OFDM蜂窝无线通信方法、OFDM蜂窝无线通信系统及基站

技术领域

本发明涉及在无线通信中采用正交频分复用(OFDM)的蜂窝无线通信技术。

背景技术

目前，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple，即正交频分复用)的无线通信方式的研究开发正在推进中。OFDM在频域中制作所传送的数据，通过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，即快速付里叶逆变换)变换为时域的信号而作为无线信号发送。在接收侧，通过FFT(Fast Fourier Transform)从时域变换为频域的信号，取出原来的信息。

OFDM蜂窝无线通信系统一般如图1所示，由多个基站装置和多个终端装置构成。基站装置101通过有线线路连接到网络102。终端装置103、104、105、106通过无线连接到基站装置101，成为能够与网络102通信的结构。此外，为了与基站有效地进行通信而需要一定以上的无线传输环境，一般到基站的距离为支配项。将能够与某个基站进行通信的范围称作蜂窝区(cell)，在不存在遮蔽物的情况下为107那样的圆形。终端装置与无线传输环境最好的基站进行通信，所以在图1的例子中，存在于基站101的蜂窝区内的终端装置103、104、105、106将基站101作为通信目的地。

在如蜂窝无线那样每个基站的通信终端数较多的情况下，有时如图2那样，基站使用方向不同的指向性波束201、202、203同时与多个终端进行通信。在这样的情况下，1个蜂窝区在逻辑上被分割为指向性波束的数量，将该逻辑分割单位称作扇区。

图2是CDMA(Code Division Multiple Access，即码分多址)20001xEV-DO(Evolution Data Only)系统的例子，扇区数是3，终端装置103、106使用波束201，终端装置104、105分别使用波束202、203，与基站101进行通信。以后，将对应于波束201、202、203的扇区定义为扇区1、2、3。

这里，在图1中处于蜂窝区边界上的终端从基站接受到数据发送的情况下，由于干扰功率(来源于通信目的地以外的基站的功率)相对于通信目的地基站的信号功率较强，所以通信质量劣化。这在图2中对处于蜂窝区边界的终端也同样。作为减轻该影响的手段，可以例如如图3那样使用OFDM的频率跳跃模式。图3是对每个扇区赋予模式的差的例子，扇区1利用某个用户与模式301那样的时间、频率，扇区2同样利用模式302进行通信。通过在同一扇区内使用对它们赋予了频率方向的偏移量的模式，使得每个用户的时间、频率资源不会重复。如果这样使用模式301与302，则303那样的时间、频率与其他扇区的用户重复的状态的比例减少。由于终端将对应于每个时间的频率进行解调，所以通过该跳跃能够实现干扰功率的抑制。如图4所示，通过对扇区1、2、3分配分别不同的跳跃模式401、402、403，抑制了干扰，并且各扇区能够同时与各个终端进行通信。

另外，作为标准化团体的IEEE802.20提出了以OFDM为基础的无线方式，在非专利文献1中，定义了通过上述的跳跃模式的干扰抑制方法。

此外，作为标准化团体的3GPP提出了以OFDM为基础的无线方式，作为LTE(Long Term Evolution)，在非专利文献2中，定义了通过上述的跳跃模式的干扰抑制方法。

进而，作为标准化团体的3GPP2提出了以OFDM为基础的无线方式，作为LBC(Loosely Backwards Compatible)，在非专利文献3的1.1节中，定义了通过上述的跳跃模式的干扰抑制方法。

在以往技术中，在与各个终端进行通信的情况下，通信品质因终端位置而大幅变动。例如如图5所示，终端106那样的存在于扇区1的波束201的正面方向的终端能够得到较高的通信品质，但终端103那样的从波束201的方向偏离的终端只能得到较低的通信品质。由于通信品质对应于数据速率，所以这样的终端103有可能不能达到期望的数据速率。

作为这样的问题的对策之一，在IEEE802.20中提出了多个扇区利用相同的跳跃模式实质上作为1个扇区动作的方法。图6中表示使扇区2的跳跃模式402与扇区1的跳跃模式401一致的例子。终端103由于能够同时接收波束201、202而在信号水平上合成，所以与仅接收波束201的情况相比通信品质提高。

另一方面，作为蜂窝区边界终端的补救对策，例如在专利文献1中，公开了与基站附近的终端使用承认与其他蜂窝区同时使用频率的跳跃模式进行通信、与蜂窝区边界的终端不承认同时使用的模式进行通信的方法。该方法通过跳跃模式的切换，能够在抑制频率重复数的恶化的同时改善蜂窝区边界的终端的通信品质。

【专利文献1】(日本)特开平5-110499号公报

【非专利文献1】IEEEC802.20-06/04第9.3节

【非专利文献2】3GPPTR25.814V7.0.0(2006-06)

【非专利文献3】3GPP2C30-20060731-040R4

但是，在上述IEEE802.20的提案中，是否将跳跃模式合并不能在运用中变更，两个扇区总是作为1个动作。能够合成波束201、202带来的改善度在终端103那样的扇区边界附近的终端中较大，而终端106那样的处于波束201的正面方向的终端由于原本通信品质较高、所以改善度较小。对此，通过总是作为1个扇区动作，与单独作为两个扇区动作的情况下相比，吞吐量(throughput)减半，所以结果有系统整体的吞吐量下降的问题。

另一方面，在以往的蜂窝区边界的终端的补救方法中，通过使用尽可能不易受到其他蜂窝区的干扰的模式实现了蜂窝区边界的终端的通信品质改善，并没有公开在多个蜂窝区间协作来补救边界的终端的观点。

发明内容

本发明的目的是提供一种在维持系统整体的吞吐量的同时能够提高扇区边界的通信品质的OFDM蜂窝无线通信方法、无线通信系统以及基站装置。

为了达到上述目的，在本发明中，提供一种OFDM蜂窝无线通信方法，与终端通信的基站所形成的蜂窝区被分割为与基站的指向性波束的数量对应的多个扇区，在从基站向终端的通信品质比规定的阈值低的情况下，将用于从基站向该终端的下行线路中的跳跃模式、即时间、频率资源的模式，用作与该终端所属的扇区不同的扇区的下行线路的时间、频率资源的模式，并用多个指向性波束协作来对终端进行发送。

在本发明中，进行切换各扇区与各终端进行通信的模式和多个扇区将相同的终端作为发送目的地的模式的控制。即，基站进行如下控制，即在扇区向波束正面的终端发送的情况下，仅该扇区进行发送，在向从波束方向偏离的扇区边界附近的终端发送的情况下，其他扇区使用相同的跳跃模式向相同的终端进行发送。

此外，在本发明中，提供一种OFDM蜂窝无线通信方法，与终端通信的基站所形成的蜂窝区被分割为与指向性波束的数量对应的多个扇区，在终端的通信的优先级比规定的阈值高的情况下，将用于从基站向该终端的下行线路中的跳跃模式、即时间、频率资源的模式，用作与该终端所属的扇区不同的扇区的下行线路的时间、频率资源的模式，并用多个指向性波束协作来终端进行发送。

根据本发明，通过仅在以扇区边界的终端为发送目的地的情况下、或者在以需要高优先级的终端为发送目的地的情况下多个扇区协作进行发送，能够在将系统的吞吐量劣化抑制在最小限度内的同时，防止因位置等带来的终端的吞吐量下降。

根据本发明，特别在以OFDMA(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access)为基础的蜂窝通信中，能够在将系统的吞吐量的劣化抑制在最小限度内的同时提高处于扇区的边界附近或需要高优先级的终端的通信品质、消除QoS保证服务的瓶颈。

附图说明

图1是表示OFDM蜂窝系统的概略结构的图。

图2是说明通过指向性波束将基站的通信范围逻辑地分割的概念的图。

图3是说明频率跳跃带来的扇区间的干扰降低效果的图。

图4是表示通过不同的频率跳跃模式以扇区单位与各个终端进行通信的例子的图。

图5是说明因与波束方向所成的角而在每个终端中在通信品质上出现差异的图。

图6是表示在多个扇区中使用相同的跳跃模式来提高扇区边界的通信品质的概念的图。

图7是蜂窝通信的下行(基站→终端)通信的顺序图。

图8是蜂窝通信中的发送对象更新动作的流程图。

图9是本发明的第1实施例的顺序图。

图10是第1实施例的扇区间联系动作的流程图。

图11是在第1实施例中、没有发生扇区间联系时的系统动作的概念图。

图12是在第1实施例中、发生了扇区间联系时的系统动作的概念图。

图13是表示用来实现第1实施例的基站的具体的结构例的图。

图14是本发明的第2实施例的扇区间联系动作的流程图。

图15是本发明的第3实施例的扇区间联系动作的流程图。

图16是本发明的第4实施例的扇区间联系动作的流程图。

图17是用来说明蜂窝类系统中的活动集(active set)管理方法的图。

图18是用来说明第1实施例中的扇区间联系前的协作目的地扇区的资源使用状况的图。

图19是用来说明第1实施例中的扇区间联系后的协作目的地扇区的资源使用状况的图。

具体实施方式

以下，利用附图说明用来实施本发明的优选实施方式，但在此之前，简单作为本发明的前提的蜂窝无线通信。

一般的蜂窝无线通信按照图7那样的顺序进行。终端根据来自基站的发送信号的强度向基站通知下行的通信品质701。此外，在进行再传送控制的情况下，还通知表示来自基站的数据接收的成功与否的下行再传送控制信息702。基站集中管理属于属下的扇区的终端的数据，如果从网络接收到以所属终端为目的地的数据703，则进行缓冲处理704。基站以与无线链接的成帧对应的周期进行发送对象更新动作705(接收失败的数据的再传送及新的数据发送目的地、发送速率决定)。在发送对象更新动作705之后，朝向更新后的发送目的地的终端发送资源分配通知706和发送数据707。终端基于资源分配通知706判断数据接收的要否和要接收的时间、频率资源的跳跃模式，进行数据707的接收动作。

图8表示图7的数据发送对象的决定动作705的详细情况。基站首先对所有的属下扇区判断有无对属于该扇区的终端的发送数据以及可否进行新的数据发送(801)。这里，可否进行新的数据发送可以通过再传送控制信息702是否是需要进行再传送的内容、或者再传送控制信息702的有无来判断。在判断为存在发送数据、并且能够进行新的数据发送的情况下，接着基站决定具体的发送目的地终端及发送数据速率(802)。在存在多个希望进行新的数据发送的终端的情况下，基站进行根据下行通信品质信息701等的信息决定发送目的地终端的时序安排动作。数据速率可以利用下行的通信品质信息701来决定。如果发送目的地终端决定，则基站生成在与该终端的通信中使用的时间、频率资源的分配信息(803)，通过资源分配通知706向终端通知。由此，在基站与终端间能够进行蜂窝无线通信。

【实施例1】

使用图9、图10说明本发明的第1实施例。在第1实施例中，基站在发送目的地终端的通信品质为第1阈值以下的情况下尝试扇区间的协作，在协作目的地扇区与使用预定的资源不重复的情况下进行协作，在资源重复的情况下进行控制以使协作目的地扇区优先。

图9表示第1实施例的顺序图。这里，701～707的动作与图7同样，基站在数据发送对象决定动作705后实施扇区间的联系处理901这一点与图7的动作不同。

图10表示该扇区间联系处理901的处理动作的详细情况。基站首先判断扇区是否新开始了数据发送(1001)，对于结果为真的扇区，将发送目的地终端的通信品质与预先决定的阈值(第1阈值)比较(1002)。该动作1002可以通过参照例如终端通知的下行通信品质信息701、及所决定的发送数据速率来实现。在通信品质为第1阈值以下的情况下，基站在属下的扇区中检索能够与该扇区协作的扇区(1003)。协作目的地的扇区可以通过参照例如终端与基站管理的终端的活动集来决定。接着，调查协作目的地扇区的已有的通信的时间、频率资源的使用状况(1004)，在利用协作源的跳跃模式进行通信的情况下，判断有无重复的时间、频率资源(1005)。在不重复的情况下，进行扇区间协作。在存在重复的情况下，通过将该资源优选分配给协作目的地的已有的通信、不进行覆盖(1006)，不进行扇区间协作。

这里，对在协作目的地扇区的决定时实施的终端的活动集的参照进行说明。由于通信环境因移动等而变化，所以通常终端管理包括通信目的地基站的下行通信品质较好的扇区的集合，将其称作活动集。利用图17说明活动集管理的概念。图17表示在以基站1701为通信目的地基站的终端1702在扇区1-1的范围内移动的情况下、终端1702保持的活动集1703的更新例。在移动前的位置，对终端1702的下行通信品质按照扇区1-1、1-2、3-3的顺序较好，终端1702将这3个登录到活动集1703中。

通过终端1702与基站1701间的通信，基站1701共用其信息，管理所述的全部终端的活动集的信息1704。在移动的场所，在对终端1702的下行通信品质成为扇区1-1、1-3、3-3的顺序的情况下，终端1702将该信息与基站1701共用，基站1701通知更新活动集的消息(1705)。由此，两者的活动集被更新为最新的状态。基站1701这样通过参照管理的终端的活动集的信息1704，能够进行协作目的地扇区的决定。这里，移动的结果是对终端1702的下行通信品质变为扇区1-1、1-3、3-3的顺序，但由于通过参照活动集1704就会清楚，所以在需要协作目的地扇区的情况下，基站1701将扇区1-3决定为协作目的地扇区。对于该基站1701的具体结构，在后面详细叙述。

另外，作为标准化团体的3GPP2提出了这样的活动集的管理，在3GPP2C.S0024-AV3.0(2006-09)的第8.7.6项中记述有上述那样的活动集的管理方法，在本实施例中基于该管理方法来管理活动集。

接着，作为本实施例的图10所示的步骤1004-1006的一具体例，对使扇区1协作进行向扇区2的终端的通信的情况通过图18、19进行说明。图18表示协作目的地扇区1的时间、频率资源的使用状况，对于扇区1的3个终端预定进行使用模式1801-1803那样的资源的通信。图19表示本实施例中的协作带来的扇区1的资源使用状况的变化，基站为了与扇区2所属的终端进行通信，在扇区1也分配基于扇区2的跳跃模式1901的资源。

首先，如图3的303所示，扇区1与扇区2由于跳跃模式不同，所以如图19的1902那样，有向扇区2的终端分配的下行线路的时间、频率的模式1901所示的资源与已经在扇区1中预定使用的资源(图19的1801)重复的情况。在本实施例中，如上述那样，以扇区1的现有的通信为优先，在这样的资源1092中不进行协作，而进行图18所示的现有的通信。

通过扇区间联系动作的流程图11、12说明这样的控制的本实施例的动作例。图11表示对应于波束201的扇区1朝向终端106进行通信的情况的例子。终端106在波束的正面方向上通信品质良好，所以扇区1单独进行发送。由此，对应于波束202的扇区2能够独立地与其他终端进行通信，例如能够同时与终端104进行通信。相对于此，图12表示扇区1朝向终端103进行发送的情况的例子。如利用图10说明那样，在此情况下，终端103由于通信品质较差，所以扇区1需要进行与其他扇区协作的发送，使用前面说明的活动集等，选择接近于终端103的扇区2作为协作对象。基站101使用指向性波束202(beam202)，对扇区2以对应于扇区1的跳跃模式401的时间、频率资源，发送对终端103的数据。由此，终端103能够不特别意识到扇区间的协作而得到比没有协作的情况高的通信品质。

接着，图13表示用来实施上述的第1实施例的基站装置的具体结构的一实施例。天线1301捕捉无线信号，变换为电信号。RF(RadioFrequency)部1302在接收中，将天线1031接收到的RF频率的信号下转换为基带频率的信号，将模拟信号变换为数字信号。将变换后的数字信号传送给基带部(BB)1303。在发送中，将从基带部1303发送来的数字信号变换为模拟信号，将基带频率的模拟信号上转换为RF信号。上转换后的信号被放大到适当的发送功率后被从天线1301发送。

基带部1303是进行绝大部分的OFDM的信号处理的块，构成为，进行CP插入/除去、FFT/IFFT处理、映射/反映射、传输路径推算、调制/解调、频道编码/解码等的处理。在基带部1303中，按照DSP(Digital Signal Processor)1304的指示，进行所确定的频道块的处理及控制频道的调制解调处理。基带部1303解调后的数字信号经由DSP1304、或者虽然在图中没有记载、但直接被传递给网络接口部(NWI/F)1305，将接收信息发送给网络(NW)。此外，从网络发送来的信息由网络接口部1305获取，经由DSP1304、或者虽然在图中没有记载、但直接被传递给基带部1303，在基带部1303中根据DSP1304指定的调制方式，映射到DSP1304指定的频道块中，被变换为基带。

MPU(Micro Processing Unit)1306是管理无线装置整体的状态及信息的单元，与各个单元连接，进行管理信息的收集及参数的设定等的控制。MPU1306是通用的微处理器，包括处理部和内置于其中或外带存储部。存储部存储处理部所执行的程序、或者作为作业区域使用。

前面详细叙述的图10的流程说明了本实施例的扇区间的协作方法，在图13中，MPU1306成为实施该流程、即程序的主体。MPU1306从基带部1303、RF部1302、DSP1304以及网络接口部1305取得各种控制信息，在根据所取得的信息判断为需要进行扇区间协作的情况下，变更时间、频率资源的分配信息，存储到上述存储部中，并且将制作的时间、频率资源的分配信息传递给基带部1303。

另外，作为下行通信品质信息而从终端发送的控制信息被发送给MPU1306，在通信品质是否为第1阈值以下的判断中使用(图10的1002)。此外，从终端发送的有关活动集的控制信息例如经由DSP1304被传送给MPU1306，MPU1306使用这些控制信息，在存储部中形成活动集1704，可以实施协作目的地扇区的检索(图10的1003)。

根据以上详细说明的第1实施例，仅在与通信品质较差的终端通信的情况下进行扇区间的协作，在协作时也在存在重复的时间、频率资源的情况下，该资源以协作目的地的已有的通信为优先，所以不会给协作目的地扇区的已有的通信带来影响。结果，能够不给已有的通信带来不良影响而提高通过单独的扇区通信品质较差的终端的通信品质。

【实施例2】

利用图14说明第2实施例。在第2实施例中，在发送目的地终端的优先级(VoIP(Voice over IP)等服务的QoS(Quality of Service)控制的需要度)为第2阈值以上的情况下尝试扇区间的协作，在协作目的地扇区与使用预定的资源重复的情况下，以协作目的地扇区为优先。例如，在3GPP2 C.R1001-EV1.0(2005-10)中，假设的主要的服务用Flow Profile ID的形式定义、接收到有关发送目的地终端接受的服务的该ID的基站，可以将该ID与阈值(第2阈值)关联起来判断优先级。

第2实施例的顺序图与第1实施例同样(参照图9)。图14表示第2实施例的扇区间联系动作的详细情况。1001、1003～1006与图1同样，扇区间联系动作的实施契机1002根据发送目的地终端的优先级决定(1401)的这一点不同。与第1实施例同样，基站内的MPU1306通过该程序处理，在从终端接收到的上述的ID比预先设定的优先级(第2阈值)高的情况下，实施控制以进行协作。

根据本实施例，仅在与优先级较高的终端进行通信的情况下进行扇区间的协作，在协作时也不会给协作目的地扇区的已有的通信带来影响。结果，能够不给已有的通信带来影响而提高优先级较高的终端的通信品质，能够满足QoS要求的可能性变高。

【实施例3】

利用图15说明第3实施例。在第3实施例中，在发送目的地终端的通信品质为第1阈值以下的情况下，尝试扇区间的协作，在协作目的地扇区与使用预定的资源重复的情况下，以协作源的扇区为优先而覆盖资源。

第3实施例的顺序图与第1实施例同样(参照图9)。图15表示第3实施例的扇区间联系动作的详细情况。1001～1005与图10同样，只有在协作目的地扇区的已有通信与使用资源重复的情况下进行覆盖(1501)这一点不同。即，如果使用图19进行说明，则即使对于作为重复模式的资源1902也执行协作动作。这些处理与第1实施例同样，当然可以通过基站内的MPU1306的程序处理来实现。即，MPU1306即使协作目的地扇区存在与使用预定的时间、频率资源重复的地方，也通过全部覆盖而进行变更、存储到存储部中，并且将制作成的时间、频率资源的分配信息传递给基带部1303。

根据本实施例，仅在与通信品质较差的终端进行通信的情况下进行扇区间的协作，可靠地面向该终端确保多个扇区的时间、频率资源。结果，虽然有时会对已有的通信带来一些影响，但能够可靠地提高对象终端的通信品质。另外，本实施例也可以与第2实施例同时使用。

【实施例4】

利用图16说明第4实施例。在第4实施例中，在发送目的地终端的通信品质为第1阈值以下的情况下尝试扇区间的协作，但在协作目的地扇区的资源使用率、即拥挤状态为第3阈值以上的情况下放弃协作。这里，表示拥挤状态的资源使用率例如可以通过在图18的例子中对使用预定的资源进行计数、计算相对于整体的比例来定义。

第4实施例的顺序图与第1实施例同样(参照图9)。图16表示第4实施例的扇区间联系动作的详细情况。1001～1006与图10同样，只有在调查协作目的地扇区的已有的通信状况时、在混杂状况为规定的阈值(第3阈值)以上的情况下放弃协作本身(1601)的这一点不同。可以根据该扇区的时间、频率资源的使用率来判断混杂状况即拥挤状态。关于该资源使用率的计算，也当然可以由基站的MPU1306一边参照存储在存储部中的时间、频率资源信息，一边通过程序来计算。

根据本实施例，仅在与通信品质较差的终端进行通信的情况下进行扇区间的协作，能够可靠地避免协作带来的对协作目的地扇区的已有的通信的不良影响。结果，能够在将已有的通信的劣化量可靠地抑制在目标以下的同时，在单独的扇区提高通信品质较差的终端的通信品质。另外，本实施例作为第1实施例的变形例进行了说明，但该协作目的地扇区的资源的使用率的利用当然也可以与第2、第3实施例同时使用。

如以上详细说明，特别在以OFDMA(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access)为基础的蜂窝通信中，能够在将系统的吞吐量的劣化抑制在最小限度内的同时提高处于扇区的边界附近的终端的通信品质、消除QoS保证服务的瓶颈。