法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2014-06-18
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H04W72/08 授权公告日:20110323 终止日期:20130427 申请日:20070427
专利权的终止
2011-03-23
授权
授权
2009-07-08
实质审查的生效
实质审查的生效
2009-05-13
公开
公开
技术领域
本发明涉及移动通信系统、基站设备及移动通信系统的频率分配方法。具体地，本发明涉及通过正交频分复用来进行通信的移动通信系统、基站设备和移动通信系统的频率分配方法。
背景技术
OFDM(正交频分复用)是一种多载波调制方法，是一种通过在互相正交的多个子载波上传送划分的数据来进行通信的方法。使用QPSK(正交相移键控)、QAM(正交幅度调制)等来调制每个子载波。当子载波互相正交时，如图1所示，每个子载波的频率中其他子载波的功率被设为零。因此，可以密集地布置子载波，使其波形互相重叠，从而允许减小要使用的频带。此外，将数据分配给每个子载波，从而与单载波的情况相比，每个子载波中的数据传送速率可以降低。由此，可以为每个符号提供用于吸收延迟波的时间，该时间称为保护间隔。
此外，在多径环境中，可能发生某个频率的接收电平下降的衰落现象。然而，由于在OFDM数据被分配给子载波中，因此即使数据部分丢失，OFDM也可以通过交织和纠错来减小丢失数据的影响。OFDM通常与多址方法结合使用的，如FDMA(频分多址)和TDMA(时分多址)。
同时，如图2所示，在将载波划分为多个子载波这一方面，OFDMA(正交频分多址)与OFDM相同。OFDMA是一种通过在所有用户间共享所有子载波、将特定数目的子载波分组为子信道、并自适应地在任何定时处为每个用户分配子信道来实现多址的方法。
注意，日本专利申请公开No.2005-229468公开了一种技术，该技术从通信伙伴设备接收用于提供无线频带和传送频率的控制信号，并允许根据该控制信号来改变OFDM调制的无线传送信号的无线频带和传送频率。
根据上述技术，例如，对多个摄像机中的每一个给出控制信号，该控制信号为每个无线传送信号指定了无线频带和传送频率。相应地，允许每个摄像机根据该给出的控制信号，来改变无线传送信号的频带或中心频率。由此，可以根据需要，来改变用于分配宽带信道和窄带信道的接收机的输出信道。因此，可以实现能够有效利用有限频带的无线摄像机系统。
发明内容
在采用OFDMA的移动通信系统中，由于基站设备和移动站设备之间引起的频率偏移或抖动，可能导致相邻子信道之间的ICI(载波间干扰)。具体地，如图3所示，如果各通信信道的子载波不彼此相邻，则发生ICI的可能性较低。另一方面，当如图4所示子载波彼此相邻时，由于ICI，子载波的正交性损失。因此，通信质量恶化。
例如，如图5所示，位于基站设备12的覆盖区域的小区边缘的移动站设备14b，由于其较低的S/N(信噪)水平，所以更可能受到由频率抖动引起的ICI的影响。另一方面，位于基站设备12附近的移动站设备14a和14c由于其较高的S/N水平，受ICI影响的可能性较低。
为了防止由ICI引起的通信质量下降，迄今为止，需要牺牲频率利用效率和通信吞吐量之一。具体地，当在相邻通信信道之间始终提供预定保护频带来防止ICI的发生时，降低了数据错误率。相应地，虽然提高了通信吞吐量，但是出现了频率利用效率降低的问题。同时，当不提供保护频带而代之以执行数据重传或纠错时，提高了频率利用效率，但出现了降低通信吞吐量的问题。
考虑到上述传统问题而提出了本发明。本发明的目的是提供一种移动通信系统、基站设备及移动通信系统的频率分配方法，在提高OFDMA无线通信中的频率利用效率和吞吐量的同时，实现了适当的频率分配。
为了实现上述目的，根据本发明的移动通信系统包括多个移动站设备和用于通过正交频分复用在预定频带中与每个移动站设备执行通信的基站设备。所述基站设备包括：频带存储单元，被配置为以与通信质量相关的预定状况相关联的方式，存储可分配给所述移动站设备中的每一个的多个频带；通信质量获取单元，被配置为获取与每个移动站设备通信的通信质量；以及频率分配器，被配置为基于所述通信质量获取单元所获取的通信质量，从所述频带存储单元中选择要分配给每个移动站设备的频带，并将指示所选频带的信道信息通知给所述移动站设备。每个移动站设备在由所述频率分配器所通知的信道信息指示的频带中，与所述基站设备进行通信。
根据本发明的基站设备通过正交频分复用在预定频带中与多个移动站设备执行通信。所述基站设备包括：频带存储单元，被配置为以与通信质量相关的预定状况相关联的方式，存储可分配给所述移动站设备中的每一个的多个频带；通信质量获取单元，被配置为获取与每个移动站设备通信的通信质量；以及频率分配器，被配置为基于所述通信质量获取单元所获取的通信质量，从所述频带存储单元中选择要分配给每个移动站设备的频带，并将指示所选频带的信道信息通知给所述移动站设备。
此外，根据本发明的移动通信系统的频率分配方法是包括多个移动站设备和用于通过正交频分复用在预定频带中与每个所述移动站设备执行通信的基站设备的移动通信系统的频率分配方法。所述方法包括以下步骤：存储步骤，在所述基站设备中，以与通信质量相关的预定状况相关联的方式，将可分配给每个移动站设备的多个频带存储在频带存储单元中，；通信质量获取步骤，在所述基站设备中，获取与每个移动站设备通信的通信质量；频率分配步骤，在所述基站设备中，基于在所述通信质量获取步骤中所获取的通信质量，从所述频带存储单元中选择要分配给每个移动站设备的频带，并将指示所选频带的信道信息通知给所述移动站设备；以及通信步骤，在每个移动站设备中，在由所述频率分配步骤所通知的信道信息指示的频带中，与所述基站设备进行通信。
根据本发明，在所述基站设备中，以与通信质量相关的预定状况相关联的方式存储多个可分配频带。然后，基于与每个移动站设备通信的通信质量，来选择要分配给该移动站设备的频带。此外，将指示所选频带的信道信息通知给移动站设备。然后，被基站设备通知了该信道信息的移动站设备在该信道信息所指示的频带中与基站设备通信。根据本发明，在OFDMA无线通信中，可以将多个可分配频带合适地与通信质量相关的状况相关联。因此，可以基于与每个移动站设备通信的通信质量，在提高频率利用效率和吞吐量的同时，执行合适的频率分配。
此外，根据本发明的一个方面，在频带存储单元中存储的频带之间，提供具有根据通信质量的预定宽度的保护频带。因此，可以减小在频带之间提供的保护频带的数目和带宽。由此，可以提高频率利用效率。此外，对于执行高质量通信的移动站设备，由于不太可能发生ICI，因此可以为其分配在频带之间未提供保护频带的频带部分中的频率。同时，对于执行低质量通信的移动站设备，由于可能发生ICI，因此可以为其分配在频带之间提供了具有根据质量的合适带宽的保护频带的频带部分中的频率。因此，可以在抑制数据错误率的同时提高吞吐量。
此外，根据本发明的一个方面，通信质量获取单元获取向每个移动站设备分配的频带中的接收信号的期望信号电平与干扰信号电平之间的幅度差。因此，基于信号电平之间的幅度差，可以合适地为各移动站设备分配频率。
此外，根据本发明的一个方面，通信质量获取单元获取向移动站设备分配的频带与从移动站设备接收的信号的频带之间的频率差(频率偏移)。因此，基于该频率偏移的幅度，可以合适地为各移动站设备分配频率。
附图说明
图1示出了OFDM的频谱。
图2示出了OFDMA中的子信道示例。
图3示出了在OFDMA的子信道之间提供保护频带的示例。
图4示出了OFDMA中由于通信质量下降而导致相邻子信道之间的干扰的示例。
图5是根据本发明实施例的移动通信系统的配置图。
图6是根据本发明实施例的基站设备的功能框图。
图7示出了频带存储单元中的通信质量和所分配频率之间的对应关系的示例。
图8示出了频带存储单元中的通信质量和所分配频率之间的对应关系的示例。
图9是根据本发明实施例的移动站设备的功能框图。
图10是AFC的功能框图。
图11是示出了基于S/N比的频率分配处理的流程图。
图12是示出了基于频率偏移的频率分配处理的流程图。
具体实施方式
以下参照附图，描述本发明的实施例。图5示出了根据本发明实施例的移动通信系统10的配置。移动通信系统10包括至少一个基站设备12和多个移动站设备14。
图6是基站设备12的功能框图。如图6所示，基站设备12包括控制器20、无线通信单元30和线路接口40。基站设备12通过OFDMA向多个移动站设备14中的每一个发送无线信号，并从它们接收无线信号，也通过线路接口40向多个其他基站中的每一个发送分组或从它们接收分组。
无线通信单元30包括天线31、发送机32、接收机33、OFDM调制器34、OFDM解调器35、信号处理器36和通信质量获取单元37。天线31与发送机32和接收机33连接。
接收机33包括低噪声放大器、下变频器等。接收机33将来自移动站设备14并由天线31接收的OFDM信号下变频为基带OFDM信号，对基带OFDM信号进行放大并将该信号输出至OFDM解调器35和通信质量获取单元37。OFDM解调器35将从接收机33接收的基带OFDM信号转换为数字信号，执行OFDM解调来提取子载波信号，并将每个提取的子载波信号输出至信号处理器36和通信质量获取单元37。
OFDM调制器34通过OFDM调制，将从信号处理器36接收的每个子载波信号转换为基带OFDM信号，并将该信号输出至发送机32。发送机32包括上变频器、功率放大器等。发送机32将从OFDM调制器34接收的基带OFDM信号上变频至射频，并在将该射频放大至发送输出电平之后，将该射频输出至天线31。
信号处理器36包括信号转换电路等，并与OFDM调制器34、OFDM解调器35、通信质量获取单元37和线路接口40连接。信号处理器36基于从通信质量获取单元37接收的与通信质量相关的信息，从OFDM解调器35接收的每个子载波信号中分离并提取数据，然后将该数据输出至线路接口40。此外，信号处理器36将从线路接口40接收的多个数据转换为子载波信号，并将该信号输出至OFDM调制器34。
通信质量获取单元37与接收机33、OFDM解调器35、信号处理器36和频率分配器24连接，并获取与每个移动站设备通信的通信质量。具体地，通信质量获取单元37基于从OFDM解调器35接收的子载波信号和从接收机33接收的OFDM信号的接收功率值等，获取针对每个移动站设备的通信质量。具体地，通信质量包括至基站设备12的上行链路中每个子载波的传送线路失真、S/N比、频率偏移等。此后，通信质量获取单元37向频率分配器24和信号处理器36输出与通信质量相关的信息。
控制器20包括频带存储单元22和频率分配器24，并控制整个基站设备12。此外，控制器20由CPU、存储器等组成。
频带存储单元22以与通信质量相关的预定状况相关联的方式，存储可分别分配给移动站设备14的多个频带。与通信质量相关的预定状况可以是同期望信号电平与干扰信号电平之间的幅度差相关的状况，例如接收信号的S/N比。可选地，该与通信质量相关的预定状况可以是与从每个移动站设备14接收的信号的频带偏移的频率差(频率偏移)相关的状况。此外，在频带存储单元22中存储的频带之间，可以提供保护频带，每个保护频带具有根据通信质量的预定宽度。
图7(a)示出了通信质量(S/N比)与可分配频带之间的对应关系的示例，该对应关系存储在频带存储单元22中。频带存储单元22以与S/N比相关的预定状况相关联的方式，存储与多个可分配子信道#1、#2、#3……相关的频带。具体地，在图7(a)中，与S/N比较高的状况相关联地存储高频子信道，与S/N比较低的状况相关联地存储低频子信道。
一般地，S/N比越高，发生频率抖动的可能性越小。相应地，发生ICI的可能性越小。在与较高S/N比相关联的子信道(如图7(a)中的子信道#1和#2)之间，不需要提供保护频带。即使需要提供保护频带，提供具有较窄带宽的保护频带就足够了。同时，当S/N比较低时，频率抖动可能引起ICI。因此，当与较低S/N比相关联的子信道彼此相邻时，如图7(a)中的子信道#2和#3以及子信道#3和#4，需要根据S/N比来提供具有足够带宽的保护频带，以防止出现ICI。
如图7(a)的情况一样，图7(b)示出了S/N比与可分配频带之间的对应关系的示例，该对应关系存储在频带存储单元22中。与图7(a)不同，频带存储单元22以与S/N比较高的状况相关联的方式，存储频带中心附近的子信道，并以与S/N比较低的状况相关联的方式，存储频带边缘附近的子信道。在与较高S/N比相关联的子信道(如图7(b)中的子信道#2和#3)之间不需要提供保护频带。同时，当与较低S/N比相关联的子信道彼此相邻时，如图7(b)中的子信道#1和#2以及子信道#3和#4，需要根据S/N比来提供具有足够带宽的保护频带。
以与通信质量(如S/N比)相关的状况相关联的方式，适当地存储多个可分配频带。因此，可以减小在每个频带的子信道之间提供的保护频带的数目和带宽。由此，可以提高频率利用效率。此外，对于S/N比较高而不太可能发生ICI的移动站设备，可以为其分配未提供保护频带或提供了具有窄带宽的保护频带的频带部分中的子信道。同时，对于S/N比较低而更可能发生ICI的移动站设备，可以为其分配提供了具有根据S/N比的足够带宽的保护频带的频带部分中的频率。因此，可以在抑制数据错误率的同时提高吞吐量。
同时，图8(a)示出了通信质量(频率偏移)与可分配频带之间的对应关系的示例，该对应关系存储在频带存储单元22中。频带存储单元22以与频率偏移相关的预定状况相关联的方式，存储与多个可分配子信道#1、#2、#3……相关的频带。具体地，在图8(a)中，与频率偏移较小的状况相关联地存储高频子信道，与频率偏移较大的状况相关联地存储低频子信道。
一般地，频率偏移越小，越容易维持子载波的正交性。相应地，越不可能发生ICI。在与较小频率偏移相关联的子信道(如图8(a)中的子信道#1和#2)之间不需要提供保护频带。即使需要提供保护频带，提供具有较窄带宽的保护频带就足够了。同时，当频率偏移较大时，子载波正交性容易损失。相应地，更可能发生ICI。因此，当与较大频率偏移相关联的子信道彼此相邻时，如图8(a)中的子信道#2和#3以及子信道#3和#4，需要根据频率偏移来提供具有足够带宽的保护频带，以防止出现ICI。
如图8(a)的情况一样，图8(b)示出了频率偏移与可分配频带之间的对应关系的示例，该对应关系存储在频带存储单元22中。与图8(a)不同，频带存储单元22以与频率偏移较小的状况相关联的方式，存储频带中心附近的子信道，并且以与频率偏移较大的状况相关联的方式，存储频带边缘附近的子信道。在与较小频率偏移相关联的子信道(如图8(b)中的子信道#2和#3)之间不需要提供保护频带。同时，当与较大频率偏移相关联的子信道彼此相邻时，如图8(b)中的子信道#1和#2以及子信道#3和#4，需要根据频率偏移来提供具有足够带宽的保护频带。
以与通信质量(如频率偏移)相关的状况相关联的方式，适当地存储多个可分配频带。因此，可以减小在每个频带的子信道之间提供的保护频带的数目和带宽。由此，可以提高频率利用效率。此外，对于频率偏移较小而不太可能发生ICI的移动站设备，可以为其分配未提供保护频带或提供了具有窄带宽的保护频带的频带部分中的子信道。同时，对于频率偏移较大而更可能发生ICI的移动站设备，可以为其分配提供了具有根据频率偏移的足够带宽的保护频带的频带部分中的频率。因此，可以在抑制数据错误率的同时提高吞吐量。
频率分配器24与通信质量获取单元37和频带存储单元22连接。频率分配器24基于从通信质量获取单元37接收的、与每个移动站设备14通信的通信质量，从频带存储单元22中选择要分配给每个移动站设备14的频带。此后，频率分配器24将指示所选频带的信道信息通知给每个移动站设备14。注意，如上所述，从通信质量获取单元37接收的通信质量包括至基站设备12的上行链路中的每个子载波的传送线路失真、S/N比、频率偏移等。此外，要通知给每个移动站设备14的信道信息可以包括所选频带或子信道中的每个子载波频率，或可以包括用于指定所选频带或子信道的标识信息。
这里，参照图5至图7(a)，描述频率分配器24的示例处理，该频率分配器24的处理基于S/N比来选择要分配给每个移动站设备14的频率。图5示出了移动站设备14a和14c位于基站设备12附近而移动站14b位于小区边缘附近的示例。此外，图7(a)所示的频带存储单元22以与S/N比较高的状况相关联的方式，存储高频子信道#1和#2，并且以与S/N比较低的状况相关联的方式，存储低频子信道#3和#4。在这种情况下，通信质量获取单元37获取针对移动站设备14a和14c的高S/N比，并获取针对移动站14b的低S/N比。此后，频率分配器24从图7(a)所示的频带存储单元22中选择与较高S/N比相关联的子信道#1和#2相关的频带，并将指示该频带的信道信息(子信道#1和#2)通知给移动站设备14a和14c。同时，频率分配器24为移动站设备14b选择与较低S/N比相关联的子信道#4相关的频带，并将指示该频带的信道信息(子信道#4)通知给移动站设备14b。
如上所述，将位于未提供保护频带或提供具有窄带宽的保护频带的频带部分中的子信道#1和#2分配给S/N比较高而不太可能发生ICI的移动站设备14a和14c。同时，将位于提供了具有根据S/N比的足够带宽的保护频带的频带部分中的子信道#4分配给S/N比较低而更可能发生ICI的移动站设备14b。注意，在移动站设备14建立与基站设备12的链路时，或在通信中的任意定时处，执行上述处理。
图9是移动站设备14的功能框图。如图9所示，移动站设备14包括控制器50、无线通信单元60、存储单元80、操作单元82和显示单元84。移动站设备14在由基站12的频率分配器24通知的信道信息所指示的频带中，通过OFDMA向基站设备12发送无线信号并从基站设备12接收无线信号。
存储单元80用作控制器50的工作存储器。此外，存储单元80保存与控制器50要执行的各种处理相关的程序、参数等。例如，操作单元82是十键键盘之类，用于接收用户输入的电话号码或字符串，并向控制器50输出所接收的输入。例如，显示单元84由液晶显示单元形成，根据从控制器50接收的信号来显示如字符和图像之类的信息。控制器50包括CPU、存储器等，并控制整个移动站设备14。
无线通信单元60包括天线61、发送机62、接收机63、OFDM调制器64、OFDM解调器65、信号处理器66和AFC70(自动频率控制)。天线61与发送机62和接收机63连接。
接收机63包括低噪声放大器、下变频器等。接收机33将来自基站设备12并通过天线61接收的OFDM信号下变频为基带OFDM信号。此后，接收机63对基带OFDM信号进行放大并将该信号输出至OFDM解调器65。接收机63也从基带OFDM信号中检测符号定时，并向AFC 70输出具有与该符号定时相对应的频率的信号，作为基准信号。OFDM解调器65将从接收机63接收的基带OFDM信号转换为数字信号，执行OFDM解调来提取子载波信号，并将每个提取的子载波信号输出至信号处理器36。
AFC 70与接收机63和OFDM调制器64连接，并基于从接收机63接收到的基准信号，向OFDM调制器64输出频率与基带OFDM信号的符号定时同步的信号(以下称为符号频率信号)。图10是AFC 70的功能框图。如图10所示，AFC 70包括相位比较器72、环路滤波器74(积分电路/低通滤波器)和压控振荡器76(VCO)，并可以输出具有与从外部输入的基准信号完全同步的频率信号。相位比较器72检测从外部输入的基准信号与从压控振荡器76反馈的频率信号之间的相位差。此后，相位比较器72以脉冲向环路滤波器74输出该相位差分量，作为相位差信号。环路滤波器74向压控振荡器76输出转换为直流的信号，该信号是通过阻止从相位比较器72接收的相位差信号的高频分量而转换为直流的。压控振荡器76是被配置为根据施加在控制端的电压而改变振荡频率的振荡器。压控振荡器76根据环路滤波器74所施加的控制电压，来调整振荡频率，并输出频率信号，该频率信号具有与输入至AFC 70的基准信号完全同步的频率。
OFDM调制器64与发送机62、信号处理器66和AFC 70连接。OFDM调制器64基于从AFC 70接收的符号频率信号，通过OFDM调制，将从信号处理器66接收的子载波信号转换为基带OFDM信号，并将基带OFDM信号输出至发送机62。相应地，将移动站设备14要发送的OFDM信号的符号定时与从基站设备12接收的OFDM信号的符号定时同步，从而消除了移动站设备14和基站设备12之间的频率漂移。发送机62包括上变频器、功率放大器等。发送机62将从OFDM调制器64接收的基带OFDM信号上变频至射频，并在将该射频放大至发送输出电平之后，将该射频输出至天线61。
注意，当从基站设备12通知信道信息时，换言之，当分配了用于与基站设备12进行通信的新频带时，移动站设备14基于信道信息，确定用于后续通信的子载波频率。因此，移动站设备14可以在由基站设备12新分配的频带中与基站设备12进行通信。
接下来，参照图11，描述基于S/N比来向移动站设备14分配频率的处理。在移动站设备14建立与基站设备12的链路时，或在通信中的任意定时处，来执行该处理。频带存储单元22以与S/N比相关的预定状况相关联的方式，预先存储可分别分配给移动站设备14的多个频带。
当在基站设备12中开始该处理时，接收机33向通信质量获取单元37输出在S100通过天线31从移动站设备14接收的OFDM信号。
接下来，通信质量获取单元37基于从接收机33接收的OFDM信号的接收功率值等，来获取移动站设备14的S/N比(步骤S102)，并向频率分配器24输出该S/N比。频率分配器24基于从通信质量获取单元37接收的移动站设备14的S/N比，从频带存储单元22中选择要分配给移动站设备14的频带(S104)。
此后，基站设备12将指示所选频带的信道信息(例如包括子信道编号的信息)通知给移动站设备14。被基站设备12通知了该信道信息的移动站设备14在该信道信息所指示的频带中，执行与基站设备12的后续通信。
同时，图12示出了基于频率偏移来向移动站设备14分配频率的处理。以下，使用相同的附图标记来表示与参照图11所描述的相同的步骤，并省略重复的描述。频带存储单元22以与频率偏移相关的预定状况相关联的方式，预先存储可分别分配给移动站设备14的多个频带。
通信质量获取单元37基于从接收机33接收的OFDM信号的接收功率值等，获取移动站设备14的频率偏移(步骤S106)，并向频率分配器24输出该频率偏移。频率分配器24基于从通信质量获取单元37接收的移动站设备14的频率偏移，从频带存储单元22中选择要分配给移动站设备14的频带(S108)。
上述移动通信系统在提高OFDMA无线通信中的频率利用效率和吞吐量的同时，实现了适当的频率分配。
注意，本发明不限于上述实施例。例如，本发明不仅可以用于移动通信系统，而且可以用于包括基站设备和多个终端设备的各种OFDMA无线通信系统。
此外，日本专利申请No.2006-124195(2006年4月27日递交)的全部内容结合在此作为参考。
工业实用性
如上所述，根据本发明的移动通信系统、基站设备及移动通信系统的频率分配方法可以在提高OFDMA无线通信中的频率利用效率和吞吐量的同时，实现适当的频率分配。因此，该移动通信系统、基站设备及移动通信系统的频率分配方法在如移动通信之类的无线通信中十分有利。
机译： 移动通信系统，基站设备和移动通信系统的频率分配方法
机译： 移动通信系统，基站设备和移动通信系统的频率分配方法
机译： 移动通信系统的频率分配方式，基站设备和移动通信系统
