(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある無線通信システムにおいて複数の受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）とある送信機（１０２；ＢＳ）との間でデータを通信する方法であって、ここで、前記無線通信システムが、複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）を含み、前記複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）の少なくとも１つが、該中継局に割り当てられた少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）を有し、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）のそれぞれが、前記送信機（１０２；ＢＳ）と前記割り当てられた受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）との間でデータを中継するものであり、
連続する通信時間間隔（Ｔ１、Ｔ２；Ｔ３、Ｔ４）中に、前記送信機（１０２；ＢＳ）と、異なるグループ（１１４、１１６）の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）との間でデータを通信するステップであって、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）のグループ（１１４、１１６）のそれぞれが、少なくとも１つの中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）を含む、ステップと、
第１の通信時間間隔（Ｔ１）中に、前記送信機（１０２）と第１のグループ（１１４）の中継局（１０４１〜１０４２）との間で第１の周波数帯域を用いてデータを通信するステップと、
前記第１の通信時間間隔（Ｔ１）中に、第２のグループ（１１６）の中継局（１０４３〜１０４４）と該第２のグループの中継局の割当てられた受信機（１０６７〜１０６１０）との間で前記第１の周波数帯域を用いてデータを通信するステップと、
第２の通信時間間隔（Ｔ２）中に、前記送信機（１０２）と前記第２のグループ（１１６）の中継局（１０４３〜１０４４）との間で前記第１の周波数帯域を用いてデータを通信するステップと、
前記第２の通信時間間隔（Ｔ２）中に、前記第１のグループ（１１４）の中継局（１０４１〜１０４２）と該第１のグループの中継局の割当てられた受信機（１０６１〜１０６４）との間で前記第１の周波数帯域を用いてデータを通信するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）を前記複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）の１つに関連付けるステップと、
前記送信機（１０２；ＢＳ）と、ある中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）と、該中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）に割り当てられた受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）との間の通信リンクに通信リソースを割り当てるステップと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）が、前記少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）に対し最も低い経路損失を有する中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）に割り当てられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）を前記送信機（１０２；ＢＳ）に関連付けるステップを含み、前記連続する通信時間間隔（Ｔ１、Ｔ２）中に、前記送信機（１０２）と前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられた異なるグループの受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２）との間で第２の周波数帯域を用いてデータがさらに通信され、前記受信機のグループのそれぞれが、少なくとも１つの受信機を含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の通信時間間隔（Ｔ１）中に、前記送信機（１０２）と第１のグループの受信機（１０６５、１０６６）との間で前記第２の周波数帯域を用いてデータが通信され、且つ、
前記第２の通信時間間隔（Ｔ２）中に、前記送信機（１０２；ＢＳ）と第２のグループの受信機（１０６１１、１０６１２）との間で前記第２の周波数帯域を用いてデータが通信される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ある受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）と前記受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）との間の無線チャネルの平均経路損失と、前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）と前記送信機（１０２；ＢＳ）との間の前記無線チャネルの平均経路損失とに基づいて、前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられる、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記送信機（１０２；ＢＳ）とある受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の前記無線チャネルの前記経路損失が、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）と前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の無線チャネルの経路損失と比較したときに、最小の経路損失である場合に、前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ある受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）と前記送信機（１０２；ＢＳ）との間の前記無線チャネルの信号対雑音比が、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）のいずれかによって送信される有用な信号に基づき且つ有用な信号と同時に同一の周波数帯域で前記送信機によって送信される干渉信号に基づいて前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）で予想される信号対雑音比より大きい場合に、前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が、前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
Ｐｔ，ｂｓ    送信機（１０２；ＢＳ）の総送信電力、
Ｐｔ，ｒｓ    中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）の総送信電力、
Ｎｆ    利用可能な周波数帯域の数、
Ｐｎ    それぞれの利用可能な周波数帯域内で受信される雑音電力、
Ｌｂｓｍｓ 送信機（１０２；ＢＳ）と受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の平均経路損失、
Ｌｒｓｍｓ  中継局と受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の平均経路損失
として、
【数１】
0004567706.tif 000018
である場合において、ある受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
奇数個の受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）が前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられた場合において、以前に中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）に割り当てられ、且つ前記送信機（１０２；ＢＳ）に対し最小の経路損失を有する受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）を、前記送信機（１０２；ＢＳ）に再割当てるステップであって、偶数個の受信機を前記送信機に割当てるとともに、それと同数の受信機を中継局のグループのそれぞれに割当てるステップを更に含む請求項６ないし９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記送信機（１０２；ＢＳ）と前記受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）との間の通信のために利用可能な通信帯域幅をＮｆ個の周波数帯域に分割することを含み、
Ｎｆ＝Ｎｕ／Ｎｇ
であり、
ここで、
Ｎｕ    受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）の数、
Ｎｇ    中継局のグループ（１１４、１１６）の数、
である、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記送信機（１０２；ＢＳ）と第１のグループ（１１４）の第１の中継局（１０４１〜１０４２；ＲＳ）との間の無線チャネルと、前記送信機（１０２；ＢＳ）と第２のグループ（１１６）の第２の中継局（１０４３〜１０４４；ＲＳ）との間の無線チャネルとに対し、異なる周波数帯域を割り当てるステップを含み、
該異なる周波数帯域を割り当てるステップは、前記第１及び第２の中継局が、それぞれ、受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）にサービスを提供するために周波数帯域を割り当てられることが必要な場合で、且つ前記第１及び第２の中継局の間の経路損失が、周波数帯域が割り当てられることが必要な前記第１のグループ（１１４）の他の中継局と周波数帯域が割り当てられることが必要な前記第２のグループ（１１６）の他の中継局との間の経路損失と比較して最小である場合に実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータ上で実行される際に、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【請求項１４】
無線通信システムにおいて複数の受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）とある送信機（１０２；ＢＳ）との間でデータが通信されるようにした無線通信システムのための送信機であって、ここで、前記無線通信システムは複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）を含み、前記複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）の少なくとも１つが、該中継局に割り当てられた少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）を有し、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）のそれぞれが、前記送信機（１０２；ＢＳ）と前記割り当てられた受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）との間でデータを中継するものであり、
当該送信機は、連続する通信時間間隔（Ｔ１、Ｔ２；Ｔ３、Ｔ４）中に、前記送信機（１０２；ＢＳ）と、異なるグループ（１１４、１１６）の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）との間でデータを通信するように適合され、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）のグループ（１１４、１１６）のそれぞれが、少なくとも１つの中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）を含むものであり、
当該送信機は、
第１の通信時間間隔（Ｔ１）中に、前記送信機（１０２）と第１のグループ（１１４）の中継局（１０４１〜１０４２）との間で第１の周波数帯域を用いてデータを通信し、且つ第２のグループ（１１６）の中継局（１０４３〜１０４４）と該第２のグループの中継局の割当てられた受信機（１０６７〜１０６９）との間で前記第１の周波数帯域を用いてデータを通信し、
第２の通信時間間隔（Ｔ２）中に、前記送信機（１０２）と第２のグループ（１１６）の中継局（１０４３〜１０４４）との間で前記第１の周波数帯域を用いてデータを通信し、且つ第１のグループ（１１４）の中継局（１０４１〜１０４２）と該第１のグループの中継局の割当てられた受信機（１０６１〜１０６４）との間で前記第１の周波数帯域を用いてデータを通信するように適合されるものである、
送信機。
【請求項１５】
前記第１の通信時間間隔（Ｔ１）中に、前記送信機（１０２）と前記送信機（１０２）に割り当てられた第１のグループの受信機（１０６５、１０６７）との間で第２の周波数帯域を用いてデータを通信し、
前記第２の通信時間間隔（Ｔ２）中に、前記送信機（１０２）と前記送信機（１０２）に割り当てられた第２のグループの受信機（１０６１１、１０６１２）との間で前記第２の周波数帯域を用いてデータを通信するように適合されるものである請求項１４に記載の送信機。
【請求項１６】
前記送信機（１０２；ＢＳ）と前記受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）との間の通信のために利用可能な通信帯域幅をＮｆ個の周波数帯域に分割するように適合され、
Ｎｆ＝Ｎｕ／Ｎｇであり、
ここで、
Ｎｕ    受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）の数、
Ｎｇ    中継局のグループ（１１４、１１６）の数、
である、請求項１４又は１５に記載の送信機。
【請求項１７】
前記送信機（１０２；ＢＳ）と第１のグループ（１１４）の第１の中継局（１０４１〜１０４２；ＲＳ）との間の無線チャネルと、前記送信機（１０２）と第２のグループ（１１６）の第２の中継局（１０４３〜１０４４）との間の無線チャネルとに対し、異なる周波数帯域を割り当てるように動作するものであり、
当該送信機は、前記異なる周波数帯域を割り当てる動作を、前記第１及び第２の中継局が、それぞれ、受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）にサービスを提供するために周波数帯域を割り当てられることが必要な場合で、且つ前記第１及び第２の中継局の間の経路損失が、周波数帯域が割り当てられることが必要な前記第１のグループ（１１４）の他の中継局と周波数帯域が割り当てられることが必要な前記第２のグループ（１１６）の他の中継局との間の経路損失と比較して最小である場合に実行するものである請求項１６に記載の送信機。
【請求項１８】
データを通信するための無線通信システムであって、
請求項１４ないし１７のいずれか一項に記載の送信機（１０２；ＢＳ）と、
複数の受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）と、
複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）とを含み、
前記複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）の少なくとも１つが、該中継局に割り当てられた少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）を有し、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）のそれぞれが、前記送信機（１０２；ＢＳ）と前記割り当てられた受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）との間でデータを中継するように構成されるものである、無線通信システム。
【請求項１９】
少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）が、前記少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）と前記複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）との間の無線チャネルの平均経路損失に基づいて、前記複数の中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）の１つに割り当てられるものである、請求項１８に記載の無線通信システム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）が、前記少なくとも１つの受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）に対し最も低い経路損失を有する中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）に割り当てられるものである、請求項１９に記載の無線通信システム。
【請求項２１】
前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられた複数の受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２）を含み、連続する通信時間間隔（Ｔ１、Ｔ２）中に、データが更に前記送信機（１０２；ＢＳ）と前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられた異なるグループの受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２）との間で通信され、前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２）のグループのそれぞれが、少なくとも１つの受信機を含む、請求項１８ないし２０のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項２２】
受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）と前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の前記無線チャネルの平均経路損失と、前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）と前記送信機（１０２；ＢＳ）との間の前記無線チャネルの平均経路損失とに基づいて、前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられるものである、請求項２１に記載の無線通信システム。
【請求項２３】
前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）と前記受信機との間の無線チャネルの経路損失と比較したときに、前記送信機（１０２；ＢＳ）と前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の前記無線チャネルの経路損失が最小の経路損失である場合に、前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられるものである、請求項２２に記載の無線通信システム。
【請求項２４】
受信機と前記送信機（１０２；ＢＳ）との間の無線チャネルの信号対雑音比が、前記中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）のいずれかによって送信される有用な信号に基づき且つ有用な信号と同時に同一の周波数帯域で前記送信機によって送信される干渉信号に基づいて前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）で予想される信号対雑音比より大きい場合に、前記受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられる、請求項２３に記載の無線通信システム。
【請求項２５】
Ｐｔ，ｂｓ    送信機（１０２；ＢＳ）の総送信電力、
Ｐｔ，ｒｓ    中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）の総送信電力、
Ｎｆ    利用可能な周波数帯域の数、
Ｐｎ    利用可能な周波数帯域の各々内で受信される雑音電力、
Ｌｂｓｍｓ 送信機（１０２；ＢＳ）と受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の平均経路損失、
Ｌｒｓｍｓ  中継局と受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）との間の平均経路損失
として、
【数２】
0004567706.tif 000019
である場合に、ある受信機（１０６５、１０６６、１０６１１、１０６１２；ＭＳ）が前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられるものである、請求項２４に記載の無線通信システム。
【請求項２６】
奇数個の受信機（１０６１〜１０６１２；ＭＳ）が前記送信機（１０２；ＢＳ）に割り当てられた場合において、以前に中継局（１０４１〜１０４４；ＲＳ）に割り当てられ、且つ前記送信機（１０２；ＢＳ）に対し最小の経路損失を有する受信機を、前記送信機（１０２；ＢＳ）に再割当し、偶数個の受信機を前記送信機に割当てるとともに、それと同じ数の受信機を中継局のグループのそれぞれに割当てることを含む請求項２２ないし２５のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス通信システムにおいて複数の受信機と送信機との間でデータを通信するための方法及び送信機に関し、さらに詳しくは、インフラストラクチャ復号転送（ＤＦ：Decode-and-Forward）中継ネットワークのためのリソース再使用（resource reuse）及び割当スキームに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチホップ・ネットワークは、移動無線の研究団体で大きな関心を集めてきた。マルチホップ・ネットワークが第３世代以降の移動無線システムにとって重要になることは、その移動無線システムに生じるレンジ問題を理由として、広く認められている。将来の移動無線通信システムでは、より高い搬送周波数または中心周波数になることが想定され、予想される中心周波数は５〜１０ＧＨｚの範囲で、且つ１００ＭＨｚまでの帯域幅を要件とすることが予見され得るので、著しく増大する経路損失及び雑音電力レベルを予想しなければならず、それは結果的に、基地局がカバーできるエリアを著しく低減することになる。非特許文献１を参照されたい。
【０００３】
基地局（ＢＳ）がより高密度の敷設網（grid）となるのを回避するために、基本的発想は、基地局の圏外にある移動局（ＭＳ）に対してデータパケットを転送するような中継局（ＲＳ）を導入するというものである。そのような中継局は、固定された電源を有する付加的な専用のインフラストラクチャ中継局を利用して実現することができ、あるいはそれらは他の移動局に組み込むこともできる。
【０００４】
これまでに、中継の２つの主要概念、すなわち増幅転送（ＡＦ）及び復号転送（ＤＦ）が認識されている。ＡＦは、受信信号の標本化バージョンが中継局によって復号されることなく格納されて再送されるので、変調及び符号化に対し透過的であるという利点を有する一方、ＤＦは、中継局が信号を復号して再符号化することを意味するので、ＤＦは両方のリンクに対して別個の適応を可能にし、且つ雑音増強の効果をも回避することができる。
【０００５】
マルチホップ・ネットワークの様々な態様に関する多数の刊行物がすでに存在している。増幅転送及び復号転送の様々な変形が、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙで発表を認められた非特許文献２において分析され、そして比較されている。ダイバーシチを得ることを目的とするユーザ連携スキームが、非特許文献３で提案され、そして分析されている。ｉ．ｉ．ｄ．（独立同一分布）レイリー・フェージング・シナリオ（Rayleigh fading scenario）及び送信側における完全なチャネルの知識に対するマルチアンテナの事例が、非特許文献４によって分析されている。相関ＭＩＭＯチャネルを有する場合、及び中継局で利用可能な異なるチャネル知識状態を有する場合におけるマルチアンテナの事例が、非特許文献５で分析されている。
【０００６】
中継処理の１つの不利点は、直接伝送と比較して２重のリソースを必要とすることである。これは、中継局が送信及び受信を同時にできないという事実による。したがって時分割（time-division）動作が必要になる。この欠点を回避するのに有望な概念は、セル内でリソースを再使用することである。セルラ中継ネットワークにおけるリソース再使用のための周波数ホッピングスキーム（frequency hopping scheme）は、非特許文献６及び非特許文献７により提案されている。これらの文献では、各セルを７つのサブセルに分割し、単一のセル内で上限が７重までの周波数の再使用が検討されている。
【０００７】
非特許文献８では、中継局のタイムスロットが幾つかの中継局によって再使用される（中継スロットの再使用）マルチホップシナリオにおいて、分散型の空間時間線形拡散符号（distributed space time linear dispersion）が分析されている。別のマルチホップシナリオは、２００６年の秋のＶＴＣに提出された非特許文献９に記載されている基地局タイムスロット（base station time slot）を使用するというものである。
【０００８】
図６ａは、マルチホップシステムの１つのセル１００の例を示している。セル１００は送信機１０２、例えば基地局（ＢＳ）と、複数の中継局（ＲＳ）１０４とを含んでいる。図６ａの例では、セルには１つの受信機１０６だけ、例えば移動局（ＭＳ）が存在している。当然のことであるが、セルには複数の移動局が存在することができる。しかしながら、明確にするために、１つの移動局１０６だけを図示している。送信機１０２は、時間間隔Ｔ1中に、アンテナを介して第１の無線チャネル１０８である特定の中継局１０４’に無線信号を送信する。中継局１０４’は、送信機１０２から信号を受信し、第２の時間間隔Ｔ2中に、第２の無線チャネル１１２で受信機１０６に信号を転送する。図６ｂから分かるように、送信機１０２と受信機１０６との間の伝送は、２つの時間間隔Ｔ1及びＴ2に細分される。通信時間間隔Ｔ1中に、データは送信機１０２から中継局１０４’に送信され、通信時間間隔Ｔ2中にこのデータは中継局１０４’から受信機１０６へリダイレクト（redirect）される。復号転送中継プロトコルを考慮して、第１の通信時間間隔Ｔ1中に、送信機１０２はデータを中継局１０４’に送信し、中継局１０４’は受信したデータを復号して格納する。第２の通信時間間隔Ｔ2に、中継局１０４’はデータを再符号化し、符号化されたデータを受信機１０６へ送信する。受信機１０６は送信機１０２の圏外であるので、図６は、中継局１０４’が送信機１０２のレンジをどのように広げるかを示している。
【０００９】
図７は、図６に示されている中継局１０４’を使用する送信機１０２と受信機１０６との間の通信チャネルを表わすブロック図を示している。送信機１０２と中継局１０４’との間の第１のホップチャネル１０８は、次のようにモデル化することができる。
【数１】
0004567706.tif 000002
ここで、
ｙrs  中継局における受信信号、
ｈ1  第１のホップチャネル１０８のチャネル係数（channel coefficient）、
ｎrs  中継局における加法性白色ガウス雑音、
ｉrs  中継局１０４’で起こる干渉、
である。
【００１０】
中継局１０４’と受信機１０６との間の第２のホップチャネル１１２は次のようにモデル化される。
【数２】
0004567706.tif 000003
ここで、
ｙms  受信機１０６における受信信号、
ｈ2  第２のホップチャネル１１２のチャネル係数、
ｎms  受信機１０６における加法性白色ガウス雑音、
ｉms  受信機１０６で起こる干渉、
である。
【００１１】
中継局及び受信機における干渉は、それぞれの、第１及び第２のホップチャネルの経路損失と干渉（interferer）の送信電力とに基づいて単に算出される。中継局における信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）（数３）と受信機におけるＳＩＮＲ（数７）とを使用して、第１及び第２のホップチャネル１０８、１１２の容量（capacity）をそれぞれ以下ように（数１１）算出することができる。
ここで、中継局における信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）は、
【数３】
0004567706.tif 000004
であり、ただし、
【数４】
0004567706.tif 000005
は、送信機における送信電力であり、
【数５】
0004567706.tif 000006
は、中継局における受信された雑音電力であり、
【数６】
0004567706.tif 000007
は、中継局における受信された干渉電力である。
また、受信機におけるＳＩＮＲは、
【数７】
0004567706.tif 000008
であり、ただし、
【数８】
0004567706.tif 000009
は、中継局における送信電力であり、
【数９】
0004567706.tif 000010
は、受信機における受信された雑音電力であり、
【数１０】
0004567706.tif 000011
は、受信機における受信された干渉電力である。
第１及び第２のホップチャネル１０８、１１２の容量は、
【数１１】
0004567706.tif 000012
であり、ここで、チャネルの容量（capacity）とは、そのチャネルで確実に送信することのできる離散情報の量のことであり、一般的にビット／ｓ／Ｈｚ単位で測定される。上記の復号転送プロトコルを用いて受信される総容量は、最小限の第１及び第２のホップチャネルの容量によって次のように求められる。
【数１２】
0004567706.tif 000013
【００１２】
係数１／２は、送信機から受信機へ情報を送るために２つの通信時間間隔が必要であることによる。
【００１３】
図６に示す中継局を使用する通信ネットワークの主な欠点は、低減されたチャネル容量による上記の欠点を克服するためにリソースを２倍にする必要があることである。なぜなら、中継局が受信及び送信を同時に行なうことができないためである。したがって、中継局を使用する従来の通信ネットワークにおけるリソース管理は、送信機から受信機への直接伝送に対するこの不利点を少なくとも補償するために、容量を２倍にしなければならない。これは例えば、仮想アンテナアレイ（virtual antenna array）を持ち、その結果受信機への複数の独立無線チャネルが得られるように、異なる中継局に属する分散したアンテナを使用することによって受信機で空間ダイバーシチを活用することのできる、連携送信スキームによって達成することができる。中継局を使用する通信ネットワークの容量を増加させるにはさらに、基地局へのリンクのために中継局で高利得アンテナを使用することによって、あるいは中継局の位置の適切なネットワークプランニングによって、達成することができる。
【００１４】
これらから理解される通り、これらの従来の方法は全て、追加のリソースまたはネットワークもしくはその構成要素の大幅な改良を必要とするので、不都合である。
【非特許文献１】Ｗｅｒｎｅｒ  Ｍｏｈｒ，Ｒａｉｎｅｒ  Ｌｕｅｄｅｒ，及びＫａｒｌ−Ｈｅｉｎｚ  Ｍｏｅｈｒｍａｎｎ著，「Ｄａｔａ  Ｒａｔｅ  Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ，Ｒａｎｇｅ  Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｄｅｍａｎｄ  ｆｏｒ  Ｎｅｗ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｂｅｙｏｎｄ  ＩＭＴ−２０００」，ワイヤレス・パーソナル・マルチメディア通信に関する第５回国際シンポジウム，２００２年１０月，第１巻，３７〜４６頁
【非特許文献２】Ｊ．Ｎｉｃｈｏｌａｓ  Ｌａｎｅｍａｎ，Ｄａｖｉｄ  Ｎ．Ｃ．Ｔｓｅ，ａｎｄ  Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｗ．Ｗｏｒｎｅｌｌ著，「Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ａｎｄ  Ｏｕｔａｇｅ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ」
【非特許文献３】Ａｎｄｒｅｗ  Ｓｅｎｄｏｎａｒｉｓ，Ｅｌｚａ  Ｅｒｋｉｐ，ａｎｄ  Ｂｅｈｎａａｍ  Ａａｚｈａｎｇ著，「Ｕｓｅｒ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｒｔ  Ｉ  ａｎｄ  ＩＩ」，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．１５，１９２７〜１９４８頁，２００３年１１月
【非特許文献４】Ｏｌｇａ  Ｍｕｎｏｚ，Ｊｏｓｅｐ  Ｖｉｄａｌ，ａｎｄ  Ａｄｒｉａｎ  Ａｇｕｓｔｉｎ著，「Ａ  Ｇａｍｅ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ＭＩＭＯ  Ｓｃｈｅｍｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｒｅｕｓｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｅｌａｙ  Ｓｌｏｔ」，ＩＥＥＥ音響・音声・信号処理に関する国際会議（ＩＣＡＳＳＰ）会報，モントリオール，２００４年５月
【非特許文献５】Ｍａｒｋｕｓ  Ｈｅｒｄｉｎ著，「ＭＩＭＯ  Ａｍｐｌｉｆｙ−ａｎｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｒｅｌａｙｉｎｇ  ｉｎ  ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ＭＩＭＯ  ｃｈａｎｎｅｌｓ」，情報・通信・信号処理に関する国際会議会報，タイ国バンコク，２００５年１２月，７９６〜８００頁
【非特許文献６】Ｈ．Ｈｕ，Ｈ．Ｙａｎｉｋｏｍｅｒｏｇｌｕ，Ｄ．Ｄ．Ｆａｌｃｏｎｅｒ，及びＳ．Ｐｅｒｉｙａｌｗａｒ著，「Ｒａｎｇｅ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｐｅｎａｌｔｙ  ｉｎ  ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｆｉｘｅｄ  ｒｅｌａｙｓ」，ＩＥＥＥグローバル通信会議会報，テキサス州ダラス，２００４年１１月
【非特許文献７】Ｏ．Ｍｕｂａｒｅｋ，Ｈ．Ｙａｎｉｋｏｍｅｒｏｇｌｕ，及びＳ．Ｐｅｒｉｙａｌｗａｒ著，「Ｄｙｎａｍｉｃ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｈｏｐｐｉｎｇ  ｉｎ  ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｆｉｘｅｄ  ｒｅｌａｙ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ」，ＩＥＥＥ車両技術会議，スウェーデン国ストックホルム，２００５年５月
【非特許文献８】Ｏｌｇａ  Ｍｕｎｏｚ，Ｊｏｓｅｐ  Ｖｉｄａｌ，及びＡｄｒｉａｎ  Ａｇｕｓｔｉｎ著，「Ａ  Ｇａｍｅ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ＭＩＭＯ  Ｓｃｈｅｍｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｒｅｕｓｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｅｌａｙ  Ｓｌｏｔ」，ＩＥＥＥ音響・音声・信号処理に関する国際会議（ＩＣＡＳＳＰ）会報，モントリオール，２００４年５月
【非特許文献９】Ｍａｒｋｕｓ  Ｈｅｒｄｉｎ，及びＴｉｍｏ  Ｕｎｇｅｒ著，「Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｒｅｕｓｅ  ｉｎ  Ｉｎｆｒａｓｔｒａｃｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｆｙ−ａｎｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｒｅｌａｙｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、マルチホップ無線通信ネットワークにおいて改善されたリソース再使用を達成する方法及び送信機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的は、請求項１に記載の方法、及び請求項１６に記載の送信機によって達成される。
【００１７】
更なる態様では、本発明は、本発明の方法を実行するためのコンピュータプログラムを提供する。
【００１８】
更に別の態様によれば、本発明は、本発明の送信機を含む無線通信システムを提供する。
【００１９】
本発明は、無線通信システムにおいて複数の受信機と送信機との間でデータを通信するための方法であって、ここで、無線通信システムが複数の中継局を含み、前記複数の中継局の少なくとも１つが該中継局に割り当てられた少なくとも１つの受信機を有し、前記中継局のそれぞれが送信機と割り当てられた受信機との間でデータを中継するものであり、
連続する通信時間間隔中に、前記送信機と異なるグループの中継局との間でデータを通信するステップであって、前記中継局のグループのそれぞれが、少なくとも１つの中継局を含むものである、ステップを含む方法を提供する。
【００２０】
更に、本発明は、無線通信システムのための送信機であって、ここで、データが無線通信システムにおいて複数の受信機と当該送信機との間で通信され、前記無線通信システムが複数の中継局を含み、前記複数の中継局の少なくとも１つが該中継局に割り当てられた少なくとも１つの受信機を有し、前記中継局のそれぞれが当該送信機と割り当てられた受信機との間でデータを中継するものであり、
当該送信機は、連続する通信時間間隔中に、当該送信機と異なるグループの中継局との間でデータを通信するように適合され、前記中継局のグループのそれぞれが、少なくとも１つの中継局を含むものである、送信機を提供する。
【００２１】
本発明では、無線通信システムでリソースを再使用するための新規の改善された方法を提供する。基本的な方法として、本発明は、連続する別々の時間間隔または時間フェーズにおいて、単一の基地局または送信機による複数の中継局のグループ（各グループは少なくとも１つの中継局を含む）のサービス提供を可能にする。後続のＮ／２時間期間中にサービスを受けているＮ個の中継局のグループが存在することが好ましい。好ましい実施形態によれば、リソース、例えば周波数帯域の実際の再使用は、２つの各中継局のグループの間で行なわれる。換言すると、第１の通信時間間隔中に、データは送信機と第１のグループの中継局との間、及び第２のグループの中継局と該第２のグループ中継局の割当てられた受信機との間で通信され、連続する通信時間間隔中に、データは送信機と第２のグループの中継局との間、及び第１のグループの中継局と該第１のグループ中継局の割当てられた受信機との間で通信されるようになっている。
【００２２】
１つの実施形態では、本発明の方法は、リソースを割り当てるための更なるステップを含む。最初に、移動局（受信機）を基地局（送信機）に割り当てるか、それとも中継局の１つに割り当てるかが決定される。前記基地局からそれぞれの移動局への間の平均経路損失の知識に基づいて、且つ全ての中継局と全ての移動局との間の平均経路損失の知識に基づいて、「干渉認識（interference aware）」の方法を選択することが好ましい。中継局または基地局のいずれかへの移動局の割当は、最大信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて決定される。この方法を更に詳しく説明するために、セルが満杯である、すなわち基地局が、それぞれのタイムスロットで且つそれぞれの周波数帯域で送信すると想定する。したがって、基地局に関連する干渉が常に移動局で発生する。移動局が中継局に割り当てられるか、それとも基地局に割り当てられるかは、移動局が基地局によって直接サービスを提供され（基地局と通信し）、つまり基地局に割り当てられ、したがって干渉を受けないときの信号対雑音比ＳＮＲが、移動局が最良の中継局（移動局までの経路損失が最も低い中継局）によってサービスを受けるときの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）より大きいかどうかに基づいて決定される。満杯のセルの想定は説明のために行なっただけであり、本発明はそのようなシナリオに限定されないことに留意されたい。
【００２３】
更なる実施形態では、各中継局のグループは、そのグループに割り当てられたＮf個のみの移動局を有し、Ｎfは利用可能な周波数帯域の個数である。再び、全負荷状態のセルを想定する。この場合、ＮfはＮms／Ｎgrに等しい。Ｎgrは中継局のグループの数であり、Ｎmsは移動局の数である。２つの中継局のグループの例示的な事例（最も簡単な事例）を考慮すると、セルはわずかＮms／２の周波数帯域が利用可能であるときに、全負荷状態になる。上記の条件、つまり各中継局のグループ当たり最大でＮf個の移動局を満たすために、これらの移動局は、１つのグループから、他のグループの中継局に対し最良の接続を有し且つ個数の多いような別のグループへと再配置（rearrange）される。
【００２４】
更に別の好ましい実施形態では、リソース割当のための本発明の方法は、実際の周波数帯域がそれぞれの接続に関連付けられ、つまり周波数帯域がＭＳ−ＢＳ接続のみならず、ＭＳ−ＲＳ−ＢＳ接続にも割り当てられる、第２のステップを含む。２つの部分接続ＭＳ−ＲＳ及びＲＳ−ＢＳの場合において、同一の周波数帯域が使用される。好ましくは、周波数帯域は最初にＭＳ−ＢＳ接続に割り当てられ、そこで、第１の通信時間間隔中にデータが送信機と第１のグループの受信機との間でも通信され、且つ第２の通信時間間隔中にデータが送信機と第２のグループの受信機との間でも通信されるように、基地局に直接割り当てられる移動局もまた、異なるグループに分割される。全負荷状態のセルの場合、基地局に直接割り当てられた受信機のグループは、同一サイズを有する。セルが全負荷状態ではない場合、これは必要ない。
【００２５】
したがって、好ましい実施形態によれば、単一のセル内でリソースを再使用することによってマルチホップ・ネットワークの容量上の不利益を克服することのできる、インフラストラクチャ復号転送（ＤＦ）中継ネットワークのための新規のリソース再使用及び割当スキームが与えられる。セル内で生じた干渉を抑えるために、単純であるが効果的なリソース割当スキームは、平均リンク品質測定（average link quality measurement）のみに頼っている。リソース再使用スキームは、複雑で協働的な送信スキームを必要とすることなく、直接伝送に勝るような大きい容量（capacity）の獲得をもたらす。復号転送中継の、直接伝送と比較して大きい容量の獲得は、セル内でリソースを再使用することによって達成される。基地局スロット（ＲＢＳ）スキームにおける再使用は、リソースの効果的な再使用が可能であることを証明する。更にリソース割当は、リソースを再使用することによって生じるセル内の干渉を制限するのに重要である。干渉認識リソース割当は、干渉を考慮に入れない場合に比較して、特に一般的に小さい容量が悩みのユーザに対し、著しい利益をもたらす。当然のことであるが、本発明はそのような実施形態に限定されない。つまり、中継局は例えば増幅転送プロトコルを使用することもできる。
【００２６】
以下では、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の好ましい実施形態に係る、基地局タイムスロット（base station time slot）における本発明のリソース再使用を説明するための無線通信システムの例示的なセル１００を示している。図示した実施形態は、１つの基地局１０２と、４つのインフラストラクチャ復号転送中継局（infrastructure decode-and-forward relay station）１０４1，１０４2，１０４3，１０４4と、１２の移動局１０６1〜１０６12とを備える単一セルのシナリオにおけるダウンリンクを考慮している。上記シナリオは、中継局の各々が、各中継局に割り当てられた１つ以上の移動局を有すると想定しているが、本発明はそのようなシナリオあるいは実施形態に限定されないことに留意すべきである。むしろ、通信システムにおける中継局の１つ以上が、その中継局に割り当てられた移動局を有さないという、他の状況が存在する。
【００２８】
中継局は、中継局１０４1と１０４2とを含む第１のグループ１１４と、中継局１０４3と１０４4とを含む第２のグループ１１６とに分割されている。更に、図示された実施形態では、６つの移動局１０６1〜１０６6が第１のグループ１１４に関連付けられ、残りの６つの移動局１０６7〜１０６12が第２のグループ１１６に関連付けられる。見て分かるように、移動局１０６1及び１０６2は第１のグループ１１４の中継局１０４1に割り当てられ、移動局１０６3及び１０６4は第１のグループ１１４の中継局１０４2に割り当てられ、移動局１０６5及び１０６6は基地局１０２に直接割り当てられている。同様にして、移動局１０６7及び１０６8は第２のグループ１１６の中継局１０４3に割り当てられ、移動局１０６9及び１０６10は第２のグループ１１６の中継局１０４4に割り当てられ、移動局１０６11及び１０６12は基地局１０２に直接割り当てられている。
【００２９】
これらの２つのグループ１１４、１１６は、連続する通信時間間隔Ｔ1及びＴ2において基地局１０２によってサービスを受ける。つまり、第１の通信時間間隔Ｔ1中に、基地局１０２は第１の周波数帯域から選択された周波数を使用して、データパケットを第１のグループ１１４の中継局１０４1及び１０４2に送信する一方、第２のグループ１１６の中継局１０４3及び１０４4は、先行する通信時間間隔内で受信したデータパケットを、同じく第１の周波数帯域から選択された周波数を使用して、それらの割当移動局１０６7〜１０６10に再送信する。第２の通信時間間隔Ｔ2中に、その役割は交換される。つまり、基地局１０２は第１の周波数帯域から選択された周波数を使用して、データパケットを第２のグループ１１６の中継局１０４3及び１０４4に送信する一方、第１のグループ１１４の中継局１０４1及び１０４2は、同じく第１の周波数帯域から選択された周波数を使用して、先行通信時間間隔内で受信したデータパケットをそれらの割当移動局１０６1〜１０６4に再送信する。また、第２の通信時間間隔Ｔ2中に、基地局１０２は、基地局に直接割り当てられた移動局１０６11及び１０６12にデータパケットを送信する。
【００３０】
図１に示されている本発明の好ましい実施形態では、中継に加えて、基地局１０２によって直接サービスを提供される移動局１０６5、１０６6、１０６11、１０６12についても考慮されている。前述の通り、これらの移動局１０６5、１０６6、１０６11、１０６12もまた、２つのグループに分割される。第１の通信時間間隔Ｔ1中に、基地局１０２は第２の周波数帯域から選択された周波数を使用して、データパケットを第１のグループの基地局に直接割当てられた移動局１０６5及び１０６6に送信する。第２の通信時間間隔Ｔ2中に、再び役割が交換される。つまり、基地局１０２が第２の周波数帯域から選択された周波数を使用して、データパケットを第２のグループの基地局に直接割当てられた移動局１０６11及び１０６12に送信する。基地局１０２によって直接サービスを提供される移動局１０６5、１０６6、１０６11、１０６12は、干渉を受けない。
【００３１】
上記の方法は結果的に、移動局で、さらに中継局でも、干渉を生じる。割り当てられた中継局から再送信されたデータパケットを受信する移動局は、基地局から他のグループの中継局への同時送信によって干渉を受ける。基地局１０２によって現在サービスを受けている同じグループの中継局は、他のグループの中継局の再送信によって干渉を受ける。このことから、干渉を最小化し、且つ容量（capacity）を最大化するために、干渉認識リソース割当（interference-aware resource assignment）アルゴリズムが必要になる。
【００３２】
図１に示されている実施形態に係る本発明の方法のリソース再使用因子（resource reuse factor）は、中継局が２つのグループ１１４及び１１６に細分され、且つ２つの連続する通信時間間隔Ｔ1及びＴ2において基地局１０２によってサービスを提供されるので、２である。リソース効率因子（resource efficiency factor）は、１である。
【００３３】
図１に係る本発明の方法の好ましい実施形態は、より高い数Ｎg（Ｎg＞２）の中継局のグループを有する一般的な事例に簡単に拡張することができる。３つ以上の中継局のグループがある場合の基地局タイムスロットの再使用のこの一般的な事例は図２に示されている。
【００３４】
更なる好ましい実施形態では、偶数個の中継局のグループを使用する。３グループ以上の中継局があるこの事例では、常に２つのグループの中継局、つまり１対の中継局のグループが連続する通信時間間隔中にそれらのリソースを相互に再使用する一方、他の対の中継局のグループは、全て非アクティブ状態である。図２に示されているように、第１の通信時間間隔Ｔ1中に、ＢＳは第１の周波数帯域を使用して、データを第１のグループＲＳＧ1の中継局に通信する一方、第２のグループＲＳＧ2の中継局は、同じく第１の周波数帯域を使用して、データをそれらの割当移動局ＭＳr,2に通信する。更に、この第１の通信時間間隔Ｔ1中に、ＢＳは第２の周波数帯域を使用して、第１のグループの直接割り当てられた移動局ＭＳd,1にデータを通信する。第１の２つの中継局グループＲＳＧ1及びＲＳＧ2に対して専用の通信フェーズＴ12の第２の通信時間間隔Ｔ2中に、ＢＳは第１の周波数帯域を使用して、データを第２のグループＲＳＧ2の中継局に通信する一方、第１のグループＲＳＧ1の中継局は、同じく第１の周波数帯域を使用して、データをそれらの割当移動局ＭＳr,1に通信する。更に、第２の通信時間間隔Ｔ2中に、ＢＳは第２の周波数帯域を使用して、そのＢＳに割当てられた移動局ＭＳd,2にデータを通信する。
【００３５】
上記説明は、中継局のグループＲＳＧ3〜ＲＳＧNの場合における通信時間間隔Ｔ3〜ＴNにも同様に適用することができる。
【００３６】
図２から分かるように、基地局によって直接サービスを受けるユーザに割り当てられた周波数帯域は、中継局を介してサービスを提供されるユーザに割り当てられた周波数帯域から分離される。しかしながら、基地局によって直接サービスを受けるユーザ、及び中継局を介してサービスを受けるユーザに割り当てられる周波数帯域は、各通信時間間隔で１対ずつそれぞれのグループによって再使用される。これは、第１の通信時間間隔Ｔ1中に、ＢＳに直接割り当てられた移動局ＭＳd,1によって使用される周波数帯域が、第２の通信時間間隔Ｔ2中にＢＳに直接割り当てられた第２のグループの移動局ＭＳd,2によっても使用されることを意味する。同じことは、１対の中継局のグループに割り当てられた移動局に割り当てられた周波数帯域に対しても当てはまる。図２から分かるように、第１の通信時間間隔Ｔ1における、ＢＳと第１の中継局のグループＲＳＧ1との間の通信、及び第２の中継局のグループＲＳＧ2とそれらの割り当てられた移動局ＭＳr,2との間の通信、ならびに、第２の通信時間間隔Ｔ2における、ＢＳと第２の中継局のグループＲＳＧ2との間の通信、及び第１の中継局のグループＲＳＧ1からそれらの割当移動局ＭＳr,1への通信に対しては、同じ周波数帯域が使用される。
【００３７】
図２から、上述した干渉の状況はいっそう明瞭になる。基地局に直接割り当てられた移動局によって使用される周波数帯域は、中継局に割り当てられた移動局に使用される周波数帯域に直交するので、基地局に直接割り当てられた移動局は、基地局と中継局との間の通信、または中継局とそれらの割当てられた移動局との間の通信によって干渉されない。他方、第２のグループの中継局ＲＳＧ2に割り当てられた移動局は、同一の周波数帯域が使用されるので、基地局と第１のグループの中継局ＲＳＧ1との間の通信によって干渉される。同じことは、第１の中継局のグループＲＳＧ1に割り当てられた移動局にも適用され、これら移動局は同一の周波数帯域が使用されるので、基地局と第２のグループの中継局ＲＳＧ2との間の通信によって干渉される。
【００３８】
中継局を２つのグループを越えるようなグループに分割することにより、中継局のより優れた空間分離と、結果としてより低い干渉とがもたらされるが、図２から明らかであるように、各移動局は、その中継局のグループがアクティブになるまで待たなければならないため、これは全体的な遅延をも増大させる。
【００３９】
リソースを効果的に再使用するために、本発明の好ましい実施形態では、各通信時間間隔でそれぞれ同数の移動局がサービスを提供されるように、移動局を中継局と基地局とに割り当てることが有利である。これは、中継される伝送と直接の伝統とを含むが、より高い容量（capacity）を得ることに依存する。これは、リソースを常に再使用できることを確実にする。
【００４０】
上述した２つのグループの中継局及び全負荷状態のセルの事例では、移動局の半分は第１の通信時間間隔中に、もう半分は第２の通信時間間隔中に、直接または中継局を介してサービスを提供される。Ｎuがユーザの人数を、Ｎgがグループの数を表わす場合、利用可能な総帯域幅は、各グループにそれぞれ属するＮf（Ｎf＝Ｎu／Ｎg）人のユーザ専用の周波数帯域に分割される。
【００４１】
更なる好ましい実施形態によれば、リソース再使用のスキームの１つの態様は、リソース割当である。利用可能なリソース（タイム／周波数スロット）の適切な管理は、制御された干渉及び特定の判断基準による最適な性能を可能にする。リソース管理のための１つの必要なことは、中央制御装置で利用可能なリンク品質に関する情報を有することである。本発明の好ましい実施形態の場合、基地局と各移動局ｉ（ｉ＝１・・・Ｎu）との間の平均経路損失Ｌbsms（ｉ）と、各中継局ｊと各移動局Ｉとの間の平均経路損失Ｌrsms（ｊ、ｉ）と、全ての中継局ｊ、ｋ間の平均経路損失Ｌrsrs（ｊ、ｋ）とに関する情報が基地局で利用可能であるものと想定する。
【００４２】
したがって、１つのノードがサービスノードとして働き、その他のアクティブノードが干渉体（interferer）として見なされるときに、各ノードの送信電力に関する情報と共に、基地局は、各送信ノードから移動局における平均受信電力、及びＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）を推定することができる。これは、電力制御が考慮されないときに特に当てはまる。しかしながら、割当てられた移動局それぞれに対する各中継局の送信電力は一定であると想定されるので、異なる中継局の送信電力は異なる場合がある。これは、中継局がＮf個の割当てられた移動局及びＮf個の周波数帯域を有する場合にのみ、中継局が最大電力で再送信することを意味する。
【００４３】
図３のフローチャートに示されているように、リソースは、好ましい実施形態では２つのステップで割り当てられる。第１のステップＳ１で、移動局が、基地局または中継局のいずれかに割り当てられる。この割当は、移動局が受ける干渉の量に影響する。続く第２のステップＳ２で、周波数帯域が対応するリンクに割り当てられる。ＢＳ（基地局）−ＲＳ（中継局）−ＭＳ（移動局）リンクを考慮する場合、第１及び第２のホップチャネルで、基地局から中継局を介して移動局へデータを送信するときに、同一の周波数帯域が使用されるものと想定される。
【００４４】
本発明の実施形態では、第１のステップＳ１の場合、経路損失（pathloss）のみに基づく移動局のＢＳ／ＲＳ割当が考慮される。経路損失のみに基づく割当の場合、中継局によりサービスを提供される移動局に対し基地局がもたらす干渉は考慮されない。平均経路損失のみに基づいて、どのノードが移動局にサービスを提供するかが決定される。
【００４５】
経路損失のみに基づく割当の第１のサブステップＳ１ａで、移動局は、最小の経路損失を有するノード（基地局または中継局）に連続的に割り当てられる。これは、
【数１３】
0004567706.tif 000014
である場合、移動局ｉが基地局に割り当てられる一方、条件（７）が当てはまらない場合には、それが中継局ｍ
【数１４】
0004567706.tif 000015
に割り当てられることを意味する。
【００４６】
経路損失のみに基づく割当の第２のサブステップＳ１ｂで、第１のサブステップＳ１ａによる移動局の割当は、所与の制約、つまり偶数個の移動局が基地局に割り当てられ、且つ同数の移動局がそれぞれの中継局のグループに割り当てられるという条件が満たされるように、再配置（rearrange）される。サブステップＳ１ａで基地局に割り当てられた移動局の数が奇数である場合、基地局に対する最小の経路損失を有し、かつ以前に中継局に割り当てられていた特定の移動局は、基地局に再割当される。次いで、中継局に割り当てられた移動局が検討される。第１のグループの中継局に割り当てられた移動局が第２のグループより少ない場合、第２のグループから移動局が第１のグループに再割当される。その目的のために、第１のグループの中継局の１つに対して最小の経路損失を有する第２のグループの移動局が、第２のグループから取られる。これは、割当の再構成が、この移動局が得る容量に対する影響が小さいことを確実にする。
【００４７】
本発明の別の好ましい実施形態では、移動局の基地局または特定の中継局のいずれかへの割当は、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当に基づいている。移動局の干渉認識割当の場合、基地局から発生する干渉が割当プロセスで考慮される。これは、基地局によって送信される有用な信号に基づいて移動局で予想されるＳＮＲ（信号対雑音比）が、複数の中継局のいずれかによって送信される有用な信号に基づき且つ有用な信号と同時に同一の周波数帯域で基地局によって送信される干渉信号に基づいて、移動局で予想されるＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）より大きい場合、移動局ｉが基地局に割り当てられることを意味する。これは、
Ｐt,bs    送信機の総送信電力、
Ｐt,rs    中継局の総送信電力、
Ｎf    利用可能な周波数帯域の数、
Ｐｎ    利用可能な周波数帯域の各々内で受信される雑音電力、
Ｌbsms  基地局と移動局との間の平均経路損失、
Ｌrsms  中継局と移動局との間の平均経路損失
として、
【数１５】
0004567706.tif 000016
が満たされる場合、移動局ｉが基地局に割り当てられることを意味する。
【００４８】
この条件が当てはまらない場合、移動局は中継局ｍ
【数１６】
0004567706.tif 000017
に割り当てられる。
【００４９】
これが行なわれた後、干渉認識割当の第２のサブステップで、所与の制約、すなわち偶数の移動局が基地局に割り当てられ、且つ同数の移動局がそれぞれの中継局のグループに割り当てられるという条件が満たされるように、移動局は再構成される。これは、上述した経路損失のみに基づく割当の場合と同様のやり方で行なわれる。
【００５０】
本発明の方法に係るリソース割当手順の第の２ステップＳ２で、周波数帯域がＢＳ−ＲＳ−ＭＳリンクに割り当てられる。特定の移動局に送信されるデータパケットの場合、第１及び第２のホップチャネルに同一の周波数帯域が使用されることに留意されたい。基地局によって直接サービスを提供される人数Ｎdのユーザは、常に最初のＮd／Ｎg個の周波数帯域、つまり２つのグループの場合にはＮd／２個の周波数帯域を割り当てられる。中継局を介してサービスを提供され、（Ｎu−Ｎd）／Ｎg個の周波数帯域を割り当てられた残り（Ｎu−Ｎd）のユーザに対しては、ステップＳ２の周波数割当アルゴリズムが、対応する中継局が相互に発生する干渉を決定する。
【００５１】
考えられる最も簡単な周波数割当アルゴリズムは、周波数帯域を様々なＢＳ−ＲＳ−ＭＳリンクに無作為に割り当てるものである。これは、密接して配置された、異なる中継局のグループに属する隣接する中継局が、同一の周波数帯域を使用し、これにより相互に大きな干渉を生じ得ることを意味する。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＢＳ−ＲＳ−ＭＳリンクへの周波数割当では、図３に示されているリソース割当のフローチャートのステップＳ２において干渉認識が行なわれる。干渉認識周波数割当（interference-aware frequency assignment）の場合、割当プロセス中に中継局間の相互干渉が考慮される。本発明の方法の好ましい実施形態では、以下の手法が用いられる。すなわち、２つの異なる中継局のグループからそれらの間の経路損失が最小であり、依然として移動局にサービスを提供するために周波数帯域を割り当てられることが必要な２つの中継局が選択される。２つの中継局及び対応する移動局は、異なる周波数帯域を割り当てられる。割り当てられる周波数帯域は、各グループの中継局に利用可能な１組の周波数帯域から選択される。それぞれのグループの別の中継局によっていまだに使用されていない、グループの中のそれぞれ中継局に対し、周波数帯域だけが検討される。全ての中継局及び全ての割当移動局に必要な周波数帯域が割り当てられるまで、この割当プロセスは繰り返される。これによって、異なるグループの中継局の間の干渉は、できる限り小さく維持される。
【００５３】
図４は、１つのＢＳと、８つのインフラストラクチャ復号転送中継局ＲＳ1〜8と、４０個の移動局ＭＳ1〜40とを備える単一セルのシナリオにおいてダウンリンクを考慮するシミュレーションシナリオを示している。中継局ＲＳ1〜8は、ＢＳを中心に１２０ｍの距離で円１２０上に配置されている。移動局ＭＳ1〜40は、ＢＳから１８０ｍの最大距離の領域に均等に分布されている。
【００５４】
ＢＳは、０ｄＢの利得を有する単一の全方向のアンテナが装備されるものと考慮されている。同じ想定が、移動局ＭＳ1〜40の各々に対しても行なわれる。中継局ＲＳ1〜8だけがそれぞれ２つのアンテナを有し、すなわち、利得５ｄＢを有し基地局と通信する１つの指向性アンテナ（directional antenna）と、利得０ｄＢを有し移動局と通信する指向性アンテナとを有する。しかしながら、中継局の指向性アンテナは基地局の方向に向けられるが、他の中継局の方向には向けられないという事実のため、ＲＳ−ＲＳリンクもまた利得０ｄＢのアンテナによりモデル化される。全てのリンクは、見通線外（ＮＬＯＳ：non line-of-sight）として、つまりｎ＝４の経路損失係数を有するレイリー・フェージング・リンクとしてモデル化される。小規模のレイリー・フェージングはシミュレーションされるが、大規模のフェージングはシミュレーションされない。
【００５５】
シミュレーションの場合においては、ランダムユーザ分布の１００回の実現（realization）が考慮されており、１００回の実現の各々に対して、それぞれのチャネルの１００回のフェージングの実現を平均することにより、４０人のユーザの各々によって達成される平均チャネル容量（mean channel capacity）が算出される。例示的なシナリオを図４に示している。中継局ＲＳ1〜8またはＢＳへの移動局ＭＳ1〜40の割当は、線によって示されている。ＢＳから始まる２つの実線は移動局ＭＳ14とＭＳ40とからＢＳへの割当を示しており、ＲＳから始まる実線は移動局の第１のグループ１１４の中継局ＲＳ5〜8への割当を示しており、ＲＳから始まる破線は、移動局の第２のグループ１１６の中継局ＲＳ1〜4への割当を示している。これは、ＲＳ5〜ＲＳ8が第１のグループの中継局に属し、ＲＳ1〜ＲＳ4が第２のグループの中継局に属することを意味する。各割当線の近くに、各移動局で使用されるようなタイムスロット及び周波数帯域が記載されている。例えば１／４は、タイムスロット１及び周波数帯域４がこの移動局に使用されることを意味する。特に、図４における１／１は、タイムスロット１及び周波数帯域１が移動局ＭＳ14に使用されること意味し、２／１は、タイムスロット２及び周波数帯域１が移動局ＭＳ40に使用されることを意味する。ＭＳ14及びＭＳ40は両方ともＢＳに割り当てられるが、それらは異なるタイムスロット内で使用される。
【００５６】
一般的に、送信機は、全てのチャネル状態によりサポートすることができない、すなわちフェージング状態のデータレートで送信することができる。これらの劣悪なチャネル状態では、受信機は劣化（outage）を宣言し、送信されたデータは失われる。したがって、各伝送速度は、それに割り当てられた劣化確率（outage probability）を有し、チャネル容量は劣化確率に対して相対的に測定される。この意味として、記載したシミュレーションの結果として、チャネルの１００回のフェージングの実現を平均することによって４０人のユーザの各々によって達成される平均容量値のｃｄｆ（累積密度関数）が図５ａに示されている。また、ｃｄｆの拡張バージョンが図５ｂに示されている。
【００５７】
図５ａ及び図５ｂは、５種類のリソース再使用と、割当スキームをシミュレーションすることによって得られた５種類のｃｄｆとを提示している。第１の曲線１２２は、ＢＳからＭＳへの直接伝送、つまり中継の無い場合を表している。第２の曲線１２４は、経路損失のみに基づくＢＳ／ＲＳ割当及びランダム周波数割当（random frequency assignment）による中継を表している。第３の曲線１２６は、経路損失のみに基づくＢＳ／ＲＳ割当及び干渉認識周波数割当による中継の性能を示している。第４の曲線１２８によって、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当及びランダム周波数割当による中継の結果が示されている。最後に、第５の曲線１３０は、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当及び干渉認識周波数割当による中継の結果を示している。
【００５８】
図５ａ及び図５ｂに示した結果は、リソースの再使用による中継が、基地局からの直接伝送と比較して、大きい総容量の獲得を可能にするということである。特に、比較的小さい容量しか達成しないユーザが、中継により大きな増加を達成する。これは図５ｂに二重矢印で示している。直接伝送５１０の場合、１５％の劣化確率は、図４に示すシミュレーションシナリオで０．２１ビット／ｓ／Ｈｚの平均容量に関連しており、一方、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当及び干渉認識周波数割当による中継の場合、１５％の劣化確率は０．８２ビット／ｓ／Ｈｚに関連している。換言すると、直接伝送の場合、ユーザの８５％が０．２１ビット／ｓ／Ｈｚの平均容量を経験する一方、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当及び干渉認識周波数割当による中継の場合、ユーザの８５％が０．８２ビット／ｓ／Ｈｚの平均容量を得る。これは４倍近い容量の増加である。
【００５９】
直接伝送の場合に、基地局によって充分によいサービスを提供されるユーザは、中継の場合にも基地局によって十分なサービスが提供される。直接伝送の場合のｃｄｆ、及び中継（基地局と移動局との間の任意選択的な直接伝送を含む）の場合のｃｄｆが、図５ａの高い容量領域で相互に重なっているのはこのためである。
【００６０】
中継の結果を更に詳しく見ると、考慮した様々なリソース割当スキームの著しい性能差が明らかになる。図５ａ及び図５ｂで分かるように、ランダム周波数割当の性能は、干渉認識周波数割当よりずっと低い。図５ｂが示すように、１０％のｃｄｆ領域において、ランダム周波数割当を使用し経路損失のみに基づくＢＳ／ＲＳ割当による中継と比較して、最高で１００％近い容量の増加が、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当と干渉認識周波数割当とによる中継によって達成することができる。この測定結果から明らかな結果は、本発明によるリソース割当で干渉を考慮に入れることにより、概して小さい容量を有するユーザの容量が大きく増大されるということである。
【００６１】
ランダム周波数割当を使用し経路損失のみに基づくＢＳ／ＲＳ割当を越える、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当と干渉認識周波数割当とによる中継から得られる著しい利益は、図５ａにおける８０％〜９０％のｃｄｆレベルを見ても理解することができる。これらのユーザは、基地局及び中継局の両方に対し比較的良好な接続を有しており、それは、ＢＳ／ＲＳ割当の場合において、基地局からの干渉を考慮することが重要であることを意味する。
【００６２】
図５ａを参照すると、ＢＳからＭＳへの直接伝送の場合のｃｄｆは、７５％のｃｄｆ領域において、リソース再使用と割当による中継とを表わす曲線と交差する。その交差より下のｃｄｆ領域で、リソース再使用と割当による中継とを表わす曲線は、ＢＳからＭＳへの直接伝送の曲線より右側にあり、リソース再使用による中継の場合の容量の獲得が直接伝送より上であることを示している。直接伝送のｃｄｆと、リソース再使用及び割当による中継を表わすｃｄｆの１つとによって画定される面積は、７５％より下のｃｄｆ領域のユーザの容量の獲得の尺度と見ることができる。交差より上の小さいｃｄｆ領域で、リソース再使用による中継を表わす曲線は、直接伝送の曲線より左側にある。これは、この高い容量の領域のユーザの場合、直接伝送に比較してリソース再使用による中継の容量にわずかな損失があることを示すが、この損失は、干渉認識ＢＳ／ＲＳ割当による中継の場合、無視できるほど小さい。再び、直接伝送のｃｄｆと、リソース再使用及び割当による中継を表わすｃｄｆの１つとによって画定される面積は、７５％より上のｃｄｆ領域のユーザの容量損失の尺度として見ることができる。しかしながら、７５％より下のｃｄｆ領域の容量の獲得を画定する面積は、７５％より上のｃｄｆ領域の容量損失を画定する小さい面積より大きいので、全体的には、大きい容量の獲得が優勢である。したがって、ユーザ全体の全体的に約７５％でより高い容量に直面し、全体的なシステム容量は増大する。
【００６３】
本発明では、リソースがセル内で再使用される場合、直接伝送に比較して復号転送中継で大きい容量の獲得が可能である。本発明に係る基地局スロットにおける再使用スキーム（reuse-in-the-base-station-slot scheme）は、リソースの効率的な再使用を可能にすることを証明している。さらに、本発明は、リソースを再使用することによって生じるセル内干渉を制限するために、リソース割当が重要であることを示している。様々なリソース割当スキームを比較すると、本発明に係る干渉認識リソース割当が、干渉を考慮に入れない場合と比較して、特に一般的に小さい容量に悩むユーザの場合、著しい利益をもたらすことを示すことができる。
【００６４】
本発明の更なる実施形態では、様々な周波数帯域に加えて、またはその代わりに、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）に基づく無線通信システムに必要な拡散シーケンスまたはＴＤＭＡ（時分割多元接続）に基づく無線通信システムに必要なタイムスロットのような通信リソースも、ＢＳ−ＲＳ−ＭＳリンクに割り当てることができる。
【００６５】
本発明の方法の特定の実現要件に応じて、本発明の方法は、ハードウェアまたはソフトウェアで実装することができる。この実装は、本発明の方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働する、デジタル記憶媒体、特に電子的に読み取り可能な制御信号を格納したディスク、ＤＶＤ、またはＣＤを用いて実行することができる。したがって、一般的に本発明は、コンピュータプログラムがコンピュータで実行される際に本発明の方法を実行するように動作するプログラムコードが機械読み取り可能なキャリアに格納された、コンピュータプログラム製品である。換言すると、本発明の方法はしたがって、コンピュータで実行される際に本発明の方法の少なくとも１つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るマルチホップ・ネットワークの略図を示している。
【図２】３グループ以上の中継局のための基地局タイムスロットにおけるリソース再使用の原理を示している。
【図３】本発明の実施形態に係るリソース割当手順の基本的フローチャートを示している。
【図４】８つの中継局を有し、且つ例示的な移動局の位置が示されている、考慮されたシミュレーションシナリオを示している。
【図５ａ】全ての移動局の平均容量値の累積密度関数（ＣＤＦ）を示している。
【図５ｂ】図５ａに示した全ての移動局の平均容量値のＣＤＦの拡大図を示している。
【図６】復号転送中継を使用した単一セルのマルチホップ・ネットワークの略図（図６ａ）及び２つの時間間隔中の送信の概略図（図６ｂ）を示している。
【図７】基地局と移動局との間のマルチホップ・チャネルのブロック図を示している。
【図１】
0004567706.tif 000020
【図２】
0004567706.tif 000021
【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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