無線通信装置及びサブキャリア割り当て方法
送信する制御情報量を減らすことにより、通信効率を向上させる無線通信装置を開示する。この装置において、回線品質情報取出部（１０３）は、受信信号よりＣＱＩを抽出する。割当制御部（１０４）は、各ユーザの通信端末装置の要求伝送率情報等及びＣＱＩに基づいて、各通信端末装置の要求伝送率を満たすように、通信端末装置毎にサブキャリアを割り当てるとともに変調方式を選択する。要求サブキャリア数決定部（１０５）は、各ユーザの通信端末装置の要求伝送率情報等に基づいて、各通信端末装置の要求伝送率を満たすように、通信端末装置毎に割り当てるサブキャリア数を決定する。要求サブキャリア数情報生成部（１０７）は、通信端末装置毎に割り当てたサブキャリア数情報を生成する。サブキャリア割当部（１１０）は、選択されたサブキャリアにパケットデータを割り当てる。変調部（１１１−１〜１１１−Ｎ）は、各サブキャリアに割り当てられたパケットデータを適応変調する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、無線通信装置及びサブキャリア割り当て方法に関し、特に適応変調と周波数スケジューリングとを組み合わせた無線通信装置及びサブキャリア割り当て方法に関する。
【背景技術】
多ユーザ適応変調ＯＦＤＭシステムは、各移動局の伝搬環境に応じてシステム全体の効率的なスケジューリングを行うシステムである。具体的には、基地局装置は、回線品質に基づいて、各ユーザに適切な多数のサブキャリアを割り当てて（周波数分割ユーザ多重）、各サブキャリアに対して適切なモジュレーション・コーディング・スキームズ（以下「ＭＣＳ；Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅｓ」と記載する）を選択するというシステムである。即ち、基地局装置は、回線品質に基づき、各ユーザに所望の通信品質（例えば最低伝送率、誤り率）を満たすことのできる最も周波数利用効率を高められるサブキャリアを割り当て、各サブキャリアにスループットを最大とするようなＭＣＳを選択してデータの送信を行うことにより、多ユーザにおいて高速なデータ通信を行うことができる。このような、多ユーザ適応変調ＯＦＤＭシステムにおいて、例えば「周波数スケジューリングを用いたＭＣ−ＣＤＭ方式」信学技報、ＲＣＳ２００２−１２９、２００２年７月発行、６１〜６６頁に、各移動局から基地局装置に回線品質情報を通知する通知手法が提案されている。
ＭＣＳの選択には、あらかじめ決定されているＭＣＳ選択用テーブルが用いられる。ＭＣＳ選択用テーブルは、各ＭＣＳの変調方式および誤り符号化方式ごとに、ＣＩＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ：搬送波対干渉波比）などの受信品質とパケットエラーレート（以下「ＰＥＲ；Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ」と記載する）またはビットエラーレート（以下「ＢＥＲ；Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ」と記載する）などの誤り率との対応関係を示したものであり、ＭＣＳ選択の際には、測定された受信品質に基づいて所望の誤り率を満たすことができる最も高速なＭＣＳを選択する。
ところで、従来、周波数分割ユーザ多重においては、各移動局が全てのサブキャリアの回線品質情報を基地局装置に通知する。図１は、従来の移動局から基地局装置へ通知される回線品質情報の信号対雑音比（以下「ＳＮＲ；Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ」と記載する）通知フォーマットを示すものであり、図２は、ＳＮＲレポートビットと変調方式との関係を示すものである。基地局装置は、図１に示すように、通信帯域内の全てのサブキャリアについて、サブキャリア順にサブキャリア毎のＳＮＲレポートビットの通知を各通信端末装置から受けることにより、サブキャリアの割り当てと適応変調を行う。このような場合において、基地局装置は、所望の伝送率とＰＥＲとを満たす変調方式として６４ＱＡＭによる伝送が要求される場合には、ＳＮＲレポートビットが３である１又は５番目のサブキャリアを選択して、６４ＱＡＭを用いたパケットデータを１又は５番目のサブキャリアに割り当てる。
しかしながら、従来の基地局装置及びサブキャリア割り当て方法においては、各移動局は、通信帯域内の全てのサブキャリアの内の一部のサブキャリアしか使用しないにも関わらず、各移動局は全てのサブキャリアの回線品質情報を基地局装置に通知するので、回線品質の制御情報量は移動局数とサブキャリア数の増加に伴い膨大になるため、通信効率が低下するという問題がある。
【発明の開示】
本発明の目的は、送信する制御情報量を減らすことにより、通信効率を向上させることができる無線通信装置及びサブキャリア割り当て方法を提供することである。
本発明の一形態によれば、無線通信装置は、各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するサブキャリア数決定手段と、前記サブキャリア数決定手段にて決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信する第１送信手段と、各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択する割当制御手段と、を具備する。
本発明の他の形態によれば、通信端末装置は、前記無線通信装置と通信を行い、受信信号より抽出した前記サブキャリア数の情報より前記サブキャリア数のサブキャリアを受信品質が良好な順番に選択するサブキャリア選択手段と、前記サブキャリア選択手段にて選択されたサブキャリアの前記回線品質情報を生成する回線品質情報生成手段と、前記回線品質情報生成手段にて生成された前記回線品質情報を送信する第２送信手段と、を具備する。
本発明のさらに他の形態によれば、基地局装置は、前記無線通信装置を具備する。
本発明のさらに他の形態によれば、サブキャリア割り当て方法は、各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するステップと、決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信するステップと、各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択するステップと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来のＳＮＲ通知フォーマットを示す図、
図２は、ＳＮＲレポートビットと変調方式との関係を示す図、
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示すブロック図、
図４は、本発明の実施の形態１に係る通信端末装置の構成を示すブロック図、
図５は、本発明の実施の形態１に係るサブキャリアの割り当て方法を示すフロー図、
図６は、本発明の実施の形態１に係るＳＮＲ通知フォーマットを示す図、
図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示すブロック図、
図８は、本発明の実施の形態２に係るサブキャリアの割り当て方法を示すフロー図、である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。
受信ＲＦ部１０２は、アンテナ１０１により受信した受信信号を無線周波数からベースバンド周波数にダウンコンバート等して回線品質情報取出部１０３へ出力する。
回線品質情報取出部１０３は、受信ＲＦ部１０２から入力した受信信号より回線品質情報であるＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を抽出して割当制御部１０４へ出力する。また、回線品質情報取出部１０３は、各通信端末装置が選択したサブキャリアを示すサブキャリア識別情報を受信信号から抽出して割当制御部１０４へ出力する。
割当制御部１０４は、回線品質情報取出部１０３から入力したＣＱＩと後述するユーザ情報蓄積部１０６から入力した各通信端末装置への送信情報に対して、所定の通信帯域内の全サブキャリアの内から一部のサブキャリアを割り当てるとともに、割り当てたサブキャリアの変調方式をサブキャリア毎に選択する。即ち、割当制御部１０４は、各通信端末装置について、要求伝送率以上になるようにサブキャリア及び変調方式を選択するとともに、サブキャリア毎に所定のＰＥＲ値以下になるように、各通信端末装置に対してサブキャリア及び変調方式の割り当てを行う。そして、割当制御部１０４は、割り当てたサブキャリアの割り当て情報をサブキャリア割当部１１０へ出力するとともに、選択した変調方式の変調方式情報を変調部１１１−１〜１１１−Ｎへ出力する。
サブキャリア数決定手段である要求サブキャリア数決定部１０５は、ユーザ情報蓄積部１０６から入力した各ユーザの通信端末装置のユーザ情報より、各通信端末装置に対して割り当て可能なサブキャリア数を求める。即ち、要求サブキャリア数決定部１０５は、各ユーザの通信端末装置について、要求伝送率以上となるようなサブキャリア数を決定する。この際、要求サブキャリア数決定部１０５は、フェージング変動による受信品質の低下に備えて、要求伝送率に対して少し余裕を見てサブキャリア数を決定する。また、要求サブキャリア数決定部１０５は、求めたサブキャリア数分のＣＱＩとサブキャリア番号情報との総データ量が、全サブキャリアのＣＱＩのみの総データ量以下の場合には、求めたサブキャリア数をサブキャリア数情報として要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力し、求めたサブキャリア数分のＣＱＩとサブキャリア番号情報との総データ量が、全サブキャリアのＣＱＩのみの総データ量よりも大きい場合には、通信帯域内の全サブキャリア数（例えば６４個）をサブキャリア数情報として要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力する。
ユーザ情報蓄積部１０６は、各通信端末装置へ送信するデータと共に、その要求伝送率及びデータ種別等のユーザ情報を蓄積しており、必要に応じて割当制御部１０４、要求サブキャリア数決定部１０５及びサブキャリア割当部１１０へ出力する。ここで、要求伝送率情報とは、例えば全通信端末装置が要求する単位時間毎のデータ量に対する１ユーザの通信端末装置が要求する単位時間毎のデータ量の割合の情報である。なお、ユーザ情報蓄積部１０６は、図に記載のない制御部からユーザ情報が所定のタイミングにて入力することにより、蓄積しているユーザ情報を更新することができる。
要求サブキャリア数情報生成部１０７は、要求サブキャリア数決定部１０５から入力したサブキャリア数情報を制御チャンネルの情報として生成して制御情報多重部１０９へ出力する。
割当情報生成部１０８は、割当制御部１０４から入力した各サブキャリアを示す識別情報と各サブキャリアの変調方式情報とが対となった制御情報を生成し、生成した制御情報を制御情報多重部１０９へ出力する。
制御情報多重部１０９は、要求サブキャリア数情報生成部１０７から入力したサブキャリア数の制御情報と、割当情報生成部１０８から入力した割り当て情報及び変調方式情報の制御情報とを多重して、多重したサブキャリア毎の制御情報を切替部１１２へ出力する。制御情報多重部１０９は、サブキャリア数情報と割り当て情報及び変調方式情報以外の制御情報も多重することもできる。
サブキャリア割当部１１０は、割当制御部１０４から入力した割り当て情報とユーザ情報蓄積部１０６から入力したユーザ情報より、通信帯域内の全てのサブキャリアについて各ユーザの通信端末装置に対してパケットデータの割り当てを行い、各サブキャリアに割り当てたパケットデータをサブキャリア毎に選択した変調方式にて変調を行う変調部１１１−１〜１１１−Ｎへ出力する。
変調部１１１−１〜１１１−Ｎは、サブキャリア数と同じ数だけ設けられ、サブキャリア割当部１１０から入力したパケットデータに対して、割当制御部１０４から入力した変調方式情報の変調方式により変調して切替部１１２へ出力する。
切替部１１２は、制御情報多重部１０９から出力されて図示しない変調部により変調された後に入力した制御情報と変調部１１１−１〜１１１−Ｎにて変調されたパケットデータとを切り替えて逆高速フーリエ変換（以下「ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」と記載する）部１１３へ出力する。
ＩＦＦＴ部１１３は、切替部１１２から入力したサブキャリア毎の制御情報またはサブキャリア毎のパケットデータをＩＦＦＴしてガードインターバル（以下「ＧＩ」と記載する）挿入部１１４へ出力する。
ＧＩ挿入部１１４は、ＩＦＦＴ部１１３から入力した制御情報またはパケットデータにＧＩを挿入して送信ＲＦ部１１５へ出力する。
送信ＲＦ部１１５は、ＧＩ挿入部１１４から入力した制御情報またはパケットデータをベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバート等してアンテナ１０１より送信する。
次に、通信端末装置２００の構成について、図４を用いて説明する。図４は、通信端末装置２００の構成を示すブロック図である。
受信ＲＦ部２０２は、アンテナ２０１にて受信した受信信号を無線周波数からベースバンド周波数へダウンコンバート等してＧＩ除去部２０３へ出力する。
ＧＩ除去部２０３は、受信ＲＦ部２０２から入力した受信信号からＧＩを除去して高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」と記載する）部２０４へ出力する。
ＦＦＴ部２０４は、ＧＩ除去部２０３から入力した受信信号をシリアルデータ形式からパラレルデータ形式に変換した後、パラレルデータ形式に変換された各々のデータを拡散コードにより逆拡散し、さらにＦＦＴして等化器２０７、回線推定部２０６及び回線品質推定部２０５へ出力する。
回線品質推定部２０５は、ＦＦＴ部２０４から入力したＦＦＴされた受信信号より回線品質を推定し、推定結果をサブキャリア選択部２１４及び回線品質情報形成部２１５へ出力する。回線品質推定部２０５は、例えばＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ Ｒａｔｉｏ）を推定結果とする。なお、推定結果は、ＳＩＲに限らず、ＣＩＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ Ｒａｔｉｏ）等の任意の推定結果を用いることができる。
回線推定部２０６は、ＦＦＴ部２０４から入力したＦＦＴした後の受信信号よりチャネル推定を行い、推定結果を等化器２０７へ出力する。
等化器２０７は、ＦＦＴ部２０４から入力したＦＦＴ後の受信信号に対して、回線推定部２０６から入力した推定結果を用いて振幅と位相の歪みを修正して分離部２０８へ出力する。
分離部２０８は、等化器２０７から入力した受信信号を制御チャンネルの信号とデータチャンネル用の信号に分離して、制御チャンネル用の信号を制御情報取出部２１１へ出力するとともに、データチャンネル用の信号を復調部２０９−１〜２０９−Ｎへ出力する。
復調部２０９−１〜２０９−Ｎは、分離部２０８から入力した受信信号を、割当情報取出部２１２から入力したサブキャリア毎の変調方式情報に従って適応変調してパラレル／シリアル（以下「Ｐ／Ｓ」と記載する）変換部２１０へ出力する。
Ｐ／Ｓ変換部２１０は、復調部２０９−１〜２０９−Ｎから入力した受信信号をパラレルデータ形式からシリアルデータ形式に変換して受信データを得る。
制御情報取出部２１１は、分離部２０８から入力した受信信号より制御情報を抽出して割当情報取出部２１２及びサブキャリア数情報取出部２１３へ出力する。
割当情報取出部２１２は、制御情報取出部２１１から入力した制御情報より変調方式情報及びサブキャリア番号情報を抽出して、サブキャリア番号情報を参照することにより各サブキャリアの変調方式情報を対応する復調部２０９−１〜２０９−Ｎへ出力する。
サブキャリア数情報取出部２１３は、制御情報取出部２１１から入力した制御情報よりサブキャリア数情報を抽出してサブキャリア選択部２１４へ出力する。
サブキャリア選択部２１４は、サブキャリア数情報取出部２１３から入力したサブキャリア数情報より、基地局装置から指示されたサブキャリア数分のサブキャリアを、回線品質推定部２０５から入力したＳＩＲ測定結果より回線品質の良好な順番に選択する。そして、サブキャリア選択部２１４は、選択したサブキャリアの情報を回線品質情報形成部２１５へ出力する。
回線品質情報生成手段である回線品質情報形成部２１５は、ＳＩＲとＣＱＩとを関係付けた回線品質選択用情報を保存した参照テーブルを保有しており、サブキャリア選択部２１４から入力したサブキャリアの情報より、選択された各サブキャリアについて、回線品質推定部２０５から入力したＳＩＲを用いて、回線品質選択用情報を参照することによりＣＱＩを選択する。そして、回線品質情報形成部２１５は、選択したサブキャリア毎のＣＱＩを送信ＲＦ部２１６へ出力する。
送信ＲＦ部２１６は、回線品質情報形成部２１５から入力したＣＱＩを含む送信信号をベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバート等してアンテナ２０１より送信する。
次に、サブキャリアを割り当てる方法について、図５を用いて説明する。図５は、サブキャリアを割り当てる方法を示すフロー図である。
最初に、要求サブキャリア数決定部１０５は、ユーザ情報より各通信端末装置２００に割り当てるサブキャリア数Ｓｋ（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の任意の自然数）を決定する（ステップＳＴ３０１）。要求サブキャリア数決定部１０５は、下記の式（１）または式（２）によりサブキャリア数Ｓｋを求めることができる。
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
α：定数、
Ｒｋ：通信端末装置２００−ｋの要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
ｒ：伝送率がもっとも高いモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、または、平均信号対雑音比と定数γ（例えば、γ＝０〜３ｄＢの定数）とを加算した値の回線品質値より要求パケットエラーレートを満たすモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
β：定数（例えば、β＝２．０〜４．０）、
Ｒｋ：通信端末装置２００−ｋの要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
Ｎ：全サブキャリア数、
式（１）は、各通信端末装置の要求伝送率と、伝送率を最大にできる変調方式及び符号化率を用いたときのサブキャリア当たりの伝送率とを用いてサブキャリア数を決定するか、または各通信端末装置の要求伝送率と、各通信端末装置の平均受信品質において所要誤り率を満たす変調方式と符号化率を用いたときのサブキャリア当たりの伝送率とを用いてサブキャリア数を決定するものである。また、式（２）は、帯域内の全てのサブキャリア数と各通信端末装置の要求伝送率と、全通信相手の要求伝送率の合計との比を用いてサブキャリア数を決定するものである。
次に、要求サブキャリア数決定部１０５は、選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量を各通信端末装置２００について計算し、選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量が、所定の通信帯域内の全てのサブキャリア（例えば６４個のサブキャリア）のＣＱＩの総データ量よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３０２）。即ち、要求サブキャリア数決定部１０５は、式（３）が成り立つか否かを判定する。
Ｓｋ＞（Ｑ×Ｎ）／（Ｑ＋ｌｏｇ２Ｎ） ・・・（３）
ここで、Ｑ：ＳＮＲ情報を量子化するのに必要な符号化ビット数、
Ｎ：全サブキャリア数、である。
選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量が、所定の通信帯域内の全てのサブキャリアのＣＱＩの総データ量よりも大きくない場合（式（３）が成り立たない場合）には、要求サブキャリア数決定部１０５は、サブキャリア数Ｓｋを通信端末装置２００−ｋへ送信するサブキャリア数情報として決定する。そして、要求サブキャリア数情報生成部１０７は、サブキャリア数Ｓｋをサブキャリア数情報として生成し、サブキャリア数情報が通信端末装置２００−ｋへ送信されて通知される（ステップＳＴ３０３）。
次に、サブキャリア数情報を受信した通信端末装置２００−ｋは、サブキャリア数情報取出部２１３にて受信信号よりサブキャリア数情報を抽出し、回線品質情報形成部２１５にて受信品質が良好な順にＳｋ個のサブキャリアが選択される（ステップＳＴ３０４）。
一方、ステップＳＴ３０２において、選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量が、所定の通信帯域内の全てのサブキャリアのＣＱＩの総データ量よりも大きい場合（式（３）が成り立つ場合）には、要求サブキャリア数決定部１０５は、通信端末装置２００−ｋからは全てのサブキャリアのＣＱＩを送ってもらうことを決定し、全サブキャリア数を選択することを決定する。そして、要求サブキャリア数情報生成部１０７は、全サブキャリアを選択するサブキャリア数情報を生成し、このサブキャリア数情報が通信端末装置２００−ｋへ通知される（ステップＳＴ３０５）。
次に、通信端末装置２００の回線品質情報形成部２１５は、選択した各サブキャリアまたは全てのサブキャリアのＣＱＩを生成する（ステップＳＴ３０６）。
次に、通信端末装置２００は、図６に示すようなＳＮＲ通知フォーマットにて、生成したＣＱＩ及びＣＱＩを生成したサブキャリア番号情報を無線通信装置１００へ送信する（ステップＳＴ３０７）。図６は、２つのサブキャリアについてのＳＮＲレポートビットとサブキャリア番号情報とを示したものである。図６に示すように、１つ目のサブキャリアは、ＳＮＲレポートビットは「３」及びサブキャリア番号情報は「０」であり、２つ目のサブキャリアは、ＳＮＲレポートビットは「３」及びサブキャリア番号情報は「４」である。
次に、無線通信装置１００の回線品質情報取出部１０３にて受信信号よりＣＱＩを抽出し、割当制御部１０４にて通信端末装置２００−ｋに対してサブキャリアを割り当てる（ステップＳＴ３０８）。
このように、本実施の形態１によれば、基地局装置は、各通信端末装置の要求伝送率に基づいて通信端末装置毎に割り当てるサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を通信端末装置に送信するので、通信端末装置は基地局装置から割り当てられたサブキャリア数のみのＣＱＩを生成して送信するだけで良い。この結果、制御情報量を減らすことができるので、通信効率を向上させることができる。
また、本実施の形態１によれば、基地局装置は、各ユーザの通信端末装置に対して割り当てたサブキャリア数におけるＣＱＩとサブキャリア番号情報との総データ量が、全てのサブキャリアのＣＱＩの総データ量よりも大きくなる場合には、通信端末装置には全てのサブキャリアのＣＱＩのみを送信してもらうようにするので、通信端末装置がサブキャリア番号情報を送信しない分だけ上り回線の伝送量を減らすことができる。
また、本実施の形態１によれば、通信端末装置は、サブキャリア数情報により基地局装置から指示された数のサブキャリアを、回線品質の良好な順に選択して基地局装置に通知するので、基地局装置が受信品質の良好なサブキャリアにパケットデータを割り当てることができることにより、ユーザダイバーシティ効果を得ることができ、システム全体のスループットが向上するとともに、周波数利用効率を向上させることができる。
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置５００の構成を示すブロック図である。なお、図７においては、図３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。また、通信端末装置の構成は図４と同一構成であるので、その説明は省略する。
割当制御部１０４は、回線品質情報取出部１０３から入力したＣＱＩとユーザ情報蓄積部１０６から入力した各ユーザの通信端末装置のユーザ情報より、各ユーザの通信端末装置に対してサブキャリアを割り当てるとともに、サブキャリア毎の変調方式を選択する。そして、割当制御部１０４は、割り当てたサブキャリアの割り当て情報をサブキャリア割当部１１０へ出力するとともに、選択した変調方式の変調方式情報を変調部１１１−１〜１１１−Ｎへ出力する。割当制御部１０４は、サブキャリア毎に所定のＰＥＲ値以下になるように、各通信相手に対してサブキャリア及び変調方式の割り当てを行う。また、割当制御部１０４は、実際にパケットデータを割り当てた各ユーザの通信端末装置におけるサブキャリア数情報を、フレーム単位にて要求サブキャリア数決定部１０５へ出力する。
要求サブキャリア数決定部１０５は、現フレームの１つ前のフレームにてサブキャリアが割り当てられた通信端末装置については、割当制御部１０４から入力した割当制御部１０４にて実際に割り当てられたサブキャリア数情報を用いてサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力する。一方、要求サブキャリア数決定部１０５は、現フレームの１つ前のフレームにてサブキャリアが割り当てられなかった通信端末装置については、ユーザ情報蓄積部１０６から入力した各通信端末装置のユーザ情報より、割り当て可能なサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力する。
次に、サブキャリアを割り当てる方法について、図８を用いて説明する。図８は、サブキャリアを割り当てる方法を示すフロー図である。
最初に、割当制御部１０４は、現フレームの１つ前の直前フレームにてサブキャリアが割り当てられているか否かを判定する（ステップＳＴ６０１）。
直前フレームにてサブキャリアの割り当てがある場合には、式（４）により現フレームにて送信するサブキャリア数情報のサブキャリア数Ｓｋ（ｔ）を決定する（ステップＳＴ６０２）。
Ｓｋ（ｔ）＝δ×Ｓ′ｋ（ｔ−１） ・・・（４）
ここで、Ｓｋ（ｔ）：現フレームのサブキャリア数、
Ｓ′ｋ（ｔ−１）：現フレームの１つ前のフレームにて通信端末装置２００−ｋに実際に割り当てられたサブキャリア数、
δ：定数（ただし、２．０≦δ）、である。
通信端末装置が静止している場合または通信端末装置の移動量が小さい場合には、回線品質の変動が小さいものと推定できることより、通信端末装置側にて式（４）を用いてサブキャリア数を決定することができる。
一方、ステップＳＴ６０１において、直前フレームにてサブキャリアの割り当てがない場合には、式（１）または式（２）により現フレームにて送信するサブキャリア数情報のサブキャリア数Ｓｋ（ｔ）を決定する（ステップＳＴ６０３）。
次に、要求サブキャリア数情報生成部１０７は、サブキャリア数Ｓｋ（ｔ）をサブキャリア数情報として生成し、サブキャリア数情報が通信端末装置２００−ｋへ現フレームにて通知される（ステップＳＴ６０４）。
次に、サブキャリア数情報を受信した通信端末装置２００−ｋは、サブキャリア数情報取出部２１３にて受信信号よりサブキャリア数情報を抽出し、回線品質情報形成部２１５にて受信品質が良好な順にＳｋ個のサブキャリアが選択される（ステップＳＴ６０５）。
次に、通信端末装置２００の回線品質情報形成部２１５は、選択した各サブキャリアまたは全てのサブキャリアのＣＱＩを生成する（ステップＳＴ６０６）。
次に、通信端末装置２００は、図６に示すようなＳＮＲ通知フォーマットにて、生成したＣＱＩ及びＣＱＩを生成したサブキャリア番号情報を無線通信装置５００へ送信する（ステップＳＴ６０７）。
次に、無線通信装置５００の回線品質情報取出部１０３にて受信信号よりＣＱＩを抽出し、割当制御部１０４にて通信端末装置２００−ｋに対してサブキャリアを割り当てる（ステップＳＴ６０８）。
このように、本実施の形態２によれば、基地局装置は、各通信端末装置の要求伝送率に基づいて各ユーザの通信端末装置毎に割り当てるサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を通信端末装置に送信するので、通信端末装置は基地局装置から割り当てられたサブキャリア数のみのＣＱＩを生成して送信するだけで良い。この結果、制御情報量を減らすことができるので、通信効率を向上させることができる。
また、本実施の形態２によれば、基地局装置は、現フレームの１つ前のフレームのサブキャリア数に定数を乗算するだけの簡単な方法によりサブキャリア数を決定することができるので、通信端末装置の移動速度が小さい場合または通信端末装置が静止している場合において、サブキャリアを割り当てる処理の簡易化および高速化を図ることができる。
また、本実施の形態２によれば、通信端末装置は、サブキャリア数情報により基地局装置から指示された数のサブキャリアを、回線品質の良好な順に選択して基地局装置に通知するので、基地局装置が受信品質の良好なサブキャリアにパケットデータを割り当てることができることにより、ユーザダイバーシティ効果を得ることができるとともに、結果的にシステム全体のスループットを向上させることができる。
なお、上記実施の形態１または実施の形態２においては、ＣＱＩを回線品質情報とすることとしたが、これに限らず、ＣＱＩ以外の任意の情報を用いることができる。また、上記実施の形態１の無線通信装置１００または上記実施の形態２の無線通信装置５００は、基地局装置に適用することが可能である。
なお、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００３年８月２０日出願の特願２００３−２９５９７２に基づくものである。この内容を全てここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
本発明にかかる基地局装置及びサブキャリア割り当て方法は、送信する制御情報量を減らすことにより、通信効率を向上させる効果を有し、サブキャリアを割り当てるのに有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【技術分野】
本発明は、無線通信装置及びサブキャリア割り当て方法に関し、特に適応変調と周波数スケジューリングとを組み合わせた無線通信装置及びサブキャリア割り当て方法に関する。
【背景技術】
多ユーザ適応変調ＯＦＤＭシステムは、各移動局の伝搬環境に応じてシステム全体の効率的なスケジューリングを行うシステムである。具体的には、基地局装置は、回線品質に基づいて、各ユーザに適切な多数のサブキャリアを割り当てて（周波数分割ユーザ多重）、各サブキャリアに対して適切なモジュレーション・コーディング・スキームズ（以下「ＭＣＳ；Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅｓ」と記載する）を選択するというシステムである。即ち、基地局装置は、回線品質に基づき、各ユーザに所望の通信品質（例えば最低伝送率、誤り率）を満たすことのできる最も周波数利用効率を高められるサブキャリアを割り当て、各サブキャリアにスループットを最大とするようなＭＣＳを選択してデータの送信を行うことにより、多ユーザにおいて高速なデータ通信を行うことができる。このような、多ユーザ適応変調ＯＦＤＭシステムにおいて、例えば「周波数スケジューリングを用いたＭＣ−ＣＤＭ方式」信学技報、ＲＣＳ２００２−１２９、２００２年７月発行、６１〜６６頁に、各移動局から基地局装置に回線品質情報を通知する通知手法が提案されている。
ＭＣＳの選択には、あらかじめ決定されているＭＣＳ選択用テーブルが用いられる。ＭＣＳ選択用テーブルは、各ＭＣＳの変調方式および誤り符号化方式ごとに、ＣＩＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ：搬送波対干渉波比）などの受信品質とパケットエラーレート（以下「ＰＥＲ；Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ」と記載する）またはビットエラーレート（以下「ＢＥＲ；Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ」と記載する）などの誤り率との対応関係を示したものであり、ＭＣＳ選択の際には、測定された受信品質に基づいて所望の誤り率を満たすことができる最も高速なＭＣＳを選択する。
ところで、従来、周波数分割ユーザ多重においては、各移動局が全てのサブキャリアの回線品質情報を基地局装置に通知する。図１は、従来の移動局から基地局装置へ通知される回線品質情報の信号対雑音比（以下「ＳＮＲ；Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ」と記載する）通知フォーマットを示すものであり、図２は、ＳＮＲレポートビットと変調方式との関係を示すものである。基地局装置は、図１に示すように、通信帯域内の全てのサブキャリアについて、サブキャリア順にサブキャリア毎のＳＮＲレポートビットの通知を各通信端末装置から受けることにより、サブキャリアの割り当てと適応変調を行う。このような場合において、基地局装置は、所望の伝送率とＰＥＲとを満たす変調方式として６４ＱＡＭによる伝送が要求される場合には、ＳＮＲレポートビットが３である１又は５番目のサブキャリアを選択して、６４ＱＡＭを用いたパケットデータを１又は５番目のサブキャリアに割り当てる。
しかしながら、従来の基地局装置及びサブキャリア割り当て方法においては、各移動局は、通信帯域内の全てのサブキャリアの内の一部のサブキャリアしか使用しないにも関わらず、各移動局は全てのサブキャリアの回線品質情報を基地局装置に通知するので、回線品質の制御情報量は移動局数とサブキャリア数の増加に伴い膨大になるため、通信効率が低下するという問題がある。
【発明の開示】
本発明の目的は、送信する制御情報量を減らすことにより、通信効率を向上させることができる無線通信装置及びサブキャリア割り当て方法を提供することである。
本発明の一形態によれば、無線通信装置は、各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するサブキャリア数決定手段と、前記サブキャリア数決定手段にて決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信する第１送信手段と、各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択する割当制御手段と、を具備する。
本発明の他の形態によれば、通信端末装置は、前記無線通信装置と通信を行い、受信信号より抽出した前記サブキャリア数の情報より前記サブキャリア数のサブキャリアを受信品質が良好な順番に選択するサブキャリア選択手段と、前記サブキャリア選択手段にて選択されたサブキャリアの前記回線品質情報を生成する回線品質情報生成手段と、前記回線品質情報生成手段にて生成された前記回線品質情報を送信する第２送信手段と、を具備する。
本発明のさらに他の形態によれば、基地局装置は、前記無線通信装置を具備する。
本発明のさらに他の形態によれば、サブキャリア割り当て方法は、各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するステップと、決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信するステップと、各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択するステップと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来のＳＮＲ通知フォーマットを示す図、
図２は、ＳＮＲレポートビットと変調方式との関係を示す図、
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示すブロック図、
図４は、本発明の実施の形態１に係る通信端末装置の構成を示すブロック図、
図５は、本発明の実施の形態１に係るサブキャリアの割り当て方法を示すフロー図、
図６は、本発明の実施の形態１に係るＳＮＲ通知フォーマットを示す図、
図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示すブロック図、
図８は、本発明の実施の形態２に係るサブキャリアの割り当て方法を示すフロー図、である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。
受信ＲＦ部１０２は、アンテナ１０１により受信した受信信号を無線周波数からベースバンド周波数にダウンコンバート等して回線品質情報取出部１０３へ出力する。
回線品質情報取出部１０３は、受信ＲＦ部１０２から入力した受信信号より回線品質情報であるＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を抽出して割当制御部１０４へ出力する。また、回線品質情報取出部１０３は、各通信端末装置が選択したサブキャリアを示すサブキャリア識別情報を受信信号から抽出して割当制御部１０４へ出力する。
割当制御部１０４は、回線品質情報取出部１０３から入力したＣＱＩと後述するユーザ情報蓄積部１０６から入力した各通信端末装置への送信情報に対して、所定の通信帯域内の全サブキャリアの内から一部のサブキャリアを割り当てるとともに、割り当てたサブキャリアの変調方式をサブキャリア毎に選択する。即ち、割当制御部１０４は、各通信端末装置について、要求伝送率以上になるようにサブキャリア及び変調方式を選択するとともに、サブキャリア毎に所定のＰＥＲ値以下になるように、各通信端末装置に対してサブキャリア及び変調方式の割り当てを行う。そして、割当制御部１０４は、割り当てたサブキャリアの割り当て情報をサブキャリア割当部１１０へ出力するとともに、選択した変調方式の変調方式情報を変調部１１１−１〜１１１−Ｎへ出力する。
サブキャリア数決定手段である要求サブキャリア数決定部１０５は、ユーザ情報蓄積部１０６から入力した各ユーザの通信端末装置のユーザ情報より、各通信端末装置に対して割り当て可能なサブキャリア数を求める。即ち、要求サブキャリア数決定部１０５は、各ユーザの通信端末装置について、要求伝送率以上となるようなサブキャリア数を決定する。この際、要求サブキャリア数決定部１０５は、フェージング変動による受信品質の低下に備えて、要求伝送率に対して少し余裕を見てサブキャリア数を決定する。また、要求サブキャリア数決定部１０５は、求めたサブキャリア数分のＣＱＩとサブキャリア番号情報との総データ量が、全サブキャリアのＣＱＩのみの総データ量以下の場合には、求めたサブキャリア数をサブキャリア数情報として要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力し、求めたサブキャリア数分のＣＱＩとサブキャリア番号情報との総データ量が、全サブキャリアのＣＱＩのみの総データ量よりも大きい場合には、通信帯域内の全サブキャリア数（例えば６４個）をサブキャリア数情報として要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力する。
ユーザ情報蓄積部１０６は、各通信端末装置へ送信するデータと共に、その要求伝送率及びデータ種別等のユーザ情報を蓄積しており、必要に応じて割当制御部１０４、要求サブキャリア数決定部１０５及びサブキャリア割当部１１０へ出力する。ここで、要求伝送率情報とは、例えば全通信端末装置が要求する単位時間毎のデータ量に対する１ユーザの通信端末装置が要求する単位時間毎のデータ量の割合の情報である。なお、ユーザ情報蓄積部１０６は、図に記載のない制御部からユーザ情報が所定のタイミングにて入力することにより、蓄積しているユーザ情報を更新することができる。
要求サブキャリア数情報生成部１０７は、要求サブキャリア数決定部１０５から入力したサブキャリア数情報を制御チャンネルの情報として生成して制御情報多重部１０９へ出力する。
割当情報生成部１０８は、割当制御部１０４から入力した各サブキャリアを示す識別情報と各サブキャリアの変調方式情報とが対となった制御情報を生成し、生成した制御情報を制御情報多重部１０９へ出力する。
制御情報多重部１０９は、要求サブキャリア数情報生成部１０７から入力したサブキャリア数の制御情報と、割当情報生成部１０８から入力した割り当て情報及び変調方式情報の制御情報とを多重して、多重したサブキャリア毎の制御情報を切替部１１２へ出力する。制御情報多重部１０９は、サブキャリア数情報と割り当て情報及び変調方式情報以外の制御情報も多重することもできる。
サブキャリア割当部１１０は、割当制御部１０４から入力した割り当て情報とユーザ情報蓄積部１０６から入力したユーザ情報より、通信帯域内の全てのサブキャリアについて各ユーザの通信端末装置に対してパケットデータの割り当てを行い、各サブキャリアに割り当てたパケットデータをサブキャリア毎に選択した変調方式にて変調を行う変調部１１１−１〜１１１−Ｎへ出力する。
変調部１１１−１〜１１１−Ｎは、サブキャリア数と同じ数だけ設けられ、サブキャリア割当部１１０から入力したパケットデータに対して、割当制御部１０４から入力した変調方式情報の変調方式により変調して切替部１１２へ出力する。
切替部１１２は、制御情報多重部１０９から出力されて図示しない変調部により変調された後に入力した制御情報と変調部１１１−１〜１１１−Ｎにて変調されたパケットデータとを切り替えて逆高速フーリエ変換（以下「ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」と記載する）部１１３へ出力する。
ＩＦＦＴ部１１３は、切替部１１２から入力したサブキャリア毎の制御情報またはサブキャリア毎のパケットデータをＩＦＦＴしてガードインターバル（以下「ＧＩ」と記載する）挿入部１１４へ出力する。
ＧＩ挿入部１１４は、ＩＦＦＴ部１１３から入力した制御情報またはパケットデータにＧＩを挿入して送信ＲＦ部１１５へ出力する。
送信ＲＦ部１１５は、ＧＩ挿入部１１４から入力した制御情報またはパケットデータをベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバート等してアンテナ１０１より送信する。
次に、通信端末装置２００の構成について、図４を用いて説明する。図４は、通信端末装置２００の構成を示すブロック図である。
受信ＲＦ部２０２は、アンテナ２０１にて受信した受信信号を無線周波数からベースバンド周波数へダウンコンバート等してＧＩ除去部２０３へ出力する。
ＧＩ除去部２０３は、受信ＲＦ部２０２から入力した受信信号からＧＩを除去して高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」と記載する）部２０４へ出力する。
ＦＦＴ部２０４は、ＧＩ除去部２０３から入力した受信信号をシリアルデータ形式からパラレルデータ形式に変換した後、パラレルデータ形式に変換された各々のデータを拡散コードにより逆拡散し、さらにＦＦＴして等化器２０７、回線推定部２０６及び回線品質推定部２０５へ出力する。
回線品質推定部２０５は、ＦＦＴ部２０４から入力したＦＦＴされた受信信号より回線品質を推定し、推定結果をサブキャリア選択部２１４及び回線品質情報形成部２１５へ出力する。回線品質推定部２０５は、例えばＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ Ｒａｔｉｏ）を推定結果とする。なお、推定結果は、ＳＩＲに限らず、ＣＩＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｒ Ｒａｔｉｏ）等の任意の推定結果を用いることができる。
回線推定部２０６は、ＦＦＴ部２０４から入力したＦＦＴした後の受信信号よりチャネル推定を行い、推定結果を等化器２０７へ出力する。
等化器２０７は、ＦＦＴ部２０４から入力したＦＦＴ後の受信信号に対して、回線推定部２０６から入力した推定結果を用いて振幅と位相の歪みを修正して分離部２０８へ出力する。
分離部２０８は、等化器２０７から入力した受信信号を制御チャンネルの信号とデータチャンネル用の信号に分離して、制御チャンネル用の信号を制御情報取出部２１１へ出力するとともに、データチャンネル用の信号を復調部２０９−１〜２０９−Ｎへ出力する。
復調部２０９−１〜２０９−Ｎは、分離部２０８から入力した受信信号を、割当情報取出部２１２から入力したサブキャリア毎の変調方式情報に従って適応変調してパラレル／シリアル（以下「Ｐ／Ｓ」と記載する）変換部２１０へ出力する。
Ｐ／Ｓ変換部２１０は、復調部２０９−１〜２０９−Ｎから入力した受信信号をパラレルデータ形式からシリアルデータ形式に変換して受信データを得る。
制御情報取出部２１１は、分離部２０８から入力した受信信号より制御情報を抽出して割当情報取出部２１２及びサブキャリア数情報取出部２１３へ出力する。
割当情報取出部２１２は、制御情報取出部２１１から入力した制御情報より変調方式情報及びサブキャリア番号情報を抽出して、サブキャリア番号情報を参照することにより各サブキャリアの変調方式情報を対応する復調部２０９−１〜２０９−Ｎへ出力する。
サブキャリア数情報取出部２１３は、制御情報取出部２１１から入力した制御情報よりサブキャリア数情報を抽出してサブキャリア選択部２１４へ出力する。
サブキャリア選択部２１４は、サブキャリア数情報取出部２１３から入力したサブキャリア数情報より、基地局装置から指示されたサブキャリア数分のサブキャリアを、回線品質推定部２０５から入力したＳＩＲ測定結果より回線品質の良好な順番に選択する。そして、サブキャリア選択部２１４は、選択したサブキャリアの情報を回線品質情報形成部２１５へ出力する。
回線品質情報生成手段である回線品質情報形成部２１５は、ＳＩＲとＣＱＩとを関係付けた回線品質選択用情報を保存した参照テーブルを保有しており、サブキャリア選択部２１４から入力したサブキャリアの情報より、選択された各サブキャリアについて、回線品質推定部２０５から入力したＳＩＲを用いて、回線品質選択用情報を参照することによりＣＱＩを選択する。そして、回線品質情報形成部２１５は、選択したサブキャリア毎のＣＱＩを送信ＲＦ部２１６へ出力する。
送信ＲＦ部２１６は、回線品質情報形成部２１５から入力したＣＱＩを含む送信信号をベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバート等してアンテナ２０１より送信する。
次に、サブキャリアを割り当てる方法について、図５を用いて説明する。図５は、サブキャリアを割り当てる方法を示すフロー図である。
最初に、要求サブキャリア数決定部１０５は、ユーザ情報より各通信端末装置２００に割り当てるサブキャリア数Ｓｋ（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の任意の自然数）を決定する（ステップＳＴ３０１）。要求サブキャリア数決定部１０５は、下記の式（１）または式（２）によりサブキャリア数Ｓｋを求めることができる。
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
α：定数、
Ｒｋ：通信端末装置２００−ｋの要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
ｒ：伝送率がもっとも高いモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、または、平均信号対雑音比と定数γ（例えば、γ＝０〜３ｄＢの定数）とを加算した値の回線品質値より要求パケットエラーレートを満たすモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
β：定数（例えば、β＝２．０〜４．０）、
Ｒｋ：通信端末装置２００−ｋの要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
Ｎ：全サブキャリア数、
式（１）は、各通信端末装置の要求伝送率と、伝送率を最大にできる変調方式及び符号化率を用いたときのサブキャリア当たりの伝送率とを用いてサブキャリア数を決定するか、または各通信端末装置の要求伝送率と、各通信端末装置の平均受信品質において所要誤り率を満たす変調方式と符号化率を用いたときのサブキャリア当たりの伝送率とを用いてサブキャリア数を決定するものである。また、式（２）は、帯域内の全てのサブキャリア数と各通信端末装置の要求伝送率と、全通信相手の要求伝送率の合計との比を用いてサブキャリア数を決定するものである。
次に、要求サブキャリア数決定部１０５は、選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量を各通信端末装置２００について計算し、選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量が、所定の通信帯域内の全てのサブキャリア（例えば６４個のサブキャリア）のＣＱＩの総データ量よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３０２）。即ち、要求サブキャリア数決定部１０５は、式（３）が成り立つか否かを判定する。
Ｓｋ＞（Ｑ×Ｎ）／（Ｑ＋ｌｏｇ２Ｎ） ・・・（３）
ここで、Ｑ：ＳＮＲ情報を量子化するのに必要な符号化ビット数、
Ｎ：全サブキャリア数、である。
選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量が、所定の通信帯域内の全てのサブキャリアのＣＱＩの総データ量よりも大きくない場合（式（３）が成り立たない場合）には、要求サブキャリア数決定部１０５は、サブキャリア数Ｓｋを通信端末装置２００−ｋへ送信するサブキャリア数情報として決定する。そして、要求サブキャリア数情報生成部１０７は、サブキャリア数Ｓｋをサブキャリア数情報として生成し、サブキャリア数情報が通信端末装置２００−ｋへ送信されて通知される（ステップＳＴ３０３）。
次に、サブキャリア数情報を受信した通信端末装置２００−ｋは、サブキャリア数情報取出部２１３にて受信信号よりサブキャリア数情報を抽出し、回線品質情報形成部２１５にて受信品質が良好な順にＳｋ個のサブキャリアが選択される（ステップＳＴ３０４）。
一方、ステップＳＴ３０２において、選択したサブキャリアのＣＱＩ及びサブキャリア番号情報の総データ量が、所定の通信帯域内の全てのサブキャリアのＣＱＩの総データ量よりも大きい場合（式（３）が成り立つ場合）には、要求サブキャリア数決定部１０５は、通信端末装置２００−ｋからは全てのサブキャリアのＣＱＩを送ってもらうことを決定し、全サブキャリア数を選択することを決定する。そして、要求サブキャリア数情報生成部１０７は、全サブキャリアを選択するサブキャリア数情報を生成し、このサブキャリア数情報が通信端末装置２００−ｋへ通知される（ステップＳＴ３０５）。
次に、通信端末装置２００の回線品質情報形成部２１５は、選択した各サブキャリアまたは全てのサブキャリアのＣＱＩを生成する（ステップＳＴ３０６）。
次に、通信端末装置２００は、図６に示すようなＳＮＲ通知フォーマットにて、生成したＣＱＩ及びＣＱＩを生成したサブキャリア番号情報を無線通信装置１００へ送信する（ステップＳＴ３０７）。図６は、２つのサブキャリアについてのＳＮＲレポートビットとサブキャリア番号情報とを示したものである。図６に示すように、１つ目のサブキャリアは、ＳＮＲレポートビットは「３」及びサブキャリア番号情報は「０」であり、２つ目のサブキャリアは、ＳＮＲレポートビットは「３」及びサブキャリア番号情報は「４」である。
次に、無線通信装置１００の回線品質情報取出部１０３にて受信信号よりＣＱＩを抽出し、割当制御部１０４にて通信端末装置２００−ｋに対してサブキャリアを割り当てる（ステップＳＴ３０８）。
このように、本実施の形態１によれば、基地局装置は、各通信端末装置の要求伝送率に基づいて通信端末装置毎に割り当てるサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を通信端末装置に送信するので、通信端末装置は基地局装置から割り当てられたサブキャリア数のみのＣＱＩを生成して送信するだけで良い。この結果、制御情報量を減らすことができるので、通信効率を向上させることができる。
また、本実施の形態１によれば、基地局装置は、各ユーザの通信端末装置に対して割り当てたサブキャリア数におけるＣＱＩとサブキャリア番号情報との総データ量が、全てのサブキャリアのＣＱＩの総データ量よりも大きくなる場合には、通信端末装置には全てのサブキャリアのＣＱＩのみを送信してもらうようにするので、通信端末装置がサブキャリア番号情報を送信しない分だけ上り回線の伝送量を減らすことができる。
また、本実施の形態１によれば、通信端末装置は、サブキャリア数情報により基地局装置から指示された数のサブキャリアを、回線品質の良好な順に選択して基地局装置に通知するので、基地局装置が受信品質の良好なサブキャリアにパケットデータを割り当てることができることにより、ユーザダイバーシティ効果を得ることができ、システム全体のスループットが向上するとともに、周波数利用効率を向上させることができる。
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置５００の構成を示すブロック図である。なお、図７においては、図３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。また、通信端末装置の構成は図４と同一構成であるので、その説明は省略する。
割当制御部１０４は、回線品質情報取出部１０３から入力したＣＱＩとユーザ情報蓄積部１０６から入力した各ユーザの通信端末装置のユーザ情報より、各ユーザの通信端末装置に対してサブキャリアを割り当てるとともに、サブキャリア毎の変調方式を選択する。そして、割当制御部１０４は、割り当てたサブキャリアの割り当て情報をサブキャリア割当部１１０へ出力するとともに、選択した変調方式の変調方式情報を変調部１１１−１〜１１１−Ｎへ出力する。割当制御部１０４は、サブキャリア毎に所定のＰＥＲ値以下になるように、各通信相手に対してサブキャリア及び変調方式の割り当てを行う。また、割当制御部１０４は、実際にパケットデータを割り当てた各ユーザの通信端末装置におけるサブキャリア数情報を、フレーム単位にて要求サブキャリア数決定部１０５へ出力する。
要求サブキャリア数決定部１０５は、現フレームの１つ前のフレームにてサブキャリアが割り当てられた通信端末装置については、割当制御部１０４から入力した割当制御部１０４にて実際に割り当てられたサブキャリア数情報を用いてサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力する。一方、要求サブキャリア数決定部１０５は、現フレームの１つ前のフレームにてサブキャリアが割り当てられなかった通信端末装置については、ユーザ情報蓄積部１０６から入力した各通信端末装置のユーザ情報より、割り当て可能なサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を要求サブキャリア数情報生成部１０７へ出力する。
次に、サブキャリアを割り当てる方法について、図８を用いて説明する。図８は、サブキャリアを割り当てる方法を示すフロー図である。
最初に、割当制御部１０４は、現フレームの１つ前の直前フレームにてサブキャリアが割り当てられているか否かを判定する（ステップＳＴ６０１）。
直前フレームにてサブキャリアの割り当てがある場合には、式（４）により現フレームにて送信するサブキャリア数情報のサブキャリア数Ｓｋ（ｔ）を決定する（ステップＳＴ６０２）。
Ｓｋ（ｔ）＝δ×Ｓ′ｋ（ｔ−１） ・・・（４）
ここで、Ｓｋ（ｔ）：現フレームのサブキャリア数、
Ｓ′ｋ（ｔ−１）：現フレームの１つ前のフレームにて通信端末装置２００−ｋに実際に割り当てられたサブキャリア数、
δ：定数（ただし、２．０≦δ）、である。
通信端末装置が静止している場合または通信端末装置の移動量が小さい場合には、回線品質の変動が小さいものと推定できることより、通信端末装置側にて式（４）を用いてサブキャリア数を決定することができる。
一方、ステップＳＴ６０１において、直前フレームにてサブキャリアの割り当てがない場合には、式（１）または式（２）により現フレームにて送信するサブキャリア数情報のサブキャリア数Ｓｋ（ｔ）を決定する（ステップＳＴ６０３）。
次に、要求サブキャリア数情報生成部１０７は、サブキャリア数Ｓｋ（ｔ）をサブキャリア数情報として生成し、サブキャリア数情報が通信端末装置２００−ｋへ現フレームにて通知される（ステップＳＴ６０４）。
次に、サブキャリア数情報を受信した通信端末装置２００−ｋは、サブキャリア数情報取出部２１３にて受信信号よりサブキャリア数情報を抽出し、回線品質情報形成部２１５にて受信品質が良好な順にＳｋ個のサブキャリアが選択される（ステップＳＴ６０５）。
次に、通信端末装置２００の回線品質情報形成部２１５は、選択した各サブキャリアまたは全てのサブキャリアのＣＱＩを生成する（ステップＳＴ６０６）。
次に、通信端末装置２００は、図６に示すようなＳＮＲ通知フォーマットにて、生成したＣＱＩ及びＣＱＩを生成したサブキャリア番号情報を無線通信装置５００へ送信する（ステップＳＴ６０７）。
次に、無線通信装置５００の回線品質情報取出部１０３にて受信信号よりＣＱＩを抽出し、割当制御部１０４にて通信端末装置２００−ｋに対してサブキャリアを割り当てる（ステップＳＴ６０８）。
このように、本実施の形態２によれば、基地局装置は、各通信端末装置の要求伝送率に基づいて各ユーザの通信端末装置毎に割り当てるサブキャリア数を決定し、決定したサブキャリア数情報を通信端末装置に送信するので、通信端末装置は基地局装置から割り当てられたサブキャリア数のみのＣＱＩを生成して送信するだけで良い。この結果、制御情報量を減らすことができるので、通信効率を向上させることができる。
また、本実施の形態２によれば、基地局装置は、現フレームの１つ前のフレームのサブキャリア数に定数を乗算するだけの簡単な方法によりサブキャリア数を決定することができるので、通信端末装置の移動速度が小さい場合または通信端末装置が静止している場合において、サブキャリアを割り当てる処理の簡易化および高速化を図ることができる。
また、本実施の形態２によれば、通信端末装置は、サブキャリア数情報により基地局装置から指示された数のサブキャリアを、回線品質の良好な順に選択して基地局装置に通知するので、基地局装置が受信品質の良好なサブキャリアにパケットデータを割り当てることができることにより、ユーザダイバーシティ効果を得ることができるとともに、結果的にシステム全体のスループットを向上させることができる。
なお、上記実施の形態１または実施の形態２においては、ＣＱＩを回線品質情報とすることとしたが、これに限らず、ＣＱＩ以外の任意の情報を用いることができる。また、上記実施の形態１の無線通信装置１００または上記実施の形態２の無線通信装置５００は、基地局装置に適用することが可能である。
なお、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００３年８月２０日出願の特願２００３−２９５９７２に基づくものである。この内容を全てここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
本発明にかかる基地局装置及びサブキャリア割り当て方法は、送信する制御情報量を減らすことにより、通信効率を向上させる効果を有し、サブキャリアを割り当てるのに有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するサブキャリア数決定手段と、
前記サブキャリア数決定手段にて決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信する第１送信手段と、
各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択する割当制御手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項２】
前記サブキャリア数決定手段は、通信相手が選択したサブキャリアの前記回線品質情報と通信相手が選択したサブキャリアを示すサブキャリア識別情報とのデータ量が、前記通信帯域内の全てのサブキャリアの回線品質情報のデータ量よりも大きい通信相手に対しては、割り当てる前記サブキャリア数を前記通信帯域内の全サブキャリアとする請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記サブキャリア数決定手段は、現フレームの１つ前のフレームにて前記割当制御手段によりサブキャリアが割り当てられている通信相手に対して、前記１つ前のフレームにて前記割当制御手段により割り当てられたサブキャリア数に所定の係数を乗算することにより前記サブキャリア数を決定し、
前記第１送信手段は、前記サブキャリア数決定手段にて決定された前記サブキャリア数の情報を前記現フレームにて送信する、
請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記サブキャリア数決定手段は、式（１）に従って前記サブキャリア数を求める請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
α：第１定数、
Ｒｋ：通信相手の要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
ｒ：伝送率がもっとも高いモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、または、平均信号対雑音比と第２定数とを加算した値の回線品質値より要求パケットエラーレートを満たすモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、
【請求項５】
前記サブキャリア数決定手段は、式（２）に従って前記サブキャリア数を求める請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
β：定数、
Ｒｋ：通信相手の要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
Ｎ：全サブキャリア数、
【請求項６】
請求の範囲第１項記載の無線通信装置と通信を行う通信端末装置であって、
前記通信端末装置は、
受信信号より抽出した前記サブキャリア数の情報より前記サブキャリア数のサブキャリアを受信品質が良好な順番に選択するサブキャリア選択手段と、
前記サブキャリア選択手段にて選択されたサブキャリアの前記回線品質情報を生成する回線品質情報生成手段と、
前記回線品質情報生成手段にて生成された前記回線品質情報を送信する第２送信手段と、
を具備する通信端末装置。
【請求項７】
請求の範囲第１項記載の無線通信装置を具備する基地局装置。
【請求項８】
各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するステップと、
決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信するステップと、
各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択するステップと、
を具備するサブキャリア割り当て方法。
【請求項９】
通信相手が選択したサブキャリアの前記回線品質情報と通信相手が選択したサブキャリアを示すサブキャリア識別情報とのデータ量が、前記通信帯域内の全てのサブキャリアの回線品質情報のデータ量よりも大きい通信相手に対しては、割り当てる前記サブキャリア数を前記通信帯域内の全サブキャリアとし、全サブキャリアの前記サブキャリア数の情報を送信する請求の範囲第８項記載のサブキャリア割り当て方法。
【請求項１０】
現フレームの１つ前のフレームにてサブキャリアが割り当てられた通信相手に対して、現フレームの１つ前のフレームにて割り当てられたサブキャリア数に所定の係数を乗算することによりサブキャリア数を決定し、決定した前記サブキャリア数の情報を送信する請求の範囲第８項記載のサブキャリア割り当て方法。
【請求項１】
各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するサブキャリア数決定手段と、
前記サブキャリア数決定手段にて決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信する第１送信手段と、
各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択する割当制御手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項２】
前記サブキャリア数決定手段は、通信相手が選択したサブキャリアの前記回線品質情報と通信相手が選択したサブキャリアを示すサブキャリア識別情報とのデータ量が、前記通信帯域内の全てのサブキャリアの回線品質情報のデータ量よりも大きい通信相手に対しては、割り当てる前記サブキャリア数を前記通信帯域内の全サブキャリアとする請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記サブキャリア数決定手段は、現フレームの１つ前のフレームにて前記割当制御手段によりサブキャリアが割り当てられている通信相手に対して、前記１つ前のフレームにて前記割当制御手段により割り当てられたサブキャリア数に所定の係数を乗算することにより前記サブキャリア数を決定し、
前記第１送信手段は、前記サブキャリア数決定手段にて決定された前記サブキャリア数の情報を前記現フレームにて送信する、
請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記サブキャリア数決定手段は、式（１）に従って前記サブキャリア数を求める請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
α：第１定数、
Ｒｋ：通信相手の要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
ｒ：伝送率がもっとも高いモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、または、平均信号対雑音比と第２定数とを加算した値の回線品質値より要求パケットエラーレートを満たすモジュレーション・コーディング・スキームズを使用する際の１つのサブキャリアの伝送率、
【請求項５】
前記サブキャリア数決定手段は、式（２）に従って前記サブキャリア数を求める請求の範囲第１項記載の無線通信装置。
ただし、Ｓｋ：サブキャリア数（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
β：定数、
Ｒｋ：通信相手の要求伝送率（ｋはユーザ番号で、かつ２以上の自然数）、
Ｎ：全サブキャリア数、
【請求項６】
請求の範囲第１項記載の無線通信装置と通信を行う通信端末装置であって、
前記通信端末装置は、
受信信号より抽出した前記サブキャリア数の情報より前記サブキャリア数のサブキャリアを受信品質が良好な順番に選択するサブキャリア選択手段と、
前記サブキャリア選択手段にて選択されたサブキャリアの前記回線品質情報を生成する回線品質情報生成手段と、
前記回線品質情報生成手段にて生成された前記回線品質情報を送信する第２送信手段と、
を具備する通信端末装置。
【請求項７】
請求の範囲第１項記載の無線通信装置を具備する基地局装置。
【請求項８】
各通信相手の要求伝送率以上になるように通信帯域内の全てのサブキャリアの中から通信相手毎に割り当てるサブキャリア数を決定するステップと、
決定されたサブキャリア数の情報を各通信相手に送信するステップと、
各通信相手の前記要求伝送率情報及び受信信号より抽出された各通信相手の前記サブキャリア数分の回線品質情報に基づいて通信相手毎にパケットデータを割り当てるサブキャリアを選択するステップと、
を具備するサブキャリア割り当て方法。
【請求項９】
通信相手が選択したサブキャリアの前記回線品質情報と通信相手が選択したサブキャリアを示すサブキャリア識別情報とのデータ量が、前記通信帯域内の全てのサブキャリアの回線品質情報のデータ量よりも大きい通信相手に対しては、割り当てる前記サブキャリア数を前記通信帯域内の全サブキャリアとし、全サブキャリアの前記サブキャリア数の情報を送信する請求の範囲第８項記載のサブキャリア割り当て方法。
【請求項１０】
現フレームの１つ前のフレームにてサブキャリアが割り当てられた通信相手に対して、現フレームの１つ前のフレームにて割り当てられたサブキャリア数に所定の係数を乗算することによりサブキャリア数を決定し、決定した前記サブキャリア数の情報を送信する請求の範囲第８項記載のサブキャリア割り当て方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２０４８９
【国際公開日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【発行日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１３３６４（Ｐ２００５−５１３３６４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１２３１１
【国際出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年３月３日（２００５．３．３）
【発行日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１２３１１
【国際出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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