JP5425283B2 - 無線送信装置、無線送信方法、及び集積回路 - Google Patents

Description

本発明は、参照信号として用いるコード系列を一定時間毎に切り替えるホッピングパターンを設定する無線送信装置、無線送信方法、及び集積回路に関する。

３ＧＰＰ ＬＴＥ（3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution）において、上り回線で用いられる参照信号（以下、ＲＳ：Reference Signal）としてZadoff-Chu系列（以下、ＺＣ系列）が採択された。このＺＣ系列は、ＣＡＺＡＣ（Constant Amplitude and Zero Auto-correlation Code）系列の一種であり、以下の式（１）又は式（２）で表される。

ここで、Ｎは系列長、ｒはＺＣ系列番号であり、Ｎとｒは互いに素の関係にある整数である。また、ｑは任意の整数である。ＺＣ系列がＲＳに採択された理由としては、周波数特性が均一であること、自己相関特性が良いこと、ＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）が低いことなどである。

ＺＣ系列の系列長Ｎが素数であれば、Ｎ−１個のＮに比例した数の相互相関値が良好なＺＣ系列を生成できる。このとき、系列長が同じ系列間（例えば、異なるＺＣ系列番号ｒ＝１とｒ＝５）の信号レベルに対する相互相関値は１／√Ｎとなり、系列長Ｎが大きくなるほど相互相関値は小さくなる。

一方、上り回線で用いられるＲＳの中で、データの復調に用いられるチャネル推定用参照信号（以下、ＤＭ−ＲＳ：Demodulation Reference Signal）は、データ送信帯域幅と同じ帯域で送信されることが３ＧＰＰ ＬＴＥにおいて採択されている。例えば、データ送信帯域幅が１ＲＢ（Resource Block）であればＤＭ−ＲＳの送信帯域幅も１ＲＢとなり、データ送信帯域幅が２ＲＢであればＤＭ−ＲＳの送信帯域幅も２ＲＢとなる。なお、系列長Ｎを予め定義しておくことにより、送信帯域幅（ＲＢ数）と系列長は一意に対応する。例えば、Ｎの定義は、ＲＢを構成するサブキャリア数より小さく、最も近い素数とする。この場合、１ＲＢが１２サブキャリアで構成されるとすると、１ＲＢを利用するＤＭ−ＲＳでは系列長Ｎが１１のＺＣ系列を、２ＲＢを利用するＤＭ−ＲＳでは系列長Ｎが２３のＺＣ系列を使用する。このように、送信帯域幅（ＲＢ数）と系列長は一意に対応し、送信帯域幅（ＲＢ数）が大きくなるほど、ＺＣ系列の系列長Ｎも大きくなる。

ここで、データ送信帯域幅は、各セルのスケジューリングによって決まるため、セル間で異なる送信帯域幅のＤＭ−ＲＳが同じ周波数帯域で送信されることが生じる。このように、送信帯域幅が異なる（系列長が異なる）ＺＣ系列を同じ周波数帯域で多重する場合、ある特定の系列番号の組合せにおいて、相互相関が非常に大きくなる。図１に計算機シミュレーションによって得られた相互相関特性を示す。横軸は、dｅｌａｙ[ｓｙｍｂｏｌ]、縦軸は、信号レベルで正規化した相互相関値であり、Ｎ＝２３、ｒ＝１〜６のＺＣ系列をＮ＝１１、ｒ＝３のＺＣ系列で相関をとった結果を示している。図１から分かるように、Ｎ＝１１、ｒ＝３とＮ＝２３でｒ＝６の組合せで相互相関値が最大で０．９となり、信号レベル（＝１．０）に近い大きさになることが分かる。同一送信帯域幅での相互相関値（＝１／√Ｎ）と比べると、約３倍、相互相関が大きくなる。

図２に示すように、相互相関が大きくなるＺＣ系列の組合せ（例えば、上述した（ｒ＝３、Ｎ＝１１）と（ｒ＝６、Ｎ＝２３））が、近接するセルに割り当てられた場合、ＤＭ−ＲＳの他セル干渉の影響が大きくなり、チャネル推定精度を著しく劣化させ、復調性能が劣化することになる。

そこで、セルラ無線通信システムにおいて、非特許文献１にＺＣ系列ホッピング方法が開示されている。非特許文献１において、ＤＭ−ＲＳで用いるＺＣ系列の系列番号を所定のホッピングパターンとすることにより、各移動局が受ける他セル干渉の影響をランダム化する（一様にする、均等にする）ことができ、１つの移動局が大きな他セル干渉を永続的に受けることによる復調性能の劣化を防止することが提案されている。

図３は、非特許文献１に開示されたＺＣ系列のホッピング例を示す図である。まず、送信帯域幅毎（ＲＢ数毎又は系列長毎）に所定のルールでＺＣ系列を割り当て、それを１つの系列グループとしてセルに割り当てる。そして、所定の切替時間間隔及び所定のホッピング周期で系列グループを切り替えることにより、他セル干渉の影響をランダム化する。

図３は、ＲＢ数毎にある系列番号のＺＣ系列を割り当てた系列グループを形成し、その系列グループを１スロットの時間間隔及びＭスロットのホッピング周期で切り替える様子を示している。これにより、各セルで用いるＺＣ系列の系列番号が時間的に切り替わるので、ある１つの移動局が大きな他セル干渉を永続的に受けることを防止することができ、他セル干渉の影響をランダム化できる。

Huawei, R1-071109, "Sequence Allocation Method for E-UTRA Uplink Reference Signal", 3GPP TSG RAN WG1Meeting #48, St. Louis, USA, February 12-16, 2007

しかしながら、上述した非特許文献１に記載の技術では、全ての送信帯域幅（ＲＢ数又は系列長）で同様にＺＣ系列をホッピングするため、系列長（帯域幅又はＲＢ数）が長いほど、移動局の処理量又はメモリ量が大きくなってしまう。系列長が長くなると、ＺＣ系列のサンプル数が多くなるため、系列の切替時間間隔で新たなＺＣ系列の生成に要する移動局の処理量が増加してしまう。また、処理量の増加を防止するため、ホッピングで切り替わるＺＣ系列の全ての情報を移動局が保持すると、メモリ量が増加してしまう。

本発明の目的は、他セル干渉のランダム化効果を維持しながら、処理量又はメモリ量を低減する無線送信装置、無線送信方法、及び集積回路を提供することである。

本発明の無線送信装置は、参照信号の送信帯域幅に応じて前記参照信号として用いるコード系列を切り替える時間間隔が異なるホッピングパターンを設定するホッピングパターン設定手段と、設定されたホッピングパターンに基づいて、前記コード系列を生成する系列生成手段と、生成された前記コード系列を送信する送信手段と、を具備し、前記コード系列を切り替える時間間隔は、前記コード系列の切り替えを行わないことに相当する無限大を含む構成を採る。

本発明によれば、他セル干渉のランダム化効果を維持しながら、処理量又はメモリ量を低減することができる。

送信帯域幅が異なるＺＣ系列を同じ周波数帯域で多重する場合の相互相関特性を示す図 異なる帯域幅のＺＣ系列による他セル干渉の様子を示す図 非特許文献１に開示されたＺＣ系列のホッピング例を示す図 本発明の実施の形態１に係る移動局の構成を示すブロック図 図４に示したホッピングパターン設定部において設定するホッピングパターンを示す図 図４に示したホッピングパターン設定部において設定する他のホッピングパターンを示す図 本発明の実施の形態２に係る移動局のホッピングパターン設定部において設定するホッピングパターンを示す図 本発明の実施の形態２に係る移動局のホッピングパターン設定部において設定する他のホッピングパターンを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１に係る移動局１００の構成を示すブロック図である。以下、移動局１００を構成する各要素について、図４を用いて説明する。

ホッピングパターン設定部１０１は、系列長毎に系列を切り替える時間（ここでは、スロット番号によって管理）とＤＭ−ＲＳとして用いるＺＣ系列番号の対応を示すホッピングパターンを系列番号設定部１０４に設定する。ホッピングパターンは、予めシステムで決めておくか、基地局から報知チャネル等を用いてシグナリングされるものとする。なお、ホッピングパターンの設定方法については後述する。

スロット番号計数部１０２は、ＺＣ系列の切替時間の最小時間単位、ここでは、スロット番号をカウントし、系列番号設定部１０４に設定する。

系列長設定部１０３は、ＺＣ系列の系列長を系列番号設定部１０４とＺＣ系列生成部１０５に設定する。系列長は、基地局からシグナリングされるスケジューリング情報の一つである送信帯域幅又はＲＢ数から一意に求められる。

系列番号設定部１０４は、スロット番号計数部１０２から出力されたスロット番号と系列長設定部１０３から出力された系列長とホッピングパターン設定部１０１から出力されたホッピングパターンとから、当該ＺＣ系列長の当該スロット番号で用いるＺＣ系列番号を求め、ＺＣ系列生成部１０５に設定する。

ＺＣ系列生成部１０５は、系列長設定部１０３から出力された系列長と系列番号設定部１０４から出力されたＺＣ系列番号を用いて、式（１）又は式（２）の計算を行い、ＺＣ系列を生成し、ＤＦＴ部１０６に出力する。

ＤＦＴ部１０６は、ＺＣ系列生成部１０５から出力されたＺＣ系列にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）処理を施し、ＤＦＴ処理後のＺＣ系列をマッピング部１０７に出力する。

マッピング部１０７は、ＤＦＴ部１０６から出力されたＺＣ系列を基地局から指示されたＤＭ−ＲＳの送信帯域にマッピングし、マッピングしたＺＣ系列をＩＦＦＴ部１０８に出力する。

ＩＦＦＴ部１０８は、マッピング部１０７から出力されたＺＣ系列にＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理を施し、ＩＦＦＴ処理を施したＺＣ系列を無線送信部１０９に出力する。

無線送信部１０９は、ＩＦＦＴ部１０８から出力されたＺＣ系列にＤ／Ａ変換、アップコンバート、増幅等の送信処理を施し、送信処理を施した信号をアンテナ１１０から無線送信する。

次に、ホッピングパターン設定部１０１において設定するホッピングパターンについて図５及び図６を用いて説明する。図５、図６は、各系列長（送信帯域幅又はＲＢ数）の各時間で、ＤＭ−ＲＳとして使用すべきＺＣ系列の系列番号、つまり、ホッピングパターンを示している。

図５に示したホッピングパターンは、系列長（送信帯域幅又はＲＢ数）が長いほどＺＣ系列の切替時間間隔を長くしている。例えば、系列長Ｎが最短（Ｎ＝１１、ＲＢ数＝１）となる送信帯域幅では、１スロットの時間間隔で系列を切り替える。また、系列長Ｎが最長（Ｎ＝１１９３、ＲＢ数＝１００）となる送信帯域幅では、１００スロットの時間間隔で系列を切り替える。

このように、系列長が長いほど長い時間間隔で系列を切り替えることにより、移動局１００がＺＣ系列を新たに生成する処理量を低減することができる。なお、系列長が長い系列は、相互相関が大きくなる系列を近接するセル間に配置させないＺＣ系列のセルプランニングを行うことにより、系列長が長い系列間で生じる干渉の影響を小さくできる。系列長が長いＺＣ系列は、より多くの異なるＺＣ系列を生成できるので、セルプランニングは容易である。

また、系列長が短い系列ほど短い時間間隔で系列を切り替えることにより、他セル干渉のランダム化効果を得ることができる。

このように、系列長が短いＺＣ系列ほど短い時間間隔で系列を切り替え、系列長が長いＺＣ系列ほど長い時間間隔で系列を切り替えるようにしたのは、以下の理由による。すなわち、送信帯域幅（ＲＢ数又は系列長）が長いＺＣ系列は、短いＺＣ系列と同様にホッピングしなくても他セル干渉のランダム化効果が得られるからである。

まず、送信帯域幅（ＲＢ数又は系列長）が大きいＺＣ系列は、他セル干渉の影響が小さい。その理由は３つあり、１つ目の理由は、系列長が長いＺＣ系列は、多くの異なるＺＣ系列を生成できる（系列長ＮのＺＣ系列からＮ−１個生成できる）ので、相互相関が大きくなる系列を近接するセル間に配置させないＺＣ系列のセルプランニングが容易であるためである。２つ目の理由は、送信帯域幅が大きいＺＣ系列は、セルの中心で使用される確率が高いため、距離減衰により干渉レベルが小さくなるためである。送信帯域幅が大きい信号を送信するためには、所要受信品質を満たすために、より大きい送信電力が必要になる。移動局の送信電力には限界があるので、セル半径が大きいセルでは、送信帯域幅が大きい信号はセルエッジでは送信されにくい。３つ目の理由は、系列長Ｎが長いＺＣ系列ほど、プロセスゲインが大きく、信号レベルに対する干渉レベルの比を小さくできることである。

また、送信帯域幅（ＲＢ数又は系列長）が小さいＺＣ系列と長いＺＣ系列とで生じる干渉は、両方のＺＣ系列を同様にホッピングする必要はなく、短いＺＣ系列だけが短い周期でホッピングすれば、ＺＣ系列が多重される組合せが時間的に異なるため、干渉のランダム化効果を得ることができる。

図６に示したホッピングパターンは、複数の系列長（送信帯域幅又はＲＢ数）をまとめたグループ毎に、切替時間間隔を異ならせる。例えば、系列長が１１〜１１９（ＲＢ数が１〜１０）を１つのグループとし、系列長が１１９〜１１９３（ＲＢ数が１１〜１００）を１つのグループとして、グループ毎に異なる切替時間間隔を設定する。系列長が短いグループでは、１スロットの時間間隔で系列を切り替える。また、系列長が長いグループでは、系列の切り替えを行わない（切替時間間隔を無限大とする）。

なお、グループ化方法をシステムで予め決めておけば、基地局から移動局へのシグナリングは必要ない。また、基地局が他セルの干渉レベル等を用いて動的にグループを変える場合は、グループの境界となる系列長（送信帯域幅又はＲＢ数）を報知チャネル等で移動局へシグナリングすればよい。

具体的なグループ化方法としては、同一基地局の複数セクタに同じＺＣ系列が割り当てられた送信帯域幅を１つのグループとする方法がある。系列長が短く、生成できるＺＣ系列数が少ない送信帯域幅では、同一基地局のセクタ間で、巡回シフト量が異なる同一のＺＣ系列を割り当てることにより、系列のリユースファクタを増加させることが検討されている。このように、同一のＺＣ系列が割り当てられた送信帯域幅は、系列数が少ないため、干渉の影響が大きい。よって、この方法が適用された送信帯域幅を１つのグループとして、そのグループ内の全てのＺＣ系列を同様に高速にホッピングさせることで、干渉のランダム化効果を得ることができる。

また、グループ化方法として、システムで必要なＺＣ系列のリユースファクタより長い系列長となる送信帯域幅を１つのグループとする方法がある。例えば、システムで必要となるリユースファクタが１３０の場合、図６に示すように、系列長が１３０より長い送信帯域幅を１つのグループとして、そのグループ内の全てのＺＣ系列を同様に長い時間間隔でホッピングさせる。図６では、このグループの切替時間間隔は無限大、つまり、系列の切り替えなしとしている。このグループのように、系列長が長く、生成できるＺＣ系列数が多い送信帯域幅では、相互相関が大きくなるＺＣ系列を近接セルに配置させないセルプランニングが容易になり、干渉の影響が小さくできるので、高速にホッピングさせる必要がない。よって、移動局がＺＣ系列を新たに生成するための処理量又は移動局が保持すべきＺＣ系列情報のメモリ量を低減することができる。

このように実施の形態１によれば、系列長が短いＺＣ系列ほど短い時間間隔で系列を切り替え、系列長が長いＺＣ系列ほど長い時間間隔で系列を切り替えることにより、他セル干渉のランダム化効果を維持しながら、移動局の処理量又はメモリ量を低減することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、送信帯域幅（ＲＢ数又は系列長）に応じて、ＺＣ系列の切替時間間隔を変える場合について説明したが、本発明の実施の形態２では、送信帯域幅（ＲＢ数又は系列長）に応じて、ＺＣ系列のホッピング周期を変える場合について説明する。なお、ホッピング周期とは、所定の系列切替順序が１周する時間を示す。以下、実施の形態２に係る移動局の構成は、実施の形態１の図４に示した構成と同様であるので、図４を援用して説明する。

図７は、本発明の実施の形態２に係る移動局のホッピングパターン設定部１０１において設定するホッピングパターンを示す図である。この図に示すホッピングパターンは、系列長（送信帯域幅又はＲＢ数）が長いほどホッピング周期を短くし、系列長（送信帯域幅又はＲＢ数）が短いほどホッピング周期を長くしている。例えば、系列の切替時間は全ての系列長で同一の１スロット間隔とすると、系列長Ｎが最小（Ｎ＝１１、ＲＢ数＝１）となる送信帯域幅では、ホッピング周期を２０スロット（１スロット間隔で順次２０系列を切り替える）とする。系列長Ｎが２番目に最小（Ｎ＝２３、ＲＢ数＝２）となる送信帯域幅では、ホッピング周期を１９スロットと短くする。これにより、系列長が短いほど、干渉のランダム化効果を得ることができる。

また、ＲＢ数が２０以上となる複数の送信帯域幅では、ホッピング周期を１スロット（系列の切替時間間隔）、つまり、系列の切り替えを行わない。よって、移動機が保持すべきＺＣ系列情報が少なくなり、メモリ量を低減することができる。

なお、図８に示すホッピングパターンのように、複数の系列長（送信帯域幅又はＲＢ数）をまとめたグループ毎に、異なるホッピング周期を設定してもよい。この図では、系列長Ｎ＝１１〜１１９を１つのグループとし、系列長Ｎ＝１３１〜１１９３を１つのグループとして、前者のホッピング周期を２０スロット、後者のホッピング周期を１スロット（ホッピングなし）としている。

このように実施の形態２によれば、系列長が短いＺＣ系列ほどホッピング周期を長くし、系列長が長いＺＣ系列ほど系列のホッピング周期を短くすることで、他セル干渉のランダム化効果を維持しながら、移動局のメモリ量を低減することができる。

なお、上記各実施の形態では、移動局から基地局に対して参照信号を送信する場合を例に説明したが、基地局から移動局に対して送信する場合にも同様に適用できる。

また、系列のホッピングは、ＺＣ系列番号（式（１）、（２）に示すｒ）の切り替えだけでなく、巡回シフト量の切り替えを含めてもよい。例えば、図５〜図８の＃１、＃２のように示される系列番号は、同一のＺＣ系列番号ｒで巡回シフト量が異なる系列であってもよい。

また、上記各実施の形態におけるコード系列として、ＺＣ系列を用いる場合を例に説明したが、ＺＣ系列と同様に、ＣＡＺＡＣ系列の一種であるＧＣＬ（Generalized Chirp-Like）系列（以下の系列ｃ（ｋ））を用いてもよい。

ただし、Ｎはコード長であり、Ｎ＝ｓｍ^２（ｓ、ｍは整数）、または、Ｎ＝ｔｍ（ｔ、ｍは整数）とする。また、ａ（ｋ）は式（１）又は式（２）のＺＣ系列である。また、ｂ（ｋ）（ｋ＝０，…，ｍ）は変調系列を示し、下記の式（４）で表されるＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）系列、または下記の式（５）で表されるHadamard系列である。

また、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

２００７年３月１５日出願の特願２００７−０６７００４の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明にかかる無線送信装置、無線送信方法、及び集積回路は、他セル干渉のランダム化効果を維持しながら、処理量又はメモリ量を低減することができ、例えば、移動通信システム等に適用できる。

Claims (8)

1. 参照信号の送信帯域幅に応じて前記参照信号として用いるコード系列を切り替える時間間隔が異なるホッピングパターンを設定するホッピングパターン設定手段と、
   設定されたホッピングパターンに基づいて、前記コード系列を生成する系列生成手段と、
   生成された前記コード系列を送信する送信手段と、
   を具備し、
   前記コード系列を切り替える時間間隔は、前記コード系列の切り替えを行わないことに相当する無限大を含む、
   無線送信装置。
2. 前記送信帯域幅は、リソースブロック数である請求項１に記載の無線送信装置。
3. 前記コード系列は、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列である請求項１又は２に記載の無線送信装置。
4. 前記コード系列は、ＧＣＬ系列である請求項１又は２に記載の無線送信装置。
5. 参照信号の送信帯域幅に応じて前記参照信号として用いるコード系列を切り替える時間間隔が異なるホッピングパターンを設定するホッピングパターン設定工程と、
   設定されたホッピングパターンに基づいて、前記コード系列を生成する系列生成工程と、
   生成された前記コード系列を送信する送信工程と、
   を含み、
   前記コード系列を切り替える時間間隔は、前記コード系列の切り替えを行わないことに相当する無限大を含む、
   無線送信方法。
6. 参照信号の送信帯域幅に応じて前記参照信号として用いるコード系列を切り替える時間間隔が異なるホッピングパターンを設定するホッピングパターン設定手段と、
   設定されたホッピングパターンに基づいて、前記コード系列を生成する系列生成手段と、
   生成された前記コード系列を送信する送信手段と、
   を具備し、
   前記ホッピングパターンは、前記コード系列の切り替えを行わないホッピングパターンを含む、
   無線送信装置。
7. 参照信号の送信帯域幅に応じて前記参照信号として用いるコード系列を切り替える時間間隔が異なるホッピングパターンを設定するホッピングパターン設定工程と、
   設定されたホッピングパターンに基づいて、前記コード系列を生成する系列生成工程と、
   生成された前記コード系列を送信する送信工程と、
   を含み、
   前記ホッピングパターンは、前記コード系列の切り替えを行わないホッピングパターンを含む、
   無線送信方法。
8. 参照信号の送信帯域幅に応じて前記参照信号として用いるコード系列を切り替える時間間隔が異なるホッピングパターンを設定するホッピングパターン設定処理と、
   設定されたホッピングパターンに基づいて、前記コード系列を生成する系列生成処理と、
   生成された前記コード系列を送信する送信処理と、
   を制御し、
   前記ホッピングパターンは、前記コード系列の切り替えを行わないホッピングパターンを含む、
   集積回路。

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