知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024119384
(43)【公開日】2024-09-03
(54)【発明の名称】無線伝送方法
(51)【国際特許分類】
H04J 99/00 20090101AFI20240827BHJP
H04B 7/06 20060101ALI20240827BHJP
H04W 48/08 20090101ALI20240827BHJP
H04W 72/1268 20230101ALI20240827BHJP
H04W 72/20 20230101ALI20240827BHJP
【ＦＩ】
H04J99/00 100
H04B7/06 670
H04W48/08
H04W72/1268
H04W72/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023026248
(22)【出願日】2023-02-22
(71)【出願人】
【識別番号】301022471
【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構
(74)【代理人】
【識別番号】100120868
【弁理士】
【氏名又は名称】安彦 元
(72)【発明者】
【氏名】森山 雅文
(72)【発明者】
【氏名】山添 正裕
(72)【発明者】
【氏名】松田 隆志
(72)【発明者】
【氏名】松村 武
【テーマコード（参考）】
5K067
【Ｆターム（参考）】
5K067AA23
5K067DD34
5K067EE02
5K067EE10
5K067JJ22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】逐次干渉除去（ＳＩＣ）技術を利用して移動によるフェージングに起因して受信電力の変動を抑圧する無線伝送方法を提供する。
【解決手段】複数の無線端末からの送信データを共通の基地局で受信する無線伝送方法では、無線端末が、基地局に対してグラントフリー（ＧＦ）伝送の開始要求を行い、ＧＦを要求した無線端末の性能、送信するデータ量、送信頻度及び最新の無線伝搬路情報を基地局に伝送する。基地局が、端末状態通知、ＧＦ用のリソース（ＰＲＢ）使用状況及び他の無線端末の状態を把握して、端末状態通知を伝送した無線端末に対してＧＦ伝送を許可するか決定し、通知された端末状態に基づいてＧＦ伝送を許可するとき、前記決定されたＰＲＢや基地局受信電力等の無線端末のＧＦ伝送に必要な情報を伝送する。ＧＦ構成通知情報を受けた無線端末は、ＧＦ構成通知情報と受信電力の測定を行った測定結果の信号を送信する際の送信電力を計算する。
【選択図】図４
【解決手段】複数の無線端末からの送信データを共通の基地局で受信する無線伝送方法では、無線端末が、基地局に対してグラントフリー（ＧＦ）伝送の開始要求を行い、ＧＦを要求した無線端末の性能、送信するデータ量、送信頻度及び最新の無線伝搬路情報を基地局に伝送する。基地局が、端末状態通知、ＧＦ用のリソース（ＰＲＢ）使用状況及び他の無線端末の状態を把握して、端末状態通知を伝送した無線端末に対してＧＦ伝送を許可するか決定し、通知された端末状態に基づいてＧＦ伝送を許可するとき、前記決定されたＰＲＢや基地局受信電力等の無線端末のＧＦ伝送に必要な情報を伝送する。ＧＦ構成通知情報を受けた無線端末は、ＧＦ構成通知情報と受信電力の測定を行った測定結果の信号を送信する際の送信電力を計算する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の無線端末からの送信データを共通の基地局で受信する無線伝送方法であって、
前記複数の無線端末において前記基地局に対してグラントフリー（ＧＦ）伝送の開始要求を示すＧＦ要求を行うＧＦ要求ステップと、
前記複数の無線端末において前記ＧＦ要求ステップによりＧＦ要求をした無線端末の性能、送信するデータ量、送信頻度、及び最新の無線伝搬路情報を前記基地局に伝送する端末状態通知ステップと、
前記基地局において端末状態通知、ＧＦ用のリソース（ＰＲＢ）使用状況及び他無線端末の状態を把握して前記ＧＦ要求ステップで端末状態通知を伝送した無線端末に対してＧＦ伝送を許可するか決定するリソース割り当て決定ステップと、
前記基地局において前記端末状態通知ステップにより通知された端末状態に基づいてＧＦ伝送許可又はＧＦ伝送不許可を通知する通知ステップと、
前記通知ステップにより基地局においてＧＦ伝送を許可するとき、前記リソース割り当て決定ステップで決定されたＰＲＢ、基地局受信電力Ｐd、端末固有のＤＭＲＳ、及び基地局送信電力ＰBSからなる無線端末のＧＦ伝送に必要な情報を伝送するＧＦ構成通知ステップと、
前記複数の無線端末において前記ＧＦ構成通知ステップによりＧＦ構成通知情報を受けた無線端末が、前記ＧＦ構成通知情報と受信電力Ｐrの測定を行った測定結果の信号を送信する際の送信電力ＰTPCを計算する送信電力決定ステップと、
を少なくとも備えること、
を特徴とした無線伝送方法。
前記複数の無線端末において前記基地局に対してグラントフリー（ＧＦ）伝送の開始要求を示すＧＦ要求を行うＧＦ要求ステップと、
前記複数の無線端末において前記ＧＦ要求ステップによりＧＦ要求をした無線端末の性能、送信するデータ量、送信頻度、及び最新の無線伝搬路情報を前記基地局に伝送する端末状態通知ステップと、
前記基地局において端末状態通知、ＧＦ用のリソース（ＰＲＢ）使用状況及び他無線端末の状態を把握して前記ＧＦ要求ステップで端末状態通知を伝送した無線端末に対してＧＦ伝送を許可するか決定するリソース割り当て決定ステップと、
前記基地局において前記端末状態通知ステップにより通知された端末状態に基づいてＧＦ伝送許可又はＧＦ伝送不許可を通知する通知ステップと、
前記通知ステップにより基地局においてＧＦ伝送を許可するとき、前記リソース割り当て決定ステップで決定されたＰＲＢ、基地局受信電力Ｐd、端末固有のＤＭＲＳ、及び基地局送信電力ＰBSからなる無線端末のＧＦ伝送に必要な情報を伝送するＧＦ構成通知ステップと、
前記複数の無線端末において前記ＧＦ構成通知ステップによりＧＦ構成通知情報を受けた無線端末が、前記ＧＦ構成通知情報と受信電力Ｐrの測定を行った測定結果の信号を送信する際の送信電力ＰTPCを計算する送信電力決定ステップと、
を少なくとも備えること、
を特徴とした無線伝送方法。
【請求項2】
更に前記複数の無線端末から基地局に対して、送信すべきペイロードを符号化、変調を行って物理上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）を生成し、生成したＰＵＳＣＨを送信ダイバーシチ（ＣＤＤ）を利用して送信するデータ送信ステップを備えること、
を特徴とした請求項１記載の無線伝送方法。
を特徴とした請求項１記載の無線伝送方法。
【請求項3】
更に前記基地局において、複数端末が同一のＰＲＢにデータを送信したとき、重畳信号を逐次干渉除去（ＳＩＣ）を使って分離する信号分離ステップを備えること、
を特徴とした請求項１又は２記載の無線伝送方法。
を特徴とした請求項１又は２記載の無線伝送方法。
【請求項4】
更に前記複数の無線端末において、これ以上送信すべきペイロードが発生しないと判断したとき、前記基地局に対してＧＦを終了することを通知するＧＦ終了ステップを備えること、
を特徴とした請求項１記載の無線伝送方法。
を特徴とした請求項１記載の無線伝送方法。
【請求項5】
更に前記複数の無線端末において、前記無線伝搬路情報が閾値以上に大きく変動したとき、前記基地局に対してＧＦ伝送の再設定要求を送信する再設定要求ステップを備えること、
を特徴とした請求項１記載の無線伝送方法。
を特徴とした請求項１記載の無線伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の無線端末からの送信データを共通の基地局で受信する無線伝送方法に関し、特に５Ｇからbeyond５Ｇに向けて多数接続かつ低遅延が可能なＮＯＭＡ通信方式の高品質化を実現するのに好適な無線伝送方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
無線端末の急増が予測され、５ＧのｍＭＴＣで規定される無線端末の密度は１００万台／ｋｍ2であり、６Ｇにおいては１０００万台／ｋｍ2になると予測されている。また、低遅延化に向けての技術開発も進められており、ＵＲＬＬＣでは遅延を１ｍｓ以内にするよう定められており６Ｇでは更なる低遅延化が求められる。
【0003】
＜５Ｇからbeyond５Ｇへ＞
第５世代移動通信システム（５Ｇ）の普及が進んでいる。５ＧではｅＭＢＢ（Enhanced Mobile Broadband）、ＵＲＬＬＣ（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）及びｍＭＴＣ（Massive Machine Type Communications）が定義されており、ユースケースに応じて高品質な無線通信環境がユーザに提供されている。ＩｏＴ（Internet of Things）通信においては低遅延通信又は多数接続が求められる。この場合、ユースケースに応じた通信技術として上記のＵＲＬＬＣ又はｍＭＴＣが適用される。しかし、現在の５Ｇのシステムでは、低遅延と多数接続の両方を同時に実現するところまでは求められていない。更なる通信品質の進化が求められるbeyond５Ｇでは、多くの無線機器でのミッションクリティカルな通信が求められるようになると、低遅延と多数接続の両方が同時に必要になることが予想される。例えば、高密度に配置された工場機械の制御通信や混雑した都市での安全運行システム用の通信などの対応が必要である。そこで、本発明者らは、低遅延と大容量接続の両立を実現するシステムについて検討した。
第５世代移動通信システム（５Ｇ）の普及が進んでいる。５ＧではｅＭＢＢ（Enhanced Mobile Broadband）、ＵＲＬＬＣ（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）及びｍＭＴＣ（Massive Machine Type Communications）が定義されており、ユースケースに応じて高品質な無線通信環境がユーザに提供されている。ＩｏＴ（Internet of Things）通信においては低遅延通信又は多数接続が求められる。この場合、ユースケースに応じた通信技術として上記のＵＲＬＬＣ又はｍＭＴＣが適用される。しかし、現在の５Ｇのシステムでは、低遅延と多数接続の両方を同時に実現するところまでは求められていない。更なる通信品質の進化が求められるbeyond５Ｇでは、多くの無線機器でのミッションクリティカルな通信が求められるようになると、低遅延と多数接続の両方が同時に必要になることが予想される。例えば、高密度に配置された工場機械の制御通信や混雑した都市での安全運行システム用の通信などの対応が必要である。そこで、本発明者らは、低遅延と大容量接続の両立を実現するシステムについて検討した。
【0004】
＜低遅延と多数接続を両立させる方式＞
＜低遅延とＣＧ方式＞
低遅延のためには、ＵＲＬＬＣには割り込み（Preemption）等の技術が組み込まれている。しかし、本発明者らはランダムアクセス手順が最も低遅延の実現を阻害するボトルネックと考える。ランダムアクセス手順は端末局ＵＥ（user equipment）が送信許可であるグラントを得るためネゴシエーションである。これが数ｍｓの時間が必要であり低遅延化を妨げている。そこで本発明者らＣＧ（Configured Grant）により設定されたセミパーシステントスケジューリング（Semi Persistent Scheduling：ＳＰＳ）又はＧＦ（Grant Free）の活用を検討した。事前にＵＥにグラントを与えることにより、ＵＥが送信毎にグラントを取得する必要がないため、低遅延の実現を達成することができる。
＜低遅延とＣＧ方式＞
低遅延のためには、ＵＲＬＬＣには割り込み（Preemption）等の技術が組み込まれている。しかし、本発明者らはランダムアクセス手順が最も低遅延の実現を阻害するボトルネックと考える。ランダムアクセス手順は端末局ＵＥ（user equipment）が送信許可であるグラントを得るためネゴシエーションである。これが数ｍｓの時間が必要であり低遅延化を妨げている。そこで本発明者らＣＧ（Configured Grant）により設定されたセミパーシステントスケジューリング（Semi Persistent Scheduling：ＳＰＳ）又はＧＦ（Grant Free）の活用を検討した。事前にＵＥにグラントを与えることにより、ＵＥが送信毎にグラントを取得する必要がないため、低遅延の実現を達成することができる。
【0005】
＜多数接続とＮＯＭＡ方式＞
多数接続のためには、周波数利用効率をさらに向上させる技術が求められる。これを実現するため、近年、filtered-ＯＦＤＭ[4]などの技術が提案されている。それらの技術の中で、非直交多元接続（non-orthogonal multiple access：ＮＯＭＡ）は周波数利用効率の向上を実現する有力な技術の一つである。ＮＯＭＡは無線資源であるＰＲＢ（physical resource block）を他のＵＥと共有する方式である。ＮＯＭＡ方式の中にも様々な方式が提案されているが、電力領域（power domain：ＰＤ）において多重する電力領域ＮＯＭＡ（ＰＤ－ＮＯＭＡ）は、既存の５ＧＮＲの仕様へのインパクトが小さく、５Ｇへの導入の障壁が小さいＮＯＭＡ方式である。ＰＤ－ＮＯＭＡにおける信号復調方式（干渉の除去）には、逐次干渉除去（successive interference cancellation：ＳＩＣ）がよく利用される。ＳＩＣは重畳された受信信号から最も受信電力が強い信号を復調して、そのレプリカ信号を生成して重畳信号から差し引いていく方式である。本発明でもＰＤ－ＮＯＭＡにＳＩＣを適用することを検討した。
多数接続のためには、周波数利用効率をさらに向上させる技術が求められる。これを実現するため、近年、filtered-ＯＦＤＭ[4]などの技術が提案されている。それらの技術の中で、非直交多元接続（non-orthogonal multiple access：ＮＯＭＡ）は周波数利用効率の向上を実現する有力な技術の一つである。ＮＯＭＡは無線資源であるＰＲＢ（physical resource block）を他のＵＥと共有する方式である。ＮＯＭＡ方式の中にも様々な方式が提案されているが、電力領域（power domain：ＰＤ）において多重する電力領域ＮＯＭＡ（ＰＤ－ＮＯＭＡ）は、既存の５ＧＮＲの仕様へのインパクトが小さく、５Ｇへの導入の障壁が小さいＮＯＭＡ方式である。ＰＤ－ＮＯＭＡにおける信号復調方式（干渉の除去）には、逐次干渉除去（successive interference cancellation：ＳＩＣ）がよく利用される。ＳＩＣは重畳された受信信号から最も受信電力が強い信号を復調して、そのレプリカ信号を生成して重畳信号から差し引いていく方式である。本発明でもＰＤ－ＮＯＭＡにＳＩＣを適用することを検討した。
【0006】
＜ＣＧとＮＯＭＡの組み合わせ＞
本発明ではＣＧにＮＯＭＡを組み合わせて、低遅延と多数接続を実現させる方策を検討した。従来のＣＧでは複数のＵＥに同じＰＲＢが割り当てられないが、本方式では複数のＵＥに同一のＰＲＢを割り当てる。ＵＥは送信毎にグラントを取得しないので、ＰＲＢが複数端末で共有されると、基地局において信号が衝突してしまうおそれがある。本方式ではＰＤ－ＮＯＭＡ伝送を予め想定しておりこれを許容することができる。基地局に干渉対策を予め備えて、衝突して重畳信号になった場合にそれを分離できるようにしておけば、基地局はそれぞれのＵＥの信号を取り出すことが可能である。このようにＣＧにより低遅延を実現しつつ、信号が衝突した場合でもＳＩＣにより信号を分離することにより多数接続を実現させる。
本発明ではＣＧにＮＯＭＡを組み合わせて、低遅延と多数接続を実現させる方策を検討した。従来のＣＧでは複数のＵＥに同じＰＲＢが割り当てられないが、本方式では複数のＵＥに同一のＰＲＢを割り当てる。ＵＥは送信毎にグラントを取得しないので、ＰＲＢが複数端末で共有されると、基地局において信号が衝突してしまうおそれがある。本方式ではＰＤ－ＮＯＭＡ伝送を予め想定しておりこれを許容することができる。基地局に干渉対策を予め備えて、衝突して重畳信号になった場合にそれを分離できるようにしておけば、基地局はそれぞれのＵＥの信号を取り出すことが可能である。このようにＣＧにより低遅延を実現しつつ、信号が衝突した場合でもＳＩＣにより信号を分離することにより多数接続を実現させる。
【0007】
＜ＳＩＣを利用するＮＯＭＡのための電力制御とフェージングの問題＞
ＳＩＣを利用するＮＯＭＡの場合、各ＵＥが信号を送信しそれが基地局へ受信されるとき、その受信信号の電力は基地局で指示した値に調整されている必要がある。ＳＩＣで信号を分離するためには、各ＵＥから到来する信号に受信電力差を設定されている必要があるからである。ＵＥの送信電力は送信電力制御（transmit power control：ＴＰＣ）により調整される。基地局が各ＵＥへ行う受信電力の値の指示はＣＧの設定時に行われる。ただし、ＣＧの仕組みの制約上、ＵＥが基地局とのネゴシエーションなしで信号を送信するため、基地局が端末局の送信電力を細かく制御することは難しい。この理由から、ＴＰＣはクローズドループのＴＰＣではなくオープンループのＴＰＣが採用される。オープンループＴＰＣを用いても、複信方式が時分割複信（time division duplex：ＴＤＤ）の場合、基地局からのダウンリンク（ＤＬ）信号の受信電力を測定することによって、基地局が指示した規定受信電力になるように送信電力が調整できる。
ＳＩＣを利用するＮＯＭＡの場合、各ＵＥが信号を送信しそれが基地局へ受信されるとき、その受信信号の電力は基地局で指示した値に調整されている必要がある。ＳＩＣで信号を分離するためには、各ＵＥから到来する信号に受信電力差を設定されている必要があるからである。ＵＥの送信電力は送信電力制御（transmit power control：ＴＰＣ）により調整される。基地局が各ＵＥへ行う受信電力の値の指示はＣＧの設定時に行われる。ただし、ＣＧの仕組みの制約上、ＵＥが基地局とのネゴシエーションなしで信号を送信するため、基地局が端末局の送信電力を細かく制御することは難しい。この理由から、ＴＰＣはクローズドループのＴＰＣではなくオープンループのＴＰＣが採用される。オープンループＴＰＣを用いても、複信方式が時分割複信（time division duplex：ＴＤＤ）の場合、基地局からのダウンリンク（ＤＬ）信号の受信電力を測定することによって、基地局が指示した規定受信電力になるように送信電力が調整できる。
【0008】
しかし、瞬時値（フェージング）変動が速い場合、瞬時値変動の影響を受けてオープンループＴＰＣを用いても規定の電力を保つのが難しくなる。この瞬時値変動（フェージング）の問題例を図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示し、フェージング環境とＳＩＣの課題を図９（ａ）（ｂ）に示す。図８（ａ）は基地局とＩｏＴ端末１，２，３との間でＡ、Ｂ、Ｃの位置で通信しているとき、矢印方向にＩｏＴ端末が移動したときの状態を示している。ＩｏＴ端末１は車、ＩｏＴ端末２はスマートウォッチ、ＩｏＴ端末３はドローンを表している。図８（ｂ）ＩｏＴ端末１は基地局から離れるので、位置に対する受信電力は小さい。ＩｏＴ端末２、３は移動により位置が近づくので、受信電力はほぼ等しい。図８（ｃ）はＴＰＣの初期設定を行っても半波長λ／２（λ＝１０ｃｍ＠３ＧＨｚ）の移動で受信電力が３０ｄＢ程度劇的に変化することを示している。図９（ａ）はＩｏＴ端末１、４、５がＡ、Ｂ、Ｅの位置でフェージング環境下において通信を行っていたとき、位置ＡとＢとが近いので受信電力に電力差がなく、ＳＩＣは失敗することを示している。図９（ｂ）はレイリーフェージングの電力変動の確立分布を表している。縦軸は確率分布密度を示し、横軸は受信電力を表している。図９（ｂ）から受信電力の変動によって確率分布密度が変化することを示す。このように、フェージングにより短い時間で受信電力が大きく変動することは問題である。これに対応するため、将来のフェージングを予測する方法もあるが、ＵＥに大きな計算負荷が課せられれる。変動量を抑えるため、基地局の受信ダイバーシチを備えるという方法もある。しかしながら、多数接続を達成したいという目標から複数の受信アンテナは、ダイバーシチというよりも、ＭＩＭＯ技術である空間分割多重（space division multiplexing：ＳＤＭ）によりＵＥ接続台数の増加に利用されることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０１９－１４６１１５号公報
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】M.MORIYAMA, K TAKIZAWA, M. Oodo, H. Tezuka, and F. Kojima,"Experimental Evaluation of a Novel Up-Link NOMA System for IoT Communication Equipping Repetition Transmission and Receive Diversity,"IEICE Tranzactions on Comminications, VOL.E102-B, NO.8 AUGUST 2019.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上記特許文献１では、非直交多元接続（ＮＯＭＡ）、グラントフリー（ＧＦ）、逐次干渉除去（ＳＩＣ）技術を利用し、端末から送信信号と連送信号を基地局に送信し、複数端末から送信された同時接続数の増大と低遅延の両方の信号に衝突が発生しても、通信品質を担保し、高い信頼性を持つ共用方式の通信を行う技術が開示されているが、フェージング問題に対しては考慮されていなかった。
上記非特許文献１では、上記特許文献１をベースとしたシステムの実環境における評価を開示したもので、通信性能を向上させるための連送と受信ダイバーシチを採用しているが、同様にフェージング問題に対しては考慮されていなかった。
前記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的とするところは、ＳＩＣを利用する非直交多元接続システムにおいて、移動によるフェージングに起因して受信電力の変動を抑圧することが可能な無線伝送方法を提供することにある。
上記非特許文献１では、上記特許文献１をベースとしたシステムの実環境における評価を開示したもので、通信性能を向上させるための連送と受信ダイバーシチを採用しているが、同様にフェージング問題に対しては考慮されていなかった。
前記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的とするところは、ＳＩＣを利用する非直交多元接続システムにおいて、移動によるフェージングに起因して受信電力の変動を抑圧することが可能な無線伝送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、上述した問題点を解決するために、ＴＰＣを低遅延及び低計算量で動作させるためには、根本の原因である移動によるフェージング変動を抑圧できればよい。これが可能であれば、一度送信電力を設定すれば、移動によるＴＰＣ設定の修正が不要となることから、端末局基地局間のネゴシエーション又はフェージング変動の予測が不要となる。本発明ではフェージングによる受信電力変動を抑圧するため、各端末局に複数の送信アンテナを設けさせて、各アンテナから送信される信号に対して巡回シフトを施して送信させる方式を提案する。これにより、基地局においては、各送信アンテナからの複数パスの信号が合成されて周波数軸信号において平均化されることによりフェージングによる受信電力の変動を抑圧することが可能となる。
【0013】
第１発明に係る無線伝送方法は、複数の無線端末からの送信データを共通の基地局で受信する無線伝送方法であって、前記複数の無線端末において前記基地局に対してグラントフリー（ＧＦ）伝送の開始要求を示すＧＦ要求を行うＧＦ要求ステップと、前記複数の無線端末において前記ＧＦ要求ステップによりＧＦ要求をした無線端末の性能、送信するデータ量、送信頻度、及び最新の無線伝搬路情報を前記基地局に伝送する端末状態通知ステップと、前記基地局において端末状態通知、ＧＦ用のリソース（ＰＲＢ）使用状況及び他無線端末の状態を把握して前記ＧＦ要求ステップで端末状態通知を伝送した無線端末に対してＧＦ伝送を許可するか決定するリソース割り当て決定ステップと、前記基地局において前記端末状態通知ステップにより通知された端末状態に基づいてＧＦ伝送許可又はＧＦ伝送不許可を通知する通知ステップと、前記通知ステップにより基地局においてＧＦ伝送を許可するとき、前記リソース割り当て決定ステップで決定されたＰＲＢ、基地局受信電力Ｐd、端末固有のＤＭＲＳ、及び基地局送信電力ＰBSからなる無線端末のＧＦ伝送に必要な情報を伝送するＧＦ構成通知ステップと、前記複数の無線端末において前記ＧＦ構成通知ステップによりＧＦ構成通知情報を受けた無線端末が、前記ＧＦ構成通知情報と受信電力Ｐrの測定を行った測定結果の信号を送信する際の送信電力ＰTPCを計算する送信電力決定ステップと、を少なくとも備えること、を特徴とした。
【0014】
第２発明に係る無線伝送方法は、第１発明において、更に前記複数の無線端末から基地局に対して、送信すべきペイロードを符号化、変調等を行って物理上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）を生成し、生成したＰＵＳＣＨを送信ダイバーシチ（ＣＤＤ）を利用して送信するデータ送信ステップを備えること、を特徴とした。
【0015】
第３発明に係る無線伝送方法は、第１発明又は第２発明において、更に前記基地局において、複数端末が同一のＰＲＢにデータを送信したとき、重畳信号を逐次干渉除去（ＳＩＣ）を使って分離する信号分離ステップを備えること、を特徴とした。
【0016】
第４発明に係る無線伝送方法は、第１発明において、更に前記複数の無線端末において、これ以上送信すべきペイロードが発生しないと判断したとき、前記基地局に対してＧＦを終了することを通知するＧＦ終了ステップを備えること、を特徴とした。
【0017】
第５発明に係る無線伝送方法は、第１発明において、更に前記複数の無線端末において、前記無線伝搬路情報が閾値以上に大きく変動したとき、前記基地局に対してＧＦ伝送の再設定要求を送信する再設定要求ステップを備えること、を特徴とした。
【発明の効果】
【0018】
端末局の各送信アンテナに施された巡回シフトは受信信号では遅延となるため、基地局では合成信号は周波数選択性フェージングを受けた信号となる。この信号は、周波数領域上から見れば、受信電力をランダム化されていると言えることから、平均すれば受信電力の変動を抑圧できていることになる。これより、一度ＴＰＣを設定すれば端末が移動してもＳＩＣに必要な電力差を確保し続けることが可能となる。但し、長距離変動やシャドウイングが変化した場合はＴＰＣの再設定が必要である。当該発明の適用により干渉信号以外の熱雑音を無視できる条件では送信アンテナ数とＴＰＣの初期設定電力値を調整することでブロック誤り率（ＢＬＥＲ）を任意の値まで低減することが可能である。ＢＬＥＲ＝１×１０－３を目標のＢＬＥＲとすればＳＩＣに必要な電力差の初期設定を約３ｄＢ低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図7】図７（ａ）は計算機シミュレーションおけるレイリーフェージング環境を示す図である。図７（ｂ）は図７（ａ）のレイリーフェージング環境おける送信電力と位置との関係を示す図である。図７（ｃ）は送信アンテナの本数を変更したときの３台ＮＯＭＡ特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に本発明を適用した無線伝送方法の実施形態について、ブロック図を用いて詳細に説明する。なお、ブロック図における符号については、同様の機能をもったブロック図には、特別の事情がない限り、同じ符号を用いるものとする。
【0021】
＜本発明の原理的な説明＞
＜送信ダイバーシチ＞
瞬時値変動による受信電力の変動を抑え、ＳＩＣを正常に動作させるため、本発明では送信ダイバーシチの適用を提案する。送信信号を複数のアンテナで送信する方式である。もちろん、受信ダイバーシチと同様に、送信ダイバーシチのアンテナ増加は送信データ量の増加のためにも使える。しかし、本発明のシステムはＩｏＴの小データ伝送を想定しているので、データ量の増加ではなくダイバーシチとして使うのが効果的と考える。つまりアンテナ数の増加は信頼性の確保に使う。誤り訂正符号の符号化率を低下させてＳＤＭを用いて増加した伝送シンボルを伝送する方式も考えられるが、ダイバーシチではなく空間分割多重を用いて伝送シンボルを増やすことは基地局の信号処理が大きくなりすぎる恐れがある。
送信ダイバーシチは複数本の送信アンテナを設けることにより、受信電力を一定値に抑えることにより、ＳＩＣに必要な受信電力差を保ち、ＳＩＣを安定して動作させるために利用する。本発明では、受信側は既存のままの受信処理で利用でき、かつ、アンテナ数の数に制限がないcyclic delay diversity（ＣＤＤ）を利用する。ＩｏＴ端末は送信データが少なく狭帯域通信になるため、周波数ダイバーシチ効果が得られにくいため、強制的に周波数ダイバーシチ効果を作り出すＣＤＤは有効な送信ダイバーシチ方式であると考える。
＜送信ダイバーシチ＞
瞬時値変動による受信電力の変動を抑え、ＳＩＣを正常に動作させるため、本発明では送信ダイバーシチの適用を提案する。送信信号を複数のアンテナで送信する方式である。もちろん、受信ダイバーシチと同様に、送信ダイバーシチのアンテナ増加は送信データ量の増加のためにも使える。しかし、本発明のシステムはＩｏＴの小データ伝送を想定しているので、データ量の増加ではなくダイバーシチとして使うのが効果的と考える。つまりアンテナ数の増加は信頼性の確保に使う。誤り訂正符号の符号化率を低下させてＳＤＭを用いて増加した伝送シンボルを伝送する方式も考えられるが、ダイバーシチではなく空間分割多重を用いて伝送シンボルを増やすことは基地局の信号処理が大きくなりすぎる恐れがある。
送信ダイバーシチは複数本の送信アンテナを設けることにより、受信電力を一定値に抑えることにより、ＳＩＣに必要な受信電力差を保ち、ＳＩＣを安定して動作させるために利用する。本発明では、受信側は既存のままの受信処理で利用でき、かつ、アンテナ数の数に制限がないcyclic delay diversity（ＣＤＤ）を利用する。ＩｏＴ端末は送信データが少なく狭帯域通信になるため、周波数ダイバーシチ効果が得られにくいため、強制的に周波数ダイバーシチ効果を作り出すＣＤＤは有効な送信ダイバーシチ方式であると考える。
【0022】
＜ＣＴＭＡ及び本発明の構成＞
以上をまとめると本システムはＩｏＴ通信のために多数接続と低遅延を実現するものである。多数接続にはＮＯＭＡ、低遅延にはＧＦを適用している。ＳＩＣを用いるＮＯＭＡにおいて、信号分離には受信電力差が必要であることからＴＰＣを採用して端末は送信電力を調整する必要がある。しかしながら、ＧＦで利用される開ループではフェージングの対策が充分でない。そこで、今回、受信電力の安定のためＣＤＤの送信ダイバーシチを適用するＮＯＭＡシステムを検討した。本発明者らはこれをＣＴＭＡ（Cyclic shift Transmit diversity Multiple Access）と名付けた。ＣＴＭＡとは、低遅延と多数接続を実現させる送信ＳＤを利用する非直交多元接続通信方式のことを意味し、本明細書では、無線伝送方法又は無線伝送システムとＣＴＭＡを併存して使用する。
以下、本実施形態について説明する。
以上をまとめると本システムはＩｏＴ通信のために多数接続と低遅延を実現するものである。多数接続にはＮＯＭＡ、低遅延にはＧＦを適用している。ＳＩＣを用いるＮＯＭＡにおいて、信号分離には受信電力差が必要であることからＴＰＣを採用して端末は送信電力を調整する必要がある。しかしながら、ＧＦで利用される開ループではフェージングの対策が充分でない。そこで、今回、受信電力の安定のためＣＤＤの送信ダイバーシチを適用するＮＯＭＡシステムを検討した。本発明者らはこれをＣＴＭＡ（Cyclic shift Transmit diversity Multiple Access）と名付けた。ＣＴＭＡとは、低遅延と多数接続を実現させる送信ＳＤを利用する非直交多元接続通信方式のことを意味し、本明細書では、無線伝送方法又は無線伝送システムとＣＴＭＡを併存して使用する。
以下、本実施形態について説明する。
【0023】
＜本実施形態＞
＜ＣＴＭＡのシステム構成＞
本実施形態の無線伝送方法であるＣＴＭＡについて、ＧＦを獲得するための初期アクセスやその他の必要な手続きについて概要を説明した後、ＵＥ及びｇＮＢの物理層の信号処理について説明する。
＜ＣＴＭＡのシステム構成＞
本実施形態の無線伝送方法であるＣＴＭＡについて、ＧＦを獲得するための初期アクセスやその他の必要な手続きについて概要を説明した後、ＵＥ及びｇＮＢの物理層の信号処理について説明する。
【0024】
＜ＣＧのための信号処理＞
本発明ではＵＥが電源投入後の端末登録等の処理は終わっていることを想定している。無線端末の状態はRRC Connected及びConnected Inactiveになっているとする。図１にＣＧへの移行の概念図を示す。以下、図１によりＣＧへの移行について説明する。
まず、低遅延通信を必要とする端末（ＵＥ）はＧＦ状態となるため、図１のように基地局に対してＧＦ要求を行う。基地局（ＢＳ）はＧＦを許可する場合、ＧＦ用のＰＲＢを端末（ＵＥ）に与えるが、このＰＲＢは多数接続のために他のＵＥと共有させても良い。ただし、ＤＭＲＳは直交させるように設定する。また、基地局は端末から得られる伝搬路情報（channel state information：ＣＳＩ）を用いて、自局の送信電力を報知するとともに端末からの信号の受信電力を指定する。何台の端末を重畳させるか、受信電力の差はいくらにするか等については別に検討すべき問題としている。基地局は指定するＰＲＢは自由に設定できるが、時間軸的に連続させるようにするの設定するのが低遅延の観点から望ましい。
本発明ではＵＥが電源投入後の端末登録等の処理は終わっていることを想定している。無線端末の状態はRRC Connected及びConnected Inactiveになっているとする。図１にＣＧへの移行の概念図を示す。以下、図１によりＣＧへの移行について説明する。
まず、低遅延通信を必要とする端末（ＵＥ）はＧＦ状態となるため、図１のように基地局に対してＧＦ要求を行う。基地局（ＢＳ）はＧＦを許可する場合、ＧＦ用のＰＲＢを端末（ＵＥ）に与えるが、このＰＲＢは多数接続のために他のＵＥと共有させても良い。ただし、ＤＭＲＳは直交させるように設定する。また、基地局は端末から得られる伝搬路情報（channel state information：ＣＳＩ）を用いて、自局の送信電力を報知するとともに端末からの信号の受信電力を指定する。何台の端末を重畳させるか、受信電力の差はいくらにするか等については別に検討すべき問題としている。基地局は指定するＰＲＢは自由に設定できるが、時間軸的に連続させるようにするの設定するのが低遅延の観点から望ましい。
【0025】
ＵＥはＧＦが許可されたら、送信すべきペイロードが発生次第、その指定されたＰＲＢに信号を送信する。この送信ではＮＯＭＡ伝送になるか単一伝送になるかは他端末次第である。ＵＥのオープンループＴＰＣは、ＤＬの受信電力を測定してＢＳの送信電力から伝搬損失を計算して、指定された受信電力になるように送信電力を調整して送信する。ここで、送信ダイバーシチのおかげで、受信電力の瞬時値変動（フェージング）は抑圧できる。なお、シャドーイングや超区間変動が変化したとＵＥが判断した場合は、ＮＯＭＡの設定をやり直すため、ＢＳに対して今のＧＦ設定を破棄して新規のＧＦ設定の要求を出す。
【0026】
＜無線端末（ＵＥ）：構成＞
図２は、実施形態の無線端末の物理層の信号処理システム構成図である。図２では、送信データ処理の主要構成を示し、受信データの処理の構成については、図示を省略している。
本実施形態の無線端末の送信部は、図２に示すように、ＣＲＣ部１１と、ＦＥＣ符号部１２と、レートマッチング部１３と、変調部１４と、ＩＦＦＴ部１５と、ＣＰ付加部１６と、ＴＰＣ部１７と、アンテナ１８（アンテナ（１））と、サイクリックシフト部１９と、ＣＰ付加部２０と、ＴＰＣ部２１と、アンテナ２２（アンテナ（２））と、を有する。
図２は、実施形態の無線端末の物理層の信号処理システム構成図である。図２では、送信データ処理の主要構成を示し、受信データの処理の構成については、図示を省略している。
本実施形態の無線端末の送信部は、図２に示すように、ＣＲＣ部１１と、ＦＥＣ符号部１２と、レートマッチング部１３と、変調部１４と、ＩＦＦＴ部１５と、ＣＰ付加部１６と、ＴＰＣ部１７と、アンテナ１８（アンテナ（１））と、サイクリックシフト部１９と、ＣＰ付加部２０と、ＴＰＣ部２１と、アンテナ２２（アンテナ（２））と、を有する。
【0027】
＜無線端末（ＵＥ）：構成の説明＞
ＣＲＣ部１１は、送信すべきデータに巡回冗長検査（ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check）ビットを付加し符号化を行う。
ＦＥＣ符号部１２は、ＦＥＣ（Forward Error Correction）の前方誤り訂正符号化を行う。
レートマッチング部１３は、前方誤り訂正符号に対してレートマッチングを行う。
変調部１４は、レートマッチング部１３によりレートマッチング後に変調を行い、基地局から指定されたＤＭＲＳを付加する。
ＩＦＦＴ部１５は、ＤＭＲＳが付加された変調信号に対して逆高速フーリエ変換付加後に送信ダイバーシチ（ＣＤＤ）処理を行う。
ＣＰ付加部１６は、サイクリックプレフィックス付加部でＣＰ（共通パラメータ）を挿入し、後段のＴＰＣ部１７で基地局から指定された受信電力になるように信号を増幅する。
ＴＰＣ（Transmit Power Control）部１７は、伝送パワーコントロールを行う。
アンテナ１８は、第１の送信アンテナであり（アンテナ（１））、基地局に対して送信電力を送信する。
サイクリックシフト部１９は、シフト量Ｓだけ送信タイミングをずらす巡回シフト（サイクリックシフト）を行うものである。その後に、ＣＰ付加部１６、ＴＰＣ部１７、アンテナ１８と同様に、ＣＰ付加部２０、ＴＰＣ部２１、アンテナ２２を経由してＴＰＣ部２１で送信電力制御がなされる。
ＣＰ付加部２０は、ＣＰ付加部１６と同様であるので、説明を省略する。
ＴＰＣ部２１は、ＴＰＣ部１７と同様であるので、説明を省略する。
アンテナ２２は、第２の送信アンテナであり（アンテナ（２））、基地局から指定された受電電力になるように、電力制御された送信電力が放射される。
ＣＲＣ部１１は、送信すべきデータに巡回冗長検査（ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check）ビットを付加し符号化を行う。
ＦＥＣ符号部１２は、ＦＥＣ（Forward Error Correction）の前方誤り訂正符号化を行う。
レートマッチング部１３は、前方誤り訂正符号に対してレートマッチングを行う。
変調部１４は、レートマッチング部１３によりレートマッチング後に変調を行い、基地局から指定されたＤＭＲＳを付加する。
ＩＦＦＴ部１５は、ＤＭＲＳが付加された変調信号に対して逆高速フーリエ変換付加後に送信ダイバーシチ（ＣＤＤ）処理を行う。
ＣＰ付加部１６は、サイクリックプレフィックス付加部でＣＰ（共通パラメータ）を挿入し、後段のＴＰＣ部１７で基地局から指定された受信電力になるように信号を増幅する。
ＴＰＣ（Transmit Power Control）部１７は、伝送パワーコントロールを行う。
アンテナ１８は、第１の送信アンテナであり（アンテナ（１））、基地局に対して送信電力を送信する。
サイクリックシフト部１９は、シフト量Ｓだけ送信タイミングをずらす巡回シフト（サイクリックシフト）を行うものである。その後に、ＣＰ付加部１６、ＴＰＣ部１７、アンテナ１８と同様に、ＣＰ付加部２０、ＴＰＣ部２１、アンテナ２２を経由してＴＰＣ部２１で送信電力制御がなされる。
ＣＰ付加部２０は、ＣＰ付加部１６と同様であるので、説明を省略する。
ＴＰＣ部２１は、ＴＰＣ部１７と同様であるので、説明を省略する。
アンテナ２２は、第２の送信アンテナであり（アンテナ（２））、基地局から指定された受電電力になるように、電力制御された送信電力が放射される。
【0028】
図２にＵＥの物理層の信号処理を示す。ここでは、ＧＦの設定は完了しているものとする。信号処理はＩＦＦＴ部１５までは５ＧＮＲの処理と同じである。送信すべきデータが発生したＵＥはそのデータにＣＲＣビットを付加して符号化する。この動作はデータが得られたらすぐに行う。レートマッチング後に変調を行い、基地局から指定されたＤＭＲＳを付加後にＩＦＦＴを実施して送信ダイバーシチ処理を行う。そして、最後にＴＰＣで基地局から指定された受信電力になるように信号を増幅する。
図２には送信アンテナが２本の場合である。ＣＤＤは送信信号をサイクリックシフトするものである。サイクリックシフト量Ｓを変えることでアンテナの制限数はない。サイクリックシフトすることで時間軸ではシンボル間干渉、周波数軸では周波数選択制フェージングとなり、周波数ダイバーシチ効果が得られる。送信ダイバーシチの効果に受信電力は平均受信電力に近づけることができる。
図２には送信アンテナが２本の場合である。ＣＤＤは送信信号をサイクリックシフトするものである。サイクリックシフト量Ｓを変えることでアンテナの制限数はない。サイクリックシフトすることで時間軸ではシンボル間干渉、周波数軸では周波数選択制フェージングとなり、周波数ダイバーシチ効果が得られる。送信ダイバーシチの効果に受信電力は平均受信電力に近づけることができる。
【0029】
＜基地局：構成＞
図３は、実施形態の基地局の物理層の信号処理システム構成図である。図３では、受信データ処理の主要構成を示し、送信データの処理の構成については、図示を省略している。
本実施形態の基地局は、図３に示すように、アンテナ３１と、ＣＰ除去部３２と、ＦＦＴ部３３と、加算器３４と、等化部３５と、復調部３６と、レートマッチング部３７と、ＦＥＣ復号部３８と、ＣＲＣ部３９と、ＣＲＣ部４０と、ＦＥＣ符号部４１と、レートマッチング部４２と、変調部４３と、乗算器４４と、を有する。
＜基地局（ＢＳ）：構成の説明＞
アンテナ３１は、端末１、端末２，，，，端末ｋからの送信電力を受信するアンテナである。
ＣＰ除去部３２は、ＣＰ（共通パラメータ）除去部である。
ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部３３は、高速フーリエ変換を行うためのものである。
加算器３４は、ＦＦＴ部３３の出力とＳＩＣループのチャネル周波数応答（Channel Frequency Response：ＣＦＲ）を加算する。
等化部３５は、加算器３４の出力をＣＦＲを元に等化を行う。
復調部３６は、等化部３５の出力を復調する。
レートマッチング部３７は、レートマッチングを行って誤り訂正符号を行う。
ＦＥＣ復号部３８は、ＦＥＣ復号化を行う。
ＣＲＣ部３９は、ＦＥＣ復号化データをＣＲＣ部３９でＣＲＣエラーをチェックし、ＣＲＣエラーがなければ、物理上り（アップリンク）共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）の復号が完了する。
基地局は、次の信号を復調するため、ＳＩＣループを利用する。ＳＩＣでは、ＰＵＳＣＨのペイロードを再変調する。ＣＲＣ部４０、ＦＥＣ符号部４１、レートマッチング部４２、変調部４３、乗算器４４の処理は端末（ＵＥ）と同様であるので、説明を省略する。
図３は、実施形態の基地局の物理層の信号処理システム構成図である。図３では、受信データ処理の主要構成を示し、送信データの処理の構成については、図示を省略している。
本実施形態の基地局は、図３に示すように、アンテナ３１と、ＣＰ除去部３２と、ＦＦＴ部３３と、加算器３４と、等化部３５と、復調部３６と、レートマッチング部３７と、ＦＥＣ復号部３８と、ＣＲＣ部３９と、ＣＲＣ部４０と、ＦＥＣ符号部４１と、レートマッチング部４２と、変調部４３と、乗算器４４と、を有する。
＜基地局（ＢＳ）：構成の説明＞
アンテナ３１は、端末１、端末２，，，，端末ｋからの送信電力を受信するアンテナである。
ＣＰ除去部３２は、ＣＰ（共通パラメータ）除去部である。
ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部３３は、高速フーリエ変換を行うためのものである。
加算器３４は、ＦＦＴ部３３の出力とＳＩＣループのチャネル周波数応答（Channel Frequency Response：ＣＦＲ）を加算する。
等化部３５は、加算器３４の出力をＣＦＲを元に等化を行う。
復調部３６は、等化部３５の出力を復調する。
レートマッチング部３７は、レートマッチングを行って誤り訂正符号を行う。
ＦＥＣ復号部３８は、ＦＥＣ復号化を行う。
ＣＲＣ部３９は、ＦＥＣ復号化データをＣＲＣ部３９でＣＲＣエラーをチェックし、ＣＲＣエラーがなければ、物理上り（アップリンク）共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）の復号が完了する。
基地局は、次の信号を復調するため、ＳＩＣループを利用する。ＳＩＣでは、ＰＵＳＣＨのペイロードを再変調する。ＣＲＣ部４０、ＦＥＣ符号部４１、レートマッチング部４２、変調部４３、乗算器４４の処理は端末（ＵＥ）と同様であるので、説明を省略する。
【0030】
図３に基地局の信号処理を示す。基地局の信号処理についても５ＧＮＲのｇＮＢと同じ処理[X]を行うが、ＳＩＣの処理が加わっている。基地局には複数のＵＥからの信号が到来する。受信信号は重畳信号となる。基地局ではＣＰを削除した後、ＦＦＴ後にＤＭＲＳから推定したチャンネル周波数応答（Channel Frequency Response：ＣＦＲ）を基に等化を行って復調する。その後、レートマッチングを行って誤り訂正符号を行う。この信号にＣＲＣエラーがなければＰＵＳＣＨの復号が完了する。基地局は次の信号を復調するため、ＳＩＣを利用する。ＳＩＣではＰＵＳＣＨのペイロードを再変調する。ＣＲＣを付加した信号を符号化、誤り訂正、レートマッチング後に変調を行う。この処理はＵＥと同じ処理になる。その信号にＣＦＲを乗算してＦＦＴ後の信号から引き算する。これにより２番目に強い信号を復調する。この処理を全ＵＥ復調するかＣＲＣでエラーが発生するまで実行する。
【0031】
図４は、本実施形態の無線伝送方法を示すフローチャートである。以下、本実施形態の無線伝送方法について図４を用いて説明する。
＜４０１：初期接続ステップ＞
基地局はダウンリンクにおいて、同期信号、報知情報を定期的に定められたサブフレームにて送信する。端末は同期信号を受信して基地局に同期するとともに報知情報から基地局に接続するのに必要な接続情報を得る。端末局は接続情報を利用して基地局に接続して初期接続を行う。この初期接続ステップ４０１は、既存５Ｇの動作と同様である。
＜４０１：初期接続ステップ＞
基地局はダウンリンクにおいて、同期信号、報知情報を定期的に定められたサブフレームにて送信する。端末は同期信号を受信して基地局に同期するとともに報知情報から基地局に接続するのに必要な接続情報を得る。端末局は接続情報を利用して基地局に接続して初期接続を行う。この初期接続ステップ４０１は、既存５Ｇの動作と同様である。
【0032】
＜４０２：ＧＦ要求ステップ＞
グラントフリー（ＧＦ）伝送を開始したい端末は、基地局に対してＧＦ要求を行う。このＧＦ要求ステップ４０２は、既存５Ｇの動作と同様である。
グラントフリー（ＧＦ）伝送を開始したい端末は、基地局に対してＧＦ要求を行う。このＧＦ要求ステップ４０２は、既存５Ｇの動作と同様である。
【0033】
＜４０３：端末状態通知ステップ＞
無線端末は無線端末の性能、送信するデータ量、送信頻度、最新の無線伝搬路情報等を基地局に伝送する。この端末状態通知ステップ４０３により基地局はＮＯＭＡ－ＳＩＣを実現するために必要な情報を収集することができる。
無線端末は無線端末の性能、送信するデータ量、送信頻度、最新の無線伝搬路情報等を基地局に伝送する。この端末状態通知ステップ４０３により基地局はＮＯＭＡ－ＳＩＣを実現するために必要な情報を収集することができる。
【0034】
＜４０４：リソース割り当て決定ステップ＞
基地局において端末状態通知、ＧＦ用のリソース（ＰＲＢ）使用状況及び他無線端末の状態を把握してＧＦ要求ステップ４０２で端末状態通知を伝送した無線端末に対してＧＦ伝送を許可するか決定する。この際、基地局は他端末とＰＲＢを共用させることができる。このリソース割り当て決定ステップ４０４によりＧＦ伝送時のＰＲＢの共用化を行う。また、基地局は端末状態通知を受け取ることでＳＩＣに必要な電力差を計算できる機能を有する。
基地局において端末状態通知、ＧＦ用のリソース（ＰＲＢ）使用状況及び他無線端末の状態を把握してＧＦ要求ステップ４０２で端末状態通知を伝送した無線端末に対してＧＦ伝送を許可するか決定する。この際、基地局は他端末とＰＲＢを共用させることができる。このリソース割り当て決定ステップ４０４によりＧＦ伝送時のＰＲＢの共用化を行う。また、基地局は端末状態通知を受け取ることでＳＩＣに必要な電力差を計算できる機能を有する。
【0035】
＜４０５：ＧＦ伝送許可／不許可ステップ＞
基地局において端末状態通知ステップ４０３により通知された端末状態に基づいてＧＦ伝送許可又はＧＦ伝送不許可を端末に通知する。このＧＦ伝送許可／不許可ステップ４０５は、既存５Ｇの動作と同様である。
基地局において端末状態通知ステップ４０３により通知された端末状態に基づいてＧＦ伝送許可又はＧＦ伝送不許可を端末に通知する。このＧＦ伝送許可／不許可ステップ４０５は、既存５Ｇの動作と同様である。
【0036】
＜４０６：ＧＦ構成通知ステップ＞
基地局においてＧＦを許可する場合はリソース割り当て決定ステップ４０４で決定されたＰＲＢ、基地局受信電力Ｐd、端末固有のＤＭＲＳ、基地局送信電力ＰＢＳなどの端末のＧＦ伝送に必要な情報を伝送する。このＧＦ構成通知ステップ４０６は、端末にＮＯＭＡ－ＳＩＣを実現させるための情報を伝送するため必要なステップである。
基地局においてＧＦを許可する場合はリソース割り当て決定ステップ４０４で決定されたＰＲＢ、基地局受信電力Ｐd、端末固有のＤＭＲＳ、基地局送信電力ＰＢＳなどの端末のＧＦ伝送に必要な情報を伝送する。このＧＦ構成通知ステップ４０６は、端末にＮＯＭＡ－ＳＩＣを実現させるための情報を伝送するため必要なステップである。
【0037】
＜４０７：送信電力決定ステップ＞
端末において４０６のＧＦ構成通知を受けて、その情報と受信電力Ｐrの測定を行って信号を送信する際の送信電力ＰTPCを計算する。この例を図５に示す。
図５に示すように、基地局送信電力をＰBS、伝搬損失をＰloss、基地局受信電力をＰd（ｘ）、端末の受信電力をＰrとすると、以下の関係式より端末の送信電力ＰＴＰＣを求めることができる。
伝搬損失Ｐloss＝ＰBS－Ｐr
基地局受信電力Ｐd＝ＰTPC－Ｐloss
よって、送信電力ＰTPCは、
送信電力ＰTPC＝Ｐd＋Ｐloss
により計算することができる。
この送信電力決定ステップ４０７は、ＮＯＭＡ－ＳＩＣを実現させるために必要なステップである。
端末において４０６のＧＦ構成通知を受けて、その情報と受信電力Ｐrの測定を行って信号を送信する際の送信電力ＰTPCを計算する。この例を図５に示す。
図５に示すように、基地局送信電力をＰBS、伝搬損失をＰloss、基地局受信電力をＰd（ｘ）、端末の受信電力をＰrとすると、以下の関係式より端末の送信電力ＰＴＰＣを求めることができる。
伝搬損失Ｐloss＝ＰBS－Ｐr
基地局受信電力Ｐd＝ＰTPC－Ｐloss
よって、送信電力ＰTPCは、
送信電力ＰTPC＝Ｐd＋Ｐloss
により計算することができる。
この送信電力決定ステップ４０７は、ＮＯＭＡ－ＳＩＣを実現させるために必要なステップである。
【0038】
＜４０８：送信ダイバーシチによりデータ送信ステップ＞
端末は送信すべきペイロードが発生するとすぐにそのペイロードを符号化、変調等を行う。例えば、５ＧＮＲの物理上り共有チャンネル（ＰＵＳＣＨ）を生成し、生成したＰＵＳＣＨを送信ダイバーシチ（ＣＤＤ）を利用して基地局に送信する。これにより、送信ダイバーシチの利用により基地局における受信信号の変動を抑えることができる。
端末は送信すべきペイロードが発生するとすぐにそのペイロードを符号化、変調等を行う。例えば、５ＧＮＲの物理上り共有チャンネル（ＰＵＳＣＨ）を生成し、生成したＰＵＳＣＨを送信ダイバーシチ（ＣＤＤ）を利用して基地局に送信する。これにより、送信ダイバーシチの利用により基地局における受信信号の変動を抑えることができる。
【0039】
＜４０９：ＳＩＣによる信号分離ステップ＞
複数端末が同一のＰＲＢにデータを送信した場合は、基地局は重畳信号をＳＩＣを使って分離する。この例を図６（ａ）（ｂ）に示す。
図６（ａ）に示すように、端末１に送信アンテナが２本あると、基地局１００における受電電力は、図６（ｂ）に示すようになる。すなわち、１本の送信アンテナだけであると、図６（ｂ）の破線のような電波しか得られないが、送信アンテナが２本あると、図６（ｂ）の一点鎖線のような電波も受信できる。この２つの電波をサイクリックシフト（巡回シフト）によりタイミングをずらすことにより、図６（ｂ）に示すような実線の信号（電波）を分離することができる。このように、アンテナ数の増加をデータ転送に使用しないで、ダイバーシチの安定性に使用することにより、フェージング環境とＳＩＣの課題（図９参照）を解決することができる。但し、１端末しか送信していない場合はＳＩＣは利用されない。また、基地局はＤＭＲＳを用いて端末の識別、無線伝搬路推定を実施する。この信号分離ステップ４０９は、ＤＭＲＳによる端末識別、無線伝搬路推定及びＳＩＣの実行するステップである。
複数端末が同一のＰＲＢにデータを送信した場合は、基地局は重畳信号をＳＩＣを使って分離する。この例を図６（ａ）（ｂ）に示す。
図６（ａ）に示すように、端末１に送信アンテナが２本あると、基地局１００における受電電力は、図６（ｂ）に示すようになる。すなわち、１本の送信アンテナだけであると、図６（ｂ）の破線のような電波しか得られないが、送信アンテナが２本あると、図６（ｂ）の一点鎖線のような電波も受信できる。この２つの電波をサイクリックシフト（巡回シフト）によりタイミングをずらすことにより、図６（ｂ）に示すような実線の信号（電波）を分離することができる。このように、アンテナ数の増加をデータ転送に使用しないで、ダイバーシチの安定性に使用することにより、フェージング環境とＳＩＣの課題（図９参照）を解決することができる。但し、１端末しか送信していない場合はＳＩＣは利用されない。また、基地局はＤＭＲＳを用いて端末の識別、無線伝搬路推定を実施する。この信号分離ステップ４０９は、ＤＭＲＳによる端末識別、無線伝搬路推定及びＳＩＣの実行するステップである。
【0040】
＜４１０：ＧＦ終了／再設定ステップ＞
端末はこれ以上送信すべきペイロードが発生しないと判断した場合は基地局に対してＧＦを終了することを通知する。また、無線伝搬路情報が閾値以上に大きく変動した場合は基地局に対してＧＦの再設定要求を送出し、端末状態通知ステップ４０３からの動作に戻る。ここで、無線伝搬路情報が閾値以上に大きく変動した場合とは、例えば、長距離変動やシャドウングなどである。このＧＦ終了／再設定ステップ４１０は、本発明の特徴的な機能である。これは、無線伝搬路が変動した際のＧＦのための送信電力の再設定を行う機能である。
端末はこれ以上送信すべきペイロードが発生しないと判断した場合は基地局に対してＧＦを終了することを通知する。また、無線伝搬路情報が閾値以上に大きく変動した場合は基地局に対してＧＦの再設定要求を送出し、端末状態通知ステップ４０３からの動作に戻る。ここで、無線伝搬路情報が閾値以上に大きく変動した場合とは、例えば、長距離変動やシャドウングなどである。このＧＦ終了／再設定ステップ４１０は、本発明の特徴的な機能である。これは、無線伝搬路が変動した際のＧＦのための送信電力の再設定を行う機能である。
【0041】
＜計算機シミュレーション結果＞
図７（ａ）（ｂ）（ｃ）にＣＴＭＡを採用した場合の計算機シミュレーションの結果を示す。図７（ｃ）の例では、ＣＴＭＡを採用した場合のＢＬＥＲ特性を示している。評価は伝送ＰＵＳＣＨのブロック誤り率（ＢＬＥＲ：BLock Error Rate）とした。ＵＥは３台用意して同一ＰＲＢに信号を送出した。ＳＩＣのための送信電力差（ＳＩＣ）は０ｄＢ～９ｄＢと変化させる。また、平均的な伝搬損失はどのＵＥとも同じにする。ＵＥの送信アンテナは１本から４本とし、基地局の受信アンテナは２本とした。フェージング環境は１パスレイリーフェージング環境として、雑音はゼロに設定した。また、適応符号化変調としてＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）は「３」と設定した。
図７（ａ）（ｂ）（ｃ）にＣＴＭＡを採用した場合の計算機シミュレーションの結果を示す。図７（ｃ）の例では、ＣＴＭＡを採用した場合のＢＬＥＲ特性を示している。評価は伝送ＰＵＳＣＨのブロック誤り率（ＢＬＥＲ：BLock Error Rate）とした。ＵＥは３台用意して同一ＰＲＢに信号を送出した。ＳＩＣのための送信電力差（ＳＩＣ）は０ｄＢ～９ｄＢと変化させる。また、平均的な伝搬損失はどのＵＥとも同じにする。ＵＥの送信アンテナは１本から４本とし、基地局の受信アンテナは２本とした。フェージング環境は１パスレイリーフェージング環境として、雑音はゼロに設定した。また、適応符号化変調としてＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）は「３」と設定した。
【0042】
＜発明の作用効果＞
本発明者らは低遅延及び多数接続を実現する無線伝送方法（ＣＴＭＡ）を発明した。ＣＴＭＡでは低遅延にＧＦを採用し、多数接続にはＮＯＭＡを適用する。同一のＰＲＢをＵＥにＧＦで割り当てるため信号が衝突する恐れがあるが、この場合はＮＯＭＡ伝送と考えられるためＧＦとＮＯＭＡは相性が良い。また、瞬時値変動に対応するため送信ダイバーシチとしてＣＤＤを適用して、フェージングを安定させる方法を発明した。計算機シミュレーションでは、ＣＤＤの適用により必要なＳＩＲを低減できることが分かった。本発明者らの提案したＣＴＭＡにより低遅延及び多数接続が実現できる無線システムが構成できることが期待される。
本発明者らは低遅延及び多数接続を実現する無線伝送方法（ＣＴＭＡ）を発明した。ＣＴＭＡでは低遅延にＧＦを採用し、多数接続にはＮＯＭＡを適用する。同一のＰＲＢをＵＥにＧＦで割り当てるため信号が衝突する恐れがあるが、この場合はＮＯＭＡ伝送と考えられるためＧＦとＮＯＭＡは相性が良い。また、瞬時値変動に対応するため送信ダイバーシチとしてＣＤＤを適用して、フェージングを安定させる方法を発明した。計算機シミュレーションでは、ＣＤＤの適用により必要なＳＩＲを低減できることが分かった。本発明者らの提案したＣＴＭＡにより低遅延及び多数接続が実現できる無線システムが構成できることが期待される。
【符号の説明】
【0043】
１、２、３、４、５ 端末（ＩｏＴ端末）
１１ ＣＲＣ部
１２ ＦＥＣ符号部
１３ レートマッチング部
１４ 変調部
１５ ＩＦＦＴ部
１６ ＣＰ付加部
１７ ＴＰＣ部
１８ アンテナ
１９ サイクリックシフト部
２０ ＣＰ付加部
２１ ＴＰＣ部
２２ アンテナ
３１ アンテナ
３２ ＣＰ除去部
３３ ＦＦＴ部
３４ 加算器
３５ 等化部
３６ 復調部
３７ レートマッチング部
３８ ＦＥＣ復号部
３９ ＣＲＣ部
４０ ＣＲＣ部
４１ ＦＥＣ符号部
４２ レートマッチング部
４３ 変調部
４４ 乗算器
１００ 基地局
４０１ 初期接続ステップ
４０２ ＧＦ要求ステップ
４０３ 端末状態通知ステップ
４０４ リソース割り当て決定ステップ
４０５ ＧＦ許可／不許可ステップ
４０６ ＧＦ構成通知ステップ
４０７ 送信電力決定ステップ
４０８ 送信ダイバーシチによりデータ送信（ＰＵＳＣＨ）ステップ
４０９ ＳＩＣによる信号分離ステップ
４１０ ＧＦ終了／再設定ステップ
１１ ＣＲＣ部
１２ ＦＥＣ符号部
１３ レートマッチング部
１４ 変調部
１５ ＩＦＦＴ部
１６ ＣＰ付加部
１７ ＴＰＣ部
１８ アンテナ
１９ サイクリックシフト部
２０ ＣＰ付加部
２１ ＴＰＣ部
２２ アンテナ
３１ アンテナ
３２ ＣＰ除去部
３３ ＦＦＴ部
３４ 加算器
３５ 等化部
３６ 復調部
３７ レートマッチング部
３８ ＦＥＣ復号部
３９ ＣＲＣ部
４０ ＣＲＣ部
４１ ＦＥＣ符号部
４２ レートマッチング部
４３ 変調部
４４ 乗算器
１００ 基地局
４０１ 初期接続ステップ
４０２ ＧＦ要求ステップ
４０３ 端末状態通知ステップ
４０４ リソース割り当て決定ステップ
４０５ ＧＦ許可／不許可ステップ
４０６ ＧＦ構成通知ステップ
４０７ 送信電力決定ステップ
４０８ 送信ダイバーシチによりデータ送信（ＰＵＳＣＨ）ステップ
４０９ ＳＩＣによる信号分離ステップ
４１０ ＧＦ終了／再設定ステップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】