(57)【要約】  通信ネットワークにおいて、該ネットワークは、送信機および／または受信機として機能する複数の通信要素、特に基地局および該基地局の少なくとも１つに関連づけられた動作ノードを含み、前記送信機と前記受信機との間の通信が、キャリア周波数ｆｃの周りのＮ個のサブキャリアによるマルチキャリア変調に基づいて信号を生成し送信することによって実行される。前記サブキャリアの個数は、各受信機に対して個別にネゴシエートされることが可能であり、好ましくは２の累乗である。
2013541250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ネットワークにおいて、該ネットワークは、送信機および／または受信機として機能する複数の通信要素、特に基地局および該基地局の少なくとも１つに関連づけられた動作ノードを含み、前記送信機と前記受信機との間の通信が、キャリア周波数ｆｃの周りのＮ個のサブキャリアによるマルチキャリア変調に基づいて信号を生成し送信することによって実行され、
前記通信要素が、送信信号を受信すると、受信した信号のサブサンプリングを実行するように構成され、前記キャリア周波数ｆｃの周りの最も内側から所定数のサブキャリアのみがデータ復元のために使用されることを特徴とする通信ネットワーク。
【請求項２】
前記マルチキャリア変調が、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）の形態で実施されることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項３】
使用される周波数帯域が所定数Ｋ個のクラスすなわち受信機クラスに分割されることを特徴とする請求項１または２に記載のネットワーク。
【請求項４】
前記受信機クラス１＜ｋ＜Ｋのそれぞれが、前記キャリア周波数ｆｃの周りの最も内側からＭｋ個のサブキャリアを含むことを特徴とする請求項３に記載のネットワーク。
【請求項５】
前記受信機のそれぞれが特定の受信機クラスｋで動作することを特徴とする請求項３または４に記載のネットワーク。
【請求項６】
受信機クラスｋで動作する受信機が、送信信号のうちＮ／Ｍｋ番目ごとのサンプルのみを取得することによって、受信信号のサブサンプリングを実行するように構成されることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項７】
受信機が、どの受信機クラスで動作しているかの情報を送信機に通知することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項８】
前記情報が、クラスＩＤの形態で提供されることを特徴とする請求項７に記載のネットワーク。
【請求項９】
送信機が、自己のスケジューリングアルゴリズムに既存の受信機クラスを収容することを特徴とする請求項３ないし８のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１０】
前記動作ノードが、それらの計算量および／または機能に応じてグループ分けされ、特定のグループの動作ノードが特定の受信機クラスを使用することによって動作することを特徴とする請求項３ないし９のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１１】
使用される周波数帯域が、２つの受信機クラス０および１に分割されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１２】
前記２つのクラスのうちの第１のクラス、すなわち受信機クラス０が、エネルギー制限のあるＭ２Ｍ動作ノードによって使用され、前記２つのクラスのうちの第２のクラス、すなわち受信機クラス１が、他のモバイル通信ノードによって使用されることを特徴とする請求項１１に記載のネットワーク。
【請求項１３】
前記受信機クラス０のエネルギー制限のあるＭ２Ｍ動作ノードが、受信信号のサブサンプリングを実行するように構成され、他のモバイル通信ノードが、受信信号の各サンプルを取得するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載のネットワーク。
【請求項１４】
受信機クラスｋの受信機が、受信信号の最初のＭｋ個のサブキャリアに対してローパスフィルタを適用するように構成されることを特徴とする請求項３ないし１３のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１５】
前記送信機が、送信信号のプリコーディングを実行することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１６】
前記送信機が、ガードインターバルおよび／または電力制御技術を使用することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１７】
シグナリングおよび／または制御情報が階層的に編成されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１８】
送信機が、最低の既存の受信機クラスの外側の１つ以上のサブキャリアでシグナリングおよび／または制御情報を送信することを特徴とする請求項３ないし１７のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項１９】
前記シグナリングおよび／または制御情報がＴＤＭＡ方式で送信されることを特徴とする請求項１８に記載のネットワーク。
【請求項２０】
前記受信機が、所定の、またはシグナリングされた時刻に、相異なるサンプリングレート間で切り替わることを可能にする手段を前記受信機が備えたことを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載のネットワーク。
【請求項２１】
通信ネットワーク、特に請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の通信ネットワークの動作方法において、該ネットワークは、送信機および／または受信機として機能する複数の通信要素、特に基地局および該基地局の少なくとも１つに関連づけられた動作ノードを含み、前記送信機と前記受信機との間の通信が、キャリア周波数ｆｃの周りのＮ個のサブキャリアによるマルチキャリア変調に基づいて信号を生成し送信することによって実行され、
前記通信要素が、送信信号を受信すると、受信した信号のサブサンプリングを実行し、前記キャリア周波数ｆｃの周りの最も内側から所定数のサブキャリアのみがデータ復元のために使用されることを特徴とする通信ネットワークの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ネットワークおよび通信ネットワークの動作方法に関する。該ネットワークは、送信機および／または受信機として機能する複数の通信要素、特に基地局および該基地局の少なくとも１つに関連づけられた動作ノードを含み、前記送信機と前記受信機との間の通信が、キャリア周波数ｆｃの周りのＮ個のサブキャリアによるマルチキャリア変調に基づいて信号を生成し送信することによって実行される。
【背景技術】
【０００２】
例えば次世代のモバイル無線ネットワーク（mobile radio network, ＭＲＮ）のような最新の通信ネットワークは、自律的（そしておそらくはエネルギー自足的でもある）動作ノードのようなエネルギー制限のあるますます多数のノードをサポートしなければならない。以下、この種の動作ノードを、「従来型」モバイル通信ノードと区別するために、Ｍ２Ｍ（machine-to-machine）ノードと称する。ＭＲＮはこのようなエネルギー制限のあるＭ２Ｍノードへの通信および「従来型」サービスの両方をサポートしなければならないことから、両方のサービスが同じスペクトルリソースを共有する可能性が高い。というのは、従来型通信とＭ２Ｍ通信のためにスペクトルリソースを別々にするのは経済的でないからである。リソースは、負荷、ＱｏＳ等の尺度に応じて割り当てられる。
【０００３】
Ｍ２Ｍサービスの主要部分は、Ｍ２Ｍノードが計算量の低いタスク、例えば温度等の環境の測定を実行し、その結果をときどき報告することを要求する。基本的に、このようなＭ２Ｍノードは、外部電源なしで、または再生可能電力源（例えば太陽や熱による電力）のみを用いて、長期間（数か月、あるいはさらには数年）にわたりほとんど自律的に動作する。このことは、非常にエネルギー効率の高い受信機ハードウェアが明らかに必要であることを意味する。現在配備されているシステムは、ＱｏＳ要求の基礎をなし、高データレートのユーザインタフェースを提供するモバイル端末をサポートするように設計されている。これは、Ｍ２Ｍ通信の場合には変わる。というのは、ほとんどのＭ２Ｍノードは非モバイル（移動可能ではあるが移動しない）であり、自律的に（おそらくは定期的なスケジュールに基づいて）データを配信し、低優先度および低データレートのサービスを要求し、既存のリソースを比較的散発的に利用すると考えられるからである。したがって、現在配備されているシステムによって提供されるシステムインタフェースは、Ｍ２Ｍ通信の要求を満たさない可能性が高い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M. Costa, "Writing on dirty paper", IEEE Trans. Information Theory 29:439-441, １９８３年５月
【非特許文献２】Cooley et al., "Algorithm for the machine calculation of complex Fourier series", Math. Comput. 19:297-301, １９６５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、頭書のような通信ネットワークおよび通信ネットワークの動作方法において、相異なる機能および／または計算量要求の受信機が、エネルギー効率の高い形で同じシステムのリソースおよび規格を用いて動作することができるような改良およびさらなる展開を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えた通信ネットワークによって達成される。この請求項に記載の通り、本ネットワークは、以下のことを特徴とする。すなわち、前記通信要素は、送信信号を受信すると、受信した信号のサブサンプリングを実行するように構成され、前記キャリア周波数ｆｃの周りの最も内側から所定数のサブキャリアのみがデータ復元のために使用される。
【０００７】
また、上記の目的は、請求項２１の構成を備えた方法によって達成される。この請求項に記載の通り、本方法は、以下のことを特徴とする。すなわち、前記通信要素は、送信信号を受信すると、受信した信号のサブサンプリングを実行し、前記キャリア周波数ｆｃの周りの最も内側から所定数のサブキャリアのみがデータ復元のために使用される。
【０００８】
本発明によって認識されたこととして、Ｍ２Ｍおよび従来型の両方のサービスを同じスペクトル内でサポートするという要求は、既存のシステムが変更されなければならないことを意味する。Ｍ２Ｍサービスと従来型サービスとの間の非常に高速な切替が要求されるので、１つのスペクトル内で１つのシステムが動作し、Ｍ２Ｍおよび従来型の両方のサービスをサポートすることができるのが望ましいと考えられる．この目的のため、本発明は、通信要素が、送信信号を受信したとき、サブキャリア全体にわたってサンプルを取得するのではなく、受信した信号の（時間的）サブサンプリングを実行するような構成を提案する。すなわち、キャリア周波数の周りの最も内側から所定数のサブキャリアのみを取得し、データ復元のために使用する
【０００９】
本発明による階層的アプローチによれば、検出器および復号器の計算量（これは時間サンプル数とともに線形に増大する）に対して相異なる要求を有する多数の端末に対応可能となる。さらに、注意すべき重要な点であるが、アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）および高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、受信機エネルギーの大部分を消費する。本発明によれば、受信機は、長さＮのマルチキャリア信号のすべての利用可能な時間サンプルのうちの一部しか必要としないので、ＡＤＣおよびＦＦＴに関連する計算量は顕著に低減される。このため、受信信号の意図的なサブサンプリングを適用することにより、マルチキャリアシステム内のすべての利用可能なサブキャリアを使用する従来の受信機と比較して、受信機における線形以上の計算量低減が達成される。
【００１０】
好ましい実施形態によれば、マルチキャリア変調は、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）の形態で実施されてもよい。例えば、このようなＯＦＤＭＡシステムは、帯域幅Ｂおよびシンボル長Ｔを有し、サブキャリアが相互に１／Ｔの周波数間隔で配置されてもよい。以下、間隔１／Ｔをサブキャリア間隔と称する。このようなシステムにおいて、全部でＮ＝ＢＴ個のサブキャリアが利用可能であり、例えばＷｉＭＡＸの場合、Ｎの大きさは通常、１０２４または２０４８（１０ＭＨｚおよび２０ＭＨｚにおいて）である。しかし、３ＧＰＰ  ＬＴＥやＩＥＥＥ８０２．１１のような他のマルチキャリアシステムへの適用も可能である。ただしその場合、パラメータＴ、Ｂ、およびＮは異なり得る。
【００１１】
好適な実施形態によれば、使用される周波数帯域は所定数Ｋ個のクラスに分割されてもよい。以下、これらのクラスを受信機クラスと称する。各受信機クラス１＜ｋ＜Ｋは、キャリア周波数ｆｃの周りの最も内側からｋ個のサブキャリアＭｋを含むように構成されてもよい。結果として、周波数帯域のこのような階層的編成では、Ｍ１＜Ｍ２＜...＜ＭＫが成り立つ。
【００１２】
上記のような周波数帯域の階層的編成および相異なる受信機クラスへの分割に基づいて、さらに、各受信機端末が特定の受信機クラスｋで動作するようにしてもよい。例えば、クラスｋに属する各受信機端末が、全部でＭｋ個のサンプルのみを取得するように構成されてもよい。すなわち、送信信号のうちＮ／ＭＫ番目ごとのサンプルのみを取得するとしてもよい。これらのＭＫ個のサンプルが、周波数領域信号の最初のＭＫ個のサブキャリアを復元するために使用されてもよい。これが可能であるのは、最も内側のＭＫ個のサブキャリアを復元するためには、Ｎ／ＭＫ個ごとの可能な時間サンプルで取得された時間サンプルのベクトルがあれば十分だからである。ＯＦＤＭＡの場合、ＯＦＤＭの直交性制約を満たすためには、送信信号は少なくとも１／Ｂ（Ｂは帯域幅を表す）ごとにサンプリングされることを保証すればよい。
【００１３】
システムの機能的動作に関して、各受信機は、そのカバレジエリア内に位置する可能性のある送信機に対して、どの受信機クラスで動作しているかを通知するようにしてもよい。例えば、ノードは、基地局に関連づけられると、その基地局に対して、どのクラスで動作しているかの情報を通知するようにしてもよい。特定実施形態によれば、この情報は、クラスＩＤの形態で提供されてもよい。しかし、当業者には明らかなように、他の実施態様も可能である。例えば、２つの相異なるクラスのみを有するシステムでは、単純なフラグを設けることが好ましい場合もある。
【００１４】
送信機が相異なる受信機クラスの最適なサポートを提供することができるためには、送信機は、自己のスケジューリングアルゴリズムに相異なる受信機クラスを収容するようにしてもよい。この情報に基づいて、送信機は、例えば、特定のサブキャリアにリソースの割当てを制限することによって、あるいは周波数スペクトル全体にわたる論理サブキャリアの拡散を回避することによって、自己の送信特性に適応することが可能となる。さらに、送信機のスケジューリングアルゴリズムは、長期的な目標および要求を考慮するように構成されてもよい。例えば、大きいレイテンシおよび大きい遅延に対処することが可能な受信機端末は、高トラフィック期間中にはスケジューリングされる必要はない。これは、例えば日中にデータを計測することはできる限り回避すべきであることを意味する。というのは、利用可能な帯域幅は、例えば携帯電話ユーザの高データレート需要を満たす必要があるからである。
【００１５】
さらに別の好ましい実施形態によれば、動作ノードを、それらの計算量および／または機能に応じてグループ分けし、特定のグループの動作ノードが特定の受信機クラスを使用することによって動作するようにしてもよい。このような実施態様により、既存の標準を調和させたり、（例えば変調、符号化等に関して）非標準的な方法を使用したりすることなく、既存のシステムにこれらのグループを統合することが可能となる。その結果、それぞれの計算量／機能による端末のグループ分けは、相異なる端末クラスを収容するためのフレキシブルなアプローチとなる。
【００１６】
特定実施形態では、２つのクラスのみが実現されてもよい。すなわち、使用される周波数帯域が、受信機クラス０および１という２つの受信機クラスに分割されてもよい。クラス数が多いほど粒度が高くなる。すなわち、相異なる受信機計算量に細かく適応できる。しかし、この利点は、シグナリングオーバーヘッドの増大とともに管理の手間がかかるという犠牲を伴う。
【００１７】
２つの受信機クラスの場合、２つのクラスのうちの第１のクラス、すなわち受信機クラス０は、エネルギー制限のあるＭ２Ｍ動作ノードによって使用され、２つのクラスのうちの第２のクラス、すなわち受信機クラス１は、他の（「従来型」）モバイル通信ノード（特にＱｏＳ要求のあるもの）によって使用されるようにしてもよい。すなわち、受信機クラス０のエネルギー制限のあるＭ２Ｍ動作ノードは、送信信号の例えば８番目または１６番目ごとのサンプルのみを取得することによって受信信号のサブサンプリングを実行するように構成されてもよい。他方、ＱｏＳ要求のある「従来型」モバイル通信ノードは、Ｍ２Ｍ動作ノードよりもはるかに計算量が高く、高度な機能を提供し、しかもバッテリおよび処理パワーに対する条件に余裕がある。このような「従来型」モバイル通信ノードは、送信信号の各サンプルを取得するように構成されてもよい。
【００１８】
最も内側のＭｋ個のサブキャリアをサブサンプリングすることは、最も内側のＭｋ個のサブキャリアに対する干渉を引き起こすエイリアシング効果を含む可能性がある。エイリアシングによって引き起こされるキャリア間干渉を回避または少なくとも低減するための効果的な手段として、ローパスフィルタリングがある。例えば、クラスｋの各受信機が、エイリアシングから生じる最初のＭｋ個のサブキャリアに対する干渉（これを抑圧しなければ最大パフォーマンスが制限される）を抑圧するためにローパスフィルタを適用するようにしてもよい。
【００１９】
別法として、または受信機側でのローパスフィルタの適用に加えて、エイリアシング効果を低減するために送信機側でさまざまな対策をとることができる。例えば、送信機は、予想される干渉がシェーピングされるように送信信号のプリコーディングを実行してもよい。このようなプリコーディングを実行するための適切なメカニズムは、非特許文献１に記載されており、その開示は参照により本明細書中に援用される。また、例えば、ローパスフィルタでは必要な干渉抑圧ができないサブキャリアに空きリソースを配置することによって、適切なスケジューリングを実現するためのメカニズムが適用されてもよい。これに加えて、または別法として、ガードインターバルおよび電力制御技術を適用してもよい。例えば、送信機の近くに位置する受信機に対する情報を、ローパスフィルタの不十分な干渉抑圧領域内のサブキャリアに配置し、その情報を送信する電力を低下させてもよい。特定の状況で使用されるそれぞれの方法は、それぞれの環境に強く依存する。例えば、高トラフィック期間中にはガードインターバルを使用しないことが好ましいが、システムの負荷があまり高くない場合にはガードインターバルの使用が考えられる。
【００２０】
動作の整合性を達成するため、シグナリングおよび／または制御情報を階層的に編成するのが好ましいことがわかる。これは、各受信機クラス内のシグナリングおよび／または制御情報ならびにデータに整合性があることを意味する。整合性があるとは、受信機クラスｋがその受信機クラスに含まれないリソースで送信される情報がなくても完全に動作可能であるという意味である。シグナリングおよび／または制御情報のこの種の編成を帯域内シグナリングと称する。注意すべき重要な点であるが、各受信機クラスは、インデックスｋの増大とともに増加する機能のセットをサポートすることができる。ほとんどのノード、特にＭ２Ｍ動作ノードは、非常に制限された機能のセットで動作することができるので、シグナリング情報、例えば各Ｍ２Ｍ動作ノードにとってあまり重要でないハンドオーバー管理関連の情報を、より外側のサブキャリア、すなわち低い受信機クラスで動作するノードによっては取得されないサブキャリアに配置することが可能である。
【００２１】
他方、送信機が、最低の既存の受信機クラスの外側の１つ以上のサブキャリアでシグナリングおよび／または制御情報を送信することが可能である。これに関して、例えば、基地局に関連づけられたいずれかの動作ノードによって示される受信機クラスを基準にとってもよい。この種のシグナリングを帯域外シグナリングと称する。しかし、現在選択されているクラスの外側のサブキャリアで一部または全部のシグナリングを送信することは、それぞれの受信機クラスの受信機がより広いキャリアスペクトルを正しく受信し復調するためにより高いサンプリングレートをサポートすることを意味し、これはハードウェアコストの上昇につながる。好ましくは、帯域外シグナリングデータは、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式で送信されることにより、低い受信機クラスで動作する受信機端末、例えばＭ２Ｍ装置が、所定の、またはシグナリングされた時刻に、より高いサンプリングレートとより低いサンプリングレートとの間で切り替わることができるようにする。したがって、エネルギー消費がより低いという利益は維持されるが、その利益は、帯域内シグナリングシステムの場合ほど高くはない。このアプローチによれば、低サンプリングのＭ２Ｍ受信機クラスを、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）およびＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄのような既存のまたは将来のテクノロジに統合することが可能となる。一般的に、注意すべき点であるが、できるだけエネルギー消費を低減するために、できるだけ少ないデータを帯域外で送信することを目標として、帯域外および帯域内のシグナリングを組み合わせることが可能である。
【００２２】
本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で独立請求項１および２１に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術によるＯＦＤＭＡ信号の時間および周波数表示を例示する図である。
【図２】本発明の実施形態によるＯＦＤＭＡサブシステムの時間および周波数表示を例示する図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、Ｋ個のサブシステムへのＯＦＤＭＡシステムの分割を例示する図である。
【図４】従来技術によるＯＦＤＭＡシステムにおける送受信機チェインを例示するブロック図である。
【図５】本発明の実施形態によるＯＦＤＭＡシステムにおける受信機の初期化プロセスを例示する図である。
【図６】本発明の実施形態によるＯＦＤＭＡシステムにおける受信機と送信機との間の基本機能のネゴシエーションプロセスを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は一般に任意のマルチキャリアシステムに適用可能であるが、本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、ＭＲＮ（モバイル無線ネットワーク）のような、帯域幅ＢおよびＯＦＤＭシンボル長ＴのＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）に基づくシステムにより行う。図１の上側の図は、振幅｜ｈ｜の典型的なＯＦＤＭＡ信号の時間表示である。時間領域では、サブキャリアは相互に時間間隔１／Ｂで配置される。図１の下側の図は、上側の図と同じＯＦＤＭＡ信号であるが、今度は周波数領域で図示されている。サブキャリアは相互に周波数間隔１／Ｔで配置される。以下、間隔１／Ｔをサブキャリア間隔と称する。図１に例示したように、ＯＦＤＭＡシステムには全部でＮ＝ＢＴ個のサブキャリアが存在する。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、周波数帯域は、図３に例示した通り、Ｋ個のクラスに分割されるように階層的に編成される。以下、これらのクラスを受信機クラスと称する。各受信機クラス１＜ｋ＜Ｋは、キャリア周波数ｆｃの周りの最初の（あるいは最も内側の）Ｍｋ個のサブキャリアを使用する。ただし、Ｍ１＜Ｍ２＜...＜ＭＫである。各ＭＫは２の累乗である。受信機クラスｋに属する各受信機端末は、全部でＭｋ個のサンプルのみを取得する。すなわち、送信ＯＦＤＭＡ信号のうちＮ／ＭＫ番目ごとのサンプルのみを取得する。これは図２で破線により示されている。ＭＫ個のサンプルは、周波数領域信号の最初のＭＫ個のサブキャリアを復元するために使用される。これが可能であるのは、最も内側のＭＫ個のサブキャリアを復元するためには、Ｎ／ＭＫ個ごとの可能な時間サンプルで取得された時間サンプルのベクトルがあれば十分だからである。
【００２６】
階層的アプローチによれば、検出器および復号器の計算量（これは時間サンプル数とともに線形に増大する）に対して相異なる要求を有する多数の端末に対応可能となる。さらに、アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）および高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、受信機エネルギーの大部分を消費する。受信機は、長さＮのＯＦＤＭシステムのすべての時間サンプルのうちＭＫ／Ｎ個しか取得する必要がないので、アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）および高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に関連する計算量はそれぞれ、Ｎ／ＭＫおよびＮ×ｌｏｇ（Ｎ）／ＭＫ×ｌｏｇ（ＭＫ）の比率で低減される（非特許文献２参照）。
【００２７】
図４は、典型的なＯＦＤＭシステムのブロック図であり、一般的なＯＦＤＭＡ送信機および受信機の送受信機チェインを模式的に例示している。図４からわかるように、送信対象データが、畳込み符号器のような符号器に供給される。符号器は、符号化ビットを、Ｍ−ＱＡＭ（マルチレベル直交振幅変調器）のような変調器に転送する。変調器は、受信ビットをコンステレーションポイントにマッピングする。そして、コンステレーションポイントはＳ／Ｐコンバータにより並列化され、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）により時間領域に変換される。当業者には明らかなように、符号器および変調器を両方とも、Ｓ／Ｐコンバータの後に配置して、Ｎ個の並列の変調器／復号器を設けるようにすることもできる。
【００２８】
そして、ＩＦＦＴの出力は、Ｐ／Ｓコンバータにより直列化される。次のステップで、巡回プレフィクスが後置される。別法として、巡回プレフィクスは前置されてもよく、あるいはガードインターバルが挿入されてもよい。最後に、結果として得られた時間領域シーケンスがデジタルからアナログ領域に変換され、キャリア周波数にアップコンバートされ、最終的に無線チャネル（あるいはＤＳＬの場合には有線）を通じて送信される。そして、受信された信号はダウンコンバートされ、ローパスフィルタによりフィルタリングされる。ローパスフィルタリングの後、信号はアナログからデジタル領域に変換され、巡回プレフィクスが除去され、デジタル時間領域信号は並列化される。そして、並列信号は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて周波数領域に変換される。これは一般にＤＦＴ（離散フーリエ変換）である。こうして取得された信号はその後再び直列化され、復調され、復号される。最後の２つのステップ、すなわち復調および復号は、ターボ復号器で行われるようなループで実行されてもよい。
【００２９】
上記ですでに述べたように、本発明の焦点は、Ｍ２Ｍ通信におけるダウンリンクである。ダウンリンクでは、基地局が送信機の役割を果たし、モバイル端末が受信機の役割を果たす。本発明はシステムのアップリンクにも容易に適用可能であるが、そのエネルギー節減および計算量低減の能力はダウンリンクで特に重要である。ダウンリンクでは、モバイル端末にエネルギー制限があり、低い計算量および安価なハードウェアに対処しなければならないからである。しかしこのことは、本発明がアップリンクにも適用されることを排除するものではない。
【００３０】
１つの受信機クラス内の端末は、計測や観測のような特定のサービスに最適化されることが可能なので、特定の目標の基礎となる。結果として、各受信機クラスによって使用されるＤＦＴサイズは異なり、１つの受信機クラス内の端末は、その受信機クラス内のすべての利用可能なサブキャリアを必ずしも利用しなくてもよい。むしろ端末は、その割り当てられた基地局ＢＳとの間で、何個のサブキャリアが実際に占有されるかをネゴシエートすることができる。このネゴシエーションは、ＢＳのブロードキャストチャネルを用いて実行可能である。ＢＳのブロードキャストチャネルは、ＢＳの能力（たとえば、制限されたサブキャリアのセット内のみでの送信がサポートされるかどうか）について通知する。その場合、シグナリングおよび制御が、すべての端末によって検出可能なサブキャリアに含まれなければならない。使用されるサブキャリアに関する実際のネゴシエーションは、ＵＥ（ユーザ機器）の能力をネゴシエートするためのシステムの標準プロセスに含めることができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍでは、ＳＢＣ（Supported Basic Capabilities）−ＲＥＱメッセージがＵＥによって送信される。
【００３１】
ＢＳにおけるＵＥの初期化および基本機能のネゴシエーションのプロセスを、ＩＥＥＥ８０２．１６の場合について図５および図６に例示する。現在の標準の改変が必要なステップは破線のボックスで示している。例えば、図５に例示した初期化プロセスの「基本機能ネゴシエート」ステップには変更が必要であり、ボックスＡにより示している。このステップを用いて、ＵＥとＢＳは、どのサブキャリアがサポートされるかをネゴシエートする。特定実施態様において、サブキャリアサポートのネゴシエーションは、（例えば２元情報を交換するための）追加的なフラグまたはビットを導入することによって実現してもよい。さらなる改変が図６に例示してあり、ボックスＢおよびＣにより示している。ボックスＢにより示したように、ＵＥがそのサービングＢＳへ送信するＳＢＣ−ＲＥＱメッセージは、サポートされるサブキャリアセットに関する情報を含むように変更される。また、ボックスＣにより示したように、「機能を有効化／無効化」ステップは、ある特定のサブキャリアセットのみを使用することが可能であるかどうかをＵＥに通知するために使用される。一般的に、注意すべき点であるが、使用されるサブキャリアについてネゴシエートするための追加的なフレキシビリティにより、ＵＥ／端末におけるさらなるエネルギー節減と、ＵＥ／端末のさらに単純な分類が可能となる。
【００３２】
送信機および受信機は、現在の標準による残りのシステムに対して規定されているのと同じ標準化された変調符号化方式（Modulation-and-Coding-Scheme, ＭＣＳ）を使用することができる。さらに、標準の送受信機チェインが実現される。しかし、受信機は、制限されたサブキャリアのセット上のみで動作していることを送信機に通知しなければならない。このことは、両方のノード間での追加的なシグナリングを意味する。
【００３３】
送信機は、制限されたリソースの割当てにより、および、スペクトル全体にわたって論理サブキャリアを拡散することが不可能であることにより、自己のスケジューリングアルゴリズムに追加的な受信機クラスを収容する。さらに、スケジューラは、長期的な目標および要求を考慮してもよい。大きいレイテンシおよび大きい遅延に対処することが可能な端末は、高トラフィック期間中にはスケジューリングされる必要はない。例えば日中にデータを計測することは回避すべきである。というのは、スペクトルは、携帯電話ユーザの高データレート需要を満たす必要があるからである。
【００３４】
旧式の実施態様は、システムによってデータ送信のために使用されるべきリソースに、クラスｋに関連する情報を組み込んでもよい。同期は依然として可能である。というのは、プリアンブルおよびパイロットはすべての周波数リソースにわたって分散されているので、より低い受信機クラスによっても使用可能であるからである。同期後、Ｍ２Ｍ受信機は、システムによってデータ送信のために使用されるべきリソースで、すべての関連情報を受信してもよい。しかし、これは最適な解決法ではない。というのは、従来の受信機およびＭ２Ｍノードにとって部分的に冗長な情報が送信されるからである。
【００３５】
旧式の実施態様の例として、３ＧＰＰ  ＬＴＥ、ＩＥＥＥ８０２．１６、およびＩＥＥＥ８０２．１１がある。これらは（少なくともダウンリンクでは）ＯＦＤＭに基づき、広く配備されている（配備されるであろう）。これらのシステムは、既存の配備が（高価なハードウェア更新ではなく）ソフトウェア更新後にＭ２Ｍ通信の可能性を提供するように、追加的なＭ２Ｍサービスを組み込むことが可能である。
【００３６】
シグナリングおよび制御構造における冗長性を回避するため、将来のシステムは、そのシグナリングおよび制御情報が階層的に編成されるように調整される可能性がある。このことは、例えば、物理リソースから論理リソースへのマッピングが影響を受けることを意味する。というのは、受信機クラスｋに関連するすべての情報が最初のＭＫ個のサブキャリアに含まれなければならないからである。さらに、分配されたリソースユニットの置換は影響を受け、最初のＭＫ個のサブキャリアに制限されるべきである。例示的な実施態様として、クラス０がＭ２Ｍ通信に使用されるような２つのクラスからなるものが考えられる。一実施態様として、例えばＩＥＥＥ８０２．１６におけるＰＲＵ（Physical Resource Unit, 物理リソースユニット）割当てを調整して、最初のＭ０個のサブキャリアがミニバンド分割の一部となるようにすることが考えられる。このミニバンド分割内で、Ｍ０個のすべてのサブキャリアを含む周波数分割が作成される。そして、この周波数分割内で、クラス０に対する全部のシグナリングおよび制御データを送信することができる。
【００３７】
別法として、置換は影響を受けないままとすることも可能である。これは、リソースユニットへの制御／シグナリングメッセージの非常に選択的な割当てを必要とし、したがってシグナリング／制御構造の変更を必要とする。別の可能性として、Ｍ２Ｍ装置が低レートサンプリングモードに切り替わるＭ２Ｍタイムゾーンを定義することが挙げられる。ある特定のブロードキャストされたシステムパラメータの受信のために、テクノロジに応じて、Ｍ２Ｍは標準のサンプリングレートに切り替わらなければならない。
【００３８】
以上説明したように、エネルギー制限のある受信機との通信は、受信機だけでなく、送信機の設計にも影響を及ぼす。しかし、本発明は、送信機における変更を最小限にする。この変更は、高価なハードウェア更新を回避するために、基地局におけるソフトウェア更新となる可能性が高い。また、本発明は、新規な低計算量の受信機ハードウェア（主としてエネルギー制限のあるモバイル端末）により、さらにエネルギー効率の良い動作を可能にし、結果として、エネルギー制限のあるノードの寿命を延ばす。
【００３９】
上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。
【図１】
2013541250.tif 000003
【図２】
2013541250.tif 000004
【図３】
2013541250.tif 000005
【図４】
2013541250.tif 000006
【図５】
2013541250.tif 000007
【図６】
2013541250.tif 000008
【国際調査報告】
2013541250.tif 000009
2013541250.tif 000010