変換部２３８はマッピング後の信号成分を高速逆フーリエ変換し、一連の時間順に並ぶ信号系列を出力する。
図１には本発明の一実施例による基地局の概略も示されている。図１の基地局には離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）２４１、マッピング部２４２、高速逆フーリエ変換部２４３、多重部２４４、CQI測定部２４６及びスケジューラ２４７が含まれている。
離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）２４１はそこに入力された信号（図示の例では受信信号）をフーリエ変換する。これにより、時間順に並ぶ一連の信号系列が周波数領域で表現される。
マッピング部２４２はフーリエ変換後の信号から所定のサブキャリア成分を抽出する。これにより例えばローカル型ＦＤＭやディストリビュート型ＦＤＭで多重された信号が分離される。
高速逆フーリエ変換部２４２は分離後の信号成分を高速逆フーリエ変換し、一連の時間順に並ぶ信号系列を出力する。
分離部２４４は様々なチャネルの１以上を分離し、出力する。図示の例では周波数成分にマッピングされた信号がデマッピング部２４２でマッピング前の信号に復元され、時間多重された信号の分離は分離部２４４で行われる。
CQI測定部２４６は、上りパイロットチャネルの受信信号品質（受信SIR及び／又はCQI）を測定し、それに基づいてチャネル状態を推定する。
スケジューラ２４７は、各ユーザ装置に関するチャネル状態に基づいて、上りリンクのリソース割当内容を決定する（スケジューリングを行う）。より良いチャネル状態のユーザ装置が優先的に、リソースの割当を受けることができる。基地局は下りリンクに関するスケジューリング等も行うが、説明は省略される。リソース割当内容を示すスケジューリング情報は、ユーザ装置に通知される。
ユーザ装置の各チャネルの生成部で生成された１以上のチャネルは多重部２３５で時間多重され（適切に切り替えられ）、ＤＦＴ２３６に入力され、周波数領域の信号に変換される。変換後の信号はマッピング部２３７により適切に周波数成分にマッピングされ、ＩＦＦＴ２３８に入力され、時系列の信号に変換される。以後、不図示の無線部のような処理要素を経て無線送信される。この信号は基地局で受信される。受信信号はＤＦＴ２４１に入力され、周波数領域の信号に変換される。変換された信号は周波数成分にマッピングされた信号であるが、デマッピング部２４２によりマッピング前の信号に分離される。分離された信号はＩＦＦＴ２４３で時系列の信号に変換され、時間多重された信号系列は分離部２４４で適切に分離され、不図示の処理要素で更なる復調処理等が行われる。受信されたパイロットチャネルに基づいて上りチャネル状態が測定され、上りリンクのスケジューリングが行われ、リソース割当内容を示すスケジューリング情報が、ユーザ装置に通知される。
図２は或る移動システムで使用される周波数帯域を示す。システムに与えられた周波数帯域（全周波数帯域又はシステム帯域とも言及される）は、複数のシステム周波数ブロックを含み、ユーザ装置はシステム周波数ブロックに含まれる１以上のリソースブロックを用いて通信を行うことができる。図示の例ではシステム帯域は１０ＭＨｚであり、システム周波数ブロックは５ＭＨｚであり、システム帯域に２つのシステム周波数ブロックが含まれている。図示の簡明化のためシステム周波数ブロック２は描かれていない。リソースブロックは１．２５ＭＨｚであり、１つのシステム周波数ブロックは４つのリソースブロックを含む。２つのシステム周波数ブロックの内のどれをユーザ装置が使用できるかについては、ユーザ装置の通信可能な帯域幅及びシステムで通信中のユーザ数等によって基地局により決定される。システム周波数ブロックの帯域幅は、システムで通信を行う可能性のある全てのユーザ装置が通信可能な帯域として設計される。言い換えれば、システム周波数ブロックの帯域幅は、想定される最低グレードのユーザ装置に対する最大送信帯域として決定される。従って、５ＭＨｚの帯域でしか通信できないユーザ装置は何れか一方のシステム周波数ブロックしか割り当てられないが、１０ＭＨｚの帯域で通信可能なユーザ装置は双方のシステム周波数ブロックを使用することができるように帯域が割り当てられてもよい。ユーザ装置は割り当てられたシステム周波数ブロックに含まれる１以上のリソースブロックを用いて上りパイロットチャネルを送信する。基地局は上りパイロットチャネルの受信レベルに基づいて、ユーザ装置が共有データチャネルの送信に使用する１以上のリソースブロックが何であるかを決定する（スケジューリングを行う）。スケジューリングの内容（スケジューリング情報）は下り共有制御チャネル又は別のチャネルで端末に通知される。ユーザ装置は割り当てられたリソースブロックを用いて上り共有データチャネルを送信する。
図３は或るユーザ装置が共有制御チャネルを送信するリソースブロックが時間と共に変化する一例を示す。図中、影の付されたリソースブロックの部分でそのユーザ装置の上り共有制御チャネルが送信される。このユーザ装置が使用可能なリソースブロックは、右下に向かう矢印で示される或る周波数ホッピングパターンに従い、ホッピングパターンの内容は基地局及びユーザ装置の間で通信開始前から既知でもよいし、必要に応じて基地局からユーザ装置に通知されてもよい。周波数ホッピングが行われるので、特定のリソースブロックだけでなく、様々なリソースブロックが使用されるので、上り共有制御チャネルの平均的な信号品質の維持を図ることができる。図示の周波数ホッピングパターンは単なる一例に過ぎず、様々なパターンが採用されてよい。また、１種類だけでなく複数の種類の周波数ホッピングパターンの候補が用意され、パターンが適宜変更されてもよい。
図示の例では時間順に３番目の第３サブフレーム（単位送信時間間隔（ＴＴＩ）として言及されてもよい。）を除いて、このユーザ装置は必須制御情報以外の制御情報を送信している。第３サブフレームでは、右端のリソースブロックを用いて上り共有データチャネルが送信され、このリソースブロックで共有制御チャネルも送信される。第３サブフレームで周波数ホッピングパターンとは異なるリソースブロックが使用されるが、そのような変更に関する情報は基地局から共有制御チャネルで通知される。上りデータチャネルにリソースブロックが割り当てられるか否かによって、上り制御チャネルが専用のリソースブロックで伝送されるか、或いは上りデータチャネルと共に伝送されるかが事前に決定されていてもよい。
ところで、上述したように、必須制御情報及びそれ以外の制御情報（第１及び第２制御情報）の制御チャネルは、万一良好に復調できなかった場合に再送を期待することは困難であり、再送を期待できるデータチャネルと性格を異にする。高品質且つ確実に伝送される必要性は、データチャネルよりも制御チャネルの方が大きいと言える。
上りデータチャネルのスケジューリング時に、そのユーザ装置について或るリソースブロックが良好であると判定され、割当がなされたとしても、以後実際にユーザ装置から送信された場合には通信状況は異なっているかもしれない。即ち、上り制御チャネルが上りデータチャネルと同じリソースブロックで伝送されたとしても、上り制御チャネルが期待通りに良好に伝送できるとは限らない。
図４は本発明の実施例により伝送される制御チャネル及びデータチャネルの様子を示す。或るユーザ装置の上り制御チャネルが所定のホッピングパターンに従って伝送される点は図３に示されるものと同様である。第３サブフレームで第４のリソースブロックにデータチャネルが割り当てられている点も図３に示される例と同じである。しかしながら、第３サブフレームで、制御チャネルが、ホッピングパターン通りに第３リソースブロックで伝送される点が図４の例と異なる。この制御チャネルは、第４リソースブロックで伝送される上りデータチャネルに付随する必須制御情報と、必要に応じてそれ以外の制御情報も含まれる。本実施例では、上り制御チャネルは、上りデータチャネルの有無によらず、常に所定のホッピングパターンに従って伝送される。そもそもホッピングパターンは、様々な周波数及び時間で制御チャネルを伝送することで、自チャネルの受ける干渉及び他チャネルに及ぼす干渉を分散させ、制御チャネルが所要品質で伝送されることを確実にするように決定されている。本実施例のようにホッピングパターンを堅持することで、ホッピングにより期待される効果（自チャネルの受ける干渉及び他チャネルに及ぼす干渉を分散させる効果）を確保できる。図４の第３サブフレームに示されるように、制御チャネルとデータチャネルの伝送期間が異なっていれば、第３サブフレーム内でキャリア周波数を第３リソースブロックの周波数から第４リソースブロックの周波数に切り替えることで、ユーザ装置はそれらをシングルキャリアで適切に送信することができる。
既存の移動通信システムではリソースブロックのサイズは１つに固定される。本発明の発明者等は本発明の基礎研究において、リソースブロックサイズ、スケジューリング効果、シグナリングオーバーヘッド及びリソース利用効率の相互関係に着目した。
図５はその相互関係を示す図表である。図表の第１行に示されるように、リソースブロックサイズが小さければ、チャネル状態の良否に合わせてリソースブロックを緻密に割り当てることができ、システム全体としてのスループットの向上効果を大きく期待できる。逆に、リソースブロックサイズが大きければ、リソースブロックを緻密に割り当てることは困難になり、システム全体としてのスループットの向上度合いは小さくなる。一般にチャネル変動は時間方向よりも周波数方向で大きく変動するが、リソースブロックのサイズとスループットの関係については何れの方向でも同様な傾向が生じる。
図表の第２行に示されるように、リソースブロックサイズが小さい場合は、多数のリソースブロックが存在するので、どのリソースブロックがどのユーザに使用されるかを示すスケジューリング情報の情報量が多くなってしまう。即ち、シグナリングオーバーヘッドが多くなってしまうことが懸念される。これに対してリソースブロックサイズが大きい場合は、リソースブロック数も少ないので、シグナリングオーバーヘッドも少なくて済む。
図表の第３行に示されるように、小さなデータサイズのデータ伝送（例えば、制御チャネルのデータ伝送）が行われる場合、リソースブロックサイズが大きいと、リソースの無駄が生じるおそれがある。１つのリソースブロックは１ユーザで使用されるからである。この点、リソースブロックサイズが適度に小さければ、そのような無駄も少なくて済む。
例えば図６に示されるように、或るユーザ装置の制御チャネルが、影の付されているリソースブロックで伝送されるとする。制御チャネルの情報量は一般的には小さいので、個々のリソースブロックでリソースが無駄に余ってしまうことが懸念される。更にデータチャネルに割り当てるリソースも減ってしまう。かといって、図７に示されるように、或るユーザ装置の上り制御チャネルに割り当てるリソースブロック数又は割当頻度を減らすことも得策ではない。リソースブロックの割当頻度が減ると、上り制御チャネルを速やかに送信することが妨げられ、送達確認情報（ACK/NACK）のような即時性の要求される制御情報の送信タイミングが遅れ、データ伝送効率が低下してしまうことが懸念される。
このようにシステム全体のスループットの向上効果、シグナリングオーバーヘッドの少なさ及びリソース利用効率等の全ての観点から好ましいリソースブロックサイズを決定することは困難である。本発明の第２実施例はこのような問題点にも対処する。具体的には、サイズの異なるリソースブロックを用意し、それらを適宜使い分けることで、シグナリングオーバーヘッドを少なくしつつ、大小様々なサイズのデータの伝送効率の向上及びリソースの有効利用を図る。
図８は本発明の一実施例による基地局の送信部に関するブロック図を示す。図８には送信バッファ３１、OFDM送信部３２、スケジューラ３３、パターン決定部３４及びメモリ３５が描かれている。
送信バッファ３１は下り送信データを蓄積し、スケジューリング情報に従って出力する。
OFDM送信部３２は、下り送信データを無線送信するための送信信号を、スケジューリング情報に従って作成する。より具体的には送信データは、指示されたチャネル符号化率で符号化され、例えば指示されたデータ変調方式で変調され、高速逆フーリエ変換によりOFDM方式の変調が行われ、付与されたガードインターバルと共にアンテナから送信される。下り送信データには少なくとも下り制御チャネル及び下りデータチャネルが含まれる。下り制御チャネルには、下りデータチャネルに付随する制御チャネルだけでなく、上りリンクに関する情報も含まれ、特に上りリンクのスケジューリング情報が含まれる。
スケジューラ３３は、ユーザ装置から報告された下りリンクの受信信号品質(CQI)、基地局で測定した上りリンクの受信信号品質、通知されたリソースブロックサイズに基づいて、上下リンクに関する時間スケジューリング及び周波数スケジューリングを実行し、スケジューリング情報を出力する。スケジューラ３３は上下各リンクのCQIに基づいて、より良いチャネル状態のユーザにリソースブロックを割り当てるようスケジューリング情報を決定する。スケジューリング情報は、どのリソースブロックがどのユーザに割り当てられているかを示す情報に加えて、変調方式及びチャネル符号化率の組み合わせ（MCS番号）を示す情報等も含む。スケジューリング情報の決定に際し、CQIだけでなく、送信バッファに蓄積されている未送信データ量や、何らかの公平性を図る指標が考慮されてもよい。
パターン決定部３４は、送信データのデータサイズ及びCQIの双方又は一方に基づいて、リソースブロックのサイズを調整する。本実施例では大小２種類のサイズのリソースブロックが用意されており、各ユーザ装置に何れかの又は双方のリソースブロックが割り当てられる。
メモリ３５はリソースブロックの配置パターンを格納する。リソースブロックの配置パターン及びその使用例については後述される。
図９は本発明の一実施例によるユーザ装置の受信部に関するブロック図を示す。図９には、OFDM受信部４１、リソース同定部４２、配置パターン判定部４３、メモリ４４、CQI測定部４５及び送信部４６が描かれている。
OFDM受信部４１は、受信信号から制御データチャネル及びトラフィックデータチャネルを導出する。より具体的にはOFDM受信部４１は、受信信号からガードインターバルを除去し、受信信号を高速フーリエ変換することでOFDM方式の復調を行い、基地局から通知されたスケジューリング情報に従ってデータ復調及びチャネル復号化を行い、制御データチャネル及び／又はトラフィックデータチャネルを導出する。
リソース同定部４２は、スケジューリング情報及びリソースブロックの配置パターンに基づいて、時間軸及び周波数軸におけるリソースブロックの位置を指定するマッピング情報を出力する。
配置パターン判定部４３は、基地局から通知されたパターン番号に対応する配置パターンを、メモリ４４から抽出し、その内容をリソース同定部４２に通知する。
メモリ４４は、リソースブロックの配置パターンをパターン番号と共に記憶する。
CQI測定部４５は、受信信号のCQIを測定する。測定された下りリンクのCQIは所定の頻度で基地局に報告される。
送信部４６はアンテナから無線送信される上りチャネルの送信信号を作成する。
図１０は、送信部４６の詳細な機能ブロック図を示す。図１０には送信信号系列出力部１３１、離散フーリエ変換部(DFT)１３２、データマッピング部１３３、逆フーリエ変換部１３４及び送信フレームタイミング調整部１３５が描かれている。
送信信号系列出力部１３１は、送信信号系列を生成又は出力する。送信信号系列には、上りリンクで伝送される如何なるチャネルが含まれてもよい。特に本実施例では送信信号系列出力部１３１は、上り制御チャネル及び上りデータチャネルを出力する。制御チャネルには上りデータチャネルに付随しなければならない制御チャネル（必須制御チャネル又は第１制御チャネル）と、上りデータチャネルの有無によらず伝送される制御チャネル（第２制御チャネル）とが含まれる。図示されているCQI,ACK/NACKは第２制御チャネルに属する。
離散フーリエ変換部(DFT)１３２は、送信信号をフーリエ変換し、時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する。
データマッピング部１３３は、指示パラメータに応じて送信信号が周波数領域で所望の成分を有するようにマッピングを行う。指示パラメータには送信帯域幅、送信帯域（周波数）、繰り返し係数等が含まれる。データマッピング部１３３は、帯域幅の異なるユーザ装置の送信信号がディストリビュートFDM方式で互いに直交するように、送信信号成分を周波数軸上にマッピングする。
逆フーリエ変換部１３４は、所望の周波数成分を有する信号を高速逆フーリエ変換し、それを時間領域の信号に変換する。
送信フレームタイミング調整部１３５は、送信信号の送信タイミングを調整し、送信信号を出力する。特に時分割多重化（TDM）が行われる場合には、この調整部１３５により自局の送信スロットに合わせて信号送信が行われる。
図８，図９及び図１０を参照しながら動作が説明される。下り送信データは送信バッファ３１に格納され、下りスケジューリング情報に従ってOFDM送信部に入力され、チャネル符号化、データ変調、リソーブロックへのマッピング、高速逆フーリエ変換等の処理を経て無線送信用の送信信号に変換され、送信される。上りリンクに関するスケジューリングのスケジューリング情報は、下り制御チャネルを通じてユーザ装置に通知される。上下何れのリンクについても、スケジューリング情報はチャネル符号化方式、データ変調方式及びリソースブロック等を指定する。この場合において、本実施例ではサイズの異なるリソースブロックが必要に応じて使用される。
ユーザ装置は基地局で使用された配置パターンに基づいて、受信信号を復元する及び送信信号を作成する。どのようなリソースブロックの配置パターンが使用されるかは、図８の基地局のパターン決定部３４で決定され、決定内容はスケジューラ３３に通知される。そしてこの情報（具体的には、パターン番号）及びスケジューリング情報が適切な制御チャネルでユーザ装置に通知される。ユーザ装置は、受信した制御チャネルを復元することで、パターン番号及びスケジューリング情報を抽出する。パターン番号は図９の配置パターン判定部４３に与えられる。配置パターン判定部４３は、通知されたパターン番号に基づいて、その番号で指定されている配置パターンに関する情報をリソース同定部４２に通知する。リソース同定部４２は特定された下り配置パターン及び下りスケジューリング情報に従って、自局宛のデータが含まれているリソースブロックを特定し、OFDM受信部４１に通知する。また、リソース同定部４２は特定された上り配置パターン及び上りスケジューリング情報に従って、上りリンクで使用するリソースブロックを特定し、送信部４６に通知する。OFDM受信部４１はこの情報に従って自局宛のデータチャネルを抽出し、復元する。送信部４６は上りスケジューリング情報及び上りマッピング情報に基づいて、送信信号を作成する。
図１１は上りリンクの配置パターン例を示す。図示の例では、大小２種類のデータサイズのリソースブロックが用意されている。より大きい方のリソースブロックは1.25MHzの帯域幅及び0.5msの持続時間を有する。より小さい方のリソースブロックは375kHzの帯域幅及び0.5msの持続時間を有する。サイズの異なるリソースブロック数及びサイズに関する数値は単なる一例に過ぎず、適切な如何なる数が使用されてもよい。リソースブロックは周波数軸方向に５つ並び、左右に小さなリソースブロックが配置され、各サブフレーム中での配列パターンは同じである。しかしながらサイズの異なるリソースブロックの配置パターンは様々に設定可能であり、送受信端の双方で既知でありさえすればよい。図示の例では、大きなリソースブロック（第２、第３及び第４リソースブロック）中の一部の期間で、上りデータチャネルに付随する制御チャネル（第1制御チャネル）及び必要に応じて第２制御チャネルが伝送され、小さなリソースブロック（第１又は第５リソースブロック）で、上りデータチャネルの有無によらず伝送される制御チャネル（第２制御チャネル）が伝送されるように、上りリンクのスケジューリングが行われる。大きなリソースブロック中での制御チャネル及びデータチャネルの時間的割合は、全てのユーザ装置に同じであることは必須でなく、個々のユーザ装置に必要な制御情報量に依存して適宜変更されてよい。更に、或るユーザ装置の第２制御チャネルは小さなリソースブロック２つを用いて伝送される。図示の例では、ユーザ装置Ａの第２制御チャネルは、第２及び第３サブフレームで第５及び第１リソースブロックをそれぞれ使用して伝送される。同様にユーザ装置Ｂの第２制御チャネルは、第３及び第４サブフレームで第５及び第１リソースブロックをそれぞれ使用して伝送される。このように、第２制御チャネルが周波数軸及び時間軸方向にホッピングしながら伝送されるので、周波数ダイバーシチ効果が得られ、第２制御チャネルが基地局で適切に復調される確実性を増やすことができる。図示の例では、典型的な使用例として、大きなリソースブロックで第１制御チャネルが伝送され、小さなリソースブロックで第２制御チャネルが伝送されたが、このようなリソースブロックの使い分けは本発明に必須ではなく、リソースブロックは何れの制御チャネルに使用されてもよい。
図１１では小さなリソースブロックに関し、「制御Ａ」のようにそのリソースブロック全部がユーザ装置Ａで独占されるかのように描かれているが、そのような使用法は本発明に必須ではない。複数のユーザ装置でリソースブロックが共有されてよい。例えば第２サブフレームの第５リソースブロックが、ユーザ装置Ａ及びＣで共有されてもよい。典型的には、そのような複数のユーザ装置は周波数多重方式で１つのリソースブロックを共有してもよい。
図１２は上りリンクの別の配置パターン例を示す。図１１の場合と同様に、大小２種類のデータサイズのリソースブロックが用意されている。本実施例では、より小さなリソースブロック（第１及び第５リソースブロック）に関し、サブフレームの期間TRBが更に二分され、２つの細分期間が設定されている。図示の例では、ユーザ装置Ａの第２制御チャネルは、第３サブフレームの第１及び第２細分期間（サブフレームの前半及び後半）で第５及び第１リソースブロックをそれぞれ使用して伝送される。ユーザ装置Ｂの第２制御チャネルは、第３サブフレームの第１及び第２細分期間の第１及び第５リソースブロックをそれぞれ使用して伝送される。このように、第２制御チャネルが周波数軸及び時間軸方向にホッピングしながら伝送されるので、周波数ダイバーシチ効果が得られ、第２制御チャネルが基地局で適切に復調される確実性を増やすことができる。更にユーザ装置Ａの制御チャネルの伝送は１サブフレームの期間内に完了し、ユーザ装置Ｂの制御チャネルの伝送も１サブフレームの期間内に完了する。従って本実施例は上り制御チャネルの伝送遅延を短縮する観点から好ましい。
図１２に関しても、複数のユーザ装置でリソースブロックが共有されてよい。例えば第３サブフレームの第１細分期間の第５リソースブロックが、ユーザ装置Ａ及びＣで共有されてもよい。典型的には、そのような複数のユーザ装置は周波数多重方式で１つのリソースブロックを共有してもよい。
１つのサブフレームに含まれる細分期間の数を２より多くすることも理論的には考えられる。図１２で使用されるフレームは、典型的には図１３に示されるような構成を有する。第１及び第２細分期間の双方にそれぞれパイロットチャネルが含まれている。従って何れの細分期間で伝送されたデータ（制御チャネル）も、それに含まれるパイロットチャネルを用いて適切にチャネル補償等を行うことができる。しかしながら、仮にこのフレームが３つの細分期間に分割されたとすると、パイロットチャネルを含まない細分期間が生じ、その期間に送信されたチャネルに対してチャネル補償等を適切に行うことは困難である。従ってサブフレーム当たりの細分期間の数は高々パイロットチャネルの挿入数に抑制されることが望ましい。
上述したように上り制御チャネルには、上りデータチャネルに付随する制御情報と、上りデータチャネルの有無によらず伝送される制御情報とがある。後者には、データサイズが小さく且つ即時性及び高信頼性の要請が強く求められるものと、そのような要請が比較的弱いものとがある。前者の典型例は下りデータチャネルの送達確認情報（ACK/NACK）である。後者には所定の頻度で基地局に報告されるCQI等が含まれる。送達確認情報は、再送制御で中心的役割を果たす重要な情報である。ACKであるかNACKであるかによってパケットの再送が行われたり行われなかったりするので、送達確認情報の内容はデータスループット及び遅延時間に大きく影響を及ぼす。従って特に信頼性高く伝送されることが望ましい。一方、送達確認情報は原理的には１ビットで足りるような小さなデータサイズで済むが、このことは誤り訂正符号化による高い訂正能力を期待しにくくする。このため、送達確認情報が、データサイズの比較的大きな他の制御情報と同様に伝送されたとしても、それらと同程度の高信頼性を得ることは必ずしも期待できない。
このような観点から、本発明の第４実施例では、図１４に示されるように、上り伝送フレームにおいて、送達確認情報(ACK/NACK)を含む制御チャネルは他のチャネルと符号多重され、送達確認情報以外の制御チャネルは周波数多重及び／又は時間多重方式で多重される。小さな情報量の送達確認情報(ACK/NACK)は、大きな拡散率で拡散されて送信されるので、拡散利得は大きい。このことは、送達確認情報を基地局に信頼性の高く伝送する観点から好都合である。また、有利なことに、符号多重される他のチャネル（例えば、データチャネル）にとっても、そのような大きな拡散率で拡散された信号は、小さなノイズとしてしか寄与しないので、符号多重による悪影響は極めて少ない。
送達確認情報の符号多重が行われるリソースブロックは、固定されている必要はなく、様々なリソースブロックで符号多重がなされてよい。符号多重の行われるリソースブロックが何らかのホッピングパターンに従って刻々と変わってもよい。
このような手法は、ACK/NACKだけに限らず、データサイズが小さく（例えば、数ビット未満、１０ビット未満のように適宜設定可能である）即時性及び高信頼性が求められる情報と、それ以外の情報とが伝送される場合に、前者を他チャネルと符号多重し、後者を周波数多重及び／又は時間多重して伝送することで、広く拡張可能である。
図３に示される例に関し、上り制御チャネルの品質劣化をなるべく抑制する観点から、図４に示される実施例では或るユーザ装置の第２制御情報を含む上り制御チャネルは、上りデータチャネルに付随してもしなくても同じホッピングパターンで伝送された。しかしながら、図３に示される例に関する問題点は、一定の条件の下にデータチャネル伝送用にリソースブロックを割り当てることを禁止することで対処することもできる。
例えば図１２において、或るユーザ装置が上りデータチャネルを有していなかった場合（又はリソースが割り当てられなかった場合）、そのユーザ装置の上り制御チャネル（第２制御情報−特に、ACK/NACKやCQI）は、小さなデータサイズのリソースブロック（第１及び第５リソースブロック）で伝送され、そのユーザ装置の上りデータチャネルに第２乃至第４リソースブロックの１以上が割り当てられた場合は、そのリソースブロックで上り制御チャネルが伝送されるものとする。
本実施例での手法を説明するため、例えば、図１２の第３サブフレームの第５及び第１リソースブロックで或るユーザ装置の上り制御チャネル（第２制御チャネル）を伝送する代わりに、第３サブフレームの第２リソースブロックで（より広帯域で短期間で）その制御チャネルを伝送することを考察する。第３サブフレームの第５及び第１リソースブロックで上り制御チャネルが伝送される場合、瞬時的には帯域が狭い分だけ高い電力で送信でき、しかも第１及び第５リソースブロックでホッピングが行われているので周波数ダイバーシチ効果が期待できる。従って基地局で或る程度以上の受信品質を期待することができる。しかしながら、第２リソースブロックで広帯域で短期間に制御チャネルが伝送される場合には、広帯域になった分だけ瞬時的な帯域当たりの電力が小さくなり、周波数ダイバーシチ効果が薄れてしまい、チャネル状態が充分に良くなかった場合、制御チャネルの品質劣化が懸念されるかもしれない。特に、高速で移動しているユーザ装置や、セル端に位置しているユーザ装置に対して、上りデータチャネルの伝送を許可したこと（第２〜第５リソースブロックを割り当てたこと）に起因する制御チャネルの品質劣化が懸念される。上述したように制御チャネルは再送できないので、初回から高品質化が求められる。特に下りデータチャネルに対する送達確認情報（ACK/NACK）は、データスループットに直結する重要なパラメータなので、正確且つ速やかに基地局に伝送されることを要する。
このような観点から、本発明の第５実施例では、基地局での上りリンクのスケジューリングに新たな判断基準が追加される。従来と同様に、基地局はユーザ装置から送信されたパイロットチャネルの受信品質（CQI）の良否に基づいて上りチャネル状態を評価する。それに加えて本実施例では、ユーザ装置の移動度及び基地局からの距離が算出される。移動度は、ドップラ周波数を測定することで導出することができる。ドップラ周波数が大きいことは、そのユーザ装置が高速に移動していることを示す。ユーザ装置の基地局からの距離は、距離変動の影響を大きく受けるパスロス等で推定可能である。パスロスが大きいことは、そのユーザ装置が基地局から遠く離れていることを意味する。例えば、基地局のスケジューラは、上りリンクのチャネル状態（CQI）の良否からリソース割当の候補となるユーザ装置を選別する。選別されたユーザ装置のうち、移動度及び／又は距離が比較的小さいユーザ装置は、それらが大きいものより優先される。例えば、２つのユーザ装置が同程度のチャネル状態の良さ（CQI）を報告していたとしても、より低速で移動しているユーザ装置に優先的にデータチャネル用のリソースが割り当てられる。また、２つのユーザ装置が同程度のチャネル状態の良さ（CQI）を報告していたとしても、より基地局の近くに位置するユーザ装置に優先的にデータチャネル用のリソースが割り当てられる。言い換えれば、チャネル状態がさほど良くなかった高速移動中のユーザ装置やセル端のユーザ装置に対するデータチャネル用のリソースの割当は禁止される。これにより、上りデータチャネルの伝送を許可したこと（第２〜第５リソースブロックを割り当てたこと）に起因する制御チャネルの品質劣化を回避することができる。
本発明の一実施例で使用されるユーザ装置及び基地局を示す図である。 移動通信システムで使用される帯域の利用例を示す図である。 移動通信システムで使用される帯域の利用例を示す図である。 本発明の一実施例により伝送される或るユーザ装置の制御チャネル及びデータチャネルを示す図である。 リソースブロックサイズ、スケジューリング効果、シグナリングオーバーヘッド及びリソース利用効率の相互関係を示す図表である。 移動通信システムで使用される帯域の利用例を示す図である。 移動通信システムで使用される帯域の利用例を示す図である。 本発明の一実施例による基地局の送信部に関するブロック図を示す。 本発明の一実施例によるユーザ装置のブロック図を示す。 本発明の一実施例によるユーザ装置の送信部に関するブロック図を示す。 移動通信システムで使用される帯域の利用例を示す図である。 移動通信システムで使用される帯域の利用例を示す図である。 伝送フレーム例を示す図である。 上りリンクのフレーム構成例を示す図である。
符号の説明
２１ 送信帯域幅決定部
２２ 送信帯域決定部
２３ 送信帯域管理部
２４ 符号割当部
２５ 符号管理部
３１ 送信バッファ
３２ OFDM送信部
３３ スケジューラ
３４ パターン決定部
３５ メモリ
４１ OFDM受信部
４２ リソース同定部
４３ 配置パターン判定部
４４ メモリ
４５ CQI測定部
４６ 送信部
１３１ 送信信号系列出力部
１３２ 離散フーリエ変換部
１３３ データマッピング部
１３４ 逆フーリエ変換部
１３５ 送信フレームタイミング調整部
２３１ パイロットチャネル生成部
２３３ 共有制御チャネル生成部
２３４ 共有データチャネル生成部
２３５ 多重部
２３６，２４１ 離散フーリエ変換部
２３７，２４２ マッピング部
２３８，２４３ 高速逆フーリエ変換部
２４４ 分離部
２４６ CQI測定部
２４７ スケジューラ

Claims (11)

  1. 上りリンクにシングルキャリア方式を採用する移動通信システムで使用されるユーザ装置であって、
    上りリンクのシステム帯域の低周波数側に第１帯域が配置され、高周波数側に第２帯域が配置されるとともに、第１帯域と第２帯域との間に複数のリソースブロックが配置されており、第１帯域あるいは第２帯域に上り制御チャネルをマッピングするマッピング部と、
    前記マッピング部においてマッピングした上り制御チャネルを送信する送信部とを備え、
    前記マッピング部は、複数のリソースブロックのうちの少なくともひとつに上りデータチャネルをマッピングし、
    前記送信部は、前記マッピング部においてマッピングした上りデータチャネルを送信することを特徴とするユーザ装置。
  2. 前記送信部は、上りデータチャネルと同時に上り制御チャネルを送信しないことを特徴とする請求項１に記載のユーザ装置。
  3. 前記マッピング部が上りデータチャネルをマッピングする場合に制御情報が存在すれば、当該制御情報は上りデータチャネルに含まれ、前記マッピング部が上りデータチャネルをマッピングしない場合に制御信号が存在すれば、当該制御情報は上り制御チャネルに含まれることを特徴とする請求項２に記載のユーザ装置。
  4. 時間軸上に複数のサブフレームが繰り返されるとともに、各サブフレームはふたつの細分期間に分割されており、
    前記マッピング部は、ふたつの細分期間の一方において、第１帯域に上り制御チャネルをマッピングし、他方において、第２帯域に上り制御チャネルをマッピングすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のユーザ装置。
  5. 前記マッピング部においてマッピングされる上り制御チャネルには、符号多重のための処理がなされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のユーザ装置。
  6. 上りリンクにシングルキャリア方式を採用する移動通信システムのユーザ装置で使用される送信方法であって、
    上りリンクのシステム帯域の低周波数側に第１帯域が配置され、高周波数側に第２帯域が配置されるとともに、第１帯域と第２帯域との間に複数のリソースブロックが配置されており、第１帯域あるいは第２帯域に上り制御チャネルをマッピングするステップと、
    マッピングした上り制御チャネルを送信するステップとを備え、
    前記マッピングするステップは、複数のリソースブロックのうちの少なくともひとつに上りデータチャネルをマッピングし、
    前記送信するステップは、マッピングした上りデータチャネルを送信することを特徴とする送信方法。
  7. 前記送信するステップは、上りデータチャネルと同時に上り制御チャネルを送信しないことを特徴とする請求項６に記載の送信方法。
  8. 前記マッピングするステップが上りデータチャネルをマッピングする場合に制御情報が存在すれば、当該制御情報は上りデータチャネルに含まれ、前記マッピングするステップが上りデータチャネルをマッピングしない場合に制御信号が存在すれば、当該制御情報は上り制御チャネルに含まれることを特徴とする請求項７に記載の送信方法。
  9. 時間軸上に複数のサブフレームが繰り返されるとともに、各サブフレームはふたつの細分期間に分割されており、
    前記マッピングするステップは、ふたつの細分期間の一方において、第１帯域に上り制御チャネルをマッピングし、他方において、第２帯域に上り制御チャネルをマッピングすることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の送信方法。
  10. 前記マッピングするステップにおいてマッピングされる上り制御チャネルには、符号多重のための処理がなされていることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の送信方法。
  11. 上りリンクにシングルキャリア方式を採用する移動通信システムであって、
    シングルキャリア方式の信号を送信するユーザ装置と、
    前記ユーザ装置からの信号を受信する基地局装置とを備え、
    前記ユーザ装置は、
    上りリンクのシステム帯域の低周波数側に第１帯域が配置され、高周波数側に第２帯域が配置されるとともに、第１帯域と第２帯域との間に複数のリソースブロックが配置されており、第１帯域あるいは第２帯域に上り制御チャネルをマッピングするマッピング部と、
    前記マッピング部においてマッピングした上り制御チャネルを送信する送信部とを含み、
    前記マッピング部は、複数のリソースブロックのうちの少なくともひとつに上りデータチャネルをマッピングし、
    前記送信部は、前記マッピング部においてマッピングした上りデータチャネルを送信することを特徴とする移動通信システム。
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