JP2010521109A - マルチホップ中継局を有するワイヤレスセルラネットワークにおける無線リソース管理 - Google Patents

Abstract

マルチホップパケット又はプロトコルデータユニット（ＰＤＵ）中継のための中継局を備えるワイヤレスセルラネットワークのための無線リソース管理。
【選択図】 図１

Description

優先権及び関連出願
本出願は、２００７年３月９日に出願された米国仮出願番号第６０／８９４，１８６号、発明の名称「Radio resource management in wireless cellular networks having multihop relay stations」の優先権を主張し、この文献は、引用によって、本出願の一部として援用される。

背景
本出願は、基地局に加えて中継局を使用するワイヤレスセルラネットワークに関連する通信システム装置及び技術を含むワイヤレス通信に関する。

ワイヤレスセルラネットワークは、ネットワークのサービスエリアに亘って空間的に分散され、ネットワーク加入者局（例えば、携帯電話機、ＰＤＡ、ラップトップＰＣ等）のための通信をサポートする移動しない又は固定の基地局を含む。割り当てられるネットワークチャネル周波数は、貴重なリソースであり、このようなリソースは、効率的に使用することが望ましい。割り当てられたネットワークチャネル周波数を再使用してネットワーク容量を高めることは、周波数リソースを効率的に使用するための様々な技術のうちの一具体例である。一具体例として、再使用は、地理的領域を、複数のローカル無線通信サービスエリア、すなわちセルに区切り、幾つかの隣接しないセルにおいて、チャネル周波数の再使用を許可する周波数再使用割当を提供することによって実行できる。各セルの中心には、セル内で分散され、セル内をローミングする加入者局への及び加入者局からのプロトコルデータユニット（protocol data unit：ＰＤＵ）の送信及び受信を制御するために用いられる固定基地局がある。多くのワイヤレスネットワークでは、基地局は、基地局ダウンリンク（ＤＬ）無線信号を介して、加入者局にＰＤＵを直接送信することができ、加入者局は、加入者局アップリンク（ＵＬ）無線信号を介して、基地局にＰＤＵを直接送信することができる。ＤＬ及びＵＬ無線信号は、動的なチャネル及びネットワーク条件に基づいて最適化できる。セル基地局は、二地点間（point-to-point）無線リンクによって、又は光ファイバ等の大容量の有線ベースの接続によって互いに通信する。

本出願は、マルチホップパケット又はプロトコルデータユニット（ＰＤＵ）中継のための中継局を備えるワイヤレスセルラネットワークのための無線リソース管理のためのシステム、装置及び技術を含む。

一側面として開示される、中継局を含むワイヤレスセルラネットワークは、加入者局にワイヤレス通信のための無線アクセスを提供する基地局ネットワークを形成する複数の基地局と、基地局及び他の中継局の少なくとも１つとワイヤレス通信し、基地局ネットワークの無線カバレッジを拡張する複数の中継局とを備える。各中継局は、他の中継局又は基地局の何れかである上位局へのリンク接続を確立して基地局ネットワークに接続される。このネットワークは、基地局、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び１つ又は複数の加入者局の間のリンクの品質を示す基地局リンク品質マトリクスを提供するように各基地局を動作させる無線リソース管理メカニズムを備える。リンク品質マトリクス内の各要素は、ネットワークリンクに対応し、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局及び１つ又は複数の加入者局に接続するリンクの品質を定量化する。無線リソース管理メカニズムは、基地局、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び１つ又は複数の加入者局との間のリンクの品質に基づいて、信号送信におけるフレーム要素を割り当てるように基地局を動作させる。

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他の側面では、中継局を含むワイヤレスセルラネットワーク内の無線リソースを管理するための方法は、基地局、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び１つ又は複数の加入者局の間のリンクの品質を示す基地局リンク品質マトリクスを提供するように基地局を動作させるステップを有する。基地局リンク品質マトリクス内の各要素は、ネットワークリンクに対応し、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局及び１つ又は複数の加入者局に接続するリンクの品質を定量化する。この方法は、基地局、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び１つ又は複数の加入者局との間のリンクの品質に基づいて、信号送信におけるフレーム要素を割り当てるように基地局を動作させるステップを有する。

説明したシステム、装置及び技術のこれらの及びこの他の側面は、図面、明細書及び特許請求の範囲に詳細に開示されている。

中継局を有するワイヤレスセルラネットワークの具体例を示す図である。 無線リソース再使用の基本的な概念を示す例示的なセルクラスタ対を示す図である。 図１のワイヤレスセルラネットワークを図式的に示す図である。 図１のワイヤレスセルラネットワークのリンクランクマトリクスを示す図である。 図１のワイヤレスセルラネットワークの１ホップ接続マトリクスを示す図である。 図１のワイヤレスセルラネットワークの５ホップ接続マトリクスを示す図である。 例示的な完全使用ＯＦＤＭＡ ＴＤＤフレームを示す図である。 例示的な部分使用ＯＦＤＭＡ ＴＤＤフレームを示す図である。 実施の形態に基づくＤＬ及びＵＬ−ＭＡＰを介する例示的なバースト割当を示す図である。 フレーム要素再使用なしの単一フレーム中継法のための例示的なＴＤＤ ＤＬ−ＯＦＤＭＡサブフレームを示す図である。 フレーム要素再使用なしの単一フレーム中継法のための例示的なＴＤＤ ＵＬ−ＯＦＤＭＡサブフレームを示す図である。 フレーム要素再使用なしの例示的なＯＦＤＭＡフレームを示す図である フレーム要素再使用ありの単一フレーム中継法のための例示的なＯＦＤＭＡフレームを示す図である。 単一フレーム中継法内の例示的なＯＦＤＭＡフレーム要素再使用を示す図である。 単一フレーム中継法におけるＯＦＤＭＡフレーム要素割当、送信及び再使用の具体例のフローチャートである。 ｍホップリンク接続マトリクスを算出するためのフローチャートである。 マルチフレーム中継法のための例示的な第ＭＯＦＤＭＡフレームを示す図である。 マルチフレーム中継法のための例示的な第（Ｍ＋１）のＯＦＤＭＡフレームを示す図である。 マルチフレーム中継法内の例示的なＯＦＤＭＡフレーム要素再使用を示す図である。 マルチフレーム中継法におけるＯＦＤＭＡフレーム要素割当、送信及び再使用の具体例のフローチャートである。

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ワイヤレスセルラネットワークの性能は、様々な要因の影響を受けることがある。例えば、ワイヤレスセルラネットワークの容量及びデータスループットは、例えば、使用不可の又は混雑しているネットワークスペクトル、及び低い信号品質等のネットワーク条件下で劣化する。割り当てられるスペクトル帯域は、意図的な電磁放射及び意図されていない電磁放射の両方の増殖のために、望まれている信号及び望まれていない信号によって、混雑の度合いを高めている。スペクトルの混雑の結果、低パワーの信号と、高パワーの信号とが、受信機のアンテナ又はアンテナアレイによって同時に観測される。この結果、望まれている信号が、より強い干渉信号のクラスタに埋没して、不明瞭になり及び検出不能になることがある。信号品質は、隣接するセルの干渉及び低いＤＬ及びＵＬ信号パワーのために、セルエッジにおいて低くなる傾向がある。基地局及び加入者局は、その信号をチャネル及びネットワーク条件に適応化（変調及び符号化）するので、低パワーのＤＬ及びＵＬ信号の結果、スループットが低下する。また、例えば、様々な建物、構造体及び樹木による遮蔽に起因するサービスカバレッジホール（service coverage hole）、加入者局が何れかの固定基地局の無線信号範囲外に出ること、都会の人口集中地及び地方の過疎地に起因する加入者局及びトラヒック負荷の非一様な分布等の他の要因がネットワーク性能を劣化させることもある。

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これらの及びこの他の不利なネットワーク条件を緩和するための一手法は、基地局の数を増やし、これによって基地局セルサイズを小さくすることである。基地局は、複雑な無線送受信機であり、送信及び受信回路と、制御回路と、デジタル信号プロセッサと、単一のアンテナ又はアンテナアレイとを含む。基地局の設計及び展開は、例えば、信号送信パワー、アンテナ高、アンテナの空間的なカバレッジ又はビーム幅等の様々な因子に基づいて、最適な性能を達成するように構成できる。この手法に関する問題は、基地局設営のコストが高く、その設営をサポートする場所へのアクセスが限定的であることである。実際、セルラネットワークを展開するコストは、通常、基地局サイト（例えば、不動産コスト、計画、保守、分散ネットワーク、電力等）によって支配されている。

これらの及びこの他の不利なネットワーク条件を緩和する他の手法は、基地局と連携するワイヤレス中継局を使用することである。幾つかの固定基地局間で１つ又は複数の中継局（relay station：ＲＳ）を展開し、加入者局と基地局との間で通信信号を中継することができ、これにより、カバレッジを拡張し、基地局の通信容量及び品質を改善することができる。中継局は、このような中継局を展開する個別の条件に応じて、固定された送受信機であってもよく、移動送受信局であってもよい。加入者局信号は、１つ又は複数のＲＳをホップして、サービング基地局に到達する。提案されているＩＥＥＥ８０２．１６ｊは、中継局を使用して、カバレッジ及び加入者へのサービスを向上させるマルチホップ中継（Multi-hop Relay：ＭＲ）モードを提供する。ＩＥＥＥ８０２．１６ｊに準拠するマルチホップ中継ワイヤレスネットワークは、マルチホップ中継モードをサポートするＭＲ基地局（MR base station：ＭＲ−ＢＳ）を含むことができる。

中継局は、多くの場合、通常の基地局に比べて、サイズが小さく、より単純である。したがって中継局の使用は、通常の基地局でワイヤレスカバレッジを拡張するより低コストであり、ネットワーク容量、データスループット及びサービスエリアカバレッジを向上させる。中継局は、概念的に、加入者局にとっては基地局として機能でき、基地局のとっては加入者局として機能できる。中継局は、基地局によって管理してもよいが、中継局は、セルラネットワークの中継局のセル内で、中継機能の何らかのローカル制御を行ってもよい。１つ又は複数の中継局を展開して、加入者局と基地局との間で信号を中継又は転送することができる。加入者局及び基地局のＰＤＵは、１つ又は複数の中継局をホップして、所望の宛先に到達する。

図１は、例示的なワイヤレスマルチホップ中継通信システムの一部を示している。このシステムは、マルチホップ中継基地局（ＭＲ−ＢＳ）と、中継局（例えば、ＲＳ１、ＲＳ２及びＲＳ３）とを含み、１つ又は複数の加入者局（例えば、ＳＳ１〜ＳＳ８）にサービングするワイヤレスカバレッジを提供する。基地局は、基地局ネットワークを形成し、ワイヤレス通信のための無線アクセス（wireless radio access）を提供する。各中継局は、基地局及び他の中継局の少なくとも１つとワイヤレス通信を行い基地局ネットワークのワイヤレスカバレッジを拡張する。各中継局は、異なる中継局又は基地局の何れかである上位局へのワイヤレスリンク接続を確立し、基地局ネットワークに接続される。

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例えば、図１に示すＢＳは、ＢＳのサービスカバレッジを拡張する３個の中継局ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３を有する。ＢＳは、ネットワークに接続されており、中継局ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３のための、ネットワークの他の部分へのゲートウェイであるので、中継局ＲＳ１、ＲＳ２及びＲＳ３は、ＢＳの下位になる。したがって、ＢＳは、中継局ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３の上位になる。更に、中継局ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３は、上位のＢＳの制御の下で、互いに上位及び下位の関係を有することができる。例えば、ＲＳ３は、ＲＳ２を介してＢＳと通信するので中継局ＲＳ３は、中継局ＲＳ２の下位になる。したがって、中継局ＲＳ２は、中継局ＲＳ３の上位になる。この文脈においては、図１のシステムのＢＳ及び中継局は、それらの相対関係に基づいて、上位の基地局及び下位の基地局に分類できる。したがって、図１のＢＳは、全ての中継局にとって上位の基地局であり、中継局ＲＳ２は、ＢＳにとっては、下位の基地局であるが、中継局ＲＳ３にとっては、上位の基地局である。図１では、ＲＳ１のカバレッジエリア内に２個の加入者局ＳＳ３及びＳＳ４が示されている。ＲＳ２のカバレッジエリア内には、２個の加入者局ＳＳ５及びＳＳ６と、１つの中継局ＲＳ３とが示されている。加入者局ＳＳ７、ＳＳ８は、ＲＳ３によってサービングされている。中継局（ＲＳ）は、ＭＲ基地局（ＭＲ−ＢＳ）と、１つ又は複数の加入者局（ＳＳ）（例えば、移動加入者局）、若しくは１つ又は複数の更に下位の中継局との間に導入される。

図１に示す中継局の展開を用いて、様々なシステム具体例において、幾つかの利益を得ることができる。例えば、低速の信頼性が低いリンクを、複数の高速の信頼性が高いリンクに置換することによって、スループットを高めることができ、孤立したネットワークサービスエリアに無線カバレッジエリアを拡張でき、電力消費量を低減して移動加入者局のバッテリの消耗を遅くでき、及びネットワーク局の空間的分布のために無線リソースの効率的な使用及び再使用を実現できる。更なる利点としては、ネットワーク容量の拡大及びネットワーク負荷共有の改善、アクセス制限が少ないことによる基地局又はセルサイトの柔軟な配置、マルチパス冗長性によるネットワークの耐障害性及び空間ダイバシチの向上等が含まれる。

中継局は、固定（fixed）、半固定（nomadic）、移動（mobile）に分類される。固定中継局は、所定の位置に永続的に設営され、半固定中継局は、移動できるが、動作時には、固定される。モバイル中継局は、バス、電車又はボート等の輸送機関に配置してもよく、輸送機関が停止中も移動中も動作するように意図されている。中継局は、その転送ストラテジ（forwarding strategy）に応じて分類することもできる。中継局の転送ストラテジの具体例としては、次のようなものがあり、増幅−転送（Amplify-and-Forward）では、増幅−転送中継局は、アナログ中継器として機能し、増幅−転送中継局では、信号雑音が増幅されることがあり、復号−転送（Decode-and-Forward）では、復号−転送中継局は、受信したＰＤＵを復号し、このＰＤＵを再符号化して、再送信し、復号−再符号化（Decode-and-Reencode）では、復号−再符号化中継局は、受信したＰＤＵを復号し、ソースコードワードとは異なるコードワードを構築する。復号−再符号化中継局は、スマート転送（smart forwarding）を実現し、異なるネットワークホップ上で異なる変調及びコード体系を用いる適応型の送信を利用でき、干渉回避及び緩和スキームに参加できる。最後の２つの中継局転送ストラテジでは、ネットワークパスを介して、復号エラーの伝播が生じることがあり、宛先における間違った判定を誘導することがある。

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様々な中継局使用法を具体化することができる。一具体例では、中継局は、セルラネットワーク内のネットワークパスにおいて動作する信号転送器（signal forwarder）として構成及び動作され、ネットワークパス内の各中継局は、その直前の機器によって中継器に送信されたＰＤＵのみに依存する。このような中継法を使用することによって、ＰＤＵソースとその宛先との間のエンドツーエンドネットワークパス損失を低減することができる。他の具体例では、空間的に分散された中継局が互いに連携して空間ダイバシチを提供するように、中継局を構成及び動作させる。詳しくは、宛先において受信された中継局の送信信号を結合して、空間ダイバシチを実現することができる。この空間的に分散された中継局間の連携による空間ダイバシチは、アンテナアレイによって実現される空間ダイバシチとは異なり、基地局、加入者局又は中継局において複数のアンテナ素子を統合する必要がなく、及び最適な性能のためにアンテナアレイ素子が受信する信号を非相関させる必要がない。アンテナアレイベースの空間ダイバシチのためのこれらの条件を満たすことができないシナリオでは、空間的に分散された中継局間の連携による空間ダイバシチは、基地局、加入者局、及び中継局間でアンテナアレイ素子を分散させ、「仮想」アンテナアレイを形成することによって、代替を提供する。

現在及び将来のセルラネットワーク内での中継局の展開には、例えば、ＰＤＵルーティング、無線リソース管理、高度なアンテナ技術の使用、ネットワーク管理、ネットワークセキュリティ及び空間ダイバシチ等のネットワークの様々な特徴に関して多くの技術的課題がある。中継局の展開を促進するためには、新たなネットワークサブシステム及び方法が要求される場合もある。更に、加入者及び基地局の既存の設計に対する変更を最小限にして、幾つかのセルラネットワークに中継法の特徴を追加することが望ましい場合もある。

本明細書では、ワイヤレスマルチホップ中継通信システムにおける無線リソース管理のための様々な特徴を説明する。一具体例は、二地点間チャネル容量ではなく、セルラネットワーク容量問題に関する無線リソース管理（radio resource management：ＲＲＭ）である。ＲＲＭは、ネットワークの無線ベースの通信リンクの最適な使用を管理し、制御し、容易にする手続き、アルゴリズム及びデータ構造の設計を含む。効率的な動的ＲＲＭ法を用いることによって、ネットワーク容量を一桁増加させることができる。ＲＲＭは、同一チャネル干渉（co-channel interference）によって制約されるセルラシステムにおいて用いることができる。

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このＲＲＭ手続き、アルゴリズム及びデータ構造の適用の具体例には、特に、同一チャネル干渉、雑音、信号伝播距離、シャドウイング、マルチパス及びドップラー周波数シフトに起因する信号フェージング及び信号劣化の緩和、無線又はネットワーク接続承認制御、ＰＤＵ送信のためのフレーム要素のスケジューリング及び割当、セル設計、セル分割（cell sectoring）及びセル間のハンドオフ、パワー制御及び割当、適応変調及び誤り制御符号化、固定及び動的チャネル周波数選択及び割当、並びに帯域幅確保及びサービス品質保証が含まれる。本明細書では、無線リソース再使用のための技術についても開示する。

図２は、２つのセルクラスタとして構成されている、それぞれ７個の六角形のセルの２つのグループにおける周波数再使用の具体例を示す図である。下付き文字ｉ＝０，…，６として、Ｃｅｌｌ_ｉとして示すクラスタ内の各セルは、基地局又は中継局を含む。クラスタ内の各基地局又は中継局は、割り当てられた無線リソース（例えば、周波数、タイムスロット等）の７個の独立部分集合のうちの１つを使用することが許可される。同じインデクスｉを有する基地局及び中継局は、無線リソースの同じ集合を使用する。無線リソースは、再使用距離（reuse distance）以上離れている他のセルでも使用でき、再使用距離とは、受信した複合信号から所望の信号を抽出することができなくなる程、セル間の干渉が受信を妨害することがない距離である。無線リソース再使用の概念によって、異なるセルクラスタ内の基地局及び中継局は、同時に一組の無線リソースを使用及び共有することができ、この結果、ネットワーク容量を増加させることができる。

実際の様々なシステム展開では、セルラネットワーク内の支配的な干渉は、同一チャネル干渉（ＣＣＩ）と隣接チャネル干渉（ＡＣＩ）とに分類できる。ＣＣＩは、典型的には、隣接するセルクラスタ内の送信機が、受信機の周波数上で同時に送信を行い、送信機が受信機の受信範囲内にある場合に、受信機によって観測される。ＣＣＩは、送信機を再使用距離より遠く離すように制限することによって、又は無線間の送信及び受信時間を分割する何らかの手段を用いて、如何なる時点においても、１つの送信機のみが動作するようにすることによって制御できる。隣接する周波数帯域内で２つの送信機が動作している場合、ＡＣＩが生じることがある。ＡＣＩは、周波数が隣接する信号からのスペクトル成分が完全に分離されていない場合に生じる。例えば、ＡＣＩは、モデムフィルタ特性が理想的ではないために生じる。変調方式及びフィルタ設計の賢明な設計によってこれを最小化することができる。

本明細書に開示するシステム、装置及び方法を実施することによって、１つ以上の利点又は利益を実現することができる。例えば、中継局の展開の結果、ＰＤＵが複数回中継され、したがって、複数のフレーム要素を占めるために、幾つかのシステムのネットワーク容量が低下することがある。中継を行うネットワークの容量は、別個の異なるネットワークリンクのためにフレーム要素を再使用することによって、実質的に向上させることができる。ＲＲＭ側面は、中継局を備えるマルチホップセルラネットワーク内でのフレーム要素の割当、送信及び再使用に関連する。本明細書に開示するシステム、装置及び方法を実施することによって、マルチホップセルラネットワーク内でのフレーム要素の割当、送信及び再使用のための方法を提供することができる。幾つかの具体例では、フレーム要素を用いて、基地局、中継局及び加入者局の間に生じる中継されるＰＤＵ送信をよりよくサポートでき、ここで、中継局及び加入者局は、固定局、半固定局及び／又は移動局であってもよい。また、本明細書に開示するシステム、装置及び方法を実施することによって、ネットワーク容量を増加させ、個々の中継局の送信のスペクトル効率を向上させることができる。例えば、幾つかの具体例では、ここに開示するフレーム要素の割当、送信及び再使用のための１つの方法を用いて、同じネットワークセル内の基地局、加入者局又は中継局が、同じフレーム要素を用いて送信及び受信を行うことができるように、干渉を最小化することができる。フレーム要素は、基地局、加入者局及び中継局によって空間的に再使用できる。更に、使用可能な帯域幅としてのフレーム要素の総数を最小限に維持し、起こり得る遅延を限定することができる。

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ここに開示する様々な特徴は、例えば、マルチホップＰＤＵ中継をサポートするために中継局が追加された例示的なワイヤレスセルラネットワークの一部を示す図１の例示的なネットワークＣ等のワイヤレスセルラネットワーク内で具体化できる。この例示的なネットワークは、１つの基地局（ＢＳ）と、３つの中継局（ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３）とを含む。基地局及び中継局は、連携して動作して、加入者局（ＳＳ１〜ＳＳ８）に無線カバレッジを提供する。図示する円は、ＢＳ及びＲＳのカバレッジエリアを囲んでいる。例えば、加入者局ＳＳ３及びＳＳ４は、ＲＳ１のカバレッジエリア又はセル内に示されていると共に、ＢＳのセルの外縁にある。

図１では、加入者局ＳＳ１及びＳＳ２は、如何なる中継局もホップすることなく、基地局によって直接サービングされている。基地局は、ＲＳ２を介してＳＳ５及びＳＳ６と通信し、すなわち、基地局からのダウンリンクＰＤＵは、最初にＲＳ２に送信され、次に、ＲＳ２が、ＳＳ５及びＳＳ６にＰＤＵを送信する。ＳＳ７及びＳＳ８のための基地局ダウンリンクＰＤＵは、ＲＳ２、ＲＳ３を介して２つのホップを経由する。基地局は、ＲＳ１を介してＳＳ３及びＳＳ４と通信し、すなわち、ＤＬ ＰＤＵは、まず、ＢＳからＲＳ１に送られ、次に、ＲＳ１がＰＤＵをＳＳ３及びＳＳ４に送る。

図３は、図１の例示的なネットワークのグラフ構造を示している。図３のネットワークグラフは、３個の値の組（トリプル）Ｃ＝（Ｎ，Ｌ，Ｒ）によって定義される。以下、Ｎ、Ｌ及びＲの定義について説明する。集合Ｎは、基地局、加入者局及び中継局からなるネットワークのＭ要素ノード集合である。

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集合Ｌは、以下のように、ノード対から構成されるネットワークリンク集合であり、各対は、ネットワーク内のリンク接続を示す。

マトリクスＲは、リンクランク又は重みを含み、Ｒ内の各要素は、リンクＬに対応している。

図４Ａは、図１のワイヤレスセルラネットワークのリンクランクマトリクス（link rank matrix）Ｒを示す図である。図３のネットワークについて、リンクランクマトリクスＲ内のゼロの値は、ネットワークノード対の間にリンクが存在していないことを示す。ゼロではないリンクランクは、ネットワークリンクの品質を示す何らかの無線リソース測定値又は組合せであってもよい。例えば、値ＢＳ−ＲＳ１（Ｒの第１行第２列）は、以下のような４ビットリンク品質値を含むことができる。

ＳＩＮＲ（ＢＳ−ＲＳ１）は、ネットワークリンクＢＳ−ＲＳ１の信号対干渉雑音比の推定値を示し、α_ｉ，ｉ＝１，２，３は、特定されたＳＩＮＲ判定領域境界（SINR decision region bound）である。

ソースノードからシンクノードまでのホップ長Ｐのネットワークパスは、Ｐ個のリンクのシーケンスである。Ｃ内のネットワークパスは、要素的（elementary）であり、これは、パス内の全てのノードが一回だけ横断されることを意味する。Ｃ内のネットワークパスは、サイクルを含んでおらず、これは、パスの開始ノード及び終了ノードが異なることを意味する。ネットワークパスのランクは、リンクランクの総和として定義される。

Ｎ_{ｓｕｂｓｅｔ}をＮの部分集合とする。ＣのサブネットワークＣ_{ｓｕｂｎｅｔ}は、差集合Ｎ−Ｎ_{ｓｕｂｓｅｔ}から導出される。具体的には、Ｃ_{ｓｕｂｓｅｔ}は、Ｎから、Ｎ_{ｓｕｂｓｅｔ}に関連する全てのノード及びリンクを取り除くことによって導出される。例えば、図３は、差集合から導出されるサブネットワークを示している。

マルチホップ接続識別のための例示的な方法
図４Ｂは、図１のワイヤレスセルラネットワークの１ホップ接続マトリクスを示している。図４Ｃは、図１のワイヤレスセルラネットワークの５ホップ接続マトリクスを示している。

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Ｃ^（１）は、Ｒの要素に特定の１ビット量子化マップを適用することによって、図４ＡのランクマトリクスＲから取得することができる。図４Ｂは、図１の例示的なネットワークの１ホップネットワーク接続マトリクスＣ^（１）を示している。

図４Ｃは、図１及び図２の例示的なネットワークのための５ホップネットワーク接続マトリクスＣ^（５）を示している。図１０は、５ホップネットワーク接続マトリクスを算出するための例示的な１つの方法のフローチャートを示している。

例示的なセルラネットワーク物理層
説明した様々な特徴は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）、直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：ＯＦＤＭＡ）及び時分割複信（Time Division Duplexing：ＴＤＤ）に適用することができる。以下、これらの技術のための物理層の具体例について説明する。

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ＯＦＤＭは、幾つかのワイヤレスネットワーク物理層のために標準化されたマルチキャリアデータ送信のための技術である。ＯＦＤＭでは、割り当てられたチャネルは、複数の直交するサブチャネルに分割される。各サブチャネルは、等しい帯域幅を有し、サブキャリア信号の固有の周波数を中心周波数とする。サブキャリア信号は、直交しており、すなわち、何れの２つのサブキャリアの内積もゼロになる。直交するサブキャリア信号の周波数は、等しく、最少量で区切られるので、サブキャリア信号のデータ変調は、最適な帯域幅効率を実現する。これに対し、マルチキャリアデータ送信のための周波数分割多重は、直交しないサブキャリア信号を利用し、したがって、サブキャリア信号周波数のスペクトルを分離するために、割り当てられたチャネル帯域幅の大きなセグメントが消費される。

ＯＦＤＭＡは、ＯＦＤＭのマルチユーザバージョンである。ＯＦＤＭＡは、直交するサブキャリアの部分集合を個々の加入者局に割り当てることによって、多元接続を実現する。ＯＦＤＭＡは、周波数領域及び時間領域の多元接続の組合せとして説明でき、ここで、無線リソースは、時間−周波数空間に区切られ、ネットワークユーザデータバーストは、ＯＦＤＭシンボルインデクス及びＯＦＤＭサブキャリアインデクスに沿って割り当てられる。セルラネットワーク内に中継局を追加することにより、時間、周波数及び空間領域多元接続を有するＯＦＤＭＡが実現される。複数の加入者局、基地局又は中継局が空間的に分散され、これらの干渉が閾値を下回っている場合、複数の加入者局、基地局又は中継局間で同時にデータ送信を行うことができる。

ＯＦＤＭＡ物理層は、時分割複信（ＴＤＤ）を用いるように構成できる。干渉問題を解決するために、ＴＤＤは、システム全体の同期を用いる。ＴＤＤは、周波数分割複信（Frequency Division Duplexing：ＦＤＤ）に比べて、幾つかの利点を有する。例えば、ＴＤＤは、ダウンリンク（ＤＬ）及びアップリンク（ＵＬ）信号のための非対称の帯域幅を効率的にサポートし、ＴＤＤは、リンク適応化、ＭＩＭＯ及び他の信号処理方法の好適なサポートのためのチャネル相互関係（channel reciprocity）を実現し、ＴＤＤは、ＤＬ及びＵＬ信号のために単一チャネルのみを使用し、この結果、様々なスペクトル使用要求に対する柔軟性を提供し、ＴＤＤシステムのための送受信機設計は、ＦＤＤに比べて複雑ではない。

例示的なフレーム構造及び要素
この節では、例示的なＯＦＤＭＡフレーム構造に基づくアプリケーションについて説明する。

ＯＦＤＭＡフレームは、ＤＬ及びＵＬ送信を含む。図５Ａは、ＴＤＤに基づく物理層のための例示的なＯＦＤＭＡフレーム構造を示している。各フレームは、それぞれ送信遷移ギャップ（Transmit Transition Gap：ＴＴＧ）及び受信遷移ギャップ（Receive Transition Gap：ＲＴＧ）によって分離されたＤＬ及びＵＬサブフレームに分割される。これらの２つのギャップは、ＤＬ及びＵＬ送信の衝突を防止する。各サブフレームは、複数のフレーム要素から構成される。これらのフレーム要素は、割当、送信及び再使用が可能な無線リソースである。図５Ｂは、例示的な部分使用ＯＦＤＭＡ ＴＤＤフレーム（partially-used OFDMA TDD Frame）を示している。

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図５Ａ及び図５Ｂは、ゾーン、バースト、スロット、サブチャネル、サブチャネルグループ、シンボル及びセグメントについての例示的なＯＦＤＭＡフレーム要素を示している。

ゾーン：
ＯＦＤＭＡフレームは、１つ又は複数のゾーンを含む。ゾーンは、ＯＦＤＭＡフレームの１つの完全な論理的部分又はパーティションである。ＤＬゾーン及びＵＬゾーンといったタイプが異なるゾーンが存在する。ゾーンは、ＯＦＤＭ信号サブチャネルの全てを使用してもよく、又はサブチャネルの一部のみを使用してもよい。ＯＦＤＭ信号サブチャネルの全てを用いるゾーンは、完全使用サブチャネル（Fully Used Subchannel：ＦＵＳＣ）ゾーンと呼ばれ、サブチャネルの一部を用いるゾーンは、部分使用サブチャネル（Partially Used Subchannel：ＰＵＳＣ）ゾーンと呼ばれる。ＤＬサブフレーム内の例示的なＰＵＳＣゾーンについては、図５Ｂに示している。

バースト：
ゾーンは、ＤＬバースト又はＵＬバーストを含む。バーストは、特定の数のサブチャネル（周波数）及び特定の数のＯＦＤＭシンボル（タイムスロット）を使用するゾーン内の領域である。これらは、例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示されている。

スロット：
バーストは、スロットを含む。スロットは、ＯＦＤＭＡベースのシステム内で可能な最小のデータ割当ユニットであり、時間及び周波数で定義される。スロットは、１つのサブチャネルを有し、（ゾーンタイプに応じて）複数のＯＦＤＭシンボルを含むことができる。これは、例えば、図５Ａに示されている。

サブチャネル：
サブチャネルは、周波数領域内で最小の論理的割当ユニットであり、通常、互いに隣接しないキャリアである１つ又は複数のサブキャリアを有し、バースト内における順序は、ＯＦＤＭシンボル間で変更してもよい。図５Ａ及び図５Ｂは、フレームのＮ個のサブチャネルを示している。

サブチャネルグループ：
サブチャネルグループは、１つ又は複数のサブチャネルから構成される。これについては、例えば、図５Ｂに示している。

シンボル：
シンボルは、時間領域における最小の割当単位である。図５Ａは、Ｌ個及びＭ個のシンボルから構成されたＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレームを示している。

セグメント：
セグメントは、一組のＯＦＤＭＡサブチャネルグループである。図５Ｂは、ＤＬサブフレーム内の３つのセグメントを示している。

ＯＦＤＭＡフレームは、フレーム要素の使用を管理するための様々な制御フィールドを有することができる。例示的な制御フィールドを図５Ｃに示す。

プリアンブル：
プリアンブルは、ＤＬ同期（フレームタイミング取得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びチャネル推定のために使用され、ＯＦＤＭＡフレームの最初のＯＦＤＭシンボルである。例えば、プリアンブルは、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）によって変調されたプリアンブルであってもよく、他の変調フォーマットで変調してもよい。プリアンブルは、全てのネットワーク受信機にとって既知の参照フィールドである。

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フレーム制御ヘッダ（Frame Control Header：ＦＣＨ）：
ＦＣＨは、プリアンブルフィールドに続き、４位相偏移変調（quadrature phase shift keying：ＱＰＳＫ）レート１／２チャネル符号化及び４重反復符号化（four-fold repetition encoding）（連続する論理サブチャネル番号を有する４つのサブチャネル）を用いて送信される。ＦＣＨは、第１のＤＬ−ＰＵＳＣゾーンで用いられるサブチャネルグループ及びＤＬ−ＭＡＰ（メディアアクセスプロトコル）情報等のフレーム構成情報を提供する。ＤＬ−ＭＡＰは、使用されているサブチャネル、ＤＬ−ＭＡＰで使用されているサブチャネル反復符号化、ＤＬ−ＭＡＰで使用されているチャネル符号化及びＤＬ−ＭＡＰ長を含む。

ＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰ：
ＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰは、それぞれＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレームのためのフレーム要素割当及び他の制御情報を提供する。ＤＬ／ＵＬマップは、ヘッダ情報から開始され、これに１つ又は複数のＤＬ−ＭＡＰ／ＵＬ−ＭＡＰ情報要素（information element）（ＤＬ−ＭＡＰ／ＵＬ−ＭＡＰ ＩＥ）が続く。

ＵＬレンジング（UL Ranging）：
ＵＬレンジングサブチャネル（UL ranging subchannel）は、加入者又は中継局に割り当てられ、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行する。４つのタイプのレンジング、すなわち、ＳＳがネットワークに入ったときの初期レンジング接続が確立された後の周期的レンジング、ハンドオーバレンジング及び帯域幅要求が定義されている。

ＵＬチャネル品質インジケータチャネル（channel quality indicator channel：ＣＱＩＣＨ）：
ＵＬ ＣＱＩＣＨは、チャネル状態情報をフィードバックするために加入者又は中継局によって使用される。

ＵＬ ＡＣＫ：
ＵＬ ＡＣＫは、ＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために加入者又は中継局によって使用される。

フレーム要素割当
幾つかの具体例では、基地局を用いて、基地局、中継局及び加入者局の間の全てのＰＤＵ送信にフレーム要素（スロット、バースト、ゾーン、サブチャネル、サブチャネルグループ等）を割り当てることができる。基地局によるフレーム要素割当は、（１）リンクランクマトリクス（図４Ａ）及び／又はリンク接続マトリクス（図４Ｂ及び図４Ｃ）の要素によって示すようなリンク品質、（２）送信されるＰＤＵのサイズ、及び（３）ＲＳがサポートし、カバレッジエリア内の他の基地局、加入者局及び中継局に転送することができる（フレーム制御フィールドによって記述される）ＰＤＵのタイプといった１つ以上の要因に基づいて行うことができる。

基地局は、基地局、中継局及び加入者局の位置及び空間的分布に基づいて、フレーム要素を割り当てることができる。基地局は、通信ネットワーク局の空間的分布が、互いの同一チャネル干渉がある妥当なレベルを下回るようになっていれば、フレーム要素を同時に使用又は再使用できる。例えば、図１のＲＳ１及びＲＳ３のセルカバレッジエリアは、重ならない。したがって、ＲＳ１及びＲＳ３のためのフレーム要素は、同時に使用することができ、ネットワークの容量及びスループットが更に向上する。

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基地局は、ネットワークリンク接続情報によって予め構成してもよく、ネットワークリンク接続情報を取得するように動作させてもよい。このようなネットワークリンク接続情報は、下位の中継局のカバレッジエリアを示す。基地局は、ネットワークリンク接続情報を用いて、下位の中継局にＤＬサブフレーム要素を最適に割り当てることができる。例えば、ダウンリンクカバレッジが重ならない２つ以上の中継局（例えば、図１又は図２のＲＳ１及びＲＳ３）があり、換言すれば、これらの中継局の同一チャネル干渉がある妥当なレベルを下回っているとする。基地局は、リンクランクマトリクスＲ及び／又は接続マトリクス（図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃ参照）における情報等のリンク接続情報を用いて、中継局ＲＳ１及びＲＳ３に対し、それらのカバレッジエリア内における加入者局へのダウンリンクＰＤＵ送信のために同じフレーム要素を同時に使用又は再使用することを命じることができる。

基地局は、ネットワークリンク接続情報によって予め構成（pre-configured）してもよく、ネットワークリンク接続情報を取得するように動作させてもよい。このようなネットワークリンク接続情報は、下位の中継局のカバレッジエリアを示す。基地局は、ネットワークリンク接続情報を用いて、下位の中継局にＵＬサブフレーム要素を最適に割り当てることができる。例えば、ダウンリンクカバレッジが重ならない２つ以上の中継局（例えば、図１又は図２のＲＳ１及びＲＳ３）があり、換言すれば、これらの中継局の同一チャネル干渉がある妥当なレベルを下回っているとする。基地局は、リンクランクマトリクスＲ及び／又は接続マトリクス（図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃ参照）における情報等のリンク接続情報を用いて、中継局ＲＳ１及びＲＳ３に対し、それらのカバレッジエリア内におけるＢＳ及びＲＳ２へのアップリンクＰＤＵ送信のために同じフレーム要素を同時に使用又は再使用することを命じることができる。

単一フレーム中継のためのフレーム要素送信
基地局は、単一フレーム中継（single-frame relaying：ＳＦＲ）法を選択するオプションを有するように構成できる。単一フレーム中継（ＳＦＲ）法では、ＢＳと、その下位の中継局及び加入者局との間のＤＬ送信及びＵＬ送信は、単一のＯＦＤＭＡフレームを用いて行うことができる。ＰＤＵが、ネットワークパス内の局から局に、高速にホップされるように、ソース−シンクソースネットワークパス内の中継局は、互いに同期させる必要がある。

図６Ａは、ＳＦＲ法のための例示的なＤＬサブフレーム構造を示している。図６Ｂは、ＳＦＲ法のための例示的なＵＬサブフレーム構造を示している。

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図７Ａは、ＳＦＲ法のための例示的なサブフレームを示しており、これを用いて、フレーム要素の再使用が実現できる。図７Ｂは、ＲＳ１及びＲＳ３の空間的分布のために、ＲＳ１及びＲＳ３によって、フレームスロットがどのように再使用されるかを示している。ＳＦＲ法を用いる場合、ソースからシンクへのＰＤＵ送信時間は、マルチフレーム中継法（後述）より短くなるが、パス内の中継局が特定の期間内に受信したＰＤＵを処理できるように、より複雑なハードウェアが必要となることがある。

単一フレーム中継のためのＤＬサブフレーム送信
以下、図７Ａ、図７Ｂ、並びに図８及び図９のフローチャートを参照して、単一フレーム中継法におけるＤＬサブフレーム要素の割当及び送信のためのステップを説明する。

ステップ９２において、基地局は、トリプルＣ＝（Ｎ，Ｌ，Ｒ）によって定義されるネットワークグラフを初期化する。集合Ｎは、基地局、加入者局及び中継局からなるネットワークのＭ要素集合であり、集合Ｌは、ノード対から構成されるネットワークリンク集合であり、各対は、ネットワーク内のリンク接続を示し、マトリクスＲは、リンクランク又は重みを含み、Ｒ内の各要素は、Ｃ内のリンクＬに対応している。ネットワークＣは、基地局がＰＤＵ送信を搬送するためのフレーム要素を割り当てる全てのネットワークノードを含む。

ステップ９４において、基地局は、上で定義されたサービスネットワークＣ内のノードに送信される１つ又は複数のＰＤＵを取得する。

ステップ９６において、基地局は、サービスネットワークＣのノードＮ内の宛先ノードに基づいて、ＰＤＵをグループ化する。

リンク集合Ｌ内の全てのリンクのランク又は重みは、リンクランクマトリクスＲ内に含まれている。ステップ９８において、基地局は、まず、リンクランクマトリクスＲを更新する（図４Ａ参照）。リンクランクマトリクスＲは、中継局及び加入者局によって、それらのＵＬチャネル品質インジケータチャネルを介して基地局に返されたリンク品質推定から容易に更新することができる。これについては、後述し、及び図９においてブロック９４への水平の矢印によって示している。そして、基地局は、更新されたＲを用いて、ｍホップ接続マトリクスＣ^（ｍ）を更新する（図４Ｃ）。Ｒの更新に基づいてＣ^（ｍ）を更新する方法のフローチャートを図９に示す。この処理は、Ｌ．Ｅ．Ｍｉｌｌｅｒ著「Multihop Connectivity of Arbitrary Networks," Wireless Communication Technologies Group, NIST, Tech Report (March 2001)」によって公表されているアルゴリズムのアプリケーションとして実現できる。

一実施の形態においては、ネットワークＣは、移動及び／又は半固定中継局及び加入者局を含むことができ、したがって、ノード集合Ｎ及びリンク集合Ｌは、変化することがある。したがってＣ^（ｍ）は、図９の方法を用いて、異なる時間間隔で取得及び更新される。他の実施の形態では、基地局をＣ^（ｍ）によって予め構成（pre-configured）してもよい。例えば、全てのネットワーク中継局及び加入者局の位置が固定されている場合、固定のＣ^（ｍ）によって基地局を予め構成してもよく、この場合、Ｒのみ更新が必要である。

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次に、基地局は、Ｒ内の更新されたリンクランク、更新されたリンク接続マトリクスＣ^（ｍ）及び適切なランク付けアルゴリズムを用いて、それらの宛先にＰＤＵを送信するための最適パスをランク付けし、選択する。詳しくは、基地局と所望のＰＤＵ宛先ノードとの間に複数の候補パスが存在することがある。基地局は、Ｒ及びＣ^（ｍ）を用いて、全ての候補パスをランク付けし、最適パスを選択することができる。例えば、図３は、基地局から加入者局ＳＳ６への２つの可能なパスを示しており、１ホップパス及び２ホップパスの両方が存在している。基地局は、１ホップパスについては、リンクランクＢＳ−ＳＳ６を用い、２ホップパスについては、リンクランクＢＳ−ＲＳ２と、リンクランクＲＳ２−ＳＳ６の単純な和を用いて、２つのパスをランク付けできる。

そして、基地局は、ランク付けアルゴリズムの出力を用いて、そのサービスネットワーク内の中継局及び加入者局によって使用されるフレーム要素（スロット、バースト、ゾーン、サブチャネル、サブチャネルグループ及びセグメント）を最適に割り当て又は割り振る。そして、基地局は、最適のフレーム要素割当に基づいて、ＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰを構築する。

他の実施の形態では、受信側の中継局及び加入者局によってパスのダイバシチを実現してもよい。例えば、図７Ａに示すように、及び上述したように、ＳＳ６への２つのパスの両方について、フレームバーストが割り当てられている。一方には、「直接ＢＳ−ＳＳ６パス」のマークが付され、他方には、「中継ＢＳ−ＳＳ６パス」のマークが付されている。図７Ａでは、図を明瞭にするために、ＲＳ２ ＤＬバーストのみにマークを付している。ＢＳ ＤＬバーストは、ＢＳ−ＤＬゾーンのＢＳ−ＲＳ２バーストである。図７Ａでは、２ホップパスのためのＵＬバーストについても、同様のマークを付している。基地局は、両方のパスを使用してもよく、２つのパスのうちの１つを使用してもよい。したがって、加入者局ＳＳ６において、パスのダイバシチを利用する信号処理法が実現される。

ステップ１００において、基地局は、ＤＬサブフレームのＢＳプリアンブルを構築し、送信する。ＢＳプリアンブルは、図３の例示的なネットワークＣ内の全ての受信機にとって既知の参照信号である。これは、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）及び基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）によって、ＤＬ同期（フレームタイミング取得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びリンク又はチャネル品質推定のために使用される。ＲＳ１、ＲＳ２、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３及びＳＳ６は、ＢＳプリアンブルを使用して、図４Ａのリンクランクマトリクスの第１行に定義されているリンク品質推定ＢＳ−ＲＳ１、ＢＳ−ＲＳ２、ＢＳ−ＳＳ１、ＢＳ−ＳＳ２、ＢＳ−ＳＳ３及びＢＳ−ＳＳ６を取得する。これらのリンク品質推定は、ＵＬフレームにおいて基地局に返すことができ、したがって、基地局は、Ｒを更新することができる。

ステップ１０２及びステップ１０４において、基地局は、ＤＬサブフレームのＢＳ ＤＬゾーンを構築し、送信する。図７Ａに示すように、ＢＳ ＤＬゾーンは、基地局によって、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）及び基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）に送信されるＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ及びＤＬバーストからなる。基地局のＤＬ及びＵＬゾーンのＤＬ及びＵＬバースト割当は、ＢＳによって、ＢＳダウンリンクマップ（ＤＬ−ＭＡＰ）及びＢＳアップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素（information element：ＩＥ）を用いて指定される。図５Ｃは、ＤＬ−ＭＡＰ ＩＥ及びＵＬ−ＭＡＰ ＩＥの例示的なグループ、及びバーストを割り当てる際のこれらの使用法を示している。基地局の１ホップ隣接局（ＲＳ１、ＲＳ２、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）は、ＢＳ ＤＬゾーンを受信し、それらのＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰのセクション内のフレーム要素使用コマンドに基づいて、ＤＬデータの受信及びＵＬデータの送信を準備する。これらのＭＡＰは、ステップ９８において、ＢＳによって導出されている。

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ステップ１０６において、中継局ＲＳ２は、ＤＬサブフレームのＲＳ２プリアンブルを構築し、送信する。ＲＳ２プリアンブルは、図２の例示的なネットワークＣ内の全ての受信機にとって既知の参照信号である。これは、中継局ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及び中継局ＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）によって、ＤＬ同期（フレームタイミング取得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びリンク又はチャネル品質推定のために使用される。ＲＳ３、ＳＳ５、ＳＳ６及びＳＳ８は、ＲＳ２プリアンブルを使用して、図４Ａのリンクランクマトリクスの第３行に定義されているリンク品質推定ＲＳ２−ＲＳ３、ＲＳ２−ＳＳ５、ＲＳ２−ＳＳ６及びＲＳ２−ＳＳ８を取得する。これらのリンク品質推定は、ＵＬフレームにおいて基地局に返すことができ、したがって、基地局は、Ｒを更新することができる。

ステップ１０８及びステップ１１０において、中継局ＲＳ２は、ＤＬサブフレームのＲＳ２ ＤＬゾーンを構築し、送信する。図７Ａに示すように、ＲＳ２ ＤＬゾーンは、ＲＳ２によって、ＲＳ２の１ホップ中継局ＲＳ３及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）に送信されるＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ及びＤＬバーストからなる。ＲＳ２のＤＬ及びＵＬゾーンのＤＬ及びＵＬバースト割当は、ＲＳ２によって、ＲＳ２ダウンリンクマップ（ＤＬ−ＭＡＰ）及びＲＳ２アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素（information element：ＩＥ）を用いて指定される。ＲＳ２の１ホップ隣接局（ＲＳ３、ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）は、ＲＳ２ ＤＬゾーンを受信し、それらのＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰのセクション内のフレーム要素使用コマンドに基づいて、ＤＬデータの受信及びＵＬデータの送信を準備する。これらのＭＡＰは、ステップ９８において、先にＢＳによって導出されており、したがって、ＲＳ２は、ＢＳのためのＭＡＰ転送ノードとして機能する。

ステップ１１２において、中継局ＲＳ１及びＲＳ３は、ＤＬサブフレームのＲＳ１プリアンブル及びＲＳ３プリアンブルを同時に構築し、送信する。ＲＳ１プリアンブルは、全てのネットワーク受信機にとって既知の参照信号である。これは、ＳＳ３及びＳＳ４によって、ＤＬ同期（フレームタイミング取得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びチャネル推定のために使用される。ＳＳ３及びＳＳ４は、ＲＳ１プリアンブルを使用して、図４Ａのリンクランクマトリクスの第２行に定義されているリンク品質推定ＲＳ１−ＳＳ３及びＲＳ１−ＳＳ４を取得することができる。ＲＳ３プリアンブルは、全てのネットワーク受信機にとって既知の参照信号である。これは、ＳＳ７及びＳＳ８によって、ＤＬ同期（フレームタイミング取得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びチャネル推定のために使用される。ＳＳ７及びＳＳ８は、ＲＳ３プリアンブルを使用して、図４Ａのリンクランクマトリクスの第４行に定義されているリンク品質推定ＲＳ３−ＳＳ７及びＲＳ３−ＳＳ８を取得する。これらのリンク品質推定は、ＵＬフレームにおいて基地局に返すことができ、したがって、基地局は、Ｒを更新することができる
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ステップ１１４及びステップ１１６において、中継局ＲＳ１及びＲＳ３は、ＤＬサブフレームのＲＳ１ ＤＬゾーン及びＲＳ３ ＤＬゾーンを構築する。ＲＳ１及びＲＳ３の空間的分布のために、ＲＳ１及びＲＳ３のためのダウンリンクゾーンは、同じフレーム要素を用いて同時に送信される（詳しくは図７Ｂを参照）。ＲＳ１ ＤＬゾーンは、ＲＳ１によって、その１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）に送信されるＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ及びＤＬバーストから構成される。ＲＳ３ ＤＬゾーンは、ＲＳ３によって、その１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）に送信されるＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ及びＤＬバーストから構成される。図７Ａでは、図面を簡潔にするために、これらのフィールドを示していない。これらを図示するとすれば、これは、ＲＳ２ ＤＬゾーンについて示した構造と同様の構造を有する。ＲＳ１のＤＬ及びＵＬゾーンのＤＬ及びＵＬバースト割当は、ＲＳ１によって、ＲＳ１ダウンリンクマップ（ＤＬ−ＭＡＰ）及びＲＳ１アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素（ＩＥ）を用いて指定される。ＲＳ３のＤＬ及びＵＬゾーンのＤＬ及びＵＬバースト割当は、ＲＳ３によって、ＲＳ３ダウンリンクマップ（ＤＬ−ＭＡＰ）及びＲＳ３アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素（ＩＥ）を用いて指定される。ＲＳ１の１ホップ隣接局（ＳＳ３、ＳＳ４）は、ＲＳ１ ＤＬゾーンを受信し、それらのＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰのセクション内のフレーム要素使用コマンドに基づいて、ＤＬデータの受信及びＵＬデータの送信を準備する。ＲＳ３の１ホップ隣接局（ＳＳ７、ＳＳ８）は、ＲＳ３ ＤＬゾーンを受信し、それらのＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰのセクション内のフレーム要素使用コマンドに基づいて、ＤＬデータの受信及びＵＬデータの送信を準備する。ＲＳ１ ＭＡＰ及びＲＳ３ ＭＡＰは、ステップ９８において、先にＢＳによって導出されており、したがって、ＲＳ１及びＲＳ３は、ＢＳのためのＭＡＰ転送ノードとして機能する。

単一フレーム中継のためのＵＬサブフレーム送信
以下、図７Ａ、図７Ｂ、並びに図８及び図９のフローチャートを参照して、単一フレーム中継法におけるＵＬサブフレーム要素の割当及び送信のためのステップを説明する。

ステップ１１８及びステップ１２０において、中継局ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）及びＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）は、ＵＬサブフレームのＲＳ１ ＵＬゾーン及びＲＳ３ ＵＬゾーンを同時に構築する。ＲＳ１ ＵＬゾーンは、１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）からＲＳ１に送信されるデータバーストから構成される。ＲＳ３ ＵＬゾーンは、１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）からＲＳ３に送信されるデータバーストから構成される。ＲＳ１及びＲＳ３の空間的分布のために、ＲＳ１及びＲＳ３のためのアップリンクゾーンは、同じフレーム要素を用いて同時に送信される（詳しくは図７Ｂを参照）。ＲＳ１ ＵＬゾーン及びＲＳ３ ＵＬゾーンのためのバースト割当は、ステップ１１４で受信したＲＳ１アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）及びＲＳ３アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素を用いて指定される。ＲＳ１のＵＬ−ＭＡＰのための情報は、ＢＳからＲＳ１への１ホップＤＬバーストを介して、基地局から得られる。ＲＳ３のＵＬ−ＭＡＰのための情報は、ＢＳからＲＳ２を経由してＲＳ３に至る２ホップＤＬバーストを介して、基地局から得られる。

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また、ＲＳ１及びＲＳ３のためのアップリンクゾーンは、ＲＳ１ ＵＬレンジングサブチャネル、ＲＳ３ ＵＬレンジングサブチャネル、ＲＳ１ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（channel quality indicator channel：チャネル品質インジケータチャネル）、ＲＳ３ ＵＬ ＣＱＩＣＨ、ＲＳ１ ＵＬ ＡＣＫサブチャネル及びＲＳ３ ＵＬ ＡＣＫサブチャネルを含む。図７Ａでは、図面を簡潔にするために、これらのフィールドを示していない。これらを図示するとすれば、これは、ＲＳ２ ＵＬゾーンについて示した構造と同様の構造を有する。

ＲＳ１ ＵＬレンジングサブチャネルは、ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。ＲＳ３ ＵＬレンジングサブチャネルは、ＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。

ＲＳ１ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）によって、ＲＳ１にチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。この情報は、具体的には、図４Ａのリンクランクマトリクスの第２行に定義されているリンク品質推定ＲＳ１−ＳＳ３及びＲＳ１−ＳＳ４である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新することができる。

ＲＳ３ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、ＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）によって、ＲＳ３にチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。この情報は、具体的には、図４Ａのリンクランクマトリクスの第４行に定義されているリンク品質推定ＲＳ３−ＳＳ７及びＲＳ３−ＳＳ８である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新することができる。

ＲＳ１ ＵＬ ＡＣＫは、ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）によって、ＲＳ１にＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。ＲＳ３ ＵＬ ＡＣＫは、ＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）によって、ＲＳ３にＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。

ステップ１２２及びステップ１２４において、中継局ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及び１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）は、ＵＬサブフレームのＲＳ２ ＵＬゾーンを構築し、送信する。ＲＳ２ ＵＬゾーンは、ＲＳ２の１ホップ中継局ＲＳ３及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）からＲＳ２に送信されるデータバーストから構成される。ＲＳ２ ＵＬゾーンのためのバースト割当は、ＲＳ２アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）フィールド内の情報要素を用いて指定される。

ＲＳ２ ＵＬレンジングサブチャネルは、ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。

ＲＳ２ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）によって、ＲＳ１にチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。この情報は、具体的には、図４Ａのリンクランクマトリクスの第３行に定義されているリンク品質推定ＲＳ２−ＲＳ３、ＲＳ２−ＳＳ５、ＲＳ２−ＳＳ６及びＲＳ２−ＳＳ８である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新する。

ＲＳ２ ＵＬ ＡＣＫは、ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）によって、ＲＳ２にＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。

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ステップ１２６及びステップ１２８において、基地局ＢＳの１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）及び１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）は、ＵＬサブフレームのＢＳ ＵＬゾーンを構築し、送信する。ＢＳ ＵＬゾーンは、ＢＳの１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）及びＢＳの１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）からＢＳに送信されるデータバーストから構成される。ＢＳ ＵＬゾーンのためのバースト割当は、ＢＳアップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素を用いて指定できる。

ＢＳ ＵＬレンジングサブチャネルは、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）及び基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。

ＢＳ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）及び基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）によって、ＢＳにチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。具体的には、この情報は、図４Ａのリンクランクマトリクスの第１行に定義されているリンク品質推定ＢＳ−ＲＳ１、ＢＳ−ＲＳ２、ＢＳ−ＳＳ１、ＢＳ−ＳＳ２、ＢＳ−ＳＳ３及びＢＳ−ＳＳ６である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新する。

ＢＳ ＵＬ ＡＣＫは、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）及び基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）によって、ＢＳにＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。

マルチフレーム中継のためのフレーム要素送信
幾つかの具体例では、基地局は、マルチフレーム中継（multi-frame relaying：ＭＦＲ）法を選択するオプションを有するように構成できる。マルチフレーム中継（ＭＦＲ）法では、ＢＳと、その下位の中継局及び加入者局との間のＤＬ送信とＵＬ送信は、２つ以上のフレームを用いて行うことができる。ネットワークパス内の中継局は、その親のＢＳ又はＲＳからＰＤＵを受信でき、次のフレーム又はフレームのシーケンスを用いて、子のＲＳ又は加入者局にＰＤＵを転送できる。図１０Ａ及び図１０Ｂは、ＭＦＲ法のための例示的なフレーム構造を示している。図１０Ｃは、ＭＦＲ法において、ＲＳ１及びＲＳ３の空間的分布のためにタイムスロットがどのように再使用されるかを示している。

ＭＦＲ法を用いる場合、ソースからシンクへのＰＤＵ送信時間は、単一フレーム中継（ＳＦＲ）法より長くなるが、必要なハードウェアは、通常、より単純になる。ＭＦＲ法の主な利点は、中継局が、受信したＰＤＵを処理するためにより多くの時間を有するという点である。したがって、信号処理は、ハードウェアではなく、より安価なソフトウェアで実装することができる。信号処理を専用ハードウェアではなく、ソフトウェアで実装すれば、中継局のサイズ、重量及びパワーをより容易に低減できる。また、ＭＦＲ法は、ＰＤＵ処理のための時間を長く確保できるため、上述した、より複雑な復号−再符号化中継局の実現が容易になる。

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第Ｍフレーム送信
図１１は、動的なフレーム要素割当及び再使用のための方法のフローチャートを示している。図１０Ａ及び図１０Ｂは、ＭＦＲ法のための例示的なフレーム構造を示している。図１０Ｃは、ＭＦＲ法において、ＲＳ１及びＲＳ３の空間的分布のためにタイムスロットがどのように再使用されるかを示している。以下、図１０Ａ及び図１０Ｃ、並びに図１１のフローチャートを参照して、ＭＦＲ法における第ｍフレーム要素の割当のためのステップを説明する。この具体例では、ステップ１９２、１９４、１９６、１９８、２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０は、それぞれ、図８のステップ９２、９４、９６、９８、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０と同じ動作を実行するように構成される。

ステップ２１２及びステップ２１４において、基地局ＢＳの１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）は、ＵＬサブフレームのＢＳ ＵＬゾーンを構築し、送信する。ＢＳ ＵＬゾーンは、ＢＳの１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）からＢＳに送信されるデータバーストから構成される。ＢＳ ＵＬゾーンのためのバースト割当は、ＢＳアップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素を用いて指定できる。

ＢＳ ＵＬレンジングサブチャネルは、基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。

ＢＳ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）によって、ＢＳにチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。具体的には、この情報は、図４Ａのリンクランクマトリクスの第１行に定義されているリンク品質推定ＢＳ−ＳＳ１、ＢＳ−ＳＳ２、ＢＳ−ＳＳ３及びＢＳ−ＳＳ６である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新する。

ＢＳ ＵＬ ＡＣＫは、基地局の１ホップ加入者局（ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ６）によって、ＢＳにＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。

第（Ｍ＋１）フレーム送信
以下、図１０Ｂ及び図１０Ｃ、並びに図１１のフローチャートを参照して、ＭＦＲ法における第（ｍ＋１）のフレーム要素の割当のためのステップを説明する。

ステップ２１６において、中継局ＲＳ１及びＲＳ３は、ＤＬサブフレームのＲＳ１プリアンブル及びＲＳ３プリアンブルを構築し、送信する。ＲＳ１プリアンブルは、全てのネットワーク受信機にとって既知の参照信号である。これは、ＳＳ３及びＳＳ４によって、ＤＬ同期（フレームタイミング取得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びチャネル推定のために使用される。ＳＳ３及びＳＳ４は、ＲＳ１プリアンブルを使用して、図４Ａのリンクランクマトリクスの第２行に定義されているリンク品質推定ＲＳ１−ＳＳ３及びＲＳ１−ＳＳ４を取得することができる。ＲＳ３プリアンブルは、全てのネットワーク受信機にとって既知の参照信号である。これは、ＳＳ７及びＳＳ８によって、ＤＬ同期（フレームタイミング取得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びチャネル推定のために使用される。ＳＳ７及びＳＳ８は、ＲＳ３プリアンブルを使用して、図４Ａのリンクランクマトリクスの第４行に定義されているリンク品質推定ＲＳ３−ＳＳ７及びＲＳ３−ＳＳ８を取得する。これらのリンク品質推定は、ＵＬフレームにおいて基地局に返すことができ、したがって、基地局は、Ｒを更新することができる
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ステップ２１８及びステップ２２０において、中継局ＲＳ１及びＲＳ３は、ＤＬサブフレームのＲＳ１ ＤＬゾーン及びＲＳ３ ＤＬゾーンを構築する。ＲＳ１及びＲＳ３の空間的分布のために、ＲＳ１及びＲＳ３のためのダウンリンクゾーンは、同じフレーム要素を用いて同時に送信される（詳しくは図１０Ｃを参照）。ＲＳ１ ＤＬゾーンは、ＲＳ１によって、１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）に送信されるＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ及びＤＬバーストから構成される。ＲＳ３ ＤＬゾーンは、ＲＳ３によって、１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）に送信されるＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ及びＤＬバーストから構成される。図１０Ｂでは、図面を簡潔にするために、これらのフィールドを示していない。これらを図示するとすれば、これは、図１０ＡにおいてＲＳ２ ＤＬゾーンについて示した構造と同様の構造を有する。ＲＳ１のＤＬ及びＵＬゾーンのＤＬ及びＵＬバースト割当は、ＲＳ１によって、ＲＳ１ダウンリンクマップ（ＤＬ−ＭＡＰ）及びＲＳ１アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素（ＩＥ）を用いて指定される。ＲＳ３のＤＬ及びＵＬゾーンのＤＬ及びＵＬバースト割当は、ＲＳ３によって、ＲＳ３ダウンリンクマップ（ＤＬ−ＭＡＰ）及びＲＳ３アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素（ＩＥ）を用いて指定される。ＲＳ１の１ホップ隣接局（ＳＳ３、ＳＳ４）は、ＲＳ１ ＤＬゾーンを受信し、それらのＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰのセクション内のフレーム要素使用コマンドに基づいて、ＤＬデータの受信及びＵＬデータの送信を準備する。ＲＳ３の１ホップ隣接局（ＳＳ７、ＳＳ８）は、ＲＳ３ ＤＬゾーンを受信し、それらのＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰのセクション内のフレーム要素使用コマンドに基づいて、ＤＬデータの受信及びＵＬデータの送信を準備する。ＲＳ１ ＭＡＰ及びＲＳ３ ＭＡＰは、ステップ１９８において、先にＢＳによって導出されており、したがって、ＲＳ１及びＲＳ３は、ＢＳのためのＭＡＰ転送ノードとして機能する。

ステップ２２２及びステップ２２４において、中継局ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）及びＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）は、ＵＬサブフレームのＲＳ１ ＵＬゾーン及びＲＳ３ ＵＬゾーンを同時に構築する。ＲＳ１ ＵＬゾーンは、１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）からＲＳ１に送信されるデータバーストから構成される。ＲＳ３ ＵＬゾーンは、１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）からＲＳ３に送信されるデータバーストから構成される。ＲＳ１及びＲＳ３の空間的分布のために、ＲＳ１及びＲＳ３のためのアップリンクゾーンは、同じフレーム要素を用いて同時に送信される（詳しくは図１０Ｃを参照）。ＲＳ１ ＵＬゾーン及びＲＳ３ ＵＬゾーンのためのバースト割当は、ステップ２１８で受信したＲＳ１アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）及びＲＳ３アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素を用いて指定される。ＲＳ１のＵＬ−ＭＡＰのための情報は、ＢＳからＲＳ１への１ホップＤＬバーストを介して、基地局から得られる。ＲＳ３のＵＬ−ＭＡＰのための情報は、ＢＳからＲＳ２を経由してＲＳ３に至る２ホップＤＬバーストを介して、基地局から得られる。

また、ＲＳ１及びＲＳ３のためのアップリンクゾーンは、ＲＳ１ ＵＬレンジングサブチャネル、ＲＳ３ ＵＬレンジングサブチャネル、ＲＳ１ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（channel quality indicator channel：チャネル品質インジケータチャネル）、ＲＳ３ ＵＬ ＣＱＩＣＨ、ＲＳ１ ＵＬ ＡＣＫサブチャネル及びＲＳ３ ＵＬ ＡＣＫサブチャネルを含む。図１０Ｂでは、図面を簡潔にするために、これらのフィールドを示していない。これらを図示するとすれば、これは、ＲＳ２ ＵＬゾーンについて示した構造と同様の構造を有する。

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ＲＳ１ ＵＬレンジングサブチャネルは、ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。ＲＳ３ ＵＬレンジングサブチャネルは、ＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。

ＲＳ１ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）によって、ＲＳ１にチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。この情報は、具体的には、図４Ａのリンクランクマトリクスの第２行に定義されているリンク品質推定ＲＳ１−ＳＳ３及びＲＳ１−ＳＳ４である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新することができる。

ＲＳ３ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、ＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）によって、ＲＳ３にチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。この情報は、具体的には、図４Ａのリンクランクマトリクスの第４行に定義されているリンク品質推定ＲＳ３−ＳＳ７及びＲＳ３−ＳＳ８である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新することができる。

ＲＳ１ ＵＬ ＡＣＫは、ＲＳ１の１ホップ加入者局（ＳＳ３、ＳＳ４）によって、ＲＳ１にＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。ＲＳ３ ＵＬ ＡＣＫは、ＲＳ３の１ホップ加入者局（ＳＳ７、ＳＳ８）によって、ＲＳ３にＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。

ステップ２２６及びステップ２２８において、中継局ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及び１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）は、ＵＬサブフレームのＲＳ２ ＵＬゾーンを構築し、送信する。ＲＳ２ ＵＬゾーンは、ＲＳ２の１ホップ中継局ＲＳ３及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）からＲＳ２に送信されるデータバーストから構成される。ＲＳ２ ＵＬゾーンのためのバースト割当は、ＲＳ２アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）フィールド内の情報要素を用いて指定される。

ＲＳ２ ＵＬレンジングサブチャネルは、ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。

ＲＳ２ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）によって、ＲＳ１にチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。この情報は、具体的には、図４Ａのリンクランクマトリクスの第３行に定義されているリンク品質推定ＲＳ２−ＲＳ３、ＲＳ２−ＳＳ５、ＲＳ２−ＳＳ６及びＲＳ２−ＳＳ８である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新する。

ＲＳ２ ＵＬ ＡＣＫは、ＲＳ２の１ホップ中継局（ＲＳ３）及びＲＳ２の１ホップ加入者局（ＳＳ５、ＳＳ６、ＳＳ８）によって、ＲＳ２にＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。

ステップ２３０及びステップ２３２において、基地局ＢＳの１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）は、ＵＬサブフレームのＢＳ ＵＬゾーンを構築し、送信する。ＢＳ ＵＬゾーンは、ＢＳの１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）からＢＳに送信されるデータバーストから構成される。ＢＳ ＵＬゾーンのためのバースト割当は、ＢＳアップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）内の情報要素を用いて指定できる。

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ＢＳ ＵＬレンジングサブチャネルは、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）によって、閉ループ時間、周波数及びパワー調整、並びに帯域幅要求を実行するために使用される。

ＢＳ ＵＬ ＣＱＩＣＨ（チャネル品質インジケータチャネル）は、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）によって、ＢＳにチャネル状態情報をフィードバックするために使用される。具体的には、この情報は、図４Ａのリンクランクマトリクスの第１行に定義されているリンク品質推定ＢＳ−ＲＳ１、ＢＳ−ＲＳ２である。基地局は、これらの推定を使用して、図４Ａに示すリンクランクマトリクスＲを更新する。

ＢＳ ＵＬ ＡＣＫは、基地局の１ホップ中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）によって、ＢＳにＤＬハイブリッドＡＲＱ承認をフィードバックするために使用される。

したがって、マルチホッププロトコルデータユニット（ＰＤＵ）中継のための基地局、加入者局及び中継局を備えるワイヤレスセルラネットワーク内でのフレーム要素割当及び再使用のための１つの方法は、以下を含むことができる。基地局（ＢＳ）は、そのサービスネットワーク内の加入者局（ＳＳ）に送信されるＰＤＵを取得し、それらの宛先ＳＳに基づいてＰＤＵをグループ化するよう動作し、ＢＳは、リンク品質メトリック関して、ネットワークリンクをランク付けする。また、ＢＳは、リンク品質メトリックに基づいて、全ての候補ＢＳ−ＳＳネットワークパスをランク付けするように動作する。ＢＳは、候補から最適のＢＳ−ＳＳネットワークパスを選択するよう動作する。また、ＢＳは、選択されたＢＳ−ＳＳネットワークパス内の中継局及び加入者局によって使用されるフレーム要素（スロット、バースト、ゾーン、サブチャネル、サブチャネルグループ及びセグメント）を最適に割り当て又は割り振るように動作する。この方法では、基地局は、選択されたＢＳ−ＳＳネットワークパス内の局によって使用されるフレーム要素割当を指定するＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰを構築し、送信するように動作する。

上述した特徴及び実例に基づいて、様々なアプリケーションで以下の具体例の１つ以上を用いることができる。一具体例では、基地局リンク品質マトリクスを提供でき、リンク品質マトリクスの各要素は、ネットワークリンクに対応し、２つのＢＳ、ＲＳ又はＳＳネットワークノードを接続するリンクの品質を定量化する。リンクランクマトリクス内のゼロの値は、ネットワークノード対の間にリンクが存在していないことを示し、ゼロではないリンクランクは、ネットワークリンクの品質を示す何らかの無線リソース測定値又は組合せであってもよい。

他の具体例では、リンクランクマトリクスのマトリクス要素は、ローカルリンク品質値又はＲＳ及びＳＳによって実行される推定によって更新され、ＢＳへの単一の又はマルチホップＵＬパス（チャネル品質インジケータチャネル）を介して、基地局に戻される。

他の具体例では、中継局及び加入者局が、ＤＬ同期（フレームタイミング獲得、周波数オフセット推定、シンボルタイミング推定）及びリンク又はチャネル品質推定のために、例示的なネットワーク内の全ての受信機にとって既知のＤＬプリアンブル又は参照信号を使用する。

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他の具体例では、上述の技術において、リンクランクマトリクス内の値に基づく適切なリンク及びパスランク付けアルゴリズムを用いることができる。

更に他の具体例においては、基地局のサービスネットワークのためにｍホップリンク接続マトリクスを用いることができる。リンク接続マトリクス内の要素は、全てのサービスネットワークノードについて、ｍ個以下のホップを定量化する。

更に他の具体例では、リンクランクマトリクスのマトリクス要素を用いて、他の値に依存することなく、ｍホップリンク接続マトリクスを算出することができる。

更に他の具体例では、基地局をｍホップリンク接続マトリクスによって予め構成できる。例えば、全てのネットワーク中継局及び加入者局の位置が固定されている場合、固定のｍホップリンク接続マトリクスによって基地局を予め構成してもよい。

更に他の具体例では、基地局は、ｍホップリンク接続マトリクスを取得して、更新するように動作させてもよい。例えば、ネットワークが移動及び／又は半固定中継局及び加入者局を含む場合、ノード及びリンク接続状態は、変化することがある。

更に他の具体例では、上述の技術は、フレーム要素の単一フレーム割当及びマルチフレーム割当を選択できる。単一フレーム割当では、ＢＳと、その下位の中継局及び加入者局との間のＤＬ送信及びＵＬ送信は、単一のフレームを用いて行われる。マルチフレーム割当では、ＢＳと、その下位の中継局及び加入者局との間のＤＬ送信及びＵＬ送信は、２つ以上のフレームを用いて行われる。

更に他の具体例では、基地局フレーム要素割当は、（１）リンクランクマトリクスの要素によって示すようなリンク品質（２）送信されるＰＤＵのサイズ、及び（３）ＲＳがサポートし、カバレッジエリア内の他の基地局、加入者局及び中継局に転送することができるＰＤＵのタイプ１つ以上の要因に基づいて行うことができる。

更に他の具体例では、基地局は、基地局、中継局及び加入者局の位置及び空間的分布に基づいて、フレーム要素を最適に割り当てるように動作させることができる。

更に他の具体例では、基地局は、通信ネットワーク局の空間的分布が、互いの同一チャネル干渉がある妥当なレベルを下回るようになっていれば、フレーム要素を同時に使用又は再使用できるように動作させることができる。

更に他の具体例では、ネットワークは、移動及び／又は半固定の中継局及び加入者局を含むように構成でき、ｍホップ接続マトリクスは、異なる時間間隔で取得及び更新してもよい。

更に他の具体例では、複製されたフレーム要素がＳＳ又はＲＳへの個別のパスに割り当てられている場合、中継局及び加入者局で受信を行うことによってパスのダイバシチを実現できる。

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本明細書は、多くの詳細を含むが、これらは、本発明の範囲又は請求の範囲を制限するものとは解釈されず、本発明の特定の実施の形態に固有の特徴の説明として解釈される。別々の実施の形態の文脈において、本明細書に開示されている幾つかの特徴は、単一の実施の形態において組合せて実施してもよい。逆に、単一の実施の形態の文脈で開示した様々な特徴は、複数の実施の形態に別個に具現化してもよく、適切な如何なる部分的組合せとして具現化してもよい。更に、以上では、幾つかの特徴を、ある組合せで機能するものと説明しているが、初期的には、そのように特許請求している場合であっても、特許請求された組合せからの１つ以上の特徴は、幾つかの場合、組合せから除外でき、特許請求された組合せは、部分的組合せ又は部分的な組合せの変形に変更してもよい。

ここでは、僅かな具体例のみを開示した。但し、本明細書の開示及び例示に基づいて、説明した具体例の変形例及び拡張例及び他の具体例を想到することができる。

Claims (18)

1. 中継局を含むワイヤレスセルラネットワーク内の無線リソースを管理するための方法において、
   基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局に対する基地局と１つ又は複数の加入者局との間のリンクの品質を示す基地局リンク品質マトリクスであって、各要素が、ネットワークリンクに対応し、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局及び１つ又は複数の加入者局に接続するリンクの品質を定量化する基地局リンク品質マトリクスを提供するように基地局を動作させるステップと、
   基地局、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び１つ又は複数の加入者局との間のリンクの品質に基づいて、信号送信におけるフレーム要素を割り当てるように基地局を動作させるステップとを有する方法。
2. 前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局に対する基地局と１つ又は複数の加入者局との間のリンクの予め判定された品質に基づく基地局リンク品質マトリクスを有するように前記基地局を予め構成するステップを有する請求項１記載の方法。
3. 前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局に対する基地局と１つ又は複数の加入者局との間のリンクに関するネットワークリンク情報を取得するように前記基地局を動作させるステップと、
   前記取得したネットワークリンク情報を用いて、前記基地局リンク品質マトリクスを更新するステップとを有する請求項２記載の方法。
4. 前記基地局リンク品質マトリクスを更新するために取得されるネットワークリンク情報は、前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局及び１つ又は複数の加入者局から得られる請求項３記載の方法。
5. 前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局に対する基地局と１つ又は複数の加入者局との間のリンクに関するネットワークリンク情報を取得するように前記基地局を動作させるステップと、
   前記取得したネットワークリンク情報を用いて、前記基地局リンク品質マトリクスを構築するステップとを有する請求項１記載の方法。
6. 前記ネットワークリンク情報の取得を継続するように前記基地局を動作させるステップと、
   前記取得したネットワークリンク情報を用いて、前記基地局リンク品質マトリクスを更新するステップとを有する請求項５記載の方法。
7. 前記基地局リンク品質マトリクスを更新するために取得されるネットワークリンク情報は、前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局及び１つ又は複数の加入者局から得られる請求項６記載の方法。
8. 前記信号送信におけるフレーム要素は、（１）リンク品質、（２）送信されるプロトコルデータユニット（ＰＤＵ）のサイズ、及び（３）基地局の下位の中継局がサポートするＰＤＵのタイプのうちの少なくとも１つに基づいて割り当てられる請求項１記載の方法。
9. 前記信号送信におけるフレーム要素は、更に、前記基地局、前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び前記１つ又は複数の加入者局の位置及び空間的分布に基づいて割り当てられる請求項１記載の方法。
10. 前記信号送信は、単一フレーム送信である請求項１記載の方法。
11. 前記信号送信は、マルチフレーム送信である請求項１記載の方法。
12. 前記基地局の下位の空間的に分散された中継局を使用し、互いに連携させて、空間ダイバシチを提供するステップを有する請求項１記載の方法。
13. 中継局を含むワイヤレスセルラネットワークにおいて、
    加入者局にワイヤレス通信のための無線アクセスを提供する基地局ネットワークを形成する複数の基地局と、
    前記基地局及び他の中継局の少なくとも１つとワイヤレス通信し、前記基地局ネットワークの無線カバレッジを拡張する複数の中継局であって、それぞれが、他の中継局又は基地局の何れかである上位局へのリンク接続を確立して前記基地局ネットワークに接続される複数の中継局と、
    基地局、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び１つ又は複数の加入者局の間のリンクの品質を示す基地局リンク品質マトリクスであって、各要素が、ネットワークリンクに対応し、基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局及び１つ又は複数の加入者局に接続するリンクの品質を定量化する基地局リンク品質マトリクスを提供するように各基地局を動作させる無線リソース管理メカニズムとを備え、前記無線リソース管理メカニズムは、前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局に対する基地局と１つ又は複数の加入者局との間のリンクの品質に基づいて、信号送信におけるフレーム要素を割り当てるように基地局を動作させるワイヤレスセルラネットワーク。
14. 前記信号送信におけるフレーム要素は、（１）リンク品質、（２）送信されるプロトコルデータユニット（ＰＤＵ）のサイズ、及び（３）基地局の下位の中継局がサポートするＰＤＵのタイプのうちの少なくとも１つに基づいて割り当てられる請求項１３記載のネットワーク。
15. 前記信号送信におけるフレーム要素は、更に、前記基地局、前記基地局の下位の少なくとも１つ又は複数の中継局、及び１つ又は複数の加入者局の位置及び空間的分布に基づいて割り当てられる請求項１３記載のネットワーク。
16. 前記信号送信は、単一フレーム送信である請求項１３記載のネットワーク。
17. 前記信号送信は、マルチフレーム送信である請求項１３記載のネットワーク。
18. 前記無線リソース管理メカニズムは、基地局の下位の空間的に分散された中継局を使用し、互いに連携させて、空間ダイバシチを提供するように動作する請求項１３記載のネットワーク。

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