JP4463303B2 - 二重通信のための方法、装置、およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、概して通信システムに関する。本発明は、特に無線通信ネットワークのエアインターフェース、およびその二重化方法に関する。

広く採用されているGSM（Global System for mobile communications；モバイル通信用グローバルシステム）およびヨーロッパの第三世代のモバイル通信規格として選ばれているUMTS（Universal Mobile Telecommunications System；汎用モバイル通信システム）などの最新の無線通信システムは、エアインターフェースを通じて、基地局とモバイル端末との間といったネットワークエレメント間で様々な種類のデータを転送することができる。このために、GSMおよびUMTSでは、アップリンクおよびダウンリンクの転送方向が2つの異なる周波数帯域（対の帯域）で実現される、FDD（Frequency Division Duplex；周波数分割複信）と呼ばれる完成された二重送信方法を用いている。したがって、FDDでは、転送方向の周波数領域分離を用いて連続的な双方向送信が行えるようにしている。一般的にマクロおよびマイクロセルに割り当てられるFDDに加えて、UMTSの仕様には、対でない周波数帯域とともに使用される転送方向の時間ドメインの分離のための最新TDD（Time Division Duplex；時分割複信）に対応し、主にユーザーの密集度がより高いピコセルなどに準拠するローカルエリアアクセスを提供するモードも備える。UMTSでは、FDDの動作では1920から1980MHz（アップリンク）および2110から2170MHz（ダウンリンク）の周波数帯域が対になっているが、1900から1920MHzおよび2010から2025MHzの周波数帯域はTDDの動作を対象としている。

FDDおよびTDDの概念は、図1を用いてさらに明らかになる。図1では、モバイル端末または通信可能なPDA（Personal Digital Assistant；携帯情報端末）102といった無線通信装置が、UMTSに見られるような、無線アクセスネットワークとコアネットワークとに内部的に分割することが可能なモバイルネットワークに接続される。この例では基地局104と呼ばれる無線通信装置102と直接通信するネットワーク要素は、例えばGPRS（General Packet Radio Service；汎用パケット無線システム）の場合、元はGGSN（Gateway GPRS Support Node；ゲートウェイGPRSサポートノード）108によって配信されたデータをSGSN（Serving GPRS support Node；サービングGPRSサポートノード）106から受信し、動的なDL（ダウンリンク）接続を利用してエアインターフェースを通じて最終的に無線通信装置102に転送する。それに応じて無線通信装置102は、構築したUL（アップリンク）接続を用いて、データをネットワーク側に送信することが可能である。

生じたUL/DLデータ転送は、FDDおよびTDD技術の両方を介して実現することが可能である。FDDを選択した場合、UL112およびDL110の転送方向は、それらの搬送周波数に関して分離される。したがって、保護帯域と呼ばれる、必要な分離によって同一または異なる帯域幅を有するこれらの2つの帯域は、二重データ転送に使用される。対の帯域というソリューションは、音声通信およびテレビ会議のような対称トラフィックには理想的であるが、ULおよびDLの転送リソース間の真に柔軟かつ動的な帯域幅の割り当ては不可能であるか、または実行には比較的手間が掛かることが欠点である。

FDDまたはTDDベースのネットワークのいずれかにおける多重アクセスに対応するために、例えば、GSMシステムに見られるようなTDMA（Time Division Multiple Access；時分割多重アクセス）技術、またはUMTSシステムに見られるような（W）CDMA（（Wideband）Code Division Multiple Access；（広帯域）符号分割多重アクセス）技術、あるいはその両方を同時に（例、UMTS TDD）使用することが可能である。さらに、1つの転送方向に対して複数の搬送波が存在すれば、FDMA（Frequency Division Multiple Access；周波数分割多重接続）を利用することができる。

TDDの手法は、UL/DL容量の相対的な変更に対応し、それ故、FDDよりも容易に非対称トラフィックに対応する。ULおよびDL方向が同じ周波数を共有し、各方向に1つずつ、二組の特有の時間スロットに単一の搬送波を割り当てることによって、一時的なドメインに所要の分離が生じるためである。時間スロットは、対称トラフィック114に対して同じ方法で、または、例えば、代表的なインターネットトラフィック（ウェブサーフィンアプリケーション:頻繁なダウンリンクトラフィック、ほぼ存在しないアップリンク制御データ）に対して不均衡な方法116で、動的に割り当てることが可能であり、その場合、ULまたはDL方向は、時間の使用に関して他方に優先させることが可能である。したがって、周波数リソースは、受動的な転送方向に対して無意味に予約されない。欠点として、TDDは、両接続端に対する不連続送信を暗に示し、UL/DL送信の可能なオーバーラップにより転送方向間に導かれる干渉のリスクが高くなる。保護期間118（説明のために、図では単一のUL時間スロットを示す）は、オーバーラップを回避するために一般的に各スロットの端部に使用される。

国際公開第99/38343号パンフレットでは、マルチセル環境におけるスペクトラムの使用を高めるために、時間および周波数分割複信技術に対応する処理を開示している。近接しているが地理的に分離しているセルに配置される2つの基地局は、第1の移動局への接続を有する第1の基地局が、ある時間に第1の周波数を用いて送信し、一方で、第2の基地局への接続を有する第2の基地局が、第2の周波数を用いて送信（または受信）するような方法で、同じ周波数を使用することが可能である。次に、第1の基地局は第2の周波数でデータを受信し、一方、第2の基地局は第1の周波数でデータを受信（または送信）する。次いで、上述のサイクルを再度開始する。

異なるタイプのデータ接続および二重化方法であってもある程度使用することのできる、様々なデータ転送処理構成が存在するにも関わらず、従来技術の方法いずれも十分に適さない状況がやはり発生している。他方では、TDDおよびFDDのどちらも前項に示されるような純然たる利益を有するシステムを提供していない。
国際公開第99/38343号パンフレット Ari Hottinen: Multiuser scheduling with matrix modulation, Proceedings of IEEE ISSPIT 2003, Dec 2003 Darmstadt Germany A. Hottinen, O. Tirkkonen, R. Wichman: Multi-antenna transceiver techniques for 3G and beyond, John Wiley & Sons, 2003 A. Hottinen, O. Tirkkonen: Precoder designs for high rate space-time block codes, Proceedings of CISS 2004, March 2004 Princeton USA

本発明は、従来技術の処理に見られる欠点を解決し、よく知られたTDDおよびFDDソリューションに状況的に近しい新規方法、装置、システムを提供することを目的とする。本発明によって、TDDおよびFDD双方の多くの利点を組み合わせ、また高めることによって、2つ以上の送受信ユニット間の二重通信を可能にする。

本発明の基本的な概念では、互いに通信する2つの送受信ユニットにおいて、アップリンクおよびダウンリンク周波数は、ある時間において特定の搬送周波数がアップリンク（ダウンリンク）送信に使用され、他のある時間においてダウンリンク（アップリンク）送信に使用されるように、直交様態に割り当てられる。これに対応して、前記ある時間において第2の搬送周波数がダウンリンク（アップリンク）送信に使用され、前記他のある時間においてアップリンク（ダウンリンク）送信に使用される。二重通信とは、あらゆる種類の情報（音声または他の真のペイロードデータ、シグナリング、パイロット信号など）の双方向転送を指す。

本発明の実用性に関して言えば、本発明は、FDDまたはその"周波数ホッピング"の側面により、幅広い送信ダイバーシティを提供する。さらに、その一部に対するTDDの側面により、最新のチャネル状態情報の機能としての送信ユニットの制御手段が提供される。例えば、従来のFDDソリューションでは、フィードバックチャネルには、送信チャネルおよび他の関連情報に関する情報を有する送信機を提供する必要がある。本発明を用いることによって、当該の送信制御のためのチャネル情報は、同じ周波数で受信した情報から導出することができる。当然、明示的なフィードバックデータはまた、定期的に、または必要に応じて、あるいは所定のイベントが生じたときに、TDDを基準に元の送信チャネルから導出されたフィードバックチャネルを介して受信パーティーから、送信機に送信することも可能である。干渉状態は、通信リンクの異なる端部で依然として異なるため、明示的なフィードバックデータの活用は無分別に省略してはならない。暗黙または明示的な送信制御は、高オーバーヘッドによるフィードバックチャネルの定義を必要せずに、任意の数の送受信アンテナ構成に対して、例えば、送信コーディング、ビーム形成、変調、出力制御、レート制御、（マルチユーザーの）スケジューリング、チャネル選択などのユニットの調整に使用することができる。さらに、容量の増加といった、現在のTDD特有の利点は、FDDの対の帯域でも適用可能である。

本発明の一側面では、情報転送のために2つ以上の周波数帯域を割り当てるステップと、前記2つ以上の周波数帯域に属する第1の周波数で第1の方向において情報を送信するステップと、前記第1の周波数帯域とは異なる前記2つ以上の周波数帯域に属する第2の周波数帯域で第2の方向において情報を受信するステップとを備える、二重通信のための方法であって、ある時間に前記第2の転送方向において前記第1の周波数帯域で情報を送信するステップをさらに備えることを特徴とする。

本発明の別の側面では、第1および第2の送受信ユニット間の二重通信のための方法であって、
・ 第1の期間中に前記第1および第2の送受信ユニット間の第1の転送方向において第1の搬送周波数で情報を受信するステップと、
・ 前記第1の期間中に前記第1および第2の送受信ユニット間の第2の転送方向において第2の搬送周波数で情報を送信するステップと、
・ 第2の期間中に前記第1および第2の送受信ユニット間の前記第2の転送方向において実質的に前記第1の搬送周波数で情報を送信するステップとを、備えることを特徴とする。

"実質的に"という用語は、搬送周波数（または周波数帯域）が、完全に同一でない場合は、少なくとも部分的にオーバーラップしていることを強調するものである。

本願明細書における"転送"という用語は、低レベルのプロシージャの送信または受信、あるいは集合体の送受信のことである。送受信パーティーを含むシステムの観点から、両側面は、単一のステップに参照される場合と参照されない場合があるが、単一の通信装置の観点からは、ただ1つ（送信/受信）の側面が一度に適用可能である。

本発明の更なる側面では、無線二重通信のための送受信機を備え、データを処理するための処理手段と、データを格納するためのメモリ手段とをさらに備える通信装置であって、
・ 第1の期間中に第1の転送方向において第1の搬送周波数で情報を転送し、
・ 前記第1の期間中に第2の転送方向において第2の搬送周波数で情報を送信し、
・ 第2の期間中に前記第2の転送方向において実質的に前記第1の搬送周波数で情報を送信するように構成されることを特徴とする。

本発明の更なる側面では、二重データ転送ができる1つ以上の送受信機を備え、命令およびデータを処理するための処理手段と、メモリ手段とをさらに備え、情報転送に対して2つ以上の搬送周波数を割り当てるように構成されるシステムであって、第1の期間中に、第1の搬送周波数が第1の方向において情報転送に割り当てられ、第2の搬送周波数が第2の方向において情報転送に割り当てられ、第2の期間中に、前記第1の搬送周波数が前記第2の方向において情報転送に割り当てられることを特徴とする。

第1の方向は、代表的な通信システムの場合には、アップリンクまたはダウンリンク方向のいずれかであると解釈することが可能であることに留意されたい。同様に、第2の方向は、第1の方向の順に対して、ダウンリンクまたはアップリンク方向であると解釈されたい。

発明の実施形態の詳細な説明

以下、本発明を添付の図面を参照し、さらに詳細に説明する。

図1については、関連する従来技術の記述に関連して既に説明した通りである。

本発明の異なるシナリオを図2A、2B、および2Cに略述する。ただし、これらは例示のみを目的とする。

図2Aは、最も簡単な二重ホッピングの場合を示し、本発明のFDDの側面に関連して、2つ以上の別々の周波数（または、実際には周波数帯域）は、情報（音声または他のデータ、制御情報など）転送に割り当てられ、ある期間T1内に1つの搬送周波数（帯域）がUL方向において用いられ、別の搬送周波数がDL方向において用いられる。本発明のTDDの側面に関連して、第2の期間T2内に、期間T1中にUL方向において用いられた搬送波周波数は、現在DL方向において使用され、選択的に、これに対応して期間T1中にDL方向において用いられた搬送波周波数は、UL方向とは逆に用いられる。図中、保護帯域には参照符号Gを付す。

本願明細書で述べられる期間とは、例えば、その他の一時的に限定された実質的に連続的なセグメントに加えて、複数の時間スロットのことを指し、これを具象化したものとされる。多くの既存の通信システムでは、ULおよびDL情報転送方向は、例えば時間スロットの境界に関連する相互のタイミングオフセットを有するので、本文における期間の定義は、実際の時間スロットの境界として定義されているものとは異なる場合がある。情報転送に割り当てられたある期間中に、実際の転送がその期間全体ではなく一部分だけを利用して生じる可能性もあるという事実にも留意されたい。

データの受信のための搬送波としての役割を果たす同じチャネル（周波数）は、好ましくは可干渉時間内に、情報を送信するためにも再使用され、従来の、送信機にチャネル状態情報を提供するためのフィードバックチャネルは不要である。送信機は、直前に受信した情報に基づいて、有用なトレーニング（パイロット）シーケンスなど、適切な送信パラメータ（電力、ビーム（形成）係数など）を含む可能性のある情報を差し引くことが可能である。結果的に、送信機はTDDの方法にならってチャネル情報を備え、周波数ホッピング方法は全体的な観点において送信にダイバーシティを提供する。

加えて、少なくとも部分的に、同じ（ソース）情報（すなわち、適用されたチャネルコーディングにより、送信された情報ブロックが総じて冗長性を有する）は、例えば扱いにくいか、または未知のチャネル状態である場合、例えば遠端での良好な受信の可能性が増すように、複数の周波数で送信することが可能である。チャネル状態は、受信情報に基づいて分析することができる。

図2Bでは、図2Aのものと一致する環境において二重ホッピングが行われるが、UL方向は少なくとも一時的に受動的である（トラフィックなし）。したがって、DL方向のデータ転送は周期的な様態での周波数を介してホップするが、これで、202で、他の目的で使用されていないDL送信の間のUL期間を用いて、例えば制御またはパラメータ（チャネル情報またはチャネルのようなトレーニングシーケンスを分析するための試験データのような）データも時折送信する。このような周期的な制御またはパラメータ送信は、例えば遠端で様々なチャネル状態を分析できるように、一般的なホッピング原理に基づいた異なる周波数で送信することが可能である。

図2Cは、更なるシナリオを表し、代表的なFDD割り当てのプロシージャが行われ、少なくとも1つの搬送周波数がUL方向に対して予約され、他の搬送周波数がDL方向に予約される。両方向とも、過去に動的であったりなかったりする場合があるが、少なくとも図2Cに視覚化される時間窓内では、ULは受動的であるので、真のペイロードデータまたはシグナリングはその方向には転送されない。同じ周波数でのUL/DL送信間の干渉を回避するために必要な保護期間などが適切に定義されていれば、DLの受信または他の少量のデータに関するレポートは、204でUL方向にDLの帯域で周期的に送信することが可能であり、通信リンクの両端は、随時のレポート（例えば、以前のDL送信ユニットがいくつかの混合の時間スロットにおいて送信されるべきレポートをリクエストした可能性がある、など）を認識する。

上記の例を考慮して、本発明を用いるための方法の一般的なフローチャートを図3に示す。ステップ302で、本方法が開始され、情報を送受信する通信装置が起動され、（個人用）通信装置をネットワークなどに登録可能になった後に、必要なコードが通信装置のメモリにロードされる。ステップ304で、起動段階後に自動的に、またはデータ転送接続リクエストを受信したときに、例えば、複数の搬送波をそれらを使用する複数の装置に関連付けることによって、転送リソースが割り当てられる。さらに、本発明のTDDの側面により、ある期間、例えば時間スロットを複数の装置に割り当てることが可能である。また、本発明の趣旨において、例えば搬送周波数-期間（例、時間スロット）の対で適用された二重ホッピングシーケンスを定義する、必要なシーケンスのリスト（UMTSにおけるスクランブルコードなど）は、それらの装置に割り当てられ、配信される。これは、その後の段階でも動的に発生する場合がある。ステップ306で、送受信ユニットまたはその別々の送受信回路（したがって、概念的観点からは1つの送受信機を形成する）である少なくとも2つの装置間の情報転送は、より厳密に言えば、定義された二重ホッピングシーケンスに基づいて、ある期間中に、専用の周波数帯域で情報を送信および/または受信することによって開始される。ステップ308で、データ転送作業に関係する装置は、二重ホッピングシーケンスに基づいて、それらの送受信周波数および/またはタイミング情報を更新し、ついで新しい周波数/時間スロット構成に切り替わる。転送すべきデータがなくなるまで、ステップ306および308によるデータ転送を継続する（ステップ310）。メソッドは、ステップ312で終了する。

図4は、単一の通信装置の観点から、図3の情報転送ステップ306の実行についてのより詳細なオプションを表す。前記装置は、本発明の原理を適用した通信リンクの一端にある。

ステップ402で、転送方向を基準に、期間中に情報を転送（送信または受信）すべきかを確認する。この場合、適切なタイミング（例えば、伝播遅延などによる可能なオフセットを有する期間内の適切な時間スロット）は、情報を送信（ステップ406）または受信（ステップ407）するために、ステップ404で判断される。受信したトレーニングシーケンスなどの受信情報から、同じ（または近い）周波数でのデータ送信段階中に使用するために、チャネルパラメータを取得することが可能である。最後に、ステップ408で送信/受信のための明示的なフィードバック情報が予想される場合、当該の情報は、ステップ410で、所定の周波数（例えば、最近のデータ転送またはシーケンス内の次のものと同じ）で所定の期間中に選択的に受信/送信することができる。

概して、情報転送は、言うまでもなく、無線通信装置と基地局との間のような少なくとも2つの装置間で行うことが可能である。さらに、当該の処理は、少なくとも2つの基地局および2つの無線通信装置を特徴とする複数セルのシナリオにおいて行うことが可能である。より複雑な場合、同じ周波数での同時送信を回避するために、セル間には、例えば少なくとも複数の近接する基地局間で部分的に共通な二重シーケンスに基づくことができるある種の同期化が必要である。別様には、ごく近い基地局への二重ホッピングの使用を制限することが可能であるが、従来のFDDは、より長い距離を有する"ソフトハンドオーバー"に用いられる。例えば、複数の副搬送波を二重ホッピングに割り当て、他の副搬送波を従来のFDDの使用に割り当てることが可能である。"ごく近い"という用語は、無線通信という観点において、パス損失、チャネル状態、所要の送信電力など、またはそれらを組み合わせたものなど、複数の異なる問題を意味することができる。

図2Aから2Cの例に暗示されるように、二重ホッピングは、使用解像度を変化させることによって実行可能である。全ての通信に適用可能な連続的ホッピングが可能であるが、例えばその時間の99%で従来のFDDモードを使用することも可能であり、例えば、通信の両端において一定の進行中の期間に対する周波数-時間の割り当て（上述の二重シーケンスなど）を認識していれば、フィードバック/トレーニング（パイロット）シーケンスだけが、定期的に、またはいくつかの所定のイベント（完全に変更されたチャネルパラメータなど）が生じたときに、無線通信装置によって"ダウンリンク"の周波数でアップリンク方向において基地局に送信される。必然的に、当該の割り当ては適応可能であり、動的に変化させることが可能である。すなわち、基地局は、例えば制御チャネルの更新メッセージを変更の影響を受ける対応する無線通信装置に送信することによって、新しい情報転送接続を起動することにより、シーケンスを更新する。

明らかに、搬送波がオーバーラップしなければ直交性の要件は維持される。時間（二重ホッピングシーケンス）に関する好適な搬送周波数割り当ては、例えばWalsh （-Hadamard）、Gold、または直交特性を有する他の基地のシーケンスを用いることによって構成することができる。

この概念では、実行の不完全さにより、搬送波間の保護帯域が好適あることが多いので、異なる点双方向に関連する期間内の保護期間（〜保護時間）である。保護期間の制御手段は、それ自体がTDD通信に関する文献（UMTS WCDMA TDDの使用も参照のこと）により良く知られている。また、保護帯域（しばしば保護周波数または二重距離と称される）の定義手段は、制限的または実行の論点の代表例としてみることができる。

アップリンクおよびダウンリンク周波数の両方には複数の副搬送波が存在し得る。このような概念は、あらゆる特定のデジタルまたはアナログ変調の概念、または多重アクセスプロトコルに依存しない。その概念は、携帯電話、コードレス、アドホックネットワーク、無線LAN、3G/4Gのネットワークなどのような任意の無線または有線の通信ネットワークにおいて使用することが可能である。

本発明の利点に戻るが、二重時間が十分短い（可干渉時間内）という条件での固有のチャネルの相互関係、および送信は、前記可干渉時間内に情報を受信した周波数で生じる。これらは、例えばPre-Rakeの組み合わせまたはビーム形成が送信機において正確に行われた場合に受信の複雑を簡素化するように、また制御チャネルの容量に関する要件（TDD対FDDの閉ループ送信のダイバーシティを参照）を減じるように、送信のための通信パラメータ（ビーム係数、コーディング/変調オプション、出力制御、レート制御、スケジューリングなど）を判断するために使用することが可能である。実用的な観点から、非特許文献[1]では、例えば、スケジューリングのために、マルチユーザーシステム内のCQI（Channel Quality Indicator；チャネル品質指標）を介して、どのようにチャネル情報を提供するのかを提案している。

本発明の別の明らかな利点は、二重（周波数）距離が十分に長く、連続するスロットが異なる周波数で送信される場合のダイバーシティが改善されることである。ダイバーシティによる利益は、例えば連続スロットにおいて2つの異なる二重帯域を介してコード化情報ストリームの異なる部分を送信することによって使用することが可能である。したがって、1つの二重帯域がディープフェード（deep fade）にあっても、チャネル復号器（ターボ復号器、畳み込み復号器など）は、送信された情報を再構成することができる。

本発明はまた、複合的な利益も提供する。例えば、送信機は、チャネルの相互関係により各スロットのためのビームを（送信電力を最小限に抑えるなど）最適化することができる。更なる参考としては、ビーム形成に関連するTDDシステムにおけるチャネル情報の活用が米国特許公報US6584302に開示されている。同時に、ダイバーシティを得るために、異なる周波数で異なるスロットが送信される。さらに、システムは、所要の送信電力が最小になる（例えば、2つの周波数のうちで良好な方を使用する）ように、それらの周波数に対して送信スケジュール/ルートを決めることができる。したがって、明示的なフィードバックチャネルが必須ではなくなるので、空間-周波数-時間リソースの割り当てが簡素化される。

当然、チャネルの相互関係を使用するために、受信機はダウンリンク/アップリンクチャネルを評価し、場合により異なる周波数チャネルで同時に送信しなければならない。チャネル推定を可能にする手段（または、より一般的なチャネル関連情報の取得手段）、および対応するチャネルの等化方法は、従来技術（パイロットシーケンス、整合フィルタ、推定理論、等化フィルタなど）においてよく知られている。したがって、これらの測定結果は、受信および送信の両方で使用され、獲得されるチャネル推定は、良く知られた技術を使用して所与のチャネルでの送信方法を最適化するために使用される。

TDDでは、送受信機は、ある時間に送信モードまたは受信モードで動作するが、ここでは両モードにおいておそらくは同時に動作し、それによって転送遅延が減じられる。しかし、両方（アップリンク/ダウンリンク）の周波数は、同時に有効にさせられない。さらに、例えば、（一般的に二重の送信チェーンを必要とするが）TDDでの場合のように、単純に所与の時間間隔/プロポーションのために両方の二重周波数を1つの二重方向に割り当てることによって、ULとDLとの間に（または一般的に2つの二重方向に対して）非対称の容量共有のための制限が存在しない。

以下、本発明が既存のシステムにどのように適合できるのかを明らかにするべく、いくつかの使用例を挙げる。

CDMA2000
CDMA2000システムは、WCDMAとは対照的にTDDコンポーネントを持たない。本発明の方法は、TDDがWCDMAの強化に使用されるのと同様に、CDMA2000ネットワークの容量の増強に使用することができる。このために、別々のTDD帯域を定義する必要はないが、例えば、別々の搬送波（の対）を使用することができる。現在、HDR（High Data Rate； 高データレート）（CDMA2000-1xDO）規格では、マルチセルサービスが、タイミング制御に大きな追加の手段を用いずに実行可能であっても、別々の搬送波を使用し、同期ネットワークの動作と組み合わされる。

GSM/EDGE（GSM/グローバル進化型高速データレート）
TDMAネットワークに固有の周波数再利用距離によって、不正確なタイミング制御の影響を軽減することができる。一方で、TDMAネットワークは予めタイミング制御機構を備えており、これらの機構は、必要に応じて本発明とともに使用することもできる。TDMAシステムでの本発明の直接的な使用は、制限的観点から簡単ではないかもしれないが、本発明は、現在の規格が対応していないいくつかの他の周波数帯域に対してGSM/EDGEのための迅速なシステムの実行を可能にする。

UMTS/WCDMA
UMTSにはTDDモードがあり、またタイミングを調整するための関連手段がある。これらもまた、例えばマルチセルの場合において、必要に応じて本発明とともに使用することができる。本発明は、少なくともTDDが適用可能であれば適用することができる。したがって、対になっていない帯域での動作を必要とせずに、UMTSにおける屋内のセルの容量をさらに増強するために使用することができる。ネットワークは、所与のセル/搬送波の対が二重ホッピングモードで動作するように指示することが可能である。容量の増強は、更なるスペクトラム（対の帯域）のアベイラビリティ、および、特に効率的なリソース制御アルゴリズムが実行可能であるという事実によってもたらされる。

例えば、形成される正確なビームは、容量を増強させ、受信機の複雑さを緩和する。提案された概念を使用しなければ、（明示的なシグナリングを介してチャネル状態情報を提供することによって）同様の能力を達成するために、高容量のフィードバックチャネルの定義が必要である。したがって、本発明は、対の帯域で動作させる場合、チャネル状態情報を送信機に伝えるための新しい方法を提供する。CSI（Channel State Information；チャネル状態情報）は、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output；マルチインプットマルチアウトプット）チャネルの送信機の案出に使用することができ、最適または拡張マルチビーム形成、および電力およびレート割り当てが使用される。CSIは、a）トランスポートフォーマット（コーディング、変調方法）、b）MIMOシステムで使用されるストリームの数および関連する電力/レート/ビーム、c）一般的なMIMO/MISO/SIMO/SISO（Single-Input Single-Output；シングルインプットシングルアウトプット）送信方法の選択、d）サービスおよび/またはユーザーの選択または優先順位付け、などの適切な選択に使用することが可能である。

以下、本発明を実行するための装置を詳述する。図5は、基地局のような通信装置の基本的なコンポーネントのブロック図を示す。処理ユニット502は、メモリ504に格納された命令（例、データ転送制御アプリケーション）に従った動作の実行を制御し、現在の周波数-時間の割り当てなどのデータも有する。データ転送手段508は、無線/赤外線トランシーバまたは無線ネットワーク（WLANなど）のアダプタのような無線接続性手段514か、従来のネットワークアダプタ（イーサネットカードなど）またはTDMAインターフェースカードのような固定接続性手段512を備える。オプションのキーボードまたは入力手段510およびディスプレイ506は、ユーザーに装置を管理および制御するためのインターフェースの提供に有用であることは明らかである。

本発明の方法を実行するためのソフトウェアは、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM、および、メモリカードなどの担体媒体によって提供することが可能である。

同様に、本発明で利用可能な無線通信装置のブロック図を図6に示す。無線通信装置は、処理手段602、メモリ手段604、例えば図5の基地局またはいくつかの他の装置を介して無線ネットワークに無線通信装置を接続することが可能な、送受信機612のようなデータ転送手段608を備え、十分なUIを実行するためのキーパッド610に加えてディスプレイ606をオプションで備える。

上述の両通信装置は、1つ以上の送受信アンテナを備えることが可能である。

MIMOおよび場合によりマルチユーザー特性を有する最新の電気通信における二重ホッピングの影響を具象化するために、図7Aおよび図7Bは、1つの可能なシナリオに関連する標準のFDDと二重ホッピングとの差異を示す。ここで用いられる標準信号モデル（非特許文献２参照）は以下の通りである。
Y = XWH + noise

ここで、Yは受信した信号に対応するマトリクスを表し、Xは変調マトリクス、Wはビーム形成マトリクス、Hはチャネルマトリックスであり、noiseは信号の転送プロシージャ中に信号導かれるノイズを示す。

リソースの割り当ておよびスケジューリングのために、送信機は送信リソースをランク付けするための手段を備える。送信機と対照的に、関連する情報は受信機に存在するので、対応する送信ユニットにシグナリングする必要がある。二重ホッピングの場合は例外であり、チャネルの相互関係により、CQIは、受信機からのみシグナリングされる（他のユーザーまたはノイズによる）可能な干渉電力によって、送信機において計算することが可能である。従来のFDDシステム内のシグナリングベースのスキームでは、各受信機は、例えば、共通または専用のパイロットチャネルからの測定結果を使用して、MIMOチャネルのマトリクスHを認識するものと仮定する。受信機は、一組の実行可能なビーム形成マトリクス｛W｝に対して条件つきのチャネル品質指標を判断し、また電力の割り当て、レートの割当てなどを判断する。二重ホッピングベースのFDDスキームでは、端末は基地局にチャネルHを評価させる信号を送信すると仮定すれば、チャネルHは送信機において既知である。選択されたCQIを最大化するものである選択されたユーザー固有のWは、それがスケジューラによって選択されるまで、端末では使用されない。逆に、グリーディスケジューラ（greedy scheduler）は、明らかに他のスケジューリング、優先順位付け、および多重化オプションも可能であるが、最高のチャネル品質を有するユーザーを選択する。特に、二重ホッピングによって、ダウンリンク送信は、全てのユーザーに対して連帯的に最適化することが可能である。

最終的に、二重ホッピングの利益を視覚化するために、2つの実施態様を行う。その1つは図7Bに示される二重ホッピングの概念を有するものであり、もう1つは図7Aに示される明示的なフィードバックを使用した従来の概念を有するものである。BER（Bit Error Rate；ビット誤り率）は、ノイズ電力対1つの受信アンテナ対チャネル使用に関する、送信信号電力対ビット対チャネル使用の関数として表される。使用された変調は、4bps/Hzに達する。送信機は8つのアンテナを備え、受信機は2つのアンテナを有する。二重ホッピングベースのフィードバックは、30のフィードバックビットを含むフィードバックスキームにおいて約1.5から2.0dB能力を向上させることに留意されたい。凡例"iTh"の曲線は、i-Threaded 2x2 マトリクス変調（非特許文献３参照）で2つのQPSK（Quadri-Phase Shift Keying；四相位相変調）に変調したストリームから得られる"i-Th"であり、凡例"TX-AA"は、単一ストリームの16-QAM（Quadrature Amplitude Modulation；直交振幅変調）送信である。これらの図は、CQIを介してチャネル状態情報を使用して選択したので、より良好な二重周波数で送信が行われるという能力を示す。したがって、二重周波数の選択（凡例"S-TXAA"および"S-iTh"）は、2人のユーザーのマルチユーザーダイバーシティに類似しており、能力向上を可能にする。

必然的に、上述のシナリオは、説明のためだけのものであり、達成される現実の結果は、一般的なチャネル状態、使用された送信パラメータ、アンテナのパラメータおよび構成などによって著しく異なる場合がある。

本発明による情報転送に用いられるプロトコル、プロトコルスタック、およびハードウェア層のコンポーネントは、特に複雑でも特別なものでもないので、本発明の実行に必要な転送能力として、既存のものから選択することができる。これは本発明の1つの利益とみなすことができる。本発明は、転送されるべきデータに必要な装置に含まれるか、少なくとも接続される、更なるソフトウェア/ハードウェアモジュールまたはそれらを組み合わせたものとして実現することが可能である。

本願明細書に記載される本発明は、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができることは、当業者に明らかである。例えば、用いられる装置、および方法ステップまたはそれらの相互の命令が異なっても、本発明の基本的な概念に合致している。一見解として、本発明の無線通信装置は、実際、例えば携帯電話、PDA、通信が可能なハンドヘルドゲーム機/娯楽装置など、として分類することができる。

FDDおよびTDD方法による従来技術の引用ソリューションを示す。 FDDおよびTDD両方の技術を巧妙な方法で使用した、上述の本発明の概念を示す。 本発明の方法のフローチャートである。 本発明の方法の補足フローチャートである。 本発明の装置のブロック図である。 本発明の別の装置のブロック図である。 ある可能な使用事例における標準FDDと二重ホッピング技術との比較を示す。

Claims (59)

1. 情報運搬のために2つ以上の周波数帯域を割り当てるステップと、前記2つ以上の周波数帯域に属する第1の周波数帯域で第1の方向において情報を送信するステップと、前記2つ以上の周波数帯域に属するが前記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域で第2の方向において情報を受信するステップとを有する、二重通信のための方法であって、
   ある時間に前記第2の運搬方向において前記第1の周波数帯域で情報を送信するステップと、
   次のステップ：前記第1の運搬方向において前記第1の周波数帯域で受信した情報に基づいて、ある時間に前記情報を送信するために1つ以上の送信パラメータを調整するステップ；および、前記第1の運搬方向において前記第2の周波数帯域で情報を受信するステップ；のうちの少なくとも1つとをさらに備え、
   前記第1の方向および前記第2の方向に対する前記第1の周波数帯域の全体の時間割り当て、ならびに前記第1の方向および前記第2の方向に対する前記第2の周波数帯域の全体の時間割り当て、のうちの少なくとも一部は所定のシーケンスに基づく、二重通信のための方法。
2. 前記時間は、実質的に1つ以上の時間スロットを参照する、請求項1に記載の方法。
3. 受信情報に基づいて、運搬チャネルを記述する1つ以上のパラメータが構築される、請求項1乃至2のうちのいずれかに記載の方法。
4. 前記受信情報は、チャネル推定を対象としたデータを含む、請求項3に記載の方法。
5. 受信情報に基づいて、受信周波数に実質的に等しい周波数での情報の送信が最適化される、請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の方法。
6. 前記受信情報は、トレーニングシーケンスを含む、請求項3乃至5のうちのいずれかに記載の方法。
7. 前記1つ以上の送信パラメータは、送信電力、ビーム係数、レート制御、およびスケジューリングのうちの少なくとも1つに関する、請求項1に記載の方法。
8. 他の用途で実質的に未使用の期間は、チャネル情報またはチャネル分析のための試験データの運搬に用いられる、請求項1乃至7のうちのいずれかに記載の方法。
9. 前記通信に関係する装置は、前記装置に対する1つ以上の周波数割り当て、および前記装置に対する1つ以上の期間割り当て、のうちの少なくとも1つを示す情報を有する、請求項1に記載の方法。
10. 複数のセルおよび2つ以上の無線通信装置と通信する2つ以上の基地局で、少なくとも1つの無線通信装置が各セルに配置される場合、セル内の情報運搬が別のセルの情報運搬と同期する、請求項1に記載の方法。
11. 2つ以上の基地局または無線通信装置は、1回に同じ1つの集合的に利用可能な周波数または時間リソースを割り当てる、請求項10に記載の方法。
12. 通信装置と前記通信装置と通信するネットワーク要素との間の距離が、ある所定の限度を超えているかどうかをさらに確認し、超えている場合には、前記通信装置に前記第1および第2の運搬方向に対して別々の周波数を使用することを強制する、請求項1に記載の方法。
13. 複数の搬送波またはサブ搬送波は、標準FDD（Frequency Division Duplex；周波数分割複信）通信にさらに割り当てられる、請求項10乃至12のいずれかに記載の方法。
14. 前記ネットワーク要素と前記通信装置との間の距離は、パス損失、チャネルステータス、および所要の送信電力、のうちの少なくとも1つに基づいて判断される、請求項12に記載の方法。
15. 前記第1および第2の運搬方向間の運搬リソースの割り当ては、動的に発生する、請求項1に記載の方法。
16. 送信容量は、前記通信に関係する第1および第2の装置間に不均等に割り当てられる、請求項1乃至15のいずれかに記載の方法。
17. 前記情報運搬に使用される周波数は、利用可能なチャネル情報に基づいて少なくとも2つのオプションから選択される、請求項1に記載の方法。
18. 前記二重通信は、無線通信である、請求項1に記載の方法。
19. 前記第1または第2の運搬方向は、無線通信システムにおいて実質的にアップリンク方向またはダウンリンク方向である、請求項18に記載の方法。
20. 前記無線通信システムは、CDMA2000、GSM（Global System for Mobile communications；モバイル通信用グローバルシステム）、EDGE（Enhanced Data rates for GSM Evolution； GSM進化型高速データレート）、UMTS（Universal Mobile Telecommunications System；汎用モバイル通信システム）、またはWCDMA（Wideband Code Division Multiple Access；広帯域符号分割多元接続）技術と実質的に互換である、請求項19に記載の方法。
21. 第1および第2の送受信ユニット間の二重通信のための方法であって、
    ・ 前記第1の送受信ユニットによって、第1の期間中に前記第1および第2の送受信ユニット間の第1の運搬方向において第1の搬送周波数で情報を受信するステップと、
    ・ 前記第1の送受信ユニットによって、前記第1の期間中に前記第1および第2の送受信ユニット間の第2の運搬方向において第2の搬送周波数で情報を送信するステップと、
    ・ 前記第1の送受信ユニットによって、第2の期間中に前記第1および第2の送受信ユニット間の前記第2の運搬方向において実質的に前記第1の搬送周波数で情報を送信するステップとを備え、
    1つ以上の送信パラメータは、前記第1の期間中に受信される前記情報に基づいて調整される、二重通信のための方法。
22. 無線二重通信のための送受信機を備え、データを処理するための処理手段と、データを格納するためのメモリ手段とをさらに備える通信装置であって、
    ・ 第1の期間中に第1の運搬方向において第1の搬送周波数で情報を受信し、
    ・ 前記第1の期間中に第2の運搬方向において第2の搬送周波数で情報を送信し、
    ・ 第2の期間中に前記第2の運搬方向において実質的に前記第1の搬送周波数で情報を送信するように構成され、
    さらに：
    前記第1の期間中に受信した前記情報に基づいて、前記第2の期間中に前記情報を送信するための1つ以上の送信パラメータを調整するための動作；および、
    前記第2の期間中に前記第1の運搬方向において前記第2の搬送周波で情報を受信するための動作；
    のうちの少なくとも1つの動作を行うように構成され、
    前記第1の方向および前記第2の方向に対する前記第1の搬送周波数の全体の時間割り当て、および前記第1の方向および前記第2の方向に対する前記第2の搬送周波数の全体の時間割り当てのうちの少なくとも一部は所定のシーケンスに基づく、通信装置。
23. 前記第1および第2の期間は、実質的に2つ以上の時間スロットを参照する、請求項22に記載の装置。
24. 受信情報に基づいて、運搬チャネルを記述する1つ以上のパラメータを構築するように構成される、請求項22に記載の装置。
25. 受信情報に基づいて、1つ以上の受信パラメータを調整するように構成される、請求項22に記載の装置。
26. 前記1つ以上のパラメータは、送信電力、ビーム係数、レート制御、およびスケジューリングのうちの少なくとも1つに関する、請求項22に記載の装置。
27. 他の用途で実質的に未使用の期間を、チャネル情報またはチャネル分析のための試験データの運搬に用いるように構成される、請求項22に記載の装置。
28. 1つ以上の周波数割り当て、および1つ以上の期間割り当て、のうちの少なくとも1つを示す情報を受信するように構成される、請求項22に記載の装置。
29. 前記通信に関係する別の装置への距離がある所定の限度を超えている場合に、前記第1および第2の運搬方向に別々の周波数を用いるようにさらに構成される、請求項22に記載の装置。
30. 前記距離は、パス損失、チャネルステータス、および所要の送信電力、のうちの少なくとも1つに基づいて判断される、請求項29に記載の装置。
31. 利用可能なチャネル情報に基づいて、少なくとも2つのオプションから送信周波数を選択するように構成される、請求項22に記載の装置。
32. 前記第1または第2の運搬方向は、無線通信システムにおいて実質的にアップリンクまたはダウンリンク方向である、請求項22に記載の装置。
33. 複数の周波数を通じて、情報ブロックであってそれらの間に冗長性を有する情報ブロックを送信するように構成される、請求項22に記載の装置。
34. 実質的に移動端末である、請求項22に記載の装置。
35. 二重データ運搬が可能な1つ以上の送受信機を備え、命令およびデータを処理するための処理手段と、メモリ手段とをさらに備え、情報運搬に対して2つ以上の搬送周波数を割り当てるように構成されるシステムであって、
    第1の期間中に、第1の搬送周波数が第1の方向において情報運搬に割り当てられ、第2の搬送周波数が第2の方向において情報運搬に割り当てられ、
    第2の期間中に、前記第1の搬送周波数が前記第2の方向において情報運搬に割り当てられ、
    前記第2の期間中に情報を送信する送受信機は、前記第1の期間の情報運搬の間に、前記送受信機によって受信した前記情報に基づいて、1つ以上の送信パラメータを調整するように構成される、システム。
36. 前記第1または第2の期間は、実質的に1つ以上の時間スロットを参照する、請求項35に記載のシステム。
37. 受信情報に基づいて、運搬チャネルを記述する1つ以上のパラメータを構築するように構成される、請求項35に記載のシステム。
38. 前記受信情報は、チャネル推定を対象としたデータを含む、請求項37に記載のシステム。
39. 受信情報に基づいて、1つ以上の受信パラメータを調整するように構成される、請求項35に記載のシステム。
40. 前記1つ以上のパラメータは、送信電力、ビーム係数、レート制御、およびスケジューリングのうちの少なくとも1つに関する、請求項35に記載のシステム。
41. 他の目的で実質的に未使用の期間を、チャネル情報またはチャネル分析のための試験データの運搬に用いるように構成される、請求項35に記載のシステム。
42. 前記通信に関係する装置は、前記装置に対する1つ以上の周波数割り当て、および前記装置に対する1つ以上の期間割り当て、のうちの少なくとも1つを示す情報を有するように構成される、請求項35に記載のシステム。
43. 複数のセルおよび2つ以上の無線通信装置と通信する2つ以上の基地局で、少なくとも1つの無線通信装置が各セルに配置される場合、セル内の情報運搬が別のセル内の情報運搬と少なくとも部分的に同期するように構成される、請求項35に記載のシステム。
44. 集合的に利用可能な周波数または時間リソースから周波数または時間リソースを割り当てるように構成される、請求項35に記載のシステム。
45. 前記通信に関係する通信装置への距離が、ある所定の限度を超えているかどうかを確認し、超えている場合には、前記通信装置に前記第1および第2の運搬方向に対して別々の周波数を使用することを強制するように構成される、請求項35に記載のシステム。
46. パス損失、チャネルステータス、および所要の送信電力、のうちの少なくとも1つに基づいて前記距離を判断するように構成される、請求項45に記載のシステム。
47. 運搬リソースを前記第1および第2の運搬方向間で動的に割り当てるように構成される、請求項35に記載のシステム。
48. 利用可能なチャネル情報に基づいて少なくとも2つのオプションから情報運搬に使用される周波数を選択するように構成される、請求項37に記載のシステム。
49. 前記二重通信は、無線通信である、請求項35に記載のシステム。
50. 前記第1または第2の運搬方向は、無線通信システムにおいて実質的にアップリンク方向またはダウンリンク方向である、請求項35に記載のシステム。
51. 前記1つ以上の送受信機のうちの少なくとも１つを含む基地局を備える、請求項35に記載のシステム。
52. 無線通信装置をさらに備える、請求項51に記載のシステム。
53. 複数の周波数を通じて、情報ブロックであってそれらの間に冗長性を有する情報ブロックを送信するように構成される、請求項35に記載のシステム。
54. 前記受信情報は、マルチユーザーのスケジューリングに用いられる、請求項35に記載のシステム。
55. 複数の送信または受信アンテナをさらに備える、請求項35に記載のシステム。
56. 前記受信情報は、前記複数のアンテナのうちの1つのアンテナの選択、またはアンテナ関連のパラメータ値の計算に使用される、請求項55に記載のシステム。
57. 前記受信情報は、送信または受信ビームの計算に用いられる、請求項35に記載のシステム。
58. チャネル状態情報は、トランスポートフォーマット、複数のストリーム、送信方法、1つ以上のユーザー、および1つ以上のサービス、のうちの少なくとも1つの選択または優先順位付けに使用される、請求項38に記載のシステム。
59. コンピュータに、請求項1乃至21に記載の方法を実行させるためのコードを備える、コンピュータプログラム。

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