(57)【要約】マルチストリーム無線リレーが、複数の基地局で独立したデータ・ストリームを維持し、それによって、それらの複数の基地局から、それらの複数の基地局とそれぞれ通信関係をもつ移動ユニットにリレーを提供するように構成される。代替手法では、複数の基地局からのデータ・ストリームが互いに重畳され、有害なセル間干渉が、有用な情報をもつ信号に変換され、それによって、リレーを介する単一の移動ユニットについての複数の基地局からの伝送リソースのスケジューリングを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信の方法であって、
複数の基地局に最も近い場所に無線リレーを確立するステップと、
前記複数の基地局のうちの少なくとも２つから前記無線リレーで信号を受信して、前記受信した信号を前記無線リレーによって少なくとも１つの移動局に再送信するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの基地局から無線リレーで受信される前記信号が、少なくとも２つの移動局に再送信される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記無線リレーで受信される前記信号が、前記少なくとも２つの基地局から重畳で送信された、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記無線リレーが、前記少なくとも２つの基地局から送信される重畳信号の干渉キャンセルを実施する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの基地局から送信される前記重畳信号が、少なくとも１つの単一の移動局への前記リレーによる再送信のためのデータ信号を構成する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つの基地局のうちの基地局が、前記無線リレーを介してまたは前記移動局との直接接続を介して、所与の移動局に信号を送信するように動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記無線リレーと前記所与の移動局の間の通信リンクの周波数割当てが、前記基地局と前記所与の移動局の間の前記直接接続の周波数割当てと実質上直交する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記無線リレーおよび前記所与の移動局の間の通信リンクと、前記基地局および前記所与の移動局の間の前記直接接続とが、共通の周波数割当てを共用する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記基地局および前記所与の移動局の間の前記直接接続と、前記無線リレーを介する接続との間の経路選択が、代替経路上のスペクトル効率に応じて行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、スペクトル効率メトリックが、直接接続経路についておよびリレー接続経路について決定され、経路選択が、それらのスペクトル効率メトリックの比較に基づいて行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数の基地局から通信ストリームを同時に受信する手段と、
少なくとも１つの移動局への再送信のために前記同時に受信された通信ストリームを処理する手段とを備える、無線リレー。
【請求項１２】
前記受信された通信ストリームの間の干渉キャンセルの手段をさらに備える、請求項１１に記載の無線リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  Ｓｅｃ１１９（ｅ）に準じ、その主題が参照により本明細書に完全に組み込まれている、２００９年５月１５日に出願された米国仮出願第６１／２１６，３１６号「ＭＵＬＴＩ−ＳＴＲＥＡＭ  ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＲＥＬＡＹ」の優先権を主張するものである。
【０００２】
本願は、同譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれている、２００９年５月３０日に出願された米国特許出願第１２／４５５，２１５号「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＥＬＬ  ＥＤＧＥ  ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＩＮ  ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＵＳＩＮＧ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ  ＳＣＨＥＤＵＬＩＮＧ」に関する。
本発明は、概して無線リレーに関する。
【背景技術】
【０００３】
無線リレーは通常は、概してそのユーザ端末装置が使用されうるエリアを広げることを目的として、基地局と携帯電話または他の移動局などのユーザ端末装置との間でＲＦ信号をリレー（または再送信）するように動作する。しかし、カバレッジの穴を埋めるためのおよびホット・スポットのための両方の既存のリレーの解決法は、単一の基地局のみと通信する。同一の周波数搬送波を使用する、共通のセル境界線に近い異なる基地局に接続された２つ以上のリレーの場合、結果として生じるセル間、リレー間干渉は、システムの効率を低下させる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一実施形態は、複数の基地局をもつ独立したデータ・ストリームを維持するように構成され、それによって、それらの基地局から、それらの複数の基地局とそれぞれ通信関係をもつ移動ユニットへのリレーを提供する無線リレーを提供する。本発明のさらなる一実施形態では、複数の基地局からのデータ・ストリームが互いに重畳されるとき、有害なセル間干渉は、有用な情報をもつ信号に変換され（または、別法としては、かかる干渉の効果を無効にさせ）、それによって、リレーを介する１つまたは複数の単一移動ユニットについての複数の基地局からの伝送の効率を改善する。そのさらなる実施形態では、連続干渉キャンセラまたは空間多重化受信機（最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）、最尤（ＭＬ）ベースの受信機など）が、マルチユーザ・チャネル容量を達成するために機能する、重畳符号化をもつまたはもたない、無線リレーで提供される。
【０００５】
したがって、セル端に近い１つのサービス提供側基地局のみにそれぞれ接続された複数の干渉リレーは、本発明の実施形態によれば、複数の周囲の基地局と通信する単一のマルチストリーム対応無線リレーに統合されることができる。無線リレーとサービスを受ける移動局（本明細書において時々ユーザ装置（ＵＥ）とも称される）との間の通信リンクのリソース割当ては、サービス提供側基地局とサービスを受ける移動局の間に提供される直接リンクに直交するか、共通リソースの共用を使用する。直接の基地局から移動局へのリンク、および無線リレーを介したリンクの間としての、所与の通信についての経路選択は、組み合わされた基地局から無線リレーへのリンク、および無線リレーから移動局へのリンクのスペクトル効率メトリックを作成し、それをサービス提供側基地局とサービスを受ける移動局の間の直接リンク上で達成可能なスペクトル効率と比較することによって、行われる。
【０００６】
本発明の教示は、以下の添付の図面とともに、以下の詳細な説明を考慮することによって、容易に理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の方法論を実装するように構成された複数の無線セルを概略的に示す図である。
【図２】本発明の方法論による、ノ−ド間接続およびリソース割当て手法を概略的に示す図である。
【図３】本発明によるマルチストリーム・リレーのもう１つの例示的な配備を概略的に示す図である。
【図４】本発明によるマルチストリーム・リレーのさらにもう１つの例示的な配備を概略的に示す図である。
【図５】本発明の方法論で達成可能な性能結果を示す図である。
【図６】本発明の方法論で達成可能な追加の性能結果を示す図である。
【図７】本発明の方法論で達成可能なさらなる性能結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の説明では、限定ではなく説明を目的として、本発明の例示的実施形態の完全な理解を提供するために、特定のア−キテクチャ、インタフェ−ス、技法などの具体的な詳細が明記される。しかし、本発明はこれらの具体的な詳細から逸脱する他の例示的な実施形態で実行されうることが当業者には明らかとなろう。ある場合には、不必要な詳細によって記載される実施形態の説明を分かりにくくすることのないように、よく知られているデバイス、回路、および方法の詳細な説明は省略されている。すべての原理、態様、および実施形態、ならびにそれらの具体的な例は、それらの構造上および機能上の両方の相当物を包含するものである。加えて、かかる相当物は、現在知られている相当物ならびに将来開発される相当物の両方を含むものである。
【０００９】
本発明者らは、本明細書において、無線システムにおける改良された通信をサポートするための無線リレーを動作させるための新しい方法論を開示する。具体的には、本発明者らは、通常はセル端の位置またはその近くにある、複数の基地局との独立した通信リンクを実質上維持するマルチストリーム無線リレーを提供し、本明細書で開示する。
【００１０】
本発明によるマルチストリーム無線リレーを実装する方法の例示的一実施形態が、図１に示される。その図では、無線通信システムを備える（またはその部分を形成する）複数の隣接無線セルを概して示し、各セルは、その中央に基地局１０１と六角形の境界線をもつものとして描かれている。複数のまたは全部のリレーが、さまざまなセル端の位置に星記号１０２でそれぞれ図中に描かれている。各セルはまた、現在の技術で一般的であるように、３つのセクタに分けられて示されているが、いずれのセクタ部自体も使用されるセクタの数も本発明の方法の動作にとって重大ではないことが明らかであろう。したがって、本発明の方法論は、セクタ化されていないセルに同等に適用可能となろう。
【００１１】
ここで、図１を参照して、その図の点「Ａ」の近くに置かれた１つまたは複数の移動局との通信の必要性を考える。その目的のために、伝送が少なくとも１つのかかる移動局について開始される必要があり、通常の動作では、伝送路内のリレーは移動局に対して透過的であることが分かる。パイロット信号または同様のものの伝送時に、移動局は、使用可能な信号がそこから受信される基地局および／またはリレー（たとえば基地局１０１ａおよび１０１ｃと、場合によってはリレー１０２ａとともに、１０１ｂなど）からの信号のチャネル品質を測定し、それぞれのチャネル品質インディケ−タ（ＣＱＩ）をそれぞれの逆制御チャネルを介してすべてのサービス提供側基地局およびリレーにレポートする。サービス提供側基地局およびリレーが、移動局から直接ＣＱＩを受信する。
【００１２】
移動局から受信されたＣＱＩに基づいて、リレーはその移動局がそのリレーを介してサービス提供可能かどうかを判定する。サービス提供可能な場合、リレーは、リレーとそれらのマルチストリーミング基地局の間−例示的にリレー１０２ａと基地局１０１ａおよび１０１ｃの間−の逆リンク制御チャネルを介して、それとリンクされる各マルチストリーミング基地局に、その移動局の識別とともにその移動局からの受信ＣＱＩをレポートする。
【００１３】
特定のリレーにマルチストリーミングする基地局の数は、適度な時間間隔で周期的にセットされうる。リレーはまた、周期的に、周囲の基地局からのチャネルのＣＱＩを測定し、基地局のマルチストリーミングセットへそれらをレポートする。別法として、リレーは、移動局からの受信ＣＱＩとともに、これらの測定を移動局にレポートすることができる。
【００１４】
基地局は、基地局−移動局、リレー−移動局、および基地局−リレー・リンクについてのＣＱＩを受信し、それらに基づいてスケジューリング（リソース割当て）の決定を行う。マルチストリーミング基地局によるそのリソース割当て動作は、以下にさらに十分に説明される。
【００１５】
図２は、組込み型リレー配備シナリオの基本周波数割当て手法−図中の隣接する特定のリンクを示されたｆｉリファレンス指示子で指示されている周波数割当てを示す。組込み型配備は、リレーが既存の基地局の間にあるものである。リレーのカバレッジ・エリアは、これらの基地局の前から存在するカバレッジと重複する。これらの配備は通常は、トラフィック・ホット・スポットにある。ここで使用される直交周波数割当て手法は、干渉を考慮して指図される。より具体的には、周辺の基地局がそれらによって直接サービスを受けるユーザに伝送する周波数とは異なる周波数（または周波数のセット）で、リレーが移動局に伝送することが必要である。同じ周波数が使用される場合、周囲の基地局からの干渉が、そのリレーによるサービスを受ける１つまたは複数の移動局に向けられた信号の多大な劣化をもたらす。
【００１６】
公平性を維持するために、基地局は、リレーを介するそれへの伝送を優先しながら、移動局の効果的データ転送速度を使用する。本発明のマルチストリーム・リレーとの使用のための好ましいリソース割当て手法が、以下に説明される。
【００１７】
移動ユニットは、使用可能な通信リンクが移動ユニットによって基地局と直接確立されうると仮定して、基地局と直接またはリレーを介してのいずれかで通信するオプションをもつ。直接の移動局から基地局へのリンクと、本発明のマルチストリーム・リレー配備のためのリレーを介するリンクとの間の選択についての経路選択原理は、単一の基地局から移動局への（リレーかまたは直接リンクのいずれかを介する）場合について説明されているが、マルチストリーム・リレーの場合にも容易に広げられうる。
【００１８】
次に、リレーが移動ユニットとしての同一の（そしてただ１つの）基地局からデータを受信している場合を最初に考える。これらのリンク−基地局からリレー、リレーから移動局、および基地局から移動局−のそれぞれで伝送によって経験される信号対雑音比は、ＳＮＲｂｒ、ＳＮＲｒｕ、およびＳＮＲｂｕであり、添字のｂ、ｒ、およびｕはそれぞれ基地局（ｅＮｏｄｅＢ）、リレー・ノード、およびユーザ（移動ユニット）を示す。
【００１９】
現在の技術のシステムでは、移動局は通常、基地局からそれへのリンクのＳＮＲに基づいてそれによってサポートされうる転送速度をレポートする。
Ｒｂｕ=ｌｏｇ（１+ＳＮＲｂｕ）
リレー経路に沿った区間は、それぞれのリンクＳＮＲｓから同様に生じうるＲｂｒおよびＲｂｕをサポートする。
【００２０】
ペイロードＢについてのリレー経路に沿ったデータ移送に取られる合計時間は：
Ｔｂｒｕ＝Ｂ／Ｒｂｒ＋Ｂ／Ｒｒｕ
したがって、Ｒｂｒｕ=Ｂ／Ｔｂｒｕと認識すると、
１／Ｒｂｒｕ＝１／Ｒｂｒ＋１／Ｒｒｕ
したがって、調和平均ＨＭ（Ｒｂｒ、Ｒｒｕ）は、直接路Ｒｂｕと比較されて、これらの２つの経路から選択が行われる。経路選択は、移動局、リレー、基地局、または、関連入力情報をその構成要素に配信するための手段を前提とする他の何らかのネットワーク構成要素で行われることができる。
【００２１】
マルチストリーム・リレーの場合、Ｒｂｒ＝Ｒｍｂｒは単に、リレーにサービス提供する複数の基地局の間でサポートされうる複数の基地局からリレーへの総合転送速度である。この転送速度は、前述の経路選択手続きで使用される。したがって、調和平均ＨＭ（Ｒｍｂｒ、Ｒｒｕ）は、直接路Ｒｂｕと比較されて、これらの２つの経路から選択が行われる。
【００２２】
直交リソース割当てのための帯域幅分割は、以下のように行われる。帯域幅分割は、２通りの方法で行われうる。最も簡単な方法は、静的帯域幅分割である。静的分割では、リレー−移動局およびリレー−基地局のリンクの帯域幅は予め決められている。別法として、帯域幅は、基地局−リレーおよびリレー−移動局のリンクの間で動的に分割されることができる。
【００２３】
本発明のマルチストリーム無線リレーのこれまでの説明は、図１に例示的に示されたリレー配備に焦点を合わせていた。しかし、本発明の原理は、他のリレー構成、および図１に示すのよりも多いまたは少ない数のリレーにも同等に適用されることが理解されたい。たとえば、図３では、リレーは、図示された無線システムのセクタの各交差点に配備されて示されており、各リレーは前述の方法と全く同じ方法で適用されることになる。同様に、図４は、リレーがそのセクタのアンテナ伝送パターンの中央と一直線上にあるセクタ端にのみ置かれる、リレー配備を示す。本発明のマルチストリーム・リレー方法論の他の多数のリレー配備シナリオが当業者に明らかとなり、それらすべては本発明の範囲の意図内にある。
【００２４】
前述の説明は、概して本発明のマルチストリーム・リレー方法論の動作に焦点を合わせたが、マルチストリーム・リレーが、１つまたは複数の単一の移動ユニットに向けたれた複数の基地局からの信号−即ち、複数の基地局からの、リレーを介した、その単一の移動ユニットのうちの移動ユニットについての情報の分散スケジューリング−を受信するために動作するときに、特に有利な本発明の実施形態が生じる。その実施形態の動作が以下に説明される。
【００２５】
概して、複数の基地局から単一の移動ユニットへの分散スケジューリングの概念は、相互参照される関連出願、米国特許出願第１２/４５５，２１５号で開示され、説明される。その申請の内容は参照により本明細書に組み込まれるので、その手法の詳細はここでは繰り返されない。相互参照される出願で教示されるように、受信ノード−そこでは移動ユニット、ここではマルチストリーム・リレーでの干渉キャンセラの適用を通して、複数の基地局からの実質的に同時の伝送が、競合するストリームの間の干渉なしに受信ノードで処理されることができ、伝送路全体についてのスループットの著しい増加をもたらすといえば十分である。
【００２６】
分散スケジューリングに必要とされる受信ノードからのすべての転送速度要求およびチャネル品質情報がすべてのマルチストリーミング基地局に伝送されるとき、それらはそれら自体にその他の基地局のスケジューリング機能／決定を複製する。
【００２７】
各基地局にあるスケジューラがプロポーショナル・フェア・スケジューラ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｆａｉｒ ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ）を使用すると仮定する。このスケジューラは、それによって直接またはリレーを介してサービスを受ける各ユーザについて優先度メトリックを作成する。リレーへの２つ以上の基地局によるマルチストリーミングのとき、各基地局内のスケジューラは、リレーが１つまたは複数の他の基地局でサービスを受けた転送速度について推論を行うことになる。それを行うことによって、各スケジューラは、ハンドオフ・ユーザについての正しい公平性メトリックを使用し、その結果、ハンドオフにはないユーザのスケジューリング機会を解放し、それによってセクタスループットを増やすことになる。
【００２８】
ここまでに示したように、本発明によれば、データを同時に送信し、複数の有線基地局からデータを受信する無線リレーは、これらの基地局のうちの各基地局に関して有利な位置に置かれ、それによって、それらの基地局サイトから離れたエリア内の移動局ユーザについての到達範囲を改善する。リレーは、連続干渉キャンセルまたは他の高度な受信機技法を使用して多数の基地局からの受信スループットを最大化することができる。
【００２９】
本システムは、移動局ユーザによってまたはネットワークによってのいずれかで経路選択をサポートしてシステム性能を最大化する。基地局にあるスケジューリング機構は、それによって直接サービスを受けるならびにリレーを介してそれによってサービスを受ける両方の移動局に公平でありうる。
【００３０】
代表的な下位互換性のあるマルチストリーム全リレー配備が記載され、図１〜４と連動して説明されているが、高度な配備では、移動局は、周囲の基地局およびリレーからのマルチストリーミングの能力ももちうることが企図される。
【００３１】
本発明のマルチストリーム・リレー配備は、リレーが１つのサービス提供側基地局とのみ通信する従来のリレー配備に優るいくつかの利点をもつ。それらの利点の中でも：
１．従来の配備では各セクタがそれ自体の１つまたは複数のリレーをもつが、開示される本発明では、リレーは周囲のセクタによって共用される。換言すれば、リレーは、周囲のすべてのセクタにサービス提供することができる。したがって、開示されるリレー配備では、１つの特定のサービス提供エリア内により少ないリレーがあることになる。それは、有害な他セル（同一チャネル）干渉ならびに初期配備費用を低減することになる。
２．開示されるリレー配備では、リレーはいくつかの周囲のセクタ／基地局と通信している。したがって、従来の配備におけるそれらの周囲のセクタ／基地局からの有害な干渉信号は賢明に使用されて有用なデータを運ぶ。
３．「ホット・スポット」シナリオでは、本発明のリレー配備の使用は、いくつかの周囲のセクタ／基地局の間でリレーのためのバックホール伝送の共用を可能にする。したがって、それは、１つの基地局に負担をかけず、ネットワーク容量はホット・スポットにおいてより高くなりうる。
【００３２】
本発明者らは、シミュレーションをとおして、従来のセル構造の単一ストリームの移動局を介するマルチストリーム移動局の使用によって性能向上が明らかに得られることを実証した。たとえば、セル端にあるｔリレーのマルチストリーム・リレー配備の場合を考える。マルチストリーミング能力なしでは、長期平均信号対雑音プラス干渉電力比であるジオメトリが生ジオメトリ累積分布機能（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ、ＣＤＦ）の１０％にあり、一方、相当するジオメトリは、リレーのマルチストリーミングで、生ジオメトリＣＤＦの４０％に跳ね上がる。即ち、本発明のマルチストリーミング・リレーは、図５に示すように、その近傍にある移動局にサービス提供するための明らかなネットワーク容量利得を与える。
【００３３】
さらなる性能のしるしとして、リレーをもつおよびもたない図１の移動局ユーザのジオメトリ分布が図６に示されている。その基地局およびリレーは伝送に直交リソースを使用し、リレーは全方向式である。その結果は、ジオメトリ利得がかなりであり、それが動作ジオメトリ範囲で約５ｄＢであることを示す。
【００３４】
同様に、図７は、基地局およびリレー伝送のための同一のリソースをもつジオメトリ分布を示す。この場合、まだ約０．５〜１．０ｄＢのジオメトリ利得がある。この配備シナリオは、カバレッジ拡張状況について使用されうる。
【００３５】
本明細書において、本発明者らは、マルチストリーム・リレー方法論を使用して無線通信システムで改善されたデータ・スループットを提供する方法およびシステムを開示した。本発明の多数の変更形態および代替実施形態が、前述の説明を考慮して当業者に明らかとなろう。
【００３６】
したがって、本説明は例示的なものとしてのみ解釈され、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示することを目的とし、それらのすべてのあり得る形を説明するものではない。使用される言葉は、限定のではなくて、説明の言葉であり、その構造の詳細は本発明の趣旨を逸脱することなく大幅に変えられることができ、添付の特許請求の範囲内にあるすべての変更形態の排他的使用が確保される。
【図１】
2012527163.tif 000003
【図２】
2012527163.tif 000004
【図３】
2012527163.tif 000005
【図４】
2012527163.tif 000006
【図５】
2012527163.tif 000007
【図６】
2012527163.tif 000008
【図７】
2012527163.tif 000009
【国際調査報告】
2012527163.tif 000010
2012527163.tif 000011
2012527163.tif 000012