JP4986772B2 - 時分割複信におけるランダムアクセスチャネル用のサブチャネル - Google Patents

Description

この発明は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を用いた無線時分割複信（ＴＤＤ）通信システムに関する。より詳しくいうと、この発明はこの種の通信システムにおける物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）用のサブチャネルに関する。

第三世代パートナーシップ計画（３ＧＰＰ）用に提案されているような周波数分割複信（ＴＤＤ）利用の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムでは、頻度の低いデータパケットおよびシステム制御情報をユーザ装置（ＵＥ）すなわちユーザからノードＢに送信するのに物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）を用いる。

上記３ＧＰＰ ＦＤＤ／ＣＤＭＡ通信システムでは、ＰＲＡＣＨは、図１に示すとおり、１５個の時間スロット２４を有する長さ１０ミリ秒の無線フレーム２２_１乃至２２_８に分割される。無線フレーム２２にはシステムフレーム番号として０乃至２５５などの番号が付けてある。これらシステムフレーム番号は順次繰り返す。ランダムアクセス送信は、アクセススロット２６と表示した多数の明確に画定された時間間隔の前縁で開始する。ユーザからのランダムアクセス送信２８_１乃至２８_５（２８）は特定のアクセススロット２６で開始され、スロット２６の１個分または複数個分にわたり継続する。これらのランダムアクセス送信を、ネットワークの無線リソースコントローラがユーザに割り当てたアクセスサービスクラス（ＡＳＣ）に関連づけられたランダム選択シグネチャを用いて行う。

このＰＲＡＣＨは頻度の低いデータパケットおよびシステム制御情報に用いられ、ネットワークはＰＲＡＣＨのサブチャネルをＵＥ相互間の分離およびアクセスサービスクラスに用いる。上記３ＧＰＰ ＦＤＤ／ＣＤＭＡシステムでは、各サブチャネルを次に述べるとおり全アップリンクアクセススロット２６のサブセットと関連づける。

二つの逐次無線フレーム２２を組み合わせてアクセスフレーム２０にする。そのアクセスフレームを１５個のアクセススロット２１に分割する。これらアクセススロット２６の各々の長さは、図１に示すとおり、無線フレーム時間スロット２４の二つ分の長さである。無線フレーム２２の長さを図では矢印で示してある。アクセススロット２６に逐次番号０乃至１１をつけて示したとおり、サブチャネルを割り当てる。サブチャネル１１を割り当てたのち、その次のアクセススロット２６を番号０とし、この番号付けを以下同様に繰り返す。アクセススロット２６へのサブチャネル番号付与を無線フレーム８個ごとに、すなわち８０ミリ秒（ｍｓ）ごとに繰り返す。この反復は無線フレーム番号のモジュロ（ｍｏｄ）８計数とみることができる。

上記３ＧＰＰ ＦＤＤ／ＣＤＭＡでは複数個のＰＲＡＣＨを用いる。各ＰＲＡＣＨをランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）トランスポートチャネルと一対一に関連づけるとともに、プリアンブルスクランブル用符号、利用可能なプリアンブルシグネチャおよび利用可能なサブチャネルの独自の組合せと関連づける。

図２はそのような関連づけの図解の一例である。ＲＡＣＨ０ ３０_０とＲＡＣＨ０ ３２_０とを符号化ブロック３１_０を通じて対にする。ＰＲＡＣＨ０ ３２_０を通じて受信したデータを、プリアンブルスクランブル用符号０ ３４_０とデータ伝送用に用いられた適切なプリアンブルシグネチャとを用いて回復する。

ＰＲＡＣＨ０ ３２_０はプリアンブルスクランブル用符号０ ３４_０と一対一に関連づけられ、三つのアクセスサービスクラス（ＡＳＣ）ＡＳＣ０ ４０_０、ＡＳＣ１ ４０_１およびＡＳＣ２ ４０_２を有する。この例に示したＡＳＣの数は３であるが、ＡＳＣの最大数は８である。ＡＳＣ４０の各々は多数の利用可能なサブチャネル、利用可能なプリアンブルシグネチャおよび持続率を有する。持続率は、不成功に終わったアクセス試行のあとのプリアンブルシグネチャ再送信における持続を表す。上記３ＧＰＰ ＦＤＤ／ＣＤＭＡでは、利用可能なサブチャネル３６の数の最大値は１２であり、利用可能なプリアンブルシグネチャ３８の数の最大値は１６である。

ＲＡＣＨ１ ３０_１とＰＲＡＣＨ１ ３２_１とを対にする。ＰＲＡＣＨ１ ３２_１とプリアンブルスクランブル用符号１ ３４_１とを一対一に関連づけ、そのサブチャネル３６およびプリアンブルシグネチャ３８を四つのＡＳＣ４０、すなわちＡＳＣ４０_３、ＡＳＣ４０_４、ＡＳＣ４０_５およびＡＳＣ４０_６に区画する。ＲＡＣＨ２ ３０_２をＰＲＡＣＨ２ ３２_２と対にする。ＰＲＡＣＨ２ ３２_２は、ＰＲＡＣＨ３ ３２_３も用いるプリアンブルスクランブル用符号２ ３４_２を用いる。ＡＳＣ４０はＰＲＡＣＨ２ ３２_２、ＡＳＣ０ ４０_７、ＡＳＣ１ ４０_８、ＡＳＣ２ ４０_９にも利用できる。ＰＲＡＣＨ２およびＰＲＡＣＨ３はプリアンブルスクランブル用符号を共用するので、一群の区画して外した利用可能なサブチャネル／利用可能なプリアンブルシグネチャ組合せはＰＲＡＣＨ２ ３２_２には用いない。区画して外した範囲はＰＲＡＣＨ３ ３２_３が用いる。

ＲＡＣＨ３ ３０_３とＰＲＡＣＨ３ ３２_３とを対にする。また、ＰＲＡＣＨ３ ３２_３はプリアンブルスクランブル用符号２ ３４_２を用い、ＡＳＣ０ ４０_１０およびＡＳＣ１ ４０_１１を用いる。ＡＳＣ０ ４０_１０およびＡＳＣ１ ４０_１１はＰＲＡＣＨ２ ３２_３が用いない利用可能なサブチャネル／シグネチャ組を含む。

ＰＲＡＣＨ ＡＳＣ４０の各々はプリアンブルスクランブル用符号３４、利用可能なプリアンブルシグネチャ組およびサブチャネルに一対一に関連づけてあるので、ノードＢは受信ＰＲＡＣＨデータにどのＰＲＡＣＨ３２およびＡＳＣ４０が関連づけられているかを判定できる。その結果、受信ＰＲＡＣＨデータは適切なＲＡＣＨトランスポートチャネルに送られる。この例では各ＰＲＡＣＨ３２を、利用可能なプリアンブルシグネチャでＡＳＣ４０を区画することによって図解してあるが、区画をサブチャネルによって行うこともできる。

ＰＲＡＣＨを用いるように提案されているもう一つの通信システムは、上記３ＧＰＰ ＴＤＤ／ＣＤＭＡシステムなど時分割複信（ＴＤＤ）利用のＣＤＭＡシステムである。ＴＤＤでは、無線フレームをユーザデータ転送用の時間スロットに分割する。各時間スロットはアップリンクデータまたはダウンリンクデータのみの転送に用いる。対照的に、ＦＤＤ／ＣＤＭＡシステムはアップリンクおよびダウンリンクを周波数スペクトラムで分割する。ＦＤＤシステムとＴＤＤシステムとでは、無線インタフェースも物理層も全く異なるが、第１層および第２層などのネットワーク層の複雑さを軽減するように、これら二つのシステム相互間に類似性を持たせるのが望ましい。

ＥＰ ０ ９９４ ６３４

したがって、ＴＤＤ用のＲＡＣＨにサブチャネルを設けるのが望ましい。

符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を用いた無線時分割複信通信システムの物理ランダムアクセスチャネルにサブチャネルを画定する。一連の無線フレームが時間スロットの系列を備えるようにする。その系列の特定の時間スロット番号につき、その特定の時間スロット番号の各サブチャネルをその系列の一つの無線フレームで独自に画定する。

ＦＤＤシステムとＴＤＤシステムとの間で大幅な差異のある無線インタフェースおよび物理層を考慮して、第２層および第３層などのネットワーク層の複雑化を両システム間に類似性を持たせることによって軽減する。

次に述べる説明は３ＧＰＰシステムの採用を前提にしているが、ＴＤＤ ＰＲＡＣＨ用のサブチャネルは上記以外のシステムにも応用できる。

図３はＴＤＤ／ＣＤＭＡシステムのＰＲＡＣＨ用の時間スロット３のためのサブチャネルの好ましい実働化例を示す。各ＰＲＡＣＨ４８は、図４に示すとおり、一つの時間スロット番号５６とサブチャネル５０およびチャネライゼーション符号５２の組とに関連づけてある。特定の時間スロット５６について、両端矢印で示したとおり、サブチャネル５０を無線フレーム４４に一対一に関連づけてある。図３に示した好ましい実働化例では、各サブチャネル５０を順次無線フレーム４４に逐次割り当てる。例えば、サブチャネル０は、図４の無線フレーム０などｊ番目の無線フレームの時間スロット番号と関連づけてある。サブチャネル１は無線フレーム１などその次の（ｊ＋１）番目の無線フレームの同一時間スロット番号と関連づけてある。

ｎ個の無線フレームのあとでは、次のｎ個のフレームに同じサブチャネルを割り当てる。例えば、サブチャネル０は無線フレームｎなど無線フレームｎ＋ｊに割り当てる。特定の時間スロット５６については、一連の反復する無線フレームであるシステムフレーム番号に基づきサブチャネル５０を割り当てる。好ましい構成では、ｎ個のサブチャネルにつきシステムフレーム番号（ＳＦＮ）のモジュロ関数を用いる。サブチャネルｉについては式１、すなわち、
（式１） SFN mod n = i
を用いる。ここで、ｍｏｄ ｎはモジュロｎ関数である。一つの例では、式２、すなわち、
（式２） SFN mod 8 = i
で示されるモジュロ８関数を用いる。その結果、図３に示すとおり、時間スロット３の中の最初のフレーム４４_０でサブチャネル０を割り当てる。２番目のフレーム４４_１ではサブチャネル１を割当て、８番目のフレーム４４_７、すなわちサブチャネル７を割り当てる８番目のフレーム４４_７まで、以下同様に割り当てる。サブチャネルの数は８、４、２または１とするのが好ましい。図３は時間スロット３へのサブチャネル割当てだけを示しているが、同じ手法を任意の時間スロット番号に用いる。

ＦＤＤ／ＣＤＭＡシステムでは、各ＰＲＡＣＨ３２をプリアンブルスクランブル用符号３４、利用可能なサブチャネル３６および利用可能なプリアンブルシグネチャ３８の独自の組合せに関連づける。四つのＰＲＡＣＨの実現可能な具体化例を図４に示す。

同様にして、ＴＤＤシステムにおける各ＰＲＡＣＨ４８を、図４に示すとおり、時間スロット５６、利用可能なチャネライゼーション符号５０（好ましい最大値８）および利用可能なサブチャネル５２（好ましい最大値８）の独自の組合せと関連づけるのが好ましい。チャネライゼーション符号５２はアップリンクデータ送信用にユーザが用いる。ＦＤＤの場合と同様に、ＴＤＤ ＰＲＡＣＨ４８の各々とＲＡＣＨ４６トランスポートチャネルを符号化ブロック４７により対にする。図４はＰＲＡＣＨ４８の概括的構成を示す。各ＰＲＡＣＨ４８は時間スロット５６と利用可能なサブチャネルおよび利用可能なチャネライゼーション符号５２の組とに関連づける。図４に示すとおり、特定の時間スロットの中の各ＰＲＡＣＨ４８に特有のチャネライゼーション符号を割り当てる。これによって、基地局ＰＲＡＣＨ受信機が受信ＰＲＡＣＨデータの回復用のチャネライゼーション符号５２を認識し、互いに異なるＰＲＡＣＨ４８を識別できる。

ＡＳＣ５４は特定のＰＲＡＣＨの利用可能なサブチャネル５０およびチャネライゼーション符号５２を区画することによって形成するのが好ましい。通常は、ＡＳＣ５４の数に８などの制限を設ける。ＲＡＣＨ０ ４６_０は、ＰＲＡＣＨ０ ４８_０の適切なチャネライゼーション符号で時間スロット０ ５６_０の伝送データを復号化することによってデータをＰＲＡＣＨ０ ４８_０経由で受信する。利用可能なサブチャネル５０およびチャネライゼーション符号５２を三つのＡＳＣ５４、すなわちＡＳＣ０ ５４_０、ＡＳＣ１ ５４_１およびＡＳＣ２ ５４_２に区画する。図示のとおり、各区画はチャネライゼーション符号５２で設定する。これら区画はサブチャネル３６またはチャネライゼーション符号／サブチャネル組合せによって設定することもできる。その結果、この例では、各ＡＳＣ５４は、そのＰＲＡＣＨ４８についてのチャネライゼーション符号５２の特有の組を備える。受信ＰＲＡＣＨデータと関連したＡＳＣ５４は、受信ＰＲＡＣＨデータ回復用のチャネライゼーション符号５２を用いて判定する。

ＲＡＣＨ１ ４６_１は、ＰＲＡＣＨ１のチャネライゼーション符号５２を用いて時間スロット１ ５６_１の伝送データを復号化することによってＰＲＡＣＨ１ ４８_１経由でデータを受信する。利用可能なサブチャネル５０およびチャネライゼーション符号５２を四つのＡＳＣ５４、すなわちＡＳＣ０ ５４_３、ＡＳＣ１ ５４_４、ＡＳＣ２ ５４_５およびＡＳＣ３ ５４_６に区画する。

ＲＡＣＨ２ ４６_２は、ＰＲＡＣＨ２のチャネライゼーション符号５２を用いて時間スロット２ ５６_２の伝送データを復号化することによってＰＲＡＣＨ２ ４８_２経由でデータを受信する。利用可能なサブチャネル５０およびチャネライゼーション符号５２を三つのＡＳＣ５４、すなわちＡＳＣ０ ５４_７、ＡＳＣ１ ５４_８およびＡＳＣ２ ５４_９並びにＰＲＡＣＨ３ ４８_３用の利用不可能な区画に区画する。ＲＡＣＨ３ ４６_３は、ＰＲＡＣＨ３のチャネライゼーション符号５２を用いて時間スロット２ ５６_２の伝送データを復号化することによってＰＲＡＣＨ３ ４８_３経由でデータを受信する。時間スロット２ ５６_２のための利用可能なサブチャネル５０およびチャネライゼーション符号５２は、二つのＡＳＣ５４、すなわちＡＳＣ０ ５４_１０およびＡＳＣ１ ５４_１１並びにＰＲＡＣＨ２ ４８_２用の利用不可能な区画に区画する。図４に示すとおり、時間スロット２ ５６_２は、チャネライゼーション符号５２によって二つのＰＲＡＣＨ４８、すなわちＰＲＡＣＨ２ ４８_２およびＰＲＡＣＨ３ ４８_３に区画される。その結果、この例においては、時間スロット２ ５６_２で受信したデータは、そのデータの送信に用いられたチャネライゼーション符号に基づき、適切なＰＲＡＣＨ４８に送られる。もう一つの具体例では、上記区画をサブチャネル３６またはチャネライゼーション符号／サブチャネル組み合わせで構成する。

図４のＰＲＡＣＨの具体例に示したとおり、ＴＤＤ ＰＲＡＣＨ構成の例は、図２のＦＤＤ ＰＲＡＣＨ構成例と類似している。ＴＤＤにおいては、各ＰＲＡＣＨは時間スロット５６と関連づけてある。ＦＤＤでは、各ＰＲＡＣＨをプリアンブルスクランブル用符号３４と関連づける。ＴＤＤ ＡＳＣ５４は利用可能なチャネライゼーション符号５２で区画し、ＦＤＤ ＡＳＣ４０は利用可能なプリアンブルシグネチャ３８で区画するのが好ましい。これら例は互いに類似しているので、より高い層でのＴＤＤおよびＦＤＤの動作が類似してくる。

図５はＴＤＤ ＰＲＡＣＨシステムの簡略化したブロック図である。ネットワークコントローラ６２からノードＢ／基地局５８経由でユーザ装置（ＵＥ）６０に割当てずみＰＲＡＣＨおよびＡＳＣなどのＰＲＡＣＨ情報を送るのに、ＰＲＡＣＨ情報シグナリング装置６６を用いる。このＰＲＡＣＨ情報信号はスイッチ７０またはアイソレータ経由でアンテナ７２またはアンテナアレーに送られ、無線チャネル７４に送出される。この信号はＵＥ６０のアンテナ７６で受信される。受信信号はスイッチ７８またはアイソレータ経由でＰＲＡＣＨ情報受信機８２に送られる。

ＵＥ６０から基地局５８にＰＲＡＣＨ経由でデータを送るために、ＰＲＡＣＨ送信機８０は、ＵＥ６０に割り当てられたＰＲＡＣＨ用の利用可能な符号の一つでＰＲＡＣＨデータ８４を拡散し、拡散ずみのデータをそのＰＲＡＣＨの時間スロットと時間多重化する。拡散ずみのデータをスイッチ７８またはアイソレータ経由でアンテナ７６に送り、無線チャネル７４に送出する。基地局５８のアンテナ７２またはアンテナアレーでこの送信信号を受信する。受信信号をスイッチ７０またはアイソレータ経由でＰＲＡＣＨ受信機６８に送る。ＰＲＡＣＨ受信機６８は、ＰＲＡＣＨデータ８４の拡散に用いられた符号を用いて上記ＰＲＡＣＨデータを回復する。その回復したデータ８４を、上記ＰＲＡＣＨの関連づけられたＲＡＣＨトランスポートチャネル６４_１−６４_Ｎに送る。このＰＲＡＣＨデータ８４の再生に用いるＰＲＡＣＨ情報をネットワークコントローラ６２からＰＲＡＣＨ受信機６８に送る。

ＣＤＭＡなどによる第三世代広帯域移動無線通信方式の無線リンク費用効率の改善、システム容量の拡大に適用できる。

ＦＤＤ／ＣＤＭＡシステム用のアクセススロットおよびサブチャネルの図解。 ＦＤＤ／ＣＤＭＡシステムにおけるＰＲＡＣＨの構成の図解。 時分割複信（ＴＤＤ）／ＣＤＭＡシステムにおけるサブチャネルの図解。 ＴＤＤ／ＣＤＭＡシステムにおけるＰＲＡＣＨの構成の図解。 ＴＤＤ／ＣＤＭＡ ＰＲＡＣＨを用いたノードＢ／基地局およびユーザ装置の簡略化した構成図。

符号の説明

２０ アクセス フレーム
２２ 無線フレーム
２４ 時間スロット
２６ アクセススロット
２８ ランダムアクセス送信
３０，４６ ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）
３２，４８ 物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）
３４ プリアンブルスクランブル用符号
３６，５０ 利用可能なサブチャネル
３８ 利用可能なプリアンブルシグネチャ
４０，５４ アクセスサービスクラス（ＡＳＣ）
ＳＦＮ システムフレーム番号
４４ 無線フレーム
５２ 利用可能なチャネライゼーション符号
５６ 時間スロット
５８ ノードＢ／基地局
６０ ユーザ装置
６２ ネットワークコントローラ
６４ ＲＡＣＨトランスポートチャネル
６６ ＰＲＡＣＨ情報シグナリング装置
６８ 物理ランダムアクセス（ＰＲＡＣＨ）受信機
７０，７８ スイッチまたはアイソレータ
７２，７６ アンテナまたはアンテナアレー
７４ 無線チャネル
８０ 物理ランダムアクセス（ＰＲＡＣＨ）送信機
８２ 物理ランダムアクセス（ＰＲＡＣＨ）受信機
８４ ＰＲＡＣＨデータ
８６ ＰＲＡＣＨ情報

Claims (4)

1. 符号分割多元接続を用いた無線時分割複信通信システムの物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）を用いた通信のために構成されたユーザ装置であって、前記ＰＲＡＣＨが、
   前記ＰＲＡＣＨに独特に関連付けられた一連の無線フレームの時間スロットの時間スロット番号と、
   前記時間スロット番号及び一連の前記無線フレームの内の１つの無線フレームにより独特に関連付けられた各サブチャネルを含む少なくとも１つのサブチャネルとを含み、
   前記サブチャネルの数はＮであり、Ｎは１，２，４，および８を含むグループから選択された１つであって、前記各無線フレームはシステムフレーム番号（ＳＦＮ）を有し、前記サブチャネルｉの各々が、前記システムフレーム番号のモジュロＮ計数（ＳＦＮ ｍｏｄ Ｎ＝ｉ）によりその１つの無線フレームに割り当てられており、
   前記ＰＲＡＣＨ上で、通信信号を送信するよう構成された回路をさらに備えたことを特徴とするユーザ装置。
2. 各々が前記サブチャネルの１つのサブセットに関連付けられているアクセスサービスクラス（ＡＳＣ）情報を、基地局から受信するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１に記載のユーザ装置。
3. ＰＲＡＣＨ送信のために前記ＡＳＣ情報を用いるようにさらに構成されていることを特徴とする請求項２に記載のユーザ装置。
4. 前記ＡＳＣ情報が前記ＰＲＡＣＨ送信のためのチャネライゼーション符号を表すことを特徴とする請求項３に記載のユーザ装置。

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