JP5191202B2 - 無線通信システム、方法、およびデータ構造 - Google Patents

Description

この出願は、無線通信システムおよび無線通信を提供する方法に関し、より詳細には、無線通信のシステム、方法、および関連するデータ構造に関する。

無線通信システム等の通信システムは、ユーザ端末または移動局（ユーザ）が、ネットワークとの通信を継続し、またはそれを有する能力を失うことなしにネットワーク内を移動することを可能にする１つまたは複数の通信ネットワークを提供する。ネットワークを提供するために、無線通信は、ユーザへの信号の送信を局に頼る。しかしながら、各局は、信号強度における限界から、また信号強度が距離によって低下するという事実から限られたカバレッジを有する。ユーザと局の間の距離が増加するに従って、受信される信号強度が低くなり、かつ伝送品質が低くなる。それに加えて、信号品質およびカバレッジは、物理的な構造物、信号干渉、天候、伝送条件、フォーマット等といった因子によって影響を受けることがある。したがって、カバレッジ・ギャップまたは『ホール』が存在し、それらのエリア内のユーザは、ネットワーク・アクセスが限られるか、またはできない。
米国特許第６，３３０，４２９号明細書 米国特許第６，７８５，５１３号明細書 米国特許第５，５０４，９３５号明細書 米国出願公開第２００７／００８１４８３号明細書 "Draft IEEE Standard for Local and metropolitan areanetworks, Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband WirelessAccess Systems, Multihop Relay Specification" IEEE P802.16j/D1

カバレッジ・ホールを回避するか、または低減する１つの解決策は、より多くの基地局を備えて通信カバレッジおよびシステム容量を向上させることである。しかしながら、局の数が増加するに従ってシステム・コストが増加する。代替解決策として、マルチ‐ホップ中継（ＭＲ）の概念を実装するもの等のように、通信ネットワークが中継局を頼ることもできる。しかしながら、いくつかの応用においては、中継局の使用が局対局ハンドオーバの必要性を増加させることがあり、また各中継局の限られたカバレッジ・エリアに起因してハンドオーバのための増大した処理オーバーヘッドが必要とされることがある。いくつかの応用においては、マルチ‐ホップ中継のために複数の送信が必要になることから、それがスペクトル効率を低下させることもある。

本発明の例は、局のクラスタ化を通じて無線通信を提供するための方法を提供できる。

１つの例は、無線通信を提供する方法を提供する。この方法は、少なくとも１つのチャンネルにわたって信号を無線送信するために構成された多数の局を提供すること、およびそれらの局を少なくとも２つのクラスタに分けることを含む。各クラスタ内の局は、そのクラスタに対応する信号を送信し、または受信するべく協働して機能できる。

別の例は、無線通信を提供する方法を提供する。この方法は、少なくとも１つのチャンネルにわたって信号を無線送信するために構成された多数の局を提供すること、およびそれらの局を少なくとも２つのグループに分けることを含む。異なるグループ内の局は、少なくとも１つのチャンネルを介して信号を送信し、または受信するべく互いに独立して機能できる。

さらに別の例は、無線通信のためのデータ構造を提供する。このデータ構造は、第１のクラスタ内の局のための第１のセットの信号の搬送に利用できる第１のデータ・セクションを含む。第１のクラスタ内の局は、第１のクラスタに対応する信号を送信および受信するべく協働して機能するために構成される。このデータ構造はまた、第１のデータ・セクションに追従することができる第２のデータ・セクションも含む。第２のデータ・セクションは、第２のクラスタに対応する信号を送信および受信するべく協働して機能できる第２のクラスタ内の局のための第２のセットの信号の搬送に利用できる。第１のデータ・セクションおよび第２のデータ・セクションは、２つの特有の時間間隔を占有できる。

別の例は、無線通信を提供するための方法を提供する。この方法は、少なくとも１つのチャンネルを介して無線で信号を送信するために構成された多数の局を提供すること、およびそれらの局を少なくとも１つのクラスタに分けることを含む。各クラスタ内の局は、そのクラスタに対応する信号を同時に送信し、または受信するべく協働して機能できる。それらの局のうちの少なくとも１つは、プリアンブル、ＭＡＰメッセージ、またはそれら両方の送信を伴うことなく、データ信号だけを送信することができる。

さらに別の例は、第１の局を提供する。この第１の局は、第２の局と結合される。第１および第２の局は第１のクラスタ内にある。第１のクラスタ内の局は、協働して機能し、そのクラスタに対応する信号を少なくとも１つのチャンネルを介して送信し、または受信するべく構成される。局のうちの１つは、プリアンブルまたはＭＡＰメッセージを送信することなく、データ信号だけを送信する。

以上の要約をはじめ、以下の本発明の詳細な説明は、添付図面とともに読むことによってより良好な理解が得られるであろう。

本発明の例は、無線通信に適用可能な方法および無線通信に適用可能なデータ構造を提供することができる。いくつかの例においては、方法が、制御局、基地局、中継局、または移動局等の局を異なるクラスタおよびグループに分類することを包含できる。クラスタ化およびグループ化とともに、周波数スペクトルを使用し、または再使用して帯域幅効率を高めることができる。また、局対局ハンドオーバの数も下げることができる。いくつかの例においては、同一クラスタ内の局のために協働送信サービスまたはメカニズムが使用されるようにできる。いくつかの応用においては、本発明の例がネットワーク・カバレッジを向上すること、および／または無線ネットワークのデータ・スループットを改善することができる。特に、本発明の例は、無線リソースの利用度を増加すること、頻繁なハンドオーバ処理によって必要とされる有意のオーバーヘッドを低減すること、周波数またはチャンネルの再使用を可能にすること、および協働送信サービスをサポートすることといった１つまたは複数の利点を特定の応用に提供することができる。結果として、改善されたシステム容量を伴う通信ネットワークを提供することができる。特に、以下に例示する方法またはデータ構造は、マルチ−ホップ中継（『ＭＲ』）テクニックをサポートするシステム内に実装することができる。

従来的なチャンネル・グループ化システムまたは方法は、無線信号強度を基礎として端末またはノードをグループ化することがあるが、これは、そのことが、グループ内の各ノードが同一または類似の品質または強度の信号を受信し、かつ同一または類似の品質のサービスを提供することを可能にできるためである。本発明の例は、同一グループ内の局が、それらの局の間における干渉を回避できるか、または低減できるように局をグループに分けることができる。また、同一クラスタ内の局が協働送信サービスを提供できるように局をクラスタに分けることができる。いくつかの例においては、システム容量および信号におけるダイバーシティ等の種々の目的の１つまたは複数を達成するべく調整が行われるように、柔軟性が提供されて広く柔軟なグループ化およびクラスタ化が可能になる。

いくつかの通信システムは、複数のアンテナおよび特定のプリ‐コーディングまたはコーディングのテクニックを伴うテクニックを使用する。その種のシステムは、ノードまたは局のグループの間において、同時に多様な信号を送信できる。グループ内においては、ユーザ端末または移動局（ユーザ）が、同一チャンネル干渉を伴う混合またはハイブリッド信号から所望の信号を認識し、また同一グループ内のノードの送信を調和させることにより、ビーム形成テクノロジを使用して無線信号を反復することができる。本発明の例は、データ構造を再設計し、中継された信号をスケジューリング・テクニックにより異なる周波数および時間において送信することによって信号の中継を可能にすることができる。言い換えると、複数のアンテナを介した信号の中継を回避できる。いくつかの例におけるクラスタ化はまた、サービス・カバレッジを拡張すること、およびハンドオーバの数を減少させることもできる。

いくつかのほかの通信システムは、経路選択テクニックを使用する。各経路は、基地局と中継局の間に１つの中継リンクを、および中継局とユーザの間に１つの無線アクセス・リンクを含むことができる。追跡、転送、決定、および実行等のステップを使用することによって、基地局からユーザに信号を送信するために利用可能な１つまたは複数の送信経路が選択され、ユーザのための利用可能な経路の情報を提供するべくアクティブ・セットが提供され得る。それらの情報は時間にわたって更新され、また協働送信によって同一データの送信にいくつかの経路が同時に利用可能となることもある。

本発明の例においては、同一セットの信号またはデータの同時的な送信および受信等によって同一クラスタに属する局が協働して機能できる。さらに、同一グループに属する局が、通常は１つの周波数スペクトル内において提供されるチャンネルを再使用して独立に機能できる。それに加えてマルチ‐ホップ中継データ構造が、無線リソース割り付けをサポートし、かつ場合によってはマルチ‐ホップ中継サービスのためのデータ送信をサポートするべく、クラスタ化およびグループ化の概念を基礎として設計できる。１つの例においては、クラスタ内のいくつかの局が、プリアンブルまたはＭＡＰメッセージを送信することなく、データ信号だけを送信できる。

例として述べれば、中継局等の局が、無線通信システムによって使用されて、サービス・カバレッジの向上および／またはユーザ・スループットの増加を行うことができる。１つの例において、ＭＲ適合システム等の無線通信システムに対するクラスタ化およびグループ化の適用の方法の例示に、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅシステムを使用できる。その種のシステムは、ＩＥＥＥ ８０２．１６システムと後方互換とすること、または無線リソース割り付けおよびデータ送信をサポートするべくほかのシステムとの互換性を確保することができる。

図１は、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ ＰＭＰ（ポイント‐ツー‐マルチポイント）モードの下におけるデータ構造の例を図解している。関連する中継局のための制御局として間欠的に使用される基地局は、タイミング・オフセット、周波数オフセット、および／または電力の調整を含むことができる加入局（ＳＳ）同期のための基準を最初に提供するべくプリアンブルを送信することができる。１つの例においては、加入局が、基地局の表示に続いてデータの送信および受信を行う局になる。プリアンブルの次に、送信されるフレームの特定の情報を提供するべくＦＣＨ（フレーム・コントロール・ヘッダ）、ＤＬ‐ＭＡＰ（ダウンリンクＭＡＰ）メッセージ、および／またはＵＬ‐ＭＡＰ（アップリンクＭＡＰ）メッセージ等の情報が送信されることがある。１つの例においては、ＤＬ‐ＭＡＰメッセージおよびＵＬ‐ＭＡＰメッセージが、そのフレームのリソース割り付けを示すことができる。加入局がこれらのメッセージをデコードした後は、受信および／または送信中のデータのために、タイム・スロットおよび周波数割り当てを決定するか、または割り付けることができる。

ＭＲシステムの１つの例においては中継局が、基地局および加入局の２つの役割を果たすことができる。基地局は、その基地局に直接結合されている中継局および加入局とのダウンリンク同期をサポートし、中継局および加入局のためのリソース割り付けを示すべくＤＬ‐ＭＡＰメッセージおよびＵＬ‐ＭＡＰメッセージを提供できる。この場合においては、中継局が加入局と同じ方法で働くことができる。これに対して、中継局に結合されている加入局は、基地局まで行くことなしに中継局から同期および割り付け情報を獲得できる。この例においては、中継局が基地局として、またはそれと類似に働くことができる。したがって、ＭＲ適合システムのいくつかの例においては、データ構造が、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅと互換性を有するべく、かつＭＲテクニックをサポートするべく、基地局プリアンブル、基地局ＭＡＰメッセージ、中継局プリアンブル、中継局ＭＡＰメッセージを含むことができる。

後方互換性を達成するための単純な方法は、データ構造内において時分割を行うことである。図２は、時分割が１つの基地局（ＢＳ）および２つの中継局（ＲＳ）を伴う通信ネットワークに適用されるデータ構造の例を図解している。単純な時分割実装が、基地局および２つの中継局（ＲＳ１およびＲＳ２）にそれら自体のデータ、たとえばパケットおよびコントロール・オーバーヘッド等を異なる時間において送信することを可能にできる。しかしながら中継局の数の増加に従って、プリアンブルおよびＭＡＰメッセージのために必要とされるオーバーヘッドもまた増加する。それに加えて、この通信ネットワークのユーザが多様な中継局等の間を頻繁に移動する場合には、各ユーザと異なる中継局の同期のためにハンドオーバが頻繁に生じることがあり、それにはＰＨＹ（物理的）レベル調整が含まれることもある。このテクニックは、ＭＲ適合システムのシステム・パフォーマンスを低下させるおそれがある。

本発明の例は、クラスタ化処理の適用および異なるデータ構造の提供ができる。図３ａは、クラスタ化処理の例を図解しており、それにおいてはＭＲ基地局自体が１つのクラスタ、すなわちクラスタ１内に置かれ、中継局は、２またはそれを超える数のクラスタ、たとえば図解されているとおりクラスタ２（ＲＳ１およびＲＳ２を伴う）およびクラスタ３（ＲＳ３およびＲＳ４を伴う）に分けることができる。クラスタ１、クラスタ２、およびクラスタ３は、仮想グループとして考えることができる。ＭＲ基地局が仮想グループ内に含まれているとき、中継局は、移動局に対してトランスペアレントな局として機能する。同一グループ内のすべての中継局は、ＭＲ基地局と同じセットの信号情報を送信するか、または信号情報をまったく送信しないこともできる。信号情報は、プリアンブル、ＦＣＨ、およびＭＡＰメッセージを含むことができる。したがって、データ・バースト送信のために同一グループ内の基地局およびすべての中継局によって無線リソースを共有することができる。協働サービスはまた、同一クラスタ内の局が、同一セットの信号情報を同時に送信および／または受信することも可能にする。このクラスタ内のユーザのために、同一クラスタ内の局、たとえば基地局および中継局のうちの１つまたは複数が、ユーザにマルチ‐パス態様で同期された信号を提供するべく同一のプリアンブルを提供することができる。言い換えると、ユーザは、２またはそれを超える数の局から到来する信号を、１つの局からマルチ‐パス送信を介して到来する、組み合わされた信号として見ることができる。したがって同一クラスタ内の局について、それらは、割り付け済み無線リソースを共有し、それに応じてデータ送信の、連続した順序等のスケジュールを行うことができる。結果として、１つの例では、クラスタ内において１つのＭＡＰメッセージだけがすべての局から送信され、データ送信のためのスケジューリングが示される。

図３ｂは、グループ内における複数の中継局に適用されるクラスタ化処理の例を図解しており、そのグループ内には基地局が含まれない。ＭＲ基地局が存在しない場合には、中継局の１つがそのグループのグループ・ヘッダとなり、移動局に対して非トランスペアレントとなることができる。図３ｂに示されているとおり、基地局として動作するグループ・ヘッダとして１つの中継局、たとえばＲＳ０がクラスタ１内に置かれる。この実施態様においては、ＲＳ０が移動局に対して非トランスペアレントである。ほかの中継局は、２またはそれを超える数のクラスタ、たとえばクラスタ２（ＲＳ１およびＲＳ２を伴う）およびクラスタ３（ＲＳ３およびＲＳ４を伴う）に分けることができる。クラスタ１、クラスタ２、およびクラスタ３は、ＭＲ基地局を伴わないグループとして考えられる。同一グループ内のすべての中継局は、非トランスペアレントなグループ・ヘッダと同じセットの信号情報を送信するか、または信号情報をまったく送信しないこともできる。信号情報は、プリアンブル、ＦＣＨ、およびＭＡＰメッセージを含むことができる。したがって、データ・バースト送信のために同一グループ内のすべての中継局によって無線リソースを共有することができる。グループ・ヘッダは、プリアンブル、ＦＣＨ、およびＭＡＰメッセージを移動局に送信することができ、また通常の基地局として移動局によって認識されることができる。このクラスタ化処理を使用すると、グループがその移動局（１つまたは複数）に対してトランスペアレントになる。

図４は、本発明の１つの例に従ったデータ構造を図解している。図４を参照すると、同一クラスタ（クラスタ１）内のすべての局が、同時に同じプリアンブルおよびＭＡＰメッセージを送信できる。これは、図２におけるように複数のコントロール信号を転送する必要性を回避できる。図２と比較すると、図４のデータ構造は、信号の送信に利用可能な無線リソースの利用度を改善することができる。いくつかの例においては、同一のプリアンブルの使用が、ハンドオーバ処理をユーザまたは局が頻繁に実行する必要性を回避することもできる。図４において、Ｒは、１つの例としてコンテント‐ベースの態様で加入局が基地局に対して要求を送信することが可能なレンジング・チャンネルを表すことができる。本発明のいくつかの例においては、ＭＲ適合システム等の無線通信システムの単一クラスタ内に基地局および関連する１つまたは複数の中継局を置くことができる。これは、必要とされるコントロール信号またはコントロール信号オーバーヘッドの量を低減し、それによって無線リソースの効果的な利用を提供することができる。

ネットワーク内のすべての局が、同一の信号またはコンテントを運ぶ共通リソースを共有する場合には、１つのチャンネルの限られた帯域幅が、転送されるデータの量を制限する。言い換えると、利用可能な帯域幅をより良好に利用する周波数または帯域幅の再使用がない。本発明の１つの例は、クラスタ内の局のサイズまたは数が縮小できる。また、互いの間の干渉がないか、または限られた信号干渉を有する局を１つのグループ内に置くことができる。図５は、クラスタまたは局の間における干渉のレベルに従ってクラスタまたは局をグループ化する例を図解している。詳細に述べれば、互いに干渉しないか、または有意な干渉がない２またはそれを超える数のクラスタをまとめて１つのグループにグループ化できる。また、互いに干渉する２またはそれを超える数のクラスタは、異なるグループ内に置くことができる。

本発明の１つの例において、同一グループ内の異なるクラスタが、クラスタ依存コントロール信号およびユーザ・データ等の、クラスタごとに異なることがあるクラスタ依存信号を送信することができる。上で例示したグループ化の性質に起因して、異なるクラスタからのクラスタ依存信号は互いにまったく、またはほとんど干渉しない。したがって、１を超える数のセットのデータまたは信号を同時に送信して、より良好な帯域幅利用を提供できる。図６は、この概念を基礎として設計されることが可能な例示的なデータ構造を図解している。図６を参照すると、グループに割り付けられたリソースは、同一グループ内のほかのすべてのクラスタによって独立に使用されることができる。言い換えると、異なるクラスタであるが、同一グループの局は、同一のチャンネルまたは同一の帯域幅を再使用して異なるセットのデータまたは信号を転送できる。いくつかの例においては、クラスタ化およびグループ化を組み合わせるテクニックが、頻繁なハンドオーバを低減するか、かつ／または無線リソースの利用度を改善することができる。

当業者によって認識されることになろうが、上に述べられている例に対する変更は、その広い発明概念から逸脱することなしに可能である。したがって、開示されている特定の例または実施態様に本発明が限定されることはなく、むしろ付随する特許請求の範囲によって定義されているとおりの本発明の精神および範囲内における修正が保護される意図であることが理解されるものとする。

従来技術における例示的なデータ構造を示した説明図である。 クラスタ化処理を適用しないＭＲ適合モードのための例示的なデータ構造を示した説明図である。 例示的なクラスタ化処理を示した説明図である。 別の例示的なクラスタ化処理を示した説明図である。 例示的なクラスタ化の実装を伴うＭＲ適合モードのための例示的なデータ構造を示した説明図である。 例示的なクラスタ化およびグループ化処理を示した説明図である。 例示的なクラスタ化およびグループ化の実装を伴うＭＲ適合モードのための例示的なデータ構造を示した説明図である。

Claims (7)

1. 無線通信を提供する方法であって：
   少なくとも１つのチャンネルを介して無線で信号を送信するために構成された多数のマルチホップ中継局を提供すること；
   前記マルチホップ中継局を少なくとも２つのクラスタに分けること、およびそれにおいて各クラスタ内の前記マルチホップ中継局が、前記クラスタに対応する信号を同時に同一のチャネルを使用して送信するべく協働して機能するために構成されていることを包含する方法。
2. 前記マルチホップ中継局は、トランスペアレントな中継局および非トランスペアレントな中継局のうちの１つを構成する、請求項１に記載の方法。
3. 前記クラスタに対応する信号は、前記クラスタ内の前記マルチホップ中継局のための単一セットの信号である、請求項１に記載の方法。
4. 前記信号は、プリアンブル、ＭＡＰメッセージ、およびデータのうちの少なくとも１つを包含する、請求項１に記載の方法。
5. さらに、前記クラスタを少なくとも２つのグループにグループ化することを包含し、同一グループ内であるがクラスタの異なる前記マルチホップ中継局が、前記同一のチャンネルを介してクラスタ依存信号を独立に送信するべく機能するために構成される、請求項１に記載の方法。
6. 前記同一グループ内の前記マルチホップ中継局は、前記マルチホップ中継局間の信号送信干渉を回避するために構成される、請求項５に記載の方法。
7. 前記クラスタに対応する信号は、前記クラスタ内の前記マルチホップ中継局のための単一セットの信号である、請求項５に記載の方法。
   

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