JP2009531898A - 中継無線通信ネットワークにおける方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、性能を向上するために中継を使用する無線通信システムに関する。本発明の方法および装置に従って、擬似的な周波数選択性および空間ダイバーシティが遅延ダイバーシティを導入することにより提供される。ＯＦＤＭチャンクは、チャンクの表現の表現の最終列を前置付加することにより、２次元サイクリックプレフィックス処理を施される。前置付加されたチャンクの最終行が拡大チャンクの先頭部にコピーされて、拡大チャンクを形成する。

Description

本発明は性能を向上するために中継を用いる無線通信システムに関するものである。特に本発明は直交周波数領域多重（ＯＦＤＭ）技術を利用する無線通信システムにおいてダイバーシティを提供するための方法および装置に関するものである。

無線／セルラ通信ネットワークおよびシステムの進展における主要な推進力は、多くの他の側面はさておき、受信可能範囲の拡大またはデータ速度の高速化サポート、または両方の組み合わせを提供することである。同時に、システムの構築および維持のコスト側面が極めて重要であり、そして将来はさらに一層重要になると見込まれている。データ速度および／または通信距離が増大するので、バッテリ消費が増大する課題が別の関心領域である。

最近まで、無線通信システムの主要なトポロジは、現存する三世代にわたるセルラネットワークを含めて、殆んど変革されてきていない。現存する無線通信システムのトポロジは、ネットワーク内で通信セッションに典型的に関与する送受信エンティティとして固定の無線基地局および移動局を有するセルラアーキテクチャを特徴としている。

いくつかの新しい送信、すなわち無線アクセスの技術が通信システムにおける容量、融通性および／または受信可能範囲を増大するために提案されてきている。１つの有望な技術は直交周波数領域多重（ＯＦＤＭ）であり、有線または無線の通信媒体上で同時に複数の信号を送信する。無線通信では、複数のデータストリームが多くの並行するフラット・フェージング・チャネル上で送信されるので、ＯＦＤＭ受信機は比較的単純である。実際、時間領域では等化は行われず、その代わりに、周波数領域におけるワンタップ・フィルタで十分である。この単純さにも係わらず、符号化されていないＯＦＤＭ送信は、無線伝搬環境での損失、すなわち経路損失、高速フェージング等を防止するのに大いに役立つ自然ダイバーシティを欠いている。

受信信号にダイバーシティを導入する１つの方法は、送信機でおよび場合によりまた受信機で複数のアンテナを利用することである。複数のアンテナを利用すると、単一アンテナ・システムと比べて有意義なダイバーシティおよび多重化利得をもたらす。送信機および受信機の両方で複数のアンテナを利用するシステムは、大抵、多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線システムと呼ばれる。かかるシステムによりもたらされる空間ダイバーシティは、このようにして１入力１出力（ＳＩＳＯ）システムに比べてリンク信頼性およびスペクトル効率を改善することができる。

マクロダイバーシティを導入するための代替のアプローチは、協調中継である。協調中継システムは、周知のマルチホップ・ネットワークと多くの特徴および利点を共有しており、典型的に、無線シナリオでは、通信は中継構成において複数の送受信エンティティを含む。かかるシステムは、通信（中継）エンティティ間の経路損失を著しく減少させる可能性をもたらし、このことがエンドツーエンド（ＥＴＥ）のユーザに利益をもたらすことができる。協調中継システムは、典型的にただ２つの（または数個の）ホップ中継に限定される。典型的な協調中継システムは、複数の中継ノードを経由して、１つ以上のユーザ装置、たとえば移動局と通信するアクセス・ポイント、たとえば無線基地局を備える。

マルチホップ・ネットワークとは異なり、協調中継システムは並列処理の態様を活用しており、そしてまた高度なアンテナ・システムからの題材を採用している。これらのシステムは、共通点として、複数の局または中継ノード間で協調を行う。最近の研究文献には、協調ダイバーシティ、協調符号化、および仮想アンテナ・アレイのようないくつかの名称が使われている。本出願では、用語“協調中継システム”および“協調スキーム／方法”は、それぞれこれらのシステムで使用される複数の局間およびスキーム／方法間で協調を利用する全てのシステムおよびネットワークを含むことを意図している。用語“中継システム”は、いかなる形式においても中継を利用する全てのシステムおよびネットワーク、たとえばマルチホップ・システムおよび協調中継システムを含むことを意図している。協調通信スキームの包括的な概観は、”Cooperative Diversity in Wireless Networks: Algorithms and Architectures, J. N. Laneman, Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, August 2002”に与えられている。

様々な形式の中継信号が配備されることができる。１つの信号が復号され、再変調されてそして転送される、またはその代案として単に増幅されてそして転送される場合がある。前者は復号転送法または再生中継として知られており、一方後者は増幅転送法または非再生中継として知られている。再生および非再生中継の両方は、それぞれ、たとえば従来のマルチホップおよび中継器による解決策により周知である。２つのアプローチの様々な態様は”"An Efficient Protocol for Realizing Distributed Spatial Diversity in Wireless Ad-Hoc Networks", J. N. Laneman and G. W. Wornell, Proc. of ARL FedLab Symposium on Advanced Telecommunications and Information Distribution (ATIRP-2001), (College Park, MD), March 2001”で扱われている。

ダイバーシティ利得は、同じＢＥＲに対して経験する平均ＳＮＲを減少させるだけでなく通信性能のロバスト性を増大させるので、特に魅力的である。さらに、協調中継はビーム形成（または指向性）利得、および空間多重化利得のような他の好ましい効果をもたらす可能性がある。上述の利得の一般的な利点には、データ速度の高速化、主に異なる形式のダイバーシティによる機能停止の軽減、電池寿命の増大、および受信可能範囲の拡大を含む。

ダイバーシティ利得をもたらすいくつかのスキームがある。たとえば”"Distributed Space-Time Coding in Cooperative Networks", P. A. Anghel et al, Proc. of the Nordic Signal Processing Symp., Norway, October 2002”に記載されているＡｌｍｏｕｔｉダイバーシティに基づく協調中継、”"Large-Scale Cooperative Relay Network with Optimal Coherent Combining under Aggregate Relay Power Constraints", P. Larsson, Proc., Future Telecommunications Conference (FTC2003), Beijing, China, 9-10/12 2003. pp166-170”に記述されているビーム形成利得をさらにもたらすコヒーレント結合に基づく中継、および国際公開ＷＯ０６１２１３８１に記述されている中継巡回遅延ダイバーシティ。そのスキームに従って、中継ノードは、基地局とユーザ装置との間の転送において、それぞれの転送されるＯＦＤＭシンボルに巡回シフトを適用する。

これらのスキームはダウンリンク（ＤＬ）およびアップリンク（ＵＬ）方向の各々に対して２つの送信フェーズを必要とする。たとえばダウンリンクでは、第１の送信フェーズで基地局が中継ノードに送信し、そして第２の送信フェーズで中継ノードがユーザ端末に送信する。２つのフェーズによる送信方法は実効的にデータ・スループットを半減させる可能性がある。

先行技術の重大な欠点は上記から明らかである。それ故、擬似的な周波数、時間および空間ダイバーシティを導入し、そして協調中継無線通信システムにおいて各方向に対して単一の送信フェーズのみを必要とする方法を提供することが望ましいであろう。

本発明の目的は先行技術手法の欠点を克服する方法、中継ノードおよびシステムを提供することである。これは請求項１で規定される方法、および請求項１０で規定される送信機により達成される。

課題は、本発明が中継および直交周波数領域多重（ＯＦＤＭ）を利用する通信システムにおいて通信を行う方法を提供することにより、解決される。本発明が適用できるシナリオで、送信無線ノード（たとえば無線基地局）は、少なくとも１つの受信無線ノード（たとえばユーザ装置）と通信を行っている。送信ノードと受信ノードとの間の通信のうち一部は直接であり、そして一部は少なくとも１つの中継ノードを経由する。データは複数のＯＦＤＭシンボルを含むＯＦＤＭチャンクの形式で送信される。本発明の方法に従って、送信フェーズ中に、
−ＯＦＤＭチャンクの表現の最終ＯＦＤＭシンボルを、該ＯＦＤＭチャンクの表現に前置付加するステップと、
−前記前置付加の後に、前記前置付加されたＯＦＤＭチャンクの表現の最後の所定数の行を前記ＯＦＤＭチャンクの表現の先頭部にコピーするステップであって、拡大ＯＦＤＭチャンクを形成する、ステップと、
によりサイクリックプレフィックスがＯＦＤＭの表現に付加される。

第１のステップは列方向のサイクリックプレフィックスを与えるものと見なすことができ、第２のステップは行方向のサイクリックプレフィックスを与えるものと見なすことができ、結果的に２次元のサイクリックプレフィックス手順となる。

拡大チャンクの先頭部にコピーするために選択される行の数は、無線チャネルの遅延スプレッドに依存するサイクリックプレフィックスまたはガードインターバルの長さに対応する。

本発明に従った方法の１つの実施形態は、
−Ｎ個のサブキャリアを含みＭ個のＯＦＤＭシンボルに対応する時間窓にわたるＯＦＤＭチャンクＢを定義するステップと、
−前記ＯＦＤＭチャンクＢに２次元ＩＦＦＴを適用するステップであって、変換チャンクＸを生じる、ステップと、
−前記変換チャンクＸの最終ＯＦＤＭシンボルを該変換チャンクＸに前置付加するステップと、
−前記変換チャンクＸへの前記前置付加の後に、前置付加された変換チャンクＸの最終行を前記変換チャンクＸの先頭部にコピーするステップであって、拡大ＯＦＤＭチャンクＸ’を形成する、ステップと、
を含む。

１以上の中継ノードにより行われる中継では、再送信はＯＦＤＭシンボル１個分遅延される。

本発明に従った送信機は、中継および直交周波数領域多重を利用する通信システムにおける無線ノードでの使用に適している。送信機は、ＯＦＤＭチャンクの表現の最後から所定行を前記ＯＦＤＭチャンクの表現に前置付加するステップと、前記前置付加されたＯＦＤＭチャンクの最終行を前記ＯＦＤＭチャンクの表現の先頭部にコピーするステップであって、拡大ＯＦＤＭチャンクを形成する、ステップと、により、ＯＦＤＭチャンクの表現に２次元サイクリックプレフィックスを付加するのに適したサイクリックプレフィックス・モジュールを含む。

本発明の結果、送信機および受信機の複雑さを何ら著しく増大させることなく、ＯＦＤＭ手法および協調中継を結合した利点を完全に生かすことが可能である。新規の方法は、トラヒック容量を減らしてしまうような何ら拡張的な制御信号を必要とすることがない。先行技術手法と著しく異なって、１つの送信フェーズのみで済む。

本発明に従った２Ｄ−ＣＰの方法および装置は、ほぼ（２Ｍ−２）／Ｍのオーダのデータ速度増を与えることができ、ここで、Ｍはチャンク内のＯＦＤＭシンボルの数である。たとえば、Ｍ＝１５のとき利得は約９３％である。

更なる利点はアンテナ特有のパイロットが必要でないことである。その代わり、周波数／時間グリッド上で同じパイロット・パターンが全ての送信アンテナから送信されなければならない。受信機、たとえばユーザ装置は、パイロット・パターンを知っており、チャネル推定値を得ることができる。

より更なる利点は、全体の実効チャネルの周波数および時間選択性を増加させることである。

本発明の実施形態は、従属請求項で規定される。添付の図面および特許請求の範囲と併せて考慮することにより、本発明の他の目的、利点および新規の特徴が、以下の詳細な明細書から明らかになるであろう。

上記で概要を示した本発明の特徴および利点は、図面と併せて詳細な明細書で以下により完全に記述されており、全体を通じて同じ参照数字は同じ要素に適用されている。

本発明の実施形態を、これから図面を参照しながら説明することとする。

図１で概観されているネットワークは、本発明が好都合に実装されている協調中継ネットワークの例である。図１は送信側通信ノード、アクセス・ポイント（ＡＰ）１１０、複数の中継ノード（ＲＮ）１１５および複数の受信側通信ノードすなわちユーザ装置（ＵＥ）１２０を備える無線ネットワークの１つのセル１０５を示している。アクセス・ポイントは典型的にはコア・ネットワークと無線アクセス・ネットワークとがやり取りするアクセスのポイントを提供する無線基地局（ＢＳ）である。ユーザ装置はユーザ端末とも呼ばれ、たとえば、移動機、無線通信手段を装備したラップトップ・コンピュータおよびＰＤＡ、および無線通信手段を装備した車および機械を含むが、これらに限定されるものではない。図１で示されているように、中継ノード１１５は、支柱、建物、街灯等に取り付けられる。固定の中継ノードは見通し内状態が整えられることができるように使用でき、基地局に向けた指向性アンテナがＳＮＲ（信号対雑音比）または干渉抑制を改善するために使用でき、そして固定中継ノードは、電力供給ネットワークが典型的には利用できるので、送信電力には厳しく制限されなくてもよい。しかしながら、移動ユーザ端末のような移動中継、１２１および１２２もまた、固定中継ノードの補完としてまたは単独にのいずれかで使用できる。ユーザ端末１２０は基地局１１０と通信動作中である。無線通信は、矢印で示されているように、本質的に同時に、２ホップを特徴とする、すなわち少なくとも１つの中継ノード１１５を経由する複数の経路を用いている。第１の部分、アクセス・ポイント１１０から少なくとも１つの中継ノード１１５までは、第１のリンクと呼び、そして第２の部分、１つの中継ノードまたは複数の中継ノードからユーザ端末１２０までは第２のリンクと呼ぶこととする。さらに、アクセス・ポイント１１０とユーザ端末１２０との間の直接通信が利用され、図１では破線の矢印で示されている。通信システムは、同時に設定され、そしてＢＳ１１０とユーザ端末１２０との間の数多くのセッションを維持でき、そして異なる通信セッションでは中継ノード１１５の異なる集合を使用する。特定の通信に携わっている中継ノードは、セッション中、ユーザ端末が移動するかまたは無線環境が他の理由のために変化するにつれて、変わる可能性がある。

図１ａで概観されている実世界のセルラシステムが、簡単にするために図１ｂに示されるシステム・モデルによりモデル化されていて、ここでは任意数Ｋ個の中継ノードを利用する、ただ一対の送信機および受信機に的を絞っている。表記法では、送信機としてＢＳ１１０および受信機としてＵＥ１２０に適用しているが、そのことに限定されない。ＢＳ１１０とＵＥ１２０との間の通信は、２つの主要部分を備えているように説明でき、ＢＳ１１０から中継ノード１１５：ｋ、ｋ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝への送信は、第１リンクと呼び、中継ノード１１５：ｋからＵＥ１２０への通信は第２リンクと呼ぶ。第１リンク上の無線経路は、それぞれのチャネル・インパルス応答ｌ_ｋを特徴とし、そして第２リンク上の無線経路はそれぞれのチャネル・インパルス応答ｈ_ｋを特徴とする。

無線ノードの各々、すなわちＢＳ１１０、ＲＮ１１５およびＵＥ１２０は１つ以上のアンテナを利用する。ＢＳ１１０は、所定の期間中Ｋ個のＲＮにおよびＵＥに送信する。ＲＮは第１のノード（たとえばＢＳ１１０）から受信した情報を第２のノード（たとえばＵＥ）に１シンボル遅延させて転送する。これは増幅転送法、復号転送法、または両方の複合のいずれかで行われることができる。

図２ａから図２ｆは、１ホップ、伝統的な２ホップおよび２Ｄ−ＣＰシステム間の差異を説明している。図２ａおよび図２ｂに示されているように、１ホップ・システムでは、データ信号がＵＥに２つの連続するタイムスロット（すなわち２ｎおよび２ｎ＋１）で送信される。たとえば、シンボルｘ_２ｎがタイムスロット２ｎで送信され、そして次のスロットでｘ_２ｎ＋１が続く。それと異なり、２ホップ・システムでは、ＢＳ１１０およびＲＮがお互いの干渉を回避するために、送信が２つのフェーズ（すなわちホップ）で行われる。第１のホップ、図２ｃの２ｎスロット中に、ＢＳ１１０はデータ信号ｘ_２ｎをＲＮに送信する。ＵＥはまたｘ_２ｎを受信できる。第２のホップ（２ｎ＋１）中に、ＲＮは図２ｄで示されているように同じデータ信号ｘ_２ｎをＵＥに再送信する。

本発明方法の送信スキームは、図２ｅおよび図２ｆで説明されている。信号が複数のＯＦＤＭシンボルを備えるＯＦＤＭチャンクの形式で送信される。ＯＦＤＭチャンクの表現の最後のＯＦＤＭシンボルをＯＦＤＭチャンクの表現に前置付加することにより、サイクリックプレフィックスがＯＦＤＭチャンクの表現に付加され、拡大ＯＦＤＭチャンクを形成する。その手順は以下で詳細に説明することとする。伝統的な２ホップ・システムとは著しく異なって、送信は今度は全二重で行われることができる。実際、ＢＳ１１０は２つの連続するフェーズ、たとえば２ｎおよび２ｎ＋１の間に、それぞれ２つの異なるデータ信号ｘ_２ｎおよびｘ_２ｎ＋１を送信するであろう。図２ｅに示されているように、タイムスロット２ｎ中に、ＲＮは直前のタイムスロット２_ｎ−１にＢＳ１１０から受信したデータｘ_２ｎ−１を転送するであろう。タイムスロット２ｎ＋１中に、ＲＮは信号データｘ_２ｎを転送するであろう（図２ｆを参照）。

図３は本発明の方法に従った送信のフローチャートであり、そしてその手順を実行するのに適した送信機４００および受信機４６０が図４に説明されている。送信は、実線の矢印で示されている直接、および破線の矢印で示されている中継ノード４５０経由の両方である。ＯＦＤＭシステムにおける基本的な時間−周波数リソースユニットはチャンクとして規定される。各チャンク・エンティティはＮ個のサブキャリアを備え、そしてＭ個のＯＦＤＭシンボルの時間窓にわたり、そしてＢはチャンクのＮ×Ｍ行列を示す。

その方法は以下のステップを備える。

３０５：送信機４００の２Ｄ−ＩＦＦＴモジュール４０５は符号化された入力データストリームのチャンクＢを２次元逆高速フーリエ変換（２Ｄ−ＩＦＦＴ）する。２Ｄ−ＩＦＦＴモジュール４０５からの出力はＸと表わし、そしてチャンクＢの表現である。

３１０：サイクリックプレフィックス・モジュールは、２Ｄ−ＩＦＦＴモジュール４０５と連携して、変換されたチャンクＸに２Ｄサイクリックプレフィックス処理を施す。その手順は、図５でさらに説明されており、以下のサブステップを備える。

３１０：１ Ｘの最終列に相当するチャンクＸの最後のＯＦＤＭシンボル５１０を、チャンクＸ５００に前置付加して、列方向のサイクリックプレフィックスを付与するステップ
３１０：２ 前置付加されたチャンクの最終行５０５の所定数をチャンクＸの上部５１５に写して、行方向のサイクリックプレフィックスを付与するステップ
行方向のサイクリックプレフィックス付与はＯＦＤＭ間のシンボル干渉を除去する。同様に、列方向のサイクリックプレフィックスは、説明しているように、ＢＳおよびＲＮからのデータの同時送信からの干渉を除去する。サイクリックプレフィックス・モジュール４１０から出力されて得られる拡大チャンクは、Ｘ’と表わす。

第２のサブステップ３１０：２は、先行技術のＯＦＤＭ送信手法におけるサイクリックプレフィックスの使用に相当する。ＯＦＤＭチャンクの相応しい大きさばかりでなく、サイクリックプレフィックスの適切な大きさは、無線チャネルの特性に依存し、そして従来と同じように決定される。適切な大きさは本発明に従った方法および装置に対する既知の入力パラメータと考えることができる。

３１５：選択モジュール４１５では、サイクリックプレフィックス・モジュール４１０と連携して、拡大ブロックＸ’には、各ＯＦＤＭシンボルの送信中に、Ｘ’の１つの列を選択するステップで構成された線形演算が施される。第１の瞬間ではＸ’の第１列が選択され、第２の瞬間ではＸ’の第２列が選択される。その手順がＸ’の全ての列が送信されるまで繰り返される。

３２０：アップコンバートおよび送信モジュール４２０は、選択モジュール４１５から出力されたベースバンド信号をＲＦバンドに変換し、そして１つのアンテナまたは複数のアンテナ４２１から送信される。

３２５：送信された信号は少なくとも１つの中継ノードにより中継される。再送信は１つのＯＦＤＭシンボル分遅れる、すなわちＸ’の１つの列はＸ’の後続の列が送信機４００から送信されるのと同時に再送信される。

３３０：送信された信号は、送信機４００からの直接および中継ノード４５０または複数の中継ノードからの両方とも、受信機４６０により受信され、図４に描かれている。各受信アンテナ４６５はそれぞれのダウンコンバートモジュール４７０と繋がっており、信号はＲＦバンドからベースバンドにダウンコンバートされる。

３３５：サイクリックプレフィックス除去モジュール４７５で、サイクリックプレフィックスが、ダウンコンバートモジュール４７０から供給される信号から除去される。

３４０：２次元高速フーリエ変換が、２Ｄ−ＦＦＴモジュール４８０によりそれぞれの信号に適用される。

３４５：各信号は、それぞれの２Ｄ−ＦＦＴモジュールと連携して、等化器４８５による２次元等化処理により等化される。

３５０：各アンテナ４６５からもたらされる信号は、結合モジュール４９０において、たとえば最大比合成（ＭＲＣ）手順を用いて、結合処理で最終的に結合される。結合モジュール４９０から、Ｂのチャンク評価値Ｂ＾が出力される。

ステップ３２５において１つの中継ノードまたは複数の中継ノードにより行われる中継は、受信機および送信機内におけるような２次元処理を必要とすることはなく、１次元ＦＦＴおよびＩＦＦＴが、それぞれ受信ステップおよび送信ステップに対して、十分である。それ故、本発明に従ったシステムで採用される中継ノードは、先行技術の中継ＯＦＤＭシステムにおける中継ノードと同一であることができる。

本手法に従った送信処理は、図６にさらに説明されており、そこではＢＳ（送信機）およびＲＮでの拡大チャンクＸおよびＵＥ（受信機）で受信されたチャンクＢ＾が説明されている。図に示しているように、第１の時点（ｔ＝０）中に、最後のシンボルｘ_ＭがＢＳにより送信され、そして信号の雑音としてＵＥにより受信され、受信信号はｙ_０と表わす。ＲＮはまた、信号ｘ_Ｍを受信するが、しかし後続の時間スロット中に転送する。時点（ｔ＝１）で、ＢＳはデータ・ブロック内の第１のシンボルｘ_１を送信し、そしてＵＥはＲＮからのｘ_ＭとＢＳからのｘ_１との線形結合を受信するであろう。ＢＳがＸ’内のデータ系列全体を送信するまで、処理が繰り返される。

受信機および送信機内の本発明に従った装置について、モジュールおよびブロックという用語で説明されてきた。本発明に従ったモジュールおよびブロックは通信システムにおける送信ノードおよび／または受信ノードのうちの機能部と見なされるべきであり、そして必ずしもそれらだけで実体をなすものと見なされるべきではない。モジュールおよびブロックは、少なくとも部分的にソフトウェア・コード手段として好適に実装され、本発明に従った方法を達成するに適したものであることができる。用語“含んでいる（comprising）”は主として論理構造を表わしており、そして用語“接続されている（connected）”は本明細書では機能部間のリンクと解釈されるべきであり、そして必ずしも物理的な接続と解釈されるべきではない。しかしながら、選ばれた実装に依存して、あるモジュールは受信機または送信機内で物理的に際立った実体として実現されることができる。

本出願で使用する用語の数学的な定義は次節で与え、そして例示することとする。

表記法：

および

は、それぞれアダマール積およびクロネッカー積を表わす。（・）^Ｔは転置演算子を表わし、そして（・）^Ｈはエルミート転置演算子を表わす。大文字は行列を示し、そして小文字はベクトルまたはスカラーを示す。

定義：
定義１：Ｆ_Ｍは、大きさＭ×ＭのＦＦＴ行列を表わす。Ｆ_Ｍの（ｎ，ｍ）要素は、ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｍ｝に対して、次式で与えられる。

定義２：Ｍ×１のベクトルａ＝［ａ（１），ａ（２），．．．，ａ（Ｍ）］^Ｔに対して、右側循環行列

は、以下のように生成される。

右側循環行列ＡはＦＦＴ行列Ｆ_Ｍを用いて以下のように対角化される。

ここで、Ｄ（ｘ）は主対角線上にｘを有する対角行列を表わす。

定義３：大きさＮ×Ｍの行列Ｘの２次元（２Ｄ）ＦＦＴは、Ｘ〜で表わし、次式で与えられる。

本発明の方法および装置の有用性を説明する例を図１ｂを参照して与えることとし、１つのＢＳ、Ｋ個のＲＮおよび１つのＵＥが通信中である。ＢＳおよびＲＮは、各々単一の送信アンテナを装備しているものと想定する。さらに、ＯＦＤＭシンボルは、ＵＥに転送される前にはＲＮにより正しく検出される。

このような仮定の下に、ＵＥで受信されるシンボルｙ_ｍは、ＢＳから送信されたシンボルｘ_ｍおよびＲＮから送信された遅延シンボルｘ_ｍ−１との線形結合である。ｙ_ｍは、次式で表わすことができる。

ここで、Ｈ_０＝Ｃｉｒｃ（ｈ_０）はＢＳ送信アンテナとＵＥとの間のチャネル行列であり、そしてＨ_ｅは、全てのＫ個のＲＮからＵＥまでの結合チャネル行列、または実効的なチャネル行列である。Ｈ_ｅは、

のように表現でき、ここで、ｋ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝に対するｈ_ｋは、ｋ番目のＲＮからＵＥまでのチャネル・インパルス応答を表わす。ｈ_ｅは、実効チャネル・インパルス応答であり、そしてそのＦＦＴは次のように表現できる。

ＵＥでチャンクの第１に受信されたシンボルを無視すると、同じチャンクからの次のＭ個の受信シンボルは、以下のように行列の形式で書くことができる。

次を定義する。

そうすると２Ｄ−ＦＦＴを適用後の受信信号は次式で与えられることを示すことができる。

ここで、Ｈ〜およびＹ〜は、チャネル行列Ｈおよび受信データ・ブロックＹの２Ｄ−ＦＦＴを表わす。

本発明は、上記の実施形態では２ホップ協調中継シナリオの中で想定されてきた。本発明に従った方法および装置はまた、複数のノードが通信セッションに携わる他のシステム、たとえばマルチホップ・システムにおいても好都合に利用される可能性がある。典型的なマルチホップ・システムでは、ノードの過半数が様々な種類のユーザ装置であるが、しかし、システムはまた固定ノード、たとえばアクセス・ポイントを備える場合がある。全てのノードがデータの受信および転送の能力を有することが好ましい。

本発明は現時点で最も実際的で好適な実施形態であると考えられるものに関連して説明されてきたが、当然のことながら、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、しかしそれどころか、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な修正および等価な装置に及ぶことを意図している。

本発明に従った方法および装置が好適に実装されている協調中継を使用するセルラシステムを説明する図である。 本発明に従った方法および装置が好適に実装されている協調中継を使用するセルラシステムを説明する図である。 １ホップ・システムの送信フェーズを説明する図である。 １ホップ・システムの送信フェーズを説明する図である。 ２ホップ・システムの送信フェーズを説明する図である。 ２ホップ・システムの送信フェーズを説明する図である。 本発明に従った２Ｄ−ＣＰを利用する２ホップ・システムの送信フェーズを説明する図である。 本発明に従った２Ｄ−ＣＰを利用する２ホップ・システムの送信フェーズを説明する図である。 本発明に従った方法のフローチャートである。 本発明に従った送信機および受信機の概略図である。 本発明に従った方法で利用される拡大ＯＦＤＭチャンクの概略図である。 本発明に従った方法を用いて、どのようにＯＦＤＭシンボルのブロックが、ＢＳ、ＲＮより送信され、ＵＥにより受信されるかについての概略図である。

Claims (17)

1. 中継および直交周波数領域多重（ＯＦＤＭ）を利用する通信システムにおいて通信を実行する方法であって、送信無線ノード（４００）と少なくとも１つの受信無線ノード（４６０）と少なくとも１つの中継無線ノード（４５０）とが通信セッションに従事しており、複数のＯＦＤＭシンボルを含むＯＦＤＭチャンクの形式で信号が送信され、該方法は、
   ＯＦＤＭチャンクの表現の最終列に対応する、該ＯＦＤＭチャンクの表現の最終ＯＦＤＭシンボルを、該ＯＦＤＭチャンクの表現に前置付加するステップ（３１０：１）と、
   前記前置付加の後に、前記ＯＦＤＭチャンクの前記前置付加された表現の最後の所定数の行を前記ＯＦＤＭチャンクの表現の先頭部にコピーするステップ（３１０：２）であって、拡大ＯＦＤＭチャンクを形成する、ステップと、
   により、２次元サイクリックプレフィックスがＯＦＤＭチャンクの表現に付加される送信フェーズを含むことを特徴とする方法。
2. Ｎ個のサブキャリアを含みＭ個のＯＦＤＭシンボルに対応する時間窓にわたるＯＦＤＭチャンクＢを定義するステップと、
   前記ＯＦＤＭチャンクＢに２次元ＩＦＦＴを適用するステップ（３０５）であって、変換チャンクＸを生じる、ステップと、
   前記変換チャンクＸの最終ＯＦＤＭシンボルを該変換チャンクＸに前置付加するステップ（３１０：１）と、
   前記変換チャンクＸへの前記前置付加の後に、前置付加された変換チャンクＸの最終行を前記変換チャンクＸの先頭部にコピーするステップ（３１０：２）であって、拡大ＯＦＤＭチャンクＸ’を形成する、ステップと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 各ＯＦＤＭシンボルの送信の間、前記拡大チャンクＸ’の列を選択するステップ（３１５）であって、第１の瞬間にはＸ’の第１列が選択され第２の瞬間にはＸ’の第２列が選択される、ステップと、
   ベースバンドからＲＦバンドに信号をアップコンバートして送信するステップ（３２０）と、
   をさらに含み、前記選択と前記アップコンバートと前記送信とは、前記拡大チャンクＸ’の全ての列が送信されるまで繰り返されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記送信された信号は中継され、前記中継ノードにおいて、再送信はＯＦＤＭシンボル１個分遅延されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 信号を受信すると、チャンクＢの推定値が形成され、少なくとも１個の受信されたＯＦＤＭシンボルは前記チャンクＢにおける後続の２個のＯＦＤＭシンボルの線形結合である、受信フェーズをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記通信システムは協調中継を利用することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記通信システムはマルチホップ中継を利用することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
8. 前記中継は再生的であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
9. 行の前記所定数は無線チャネル特性から決定されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
10. 中継および直交周波数領域多重（ＯＦＤＭ）を利用する通信システムにおける無線ノードでの使用に適した送信機であって、
    ＯＦＤＭチャンクの表現の最後から所定行を前記ＯＦＤＭチャンクの表現に前置付加するステップと、前記前置付加されたＯＦＤＭチャンクの最後の所定数の行を前記ＯＦＤＭチャンクの表現の先頭部にコピーするステップであって、拡大ＯＦＤＭチャンクを形成する、ステップと、により、ＯＦＤＭチャンクの表現に２次元サイクリックプレフィックスを付加するのに適したサイクリックプレフィックス・モジュール（４１０）を含むことを特徴とする送信機。
11. Ｎ個のサブキャリアを含みＭ個のＯＦＤＭシンボルに対応する時間窓にわたるＯＦＤＭチャンクＢに２次元ＩＦＦＴを適用し出力Ｘを生じるのに適した２Ｄ−ＩＦＦＴをさらに含み、前記サイクリックプレフィックス・モジュール（４１０）は、変換チャンクＸの最終ＯＦＤＭシンボルを該変換チャンクＸに前置付加するのに適しており、前記前置付加の後に、前記前置付加された変換チャンクＸの最終行を前記変換チャンクＸの先頭部にコピーし拡大ＯＦＤＭチャンクＸ’を形成することを特徴とする請求項１０に記載の送信機。
12. 選択モジュール（４１５）とアップコンバート及び送信モジュール（４２０）とをさらに含み、前記選択モジュール（４１５）は、第１の瞬間に拡大チャンクＸ’の第１列を選択し第２の瞬間には該拡大チャンクＸ’の後続の第２列を選択し、選択した列を前記アップコンバート及び送信モジュール（４２０）に転送するのに適していることを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
13. 請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の送信機を含む無線基地局。
14. 請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の送信機を含むユーザ装置。
15. 中継および直交周波数領域多重（ＯＦＤＭ）を利用する通信システムにおける使用に適した受信無線ノードであって、
    ＯＦＤＭＡチャンクの受信表現から２次元サイクリックプレフィックスを除去する手段を含むことを特徴とする受信無線ノード。
16. ２次元サイクリックプレフィックスを除去するモジュールが各アンテナストリームに対して提供されることを特徴とする請求項１５に記載の受信無線ノード。
17. 複数の信号を１つの共通信号に結合するモジュールをさらに含み、該結合するモジュールは前記２次元サイクリックプレフィックスを除去するモジュールの後段に提供されることを特徴とする請求項１５に記載の受信無線ノード。

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