(57)【要約】本発明によれば、送信側の第１無線局（ＡＰ）からの信号が少なくとも２つの中間局（ＥＰ）を介して受信側の第２無線局（ＲＭ、ＭＮ）に伝送される。その際、少なくとも２つの中間局（ＥＰ）の間で、受信側の第２無線局（ＲＭ、ＭＮ）への送信を構成するためのシグナリングが行われる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおける信号伝送の方法において、
送信側の第１無線局（ＡＰ）の信号を少なくとも２つの中間局（ＥＰ）を介して受信側の第２無線局（ＲＭ，ＭＮ）に伝送し、その際、前記少なくとも２つの中間局（ＥＰ）の間で、受信側の第２無線局（ＲＭ，ＭＮ）への送信を構成するためのシグナリングを行う、ことを特徴とする無線通信システムにおける信号伝送の方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの中間局（ＥＰ）と前記第１無線局（ＡＰ）及び／又は前記第２無線局（ＲＭ，ＭＮ）との間で特性量をシグナリングする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記中間局（ＥＰ）において、前記第１無線局（ＡＰ）及び／又は前記第２無線局（ＲＭ，ＭＮ）により受信された信号から前記特性量を求める、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記特性量を前記中間局（ＥＰ）において重み係数の決定に使用する、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記特性量はチャネル特性に関する情報を含んでいる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
チャネル特性が変化したときにのみ、チャネル特性に関する情報の更新を行う、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも２つの中間局（ＥＰ）のアンテナ装置をインテリジェントアンテナのアンテナ素子に応じて構成する、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
送信側の第１無線局（ＡＰ）の無線サービスエリア内にある複数の中間局（ＥＰ，ＭＨＮ）のアンテナ装置と、受信側の第２無線局（ＲＭ，ＭＮ）の無線サービスエリア内にある別の複数の中間局（ＥＰ，ＭＨＮ）のアンテナ装置を、それぞれ１つのインテリジェントアンテナにまとめる、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの中間局（ＥＰ）において、データ伝送のためにプリエンファシス手続き又はデエンファシス手続きを使用する、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
局間の伝送を単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）によって行う、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信システムにおける信号伝送の方法に関する。
【０００２】
公知のアドホックネットワークは通常、公知の無線通信システムに比べて低い性能を有している。これは何よりも、多数のいわゆるマルチホップ無線局を介したデータ伝送の場合に、使用された周波数をこの無線局の一定の周辺地域で再利用することができないことによる。通信リソースのこの不協同な利用は不利にはデータスループットの強い場所依存性をもたらす。
【０００３】
それゆえ本発明の課題は、公知のアドホックネットワークを発展させて、有利には、より効率的な長距離伝送を可能にすることである。この課題は、送信側の第１無線局の信号を少なくとも２つの中間局を介して受信側の第２無線局に伝送し、その際、前記の少なくとも２つの中間局の間で、前記受信側の第２無線局への送信を構成するためのシグナリングを行うことを特徴とする無線通信システムにおける信号伝送の方法により解決される。本発明の発展形態は従属請求項の対象である。
【０００４】
以下では、図面を参照した実施例に基づいて、本発明による方法及びこの方法を実行する装置をより詳細に説明する。
【０００５】
図１は、２つのホップと２つの中間局とを備えたＭＨＳＦＮシステムを示している。
図２は、ＭＨＳＦＮシステムのさまざまな実施可能性の概観を示している。
図３は、２つの中間局を備えた２ホップＳＦＮシステムを示している。
図４は、通信チャネルの説明図を示している。
図５は、２つの中間局の目標関数を示している。
図６は、別の目標関数を示している。
図７は、複数の中間局を備えた３ホップＳＦＮシステムを示している。
図８は、それぞれ複数の中間局から成るクラスタを示している。
図９は、アドホックネットワークにおける分散アンテナ構想の例示的な適用例を示している。
【０００６】
いわゆるマルチホップ（ＭＨ−  Ｍｕｌｔｉ−Ｈｏｐ）単一周波数（ＳＦＮ−Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）無線通信システムにおけるデータ伝送の際の信号処理及びシグナリングのための方法を説明する。ＳＦＮは、例えば、同じ伝送周波数を使用する複数の基地局によって広い地域をカバーするＤＶＢ−Ｔ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ−Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ）又はＤＡＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｕｄｉｏ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）のような無線放送システムから周知である。
【０００７】
１．システムの説明
送信無線局と、受信無線局と、０個、１個、又は複数の中間局とから成る無線通信システムを考える。
【０００８】
この種のシステムでは、例えばデータ信号などの信号は、直接的に送信無線局から受信無線局へ伝送されるか、又は１つもしくは複数の中間局を介して伝送される。その際、中間局（ＥＰ−Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  Ｐｏｉｎｔ）は送信無線局（ＡＰ−Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ）により送信された信号を直接又は別の中間局を介して間接的に受信無線局（ＭＴ−Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）に転送することができる。複数の局を介した転送はマルチホップ（ＭＨ）と呼ばれる。さらに、複数の中間局は同時に同じ信号又は同じデータを受信し、共通して、すなわち、同時かつ同周波数で、ＳＦＮにより直接受信無線局又は別の中間局に送信することができる。
【０００９】
以下では、このシステムをマルチホップ単一周波数ネットワーク（ＭＨＳＦＮ−Ｍｕｌｔｉ−Ｈｏｐ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ぶ。図１には、送信無線局ＡＰと、２つの中間局ＥＰを介した２つのホップと、受信無線局ＲＭとを備えたＭＨＳＦＮが例として示されている。例として示された２つの中間ＥＰは送信無線局ＡＰのサービスエリア内にある。送信無線局ＡＰは、第１のステップにおいて、送信無線局ＡＰのサービスエリア外にある受信無線局ＲＭ向けのデータを中間局ＥＰに送信する。第２のステップでは、中間局ＥＰが同時にかつ同周波数でデータを受信無線局ＲＭに転送する。中間局の同期化は例えば送信無線局によって行うことができる。これにより有利には、中間局の所在地で位相プリエンファシスを実行することができ、受信無線局の所在地で信号の構成的な重ね合わせが保証される。有利には、このような単一周波数ネットワークによってさらに、比較的大きな信号対雑音比が達成可能であることによるサービスエリアの拡大、ならびにシャドウ効果の影響の低下が得られる。さらに、伝送の安全性が高められる。というのも、−例えばユーザによって−中間局のうちの１つが切断されているときでも、受信無線局へのデータ伝送は別のアクティブな中間局の転送により保証されるからである。
【００１０】
１．１  ＭＨＳＦＮシステムにおける信号処理とシグナリング
ＭＨＳＦＮシステムでは、有利には、中間局ＥＳは例えばプリエンファシス手続き又はデエンファシス手続きのような信号処理法を使用することができる。これらの手続きの性能を高めるために、さらに無線局ＡＰ及び／又はＲＭと中間局ＥＰとの間でのシグナリングによって特性量を遣り取りすることもできる。これらの情報を用いて、例えば、受信無線局への転送前に各中間局において重み係数を求めることができ、これにより有利には、受信無線局の所在地において比較的高い信号対雑音比が達成される。特性量を考慮しない簡単な位相プリエンファシスと比べて、これにより利得が得られる。というのも、信号対雑音比の値が低い接続は受信無線局において受信信号を妨害しないからである。
【００１１】
これに関して、基本的に３つの信号処理又はシグナリングの構想を区別しうる。
【００１２】
広範にわたって最適な信号処理の第１の定式化は、すべての受信シンボル及びチャネル特性を知ることを基礎としている。しかしながら、以下ではＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれるこの構想には、非常に高いシグナリングコストがかかる。
【００１３】
信号処理の第２の定式化はチャネル特性だけを知ることに基づいている。受信シンボルに関しては、統計的な特性量だけしか既知のものとして前提されない。この定式化では、局間のチャネルの状態に関する情報が遣り取りされる。これらの情報の更新は、例えばチャネル特性の重要な変化が生じたときにしか必要ない。このことは有利にはシグナリングのコストの低下をもたらす。この構想は以下では適応ＳＦＮフォワーディングと呼ばれる。
【００１４】
第３の定式化はシグナリングを行わない。信号処理は専らそれぞれの局ないし中間局にある情報、又は、例えばチャネル減衰及び／又はチャネル雑音のようなＭＨＳＦＮシステムの特性量に基づいている。別の又はすべての中間局の付加的情報は知られていない。この構想は以下ではブラインドＳＦＮフォワーディングと呼ばれる。
【００１５】
中間局における系統的な信号処理によって又はプリエンファシス手続き及び／又はデエンファシス手続きによって、例えば、有利には受信無線局の所在地において信号の構成的な重ね合わせ（Ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ）を達成することができる。しかし、受信器においてこのような信号の同相の重ね合わせを達成するためには、信号処理の際に、予測される伝送チャネルに関する正確な知識が存在し、それが考慮されなければならない。その際、場合によっては、無線チャネルの相反的特性に頼ることができる。この相反的特性によれば、受信した信号に基づいて無線チャネルの挙動に関する推論を行うことができる。しかしながらその際、アナログ伝送チャネルは無線チャネルといわゆるアナログ送受信フォンドエンドとから構成されていることが考慮されなければならない。無線チャネルの相反性が十分な程度である間は、送受信フロントエンドの伝送特性はとりわけ位相応答において大きく異なりうる。したがって、この違いを考慮しなければ、伝送チャネルの同相の予測を行うことはできない。
【００１６】
以下では、２つのタイプの局（端末）、すなわち、
−伝送チャネルの同相の予測を行う端末と、
−伝送チャネルの同相の予測を行わない端末
が区別される。
【００１７】
図２には、ＭＨＳＦＮシステムのさまざまな実施可能性に関する概観が示されている。先に述べた構想の他に、さらにこれらの実施形態の組合せも可能である。
【００１８】
使用される端末のタイプとシグナリングとに応じて、有利には異なる信号処理アルゴリズムを使用することができる。以下では、信号処理のさまざまな手法、ならびにプリエンファシス及び／又はデエンファシス手続きを実施例に基づいて説明する。
【００１９】
２．実施例
先に述べたシステム構想を明確化するため、以下では、模範的なシステム実施形態を説明する。
【００２０】
以下の実施例の基礎として、公知のＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）伝送システムと、スペクトルマスクを用いた個々の副搬送波の送信電力制限とが前提とされる。しかし、本発明による方法はこの周辺条件に限定されるものではなく、異なる周辺条件を有するシステムにおいても同様に使用可能である。
【００２１】
上記の例示的な周辺条件は個々の副搬送波の個別の独立した分析を可能にする。これにより、各々の副搬送波の伝送能力を有利にはＯＦＤＭシステムの他の副搬送波から独立して分析し、最適化することができる。
【００２２】
２．１  ２ホップＳＦＮ（２ホップ単一周波数ネットワーク）
図３には、２つの中間局ＥＰを備えたいわゆる２ホップＳＦＮシステムが示されている。
【００２３】
以下で説明する方法は伝送能力の最適化に用いられる。このために、例えば受信器ＳＮＲＳＦＮにおける各副搬送波の信号対雑音比（ＳＮＲ−Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が最大化される。さらに、このような最適な転送をサポートするシグナリングプロトコルも説明する。
【００２４】
分析的な説明のために、図４にしたがって、伝送チャネルを記述するための用語を定める。この用語は副搬送波の伝送係数と雑音項とを記述する。
【００２５】
Ｈ１ｋは、送信無線局からｋ番目の中間局ＥＰへの伝送係数を表している。信号ｎ１ｋはｋ番目の中間局ＥＰにおける雑音を記述する。中間局ＥＰの個数はＫで表されているので、添字ｋは０からＫ−１までを走る。雑音電力はσ１Ｋ２で表される。添字１は２ホップシステムの第１のホップ（ホップ）を指している。これと同様に、Ｈ２ｋはｋ番目の中間局ＥＰから受信無線局への伝送係数を表している。信号ｎ２は受信無線局における雑音を記述する。雑音電力はσ２２で表される。添字２は２ホップシステムの第２のホップ（ホップ）を指している。複素係数Ａｋはｋ番目の中間局ＥＰにおけるそのつどの重みを記述する。これらの用語と送信電力の１への制限という周辺条件とから、複素係数Ａｋに関して以下の限界、０≦｜Ａｋ｜２≦１／（｜Ｈ１ｋ｜２＋σ１Ｋ２）が従う。
【００２６】
２．２．１  チャネル位相が知られていない場合
第１の実施例では、中間局ＥＰを備えたシステムは転送のための送信チャネルのチャネル位相を知らないと仮定される。
【００２７】
Ｈ２ｋのチャネル位相は中間局ＥＰに知られていないため、受信無線局の所在地においてつねに信号の構成的な重ね合わせが達成される訳ではない。むしろ、受信信号はランダムな位相と重なり合う。そのため、受信信号の電力は平均値でしか加算されない。しがって、受信器における信号対雑音比は、
【００２８】
【数１】
2005538627.tif 000003
と計算される。目標関数（ＳＮＲＳＦＮ）は｜Ａｋ｜２を変化させて最大化される。その際、パラメータ｜Ａｋ｜２は制限されていることに注意しなければならない。それゆえ、最適化は｜Ａｋ｜２の制限によって定められる有効領域においてのみ実行されうる。
【００２９】
２．２．１．１  チャネルパラメータと受信値のシグナリング（第１の定式化によるＭＩＭＯフォワーディング）あり
受信器の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、チャネルパラメータと受信値とをシグナリングする際に、有利にはすべてのシステムパラメータを考慮して行うことができる。
【００３０】
２．２．１．２  チャネルパラメータのシグナリングあり（第２の定式化による適応ＳＦＮフォワーディング）
受信器の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、チャネルパラメータをシグナリングする際に、このシステムパラメータを考慮して行うことができる。
【００３１】
最大化のためには、目標関数の挙動の事前分析が役立つ。その際、目標関数の「等高線」がＲＫ内のＫ−１次元の「直線」又はＫ−１次元の超平面であることが確認される。このことは、どの「等高線」も点特性を有していないことを意味する。これにより、関数は有効領域内では大域的な最大値又は最小値を有することができない。関数は有効領域の境界において最大となる。
【００３２】
有効領域はＲＫ内の超平面によって区切られているので、目標関数の最大値は有効領域の稜角（頂点）で見いだされる。あるケースでは、最大のＳＮＲＳＦＮに属する等高線-超平面が境界超平面上にあることもある。各々の点、したがって各々の稜角は等高線上で同じ値を有しているので、このケースでは、任意の稜角を選んでよい。
【００３３】
図５には、中間局が２つの場合の目標関数ＳＮＲＳＦＮの１つ例がパラメータ｜Ａｋ｜２に依存して示されている。チャネル伝送係数はこの例ではランダムに選ばれている。図５からは、等高線が直線であること、及び、目標関数は有効領域の稜角で最大となることが分かる。
【００３４】
この分析は、つねに有効領域の稜角で最適なＳＮＲＳＦＮに達することを示している。稜角はパラメータセット｜Ａｋ｜２を記述する。１つ又は複数の中間局ＥＰは最大電力で送信する（｜Ａｋ｜２＝１／（｜Ｈ１ｋ｜２＋σ１Ｋ２））が、別の中間局ＥＰは転送を行わない（｜Ａｋ｜２＝０）。中間局のうちのどれも、０と最大値との間（０≦｜Ａｋ｜２≦１／（｜Ｈ１ｋ｜２＋σ１Ｋ２）の電力では送信しない。それゆえ、ＳＮＲＳＦＮの最大化は、最大電力で送信する中間局ＥＰを適切に選択することによって行われる。
【００３５】
アクティブな中間局のこの選択は、例えば、選択基準を用いて行うことができる。Ｌ＋１個の中間局が選択されており、それらが最大電力で送信する場合、ＳＮＲＳＦＮを高めるためにどの前提条件の下で中間局を切断すればよいかを記述した規則を定めることができる。例えば、Ｌ番目の中間局は、まさに切断によってＳＮＲＳＦＮが高められるか又は変化しないときに切断されるべきである。ＳＮＲＳＦＮ Ｌはすべての中間局（０番目からＬ番目まで）が送信する場合の信号対雑音比を記述するもの、ＳＮＲＳＦＮ Ｌ−１は０番目からＬ−１番目までの中間局が送信する場合の信号対雑音比を記述するものとすれば、この条件は次のように定式化される：
【００３６】
【数２】
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これにより、Ｌ番目の中間局は、Ｌの中間局の受信-信号対雑音比ＳＮＲ１Ｌが受信無線局におけるそれまでの信号対雑音比（ＳＮＲＳＦＮ Ｌ）よりも小さいときに切断されるべきであることが明らかである。
【００３７】
この認識に基づいて、以下のステップを有するアルゴリズムを定式化することができる：
１．  Ｋ個のすべての中間局ＥＰが最大送信電力で転送する場合のＳＮＲＳＦＮを求める；
２．求めたＳＮＲＳＦＮを中間局-受信-信号対雑音比ＳＮＲ１ｋと比較し、ＳＮＲ１ｋ≦ＳＮＲＳＦＮであるすべての中間局を非活動化する；
３．それ以外の中間局ＥＰが非活動化されていなければ、ルーチンを終了する；
４．以上の結果として得られるＳＮＲＳＦＮを求め、ステップ２へ進む。
【００３８】
これらのステップを通過する度にＳＮＲＳＦＮは上昇するため、以前の通過における決定は有効なままである。したがって、これらの決定はあらためて検査又は補正される必要がない。これは、少なくともＫ回の通過の後に最適な結果を計算して中断されるアルゴリズムの収束動作を示している。
【００３９】
上記の非活動化基準と同様に、活動化基準も同じようにして定めることができる。この場合、Ｌ＋１番目の新たな中間局は、この中間局の受信-信号対雑音比（ＳＮＲ１Ｌ＋１）が受信無線局の所在地におけるそれまでの信号対雑音比（ＳＮＲＳＦＮ Ｌ）よりも大きいときに活動化される。なお、信号対雑音比（ＳＮＲＳＦＮ Ｌ）は０番目からＬ番目までのこれまで活動化されていた中間局から得られたものである。
【００４０】
上記の分析はそれぞれのＯＦＤＭ副搬送波に対して個別に行うことができる。前記の用語を副搬送波にまで拡張するためには、システムパラメータとチャネルパラメータを副搬送波ごとに記述するだけでよい。
【００４１】
これらの基準から以下のシグナリングの構想を導き出すことができる：
１．受信無線局は、例えば周期的に、それぞれのＯＦＤＭ副搬送波ｆに関して求められた受信-信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮ（ｆ）をすべての中間局にシグナリングし、
２．各中間局ＥＰは、副搬送波ごとに、シグナリングされた信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮ（ｆ）をそれ自身の求められた受信-信号対雑音比ＳＮＲ１ｋ（ｆ）と比較する。ここで、
ａ．ＳＮＲ１ｋ（ｆ）≦ＳＮＲＳＦＮ（ｆ）の場合には、ｋ番目の中間局ＥＰは副搬送波ｆで信号を送信せず、
ｂ．ＳＮＲ１ｋ（ｆ）＞ＳＮＲＳＦＮ（ｆ）の場合には、ｋ番目の中間局ＥＰはこの副搬送波上で最大電力｜Ａｋ（ｆ）｜２≦１／（｜Ｈ１ｋ（ｆ）｜２＋σ１Ｋ２（ｆ））をもって送信する。
【００４２】
２．２．１．３  シグナリングなし（第３の定式化によるブラインドＳＦＮフォワーディング）
受信器の所在地における信号対雑音比（ＳＮＲＳＦＮ）の最適化は、シグナリングなしでローカルに知られているシステムパラメータを考慮するだけで実行することができる。
【００４３】
２．２．２  チャネルの位相が知られている場合
第２の実施例では、中間局ＥＰを備えたシステムが転送のための送信チャネルのチャネル位相を知っていると仮定される。
【００４４】
Ｈ２ｋの位相は中間局ＥＰに知られていないため、信号の有利な構成的重ね合わせが受信器においてつねに達成される訳ではない。受信信号はランダムな位相と重なり合う。そのため、受信信号の電力は平均値でしか加算されない。しがって、受信無線局の所在地における信号対雑音比は、
【００４５】
【数３】
2005538627.tif 000005
と計算される。目標関数ＳＮＲＳＦＮは｜Ａｋ｜２を変化させて最大化される。その際、パラメータ｜Ａｋ｜２は制限されていることに注意しなければならない。それゆえ、最適化は｜Ａｋ｜２の制限によって定められる有効領域においてのみ実行されうる。
【００４６】
２．２．２．１  チャネルパラメータと受信値のシグナリングあり（第１の定式化によるＭＩＭＯフォワーディング）
受信無線局の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、シグナリングの際に、有利にはすべてのシステムパラメータを考慮して行うことができる。
【００４７】
２．２．２．２  チャネルパラメータのシグナリングあり（第２の定式化による適応ＳＦＮフォワーディング）
受信無線局の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、このシグナリングの際に、有利にはチャネルパラメータを考慮して行うことができる。
【００４８】
最大化のためには、再び目標関数の挙動の事前分析が役立つ。この事前分析では、目標関数の等高線はＲＫ内のＫ−１次元の双曲線又はＫ−１次元の双曲面であることが確認される。このことは、どの「等高線」も点特性を有しておらず、関数は有効領域内では大域的な最大値又は最小値を有していないことを意味する。関数は有効領域の境界において最大となる。さらに、主軸理論により、すべての双曲線は同じ主軸を有していることを示すことができる。
【００４９】
図６には、中間局が２つの場合の目標関数、信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの１つ例がパラメータ｜Ａｋ｜２に依存して示されている。チャネル伝送係数はこの例ではランダムに選ばれている。図６では、等高線が双曲線であること、及び、目標関数は有効領域の境界で最大となることが分かる。図６の下図には、等高線の他に、有効領域と双曲線の共通の主軸とが示されている。
【００５０】
分析は、目標関数ＳＮＲＳＦＮは有効領域の境界で最大となることを示している。有効領域の境界は超平面によって定められている。第１のステップでは、最適値が見いだされる境界超平面を探す。図６から明らかなように、これは主軸と「最初に」交差する超平面である。すなわち、主軸とこの超平面との交点は最も密集した座標原点にある。主軸理論によって示されるように、｜Ａｋ｜＝λσ２｜Ｈ１ｋ｜／（σ１ｋ２｜Ｈ２ｋ｜）であるパラメータセットは主軸上にあり、スカラーλは任意に選択されたベクトルの長さを記述する。λｋは、重み係数｜Ａｋ｜が最大化されるように選ばれる。このことから、
【００５１】
【数４】
2005538627.tif 000006
が従う。最初に主軸と交差する超平面は、最短のベクトルによって、したがって最小値λｋによってｍｉｎｋ（λｋ）と表される。
【００５２】
以下では、中間局ＥＰの番号付けを値λｋの大きさに従ってソートするのが適切であると思われるので、番号ｋ＝０の中間局ＥＰは最小値λｋを有し、λｋ≦λｋ＋１という順序列が得られる。
【００５３】
このソートにより、λ０＝ｍｉｎｋ（λｋ）が従う。それゆえ、最大値が載っている超平面は、｜Ａ０｜２＝１／（｜Ｈ１０｜２＋σ１０２）により定義される。最小値λｋを有する中間局ＥＰは、ＳＮＲＳＦＮを最大化するために、最大送信電力で送信しなければならない。複数の、例えばＮ個の中間局がｋ＜Ｎに対して同じ最小値λ０＝λｋを有しているとすると、Ｎ個のすべての中間局は最大電力で送信する。
【００５４】
【数５】
2005538627.tif 000007
Ｎ個の中間局の最大送信電力によるこの転送によって、受信無線局の所在地では下記の信号対雑音比が得られる：
【００５５】
【数６】
2005538627.tif 000008
Ｎ個の中間局の送信電力を固定することにより、有効領域の稜線、次元Ｋ−Ｎの超平面が定められる。次のステップでは、この超平面上で目標関数の最大値が求められる。その際、この超平面上での目標関数の等高線は一般に楕円面であり、正確に１つの等高線が１つの点に縮退することが確認される。主軸理論は、この点が以下のパラメータセットによって定義されることを示している：
【００５６】
【数７】
2005538627.tif 000009
【００５７】
最後のステップでは、結果が有効領域内にあるか否かが検査される。これに加えて、新たなソートの実施により、ｋ＝Ｎについて計算された｜Ａｋ｜２だけが許容最大電力と比較される。上記と同様に、番号ｋ＝Ｎのこの中間局も、計算された解が最大電力を上回る場合には、最適値に達するために最大電力で送信しなければならないことを示すことができる。最大電力は、λｋ＜ΛＮの場合に超過される。手続きは、こうして新たに定義された次元Ｋ−Ｎ−１の超平面上で上述のように続行される。
【００５８】
中間局がこの計算の結果に従って送信すれば、受信無線局の所在地において最大のＳＮＲＳＦＮが達成される。この最大のＳＮＲＳＦＮの大きさは次の通りである：
【００５９】
【数８】
2005538627.tif 000010
【００６０】
この導出に基づいて、以下のステップを有するアルゴリズムを定式化することができる：
【００６１】
【数９】
2005538627.tif 000011
【００６２】
【数１０】
2005538627.tif 000012
【００６３】
【数１１】
2005538627.tif 000013
【００６４】
繰り返しは遅くともすべての中間局ＥＰが選択されたときには中断する。
【００６５】
繰り返しのあいだ、値ΛＮは、各中間局ＥＰに対して個別に比較が実行されるようにする挙動を有している。これに関して、複数の中間局ＥＰが同じλｋを有しているか否かを顧慮する必要はない。
【００６６】
さらに、選択されたｋ≦Ｎ番目の中間局ＥＰに関して、繰り返しの後にもλｋ≦ΛＮが成り立つことが確認される。この性質と上記アルゴリズムとから、以下のシグナリングの構想を導き出すことができる：
１．すべての中間局ＥＰが、例えば周期的に、ＳＮＲ１ｋを受信無線局に伝達する；
２．このポイントツーポイント接続の際に、受信無線局は相応する測定によってＳＮＲ２ｋを求める；
３．受信無線局において、上記アルゴリズムを介して最終的なΛＮが計算される；
４．受信無線局は、例えば周期的に、計算されたΛＮをすべての中間局ＥＰに送信する；
５．この同報通信の際に、各中間局ＥＰは相応する測定によって個別にＳＮＲ２ｋを求める；
【００６７】
【数１２】
2005538627.tif 000014
７．中間局ＥＰが送信無線局により受信されたデータの転送を開始する；
【００６８】
【数１３】
2005538627.tif 000015
【００６９】
２．２．２．３  シグナリングなし（第３の定式化によるブラインドＳＦＮフォワーディング）
受信無線局の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、シグナリングなしでローカルに知られているシステムパラメータを考慮するだけで実行することができる。
【００７０】
２．３  ３ホップＳＦＮ（３ホップ単一周波数ネットワーク）
図７には、中間局ＥＰを備えたいわゆる３ホップＳＦＮシステムが示されている。このシステムでは、データ伝送は送信無線局ＡＰから、例えば各パスに２つの中間局ＥＰを入れた３つのホップを介して、受信無線局ＲＭへと行われる。
【００７１】
２．３．１  チャネル位相が知られている場合
２．３．１．１  チャネルパラメータと受信値のシグナリングあり（第１の定式化によるＭＩＭＯフォワーディング）
受信無線局の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、シグナリングの際にすべてのシステムパラメータを考慮して行うことができる。
【００７２】
２．３．１．２  チャネルパラメータのシグナリングあり（第２の定式化による適応ＳＦＮフォワーディング）
受信無線局の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、シグナリングの際にすべてのシステムパラメータを考慮して行うことができる。
【００７３】
２．３．１．３  シグナリングなし（第３の定式化によるブラインドＳＦＮフォワーディング）
受信無線局の所在地における信号対雑音比ＳＮＲＳＦＮの最適化は、シグナリングなしでローカルに知られているシステムパラメータを考慮するだけで実行することができる。
【００７４】
本発明の１つの実施形態によれば、複数の無線局及び／又は中間局ＥＰの各々は協働し、分散形のいわゆるインテリジェントアンテナ（スマートアンテナ）を形成する。個々のアンテナ素子は一般に無線局ないし中間局ＥＰの全方向性アンテナである。アドホックネットワークにおいてアンテナの複数のグループ（クラスタ）を分散アンテナにまとめれば、これによって有利には、いわゆるＭＩＭＯチャネル（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）が形成され、例えば空間多重を達成することができる。例えば公知のＢＬＡＳＴ原理に従ったＭＩＭＯチャネルは、ビット／秒／Ｈｚにおける高いスペクトル効率を可能にする。
【００７５】
本発明によるアンテナのクラスタ化はアドホックネットワークにおいて階層的プレーンの導入を可能にする。長距離伝送のためには例えば高性能のＭＩＭＯチャネルが使用され、その一方で、短距離は複数の中間局を介した公知のマルチホップ伝送で処理される。これにより、伝送がローカルに限定されない場合でも、スケーラブルなアドホックネットワークが実現可能となる。
【００７６】
このようなＭＩＭＯアンテナはアルゴリズムに応じて個々のアンテナないしアンテナ素子の結合を必要とし、個々のアンテナ素子は、例えばチャネル推定を遣り取りするために付加的なシグナリングを必要とする。分散形の構想の利点は、無線局ないし中間局がＨＦフロントエンドの付属した高価で大きなアンテナなしでも済み、それでいて分散ＭＩＭＯアンテナにとって非常に高いスペクトル効率が可能となることである。
【００７７】
さらに、ＭＩＭＯによる定式化は一般に個々のアンテナ素子の間の無線チャネルが無相関であることを必要とする。それゆえ環境に応じて、アンテナ素子は使用される伝送周波数の複数波長分の間隔を有していなければならない。分散アンテナに関しては、この要求は特に容易に満たされる。原則的に、分散アンテナによって、例えばＳＤＭＡ（空間分割多重アクセス）又は干渉低減を備えた可制御アンテナのような公知のすべてのスマートアンテナ構想を実現することができる。
【００７８】
以下の記述は、ＳＦＮ（単一周波数ネットワーク）における複数の無線局ないし中間局の間の別の可能な協働を説明している。ＳＦＮでは、複数の中間局が遠く離れた受信無線局ＲＭ（遠隔移動端末）に同時にデータを伝送するという特別なマルチホップ法が使用可能である。中間局ＥＰ間の上記の情報交換と中間局ＥＰにおける適切に選ばれた重み係数とによって、通常のＳＦＮネットワークに比べて付加的な利得が可能である。この利得は従来の最大比合成法において得られる利得と同様のオーダーの大きさである。一般的に言って、分散アンテナの本発明による方法は、無線局ないし中間局の数が増えるにしたがって性能が増すという利点を有している。すなわち、この方法は、局の数が多い場合の通常のデータ量増加にもそのまま適合する。
【００７９】
図８には、それぞれ複数の中間局ＭＨＮ（マルチホップノード）の本発明によるクラスタと、ＭＩＭＯチャネルＭＩＭＯチャネル形成のためにそれぞれ１つの空間多重（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）用の分散ＭＩＭＯアンテナを構成する送信側の送信クラスタ及び受信側の受信クラスタとが示されている。従来のＭＩＭＯアンテナとは異なって、各クラスタの個々のアンテナ素子の間に直接的なワイヤ接続は存在していない。空間多重はすべての受信アンテナ素子の信号を結合して、そこから結果としてデータストリームを求める。この構想は、分散アンテナないし局の間のシグナリング情報、例えばそのつどのチャネル推定に関する情報のようなシグナリング情報の本発明に従った遣り取りを必要とする。
【００８０】
図９にはさらに、アドホックネットワークにおける分散アンテナ構想の例示的な適用例が示されている。このケースでは、ＭＩＭＯチャネルＭＩＭＯチャネルはアドホックネットワークの互いに遠く離れた施設の間の接続を確立するために使用される。例えば数ホップしか必要としない短い距離は、公知のマルチホップ接続、ローカルマルチホップリンクによって処理される。というのも、これによって、周波数資源と時間資源とを空間的に再利用することができるようになるからである。図９の円はそれぞれ複数の中間局ＭＨＮ（マルチホップノード）ないし受信無線局ＭＮのクラスタを例示的に示しており、これらの中間局ないし受信無線局はそれぞれインテリジェントアンテナに従って動作し、別の離れたクラスタへの伝送を可能にする。有利には、アドホックネットワークの互いに遠く離れた部分のクラスタ化によって高いスペクトル効率が達成され、これにより、ネットワーク全体のスケーラビリティが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】２つのホップと２つの中間局とを備えたＭＨＳＦＮシステムを示す。
【図２】ＭＨＳＦＮシステムのさまざまな実施可能性の概観を示す。
【図３】２つの中間局を備えた２ホップＳＦＮシステムを示す。
【図４】通信チャネルの説明図を示す。
【図５】２つの中間局の目標関数を示す。
【図６】別の目標関数を示す。
【図７】複数の中間局を備えた３ホップＳＦＮシステムを示す。
【図８】それぞれ複数の中間局から成るクラスタを示す。
【図９】アドホックネットワークにおける分散アンテナ構想の模範的な適用例を示す。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年11月16日(2004.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
中間局における系統的な信号処理によって又はプリエンファシス手続き及び／又はデエンファシス手続きによって、例えば、有利には受信無線局の所在地において信号の構成的な重ね合わせ（Ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ）を達成することができる。しかし、受信器においてこのような信号の同相の重ね合わせを達成するためには、信号処理の際に、予測される伝送チャネルに関する正確な知識が存在し、それが考慮されなければならない。その際、場合によっては、無線チャネルの相反的特性に頼ることができる。この相反的特性によれば、受信した信号に基づいて無線チャネルの挙動に関する推論を行うことができる。しかしながらその際、アナログ伝送チャネルは無線チャネルといわゆるアナログ送受信フロントエンドとから構成されていることが考慮されなければならない。無線チャネルの相反性が十分な程度である間は、送受信フロントエンドの伝送特性はとりわけ位相応答において大きく異なりうる。したがって、この違いを考慮しなければ、伝送チャネルの同相の予測を行うことはできない。


【手続補正書】
【提出日】平成16年11月19日(2004.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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