(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の受信局および少なくとも１つのさらなる受信局で受信された無線信号からビット・ストリームを取り戻す方法であって、
前記受信局のそれぞれにおいて、前記受信された無線信号を復調して、復調されたデータ・ストリームを形成するステップと、
前記少なくとも１つの復調されたデータ・ストリームを前記少なくとも１つのさらなる受信局から前記第１の受信局へ転送するステップと、
前記第１の受信局において、前記受信局のそれぞれの前記復調されたデータ・ストリームから合成されたデータ・ストリームを生成するステップと、
前記ビット・ストリームを取り戻すために前記合成されたデータ・ストリームに硬判定を行うステップとを含み、
各受信局において、前記復調されたデータ・ストリームに含まれるシンボルが、ブロック単位で、正規化されたシンボル空間にスケーリングされ、前記スケーリングされたシンボルを有する前記データ・ストリームが、前記スケーリングされたシンボルの雑音分散を示す信号と共に前記第１の受信局に転送される、方法。
【請求項２】
前記合成されたデータ・ストリームが、前記受信局のそれぞれの前記復調されたデータ・ストリームの対数尤度比を加算することによって、前記第１の受信局において生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記受信局のそれぞれにおいて、前記復調されたデータ・ストリームが、デマッパを使用して対数尤度比の復調されたデータ・ストリームに成形される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
受信局で、および少なくとも１つのさらなる受信局で受信された無線信号からビット・ストリームを取り戻す受信局であって、
前記受信された無線信号を復調して、復調されたデータ・ストリームを形成する復調器と、
前記復調されたデータ・ストリームを、前記少なくとも１つのさらなる受信局から前記受信局に転送された少なくとも１つのさらなる復調されたデータ・ストリームと合成することによって、合成されたデータ・ストリームを生成する合成器と、
前記ビット・ストリームを取り戻すために前記合成されたデータ・ストリームに硬判定を行う硬判定ユニットとを含み、
前記復調されたデータ・ストリームに含まれるシンボルを、ブロック単位で、正規化されたシンボル空間にスケーリングするためのスケーリング装置をさらに含み、前記スケーリング装置がまた、前記スケーリングされたシンボルの雑音分散を示す信号を生成するように設計されている、受信局。
【請求項５】
前記復調されたデータ・ストリームから対数尤度比の復調されたデータ・ストリームを形成するためのデマッパをさらに含み、前記合成器が、前記復調されたデータ・ストリームの前記対数尤度比と、前記少なくとも１つのさらなる受信局からの少なくとも１つのさらなる復調されたデータ・ストリームの前記対数尤度比とを加算することによって、前記合成されたデータ・ストリームを生成するように設計されている、請求項４に記載の受信局。
【請求項６】
請求項１に記載の少なくとも１つの受信局と、チャネル要素とを含む、基地局ルータ。
【請求項７】
無線信号からビット・ストリームを取り戻すためのネットワークであって、
第１の基地局ルータに実装された、前記無線信号を受信する請求項４に記載の第１の受信局と、
少なくとも１つのさらなる基地局ルータに実装された、前記無線信号を受信する請求項４に記載の少なくとも１つのさらなる受信局と、
前記少なくとも１つのさらなる受信局から前記第１の受信局へ前記少なくとも１つの復調されたデータ・ストリームを転送するための、コアネットワークである、転送装置とを含み、
前記転送装置が、前記スケーリングされたシンボルの前記雑音分散を示す信号を前記少なくとも１つのさらなる受信局から前記第１の受信局へ転送するように設計されている、ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の受信局において、および少なくとも１つのさらなる受信局において受信された無線信号からビット・ストリームを取り戻す方法と、この受信局および少なくとも１つのさらなる受信局において受信された無線信号からビット・ストリームを取り戻すための受信局と、少なくとも１つのこのような受信局およびチャネル要素を含む基地局ルータと、無線信号からビット・ストリームを取り戻すネットワークとに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動局によって発せられた無線信号が、２つ以上の異なる受信局で受信されるとき、移動局によって発せられたビット・ストリームが、単一の受信信号に基づいて復元が行われる場合と比べてより高品質で取り戻されることが可能であるような方法で、受信された信号を合成することができる。２つ以上の受信された信号を合成することによってこのようなビット・ストリームを取り戻すために、当技術分野では、ソフター・ハンドオーバおよびソフト・ハンドオーバとして知られる２つの方式が知られており、これについて図１および２に関して以下に簡単に説明する。
【０００３】
図１は、ネットワーク１内の異なるサイトに配置された３つの基地局ＢＳ１からＢＳ３に接続された中央局として無線ネットワーク・コントローラＲＮＣを備えた階層型無線ネットワーク１の一例を示している。基地局ＢＳ１からＢＳ３のそれぞれは、例えば携帯電話、ＰＤＡなど移動局ＭＳによって発せられた無線信号を受信するための、受信局とも呼ばれる３つのセクタＳ１からＳ３を含んでいる。図１の例では、基地局ＢＳ１からＢＳ３と移動局ＭＳとの間の無線伝送は、ＵＭＴＳ（ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム）標準を使用し、１６−ＱＡＭ（直交振幅変調）変調方式に基づき、ビット・ストリームを符号化するために同相（Ｉ）および直交位相（Ｑ）成分を使用して実施される。この理由から、このネットワークで伝送される無線信号は、以下ではＩＱベースバンド信号とも呼ばれる。
【０００４】
移動局ＭＳによって発せられた無線信号は、３つの基地局ＢＳ１からＢＳ３のそれぞれによって受信される。第１の基地局ＢＳ１では、第１および第２の受信局Ｓ１、Ｓ２が、移動局ＭＳからそれぞれの無線信号２ａ、２ｂを受信するが、第２の基地局ＢＳ２および第３の基地局ＢＳ３では、それぞれ第２の受信局Ｓ２および第１の受信局Ｓ１のみが、移動局ＭＳから無線信号３、４を受信することができる。
【０００５】
第１の基地局ＢＳ１の第１および第２の受信局Ｓ１、Ｓ２によって受信された無線信号２ａ、２ｂからビット・ストリームを取り戻すためには、これらの信号が、ソフター・ハンドオーバ（ＨＯ）と呼ばれる処理の中で合成される。ソフター・ハンドオーバでは、２つの受信局Ｓ１、Ｓ２（ダイバーシティ・ブランチを含む）の無線信号２ａ、２ｂが、雑音を有する信号の最適な線形合成方式として知られている最大比合成（ＭＲＣ）を使用して合成され、一般に、第２および第３の基地局ＢＳ２、ＢＳ３からの出力信号ＯＳ２、ＯＳ３のビット・ストリームと比べて質が向上した、第１の基地局ＢＳ１の出力信号ＯＳ１を生成する。
【０００６】
しかしながら、ソフター・ハンドオーバ方式を利用するためには、図２にさらに詳細に示すＣＰＲＩ／ＯＢＳＡＩ（Common Packet Radio Interface/Open Base Station Architecture Initiative）標準による基地局である、第１の基地局ＢＳ１の受信局Ｓ１からＳ３の間で多くのデータがルーティングされる必要があり、この３つの受信局Ｓ１からＳ３のそれぞれは、それぞれの無線周波数（ＲＦ）ヘッドＲＦ１からＲＦ３に接続されている。当然ながら、ダイバーシティ受信が行われるとき受信局Ｓ１からＳ３のそれぞれに、２つ以上の無線ヘッドが使用される場合もある。
【０００７】
３つの受信局Ｓ１からＳ３は、専用のスイッチ・ファブリック５に接続されており、受信された無線信号２ａ、２ｂは、ＣＰＲＩプロトコル標準に従ってここに伝送され、大量のＩＱベースバンド・データを使用し、したがって膨大なデータ転送容量を有するバックプレーンを必要とする。これは、受信局Ｓ１からＳ３およびそのそれぞれのＲＦヘッドＲＦ１からＲＦ３が遠く離れて設置され、ＣＰＲＩデータがいわゆる基地局ホテル構想の状況で、より遠い距離を伝送されなければならない場合、特に問題となる。さらに、スイッチ・ファブリック５は、非常に大きいデータ・レートに対応しなければならない。
【０００８】
上記の構想はさらに、ますます多くの受信局がアップグレードに伴って追加される場合、スイッチ・ファブリックはその際に更新されなければならないので、容易に拡張できない。同じ問題は、出力においてＣＰＲＩデータをＩＰデータに変換する、スイッチ・ファブリック５の後方の中央チャネル要素６で発生する。チャネル要素６のサイズは、受信局の最終的な数と適合しなければならず、ＣＰＲＩ／ＯＢＳＡＩ手法では「成長に合わせた拡張」戦略が維持されない。
【０００９】
要約すれば、基地局のバックプレーンは、ソフター・ハンドオーバに対応するために、非常に大きい帯域幅を提供しなければならない。複数の受信局からの受信された信号のいかなる組合せも可能であり、３つのセクタおよびダイバーシティ受信（受信局あたり２つのＲＦヘッドを使用する）を備えた基地局が典型的であるので、帯域幅は、基本的なＩＱベースバンドのデータ信号の帯域幅の６倍に等しい。例えば、ＩＱベースバンドのデータは、ＵＭＴＳについてはチップあたり２つのサンプルで２×１４ビットとしてサンプリングされることが可能であり、これは２×１４×２×３．８４ＭＣｈｉｐ／ｓ＝２１５Ｍｂｉｔ／sに等しい。無線カード内では、適応スケーリングが行われ、分解能を１４から５ビットに低減し、７６．８Ｍｂｉｔ／ｓにしている。３つの受信局に加えて受信ダイバーシティから発生する６つのアンテナ・パスを考慮すると、これは７６．８×６＝４６０．１Ｍｂｉｔ／ｓの総帯域幅を示し、非常にコストのかかるバックプレーンを必要とする。
【００１０】
３つの基地局ＢＳ１からＢＳ３の出力信号ＯＳ１からＯＳ３を合成するためには、ソフト・ハンドオーバと呼ばれるもう１つの方式が使用され、この方式は無線ネットワーク・コントローラＲＮＣの中で「フレーム選択」を適用し、出力信号ＯＳ１からＯＳ３は、それぞれのリンクＬ１からＬ３によってＩＰデータとしてこのＲＮＣにルーティングされる。
【００１１】
フレーム選択は、基地局ＢＳ１からＢＳ３からの出力信号ＯＳ１からＯＳ３の復号されたフレームに基づいている。フレーム選択中は、ＣＲＣ（巡回冗長検査）チェックサム、具体的には各フレームと共に伝送され、優良または不良フレームを示す、インジケータ・ビットを評価することによって、出力信号ＯＳ１からＯＳ３の中のフレームから有効フレームが選択される。フレーム選択は、異なる出力信号ＯＳ１からＯＳ３の情報を正確に合成することはできない。したがって、ソフト・ハンドオーバは、一種の硬判定であり、集信装置の機能として働く、無線ネットワーク・コントローラＲＮＣの中のある種の選択合成として見られることが可能である。
【００１２】
今日使用されるソフト・ハンドオーバ方式は、一定量の合成利得を捕らえるが、全部ではない。異なる基地局間でソフター・ハンドオーバ合成もまた有することが望ましいが、バックホールに非常に大きな帯域幅を必要とすることにより、これは実現可能ではない。基地局間でソフター・ハンドオーバを使用すると、複数の受信局で受信されたＩＱベースバンド・データを無線ネットワーク・コントローラＲＮＣへ送信することが必要となる。また、今日では単純なフレーム選択タスクである集信装置機能が、特に、無線ネットワーク・コントローラＲＮＣが数百の基地局を扱わなければならないという観点において、計算的に非常に厳しいものになることを意味する。ソフター・ハンドオーバを行うときは、無線ネットワーク・コントローラＲＮＣは、デジタル信号処理タスク、および今日のような単純な選択ではない切り換えタスクを行わなければならない。無線ネットワーク・コントローラＲＮＣはまた、このために高性能信号処理ＤＳＰおよびＡＳＩＣを備え付けられなければならない。
【００１３】
さらに、すべてのネットワーク要素が基地局ルータ（ＢＳＲ）にまとめられる、フラットＩＰネットワーク構造の状況では、無線ネットワーク・コントローラのような中央局はもはやない。しかしながら、フラットＩＰネットワークでも、ソフトまたはソフター・ハンドオーバを提供することがやはり望ましい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Steve Allpress、Carlo Luschi、およびSteve Felixによる論文、「Exact and Approximated Expressions of the Log-Likelihood ratio for 16-QAM signals」、: Signals, Systems, and Computers 2004, Volume:1、794〜798頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の受信局において、および少なくとも１つのさらなる受信局において受信された無線信号からビット・ストリームを取り戻す方法が提供され、この方法は、受信局のそれぞれにおいて、受信された無線信号を復調して、復調されたデータ・ストリームを形成するステップと、少なくとも１つの復調されたデータ・ストリームを少なくとも１つのさらなる受信局から第１の受信局へ転送するステップと、第１の受信局において、受信局のそれぞれの復調されたデータ・ストリームから合成されたデータ・ストリームを生成するステップと、ビット・ストリームを取り戻すために、合成されたデータ・ストリームに硬判定を行うステップとを含む。
【００１６】
本発明の諸実施形態の例は、無線信号の合成に必要とされる伝送容量を比較的低レベルに維持しながら、少なくとも２つの受信された無線信号を合成することによって、無線信号から高品質を有するビット・ストリームを取り戻すことを可能にする方法、受信局、基地局ルータ、ならびにネットワークを有利に提供する。
【００１７】
本発明は、復調されたデータ・ストリームを転送すること、したがって、ＩＱベースバンド信号全体を伝送する必要があるソフター・ハンドオーバと比べて非常に低い伝送容量を必要とすることを提案する。ソフト・ハンドオーバと対照的に、硬判定は転送後に行われるだけであり、上記のフレーム選択処理を使用することによって判定された複数のビット・シーケンスのうちの１つを選択するのではなく、復調されたデータ・ストリームを合成して質の向上した合成データ信号を生成することが可能になる。受信局の１つ、一般には移動局のために呼を確立した受信局が、復調されたデータ・ストリームの合成を行うので、無線ネットワーク・コントローラなど追加のネットワーク要素は必要とされず、したがって提案する解決法は、非階層型ネットワークに理想的に適合している。
【００１８】
したがって、本発明を利用することによって、移動局が、１つの基地局のいくつかの受信局によってサービスされていても、異なる基地局の受信局によってサービスされていても、あらゆる場合において、非常に大きなデータ伝送を必要とするという問題に陥ることなく、ソフター・ハンドオーバから利益を得ることが可能である。対応するネットワークのアーキテクチャはよりフラットになり、リンクはすべて「ソフター」であるので、ソフト・ハンドオーバとソフター・ハンドオーバの異なる処理が回避される。
【００１９】
結果として、上で提案した方式に必要とされる伝送容量は、ソフト・ハンドオーバ方式とソフター・ハンドオーバ方式によって定義される伝送容量の２つの極端の中間にある。モバイル・ユーザに対する３８４ｋｂｉｔ／ｓの例を考えると、ソフト・ハンドオーバは、３８４ｋｂｉｔ／ｓでのデータ伝送を意味するが、ソフター・ハンドオーバは、７６Ｍｂｉｔ／ｓを意味する。ソフター・ハンドオーバに必要とされる伝送容量に比べて、新しく発明された方式は、７６Ｍｂｉｔ／ｓの極端な場合と比較すると、中程度の伝送容量を必要とするが、ほぼ同じソフター・ハンドオーバの性能を提供する。したがって、ＩＱベースバンド・データのＭＲＣ合成による同じ基地局の異なる受信局間の境界におけるソフター・ハンドオーバの今日の場合と比較すると、ごくわずかの性能の損失にあうにすぎず、基地局間の今日のソフト・ハンドオーバと比較すると、かなりの性能の向上が得られる。
【００２０】
好ましい変形形態では、合成されるデータ・ストリームは、第１の受信局において、受信局のそれぞれの復調されたデータ・ストリームの対数尤度比を加算することによって生成される。この場合、例えば１６−ＱＡＭ変調フォーマットのシンボルから得られる対数尤度比（ＬＬＲ）が合成され、この変調フォーマットの特定の場合のＬＬＲの生成については、Steve Allpress、Carlo Luschi、およびSteve Felixによる論文、「Exact and Approximated Expressions of the Log-Likelihood ratio for 16-QAM signals」、: Signals, Systems, and Computers 2004, Volume:1、794〜798頁に詳細に記載されており、その全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。他の変調フォーマットのＬＬＲが、同等の方法で取得される場合があることがわかる。質が向上したビット・ストリームを取り戻すことを可能にする、合成された信号を生成するためには、対数尤度比の単純な加算で十分であるので、対数尤度比の合成は特に有利である。符号の特性により、対数尤度比は、ＬＬＲを生成するように設計されたデマッパの出力において、または（ターボ）復号器、もしくはソフト・ビット低減ユニット、もしくは信号処理カスケードの中でデマッパの次に続く他のエンティティの出力において、検知されることが可能である。
【００２１】
さらに好ましい変形形態では、受信局のそれぞれにおいて、復調されたデータ・ストリームが、デマッパを使用して対数尤度比の復調されたデータ・ストリームに成形される。この場合、ＬＬＲを含む復調されたデータ・ストリームは、受信局間で転送され、したがって異なる受信局のＬＬＲが同じスケーリング係数でスケーリングされる場合は、直接第１の受信局で、（量子化された）ＬＬＲを合成（加算）することができるようになる。異なる受信局から発せられたＬＬＲの量子化に異なるスケーリング係数が使用される場合は、それぞれのスケーリング係数も同様に、好ましくはブロック単位で送信されなければならず、第１の受信局においてＬＬＲを合成するときに、考慮されることが可能である。あるいは、以下にさらに詳細に述べるように、受信局間で、例えば１６−ＱＡＭ変調のシンボルを含む復調されたデータ・ストリームを転送することも可能である。
【００２２】
非常に好ましい変形形態では、各受信局において、復調されたデータ・ストリームに含まれたシンボルは、好ましくはブロック単位で、正規化されたシンボル空間にスケーリングされ、スケーリングされたシンボルを有するデータ・ストリームは量子化されて、スケーリングされたシンボルの雑音分散を示す信号と共に第１の受信局に転送される。この場合、例えば１６−ＱＡＭ変調方式のシンボルは、同相信号成分と直交信号成分をプリスケーリングすることによって、またデータの所与のブロックのオフセットをあらかじめ計算することによって、正規化されたシンボル空間において受信局間で転送される。上記の文献に記載されているように、これらの数量は、あらかじめ定義された間隔で（例えばデータの各ブロック後）再計算されることが可能である。正規化された（複素）シンボルは、その後第１の受信局において加算されて、合成されたシンボル・ストリームを直接に形成し、転送シンボルの信頼性を示す雑音分散を考慮することが可能である。次にＬＬＲが、単一の合成シンボル・ストリームから計算されることが可能である。代替形態としては、各復調されたデータ・ストリームと共に転送される雑音分散が、まず第１の受信局内のデータ・ストリームのそれぞれのＬＬＲを計算するために使用され、異なるデータ・ストリームの対数尤度比のデータ・ストリームが、その後上記の方法で加算されることが可能である。当然ながら、ブロック単位でスケーリングすることなくシンボルを転送することも可能であり、スケーリングはこの場合、第１の受信局で行われる。しかしながら、スケーリングはさらに、バックホール・ネットワークによって交換されなければならないデータの量を減少させる。
【００２３】
本発明のさらなる態様は、導入部で説明した受信局において実施され、この受信局は、受信された無線信号を復調して、復調されたデータ・ストリームを形成するための復調器と、復調されたデータ・ストリームを、少なくとも１つのさらなる受信局からこの受信局に転送された少なくとも１つのさらなる復調されたデータ・ストリームと合成することによって、合成されたデータ・ストリームを生成するための合成器と、ビット・ストリームを取り戻すために、合成されたデータ・ストリームに硬判定を行うための硬判定ユニットとを含む。このような受信局は、第１の受信局（「マスター局」）として、またはさらなる受信局の１つ（「スレーブ局」）として、上記の方法を実施するために使用されることが可能である。スレーブ局として使用されるとき、受信局は、単に復調されたデータ・ストリームをマスター局に転送する。受信局のそれぞれが、環境に応じてマスター局またはスレーブ局として働くことができるので、中央局を必要としないフラット・ネットワークの概念に従って、同一構成の複数の受信局が使用されることが可能である。
【００２４】
好ましい実施形態では、受信局は、復調されたデータ・ストリームから対数尤度比の復調されたデータ・ストリームを形成するためのデマッパをさらに含み、合成器は、復調されたデータ・ストリームの対数尤度比と、少なくとも１つのさらなる受信局からの少なくとも１つのさらなる復調されたデータ・ストリームの対数尤度比とを加算することによって、合成されたデータ・ストリームを生成するように設計されている。この場合、ＬＬＲは、さらなる受信局から第１の受信局へ伝送されることが可能であり、使用される（ターボ）符号の特性に応じて、デマッパの出力に、または復号器もしくはデマッパの後に続くソフト・ビット低減ユニットなど受信局のさらなるエンティティの出力に配置されることが可能である合成器において加算されることが可能である。
【００２５】
別の好ましい実施形態では、受信局は、好ましくはブロック単位で、復調されたデータ・ストリームに含まれているシンボルを、正規化されたシンボル空間にスケーリングするためのスケーリング装置をさらに含み、このスケーリング装置はまた、スケーリングされたシンボルの雑音分散を示す信号を生成するように設計されている。スケーリング装置は、正規化されたシンボル空間を生成し、したがって異なる受信局間で転送されるべきデータ量を減少させることができる。正規化されたシンボル空間の中のシンボルおよび雑音分散から、マスターとして働く第１の受信局においてＬＬＲを計算することができる。
【００２６】
本発明のさらなる態様は、上記の少なくとも１つの受信局と、チャネル要素とを含む基地局ルータにおいて実施される。通常、基地局ルータ、すなわちチャネル要素を通じてインターネットなどのコアネットワークに直接に、すなわち無線ネットワーク・コントローラなどの付加的なネットワーク要素を使用することなく接続されることが可能である基地局は、ダイバーシティ受信および単一受信局（セクタ）に１つまたは２つのＲＦキャリアしか提供しない。上記の方式では、ＲＦ受信ヘッドに中央チャネル要素が必要とされないので、チャネル要素は、チャネル要素とＲＦレシーバを１つのボード上に配列することによって、ＲＦ受信ヘッド内に一体化され、したがって「無線ラインカード」を提供することが可能であり、これがコアネットワークの（統一）スイッチまたはルータにプラグ接続／接続されることが可能である。
【００２７】
本発明のさらなる態様は、移動局によって送信された無線信号からビット・ストリームを取り戻すためのネットワークにおいて実施され、このネットワークは、好ましくは第１の基地局ルータに実装されている、無線信号を受信するための上記の第１の受信局と、好ましくは少なくとも１つのさらなる基地局ルータに実装されている、無線信号を受信するための上記の少なくとも１つのさらなる受信局と、少なくとも１つのさらなる受信局から第１の受信局へ少なくとも１つの復調されたデータ・ストリームを転送するための、好ましくはコアネットワークである、転送装置とを含む。上記のネットワークはフラット・ネットワークであり、すなわち基地局ルータおよび受信局は、それぞれ全く同じ構成であることが可能であり、中央ネットワーク要素は必要とされない。マスター局として使用される特定の受信局の選択は、状況によるものであり、特定の基準に基づいて行われることが可能であり、例えば移動局からの呼を最初に確立したマスター局として基地局／受信局を選択する。
【００２８】
事業者が所有する最も貴重な資産は無線リソース、すなわち使用する認可されたスペクトルであるので、上記のフラットＩＰネットワークは、今日の階層型ネットワークと比べて向上した性能を有する。したがって、そのスペクトルから最高の容量を捻出することが、ネットワーク事業者の目的である。上記で説明した提案する方式は、まさにこの要求に応える。
【００２９】
好ましい実施形態では、転送装置は、スケーリングされたシンボルの雑音分散を示す信号を、少なくとも１つのさらなる受信局から第１の受信局へ転送するように設計されている。スケーリングされたシンボルの雑音分散を示す信号は、シンボルの信頼性を示し、異なるデータ・ストリームのシンボルをその雑音分散に従って重み付けすることによって標準的なシンボル空間において直接にシンボルを合成するために使用され、ゆえに取り戻されたビット・ストリームの品質をさらに向上させる。
【００３０】
本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の例示的な実施形態に関する以降の説明の中で、本発明の状況において重要である詳細を示す図面の各図を参照して、および特許請求の範囲において提供される。個々の特徴は、それだけで個々に実施されることが可能であり、あるいはそのいくつかは、本発明の変形形態においていかなる所望の組合せで実施されることも可能である。
【００３１】
本発明の実施形態を図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】階層型ネットワークの概略図である。
【図２】図１の階層型ネットワークの基地局の概略図である。
【図３】本発明による非階層型ネットワークの実施形態を示す図である。
【図４】本発明による基地局ルータの実施形態を示す図である。
【図５】ＵＭＴＳを用いた信号処理のカスケードの一例を示す図である。
【図６】本発明による受信局の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以降の記述を通して、図に示される同様の要素は、同様の参照番号で参照される。
【００３４】
図３は、非階層型ネットワークであるという点で、図１に示すネットワークとは異なるネットワーク１を示しており、図１の基地局ＢＳ１からＢＳ３が、基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３に置き換えられ、それぞれがそれぞれのリンクＬ１からＬ３によって、無線ネットワーク１内のコア／バックホール・ネットワーク７の形態で転送装置として働くインターネットに接続されている。さらに正確には、図４にも示すように、３つの基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３のそれぞれは、独自のチャネル要素６を含み、したがって標準的なＩＰデータの出力信号ＯＳ１からＯＳ３を作り出し、これがコアネットワーク７に配置された標準的なスイッチ８に提供される。基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３はそれぞれ、３つの基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３のそれぞれのカバレッジ・エリアに位置する移動局ＭＳに接続された、ただ１つの受信局Ｓ１からＳ３を含む。
【００３５】
図３のフラット・ネットワーク１では、基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３の出力を合成するために使用されることが可能である中央局がない。各基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３で生成されたデータ・ストリームを合成することによってビット・ストリームを取り戻すために、第１の基地局ルータＢＳＲ１が、マスターとして働くように選ばれ、第２および第３の基地局ルータＢＳＲ２、ＢＳＲ３からデータ・ストリームを受信して、これらを自身のデータ・ストリームと合成し、ビット・ストリームを取り戻す。
【００３６】
第１の基地局ルータＢＳＲ１は、移動局ＭＳからの呼を確立した基地局ルータであるので、マスターとして選ばれる。マスターは、移動局ＭＳが遠くへ移動し、別の基地局ルータＢＳＲ２、ＢＳＲ３の近くに位置する場合でも、不変とすることができる。しかしながら、特定の基準により、詳細には移動局ＭＳの位置に応じて、呼の間にマスターの選択を修正するのが賢明である。
【００３７】
最新技術によるフラットＩＰネットワークでは、第２および第３の基地局ルータＢＳＲ２、ＢＳＲ３は、コアネットワーク７のＩＰライン上の負荷を低く維持するために、出力信号ＯＳ２、ＯＳ３として復号したフレームを第１の基地局ルータＢＳＲ１に送信する。この方式は、「ヘアピン」と呼ばれる。フレーム選択機能（ソフトハンドオーバ）は、もともと無線ネットワーク・コントローラに配置されていたが、今ではマスターとして働く第１の基地局ルータＢＳＲ１に配置されている。ユーザに対して３８４ｋｂｉｔ／ｓのサービスを考えると、ヘアピン・パスは、バックプレーン上での７６Ｍｂｉｔ／ｓに対して３８４ｋｂｉｔ／ｓを搬送すればよい。したがってバックホールの容量は、図３のフラットＩＰネットワークにおいてソフター・ハンドオーバの代わりにソフト・ハンドオーバを行うと、およそ２００分の１まで低減される。
【００３８】
しかしながら、基地局ルータは、一般に１つまたは２つのＲＦキャリアならびに単一受信局（セクタ）しか提供しない。したがって、たとえ３つの基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３が同一場所に配置されて、３つの受信局を備えたサイトを作り出しても、ソフター・ハンドオーバには対応しない。受信局／セクタ間の境界では、フレーム選択を用いるソフト・ハンドオーバのみが対応可能であり、基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３は共通のバックプレーンを共有しないので、ソフター・ハンドオーバを行う機会はなく、コアネットワーク７上でＩＱベースバンド・データを伝送すると、コアネットワークを過負荷状態にするので、ＩＱベースバンド・データを高速で交換するための通信パスもない。
【００３９】
しかしながら、ソフト・ハンドオーバに後戻りして、ソフター・ハンドオーバをなくすと、ネットワークの性能は、特にその容量において著しく損なわれる。基地局と無線ネットワーク・コントローラを有する、図１に示す古典的な階層型ネットワークから、図３の基地局ルータとフラットＩＰネットワークへの移行は、コストおよび拡張性の観点から魅力的であるが、無線エア・インタフェース上の容量におけるこのような損失は大きな欠点である。ソフター・ハンドオーバ対応を失うことは、したがって基地局ルータをさらに受け入れることへの障害となる。これは、スペクトルが事業者にとって費用のかかるものであり、したがって無線ネットワークのスペクトル効率が事業者にとって究極の関心事であるという観点において特に認識されなければならない。したがって、ソフター・ハンドオーバをなくすことによりスペクトル効率を低下させることは非常に問題である。
【００４０】
結果として、図３に示すフラット・ネットワーク１にも、ソフター・ハンドオーバによって提供される性能に匹敵する性能を有する方式を有することが望ましい。そのような方式を、ＵＭＴＳ標準を使用するネットワーク１の例に関して以下にさらに詳細に説明し、これについて図５は、基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３の受信局Ｓ１からＳ３に実装されることが可能である１／３レートのターボ符号を使用した３８４ｋｂｉｔ／ｓの１６−ＱＡＭ  ＨＳＵＰＡ（高速アップリンク・パケット・アクセス）の典型的なシグナリング・カスケードを示している。
【００４１】
信号処理カスケードでは、第１のステップにおいて、ＩＱベースバンド無線信号が無線（ＲＦ）ヘッド１０で受信され、無線伝送に使用される１６−ＱＡＭ変調方式の同相および直交成分を含んでいる２つのビット・ストリームが生成される。ＵＭＴＳに関しては、ＩＱベースバンド・データは、チップあたり２つのサンプルで２×１４ビットとしてサンプリングされ、ＲＦヘッド１０の後のデータ・レートは、２×１４×２×３．８４ＭＣｈｉｐ／ｓ＝２１５Ｍｂｉｔ／ｓである。またＵＭＴＳに使用される無線カードは、分解能を１４から５ビットに減少させて、その出力において７６．８Ｍｂｉｔ／ｓにするために使用される適応スケーリング装置１１を含む。ソフター・ハンドオーバ方式では、適応スケーリング装置１１の出力でのデータ・ストリームは、さらなる処理のために、すなわち図５に示すカスケードの残部が行われる前に、詳細にはデータ・ストリームが復調される前に、最大比合成を使用するためにバックプレーン・バス１２に送信される
【００４２】
復調器１３においてスケーリングされたベースバンド信号を復調した後に、データ・レートは、１６−ＱＡＭ変調方式の各シンボルは４ビットに相当するので、２×４ビット×２８８ｋＳｙｍ／ｓとなり、これが、シンボル・デマッパ１４において復調されたデータ・ストリームから取り出され、６ソフトビット×１．１５２Ｍｂｉｔ／ｓ＝６．９Ｍｂｉｔ／ｓのデータ・レートで対数尤度比を生成する。ＬＬＲは、１／３レートのターボ復号器１５の入力に提供され、６ソフトビット×３８４ｋｂｉｔ／ｓ＝２．３Ｍｂｉｔ／ｓの出力データ・ストリームを生成する。ターボ復号器１５に続いて、ソフト・ビット低減ユニット１６が配置され、データ・ストリームの分解能を４ソフトビット×３８４ｋｂｉｔ／ｓ＝１．５Ｍｂｉｔ／ｓに低減する。ソフトビットの低減された数は、その後、最尤推定を用いて硬判定ユニット１７で硬判定を行うために使用され、したがって３８４ｋｂｉｔ／ｓの望ましいレートでビット・ストリームを再生する。
【００４３】
図５のＵＭＴＳ処理カスケードでは、７６．８Ｍｂｉｔ／ｓのデータ・レートを有する復調器１３の入力におけるデータ・ストリームは、ソフター・ハンドオーバに使用されるが、３８４ｋｂｉｔ／ｓのデータ・レートを有する硬判定ユニット１７の出力におけるデータ・ストリームは、ソフト・ハンドオーバに使用される。次に提案する方式は、図５のカスケードの中のポイントＡからＤにある、すなわち、それぞれ従来のソフト・ハンドオーバおよびソフター・ハンドオーバによって使用されるデータ・ストリームの中間にある受信局Ｓ１からＳ３の間のデータ・ストリームの転送に基づいている。
【００４４】
復調器１５（ポイントＢ）の入力における復調されたデータ・ストリームが、受信局Ｓ１からＳ３の間で転送される場合、６ビットの分解能で対数尤度比（ＬＬＲ）を転送するために、６．９Ｍｂｉｔ／ｓのデータ・レートが必要とされる。これはすでに、ソフター・ハンドオーバで使用されるベースバンドＩＱデータのデータ・レートに比べて１１分の１に大幅に節減されている。フレーム選択を使用する従来のソフト・ハンドオーバを使用するときに伝送される３８４ｂｉｔ／ｓの復号されたデータ・ストリームに比べると、これは１８倍の増加である。したがって、このような提案の方式は、まさに、今日のネットワークのソフト・データ伝送とソフター・データ伝送という２つの極端の中間である。しかし、ＩＱベースバンド・データに基づく最新技術によるソフター・ハンドオーバ、および復号器１５の入力（ポイントＢ）におけるＬＬＲ比に基づく本明細書で提案するソフター・ハンドオーバの性能は、きわめて同様であることを期待される可能性があるので、性能にはわずかな損失しかないが、データ転送要件は、コアネットワーク７のヘアピン・パス上で１００Ｍｂｉｔ／ｓラインから１０Ｍｂｉｔ／ｓラインへ縮小する。
【００４５】
図６は、図５に示すカスケードに本質的に対応しているが、さらにデマッパ１４の出力におけるデータ・ストリームＢを、コアネットワーク７を介して第２および第３の基地局ルータＢＳＲ２、ＢＳＲ３から第１の基地局ルータＢＳＲ１（図４参照）に伝送されるそれぞれのデータ・ストリームＢ’、Ｂ’’と合成するための合成器２０を含む、第１の基地局ルータＢＳＲ１（マスター）の受信局Ｓ１を示している。合成器２０は、その出力において合成されたデータ・ストリーム２１を生成し、これは異なるデータ・ストリームＢ、Ｂ’、およびＢ’’の対数尤度比を加算することによって生成される。
【００４６】
第１の受信局Ｓ１および対応する基地局ルータＢＳＲ１は、スレーブとして働くことも可能であるので、受信局Ｓ１はさらに、マスターとして働く別の基地局に送信されることが可能である出力信号ＯＳ１としてポイントＢにおけるデータ・ストリームを提供するためのタップ２２を含む。このような方法では、図３の基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３およびそれぞれの受信局Ｓ１からＳ３は、同一の構成であるよう選択されることが可能である。
【００４７】
符号の特性に応じて、復号器１５の出力（ポイントＣ）において、またはソフト・ビット低減の後に、すなわち４ビットの分解能で（ポイントＤ）、ＬＬＲを検知することが考慮されることも可能である。後者の場合、１．５Ｍｂｉｔ／ｓのデータ伝送要件が必要とされるにすぎず、これは、最新技術によるソフター・ハンドオーバにおけるＩＱデータの伝送に比べて５０分の１未満にまでの節減となり、またソフター・ハンドオーバのこの方式は、従来のソフト・ハンドオーバに比べて４倍の非常に小さいデータ・レートの増加で行われる。
【００４８】
上記のすべての場合において、すなわち、デマッパ１４後の復調されたデータ・ストリームＢ、Ｃ、Ｄが使用されるとき、これらのデータ・ストリームは、ＬＬＲによって構成される。上記のように、このデータのタイプについては、データ・ストリームＢ、Ｃ、Ｄは、データ・ストリームＢ、Ｂ’、Ｂ’’に関して上述した方法で他の基地局ルータからのデータ・ストリームと容易に合成されることが可能であるので、第１の基地局ルータＢＳＲ１における合成が特に容易である。
【００４９】
しかしながら、スレーブ局Ｓ２、Ｓ３からのシンボル情報をマスター局Ｓ１にソフター・ハンドオーバ情報（図５のポイントＡにおけるデータ・ストリーム）として渡すことが、考慮されることも可能である。この場合、受信されたシンボルは、まず、スケーリング装置１９を使用してブロック単位で標準的なシンボル空間に正規化される。１６−ＱＡＭ変調を想定している検討される例については、このような標準的なシンボル空間は、同相と直交位相軸両方に１／ｓｑｒｔ（１０）および３／ｓｑｒｔ（１０）で配置されたシンボルの配置図を有する。一連のシンボル（ブロック）には、共通のスケーリング係数が使用されることが可能である。各ブロックについて、雑音分散（Ｎ０）が計算され、また信号２３（図５参照）として「スレーブ」受信局Ｓ２、Ｓ３から「マスター」受信局Ａ１に渡されることが可能である。雑音分散は、シンボルの信頼性の指標であり、これにより、復号器１５に供給されるＬＬＲを正しく計算することができる。標準的な配置に正規化することによって、雑音分散はあまり高速に変化しないので、同相および直交位相軸に４ビットの低分解能で十分である可能性がある。チャネルのコヒーレンス時間により、雑音分散はしばらくの間一定であり、したがって定期的な時間間隔で基地局ルータＢＳＲ１からＢＳＲ３間のヘアピン・パス上で伝送されるだけでよい。
【００５０】
マスター局Ｓ１では、シンボルを処理するための２つの方式が使用されることが可能である：第1の方式では、スケーリングされたシンボルの各データ・ストリームは、シンボルの雑音分散を使用することによって、ＬＬＲのデータ・ストリームに個々に成形される。この方式では、受信局は、すべての受信局からのシンボル・ストリームを、好ましくは並行してデマッピングすることができるデマッパを設けなければならない。デマッパの出力における結果として生じる対数尤度比は、次に、デマッパに続く合成器において加算されることが可能である。
【００５１】
第２の方式では、合成器が、直接に（複素）シンボルを加算するために使用される。データ・ストリームのそれぞれのシンボルの量子化は、標準的なシンボル空間の使用のために等しいので、雑音分散は、シンボルを加算することを考慮しなければならない。特定受信局（例えば、第２の受信局Ｓ２）のデータ・ストリームのシンボルの高い雑音分散は、シンボルがあまり信頼できないことをマスター受信局Ｓ１に伝え、したがってマスター受信局は低確率を使用して第２の受信局Ｓ２からのシンボルを加算する。しかしながら、雑音分散が低い場合、これは第３の受信局Ｓ３の場合とすることができるが、シンボルはより信頼できるものであり、第３のスレーブ受信局Ｓ３の加算への寄与は、より高い確率を有するべきである。上述の方法では、異なる受信局Ｓ１からＳ３からのデータ・ストリームの重み付けされた加算に基づいた、合成されたデータ信号が取得される。重みは、シンボルの雑音分散によって決まり、一般には雑音分散に反比例する。合成されたシンボルを含むデータ・ストリームは、その後、合成されたシンボル・ストリームの雑音分散を考慮することによって、マスター局Ｓ１のデマッパの中でＬＬＲのデータ・ストリームに変換されることが可能である。
【００５２】
データ・シンボルを含むポイントＡにおける復調されたデータ・ストリームを、ＬＬＲを含むポイントＣにおける復号されたデータ・ストリームと比較すると、バックホール・データ転送要件は同等である（それぞれ２．３Ｍｂｉｔ／ｓ）が、ポイントＣは復号器１５の後に検知され、ポイントＡ（シンボル空間にある）は復号器の前に配置されているので、ポイントＡにおける情報は、ポイントＣにおけるものより意味のあるものである可能性がある。ターボ復号器を使用して、復号器１５の入力ではなくその出力におけるＬＬＲを合成すると、ターボ復号の特性による性能の損失を引き起こす可能性がある。この性能の損失は、ポイントＡにおいて復調されたデータ信号を検知することによって、ヘアピン容量の増加に直面することなく回避される。
【００５３】
ポイントＡにおける、すなわちシンボル空間から引き出される、復調されたデータ・ストリームの転送が、例えばポイントＢにおける、復号器１５への入力として提供されるＬＬＲを反映している、復調されたデータ・ストリームを転送するより良いというさらに１つの理由がある。デマッピング機能により、また特にいくつかの配置ポイントは他より高い瞬時電力を有するので、すべてのビット位置が等しく干渉に反応するとは限らない。これは、本質的にいくつかのビット位置は、原理上、他と比べてより高いＬＬＲを有することを意味する。ＬＬＲ領域を量子化するとき、高ダイナミックレンジ、ゆえによりソフトな情報の高分解能が必要とされる。これは、上述のように、ブロック単位でスケーリングすることおよび雑音分散の転送によって、ダイナミクスが有利に管理されることが可能であるシンボル領域には当てはまらない。
【００５４】
ネットワークの設計に関しては、上述の方法は、ヘアピン・パス上に大量のデータ転送の必要を伴うＩＱ転送に基づくソフター・ハンドオーバの理想的な場合に比べて準最適なソフター・ハンドオーバによるネットワーク性能の損失間のトレード・オフのための基準を提供する。セクタの境界において、すなわち異なる受信局間で、シンボルまたはＬＬＲ情報を渡すことによって、理想的なソフター・ハンドオーバ（ＩＱベースバンド・データのＭＲＣ合成）から準最適なソフター・ハンドオーバに落とす際の損失は、基地局ルータのサイト間でソフト・ハンドオーバから準最適なソフター・ハンドオーバに移ることによって十分に埋め合わせられる。いずれの場合も、性能の損失は最小であるべきであるが、よりソフトな情報を提供するいかなる方法も、フレーム選択によるソフト・ハンドオーバを行うよりも良く機能する可能性がある。
【００５５】
これは特に、基地局ルータのサイト間の中間に位置するセル・エッジのユーザが、長距離を克服するためにシステムによって電力を上げるよう命令されることから、システムには最も「コストのかかる」ユーザであるという観点において当てはまる。それにより、こうしたユーザはまた、ネットワーク１の内部に大量の干渉を作り出す。したがって、いかなる種類のネットワークの改善も、まずこうした問題となるユーザに焦点を当てるべきであり、それはまさに上記の提案する方法が行うことであり、ゆえにネットワーク全体の容量を増大させる。
【００５６】
したがって、受信局間のソフター・ハンドオーバの提案する方式は、受信局が同じ基地局ルータに実装されていても、異なる基地局ルータに実装されていても、容量およびサービスの質に関して無線ネットワーク１の性能を高める。ソフター・ハンドオーバは、今までのところは１つのサイトのセクタ間で「非常に小さく」利用できるだけであったが、現在は大きく離れた複数のサイトのセクタ間で「大規模に」実施可能でもある。不可欠な「ソフター」データを抜き出す圧縮方式により、ベースバンドＩＱデータの伝送は、およそ４０分の１に低減されることが可能であり、したがってソフター・ハンドオーバのためのバックホール伝送容量を大幅に節減することができる。
【００５７】
さらに、提案する方式は、基地局ルータのフラットＩＰネットワークの原理に完全に適合し、また、セクタ間のＩＱベースバンド・データのルーティングに必要とされる、基地局におけるコストのかかるバックプレーンをなくす。したがって、本発明は、容量の需要が大きくなると基地局ルータの数が容易に増加されるので、基地局の容量の拡大縮小を容易にすることができ、基地局ルータを用いて「成長に合わせた投資」戦略に対応するが、バックプレーンによる手法では、バックプレーン伝送容量が、容量のアップグレードの最終的なサイズに適合しなければならない。
【００５８】
この方式はまた、基地局のアーキテクチャについての新しい見解をもたらすので、３ＧＰＰ、ＣＰＲＩ、またはＯＢＳＡＩの状況において標準となる可能性を有する。この方式により、図２および４、すなわちＣＰＲＩ／ＯＢＳＡＩによる古典的なアーキテクチャの定義を、新しく提案される方式に基づくアーキテクチャの定義と比較するとわかるように、専門のハードウェアを使用するのではなく標準的なＩＰ機器を再利用できる。ＣＰＲＩインタフェース（図２）は基本的なＩＱデータを伝送するので、ＲＦヘッドＲＦ１からＲＦ３からスイッチ・ファブリック５まで非常に大きなデータ伝送容量が必要とされる。これは、ＲＦヘッドＲＦ１からＲＦ３が遠く離れて設置されており、ＣＰＲＩデータが基地局ホテル構想の状況でより長距離を伝送されなければならない場合、特に問題となる。さらに、スイッチ・ファブリック５は、今日の基地局のバックプレーンと同様の非常に大きいデータ・レートに対応しなければならない。この構想はまた、ますます多くのＲＦヘッドがアップグレードに伴って追加されることになる場合、容易に拡張できない。スイッチ・ファブリック５の後の中央チャネル要素６は、そのサイズがＲＦヘッドの最終的な数に適合しなければならないので、これにも同じ問題が当てはまる。したがって、「成長に合わせた投資」戦略は、ＣＰＲＩ／ＯＢＳＡＩ手法では対応されない。
【００５９】
これとは対照的に、ソフター・データは通常の方法で、すなわち「古典的な」ＩＰパッケージとして、提案する方式に基づいたアーキテクチャを用いてバックホール・ネットワークを伝送されることが可能であるので（図４参照）、標準的なＩＰ機器が使用されることが可能であり、これは非常にコスト効率が良く、拡張性は非常に容易になる。さらに、単一の中央チャネル要素６から分散されたチャネル要素へ移行することが可能であり、すなわち、図４に示すように、各基地局ルータにチャネル要素６を提供する。これは、単一のワンボード基地局の構想に近く、チャネル要素６は、無線ヘッドＲＦと一体化されることが可能であり、したがって「無線ラインカード」を形成し、無線およびチャネル要素は、同じボード上に実装されて、図４のスイッチ／ルータ８にプラグ接続されることが可能であり、例えば、本出願人により配布されているＭＭＡＰ（マルチメディア・アクセス・プラットフォーム）タイプとなる。このような方法では、ＭＭＡＰスイッチは、ワン・ボックス内に有線（ＡＴＭ、ＳＤＨ、……）無線（ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ、……）インタフェース、ならびに両方をカバーする統合されたＯＡＭ（Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ、ＡｃｃｅｓｓおよびＭａｎａｇｅｍｅｎｔ）を提供する統合スイッチとなることが可能であり、したがって、有線と無線との間の本当の収束を求める事業者の要望に応える。
【００６０】
古典的なソフターＨＯ方式におけるようなＩＱベースバンド・データの伝送のためのバックプレーンは、非常に多くの帯域幅およびコストを必要とし、スイッチ内に受け入れることができないので、上記の方式は、無線ラインカード、ゆえに統一ルータの構想に不可欠である。単に徐々に多くの無線ラインカードがプラグ接続されればよいので、無線インタフェースの数における容易な拡張性が与えられることが可能である。また、これらは、異なる帯域または標準で動作し、すでにスイッチ内に提供されている簡易ＩＰに基づいて相互通信を行う無線ラインカードとすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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