JP5538400B2 - 移動通信ネットワークに用いる方法と装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数のアンテナを備えた移動通信ネットワークに用いる方法と装置に関する。特に、本発明は、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミング/プリコーディングのための複数のUE固有の参照信号の設計に関する。
マルチアンテナ技術は、現代の無線通信システムにおいて、大容量化とサービスエリア拡大を含めたシステム性能の向上ならびに提供サービスの改善を実現するうえで重要な役割を果たす。マルチアンテナ技術の実装に伴う1つの課題は、送信機または受信機でのチャネル状態情報(CSI)の取得である。一般に、チャネルは、所定のトレーニング系列を通じて推定することができ、この系列はしばしば参照信号と呼ばれる。下りリンク伝送を例にとると、基地局は参照信号を携帯端末に伝送し、チャネル行列を受信機側で推定できるようにするべきである。推定されたこのチャネル行列を用いて、コヒーレント変調を実行できる。その結果、潜在的なビームフォーミングゲイン、空間ダイバーシチゲインおよび空間多重ゲインが得られる。それに加えて、参照信号をチャネル品質の測定に使用して、リンクアダプテーションをサポートすることができる。直交周波数分割多重(OFDM)伝送の場合、参照信号の単純な設計としては、既知の参照信号をOFDM時間周波数グリッドに挿入する。
3GPP技術仕様書である3GPP TS 36.211 V8.3.0 (2008-05), “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation”、3GPP TS 36.212 V8.3.0 (2008-05) “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding”および3GPP TS 36.213 V8.3.0 (2008-05) “Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures”においては、2種類の下りリンク参照信号、すなわち、セル固有の参照信号とUE固有の参照信号が定義されている。(上記の3GPP技術仕様書はLTEリリース8と呼ばれる。)
コードブックベースのマルチストリーム空間多重伝送をサポートしようとする場合、図1に示すように、4つのアンテナポート0から3に対応して、最大4つのセル固有の参照信号が定義される。
コードブックとは、ランクの異なる多数のプリコーディング行列で構成される、予め決められた有限集合である。コードブックベースのプリコーディングでは、ユーザ機器(UE)は、まず複数のセル固有の参照信号に基づいてチャネル行列を推定し、その後UEはすべてのプリコーディング行列について網羅的な検索を行い、LTEにおいてeNodeBと呼ばれる基地局に対して、特定の基準、たとえばシステムスループットの最大化等に基づいて好ましいプリコーディング行列インディケータ(PMI)を報告する。PMIは、eNodeBで上書きできることに留意されたい。留意すべき点として、チャネル行列とは、プリコーディング行列を乗じることによるプリコーディング済みチャネル情報を指し、すなわち、Y=HWであり、式中、Yはプリコーディング済みチャネル行列、Hはチャネル行列、およびWはプリコーディング行列である。
しかしながら、ノンコードブックベースのシングルストリームビームフォーミング伝送をサポートしようとする場合、図2に示すように、アンテナポート5でUE固有の参照信号が1つだけ定義されて、この信号は対応する物理下りリンク共有チャネル(PDSCH)がマッピングされたリソースブロックでのみ伝送される。
ノンコードブックベースのプリコーディングでは、UE固有の参照信号とデータ信号の両方に適用されるプリコーディングウェイト行列は、コードブックセットから読み出されるのではなく、たとえば固有周波数分解ベースまたは到来方向ベースの基準をはじめとするいくつかの基準に関してeNodeBにより直接計算される。TDD(時分割復信)システムにおいては、チャネル相互依存性により、ノンコードブックベースのビームフォーミング/プリコーディングはさらに上りリンクフィードバックを減少させ、ビームフォーミングゲインを改善することができる。
LTEシステムの下りリンク伝送では、コードブックベースのプリコーディングとノンコードブックベースのビームフォーミング/プリコーディングの両方が、最大4本の伝送アンテナについてサポートされる。
コードブックベースのマルチストリーム空間伝送間の伝送モード切替は、より高いレイヤの信号伝送を通じて半静的に構成される。
しかしながら、将来の通信システム、たとえばLTD−Advanceは、より高い性能目標を達成するために、さらに多くの伝送アンテナを使用する可能性がある。特に、たとえば8本の伝送アンテナを装備したシステムの場合、プリコーダと参照信号の点で、現在のコードブックベースのプリコーディングを拡張する必要がある。
これに対して、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングは、将来の無線通信システムにとって最も重要な候補技術の一つと考えられる。この高度なマルチアンテナ技術は、受信信号対ノイズ比(SNR)改善のためのビームフォーミングゲインと、ピーク時データ速度改善のための多層伝送を同時に利用することができる。コードブックベースの空間多重伝送と比較して、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングは、シグナリングオーバーヘッドの低減と性能向上という利点を有する可能性がある。
しかしながら、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングをサポートするためには、複数のUE固有の参照信号を、最小限の労力で、特に既存のアンテナポート5とLTEリリース8に定義されているUE固有の参照信号に基づいて定義することが必要である。
本発明は、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミング/プリコーディングをサポートするために複数のUE固有の参照信号を利用できるように、直交UE固有の参照信号を設計する装置と方法に関する。これは、既存のUE固有の参照信号を再利用して、この既存のUE参照信号と直交する他のUE固有の参照信号を取得することによって実現される。
そこで、本発明の第一の態様によれば、移動通信ネットワークのネットワークノードにおいて使用される方法が提供される。ネットワークノードは、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングを利用する複数のアンテナポートを含むアンテナに関連付けられる。この方法においては、第一のUE固有の参照信号が第一のアンテナポートに印加され、この第一のUE固有の参照信号が再利用されて、あるアンテナポートに直交に印加される。このアンテナポートは第一のアンテナポートと同じでもよく、この場合、再利用されたUE固有の参照信号はUE固有の参照信号の第一の集合と同じ時間周波数リソースエレメントにおいて符号分割多重化され、また、アンテナポートは第二のアンテナポートでもよく、この場合は、再利用されたUE固有の参照信号はUE固有の参照信号の第一の集合とは異なる時間周波数リソースエレメントにおいて多重化される。
本発明の第二の態様によれば、移動通信ネットワークのネットワークノードが提供される。このネットワークノードは、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングを利用する複数のアンテナポートを含むアンテナに関連付けられる。さらに、このネットワークノードは、第一のアンテナポートに第一のUE固有の参照信号を印加し、第一のUE固有の参照信号を再利用して、あるアンテナポートに直交に印加されるように構成されたプロセッサを含む。
あるセルの中の複数のUE固有の参照信号の直交性を保持するために、各種の実施形態が提案されているが、これらには、たとえばオーバーヘッド、チャネル推定性能等の面で幾分かの犠牲が伴う。これらの実施形態は、以下のような3つのカテゴリに分類することができる。
性能の面から、この実施形態において、複数のUE固有の参照信号が異なる時間周波数リソースエレメントにおいて多重化される。これは、複数のアンテナポートが既存のUE固有の参照信号を再利用する方式1で使用される。
オーバーヘッドの面から、別の実施形態において、複数のUE固有の参照信号が、割り当てられたリソースブロック内のリソースエレメントの集合において符号分割多重化されて、同じアンテナポート5を共有する。マルチストリーム伝送の要求によって、動作点(operating point)はより高いSNRへと移行し、それが、複数のUE固有の参照信号を分離して、チャネル推定精度/性能を向上させるのに役立つ。これは方式2から4で使用される。方式2においては、既存のUE固有の参照信号の巡回シフトが、新たなUE固有の参照信号に使用される。方式3では、既存のUE固有の参照信号に基づく直交カバー(orthogonal cover)が新たなUE固有の参照信号に使用され、方式4では、空間周波数ブロック符号(SFBC)が既存のUE固有の参照信号に適用されて、新たなUE固有の参照信号が取得される。さらに、オーバーヘッドと性能との間で妥協が必要な場合は、方式1と方式2から4のうちの少なくとも1つとを組み合わせたものも利用できる。
受信機では、異なるストリームを変調し、復号するために使用される有効なチャネル状態情報は、複数のUE固有の参照信号、たとえばパイロット信号を通じて推定することができる。
本発明の実施形態の利点は、ノンコードブックベースのマルチストリーム下りリンク伝送をサポートできることである。異なるストリームを変調し、復号するために使用される有効なチャネル状態情報は、複数のUE固有の参照信号を通じて推定することができる。
本発明の実施形態の別の利点は、複数のUE固有の参照信号を生成するための複雑さが軽減されることであり、これは、より多くのアンテナポートまたは単純な操作が既存のEU固有の参照信号に基づいているからである。
本発明の実施形態のまた別の利点は、ランクアダプテーション、すなわち、アンテナポートまたはUE固有の参照信号の数を調整するための切替がフレキシブルに行われることである。
本発明の実施形態のさらに別の利点は、効率的なオーバーヘッド削減が行われることである。符号分割多重における複数のUE固有の参照信号はアンテナポート5の中の同じリソースエレメントを共有し、これはすなわち、方式2から4である。さらに、方式5は、オーバーヘッドと性能の両方を考慮する。
本発明の実施形態のさらにまた別の利点は、今後のLTEリリースに容易に導入できることである。複数のUE固有の参照信号を既存のアンテナポート5または既存のUE固有の参照信号に基づいて導入することは容易である。
先行技術による通常のCP(巡回プレフィックス)を有するLTEの複数の下りリンクセル固有の参照信号を示す。 先行技術による通常のCPを有するLTEの1つの下りリンクUE固有の参照信号を示す。 本発明の1つの実施形態による、同じUE固有の参照信号の2つのアンテナポートへの再利用を示す。 本発明の実施形態による、巡回シフトを利用した複数のUE固有の参照信号の生成を示す。 本発明の1つの実施形態による、長さ4の直交カバーによる複数のUE固有の参照信号の生成を示す。 本発明のある実施形態による、2×2のアラモウチ(Alamouti)符号による2つのUE固有の参照信号の生成を示す。 本発明の実施形態による方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による、関連付けられたアンテナポートを有するネットワークノードを概略的に示す。 本発明の実施形態を実装できるLTEネットワークを概略的に示す。
以下に、本発明の好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照しながら本発明をさらに十分に説明する。しかしながら、本発明は、さまざまな形態で実施でき、本明細書に示す実施形態に限定されると解釈するべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を完璧で完全なものとするために提供されており、当業者に対して本発明の範囲を十分に伝えるものである。図面において、同様の符号は同様の要素を指す。
さらに、当業者であれば、本明細書において以下に説明する手段と機能は、プログラムされたマイクロプロセッサまたは汎用コンピュータと一緒に機能するソフトウェアを使って、および/または特定用途集積回路(ASIC)を使って実施してもよいことがわかるであろう。また、本発明は主として方法および装置の形で説明されているが、本発明は、コンピュータプログラム製品ならびに、コンピュータプロセッサとプロセッサに接続されたメモリからなり、そのメモリには本明細書で説明する機能を実行できる1つまたは複数のプログラムが符号化されて記憶されているようなシステムにおいても実施できることがわかるであろう。
図9は、本発明の実施形態を実装できるLong Term Evolution(LTE)ネットワーク900を示している。eNode Bと呼ばれる無線基地局801がコアネットワーク903に接続され、また相互にも接続されている。各eNode B 801は、複数のアンテナポートを含むアンテナ802を有する。eNode Bは、ユーザ機器904と無線通信する。
本発明の実施形態は、LTE(Long Term Evolution)基準に基づく移動通信ネットワークに関連して説明されているが、本発明はLTEに限定されず、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングを可能にするために、複数のUE固有の参照信号を使ったネットワークでも使用できる。
図7のフローチャートによれば、複数のストリームのための複数のUE固有の参照信号を取得するために、第一のUE固有の参照信号が第一のアンテナポートに印加され(701)、第一のUE固有の参照信号が再利用されて、あるアンテナポートに直交に印加される(702)。
方式1と呼ばれる第一の実施形態によれば、再利用された第一のUE固有の参照信号は、第二のアンテナポートで、第一のアンテナポートに印加された第一のUE固有の参照信号とは異なる時間周波数リソースエレメントにおいて多重化される(704)。
LTEリリース8では、上述のように、UE固有の参照信号のためにアンテナポート5が規定されている。この実施形態により、マルチストリーム伝送用に参照信号を再利用するためには、より多くのアンテナポートを定義することができ、UE固有の参照信号のために使用されるリソースエレメントは1つのアンテナポートだけで占有され、これは複数のセル固有の参照信号のマッピングと同様である。たとえば、5から8の4つのアンテナポートは、最大4つのストリームの下りリンクデータ伝送をサポートできる。図3は、説明のためだけに、2つのアンテナポートの基本的構造を示す。これより多くのアンテナポートも同じような設計である。そこで、UE固有の参照信号は、ポート5から、およびポート6から伝送され、UE固有の参照信号に使用されるポート5のリソースエレメント301は、UE固有の参照信号に使用されるポート6のリソース要素302に直交する。
方式1では、アンテナポート間の干渉が回避されるため、より高いチャネル推定精度を実現できることが示唆される。
方式1に対して、方式2から4と呼ばれる別の実施形態によれば、UE固有の参照信号は、割り当てられたリソースブロック内のリソースエレメント集合の中で直交するように符号分割多重化されて(703)、同じアンテナポート(アンテナポート5)を共有し、すなわち、再利用される第一のUE固有の参照信号は第一のアンテナポートに印加され、リソースエレメント集合において再利用された第一のUE固有の参照信号を符号分割多重化する(703)ことによって、第一のUE固有の参照信号と同じ時間周波数リソースエレメントを共有する。
方式2と呼ばれる第二の実施形態によれば、LTEにおけるアンテナポート5の既存のUE固有の参照信号は疑似ランダム系列であるため、複数のUE固有の参照信号は、巡回シフトを導入してUE固有の参照信号の良好な自己相関性(直交性)を保証することによって生成できる。図4は、例として、既存のUE固有の参照信号に基づいて巡回シフトを施した4つの系列を示す。このように、第一のUE固有の参照信号がアンテナポート5に送信される。これに加えて、第二、第三および第四のUE固有の参照信号もまた、アンテナポート5の、第一のUE固有の参照信号と同じリソースエレメント上に印加される。しかしながら、第二のUE固有の参照信号は第一のUE固有の参照信号の巡回形であり、第三のUE固有の参照信号は第二のUE固有の参照信号の巡回形であり、第四のUE固有の参照信号は第三のUE固有の参照信号の巡回形である。留意すべき点として、同様の方法で生成できるUE固有の参照信号は4つより多くても少なくてもよく、すなわち、アンテナポート5は、方式2を採用することにより、複数のUE固有の参照信号を伝送することができ、各参照信号は既存のUE固有の参照信号の巡回シフト形である。
したがって、方式2を採用した結果、方式1よりオーバーヘッドが低減するが、これは同じアンテナポート(たとえば、アンテナポート5)を複数のUE固有の参照信号のために使用でき、また複数のストリームの伝送のために同じ系列が保持できるからであり、すなわち、方式2では符号分割多重方式が使用され、各層は、異なる直交カバーの同じ参照信号を共有できるからである。
さらに、複数のアンテナポートの代わりに、複数のUE固有の参照信号を選択することによって、ランクアダプテーションのためのフレキシブルな切替が可能である。方式2の別の利点は、複数のUE固有の参照信号をフレキシブルに、たとえば異なるシフト間隔で生成できることである。
方式3と呼ばれる別の方式は、方式2と同じ原理に従っており、すなわち、時間周波数領域において符号分割多重化(CDM)された複数のUE固有の参照信号が同じアンテナポートを共有する。複数のUE固有の参照信号の間の直交性を保持するために、長さMの直交符号系列を既存のUE固有の参照信号に適用することができる。UE固有の参照信号の数は、直交符号の長さによって決定される。図5は、4つのUE固有の参照信号の生成を示しており、これらは既存のUE固有の参照信号の長さ4の直交カバーである。このように、第一のUE固有の参照信号がアンテナポート5に送信される([1 1 1 1]の直交カバー)。さらに、第二、第三および第四のEU固有の参照信号も、アンテナポート5の、第一のUE固有の参照信号と同じリソースエレメントに印加される。しかしながら、第二のUE固有の参照信号は第一のUE固有の参照信号の直交カバーであり、直交符号[1 1 −1 −1]が適用される。第三のUE固有の参照信号は、第一と第二のUE固有の参照信号の直交カバーであり、直交符号[1 −1 −1 1]が適用される。第四のUE固有の参照信号は、第一、第二および第三のEU固有の参照信号の直交カバーであり、直交符号[1 −1 1 −1]が適用される。直交カバーの配置は、点線の囲み501によって表示され、例にすぎず、各UE固有の参照信号について推定された領域を示している。
したがって、方式3は同じアンテナポートが共有されるために方式1よりオーバーヘッドが低く、複数のストリームの伝送について、同じ系列を保持することができる。複数のアンテナポートの代わりに複数のEU固有の参照信号を選択することによって、ランクアダプテーションのためのフレキシブルな切替が可能となり、また、たとえば符号長2のWalsh符号、符号長3のDFT符号、符号長4のWalsh符号等、複数のEU固有の参照信号をフレキシブルに生成できる。
方式4と呼ばれる別の方式は、方式2と3と同じ原理に従っており、すなわち、時間周波数領域において符号分割多重化(CDM)された複数のUE固有の参照信号は、同じアンテナポートを共有する。複数のUE固有の参照信号の間の直交性を保持するために、空間周波数領域内の空間周波数ブロック符号(SFBC)を適用して、複数のEU固有の参照信号を生成することができる。SFBC構造の一例として、2×2のアラモウチ行列がある。図6は、2×2のアラモウチ行列602に基づいて2つのUE固有の参照信号を生成することを示しており、2つの隣接するリソースエレメントは、たとえば601としてまとめられる。第一のUE固有の参照信号において、2つの隣接するリソースエレメントは601にまとめられ、SFBC 603がグループ601に適用されて、その結果、第二のUE固有の参照信号603が生成される。
2つのUE固有の参照信号は、たとえば、以下の行列によるSFBCを適用することによって生成できる。XとXは第一のストリームの参照信号であり、X とX は第二のストリームの参照信号である。
Figure 0005538400
3つのUE固有の参照信号は、たとえば、以下の行列によるSFBCを適用することによって生成できる。X、XおよびXは第一のストリームの参照信号であり、したがってX 、X およびX はX1、X2およびX3の複素共役である。
Figure 0005538400
4つのUE固有の参照信号は、たとえば、以下の行列によるSFBCを適用することによって生成できる。X、X、XおよびXは第一のストリームの参照信号であり、したがってX 、X 、X およびX は、X1、X2およびX3の複素共役である。
Figure 0005538400
方式4は同じアンテナポートが共有されるために方式1よりオーバーヘッドが低く、複数のストリームの伝送について、同じ系列を保持することができる。複数のアンテナポートの代わりに複数のEU固有の参照信号を選択することによって、ランクアダプテーションのためのフレキシブルな切替が可能となる。
さらに別の実施形態によれば、方式1は、方式2から4の少なくとも1つと組み合わされる。これを、方式5と呼ぶ。この実施形態で、オーバーヘッドとチャネル推定精度の間で妥協が行われる。たとえば、符号分割多重化された2つのUE固有の参照信号を用いる2つのアンテナポートで、最大4つのストリームの伝送をサポートすることができ、この場合、2つのUE固有の参照信号は、方式2から4のいずれかを使用して生成される。たとえば、1つのUE固有の参照信号が必要な場合(1つのストリームを伝送する)、アンテナポート1を使用してもよく、2つのUE固有の参照信号が必要な場合、アンテナポート5と6を使用してもよい。さらに、3つのUE固有の参照信号が必要な場合、1つの参照信号をアンテナポート5から送信してもよく、2つの参照信号をアンテナポート6から、方式2から4のいずれかを使って送信してもよい。
さらに、本発明は、基地局等のネットワークノード801に関し、このノードは図8に示すように、LTEではeNodeBとも呼ばれる。ネットワークノードは、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングを使って、複数のアンテナポートを含むアンテナ802に関連付けられる。ネットワークノードはプロセッサ803を含み、このプロセッサは、第一のアンテナポート802aに第一のUE固有の参照信号804を印加し、この第一のUE固有の参照信号を再利用してアンテナポート802a;bに直交に印加されるように構成される。
第一の実施形態によれば、プロセッサ803は、再利用された第一のUE固有の参照信号805’を、第二のアンテナポートで、第一のアンテナポートに印加された第一のUE固有の参照信号とは異なる時間周波数リソースエレメントにおいて多重化するように構成される。
別の実施形態によれば、前述のように、プロセッサ803は、再利用された第一のUE固有の参照信号を第一のアンテナポートに印加し、第一のUE固有の参照信号の集合と同じ時間周波数リソースエレメントを共有するように構成されている。複数のUE固有の参照信号の間の直交性は、これらの実施形態においては、再利用された第一のUE固有の参照信号805を、あるリソースエレメントの集合において符号分割多重化するように構成されたプロセッサ803によって実現される。
留意すべき点として、ネットワークノード801はまた、他の標準的デバイスを含む。しかしながら、これらのデバイスは本発明に不可欠とは考えられず、そのため、図に示されず、すなわち詳しくは説明されていない。
本発明は、上記の好ましい実施形態に限定されない。各種の変更、改良および等価物を使用してもよい。したがって、上記の実施形態を、本発明の範囲を限定するものと解釈するべきではなく、本発明の範囲は付属の特許請求範囲で定義される。

Claims (8)

  1. 移動通信ネットワークのネットワークノードで用いる方法であって、前記ネットワークノードは、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングを用いる複数のアンテナポートを含むアンテナに関連付けられ、前記方法は、
    −第一のユーザ機器(UE)固有の参照信号を第一のアンテナポートに印加するステップと、
    −前記第一のUE固有の参照信号を再利用して、あるアンテナポートに直交に印加されるようにするステップと、
    を含み、
    前記再利用された第一のUE固有の参照信号は、前記第一のUE固有の参照信号の集合に基づいて空間周波数ブロック符号化が施されている、方法。
  2. 前記再利用された第一のUE固有の参照信号は、第二のアンテナポートで、前記第一のアンテナポートに印加された前記第一のUE固有の参照信号とは異なる時間周波数リソースエレメントにおいて多重化される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記再利用された第一のUE固有の参照信号は前記第一のアンテナポートに印加され、前記第一のUE固有の参照信号の集合と同じ時間周波数リソースエレメントを共有する、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第一のUE固有の参照信号を再利用するステップは、
    −前記再利用される第一のUE固有の参照信号を、リソースエレメントの集合において符号分割多重化するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。
  5. 移動通信ネットワークのネットワークノードであって、前記ネットワークノードは、ノンコードブックベースのマルチストリームビームフォーミングを使用する複数のアンテナポートを含むアンテナに関連付けられ、前記ネットワークノードは、第一のユーザ機器(UE)固有の参照信号を第一のアンテナポートに印加し、前記第一のUE固有の参照信号を再利用して、あるアンテナポートに直交に印加されるようにするように構成されたプロセッサを含み、前記再利用された第一のUE固有の参照信号は、前記第一のUE固有の参照信号に基づいて空間周波数ブロック符号化が施されている、ネットワークノード。
  6. 前記プロセッサは、前記再利用された第一のUE固有の参照信号を、第二のアンテナポートで、前記第一のアンテナポートに印加された前記第一のUE固有の参照信号とは異なる時間周波数リソースエレメントにおいて多重化するように構成されている、請求項に記載のネットワークノード。
  7. 前記プロセッサは、前記再利用された第一のUE固有の参照信号を前記第一のアンテナポートに印加して、前記第一のUE固有の参照信号の集合と同じ時間周波数リソースエレメントを共有するように構成されている、請求項またはに記載のネットワークノード。
  8. 前記プロセッサは、前記再利用された第一のUE固有の参照信号を、リソースエレメントの集合において符号分割多重化するようにさらに構成されている、請求項に記載のネットワークノード。
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