JP4666186B2

JP4666186B2 - 無線通信システム、基地局、チャネル割当方法、プログラム

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Publication number: JP4666186B2
Application number: JP2008167335A
Authority: JP
Inventors: 健生仁木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: EP2293614A4; US8675526B2; WO2009157257A1; US20110058507A1; TW201014241A; EP2293614A1; JP2010011022A; CN102067650A; CN102067650B; TWI389489B

Description

本発明は、無線通信システム、基地局、チャネル割当方法、プログラムに関する。

ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）の無線通信システムでは、データの送受信がサブフレーム単位で行われる。

また、ＷｉＭＡＸの無線通信システムでは、多元接続方式にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）方式が採用され、複信方式にＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）方式が採用されている。

ＯＦＤＭＡ方式は、周波数方向をサブキャリア、時間方向を時間スロットでそれぞれ区切り、送信データに対し、サブキャリアとそのサブキャリアを使用可能な時間スロットとを割り当てる方式である。

ＴＤＤ方式は、上りリンクおよび下りリンクに同一の周波数を用いて、時間軸で上りサブフレームおよび下りサブフレームを切り替える方式である。

また、ＷｉＭＡＸの無線通信システムでは、各基地局（Base Station）は、同時に通信する端末（Mobile Station）の数を増やすため、送信アンテナに指向性を持たせることにより、セルを複数のセクタに分割するセクタ構成をとることがある。

ここで、ＷｉＭＡＸの無線通信システムにおいて、各基地局が３セクタ構成をとる場合（図４参照）の上りサブフレームのフレーム構造の一例について、図５を参照して説明する。なお、図５では、各基地局に、周波数帯域として１０ＭＨｚ帯域または７ＭＨｚ帯域が割り当てられているものとする。

図５に示すように、各基地局は、１０ＭＨｚ帯域または７ＭＨｚ帯域が割り当てられる場合、サブキャリアを複数束ねたサブチャネルを３５サブチャネル使用可能である。この場合、各基地局は、セクタ間干渉を低減するために、上りサブフレーム内の各セクタ＃０，＃１，＃２に対応する各セグメント（Segment）＃０，＃１，＃２に対し、３５サブチャネルを振り分けて割り当てる（例えば、特許文献１参照）。

各セグメント＃０，＃１，＃２においては、自セグメントに割り当てられたサブチャネルは、上りリンク（UL:Up Link）制御用のＵＬｃｏｎｔｒｏｌチャネルとして割り当てられ、続いて、上りデータ送信用のデータチャネルとして割り当てられる。

ＵＬｃｏｎｔｒｏｌチャネルには、端末における送信タイミング、送信周波数、および送信電力を調整するＲａｎｇｉｎｇ用のＲａｎｇｉｎｇチャネルが含まれる。詳細には、Ｒａｎｇｉｎｇチャネルは、初期およびハンドオーバ（HO:Handover）時に行われるＲａｎｇｉｎｇ用のＩｎｉｔｉａｌ／ＨＯＲａｎｇｉｎｇチャネルと、定期的に行われるＰｅｒｉｏｄｉｃＲａｎｇｉｎｇおよび帯域要求（Bandwidth request）用のＰｅｒｉｏｄｉｃＲａｎｇｉｎｇ／ＢＷｒｅｑｕｅｓｔチャネルとから構成される。なお、Ｒａｎｇｉｎｇチャネルは、最低６サブチャネル分を確保する必要がある。

また、ＵＬｃｏｎｔｒｏｌチャネルには、ＣＱＩＣＨ（Channel Quality Indicator Channel）およびＡＣＫ（Acknowledgment）／ＮＡＣＫ（Negative ACK）用のＡＣＫ／ＮＡＣＫチャネルも含まれる。なお、ＣＱＩＣＨおよびＡＣＫ／ＮＡＣＫチャネルは共に、サブチャネルが可変長となる。
特開２００７−３３５９１３号公報

ところで、ＷｉＭＡＸの無線通信システムにおいては、各基地局に、周波数帯域として５ＭＨｚ帯域が割り当てられる場合がある。

この場合、各基地局は、１７サブチャネルが使用可能となるが、Ｒａｎｇｉｎｇ領域は、上述したように、最低６サブチャネル分を確保する必要がある。

したがって、例えば、図６に示すように、各基地局が３セクタ構成をとる場合、３セクタ分のＲａｎｇｉｎｇ領域の計１８サブチャネルには、１チャネル不足してしまうという課題がある。また、各基地局が３以上のセクタ構成をとる場合も同様に、サブチャネルが不足してしまうという課題がある。

そこで、本発明の目的は、上述した課題を解決する無線通信システム、基地局、チャネル割当方法、プログラムを提供することにある。

本発明の無線通信システムは、
端末と、複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する前記端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局と、を有してなる無線通信システムであって、
前記基地局は、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる。

本発明の基地局は、
複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局であって、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる制御部を有する。

本発明のチャネル割当方法は、
複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局によるチャネル割当方法であって、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる割当ステップを有する。

本発明のプログラムは、
複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局に、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる割当手順を実行させる。

本発明によれば、基地局は、上りサブフレームにおいて、所定の２つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる。

このように、２つのセクタに、同一のサブチャネルを使用させることで、サブチャネル不足の問題が回避され、また、同一のサブチャネルを使用させる時間帯を異ならせることで、２つのセクタ間の干渉の発生も抑制されるという効果が得られる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

なお、以下で説明する実施形態では、ＷｉＭＡＸの無線通信システムを例に挙げて説明するが、本発明はＷｉＭＡＸに限らず、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式を採用する無線通信システム全般に適用可能である。

図１に示すように、本実施形態の無線通信システムは、セルを分割した３つのセクタ＃０，＃１，＃２を形成する基地局１０と、セクタ＃０，＃１，＃２にそれぞれ位置する端末２０−０，２０−１，２０−２と、を有し、基地局１０と端末２０−０，２０−１，２０−２との間では、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式でサブフレームが互いに送受信される。

なお、図１においては、説明を簡単にするために、１つの基地局１０と、３つの端末２０−０，２０−１，２０−２のみを図示し、その他の基地局および端末は省略している。また、基地局１０を３セクタ構成としたが、３つ以上のセクタ構成としてもよい。

図２に示すように、基地局１０は、無線通信部１１と、基地局動作部１２と、を有している。

無線通信部１１は、端末２０−０，２０−１，２０−２との間で無線通信を行う。

基地局動作部１２は、上りサブフレーム内の各セクタ＃０，＃１，＃２に対応する各セグメント＃０，＃１，＃２に対し、自局にて使用可能なサブチャネルを割り当てるＵＬ制御部１３を有している。この割当結果は、無線通信部１１により端末２０−０，２０−１，２０−２の各々に送信される。

その他にも、基地局動作部１２は、ＷｉＭＡＸの無線通信システムにおいて一般的に用いられる基地局と同等の機能を実現する構成要素を有しているが、これらの構成要素は周知であるので、図示および説明を省略する。

また、図２に示すように、端末２０−０は、無線通信部２１と、端末動作部２２と、を有している。なお、その他の端末２０−１，２０−２も端末２０−０と同様の構成である。

無線通信部２１は、基地局１０との間で無線通信を行う。

端末動作部２２は、基地局１０により割り当てられたサブチャネルを使用して、基地局１０に上りサブフレームを送信する制御を行うＵＬ送信制御部２３を有している。

その他にも、端末動作部２２は、ＷｉＭＡＸの無線通信システムにおいて一般的に用いられる端末と同等の機能を実現する構成要素を有しているが、これらの構成要素は周知であるので、図示および説明を省略する。

以下、基地局１０において、周波数帯域として５ＭＨｚ帯域が割り当てられる場合のチャネル割当動作について説明する。

３セクタ構成をとる基地局１０は、上述のように、３つのセグメント＃０，＃１，＃２のＲａｎｇｉｎｇ領域にそれぞれ最低６サブチャネルを確保する必要がある。

しかし、基地局１０に５ＭＨｚ帯域が割り当てられる場合は、１７サブチャネルのみが使用可能であるため、図６に示したように、１チャネル不足してしまう。

サブチャネル不足の問題に対しては、例えば、セグメント＃１，＃２に割り当てるサブチャネルをオーバーラップさせ、そのサブチャネルをセクタ＃１，＃２間で共有する方法も考えられるが、この方法を単純に用いると、セクタ＃１，＃２間の干渉が問題になる。

そこで、本実施形態では、基地局１０のＵＬ制御部１３は、サブチャネル不足の問題に対し、例えば、セクタ＃１，＃２間でサブチャネルを共有させる場合、そのサブチャネルをセグメント＃１，＃２に時分割で割り当てることとする。

よって、セクタ＃１，＃２間では、同一のサブチャネルが使用されるものの、使用される時間帯が異なるため、セクタ＃１，＃２間の干渉の問題が回避される。

ここで、基地局１０において、周波数帯域として５ＭＨｚ帯域が割り当てられる場合のチャネル割当動作の具体例について、図３を参照して説明する。なお、図３では、セクタ＃１，＃２間でサブチャネルを共有するものとする。また、図３では、ＣＱＩＣＨおよびＡＣＫ／ＮＡＣＫチャネルは省略されている。

図３に示すように、基地局１０のＵＬ制御部１３は、自局で使用可能な１７サブチャネルを振り分け、セグメント＃０に対しては６サブチャネルを、セグメント＃１，＃２に対しては５サブチャネルを、それぞれ固定で割り当て、セクタ＃１，＃２間で共有する残りの１サブチャネルをセグメント＃１，＃２に時分割で割り当てる。

例えば、Ｎ番目の上りサブフレームにおいては、共有する１サブチャネルをセグメント＃２に割り当てる。これにより、セグメント＃２においては、６サブチャネルが確保されるため、Ｒａｎｇｉｎｇチャネルおよびデータチャネルとして６サブチャネルを割り当てることができる。一方、セグメント＃１においては、固定の５サブチャネルしか確保されないため、その５サブチャネルを全てデータチャネルとして割り当てる。

また、続くＮ＋１番目の上りサブフレームにおいては、共有する１サブチャネルを、今度はセグメント＃１に割り当てる。これにより、セグメント＃１においては、６サブチャネルが確保されるため、Ｒａｎｇｉｎｇチャネルおよびデータチャネルとして６サブチャネルを割り当てることができる。一方、セグメント＃２においては、固定の５サブチャネルしか確保されないため、その５サブチャネルを全てデータチャネルとして割り当てる。

その後、Ｎ＋２番目の上りサブフレームにおいては、Ｎ番目の上りサブフレームと同様に、共有する１サブチャネルをセグメント＃２に割り当て、Ｎ＋３番目の上りサブフレームにおいては、Ｎ＋１番目の上りサブフレームと同様に、共有する１サブチャネルをセグメント＃１に割り当て、この割当を以降も繰り返す。

上述したように本実施形態においては、基地局１０は、例えば、２つのセクタ＃１，＃２間でサブチャネルを共有させる場合、セクタ＃１，＃２に対し、そのサブチャネルを時分割で割り当てる。

したがって、セクタ＃１，＃２にそれぞれ位置する端末２０−１，２０−２は、上りサブフレームに同一のサブチャネルを共有することで、サブチャネル不足の問題が回避される。また、上りサブフレームに同一のサブチャネルを使用するものの、使用する時間帯が異なるため、セクタ＃１，＃２間の干渉の発生も抑制される。

また、本実施形態においては、基地局１０は、例えば、２つのセクタ＃１，＃２間でサブチャネルを共有させる場合、セクタ＃１，＃２に対し、そのサブチャネルを割り当てていない時には、固定で割り当てたサブチャネルを全てデータチャネルとして割り当てる。

したがって、上りサブフレーム全体としてＵＬｃｏｎｔｒｏｌチャネルが占める比率が下がるため、スループットの向上も期待できる。

なお、本実施形態においては、セグメント＃１と＃２に交互に順番に共有サブチャネルを割り当てる例について説明したが、これに限定されない。例えば、ユーザ数の多いセグメントの方の割り当て頻度を高く設定したり、データ量を計測し、データ量の多いセグメントの方の割り当て頻度を高く設定したりすることも可能である。

また、本実施形態においては、セグメント＃０は６サブチャネルを固定し、セグメント＃１と＃２は５サブチャネルと６サブチャネルを使い分ける例について説明したが、これに限定されない。例えば、表１に示すように、どのセグメントについてもサブチャネルを固定せず、順番にサブチャネルを共有し合うことも可能である。

なお、表１の例では、３５サブチャネル中の最初の５サブチャネルはセグメント＃０専用のサブチャネル、その次の１サブチャネルはセグメント＃０と＃１で共有するサブチャネル、その次の５サブチャネルはセグメント＃１専用のサブチャネル、その次の１サブチャネルはセグメント＃１と＃２で共有するサブチャネル、その次の５サブチャネルはセグメント＃２専用のサブチャネルとなる。

ただし、各セグメントが順番にサブチャネルを共有し合う構成とする場合も、表１のように、各セグメントに共有サブチャネルを順番に割り当てるのではなく、ユーザ数やデータ量に応じて、割り当て頻度を変更することも可能である。

また、本実施形態においては、共有するサブチャネルが１チャネルである例について説明したが、共有するサブチャネルを２チャネル以上とすることも可能である。この場合、例えば、セクタ＃０，＃１間またはセクタ＃１，＃２間のいずれかで２チャネル以上のサブチャネルを共有することも可能であり、セクタ＃０，＃１間とセクタ＃１，＃２間でそれぞれ１チャネル以上のサブチャネルを共有することも可能である。この構成とすれば、サブチャネルがさらに不足するような場合にも対応可能となる。

なお、本発明の基地局１０にて行われる方法は、コンピュータに実行させるためのプログラムに適用してもよい。また、そのプログラムを記憶媒体に格納することも可能であり、ネットワークを介して外部に提供することも可能である。

本発明の一実施形態の無線通信システムの構成を示す図である。図１に示した基地局および端末の構成を示すブロック図である。図１に示した無線通信システムにおいて、３セクタ構成の基地局に周波数帯域として５ＭＨｚが割り当てられる場合の上りサブフレームのフレーム構造を説明する図である。３セクタ構成の基地局を説明する図である。３セクタ構成の基地局に周波数帯域として１０ＭＨｚまたは７ＭＨｚが割り当てられる場合の一般的な上りサブフレームのフレーム構造を説明する図である。３セクタ構成の基地局に周波数帯域として５ＭＨｚが割り当てられる場合の一般的な上りサブフレームのフレーム構造を説明する図である。

符号の説明

１０基地局
１１無線通信部
１２基地局動作部
１３ＵＬ制御部
２０−０，２０−１，２０−２端末
２１無線通信部
２２端末動作部
２３ＵＬ送信制御部

Claims

端末と、複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する前記端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局と、を有してなる無線通信システムであって、
前記基地局は、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタのうちのどちらか１つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てることとし、
前記上りサブフレームにおいて、
前記複数のセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネルのうち前記所定のサブチャネル以外のサブチャネルを振り分けて固定で割り当て、
前記所定の２つのセクタのうちの一方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当て、他方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当てていない時には、他方のセクタに対し、固定で割り当てたサブチャネルを全てデータチャネルとして割り当てる、無線通信システム。
複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局であって、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタのうちのどちらか１つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる制御部を有し、
前記制御部は、
前記上りサブフレームにおいて、
前記複数のセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネルのうち前記所定のサブチャネル以外のサブチャネルを振り分けて固定で割り当て、
前記所定の２つのセクタのうちの一方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当て、他方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当てていない時には、他方のセクタに対し、固定で割り当てたサブチャネルを全てデータチャネルとして割り当てる、基地局。
複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局によるチャネル割当方法であって、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタのうちのどちらか１つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる割当ステップを有し、
前記割当ステップでは、
前記上りサブフレームにおいて、
前記複数のセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネルのうち前記所定のサブチャネル以外のサブチャネルを振り分けて固定で割り当て、
前記所定の２つのセクタのうちの一方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当て、他方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当てていない時には、他方のセクタに対し、固定で割り当てたサブチャネルを全てデータチャネルとして割り当てる、チャネル割当方法。
複数のセクタを形成し、該複数のセクタのいずれかに位置する端末から、ＯＦＤＭＡ／ＴＤＤ方式で上りサブフレームを受信する基地局に、
前記上りサブフレームにおいて、前記複数のセクタ中の所定の２つのセクタのうちのどちらか１つのセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネル中の所定のサブチャネルを時分割で割り当てる割当手順を実行させ、
前記割当手順では、
前記上りサブフレームにおいて、
前記複数のセクタに対し、自局にて使用可能なサブチャネルのうち前記所定のサブチャネル以外のサブチャネルを振り分けて固定で割り当て、
前記所定の２つのセクタのうちの一方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当て、他方のセクタに前記所定のサブチャネルを割り当てていない時には、他方のセクタに対し、固定で割り当てたサブチャネルを全てデータチャネルとして割り当てる、プログラム。