JP2006121703A - 複数の送受信アンテナを備える移動通信システムにおける高速のデータ通信のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多重送受信アンテナを有する移動通信システムにおいて、経路損失を有しない高速のパケットデータを送受信する装置及び方法を提供する。
【解決手段】移動端末機が高速のデータを支援するためには、基地局がフィードバック情報を使用して、送信アンテナの数と受信アンテナの数との相関関係を把握して中継送信方式を設定するか否かを決定する。基地局は、設定された中継送信方式に従って、送信アンテナの数が受信アンテナの数よりも大きい場合に、移動端末機のサービス品質を満足するか否かを確認する。移動端末機のサービス品質を満足することができない場合に、基地局は、移動端末機に隣接した特定の中継局グループを介して高速のデータを送信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動通信システムにおいて、高速パケットデータを送受信する装置及び方法に関し、特に、複数の送受信アンテナを備える移動通信システムにおいて、高速のパケットデータを送受信する装置及び方法を提供する。

現在、移動通信システムは、マルチメディアサービスを支援するために、５ＧＨｚ以上の無線広帯域通信システムに発展している。例えば、無線ローカルエリアネットワーク（Local Area Network；ＬＡＮ）は、別途の許可なしに使用することができる周波数帯域に該当する産業、科学、及び医療用（Industrial，Scientific & Medical；ＩＳＭ）の帯域である２４ＧＨｚで動作する。この場合に、システムのリンクレベルの性能は、すなわち、周波数の効率性は、チャンネル当たりの１０ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ以上を要求する。

これを達成するために、移動通信システムは、多重入力多重出力（Multiple-Input Multiple-Output；ＭＩＭＯ）方式を提案する。上記ＭＩＭＯに基づく移動通信システムは、高速の大容量サービスに従う周波数効率を満足させることができる通信方式として考慮されている実情である。しかしながら、一般的に、移動端末機（ＭＳ）は、１つのアンテナから構成される。この場合に、１つのアンテナは、実質的に上記ＭＩＭＯ方式に適用されることができないという問題点がある。このような問題点は、図１を参照してさらに具体的に説明する。

図１は、従来の多重送信アンテナを使用する送信の構造を示す図である。
図１を参照すると、基地局（送信部）と移動端末機（受信部）との間にＭＩＭＯ方式を適用して、周波数の効率性を向上させる。上記ＭＩＭＯ方式が送信部／受信部に使用される場合に、移動通信システムで空間次元の付加的な自由度（degrees of freedom）が提供される。上記自由度に関連して、上記ＭＩＭＯ方式は、下記２種類の時空間処理方法を提供する。

一番目の方法において、時空間符号化を使用することによって、チャンネリングの信頼度を改善させる。すなわち、上記時空間符号化方式は、通信チャンネルでのダイバーシティを用いてフェージングの効果に対応する。
二番目の方法において、空間多重化（spatial multiplexing）方式は、周波数の効率性を向上させる。すなわち、上記空間多重化方式は、付加的に帯域幅又は電力を割り当てる必要なしに、高速のデータを同時に送受信することができる。

従来のＭＩＭＯ方式は、上記基地局の送信アンテナの数が移動端末機の受信アンテナの数よりも小さくなければならないという技術的な制約を有する。すなわち、従来のＭＩＭＯ方式は、上記送信アンテナの数に関連した技術的な制約によって、高速のデータ通信に適合せず、周波数の効率性及びシステムの性能を劣化させるという短所がある。受信アンテナの数が上記送信アンテナの数よりも大きい場合のみに、上記送信されたシンボルを低い複雑度で検出することが可能である。これは、受信側の移動端末機が従来のヌリング及びキャンセリング（Nulling and Cancelling）検出方式を使用するためである。

すなわち、上記ＭＩＭＯシステムにおいて、それぞれのアンテナに対する空間領域の区別が必要であり、このために、何の相関関係もない独立したチャンネル特性が要求される。しかしながら、受信アンテナの数が送信アンテナの数よりも小さい場合に、上記移動端末機は、アンテナ間の独立したチャンネル特性を保証することが難しい。また、受信アンテナの数が送信アンテナの数よりも小さい場合には、移動端末機の性能が格段に劣化する。

例えば、図１のＭＩＭＯシステムが二番目の方法に従って空間多重化（Spatial Multiplexing）方式を使用する場合に、送信アンテナ１０２，１０４，１０６は、相互に異なるシンボルＳ_１，Ｓ_２，．．．，Ｓ_Ｍを同時に送信する。すなわち、送信アンテナ１０２は、シンボルＳ_１を送信し、送信アンテナ１０４は、シンボルＳ_２を送信し、送信アンテナ１０６は、シンボルＳ_Ｍを送信する。

このとき、図１に示すように、送信アンテナの数がアンテナ１５２，１５４，１５６のような受信アンテナの数と同一である場合に、多重経路チャンネルは、線形的に動作する。
すなわち、周波数が５ＧＨｚを超過する場合に、十分なチャンネル分散効果に依存するＭＩＭＯシステム技術を実現する際において問題が発生する。これは、周波数帯域が高い場合に、伝播チャンネルが徐々に可視化（line of sight）チャンネルになるので、相関度が増加するためである。すなわち、多重経路がないチャンネル状況で、ＭＩＭＯチャンネルの行列の係数は、“１”に設定され、上記チャンネルは、実際的に、空間多重方式が適用されることができないという短所がある。

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、多重送受信アンテナを備える通信システムにおいて、上記多重送受信アンテナをグループ化して、通信容量を増加させることができる送信装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、多重送受信アンテナを備える移動通信システムにおいて、チャンネル共分散行列を用いて、チャンネルに適応的な送信アンテナをグルーピングする装置及び方法を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、多重送受信アンテナを備える移動通信システムにおいて、基地局が多重送受信アンテナをグループ化し、上記グループ化された送信アンテナ間に空間多重化を遂行する装置及び方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の１つの特徴によれば、Ｍ個の送信アンテナを有する基地局とＮ個の受信アンテナを有する移動端末機とを備える移動通信システムにおける高速のデータを支援する方法は、上記Ｍ個の送信アンテナと上記Ｎ個の受信アンテナとの相関関係を考慮して、中継ネットワークを設定するか否かを決定するステップと、上記設定された中継ネットワークが上記移動端末機のデータの品質を満足するか否かを確認するステップと、上記データの品質を満足させることができない場合に、上記中継ネットワークのうちから最初の経路損失を有する中継ネットワークを検索し、上記検索された中継ネットワークを介して上記高速のデータを送信するステップとを具備することを特徴とする。

本発明の他の１つの特徴によれば、複数の送信アンテナを有する基地局と複数の受信アンテナを有する移動端末機とを備える移動通信システムにおける移動端末機が高速のデータを支援する方法は、基地局がフィードバック情報を使用して上記送信アンテナの数と受信アンテナの数との相関関係を把握し、中継送信方式を設定するか否かを決定するステップと、上記設定された中継送信方式に従って、上記送信アンテナの数が上記受信アンテナの数よりも大きい場合に、上記移動端末機のサービス品質を満足するか否かを確認するステップと、上記移動端末機のサービス品質を満足することができない場合に、上記移動端末機に隣接した特定の中継局グループを介して上記高速のデータを送信するステップとを具備することを特徴とする。

本発明のまた他の特徴によれば、複数の送信アンテナを有する基地局と複数の受信アンテナを有する移動端末機とを備える移動通信システムにおける移動端末機が高速のデータを支援する送信部は、フィードバック情報を使用して、送信アンテナの数と受信アンテナの数との相関関係を把握して、中継送信方式を設定するか否かを決定する中継ネットワーク制御器と、上記中継ネットワーク制御器の制御信号に応じて、上記送信アンテナの数が上記受信アンテナの数よりも大きい場合に、上記受信アンテナの数を考慮して、時空間符号化を遂行する符号化器と、上記中継ネットワーク制御器の制御信号に応じて、上記移動端末機のサービス品質を満足するように、上記移動端末機の受信アンテナのチャンネル性能を保証するために加重値を適用するビームフォーマとを具備することを特徴とする。

本発明は、移動端末機の受信アンテナの数に関係なしに、チャンネルリンク及びシステムの容量を非常に増加させることができ、また、ノード間のリンクを介してＭＩＭＯチャンネル行列係数を増加させ、上記チャンネル行列係数の増加に従って、高速のデータサービスを提供することができる。さらに、本発明は、サービス可能な通信領域を拡張させ、ネットワークの総送信電力を減少させることができ、なお、無線チャンネル上の経路損失を格段に減少させることができるという長所がある。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。そして、下記に説明する用語は、本発明での機能を考慮して定義されたもので、これは、設計者の意図及び慣例などに従って変更されることができる。従って、その用語は、本明細書の全般にわたった内容に基づいて定義されることができる。

移動通信システムは、高速のデータサービスを保証することができる通信方式を要求する。多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）方式が送信部／受信部に使用される場合に、移動通信システムにおけるデータの処理容量を格段に増加させることができる。
本発明の望ましい実施形態は、上記ＭＩＭＯ方式の使用によって、可視化（line of sight）チャンネル環境で、ＭＩＭＯチャンネルの行列係数が小さくなるので、十分なデータの処理容量を保証することができない場合に発生する問題点を解決するために、増幅及び送信動作を遂行する中継送信方式を使用して、上記ＭＩＭＯチャンネルの行列係数を増加させる。

すなわち、本発明の望ましい実施形態は、基地局（送信部）と移動端末機（受信部）の中継局との間の接続を介してサービスすることができる範囲を拡張し、物理階層の側面からみて、中継チャンネルの内部的なダイバーシティ利得も増加させる。
本発明の望ましい実施形態において、上記中継送信方式を適用する場合に、一番重要な点は、有効な中継局間の通信を支援するためのアイドル（idle）状態の移動端末機、反復器（repeater）として動作する中継局、及び無線ＬＡＮのようなネットワークの構成が必須的である。上記中継送信方式において、中継局は、増幅及び送信（amplify and forward）方式を採択し、別途の復号動作を要求せず、信号処理に必要な電力を使用しないので、低電力で動作することができる。

図２は、本発明の望ましい実施形態による中継送信方式を使用する送受信の構成を示す図である。
図２を参照すると、中継局（node）の４つの形態は、基地局（Base Station；ＢＳ）２００、連係中継局（Relay Station）２１０，２２０，２３０、目標移動端末機（Target Station）２５０、及び直接連係端末機（Direct Station）２５０のような送信部２００である。ここで、直接連係端末機２５０は、基地局２００に接続された移動端末機である。できるだけ、すべての移動端末機は、相互に異なる移動端末機のための中継機能を遂行することができる。すなわち、各移動端末機は、基地局２００と独立して通信することができる同時に、他の中継局２１０，２２０，２３０及び他の移動端末機と通信することもできる。この場合に、各中継局に同時にリンクされることができる最大の目標移動端末機の数を制限することが望ましい。

直接送信方式は、全く中継局を通過することなく、基地局から移動端末機に直接接続するための単一のホップ（single-hop）に基づく送信方式である。一方、上記中継送信方式は、多重ホップ（multi-hop）を使用する中継局をリンクするための送信方式である。このとき、中継ネットワークを構成する場合には、経路損失を最小にし、デッドスポット（dead-spot）を克服することができるように、中継局を構成することが必要である。上記中継局は、情報を受信して、上記受信された情報を次の中継局又は移動端末機へ再送信する。

図２をさらに参照すると、基地局２００の送信アンテナの数が４であり、移動端末機の受信アンテナの数が１である場合に、基地局２００から移動端末機へ直接送信方式にてデータを送信する。すなわち、基地局２００の送信アンテナ２０２は、Ｓ_１を送信し、送信アンテナ２０４は、Ｓ_２を送信し、送信アンテナ２０６は、Ｓ_３を送信し、送信アンテナ２０８は、Ｓ_４を送信する。

そして、中継局に該当する連係中継局１・２１０，２・２２０，３・２３０は、中継送信方式を使用する。すなわち、基地局２００は、送信アンテナ２０２を介して連係中継局１・２１０にシンボルＳ_１を送信し、送信アンテナ２０４を介して連係中継局１・２１０にシンボルＳ_２を送信し、送信アンテナ２０６を介して連係中継局１・２１０にシンボルＳ_３を送信し、送信アンテナ２０８を介して連係中継局１・２１０にシンボルＳ_４を送信する。このような基地局２００の動作は、連係中継局２・２２０及び連係中継局３・２３０で反復される。

従って、移動端末機２５０は、１つの受信アンテナ２５２から構成されているが、仮想的に、４つの受信アンテナを使用する効果を得ることができる。すなわち、チャンネルの行列係数を“１”から“４”に増加させることが可能であることを分かる。
上述したように、中継送信方式は、仮想的なアンテナ配列を介して構成され、チャンネルの容量は、従来のＭＩＭＯチャンネルの容量と同一である。このとき、中継送信方式を支援するネットワークは、下記のようなケースのように、送信アンテナの数及び受信アンテナの数を考慮してシステム性能を保証する。

ケース１．送信アンテナの数＞受信アンテナの数：送信アンテナの数が受信アンテナの数を超過する場合に、チャンネル容量の曲線は、速く飽和する。従って、複数の中継局の使用は、資源の浪費になることがある。
ケース２．送信アンテナの数＜受信アンテナの数：送信アンテナの数を固定させ、受信アンテナの数を増加させる場合に、容量の曲線は、代数的に増加する。従って、上記増加された受信アンテナの数によって受信ダイバーシティ利得を十分に得ることができる。
ケース３．送信アンテナの数＝受信アンテナの数：送信アンテナの数及び受信アンテナの数が等しく増加する場合に、チャンネル容量の曲線も線形的に増加する。

すなわち、中継ネットワークは、上記送信アンテナの数及び受信アンテナの数に従うチャンネル行列の係数の増加及び資源の浪費を考慮して、送信が可能なデータの比率を増加させ、高速のデータサービスを支援する。

図３は、本発明の望ましい実施形態による中継局の構成を概略的に示すブロック図である。
中継局は、活性化状態の移動端末機が受信信号の再送信を支援するための１つ又はそれ以上のアイドル状態のノード（idle nodes）、又は、図２の送信部から送信された信号を伝達する目的の連係局（special relays）に区別することができる。移動端末機は、上記受信された信号を再送信するための中継局の機能を遂行することもでき、別途の連係局を設定することもできる。

図３を参照すると、中継局は、データ受信部３００と、増幅部３１０と、送信部３２０とから構成される。
受信部３００は、送信部から送信されたデータを受信する。増幅部３１０は、上記受信された信号を増幅して、受信部が上記送信されたデータを保証するようにする。送信部３２０は、上記増幅された信号を送信する。送信部３２０は、１つの送信アンテナを備えて、上記信号を送信する。このとき、上記送信アンテナは、全方向アンテナである。すなわち、中継局は、増幅部３１０を備えて増幅及び送信（amplify and forward）動作を遂行し、上記増幅及び送信動作は、低い消費電力で遂行されることができる。上記中継局は、無線ＬＡＮ又は高性能無線ローカルエリアネットワークタイプ２（high-performance LAN type 2；ＨｉｐｅｒＬＡＮ２）の直接モードを使用して動作することもできる。

例えば、Ｍ個の送信アンテナ、Ｎ個の受信アンテナ、及びＲ個の中継局のシステムにおいて、上記Ｒ個の中継局は、受信部が望むデータレート又はサービス品質（ＱｏＳ）を保証することができるように、チャンネル行列の係数を増加させる。
図３に示すように、中継局は、第１のタイムスロット３５０の間には、データを受信し、第２のタイムスロット３６０の間には、上記受信されたアナログ信号を増幅して送信する。

図４は、本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを備えた移動通信システムを示す図であり、図５は、図４の中継ネットワークを備えたシステムにおける中継ネットワーク制御器の動作を示すフローチャートである。
図４及び図５を参照すると、基地局４００は、４本の送信アンテナ４０２，４０４，４０６，４０８を備え、移動端末機４５０は、２本の受信アンテナ４５２，４５４を備える。このとき、基地局４００は、上記４本の送信アンテナを介して相互に異なるデータを送信することができ、移動端末機４５０は、高速のデータサービスを支援する。

ステップ５１０で、基地局４００は、自身のノードに備えられた４本の送信アンテナ４０２，４０４，４０６，４０８及び移動端末機４５０の受信アンテナ４５２及び４５４の数を把握してデータレートを把握する。ステップ５２０で、基地局４００は、移動端末機４５０のデータ送信速度を把握して、上記データサービスのための直接送信方式及び中継送信方式を決定する。また、上記選択された送信方式に従って符号化方式を決定する。

移動端末機４５０が高速のデータサービスを支援すると、ＭＩＭＯ方式、ＢＬＡＳＴ（Bell Laboratories Layered Space-Time）、ＰＡＲC（Per Antenna Rate Control）、ＰＳＲＣ（Per Stream Rate Control）方式を適用する。一方、移動端末機４５０が低速の端末機である場合に、ＳＴＴＤ（Space-Time Transmit Diversity）、Ｄ−ＳＴＴＤ（double STTD）、又はアンテナ選択方式を適用する。すなわち、移動端末機４５０が低速のデータサービスを要求する場合には、本発明の実施形態による中継送信方式よりは、直接送信方式を選好する。

一方、移動端末機４５０が高速の端末機である場合に、基地局４００は、上記送信アンテナに対して、時空間ブロック符号化方式（Space-Time Block Coding）を適用するか、又は、チャンネル性能が良い２本のアンテナを選択してターンオンさせ、残りの２本のアンテナをターンオフさせる。
このとき、上記中継送信方式を適用する場合に、基地局４００は、次のような事項を考慮しなければならない。

１．中継局が密集されている場合に、中継送信方式のチャンネル容量は、直接送信方式のチャンネル容量よりも小さくなる。
２．中継送信方式は、システムレベルで、全体のデータレートを増加させるためには、付加的な中継局を使用してデータを送信しなければならない。
３．中継送信方式は、直接送信方式に比べて中継局の数が増加する場合に、上記増加した中継局の数に相当する十分な信号電力対干渉及び雑音電力比（Signal to Interference plus Noise Ratio；ＳＩＮＲ）が保証されなければならない。

ステップ５３０で、基地局４００及び移動端末機４５０が可視界状況にあるので、受信アンテナ間の相関関係が非常に大きい場合には、基地局４００は、上記受信アンテナ間の相関関係を考慮して、上記中継送信方式を選択する。又は、基地局４００と移動端末機４５０との地理的な距離が遠いから、多重経路による経路損失が大きい場合に、上記中継送信方式の選択が可能である。又は、移動端末機４５０の受信アンテナの数に従って、チャンネル行列が小さい場合に、上記中継送信方式の選択が可能である。

例えば、移動端末機４５０の受信アンテナの数が基地局４００の送信アンテナの数と同一であるか、又は大きい場合にも、中継局を使用する中継送信方式を必要とする。上記移動端末機が障害物４３０によってデッドスポット（dead-spot）に位置する場合に、上記中継送信方式を必要とする。そして、中継局グループ４１０及び４２０は、ＨｉｐｅｒＬＡＮ２、無線ＬＡＮ、又は個人端末機のグループによって形成することができる。

このとき、ステップ５４０で、基地局４００は、上記送信アンテナの数及び移動端末機４５０の受信アンテナの数を比較するか、サービス品質を考慮して中継送信方式を選択する。このとき、上記送信アンテナの数をＭであるとし、上記受信アンテナの数をＮであると仮定すると、上記ＭがＮよりも大きい場合に、基地局４００は、ステップ５５０に進行して、中継ネットワークを構成し、上記中継ネットワークを介してデータを送信する。一方、Ｍ≦Ｎである場合に、基地局は、上記過程を終了する。本発明の実施形態では、上記中継送信方式は、上記送信アンテナの数、すなわち、４が受信アンテナの数、すなわち、２よりも大きく、移動端末機４５０が高速のデータサービスを要求するので、上記中継送信方式が要求される。

ステップ５６０で、基地局は、中継送信方式が選択される場合に、移動端末機グループ、ＨｉｐｅｒＬＡＮ２、又は無線ＬＡＮを中継局グループとして設定する。その後に、上記設定された中継局グループのうちから、実際使用されるグループを選択する。すなわち、図４において、中継局グループ１・４１０が選択される場合に、上記グループ内の中継局１・４１２、中継局２・４１４、中継局３・４１６、及び中継局４・４１８のうちから使用される中継局を選択する。一方、中継局グループ２・４２０が選択される場合に、中継局５・４２２、中継局６・４２４、及び中継局７・４２６うちから使用される中継局を選択する。

ステップ５７０で、上記選択された中継局を介して上記中継送信方式に従ってデータを送信する場合に、上記移動端末機のＱｏＳを満足させることができるか否かを検査する。ステップ５７０で、上記選択された中継局が移動端末機のＱｏＳを満足させると、上記中継局を維持し、基地局と移動端末機との間のデータ送信を開始する。しかしながら、上記ＱｏＳを満足させなければ、上記ＱｏＳを満足させることができる中継ネットワークがあるか否かを検索する。

上述したように、上記中継送信方式の長所を要約すると、下記の通りである。
送／受信アンテナの数と無関係に高速のデータサービスが容易に提供され、上記高速のデータサービスを支援する範囲が拡張される。また、基地局の送信電力が減少され、デッドスポット及びアドホック（ad-hoc）網の克服が可能である。さらに、上記高速のデータサービスが距離が遠いところに位置した移動端末機に提供される場合に、経路損失が減少される。

図６は、本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを構成する過程を示すフローチャートである。
図６を参照すると、基地局は、送信アンテナの数及び受信アンテナの数を考慮して、すなわち、上記受信アンテナと送信アンテナとの相関関係を考慮して、上記中継送信方式を選択する場合に、ステップ６１０で、高速のデータを受信する移動端末機に隣接した移動端末機グループが存在するか否かを確認する。このとき、隣接した移動端末機グループが存在しない場合に、連係中継局グループが存在するか否か、又は、アイドル状態の移動端末機グループが存在するか否かを確認する。このとき、ステップ６２０で、中継局を選択するための中継局グループが存在すると、ステップ６３０で、上記アイドル状態の中継局が上記中継局グループから選択される。ステップ６４０で、基地局は、上記経路損失が最小になることができるように最適の経路を選択して、中継ネットワークを設定する。

図７は、本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを使用する送信部の構成を概略的に示すブロック図である。
図７を参照すると、送信部の符号化器７００は、フィードバックされたチャンネル品質情報（channel quality indicator；ＣＱＩ）に基づいて、データストリームの時空間符号又は周波数空間ブロック符号化を遂行する。このとき、送信部の変調器７２０は、上記送信アンテナが十分なチャンネルの分散効果を提供するように、アンテナごとに適合したデータ変調方式を設定して遂行する。このとき、上記変調方式を設定する場合に、中継ネットワーク制御器７５０から印加された制御信号に応じて、上記送信アンテナの変調動作及び加重値を制御して、中継送信方式を使用するようにする。

すなわち、上記送信部で考慮しなければならない事項は、次の通りである。上記送信部の時空間変調器７３０は、移動端末機の受信アンテナの受信性能及びアンテナの数に従って、上記送信アンテナに対して時空間ブロック符号化を遂行するか否かを判断し、上記判断の結果に従って上記時空間ブロック符号化を遂行する。また、上記送信部のビームフォーマ７４０は、目標移動端末機に集中的にアンテナビームを形成するために、各アンテナに加重値を適用するか否かを判断して、上記加重値に従ってビーム形成を遂行する。すなわち、上記送信部は、上記Ｎ個の送信アンテナのＳＩＮＲ及び受信アンテナの数を考慮して、送信アンテナを介して送信されたデータの変調動作及び加重値を制御する。

上記送信部は、中継ネットワーク制御器７５０を介して、移動端末機（又は受信部）が要求したＱｏＳを満足させるために送信される信号を制御する。例えば、移動端末機が高速のデータサービスを要求して、アンテナごとに独立したデータを送信する必要があると仮定する。このような場合に、受信アンテナの数が送信アンテナの数よりも小さい場合に、チャンネルの行列係数が送信アンテナの数よりも小さいから、受信システムの性能劣化がひどくなる。従って、正確なデータを検出することができない。このような状況では、中継送信方式が切実に要求される。

従って、上記送信部は、中継ネットワーク制御器７５０を介して移動端末機（又は受信部）の受信アンテナの数、要求されたデータレート、又は上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の相関関係を考慮して、上記中継送信方式を提供する。これは、上記移動端末機の受信アンテナの数を増加させる役割を遂行する。

すなわち、中継ネットワーク制御器７５０は、上記フィードバックされた情報を用いて、直接送信方式にてデータを送信するか、又は、上記移動端末機の行列の係数が上記送信アンテナの数と同一に設定されるように間接送信方式を制御する。このとき、上記フィードバックされた情報は、上記送信アンテナと上記受信アンテナとの間の地理的な距離に関する情報を構成することができる。

下記では、中継ネットワーク制御器７５０の動作をさらに具体的に説明する。
動作１．送受信アンテナの数に基づく中継ネットワークの能動的な管理：中継ネットワーク制御器７５０は、受信アンテナの数を把握して、幾つかの中継局を介してどんな経路を介してデータを送信するかを決定する。この場合に、中継ネットワーク制御器７５０は、上記中継ネットワークを介してチャンネルの行列係数がどのくらい増加するかも確認しなければならない。このとき、受信アンテナの数が送信アンテナの数よりも小さい場合に、受信システムの性能劣化がひどくなることに留意しなければならない。

動作２．送受信アンテナの数に基づく符号化方式の選択：例えば、基地局のアンテナ数が４本であり、受信アンテナの数が２本である場合に、基地局のアンテナを２個ずつまとめて時空間符号化を（Space-Time Coding）遂行することができる。移動端末機（又は受信部）で符号化利得及びダイバーシティ利得を十分に得ることができる場合に、上記時空間符号化を遂行する。

動作３．送受信アンテナの数に基づく送信アンテナのオン／オフ設定：送信アンテナの数が受信アンテナの数よりも多く、直接送信方式が選好される場合には、受信アンテナの数に相当する送信アンテナは、さらに良いチャンネル状態で、選択的にターンオンされる。一方、残りの送信アンテナは、ターンオフされる。

動作４．セル内のデータレート（又はユーザの数）の考慮：中継ネットワークを構成するために、データレート又はユーザの数を考慮しなければならない。データレートが大きくなるほど、リンクの負荷も増加する。従って、相互の干渉によって送信電力が増加するので、セル内のユーザの数は、一定に保持されるか、又は、データレートは、所定のレベルに制限される必要がある。

動作５．経路損失の考慮：広帯域周波数を支援するに従って、上記移動通信システムで達成することができる経路損失の縮小率を測定する。すなわち、上記中継送信方式による経路損失の縮小率を全体の経路損失に対して正規化して、０と１との間で示す。このとき、中継ネットワークの制御に基づく経路損失の縮小率は、中継ネットワークを使用しない場合に比べて、約３０％で現れる。すなわち、全体の送信データレートは、直接送信方式で発生する経路損失によって増加し、中継局は、基地局や目標移動端末機へ送信された信号を再送信することによって、経路損失が相対的に小さくなる。
しかしながら、上記中継ネットワークは、中継される情報だけではなく、自体的に発生したデータも送信する。すなわち、上記目標移動端末機に対する付加的なデータが発生する。

動作６．送信電力の考慮：電力制御（power-controlled）されたシステムでの送信電力も、中継ネットワーク制御器を介して送信電力をさらに減少させることができる。電力制御された符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）システムにおいて、実際的な送信電力の縮小率に対して、送信電力は、２種類の主な測定係数により決定される。第１の測定係数は、受信部の感度に該当する受信電力である。すなわち、上記受信電力は、経路損失を克服することができる送信電力の強度を示し、上記経路損失に基づく送信電力で示される。

第２の測定係数に関連して、送信電力は、多重接続の干渉に従って、受信部の検出器で十分なＳＩＮＲを保証することができるように増加されなければならない。これは、移動通信システムでの干渉がネットワークの負荷により影響を受けるためである。すなわち、電力制御は、自動的に干渉雑音を減少させるように遂行される。

動作７．中継局の直交資源割当て：中継局は、送信及び受信経路に相互に直交する資源を割り当てなければならない。例えば、データを送受信する場合に、相互に異なるタイムスロットを割り当てる方式、相互に異なる周波数帯域を割り当てる方式などが使用される。直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式が適用される場合には、適切な送受信経路に互いに直交する副搬送波の割当てを必要とする。また、パケットデータ通信には、タイムスロット割当て方式のような貯蔵及び送信（store and forward）方式が時間遅延に敏感でないので、適合する。すなわち、送受信の経路に相互に異なる周波数を割り当てる方式は、連続的な送信が必要である場合に有用である。

しかしながら、中継局は、受信及び送信に割り当てられる相互に異なる周波数を必要とする。このような送受信資源は、送信及び受信がそれぞれ２個の搬送波を必要とするので、全体４つの周波数を必要とする。通信経路の設定方式と類似して、搬送波割当方式は、上述した条件を満足することができるように、経路損失に基づいて順次に周波数を割り当てる。

動作８．搬送波割当方式で留意する事項：中継局は、送信と受信との間に相互に異なる周波数帯域を使用し、相互の干渉を避けることができなければならない。すなわち、負荷の不均衡を防止するために、一対の搬送波を均一に使用することが望ましい。

図８は、本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを使用する受信部の構成を示すブロック図である。
図８を参照すると、結合器８００は、中継局を介して再送信された第１のタイムスロットのデータ及び第２のタイムスロットのデータをソフトコンバイニングする。干渉信号除去器８１０は、結合器８００によって出力された信号に対して、信号間の干渉を防止するために挿入された保護区間を除去する。逆多重化器８２０は、干渉信号が除去されたデータシンボルを逆多重化し、上記逆多重化の結果を等化器８３０へ出力する。等化器８３０は、出力されたデータに対して、チャンネル状態を把握した後に、適正な周波数帯域に補正を遂行した後に出力する。このとき、等化器８３０の出力信号は、送信部８４０を介して送信される。

また、上記出力された信号は、ネットワーク制御器８５０に印加される。ネットワーク制御器８５０は、上記送信部８４０から出力された信号を検出して、現在の直接送信方式にて送受信が十分であるか否か、又は中継送信方式が必要であるか否かを確認する。このとき、上記直接送信方式にて送受信が可能である場合に、上記送信アンテナをすべて使用するか、又は部分的に使用するかをを決定する。又は、上記直接送信方式に従って、上記送信アンテナに対して、時空間符号化を適用しなければならないかどうかについて判断する。

一方、中継送信方式が必要である場合に、上記移動端末機に隣接した移動端末機グループ、無線ＬＡＮ、又は、ＨｉｐｅｒＬＡＮ２のような中継局グループが存在するか否かを検索する。このとき、最小の経路損失を有する中継局及び最適の経路を探してデータを送信する。このとき、上記ネットワーク制御器は、上記中継送信方式を適用する場合に、中継局で送受信する方法、中継局間の同期化方法、最適の経路を探す方法、及び送信電力を減少させる中継局を選択する方法を考慮する。

以上、本発明の詳細について具体的な実施の形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及び該記載と同等なものにより定められるべきである。

従来の多重送信アンテナを使用する送信の構成を示す図である。 本発明の望ましい実施形態による中継送信方式を使用する送受信の構成を示す図である。 本発明の望ましい実施形態による中継局の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを有する移動通信システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態による図４の中継ネットワークを有するシステムにおける中継ネットワーク制御器の動作を示すフローチャートである。 本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを構成するステップを示す図である。 本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを使用する送信部の構成を示すブロック図である。 本発明の望ましい実施形態による中継ネットワークを使用する受信部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２００…基地局
２０２，２０４，２０６，２０８…送信アンテナ
２１０，２２０，２３０…連係中継局
２５０…移動端末機
２５２…受信アンテナ

Claims (10)

1. Ｍ個の送信アンテナを有する基地局とＮ個の受信アンテナを有する移動端末機とを備える移動通信システムにおける、高速のデータを支援する方法であって、
   前記Ｍ個の送信アンテナと前記Ｎ個の受信アンテナとの相関関係を考慮して、中継ネットワークを設定するか否かを決定するステップと、
   前記設定された中継ネットワークが前記移動端末機のデータの品質を満足するか否かを確認するステップと、
   前記データの品質を満足させることができない場合に、前記中継ネットワークのうちから最初の経路損失を有する中継ネットワークを検索し、前記検索された中継ネットワークを介して前記高速のデータを送信するステップと
   を具備することを特徴とする方法。
2. 前記Ｍ個の送信アンテナが前記Ｎ個の受信アンテナよりも大きい場合に、前記中継ネットワークを設定することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記Ｍ個の送信アンテナを介して送信されるチャンネルの行列係数が１である場合に、前記中継ネットワークを設定することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 複数の送信アンテナを有する基地局と複数の受信アンテナを有する移動端末機とを備える移動通信システムにおける、移動端末機が高速のデータを支援する方法であって、
   基地局がフィードバック情報を使用して前記送信アンテナの数と受信アンテナの数との相関関係を把握し、中継送信方式を設定するか否かを決定するステップと、
   前記設定された中継送信方式に従って、前記送信アンテナの数が前記受信アンテナの数よりも大きい場合に、前記移動端末機のサービス品質を満足するか否かを確認するステップと、
   前記移動端末機のサービス品質を満足することができない場合に、前記移動端末機に隣接した特定の中継局グループを介して前記高速のデータを送信するステップと
   を具備することを特徴とする方法。
5. 前記フィードバック情報は、前記移動端末機の受信アンテナの数に関する情報を具備することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記フィードバック情報は、前記基地局のセル内に位置した前記移動端末機と前記移動端末機に隣接した他の移動端末機との間で要求されたデータレートに関する情報を具備することを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記フィードバック情報は、前記基地局と前記移動端末機との間の地理的な距離に関する情報を具備することを特徴とする請求項４記載の方法。
8. 前記フィードバック情報は、前記基地局の送信アンテナに関連した信号対雑音比に関する情報を具備することを特徴とする請求項４記載の方法。
9. 前記移動端末機に隣接した特定の中継局グループを介して前記高速のデータを送信するステップは、
   前記基地局が前記移動端末機に隣接した少なくとも１つの中継局グループから最小の経路損失を有する中継局グループを検索するステップと、
   前記検索された中継局グループからアイドル状態で動作する中継局を選択するステップと、
   前記アイドル状態で動作する中継局のうち、最小の経路損失を有する中継局を介して前記高速のデータを送信するステップと
   を具備することを特徴とする請求項４記載の方法。
10. 複数の送信アンテナを有する基地局と複数の受信アンテナを有する移動端末機とを備える移動通信システムにおける、移動端末機が高速のデータを支援する送信部であって、
    フィードバック情報を使用して、送信アンテナの数と受信アンテナの数との相関関係を把握して、中継送信方式を設定するか否かを決定する中継ネットワーク制御器と、
    前記中継ネットワーク制御器の制御信号に応じて、前記送信アンテナの数が前記受信アンテナの数よりも大きい場合に、前記受信アンテナの数を考慮して、時空間符号化を遂行する符号化器と、
    前記中継ネットワーク制御器の制御信号に応じて、前記移動端末機のサービス品質を満足するように、前記移動端末機の受信アンテナのチャンネル性能を保証するために加重値を適用するビームフォーマと
    を具備することを特徴とする送信部。