JP5118026B2 - 通信リソース割当方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、データパケットに基づくマルチユーザセルラー通信システムに用いることができる通信リソース割当方法及びシステムに関する。

データパケットに基づくマルチユーザセルラー通信システム、例えば、マルチユーザ直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおいては、どんな時に、どの無線リソースをどのユーザに割当てるかがスケジューラ装置によって決定される。ユーザは常に基地局へそれぞれの無線チャネル品質を報告し、該報告されたチャネル品質に基づいて、基地局がスケジューリング決定をする。アップリンクにおいて、基地局はチャネル品質を測定でき、例えばユーザから送信されたパイロット信号によってチャネル品質を測定する。スケジューラは異なるユーザチャネル変化の独立性利用して、即ち、一つ又は複数のユーザのチャネルが減衰している中に、或いはある特定なユーザに割当てた一つ又は複数のチャネルが減衰している中に、他のユーザのチャネルが減衰しないことを利用して、スケジューリングすることができる。一般的には、ユーザチャネルの状況が良い場合のみに、ユーザに無線リソースを割当てる。従って、スケジューリングによるユーザのチャネル品質を利用しないシステムと比べて、スケジューリングによってはシステムの性能（セルのスループット点で）が改善される。

ダウンリンクにおいては、スケジューラがシステムの性能をどのぐらい向上するかがフィードバック情報の品質によって決められ、この場合に、高品質、詳しくて正確なチャネル品質のフィードバックが必要である。ただし、ある場合には正確且つ適時なフィードバック情報を取得できない。例えば、ユーザが高速に移動する可能性があり、この場合、チャネル品質計量値は基地局に到達する時に既に時間を遅れて無駄になってしまう。また例えば、セル周辺のユーザにとって、アップフィードバックチャネルの信号対雑音比が極めて悪いので、基地局がフィードバックされたチャネル品質計量値を受信する時に誤りが生じ、この場合に得られるフィードバック計量値は信頼できない。

チャネルが一つの伝送時間の間隔で速く変化し、例えばドプラー拡張（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｒｅａｄ）が大きい場合、スケジューリングの効率は極めて低い。あるタイプのデータ、例えば遅延要求の低いデータとデータレートの低いデータは、スケジューリングされる必要がない。フィードバックデータはこの種類のデータの典型的な代表である。この場合、専用チャネルを用いることがより適当である。

これら場合に対して、システムは周波数離散チャネルを提供して高いダイバーシティリンク性能を取得することができる。従って、信頼的なチャネル品質フィードバックを提供でき、伝送するデータもスケジューリングに適用できるユーザには無線チャネル条件のよい時間周波数リソースを割当て、他のユーザには周波数離散チャネルを割当てる。

ただし、どのようにして高いリンクダイバーシティ（周波数離散）（ｌｉｎｋ−ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ （ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ））チャネルと高いマルチユーザダイバーシティ（周波数局在）（ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ−ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ （ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｌｏｃａｌｉｚｅｄ） ）チャネルとを同時に有効に提供するかがこの時の問題になっている。

ＩＥＥＥ規格８０２．１６−２００４における「ローカルエリアネットワークとメトロポリタンエリアネットワークの規格」の第１６章、「固定ブロードバンド無線接続システム用のエアインターフェース（Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」には、いわゆる“ゾーン”を用いることによって前記問題を解決するという方法を提案する試みがある。一つのゾーンとは一つの特定なタイプのチャネルを伝送する時間帯である。無線フレーム毎には二つのゾーンが含まれ、一つは周波数局在チャネルを伝送し、もう一つは周波数離散チャネルを伝送し、両方とも単なる時間多重を採用する。無線フレームのメッセージヘッダ毎には、どんな時に一つのゾーンから次のゾーンへ転換するかを指示する特定な情報が付けられる。

当該解決手段の欠点は、リンクダイバーシティが制限されることである。
そのために、改良のリンクダイバーシティを提供するシステムが必要である。

本発明は、マルチユーザセルラー通信システムに用いる通信リソース割当システム及び方法を提供することを目的とする。従来技術と比べて、そのリンクダイバーシティ性能が改良される。

前記目的は本発明の第一側面に基づいて、本発明の請求項１で定義する方法及び請求項１２で定義するシステムによって達成されることができる。

本発明によれば、通信リソースを時間領域と周波数領域で異なる時間帯と複数の周波数サブバンドにそれぞれ分割し、一部の通信リソースを周波数離散通信チャネルに用い、一部の通信リソースを周波数局在チャネルに用いる。前記方法は具体的に、
前記周波数サブバンドを、周波数離散チャネルを搭載するサブバンドと周波数局在チャネルを搭載するサブバンドとに分類することを含む。

当該方法の利点は、従来技術での「ゾーン」構成による上記二種類のチャネルへの遅延が削除されるので、周波数離散通信と周波数局在通信を同時に行うことができ、相互干渉がないことである。そして、本発明ではデータの連続伝送が許可されるので、リンクダイバーシティ性能を高めることもできる。それは一つの伝送フレームにおけるある時間帯での信号品質が極めて悪くても、該伝送フレームにおける他の時間帯での良い信号品質が正しい伝送を十分に保証できるためである。本発明のさらなる利点は、離散又は局在伝送のデータに遅延を招かないことである。これは当該二種類のチャネルがいつも同時に存在するためであり、早期再送が要求されるパケットデータ伝送に対して、該利点の効果は特に顕著である。

前記周波数サブバンドを分類した後、一定数の時間間隔を経た後又は所定の時間間隔に、前記サブバンドの分類を各時間帯で変更することもできる。一つの時間帯がスタートするときに又は一つの時間帯がスタートする前に、ブロードキャストチャネルでサブバンドのタイプを送信することができる。当該方法の利点は、随時に、システムスループットを最適にさせる方式に基づいて、周波数局在通信リソースと周波数離散通信リソースを分割することができることである。

特定な通信リソース配置を示す一つのコードを受信機に送信することができ、受信機は前記コードを用いて使用しようとする通信リソース割当スキームを取得することができる。当該方法の利点は、シグナルを用いずに、複雑な通信リソーススキームを受信機に通知することができることである。

周波数サブバンドの分類を異なる時間帯で保持することができる。そうする利点は、あるサブバンドがある特定なタイプの通信にずっと用いられることができることである。

前記周波数離散チャネルが、周波数ホッピングチャネル、時間多重チャネルまたはコード多重チャネル、または周波数インターリーブ多重チャネルからなることができる。このような設定の利点は、前記周波数離散チャネルのダイバーシティ利得をさらに増加できることである。

本発明はまた、送信機及びマルチユーザセルラー通信システムに関する。

以下、本発明の他の利点と特徴を詳しく説明する。

上記のように、データパケットに基づくマルチユーザ通信システムにおいては、周波数局在チャネル、即ち、フィードバックされたチャネル品質に基づいてユーザに割当てる周波数局在チャネルを用いて通信することができる。同様に上記のように、特定な場合、例えば、ユーザが高速に移動して、フィードバックされたチャネル品質計量値が基地局に到達する時に既に時間を遅れて無駄になってしまった場合に、或いは通信データの遅延要求とデータレートとも極めて低い場合には、周波数局在チャネルを適用できない。この場合には、一般に、周波数離散チャネルを用いて通信する傾向である。

そのために、システムが当該二種類の通信を同時に利用できることが必要である。

周波数局在チャネルと周波数離散チャネルを同時に使用する場合、これらのチャネルが相補されるべきであり（即ち、これらチャネルの使用するリソースが互いに重ならない）、且つできる限り多くの物理無線リソースがユーザに割当てられるべきである（即ち、アイドルリソースがないべきである）。

図１は従来の技術に係る解決手段を示す図である。図１に示すように、全体の周波数バンドが複数のサブバンド、即ちサブバンド１０ａ〜１０ｊに分けられ、サブバンド毎は複数のサブキャリア（図示せず）を備える。さらに、割当のサブバンドは複数の伝送フレームに分けられ、図１には一つの伝送フレームが示されている。伝送フレーム毎は一定な時間帯を含み、複数のタイムスロットに分けられ、図１に示されたのはＴＳ１〜ＴＳ８であり、タイムスロット毎はまた複数のシンボルに分けられる。周波数局在通信と周波数離散通信とを必要とする場合、フレーム毎とも二つのゾーンに分けられ、第一のゾーンＺ１は周波数局在チャネルに用い、後の第二のゾーンＺ２は周波数離散チャネルに用い、両ゾーンとも単なる時間多重方式を採用する。上記のように、無線フレームのメッセージヘッダ毎には、どんな時に一つのゾーンから次のゾーンへ転換するかを指示する特定な情報が付けられる。上記のように、当該解決手段の欠点は、周波数局在通信と周波数離散通信を同時に行うことができないことである。そして、前記「ゾーン」構成は、当該二種類のチャネルに全て遅延を招く。それだけではなく、各周波数離散チャネルがゾーンＺ１とゾーンＺ２のいずれかのみを用いるため、周波数離散チャネルでのダイバーシティ利得が低下される。

図２は本発明に適用できる通信リソーススキームを示す図である。図２に示すシステムは二次元構成（時間と周波数）のマルチキャリアＯＦＤＭシステムである。当該ＯＦＤＭシステムの周波数バンドは１０個のサブバンド、即ち２０ａ〜２０ｊに分けられ、各サブバンドの帯域幅が等しいことが好ましい。帯域幅が等しいサブバンドはリソース管理（例えば、利用可能なリソースのスケジューリング割当を簡略することができる）に有利する。しかし、いうまでもなく、周波数バンドを帯域幅が等しくないサブバンドに分けてもよい。サブバンド毎は複数のサブキャリアに分けられ、例えばサブバンド毎に２０個のサブキャリア（図示せず）を含むことができるが、一つのサブバンドに１個、５個、１００個又は任意数のサブキャリアを含むこともできる。

時間領域において、前記周波数バンドは複数のタイムスロットに分けられ、タイムスロット毎には複数のＯＦＤＭシンボルを備える。図２に示めしたタイムスロットは８個のＯＦＤＭシンボル、即ちＳ１〜Ｓ８を備える。前記周波数スペクトラム／時間スペクトラムは一セットの通信リソース配置を構成し、ここで、一つのユーザに割当できる最小リソース単位は一つのＯＦＤＭシンボル期間における一つのサブバンド（周波数離散通信に用い、以下でさらに詳しく説明する）である。

本発明では、従来技術のように一つの伝送フレームを異なる時間ゾーンに分けて、周波数局在通信と周波数離散通信にそれぞれ用いるのではなく、周波数に基づいて通信リソースを分割する。

本発明の実施例において、サブバンド２０ａ、２０ｃ、２０ｅ、２０ｇ及び２０ｉは周波数局在通信に用い、サブバンド２０ｂ、２０ｄ、２０ｆ、２０ｈ及び２０ｊは周波数離散通信に用いる。そして、図２に示すように、周波数局在チャネルにおいて、三つのユーザ、即ちＵＥ１〜ＵＥ３（ＵＥ１はサブバンド２０ｅで、ＵＥ２はサブバンド２０ｃ及び２０ｉで、ＵＥ３は２０ａ及び２０ｇで）が通信中であり、周波数離散チャネルにおいて、二つのユーザ、即ちＵＥ４及びＵＥ５が通信中である。本発明では、ユーザがどのタイプの通信を使用するかにかかわらず全てのユーザが連続的なデータ伝送を享受できる。そして、連続伝送の利点は、周波数離散チャネルを用いるデータ伝送が全てのタイムスロットに拡張でき、即ち、一つのフレームでの一部のみを使用することではなく、一つのフレームでの全ての時間に拡張できて、チャネルのダイバーシティ利得を向上させることにもある。それだけではなく、本発明はまた、例えば周波数局在通信をずっと行うことができることにより、システムのスループットを向上させ、したがって、一つの伝送フレームにあるかどうかにかかわらず、チャネル品質の良いユーザ間の通信を実現できるなどの利点も有する。

実際の応用において、スケジューラを採用して、周波数局在チャネルを周波数局在チャネルに用いられるサブバンドに多重し、周波数離散チャネルを周波数離散チャネルに用いられるサブバンドに多重する。

当業者にとっては、前記周波数局在チャネルと周波数離散チャネルを任意に割当できることが明らかである。図１に示す例において、各タイプの通信とも全部リソースの半分を割当てられる。ただし、当業者にとって、二つのタイプの通信において少なくとも一つのサブバンドを有すれば、前記周波数局在チャネルと周波数離散チャネルを任意に分割できることが明らかである。例えば、セル内のデータトラフィックが時間によって変化すると、チャネルの分割も時間によって変化することができる。ただし、チャネルの分割変化速度が早くなく、即ち、連続的な複数のフレームに同じチャネル分割を用いることが好ましく、これによって、システムの必要となるシグナルを著しく減少することができる。タイムスロット毎にまたはチャネル分割が変化する毎に、基地局はブロードキャストチャネルで情報を送信して、どのサブバンドがどのタイプの通信に用いるかを説明することができる。周波数局在チャネルを用いるシステムにおける常例に基づいて、スケジューラはどのユーザにどの周波数局在チャネルを割当てるかを決定し、その後当該情報はコントロールチャネルによってユーザに送信される。どのユーザにどの周波数離散チャネルを割当てるかもシステムで公布する必要がある。

周波数離散チャネルにおけるデータ伝送については、ダイバーシティ利得をさらに向上するように複数の異なる方法を採用することができる。例えば、図２に示すように、ユーザＵＥ４及びＵＥ５が周波数ホッピングを用いることができる。この場合、基地局とユーザは同じアルゴリズムを用いて、周波数ホッピングチャネルに採用される周波数ホッピングシーケンスを決定する。そして、一つのユーザは周波数離散伝送に用いられる二つまたはそれ以上のサブバンドを割当てられることができる。

それだけではなく、本発明に係る一つの実施例において、基地局と受信機に予め一つまたは複数のチャネルリソース割当スキームを設定しておく。このようにして、基地局はブロードキャストチャネルなどの方式によって、現在使用している中のリソース割当スキームを示す一つのコードを送信することができ、受信機は表を引くことによって該スキームにおけるチャネルリソース割当方法を取得することができる。チャネルリソース割当スキームが変化する毎に、基地局は新しいリソース割当スキームを示すコードを送信するべきである。この方法の利点は、シグナル量が最小に抑えられることである。本発明に係る他の実施例において、基地局はどのサブバンドがどのタイプのシグナルの伝送に用いるかを示す情報を送信することができる。当該ステップは予め設定した間隔に基づいて定期に、及び／又はリソース割当（周波数局在または周波数離散）が変化する毎に実行されることができる。本発明に係る他の実施例において、通信システム規格に一種の配置のみを含むことができ、当該配置がずっと使用されるはずであり、そうする利点は、シグナルを送信して通信リソース配置スキームを指示する必要がないことである。

上記のように、周波数ホッピングスキームは周波数離散チャネルに割当てるサブバンドのみに用いる。ただし、複数の基地局を含むシステムにおいて、一般的に周波数ホッピングを採用して基地局間の干渉をある程度に最適化する傾向がある。採用される周波数ホッピングパターンが基地局チャネルの割当に基づいて配置される場合、隣接基地局の周波数ホッピングパターンは異なるチャネル割当スキームを利用し、相互干渉になる可能性がある。そこで、図３の実施例に示すように、汎用の周波数ホッピングパターンを採用して、全てのタイプのサブバンドに用いることができる。そして、生成された周波数ホッピングシーケンスにおいて周波数局在チャネルに使用されるサブバンドを含むことができないという制限があるので、これらの周波数バンドを周波数ホッピングパターンから除く。

汎用の周波数ホッピングシーケンスは以下の利点を有する。汎用の周波数ホッピングシーケンスの採用は、チャネル品質を非常に依頼する非周波数ホッピング（周波数局在）チャネルの割当に対していずれの制限もなく、自由的にチャネル品質に基づいて任意に割当てることができる。そして、有限な相互干渉に対して設計された周波数ホッピングパターンを直接に用いることができ、修正する必要がなくて、実際的には異なる周波数ホッピングモードのセル間干渉を改良している。図３に示すように、ＵＥ４の周波数ホッピングパターンは、ＴＳ２でサブバンド３０ａを使用すべき、ＴＳ６でサブバンド３０ｅを使用すべくことを示す。ただし、本発明によれば、これらのタイムスロットにおいては、ＵＥ４がいかなるデータも伝送しなく、ＵＥ３のＴＳ２での周波数局在データとＵＥ１のＴＳ６での周波数局在データが優先処理される。

当該解決手段の利点は、ダウンリンクのシグナル量が減少することにあり、これはどのようなチャネル割当を採用しても、同じ周波数ホッピングパターンを採用するためである。そして、異なるセルの周波数離散チャネルと周波数局在チャネルに対する要求が互いに異なり、同じセルにおいても異なる時間で該二種類のチャネルに対する要求は互いに異なる。そこで、ユーザにサービスをより効率的に提供するために、異なるセルが異なるリソース割当スキームを用いる方がよい。同様に、効率を向上するためには、同じセルにおけるリソース割当も時間によって変化する方がよい。

図４は本発明に係る他の実施例を示す図である。図４において、上方の三つのサブバンド４０ａ〜ｃは周波数局在チャネルに用い、下方の三つのサブバンド４０ｄ〜ｆは周波数離散チャネルに用いる。ただし、当該実施例において、周波数ホッピングを用いずに、周波数インターリーブ多重チャネルを採用してチャネルダイバーシティを実現し、即ち、ＵＥ４〜ＵＥ６の各ユーザがみなサブバンド４０ｄ〜ｆにおけるチャネルを割当てられ、つまり、ユーザ毎が一つのサブバンドでの一つまたは複数のサブキャリアを割当てられる。他の方式（図に示せず）、例えば時間多重またはコード多重によってチャネルダイバーシティを実現することもできる。

従来の技術に係る周波数局在チャネルと周波数離散チャネルを伝送する方法を示す図である。 本発明に適する通信リソーススキームを示す図である。 本発明に係る一つの実施例を示す図である。 本発明に係る他の実施例を示す図である。

Claims (16)

1. マルチユーザセルラー通信システムにおいて送信機と受信機の間の通信に通信リソースを割当てる方法であって、前記通信は、リンクダイバーシティを提供する周波数離散チャンネルに渡ってもしくはマルチユーザダイバーシティを提供する周波数局在チャンネルに渡って行われ、通信リソースを時間領域と周波数領域で複数の時間帯と複数の周波数サブバンドにそれぞれ分割し、一部の通信リソースを周波数局在チャネルに用い、一部の通信リソースを周波数離散チャネルに用い、
   前記周波数サブバンドの一部を、周波数離散チャネルを搭載する周波数サブバンドに分類し、
   前記周波数サブバンドの余り部を、周波数局在チャネルを搭載する周波数サブバンドに分類し、どの通信リソース配置を受信機が用いるべきかを示す１つのコードを前記受信機に送信する
   ことをさらに含み、
   前記周波数離散チャネルは、周波数ホッピングチャネルを含むことを特徴とする方法。
2. 前記周波数サブバンドを分類した後、一定数の時間間隔を経た後又は所定の時間間隔に、前記サブバンドの分類を各前記時間帯で変更することをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の時間帯における一つの前記時間帯がスタートするときに又は一つの前記時間帯がスタートする前に、ブロードキャストチャネルで周波数サブバンドのタイプを送信することをさらに含む請求項１または２に記載の方法。
4. 受信機が前記コードを用いて使用しようとする通信リソース配置スキームを取得する請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記周波数サブバンドを分類した後、前記複数の時間帯における異なる前記時間帯で、実現された周波数サブバンドの分類を保持することをさらに含む請求項１に記載の方法。
6. 前記周波数ホッピングチャネルが周波数ホッピングシーケンスをベースにし、前記周波数ホッピングシーケンスから、非周波数ホッピングチャネルが用いるサブバンドを除く請求項１に記載の方法。
7. 前記周波数離散チャネルが時間多重チャネル、コード多重チャネル、周波数インターリーブ多重チャネルのうちの一つを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
8. スケジューラを採用して、前記周波数局在チャネルを、前記周波数局在チャネルに用いられる前記周波数サブバンドに多重し、前記周波数離散チャネルを前記周波数離散チャネルに用いられる前記周波数サブバンドに多重する請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記時間帯が一つのタイムスロット又は一つの伝送フレームである請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. マルチユーザセルラー通信システムにおいて送信機と受信機の間の通信に通信リソースを割当てるシステムであって、前記通信は、リンクダイバーシティを提供する周波数離散チャンネルに渡ってもしくはマルチユーザダイバーシティを提供する周波数局在チャンネルに渡って行われ、通信リソースを時間領域と周波数領域で複数の時間帯と複数の周波数サブバンドにそれぞれ分割し、一部の通信リソースを周波数局在チャネルに用い、一部の通信リソースを周波数離散チャネルに用い、当該システムは、
    前記周波数サブバンドの一部を、周波数離散チャネルを搭載する周波数サブバンドに分類し、
    前記周波数サブバンドの余り部を、周波数局在チャネルを搭載する周波数サブバンドに分類する、装置を備え、当該システムは、さらに、どの通信リソース配置を受信機が用いるべきかを示す１つのコードを前記受信機に送信する装置を備え、
    前記周波数離散チャネルは、周波数ホッピングチャネルを含むことを特徴とするシステム。
11. 一定数の時間間隔を経た後又は所定の時間間隔に、前記サブバンドの分類を各前記時間帯で変更する装置をさらに備える請求項１０に記載のシステム。
12. 前記複数の時間帯における一つの前記時間帯がスタートするときに又は一つの前記時間帯がスタートする前に、ブロードキャストチャネルで周波数サブバンドのタイプを送信する装置をさらに備える請求項１０または１１に記載のシステム。
13. 実現された周波数サブバンドの分類を前記複数の時間帯における異なる前記時間帯で保持する装置をさらに備える請求項１０に記載のシステム。
14. 前記周波数ホッピングチャネルが周波数ホッピングシーケンスをベースにし、前記システムが、前記周波数ホッピングシーケンスから、非周波数ホッピングチャネルが用いるサブバンドを除く装置をさらに備える請求項１０〜１３のいずれかに記載のシステム。
15. 前記周波数離散チャネルが時間多重チャネル、コード多重チャネル、周波数インターリーブ多重チャネルのうちの一つを含む請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のシステム。
16. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行する装置を備えることを特徴とするマルチユーザセルラー通信システム用の送信機。

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