JP2007535214A - 強固な無線接続を提供するための方法、システムおよび装置 - Google Patents

Abstract

セルラー通信システムへのアクセスのため、移動局は少なくとも第１ノードおよび第２ノードとの同時通信を行うよう維持されるセルラー通信システムの無線リンクのシステムと方法が開示される。第１ノードへ向かうかあるいは第１ノードから到来する情報と、第２ノードへ向かうかあるいは第２ノードから到来する情報とは同一でない。１つの実施例において、第２ノード（第２のアクセスポイント）は、第１ノード（第１のアクセスポイント）へ向かうかあるいは到来する受信情報を転送するリレーノードである。他の実施例において、第２ノードは、直接の移動局−移動局通信（ＭＳ−ＭＳ）を実行する他の移動局である。そして、実施例において、第１ノードへの第１無線リンクは制御情報専用である。さらに、実施例において、第２ノードへの第２無線リンクは移動局からの情報通信専用、あるいは、移動局への情報通信専用である。

Description

本発明は、ノード間の無線通信を開始し維持するための方法に関する。

図１は、セルラーシステムの基本的通信シナリオを示す。セルラーシステムは、ネットワークノードと通信し時に移動端末またはユーザ装置と呼ばれる移動局（ＭＳ）と、時にネットワークアクセスポイント、基地局、または、ノードＢと呼ばれるがここではアクセスポイント（ＡＰ）と呼ぶネットワークノードを有し、直接の双方向無線リンクを有する。移動局により送信されアクセスポイントにより受信されるトラフィックは、一般的にバックボーンネットワークにルーティングされる。同様に、アクセスポイントは、一般的に移動局へ転送されるトラフィックをバックボーンネットワークから受信する。

将来の無線アクセスに関するいくつかのキーとなる特性は、以下の通りである：
エリアあたりでＭｂｐｓ（メガビット／秒）で測定される非常に大きいトラフィックのサポート。キーとなる問題は、制限されたスペクトル量で、これを可能にする方法である。アップリンク方向またはリバースリンク方向（ＭＳからＡＰ）と同様に、ダウンリンク方向またはフォワードリンク方向の転送についてもこれは当てはまる。

非常に高いデータレートのサポート。キーとなる問題は、非常に大きな送信電力を必要とすることなくこれを可能にする方法である。これは、主に移動局の送信電力の限界によるアップリンク方向（ＭＳからＡＰ）の問題である。しかしながら、場合によっては、ダウンリンク方向の通信の問題にもなり得る。

前述のキーとなる問題の両方を処理する明らかな手段は、セルサイズをより小さくすることである。すなわち、各々のアクセスポイントのカバレージエリアを小さくすることである。それを行う際、階層的セル構造（ＨＣＳ）として知られる、図２に示されるような異なるサイズのセルによる”２つのセル層”をしばしば配置する。その２つのセル層は、それぞれ、アクセスポイントＡＰ−ＯおよびＡＰ−Ｕに対応するオーバーレイ層およびアンダーレイ層と呼ばれる。オーバーレイ層およびアンダーレイ層は、同じまたは異なるバックボーンネットワークに接続し得る点に注意する。また、明示的に図２に示されるように、オーバーレイ層のアクセスポイントによりカバーされる領域は、一般的にアンダーレイ層の多数のアクセスポイントのカバレージエリアを含む点に注意する。

アンダーレイ層およびオーバーレイ層において使用される無線アクセス技術は、同じである必要性はないが同じであり得る。オーバーレイ層は、例えばセルラー無線アクセス技術を使用することができ、第三世代の３Ｇワイドバンド符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）、または、例えば直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）または直交周波数符号分割多重化（ＯＦＣＤＭ）に基づく将来の第四世代の４Ｇのセルラー技術のようなものがある。アンダーレイ層は、例えばＷＬＡＮ技術（例えば８０２．１１）を使用することができる。しかしながら、アンダーレイ層は、また、オーバーレイ層と同じ無線アクセス技術を使用することができる。オーバーレイ層とアンダーレイ層の両方が、例えば３ＧのＷＣＤＭＡまたは将来の４Ｇの無線アクセス技術に基づくことも有り得る。また、オーバーレイ層とアンダーレイ層における他の多くの無線アクセス技術の組合せが可能である。

オーバーレイ層とアンダーレイ層は、同じまたは隣接した周波数バンド、または、完全に異なる周波数バンドにおいて運用され得る。アンダーレイおよび／またはオーバーレイ層の周波数バンド（またはスペクトル）はライセンスバンドまたは非ライセンスバンドであり得る。ライセンスバンドである場合には、同じオペレータは、一般的にアンダーレイ層およびオーバーレイ層を運用する。しかしながら、アンダーレイ層およびオーバーレイ層は、また、異なるオペレータによっても運用され得る。移動局の複雑度の観点から、オーバーレイ層およびアンダーレイ層を同じエアインタフェースを使用し、同じまたは隣接した周波数バンドにおいて運用するのが有益である。

前述の２つの基本的な問題（大容量および非常に高いデータレートのサポート）を取扱うために関連した手段は、いわゆる中継（リレー）を利用することである。これは、移動局が１つ（または多数の）中間ノードを経由してアクセスポイントと通信することを意味し、図３でリレーと称する。アップリンクにおいて、リレーは、移動局から受信されたデータをアクセスポイントに転送する。同様に、ダウンリンクで、リレーは、アクセスポイントから受信されたデータを移動局に転送する。図３で示されたシナリオにおいて、移動局は、アクセスポイントと直接、または、図３に明示的に示されるようにリレーを経由し間接的に通信することが出来る。上述の図２のソリューションに関連して、図３のソリューションでは、移動局が直接アクセスポイントと通信するオーバーレイ層および移動局がリレーを経由してアクセスポイントと通信するリレー層（図２のアンダーレイ層に対応）の２つの通信層があるということが出来る。図２のソリューションと同様、移動局が直接アクセスポイントと通信する際使用されるエアインタフェース技術、および、移動局がリレーと通信する際使用されるエアインタフェース技術は同じでも良いし異なっても良い。同様に、移動局が直接アクセスポイントと通信する際使用されるスペクトル、および、移動局がリレーと通信する際使用されるスペクトルは同じでも良いし異なっても良い。明示的に図３に示されるように、オーバーレイ層のアクセスポイントによりカバーされる領域は一般的に多数のリレーを含む点に注意する。

第３の転送シナリオは、図２のシナリオといくつかの類似点を有するが、各々が非常に近接した２つの移動局がお互いに通信することである。移動網を経由して、すなわち、アクセスポイントを経由して通信する代わりに、無線リンクは図４に示されるように直接２つの移動局間でセットアップされる。これは、直接のＭＳ−ＭＳ通信と称される。３つ以上の移動局がある一般の場合にも、この種の直接的なＭＳ−ＭＳ通信シナリオに含まれ得ることに注意する。ができるというその場合のそれを強調する。また、上述の図２のソリューションに関連して、図４のソリューションにおいても、移動局同士がアクセスポイントを経由して通信するオーバーレイ層と、移動局同士が直接通信するＭＳ−ＭＳ層の２つの通信層があるということが出来る。図２のソリューションと同様、移動局同士がアクセスポイントを経由して通信する際使用されるエアインタフェース技術、および、移動局同士が直接通信する際使用されるエアインタフェース技術は同じでも良いし異なっても良い。

図２に記載されるソリューションにはハンドオーバに関連するいくつかの問題がある。

セルラーシステムによってカバーされる全領域にわたって連続したカバー範囲を提供するためにアンダーレイ層を配備することは困難であるか少なくとも費用がかかる。実際、これは２つの層を配備する理由の１つである。すなわち、セルラーシステムによりカバーされる全領域にわたってオーバーレイ層が完全にカバーしさえすれば十分である。アンダーレイ層が連続したカバー範囲を提供しない場合、移動局がアンダーレイ層のカバー範囲から離れる時、オーバーレイ層のアクセスポイントに対するハンドオーバが必要である。この種の各々のハンドオーバは接続消失のリスクを意味する。接続が完全に消失しない場合であっても、結果としてハンドオーバにより移動局およびネットワーク間の通信に短いあるいは長い中断を生じ得、サービス品質に負の影響を及ぼし得る。

アンダーレイ層に接続している高速移動中の移動局においては、アンダーレイ層において頻繁にハンドオーバが生じる。アンダーレイ層が完全なカバーを提供する場合であっても、これは接続消失のリスクの増大を意味する。この問題に対する典型的ソリューションは、高速で移動する全移動局が常にオーバーレイ層の範囲内になるように維持することである。しかしながら、これは、アンダーレイ層でのみサポートされる高いデータレートが高速に移動する移動局には提供されないことを意味する。

最後に、場合によっては、アンダーレイ層に使用する技術はハンドオーバをサポートすることさえできないかも知れない。

その他、図２のソリューションにおいて、ハンドオーバに関するものでない問題は、場合によっては、能力およびデータレートの必要条件がオーバーレイ層を使用する通信が通信方向の１方向で充分であるという事実にもかかわらず、アンダーレイ層が、両方向（移動局へ向かうまたは到来する）の通信を提供しなければならないことである。１つの例は、アンダーレイ層を使用する唯一の理由が、送信電力が制限された移動局がアップリンク（ＭＳからの）方向に非常に高いデータレートをサポートする場合である。双方向通信のアンダーレイ層をサポートしなければならないことにより、結果としてアンダーレイ層において不必要に高価な装置が必要になり得る。例えばスペクトル規制により、場合によっては、アンダーレイ層を使用して両方の方向に送信するさえ出来ないかもしれない。

図３のソリューションは、図２のソリューションに類似した以下のような問題から影響を受ける：
−セルラーシステムによりカバーされる全領域にわたって連続したカバー範囲とするためにリレーを配備することは、困難であるかあるいは少なくとも費用が高くつくことになる。移動局がリレーのカバー範囲から出て行くとき、アクセスポイント（すなわちオーバーレイ層）に対するハンドオーバが必要である。この種の各々のハンドオーバは、接続消失のリスクを意味する。

−リレーは、２つの方向（移動局に向かう／移動局から到来する）の通信を提供しなければならない。これにより、結果として不必要に高価なリレーが必要となり得る。

図４のソリューションも、図２および図３のソリューションに類似したハンドオーバ問題から影響を受ける。より詳しくは、それぞれが直接通信している移動局それぞれが移動するにつれて、それら移動局間の接続はアクセスポイント（すなわち、オーバーレイ層）に”譲渡（ハンドオーバ）”される必要があり、結果として接続消失のリスクを生じる。従って、図２、図３および図４に記載されたソリューションに比較し、上述の異なる問題を回避するための改良されたソリューションが望まれている。

セルラー通信システムへのアクセスするため、移動局の第１ノードおよび第２ノードとの同時通信が維持されるような、セルラー通信システムの無線リンクおよび無線リンクの方法が開示される。そして、第１ノードに向かうかあるいは到来する情報は、第２ノードに向かうかあるいは到来する情報と同一でない。第１実施形態において、第１ノードはオーバーレイ層のアクセスポイントであり、第２ノードは階層的セル構造におけるアンダーレイ層のアクセスポイントである。第２実施形態において、第１ノードはアクセスポイントであり、第２ノードは第１ノードに向かうかあるいは到来するかの少なくとも一方の受信情報を転送するリレーノードである。第３実施形態において、第１のノードはアクセスポイントであり、第２ノードは他の移動局である。他の実施形態では、第１ノードに対する第１の無線リンクは制御情報専用である。さらに他の実施形態において、第２ノードに対する第２の無線リンクは移動局からの情報通信専用、あるいは、移動局への情報通信専用である。

本発明に係るセルラー通信システムにおいて維持される無線リンクは独立請求項１に記載され、更なる実施例は従属請求項２〜１０により定義される。さらに、本発明に係る無線リンクを維持する方法は独立請求項１１により記載され、更なる実施例は従属請求項１２〜２０により定義される。

図２、図３および図４に記載されたソリューションに比較し、上述の異なる問題を回避するための改良されたソリューションを提供する。

本発明のさらなる目的および利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより最も理解され得る。

背景技術の議論において、図２の上記に関連したその問題に対するソリューションは、図５に示すように、移動局にオーバーレイシステムの少なくとも１つのノード（アクセスポイント）およびアンダーレイシステムの少なくとも１つのノード（アクセスポイント）と同時に通信するようにさせることである。

必ずではないが、一般的に、オーバーレイ層のアクセスポイントを経由する通信は低データレート（例えば制御信号）に限られており、一方、高レートのユーザトラフィックはアンダーレイ層のアクセスポイントを利用し通信がなされる。一般的には、いかなる種類のトラフィックもオーバーレイ層を使用可能である。このアプローチの利点は、移動局はオーバーレイ層のアクセスポイント、あるいは、アンダーレイ層のアクセスポイントの何れかを経由して通信するが、両方の層のアクセスポイントと同時には通信できない図２のアプローチと比較して、アンダーレイ層の接続が消失したとしてもネットワークおよび移動局との接続は完全には消失しないことである。一般的に低データレート状態にあるとはいえ、データ通信はオーバーレイ層を経由して継続することができる。さらにまた、オーバーレイ層の無線リンクを使用する制御信号は、時間のかかるアクセス手順などを必要することなく、アンダーレイ層の接続をすばやく回復できる。

他の場合において、例えばスピーチサービスのように高いサービス品質を必要とするトラフィックが、他のトラフィックが同時にアンダーレイ層のアクセスポイントを経由して転送される間、オーバーレイ層のアクセスポイントを経由して転送される。第三の場合において、アンダーレイ層のアクセスポイントを経由した通信は、例えばそのアップリンク方向（移動局からアンダーレイ層のアクセスポイントへの通信）のみ、または、ダウンリンク方向（アンダーレイ層のアクセスポイントから移動局への通信）のみの一方向であってもよい。この場合、ベストエフォート（best-effort）のパケットデータ通信を含む、他方向すべての通信は、オーバーレイ層のアクセスポイントを経由して行われる。したがって、図５に示されるソリューションは、アンダーレイ層のアクセスポイントが常に双方向通信（移動局への通信／移動局からの通信）をサポートする必要性を回避する。

同様に、上述の図３のソリューションに関連した問題のソリューションは、図６に示すように、移動局にアクセスポイント（すなわち、オーバーレイ層のノード）および少なくともリレー（すなわち、リレー層のノード）との同時通信をさせることである。また、必ずでは無いが一般的にオーバーレイ層の通信（アクセスポイントを経由した直接通信）は低データレート（例えば制御信号）に限られており、一方、高レートのユーザトラフィックはリレー層を利用し（すなわちリレーを経由して）通信がなされる。その代わりに、スピーチトラフィックのような高いサービス品質（Quality-of-Service）を要求しさらに敏感なトラフィックをオーバーレイ層を経由して通信し、一方で、他のトラフィックをリレー層を経由して通信がなされる。さらにまた、リレー層は、例えばアップリンク方向（移動局からリレーへの情報の通信）のみ、または、ダウンリンク方向（リレーから移動局への情報の通信）のみの一方向通信のみを許容するかもしれない。

同様に、上述の図４のソリューションに関連した問題のソリューションは、図７に示すように、移動局にアクセスポイント（すなわち、オーバーレイ層のノード）および他の移動局との同時通信をさせることである。また、必ずでは無いが一般的にオーバーレイ層の通信（アクセスポイントを経由した通信）は低データレート（例えば制御信号）に限られており、一方、高レートのユーザトラフィックは移動局間の直接通信によりなされる。その代わりに、高いサービス品質（Quality-of-Service）を要求するトラフィックをオーバーレイ層を経由（例えばアクセスポイントを経由）して通信し、一方で、他のトラフィックを移動局間の直接通信により通信がなされる。

図５，６および７の何れか１つの通信シナリオをセットアップする際、接続は最初にオーバーレイ層においてなされることに注意する。これがなされ、能力あるいはデータレートが必要条件であるとき、必要または他の理由により、第２の通信リンクがアンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層においてオーバーレイ層を使用している信号を用いてセットアップされる。

図５，６および７に示されるソリューションは、アンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層の１つのノードおよびオーバーレイ層の１つのノードとの通信リンクを有する移動局を示しているが、一般的な場合においては、移動局はそれぞれの層において複数のノードと通信を行う。

さらに、図２，３および４の周知のソリューションと同様、図５，６および７に提案されたソリューションにおいても、オーバーレイ層でのエアインタフェース技術、および、アンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層でのエアインタフェース技術は同じであっても良いし異なっていても良いことに注意する。同様に、同一の、隣接のあるいは全く異なるスペクトルがオーバーレイ層およびアンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層において使用され得る。

移動局が、オーバーレイ層におけるノードからまたはノードへ、およびアンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層におけるノードからまたはノードへ、同時にデータを受信あるいは送信の少なくとも一方が可能となるように、図５，６および７に従って、無線リソースは２つの層の間で共有されなければならない。

２つの層の間で無線リソースを共有する方法の１つのソリューションは、オーバーレイ層およびアンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層で異なる周波数バンドを用いて送信することである。すなわち、図８に示すように周波数領域で共有することである。また、図８に明示的に示されるように、２つの層での通信に使用されるスペクトルの量は同じとは限らないことに注意する。

無線リソースを２つの層で共有する第２のソリューションは、オーバーレイ層とアンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層とにおいて、オーバーラップのない異なる時間インターバルで送信することである。すなわち、図９に示すように時間領域で共有することである。また、図９に明示的に示されるように、２つの層での通信に使用される時間の量は同じとは限らないことに注意する。

添付の請求の範囲により定義される趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に対するさまざまな変更態様と改変が可能であることは、当業者によって理解される。

セルラーシステムにおける基本的通信シナリオを示す。 オーバーレイ層およびアンダーレイ層の２つのセル層を有するセルラーシステムを示す。 移動局からアクセスポイントへの情報および／またはアクセスポイントから移動局への情報を転送するリレーを有するセルラーシステムを示す。 ２つの移動局間でダイレクトに設定された接続を有するセルラーシステムを示す。 オーバーレイ層のアクセスポイントおよびアンダーレイ層のアクセスポイントと同時通信している移動局を有する本出願に係るソリューションを示す。 直接的接続およびリレーを経由し間接的接続の双方でアクセスポイントと同時通信している移動局を有する本出願に係るソリューションを示す。 アクセスポイントおよび他の移動局と直接的に同時通信している移動局を有する本出願に係るソリューションを示す。 オーバーレイ層の通信およびアンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層の通信が、周波数領域での共有により無線リソースを共有する本出願に係るソリューションを示す。 オーバーレイ層の通信およびアンダーレイ／リレー／ＭＳ−ＭＳ層の通信が、時間領域での共有により無線リソースを共有する本出願に係るソリューションを示す。

Claims (30)

1. セルラー通信システムの無線リンクであって、
   前記セルラー通信システムにアクセスするために、移動局は少なくとも第１ノードおよび第２ノードとの同時通信を行うよう維持され、
   前記第１ノードへ向かうかあるいは前記第１ノードから到来する情報と、前記第２ノードへ向かうかあるいは前記第２ノードから到来する情報とは同一でないことを特徴とするシステム。
2. 前記第２ノードは、前記第１ノードへ向かうかあるいは前記第１ノードから到来する受信情報を転送するリレーノードであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第２ノードは、移動局−移動局間通信（ＭＳ−ＭＳ）を実行している他の移動局であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１ノードへの第１無線リンクは、制御情報専用のリンクであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記第２ノードへの第２無線リンクは、前記移動局からの情報通信専用のリンクであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記第２ノードからの第２無線リンクは、前記移動局への情報通信専用のリンクであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に異なるエアインタフェース技術が用いられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に同じエアインタフェース技術が用いられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 前記第１ノードおよび前記第２ノードにおける前記通信は時間多重されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記第１ノードおよび前記第２ノードへの前記通信は周波数多重されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
11. セルラー通信システムの無線リンクの方法であって、
    前記セルラー通信システムにアクセスするために、移動局は少なくとも第１ノードおよび第２ノードとの同時通信を行うよう維持するステップであって、
    前記第１ノードへ向かうかあるいは前記第１ノードから到来する情報と、前記第２ノードへ向かうかあるいは前記第２ノードから到来する情報とは同一でない、ステップを含むことを特徴とする方法。
12. 前記第２ノードを、前記第１ノードへ向かうかあるいは前記第１ノードから到来する受信情報を転送するリレーノードとなるよう設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記第２ノードを、移動局−移動局間通信（ＭＳ−ＭＳ）を実行する他の移動局となるよう設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記第１ノードへの第１無線リンクを、制御情報専用に使用するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記第２ノードへの第２無線リンクを、前記移動局からの情報通信専用に使用するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 前記第２ノードへの第２無線リンクを、前記移動局への情報の通信専用に使用するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
17. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に異なるエアインタフェース技術を使用するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
18. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に同じエアインタフェース技術を使用するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
19. 前記第１ノードおよび前記第２ノードにおいて時間多重された前記通信を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
20. 前記第１ノードおよび前記第２ノードへの周波数多重された前記通信を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
21. セルラー通信システムの移動局であって、
    前記セルラー通信システムにおける第１ノードおよび第２ノードを経由したアクセスポイントからの同時通信をサポートし、
    通信される情報は同一でないことを特徴とする移動局。
22. 前記第１ノードへの第１無線リンクおよび前記第２ノードへの第２無線リンクは前記移動局へ向かうかあるいは前記移動局から到来する情報の通信のリンクであることを特徴とする請求項２１に記載の移動局。
23. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に異なるエアインタフェース技術が使用されることを特徴とする請求項２１に記載の移動局。
24. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に同じエアインタフェース技術が使用されることを特徴とする請求項２１に記載の移動局。
25. 前記第１ノードおよび前記第２ノードにおける前記通信は、時間あるいは周波数で多重されることを特徴とする請求項２１に記載の移動局。
26. セルラー通信システムのアクセスポイントであって、
    移動局と通信する際に、前記アクセスポイントは、移動局が前記セルラーシステムにアクセスするために、少なくとも第１ノードおよび第２ノードを経由した通信をサポートし、
    通信される情報は同一でないことを特徴とするアクセスポイント。
27. 前記第１ノードへの第１無線リンクおよび前記第２ノードへの第２無線リンクは前記移動局へ向かうかあるいは前記移動局から到来する情報の通信のリンクであることを特徴とする請求項２６に記載のアクセスポイント。
28. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に異なるエアインタフェース技術が使用されることを特徴とする請求項２６に記載のアクセスポイント。
29. 前記第１ノードおよび前記第２ノードからの転送に同じエアインタフェース技術が使用されることを特徴とする請求項２６に記載のアクセスポイント。
30. 前記第１ノードおよび前記第２ノードにおける前記通信は、時間あるいは周波数で多重されることを特徴とする請求項２６に記載のアクセスポイント。

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