JP4588681B2

JP4588681B2 - 無線基地局

Info

Publication number: JP4588681B2
Application number: JP2006250284A
Authority: JP
Inventors: 亨尚木本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: JP2008072540A

Description

本発明は、無線基地局に関し、特に、Uplink に OFDMA（直交周波数多重多元アクセス）またはSC-FDMA（シングルキャリア周波数分割多元アクセス）を使用して、同一チャネル干渉量を測定する無線基地局に関するものである。

OFDMA や SC-FDMA は、TACS（Total Access Communication System）や AMPS（Advanced Mobile Phone Service）に代表されるFDMA （周波数分割多次元接続）とは異なり、搬送波または副搬送波ごとと、１シンボルごとに多元接続することができる。つまり、FDMA と TDMA を組み合わせた多元接続方式である。そのため、従来の FDMA のシステムより、多元接続方式に柔軟性がある。また、周波数方向の多重化については、直交性を使用しているため、従来のFDMAシステムより、周波数利用効率が高い。

OFDMA等では、それぞれのセルを形成する複数の基地局において、同一の周波数のチャネルが使用されることにより、隣接セル間で干渉（同一チャネル干渉）が発生する（図６参照）。そのような干渉は、互いに干渉となり、それぞれのセルにおいて通信路容量を悪化させるので、チャネル割当の工夫により回避する必要がある。従来、干渉量を検出してチャネル割り当てを行うものが知られる（下記の特許文献１〜３参照）。特に特許文献１の［0013］段落には「基地局は、各サブキャリアのアップリンクＳＩＮＲ（Signal to Interference + Noise Ratio）をアクセスチャネルから（BER（bit error rate）などの測定により）直接収集することができる」旨が記載されている。

また、従来の HARQ （Hybrid Automatic Repeat Request）の使用方法は、一回データの送信を行い、NACKが返信された場合に、Chase合成法では同じデータを送信し、IR（Incremental Redundancy）法では新たなデータを送信している。これは、送信の時間差による無線チャネルの変動を考慮し、受信データの誤りを分散させて、誤り訂正の符号化利得により、データの送受信を行うものである。
特表２００５−５０２２１８号公報特表２００４−５２３９３４号公報特開２００６−０５０５４５号公報

しかし、第１に挙げたUplinkにOFDMAを採用しているIEEE802.16-2005では、Uplink制御チャネルやUplink個別チャネルをどのようにサブチャネルに配置するかは規定されていない。また、UplinkにSC-FDMAを採用している3GPP Long Term Evolutionでは、Uplink個別チャネルをどのように配置するかは規定されていない。

また、第２に挙げた特許文献１に記載された方法の場合、ガードインターバルを超える遅延波や高速フェーディングが起こりうるマルチパス環境では、自己の信号が干渉となるのでＳＩＮＲが悪化し、同一チャネル干渉ではないにもかかわらず、チャネル割当が行われなくなる。そのようなチャネルは、フェーディング等に強い変調方式を用いれば利用可能であるので、無条件に使用しないという判断は、システム全体の通信容量を低下させるという問題がある。

さらに、第３に挙げた従来の HARQ （Hybrid Automatic Repeat Request）の使用方法は、一回データの送信を行い、NACKが返信された場合に、Chase合成法では同じデータを送信し、IR（Incremental Redundancy）法では新たなデータを送信していた。これは、送信の時間差による無線チャネルの変動を考慮し、受信データの誤りを分散させて、誤り訂正の符号化利得により、データの送受信を行うものであるが、時間差を利用するため、データに遅延が生じる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、無線基地局に対するUplinkをOFDMAまたはSC-FDMAとし、Uplink制御チャネルやUplink個別チャネルをどのようにサブチャネルに配置するかを適切に規定し、干渉が生じたときに同一チャネル干渉であるか否かを的確に判断することで通信容量を低下させないようにし、データの送受信に遅延をもたらさないようにする無線基地局を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る無線基地局は、UplinkにOFDMAまたはSC-FDMAを使用する無線基地局において、無線基地局は、すでに割り当てられているUplink個別チャネル上の同一チャネル干渉量を測定するために、当該Uplink個別チャネル上にデータが存在しない部分であるNullデータ期間を生成するように移動機に指示するとともに、Nullデータ期間をどのタイミングにするかについて、無線基地局内で、ランダム・バックオフを行い、その結果に基づいてNullデータ期間の挿入タイミングを決定し、移動機に対し、Uplink個別チャネル上に、Nullデータ期間を作るように指示し、移動機に指示したNullデータ期間で、同一チャネル干渉量を測定する。

本発明は上述のように構成されているので、無線基地局は、すでに割り当てられているUplink個別チャネル上の同一チャネル干渉量を測定するために、当該Uplink個別チャネル上にNullデータ期間を設定し、すでに割り当てられているUplink個別チャネルの通信品質が劣化しないように動的に管理できる。また、Nullデータ期間の挿入タイミングを決定する場合に、ランダム・バックオフを行っているので、隣接したセルと同じタイミングでNullデータ期間が発生してしまう問題を少なくし、データ遅延を防ぐとともに同一チャネル干渉を的確に把握可能にしている。

また、本発明において、前記無線基地局は、前記測定の結果から、同一チャネル干渉量がUplink個別チャネルの通信品質を満たさないと判断された場合には、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネル割り当て可能領域に移動させる場合に、移動機からの帯域要求量に応じて、移動先の個別チャネルの帯域幅を変化させる。

さらに、本発明において、前記無線基地局は、前記測定の結果から、同一チャネル干渉量がUplink個別チャネルの通信品質を満たさないと判断され、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネルに割り当てようとしたとき、新たな１つの個別チャネルで通信品質を満たすことができない場合には、現状の個別チャネルにさらなる一つの個別チャネルを追加し、そして、Uplink送信データが短い場合には、現状のUplink個別チャネルと新規追加したUplink個別チャネルとで同じUplink送信データを送信させ、無線基地局でChase 合成法のHARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）を行い、Uplink送信データが長い場合には、現状のUplink個別チャネルと新規追加したUplink個別チャネルとで、１つのUplink送信データを２つのUplink個別チャネルに分離して、送信させ、無線基地局でIncremental Redundancy法のHARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）を行う。

以上に詳述したように本発明によれば、無線基地局において、同一チャネル干渉量を測定し、Uplinkチャネルの周波数方向の配置を決めることにより、無線システムを緻密に配置することが可能になる。また、同一チャネル干渉が少ない部分に動的にUplink個別チャネルを割り当てるため、同一チャネル干渉による通信品質の劣化も抑えることが可能になる。また、同時刻のUplinkでHARQを併用することにより、データの遅延を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図１９は、この発明の無線基地局の実施の形態が有する種々の機能を個別に説明するための図、図２０は本発明の実施の形態における無線通信システムを示すブロック図である。

図２０に示される本実施の形態における無線通信システムは、無線基地局１と複数の移動局２を備える。無線基地局１は、チャネル制御を行なうチャネル制御部１１と、本実施の形態における所定の指示を行なう指示部１２と、変調部１３と、復調部１４と、本実施の形態においてチャネル干渉量を測定する品質測定部１５を備える。複数の移動局２は、制御部２１、復調部２２、変調部２３を備える。

以下、本実施の形態の動作について、図１ないし図１９を用いて説明する。
（１）先ず、図１および図２を参照してUplink制御チャネルの割り当て方法について説明する。
１）無線基地局における品質測定部１５は、指示部１２の指示に基づいて、Uplink制御チャネルの周波数方向の配置位置を決めるために、図１で示されるような帯域内にある“Uplinkの制御チャネル割り当て可能領域1,2,〜,n-1,n,n+1”のそれぞれについて同一チャネル干渉量をまず測定する。
２）上記測定により、チャネル制御部１１は、品質測定部１５の測定結果に基づいて、同一チャネル干渉量が一番少ないところ、例えば、図２に示されるような領域にUplink制御チャネルを配置する。このUplink制御チャネルは、例えば、IEEE802.16-2005では、Ranging、CQICH、ACK-CHに相当する。このように一番干渉量の少ないところに配置することで、制御チャネルの同一チャネル干渉を減少させることができる。

（２）Uplink個別チャネルの割り当て方法：
１）無線基地局の品質測定部１５は、Uplink個別チャネルの周波数方向の配置位置を決めるために、Uplink制御チャネルとすでに存在する個別チャネルを除く領域について同一チャネル干渉量を周期的に測定し、同一チャネル干渉量を図示しないメモリに記憶させておく。この動きを示しているのが図３である。
２）上記の測定結果、または、メモリ内にある測定結果より、チャネル制御部１１は、同一チャネル干渉量が一番少ないところにUplink個別チャネルを配置する。図４に、Uplink個別チャネルを配置した例を示す。例えば、IEEE802.16-2005では、UplinkのBurstと言われている部分がUplink個別チャネルに相当し、Uplink個別チャネルの最小単位はサブチャネルというものから決定される。BurstはUplink、Downlinkのそれぞれのサブフレームに含まれている。また、Burstは、OFDMAシンボルが異なると異なった周波数を使用できる。また、3GPP Long Term Evolution(3GPP TR 25.814)のDPCHが個別チャネルに相当し、Chunk bandwidthが１個別チャネルの周波数方向のサイズを表しており、Chunk（副搬送波の固まり）はスロットごとに周波数を変更できる。つまり、図５に示すように、時間の途中で周波数成分が変わるように、Uplink個別チャネルを配置できる。

（３）Uplink個別チャネルの再割り当て方法：
１）無線基地局の指示部１２は、すでに割り当てられているUplink個別チャネル上の同一チャネル干渉量を測定するために、当該Uplink個別チャネル上にデータが存在しない部分（Nullデータ期間）を生成するように、移動機に指示する。この指示に基づき、図６に示されるように、すでに割り当てられているUplink個別チャネル上に設定されたNullデータ期間において、無線基地局の品質測定部１５が同一チャネル干渉量を測定する。Nullデータ期間をどのタイミングにするかは、無線基地局内で、指示部１２の指示に基づいてランダム・バックオフを行い、その結果から、Nullデータ期間の挿入タイミングを決定する。このように、ランダム・バックオフを行うことにより、隣接セルと同じタイミングでNullデータ期間が発生してしまう問題が少なくなる。そのことについて図７及び図８を参照して以下に説明する。

図７は、無線基地局ＲＳ１と無線基地局ＲＳ１の配下の端末（移動機）ＴＭ１が存在し、さらに、無線基地局ＲＳ２と無線基地局ＲＳ２の配下の端末（移動機）ＴＭ２が存在するとき、両方のセルで同じ周波数（同一チャネル）を使用している状態を示している。このような状態において、図８に示されるように、ランダム・バックオフによれば、隣接セル間でNullデータ期間が重なることが少なくなる。このような処理の後、移動機は無線基地局の指示に従い、Uplink個別チャネル上に、Nullデータ期間を作る。無線基地局は、移動機に指示したNullデータ期間で、同一チャネル干渉量を測定し、メモリに記憶する。

２）上記測定結果、又は、メモリ内にある当該測定結果より、同一チャネル干渉量が通信品質を満たさないと無線基地局の品質測定部１５が判断した場合には、図９に示すように、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネル割り当て可能領域に次のフレームで移動（再配置）させる。また、移動機の帯域要求量に応じて、移動先の個別チャネルの帯域幅を変化させる。

例えば、移動機が音声通信を行っている場合には、移動前の帯域が音声通信を行うのに十分な帯域幅があるのなら移動先の帯域幅は図１１に示すように小さくなることもあり、画像通信の場合には移動先の帯域を図１０に示すように広げるというように、移動機のアプリケーションと帯域要求量に応じて、移動先の帯域を変化させる場合もある。この場合、移動先は、残っているUplink個別チャネル可能領域で同一チャネル干渉量が一番少ないところとする。この移動の指示は、無線基地局が移動機に通知する。

３）Nullデータ期間で同一チャネル干渉量を測定する簡略化方式として、当該Uplink個別チャネルのCRCエラー回数の累積数、又は、簡易的なBERを使うことも可能である。送信１回分の簡易的なBER測定としては（式１）で、トータルな簡易BERは（式１）を累積したもので計算することができる。

１回送信分の簡易ＢＥＲ
＝１回の送信データ量におけるCRCエラーの数／１回の送信データ量
（式１）

４）無線基地局１は、上記の品質測定部１５による同一チャネル干渉量測定より、Uplink個別チャネルが通信品質を満たさないと判断して、当該Uplink個別チャネルを別の周波数に移動させようとして、他の同一チャネル干渉量を調べた結果、新たな１つのUplink個別チャネルで通信品質を満たすことができないと判断した場合には、その調べた結果の中で一番同一チャネル干渉量の少ない部分に、新たなUplink個別チャネルを追加する。つまり、図１２に示すように、前回までの個別チャネルと新規追加個別チャネルの２チャンネルを割り当てる。

上述の２本のUplink個別チャンネルを使用して、HARQ（Hybrid AutomaticRepeat Request）を行う場合について説明する。従来のHARQは、一回データの送信を行い、NACKが返信された場合、Chase合成法では同じデータを送信し、IR（Incremental Redundancy）法では新たなデータを送信している。これは、送信の時間差による無線チャネルの変動（無相関性）を考慮し、受信データの誤りを分散させて、誤り訂正の訂正能力の利得を使い、データの送受信に利得を持たせていた。しかし、時間差を使用するため、データの遅延が生じる。そのため、音声や画像などの遅延に厳しいデータを送信する場合にはこの遅延が問題となる。

しかし、OFDMAやSC-FDMAのシステムは広帯域（5〜20MHz帯）を使うのが一般的であり、広帯域通信の場合には、図１３に示すように、周波数選択性フェーディングになる。そのため、周波数的に離れた２本のUplink個別チャネルを使用すると、図１４に示すようになる。このようにすると、１フレーム内で無相関なUplink個別チャネルを確保することができる。そこで、図１５に示すように、この2本のUplink個別チャネル上でHARQを使用する。

この場合、音声などの短いデータには、Chase合成法HARQを適用する。この場合には、図１６に示すように、2本のUplink個別チャネルで同じデータを送信する。そして、無線基地局において、図１７に示すように、それぞれの個別チャネルのSINRに基づき、重み付けをおこなって、合成を行なう。このようにすることで、データの遅延が生じない。

また、画像などの長いデータには、IR合成法HARQを適用する。この場合には、図１８に示すように、データを分割して、2本のUplink個別チャネルで異なったデータを送信する。そして、無線基地局において、図１９に示すように、受信データの組み立てを行う。この場合、２本のUplink個別チャネルが無相関になるので、誤りが分散され、誤り訂正の符号化利得により、受信データが正しく復号化される確率が高い。そのため、データの遅延が生じにくくなる。

次に、上記の各種の機能を備えた無線基地局の動作例について説明する。この場合の例として、IEEE802.16e（以下WiMAXと呼ぶ）に従って構成された無線基地局の場合について説明する。帯域幅５ＭＨｚのWiMAXでは、ＦＦＴサイズが５１２であり、Uplinkに２７２本のサブキャリアが利用できる。それらのサブキャリアが１７個のサブチャネル（単にチャネルとも言う）を構成している。サブチャネルの同一チャネル干渉は、基地局において受信したUpLink信号のＦＦＴ結果から、サブチャネルを構成する各サブキャリアの電力を加算した値として得られる。

無線基地局が起動すると、UpLinkにサブチャネルが全く割り当てられていない状態で、全サブチャネルの同一チャネル干渉を測定し（図１）、テーブルとして保持する（ステップＳ１）。このテーブルは、サブチャネル番号と、同一チャネル干渉量と、そのチャネルの使用状態（どのチャネルやBurstが割り当てられているか）と、そのサブチャネルに要求される品質を保てる限界の同一チャネル干渉量とが対応付けている。限界の干渉量はそのサブチャネルで使用される変調方式と誤り訂正符号などによりに決まる。

無線基地局は、同一チャネル干渉が最も少ないサブチャネルから順に、UL-CQICH、UL-Ranging、UL-AchCHなどの制御チャンネルを割り当てるように決定する（ステップＳ２；図２）。そしてDownLinkに含まれるUL-MAPにその割り当て情報を記して、送信するととともに、テーブルの使用状態を更新する。
無線基地局は、一定の時間周期（例えばフレーム周期）で同一チャネル干渉を測定し、テーブルを更新する(ステップＳ３)。

無線基地局は、テーブルを参照し、干渉量が限界干渉量を超えているチャネルがある場合（そのチャネルと仮にチャネルＡとする）、未使用のチャネルで干渉量が最小のものを検索する(ステップＳ４)。
無線基地局は、検索された未使用のチャネルの干渉量がチャネルＡの限界干渉量以下であれば、テーブルを書き換えてチャネル割当を交換する（図９）。つまり検索された未使用チャネルがチャネルＡに代わって割り当てられる（ステップＳ５）。

無線基地局は、限界干渉量を超えている場合、テーブルを書き換えて検索された未使用のチャネルとチャネルＡの両方を割り当てる（ステップＳ６；図１５，１６）。

無線基地局は、新たなチャネル割当要求があった場合、テーブルを参照し、残っている未使用のチャネルで干渉量が最小のものに割当を行い（図４）、テーブルを更新する（ステップＳ７）。

無線基地局は、現状のテーブルを参照してUL-MAPを作成し、DownLinkに含めて送信する（ステップＳ８）。以後ステップＳ３からＳ８を繰り返す。
その結果、端末（移動機）はUL-MAPを受信し、それが指示する個別チャネルを用いてUpLinkを送出する。従って、UpLinkで測定された同一チャネル干渉は、次のフレームのUpLinkに即時に反映されることもある。

Uplinkの制御チャネル割り当て可能領域について、周波数方向の配置を決めるために、同一チャネル干渉量を周波数方向に測定する方法を示す図である。図１で示されたように同一チャネル干渉量を測定した結果に基づいて、最も干渉量の少なかったところにUplink制御チャネルを配置した例を示す図である。 Uplink個別チャネルの周波数方向の配置位置を決めるために、同一チャネル干渉量を測定する方法を示す図である。図３で示された方法によって同一チャネル干渉量を測定した結果に基づいて、最も干渉量の少なかったところにUplink個別チャネルを割り当てた例を示す図である。個別チャネルに割り当てられた領域の周波数成分が時間の途中で変更された場合を示す図である。既に配置されているUplink個別チャネル上の同一チャネル干渉量を測定する方法を示す図である。２つの隣接する無線基地局の間で同じ周波数（同一チャネル）を使用している状態を示す図である。図７の環境において、ランダムバックオフにより、Nullデータ領域の時間が異なり、隣接同一チャネルの干渉量が測定できることを示す図である。図６や図８に示される測定結果、または、メモリに記憶されている当該測定結果に基づき、同一チャネル干渉量が通信品質を満たさないと無線基地局が判断した場合には、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネル割り当て可能領域に移動させる方法を示す図である。図９に示されるように、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネル割り当て可能領域に移動させる場合に、移動先の新規の帯域割り当て量を増加させて移動させる方法を示す図である。図９に示されるように、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネル割り当て可能領域に移動させる場合に、移動先の新規の帯域割り当て量を減少させて移動させる方法を示す図である。すでに配置されているUplink個別チャネルが同一チャネル干渉量により、あらたにUplink個別チャネルを追加した例を示す図である。広帯域通信では、周波数選択性フェーディングになることを示す図である。図１３に示されるように、周波数選択フェーディングが存在する時に、新規追加個別チャネルが配置される例を示す図である。すでに配置されているUplink個別チャネルと新規追加Uplink個別チャネルとで、HARQを行う場合の動作例を示す図である。すでに配置されているUplink個別チャネルと新規追加Uplink個別チャネルとで、Chase合成法HARQを行う場合のUplink送信データ割り当て方法を示す図である。無線基地局でのChase合成法HARQの復号を示す図である。すでに配置されているUplink個別チャネルと新規追加Uplink個別チャネルとで、IR（Incremental Redundancy）法HARQを行う場合のUplink送信データ割り当て方法を示す図である。無線基地局でのIR法HARQの復号を示す図である。本発明の実施の形態における無線通信システムを示すブロック図である

符号の説明

１，ＲＳ１，ＲＳ２無線基地局、２，ＴＭ１，ＴＭ２端末（移動機），１１チャネル制御部、１２指示部、１３変調部、１４復調部、１５品質測定部、２１制御部、２２復調部、２３変調部。

Claims

UplinkにOFDMAまたはSC-FDMAを使用する無線基地局において同一チャネル干渉量を測定する無線基地局であって、
既に割り当てられているUplink個別チャネル上にデータが存在しない部分であるNullデータ期間を生成するように移動機に指示するとともに、Nullデータ期間をどのタイミングにするかについて、ランダム・バックオフを行い、その結果に基づいてNullデータ期間の挿入タイミングを決定し、移動機に対し、Uplink個別チャネル上に、Nullデータ期間を作るように指示し、移動機に指示したNullデータ期間で同一チャネル干渉量を測定する無線基地局。
請求項１に記載の無線基地局において、
前記測定結果から、同一チャネル干渉量がUplink個別チャネルの通信品質を満たさないと判断された場合には、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネル割り当て可能領域に移動させる場合に、移動機からの帯域要求量に応じて移動先の個別チャネルの帯域幅を変化させることを特徴とする無線基地局。
請求項１に記載の無線基地局において、
前記測定の結果から、同一チャネル干渉量がUplink個別チャネルの通信品質を満たさないと判断され、当該Uplink個別チャネルを別のUplink個別チャネルに割り当てようとしたとき、新たな１つの個別チャネルで通信品質を満たすことができない場合には、現状の個別チャネルにさらなる一つの個別チャネルを追加し、Uplink送信データが短い場合には、現状のUplink個別チャネルと新規追加したUplink個別チャネルとで同じUplink送信データを送信させ、Chase 合成法のHARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）を行い、Uplink送信データが長い場合には、現状のUplink個別チャネルと新規追加したUplink個別チャネルとで、１つのUplink送信データを２つのUplink個別チャネルに分離して送信させ、Incremental Redundancy法のHARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）を行うことを特徴とする無線基地局。