JP4455389B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信の技術分野に関し、特に下りリンクでパケットスケジューリングを行う通信システムに使用される無線通信装置及び無線通信方法に関する。

ＩＭＴ−２０００（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−２０００）に代表されるような第３世代の通信方式では、下りリンクで５ＭＨｚの周波数帯域を用いて、２Ｍｂｐｓの情報伝送レートを実現している。ＩＭＴ−２０００では、シングルキャリア方式の広帯域の符号分割多重アクセス（Ｗ−ＣＤＭＡ：Ｗｉｄｅｂａｎｄ−ＣＤＭＡ）方式が採用されている。また、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ：Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）と呼ばれる方式が使用されることもある。ＨＳＤＰＡは、適応変復調及び符号化（ＡＭＣ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ）方式や、ＭＡＣレイヤでのパケットの自動再送（ＡＲＱ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）方式や、高速パケットスケジューリング等を採用することで、伝送レートの高速化や高品質化を図っている。ＡＭＣについては、例えば非特許文献１に記載されている。また、ＡＲＱについては、例えば非特許文献２に記載されている。

図１は、ＡＭＣ方式を説明するための概念図である。一般に、基地局からの送信電力が一定であったとすると、基地局１０に近い端末１１は、基地局１０から遠い端末１２よりも大きな電力で信号を受信できる。従って、端末１１に対するチャネル状態は良いことが推定されるので、変調多値数及び符号化率に大きな値が採用される。これに対して、端末１２は、端末１１よりも小さな電力でしか信号を受信できない。従って、端末１２に対するチャネル状態は良くないことが推定されるので、変調多値数及び符号化率に小さな値が採用される。

図２は、変調方式（変調多値数）と、チャネル符号化率との組み合わせの例を示す。図表中、右端の列は、変調方式ＭがＱＰＳＫ方式であってチャネル符号化率Ｒが１／３である場合のビットレートを１とした場合の相対的なビットレートを示す。例えば、Ｍ＝ＱＰＳＫ，Ｒ＝１／２ならば、１．５倍のビットレートが得られる。一般に、ビットレートが大きくなると、信頼度は低くなる傾向がある。より具体的には、チャネル状態を表す量と、変調方式及び符号化率との組み合わせが一覧テーブルで予め定められており、チャネル状態に応じて、変調方式等が適宜変更される。チャネル状態を示す量は、チャネル状態情報（ＣＱＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）として管理され、ＣＱＩの代表例は受信信号のＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ）やＳＩＮＲ等である。

図３は、ＡＲＱ（より正確には、ハイブリッドＡＲＱ）方式を説明するための概念図である。ハイブリッドＡＲＱ方式は、誤り検出（ＣＲＣ：Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）結果に応じてパケットの再送を要求するＡＲＱ方式と、誤り訂正を行う誤り訂正符号化（又はチャネル符号化とも呼ばれる）方式との組み合わせによる技術である。図示されるように、送信データ系列にＣＲＣビットが付加され（Ｓ１）、それは、誤り訂正符号化（Ｓ２）された後に送信される。この信号が受信されると、誤り訂正復号化（チャネル復号とも呼ばれる）が行われ（Ｓ３）、誤り検出が行われる（Ｓ４）。誤りが検出されると、そのパケットの再送が送信側に要求される（Ｓ５）。図４に示されるように、再送をどのように行うかについて、いくつかの方法がある。

図４（ａ）に示される方法では、送信側から受信側へパケットＰ１が送信され、受信側で誤りが検出されると、パケットＰ１は破棄され、再送が要求される。再送要求に応じて、送信側は、パケットＰ１と同じ内容のパケット（Ｐ２で示される）を再送する。

図４（ｂ）に示される方法では、送信側から受信側へパケットＰ１が送信され、受信側で誤りが検出されると、パケットＰ１は破棄されずに維持される。再送要求に応じて、送信側は、パケットＰ１と同じ内容のパケット（Ｐ２で示される）を再送する。受信側は、以前に受信したパケットと、今回受信したパケットとを合成し、パケットＰ３を生成する。パケットＰ３は、パケットＰ１の内容が、２倍の電力で送信されたものに相当するので、復調精度が向上する。

図４（ｃ）に示される方法でも、送信側から受信側へパケットＰ１が送信され、受信側で誤りが検出されると、パケットＰ１は破棄されずに維持される。再送要求に応じて、送信側は、パケットＰ１にある演算を施すことで導出される冗長データをパケットＰ２として送信する。例えば、パケットＰ１を符号化することで、Ｐ１，Ｐ１’，Ｐ１”，．．．のような複数の系列が導出されるとする。どのような系列が導出されるかは、使用される符号化のアルゴリズムに依存して異なる。図示の例では、送信側は、再送要求を受信すると、Ｐ１’をパケットＰ２として送信する。受信側は、受信側は、以前に受信したパケットと、今回受信したパケットとを合成し、パケットＰ３を生成する。パケットＰ３では冗長度が増えているので、復調精度はより確からしいものになる。例えば、パケットＰ１の符号化率が１／２であったとすると、パケットＰ３の符号化率は１／４になるので、信頼度が高くなる。但し、符号化アルゴリズムが何であるかや、どのような冗長データが送信されるか（これは、パンクチャパターンとも呼ばれる。）等の情報が、受信側に既知であることを要する。

高速パケットスケジューリング方式は、下りリンクでの周波数の利用効率を高めようとする技術である。移動通信環境では、移動局（ユーザ）及び基地局間のチャネル状態は、図５に示されるように、時間と共に変化する。この場合に、チャネル状態の悪いユーザに多くのデータを送信しようとしても、スループットを向上させることは困難である一方、チャネル状態の良いユーザに対してはスループットを高くすることができる。このような観点から、チャネル状態の良否をユーザ毎に判別し、チャネル状態の良いユーザに優先的に共用データパケット（ｓｈａｒｅｄ ｄａｔａ ｐａｃｋｅｔ）を割り当てることで、周波数の利用効率を高めることができる。

図５は、高速パケットスケジューリング方式を説明するための概念図を示す。図示されているように、各タイムスロットで、チャネル状態の良いユーザ（ＳＩＮＲの大きな値に関連するユーザ）に、共用データパケットが割り当てられる。
Ｔ．Ｕｅ，Ｓ．Ａａｍｐｅｉ，Ｎ．Ｍｏｒｉｎａｇａ ａｎｄ Ｋ．Ｈａｍａｇｕｃｈｉ，"Ｓｙｍｂｏｌ Ｒａｔｅ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌｅｌ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ／ＴＤＭＡ／ＴＤＤ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｂｉｔ−Ｒａｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＶＴ，ｐｐ．１１３４−１１４７，ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．４，Ｎｏｖ．１９９８ Ｓ．Ｌｉｎ，Ｃｏｓｔｅｌｌｏ，Ｊｒ．ａｎｄ Ｍ．Ｍｉｌｌｅｒ，"Ａｕｔｏｍａｔｉｃ−Ｒｅｐｅａｔ−Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｈｅｍｅｓ"，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１２，ｐｐ．５−１７，Ｄｅｃ．１９８４

この種の技術分野では、無線伝送の更なる高速化及び大容量化が求められており、将来的な通信システムに対しては、更なる無線伝送の効率化が求められ、周波数帯域の利用効率を更に向上させることが望まれている。

本発明の課題は、共用データパケットがチャネル状態の良いユーザに優先的に割り当てられる通信システムに使用され、周波数利用効率を更に高める無線通信装置及び無線通信方法を提供することである。

本発明では、下りリンクの周波数帯域が、１以上のキャリア周波数を含む周波数ブロックを複数個含み、１ユーザへのデータ伝送に１以上の周波数ブロックが利用される通信システムで使用される無線通信装置が使用される。本装置は、
通信相手から信号を受信する受信部と、
前記受信部において受信した信号にデータが含まれている場合に、データに対するＡＣＫまたはＮＡＣＫを検出する検出部と、
所定の時刻における下りリンクの周波数帯域に含まれる複数個の周波数ブロックに対する受信信号品質を測定する測定部と、
前記測定部における測定結果のうち、所定数個の周波数ブロックに対する測定結果を選択することによって、前記時刻における受信信号品質として送信すべきＣＱＩを決定する生成部と、
前記生成部において決定した送信すべきＣＱＩと、前記検出部において検出したＡＣＫまたはＮＡＣＫとが含まれた上りリンクの制御信号を送信する送信部とを備え、
前記生成部は、下りリンクの全周波数帯域にわたる複数の測定結果から計算された基準値と、複数の測定結果から選択した測定結果と前記基準値との差分値とを、送信すべきＣＱＩとして決定し、
前記送信部は、上りリンクの制御信号の送信頻度を調整する。

本発明によれば、共用データパケットがチャネル状態の良いユーザに優先的に割り当てられる通信システムにおいて、周波数利用効率を更に高めることができる。

本発明の一態様によれば、下りリンクの周波数帯域が、１以上のキャリア周波数を含む周波数ブロックを複数個含み、１ユーザへのデータ伝送に１以上の周波数ブロックが利用される通信システムにおいて、周波数ブロック毎に受信信号品質が測定され、それらが比較され、所定数の受信信号品質が、上りリンクの制御チャネルで送信される。周波数ブロックの総数より少ない所定数の受信信号品質が報告されるので、より少ないデータ伝送量で効率的にチャネル状態をフィードバックすることができる。

所定数の受信信号品質は、記憶された複数の受信信号品質のうち品質の良い上位所定数個を選択することで取得されてもよい。所定数の受信信号品質は、下りリンクの制御チャネルで通知された１以上の周波数ブロックについての受信信号品質でもよい。

所定数の受信信号品質の１以上は、基準値との差分で表現されてもよい。差分を表現するのに必要なビット数は、基準値を表現するビット数より少なくて済むので、制御チャネルのビット数を削減することができる。基準値は、下りリンクの周波数帯域にわたる受信信号品質の平均値でもよい。また、閾値を超える差分のみがフィードバックされてもよい。これにより、報告される受信信号品質の個数を減らすことができる。

上りリンクの制御チャネルで送信される受信信号品質は、時間順に送信され且つ前回送信されたものとの差分で表現されてもよい。前回のものとの差分は、小さな値であることが多いので、制御チャネルのビット数を更に削減できる。

受信信号から導出されるドップラ周波数、遅延スプレッドその他の通信状態を示す量に応じて、前記所定数の受信信号品質を前記上りリンクの制御チャネルで送信する頻度が調整されてもよい。

以下の実施例では、下りリンクに直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が採用される場合についての説明がなされるが、他の方式が採用されてもよい。下りリンクの広範な周波数帯域は、複数の周波数ブロックに分割される。一般に、１つの周波数ブロックは、１以上のキャリア周波数を含むが、本実施例では、周波数ブロックの各々に複数のサブキャリアが含まれるものとする。なお、このような周波数ブロックは、チャンク（ｃｈｕｎｋ）とも呼ばれる。

図６は、本発明の一実施例による移動通信システムにおける受信局２００を示す。受信局は、典型的には移動端末に設けられるが、移動端末以外の装置に設けられてもよい。受信局２００は、ＲＦ受信回路２００−１と、ＲＦ受信回路２００−１に接続されたサブキャリア信号分離部２００−２と、サブキャリア信号分離部２００−２に接続されたチャネル推定部２００−３と、サブキャリア信号分離部２００−２及びチャネル推定部２００−３に接続された１又は複数の受信チャネル状態測定部２００−４と、１又は複数の受信チャネル状態測定部２００−４に接続されたフィードバックデータ生成部２００−５と、フィードバックデータ生成部２００−５に接続された符号化・変調部２００−６と、符号化・変調部２００−６に接続されたＲＦ送信回路２００−７と、サブキャリア信号分離部２００−２に接続された１又は複数の復調部２００−８と、１又は複数の復調部２００−８とそれぞれ接続された１又は複数の復号部２００−９と、１又は複数の復号部２００−９に接続された並直列変換部２００−１０と、並直列変換部２００−１０に接続されたＩＰパケット復元部２００−１１とを備える。

図６では不図示の送信局から送信された送信信号は、ＲＦ受信回路２００−１で受信される。ＲＦ受信回路２００−１は、受信信号をサブキャリア信号分離部２００−２に入力する。サブキャリア信号分離部２００−２は、受信信号をサブキャリア毎の信号に分離し、それらを、復調部２００−８、受信チャネル状態測定部２００−４及び推定部２００−３にサブキャリア毎に入力する。

各復調部２００−８は、入力されたサブキャリア毎の信号を復調し、復調された信号を複数の復号部２００−９にそれぞれ入力する。復号器（デコーダ）の個数は符号化に使用されるアルゴリズム（アルゴリズムで使用される符号化の単位）に依存して異なる。各復号部２００−９は、入力信号を復号し、復号された信号を並直列変換部２００−１０に入力する。並直列変換部２００−１０は、入力信号を並直列変換し、ＩＰパケット復元部２００−１１に入力する。ＩＰパケット復元部２００−１１は、入力信号を復元する。

チャネル推定部２００−３は、サブキャリア毎にパイロットシンボル（パイロットチャネル）を用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を１以上の受信チャネル状態測定部２００−４にサブキャリア毎に入力する。

各受信チャネル状態測定部２００−４は、サブキャリア毎の受信信号及びチャネル推定値に基づいて、受信チャネル状態（例えばＳＩＲ）を測定し、その測定値をフィードバックデータ生成部２００−５に入力する。フィードバックデータ生成部２００−５は、入力された受信チャネル状態の測定値に基づいて、周波数ブロックの受信チャネル状態を示すフィードバックデータ（制御情報）を生成し、それを符号化・変調部２００−６に入力する。フィードバックデータに含まれるＳＩＲは、サブキャリア毎のＳＩＲのままでもよいし、周波数ブロックに含まれる所定数のサブキャリアにわたるＳＩＲの平均値等に変換された値でもよい。送信側では、サブキャリア毎のＳＩＲよりもむしろ周波数ブロック毎のＳＩＲが必要になるからである。符号化・変調部２００−６は、入力されたフィードバックデータを符号化・変調し、ＲＦ送信回路２００−７に入力する。ＲＦ送信回路２００−７は、フードバックデータを制御情報として送信局１００へフィードバックする。

図７は、本発明の一実施例による移動通信システムにおける送信局１００を示す。送信局１００は典型的には基地局に設けられるが、それ以外の装置に設けられてもよい。送信局１００は、ＲＦ受信回路１００−１と、ＲＦ受信回路１００−１に接続された復調・復号部１００−２と、復調・復号部１００−２に接続されたスケジューラ１００−３と、ヘッダ情報取得部１００−４と、ヘッダ情報部１００−４に接続されたパケット選別部１００−５と、ヘッダ情報取得部１００−４と、パケット選別部１００−５及びスケジューラ１００−３に接続されたバッファ管理部１００−６と、パケット選別部１００−５に接続されたパケットデータユニット（ＰＤＵ：Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）生成部１００−７と、ＰＤＵ生成部１００−７及びバッファ管理部１００−６に接続された送信バッファ１００−８と、送信バッファ１００−８及びスケジューラ１００−３に接続されたセレクタ１００−９と、セレクタ１００−９に接続された１以上の符号化・変調部１００−１０と、符号化・変調部１００−１０に接続されたＲＦ送信回路１００−１１とを備える。

各受信局２００（図６）からの制御情報を含む制御信号は、図７右下側に示されるように、ＲＦ受信回路１００−１により受信され、受信された制御信号は復調・復号部１００−２に入力される。復調・復号部１００−２では、制御信号の復調・復号処理が行われ、各受信局の上り制御情報（周波数ブロック毎の、下りリンクにおけるチャネル状態を含む）が、スケジューラ１００−３に通知される。

一方、図７左上に示されるように、ネットワークからのＩＰパケットが受信されると、ヘッダ情報取得部１００−４は、受信されたＩＰパケットから宛先アドレス等のパケットヘッダ情報を取得し、取得したパケットヘッダ情報をバッファ管理部１００−６に通知し、ＩＰパケットをパケット選別部１００−５に入力する。

バッファ管理部１００−６は、通知されたパケットヘッダ情報及び送信バッファ１００−８から通知される各待ち行列の状態に基づいて、パケット選別部１００−５に対してパケットデータの格納先を指定する。バッファ管理部１００−６は、宛先アドレスとそのアドレスに対応する待ち行列のメモリアドレスとを送信バッファ１００−８に入力する。バッファ管理部１００−６は、パケットヘッダ情報及び送信バッファ１００−８から通知された各待ち行列の状態をスケジューラ１００−３に通知する。

パケット選別部１００−５は、バッファ管理部１００−６により指定されたパケットデータの格納先に基づいて、入力されたＩＰパケットを選別し、選別したパケット毎にＰＤＵ生成部１００−７に入力する。ＰＤＵ生成部１００−７は、入力されたパケットをＰＤＵ化し、送信バッファ１００−８に入力する。

送信バッファ１００−８は、バッファ管理部１００−６により入力された宛先アドレスと、対応する待ち行列のメモリアドレスとに基づいて、入力されたＰＤＵから宛先（受信局又はユーザ）毎に別々の待ち行列を形成し、各待ち行列の状態をバッファ管理部１００−６に通知する。

セレクタ１００−９は、スケジューラ１００−３により指定された待ち行列からデータを取り出し、指定された周波数ブロックに関する符号化・変調部１００−１０に入力する。この周波数ブロックは、スケジューラ１００−３により割り当てられる。スケジューラ１００−３は、各受信局から通知された上り制御情報（周波数ブロック毎の、下りリンクにおけるチャネル状態）、パケットヘッダ情報及び各待ち行列の状態に基づいて、どのユーザに優先的に周波数ブロックを割り当てるかを決定する。

符号化・変調部１００−１０は、セレクタ１００−９から入力されたデータに対して、符号化・変調処理を行う。符号化・変調が行われたデータはＲＦ送信回路１００−１１により各受信局へ送信される。

スケジューラ１００−３は、受信局２００からフィードバックされた制御情報に基づき、優先度に従って各ユーザをランキングしたランキングテーブルを作成する。優先度は、それぞれの周波数ブロックについて、各ユーザの受信チャネル状態の良否に基づいて導出される。次に、周波数ブロック毎にスケジューリングを行う。例えば、図８に示されるように、下りリンクの周波数帯域が、３個の周波数ブロック１，２，３に分割される。どの１つの無線フレーム（タイムスロット）にも３つの周波数ブロックが含まれる。無線フレームごとに且つ周波数ブロックごとに、受信チャネル状態が最良のユーザが選択され、そのフレームのその周波数ブロックに、選択されたユーザ用に下りリンクの共用データパケットが割り当てられる。図示の例では、左から２番目の無線フレームでは、周波数ブロック１はユーザ３に割り当てられ、周波数ブロック２はユーザ１に割り当てられ、周波数ブロック３はユーザ４に割り当てられている。その直後の無線フレームでは、周波数ブロック１，２がユーザ２に割り当てられ、周波数ブロック３がユーザ３に割り当てられている。

ところで、受信チャネル状態の良いユーザに優先的に周波数をスケジューリングすると、周波数ブロックが多く割り当てられるユーザと、そうでないユーザとが生じるおそれがある。ユーザ間での割当の公平性を保つため、同一ユーザに１無線フレームで割り当てる周波数ブロックの数が、所定数（Ｋ）以下（Ｋは自然数）に制限されてもよい。即ち、Ｋ個の周波数ブロックが割り当てられたユーザが、未割当の周波数ブロックに対するランキングテーブルから削除され、未割当の周波数ブロックを他のユーザへ割り当てるようにしてもよい。

周波数ブロックに対する優先度は、以下に例示的に列挙される基準に基づいて決定されてもよい。
（１）各周波数ブロックの受信チャネル状態
（２）各周波数ブロックにおける受信チャネル状態の時間平均と、周波数ブロック毎の当該無線フレームにおける受信チャネル状態との比
（３）（周波数ブロックに含まれる）全サブキャリアに対する受信チャネル状態の平均と、割当対象の周波数ブロックの当該無線フレームにおける受信チャネル状態との比
（４）（周波数ブロックに含まれる）全サブキャリアにおける受信チャネル状態の平均をさらに時間平均した値と、当該無線フレームの割当対象の周波数ブロックにおける受信チャネル状態との比
受信チャネル状態、例えば受信ＳＩＲによる優先度が同一の場合には、遅延スプレッドの大きいユーザを優先して割り当てることにより、周波数ダイバーシチ効果により、ピークスループットを向上させることができる。また、受信チャネル状態、例えば受信ＳＩＲによる優先度が同一の場合に、遅延スプレッドの小さいユーザを優先して割り当ててもよい。遅延スプレッドの大きいユーザは、周波数ブロック間で平均受信チャネル状態、例えば平均受信ＳＩＲの差が小さいので、他の周波数ブロックを割り当てることができる。

実施例１で説明されたように、下りリンクの周波数帯域を複数の周波数ブロックに分割し、１以上の周波数ブロックをチャネル状態の良いユーザに優先的に割り当てることで、周波数の利用効率を向上させることができる。この場合において、周波数のスケジューリングを行うには、各周波数ブロックの受信チャネル状態を知る必要がある。受信チャネル状態は、受信局（典型的には移動端末）で測定されたＳＩＲ等であり、これは、受信局から送信される上り制御チャネルで送信局（典型的には基地局）に報告される。送信局は、ユーザ毎に受信チャネル状態を知る必要があるだけでなく、周波数ブロック毎にそれを知る必要がある。このため、複数の周波数ブロックを用意してスケジューリングを行うために、制御チャネルでの情報伝送量が著しく増えてしまうことが懸念される。

一般に、上りリンクの制御チャネルで必要な情報量Ｒ_ｕｐ（ビットレート）は、次式で表現できる。

Ｒ_ｕｐ＝（Ｋｓ＋Ａ×Ｎ×Ｋａ）／Ｔ ・・・（１）
ここで、Ｋｓは周波数ブロックが実際に割り当てられたユーザ数を表し、ＡはＳＩＲを表現するのに必要なビット数を表し（本実施例では、Ａ＝５である）、Ｎは周波数ブロックの総数を表し、Ｋａは周波数ブロックの割り当てられる可能性のあるユーザ数を表し、Ｔは１つのパケットの持続時間を表し、送信時間間隔ＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）とも呼ばれる。なお、ハイブリッドＡＲＱのＣＲＣ結果（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）を報告するために、１ビットが用意されている。上記の数式で、Ｋｓ／Ｔ の部分は、周波数ブロックが実際に割り当てられた各ユーザからのＣＲＣ結果に関する情報量を表し、この部分は周波数ブロック数Ｎによらない。Ａ×Ｎ×Ｋａ／Ｔ の部分が、周波数ブロック毎にＳＩＲを各ユーザが報告するのに必要な情報量を表す。

例えば、Ｋｓ＝４，Ｎ＝８，Ｋａ＝２０，Ｔ＝０．５ｍｓ とすると、
Ｒ_ｕｐ＝１．６１Ｍｂｐｓ になる。

また、Ｋｓ＝８，Ｎ＝８，Ｋａ＝４０，Ｔ＝０．５ｍｓ とすると、
Ｒ_ｕｐ＝３．２２Ｍｂｐｓ にもなる。
このように、周波数ブロック数を増やすほど、制御チャネルで伝送する情報量は非常に大きくなってしまう。本発明の第２の実施例は、このような問題に対処するものであり、本実施例によれば、下りリンクの周波数帯域が複数の周波数ブロックに分割され、１以上の周波数ブロックが、受信チャネル状態の良いユーザに優先的に使用される通信システムにおいて、より少ない上り制御チャネルのデータ伝送量で効率的にチャネル状態を報告できる無線通信装置及び無線通信方法が提供される。

図９は、本実施例で使用されるフィードバックデータ生成部を示す。このフィードバックデータ生成部は、図６のフィードバックデータ生成部２００−５として使用されてもよい。フィードバックデータ生成部２００−５は、受信チャネル状態比較部９０２と、報告内容決定部９０４と、制御信号生成部９０６とを含む。

受信チャネル状態比較部９０２は、受信チャネル状態測定部２００−４から、本実施例ではＳＩＲである受信チャネル状態を示す量を受信する。受信したＳＩＲが、そのまま周波数ブロック毎のＳＩＲに対応しない場合は、平均化その他の適切な処理がなされる。例えば、１０００個のサブキャリア毎にＳＩＲが測定され、１つの周波数ブロックが１００個のサブキャリアを含むとする。この場合、１００個のサブキャリア毎に得られた１００個のＳＩＲが１０個ずつ平均化され、１０個の周波数ブロックに関する１０個のＳＩＲが導出される。サブキャリア毎及び／又は周波数ブロック毎のＳＩＲは、適切なメモリに記憶される。受信チャネル状態比較部９０２は、周波数ブロック毎に得られたＳＩＲを互いに比較し、比較結果を出力する。

報告内容決定部９０４は、比較結果に基づいて、所定数個の周波数ブロックに関するＳＩＲを選択し、基地局に報告するＳＩＲを決定する。所定数個の周波数ブロックが何であるかは、例えば次のようにして決定されてもよい。

（１）メモリに記憶された複数のＳＩＲのうち、良好な品質を示す上位Ｌ個のＳＩＲが選択されてもよい。例えば、あるユーザに関し、図１０に示されるようなＳＩＲが得られた場合に、上位３個（Ｌ＝３）のＳＩＲが選択されるとする。この場合は、周波数ブロックａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇのうち、周波数ブロックｃ，ｅ，ｆに関する３つのＳＩＲが選択される。上位からいくつのＳＩＲを報告するかについては、予め決定されていてもよいし、基地局からの指示に応じて変更されてもよい。

（２）メモリに記憶された複数のＳＩＲのうち、基地局から指定されたＸ個の周波数ブロックに関するＳＩＲが選択されてもよい。例えば、図１０に示されるようなＳＩＲ（受信チャネル状態）が移動局で測定され、その移動局に対する下りのデータが周波数ブロックｃ，ｄで伝送されていたとする。この場合に、基地局は、その移動局に周波数ブロックｃ，ｄに関する２つのＳＩＲを報告するよう指示してもよいし、或いは、周波数ブロックｃ，ｄに加えて又はその代わりに他の周波数ブロックのＳＩＲを報告させてもよい。例えば、周波数軸上に並ぶ複数の周波数ブロックのうち、２つおきに選択された周波数ブロックについてのＳＩＲが報告されてもよい。例えば、図１１に示されるようなＳＩＲが測定された場合に、周波数ブロックａ，ｄ，ｇについての３つのＳＩＲが選択されてもよい。

（３）メモリに記憶された複数のＳＩＲのうち、所定の閾値を超える１以上のＳＩＲが選択されてもよい。言い換えれば、記憶された複数のＳＩＲのうち、比較的チャネル状態の良い周波数ブロックについてのみ基地局にＳＩＲが報告されてもよい。

図９の制御信号生成部９０６は、報告内容決定部９０４で選択された周波数ブロックの識別情報（ＩＤ）と、その周波数ブロックについてのＳＩＲとを含む制御信号を生成する。即ち、制御信号は、周波数ブロックのＩＤ及びＳＩＲの組み合わせを所定数個含む。また、何らかの周波数ブロックが既に割り当てられ、下りのデータが受信されている場合には、そのデータの誤り検出結果を示す情報も、制御信号に含まれる。誤り検出結果を示す情報は、上述したように、肯定応答（ＡＣＫ）又は否定応答（ＮＡＣＫ）を示すように１ビットで表現されてもよい。このようにして作成された制御信号は、符号化・変調部２００−６に与えられ、以後適切な送信処理がなされ、基地局にフィードバックされる。

本実施例によれば、基地局に報告するＳＩＲをある基準に基づいて選別し、報告されるＳＩＲの個数（周波数ブロックの数）を減らすことで、チャネル状態の良い周波数ブロックをユーザ毎に判別するのに必要な情報を確保しつつ、上りリンクの制御チャネルで伝送する情報量を削減することができる。

実施例２では、基地局に報告するＳＩＲ数（周波数ブロックの数）が減らされたが、ＳＩＲを表現するビット数が削減されてもよい。例えば、ある周波数ブロックについてのＳＩＲの絶対値が５ビットで表現され、他の周波数ブロックについてのＳＩＲは、その絶対値との差分（相対値）で表現されてもよい。一般に、差分は５ビットより少ないビット数で表現できるので、総てのＳＩＲを５ビットで表現するよりも、伝送量を少なくすることができる。絶対値で表現されるＳＩＲは、どの周波数ブロックに関するものでもよい。例えば、最低のキャリア周波数を含む周波数ブロックや、最高のキャリア周波数を含む周波数ブロックが絶対値で表現されてもよい。或いは、周波数ブロックについてのＳＩＲとは別に定められた値が用意され、その値との差分で各ＳＩＲが表現されてもよい。図１２に示されるように、全帯域にわたるＳＩＲの平均値が絶対値で表現され、各周波数ブロックについてのＳＩＲが、その平均値との差分で表現されてもよい。

また、ある時点のＳＩＲが絶対値で表現され、その絶対値に対する時間変化で以後のＳＩＲが表現されてもよい。更に、目下の時点のＳＩＲが、直前の時点のＳＩＲとの時間変化で表現されてもよい。一般に、短時間の間に変化する量は、長時間の間に変化する量より少ないので、そのようにすると、より少ない伝送量でＳＩＲを表現できる。ただし、移動局で受信した信号に誤りのあることが検出された場合には、次回、絶対値を報告したり、直前のＳＩＲとの時間変化を無視したりして、不正確な値の連鎖を抑制することが望ましい。

本実施例によれば、基地局に報告されるＳＩＲが、絶対値の値及び／又は差分で表現された値（相対値）とで表現される。ＳＩＲの報告に要するビット数を減らすことで、チャネル状態の良い周波数ブロックをユーザ毎に判別するのに必要な情報を確保しつつ、上りリンクの制御チャネルで伝送する情報量を削減することができる。

実施例２，３では、１回のフィードバックに要するデータ伝送量が削減されたが、フィードバックの頻度が減らされてもよい。例えば、受信局の移動度に基づいて、フィードバックの頻度が調整されてもよい。低速で移動する受信局の受信環境の変化は比較的少ないことが予想されるので、フィードバックの頻度が減らされてもよい。移動度は、例えば最大ドップラ周波数で評価することができ、低速で移動する場合の最大ドップラ周波数は小さい。逆に、高速で移動する受信局の受信環境の変化は比較的多いことが予想されるので、フィードバックの頻度が増やされてもよい。一般に、受信局は、高速で移動するよりも、低速で移動することの方が多いので、フィードバックを頻繁に行う要請は少ないことが予想される。

また、下りリンクの遅延スプレッドに応じてフィードバックの内容や頻度が調整されてもよい。一般に、遅延スプレッドが小さければ、周波数領域でのチャネル変動も小さい。従って、例えば、小さな遅延スプレッドを観測するユーザに関しては、ＳＩＲの周波数ブロック間の相違が小さいので、帯域全体にわたるＳＩＲの平均値１つで、チャネル状態が評価されてもよい。或いは、フィードバックの頻度が減らされてもよい。

また、以前に通知したＳＩＲと比べて、レベルが大きく変わった場合にのみ（変化量が閾値を超えた場合にのみ）、ＳＩＲが基地局に送信されてもよい。例えば、静止状態の場合のように、ＳＩＲの時間変化が小さい場合には、フィードバックの報告頻度を小さくすることができる。

本実施例によれば、ＳＩＲの報告頻度を減らすことで、チャネル状態の良い周波数ブロックをユーザ毎に判別するのに必要な情報を確保しつつ、上りリンクの制御チャネルで伝送する情報量を削減することができる。

上記の各実施例で説明された手法は、単独で使用されてもよいし、複数の手法が組み合わせられてもよい。

図１３は、各実施例によるデータ伝送量の比較例を示す。上述したように、実施例１では、上りリンクの制御チャネルで必要な情報量Ｒ_ｕｐ（ビットレート）は、次式で表現できる。

Ｒ_ｕｐ＝（Ｋｓ＋Ａ×Ｎ×Ｋａ）／Ｔ ・・・（１）
ここで、Ｋｓは周波数ブロックが実際に割り当てられたユーザ数を表し、ＡはＳＩＲを表現するのに必要なビット数を表し（上記実施例では、Ａ＝５である）、Ｎは周波数ブロックの総数を表し、Ｋａは周波数ブロックの割り当てられる可能性のあるユーザ数を表し、Ｔは送信時間間隔ＴＴＩを表す。

実施例２の手法では、周波数ブロックの総数Ｎより少ないＮ’個の周波数ブロックについて、ＳＩＲが基地局に報告される。従って、上りリンクの制御チャネルで必要な情報量Ｒ_ｕｐは、次式で表現できる。

Ｒ_ｕｐ＝（Ｋｓ＋Ａ×Ｎ’×Ｋａ）／Ｔ ・・・（２）
実施例３の手法では、ＳＩＲが絶対値と絶対値に対する相対値とで表現される。従って、上りリンクの制御チャネルで必要な情報量Ｒ_ｕｐは、次式で表現できる。

Ｒ_ｕｐ＝（Ｋｓ＋（Ａ×１＋Ｙ×（Ｎ−１））×Ｋａ）／Ｔ ・・・（３）
ここで、「Ａ×１」とあるのは、１つの絶対値を表現するのに必要なビット数を表し、Ｙは絶対値に対する相対値（差分）を表現するのに必要なビット数を表す。Ｎ個の周波数ブロックのうち、１つの周波数ブロックについてのＳＩＲは絶対値で表現され、残りのＮ−１個の周波数ブロックのＳＩＲについては相対値で表現される。

実施例２の手法と実施例３の手法が組み合わせられた場合は、ＳＩＲが絶対値と相対値で表現され、Ｎ’個の周波数ブロックについてのＳＩＲのみが基地局に報告される。従って、上りリンクの制御チャネルで必要な情報量Ｒ_ｕｐは、次式で表現できる。

Ｒ_ｕｐ＝（Ｋｓ＋（Ａ×１＋Ｙ×（Ｎ’−１））×Ｋａ）／Ｔ ・・・（４）
図１３は、各パラメータの値が次のように設定される場合に、情報量Ｒ_ｕｐを（１）乃至（４）の数式に従って計算した数値例を示す。

Ｋａ（周波数ブロックの割り当てられる可能性のあるユーザ数）＝２０又は４０；
Ｋｓ（周波数ブロックが実際に割り当てられたユーザ数）＝４；
Ｎ（周波数ブロックの総数）＝８；
Ｎ’（基地局に報告されるＳＩＲに関する周波数ブロック数）＝４；
Ａ（絶対値を表すのに使用されるビット数）＝５；
Ｙ（絶対値との差分を表すのに使用されるビット数）＝２；及び
Ｔ（送信時間間隔ＴＴＩ）＝０．５ｍｓ。

図中、「実施例１」の列の数値は数式（１）に従って算出され、「実施例２」の列の数値は数式（２）に従って算出され、「実施例３」の列の数値は数式（３）に従って算出され、「実施例２＋３」の列の数値は数式（４）に従って算出されたものである。ユーザ数が２０の場合も４０の場合も、本発明によれば、情報量を顕著に少なくすることができる。実施例２によれば、実施例１に比べて５１％に減らすことができ、実施例３によれば４８％に減らすことができ、実施例２＋３では２８％までにも減らすことができる。

ＡＭＣ方式を説明するための概念図である。 変調方式及びチャネル符号化率の組み合わせの例を示す図である。 ハイブリッドＡＲＱ方式を説明するための概念図である。 再送方式の具体例を示す図である。 時間と共に変化する受信品質を示す図である。 本発明の一実施例による移動通信システムにおける受信局を示す図である。 本発明の一実施例による移動通信システムにおける送信局を示す図である。 周波数ブロックの割当方法を示す図である。 本発明の一実施例で使用されるフィードバックデータ生成部を示す。 本発明の一実施例による動作を説明するための図である。 本発明の一実施例による動作を説明するための図である。 本発明の一実施例による動作を説明するための図である。 データ伝送量の比較例を示す図である。

符号の説明

１０ 基地局
１１，１２ 端末
１００ 送信局； １００−１ ＲＦ受信回路； １００−２ 復調・復号部； １００−３ スケジューラ； １００−４ ヘッダ情報取得部； １００−５ パケット選別部； １００−６ バッファ管理部； １００−７ ＰＤＵ生成部； １００−８ 送信バッファ； １００−９ セレクタ； １００−１０ 符号化・変調部； １００−１１ ＲＦ送信回路；
２００ 受信局； ２００−１ ＲＦ受信回路； ２００−２ サブキャリア信号分離部； ２００−３ チャネル推定部； ２００−４ 受信チャネル状態測定部； ２００−５ フィードバックデータ生成部； ２００−６ 符号化・変調部； ２００−７ ＲＦ送信回路； ２００−８ 復調部； ２００−９ 復号部； ２００−１０ 並直列変換部； ２００−１１ ＩＰパケット復元部；
９０２ 受信チャネル状態比較部； ９０４ 報告内容決定部； ９０６ 制御信号生成部

Claims (10)

1. 下りリンクの周波数帯域が、１以上のキャリア周波数を含む周波数ブロックを複数個含み、１ユーザへのデータ伝送に１以上の周波数ブロックが利用される通信システムで使用される無線通信装置であって、
   通信相手から信号を受信する受信部と、
   前記受信部において受信した信号にデータが含まれている場合に、データに対するＡＣＫまたはＮＡＣＫを検出する検出部と、
   所定の時刻における下りリンクの周波数帯域に含まれる複数個の周波数ブロックに対する受信信号品質を測定する測定部と、
   前記測定部における測定結果のうち、所定数個の周波数ブロックに対する測定結果を選択することによって、前記時刻における受信信号品質として送信すべきＣＱＩを決定する生成部と、
   前記生成部において決定した送信すべきＣＱＩと、前記検出部において検出したＡＣＫまたはＮＡＣＫとが含まれた上りリンクの制御信号を送信する送信部とを備え、
   前記生成部は、下りリンクの全周波数帯域にわたる複数の測定結果から計算された基準値と、複数の測定結果から選択した測定結果と前記基準値との差分値とを、送信すべきＣＱＩとして決定し、
   前記送信部は、上りリンクの制御信号の送信頻度を調整することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記送信部は、前記受信部において受信した信号をもとに、上りリンクの制御信号の送信頻度を調整することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記生成部は、測定結果のうち品質の良い上位所定数個を選択しており、選択して導出した平均のＣＱＩを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. 前記生成部は、通信相手からの指示をもとに測定結果を選択しており、選択して導出した平均のＣＱＩを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
5. 前記生成部は、ＣＱＩを決定する際に、測定結果を平均することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
6. 下りリンクの周波数帯域が、１以上のキャリア周波数を含む周波数ブロックを複数個含み、１ユーザへのデータ伝送に１以上の周波数ブロックが利用される通信システムで使用される無線通信方法であって、
   通信相手から信号を受信するステップと、
   受信した信号にデータが含まれている場合に、データに対するＡＣＫまたはＮＡＣＫを検出するステップと、
   所定の時刻における下りリンクの周波数帯域に含まれる複数個の周波数ブロックに対する受信信号品質を測定するステップと、
   測定結果のうち、所定数個の周波数ブロックに対する測定結果を選択することによって、前記時刻における受信信号品質として送信すべきＣＱＩを決定するステップと、
   決定した送信すべきＣＱＩと、検出したＡＣＫまたはＮＡＣＫとが含まれた上りリンクの制御信号を送信するステップとを備え、
   前記決定するステップは、下りリンクの全周波数帯域にわたる複数の測定結果から計算された基準値と、複数の測定結果から選択した測定結果と前記基準値との差分値とを、送信すべきＣＱＩとして決定し、
   前記送信するステップは、上りリンクの制御信号の送信頻度を調整することを特徴とする無線通信方法。
7. 前記送信するステップは、受信した信号をもとに、上りリンクの制御信号の送信頻度を調整することを特徴とする請求項６に記載の無線通信方法。
8. 前記決定するステップは、測定結果のうち品質の良い上位所定数個を選択しており、選択して導出した平均のＣＱＩを決定することを特徴とする請求項６または７に記載の無線通信方法。
9. 前記決定するステップは、通信相手からの指示をもとに測定結果を選択しており、選択して導出した平均のＣＱＩを決定することを特徴とする請求項６または７に記載の無線通信方法。
10. 前記決定するステップは、ＣＱＩを決定する際に、測定結果を平均することを特徴とする請求項６または７に記載の無線通信方法。

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