JP5559374B2 - 無線ネットワークのフォワード・リンクで制御情報を送信する方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信に関し、より詳細にはＯＦＤＭネットワークにおける制御信号に関する。

実用的な無線通信ネットワークの動作には、基地局と、基地局がサポートするユーザ端末との間の制御情報の通信をサポートすることが必須である。「制御情報」とは、コンテンツ（すなわちユーザ間で通信される情報）とは異なる、ネットワークの動作およびそのコンポーネントに関する任意の情報のことである。

フォワード・リンク（すなわち基地局からユーザ端末まで）で通信される制御情報は、例えば、ＡＣＫビット（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ ｂｉｔｓ）および電力制御ビットを含むことができる。ＡＣＫビットはユーザ端末に対し、リバース・リンク（すなわちユーザ端末から基地局まで）で特定の時間窓において送信されたメッセージが、基地局において復号に成功したかどうかを示す。よく知られているように、ＡＣＫビットは、肯定（すなわち復号試行の成功を示す）または否定（すなわち復号試行の不成功を示す）であり得る。電力制御ビットはユーザ端末に対し、リバース・リンクでの送信電力の上げ下げが調節されるべきであることを示す。当業者は、数多くの他のタイプの制御情報もフォワード・リンクで通信されてよいことを理解するであろう。

よく知られていることであるが、容量が無制限の通信チャネルはない。むしろ、制御シグナリングによる帯域幅リソースおよび電力リソースの消費は、それらのリソースがコンテンツを送信するのに利用可能な程度にしばしば制限される。その結果、シグナリング・オーバーヘッド、すなわち制御シグナリングが占める帯域幅リソースおよび電力リソースの程度を、最小限に抑えようとする経済的誘因が存在する。

例えば、標準ＩＥＥＥ８０２．１６ｅに準拠するシステムなどのＯＦＤＭＡシステムは、フォワード・リンクで制御情報を送信するための周波数資源を割り当てる。各シグナリング・ビットは、特定のユーザのために確保された特定のサブキャリアまたは１組のサブキャリアで送信されてよい。代替として、シグナリング・ビットはプールされ、共通の確保された１組のサブキャリアで送信されてもよい。この第２のシナリオでは、特定のユーザのための１つまたは複数のシグナリング・ビットはそのユーザについてのＩＤワードに付加され、それにより、受信端において、各ユーザは自分用に定められた制御情報を識別することができる。

各ユーザが１つまたは複数の専用のサブキャリアを有する場合、通常、ピーク速度においてユーザの制御メッセージを処理するのに十分な専用の帯域幅が存在する。

しかし、制御情報は所定のユーザに必ずしも一定の割合で送信されるわけではない。むしろ、制御情報は散発的に送信されることがある。例えば、上記で説明したように、いくつかのシステムでは、ＡＣＫビットは成功した復号試行のみに応答して送信される。結果として、シグナリング帯域幅は効率的に使用されない。

一方、上述した第２のシナリオによるプールされた帯域幅の使用は、ユーザＩＤビットが制御情報と共に送信されることを必要とするため、効率的ではない。通常、ユーザ当たりに存在し得る制御ビットよりもさらに多くのユーザがあるため、ユーザＩＤビットはかなりの量のオーバヘッドとなることがある。

上述のシステム、および他のシステムについて、フォワード・リンクの制御シグナリングの効率を向上させることが依然として必要である。

本発明者らは、ＯＦＤＭシステム、すなわち選択可能なサブチャネルを構成する複数の互いに直交する周波数サブキャリアで情報を送信できるシステムにおいて、フォワード・リンクの制御シグナリングの効率を向上させることができる新規なシグナリング方法を見出した。

広い態様において、本発明者らの方法は、制御情報専用である１組のフォワード・リンクのサブキャリアを使用することを含み、そのサブキャリアを複数１組のユーザで共有する。各ユーザ用に定められた制御情報は、それぞれの拡散符号を使用して拡散され、それにより拡散制御メッセージを提供する。様々なユーザ用に定められた拡散制御メッセージは、送信の前に一緒にまとめられる。

別の広い態様において、本発明者らの方法は、ユーザ端末において、制御情報専用である１組のサブキャリアでフォワード・リンクからの送信を受信すること、および受信した送信を逆拡散してそのユーザ端末用に定められた制御メッセージを再生させることとを含む。

従来技術の典型的なＯＦＤＭ送信機の簡略化した概念図である。 例示的な一実施形態において本発明に従った方法を簡略化した概念図である。 特定の実施形態において本発明に従って割り当てられたサブチャネルとウォルシュ符号との関連を示す流れ図である。

従来技術の典型的なＯＦＤＭ送信機が、概念的に簡略化された形で図１に示されている。この図からわかるように、情報源１０からのワードを表す一連の符号化されたビットは、変調器２０において、ＱＰＳＫシンボルなどのシンボル・コンステレーションからの一連の１つまたは複数のシンボルにマッピングされる。情報源１０からの「ワード」とは、任意のメッセージまたはそのメッセージの部分のことである。デマルチプレクサ３０において、得られるシンボル列は、所望のサブチャネルを構成するそれぞれのサブキャリアに対応する複数のポートに向けられ、プロセッサ４０において、シンボル列は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）される、または他の適切な処理をすることによって、その後の送信のために調整される。ＩＦＦＴの後に送信機において信号処理することは、当技術分野ではよく知られており、本明細書での詳細な説明は必要としない。

図２は、本発明者らによる新規な方法の例示的な実施形態を簡略化した概念図で示している。説明のために、この図では２つのユーザのみを示している。ユーザは、参照番号５１および５２でそれぞれ示されている。この図からわかるように、ユーザ５１からのビット・ストリームは、乗算器６１において拡散符号７１によって拡散され、ユーザ５２からのビット・ストリームは、乗算器６２において、参照番号７２で表される異なる拡散符号によって拡散される。それぞれの拡散符号は、有利には互いに直交するように選択されるが、以下に説明するように、直交性は必要条件ではない。

拡散された信号は、入力ビットを、ＱＰＳＫシンボルなどのコンステレーションからのシンボルにマッピングすることにより、変調器８１、８２においてそれぞれ変調される。この点において、各入力ビットは関連する拡散符号の１つのチップに対応し、通常、関連するユーザからのシンボル・ストリームにおける信号値の実部または虚部を表すことに留意されたい。

この点において、代替の実施形態では、ユーザにより与えられるデータは、乗算器６１、６２において拡散した後ではなく、拡散する前にＱＰＳＫシンボルなどにマッピングされてよいことに留意されたい。

シンボル・ストリームは加算素子９０においてすべて一緒に加えられる。得られるデータ・ストリームは、デマルチプレクサ１００において、Ｎ個の出力シンボルのブロックに多重分離され、ここでＮは、拡散係数に関連した、すなわち拡散符号の長さに関連した整数である。いくつかの例では、Ｎは拡散係数に等しくすることができる。しかし、これは必ずしもというわけではない。例えば当技術分野でよく知られているように、Ｎは拡散係数よりも多い、または少なくてもよく、例えば拡散係数の倍数または約数でもよい。

場合により、プリコーダ１１０が、デマルチプレクサからのＮ個の出力シンボルのいくつかまたはすべてを、同様の数の新たな出力シンボルに、ユーザ端末に既知の一定のやり方で線形にマッピングする。このようなマッピングは、例えば送信に先立って、伝搬チャネルの既知の特性について信号を補正するのに有用であり得る。

Ｎ個の出力シンボルは次いで、１つまたは複数のＯＦＤＭシンボルにわたるサブキャリアにマッピングされる。このマッピングは、図２において、プリコーダ１１０からの様々な出力シンボルが向けられた先のプロセッサ１２０に対して、入力ポート１３０を選択することによって表されている。上述したように、制御シグナリングのために取っておかれたサブキャリアは、本明細書では「制御サブキャリア」と呼ばれる。

残りのサブキャリア、すなわち制御サブキャリアとして取っておかれなかったサブキャリアは、例えば、従来のＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡのコンテンツおよび制御メッセージの送信に使用することができる。

プロセッサ１２０において、ＩＦＦＴまたは他の適切な変換が、入力ポート１３０に与えられるシンボルに適用され、それによりその後の送信のために入力情報を調整する。その後の処理は従来どおりであり、本明細書での詳細な説明は必要としない。

受信端では、個々のユーザ端末（図示せず）と関連づけられた受信機が、受信された波形を、例えば従来のＯＦＤＭ復調によって復調して、制御サブキャリアで搬送されたシンボルを再生する。次いでシンボルは、ユーザの等価な拡散符号を使用して逆拡散され、メッセージ再生のために復号される。「等価」とは、ユーザの符号は、そのユーザと関連づけられた送信端での符号により拡散された信号を再生するのに有効であることである。送信端および受信端でユーザに関連づけられたそれぞれの符号は、例えば受信端の等価な符号がプリコーダ１１０の動作を考慮できるため、必ずしも同一でなくてもよい。

時間ダイバーシティを増やすために、プリコーダの出力がマッピングされる先であるサブキャリアは、複数のＯＦＤＭシンボルにわたることができる。

様々なオプションが、１つのユーザのための制御信号を他のユーザの制御信号から区別する拡散符号を選択する際に使用されてよい。しかしいずれの場合でも、各ユーザには、受信された波形からその制御信号を逆拡散するための十分な情報が提供される必要がある。この情報は、拡散符号そのものでもよく、または言及したように、適切に修正された「等価な」拡散符号でもよい。

オプションの１つは、コール設定においてそれぞれのユーザに割り当てられる擬似雑音（ＰＮ）シーケンスを使用することである。所定の１組のユーザに割り当てられたＰＮシーケンスは、互いに直交しなくてもよい。実際、ＰＮシーケンスはそれぞれのタイミング・オフセットにおいてのみ異なってもよい。しかし、ＰＮシーケンスはなお、各ユーザがそのユーザ専用に定められた制御信号を再生できるのに十分な相互の無相関化を提供することができる。これは比較的少ない干渉を受ける環境において、特にうまくいく。ＰＮシーケンスの使用は、拡散符号を割り当てるのに追加のシグナリングを必要としないことから、かつ拡散係数を比較的小さくすることができ、したがって帯域幅の使用を比較的抑えられることから効率的である。

別のオプションは、それぞれ互いに直交するウォルシュ符号をユーザに割り当てることである。符号の直交性により、一般に、異なるユーザ端末用に定められた制御信号間の干渉はより小さなものになる。しかし、１組のユーザごとの間の直交性を確実にするためには、ユーザの数が増えるほど、ウォルシュ符号の長さを長くしなければならない。原則としてウォルシュ符号はすべてのユーザに対するシグナリングを同時にサポートでき、その一方で実用的には制御信号は任意の所定の時間に一部のユーザのみに送信される傾向にあることから、そのような長いウォルシュ符号を使用することは効率的ではない。したがって、このオプションは帯域幅の一部を無駄にすることにつながる。

さらに別のオプションでは、ネットワークが所定のタイムスロット内でユーザにトラフィックまたはデータ・サブチャネルを割り当てる例を利用する。例えば、ネットワークは、リバース・リンクでユーザ・データを搬送するためのサブチャネルをユーザ端末に割り当てることができる。こうした例では、割り当てることができる特定のトラフィックまたはデータ・サブチャネルはあらかじめわかっており、こうしたサブチャネルの数はユーザの合計数よりも少なくなる。それぞれのウォルシュ符号を、あらかじめこれらのサブチャネルの各々に割り当てることができる。ユーザに対するサブチャネルの各割当ての後で、基地局は、そのユーザに対しフォワード・リンクで制御情報を送信するための拡散符号として対応するウォルシュ符号を使用することができる。これは、例えばフォワード・リンクの制御情報が、リバース・リンクで直前に送信されたデータの確認応答を含む場合に、特に都合がよい。

上述したような、すなわちサブチャネルの割当てに基づくやり方でのウォルシュ符号の割当ては、ユーザの数よりも少ない符号で実現できるために、比較的効率がよい。さらに、符号の数が比較的少ないことから、各ユーザが別個の符号を有する場合よりも短い符号で相互直交性を実現することができる。

例えば図３を参照すると、ユーザが制御サブチャネルの割当てを受信する（ブロック２００）。ユーザは、例えば割り当てられたサブチャネル上の基地局へのレポートまたはリクエストなどを含んだ制御メッセージを送信する（ブロック２１０）。基地局は制御メッセージを受信する（ブロック２２０）。基地局は、例えばルックアップ・テーブルから、割り当てられたサブチャネルに対応するウォルシュ符号を取得する（ブロック２３０）。基地局は確認応答メッセージを作成し（ブロック２４０）、取得されたウォルシュ符号によって確認応答メッセージを拡散し（ブロック２５０）、確認応答メッセージを送信する（ブロック２６０）。

さらに別のオプションは、ウォルシュ符号とＰＮシーケンスを組み合わせる拡散符号を形成することである。例えば、ユーザを重なり合わないグループに分配して、同様に限定した組のウォルシュ符号をそのようなグループごとに再利用することができる。次いで、異なるＰＮシーケンスをユーザの各グループに割り当てることができる。各グループについて、ウォルシュ符号はそのグループのＰＮシーケンスによってスクランブルされることになる。

直交拡散符号が、ユーザ端末（すなわち受信機）において制御信号間の干渉を軽減するために使用される場合、およびユーザがチャネル品質情報を基地局にフィードバックする場合、そのチャネル品質フィードバックに応答して、各ユーザの拡散信号における電力に独立に重み付けをすることが可能になることがある。

基地局が送信のための複数アンテナの配置を備える場合、個々のユーザそれぞれに対して制御信号を独立にビーム形成することによっても、干渉を軽減することが可能になることがある。

Claims (10)

1. 複数のユーザ用にそれぞれ定められたメッセージを生成するステップと、
   前記ユーザのうちの１つとそれぞれ関連づけられた拡散符号を使用して各メッセージを拡散するステップと、
   拡散した前記各メッセージをまとめ、それにより複合メッセージを形成するステップと、
   前記複数のサブキャリアにわたる１つまたは複数のＯＦＤＭシンボルを定義する複数のサブキャリアに前記複合メッセージをマッピングするステップと、前記複数のサブキャリアは前記ユーザに対するシグナリングのための共通のサブチャネルを構成し、
   １つまたは複数の前記ＯＦＤＭシンボルを送信するステップとを含み、
   少なくとも１つのユーザについて、前記サブチャネル上でリバース・リンク送信を行うために前記ユーザに割り当てられたサブチャネルを識別するステップを含み、前記拡散するステップが、前記割り当てられたサブチャネルと関連づけられる拡散符号を使用する前記ユーザに少なくとも１つのメッセージを拡散する、
   方法。
2. 前記拡散符号がウォルシュ符号である、請求項１に記載の方法。
3. 前記拡散符号がＰＮシーケンスである、請求項１に記載の方法。
4. 前記拡散符号がウォルシュ符号とＰＮシーケンスからの生成物である、請求項１に記載の方法。
5. ユーザ端末において行われる方法であって、
   ユーザに対するシグナリングのために基地局により使用される複数の共通のサブキャリアで基地局からＯＦＤＭのメッセージを受信するステップと、
   他のユーザ用に定められるメッセージを複合メッセージから取り除くために有効な逆拡散符号を使用して前記メッセージを逆拡散するステップと、
   逆拡散した前記メッセージを復号するステップと、及び
   サブチャネル上でリバース・リンク送信を行うために前記ユーザ端末に割り当てられた前記サブチャネルと関連づけられる符号として前記逆拡散符号を選択するステップをさらに含む、
   方法。
6. 前記逆拡散符号がウォルシュ符号と等価である、請求項１に記載の方法。
7. 前記逆拡散符号がＰＮシーケンスと等価である、請求項１に記載の方法。
8. 前記逆拡散符号がウォルシュ符号とＰＮシーケンスからの生成物と等価である、請求項１に記載の方法。
9. 複数のユーザ用にそれぞれ定められたメッセージを生成するように構成されたメッセージジェネレータと、
   前記複数のユーザのうちの１つとそれぞれ関連づけられた拡散符号を使用して各メッセージを拡散し、少なくとも１つのユーザについて、サブチャネル上でリバース・リンク送信を行うために前記ユーザに割り当てられた前記サブチャネルを識別するように構成された拡散機と、前記拡散機は、前記割り当てられたサブチャネルと関連づけられる拡散符号を使用して前記ユーザへ少なくとも一つのメッセージを拡散するように構成され、
   拡散した前記各メッセージをまとめ、それにより複合メッセージを形成するように構成された加算素子と、
   前記複数のサブキャリアにわたる１つまたは複数のＯＦＤＭシンボルを定義する複数のサブキャリアに前記複合メッセージをマッピングするように構成されたプリコーダと、前記複数のサブキャリアは、前記ユーザに対するシグナリングのための共通のサブチャネルを構成し、
   １つまたは複数の前記ＯＦＤＭシンボルを送信するように構成された送信機を含むＯＦＤＭ送信機。
10. ユーザに対するシグナリングのために基地局により使用される複数の共通のサブキャリアで基地局からＯＦＤＭのメッセージを受信するように構成された受信機と、
    他のユーザ用に定められるメッセージを複合メッセージから取り除くために有効な逆拡散符号を使用して前記メッセージを逆拡散するように構成された逆拡散機と、前記逆拡散機はサブチャネル上でリバース・リンク送信を行うために前記ユーザ端末に割り当てられた前記サブチャネルと関連づけられる符号として前記逆拡散符号を選択するように構成され、
    逆拡散した前記メッセージを復号するように構成された復号器と含む
    ユーザ端末。

Images