WO2004059891A1 - 無線通信装置及び無線送信方法 - Google Patents

Abstract

複数の送信相手局に対してサブキャリアを用いて同時に送信するマルチキャリアシステムの無線送信装置においてシステムスループットを向上させるために、サブキャリアをブロックに分割するとともに、ブロック単位で送信相手局を選択し、１ブロック当たりの前記サブキャリアの数を、その送信相手局の伝搬環境に基づいて、送信相手局毎に適応的に変化させる。

Description

明 細 書 無線通信装置及び無線送信方法 技術分野

本発明は、 マルチキヤリア伝送方式の無線通信装置及び無線送信方法に関 する。 背

従来、 マルチキャリア伝送システムにおいて、 サブキャリアをブロック分 けしてグループ化された複数のサブキヤリア毎に適応変調を行う無線通信シ ステムが提案されている。 このような無線通信システムでは、 サブキャリア 毎ではなく、 複数のサブキヤリァからなるブロック毎に適応変調を行うこと により、 サブキャリア毎に適応変調を行う場合に比べて、 受信装置からのフ イードバヅク情報 （S N R等の回線品質情報） をブロック単位にでき、 この 分、 フィードバヅク情報を少なくすることができる。

また、 適応変調のパラメ一夕 （変調方式、 符号化方式） を受信装置に伝え る場合においても、 すべてのサブキヤリアの変調方式及び符号化方式を伝え る必要はなく、 プロヅク毎に伝えればよいこととなるので、 制御チャネルの 伝送レートを低くすることができる。

このような無線通信システムでは、 ブロックのサイズは、 各ブロック内で のチャネル変動が一定と見なせる値になるよう、 ブロックのサイズ （周波数 帯域） が定められ、 この定められたブロックサイズでシステムの運用を行う こととされている （例えば、 文献 「周波数スケジューリングにおける M C— C D Mにおけるフレーム構成と制御方法に関する検討 原他、 電子情報通信 学会 無線通信システム研究会技術報告 2002-130 2002年 7月」 参照）。

ところで、 上記文献に示す従来の無線通信システムでは、 ブロック （セグ メント） 内のチャネル変動が一定であると仮定している。 しかしながら、 実 際の無線通信システムでは、 遅延波の遅延時間が長くなると、 ブロック内の チャネル変動量が大きくなり、 ブロック内のチャネル変動を一定と見なすと いう前提が崩れてしまう場合がある。 また、 長い遅延時間の遅延波がある場 合であってもプロヅク内のチャネル変動が一定になるようにしょうとすると、 ブロックサイズを小さくしなくてはならず、 このようにすると、 サブキヤリ ァをブロック化しても、 制御チャネルに必要な情報量を十分に低減すること が困難になるという問題があった。

因みに、 図 1は、 従来のブロック割り当て状態例を示す略線図である。 こ の図 1に示す従来例のようにブロックサイズ （ブロック内のサブキャリア 数） を一定とした場合に、 同一のユーザ Cに対して周波数軸上で連続した複 数のプロックが割り当てられる状態が生じることにより、 実際の伝搬環境に 対して不必要にブロック数が多くなることがある。 この場合、 各ブロック毎 に制御情報 （変調方式、 符号化方式等） を受信装置に対して送信するように なされていることにより、 制御情報の数が無駄に多くなるという問題があつ た。 発明の開示

本発明の目的は、 システムスル一プットを向上させることが出来る無線送 信装置及び無線送信方法を提供することである。

この目的を達成するために、 本発明では、 マルチキャリアシステムにおい て、 送信相手局ごとにブロックサイズ （サブキャリア数） を適応的に変化さ せる。 図面の簡単な説明

図 1は、 従来の各プロック内の割り当ての説明に供する略線図である。 図 2は、 本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すプロッ ク図である。

図 3は、 本発明の実施の形態に係る送信装置の構成を示すプロック図であ る。

図 4は、 本発明の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図であ る。

図 5 Aは、 本発明の実施の形態に係る受信波の遅延時間の分布を示す特性 曲線図である。

図 5 Bは、 本発明の実施の形態に係る受信波の遅延時間の分布を示す特性 曲線図である。

図 5 Cは、 本発明の実施の形態に係る受信波の遅延時間の分布を示す特性 曲線図である。

図 6は、 本発明の実施の形態に係る受信装置の受信パワー及び周波数の関 係を示す特性曲線図である。

図 7は、 本発明の実施の形態に係る各プロック内の割り当ての説明に供す る略線図である。

図 8は、 本発明の実施の形態に係る送信装置のプロックの割り当て処理手 順を示すフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態

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。 図 2は、 本発明の実施の形態に係る無線通信システムの全体構成を示すブ ロック図である。 図 2に示すように、 この無線通信システムでは、 送信装置 1 0 0が複数の受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0、 …との間でマルチキヤリ ァ伝送方式で無線通信を行うようになされている。

図 3は、 送信装置 1 0 0の構成を示すブロック図である。 図 3に示すよう に、 送信装置 1 0 0は、 各受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0、 … （ユーザ # l ~# n) に送信する送信デ一夕 D l〜D nをブロック化部 1 0 1— 1〜 1 0 1一 nに受ける。 プロヅク化部 1 0 1— 1〜； L 0 1— nは、 それぞれ、 ブ ロック内サブキヤリァ数制御部 1 1 6から供給されるブロック内サブキヤリ ァ数を制御するための信号に基づいて、 各送信データ D l〜D nについてそ れそれ使用する数のサブキャリアを割り当て、 スケジューラ 1 0 2に供給す る。

スケジューラ 1 0 2は、 周波数軸上に複数のサブキヤリァでブ口ヅク化さ れた送信データ D 1〜！ nを配置し、 それぞれを適応変調部 1 0 3— 1〜 1 0 3— nに供給する。 適応変調部 1 0 3— 1〜 1 0 3— nは、 それぞれ、 変 調制御部 1 1 5から供給される各ユーザ毎に決定された変調多値数に基づい て変調を行い、 その結果を I F F T (Inverse Fast Fourier Transform) 処 理部 1 0 4に供給する。

I F F T処理部 1 0 4は、 各送信データのサブキヤリアを重畳することに より、 O F D M信号 （マルチキャリア信号） を生成し、 これを G I (Gird Interval) 付加部 1 0 5に供給する。 G I付加部 1 0 5は、 0 F D M信号に 対してガードインターバルを付加した後、 送信 R F (Eadio Frequency) 部 1 0 6に供給する。 送信 R F部 1 0 6は、 ガードイン夕一バル挿入後の信号 に対して所定の無線送信処理 （例えば、 D /A変換やアップコンパ一ドな ど） を行い、 この無線送信処理後の信号を無線信号としてアンテナ 1 0 7を 介して送信する。

また、 アンテナ 1 0 7を介して受信 R F部 1 1 1において受信された受信 信号は、 ここで所定の無線受信処理 （例えば、 ダウンコンバートや A/D変 換など） が施される。 受信 R F部 1 1 1は、 この無線受信処理後の信号を、 ユーザ数分だけ設けられたチャネル推定値最大遅延時間受信部 1 1 2— 1〜 1 1 2— nに供給する。

チャネル推定値最大遅延時間受信部 1 1 2— 1〜 1 1 2— nは、 受信信号 からチャネル推定値及び最大遅延時間をユーザ毎に抽出し、 変調制御部 1 1 5、 スケジューラ 1 0 2及びブロック内サブキャリア数制御部 1 1 6に供給 する。 変調制御部 1 1 5は、 各受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0からチヤネ ル推定値として送信されてきた受信電力値や S N R等の回線品質情報に基づ いて、 ブロック毎に適応変調制御を行う。 ブロック内サブキャリア数制御部 1 1 6は、 各受信装置毎の最大遅延時間に基づいて、 各受信装置毎のブロッ クサイズ （サブキャリア数） を決定する。 また、 スケジューラ 1 0 2は、 各 受信装置からのチャネル推定値に基づいて、 周波数軸上の各帯域ごとに最も 伝搬環境の良い受信装置を選択し、 その受信装置 （ユーザ） に対してその受 信装置のブロックを割り当てることにより、 各ブロックの周波数軸上への配 置を行う。

なお、 送信装置 1 0 0において、 各プロック単位でサブキヤリアの変調方 式や符号化方式、 ブロックサイズ （サブキャリア数） や周波数軸上でのプロ ヅクの配置に関する情報は、 いずれも制御チャネルによってプロヅク毎に送 信されるようになされている。

図 4は、 受信装置 2 0 0の構成を示すブロック図である。 受信 R F部 2 0 2は、 アンテナ 2 0 1を介して受信した受信信号に対して、 ダウンコンパ一 トゃ AZD変換等の無線受信処理を行った後、 これを G I除去部 2 0 3及び 最大遅延時間測定部 2 0 7に供給する。

G I除去部 2 0 3では、 無線受信処理後の信号に揷入されているガードィ ン夕一バルを除去し、 ガードイン夕一バル除去後の信号を F F T (Fast Fourier Transform) 処理部 2 0 4に供給する。 F F T処理部 2 0 4は、 ガ —ドインタ—バル除去後の信号に対して、 シリアルノパラレル （SZP ) 変 換し、 S P変換後の信号に F F T処理を行ってサブキヤリア毎の情報に変 換し、 この F F T処理後の信号のうち既知信号であるパイロヅトシンボルを、 サブキヤリア毎にチャネル推定部 2 0 8に供給する。

チャネル推定部 2 0 8は、 サブキャリア毎のパイロットシンボルを用いて サブキヤリァ毎にチャネル推定を行い、 得られたサブキヤリァ毎のチャネル 推定値をチャネル補償部 2 0 9に出力する。 チャネル補償部 2 0 9では、 F F T処理後のサブキャリア毎の信号に、 そ れそれのサブキヤリア毎のチャネル推定値を、 乗算器 2 0 5— 1〜2 0 5— nによって乗算して、 F F T処理後のサブキヤリア毎の信号に対してチヤネ ル補償を行う。 チャネル補償されたサブキャリア毎の信号は、 デ一夕取り出 し部 2 0 6に出力され受信データが取り出される。

また、 最大遅延時間測定部 2 0 7は、 受信信号の遅延プロファイルから最 大遅延時間を測定し、 その結果をフィードバック情報生成部 2 1 0に供給す る。 フィードバック情報生成部 2 1 0は、 最大遅延時間測定部 2 0 7から供 給される最大遅延時間情報と、 チャネル推定部 2 0 8から供給されるサブキ ャリア数分のチャネル推定値とをフィードバック情報として生成し、 これを 送信 R F部 2 1 1に供給する。 送信 R F部 2 1 1は、 フィードバヅク情報に 対してアップコンバートや DZA変換等の送信処理を行い、 送信処理された 信号をアンテナ 2 0 1を介して送信する。 なお、 本実施の形態の無線通信シ ステムでは、 F D D (Frequency Division Duplex) を採用していることに より、 受信装置側において最大遅延時間を測定し、 これを送信装置 1 0 0に フィードバヅクするようにしているが、 T D D (Time Division Duplex) を採用した無線通信システムでは、 送信装置側において、 受信装置からの信 号の遅延プロファイルを測定すれば良い。

以上の構成において、 各受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0、 …に対するブ ロック内サブキャリア数の割り当て処理について説明する。 図 5 A、 図 5 B、 図 5 Cは、 各受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0における最大遅延時間を示す 特性曲線図である。

図 5 A、 図 5 B、 図 5 Cに示されるように、 受信装置 2 0 0の最大遅延時 間はて A (秒)、 受信装置 3 0 0の最大遅延時間はて B (秒)、 受信装置 4 0 0の最大遅延時間は T C (秒） とする。

遅延時間が長くなると、 周波数軸上での変動の周期が短くなって変動が激 しくなる。 従って、 この実施の形態のブロック内サブキャリア数制御部 1 1 6は、 最大遅延時間が長い受信装置に対しては、 割り当てるサブキャリア数 を少なくしてブロックサイズを小さくし、 これに対して最大遅延時間が短い 受信装置に対しては、 割り当てるサブキャリア数を多くしてブロックサイズ を大きくする。

これにより、 例えば、 図 6に示すように、 最大遅延時間の短い受信装置 4 0 0の周波数一パワーの関係 Cは、 変動の周期は長くなり、 これに対して、 最も最大遅延時間の長い受信装置 2 0 0の周波数一パワーの関係 Aは、 変動 の周期が最も短くなる。 また、 最大遅延時間 ΤΓとなる伝搬環境において、 周 波数軸上におけるチャネルの変動は、 1 て [Hz] 以下の周波数成分しか 持たなくなる。

従って、 このような場合には、 プロヅク内サブキャリア数制御部 1 1 6は、 図 7に示すように、 各受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0の最大遅延時間 r A、 て B、 TT Cからそれぞれの周波数割り当て、 1 （て A )、 1 / (て B )、 1 / ( r C ) を求め、 これにより各ブロックのサブキャリア数を決定する。 そ して、 スケジューラ 1 0 2によって図 7に示すように周波数軸上での割り当 てを行う。

これにより、 最大遅延時間が長い （周波数軸における伝搬路の変動が大き い） 受信装置ほど割り当てブロック内のサブキャリア数が少なくなり、 また、 最大遅延時間が短い （周波数軸における伝搬路の変動が小さい） 受信装置ほ ど割り当てブロック内のサブキャリア数が多くなる。 従って、 図 1に示す従 来例のようにブロックサイズを一定とした場合に、 例えば 8つのブロックが 必要であったとすると、 本実施の形態では、 図 7に示すように、 ある伝搬環 境のもとでは、 6つのブロックで足りることとなる。 この結果、 各プロヅク ごとに制御チャネルによつて送信する必要がある制御情報 （適応変調のパラ メ一夕等） の数を少なくすることが可能となる。

図 8は、 送信装置 1 0 0のブロック内サブキャリア数制御部 1 1 6におけ る制御処理手順を示すフローチャートである。 図 8に示すように、 ブロック 内サブキャリア数制御部 1 1 6は、 ステップ S T 1 0 1において、 各受信装 置毎の伝搬環境情報 （最大遅延時間） をチャネル推定値最大遅延時間受信部 1 1 2— 1〜 1 1 2— nから取得した後、 ステヅプ S T 1 0 2に移って、 こ の伝搬環境情報に基づいて、 1プロヅク当りのサブキヤリァ数を決定する。 この場合、 ブロック内のチャネル変動が一定になる最も小さなサブキャリア 数が決定される。 具体的には、 サブキャリアの帯域幅を W[Hz]とした場合に、 1ブロック当たりのサブキャリア数を、 最大遅延時間で max に対して、 W X rmax [本] となるように決定することにより、 ブロック内のチャネル変 動が一定となるような、 最小のサブキヤリア数を選択することができる。 かくしてブロック内サブキャリア数制御部 1 1 6において決定された各プ 口ヅクのサブキヤリア数がブロヅク化部 1 0 1— 1〜 1 0 1— nにおいて割 り当てられる。 そして、 スケジューラによって、 各プロヅクが周波数軸上に 配置される。 この場合、 スケジューラ 1 0 2は、 各受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0からそれそれ得られるフィードバック情報 （チャネル推定値） に基づ いて、 図 6に示した受信パワーと周波数の関係を求め、 この関係から各プロ ックの配置を行う。

このように、 本実施の形態の送信装置 1 0 0によれば、 複数の送信相手局 (受信装置 2 0 0、 3 0 0、 4 0 0、 ···） 毎にサブキャリア数を決定できる ことにより、 サブキャリアの割り当てに無駄がなくなるとともに、 制御チヤ ネルの倩報を低減して他セルに与える干渉を少なくすることが可能となる。 また、 1プロック当たりのサブキャリア数を、 受信装置が受信する受信信号 の最大遅延波の遅延時間に応じて決定することにより、 伝搬環境に適したサ ブキャリアの数を選択することができる。 さらに、 サブキャリアの帯域幅を W[Hz]とした場合に、 1ブロック当たりのサブキャリア数を、 最大遅延時間 rmax に対して、 W x rmax [本] となるように決定することにより、 ブ ロック内のチャネル変動が一定となるような、 最小のサブキヤリア数を選択 することが可能となり、 この結果、 必要にして十分なサブキャリアの数を選 択することができる。

なお、 本実施の形態に係る送信装置および受信装置は、 移動体通信システ 'ムにおいて使用される無線通信端末装置および無線通信基地局装置に備える ことが好適である。

以上説明したように、 本発明によれば、 サブキャリアをブロックに分割す るとともに、 ブロック単位で送信相手局を選択し、 1ブロック当たりの前記 サブキャリアの数を、 その送信相手局の伝搬環境に基づいて、 送信相手局毎 に適応的に変化させることにより、 複数の送信相手局毎にサブキヤリァ数を 決定することができ、 サブキヤリアの割り当ての無駄をなくすことができる かくするにっき、 システムスループヅトを向上させることができる。

本明細書は、 2002年 12月 24日出願の特願 2002— 372928 に基づくものである。 この内容はすべてここに含めておく。 産業上の利用可能性

本発明は、 移動体通信システムにおいて使用される無線通信端末装置や無 線通信基地局装置に利用することが可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の送信相手局に対してサブキヤリアを用いて同時にデ一夕を送信す るマルチキャリアシステムの無線送信装置であって、

サブキャリアをブロックに分割するブロック化器と、

プロヅク単位で送信相手局を選択するスケジューラと、

1ブロック当たりのサブキヤリァの数を、 送信相手局の伝搬環境に基づい て、 送信相手局毎に適応的に変化させる制御器と、

を具備する無線送信装置。

2 . 前記制御器は、 前記 1ブロック当たりのサブキャリアの数を、 前記送信 相手局が受信する受信信号の最大遅延波の遅延時間に基づいて決定する、 請求項 1記載の無線送信装置。

3 . 前記制御器は、 前記 1ブロック当たりのサブキャリアの数を、 前記サブ キャリアの帯域幅を W[Hz]、 前記最大遅延時間を rmax とした場合に、 w Xて max [本] となるように決定する、

請求項 2記載の無線送信装置。

4 . 請求項 1記載の無線送信装置を具備する無線通信端末装置。

5 . 請求項 1記載の無線送信装置を具備する無線通信基地局装置。

6 . 複数の送信相手局に対してサブキ リアを用いて同時に送信を行うマル チキヤリアシステムの無線送信方法であって、

サブキャリアをプロックに分割するとともに、 プロヅク単位で送信相手局 を選択し、 1ブロック当たりのサブキャリアの数を、 送信相手局の伝搬環境 に基づいて、 送信相手局毎に適応的に変化させる、

無線送信方法。