(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックホールネットワーク及び少なくとも1つの移動局に通信可能に接続された複数の基地局を含む無線通信システムにおいて、少なくとも第1の基地局及び第2の基地局により共用される中継局であって、
前記第1の基地局、前記第2の基地局及び移動局に対して無線信号を送受信するトランシーバであって、前記無線信号は、単一のプリアンブル、MAP及びFCHを含み、前記第1の基地局及び前記第2の基地局に送信される、トランシーバと、
前記トランシーバに電気的に接続されたコントローラであって、前記第1の基地局に通信可能に接続されている前記移動局の信号品質を測定するコントローラと、
前記コントローラに電気的に接続された中継回路であって、前記信号品質に基づいて、前記第1の基地局から前記第2の基地局への前記移動局の段階的なハンドオフを制御する中継回路と
を有する中継局。
【請求項２】
前記段階的なハンドオフが、相対的な信号品質及び前記移動局の速度の内の一方に基づいて制御される、請求項１記載の中継局。
【請求項３】
前記段階的なハンドオフが、
前記第1の基地局及び当該中継局の間で第1の基地局内ハンドオフを実行し、
当該中継局及び前記移動局間の接続を維持しつつ、前記第1の基地局から前記第2の基地局への部分的なハンドオフを実行し、
当該中継局及び前記第2の基地局の間で第2の基地局内ハンドオフを実行することで行われる、請求項１記載の中継局。
【請求項４】
当該中継局及び前記第1の基地局を含む第1のパスにおける前記移動局の信号品質が、前記第1の基地局へ直接至る第2のパスにおける前記移動局の信号品質よりも良いと判断したことに応じて、前記第1の基地局内ハンドオフが実行され、
当該中継局及び前記第2の基地局を含む第3のパスにおける前記移動局の信号品質が、前記第1のパスにおける前記移動局の信号品質よりも良いと判断したことに応じて、前記部分的なハンドオフが実行され、
前記第2の基地局へ直接至る第4のパスにおける前記移動局の信号品質が、前記第3のパスにおける前記移動局の信号品質よりも良いと判断したことに応じて、前記第2の基地局内ハンドオフが実行される、請求項３記載の中継局。
【請求項５】
前記無線通信システムが、一群の従属的な中継局を含み、前記トランシーバが、前記一群の従属的な中継局と無線信号を送受信し、前記段階的なハンドオフの際、前記一群の中継局に属する従属的な中継局同士の間で少なくとも部分的なハンドオフを実行する、請求項１記載の中継局。
【請求項６】
前記第1の基地局が前記バックホールネットワークから分離された場合、前記中継回路が、前記第1の基地局を前記第2の基地局に中間ノードとして通信できるように接続する、請求項１記載の中継局。
【請求項７】
前記第2の基地局は前記バックホールネットワークに接続されたままであり、当該中継局はネットワークアクセスモードにて動作し、前記第1の基地局は限られた機能を発揮する、請求項６記載の中継局。
【請求項８】
前記トランシーバが、前記第1の基地局から緊急識別子を受信し、
前記中継回路が、ダウンリンクプリアンブル及び特別なアップリンクR−プリアンブルの何れかを利用して、前記第1の基地局の同期を確立し、前記第2の基地局を介して前記第1の基地局を前記バックホールネットワークに接続する、請求項７記載の中継局。
【請求項９】
前記トランシーバが、第1のフレームのダウンリンク部分により、前記第1の基地局からのデータを受信し、次のフレームのアップリンク部分により、前記第2の基地局へ該データを転送する、請求項８記載の中継局。
【請求項１０】
前記第2の基地局が前記バックホールネットワークから分離された場合、当該中継局は、スタンドアローンモードで動作し、前記第1の基地局を前記第2の基地局に接続し、ローカルネットワークを形成する、請求項６記載の中継局。
【請求項１１】
前記第１の基地局及び当該中継局の間で無線トンネルが通信可能に結合され、該無線トンネルは、前記第１の基地局及び前記中継局の間でデータリンクレイヤによりデータを転送する、請求項１記載の中継局。
【請求項１２】
前記無線通信システムは、さらに、従属的な中継局を含み、
前記トランシーバは、さらに、第1の周波数を利用して前記第１の基地局から第1の無線信号を受信すること、及び第2の周波数を利用して前記従属的な中継局へ第2の無線信号を送信することを同時に行うように構成されている、請求項１記載の中継局。
【請求項１３】
前記無線信号が、従属的な中継局への送信ゾーンと、基地局及び従属的な中継局の何れかからの受信ゾーンとを有するフレーム構造を有し、前記送信ゾーン及び前記受信ゾーンは重複している、請求項１２記載の中継局。
【請求項１４】
当該基地局が、前記トランシーバに電気的に接続されたデュプレクサをさらに有し、該デュプレクサは、前記第1の無線信号及び前記第2の無線信号を組み合わせる、請求項１２記載の中継局。
【請求項１５】
前記第1の周波数及び前記第2の周波数が互いに干渉する周波数であり、当該中継局は、  前記中継回路に電気的に接続された第2のトランシーバであって、前記第1のトランシーバが第2の周波数を用いて前記従属的な中継局へ第2の無線信号を送信する際、該第2のトランシーバが第1の周波数を用いて前記第１の基地局から第1の無線信号を受信する、第2のトランシーバと、
前記トランシーバ及び前記第2のトランシーバの間に接続され、前記第1の無線信号と前記第2の無線信号とを分離する分離回路と
を有する、請求項１２記載の中継局。
【請求項１６】
バックホールネットワーク及び少なくとも1つの移動局に通信可能に接続された複数の基地局を含む無線通信システムにおいて、少なくとも第1の基地局及び第2の基地局により共用される中継局であって、
前記第1の基地局、前記第2の基地局及び移動局に対して無線信号を送受信するトランシーバであって、前記無線信号は、単一のプリアンブル、MAP及びFCHを含み、前記第1の基地局及び前記第2の基地局に送信される、トランシーバと、
前記トランシーバに電気的に接続されたコントローラであって、前記第1の基地局に通信可能に接続されている前記移動局の信号品質を測定するコントローラと、
前記コントローラに電気的に接続された中継回路であって、前記信号品質に基づいて、前記第1の基地局から前記第2の基地局への前記移動局の段階的なハンドオフを制御する中継回路と、を有し、
前記第1の基地局が前記バックホールネットワークから分離された場合、前記中継回路が、前記第1の基地局を前記第2の基地局に中間ノードとして通信できるように接続する、中継局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に無線通信のための方法及びシステムに関連し、特に、802．16mに適切な無線中継フレーム構造、プロトコル及び動作を行うための方法及びシステムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電気電子技術者協会（IEEE）において、802．16mとして言及されるブロードバンド通信用の新しいアドバンストエアインターフェース標準仕様を規定するための議論がなされている。802．16mにおいて意図されている検討項目の1つは、無線通信システムにおいて中継局（RS）を使用することである。
【０００３】
移動通信装置又は移動局（MS）が、ある基地局（BS）によりカバーされているエリアすなわちセルから、別のBSによりカバーされているセルに移動する際、信号品質の劣化、一時的な混乱、さらには呼損が生じるおそれさえある。カバレッジを増やすためシステムに中継局が導入される場合、セル端において、あるBSから別のものへハンドオーバする必要性が依然として存在する。ハンドオーバは、第1のBS（BS1）に接続されたあるRS（RS1）から、BS2に接続された別のRS2への間に生じる。この追加的なプロセスは、追加的な遅延を招き、上述したサービスの深刻な障害を増やすおそれがある。ある種のRSは、複数のBSと共有される。すなわち、そのRSは同じフレーム又は同じ時間に2つのBSと通信することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】優先日に公知のIEEE802．16m標準規格
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ハンドオフに関し、ソフトハンドオフ及び高速セルスイッチング技術が提案されている。しかしながら、ソフトハンドオフは追加的なリソースを必要とし、非常に高くつく基地局間制御（inter−BS  coordination）を必要とする。これらの課題に起因して、IEEE802．16e標準仕様にしたがって動作するよう設計されたマイクロ波アクセス世界標準（WiMAX）製品でさえ、ソフトハンドオフ機能を実装していない。さらに、高速セルスイッチング法は、BS同士の間で追加的な制御を必要とする。現在のところ、収容する複雑さに起因して、802．16において、2つの中継局同士の間で高速セルスイッチングを行う方法は規定されていない。
【０００６】
また、何らかの他のネットワークとの間の接続を行うためのバックホール（backhaul）のように、802．16等を使用してRSをインターフェーストランスレータとして使用する試みは一切規定されておらず、他のネットワークは例えばIEEE802.11、802．15及び802．16にしたがって動作するネットワークである。
【０００７】
さらに、災害の場合において、基地局がネットワークから切断されてしまうと、BSが速やかに復旧する方法はなく、別のBSを介して一時的に通信自体を再確立しなければならない。災害の場合、バックホールに対する復旧は、数日ないし数週間のサービス障害をまねくおそれがある。
【０００８】
複数のキャリアが使用される場合において、同時に同じ周波数f1を使用するBSからMSへ及びRSへの通信、及び別の周波数f2を使用するRSからMSへ及び第2のホップRSへの通信をサポートするフレーム構造を、現在の802．16jは規定している。しかしながら、f1によるBSからの受信と、中継局からMSへ及び配下のRSへの送信は、現在のフレーム構造の場合、異なる時間になされ、メッセージを送信するのに必要なリソース量は事実上2倍になっている。
【０００９】
したがって、IEEE802.16m通信を使用する際の上記の欠点を克服する無線中継フレーム構造、プロトコル及び処理機能が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施例による中継局は、
バックホールネットワーク及び少なくとも1つの移動局に通信可能に接続された複数の基地局を含む無線通信システムにおいて、少なくとも第1の基地局及び第2の基地局により共用される中継局であって、
前記第1の基地局、前記第2の基地局及び移動局に対して無線信号を送受信するトランシーバであって、前記無線信号は、単一のプリアンブル、MAP及びFCHを含み、前記第1の基地局及び前記第2の基地局に送信される、トランシーバと、
前記トランシーバに電気的に接続されたコントローラであって、前記第1の基地局に通信可能に接続されている前記移動局の信号品質を測定するコントローラと、
前記コントローラに電気的に接続された中継回路であって、前記信号品質に基づいて、前記第1の基地局から前記第2の基地局への前記移動局の段階的なハンドオフを制御する中継回路と
を有する中継局である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明原理にしたがって構築されたセルラ通信システムの一例を示すブロック図。
【図２】本発明原理にしたがって構築された基地局の一例を示すブロック図。
【図３】本発明原理にしたがって構築された無線端末の一例を示すブロック図。
【図４】本発明原理にしたがって構築された中継局の一例を示すブロック図。
【図５】本発明原理にしたがって構築されたOFDM送信アーキテクチャの一例を示す論理的に下位概念のブロック図。
【図６】本発明原理にしたがって構築されたOFDM受信あー帰依クチャの一例を示す論理的に下位概念のブロック図。
【図７】本発明原理にしたがって複数の基地局に関連する中継局を利用して段階的なハンドオフを行う様子を示すフロー図。
【図８】本発明原理にしたがう段階的なハンドオフプロセスのフローチャート。
【図９】本発明原理にしたがって複数の基地局に関連する一群の中継局を利用して段階的なハンドオフを行う様子を示すフロー図。
【図１０】本発明原理にしたがう中継局におけるトランスレータ機能を説明するための図。
【図１１】本発明原理にしたがう中継局における別のトランスレータ機能を説明するための図。
【図１２】本発明原理にしたがう災害復旧プロセスのフローチャート。
【図１３】本発明原理にしたがう帯域外信号に関する中継フレームオプションを示すテーブル。
【図１４】本発明原理にしたがう有線又は非16e中継リンクに関するフレーム構造を示す図。
【図１５】本発明原理にしたがう単独の無線機とともに中継リンク及びアクセスリンクの干渉するキャリアに関するフレーム構造を示す図。
【図１６】本発明原理にしたがう2つの無線機とともに非干渉キャリアを有する無線中継リンクのフレーム構造を示す図。
【図１７】本発明原理にしたがう2つの無線機とともに非干渉キャリアを有する無線中継リンクの別のフレーム構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
有利なことに、本発明は、セルラ通信システムにおいて使用される中継局を提供する。中継局に関連して説明するが、本発明による方法は、他の機器、システム及び装置により実行することが可能である。
【００１３】
本発明の一形態によれば、無線通信システムにおいて使用する中継局が提供される。無線通信システムは、バックホールネットワーク及び少なくとも1つの移動局に通信可能に接続された複数の基地局を含む。中継局は、第1の基地局及び第2の基地局により共用される。中継局は、トランシーバ、コントローラ及び中継回路を含む。トランシーバは、第1の基地局に無線信号を送信し、かつ第1の基地局から無線信号を受信する。第1の基地局及び第2の基地局に送信される無線信号は、単一のプリアンブル、MAP及びFCHを含む。コントローラは、トランシーバに電気的に接続される。コントローラは、第1の基地局に通信可能に接続されている移動局の信号品質を測定する。中継回路はコントローラに電気的に接続されている。中継回路は、信号品質に基づいて、第1の基地局から第2の基地局への移動局の段階的なハンドオフを制御（指図、指揮又は案内）する。
【００１４】
本発明の別の形態によれば、無線通信システムにおいて使用される中継局が提供される。無線通信システムは、少なくとも1つの基地局と少なくとも1つの通信装置とを含む。中継局は、少なくとも1つのトランシーバと、少なくとも2つの通信インターフェースと、インターフェーストランスレータと、中継回路とを含む。少なくとも1つのトランシーバは、基地局及び通信装置に対する信号の送信及び信号の受信を行う。少なくとも2つの通信インターフェースは、少なくとも1つのトランシーバに電気的に接続されている。各通信インターフェースは、異なる通信プロトコルスタックを実現する。インターフェーストランスレータは、少なくとも2つの通信インターフェースに電気的に接続されている。インターフェーストランスレータは、通信インターフェースの内の第1のものに関する第1のプロトコルスタックを、通信インターフェースの内の第2のものに関する第2のプロトコルスタックに変換する。中継回路は少なくとも1つのトランシーバに電気的に接続されている。中継回路は、基地局及び通信装置の間の信号を中継する。
【００１５】
本発明のさらに別の形態によれば、無線通信システムにおいて使用される中継局が提供される。無線通信システムは、少なくとも1つの基地局と、少なくとも1つの従属中継局（subordinate  relay  station）と、少なくとも1つの移動局とを有する。中継局は、中継回路と第1のトランシーバとを含む。中継回路は、基地局と通信装置との間、及び基地局と従属中継局との間における無線信号を中継する。第1のトランシーバは、中継回路に電気的に接続されている。第1のトランシーバは、第1の周波数を利用して基地局から第1の無線信号を受信すること、及び第2の周波数を利用して従属中継局へ第2の無線信号を送信することを同時に行う。
【００１６】
添付図面を考慮しながら以下の詳細な説明を理解することで、本発明及び本発明に付随する利点及び特徴の理解をさらに深めることができる。
【実施例１】
【００１７】
本発明による実施例を詳細に説明する前に、本実施例は、主に、リンクアダプテーション技術を使用する通信システムのスペクトル効率及びシステム全体のパフォーマンスを改善することに関連する装置構成及び処理ステップの組み合わせの中に内在することに留意を要する。したがって、システム構成及び方法ステップは、必要に応じて、図面の中で通常の記号により表現され、その図面は、本発明の実施例を理解すための具体的詳細のみを示しており、当業者にとって自明な詳細を示すことで本開示を曖昧にしないようにしている。
【００１８】
本願において使用されているように、「第1」、「第2」、「上」及び「下」等の相対的な用語は、あるエンティティ又は要素を、別のエンティティ又は要素と区別するために専ら使用されており、必ずしも、それらのエンティティ又は要素の間に何らかの物理的又は論理的な関係や順序があることを、必須としている又は示唆しているとは限らない。
【００１９】
同様な参照指標は同様な要素を指す図面を参照するに、図1には、本発明原理による通信システム10の一例が示されている。通信システム10は、複数のセル14における無線通信を制御する基地局コントローラ（BSC）12を含み、それらのセルにはそれぞれ基地局（BS）16が対応している。実施形態によっては、セルの各々は複数のセクタ18又はゾーン（図示せず）にさらに分割される。概して、各々の基地局16は、直交周波数分割多重（OFDM）方式を利用することで、対応する基地局16に関連するセル14に在圏する移動局及び／又は無線端末20との通信を促す。基地局16に対する移動端末20の動きは、チャネル状態の著しい変動を招く。図示されているように、基地局16及び移動端末20は、複数のアンテナを有し、通信に対する空間ダイバーシチを行っている。場合によっては、基地局16及び無線端末20の間で中継局22が通信を支援する。無線端末20は、任意のセル14、セクタ18、ゾーン（図示せず）、基地局16又は中継局22から、別のセル14、セクタ18、ゾーン（図示せず）、基地局16又は中継局22へハンドオフすることができる。場合によっては、基地局16は、バックホールネットワーク24を介して互いに及び他のネットワーク（例えば、コアネットワーク（図示せず）、インターネット（図示せず）等）と通信を行う。場合によっては、基地局コントローラ12は不要である。
【００２０】
図2には基地局12の一例が示されている。概して、基地局16は、制御システム26、ベースバンドプロセッサ28、送信回路30、受信回路32、複数のアンテナ34a、34b及びネットワークインターフェース36を含む。制御システム26は、中央処理装置（CPU）又は他のコントローラ若しくはマイクロプロセッサでもよい。受信回路32は、移動端末20（図3）及び中継局22（図4）に備わる1つ以上の遠隔送信機から、情報を搬送する無線周波数信号を、受信アンテナを介して受信する。図2には、ただ1つの受信アンテナ34a及びただ1つの送信アンテナ34bしか示されていないが、受信アンテナ34a及び送信アンテナ34bの数は1より多い数でもよい。送信アンテナ34bは、受信に使用されるアンテナ34aと同じでもよい。低雑音増幅器及びフィルタ（図示せず）が協働して、ブロードバンド干渉を処理する信号から除去及び増幅する。ダウンコンバージョン及びディジタイゼーション回路（図示せず）は、フィルタリングした受信信号を中間周波数の又はベースバンド周波数の信号にダウンコンバートし、変換後の信号は1つ以上のディジタルストリームにディジタル化される。
【００２１】
ベースバンドプロセッサ28は、ディジタル化された受信信号を処理し、受信信号により搬送された情報又はデータビットを抽出する。この処理は、通常、復調、復号、誤り訂正処理を含む。したがって、ベースバンドプロセッサ28は、通常、1つ以上のディジタル信号プロセッサ(DSP)及び／又は特定用途向け集積回路（ASIC）により実現される。受信信号は、無線ネットワーク及びネットワークインターフェース36を介して伝送され、又は基地局16の配下の別の無線端末20へ、直接的に又は中継局22の支援とともに送信される。
【００２２】
送信側において、ベースバンドプロセッサ28は、音声、データ又は制御情報を表すディジタル化されたデータを、制御システム26による制御の下でネットワークインターフェース36から受信し、送信に備えてそのデータをエンコードする。エンコードされたデータは、送信回路30に出力され、所望の1つ又は複数の送信周波数を有する1つ以上のキャリア信号によって変調される。電力増幅器（図示せず）は、変調されたキャリア信号を、送信に適切なレベルまで増幅し、変調された信号を、マッチングネットワーク（図示せず）を介して送信アンテナ34bに運ぶ。変調及び処理の詳細については後述する。
【００２３】
図3を参照するに、移動端末20の一例が示されている。基地局16と同様に、移動端末20は、制御システム38、ベースバンドプロセッサ40、送信回路42、受信回路44、複数のアンテナ46a、46b及びユーザインターフェース回路48を含む。制御システム38は、CPU又は他のコントローラ若しくはマイクロプロセッサでもよい。受信回路44は、1つ以上の基地局16及び中継局22から、情報を搬送する無線周波数信号を受信アンテナ46aを介して受信する。図3には、ただ1つの受信アンテナ46a及びただ1つの送信アンテナ46bしか示されていないが、受信アンテナ46a及び送信アンテナ46bの数は1より多い数でもよい。送信アンテナ46bは、受信に使用されるアンテナ46aと同じでもよい。低雑音増幅器及びフィルタ（図示せず）が協働して、ブロードバンド干渉を処理する信号から除去及び増幅する。ダウンコンバージョン及びディジタイゼーション回路（図示せず）は、フィルタリングした受信信号を中間周波数の又はベースバンド周波数の信号にダウンコンバートし、変換後の信号は1つ以上のディジタルストリームにディジタル化される。
【００２４】
ベースバンドプロセッサ40は、ディジタル化された受信信号を処理し、受信信号により搬送された情報又はデータビットを抽出する。この処理は、通常、復調、復号及び誤り訂正処理を含む。ベースバンドプロセッサ40は、通常、DSP及び／又はASICにより実現される。
【００２５】
送信側において、ベースバンドプロセッサ40は、音声、ビデオ、データ又は制御情報を表すディジタル化されたデータを、制御システム38による制御の下でネットワークインターフェース36から受信し、送信に備えてそのデータをエンコードする。エンコードされたデータは、送信回路42に出力され、所望の1つ又は複数の送信周波数を有する1つ以上のキャリア信号によって変調される。電力増幅器（図示せず）は、変調されたキャリア信号を、送信に適切なレベルまで増幅し、変調された信号を、マッチングネットワーク（図示せず）を介して送信アンテナ46bに運ぶ。変調及び処理の詳細については後述する。当業者が利用可能な様々な変調及び処理方法が、移動端末及び基地局の間で直接的に又は中継局を介して信号を通信するのに使用可能である。
【００２６】
OFDM変調の場合、送信帯域は複数の直交するキャリア波に分割される。キャリア波の各々は、送信するディジタルデータにしたがって変調される。OFDMは送信帯域を複数個のキャリアに分割するので、キャリア当たりの帯域幅は少なくなり、かつキャリア当たりの変調時間は長くなる。複数のキャリアが並列的に送信されるので、任意の所与のキャリアにおけるディジタルデータ又はシンボルの送信レートは、シングルキャリアが使用される場合よりも低くなる。
【００２７】
OFDM変調は、送信される情報に対して逆高速フーリエ変換（IFFT）を施す。復調の場合、受信した信号について高速フーリエ変換を施すことで、送信された情報を復元する。実際には、逆離散フーリエ変換（IDFT）及び離散フーリエ変換（DFT）を実行するディジタル信号処理によって、IFFT及びFFTがそれぞれ実行される。したがって、OFDM変調の特徴は、送信チャネル内の複数のバンドに対して、直交するキャリア波が生成されることである。変調された信号は、比較的低い送信レートを有し、各自の帯域内に留まることが可能なディジタル信号である。個々のキャリア波は、ディジタル信号によって直接的には変調されない。そうではなく、全てのキャリアがIFFT処理によって一度に変調される。
【００２８】
動作の際、OFDMは、基地局16から移動端末20への少なくともダウンリンク送信に使用されることが好ましい。基地局16の各々は、「n」個の送信アンテナ34b（n≧1）を備え、移動端末20の各々は、「m」個の送信アンテナ46a（m≧1）を備える。特に、各々のアンテナは、適切な二重化、切り替え又はスイッチングにより受信及び送信に使用可能であり、図示のラベルは説明の便宜上のものに過ぎない。
【００２９】
中継局22が使用される場合、OFDMは、基地局16から中継局22へ、及び中継局22から移動端末20へのダウンリンク送信に使用されることが好ましい。
【００３０】
図4を参照するに、中継局22の一例が示されている。基地局16及び移動端末20と同様に、中継局22は、制御システム50、ベースバンドプロセッサ52、送信回路54、受信回路56、複数のアンテナ58a、58b及び中継回路60を含む。制御システム50は、CPU又は他のコントローラ若しくはマイクロプロセッサでもよい。中継回路60は、基地局16及び移動端末20の間の通信を中継局22が支援できるようにする。受信回路56は、1つ以上の基地局16及び移動端末20から、情報を搬送する無線周波数信号を受信アンテナ58aを介して受信する。図4には、ただ1つの受信アンテナ58a及びただ1つの送信アンテナ58bしか示されていないが、受信アンテナ58a及び送信アンテナ58bの数は1より多い数でもよい。送信アンテナ58bは、受信に使用されるアンテナ58aと同じでもよい。低雑音増幅器及びフィルタ（図示せず）が協働して、ブロードバンド干渉を処理する信号から除去及び増幅する。ダウンコンバージョン及びディジタイゼーション回路（図示せず）は、フィルタリングした受信信号を中間周波数の又はベースバンド周波数の信号にダウンコンバートし、変換後の信号は1つ以上のディジタルストリームにディジタル化される。
【００３１】
ベースバンドプロセッサ52は、ディジタル化された受信信号を処理し、受信信号により搬送された情報又はデータビットを抽出する。この処理は、通常、復調、復号及び誤り訂正処理を含む。ベースバンドプロセッサ52は、通常、DSP及び／又はASICにより実現される。
【００３２】
送信側において、ベースバンドプロセッサ52は、音声、ビデオ、データ又は制御情報を表すディジタル化されたデータを、制御システム50から受信し、送信に備えてそのデータをエンコードする。エンコードされたデータは、送信回路54に出力され、所望の1つ又は複数の送信周波数を有する1つ以上のキャリア信号によって変調される。電力増幅器（図示せず）は、変調されたキャリア信号を、送信に適切なレベルまで増幅し、変調された信号を、マッチングネットワーク（図示せず）を介して送信アンテナ58bに運ぶ。当業者が利用可能な様々な変調及び処理方法が、移動端末20及び基地局16の間で直接的に又は中継局22を介して信号を通信するのに使用可能である。
【００３３】
図5を参照するに、論理的なOFDM送信アーキテクチャが示されている。まず、基地局コントローラ12（図1参照）は、様々な移動端末20宛の送信するデータを、直接的に又は中継局22の支援により、基地局16に送信する。基地局16は、移動端末20に関連するチャネル品質インジケータ（CQI）を使用して、データ送信をスケジューリングすることに加えて、スケジューリングされるデータに適切な符号化率及び変調方式を選択する。CQIは、移動端末20により直接的に決定されてもよいし、あるいは移動端末20から提供された情報に基づいて基地局16が決定してもよい。いずれにせよ、CQIは、OFDM周波数バンドを介してチャネル振幅（又はレスポンス）が変化する自由度の関数である。
【００３４】
ビットストリームであるスケジューリングされたデータ62は、データスクランブリング論理部64を用いて、データに関連するピーク対平均電力比を減らすようにスクランブルされる。スクランブルサレタデータについて巡回冗長検査（CRC）符号が決定され、CRC付加論理部66により、スクランブルサレタデータに付加される。チャネル符号化論理部68を利用して、チャネル符号化が実行され、データに対する冗長性を効率的に付加し、移動端末20による復元及び誤り訂正を促す。さらに、特定の移動端末20のチャネル符号化率は、CQIに基づく。一実施例において、チャネル符号化論理部68は、既知のターボ符号化技術を使用する。エンコードされたデータは、マッチング論理部70により処理され、符号化に起因するデータ伸張を補償する。
【００３５】
ビットインターリーバ論理部72は、符号化されたデータのビットを組織的に（systematically）並べ替え、連続的なデータビットの損失を最小化する。その結果のデータは、マッピング論理部74により、選択されたベースバンド変調方式にしたがって、対応するシンボルに組織的にマッピングされる。好ましくは、直交振幅変調（QAM）方式又は直交位相シフトキー（QPSK）変調方式が使用される。変調の度合いは、特定の移動端末20のCQIに基づいて選択されることが好ましい。シンボルインターリーバ論理部76を用いて、シンボルを組織的に並べ替えることで、周波数選択フェージングに起因する周期的なデータ損失に対する送信データの耐性を強化する。
【００３６】
この段階において、ビット群が、振幅及び位相のコンステレーションにおける位置を表すシンボルにマッピングされている。空間ダイバーシチが行われる場合、シンボルのブロックは、時空間ブロックコード（STC）エンコーダ論理部78により処理され、送信される信号が、さらに干渉に強くなるように及び移動端末20がさらに容易にデコードできるように、シンボルを変換する。STCエンコーダ論理部78は、到来するシンボルを処理し、基地局16の送信アンテナ34bの数に対応する「n」個の出力をもたらす。図2を参照しながら上述したような制御システム26及び／又はベースバンドプロセッサ28は、STC符号化を制御するためにマッピング制御信号を提供する。この段階において、「n」個の出力のためのシンボルは、送信されるデータを表現し、移動端末20により復元可能であるものとする。
【００３７】
具体例として、基地局16が2つの送信アンテナ32b（n＝2）を有し、STCエンコーダ論理部78が2つのシンボル出力ストリームを提供するものとする。したがって、STCエンコーダ論理部78から出力されるシンボルストリームの各々は、対応するIFFTプロセッサ80a、80bに伝送される（これらは、説明の簡明化のため、別々に描かれている。）。1つ以上のプロセッサを利用して、そのようなディジタル信号処理を単独に又は本願にて説明される他の処理と組み合わせて行ってもよいことを、当業者は理解するであろう。IFFTプロセッサ80は、シンボル各々を処理し、逆フーリエ変換を行うことが好ましい。IFFTプロセッサ80の出力は、時間領域におけるシンボルを表す。時間領域シンボル群はフレーム群にグループ化され、プレフィックス毎に挿入論理部82a、82b（まとめてプレフィックス挿入部82と言及する）に関連付けられる。結果の信号の各々は、ディジタル領域にて中間周波数にアップコンバートされ、対応するディジタルアップコンバージョン（DCU）及びディジタルアナログ（D／A）変換回路84a、84b（DCU＋D／A84）を介してアナログ信号に変換される。結果の（アナログ）信号各々は、所望のRF周波数において同時に変調され、増幅され、RF回路86a、86b（まとめてRF回路86と言及する）及びアンテナ34bを介して送信される。特に、意図されている移動端末16にとって既知のパイロット信号が、サブキャリア群の中に分散される。以下において詳細に説明される移動端末16は、パイロット信号を利用してチャネル推定を行う。
【００３８】
図6を参照するに、基地局16から直接的に又は中継局22の支援を経て、送信信号を受信する移動端末20が示されている。移動端末20のアンテナ46aの各々に送信信号が到来すると、信号の各々は、復調され、対応するRF回路88により増幅される。説明の簡明化のため、2つの受信経路の内の一方のみが詳細に説明及び図示される。アナログディジタル（A／D）変換器及びダウン変換回路90は、ディジタル処理用のアナログ信号をディジタル化してダウン変換する（周波数を下げる）。結果のディジタル化された信号は、自動利得制御回路（AGC）92により使用され、受信信号レベルに基づいて、RF回路88における増幅器の利得を制御する。
【００３９】
まず、ディジタル化された信号は、粗同期論理部96を含む同期論理部94に与えられ、粗同期論理部は、いくつかのOFDMシンボルを蓄積（バッファリング）し、2つの連続するOFDMシンボル同士の自己相関を計算する。相関結果の最大値に対応する結果の時間インデックスは、微細同期サーチウィンドウを規定し、微細同期サーチウィンドウは、ヘッダに基づいて、正確なフレーム開始位置を判別するために使用される。微細同期論理部98の出力は、フレーム調整論理部100によるフレーム捕捉を促す。以後のFFT処理が、時間領域から周波数領域への正確な変換を行えるようにするため、適切なフレーム調整が重要である。高精度（fine）同期アルゴリズムは、ヘッダにより搬送され受信されたパイロット信号と、既知のパイロットデータの局所的なコピーとの間の相関に基づく。フレームの調整及び捕捉がなされると、OFDMシンボルのプレフィックスは、プレフィックス除去論理部102により除去され、その結果のサンプルは周波数オフセット相関論理部104に伝送され、周波数オフセット相関論理部は、送信機及び受信機の整合していない局部発振器に起因するシステム周波数オフセットを補償する。好ましくは、同期論理部94は、周波数オフセット及びクロック推定論理部106を含み、これは、ヘッダに基づいて、送信信号におけるそのような影響を推定することを支援し、これらの推定値を相関論理部104に提供し、適切にOFDMシンボルを処理できるようにする。
【００４０】
この段階において、時間領域のOFDMシンボルは、FFT処理論理部108による周波数領域への変換の準備が整う。その結果は周波数領域のシンボルであり、処理論理部110に送付される。処理論理部110は、分散パイロット抽出論理部112を用いて、分散しているパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に基づいて、チャネル推定論理部114を用いてチャネル推定値を決定し、チャネル再構築論理部116を用いて全てのサブキャリアに対するチャネル推定値を提供する。サブキャリア各々のチャネル推定値を判定するため、パイロット信号は本質的には複数のパイロットシンボルであり、その複数のパイロット信号は、時間及び周波数双方の既知のパターンにより、OFDMサブキャリア群におけるデータシンボルの合間に分散している。
【００４１】
さらに図6を参照するに、処理論理部110は、受信したパイロットシンボルと、ある時間のあるサブキャリアにおいて予想されるパイロットシンボルとを比較し、パイロットシンボルが送信されていたサブキャリアのチャネル応答を決定する。その結果は、パイロットシンボルがマッピングされていない残りのサブキャリアの（全てではなく）ほとんどに対するチャネル応答値を推定するために、補間される。実際のチャネル応答値及び補間されたチャネル応答値は、全体のチャネル応答値を推定するために使用され、全体のチャネル応答値は、OFDMチャネルのサブキャリアの（全てではなく）ほとんどについてのチャネル応答値を含む。
【００４２】
周波数領域シンボル及びチャネル再構築情報は、受信パス各々のチャネル応答から導出され、STCデコーダ118に与えられ、STCデコーダは、受信したパス双方におけるSTCデコードを行い、送信シンボルを復元する。チャネル再構築情報は、周波数領域シンボル各々を処理する際、送信チャネルの影響を除去するのに十分な等化情報をSTCデコーダ118に与える。
【００４３】
復元されたシンボルは、シンボルデインターリーバ論理部120を用いて元の順序に戻され、シンボルデインターリーバ論理部は、基地局16の送信機におけるシンボルインターリーバ150に対応する。デインターリーバ後のシンボルは、復調され、あるいはマッピング論理部122により、対応するビットストリームにマッピングされ直す。これらのビットは、デインターリーバ論理部124によりデインターリーブされ、デインターリーバ論理部124は、基地局16の送信機アーキテクチャのビットインターリーバ論理部72に対応する。デインターリーブされたビットは、デマッチング（de−matching）論理部126により処理され、チャネルデコーダ論理部128に提示され、当初スクランブルサレタデータ及びCRCチェックサムを復元する。したがって、CRC論理部130は、CRCチェックサムを除去し、従来の方式でスクランブルされたデータを検査し、そのデータを、既知の基地局デスクランブリングコードを用いてスクランブルを解除するデスクランブリング論理部132に提供し、元の送信データ134を復元する。
【００４４】
データ134を復元するのと平行に、CQI136又は基地局16がCQIを導出するのに少なくとも十分な情報が、チャネル変動分析論理部138により決定され、基地局16に送信される。上述したように、CQI136は、キャリア対干渉比（CIR）140の関数であるだけでなく、OFDM周波数バンドの様々なサブキャリアにおいてチャネル応答がどの程度変化するかの程度の関数でもある。本実施例の場合、情報を送信するのに使用されるOFDM周波数における各サブキャリアのチャネルゲインは、互いに比較され、チャネルゲインがOFDM周波数バンドにおいてどの程度変化するかの程度を判定する。変動の程度を測定する際に様々な技術が使用可能であるが、ある技術は、データを送信するのに使用されるOFDM周波数バンドにおける各サブキャリアのチャネルゲインの標準偏差を計算する。
【００４５】
＜複数の基地局に関連する中継局による段階的なハンドオフ＞
共用中継局又は共有中継局（Shared  Relay  Station）は、2つ以上の基地局（BS）と通信できるが、単独のプリアンブル、メディアアクセスプロトコル（MAP）及びフレーム制御ヘッダ（FCH）を送信する。単独のプリアンブル、MAP及びFCHを送信する2つ以上の並存する接続されたRS同士は、共用されるRS（shared  RS）と考えることができる。802．16j標準仕様の場合、この共用されるRSは、2つのBSと通信する2つのRSのように機能する。1つの基地局からの同期信号を用いて、同期がとられる。あるリンクが不具合の場合はいつでも、他のリンクによる如何なる通信も不具合になる。
【００４６】
図7を参照するに、中継局（RS）22は、複数の基地局（BSs）16a、16bに関連付けられている。説明の便宜上、2つのBSしか示されていないが、本発明原理は、RS22が任意の数のBS16に関連付けられる場合に同様に適用可能である。RS22は、BS16a、16bの双方から適切な信号を受信できるように、セル端又はセクタ端に位置しているべきである。通信にRS22を使用できる移動局（MS）20にとって、BS1−16a又はBS2−16bの何れかがサービング基地局である。MS20の移動速度及び／又は相対的な信号強度に基づいて、選択が行われる。
【００４７】
図7は、時間経過におけるMS20の移動及び通信の様子を示し、これは受信信号強度により判定される。図8には、例示的な動作フローチャートが示されており、図7に示されるような中継局を用いてハンドオフを実行するステップを説明している。第1の時点T1において、MS20はBS1−16aに直接的に接続されている（ステップS102）。T2において、MS20はRS22のエリアに移動している。直接的なMS−BS1の経路に沿って信号強度が測定されることに加えて、MS−RS−BS1の経路に沿う信号強度も測定される。信号強度（S）は、様々なリンクに対する実効的な信号状態として推定されてもよい。Sは、アップリンク（UL）又はダウンリンク（DL）の測定値の何れかに基づいていてもよく、その場合、キャリア／干渉（C／R）、受信信号強度（RSSI）又は干渉レベル等に基づいてもよいが、これらに限定されない。本実施例の場合、「S1」はBS1−16aからの信号レベルを示し、「S2」はBS2−16bからの信号レベルを示し、「SR」はRS22からの実効的な信号レベルを示す。RS22からの実効的な信号レベルは、BS−RSリンク及びRS−MSリンクの信号レベル双方を考慮した等価的な信号レベルである。
【００４８】
中継局を介する経路の実効的な信号強度が、BS1への直接的な経路に沿う信号強度より低い場合、すなわち、Effective（S1，SR）＜S1＋H1  であった場合（ステップS104）、直接的なMS−BS1の通信が維持される。H1はヒステリシスを導入するために使用される項である。しかしながら、中継局を介する経路の実効的な信号経路が、BS1への直接的な経路に沿う信号強度より良かった場合、すなわち、Effective（S1，SR）＞S1＋H1  であった場合（ステップS104）、MS20の通信は、RS22にハンドオフされるが、RS22は、同じ転送ノード（すなわち、BS1−16a）による通信を維持し（ステップS106）、MS20はRS22を介してBS1−16aと通信を行う（ステップ108）。したがって、ハンドオフは、イントラBSハンドオーバであり、速やかに完了できる。
【００４９】
いくらか時間が経った後のT3において、MS20はBS2−16bのエリアに移動するが、RS22を介してBS1−16aとの同期及び接続は維持されている（ステップS110）。BS1−16a又はBS2−16bと直接的に通信するよりも、RS22を介して通信した方が、依然として良好である。MS−RS−BS1の接続に関する実効的な信号強度が、MS−RS−BS2の接続に関する実効的な信号強度よりも良くなった場合（ステップS112）、呼はRS22に接続されたままであり、基地局BS1−16aと通信を介してネットワークに転送される。しかしながら、MS−RS−BS2の接続に関する実効的な信号強度が、MS−RS−BS1の接続に関する実効的な信号強度よりも良くなった場合（ステップS112）、RS22はMS20の部分的なハンドオーバをBS2−16bに要求するが、この処理はMS20にとって透明、トランスペアレントである（ステップS114）。呼はRS22に接続されたままであり、基地局BS2−16bを介してネットワークに転送される（ステップS116）。このハンドオーバは、「ピンポン」現象を回避するためのヒステリシスを用いて、何らかの信頼度とともに実行される。RS22は高いヒステリシスマージンを有することができる。なぜなら、MS20の通信を犠牲にしないからである。
【００５０】
MS20がBS2−16bの領域内に移動し、かつBS2−16bによって良好に通信できることが十分に信頼できるようになると、RS22からBS2−16bへのハンドオーバが時点T4において行われる（ステップS120）。これもイントラBSハンドオーバであり、速やかに実行できる。ハンドオーバの期間の間、MS20はRS22に常に接続されているので、品質の劣化に妥協しなくてよい。こうして、如何なる信号品質劣化に妥協することなく、如何なる呼損の発生に妥協することなく、従来は容易でなかったBS−BSハンドオーバがMS20にとってトランスペアレントに実行される。BS−16a、16b各々の負荷が異なっていた場合、その負荷を反映するためにこれらの閾値を調整してもよいし、あるいは上記の処理において負荷に重み付けがなされてもよい。
【００５１】
図9は、共用RSグループを含む代替例を示し、同じ識別子を共用する複数のRS−22a、22b、22c、22d、22eが、2つのBS16a、16bに接続されている。処理手順は上記と同様であるが、MS20がBS2−16bに移動する前に、MS20にとってトランスペアレントなRSグループ内のいくつもの中間的なRS−22a、22b、22c、22d、22eを介して処理が進む。あるいは、RS22がトランスペアレントなRSであり、MS20が、RSからBSへのハンドオーバでさえ確認できないようになっていてもよい。
【００５２】
＜中継局をエアインターフェースとして使用すること＞
中継局に1つより多いインターフェースを十曽することで、802．16標準仕様の中継局22は、インターフェーストランスレータとして使用されてもよい。中継局22は、無線ネットワークにおける収集部（aggregator）として機能し、あるインターフェースからデータを収集し、それらを別のインターフェースに転送することができる。中継局22は、1つより多いインターフェースを介して通信するために、1つ以上の無線機を実装する。無線機が1つの場合、例えば802．11コネクションフリータイミングのような時間共有の何らかのインターフェース特性を使用することで、時間領域多重化（TDM）技術が使用されてもよい。基地局16及び中継局22間のデータ転送は、レイヤ2ベースで行われるので、実装の際にオーバーヘッドが少なくて済む。
【００５３】
図10を参照するに、RS22をインターフェーストランスレータにすることを可能にする2つのプロトコルスタック144、146が規定されている。トランスレータRS22は、一群の802．16プロトコル144を実装し、802．16ファミリのマルチホップ基地局（MR−BS）16又はRS22との通信を可能にする。トランスレータRS22は、別のインターフェース146を実装し、例えば、移動局やユーザ装置等の同種のインターフェースを実装する機器との通信を可能にする。例えば、図10において、2番目のインターフェース146は802．11を使用する。ワイヤレストンネル又はトラスポートコネクション148は、802．16MR−BS16及びトランスレータRS22の間に確立される。サービス品質（QoS）情報は、MS20又はトランスレータRS22により上位レイヤから抽出され、トンネルパケットヘッダ又はコネクションパケットヘッダの何れかに挿入される。BS16及びトランスレータRS22の間の無線トンネル／コネクションを介するルーティング制御及びQoS制御は、純粋にレイヤ2に基づいて行われる。アクセスRS22により処理される上位レイヤフロー各々のレイヤ2フローIDと、フローID及び圧縮ルール間の対応関係とを規定することで、無線トンネル148における上位レイヤのヘッダ圧縮を実行することができる。
【００５４】
図10において、無線トンネル又はトランスポートコネクション148は、中継メディアアクセスコントロール（R−MAC）を用いて実現される。R−MACプロトコルは、1対多（PMP）MACの拡張版であり、MAC共通部分サブレイヤ（MAC  common  part  sublayer：MAC  CPS）を規定し、PMP  MAC  CPS機能とともに組み合わせられる場合、MR−BS16及びMS20の間において、1つ以上のRS22を介する双方の方向に転送する効率的なMACパケットデータユニット（MAC  PDU）を提供する。MS20に対する制御及びデータ転送機能を提供するMAC  CPS機能部の場所は、実装される配置モデルに依存して、MR−BS16及びRS22の間に分散されてもよい。
【００５５】
MR属性の組み込み方に起因して、MR−BSとRSとの間及びRSとRSとの間のエアインターフェースにおけるプロトコルレイヤが、BS−SSエアインターフェースにおけるプロトコルレイヤと異なっていた場合、これらのプロトコルレイヤは、「R」の添え字が付けられる。したがって、MR−BSとRSとの間及びRSとRSとの間のエアインターフェースにおけるプロトコルレイヤは、R−PHYとして言及され、これらのエアインターフェースにおけるMACレイヤは、R−MACとして言及される。これらのレイヤがSSとBSとの間のインターフェース及びそれら自身の仕様における対応するレイヤに一致していた場合、これらのレイヤはPHY及びMACとして言及される。MACサブレイヤが、MR機能を含むように拡張される場合、R−MAC  CPR及びR−MACセキュリティサブレイヤ等の用語がそれらを指定するために使用される。
【００５６】
トランスレータRS22は、無線ゲートウェイ、無線アクセスポイント（AP）（802．11）又は無線マスタ(802．15)として使用することもできる。
【００５７】
図11は、本発明の代替例を示し、これは、無線トンネル又はトランスポートコネクション148においてR−MACを使用しない例である。概して、MR−BS16は、IPルータ又はブリッジとして機能する。到来して来る上位レイヤパケットは、RS22の単独の無線トランスポートトンネル／コネクション148に分類される。QoS情報が、例えばIPのディフサーブ（difserv）のような上位レイヤヘッダから抽出され、トンネル／コネクションパケットにより、トンネル／コネクション情報とともに搬送される。無線トンネル148における中継局22は、レイヤ2ルータとして機能し、トンネル／コネクションパケットヘッダ及び／又はサブヘッダを伴うトンネル情報及びQoS情報に基づいて転送される。
【００５８】
アクセスRS22（トランスレータRS22）は、802．16ドメインのIPルータとして、及び802．11ドメインのAP（ゲートウェイ）として機能する。アクセスRS22は、802．16インターフェース144及び802．11インターフェース146という2つのインターフェースを保持する。インターネット宛の全てのパケットは、802．11ドメインから収集され、アクセスRS22トンネル／コネクション148にマッピングされる（対応づけられる）。QoS情報は、上位レイヤから抽出され、トンネル／コネクションパケットヘッダにより搬送される。BS16から受信される全てのパケットは、MS20に又は他のコンピュータステーション（STA）に転送される。
【００５９】
＜同期及び障害／緊急事態に備えてRSを介して他のBSに対する基地局接続＞
通常の動作の場合、全ての基地局16は、排他的な／エクスクルーシブ（exclusive）な有線バックホールリンク24又は排他的な／エクスクルーシブな無線チャネルを利用して、ネットワークと直接的に通信する。本発明原理によれば、基地局（BS）16は、中間ノードとして中継局（RS）22を利用して、ネットワーク接続を有する他のBSを介してネットワークに接続してもよい。この接続（コネクション）は、災害や緊急事態によりネットワークアクセスが失われた場合に実現されてもよい。接続を失ったBS16は、他のBSに既に接続されている中継局22を探し、緊急識別子（emergency  identifier）を利用してそれらの他の基地局との接続を確立する。アタッチしたBS16により提供されるサービスは、限られた処理に限定される。RS22は双方のBSs16を監視し、緊急事態にネットワークリンク全てが落ちた場合、通信を再確立する速やかな方法を提供する。緊急救済チームは、その地域におもむき、特別な手段（例えば、マイクロ波）を用いて、あるBSにネットワーク接続を与え、隣接するBS16のセル境界に特別な中継局22を設けることで、ネットワークを拡張することができる。遠く離れたBSs16同士は、単にそれらの間に中継局22を設けることで、一連のBSとして接続される。完全なサービス（フルサービス）は利用可能でないが、本発明の実施例は、バックホール障害を解決する迅速な方法をもたらし、無線リソース管理（RRM）を実行し、あるいは特殊な必要性に応じてBSを一時的にインストールすることを可能にする。さらに、本発明原理は、ネットワーク接続がない場合でさえ、一群のBSが、ローカルな地域に対して独立にサービスを提供できるようにする。
【００６０】
緊急事態の間、BSは、代替的なネットワークアクセスモード又はスタンドアローンモードにて動作する。代替的なネットワークアクセスモードの場合において、BSが何らかの理由によりネットワークから切断されると、緊急サービスを指定し、ネットワークへの接続を有する利用可能な中継局を介してネットワーク接続を試みる。ネットワークに接続されたBSは、トラフィックがリダイレクトされなかった場合、オーバーロードになってしまうおそれがある。したがって、許容される緊急サービスは、利用可能なリソースに依存することになる。具体例としては、テキストメッセージ、短い会話、911操作（緊急電話の発呼）等である。スタンドアローンモードの場合において、ネットワークアクセスにより他の無線システムが利用可能でなかった場合、BSは他のBSと接続し、より大きなネットワークを形成し、そのカバレッジエリアにローカルなサービスを提供することを継続する。このようにして、接続されたBSネットワーク内の移動局は、通信を行うことができ、そのような状況において優れた方法を有する。
【００６１】
図12を参照するに、BS16が代替ネットワークアクセスモードで動作する場合のステップを示す動作フローの一例が示されている。BS−BS＿RRMリンクを確立し、中継局を介してBS同士の間の緊急メッセージを送信する際、中継局（RS0）が2つの基地局BS1、BS2に接続され、BS1（マスタBS）は既に同期が確立しており、BS2（スレーブBS）は未だ同期が確立されていない、あるいは同期外れの状態であるとする。また、例えば災害により、通常の経路（例えば、バックホール）を介して同期を再確立する反復的な試みも失敗していたとする。BS2はネットワークから分離されている（ステップS122）（例えば、バックホール、BSC等の不具合に起因する。）。BS2は関連付けられている中継局群にリクエストを送信し、そのリクエストは、それらの中継局群がネットワーク用の確立したパス（経路）を有するか否かを問い合わせるものである。中継局がパスを有していた場合、BS2はその中継局のフレーム構造に同期し、自身のフレームを調整する（ステップS124）。
【００６２】
BS−BS同期を確立するため、RS0は、通常BSがDLにおいて送信するフレーム開始プリアンブルを、正確にBSと同時に送信する。RS0は既にBS1に接続されているので、ダウンリンクプリアンブルを監視することで同期を確立できる。BS1が示唆する時間調整にしたがってアップリンクレンジング（ranging）信号タイミングを調整した後に、累積時間調整信号を算出することで、アップリンクの同期を行うことができ、RSは、ラウンドトリップ遅延時間（RTD）を決定し、RTD／2により自身のDL送信フレーム（フレーム開始信号を含む）を調整し、BSのDL送信に正確に同期することができる。同様に、BS2はその後にRS0送信に同期することができる。この場合、BSは、DLプリアンブルを検出する追加的なDL受信機ハードウェアと、追加的なULレンジング信号送信機とを備える。
【００６３】
あるいは、ULにより中継局22が送信した特別なプリアンブルに基づいて、スレーブBS（BS2）は同期を確保してもよい。BS2はプリアンブルを監視し、中継局22がアップリンクで送信したR−プリアンブル（R−Preamble）に同期し、それを特定の場所から送信されたものとして同定し、自身のR−プリアンブルを送信し始める。RS22の各々は、他のR−プリアンブル用の監視スロットを各自有する。RS0は、BSのR−プリアンブルを監視し、時間差を算出することでRTDを推定する。この時間差（遅延量）はBS2に返送され、BS2はRTD／2だけ自身のフレームを進める。上述したように、追加的なDL受信機ハードウェアが必要になるが、R−プリアンブル送信機は、通常、中継局の処理において利用可能なものである。
【００６４】
別の代替例の場合、BS2は、R−プリアンブルではなく、正確なオフセットとともにULレンジング信号を送信してもよい。ULレンジング信号は正確な同期情報を提供するので、この方法は、よりいっそう正確である。この場合、追加的なDL受信機ハードウェア及びULレンジング送信機が必要になる。
【００６５】
図12を再び参照するに、BS2が同期を取り戻した後、指定されたBS1へのパス（ステップS126）及びネットワークへの接続が、新たなパスとともに再確立される（ステップS128）。呼の接続は双方向で行われる。BS2は新たなネットワークにおいて中継局として動作してもよいし、BS2は、例えばトンネリングプロトコルのような新たなパスを介して接続される独立したBSとして機能してもよい。
【００６６】
BS2は、BS1に転送される排他的／エクスクルーシブメッセージ（exclusive  message）を送信する。中継局22は、ダウンリンク（DL）においてBS2からのデータを受信し、次のフレームにおいてアップリンク（UL）を用いてそのデータを転送する。これは従来の中継処理と異なり、従来の場合、中継局22はDLにおいてBSからの受信を行い、それを中継局のDLにより別の中継局又はMS20に転送している。従来の方法の場合、中継局22は、そのデータをBS1に転送するために次のRS−BS  ULまで待機しなければならない。
【００６７】
コネクション（接続）が確立された後でさえ、BS2は、中継局を介して接続されている他の接続ネットワークを継続的に探す。別の中継局による別のネットワークが発見された場合、BS2はそのネットワークに接続されているBSに至るまでのホップ数を求め、それが現在のネットワークのものより小さかった場合、その新たなネットワークに切り替える。その場合、新たな同期が必要とされるかもしれない。
【００６８】
障害の後、接続されたネットワークの利用可能性に関する情報を伝搬するには時間がかかるので、BSがさらに接続を確立できるように、いくつもの規則的な試みがなされるべきである。所定の時間内にそのようなネットワークへの接続を発見できなかった場合、BSはスタンドアローンモードに入る。スタンドアローンモードの場合でさえ、BS2は接続されたネットワークへのアクセスを規則的に探そうとする。
【００６９】
＜マルチキャリア中継処理＞
本発明の実施例によれば、受信機がf1を用いてBSから情報を受信すること及びf2を用いて配下の中継局へ送信することが、同時に実行されるようにフレーム構造を変更し、これによりリソースを節約する。周波数が非常に異なっていた場合、追加的な煩雑さは無視できるほど小さく、本プロセスは単独のデュプレクサを用いて実現できる。しかしながら、f1及びf2が近接したバンドに位置する場合、何らかのスペクトル分離回路を使用する必要がある。本発明原理により構築されたフレーム構造は、双方の状況に対処できる。
【００７０】
中継局22のフレーム構造は、下位のRSへの送信ゾーンと、上位のRSからの受信ゾーンとが、重複するように構成される。この形態は、如何なる干渉も生じさせずに、デュプレクサ及びフィルタにおける些細な修正により、中継ゾーンを2つの目的に完全に同時に使用できるようにする。
【００７１】
図13は、様々な状況における指定周波数を示すテーブル150を示す。例えば、オプションA  152の場合、中継リンク／バックホールは、有線でもよいし、802．16eに準拠していない無線リンク（例えば、Wi−Fi等）でもよい。オプションB  154の場合、中継リンク及びアクセスリンクは、異なる802．16eキャリアを使用し、これらのキャリア同士の間で如何なる干渉も生じない程度に充分な分離が存在する。オプションC  156の場合、中継リンクは隣接する又は近接したキャリア周波数を使用し、中継局22が受信及び送信を同時に行うことはできない。最後に、オプションD  158の場合、中継リンク／バックホールは無線でもよく、中継局、アクセスリンク（例えば、バンド内の中継（in−band  relay）、現在の802．16j等）に同じキャリアを使用してもよい。B1  160及びC1  162の状況に関し、MS20が、BS16からRS22へ移動する際、同じキャリアを使用することに留意を要する。RS22及びBS16は送信する際に2つのキャリアを使用する。B2  164及びC2  166の状況に関し、BS−MS及びBS−RSリンクに同じキャリアが使用されるが、RS22は、アクセス及び中継リンクに2つのキャリアを使用する。MS20は、BS16からRS22へ移動する際、キャリアを切り替える必要がある。
【００７２】
図14を参照するに、オプションA  152の状況が示されており、中継リンク／バックホールは、有線又は802．16e対応でない無線リンクである。この場合、RSフレーム構造168は802．16eに合っているが、同じ構造168が非802．16eの中継リンクにて使用する場合にも適用される。
【００７３】
図15にはオプションB  154の状況が示されており、左側がB1  160であり、右側がB2  164であり、中継リンクにおいて干渉するキャリアは存在しない。図15に示す状況の場合、中継局は単独の無線機を備えていることに留意を要する。キャリアは干渉しないので、RS22は一方の周波数で受信しつつ、他方で送信することができる。この実施形態は、802．16jのフレーム構造を変更することに加えて、RS22に追加的な手段（例えば、デュプレクサ）を要する。オプションC  156の場合、中継リンクに干渉キャリア（例えば、互いに近接した周波数を有するキャリア）が存在し、単独の無線機を備えた中継局22を用いる方法では実現できない。
【００７４】
図16もオプションB  154を示すが、RS22が2つの無線機を備えている点が異なる。B1  160の場合、双方の無線機は中継局の802．16j標準仕様にしたがうので、標準的な802．16jのMR−BSリンクが使用されてよい。B2  164に関し、BSと通信するために無線機1がアクセスゾーンにおいて動作する場合（すなわち、MSモードの場合）、Fyキャリア処理は802．16jと同様であるが、Fx処理は802．16eにしたがって行われる。
【００７５】
図17はオプションC  156に関するフレーム構造を示し、左側はC1  162であり、右側がC2  166であり、中継局22は2つの無線機を備えている。2つのキャリアは干渉するおそれがあるので、干渉を防ぐために特別な分離回路が使用されなければならない。オプションB  154の場合と同様に、無線機1が、BSと通信するためにアクセスゾーン（すなわち、MSモード）において動作する場合、Fyキャリアは802．16jと同様であるが、Fx処理は802．16eにしたがって実行される。
【００７６】
本発明が図示及び説明された具体的形態に限定されないことは、当業者にとって明らかであろう。さらに、別段の断りがない限り、全ての添付図面はスケール（縮尺）を描いたものではないことに留意を要する。以下の特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の範囲及び精神から逸脱することなしに、上記の説明により、様々な修正及び変形が可能である。
【図１】
0005512656.tif 000002
【図２】
0005512656.tif 000003
【図３】
0005512656.tif 000004
【図４】
0005512656.tif 000005
【図５】
0005512656.tif 000006
【図６】
0005512656.tif 000007
【図７】
0005512656.tif 000008
【図８】
0005512656.tif 000009
【図９】
0005512656.tif 000010
【図１０】
0005512656.tif 000011
【図１１】
0005512656.tif 000012
【図１２】
0005512656.tif 000013
【図１３】
0005512656.tif 000014
【図１４】
0005512656.tif 000015
【図１５】
0005512656.tif 000016
【図１６】
0005512656.tif 000017
【図１７】
0005512656.tif 000018