JP4869802B2 - 送信装置及び通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信の技術分野に関し、特にマルチキャリア伝送が行われる通信システムに使用される送信装置及び通信方法に関する。
この種の分野では、高速大容量の通信を効率的に行う広帯域の無線アクセスを実現することが益々重要になっている。特に下りチャネルではマルチパスフェージングを効果的に抑制しつつ高速大容量の通信を行う等の観点からマルチキャリア方式−より具体的には直行周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式−が有望視されている。
図１に示されるように、システムで使用可能な周波数帯域は、複数のリソースブロックに分割され（図示の例では３つに分割され）、リソースブロックの各々は１以上のサブキャリアを含む。リソースブロックは周波数チャンク（chunk）又は周波数ブロックとも呼ばれる。移動局には１以上のリソースブロックが割り当てられる。周波数帯域を複数のリソースブロックに分ける技術については、例えば非特許文献１に記載されている。
P.Chow,J.Cioffi,J.Bingham,"A Practical Discrete Multitone Transceiver Loading Algorithm for Data Transmission over Spectrally Shaped Channel",IEEE Trans.Commun.vol.43,No.2/3/4,February/March/April 1995
上記のように周波数領域を複数のリソースブロックに分け、１サブフレーム内に複数のスケジューリングされたユーザ向けの制御チャネルを多重することができる。複数ユーザの制御チャネルをサブフレームに多重したときの例を図２Ａ〜図２Ｃに示す。図２Ａは、サブフレーム内の１ＯＦＤＭシンボルに３ユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２、ＵＥ３）の制御チャネルが多重されている例を示している。サブフレーム内の共有データチャネルには各ユーザのデータがマッピングされている。図２Ｂは、サブフレーム内の２ＯＦＤＭシンボルに３ユーザの制御チャネルが多重されている例を示している。また、図２Ｃは、１サブフレームに３ユーザの制御チャネルが多重されている例を示している。本発明では制御チャネルに着目するため、図２Ｂ及び図２Ｃでは共有データチャネルのマッピングを省略する。このように、本発明では、サブフレーム内に複数のユーザ向けの制御チャネルが多重されており、且つそれらの制御チャネルが同一タイミングのＯＦＤＭシンボルに多重されている場合について検討する。
制御チャネルは、共有データチャネルを復調するために必要な情報が入っているため、制御チャネルの受信品質を向上させることが望まれる。しかし、送信電力制御又は送信ビームフォーミングを行う場合に、隣接する基地局から送信される制御チャネルが干渉となり、制御チャネルの受信品質が低下する場合がある。特にセル端の移動局でこのような問題が顕著になる。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、制御チャネルの受信品質を向上させることを目的とする。
本発明の前記の目的は、
ＯＦＤＭ下り無線アクセスにおいて、複数の受信装置向けの制御チャネルを同一送信タイミングのＯＦＤＭシンボルに多重する送信装置であって、
送信装置特有の周波数マッピングパターンに従って、前記複数の受信装置向けの制御チャネルをサブキャリアに割り当てる周波数割り当て部と、
前記周波数割り当て部において割り当てた制御チャネルを送信する送信部とを備え、
前記周波数割り当て部での周波数マッピングパターンにしたがってひとつの受信装置に割り当てた制御チャネルが、他の送信装置における周波数マッピングパターンにしたがって、複数の他の受信装置のそれぞれに割り当てられた制御チャネルと周波数領域において一部で重複することを特徴とする送信装置、により解決することができる。
また、本発明の前記の目的は、
ＯＦＤＭ下り無線アクセスにおいて、送信装置が複数の受信装置向けの制御チャネルを同一送信タイミングのＯＦＤＭシンボルに多重して送信する通信方法であって、
送信装置特有の周波数マッピングパターンに従って、前記複数の受信装置向けの制御チャネルをサブキャリアに割り当てるステップと、
割り当てた制御チャネルを送信するステップとを備え、
前記割り当てるステップでの周波数マッピングパターンにしたがってひとつの受信装置に割り当てた制御チャネルが、他の送信装置における周波数マッピングパターンにしたがって、複数の他の受信装置のそれぞれに割り当てられた制御チャネルと周波数領域において一部で重複することを特徴とする通信方法、によっても解決することができる。
本発明の実施例によれば、制御チャネルの受信品質を向上させることができる。
本発明の実施例について図面を参照して説明する。
＜第１実施例＞
図２Ａ〜図２Ｃに示すような制御チャネル構成を用いたときに、基地局から移動局に対して送信電力制御を行う場合について詳細に説明する。この場合の送信電力制御とは、移動局の受信品質を向上させるために、移動局毎に送信電力を変化させることをいう。
図３は、基地局が送信電力制御を行うときに送信する電力を周波数軸上に示している。ｅＮＢ１及びｅＮＢ２は基地局を示し、ＵＥ１〜ＵＥ４は移動局を示す。ｅＮＢ１のセル内に在圏するＵＥ１及びＵＥ２に対してｅＮＢ１が送信電力制御を行うときに、ｅＮＢ１に近いＵＥ１には電力を小さくし、ｅＮＢ１から離れたＵＥ２には電力を大きくする。同様に、ｅＮＢ２が送信電力制御を行うときに、ｅＮＢ２に近いＵＥ４には電力を小さくし、ｅＮＢ２から離れたＵＥ３には電力を大きくする。図３に示すように、ｅＮＢ１からＵＥ２向けの制御チャネルを送信するサブキャリアとｅＮＢ２からＵＥ３向けの制御チャネルを送信するサブキャリアとが一致する場合に、ＵＥ２の制御チャネルとＵＥ３の制御チャネルとが干渉し合うため、送信電力を増大したとしても信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：signal to interference ratio）は改善できない。
このような問題を解決するために、第１実施例では、セル（基地局）特有の周波数マッピングパターンを適用する（ＦＤＭ型送信電力制御という）。セル特有の周波数マッピングパターンは、セル毎に予め決められているパターンを使用する。
具体的には、図４Ａに示すように、各ユーザ向けの制御チャネルをマッピングする位置がばらばらになるように、セル毎に異なる周波数マッピングパターンを使用する。例えば、セル１では、ＵＥ１に対して３番目、４番目、６番目、７番目、１０番目、１３番目、１４番目のサブキャリアを割り当て、ＵＥ２に対して空いているところを割り当てる。また、セル２では、ＵＥ３に対して１番目、３番目、４番目、７番目、９番目、１１番目、１３番目のサブキャリアを割り当て、ＵＥ４に対して空いているところを割り当てる。このようにすることで、干渉の大きい部分と干渉の小さい部分とが現れ、サブキャリア間での干渉を低減することができる。
図４Ａに示すＦＤＭ型送信電力制御では、移動局に対する送信電力は、その移動局宛のサブキャリア間で同じである。例えば、ＵＥ１に対する送信電力は、ＵＥ１のシステム帯域幅での平均受信品質（例えば、信号電力対干渉＋雑音電力比（ＳＩＮＲ：signal to interference plus noise ratio））に基づいて設定されている。図４Ｂに示すように、この送信電力は、サブキャリア毎の受信品質に基づいて、サブキャリア毎に設定されてもよい。サブキャリア毎に送信電力を制御することにより、移動局における干渉を更に低減することができる。また、図４Ｃに示すように、サブキャリアを受信品質に応じてグループ化し、グループ内の平均受信品質に基づいて、グループ毎に送信電力を設定してもよい。また、周波数領域で近いサブキャリアをグループ化し、グループ毎に送信電力を制御してもよい。更に、受信品質に応じてサブキャリアをグループ化する方法と、周波数領域で近いサブキャリアをグループ化する方法とを組み合わせてもよい。このようにしてグループを複数の段階に構成することも可能である。
別法として、セル特有の周波数マッピングパターンを適用する代わりに、ユーザ毎の制御チャネルにユーザ間で直交符号を乗算する（ＣＤＭ型送信電力制御という）。
具体的には、図５に示すように、ユーザ毎の制御チャネルに直交符号（Walsh符号、Phase shift符号等）を乗算して、ユーザ間を符号領域で直交させる。このようにすることで、各サブキャリアの送信電力が同じになるため、サブキャリア毎の電力（干渉）のばらつきを抑えることができる。
また、図６に示すように、ＦＤＭ型送信電力制御とＣＤＭ型送信電力制御とを組み合わせることも可能である。なお、図３〜図５では２ユーザの制御チャネルが多重されている場合を示したが、図６では４ユーザの制御チャネルが多重されている場合を示している。
干渉をランダム化するという観点からは、ＦＤＭ型送信電力制御に比べてＣＤＭ型送信電力制御の方が好ましい。しかし、多重数が大きくなると、ＣＤＭ型送信電力制御は拡散率（SF：spreading factor）が大きくなり、周波数選択性フェージング環境において直交性の崩れが生じる。すなわち、ＣＤＭ型送信電力制御は自セル内での干渉に弱いという欠点がある。一方、ＦＤＭ型送信電力制御は、周波数領域でユーザの信号が互いに干渉しないため、セル内の干渉に強い。従って、双方を組み合わせることにより、干渉を低減することができると共に、拡散率を抑えることが可能になる。
＜第２実施例＞
次に、図２Ａ〜図２Ｃに示すような制御チャネル構成を用いたときに、基地局から移動局に対して送信ビームフォーミングを行う場合について詳細に説明する。この場合の送信ビームフォーミングとは、移動局の受信品質を向上させるために、アンテナの指向性を変化させることをいう。
図７は、基地局が送信ビームフォーミングを行うときに移動局（ＵＥ２）で受信する各ＵＥ向けの制御チャネルの受信電力を周波数軸上に示している。ｅＮＢ１及びｅＮＢ２は基地局を示し、ＵＥ１〜ＵＥ４は移動局を示す。ｅＮＢ１のセル内に在圏するＵＥ１及びＵＥ２に対してｅＮＢ１が送信電力制御を行うときに、ｅＮＢ１から離れたＵＥ２での受信品質を良くするようにアンテナの指向性を変化させる。同様に、ｅＮＢ２が送信電力制御を行うときに、ｅＮＢ２から離れたＵＥ３での受信品質を良くするようにアンテナの指向性を変化させる。図７に示すように、ｅＮＢ１からＵＥ２向けの制御チャネルを送信するサブキャリアとｅＮＢ２からＵＥ３向けの制御チャネルを送信するサブキャリアとが一致する場合に、ＵＥ２の制御チャネルとＵＥ３の制御チャネルとが干渉し合うため、送信ビームフォーミングの効果が減少する。
このような問題を解決するために、第２実施例では、第１実施例と同様に、セル特有の周波数マッピングパターンを使用する（ＦＤＭ型送信ビームフォーミング制御という）。セル特有の周波数マッピングパターンを使用することで、図４Ａと同様に干渉の大きい部分と干渉の小さい部分とが現れ、サブキャリア間での干渉を低減することができる。別法として、ユーザ毎の制御チャネルに直交符号を乗算してもよい（ＣＤＭ型送信ビームフォーミング制御という）。このようにすることで、図５と同様にサブキャリア毎の干渉のばらつきを抑えることができる。また、ＦＤＭ型送信ビームフォーミング制御とＣＤＭ型送信ビームフォーミング制御とを組み合わせることも可能である。
＜第１実施例及び第２実施例における基地局及び移動局の構成＞
第１実施例及び第２実施例の基地局１０の構成について、図８及び図９を参照して説明する。基地局１０は、パターン生成部／符号乗算部１０１−１，１０１−２と、周波数割り当て部１０３−１，１０３−２と、電力調整部１０５−１，１０５−２と、ＩＦＦＴ部１０７と、ＣＰ付加部１０９と、ウェイト乗算部１１１と、送信部１１３とを有する。図８は２ユーザの場合についてユーザ毎にパターン生成部／符号乗算部と、周波数割り当て部と、電力調整部とを有する構成を示しているが、Ｎユーザ数の場合には、パターン生成部／符号乗算部と、周波数割り当て部と、電力調整部とがそれぞれＮ個存在してもよい。また、パターン生成部／符号乗算部は、複数のユーザの周波数割り当て部に対して基地局内で単一でもよい。
パターン生成部／符号乗算部１０１は、ＦＤＭ型送信電力制御（又はＦＤＭ型送信ビームフォーミング制御）を行う場合に、セル特有の周波数マッピングパターンを生成する（Ｓ１０１）。また、ＣＤＭ型送信電力制御（又はＣＤＭ型ビームフォーミング制御）を行う場合に、移動局向けの制御チャネルに、移動局間で直交する直交符号を乗算する（Ｓ１０３）。周波数割り当て部１０３は、ＦＤＭ型送信電力制御（又はＦＤＭ型送信ビームフォーミング制御）を行う場合に、周波数マッピングパターンに従ってサブキャリアを割り当てる（Ｓ１０５）。また、ＣＤＭ型送信電力制御（又はＣＤＭ型送信ビームフォーミング制御）を行う場合には、移動局間で直交する直交符号が乗算されているため、ユーザ１から順に連続的に周波数を割り当ててもよい（Ｓ１０７）。電力調整部１０５は、移動局の受信品質に基づいて送信電力を制御する（Ｓ１０９）。各ユーザの制御チャネルは多重され、ＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）部１０７で直交マルチキャリア信号に変換される。ＣＰ付加部１０９は、このマルチキャリア信号にＣＰ（サイクリックプリフィックス）を挿入する。ウェイト乗算部１１１は、基地局と移動局との位置関係に基づいてアンテナの指向性を変化させるためのウェイトを乗算し（Ｓ１１１）、送信部１１３で信号を移動局に送信する。
図８及び図９では第１実施例と第２実施例との双方を適用するときの構成を示したが、第１実施例のみを適用するときにウェイト乗算部は必須でなく、また、第２実施例のみを適用するときに電力調整部は必須ではない。
なお、基地局１０は、パターン生成部／符号乗算部１０１で生成された周波数マッピングパターン又は直交符号を、報知チャネルを通じて移動局に通知してもよい。
このように報知チャネルを通じて移動局に通知された周波数マッピングパターン又は直交符号を用いて自局宛の制御チャネルを受信する移動局の構成を図１０に示す。移動局２０は、受信部２０１と、ＣＰ除去部２０３と、ＦＦＴ部２０５と、分離部２０７と、パターン／符号格納部２０９とを有する。受信部２０１で受信した信号は、ＣＰ除去部２０３でＣＰが除去され、ＦＦＴ部で周波数領域に変換される。パターン／符号格納部２０９は、報知チャネルで通知された周波数マッピングパターン又は直交符号を格納する。この周波数マッピングパターン又は直交符号を用いて、分離部２０７で自局宛の制御チャネルを取り出す。
＜第３実施例＞
第３実施例では、基地局が複数のセクタで構成される場合に、セクタ間の制御チャネルを直交化することについて説明する。
図１１は、周波数領域でセクタ間の制御チャネルを直交化する方法を示している（セクタ間ＦＤＭ型送信制御という）。セクタ毎に制御チャネルを送信するサブキャリアを別にすることで、セクタ間の制御チャネルを直交化することができる。具体的には、セクタ１内の周波数割り当て部（図８の１０３）が制御チャネルを割り当てたサブキャリアに、セクタ２内の周波数割り当て部（図８の１０３）は制御チャネルを割り当てない。例えば、このようにセクタ間の周波数割り当て部を制御する制御部を設けることで、セクタ１が制御チャネルを送信するサブキャリアでは、セクタ２の制御チャネルは送信されない。
図１２は、符号領域でセクタ間の制御チャネルを直交化する方法を示している（セクタ間ＣＤＭ型送信制御という）。セクタ毎に異なる直交符号を用いることで、セクタ間の制御チャネルを直交化することができる。具体的には、セクタ１内の符号乗算部（図８の１０１）で用いられる直交符号は、セクタ２内の符号乗算部（図８の１０１）で用いない。例えば、このようにセクタ間の符号乗算部を制御する制御部を設けることで、セクタ１の制御チャネルとセクタ２の制御チャネルは符号領域で直交化される。
なお、基地局間で制御チャネルの送信タイミングが同期している場合には、図１１及び図１２に示すセクタ間の制御チャネルを直交化する方法と同様にして、基地局間で制御チャネルを直交化することもできる。基地局間での送信タイミングの同期方法としては、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて同期をとることができる。
図１３〜図１６は、上記の実施例を組み合わせて、各ユーザの制御チャネルを直交化できることを示している。図１３は、セクタ間ＦＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＣＤＭ型送信電力制御を適用した場合に相当する。図１４は、セクタ間ＦＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＦＤＭ型送信電力制御を適用した場合に相当する。図１５は、セクタ間ＣＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＣＤＭ型送信電力制御を適用した場合に相当する。図１６は、セクタ間ＣＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＦＤＭ型送信電力制御を適用した場合に相当する。
上記のように、本願発明の実施例によれば、制御チャネルの干渉を低減して制御チャネルの受信品質を向上させることができる。
周波数帯域を複数のリソースブロックに分割することを示す例 複数ユーザの制御チャネルをサブフレームに多重したときの例（その１） 複数ユーザの制御チャネルをサブフレームに多重したときの例（その２） 複数ユーザの制御チャネルをサブフレームに多重したときの例（その３） 基地局が送信電力制御を行うときの干渉を示す図 ＦＤＭ型送信電力制御を示す図（その１） ＦＤＭ型送信電力制御を示す図（その２） ＦＤＭ型送信電力制御を示す図（その３） ＣＤＭ型送信電力制御を示す図 ＦＤＭ型送信電力制御とＣＤＭ型送信電力制御との組み合わせを示す図 基地局が送信ビームフォーミングを行うときの干渉を示す図 第１実施例及び第２実施例の基地局の構成を示す図 第１実施例及び第２実施例の基地局における動作フローを示す図 第１実施例及び第２実施例の移動局の構成を示す図 周波数領域でセクタ間の制御チャネルを直交化する方法を示す図 符号領域でセクタ間の制御チャネルを直交化する方法を示す図 セクタ間ＦＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＣＤＭ型送信電力制御を適用した場合を示す図 セクタ間ＦＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＦＤＭ型送信電力制御を適用した場合を示す図 セクタ間ＣＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＣＤＭ型送信電力制御を適用した場合を示す図 セクタ間ＣＤＭ型送信制御を適用し、セクタ内でＦＤＭ型送信電力制御を適用した場合を示す図
符号の説明
ｅＮＢ１、ｅＮＢ２ 基地局
ＵＥ１、ＵＥ２、ＵＥ３、ＵＥ４ 移動局
１０ 基地局
１０１−１、１０１−２ パターン生成部／符号乗算部
１０３−１、１０３−２ 周波数割り当て部
１０５−１、１０５−２ 電力調整部
１０７ ＩＦＦＴ部
１０９ ＣＰ付加部
１１１ ウェイト乗算部
１１３ 送信部
２０ 移動局
２０１ 受信部
２０３ ＣＰ除去部
２０５ ＦＦＴ部
２０７ 分離部
２０９ パターン／符号格納部

Claims (10)

  1. ＯＦＤＭ下り無線アクセスにおいて、複数の受信装置向けの制御チャネルを同一送信タイミングのＯＦＤＭシンボルに多重する送信装置であって、
    送信装置特有の周波数マッピングパターンに従って、前記複数の受信装置向けの制御チャネルをサブキャリアに割り当てる周波数割り当て部と、
    前記周波数割り当て部において割り当てた制御チャネルを送信する送信部とを備え、
    前記周波数割り当て部での周波数マッピングパターンにしたがってひとつの受信装置に割り当てた制御チャネルが、他の送信装置における周波数マッピングパターンにしたがって、複数の他の受信装置のそれぞれに割り当てられた制御チャネルと周波数領域において一部で重複することを特徴とする送信装置。
  2. 移動局のシステム帯域幅での平均受信品質に基づいて送信電力を制御する電力調整部を更に有する請求項１に記載の送信装置。
  3. 移動局でのサブキャリア毎の受信品質に基づいてサブキャリア毎に送信電力を制御する電力調整部を更に有する請求項１に記載の送信装置。
  4. 移動局でのサブキャリア毎の受信品質に基づいてサブキャリアを所定数のグループにグループ化し、グループ毎に送信電力を制御する電力調整部を更に有する請求項１に記載の送信装置。
  5. 前記複数の受信装置向けの制御チャネルに、受信装置間で直交する直交符号を乗算する符号乗算部を更に有し、
    前記周波数割り当て部は、前記送信装置特有の周波数マッピングパターンに従って、前記直交符号を乗算した制御チャネルをサブキャリアに割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
  6. 前記送信装置特有の周波数マッピングパターンは、報知チャネルを通じて前記複数の受信装置に通知されることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
  7. 前記受信装置間で直交する直交符号は、報知チャネルを通じて前記複数の受信装置に通知されることを特徴とする請求項５に記載の送信装置。
  8. 前記送信装置は、複数のセクタで構成された基地局であり、
    前記周波数割り当て部は、セクタ毎に制御チャネルを送信するサブキャリアを分けることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
  9. 前記送信装置は、複数のセクタで構成された基地局であり、
    前記符号乗算部は、セクタ毎に異なる直交符号を用いて制御チャネルに乗算することを特徴とする請求項５に記載の送信装置。
  10. ＯＦＤＭ下り無線アクセスにおいて、送信装置が複数の受信装置向けの制御チャネルを同一送信タイミングのＯＦＤＭシンボルに多重して送信する通信方法であって、
    送信装置特有の周波数マッピングパターンに従って、前記複数の受信装置向けの制御チャネルをサブキャリアに割り当てるステップと、
    割り当てた制御チャネルを送信するステップとを備え、
    前記割り当てるステップでの周波数マッピングパターンにしたがってひとつの受信装置に割り当てた制御チャネルが、他の送信装置における周波数マッピングパターンにしたがって、複数の他の受信装置のそれぞれに割り当てられた制御チャネルと周波数領域において一部で重複することを特徴とする通信方法。
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