JP5027299B2 - Ofdmaシステムの混合バースト割り当て方法及び装置 - Google Patents

Ofdmaシステムの混合バースト割り当て方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、OFDMA(orthogonal frequency-division multiple access)システムの混合バースト割り当て方法及び装置に係り、さらに詳細には、OFDMAシステムで、端末位置、チャンネル状態及び提供するサービスの特徴などを考慮し、これに適したバーストを適応的に割り当てることができる混合バースト割り当て方法及び装置と、これを支援するためのアップストリーム(upstream)マップ構成要素(US−MAP IE(information element))の構造に関する。
図1A及び図1Bは、既存OFDMAシステムで使われているバースト(burst)割り当て方法を図示した図面である。図1Aは、IEEE 802.16e WiMAX(worldwild interoperability for microwave access)標準のOFDMAシステムで使われているTDD(time division duplexing)フレーム構造を示したものであり、図1Bは、IEEE 802.16e WiMAX標準のOFDMAシステムでのバースト割り当て方法を示したものである。
図1AのTDDフレーム構造はダウンリンク・サブフレーム(downlink subframe)とアップリンク・サブフレーム(uplink subframe)とから構成され、横軸は、OFDMシンボル番号(OFDM symbol number)を示し、縦軸は、サブチャンネル番号(subchannel number)を示している。
図1A及び図1Bを参照すれば、ダウンリンクでは、開始地点と終了地点とによって定義される長方形状にバーストを割り当て、アップリンクでは、1つのサブチャンネルで、まず時間軸に進みつつ、スロット(サブチャンネルとOFDMAシンボルとで定義される最小割り当て単位)を割り当て、最後のシンボルまで割り当てれば、次のサブチャンネルの最初のシンボルから時間軸に進みつつ、スロットを続けて割り当てる方式でバーストを割り当てる。かような既存方法は、次のような問題点を有する。
1)ダウンリンク・バーストの開始地点と終了地点とを定義しなければならないために、各DL−MAP IE(downlink MAP information element)に伝送せねばならないオーバーヘッド・サイズが増大する。
2)アップリンク・サブフレームで、あらゆるバーストの開始地点が同一になれば、ダウンリンク・サブフレームの最後の部分に位置したバーストを受信した端末が、送信機と受信機との間の距離が遠いので、伝播遅延が大きい場合、既定のTTG(transmit-receive turnaround gap)時間で、受信モードから送信モードへの転換が十分ではなく、同じフレーム内のアップリンクにバーストを送信し難いことがある。
3)アップリンク・サブフレームで、バーストの終了地点が同一になれば、アップリンクで送信した信号に対して緊急な応答を必要とする端末の場合、基地局から次のフレームのダウンリンクにバーストを割り当てられ難いことがある。
本発明は、前記のような問題点を解決するためのものであり、OFDMAシステムで、端末位置、チャンネル状態及び提供するサービスの特徴などを考慮し、これに適したバーストを適応的に割り当てることができる混合バースト割り当て方法を提案し、これを支援するためのUS(upstream)−MAP IE構造を提案する。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって分かり、本発明の実施形態によって、さらに明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示した手段及びその組み合わせによって実現されうることを容易に理解できるであろう。
本発明は、OFDMAシステムで、端末位置、チャンネル状態及び提供するサービスの特徴などを考慮し、これに適したバーストを適応的に割り当て、US−MAP IE構造によって支援することを提供する。
本発明の無線通信システムで、基地局が一つ以上の端末にバーストを割り当てる方法は、ダウンストリーム・データ伝送のために、周波数軸に沿ってマッピングされるバーストを、各端末に順に割り当てる段階と、及びアップストリーム・データ伝送のために、時間軸に沿ってマッピングされるバーストを、各端末に順に割り当てる段階とを含むことができる。
前記方法は、アップストリーム・データ伝送のために、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域を、所定の周波数領域と時間領域とによって決定される多数の区間に分割する段階と、前記多数の分割区間のうち、端末属性に対応する分割区間を選択する段階と、前記選択された分割区間内で、時間軸に沿ってマッピングされるバーストを各端末に順に割り当てる段階とを含むことができる。
本発明の無線通信システムで、基地局から割り当てられた混合バーストを利用した端末のデータ送受信方法は、前記基地局から受信されたフレームから、周波数軸に沿ってマッピングされたダウンストリーム・データバースト割り当て情報と、時間軸に沿ってマッピングされたアップストリーム・データバースト割り当て情報とを検出する段階と、前記検出されたダウンストリーム・データバースト割り当て情報を基に割り当てられたダウンストリーム・データバーストを介して、データを受信する段階と、前記検出されたアップストリーム・データバースト割り当て情報を基に割り当てられたアップストリーム・データバーストを介して、データを伝送する段階とを含むことができる。
本発明の無線通信システムで、一つ以上の端末のための基地局の混合バースト割り当て装置は、ダウンストリーム・データ伝送のために、周波数軸に沿ってマッピングされるバーストと、アップストリーム・データ伝送のために、時間軸に沿ってマッピングされるバーストとを構成するバースト構成部と、前記構成されたバーストを順に各端末に割り当てるバースト割り当て部とを含むことができる。
前記装置は、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体シンボルを含む第1区間と、前記第1区間を除外した残りの領域を時間領域で、第2区間及び第3区間に分割する領域分割部と、電力に敏感な端末のために前記第1区間を選択し、伝播遅延に敏感な端末のために前記第3区間を選択し、前記基地局から迅速な応答が要求される端末のために前記第2区間を選択する区間選択部とをさらに含むことができる。
本発明の無線通信システムで、基地局から割り当てられた混合バーストを利用してデータを送受信する端末装置は、前記基地局から受信されたフレームから、周波数軸に沿ってマッピングされたダウンストリーム・データバースト割り当て情報と、時間軸に沿ってマッピングされたアップストリーム・データバースト割り当て情報とを検出するバースト割り当て情報検出部と、前記検出されたダウンストリーム・データバースト割り当て情報を基に割り当てられたダウンストリーム・データバーストを介して受信されたデータを処理する受信データ処理部と、前記検出されたアップストリーム・データバースト割り当て情報を基に割り当てられたアップストリーム・データバーストを介して伝送するデータを処理する送信データ処理部とを含むことができる。
本発明は、無線通信システムで、基地局が一つ以上の端末にバーストを割り当てる方法及び無線通信システムで基地局から割り当てられた混合バーストを利用し、端末がデータを送受信する方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な記録媒体を提供できる。
本発明は、アップストリーム・サブフレームとダウンストリーム・サブフレームとで固定されたサイズのスロットを割り当ててバーストを構成する。従って、バースト長を利用してバーストを割り当てるために、バースト割り当て情報ビットを減らすことができ、オーバーヘッド・サイズを減らすことができる。
本発明は、ダウンストリーム・サブフレームのバーストは、周波数軸にスロットを割り当てて構成し、アップストリーム・サブフレームのバーストは、時間軸にスロットを割り当てて構成する。従って、チャンネル環境または端末属性に適応的なバーストを割り当てることができる。
本発明は、セル境界に位置し、LOS(line of sight)が確保されていない電力限定(power-limited)端末のサブチャンネル当たりの送信電力を最大化するために、アップストリーム・サブフレームの全体時間領域のバーストを端末に割り当て、端末は、割り当てられたバーストにデータをマッピングし、最大受信SNR(signal to noise ratio)を得ることができる。
さらに、次のフレームのダウンストリーム・サブフレームによる迅速な応答が必要な端末に、アップストリーム・サブフレームで先んじた時間領域のバーストを割り当てることによって、MAC(media access control)に伝えられる復号遅延を最小化できる。
そして、セル境界に位置して直進経路が確保される端末に、アップストリーム・サブフレームで遅い時間領域のバーストを割り当てることによって、TTG(Tx to Rx transition gap)の時間のみで、受信モードから送信モードに転換するのに十分でない端末に、時間を確保することができる。
既存のOFDMAシステムで使われているバースト割り当て方法を図示した図面である。 既存のOFDMAシステムで使われているバースト割り当て方法を図示した図面である。 本発明の望ましい一実施形態によるMAC(media access control)フレームの横軸(時間領域)と縦軸(周波数領域)とから決定される二次元構造を図示する図面である。 復号遅延が大きいMACフレームの横軸(時間領域)と縦軸(周波数領域)とから決定される二次元構造を図示する図面である。 本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルと帯域AMC(adaptive modulation and coding)サブチャンネルとの領域で、混合バーストを割り当てる方法を図示した図面である。 本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルと帯域AMC(adaptive modulation and coding)サブチャンネルとの領域で、混合バーストを割り当てる方法を図示した図面である。 本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルと帯域AMC(adaptive modulation and coding)サブチャンネルとの領域で、混合バーストを割り当てる方法を図示した図面である。 本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルだけが存在する場合のバースト割り当て方式を伝達するUS−MAP IE構造である。 本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルとAMCサブチャンネルとが共存する場合のバースト割り当て方式を伝達するUS−MAP IE構造である。 本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルとAMCサブチャンネルとが共存する場合のバースト割り当て方式を伝達するUS−MAP IE構造である。 本発明の望ましい一実施形態による無線通信システムで、混合バーストを割り当てる方法について説明するフローチャートである。 本発明の望ましい一実施形態による無線通信システムで、端末が基地局からバーストを割り当てられる方法について説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態による無線通信システムで、混合バーストを割り当てる装置を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線通信システムで、混合バーストを割り当てられる端末を概略的に示すブロック図である。
以下、本発明の望ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図面中、同じ構成要素については、たとえ他の図面上に表示されているとしても、できる限り同じ参照番号及び符号で示していることに留意する必要がある。下記で、本発明について説明するにおいて、関連した公知機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を必要以上に不明確にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
また、ある部分がある構成要素を「含む」するとするとき、それは、特別に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
本発明について効果的に説明するために、以下、IEEE 802.22標準を例にとって説明する。
本発明は、バースト割り当て(burst allocation)(または、バーストマッピング)方法に関するものであり、DS(downstream)/US(upstream)MAP設計とも関連する。OFDMA(orthogonal frequency-division multiple access)システムで、基地局と端末とのの通信のために、フレーム内にバースト(資源(resource))を割り当てるバースト割り当て方法は、次のような事項を考慮して設計せねばならない。
1)オーバーヘッド(802.16e OFDMA標準のDL(downlink)/UL(uplink)MAP IE(information element)に該当)のサイズ
2)高速で移動する端末で発生する時変(time-varying)チャンネルによる時間ダイバーシティ(diversity)利得
3)MAC(media access control)に伝えられる復号遅延(latency)
4)安定したチャンネル推定性能
5)端末の位置、チャンネル状態及びサービス特徴に適した適応的バースト割り当て
IEEE 802.16e WiMAX(microwave access)標準のOFDMAシステムの場合、高速移動端末の時変チャンネルによる時間ダイバーシティ利得や復号遅延の最小化などを同時に満足するために、ダウンリンクの場合、開始地点と終了地点とを定義し、長方形状にバーストを割り当てるようにし、オーバーヘッド負担が増加する結果をもたらしてきた。
IEEE 802.22 WRAN(wireless regional area network)システムのようや固定無線通信の場合、時間ダイバーシティ利得を考慮する必要がなく、セル半径が非常に大きく(普通30Km、最大100Km)、多重経路による周波数選択性フェージング(fading)を効果的に補償できるバースト割り当てがなされなければならない。
従って、前述のさまざまな事項を考慮するとき、IEEE 802.16e WiMAX OFDMAシステムのバースト割り当て方法を、IEEE 802.22 WRANシステムにそのまま適用することは望ましくない。
図2は、本発明の望ましい一実施形態によるMACフレームの横軸(時間領域)と縦軸(周波数領域)とから決定される二次元構造を図示し、アップストリーム/ダウンストリーム伝送モードは、TDD(time division duplexing)方式で定義される。
図2を参照すれば、1つのフレーム200は、ダウンストリーム・サブフレーム(DSサブフレーム)210とアップストリーム・サブフレーム(USサブフレーム)250とを含み、整数倍の固定されたサイズのOFDMAスロットから構成される。本発明で、1つのOFDMAスロットは、1つのOFDMAシンボルと1つのサブチャンネル(すなわち、1 OFDMAスロット=1シンボルx1サブチャンネル)とから定義される。
ダウンストリーム・サブフレーム210は、フレームフリアンブル(frame preamble)、FCH(frame control header)、DS−MAP(downstream MAP)、US−MAP(upstream MAP)、DCD(downstream channel descript)、UCD(upstream channel descript)のMAC情報領域と、データバースト領域とから構成される。アップストリーム・サブフレーム250は、競合(contention)接続のためのranging/BW request/UCS notification領域、隣接WRANネットワークとの共存のためのself-coexistence window領域及びデータバースト領域から構成される。
DS−MAPとUS−MAPは、アップストリーム・サブフレームとダウンストリーム・サブフレームとに割り当てられるバーストの位置と用途とを定義する。本発明は、アップストリーム/ダウンストリーム・サブフレームで、各バーストを固定されたサイズのスロットにマッピングして構成し、スロットの個数、すなわちスロット長さを利用し、DS−MAPとUS−MAPとにバースト情報を定義する線形割り当て方式(linear allocation)を適用することによって、バースト割り当てに必要なオーバーヘッド・サイズを最小とした。特に、DS−MAPとUS−MAPは、各端末に割り当てられるバースト割り当て方法及びサブチャンネルタイプについての情報を含む。
本発明では、ダウンストリーム・サブフレームは、チャンネル環境を考慮して1つのOFDMAシンボルの副搬送波に沿って、すなわち周波数軸に順次にスロットにマッピングしてデータバーストを構成し、アップストリーム・サブフレームは、端末(CPE:customer premises equipment)の地理的位置やバースト伝送電力などを考慮し、時間軸に順次にスロットにマッピングしてデータバーストを構成する。また、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域で、前記の部分に割り当てられるバーストは、全体シンボルにわたって時間軸に順次にスロットにマッピングされる構造であり、以下の部分に割り当てられるバーストは、チャンネル推定が可能な7個のOFDMAシンボル単位で、時間軸に順次にスロットにマッピングされる構造を有する。
端末が最大EIRP(effective isotropic radiated power)で伝送されねばならない場合、時間領域のOFDMAシンボルを多用し、周波数領域のサブチャンネルを少なく使用すれば、サブチャンネル当たり電力が最大化されうるために端末のカバレッジ(coverage)がさらに大きくなりうる。よって、本発明は、遅延敏感型(latency-sensitive)端末の場合は、アップストリーム・サブフレームで、最小7個のOFDMAシンボル幅のバーストを割り当て、電力敏感型(power-sensitive)端末の場合は、アップストリーム・サブフレーム全体幅のバーストを割り当てる。
ダウンストリーム・サブフレームの場合、固定通信システムでは、時間ダイバーシティ利得がないので、周波数軸にまずバーストを割り当て、MACに伝えられる復号遅延を最小化した。図3は、復号遅延が大きい例を示したものであり、バースト(burst)2のサイズは小さいが、これを復号するために、最初のシンボルから最後のシンボルまで待たなければならないので、復号遅延が大きく増加する結果をもたらす。
アップストリーム・サブフレームの場合、端末から伝送したパイロットだけを利用してチャンネル推定をせねばならない短所を克服するために、チャンネル推定性能を極大化できるようにバーストを割り当てた。例えば、IEEE 802.22 WRANシステムの場合、最適のチャンネル推定性能のために、7個のOFDMAシンボルが必要であるので、あらゆるバーストを最小7個のシンボルで構成する。
チャンネル推定のための条件を満足するために、データバースト領域を、アップストリーム・サブフレームの全体シンボルを含む第1区間(zone)と、第1区間を割り当てて残った領域が7シンボル単位に分割された多数のセグメントとに区分する。各区間及びセグメント内のスロットに、バーストがマッピングされる。セグメント構成時に、最後のセグメントが7つ未満のシンボルを含む場合、その最後のセグメントを以前セグメントに含める。すなわち、self-coexistence windowの前後バッファ(buffer)を除外したアップストリーム・サブフレームのデータバースト領域に含まれた全体OFDMAシンボル数がXであるとするとき、Xは、次の通り分割されうる。
X=7*Y+Z=7*(Y−1)+(7+Z),Z<7
従って、X個のシンボルは、7シンボル単位で構成されるY−1個のセグメントと、7+Zシンボル単位で構成される1個のセグメントとに分割され、7+Zシンボルで構成されるセグメントは、常にアップストリーム・サブフレームの最後(self-coexistence windowの直前)に位置する。
すなわち、各セグメントのシンボル個数は、チャンネル推定に必要な最小シンボル個数以上であり、特に最後のセグメントのシンボル個数は、チャンネル推定に必要な最小シンボル個数から最小シンボル個数の2倍未満の範囲になる。
例えば、アップストリーム・サブフレーム内のデータバースト領域の全体OFDMAシンボル数が16であり、チャンネル推定に必要な最小シンボル数が7であるならば、時間方向に7個のOFDMAシンボル幅を有するセグメント1個と、9個のOFDMAシンボル幅を有するセグメント1個とに分割される。
前記例で説明の便宜のために、最小チャンネル推定シンボル個数(例、7個シンボル)を考慮し、7〜13個のシンボルが集まった単位をセグメントといい、各セグメントを区間に割り当てるにおいて、各区間が一つ以上のセグメントを含むと説明したが、前記用語に制限されずに、本発明の概念が含まれた他の用語が使われうることを、本発明の分野で当業者ならば、十分に予測できるであろう。以下、前記用語に基づいて、実施形態について説明する。
図2の例では、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域を3個の区間(zone)に区分している。すなわち、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体シンボルを含む上部領域を第1区間ZONE 1とし、前記第1区間を除外した残りの領域を時間領域で2つのセグメントに分割し、それぞれ第2区間ZONE 2及び第3区間ZONE 3に割り当てた。
以下、図2を例として、本発明のバーストマッピング方法によってデータをマッピングする方法についてさらに詳細に説明する。
ダウンストリームの場合、MACデータ要素は、まず垂直にサブチャンネルに順にマッピングされ、次に時間方向に水平に進んだ後、さらにサブチャンネルに順にマッピングされる。FCHと最初にブロードキャストされるバーストとに入力されるデータは、2番目のOFDMAシンボルからサブチャンネル番号が増加する順序でマッピングされる。このようなマッピングは、2番目のOFDMAシンボル内のあらゆるサブチャンネルが占有されるまで続く。2番目のOFDMAシンボル内のサブチャンネルがいずれも占有されれば、同様に3番目のOFDMAシンボル内で、サブチャンネル番号が増加する順序でデータがマッピングされる。
アップストリームの場合、MACデータ要素は、ダウンストリームの場合と異なる順序で、アップストリーム・サブフレームにマッピングされる。MACデータ要素は、まず同じサブチャンネルでOFDMAシンボルに順にマッピングされる。いったんサブチャンネルの最大収容量(maximum capacity)までデータが充填されれば、サブチャンネル番号が増加する方向の次のサブチャンネルにマッピングされる。このようなマッピングは、バーストに割り当てられたあらゆるサブチャンネルとシンボルとが充填されるまで続く。MACデータ要素の量がバーストを満たすほどに十分ではなければ、パッディング(padding)が最後に挿入されうる。また、MACデータ要素の水平方向マッピングは、7個のOFDMシンボル単位で行われうる。すなわち、MACデータは、7個のOFDMAシンボルを含む1つの垂直列(column)の同じサブチャンネルで、OFDMAシンボルに順にマッピングされ、あらゆるサブチャンネルが充填されれば、次の垂直列の最初のサブチャンネルで、OFDMAシンボルに順にマッピングされる。最後の垂直列の幅は、アップストリーム・サブフレームの全体シンボル数によって、7ないし13個間のシンボルになりうる。あらゆるMACデータ要素がアップストリーム・サブフレームにいずれも充填されれば、最後のOFDMAシンボルのバランスが0でパッディングされる。US−MAPは、US−MAP要素のアップストリーム・サブフレームでの絶対的な位置ではないUS−MAP要素の長さを示す。ここで、垂直列は、前述のセグメントに対応する。
Ranging/BW request/UCS notification領域は、長方形バースト割り当て方式によって、バーストが割り当てられうる。
以下、本発明の一実施形態による端末の位置、チャンネル状態及びサービス特徴に適するように、適応的にバーストを割り当てる混合バースト割り当て方法について具体的に説明する。混合バースト割り当て方法は、図2の下端に図示されているように、アップストリーム・サブフレームを3個の区間ZONE 1,ZONE 2,ZONE3に分け、端末属性を考慮し、端末に割り当てるバーストを3個の区間のうちから選択する。端末属性は、端末の位置、チャンネル状態及びサービス特徴のうち、少なくとも一つによって決定される。
1)セル境界に位置し、直進経路(line-of-sight)が確保されていない端末:ZONE 1のバーストを割り当て、電力限定(power-limited)システムで不足した送信電力を極大化する。
2)次のフレームのダウンストリーム・サブフレームで迅速な応答が必要な端末:ZONE 2のバーストを割り当て、MACに伝えられる復号遅延を最小化する。
3)セル境界に位置して直進経路が確保されるが、TTG(Tx to Rx transition gap)だけで、受信モードから送信モードに転換するのに時間が十分ではない端末:ZONE 3のバーストを割り当て、スケジューリング(scheduling)を介した時間を確保する。
図2の実施形態は、ZONE 1を除外した区間が、ZONE 2及びZONE 3に割り当てられた2つのセグメントに分割された例について説明したが、システム環境及び設計方法によって、ZONE 1を除外した領域を二つ以上のセグメントに分割し、2以上のZONEを割り当てることによって、さらに細分化された端末属性を考慮することができるのである。また、ZONE 2及びZONE 3がそれぞれ1つのセグメントであるものを例に説明したが、ZONE 2及びZONE 3それぞれが、一つ以上のセグメントを含むことができるのである。この場合、ZONE 2及びZONE 3それぞれのセグメントにバーストがマッピングされる方法は、前述の方法が同一に適用されうるのである。
図4Aは、本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルと帯域AMC(adaptive modulation and coding)サブチャンネルとの領域をそれぞれ示したものである。図4Bは、ダイバーシティ・サブチャンネルとAMCサブチャンネルとが共存し、アップストリーム・サブフレームが14個以上のOFDMシンボルを含む場合、混合バーストを割り当てる方法を示したものである。図4Cは、ダイバーシティ・サブチャンネルとAMCサブチャンネルとが共存し、アップストリーム・サブフレームが7個ないし13個間のOFDMAシンボルを含む場合、混合バーストを割り当てる方法を示したものである。AMCサブチャンネルが存在する場合にも、本発明の混合バースト割り当ては、同一に適用されうる。
図4Aを参照すれば、AMCサブチャンネル区間とダイバーシティ・サブチャンネル区間は、長方形状に周波数領域で分割されうる。DS/US−MAPを利用してAMCサブチャンネル区間を割り当て、AMCサブチャンネル区間を除外した残りの区間を、ダイバーシティ・サブチャンネル区間に割り当てる。AMCサブチャンネル区間は、FCH、DS/US−MAP及びDCD/UCDを含むヘッダが割り当てられたOFDMAシンボルの次のOFDMAシンボルから始まる。これは端末に、DS−MAPからAMCサブチャンネルの範囲(range)を把握させるためである。ヘッダフィールドを伝送して残った同一OFDMAシンボル内の残りのサブチャンネルは、データ伝送のためのダイバーシティ・サブチャンネルに割り当てられる。
ダウンストリーム・サブフレームのデータバースト領域は、データ伝送のためのダイバーシティ・サブチャンネル区間(diversity subchannel zone for data transmission)401及びデータ伝送のためのAMCサブチャンネル区間(AMC subchannel zone for data transmission)402に分割されうる。アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域は、アップストリーム・サブフレームの全体幅を利用してデータを伝送するダイバーシティ・サブチャンネル区間(diversity subchannel zone for data transmission using the entire width of the US subframe)403、アップストリーム・サブフレームのセグメントを利用してデータを伝送するダイバーシティ・サブチャンネル区間(diversity subchannel zone for data transmission using segments of the US subframe)404及びデータ伝送のためのAMCサブチャンネル区間(AMC subchannel zone for data transmission)405に分割されうる。
図4Bを参照すれば、ダウンストリーム・サブフレームでは、AMCサブチャンネル及びダイバーシティ・サブチャンネルは、垂直方向に周波数軸に沿ってまずマッピングされつつバーストが割り当てられる。アップストリーム・サブフレームでは、ダイバーシティ・サブチャンネルの場合、水平方向に時間軸に沿ってまずマッピングされつつバーストが割り当てられ、AMCサブチャンネルの場合、垂直方向に周波数軸に沿ってまずマッピングされつつバーストが割り当てられる。アップストリーム・サブフレームは、端末属性を考慮し、全体OFDMAシンボルが含まれる上部領域と、全体OFDMシンボルを分割して一つ以上のセグメント(segment)から構成された下部領域とに区分されうる。
図4Cを参照すれば、ダウンストリーム・サブフレームとアップストリーム・サブフレームとのバースト構成方式は、図4Bと同一である。ただし、アップストリーム・サブフレームのOFDMAシンボル数が14個未満であるから、2以上のセグメントに分割せずに、各バーストは、あらゆるOFDMシンボルを含むことになる。
図5Aは、本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルだけ存在する場合のバースト割り当て方式を伝達するUS−MAP IE構造である。図5B及び図5Cは、本発明の一実施形態によるダイバーシティ・サブチャンネルとAMCサブチャンネルとが共存する場合のバースト割り当て方式を伝達するUS−MAP IE構造である。
混合バースト割り当て方法を支援するために、アップストリーム・サブフレームのバースト割り当て方式を、US−MAP(Up Stream Map)に伝送せねばならない。US−MAP IEは、アップストリーム帯域幅割り当てを定義するために使われる。US−MAP IEは、US−MAPメッセージの開始時間フィールド割り当てによって規定された最初の未割り当てシンボル(non-allocated symbol)上で、最下番号が付与されたサブチャンネル(lowest numbered subchannel)から始まる。各IEは、当該端末のために割り当てられたバースト位置情報を、OFDMAスロットの個数(長さ)で表現する。各バーストは、以前バーストに続いてすぐに始まり、時間領域に進む。アップストリーム・サブフレームの最後のシンボルに達すれば、バーストマッピングは、前記最初のシンボルの次のサブチャンネルから続く。アップストリーム・サブフレームは、チャンネル推定のための最小個数のシンボルを含む列、すなわちセグメントで定義されもする。
US−MAPに各バーストの割り当て方式を伝送する方法は、US−MAP IE(US−MAP information element)が始まる前に、ベクトル形態で伝達することも可能であり、各バーストに対応するUS−MAP IEを利用して伝達することもできる。
図5Aは、ダイバーシティ・サブチャンネルだけ存在する場合、1ビット長のメッセージであるBurst_Typeを利用する例示である。図5Aを参照すれば、Burst_Typeメッセージの1ビットは、当該US−MAP IEに定義されるバーストのタイプを特定する。周波数軸に増加する前に、アップストリーム・サブフレームの全体幅に対して、時間軸にバーストがマッピングされる場合、「0」で表現できる。周波数軸に増加する前に、7個のシンボルのセグメントで時間軸にバーストがマッピングされ、最後のサブチャンネルまでマッピングされた後、次の7個シンボルのセグメントで、最も低い未使用のサブチャンネルから周波数軸に増加する前に、時間軸にバーストがマッピングされる場合、「1」で表現できる。最後のセグメントは、アップストリーム・サブフレームの幅によって、7個ないし13個のシンボルによって決まった幅を有する。前記実施形態は、セグメントを区分せずに、各セグメント内でバーストを割り当てる方法であるために、同じBurst_Typeとして取扱った場合である。もし2以上のセグメントを区分しようとする場合には、ビット数を可変してバーストタイプを表現できるのである。
例えば、図2のZONE 2とZONE 3は、いずれも7個ないし13個シンボルのセグメント内で、バーストが割り当てられるので、ZONE 2とZONE 3とを同じBurst_Typeとして取扱って1ビットで表現できる。または、ZONE 2とZONE 3とを区別し、ZONE 2またはZONE 3にバーストを割り当てようとする場合には、2ビット長のメッセージであるBurst_Typeを表現できであろう。
図5Bは、ダイバーシティ・サブチャンネルとAMCサブチャンネルとが共存する場合、2ビット長のメッセージであるSubchannel_Typeを利用する例示である。図5Bを参照すれば、Subchannel_Typeの2ビットは、当該US−MAP IEに定義されるバーストのタイプ及びバーストが割り当てられるサブチャンネルのタイプを特定する。周波数軸に増加する前に、アップストリーム・サブフレームの全体幅に対して時間軸にバーストがマッピングされ、ダイバーシティ・サブチャンネル区間に割り当てられる場合、「00」で表現できる。周波数軸に増加する前に、7個のシンボルのセグメントで時間軸にバーストがマッピングされ、最後のサブチャンネルまでマッピングされた後、次の7個ないし13個シンボルのセグメントで最も低い未使用のサブチャンネルから周波数軸に増加する前に、時間軸にバーストがマッピングされ、ダイバーシティ・サブチャンネル区間に割り当てられる場合、「01」で表現できる。ここで、最後のセグメントの幅は、アップストリーム・サブフレームの幅によって、7個ないし13個のシンボルによって決まる。周波数軸に増加する前に、アップストリーム・サブフレームの全体幅に対して、時間軸にバーストがマッピングされ、AMCサブチャンネル区間に割り当てられる場合、「10」で表現できる。「11」は、予約ビットである。前記実施形態は、セグメントを区分せずに、各セグメント内でバーストを割り当てる方法であるために、同じBurst_Typeとして取扱った場合である。もし2以上のセグメントを区分しようとする場合には、予約ビットをさらに利用したりビット数を可変し、バーストタイプを表現できるのである。
例えば、図2のZONE 2とZONE 3は、いずれも7個ないし13個シンボルのセグメント内でバーストが割り当てられるので、ZONE 2とZONE 3とを同じBurst_Typeとして取扱い、図5Bに図示されているように、2ビットで表現できる。または、図5Cに図示されているように、ZONE 2とZONE 3とを区別し、ZONE 2またはZONE 3にバーストを割り当てようとする場合には、予約ビットを追加し、Burst_Typeを表現できるのである。
図2及び図5Cを参照すれば、周波数軸に増加する前に、アップストリーム・サブフレームの全体幅に対して時間軸にバーストがマッピングされ、ダイバーシティ・サブチャンネルZONE 1に割り当てられる場合、「00」で表現できる。周波数軸に増加する前に、7個のシンボルのセグメントで時間軸にバーストがマッピングされ、最後のサブチャンネルまでマッピングされた後、次の7個シンボルのセグメントで最も低い未使用のサブチャンネルから周波数軸に増加する前に、時間軸にバーストがマッピングされ、ダイバーシティ・サブチャンネルZONE 2に割り当てられる場合、「01」で表現できる。周波数軸に増加する前に、7個ないし13個のシンボルのセグメントで時間軸にバーストがマッピングされ、最後のサブチャンネルまでマッピングされた後、次の7個ないし13個シンボルのセグメントで最も低い未使用のサブチャンネルから周波数軸に増加する前に、時間軸にバーストがマッピングされ、ダイバーシティ・サブチャンネルZONE 3に割り当てられる場合、「10」で表現できる。周波数軸に増加する前に、アップストリーム・サブフレームの全体幅に対して時間軸にバーストがマッピングされ、AMCサブチャンネル区間に割り当てられる場合、「11」で表現できる。
図6は、本発明の望ましい一実施形態による無線通信システムで、混合バーストを割り当てる方法について説明するフローチャートである。図7は、本発明の望ましい一実施形態による無線通信システムで、端末が基地局からバーストを割り当てられる方法について説明するフローチャートである。前述の内容と重複する内容の詳細な説明は、省略する。
図6を参照すれば、ダウンストリーム・データ伝送のために、周波数軸に沿ってマッピングされるバーストを各端末に順に割り当て、アップストリーム・データ伝送のために、時間軸に沿ってマッピングされるバーストを各端末に順に割り当てる。
ダウンストリーム・サブフレーム及びアップストリーム・サブフレームのデータ伝送のためのデータバースト領域を、帯域サブチャンネル領域とダイバーシティ・サブチャンネル領域とに分割する(S610)。サブチャンネルタイプによる分割は、選択的である。
ダウンストリーム・サブフレームの場合(S620)、ダイバーシティ・サブチャンネル及び帯域サブチャンネルのいずれも、周波数軸に所定サイズのスロットにマッピングされるバーストを構成し(S630)、各端末にバーストを順次に割り当てる(S680)。
アップストリーム・サブフレームの場合(S620)、サブチャンネルタイプを判断する(S640)。
ダイバーシティ・サブチャンネルの場合、端末の属性を考慮してバーストを割り当てるために、データバースト領域を、アップストリーム・サブフレームのシンボル数に依存する多数の区間に分割する(S650)。端末の属性によって、該当する分割区間を選択する(S660)。選択された分割区間で、時間軸に所定サイズのスロットにマッピングされるバーストを構成し(S670)、各端末にバーストを順次に割り当てる(S680)。アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体シンボルを含む区間では、データバースト領域の全体時間軸に沿ってマッピングされるバーストを、各端末に順に割り当てる。前記全体シンボル区間の残りの領域を、時間領域で一つ以上のセグメントに分割し、各セグメントがチャンネル推定に必要な最小個数のシンボルを含む場合には、セグメント内で時間軸に沿ってマッピングされるバーストを順に各端末に割り当てる。例えば、図2のZONE 1のバーストは、電力に敏感な端末に割り当てられ、ZONE 3バーストは、伝播遅延に敏感な端末に割り当てられ、ZONE 2のバーストは、基地局から迅速な応答が要求される端末に割り当てられる。当該区間情報、バースト割り当て方法及びサブチャンネルタイプについての情報は、マップメッセージを介して端末に伝達されうる。
帯域サブチャンネルの場合、周波数軸に所定サイズのスロットにマッピングされるバーストを構成し(S630)、各端末にバーストを順次に割り当てる(S680)。
図7を参照すれば、端末は、基地局からバースト割り当て情報が含まれたOFDM信号のフレームを受信する(S710)。
端末は、受信された信号のフレームからダウンストリーム・サブフレーム及びアップストリーム・サブフレームのバースト割り当て情報を検出する(S730)。前記バースト割り当て情報は、ダイバーシティ・サブチャンネル領域と帯域サブチャンネル領域との情報、周波数軸に沿ってマッピングされたバーストと、時間軸に沿ってマッピングされたバーストとの割り当て情報などを含む。
端末は、アップストリーム・サブフレームバースト割り当て情報から、バーストのサブチャンネルタイプ及びバースト割り当て方法によってバースト位置を確認し、確認されたバーストの位置を基に割り当てられたバーストを利用してデータを処理し、基地局に送信する(S750)。
端末は、ダウンストリーム・サブフレームのバースト割り当て情報から確認されたバーストの位置を基に割り当てられたバーストを介して、受信された信号のデータを処理する(S770)。
図8は、本発明の一実施形態による無線通信システムで、混合バーストを割り当てる装置を概略的に示すブロック図である。前述の内容と重複する内容の詳細な説明は省略する。
図8を参照すれば、基地局の混合バースト割り当て装置は、領域分割部810、区間選択部830、バースト構成部850及びバースト割り当て部870を含む。
領域分割部810は、フレームを構成するアップストリーム・サブフレーム及びダウンストリーム・サブフレームのデータバースト領域を、帯域サブチャンネル領域とダイバーシティ・サブチャンネル領域とに分割する。また領域分割部810は、アップストリーム・サブフレームのダイバーシティ・サブチャンネル領域のデータバースト領域で、アップストリーム・サブフレームの全体シンボルを含む区間を割り当て、残りの領域を時間領域で、一つ以上のセグメントに分割する。各セグメントは、チャンネル推定のための最小個数のシンボルを含む。アップストリーム・サブフレームのダイバーシティ・サブチャンネル領域の分割は、端末属性を考慮し、図2の下端に図示されているように、2個のセグメント分割によって3個のZONEに区分し、当該端末に適用される区間のバーストを選択して割り当てることができる。
区間選択部830は、分割区間のうち、端末のチャンネル環境、端末属性を基に、当該区間を選択する。区間選択部830は、ダイバーシティ・サブチャンネル領域または帯域サブチャンネル領域を選択し、アップストリーム・サブフレームの場合、ダイバーシティ・サブチャンネル領域で分割された区間のうち、一つを選択する。
バースト構成部850は、第1バースト構成部851及び第2バースト構成部855を含む。第1バースト構成部851は、アップストリーム・サブフレームの選択された分割区間で、端末属性を基に時間軸にスロットにマッピングされるバーストを構成する。第2バースト構成部855は、ダウンストリーム・サブフレームのデータバースト領域で、チャンネル環境を基に周波数軸にスロットにマッピングされるバーストを構成する。
バースト割り当て部870は、構成されたバーストを端末に割り当てる。バースト割り当て部870は、バースト割り当て情報(バースト割り当て方法、サブチャンネルタイプなど)をDS−MAP IE及びUS−MAP IEに所定ビットで表現し、バーストを端末に割り当てる。
基地局は、バースト割り当て情報と送信データとがOFDM処理されて生成されたフレームを端末に伝送する。
図9は、本発明の一実施形態による無線通信システムで、混合バーストを割り当てられる端末を、概略的に示すブロック図である。前述の内容と重複される内容の詳細な説明は、省略する。
図9を参照すれば、端末900は、受信部910、バースト割り当て情報検出部920、受信データ処理部930、送信データ処理部940及び送信部950を含む。
受信部910は、基地局からフレーム構造のOFDM信号を受信する。
バースト割り当て情報検出部920は、受信された信号のフレームからダウンストリーム及びアップストリームのバースト割り当て情報を検出する。バースト割り当て情報検出部920は、US−MAP IEからバーストのサブチャンネルタイプ及びバースト割り当て方法が含まれたアップストリームバースト情報を検出し、DS−MAP IEからダウンストリームバースト情報を検出する。
受信データ処理部930は、検出されたバースト情報を基にダウンストリームのために割り当てられたバーストを介して、受信した信号のデータを処理し、データを復号化する。
送信データ処理部940は、検出されたバースト情報を基にアップストリームのために割り当てられたバースト位置を確認し、割り当てられたバーストを利用して送信データを処理及び暗号化する。
送信部950は、暗号化された送信信号のフレームを基地局に伝送する。
以上、IEEE 802.22系の標準による無線通信システムを利用して説明した。しかし、本発明の基本目的である資源の割り当ては、類似の技術的背景及びチャンネル形態を有するその他の無線通信システムにも、本発明の範囲を大きく外れない範囲で若干の変形で適用可能であり、それは、本発明の分野で当業者の判断で可能であろう。
本発明はまた、コンピュータで読取り可能な記録媒体に、コンピュータで読取り可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータで読取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読取り可能なデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータで読取り可能な記録媒体の例としては、ROM(read-only memory)、RAM(random-access memory)、CD−ROM、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ保存装置などがあり、またキャリアウェーブ(例えば、インターネットを介した伝送)の形態で具現されるものも含む。また、コンピュータで読取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式でコンピュータで読取り可能なコードが保存されて実行されうる。そして、本発明を具現するための機能的な(functional)プログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーによって容易に推論されうる。
以上、本発明について望ましい実施形態を中心に説明した。ここで、特定の用語が使われたが、それらは単に本発明について説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。
従って、本発明が属する技術分野で当業者は、本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態で具現できることを理解することができるであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は、本発明に含まれるものであると解釈されねばならない。

Claims (21)

  1. 無線通信システムで、基地局が一つ以上の端末に混合バーストを割り当てる方法において、
    (b)アップストリーム・データ伝送のために、時間軸に沿ってマッピングされるバーストを各端末に順に割り当てる段階を含み、
    前記(b)段階は、
    (b1)アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域を、所定の周波数領域と時間領域とによって決定される多数の区間に分割する段階と、
    (b2)前記多数の分割区間のうち、端末属性に対応する分割区間を選択する段階と、
    (b3)前記選択された分割区間内で、時間軸に沿ってマッピングされるバーストを各端末に順に割り当てる段階を含むことを特徴とする混合バースト割り当て方法。
  2. 前記(b)段階は、
    アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体時間軸に沿ってマッピングされるバーストを、各端末に順に割り当てる段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の混合バースト割り当て方法。
  3. 前記(b)段階は、
    アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域を、時間領域で一つ以上のセグメントに分割し、セグメント内で時間軸に沿ってマッピングされるバーストを順に各端末に割り当てる段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の混合バースト割り当て方法。
  4. 前記(b)段階は、
    当該セグメント内にバーストマッピングのための資源が不足すれば、次のセグメント内の資源を利用してバーストを構成する段階を含むことを特徴とする請求項3に記載の混合バースト割り当て方法。
  5. 前記各セグメントのシンボル個数は、チャンネル推定に必要な最小シンボル個数以上であり、最後のセグメントのシンボル個数は、チャンネル推定に必要な最小シンボル個数から前記最小シンボル個数の2倍未満の範囲内であることを特徴とする請求項3に記載の混合バースト割り当て方法。
  6. 前記端末属性は、端末の位置、チャンネル状態及び提供を受けるサービスの特徴のうち、少なくとも一つによって決定されることを特徴とする請求項に記載の混合バースト割り当て方法。
  7. 前記(b1)段階は、
    前記アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体シンボルを含む第1区間と、前記第1区間を除外した残りの領域を時間領域で、第2区間及び第3区間とに分割する段階を含むことを特徴とする請求項に記載の混合バースト割り当て方法。
  8. 前記(b2)段階は、
    受信電力が不十分な電力に敏感な端末の送信電力を最大に作るために、前記第1区間を選択する段階を含むことを特徴とする請求項に記載の混合バースト割り当て方法。
  9. 前記(b2)段階は、
    前記基地局から迅速な応答が要求される端末のために、前記第2区間を選択する段階を含むことを特徴とする請求項に記載の混合バースト割り当て方法。
  10. 前記(b2)段階は、
    TTG(Tx to Rx Transition Gap)だけで受信モードから送信モードに転換するのに不十分な端末に十分な時間を提供するために、前記第3区間を選択する段階を含むことを特徴とする請求項に記載の混合バースト割り当て方法。
  11. 前記各区間のシンボル個数は、チャンネル推定に必要な最小シンボル個数以上であることを特徴とする請求項に記載の混合バースト割り当て方法。
  12. 前記バーストは、1つのサブチャンネルによって1つのシンボルとして定義されるそれぞれの固定されたサイズのスロットにマッピングされ、前記スロットの長さを利用して割り当てられることを特徴とする請求項1に記載の混合バースト割り当て方法。
  13. 前記端末の属性に対応する各区間情報を含むマップメッセージを端末に伝達することを特徴とする請求項に記載の混合バースト割り当て方法。
  14. 無線通信システムで、基地局から割り当てられた混合バーストを利用した端末のデータ送受信方法において、
    前記基地局から受信されたフレームから、アップストリーム・データバースト割り当て情報を検出する段階と、
    前記検出されたアップストリーム・データバースト割り当て情報を基に割り当てられたアップストリーム・データバーストを介して、データを伝送する段階とを含み、
    前記バースト割り当て情報は、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体シンボルを含む第1区間と、前記第1区間を除外した残りの領域を、時間領域で分割した第2区間及び第3区間とのうち、選択された区間の情報を含むことを特徴とする混合バーストを利用した端末のデータ送受信方法。
  15. 前記バーストは、1つのサブチャンネルによって1つのシンボルとして定義されたそれぞれの固定されたサイズのスロットにマッピングされ、前記スロットの長さを利用して割り当てられることを特徴とする請求項14に記載の混合バーストを利用した端末のデータ送受信方法。
  16. 前記バースト割り当て情報は、端末の属性に対応する各区間情報を含むことを特徴とする請求項14に記載の混合バーストを利用した端末のデータ送受信方法。
  17. 無線通信システムで、一つ以上の端末のための基地局の混合バースト割り当て装置において、
    アップストリーム・データ伝送のために、時間軸に沿ってマッピングされるバーストを構成するバースト構成部と、
    前記構成されたバーストを順に各端末に割り当てるバースト割り当て部とを含み、
    前記バースト割り当て部は、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域を、所定の周波数領域と時間領域とによって決定される多数の区間に分割し、前記多数の分割区間のうち、端末属性に対応する分割区間を選択し、前記選択された分割区間内で、時間軸に沿ってマッピングされるバーストを各端末に順に割り当てることを特徴とする混合バースト割り当て装置。
  18. アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域を、時間領域で一つ以上のセグメントに分割する領域分割部をさらに含み、
    前記バースト構成部は、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体時間軸に沿ってマッピングされるバーストを構成したり、または前記セグメント内で時間軸に沿ってマッピングされるバーストを構成することを特徴とする請求項17に記載の混合バースト割り当て装置。
  19. アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体シンボルを含む第1区間と、前記第1区間を除外した残りの領域を時間領域で、第2区間及び第3区間とに分割する領域分割部と、
    受信電力が不十分な電力に敏感な端末の送信電力を最大に作るために、前記第1区間を選択し、前記基地局から迅速な応答が要求される端末のために、前記第2区間を選択し、TTG(Tx to Rx Transition Gap)だけで受信モードから送信モードに転換するのに不十分な端末に十分な時間を提供するために、前記第3区間を選択する区間選択部とをさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の混合バースト割り当て装置。
  20. 無線通信システムで、基地局から割り当てられた混合バーストを利用してデータを送受信する端末装置において、
    前記基地局から受信されたフレームから、アップストリーム・データバースト割り当て情報を検出するバースト割り当て情報検出部と、
    前記検出されたアップストリーム・データバースト割り当て情報を基に割り当てられたアップストリーム・データバーストを介して、伝送するデータを処理する送信データ処理部とを含み、
    前記バースト割り当て情報は、アップストリーム・サブフレームのデータバースト領域の全体シンボルを含む第1区間と、前記第1区間を除外した残りの領域を、時間領域で分割した第2区間及び第3区間とのうち、選択された区間の情報を含むことを特徴とする端末装置。
  21. 前記バースト割り当て情報は、端末の属性に対応する各区間情報を含むことを特徴とする請求項20に記載の端末装置。
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