JP4675904B2 - 基地局における多ユーザフィードバック情報の分類合成伝送方法 - Google Patents

基地局における多ユーザフィードバック情報の分類合成伝送方法 Download PDF

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Description

本発明は、移動通信システムの基地局における多ユーザフィードバック情報の分類合成伝送方法に関し、特に、基地局において種別毎に多ユーザのフィードバック情報を合成し、合成後の情報に対してデータの特性に適した圧縮方法を用いて圧縮し、それから再合成して伝送する分類合成伝送方法に関する。
従来の移動通信では、劣悪な無線チャネル環境が無線チャネルの信頼性の低下や時間変動を招くため、チャネルエンコーディングと誤り訂正技術が必要となる。現在、比較的常用される技術は、自動再送要求(ARQ)技術と誤り訂正(FEC)技術とを組み合わせたハイブリッド自動再送(HARQ)技術であって、これによって誤り検出と訂正を行う。現在、ハイブリッド自動再送技術は三つのタイプに分けられる。タイプIは、受信側で正しく受信できなかったパケットを破棄し、否定応答(NACK:誤りあり)を返すことによって送信側に当該パケットのコピーを再送させ、新しく受信したパケットを独立に復号する。タイプIIは、受信側で誤ったパケットを破棄せず、再送された情報と合成して復号を行う。タイプIIIは、再送された情報は以前伝送されたパケットと合成できるが、再送されたパケットにはデータを正しく受信するために必要なすべての情報が含まれている。
HARQを用いてチャネルの誤り訂正を行う際、まず送信側で符号化後の情報を受信側に送信し、受信側で情報を受信した後、情報に対して誤り訂正復号を行う。データを正しく受信できた場合、受信側で情報を受信すると同時に、送信側に確認応答(ACK:誤りなし)を送信するが、誤りを訂正できなかった場合、受信側は送信側に否定応答(NACK:誤りあり)を送信して送信側にデータの再送を要求し、そして、受信側は受信した再送データに基づいて復号を行う。
図1はストップアンドウェイト(Stop-and-Wait)ARQ再送方式を示す図である。この方法では、送信側はデータユニット(PDU)を送信した後、受信側から確認情報が返送されるのを待つが、受信側は正しく受信できた場合にACK情報を返送し、送信側はACK情報を受け取ってから次のPDUを送信する。受信側はデータを正しく受信できなかった場合にNACK情報を返送し、送信側はNACK情報を受け取った後に当該PDUを再送する。この方法は実現簡単であるが、送信側は返送される確認情報を待つ必要があるため、効率が低い。
図2はN逆戻り(Go-Back-N自動再送)ARQ再送方式を示す図である。この方法では、送信側は受信側から返送される確認情報を待たずに、N個のPDUを連続して送信する。受信側があるPDUを正しく受信できなかった場合、送信側はエラーが発生したPDUとその後に続くN-1個の送信済みのPDUを再送すると同時に、受信側は受信したエラーが発生したPDUとその後に続くN-1個のPDUを破棄する。この方法には大きい往復遅延が存在し、また、一つのPDUにエラーが発生すると、N個のPDUを再送しなければならないため、効率が高いとは言い難い。
図3は選択的再送(Selective-Repeat)ARQ再送方式を示す図である。この方法では、送信側のPDUは同様に連続送信されるものであるが、エラーが発生した場合には、エラーが発生したPDUのみが再送される。そして、再送された後、送信側は続いて新しいPDUを送信する。この方法は効率が高いが、PDUをユーザに送信するときに順番の並び替えが必要となるため、エラーが発生したPDUの後のエラーが発生してないPDUを
格納するためのバッファを受信側で設置しなければならない。
図4は従来のARQ動作のフロー図である。図4では、送信開始手順が作動し始めると(S400)、受信側は設定に基づいて新しい信号を送信するかまたは信号を再送する(S401)。受信側は受信開始を作動させ(S402)、送信側から送信された信号を受信し(S403)、受信した情報にエラーがあるか否かを判断する(S404)。エラーがなければACKフィードバック信号を生成し(S405)、エラーがあればNACKフィードバック信号を生成する(S406)。そして、生成されたフィードバック情報は送信側に送信され(S407)、受信側は再度受信開始の状態に入る(S408)。送信側はフィードバック情報を受信した後、受信したのがACK信号なのかまたはNACK信号なのかを判断する(S409)。受信したのがACK信号であれば、送信内容を新しいデータに設定し(S410)、そうでなければ送信信号を再送データに設定する(S411)。送信側は設定の内容に基づいて送信開始の状態に戻って(S412)、情報の送信を続ける。
上述した再送方式において、送信側と受信側との間にACK/NACK確認情報を逆方向伝送するためのチャネルを作らなければならない。ユーザが送信側で、基地局が受信側である場合、基地局と各ユーザとの間にそれぞれフィードバック情報を伝送するためのチャネルを作ることになる。一般には、一つまたは数個のビットでフィードバック情報ACK/NACKを表示すればよい。
従来の移動通信ネットワークにおいて、基地局は移動局から送信された大量のデータを受信すると同時に、デ―タを受信した後、データを送信した各移動局にACK/NACK情報を送信しなければならない。これらの確認情報の量が大きいため、大量の無線リソースを使ってしまう。無線リソースが日に日に貴重なものになっていく中で、いかにそれを有効に利用するかが重要な課題になっている。
本発明の目的は、無線通信システムの下りチャネルにおいて複数のユーザのACK/NACK確認情報を効率よく伝送する、基地局における多ユーザフィードバック情報の分類合成伝送方法を提供することである。
本発明の分類合成伝送方法は、基地局における多ユーザフィードバック情報の分類合成伝送方法であって、特定の基準によってユーザを分類する工程と、異なる種別毎にユーザに送信するフィードバック情報を合成する工程と、合成後のフィードバック情報を圧縮する工程と、圧縮後のフィードバック情報を再合成する工程と、再合成されたフィードバック情報に対して符号化を行う工程と、符号化されたフィードバック情報をユーザに送信する工程と、を有する。
同じセルの各ユーザの情報伝送効率が異なるため、信号のよいユーザは情報伝送の効率が高く、基地局が送信するフィードバック情報の中でACK情報が多く占めるが、セルエッジに位置するユーザは信号が悪く、受信するフィードバック情報の中でNACKが多く占める。より良くデータの特性に基づいて圧縮を行うため、本発明では、基地局がまず同じセルにある複数のユーザの確認情報をN種類に分けてそれぞれ合成を行い、合成された確認情報をそれぞれのデータ特性に基づいて圧縮し、種類が異なる圧縮データを再合成して無線チャネルで送信する。これにより、従来ではユーザ毎に一つのフィードバックチャネルを割当てるのに対して、複数のユーザでフィードバックチャネルを共有することが可能となり、また、合成された多ユーザ情報を圧縮することにより、伝送するフィードバック情報が大幅に減少し、無線リソースの使用を節約することができる。
好ましくは、前記特定の基準をユーザの伝送効率、例えば、ユーザ信号のSNR値、ユーザのドップラーシフトまたはその他の測定値とすることができる。
また、好ましくは、異なる圧縮方法を用いて、異なる種類のユーザのフィードバック情報に対して圧縮を行うことができる。
また、好ましくは、前記圧縮方法を情報の長さを有効に短くすることができる圧縮符号化アルゴリズムとすることができる。
また、好ましくは、前記符号化を誤り訂正符号化とすることができる。
本発明の他の態様によれば、移動局における基地局から送信される分類されたユーザフィードバック情報の受信方法であって、当該方法は、基地局から送信された情報を受信する工程と、受信した情報を誤り訂正復号する工程と、誤り訂正復号後の情報を解凍する工程と、解凍後の情報の中から基地局の本移動局に対するフィードバック情報を抽出する工程と、を有する。
好ましくは、前記復号工程は受信したデータに対する誤り訂正検出を含む。前記誤り訂正検出工程が成功した場合には続けて他の工程を行うが、前記誤り訂正検出工程を失敗した場合、正しく復号できなかった部分の再送を基地局に要求する。
本発明の他の形態によれば、多ユーザフィードバック情報に対して分類合成伝送を行う基地局は、種別毎に複数のユーザのフィードバック情報を収集できるように特定の基準に基づいてユ―ザを分類する多ユーザフィードバック情報分類器と、種類が異なる合成されたフィードバック情報の特性に基づいて、適切な圧縮方法を用いて合成されたフィードバック情報に対してデータ圧縮を行う分類フィードバック情報圧縮器と、圧縮後の分類フィードバック情報を再合成する分類フィードバック情報合成器と、受信側で誤り訂正検出ができるように送信するフィードバック情報に冗長情報を付加する符号化器と、符号化後のフィ―ドバック情報をユーザに送信する送信器と、を有する。
好ましくは、前記基地局では、前記特定の基準をユーザの伝送効率、例えば、ユーザ信号のSNR値、ユーザのドップラーシフトまたはその他の測定値とすることができる。
また、好ましくは、前記圧縮方法を情報の長さを有効に短くすることができる圧縮符号化アルゴリズムとすることができる。
本発明の他の形態によれば、多ユーザフィードバック情報に対して分類合成伝送を行う移動局は、基地局から送信された情報を受信する情報受信手段と、受信した情報に対して復号を行う情報復号手段と、復号後の情報に対して解凍を行う解凍手段と、解凍後の情報の中から基地局の本移動局に対するフィードバック情報を抽出するフィードバック情報抽出手段と、を有する。
好ましくは、前記情報復号手段は受信したデータに対して誤り訂正検出を行うが、前記誤り訂正検出の操作が失敗した場合、正しく復号できなかった部分の再送を基地局に対して要求する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。下記の実施の形態は説明目的に記載されたものであって、本発明の範囲に対する制限ではないことを述べておく。
本発明は、無線リソースの使用を節約するため、複数の種別毎にセルの中のユーザ確認情報をそれぞれ合成し、データの特性に基づいて合成された情報をそれぞれ圧縮し、圧縮後の情報を再合成してユーザに伝送する方法を提案する。この複数の種別は情報伝送の効率によって分けられたものである。例えば、フィードバック情報の中でACKが多く占めるユーザを一つの種類とし、ACKとNACK情報が基本的に等量であるユーザを他の種類とし、フィードバック情報の中でNACKが多く占めるユーザをもう一つの種類とすることができる。この分類によって同一のデータ伝送特性を有するユーザのフィードバック情報を合成する。分類を行う際に依拠する情報伝送効率は、ユーザの上り信号のSNR値、ユーザのドップラーシフト、他の測定値、または複数の測定値の組み合わせであってもよい。
本発明は、分類合成された確認情報を圧縮してから送信する技術を採用する。圧縮の目的は、できるだけ少ない符号(ビット)で情報を伝送して情報伝送率を上げることにある。情報理論の符号化定理では、有効且つ高信頼性の情報伝送を実現できる最適な符号化または情報処理方法が存在することは既に理論的に証明されている。現在、ハフマン(Huffman)符号化アルゴリズムなど、多様な符号化圧縮方法が提案されている。ハフマン符号化アルゴリズムは、符号が語頭条件を満足し且つ平均符号長を最小とすることができる最適な情報源符号化を実現することが可能である。また、コンピュータのファイル圧縮に広く使われているLempel-Zivアルゴリズムなども一例として挙げられる。これらの符号化アルゴリズムはいずれも情報の長さを有効に短くすることができる。従って、本発明は、これらの圧縮アルゴリズムを組み合わせて情報を有効に伝送することにより、伝送の情報量を減少させ、無線リソースを節約することができる。
図5は本発明に係る移動通信システムの構成を示す図である。図5では、上半分には移動局の構成、下半分には基地局の構成が示されている。
基地局部分は、分類器554、圧縮器555、合成器556、符号化器557および送信器524を有する。
ユーザが基地局にデータを送信した後、基地局は受信したデータに対して復号を行うが、基地局が正しく復号できたか否かを示すフィードバック情報ACK/NACKは即時にユーザにフィードバックしなければならない。分類器554は、基地局がユーザに情報を送信する際の異なる効率に基づいて、ユーザを複数の種別に分類する。分類の依拠となるものは基地局が測定したユーザのSNR値、ユーザのドップラーシフト、またはその他の測定値である。また、分類器554は各種別の複数のユーザのフィードバック情報をそれぞれ収集する。
圧縮器555は、合成データの特性に基づいて合成後の情報を圧縮し、伝送する情報量を減少させる。異なる種類の合成データは異なる特性を有している。ACK情報を1、NACK情報を0で示す場合、伝送効率が高い種類では合成データの中で1が多数を占め、伝送効率が一般である種類では合成データの中の1と0との個数は基本的に同量で、伝送効率が低い種類では合成データの中で0が多数を占める。異なる合成データの特性に基づいて、適切な圧縮方法を用いて圧縮を行うことができる。
基地局部分における関連手段が、本発明のフィードバック情報の分類合成を実現するために行う動作を以下に説明する。合成器556は、圧縮後のユーザ種類が異なるデータを再合成する。
受信側で誤り訂正検出ができるように、符号化器557は送信するフィードバック情報の中に冗長情報を付加する。HARQ技術または他の有効な方法を用いてエラー制御を行ってもよい。
送信器524は符号化後のフィードバック情報をすべてのユーザに送信する。
移動局部分は、受信器525、復号器566、解凍器567および情報抽出器568などを有する。
受信器525は基地局が送信した情報を受信するが、受信した情報の中に合成された複数のユーザのフィードバック情報が含まれている。
復号器566は受信した情報に対して誤り訂正検出を行い、正しければ情報を受信するが、そうでない場合には、移動局は正しく受信した部分の内容を格納すると同時にエラーが発生した情報の再送を基地局に要求し、元の情報と再送された内容とを合成して情報を正しく受信する確率を上げる。
解凍器567は復号後の情報を解凍し、合成された複数のユーザのACK/NACK情報を元に戻す。
情報抽出器568は受信した情報の中から自分のACK/NACK情報を抽出する。
本発明では、複数のユーザのフィードバック情報を種別毎に合成し、圧縮を経てから伝送を行うため、伝送する情報が少なくなり、無線リソースの使用を節約することができる。
移動局部分では、データの再送で使うためにまずデータをデータ複製器513で複製する。そして、符号化器514でデータの符号化を行うが、この符号化は例えば、誤り訂正(FEC)、誤り検出(CRC)とデータ再送との二つの機能を実現できるHARQ符号化を用いることができる。符号化後のデータを変調器515で変調してから伝送器516を介してデータを伝送する。データはフェージングチャネル517を経て基地局部分の受信器518に受信される。そして、復調器519でデータの復調を行い、追跡結合/漸増冗長結合器520でチェイスコンバイニング(Chase Combining)とIRコンバイニング(Incremental Redundancy Combining)を行う。チェイスコンバイニングとIRコンバイニングはHARQの二つの方法で、チェイスコンバイニングでは再送の情報と元の情報は同じものであるが、IRコンバイニングでは再送の情報は冗長情報である。チェイスコンバイニング/IRコンバイニングを経たデータは復号器521で復号され、データにエラーが発生した際、情報を新たに利用するため、または並べ替えして次の処理手順に渡すために、復号後のデータはデータ複製器522で複製される。データが復号された後、デー
タを正しく復号できたか否かでそれぞれACK/NACKフィードバック情報を生成する。基地局において、複数のユーザのフィードバック情報は多ユーザフィードバック情報処理器523で分類、圧縮および合成された後に、送信器524を介して移動局にフィードバックされる。移動局の受信器525は基地局から送信された情報を受信した後、移動局内のフィードバック情報受信処理器526がフィードバック情報に対して解凍と情報抽出を行って本移動局のフィードバック情報を取得し、そしてフィードバック情報をデータ複製器513と符号化器514に供給する。符号化器514は、フィードバック情報がACKであれば、符号化器はそのまま新しいデータに対して符号化を行うが、フィードバック情報がNACKであった場合、データ複製器513から元の情報を取り出し、システムで使用されるHARQ方法(チェイスコンバイニングまたはIRコンバイニング)によってデータを符号化してから、ほかの処理手順を実行する。
図6は基地局における多ユーザフィードバック情報処理器および情報処理手順を示す図である。図6において、左の部分は図5に示す基地局部分の多ユーザフィードバック情報処理器、右の部分は多ユーザフィードバック情報処理器における情報処理の手順を示す図であり、左右両方は互いに対応している。また、中央の白い太めの矢印は対応する装置と手順を示しており、黒い太めの矢印は対応の情報を示している。まず、多ユーザのフィードバック情報61は分類器62によって分類されるが、分類は予め決められた分類テーブル60に依拠して行われるものである。分類後、三種類のフィードバックデータ63を得るが、各種類のフィードバック情報はそれぞれ分類フィードバック情報圧縮器64によって圧縮される。圧縮後の複数種類の情報65は分類フィードバック情報合成器66で合成される。符号化器で合成情報67に対して誤り訂正符号化68を行って、符号化後の情報69を得る。当該情報は情報ビットとパリティビットから構成されている。符号化後の情報は最終的に送信器70から送信される。
ユーザの分類は分類テーブルに依拠して行われるものである。本実施の形態の分類テーブルはユーザのSNR値によって設定されたものであるが、表1に示すように、基地局の中のユーザが三種類に分けられる。分類の依拠となるのはユーザのSNR値、ユーザのドップラーシフト、またはその他の測定値であってもよい。
Figure 0004675904
表1には、基地局における(ユーザのSNR値に基づいた)ユーザの分類が例示されている。
表1において、二つの判定点S1とS2を設定しており、ユーザのSNR値がS1より大きい場合、ユーザは第1種に分類される。ユーザのSNR値がS1とS2との間にある場合、ユーザは第2種に分類される。また、ユーザのSNR値がS2以下である場合、ユーザは第3種に分類される。S1とS2は所定の閾値であってもよい。第1種のユーザは信号伝送効率が低く、NACK情報が多数を占める。第2種のユーザは伝送効率が一般であり、ACK情報とNACK情報は基本的に同量である。第3種のユーザは伝送効率が高いため、フィードバック情報中のACK情報が多数を占める。例えば、11でACKを表し、00でNACKを表した場合、第1種のユーザのフィードバック情報で0の数が多く、第2種のユーザのフィードバック情報で0と1との数は基本的に同じで、第3種のユー
ザのフィードバック情報で1の数が多い。これにより、各種のユーザのデータ特性に基づいてそれぞれに適した圧縮方法を用いて圧縮を行うことが可能となる。例えば、1が多数を占めるデータに対して大きい圧縮率を有する方法で、第3種に対して圧縮を行い、1と0とが基本的に同量であるデータに対して大きい圧縮率を有する方法で、第2種に対してデータ圧縮を行うことができる。図7は分類フィードバック情報圧縮器を示す図である。71は第N種ユーザのフィードバック情報合成であり、00でACKを表し、11でNACKを表した場合、この種のユーザのフィードバック情報のデータが72に示されたとおりになる。圧縮操作を経た後、圧縮後のユーザのフィードバック情報73は明らかに短縮され、6個のビット101101のみで圧縮後のフィードバック情報74を表すことができる。
図8は移動局のフィードバック情報受信処理器と情報処理手順を示す図である。左の図は図5における移動局部分のフィードバック情報受信処理器で、右の図は移動局がフィードバック情報に対して行う処理の手順を示す図である。左右両方は互いに対応しており、また、中央の白い太めの矢印は対応する装置と手順を示し、黒い太めの矢印は処理する情報の対応関係を示している。まず、移動局の情報受信部分80は基地局から送信された多ユーザのフィードバック情報81を受信し、受信された情報は情報ビットとパリティビットから構成されている。受信した情報はまず復号器82で復号され、パリティビットを取り除かれる。復号後の情報は圧縮後の多種別ユーザのフィードバック情報の合成83である。復号後のデータに対して情報解凍器84で解凍を行い、解凍された後、複数のユーザの合成フィードバック情報85に戻される。そして、フィードバック情報抽出器86によって本移動局で必要なフィードバック情報87が抽出される。
以上、典型的な実施の形態によって本発明を例示して説明したが、当業者には、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、種々の変更、入れ替えおよび添加がなされても良いことを理解されたい。従って、本発明は添付された請求の範囲によって限定されてものであり、上述した特定の実施の形態に限られたものとして理解されるべきではない。
ストップアンドウェイト(Stop-and-Wait)ARQ再送方式を示す図 N逆戻り(Go-Back-N自動再送)ARQ再送方式を示す図 選択的再送(Selective-Repeat)ARQ再送方式を示す図 従来のARQ動作のフロー図 本発明の実施の形態に係る移動通信システムの構成を示す図 図5に示す基地局部分の多ユーザフィードバック情報処理器と情報処理の手順を示す図 図5に示す基地局部分の分類フィードバック情報圧縮器を示す図 図5に示す移動局のフィードバック情報受信処理器と情報処理手順を示す図

Claims (12)

  1. 基地局における多ユーザフィードバック情報の分類合成伝送方法であって、
    特定の基準によってユーザを分類する工程と、
    異なる種別毎にユーザに送信するフィードバック情報を合成する工程と、
    合成後のフィードバック情報を圧縮する工程と、
    圧縮後のフィードバック情報を再合成する工程と、
    再合成されたフィードバック情報に対して符号化を行う工程と、
    符号化されたフィードバック情報をユーザに送信する工程と、
    を有する分類合成伝送方法。
  2. 前記特定の基準はユーザの伝送効率であり、伝送効率が同じであるユーザを1種類とする請求項1記載の分類合成伝送方法。
  3. 前記特定の基準はユーザ信号のSNR値であり、SNR値が同じ範囲内に属するユーザを1種類とする請求項1記載の分類合成伝送方法。
  4. 前記特定の基準はユーザのドップラーシフトであり、ドップラーシフトが同じ範囲内に属するユーザを1種類とする請求項1記載の分類合成伝送方法。
  5. 異なる圧縮方法を用いて、異なる種類のユーザのフィードバック情報に対して圧縮を行う請求項1に記載の分類合成伝送方法。
  6. 前記圧縮方法は情報の長さを有効に短くすることができる圧縮符号化アルゴリズムである請求項5記載の分類合成伝送方法。
  7. 前記符号化は誤り訂正符号化である請求項1記載の分類合成伝送方法。
  8. 多ユーザフィードバック情報に対して分類合成伝送を行う基地局であって、
    種別毎に複数のユーザのフィードバック情報を収集できるように特定の基準に基づいてユ―ザを分類する多ユーザフィードバック情報分類器と、
    種類が異なる合成されたフィードバック情報の特性に基づいて、適切な圧縮方法を用いて合成されたフィードバック情報に対してデータ圧縮を行う分類フィードバック情報圧縮器と、
    圧縮後の分類フィードバック情報を再合成する分類フィードバック情報合成器と、
    受信側で誤り訂正検出ができるように送信するフィードバック情報に冗長情報を付加する冗長情報符号化器と、
    符号化後のフィ―ドバック情報をユーザに送信する送信器と、
    を有する基地局。
  9. 前記特定の基準はユーザの伝送効率であり、伝送効率が同じであるユーザを1種類とする請求項記載の基地局。
  10. 前記特定の基準はユーザ信号のSNR値であり、SNR値が同じ範囲内に属するユーザを1種類とする請求項記載の基地局。
  11. 前記特定の基準はユーザのドップラーシフトであり、ドップラーシフトが同じ範囲内に属するユーザを1種類とする請求項記載の基地局。
  12. 前記圧縮方法は情報の長さを有効に短くすることができる圧縮符号化アルゴリズムである請求項記載の基地局。
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