(57)【要約】【課題】  １サブチャネル当たり一定数の割当てサブキャリアを用いて、符号化ＯＦＭＡシステムにサブキャリアを割り当てる手法を提供する。【解決手段】  マルチユーザ通信システムにおいて、サブキャリアは、それぞれのサブチャネルに対する品質測定値を用いて、サブチャネルに割り当てられる。最初のサブキャリアがそれぞれのサブチャネルに割り当てられて、品質メトリックが測定される。それぞれのサブチャネルに対する品質測定値に応じて、その後のサブキャリアが割り当てられる。最低品質測定値を持つサブチャネルが、最初の割り当てを受け入れ、また、最高品質測定値を持つサブチャネルが、最後の割り当てを受け入れる。その後の割り当ては、サブチャネル品質測定値を分類し直した後、これらのサブキャリアがすべて割り当てられるまで繰り返される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサブキャリアを使用するマルチユーザ電気通信システムにおいて、少なくとも１つのユーザに割り当てられるサブチャネルにサブキャリアを割り当てる方法であって、
ａ）複数のサブチャネルのそれぞれに、最初のサブキャリアを割り当てるステップと、
ｂ）サブチャネルごとに品質を検出するステップと、
ｃ）前記サブチャネルを品質の高い順に並べ替えて、順序付きサブチャネル・リストを作成するステップと、
ｄ）前記順序付きサブチャネル・リストによって決定された順序で、それぞれのサブチャネルに、さらに別のサブキャリアを割り当てるステップと、
ｅ）すべてのサブキャリアを割り当てるまで、ステップｃ）とステップｄ）を繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記サブチャネルごとに品質を検出するステップは、サブチャネル品質測定を表わすフィードバック・データを受け取るステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気通信システムが無線通信システムである請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気通信システムが無線周波数電気通信システムである請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）システムである請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記割り当てが、前記電気通信システムの基地局により行われる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記割り当てが、前記電気通信システムの端末の少なくとも１つにより行われる請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記ユーザまたはそれぞれのユーザが、移動端末である請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記品質測定が、電力レベル測定である請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記品質測定が、ＳＩＮＲ（信号対干渉・雑音比）である請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
複数のサブキャリアを、それぞれのサブキャリア周波数で使用する電気通信システムにおいて、基地局から端末にデータを送る方法であって、
サブキャリアを、複数のサブチャネルのそれぞれに割り当てるステップと、
少なくとも１つのサブチャネルを、それぞれの端末に割り当てるステップと、
端末に割り当てられた前記サブチャネルにて、基地局から前記端末にデータを送るステップとを含み、
複数のサブチャネルのそれぞれにサブキャリアを割り当てるステップが、
ａ）最初のサブキャリアを、前記複数のサブチャネルのそれぞれに割り当てるステップと、
ｂ）サブチャネルごとに品質を検出するステップと、
ｃ）前記サブチャネルを品質の高い順に並べ替えて、順序付きサブチャネル・リストを作成するステップと、
ｄ）前記順序付きサブチャネル・リストによって決定された順序で、それぞれのサブチャネルに、さらに別のサブキャリアを割り当てるステップと、
ｅ）すべてのサブキャリアを割り当てるまで、ステップｃ）とステップｄ）を繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記サブチャネルごとに品質を検出するステップは、サブチャネル品質測定を表わすフィードバック・データを受け取るステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気通信システムが無線通信システムである請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気通信システムが無線周波数電気通信システムである請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
前記無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）システムである請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記割り当てが、前記電気通信システムの基地局により行われる請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記割り当てが、前記電気通信システムの端末の少なくとも１つにより行われる請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記ユーザまたはそれぞれのユーザが移動端末である請求項１１ないし１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
前記品質測定が電力レベル測定である請求項１１ないし１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
前記品質測定がＳＩＮＲ（信号対干渉・雑音比）である請求項１１ないし１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
サブキャリアが割り当てられるそれぞれのサブチャネル上で送信される信号を、複数の端末に送信するように作動する基地局と、
前記基地局からサブチャネルの伝達情報を受け取るように作動する少なくとも１つの端末と、
サブキャリアをサブチャネルに割り当てるように作動し、またサブチャネルを端末に割り当てるように作動する割り当てユニットであって、
ａ）最初のサブキャリアを複数のサブチャネルのそれぞれに割り当て、
ｂ）サブチャネルごとに品質を検出し、
ｃ）前記サブチャネルを品質の高い順に並べ替えて、順序付きサブチャネル・リストを作成し、
ｄ）前記順序付きサブチャネル・リストによって決定された順序で、それぞれのサブチャネルに、さらに別のサブキャリアを割り当て、
ｅ）すべてのサブキャリアを割り当てるまで、ステップｃ）とステップｄ）を繰り返す、
ように作動する割り当てユニットと、
を備える電気通信システム。
【請求項２２】
前記基地局が、
サブキャリアを複数のサブチャネルのそれぞれに割り当て、
少なくとも１つのサブチャネルを、それぞれの端末に割り当て、
前記端末に割り当てられたサブチャネルにて、前記基地局から前記端末にデータを送る、
ように作動する請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記割り当てユニットが、サブチャネルの品質を表わすフィードバック・データを受け取るように作動する請求項２１または２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記電気通信システムが無線通信システムである請求項２１ないし２３のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２５】
前記電気通信システムが無線周波数電気通信システムである請求項２１ないし２４のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２６】
前記無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）システムである請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記割り当てユニットが、前記基地局により提供される請求項２１ないし２６のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２８】
前記割り当てユニットが、少なくとも１つの端末により提供される請求項２１ないし２６のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２９】
前記端末またはそれぞれの端末が移動端末である請求項２１ないし２８のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項３０】
前記品質測定が電力レベル測定である請求項２１ないし２９のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項３１】
前記品質測定がＳＩＮＲ（信号対干渉・雑音比）である請求項２１ないし２９のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項３２】
サブキャリアが割り当てられるそれぞれのサブチャネル上で送信される信号を、複数の端末に送信するように作動する送信ユニットと、
サブキャリアをサブチャネルに割り当てるように作動し、またサブチャネルを端末に割り当てるように作動する割り当てユニットであって、
ａ）最初のサブキャリアを複数のサブチャネルのそれぞれに割り当て、
ｂ）サブチャネルごとに品質を検出し、
ｃ）前記サブチャネルを品質の高い順に並べ替えて、順序付きサブチャネル・リストを作成し、
ｄ）前記順序付きサブチャネル・リストによって決定された順序で、それぞれのサブチャネルに、さらに別のサブキャリアを割り当て、
ｅ）すべてのサブキャリアを割り当てるまで、ステップｃ）とステップｄ）を繰り返す、
ように作動する割り当てユニットと、
を備える、電気通信システム用の基地局。
【請求項３３】
サブキャリアを複数のサブチャネルのそれぞれに割り当て、
少なくとも１つのサブチャネルを、それぞれの端末に割り当て、
前記端末に割り当てられた前記サブチャネルにて、基地局から前記端末にデータを送る、
ように作動する請求項３２に記載の基地局。
【請求項３４】
前記割り当てユニットが、サブチャネルの品質を表わすフィードバック・データを受け取るように作動する請求項３２または３３に記載の基地局。
【請求項３５】
前記電気通信システムが無線通信システムである請求項３２ないし３４のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項３６】
前記電気通信システムが無線周波数電気通信システムである請求項３２ないし３５のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項３７】
前記無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）システムである請求項３６に記載の基地局。
【請求項３８】
前記端末またはそれぞれの端末が移動端末である請求項３２ないし３７のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項３９】
前記品質測定が電力レベル測定である請求項３２ないし３８のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項４０】
前記品質測定がＳＩＮＲ（信号対干渉・雑音比）である請求項３２ないし３８のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項４１】
基地局から送られたサブチャネルを受け取る端末であって、
基地局から送られて、端末に割り当てられるサブチャネルを受け取るように作動する受信ユニットと、
前記端末に割り当てられたサブチャネルに対して、品質を検出するように作動する検出ユニットと、
検出された品質を、基地局に送るように作動する送信ユニットと、
を備え、
ａ）最初のサブキャリアを複数のサブチャネルのそれぞれに割り当て、
ｂ）端末から送られた前記品質を、サブチャネルごとに検出し、
ｃ）前記サブチャネルを品質の高い順に並べ替えて、順序付きサブチャネル・リストを作成し、
ｄ）前記順序付きサブチャネル・リストによって決定された順序で、それぞれのサブチャネルに、さらに別のサブキャリアを割り当て、
ｅ）すべてのサブキャリアを割り当てるまで、ステップｃ）とステップｄ）を繰り返す、
ように作動する前記基地局によって決定された前記サブチャネルを受け取る端末。
【請求項４２】
前記電気通信システムが無線通信システムである請求項４１に記載の端末。
【請求項４３】
前記電気通信システムが無線周波数電気通信システムである請求項４２に記載の端末。
【請求項４４】
前記無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）システムである請求項４３に記載の端末。
【請求項４５】
前記サブチャネルを割り当てる割り当てユニットをさらに備える請求項４１ないし４４のいずれか１つに記載の端末。
【請求項４６】
移動端末である請求項４１ないし４５のいずれか１つに記載の端末。
【請求項４７】
前記品質測定が電力レベル測定である請求項４１ないし４７のいずれか１つに記載の端末。
【請求項４８】
前記品質測定がＳＩＮＲ（信号対干渉・雑音比）である請求項４１ないし４７のいずれか１つに記載の端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムに関し、詳細には、符号化ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）無線周波数通信システムにおける動的なマルチユーザ・サブキャリア割り当てに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数選択フェージング・チャネルでは、様々なサブキャリアが、それぞれ異なるチャネル・ゲインを受けることになる。伝統的なＯＦＤＭ（直交周波数分割多重化）、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）システムでは、それぞれのユーザは、あらゆるサブキャリア上で同時に送信し、またそれらのユーザは、このチャネルを時間的に共用している。このチャネルが、送信機に完全に知られている場合には、いわゆる「ウォータ・フィリング（注水、ｗａｔｅｒ−ｆｉｌｌｉｎｇ）」方針（すなわち、チャネル・ゲインが高いときに、より大きい電力、またチャネル・ゲインが低いときに、より小さい電力）は、このデータレートを最大にするときに最適となることがわかっている。シングルユーザＯＦＤＭシステムでの送信電力の割り当てを用いてデータレートを高めることは、スペクトル・ダイバーシティ効果によるものである。
【０００３】
ＯＦＤＭＡシステムでは、ユーザは、チャネルを時間的に共用せずに、利用可能なサブキャリアの一部（一般に、相容れない）で送信することで、周波数的にチャネルを共用している。一組のサブキャリアを、１つのサブチャネルに分類して、それらのサブチャネルをユーザに割り当てることがある。ウォータ・フィリングの原則がなお適用されるが、サブキャリアの共用は、多元接続のためのシステム・リソースの割り当てに対して、自由度をさらに増す。よって、ＯＦＤＭＡシステムまたはマルチユーザＯＦＤＭシステムにおけるサブキャリアおよび電力の割り当ての問題に対して、様々なソリューションを考察する必要がある。ユーザは同一場所にいる可能性は低いので、異なるユーザからの信号が、別個のフェーディングを受ける傾向にある。それゆえ、同一サブキャリア上のすべてのユーザの信号が著しいフェーディングを受ける見込みはきわめて低い。マルチユーザＯＦＤＭシステムでは、マルチユーザ・ダイバーシティを活用することで、このデータレートを高めることができる。
【０００４】
ＯＦＤＭＡでは、ユーザが、同一サブキャリアを共用するときに生じる干渉を避けることが望ましいから、１つのユーザに１つのサブキャリアを割り当てることで、通常、他のユーザが、そのサブキャリアを使用できないようにしている。それゆえ、この最適なソリューションは、必ずしも、ただ１つの選択されたユーザで認められた最適なサブキャリアを割り当てる（シングルユーザ・システムの場合のように）ことではない。これは事実であるかもしれない。なぜなら、例えば、１つのユーザの最適なサブキャリアは、たまたま、他に好適なサブキャリアを持たない他のユーザにとって最適なサブキャリアでもあることもあるからである。それゆえ、別の手法を考察すべきである。
【０００５】
上述の通り、利用できる複数のサブキャリアが割り当てられることになるから、ＯＦＤＭＡシステムは、さらに自由度を増やす。したがって、利用できるのは、このような特質（特性）である。ＯＦＤＭＡは、マルチユーザのシナリオにぴったり合う。一方のユーザに対しては低品質であるサブキャリアは、他方のユーザに対しては高品質であることもあり、適宜に、そのサブキャリアが割り当てられることもある。適応可能にサブキャリアを割り当てることで、異なる場所において、ユーザ間でのチャネル・ダイバーシティを利用することが可能である。この「マルチユーザ・ダイバーシティ」は、ユーザの別個の経路損失およびフェーディングを含むチャネル・ダイバーシティに由来するものである。前に考察されたソリューションは、ＯＦＤＭＡシステムに対して可能なサブキャリアおよび電力の割り当てアルゴリズムを示唆した。例えば、非特許文献１と非特許文献２を参照。
【０００６】
【非特許文献１】Ｗ．Ｒｈｅｅ氏、Ｊ．Ｍ．Ｃｉｏｆｆｉ氏共著、「動的なサブチャネル割り当てを用いたマルチユーザＯＦＤＭシステムの能力の向上（Ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）」、２０００年第５１回ＩＥＥＥ車両技術会議報告書（Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，２０００，ＩＥＥＥ５１st）、第２巻，２０００年５月１５日〜１８日、ｐ．１０８５−１０８９。
【非特許文献２】Ｊ．Ｊａｎｇ氏、Ｋ．Ｂｏｋ Ｌｅｅ氏共著「マルチユーザＯＦＤＭシステム用の送信電力適応（Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｐｏｗｅｒ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＯＦＤＭ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」、通信選択分野のＩＥＥＥ機関紙（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、第２巻、２００３年２月２日発行、ｐ．１７１−１７８。
【０００７】
図１は、無線周波数電気通信システムにおけるチャネル・ダイバーシティを示している。基地局１は、信号を、移動受信機２１と移動受信機２２に送信する働きをする。建物３などの障害物により、基地局１と、移動ユーザ２１および２２との間の送信は、複数の経路４１および４２を取ることもある。このような現象はよく知られているものであって、マルチパス・ダイバーシティとして知られている。移動受信機に到達する信号は、これらの経路の一様でない長さと、これらの経路上で発生する反射により、周波数に応じてゲインが変ることになる。これは、異なるユーザが、様々なサブキャリアに対して、それぞれ異なるゲイン値を受け入れることを意味する。
【０００８】
図２は、ＯＦＤＭシステムまたはＯＦＤＭＡシステムでの使用に適した基地局を示している。基地局１０は、エンコーダ１０２にて、複数のユーザからデータ入力Ｕ1、Ｕ2、．．．ＵKを受け取る。エンコーダ１０２は、これらのユーザ・データ信号Ｕ1、Ｕ2、．．．ＵKをサブキャリアＣ1、Ｃ2、．．．ＣN上に符号化する。コントローラ１０８は、サブキャリアＣ1、Ｃ2、．．．ＣNをユーザＵ1、Ｕ2、．．．ＵKに割り当てる。送信機変換ユニット１０４は、これらのサブキャリア信号を受け取って、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）と、パラレル・シリアル変換を施して、シリアル出力データストリームを生成する。このデータストリームを出力ユニット１０６に供給する。出力ユニット１０６は、サイクリック・プレフィックスを付加し、かつディジタル信号をアナログ信号に変換して、その信号を、公知のやり方でアンテナ２０から送信する。
【０００９】
コントローラ１０８は、ユーザごとにチャネル・サブキャリア性能を表わすフィードバック信号Ｆ1〜ＦKを受け取る。コントローラ１０８は、制御チャネル上の制御信号１１０を移動受信機に供給する。
【００１０】
図３は、ＯＦＤＭシステムに使用される受信機を示している。それぞれのユーザは、ユーザ受信機４０に接続された受信用アンテナ３０を持っている。ユーザ受信機４０は、入って来る信号のアナログ・ディジタル変換を行って、基地局送信機により付加されたサイクリック・プレフィックスを除去する入力ユニット４０２を含む。次に、このディジタル信号は、受信機変換ユニットによって処理されて、そこで、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）とシリアル・パラレル変換を施して、サブキャリア信号Ｃ1〜ＣNを生成する。これらのサブキャリア信号は、サブキャリア・セレクタ４０６により受け取られる。サブキャリア・セレクタ４０６は、受け取られた被制御信号４１０に応じて、ユーザＫ用のサブキャリアを選択する。これらのサブキャリアは、デコーダ４０８に供給されて、そこで、ユーザＫに関するデータ信号を復号して、出力信号ＤKを生成する。
【００１１】
次に、図２の基地局と、図３の受信機の働きを、説明する。
【００１２】
基地局１０のコントローラ１０８は、すべてのユーザからの決定されたチャネル情報を持っていて、サブキャリア割り当てアルゴリズムにより、それぞれのユーザにサブキャリアを割り当てる。ＣＳＩ（チャネル状態情報）が送信機で利用できるときには、この送信機は、サブキャリアをユーザに割り当てて、さらに、シンボル（または、パケット）の持続時間の間、このチャネルのフェーディング特性が不変であることを前提として、その送信電力を、１シンボルずつ（あるいは、１パケットずつ）適応させて、データレートを高めることができる。
【００１３】
前述の１ソリューションにおいて、それぞれのサブキャリアにチャネル・ゲインが適しているユーザに、そのサブキャリアが割り当てられるから、これらのサブキャリア間での異なる電力割り当ては必要でないことが、Ｒｈｅｅ氏とＣｉｏｆｆｉ氏により明らかにされた。それゆえ、このアルゴリズムは、すべてのユーザにもっとも適したサブキャリアを見つけ出して、均等な電力を割り当てることだけが必要である。これにより、実施の複雑さが軽減される。
【００１４】
他の前述のソリューションでは、Ｊａｎｇ氏とＢｏｋ Ｌｅｅ氏は、ユーザにサブキャリアを共用させる一般的な場合における、送信電力割り当て方式とサブキャリア割り当てアルゴリズムを提案している。そのような場合、特定のユーザ信号用の送信電力を大きくすれば、同一サブキャリア上で、他のユーザ信号への干渉も増大する。しかしながら、数学的解析後に、ただ１つのユーザにサブキャリアを割り当てる場合には、その能力が最大になり、それゆえ、干渉は発生しないことがわかった（以前および将来のあらゆる研究に対して、基本的な前提となっているもの）。Ｒｈｅｅ氏およびＣｉｏｆｆｉ氏と同様に、このように割り当てられたサブキャリアにわたるウォータ・フィリングは、著しいゲインをまったく与えず、かつ、計算上の複雑さを増すことになるから、均等な電力割り当てが最適な手法であることが判明した。最後に提案された方式では、そのサブキャリアに最適なチャネル・ゲインを持つただ１つのユーザが、そのサブキャリアでデータを送る（サブキャリアごとに、どのユーザが最適なゲインを持つのかチェックする）。ユーザ数を増やすことは、さらに大きなマルチユーザ・ダイバーシティを与えるから、そのために、データレートが高められることも判明した。
【００１５】
Ｊａｎｇ氏とＢｏｋ Ｌｅｅ氏で提案される方式では、それぞれのサブキャリアに対する受信平均ＳＮＲが大きくなり、かつ平均データレートが高められるとは言え、このようなアルゴリズムは、ユーザにとって公平でない。それぞれのユーザに割り当てられるサブキャリアの数は一定ではなく、それゆえ、それぞれのユーザは、異なるデータレートを持つこともある。さらに、これらのサブキャリアのどれに対しても、或るユーザが、複数のユーザの最適チャネル・ゲインを持たないと、たまたま見なされる（例えば、その場所により）場合には、そのユーザには、サブキャリアがまったく割り当てられないであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の実施形態は、１サブチャネル当たり一定数の割当てサブキャリアを用いて、符号化ＯＦＤＭＡシステムにサブキャリアを割り当てる手法を提供できる。実施形態は、チャネル符号化を使用し、したがって、チャネル符号化の性質を利用するメトリックが用いられる。そのメトリックに基づいて、できる限り好適なサブキャリアをすべてのユーザに割り当てる、複雑さの少ないアルゴリズムが提案されている。本発明の実施形態では、事実上、ダウンリンク能力を向上させることに加えて、一定数のサブキャリアをそれぞれのユーザに割り当てて、さらに、同一ＳＮＲにて、あらゆるユーザに対して、同様なＰＥＲ（パケット誤り率）性能やＢＥＲ（ビット誤り率）性能も保証するような公平なサブチャネル分配が用いられる。
【００１７】
すべてのサブキャリア割り当てアルゴリズムでは、基地局は、移動受信機に、それらの割り当てられるサブキャリアについて知らさなければならないから、一定量の送信オーバーヘッドがあることは明らかであろう。しかしながら、特にチャネルがゆっくりと変る場合には、このオーバーヘッドは、比較的に小さい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明により、複数のサブキャリアを使用するマルチユーザ電気通信システムにおいて、少なくとも１つのユーザに割り当てられるサブチャネルにサブキャリアを割り当てる方法であって、
ａ）最初のサブキャリアを、複数のサブチャネルのそれぞれに割り当てることと、
ｂ）サブチャネルごとに品質を検出することと、
ｃ）これらのサブチャネルを品質の高い順に分類して、順序付きサブチャネル・リストを作成することと、
ｄ）その順序付きサブチャネル・リストによって決定された順序で、それぞれのサブチャネルに、さらに別のサブキャリアを割り当てることと、
ｅ）すべてのサブキャリアを割り当てるまで、ステップｃ）とステップｄ）を繰り返すことを含む方法が提供される。
【００１９】
本発明の一実施形態を利用する上記のマルチユーザ通信システムでは、それぞれのサブチャネルに対する品質測定値を用いて、サブチャネルにサブキャリアを割り当てる。最初のサブキャリアがそれぞれのサブチャネルに割り当てられて、その品質が測定される。それぞれのサブチャネルの品質測定値に応じて、その後のサブキャリアが割り当てられる。最低品質測定値を持つサブチャネルが、最初の割り当てを受け入れ、また、最高品質測定値を持つサブチャネルが、最後の割り当てを受け入れる。その後の割り当ては、サブチャネル品質測定値を分類し直した後、これらのサブキャリアがすべて割り当てられるまで繰り返される。一実施形態では、使用されるこの品質測定値は、サブチャネルに使える電力レベルである。別法として、ＳＩＮＲ（信号対干渉・雑音比）を、この品質測定値として使用することができる。
【００２０】
本発明を実施する方法は、特に無線周波数電気通信システムに適用できることが容易に理解されよう。さらに、本発明の原理は、他の通信手法を用いる他の通信システムに適用される場合があることも直ちに明らかになろう。
【００２１】
上述の実施形態は、本発明を限定しないで例示していることと、当業者が、併記の特許請求の範囲で定められる本発明の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施形態を設計できることに留意されたい。この特許請求の範囲では、括弧に入れられたどんな参照記号も、この特許請求の範囲を限定するものと見なしてはならない。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む、備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む、備える）」などの語は、任意の特許請求の範囲に、または本明細書全体に列挙されたもの以外の要素またはステップがあることを除外しない。１つの要素の単一の参照符号は、この種の要素の複数の参照符号を除外せず、逆も同様である。本発明は、いつかの異なる要素を含むハードウェアを用いて、また、適切にプログラムされたコンピュータを用いて、実施されることもある。いくつかの手段を列挙した特許請求の範囲では、これらの手段の一部は、まったく同じハードウェア品目を用いて、具現されることもある。いくつかの測度が、互いに異なる従属クレームに述べられているという単なる事実は、これらの測度を組み合わせたものを生かせないことをほのめかしてはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ＯＦＤＭシステムまたはＯＦＤＭＡシステムでは、マルチパス・ダイバーシティの存在下で、あらゆるサブキャリアが、異なる振幅で、所与の受信機に到達することになる。実際は、一部のサブキャリアが、著しいフェーディング効果のために完全に失われることがある。それゆえ、全体のビットレートおよび能力は、最小の振幅を持ついくつかのサブキャリアにより支配されることになる（たとえ、ほとんどのサブキャリアが誤りなく検出されることがあっても）。
【００２３】
この欠点をなくそうとするために、ほとんどのＯＦＤＭシステムまたはＯＦＤＭＡシステムは、チャネル符号化を使用している。これらのサブキャリア間で符号化を使用することにより、劣ったサブキャリアの誤りを訂正することができる。符号化ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムの性能は、もっとも劣ったサブキャリアの電力ではなくて、平均受信電力によって決定されることもある。
【００２４】
本発明の記述された実施形態では、それぞれのサブチャネル（ユーザ）の平均受信電力（または、チャネル・ゲイン）は、これらのサブキャリアを割り当てるために、品質メトリックとして使用される。これらのサブキャリアは、他のサブチャネルにおける平均受信電力を最小限に抑えることなく、サブチャネルごとに受け取られる平均電力を最大にするようなやり方で割り当てられる。これは、あらゆるユーザに公平な手法を保証して（差し当たって、それぞれのユーザに、サブチャネルが１つ割り当てられると仮定して）、同一ＳＮＲのもとに、ユーザ間で、同様なＰＥＲ性能およびＢＥＲ性能をもたらす。
【００２５】
この記述された実施形態において、品質メトリックとして電力レベルが使用されるが、本発明は、どんな品質測定にも適用できることが容易に理解されよう。例えば、サブキャリアを割り当てる根拠として、電力レベルまたはＳＩＮＲ（信号対干渉・雑音比）を、品質測定として使用することもある。他の品質測定も使用できる。
【００２６】
図４は、本発明を実施する方法を示すフローチャートである。この方法は、サブチャネル電力レベルに関するデータを初期設定することで開始する（ステップＡにて）。例えば、この初期レベルをゼロにセットする。ステップＢにおいて、サブチャネルごとに、それぞれの最初のサブキャリアを見つけ出す。最初のサブキャリアはそれぞれ、そのユーザに最適なサブキャリアのゲインを見つけ出すことがわかる。この電力レベルは、それらの割り当てられたサブキャリアを反映するように更新される。サブキャリアが一旦割り当てられると、このサブキャリアは、別のサブチャネルへの割り当てには、もう使えない。ステップＤにおいて、これらのサブチャネルを、電力レベルの高い順に並べ替えて、まず最初に、最低電力レベルのサブチャネルが、このリストに載るようにする。ステップＥにおいて、追加のサブキャリアは、この並べ替え済み電力レベル・リストに載るように、それらのサブチャネルの順に割り当てられて、まず最初に、この最低電力レベルのサブチャネルに、追加のサブキャリアが割り当てられるようにしている。すべてのサブキャリアが割り当てられた（ステップＦ）場合には、次のチャネルが変るまで、このプロセスは終了する（ステップＧ）。すべてのサブキャリアが割り当てられていない場合には、ステップＤとステップＥを繰り返して、これらのサブキャリアをすべて、このようにして割り当てできるようにしている。
【００２７】
Ｐkは、サブチャネル（ユーザ）ｋ用の平均受信電力を表わしている。Ｎは、使用できるサブキャリアを表わしている。Ｈk,nは、サブキャリアｎおよびユーザｋ用のチャネル・ゲインを表わしている。以下の例では、サブチャネル（ユーザ）の数は１６であり、またサブキャリアの数は７６８であって、簡潔のために、それぞれのユーザに、サブチャネルが１つだけ割り当てられるものと仮定される。個々のユーザに複数のサブチャネルを割り当て、サブチャネル間でのリソースの公平な割り当てを維持しながら、利用可能なリソースを、これらのユーザにより多く共用させる場合もあることに留意されたい。本発明を実施する手法は、ユーザやサブキャリアがいくつあろうと、それらに適用できることが容易に理解されよう。
【００２８】
本発明を実施する方法は、以下のように表わすことができる：
１．初期設定
すべてのユーザｋ＝１〜１６、Ｎ＝｛１，２，３．．．，７６８｝（利用できるサブキャリア）に対して、Ｐｋ＝０をセットする。
２．最初
あらゆるユーザｋ＝１〜Ｋに対して、
ａ）すべてのｊ⊆Ｎに対して、｜ｈk,n｜≧｜ｈk,j｜を満たすサブキャリアｎを見つけ出す。
ｂ）Ｐk＝Ｐk＋｜ｈk,n｜2、Ｎ＝Ｎ−｛ｎ｝により、ａ）からのｎで、ＰkとＮを更新する。
このサブキャリアを、利用できるサブキャリアから除去する。
３．Ｎ＜＞０の間（すべてのサブキャリアが割り当てられるまで）
ａ）より低い電力を持つサブチャネルに従って、サブチャネルを並び替える。
ｂ）この認められたサブチャネルｋでは、すべてのｊ⊆Ｎに対して、｜ｈk,n｜≧｜ｈk,j｜を満たすサブキャリアｎを見つけ出す。
ｃ）Ｐk＝Ｐk＋｜ｈk,n｜2、Ｎ＝Ｎ−｛ｎ｝により、ａ）からのｎで、ＰkとＮを更新する。
ｄ）すべてのユーザに別のサブキャリアが割り当てられるまで、この短いリスト中で、次に進む。
【００２９】
この手法は、経時的に変動を受け入れるために、一定の間隔で繰り返されることになろう。
【００３０】
本発明は、無線電気通信システムを関して述べられているが、本発明の手法および原理は、他のシステムに適用できることが容易に理解されよう。
【００３１】
さらに、本発明の手法は、基地局に関して述べられているが、基地局は、サブキャリアの割り当てを実行する必要はない。ユーザ端末の１つまたは複数、あるいは全部でさえ、実用システムにおけるサブキャリアの割り当てを扱うことができる。
【００３２】
このアルゴリズムは、決定論的なものであるから、ユーザ端末のすべてが、このチャネル上の同一情報にアクセスできる場合には、これらのユーザ端末はすべて、このアルゴリズムを実行して、同一結果をもたらすこともある。このようなシステムでは、これらのユーザ端末のすべては、このチャネルに関する関連情報を持っていることが必要であり、このことは、基地局なしに、分散制御を使用するネットワークにおいて、特に当てはまる。この情報は、このシステムで使える制御チャネルを用いて、ユーザ端末のそれぞれに提供できる。
【００３３】
以下において、ダウンリンクの場合向けのＢＥＲ（ビット誤り率）・ＰＥＲ（パケット誤り率）対ＳＮＲ（信号対雑音比）グラフの点から、向上した（エンハンスト）符号化ＯＦＤＭＡシステムの場合について、物理層の性能結果が示されている。このチャネルが変化せず、かつユーザ受信機が、送信するのと同じサブキャリアを使用している場合には、このアップリンクにおいて、同様な性能ゲインを得ることができる。指定されるチャネル・モードＥの場合に、いくつかの異なるモードに対して、性能結果が得られている。チャネル・モデル（ｃｈａｎｎｅｌ ｍｏｄｅｌ）ごとに、相関しない２０００の広帯域レイリー・チャネルを生成して、これらのチャネルを、その変調されたデータで畳み込んだ（ｃｏｎｖｏｌｖｅ）。
【００３４】
非常に好適なサブキャリアを１つのユーザに割り当てることで得られた潜在的なゲインを調査するために、他のユーザを考慮に入れることなく、１つのユーザに最適なサブキャリアを割り当てる単純な欲張り（ｇｒｅｅｄｙ）アルゴリズムを試行した。図５と図６は、それぞれ、ＳＮＲに対する符号化ＯＦＤＭＡシステムのＢＥＲ性能とＰＥＲ性能を示している。これらの結果では、モード２（表２を参照）が使用され、またパケット・サイズが５４バイトであった。最適なサブキャリアを１つのユーザに割り当てるときには、その性能は、このスペクトルの全域にわたってランダムなサブキャリアが割り当てられる標準的な場合と比較して、大幅に向上することが理解できる。これは、２つの理由による。第１に、このユーザ用の平均受信電力（４８のサブキャリアにおいて）が増大し、また第２に、フェーディング状態にあるキャリアが少なくなり、それゆえ、その畳込みコードは、さらに多くの誤りを訂正でき、性能が向上する。このスペクトルの全域にわたる平均電力に変わりはないが、ただし、変化するものは、ユーザの個々のサブキャリア用の電力であることに留意されたい。
【００３５】
しかしながら、前述のように、ユーザの最適サブキャリアは、たまたま、他に好適なサブキャリアを持たない他のユーザにとって最適なサブキャリアでもあることもあるから、これは、最適なソリューションではない。これは、ユーザ１の性能を向上させてはいるが、他のユーザが損害を受ける場合があることを意味している。
【００３６】
図７と図８は、モード２の場合に、ＳＮＲに対する、サブキャリア割り当てアルゴリズムを用いる符号化ＯＦＤＭＡシステムのＢＥＲ性能とＰＥＲ性能をそれぞれ示している。図９と図１０は、モード６の場合に、ＢＥＲ性能とＰＥＲ性能を示している（表２を参照）。このサブキャリア割り当てアルゴリズムは、著しいゲインを提供し（表１を参照）、またその性能が、この最適サブキャリア割り当ての場合に非常に近い（１ｄＢ以内）ことが理解できる。さらに、図１１から理解できるように、あらゆるユーザの性能は、最適サブキャリア割り当てアルゴリズムとは対照的に、均等に向上する。
【００３７】
これらのスループットの結果を得るために、すべての送信モードに対して、シミュレーションを行った。図１２は、あらゆるモードの場合に、サブキャリア割り当てアルゴリズムを用いたＰＥＲ結果を示している。
【００３８】
前例と同じように、これらのゲインは、望ましいサブキャリアでの向上した受信電力によるものであり、また向上した性能は、フェーディングが少なくなったためである。これは、図１３と図１４から理解できる。図１３と図１４はそれぞれ、例証チャネル周波数応答と、上記の４８のサブキャリアに対して、サブキャリア割り当てアルゴリズム後に受信機で認められる手法を示している。この向上した受信電力による平均ゲインは、測定により、４．８ｄＢであった（すべてのチャネル実現とユーザにより）。前述の通り、残りのゲインは、結果として得られた周波数応答の形状（図１２を参照）によるものであり、それにより、比較的に平坦なチャネルが与えられる。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
【表２】
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【００４１】
符号化と変調方式が異なる物理層モード（表２）は、ＷＰ３で説明されるリンク適応方式により選択できる。このリンク適応機構により、このシステムは、その送信モードを無線リンク品質に適応できる。
【００４２】
図１５と図１６はそれぞれ、ダウンリンクの場合について、サブキャリア割り当てアルゴリズムを用いるときと、サブキャリア割り当てアルゴリズムを用いないときの、ＰＥＲ結果および表２に基づく上記提案された４Ｇシステムのリンク・スループットを示している。
【００４３】
スループットは、このサブキャリア割り当てアルゴリズムを用いると、著しく向上することが認められる。このサブキャリア割り当てアルゴリズムは、ダウンリンクの場合に、１８ｄＢのＳＮＲ値に対して、最大スループット（２８８Ｍｂｐｓ）を達成できる。
【００４４】
表３は、これらのスループットの向上を要約したものである。例えば、５ｄＢのＳＮＲ値では、この向上したシステムは、３０Ｍｂｐｓではなく、１２０Ｍｂｐｓまでサポートできる。これは、ここでは、モード２ではなくて、モード４を使用できるという事実によるものである。他のＳＮＲ値に対しても、同様な向上を認めることができる。それゆえ、この達成された性能ゲインを使用すれば、この送信電力を少なくするか、あるいは、同一送信電力に対して、能力を向上させることができる。
【００４５】
【表３】
2006050615.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】無線電気通信システムにおけるマルチパス・ダイバーシティを示す。
【図２】ＯＦＤＭ電気通信システムに使用する基地局送信機を示すブロック図である。
【図３】ＯＦＤＭ無線通信システムに使用する受信機を示すブロック図である。
【図４】本発明を実施する方法におけるステップを示すフローチャートである。
【図５】第１のサブキャリア選択法を用いる性能を示す。
【図６】第１のサブキャリア選択法を用いる性能を示す。
【図７】本発明を実施する方法に対する性能結果を示す。
【図８】本発明を実施する方法に対する性能結果を示す。
【図９】本発明を実施する方法に対する性能結果を示す。
【図１０】本発明を実施する方法に対する性能結果を示す。
【図１１】本発明を実施する方法に対する性能結果を示す。
【図１２】本発明を実施する方法に対する性能結果を示す。
【図１３】チャネル実現周波数応答の一例を示す。
【図１４】図１３の周波数応答に対するサブキャリア割り当てを示す。
【図１５】本発明によるサブキャリア割り当てを用いたリンク・スループットを示す。
【図１６】本発明によるサブキャリア割り当てを用いないリンク・スループットを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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