JP7094244B2 - A wireless access system and base station in which a base station and a mobile communication device communicate with each other via a relay station. - Google Patents
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Description
本発明は、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムに関する。 The present invention relates to a wireless access system in which a base station communicates with a mobile communication device via a relay station.
基地局(BS)が、複数の移動通信装置(UE)との間で、パワー軸で重ね合わせた信号を送受信する非直交多元アクセス(NOMA)技術が提案されている。非特許文献1は、NOMA技術を使用し、基地局(BS)が、半二重中継局(RS)を介してUEと通信する無線アクセスシステムを開示している。なお、半二重中継局とは、上り及び下りの各方向において、送信と受信を同時に行えない中継局を意味する。
A non-orthogonal multiple access (NOMA) technique has been proposed in which a base station (BS) transmits and receives superposed signals on a power axis to and from a plurality of mobile communication devices (UEs). Non-Patent
以下、図1を用いて非特許文献1が開示する構成の上りリンクの通信手順を説明する。第1タイムスロットにおいて、UE#1及びUE#2は、BS宛の信号を送信する。以下、UE#1が送信する信号を信号S1と呼び、UE#2が送信する信号を信号S2と呼ぶ。RS#1~RS#5は、それぞれ、信号S1と信号S2とが重ね合わされた多重信号を受信する。RS#1~RS#5は、それぞれこの多重信号から信号S1と信号S2とを取り出す。なお、多重信号から信号S1を取り出すことを多重信号から信号S1を復号するとも表現し、多重信号から信号S2を取り出すことを多重信号から信号S2を復号するとも表現する。
Hereinafter, the uplink communication procedure of the configuration disclosed in
続いて、RS#1~RS#5の内、信号S1と信号S2の両方を復号できたRSから所定の基準で1つのRSが選択される。ここでは、RS#3が選択されたものとする。この場合、RS#3は、第1タイムスロットの次の第2タイムスロットで信号S1と信号S2の多重信号をBSに送信し、BSは、この多重信号を受信して復号する。なお、第2タイムスロットの間、RS#3は、信号を受信できないため、第2タイムスロットにおいて、UE#1及びUE#2は、信号を送信しない。そして、UE#1及びUE#2は、第2タイムスロットの次の第3タイムスロットにおいて、信号を送信する。
Subsequently, among
図2は、非特許文献1の構成における上り信号の送受信タイミングの説明図である。まず、タイムスロット(TS)#1で、UE#1及びUE#2は、それぞれ、上り信号を送信し、RS#1~#5がこの上り信号を受信する。続いて、TS#2で、選択されたRS、ここでは、RS#3が多重信号をBSに送信する。このとき、UE#1及びUE#2並びにRS#1、RS#2、RS#4及びRS#5は待機状態となる。続いて、TS#3で、UE#1及びUE#2は、それぞれ、上り信号を送信し、RS#1~#5がこの上り信号を受信する。続いて、TS#4で、選択されたRS、ここでは、RS#1が多重信号を送信する。このとき、UE#1及びUE#2並びにRS#2~#5は待機状態となる。この様に、非特許文献1の構成では、UEとRSとが同時に信号を送信できず、送信効率が劣化する。
FIG. 2 is an explanatory diagram of transmission / reception timing of an uplink signal in the configuration of
本発明は、NOMA技術に従い、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムにおいて送信効率を高める技術を提供するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a technique for improving transmission efficiency in a wireless access system in which a base station communicates with a mobile communication device via a relay station in accordance with the NOMA technique.
本発明の一態様によると、基地局と、複数の中継局と、複数の移動通信装置と、を含み、非直交多元アクセス技術に従い前記複数の移動通信装置が前記複数の中継局のいずれか1つの中継局を介して前記基地局に上り信号を送信する無線アクセスシステムであって、前記無線アクセスシステムは、前記複数の移動通信装置が第1タイムスロットで前記上り信号を送信すると、前記第1タイムスロットの次の第2タイムスロットにおいて前記複数の移動通信装置が前記上り信号の送信を行わない第1モードと、前記複数の移動通信装置が前記第1タイムスロット及び前記第2タイムスロットの両方において前記上り信号を送信する第2モードのいずれかの動作モードで動作し、前記無線アクセスシステムは、前記第1モード及び前記第2モードのいずれで動作するかを、前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比に基づき決定する決定手段を、備えていることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the plurality of mobile communication devices include a base station, a plurality of relay stations, and a plurality of mobile communication devices, and the plurality of mobile communication devices are any one of the plurality of relay stations according to a non-orthogonal multiple access technique. A wireless access system that transmits an uplink signal to the base station via one relay station, wherein the wireless access system is the first when the plurality of mobile communication devices transmit the uplink signal in the first time slot. In the first mode in which the plurality of mobile communication devices do not transmit the uplink signal in the second time slot next to the time slot, and the plurality of mobile communication devices in both the first time slot and the second time slot. In, the plurality of relay stations operate in any of the operation modes of the second mode for transmitting the uplink signal, and the plurality of relay stations determine whether the wireless access system operates in the first mode or the second mode. It is characterized by comprising a determination means for determining based on the signal-to-noise ratio of the signal transmitted to the base station.
本発明によると、NOMA技術に従い、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムにおいて送信効率を高めることができる。 According to the NOMA technique, according to the present invention, transmission efficiency can be improved in a wireless access system in which a base station communicates with a mobile communication device via a relay station.
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。さらに、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and not all combinations of features described in the embodiments are essential to the invention. Two or more of the plurality of features described in the embodiments may be arbitrarily combined. In addition, the same or similar configuration will be given the same reference number, and duplicated explanations will be omitted. Further, in each of the following figures, components that are not necessary for the description of the embodiment will be omitted from the drawings.
図1は、本実施形態による無線アクセスシステムの構成を示している。図1によると、無線アクセスシステムは、1つのBSと、5つの半二重RS#1~RS#5と、2つのUE#1及びUE#2と、を備えている。本実施形態による無線アクセスシステムは、第1モード又は第2モードのいずれかの動作モードで動作する。第1モードは、図2で説明した様に、UEからRSへの送信と、RSからBSへの送信がTS毎に入れ替わるモードである。つまり、第1モードは、UE#1及びUE#2が第1タイムスロットで上り信号を送信すると、第1タイムスロットの次の第2タイムスロットにおいてUE#1及びUE#2は上り信号の送信を行わないモードでもある。一方、第2モードは、UE#1及びUE#2が第1タイムスロットと、その次の第2タイムスロットの両方において上り信号を送信できるモードである。なお、無線アクセスシステムは、NOMA技術に従い信号の送受信を行い、よって、UE#1及びUE#2が送信する上り信号は、同じ周波数帯域の信号である。
FIG. 1 shows the configuration of a wireless access system according to the present embodiment. According to FIG. 1, the wireless access system includes one BS, five half-
図3は、第2モードにおける送受信タイミングの説明図である。第2モードにおいて、UE#1及びUE#2は、最後のTSを除く総てのTSで信号を送信する。TS#1において、RS#1~RS#5は、UE#1及びUE#2からの上り信号を受信し、信号S1及び信号S2を復号する。ここで、図3においては、信号S1及び信号S2の復号に成功したRSを○で示し、復号に失敗したRSを×で示している。TS#1において、上り信号の復号に成功したRSを、以下では、TS#1における候補RSと呼ぶものとする。同様に、TS#nで上り信号の復号に成功したRSを、以下では、TS#nにおける候補RSと呼ぶものとする。
FIG. 3 is an explanatory diagram of transmission / reception timing in the second mode. In the second mode, UE # 1 and UE # 2 transmit signals on all TSs except the last TS. In
TS#1における候補RSからTS#2においてBSに多重信号を送信するRSが選択される。なお、どの様に選択するかについては後述する。図3においては、TS#1における候補RSからRS#2が選択され、TS#2においてRS#2は、多重信号をBSに送信している。TS#2においてRS#2は多重信号を送信するため、RS#2は、TS#2においてUE#1及びUE#2が送信する信号を受信できない。なお、他のRS#1、RS#3、RS#4及びRS#5は、UE#1及びUE#2からの信号を受信する。ここで、RS#1、RS#5は、TS#1における候補RSであるため、RS#1及びRS#5にとって、TS#2においてRS#2が送信する多重信号は既知である。したがって、RS#1及びRS#5は、TS#2においてRS#2が送信する多重信号の影響を除去して、UE#1及びUE#2からの信号を精度良く受信することができる。なお、RS#3及びRS#4は、TS#1における候補RSではなく、よって、RS#3及びRS#4にとっては、TS#2においてRS#2が送信する多重信号は既知ではない。しかしながら、RS#2と、RS#3及びRS#4とのチャネル利得によっては、RS#3及びRS#4も、TS#2において、UE#1及びUE#2からの信号S1及び信号S2を復号することができる。図3の例においては、TS#2において、RS#1、RS#4及びRS#5がUE#1及びUE#2からの信号の復号に成功し、よって、TS#2における候補RSとなっている。
From the candidate RS in
以下、同様に、TS#nにおける候補RSからTS#(n+1)において多重信号を送信するRSを選択する。そして、TS#(n+1)においては、多重信号を送信しているRS以外のRSが、UE#1及びUE#2からの上り信号を受信し、このうち、信号S1及び信号S2を取り出すことができたものが、TS#(n+1)における候補RSとなる。
Hereinafter, similarly, the RS that transmits the multiplex signal in TS # (n + 1) is selected from the candidate RS in TS # n. Then, in TS # (n + 1), RSs other than the RS transmitting the multiplex signal may receive the uplink signals from
続いて、TS#nにおける候補RSからTS#(n+1)において多重信号を送信するRSをどの様に選択するかについて説明する。図4に示す様に、RS#1からRS#5は、それぞれ、TS#nにおいて、信号S1及び信号S2の復号に成功したか否かを示す情報をBSに送信する。これにより、BSは、候補RSを判定する。BSは、例えば、候補RSの内、BSとのチャネル利得の最も高いRSを選択し、S11で、選択したRSを示す信号をブロードキャスト、又は、選択したRSにユニキャストする。選択されたRSは、TS#(n+1)において多重信号をBSに送信する。なお、ユニキャストの場合、このユニキャストの信号を受信しないRSは、TS#(n+1)において、UE#1及びUE#2からの信号を受信する。
Next, how to select the RS for transmitting the multiplex signal in TS # (n + 1) from the candidate RS in TS # n will be described. As shown in FIG. 4,
なお、図3においては、タイムスロットの終わりを設けていないが、例えば、N個のタイムスロットを1つの周期とすることができる。この場合、UE#1及びUE#2は、TS#1からTS#(N-1)番目までのタイムスロットにおいて上り信号を送信し、最後、つまり、TS#Nにおいては上り信号を送信しない。また、いずれかのRSは、TS#2からTS#Nにおいて、多重信号を送信する。
Although the end of the time slot is not provided in FIG. 3, for example, N time slots can be set as one cycle. In this case,
続いて、本発明において、第1モードと第2モードとをどの様に選択するかについて説明する。なお、前提として、RS#1~RS#5の送信機の送信電力は等しいものとする。また、RS#1~RS#5の送信機におけるノイズレベルは等しいものとする。つまり、RS#1~RS#5の送信機が送信する信号のSNRは等しいものとする。
Subsequently, in the present invention, how to select the first mode and the second mode will be described. As a premise, it is assumed that the transmission powers of the transmitters of
本発明者の研究により、第1モード及び第2モードにおいて、BSがRSからの多重信号の復号に失敗する理論的な確率は、RS数、BSのアンテナ数、RSの配置位置、目標データレート、RSの送信機におけるSNR等に依存することが分かった。ここで、RS数、BSのアンテナ数、RSの配置位置、目標データレート等は、無線アクセスシステムにおいて固定的な値である。したがって、BSが復号に失敗する理論的な確率は、主に、RSの送信機におけるSNRに応じて変化する。図5は、このSNRと、BSが復号に失敗する理論的な確率との関係を示している。なお、参照符号60及び70は、第2モードの場合を示し、参照符号61及び71は、第1モードの場合を示している。また、参照符号60及び61の組と、参照符号70及び71の組の違いは、参照符号60及び61の組においては、RS数が4、かつ、BSのアンテナ数が3であるのに対し、参照符号70及び71の組においては、RS数が6、かつ、BSのアンテナ数が2であることのみであり、その他のパラメータは同一である。
According to the research of the present inventor, in the first mode and the second mode, the theoretical probability that the BS fails to decode the multiplex signal from the RS is the number of RSs, the number of antennas of the BS, the position of the RS, and the target data rate. , It was found that it depends on SNR and the like in the transmitter of RS. Here, the number of RSs, the number of BS antennas, the arrangement position of RSs, the target data rate, and the like are fixed values in the wireless access system. Therefore, the theoretical probability that the BS will fail to decode will vary primarily with the SNR in the RS transmitter. FIG. 5 shows the relationship between this SNR and the theoretical probability that the BS will fail to decode.
図5より、SNRが高くなるに従い、BSが復号に失敗する確率(以下、失敗確率)は低くなっている。しかしながら、第1モードの失敗確率と第2モードの失敗確率の大小関係は、あるSNRを境に逆転している。例えば、参照符号60及び61で示す、RS数が4、かつ、BSのアンテナ数が3の場合、SNRが凡そ29dBまでは、第2モード(参照符号60)の方が失敗確率は低いが、SNRが29dBを超えると、第1モード(参照符号61)の方が失敗確率は低くなる。また、参照符号70及び71で示す、RS数が6、かつ、BSのアンテナ数が2の場合、この境界は凡そ36dBである。
From FIG. 5, as the SNR increases, the probability that the BS fails in decoding (hereinafter referred to as the failure probability) decreases. However, the magnitude relationship between the failure probability of the first mode and the failure probability of the second mode is reversed at a certain SNR. For example, when the number of RSs is 4 and the number of BS antennas is 3, which are indicated by
無線アクセスシステムのBSは、当該無線アクセスシステムにおいて失敗確率が逆転するこの境界のSNRに関する情報を閾値として保持している。そして、例えば、RS#1~RS#5の送信電力を設定する際、或いは、変更する際、そのSNRに基づき第1モードとするか、第2モードにするかを判定し、判定結果をRS#1~RS#5並びにUE#1及びUE#2に通知する。なお、BSは、RS#1~RS#5の送信機のノイズレベルの情報も保持しているものとする。
The BS of the wireless access system holds information about the SNR at this boundary where the failure probability is reversed in the wireless access system as a threshold value. Then, for example, when setting or changing the transmission power of
図6は、本実施形態による動作モード選択処理のシーケンスを示している。S20において、BSは、例えば、無線アクセスシステムの運用者から、RS#1~RS#5のBSへの送信電力を変更する指示を受信する。この指示には、変更後の送信電力を特定するための情報が含まれる。BSは、S21で、変更後の送信電力でのSNRに基づき、第1モードとするか第2モードとするかを判定する。具体的には、SNRが閾値以下であると、第2モードとし、SNRが閾値より大きいと、第1モードとする。BSは、S22で、RS#1~RS#5に送信電力の設定指示と、必要に応じてモードの変更指示を行う。送信電力の設定指示には、設定すべき送信電力を特定するための情報が含まれる。モードの変更指示は、第1モードから第2モードに、或いは、第2モードから第1モードに変更する場合にのみ送信される。各RSは、送信電力設定指示を受信すると、通知された送信電力をBSに信号を送信する送信機に設定して送信電力を変更する。また、各RSは、モード変更指示を受信すると、S23で、各UEにモード変更指示を通知する。モード変更指示を受信すると、各RS及び各UEは、変更後のモードに従い送受信を行う。
FIG. 6 shows a sequence of operation mode selection processing according to the present embodiment. In S20, the BS receives, for example, an instruction from the operator of the wireless access system to change the transmission power of
なお、送信電力の変更のトリガは、無線アクセスシステムの運用者によるコマンド入力に限定されず、BS又はRSが、何らかの状態を監視して送信電力の変更を行う構成とすることもできる。例えば、あるRSが、送信電力の変更を要求する場合、当該RSは、BSに送信電力の変更を通知する。この通知には、変更後の送信電力を特定するための情報が含まれる。BSは、送信電力変更の通知を受信すると、S21からの処理を行う。 The trigger for changing the transmission power is not limited to the command input by the operator of the wireless access system, and the BS or RS may be configured to monitor some state and change the transmission power. For example, when an RS requests a change in transmission power, the RS notifies the BS of the change in transmission power. This notification contains information to identify the transmitted power after the change. Upon receiving the notification of the transmission power change, the BS performs processing from S21.
また、本発明によるBS、RS、UEは、コンピュータを上記BS、RS、UEとして動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。 Further, the BS, RS, and UE according to the present invention can be realized by a program that operates the computer as the BS, RS, and UE. These computer programs are stored in a computer-readable storage medium or can be distributed over a network.
発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。 The invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the invention.
Claims (7)
前記無線アクセスシステムは、前記複数の移動通信装置が第1タイムスロットで前記上り信号を送信すると、前記第1タイムスロットの次の第2タイムスロットにおいて前記複数の移動通信装置が前記上り信号の送信を行わない第1モードと、前記複数の移動通信装置が前記第1タイムスロット及び前記第2タイムスロットの両方において前記上り信号を送信する第2モードのいずれかの動作モードで動作し、
前記無線アクセスシステムは、前記第1モード及び前記第2モードのいずれで動作するかを、前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比に基づき決定する決定手段を、備えていることを特徴とする無線アクセスシステム。 The base station, a plurality of relay stations, and a plurality of mobile communication devices are included, and the plurality of mobile communication devices include the base station via any one relay station of the plurality of relay stations according to the non-orthogonal multiple access technique. A wireless access system that sends an uplink signal to a station.
In the wireless access system, when the plurality of mobile communication devices transmit the uplink signal in the first time slot, the plurality of mobile communication devices transmit the uplink signal in the second time slot next to the first time slot. The operation mode is one of the first mode in which the above-mentioned is not performed and the second mode in which the plurality of mobile communication devices transmit the uplink signal in both the first time slot and the second time slot.
The wireless access system comprises means for determining whether to operate in the first mode or the second mode based on the signal-to-noise ratio of the signal transmitted by the plurality of relay stations to the base station. A wireless access system characterized by being.
前記複数の中継局は、前記基地局から前記動作モードの変更が通知されると、前記複数の移動通信装置に前記動作モードの変更を通知することを特徴とする請求項3に記載の無線アクセスシステム。 The base station operates when the determining means determines to operate in the second mode when the wireless access system is operating in the first mode, and when the wireless access system operates in the second mode. If it is determined that the determination means operates in the first mode, the plurality of relay stations are notified of the change in the operation mode.
The wireless access according to claim 3, wherein the plurality of relay stations notify the plurality of mobile communication devices of the change in the operation mode when the base station notifies the change in the operation mode. system.
前記無線アクセスシステムは、前記複数の移動通信装置が第1タイムスロットで前記上り信号を送信すると、前記第1タイムスロットの次の第2タイムスロットにおいて前記複数の移動通信装置が前記上り信号の送信を行わない第1モードと、前記複数の移動通信装置が前記第1タイムスロット及び前記第2タイムスロットの両方において前記上り信号を送信する第2モードのいずれかの動作モードで動作し、
前記基地局は、
前記第1モード及び前記第2モードのいずれで動作するかを、前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比に基づき決定する決定手段を、備えていることを特徴とする基地局。 The base station, a plurality of relay stations, and a plurality of mobile communication devices are included, and the plurality of mobile communication devices include the base station via any one of the plurality of relay stations according to the non-orthogonal multiple access technique. The base station of a wireless access system that transmits an uplink signal to a station.
In the wireless access system, when the plurality of mobile communication devices transmit the uplink signal in the first time slot, the plurality of mobile communication devices transmit the uplink signal in the second time slot next to the first time slot. The operation mode is one of the first mode in which the above-mentioned is not performed and the second mode in which the plurality of mobile communication devices transmit the uplink signal in both the first time slot and the second time slot.
The base station is
It is characterized by comprising a determining means for determining whether to operate in the first mode or the second mode based on the signal-to-noise ratio of the signal transmitted by the plurality of relay stations to the base station. Base station to do.
前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の電力を制御する制御手段をさらに備えており、
前記決定手段は、前記複数の中継局のノイズレベルを保持しており、前記制御手段が決定した前記電力と、前記ノイズレベルと、に基づき前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比を判定することを特徴とする請求項5に記載の基地局。 The base station is
Further, the control means for controlling the power of the signal transmitted by the plurality of relay stations to the base station is provided.
The determination means holds the noise levels of the plurality of relay stations, and the signal transmitted by the plurality of relay stations to the base station based on the power determined by the control means and the noise level. The base station according to claim 5, wherein the signal-to-noise ratio is determined.
前記無線アクセスシステムが前記第1モードで動作しているときに前記決定手段が前記第2モードで動作すると決定した場合、及び、前記無線アクセスシステムが前記第2モードで動作しているときに前記決定手段が前記第1モードで動作すると決定した場合、前記複数の中継局に前記動作モードの変更を通知する通知手段をさらに備えていることを特徴とする請求項5又は6に記載の基地局。 The base station is
The determination means determines to operate in the second mode when the wireless access system is operating in the first mode, and the wireless access system is operating in the second mode. The base station according to claim 5 or 6, wherein when the determination means is determined to operate in the first mode, the plurality of relay stations are further provided with a notification means for notifying the change of the operation mode. ..
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