JP2008118659A - Mmr拡張802.16eシステムの集中型スケジューラ中継局 - Google Patents

Mmr拡張802.16eシステムの集中型スケジューラ中継局 Download PDF

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Abstract

【課題】中継局の目的は基地局の無線通信のカバレッジを拡張することであり、中継局は基地局のローコストの代替品でなければならないとの問題を解決することである。
【解決手段】中央集中スケジューラを有するマルチホップ移動中継システム(100)である。該システムは、基地局(102)と中継局(104、110)とを有し、中央集中スケジューラは基地局(102)にあり、中継局(104、110)のサービスフローの中継局におけるスケジューリングを制御する。
【選択図】図1

Description

無線通信ネットワークはますます多く使われるようになっている。無線通信ネットワークは一般的に基地局(BS)を含み、この基地局がその周辺にあるセルエリア(cell area)をサービスする。移動局(MS)、携帯電話、ラップトップ等の加入者局(SS)は、基地局のサービスエリア内にいる時、その基地局と通信することができる。例えば、IEEE802.16e規格等に基づく無線通信ネットワークの中には、基地局のサービスエリアを拡張するために中継局(RS)を設置するものもある。
例えば、IEEE802.16e規格の拡張(IEEE802.16jとして知られている)に基づく無線通信ネットワークの中には、マルチホップ移動中継(MMR)環境で動作する複数の中継局を使用するものもある。本明細書では、便宜上、IEEE802.16規格(2004年)やIEEE802.16e拡張規格(2005年)で使用されている用語を略語も含めて使用するが、本発明はこれらの規格に限定はされない。
「マルチホップ移動中継(multi-hop mobile relay)」と「中継局(relay station)」という用語は互換的に使用するが、ある意味ではマルチホップ移動中継は規格を意味し、中継局はマルチホップ移動中継規格で規定された局(station)を意味する。
中継局の目的は基地局の無線通信のカバレッジ(coverage)を拡張することである。中継局は基地局のローコストの代替品でなければならない。必要とされるカバレッジの拡張が比較的小さいときに使用されるものだからである。さらに、中継局のコストが基地局のコストに近ければ、基地局のその他の機能を割愛する理由は小さい。
本発明の様々な実施形態では、集中型スケジューラを有するマルチホップ移動中継システムが提供される。このシステムは、基地局と中継局とを含み、集中型スケジューラが基地局にあり、中継局におけるサービスフローの中継局におけるスケジューリングを管理する。
本発明の様々な実施形態では、集中型スケジューラを含む基地局によるマルチホップ移動中継システムの集中スケジューリング方法と、基地局の集中型スケジューラを用いた中継局におけるサービスフローの集中スケジューリング方法とが提供される。
本発明の実施形態には、基地局によりマルチホップ移動中継システムの集中スケジューリングシステムが含まれる。このシステムは、基地局からのサービスフローを集中的にスケジューリングする手段と、前記スケジューリングにより中継局における前記サービスフローを管理する手段とを含む。
本発明の様々な実施形態により、マルチホップ移動中継システムにおける基地局から複数の局へのサービスフローの集中処理をするシステムが提供される。該システムは、前記基地局に配置された集中処理スケジューラを有し、前記集中処理スケジューラは、移動局に再送信するものとして前記基地局が前記中継局に送ったサービスフローを中継局が再送信できる周波数と時間スロットとを決定することにより、前記サービスフローをスケジューリングし、前記中継局が前記サービスフローを再送信できる前記周波数と前記時間スロットを含む制御メッセージを送信し、前記中継局は、前記基地局からのデータパケットのバーストとして前記サービスフローを受信し、MACレベルまで前記データパケットをエンコード及びデコードする物理レイヤを有し、前記基地局により決定され前記メッセージに含まれた前記周波数と前記時間スロットで前記移動局に前記データパケットを再送信する。
本発明の上記の実施形態は例であり、本発明のすべての実施形態は上記の特徴を含むようは限定されない。
本発明の実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態の例は添付した図面に示した。同じ要素には図面を通して同じ参照数字を付した。
中継局の機能の1つは、基地局と移動局(移動局、携帯電話、ノートブック等)との間でアクティブサービスフローとしてデータを転送することである。アクティブサービスフロー(active service flows)は、基地局と移動局との間で双方向で転送される。理想的には、サービスフローの転送は透過的(transparent)に行われるべきである。さらに、マルチホップ移動中継オプション(multi-hop mobile relay option)を有するシステムにより、移動局がサポートされなくならないようにすべきである。これは、既存の移動局がマルチホップ移動中継オプションと互換性があるべきだということを意味している。よって、中継局は、(移動局が使用していれば)IEEE802.16e標準のフレームワーク内で動作しなければならない。中継局はマルチホップリンクを形成するチェイン中でリンクされている。中継局はこのマルチホップリンク中で他の中継局とデータをやりとりする。(制御側の)中継局に接続されている他の中継局は、本明細書においては明示的に言及しない。しかし、この出願のアイデアは、下位の中継局にも適用できる。従って、中継局に接続された移動局に関する記載は、移動局だけではなく、中継局に接続された他の中継局に関する記載でもある。
中継局が処理するデータパケットのスケジューリングを制御するには、少なくとも2つの方法がある。1つのシナリオでは、中継局はデータパケットを受信し、それをバッファし、送信するデータパケットを勝手にリスケジュール(reschedule)する。他のシナリオでは、中継局が処理するデータパケットの送信のスケジューリング(scheduling)は基地局により制御される。
中継局は、送信するデータパケットを勝手にリスケジューリングするとき、自分のスケジューラ(scheduler)とその動作に必要なインテリジェンス(intelligence)とを必要とする。スケジューラとそれに関連するインテリジェンスとを中継局に含めることにより、中継局は複雑かつコストが高いものとなり、基地局と同じくらい高価なものとなってしまう。
一方、送信するために中継局が処理するデータパケットのスケジューリングを基地局が制御すれば、中継局は非常に簡単なものとなる。かかる中継局は集中処理スケジューラ中継局(centralized-scheduler relay station)と呼ばれる。
本発明の様々な実施形態により、中継局により処理されるデータパケットのスケジューリングを基地局が制御するシステムと方法とを提供する。かかる中継局は集中処理スケジューラ中継局(centralized-scheduler relay station)と呼ばれる。ここに開示する集中処理スケジューラ中継局の実施形態において、マルチホップ移動中継局のデータ通信メッセージング(data communication messaging)は、OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)を用いて物理レイヤ(PHY)で行われる。しかし、本発明はOFDMAを用いた物理レイヤにより行われるマルチホップ移動中継局のデータ通信メッセージングに限定はされない。データ通信メッセージング(data communication messaging)は、ここでは時分割デュプレックス(TDD、time division duplex)の場合で説明するが、その説明は周波数分割デュプレックス(FDD、frequency division duplex)にも適用できる。本発明は時分割デュプレックスにも周波数分割デュプレックスにも限定はされない。
図1は、マルチホップ移動中継システム100の一例を示す図である。図1に示したマルチホップ移動中継システム100は、集中処理スケジューラ(図1には図示せず)を有する基地局102と、中継局104とを含む。中央処理スケジューラは基地局102にあり、中継局との間のサービスフローの中継局104におけるスケジューリングを制御する。しかし、本発明は、中央処理スケジューラが基地局102にある場合に限定はされない。サービスフローは、中継局104の物理レイヤでエンコード(encode)とデコード(decode)とがされる。しかし、本発明はエンコードとデコードが中継局104の物理レイヤで行われることに限定はされない。
マルチホップ移動中継システム100は、複数のセル(cell)から構成されていると考えられる。1つのセルは1つの基地局とそれに接続された中継局により構成されたサブシステムである。しかし、セルは2つ以上の中継局を含んでいてもよい。かかるセルは、例えば基地局102により構成され、ダウンリンクカバレッジレンジ(downlink coverage range)118と中継局104とを有する。以下の実施形態の説明では、基地局102と中継局104とにより構成されたセルにフォーカスするが、本発明は1つの基地局と1つの中継局とにより構成されたセルには限定されない。むしろ、1つのセルが複数の中継局を有していても、本発明の精神から逸脱することにはならない。
中継局104は、この実施形態では、基地局102のダウンリンクカバレッジレンジ(downlink coverage range)118内にあるように見えるが、本発明は基地局のダウンリンクカバレッジレンジ内の中継局に限定はされない。基地局102は、中継局104のアップリンクカバレッジレンジ(uplink coverage range)156内にあるように見えるが、本発明は中継局のアップリンクカバレッジレンジ内の基地局に限定はされない。このように、一実施形態では、中継局104は、アップリンクとダウンリンクの両方で基地局102と通信している。
移動局136は、基地局102のカバレッジレンジ118の外にあるように見えるが、中継局104の送信カバレッジ(transmit coverage)120内にある。このように、移動局136は、中継局104に頼ってその移動局136のサービスフローを基地局102に転送するが、本発明は、中継局に頼ってそのサービスフローを基地局に転送する移動局には限定されない。ここでは「移動局(mobile station)」という用語を使用するが、本発明は移動局には限定されず、いかなる加入者局(subscriber station)にも適用できる。加入者局とは、例えば、携帯電話、PDA(personal digital assistant)、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、デジタルカメラ、セットトップボックス、ゲーム機器(game console)等であり、移動的なものでも実質的に静的なものでもよい。
この実施形態では、中継局104は基地局102と移動局136との間でデータのバーストを転送する。基地局102から受け取り移動局136に送られるバーストは、中継局104のMAC(media access control)のCPS(common part sublayer)レベルまでデコードされる。しかし、本発明はMACのCPSまでバーストをデコードする中継局には限定されない。デコードされたバーストは、移動局136への送信に必要な新しいエンコードをしてから、移動局136に送信されてもよい。しかし、本発明はデコードされたバーストにエンコードをすることに限定はされない。中継局104は同期フレーム型中継局であっても、非同期フレーム型中継局であってもよく、その他のタイプの中継局であってもよい。
同様に、反対方向では、中継局104が移動局136から受け取ったバーストは、送信にどんな新しいエンコーディング(encoding)が必要であっても、基地局102に送られる。しかし、本発明は、中継局が移動局から受け取ったバーストを基地局に送ることに限定はされない。一実施形態では、中継局104は、通常の基地局または移動局の物理レイヤと同様に、データのエンコードとデコードとをする物理レイヤ(PHY)を有する。一実施形態では、中継局104はデータをMAC(media access control)のプロトコルデータ単位(PDU、protocol data units)に分割しない。しかし、本発明は、データをMACのPDUに分割しない中継局には限定されない。
制御メッセージは、データと同様に移動局136と基地局102との間で中継される。すなわち、MACレベルまでデコードされ、送信のためにエンコードされ、再送される。しかし、本発明は、制御メッセージがデータと同様に移動局と基地局との間で中継されることには限定されない。一実施形態では、このように制御メッセージは基地局136に透過的に送信される。しかし、本発明は、制御メッセージが基地局に透過的(transparent)に送信されることには限定されない。移動度が高いシステムでは、ハンドオーバの時間的制約が厳しいので、制御手続への直接的アプローチが必要となる。
一実施形態では、中継局104はバーストを1つのエンコーディングから他のエンコーディングに変換し、OFDMAの時間周波数帯域幅空間(time-frequency bandwidth space)内のある位置から別の位置に移動させる。しかし、本発明は、OFDMAの時間周波数帯域幅空間内のバーストの移動には限定されない。中継局104はゾーンについての情報を持っている。中継局104は、置換を変更して、MIMO(multiple inputs and multiple outputs)のエンコードとデコードを行う。中継局104は、セグメントについての情報も有している。バーストのOFDMA時間周波数空間内の位置を適当に決めなければならないからである。
一実施形態では、中継局104は基地局102の中央処理スケジューラに依存して、バーストをOFDMA時間周波数空間内に配置する。しかし、本発明は、基地局にある中央処理スケジューラとバーストのOFDMA時間周波数空間内での配置には限定されない。中継局104は、中央処理スケジューラに依存して、バーストのバーストプロファイル(変調やエンコーディングの種類)等の属性を設定する。しかし、本発明はバーストの属性を設定する中央処理スケジューラには限定されない。中継局104は、基地局102とMAC管理メッセージ(media access control management messages)をやりとりする初歩的なもの以外のスケジューラは有していない。基地局102は、中継局104がすぐに使えるフレーム制御ヘッダ(FCH)、ダウンリンクマップ(DL−MAP)、アップリンクマップ(UL−MAP)を生成してもよい。しかし、本発明は、中継局がすぐに使えるフレーム制御ヘッダ、ダウンリンクマップ、アップリンクマップを基地局が生成することには限定されない。
一実施形態では、移動局136と基地局102との間のやりとりに中継局104が係わることは、移動局136には透過的(transparent)である。しかし、本発明は、中継局が基地局に対して透過的であることには限定されない。このように、移動局136は、基地局102と直接ではなく、中継局を通じて基地局102と通信しているかどうか、知る必要がない。しかし、基地局102は、中継局104を通る伝送をスケジューリングするために、その中継局が接続されていることを知っている。
一実施形態では、中継局104は、基地局102に移動局として接続され、自分が中継局であることを知らせ、移動局と同じように維持(maintain)される。しかし、本発明は中継局が移動局として基地局に接続されることには限定されない。しかし、基地局102は、中継局104に対してサービスフローメンテナンスを行う必要はない。中継局104は、サービスフローをMACレベルまでエンコードまたはデコードして、再送するだけだからである。同様に、基地局102は中継局に対してセキュリティメンテナンス(自分自身の認証のためのもの以外)を実行したり、中継局104に暗号化鍵/復号鍵等を提供したりする必要はない。
一実施形態では、中継局104は移動局136の基地局として動作するが、本発明は中継局が移動局の基地局として動作することには限定されない。さらに、一実施形態では、移動局136に見える基地局機能を提供するのは、中継局104が接続されている基地局102である。
一実施形態では、中継局104は移動局136のレンジングプロセス(ranging process)を制御しない。しかし、本発明は、移動局のレンジングプロセスを制御しない中継局には限定されない。中継局104は、基地局102に、移動局から受信したレンジングメッセージ(ranging messages)をシグナルメトリック(signal metrics)(例えば、移動局136から受信した信号のRSSI(received signal strength indication)、CINR(carrier-to-interference plus noise ratio)、タイミングオフセット、周波数オフセット)とともに送る。
一実施形態では、中継局104は、基地局102と無線チャンネルを共有するが、本発明は中継局と基地局が無線チャンネルを共有することには限定されない。中継局104は2つの通信サイド(communication side)、すなわち2つのアンテナを有していてもよい。一方の通信サイドでは基地局102と通信し、もう一方の通信サイドでは移動局136と通信する。しかし、本発明は一方の通信サイドでは基地局と通信し、もう一方の通信サイドでは移動局と通信する中継局には限定されない。一実施形態では、中継局は1つの無線周波数(RF)だけを必要とする。同時に信号の送受信をできないからである。しかし、本発明は無線周波数モジュールが1つだけの中継局には限定されない。
本発明は、単一の中継局を有するマルチホップ移動中継システムには限定されない。むしろ、複数の中継局をチェイン(chaining)とすること、すなわちマルチホップ(multi-hopping)も可能である。この場合、中継局は他の中継局に接続される。しかし、チェインが長いと、すなわち関係する中継局が多いと、サービスフローの待ち時間(latency)が大きくなる。チェイン化することにより帯域幅の効率性も下がる。この点については、後で説明する。
チェイン化できる中継局には決まった限度はないが、利用できる帯域幅による限度はある。中継局が加わるとそれぞれのオーバーヘッドのため少しずつ帯域幅の効率が下がる。基地局が各中継局にフレーム制御ヘッダ(FCH)、ダウンリンクマップ、アップリンクマップを送信しなければならないからである。
再び図1を参照して、複数の中継局が示され、基地局102と接続されている。例えば、中継局106は、基地局102のカバレッジレンジ118の外にあるが、中継局104から見ると基地局102に接続されているように見える。しかし、本発明は中継局が他の中継局を通じて基地局に接続されていることに限定されない。同様に、中継局108は、基地局102のカバレッジレンジ118と中継局104のカバレッジレンジ120の外にあり、中継局106に接続されていることが分かる。移動局138と140は中継局108に接続されていることが分かる。このように、中継局104、106、108のチェインは、基地局102から移動局138、140にサービスフローを転送する。しかし、本発明は、中継局のチェインが基地局から移動局にサービスフローを転送することに限定されない。
基地局102のもう一方の側で、中継局110は基地局102のダウンリンク送信カバレッジ118内にある。反対に、基地局102は、中継局110のアップリンク送信カバレッジ158内にある。よって、中継局110はアップリンクとダウンリンクの両方で基地局102と通信している。しかし、本発明は、中継局がアップリンクとダウンリンクの両方で基地局と通信することには限定されない。移動局134は、基地局102の送信カバレッジ118の外にあるが、中継局110の送信カバレッジ126の中にあり、中継局110に依存して基地局102との間でサービスフローをやりとりしている。しかし、本発明は、基地局の送信カバレッジの外にあるが、中継局の送信カバレッジの中にあり、中継局に依存して基地局との間でサービスフローをやりとりすることには限定されない。
中継局104と110のアップリンク送信カバレッジ156と158のみを示したが、これは図を分かりにくくしないためである。他の中継局のアップリンクカバレッジは、一実施形態では、マルチホップリンクにおいて先行する中継局をカバー(cover)できるくらい大きく、すなわち、ダウンリンクカバレッジと実質的に同じ広がりをもつ。しかし、本発明は、中継局がダウンリンクカバレッジと実質的に同じ広がりをもつことには限定されない。
一実施形態では、中継局112と114は、同様に基地局102の送信カバレッジ118の外にある。それゆえ、移動局142、144、150は、中継局110と中継局112または114のいずれかとの両方に依存して基地局102との間でサービスフローをやりとりする。しかし、本発明は、移動局が複数の中継局に依存して基地局との間でサービスフローをやりとりすることには限定されない。
最後に、移動局146と148は、基地局102の送信カバレッジ118の外にあるが、中継局116の送信カバレッジ130の中にあり、中継局110、114、116を含む中継局のチェイン(chain)に依存して基地局102との間でサービスフローをやりとりする。しかし、本発明は、移動局が基地局の送信カバレッジの外にあるが中継局の送信カバレッジの中にあり、中継局のチェイン(chain)に依存して基地局との間でサービスフローをやりとりすることに限定はされない。
中継局104は、一実施形態では、ソフトウェアで実施される。しかし、本発明は、中継局104がソフトウェアで実施されることには限定されない。中継局104のMACレイヤは、効率的に実行できるあまり複雑でなくサイズも小さいコードを生成(produce)する。しかし、本発明は、効率的に実行できるあまり複雑でなくサイズも小さいコードには限定されない。ここで説明した中継局104は、ユーザデータの処理に関しては完全である。しかし、本発明は、中継局がユーザデータの処理に関しては完全であることには限定されない。
この実施形態では、中継局104により帯域幅の効率性が少し低下する。しかし、本発明は、中継局により帯域幅の効率性が少し低下することには限定されない。帯域幅の効率性の低下は基地局102からフレーム制御ヘッダ(FCH)、ダウンリンクマップ(DL MAP)、アップリンクマップ(UL MAP)を受信する必要性に起因する。フレーム制御ヘッダ、ダウンリンクマップ、アップリンクマップは、中継局104がこれらの情報要素を自分で生成しないときは、基地局102から受信する。
以下の実施例では、10台の基地局があり、フレーム制御ヘッダ、ダウンリンクマップ、アップリンクマップの大きさは、10台分のダウンリンク及びアップリンクのバーストに対して約200バイトである。フレーム制御ヘッダ、ダウンリンクマップ、及びアップリンクマップが効率的な変調・エンコーディング方法(例えば、64コンステレーションの直交振幅変調(64QAM3/4)を使用し、フレームが約20,000バイトを含む(すなわち、5ミリ秒フレームである)場合、帯域幅(BW)の効率性が悪化するパーセンテージは約200/20,000=1%である。一方、効率性が低い変調方法(例えば、16コンステレーション(constellation)の直交振幅変調)を使用すると、効率性が悪化するパーセンテージは1.5%に上昇する。これらの計算は、例えば伝搬のシナリオに応じて変わってくる。
中継局に接続できる移動局の数は、上記の帯域幅効率を示す数字の悪化(すなわち、1−1.5%)に限定されない。中継局に接続できる移動局の数は、むしろ、移動局にユーザデータを送るのに必要な帯域幅により制限される。中継局に接続できる移動局の数が移動局にユーザデータを送るのに必要な帯域幅により制限される場合、(仮定しているシナリオでは)オーバーヘッドにより占有される帯域幅は無視できる。しかし、基地局スケジューラは比較的複雑であってもよい。
上記の実施形態では、物理レイヤバーストは、中継局104との間でフレームでやりとりされてもよい。しかし、本発明は、物理レイヤバーストを中継局との間でフレームでやりとりすることには限定されない。中継局104はバーストプロファイル(burst profiles)とゾーン(zones)の両方が分かる。中継局104は、プロトコル要素によりデータのエンコーディング方法を変更することもできる。例えば、バーストを1つの順列(permutation)で受信し、他の順列で送信してもよい。中継局104は、その通信のいずれの側でも、勝手に、MIMO(multiple-input multiple-output)を使用してもよい。
上記の実施形態では、中継局104はセグメントについても知っている。セグメントについての情報(knowledge)はOFDMA時間・周波数空間内でバーストを正しく探すのに必要だからである。しかし、本発明は、中継局がセグメントについても知っていることには限定されない。
上記の実施形態では、中継局104はゾーン(zones)すなわちセグメントを勝手に作ってもよい。中継局104は、むしろ、基地局102により画成されるセグメントを使用するだけであってもよい。しかし、本発明は、中継局が基地局により画成されるセグメントを使用するだけであることには限定されない。
上記の実施形態では、中継局104は、移動局136と通信するために、自分のフレームを生成してもよい。しかし、本発明は、中継局が移動局と通信するために自分のフレームを生成することには限定されない。中継局104により生成されたフレームは、中継局104を制御する基地局102により生成されたフレームから、時間的にオフセットされている。中継局104により生成されたフレームは、代替的に、周波数的にオフセットされていてもよい。基地局102と中継局104は、このように一般的には2つのフレームを必要とする。同期タイプの中継局は一般的に3つのフレームを必要とする。
一実施形態では、同期フレーム中継局の場合、フレームはMフレームとRフレームと呼ばれる。しかし、本発明は、フレームがMフレームとRフレームである場合には限定されない。Mフレームは、基地局102または中継局104のいずれかにより生成され、移動局136と通信することを目的としている。一実施形態では、Mフレームはすべて同期的であり、すなわち同時に始まる。
Rフレームは、基地局102または中継局104のいずれかにより生成され、中継局104と通信することを目的としている。Rフレームは同期的である必要はない。
一実施形態では、中継局104は、1つのMフレームのみを生成し、基地局からRフレームを受け取る。他の一実施形態では、中継局104に接続された次のホップ(next-hop)の中継局106と108がある場合、中継局104は1つのRフレームを発生する必要がある。さらに、「BSフレーム」は基地局102のRフレームを意味し、一方、「RSフレーム」は中継局104のMフレームを意味し、また、システムが同期方式(synchronous)である場合に、下位の中継局と通信するために中継局が生成するRフレームも意味する。
一実施形態では、基地局102は、中継局104が生成するプリアンブル、フレーム制御ヘッダ、中継局ダウンリンクマップにその中継局が使用するフレーム中に、少なくとも帯域幅空間を確保する。この空間は、中継局プリアンブルアロケーション(relay station preamble allocation)と呼ばれ、固定されている。すなわち、フレームごとには変わらない。中継局フレームをその長さに関して一定にする必要があるからである。しかし、本発明は、固定された中継局プリアンブルアロケーションには限定されない。同期モードで動作している中継局には2つのプリアンブルアロケーションがある:1つはMフレームのものであり、もう1つはRフレーム(中継局により生成されたRフレーム)のものである。
一実施形態では、セグメントが使用されていなければ、中継局プリアンブルアロケーションはサービスフローに利用できる周波数次元全体に広がる。しかし、本発明は、中継局プリアンブルアロケーションがサービスフローに利用できる周波数次元全体に広がることには限定されない。セグメンテーションを使う場合、中継局プリアンブルアロケーションは、その中継局が使用するセグメントが取る周波数部分のみにわたってもわたらなくてもよい。
一実施形態では、セグメンテーションを使う場合、OFDMAプリアンブルはチャンネル周波数次元全体にわたるが、本発明は、OFDMAプリアンブルがチャンネル周波数次元全体にわたることには限定されない。OFDMAプリアンブルは、このように潜在的にシステム中の近接した基地局とインターフェイスする。それゆえ、近接する基地局は、中継局がそのプリアンブルを送信する時にOFDMAにより占有されるフレーム時間を用いないように構成されなければならない。他の解決策は、セグメントが取る周波数のみを使う新しいプリアンブルを規定することである。(これが可能なのは同期中継局のRフレームプリアンブルだけである。Mフレームは、802.16e等の規格が規定している標準のプリアンブルを使用しなければならないからである。
中継局104によりそのフレームで使用されるアロケーション(allocation)の残りは完全にフレキシブルであり、基地局102はそれをフレームごとに変更してもよい。しかし、本発明は、基地局がアロケーションをフレームごとに変更することには限定されない。基地局102は、中継局104に対して、移動局136とのダウンリンクとアップリンクの通信のためにフレームスペースを確保する。確保されたフレームスペースは、集合的に、中継局ダウンリンクアロケーション及び中継局アップリンクアロケーションと呼ばれる。確保されるフレームスペースは、OFDMA領域(方形アロケーション)、ゾーン、セグメント等の特定のスペースである必要はない。ただし、確保されるフレームスペースが上記の中継局プリアンブルアロケーションであることはあり得る。
一実施形態では、基地局102は、中継局アロケーションを自分のフレームのどこに配置するか制御する。しかし、本発明は、基地局が中継局アロケーションを自分のフレームのどこに配置するか制御することには限定されない。中継局ダウンリンクアロケーションとアップリンクアロケーションをそれぞれ基地局ダウンリンクサブフレームとアップリンクサブフレームに置くことは必要ない。また、基地局フレームに中継局アロケーションのゾーンを作る必要もない。一方、基地局アップリンクサブフレームに確保されたアロケーションは、その目的のために基地局アップリンクマップに特殊な領域が規定されない限り、ゾーンを必要とする。現在の標準規格である802.16eでは、アップリンクマップのスペースをスキップすることができないからである。
一実施形態では、すべてのアロケーションは、中継局104が同時に送受信しなくてもよいようになっている。しかし、本発明は、中継局が同時に送受信しなくてもよいことには限定されない。基地局102は、この条件を満たし必要とされるアロケーションを提供する必要がある。
一実施形態では、中継局104は、中継局プリアンブルアロケーションで自分のフレームプリアンブルを送信する(同期中継局の場合、このプリアンブルは2つである)。しかし、本発明は、中継局が中継局プリアンブルアロケーションで自分のフレームプリアンブルを送信することには限定されない。フレーム制御ヘッダとダウンリンクマップは、中継局プリアンブルアロケーションでも送信される。
図2は、図1に示したマルチホップモバイルリレーシステム100の基地局フレーム200のフレーム構造の一例を示す図である。図2に示した矢印232、234、236、238、240はバーストの転送を示す。バーストの大きさは転送されるにつれて変化する。コーディング方法が変化するからである。
図示した実施形態において、基地局フレーム200は基地局プリアンブル202を有し、この基地局プリアンブル202は基地局フレーム制御ヘッダ(BS FCH)とダウンリンクマップ(DL MAP)204を含む。しかし、本発明は、基地局フレームが基地局プリアンブルを有し、この基地局プリアンブルが基地局フレーム制御ヘッダとダウンリンクマップを含むことには限定されない。中継局ダウンリンクアロケーション216は、基地局102により画成され、中継局プリアンブル214、中継局フレーム制御ヘッダ、ダウンリンクマップを含む。
一実施形態では、中継局プリアンブル214は、移動局ダウンリンクバースト208のデータも含む。移動局ダウンリンクバースト208は基地局から受信され、移動局に送られる。しかし、本発明は、移動局ダウンリンクバーストが基地局から受信され、移動局に送られることには限定されない。移動局ダウンリンクバースト208のデータは、基地局が画成(define)した移動局ダウンリンクバースト218のアロケーションに配置される。同様に、移動局ダウンリンクバースト210のデータは、基地局から受け取られ移動局に送られる。移動局ダウンリンクバースト210のデータは、移動局ダウンリンク220のアロケーションに配置される。しかし、本発明は、移動局ダウンリンクバーストのデータが移動局ダウンリンクのアロケーションに配置されることには限定されない。
一実施形態では、基地局フレーム200は中継局アップリンクアロケーション222も有する。しかし、本発明は、基地局フレームが中継局アップリンクアロケーションを有することには限定されない。基地局フレーム200は基地局により画成される。
一実施形態では、中継局アップリンクアロケーション222は移動局アップリンクバーストデータのアロケーション224を含む。移動局アップリンクバースト228は移動局から受信され、基地局に送られる。しかし、本発明は、移動局アップリンクバーストが移動局から受信され、基地局に送られることには限定されない。
最後に、一実施形態では、中継局アップリンクアロケーション222は移動局アップリンクバーストデータ226を含む。移動局アップリンクバーストデータ230は移動局から受信され、基地局に送られる。しかし、本発明は、移動局アップリンクバーストデータが移動局から受信され、基地局に送られることには限定されない。移動局アップリンクバーストデータ230は、基地局により画成されるが、移動局アップリンクバーストのアロケーション226に配置される。このアロケーションも基地局により画成される。
一実施形態では、中継局は、ダウンリンクとアップリンクでバーストを送信するときに、遅延、すなわちバーストの待ち時間(latency)が発生させる。この遅延は、中継局が受信側から送信側にバーストを転送するのに必要な処理時間によるものである。遅延によりダウンリンクまたはアップリンクで配信されるバーストにある最小待ち時間(latency)がかかる。最小待ち時間は、ダウンリンクとアップリンクという方向により異なるが、中継局が基地局に登録(registration)するときに指定される。しかし、本発明は、最小待ち時間を中継局が基地局に登録(registration)するときに指定することには限定されない。
一実施形態では、待ち時間の実際の単位は1フレーム期間であるが、本発明は、待ち時間の実際の単位が1フレーム期間であることには限定されない。中継局は、送信するバーストに何フレームの遅延を発生させるかに基づいて、待ち時間(latency)により分類される。遅延をカウントする基準として基地局フレームを使用する。一般的に、中継局による遅延はゼロから2〜3フレームだけであり、基地局が使用するフレームの長さにより変わる。
一実施形態では、基地局は中継局がダウンリンクとアップリンクの送信に使用できる機能的待ち時間を設定する。しかし、本発明は、中継局がダウンリンクとアップリンクの送信に使用できる機能的待ち時間を基地局が設定することには限定されない。機能的待ち時間はフレーム単位で測定される。基地局は、中継局が指定した処理遅延に基づき、登録の際に機能的待ち時間(functional latency)を設定してもよい。
一実施形態では、基地局マップと中継局マップを同期させることが必要である。基地局マップに現れるマルチホップ移動中継マップ情報要素(IE)は対応する中継局マップも参照するからである。しかし、本発明は、中継マップ情報要素が対応する中継局マップも参照することには限定されない。
一実施形態では、基地局と中継局のアップリンクマップは共に基地局により生成される。しかし、本発明は、基地局と中継局のアップリンクマップは共に基地局により生成されることには限定されない。中継局が使用する遅延に関して、基地局がその中継局と一致していることが必要である。中継局が使用する遅延に関する一致が必要なのは、基地局と中継局のアップリンクマップを同期させるためである。しかし、本発明は、基地局と中継局のアップリンクマップを同期させることには限定されない。基地局と中継局の間の同期とは、ここでは(これ以降の説明でも)、基地局マップからどの中継局マップが参照されているか知っていること、換言すると、参照されている中継局マップをデータとしてカプセル化されて基地局からいつ受信したか知っていることを意味する。同期はダウンリンクマップとアップリンクマップで別々である。
一方、他の一実施形態では、基地局と中継局のダウンリンクマップは同一フレームで基地局が送信するので、同期は簡単である。しかし、本発明は、基地局と中継局のダウンリンクマップが同一フレームで基地局により送信されることには限定されない。
一実施形態では、アップリンクマップの同期は、基地局アップリンクマップが基地局により送信される基地局フレームと、対応する中継局アップリンクマップが基地局により送信される基地局フレームとの間のフレーム差を知っていることに依存する。しかし、本発明は、アップリンクマップの同期が、基地局アップリンクマップが基地局により送信される基地局フレームと、対応する中継局アップリンクマップが基地局により送信される基地局フレームとの間のフレーム差を知っていることには限定されない。
一実施形態では、中継局アップリンクマップは、基地局が中継局に送信するダウンリンクバーストにカプセル化(encapsulated)されている。しかし、本発明は、中継局アップリンクマップが、基地局が中継局に送信するダウンリンクバーストにカプセル化(encapsulated)されていることには限定されない。一実施形態では、中継局アップリンクマップは基地局アップリンクマップより遅いフレームでは送信されない。他の実施形態では、中継局アップリンクマップは、基地局アップリンクマップが送信されるのと同じフレームまたは数フレーム前のフレームで送信される。
中継局アップリンクマップが送信されるフレームと、対応する基地局アップリンクマップが送信されるフレームの間の差は、中継局アップリンクマップ相対的関連性(relay station uplink map relative relevance)と呼ばれる。中継局アップリンクマップ相対的関連性は、中継局ダウンリンクの機能的遅延と、中継局アップリンクの機能的遅延と、中継局アップリンクバースト位置インデックス(relay station uplink burst position index)との和である。すなわち、

(中継局アップリンクマップ相対的関連性)=(中継局ダウンリンクの機能的遅延)+(中継局アップリンクの機能的遅延)+(中継局アップリンクバースト位置インデックス)
一実施形態では、上で説明したように、ダウンリンクとアップリンクの機能的遅延は登録(registration)の際に基地局により指定される。しかし、本発明は、ダウンリンクとアップリンクの機能遅延が登録の際に基地局により指定されることには限定されない。アップリンクバースト位置インデックスは0か1であるが、本発明はアップリンクバースト位置インデックスが0か1であることには限定されない。アップリンクバースト位置インデックスは、中継局フレームが始まったのと同一の基地局フレームで中継局が移動局から受信したバーストに対しては0である。そうでなければ、すなわち、中継局が受信したアップリンクバーストが中継局フレームが始まったものの次の基地局フレームにあるとき、インデックスは1である。
一実施形態では、中継局アップリンクマップ相対的関連性は、基地局アップリンクマップが処理されるときに中継局アップリンクマップを探すフレームを示す数字である。すなわち、基地局から受信したフレームのいくつ前のフレームが、関係のある中継局マップであるかを示す。
マルチホップ移動中継の実施形態を単純化するため、(中継局のダウンリンクとアップリンクの機能的遅延は一定だから)中継局アップリンクバースト位置インデックスは一定であると仮定する。あるいは、中継局アップリンクバースト位置インデックスは、中継局に対して基地局が設定可能である。
中継局はアップリンクバースト位置インデックスと中継局アップリンクマップの相対的関連性(relative relevance)を直接知る必要はない。中継局は、移動局アップリンクバーストを受信した基地局フレーム番号を記憶しているだけでよい。次に、中継局は、基地局アップリンクマップを処理するとき、中継局アップリンク機能的遅延として、(バーストを送信する必要がある)目下のフレーム(current frame)より前に受信バーストを選択する。一方、基地局は、アップリンクバースト位置インデックスを知っている必要がある。しかし、いずれにしろ基地局はこのパラメータを管理している(ので、知っている)。
図3は、フレームにおいてフレーム番号に対してバーストがどのように配置されるかの例を示す図である。この場合、中継局のダウンリンク遅延は1フレームであり、アップリンク遅延は1フレームであり、中継局アップリンクバースト位置インデックスはすべてのアップリンクバーストに対してゼロである。しかし、本発明は、中継局のダウンリンク遅延が1フレームであり、アップリンク遅延が1フレームであり、中継局アップリンクバースト位置インデックスがすべてのアップリンクバーストに対してゼロであることには限定されない。
一実施形態では、アップリンクマップ関連性(uplink map relevance)は1つのフレームである(これは802.16e標準規格で要求されている)。すなわち、1つのフレームで送信されたアップリンクマップは、その後のフレームでも有効である。しかし、本発明は、アップリンクマップ関連性が1つのフレームであることには限定されない。1つのフレームのアップリンクマップが1つのフレームの中継局ダウンリンク遅延に付加されたとき、中継局アップリンクマップは基地局で準備されたとき、フレーム2つ分の関連性(two frames’ relevance)を有する。一方、ダウンリンクマップは、フレーム1つ分の関連性(one-frame relevance)を有する。中継局がないと、ダウンリンクマップの関連性はゼロであり、すなわちフレームはそれが送信されたのと同じフレームにおいて有効である。
一実施形態では、図3において、中継局アップリンクマップ相対的関連性は2である。例えば、移動局アップリンクデータ350は、フレーム306で指定された基地局アップリンクマップによりデータ368として基地局に送信される。一方、関連する中継局アップリンクマップ328はフレーム302で基地局から受信される。
一実施形態では、中継局ダウンリンクアロケーションの(時間的)始まりはすべてのフレームで同一である。これは中継局フレームを安定させるためである。しかし、本発明は、中継局ダウンリンクアロケーションの始まりがすべてのフレームで同一であることには限定されない。しかし、中継局アップリンクアロケーションの始まりはどの場合も動的に変化し、中継局ダウンリンクアロケーションとアップリンクアロケーションの時間的長さはフレームごとに変化し得る。
ここで、図3を参照して、フレーム302は、基地局フレーム制御ヘッダとマップ310を含むプリアンブルを有するように示した。しかし、本発明は、フレームが基地局フレーム制御ヘッダとマップを含むプリアンブルを有することには限定されない。フレーム302は、中継局フレーム制御ヘッダとマップ316を含む中継局ダウンリンクアロケーション318も有する。しかし、本発明は、フレームが中継局フレーム制御ヘッダとマップを含む中継局ダウンリンクアロケーションも有することには限定されない。。
最後に、フレーム302は、中継局アップリンクアロケーション320を有するが、本発明は、フレームが中継局アップリンクアロケーションを有することには限定されない。中継局フレーム制御ヘッダとマップ312は、上で説明したが、移動局アップリンクデータ350として基地局により送信される。同様に、移動局ダウンリンクデータ314は、移動局ダウンリンクデータ332として中継局ダウンリンクアロケーション330に基地局により送信される。
フレーム304は、基地局フレーム制御ヘッダとマップ322を含むが、本発明は、フレームが基地局フレーム制御ヘッダとマップ322を含むことには限定されない。基地局304は中継局フレーム制御ヘッダとマップ328を含む中継局ダウンリンクアロケーション330を含むが、本発明は、基地局が中継局フレーム制御ヘッダとマップを含む中継局ダウンリンクアロケーションを含むことには限定されない。最後に、フレーム304は、中継局アップリンクアロケーション334を含むが、本発明は、フレームが中継局アップリンクアロケーションを有することには限定されない。中継局フレーム制御ヘッダとマップ324は、移動局アップリンクデータ366のアップリンクアロケーション364を画成するため、基地局により中継局に送信される。同様に、移動局ダウンリンクデータ326は、移動局ダウンリンクデータ346の中継局ダウンリンクアロケーション344に送信される。
フレーム306は、基地局フレーム制御ヘッダとマップ336を含むが、本発明は、フレームが基地局フレーム制御ヘッダとマップを含むことには限定されない。基地局306は中継局フレーム制御ヘッダとマップ342を含む中継局ダウンリンクアロケーション344を含むが、本発明は、基地局が中継局フレーム制御ヘッダとマップを含む中継局ダウンリンクアロケーションを含むことには限定されない。最後に、フレーム306は、中継局アップリンクアロケーション348を含むが、本発明は、フレームが中継局アップリンクアロケーションを有することには限定されない。中継局フレーム制御ヘッダとマップ338は基地局によりその後のフレームに送られる。移動局ダウンリンクデータ340は、移動局ダウンリンクデータ362の中継局ダウンリンクアロケーション360に基地局により送られる。移動局アップリンクデータ350は、そのアップリンクアロケーション368で基地局に送られる。
最後に、フレーム308は基地局フレーム制御ヘッダとマップ352を含むが、本発明はフレームが基地局フレーム制御ヘッダとマップを含むことには限定されない。基地局308は中継局フレーム制御ヘッダとマップ358を含む中継局ダウンリンクアロケーション360を含むが、本発明は、基地局が中継局フレーム制御ヘッダとマップを含む中継局ダウンリンクアロケーションを含むことには限定されない。最後に、フレーム308は中継局アップリンクアロケーション364を含むが、本発明はフレームが中継局アップリンクアロケーションを有することには限定されない。フレーム308において、中継局フレーム制御ヘッダとマップ354は、移動局ダウンリンクデータ356とともに、後のフレームに送られる。
図4は、図3に示したフレームに対する基地局フレーム及び中継局フレームの継承(succession)の一例を示す図である。図4に示したバースト構成は、中継局の送受信モードの切り換えが最低限になっている。一実施形態では、中継局は中継局フレームにおいて、最初に送信のみを行い、次に受信のみを行う。しかし、本発明は中継局が中継局フレームにおいて最初に送信のみを行い次に受信のみを行うことには限定されない。
一実施形態では、基地局フレーム402は基地局アップリンクマップ関連性(base station uplink map relevance)を有する。しかし、本発明は基地局フレームが基地局アップリンクマップ関連性を有することには限定されない。逆に、中継局フレーム404は中継局アップリンクマップ関連性(relay station uplink map relevance)416を有する。しかし、本発明は中継局フレームが中継局アップリンクマップ関連性を有することには限定されない。
図5は、基地局フレームと中継局フレームの継承(succession)の一例を示す図である。図5に示した実施形態では、中継局ダウンリンク遅延とアップリンク遅延は共にゼロフレームである。しかし、本発明は中継局ダウンリンク遅延とアップリンク遅延が共にゼロフレームであることには限定されない。
さらに、図5に示した実施形態では、中継局アップリンクバースト位置インデックスはゼロである。しかし、本発明は、中継局アップリンクバースト位置インデックスがゼロであることには限定されない。これは、最低待ち時間中継局(minimum latency relay station)に当てはまる場合である。一実施形態では、基地局フレーム502は基地局アップリンクマップ関連性506を有し、一方、中継局フレーム504は中継局アップリンクマップ関連性508を有する。しかし、本発明は、基地局フレームが基地局アップリンクマップ関連性を有し、中継局フレームが中継局アップリンクマップ関連性を有することには限定されない。
図1を再び参照して、一実施形態では、MAC(media access control)管理メッセージは、マルチホップ移動中継レポートメッセージと呼ばれ、中継局104が基地局102に送信する。しかし、本発明は、MAC管理メッセージを中継局が基地局102に送信することには限定されない。マルチホップ移動中継レポートメッセージはアップリンクバーストの信号測定メトリック(signal measurement metrics)を基地局102に送る。中継局104は移動局136から受信したバーストの信号測定メトリックを測定するか、それを次のホップの中継局106または108から取得する。マルチホップ移動中継レポートメッセージは、中継局104の基本接続識別(CID)(basic connection identification)を用いてMAC管理プロトコルデータユニットのフォーマットと同様にフォーマットされている。
一実施形態では、基地局102は、マルチホップ移動中継アップリンクデータマップ情報要素に非ゼロの参照番号を入れて、マルチホップ移動中継レポートメッセージを要求する。しかし、本発明は、基地局がマルチホップ移動中継レポートメッセージを要求することには限定されない。中継局104は、マップ情報要素により画成されたように、マルチホップ移動中継レポートメッセージを、受信したバーストデータとともに置く。マルチホップ移動中継レポートメッセージはバーストデータの前に来る。しかし、本発明は、マルチホップ移動中継レポートメッセージがバーストデータの前に来ることには限定されない。基地局102は、中継局104により送信されたマルチホップ移動中継レポートメッセージを収容するために、アップリンクアロケーションのサイズを大きくしなければならない。マルチホップ移動中継レポートメッセージのフォーマットを表1に示す。
Figure 2008118659
表1において、参照番号は、基地局102から中継局104が受信したマルチホップ移動中継アップリンクマップ情報要素中の対応するフィールドで使用される番号である。一実施形態では、基地局102は参照番号を非ゼロ値にしてレポートを要求するが、本発明は基地局が参照番号を非ゼロ値にしてレポートを要求することには限定されない。
移動局136から受信したバースト(indicated burst)のRSSIを測定するが、本発明は移動局から受信したバーストのRSSIを測定することには限定されない。
タイミングアジャスト(Timing Adjust)は中継局104が期待している時間からの受信信号のタイミングオフセットであるが、本発明は中継局が期待している時間からの受信信号のタイミングオフセットであるタイミングアジャストには限定されない。単位(units)は物理レイヤにより特定される。
周波数アジャスト(Frequency Adjust)は中継局104が期待している周波数からの受信信号の周波数オフセットであるが、本発明は中継局が期待している周波数からの受信信号の周波数オフセットである周波数アジャストには限定されない。単位はヘルツ(Hz)である。
移動局136から受信したバースト(indicated burst)のCINR(carrier-to-interference plus noise ratio)を測定するが、本発明は移動局から受信したバーストのCINRを測定することには限定されない。測定値が負であれば、ゼロとしてレポートされる。
ダウンリンクマップはマルチホップ移動中継フレーム制御ヘッダ(MMR FCH)とダウンリンクマップ情報要素(DL MAP IE)とを含む。フレーム制御ヘッダとダウンリンクマップ情報要素には拡張されたダウンリンクインターバル使用コード(DIUC)機構を新しいコードを割り当てて使用する。新しく割り当てたコードは、「type」パラメータに特定の値を割り当てれば、他のどのマルチホップ移動中継ダウンリンクマップ情報要素に使用してもよい。
一実施形態では、マルチホップ移動中継ダウンリンクマップ情報要素により、中継局104は、その後の基地局ダウンリンクマップの情報要素がデータバーストを表すことが分かる。ダウンリンクマップにより表されるデータバーストは中継局フレーム制御ヘッダと中継局ダウンリンクマップとを含むが、本発明はダウンリンクマップにより表されるデータバーストが中継局フレーム制御ヘッダと中継局ダウンリンクマップとを含むことには限定されない。
一実施形態では、中継局は、中継局フレーム制御ヘッダと中継局ダウンリンクマップを、移動局または次のホップの中継局に送信するフレームに使用する。圧縮マップを使用する場合、ここで説明しているデータバーストは圧縮された中継局アップリンクマップも含む。圧縮された中継局アップリンクマップは、802.16eで規定された他のどの圧縮ダウンリンクマップと同様に、圧縮の種類を示すフラグを持っている。フレーム制御ヘッダとダウンリンクマップ情報要素のフォーマットを表2に示す。
Figure 2008118659
表2において、「RS Basic CID」は、この情報要素の送り先である中継局104のベーシックコネクションアイデンティフィケーション(basic connection identification)である。
「type」は、その情報要素(information element)がどの種類のマルチホップ移動中継ダウンリンクMAP情報要素であるかを示す。このメッセージの場合、Typeは0であるが、本発明はTypeが0であることには限定されない。
「Destination Frame」は、ここで規定されたデータを中継局104のどのフレームで送信すべきかを示しており、Mフレーム(136等の移動局の場合)、またはRフレーム(106や108等の次のホップの中継局の場合)で送られる。このパラメータは同期中継局でのみ使用される。非同期中継局ではこのパラメータは0である。
ダウンリンクマップはマルチホップ移動中継局ダウンリンクデータ情報要素を含むが、本発明はダウンリンクマップがマルチホップ移動中継局ダウンリンクデータ情報要素を含むことには限定されない。ダウンリンクデータ情報要素には、拡張されたダウンリンクインターバル使用コード機構(extended downlink interval usage code mechanism)を、新しいコードを割り当てて使用する。新しいコードは、「Type」パラメータに特定の値を割り当てて、他のどのマルチホップ移動中継ダウンリンクマップ情報要素に使用してもよい。しかし、ここでは、ダウンリンクマップ情報要素を2つだけ提案する。
一実施形態では、ダウンリンクデータ情報要素は、その後の基地局ダウンリンクマップ中の情報要素が移動局136または次のホップの中継局106または108に転送する必要があるデータバーストを表すことを、中継局104に知らせる。
マルチホップ移動中継ダウンリンクデータ情報要素のフォーマットを表3に示す。
Figure 2008118659
表3において、「RS Basic CID」は、この情報要素の送り先である中継局104のベーシックコネクションアイデンティフィケーション(basic connection identification)である。
「Type」は、その情報要素(information element)がどの種類のマルチホップ移動中継ダウンリンクマップ情報要素であるかを示す。このメッセージではTypeは1であるが、本発明はマルチホップ移動中継ダウンリンクマップ情報要素のTypeが1であることには限定されない。
「Destination Frame」は、ここで規定されたデータを中継局104のどのフレームで送信すべきかを示しており、Mフレーム(136等の移動局の場合)、またはRフレーム(106や108等の次のホップの中継局の場合)で送られる。このパラメータは同期中継局でのみ使用される。非同期中継局ではこのパラメータは0である。
「RS UL−MAP Present」は、データバーストが中継局アップリンクマップを含むことを示すフラグである。
「RS DCD Present」は、データバーストがダウンリンクチャネル記述子(DCD、downlink channel descriptor)を含むことを示すフラグである。
「RS UCD Present」は、データバーストがアップリンクチャネル記述子(UCD、uplink channel descriptor)を含むことを示すフラグである。
「RS DL−MAP IE Index」は、移動局136または次のホップの中継局106もしくは108にここで規定したデータを送信するバーストを、中継局ダウンリンクマップ中のどの情報要素が表すかを示す。参照される中継局ダウンリンクマップは、「Destination Frame」パラメータの値が同じ(マルチホップ移動中継フレーム制御ヘッダとダウンリンクマップ情報要素により)この情報マップがあるのと同一の基地局ダウンリンクマップ中の基地局102により画成された中継局ダウンリンクマップである。
データバーストが中継局アップリンクマップ、ダウンリンクチャネル記述子、及び/またはアップリンクチャネル記述子を含む場合、これらのメッセージはバーストの始めにある。中継局アップリンクマップは、もしあれば、最初のプロトコルデータユニット(first protocol data unit)である。
中継局アップリンクマップ、ダウンリンクチャネル記述子、及びアップリンクチャネル記述子のプレゼンスフラグ(presence flags)の目的は、中継局104が特定のプロトコルデータユニットを探して受信データを連続的にスキャンしなくても、これらのメッセージを早く見つけることができるようにするためである。
アップリンクマップはマルチホップ移動中継アップリンクデータ情報要素(MMR UL Data IE)を含む。アップリンクデータ情報要素には、拡張されたアップリンクインターバル使用コード(UIUC、extended uplink interval usage code)機構を、新しいコードを割り当てて使用する。新しいコードは、「Type」パラメータに特定の値を割り当てて、他のどのマルチホップ移動中継アップリンクマップ情報要素に使用してもよい。しかし、ここでは、アップリンクマップ情報要素を1つだけ提案する。
アップリンクデータ情報要素は、中継局104に、その後の基地局アップリンクマップ中の情報要素が、移動局136または前のホップ(next-hop)の中継局106または108から受信した、基地局にアップリンクデータバーストを転送するために使用されるデータバーストを表すことを知らせる。アップリンクデータ情報要素のフォーマットを表4に示した。
Figure 2008118659
「RS Basic CID」は、この情報要素の送り先である中継局のベーシックコネクション識別情報(basic connection identification)である。
「Type」は、その情報要素(information element)がどの種類のマルチホップ移動中継アップリンクマップ情報要素であるかを示す。このメッセージの場合、Typeは1であるが、本発明はTypeは1であることには限定されない。
「Source Frame」は、ここで規定されたデータを中継局104のどのフレームで受信したかを示しており、Mフレーム(移動局136の場合)、またはRフレーム(次のホップの中継局106や108の場合)で受信される。このパラメータは同期中継局でのみ使用される。非同期中継局ではこのパラメータは0である。
「RS UL−MAP IE Index」は、移動局136または前のホップ(next-hop)の中継局106または108から受信した、基地局に転送されるべきバーストを、中継局アップリンクマップ中のどの情報要素が表すかを示している。しかし、本発明は、移動局または前のホップ(next-hop)の中継局から受信した、基地局に転送されるべきバーストを、中継局アップリンクマップ中のどの情報要素が表すかには限定されない。中継局アップリンクマップは、この情報要素がSource Frameパラメータの同じ値に対して現れる、基地局アップリンクマップのフレームに対して前にあるフレーム中の、基地局102から受信した中継局アップリンクマップである。フレーム差は中継局アップリンクマップ相対的関連度(relay station Uplink Map relative relevance)に等しい。
「Reference Number」は、マルチホップ移動中継レポートメッセージを要求してこの情報要素で規定されたデータを送信する移動局136から受信した信号に関連づけるために基地局102が使用する数字である。基地局102は、このパラメータを非ゼロ値にした場合に限り、レポートを要求する。
バーストデータの直前の情報要素においてマルチホップ移動中継レポートメッセージが要求されると、ここに規定したように、中継局104はそのメッセージをその受信バーストデータと一緒にする。基地局102はメッセージを収容するために、アップリンクアロケーションのサイズを大きくしなければならない。
登録要求メッセージ(registration request messages)はマルチホップ移動中継局インジケータを含む。マルチホップ移動中継インジケータのフォーマットを表5に示す。
Figure 2008118659
マルチホップ移動中継局インジケータがない場合、基地局はその登録しようとしている局(registering station)が加入者局(subscriber station)または移動局であると仮定する。
登録応答メッセージは中継局フレームオフセットフィールドを含むが、本発明は登録応答メッセージが中継局フレームオフセットフィールドを含むことには限定されない。中継局フレームオフセットはフレームにおいて中継局フレームがどこから始まるかを示す。同期フレーム中継局は、それぞれ移動局及び中継局との通信に専用に使われる2つのフレーム、MフレームとRフレームとを有する。
非同期中継局が生成するフレームは1つだけであり、これはMフレームとRフレームが1つのフレームになっていることを意味している。フレームは移動局とそれに接続している中継局とにより使用されるが、本発明はフレームが移動局とそれに接続している中継局とにより使用されることには限定されない。
中継局はオフセットの位置にプリアンブルを配置するが、本発明は中継局がオフセットの位置にプリアンブルを配置することには限定されない。あるいは、非同期の場合、中継局は1つのオフセット位置に1つのプリアンブルだけを使う。フレーム制御ヘッダとダウンリンクマップはその後のシンボルに配置される(圧縮マップを使用する場合、アップリンクマップもそこに配置される)。
Figure 2008118659
非同期中継局の場合、MフレームオフセットとRフレームオフセットとは等しい。しかし、本発明はMフレームオフセットとRフレームオフセットとが等しいことには限定されない。
基地局102はどのタイプを使用するか、同期または非同期を使用するか、中継局104がいつ両方のタイプをサポートするか決定する。
登録応答メッセージ(Registration Response message)にオフセットフィールドがなければ、中継局は基地局がマルチホップ移動中継をサポートできないと仮定する。
登録要求メッセージ中の中継局「Processing Time」フィールドは、ダウンリンク方向とアップリンク方向において受信側から送信側にバーストを転送するために中継局がどれだけの処理時間を必要とするかを示す。
Figure 2008118659
登録要求メッセージ中の中継局「Functional Delay」フィールドは、中継局が、ダウンリンク方向とアップリンク方向において受信側から送信側にバーストを何フレーム後に転送しなければならないかを示す。基地局102は、(中継局Processing Timeフィールドで)中継局104により指定された処理時間と自分自身の判断とに基づき、これらの数字を決定する。
Figure 2008118659
登録応答メッセージ(Registration Response message)にこのフィールドがなければ、中継局104は基地局がマルチホップ移動中継をサポートできないと仮定する。
図6は、マルチホップ移動中継システムのネットワークエントリ手順600の一例を示す図である。マルチホップ移動中継への移動局606のネットワークエントリの際に送信されるメッセージのシーケンスを示すが、本発明はここに示したメッセージのシーケンスには限定されない。このネットワークエントリ手順は、ここで示したマルチホップ移動中継において可能な透過的(transparent)モード制御手順の一例である。
図6において、基地局602は中継局604に基地局フレーム608を送信する。中継局は自分のフレーム(その中継局が同期式である場合はRフレームとMフレーム)を基地局に同期させる。移動局606は中継局フレーム610(同期中継局の場合、Mフレーム)に同期する。
基地局602は中継局604に中継局ダウンリンクマップとダウンリンクチャネル記述子(RS DL−MAP/DCD)612を送信する。中継局604は、移動局606に中継局ダウンリンクマップとダウンリンクチャネル記述子(RS DL−Map/DCD)626を転送する。次に、基地局602は中継局604に中継局アップリンクマップとアップリンクチャネル記述子(RS UL−MAP/UCD)614を送信する。中継局604は、次に、移動局606に中継局アップリンクマップとアップリンクチャネル記述子(RS UL−Map/UCD)628を転送する。移動局606は、中継局ダウンリンクマップとアップリンクマップ、及びダウンリンクチャネル記述子とアップリンクチャネル記述子とからダウンリンクパラメータとアップリンクパラメータを取得する。移動局606は、中継局604にイニシャルレンジングコード(initial ranging code)630を送信して、基地局への接続を試みる。中継局604は、次に、割り当てられたアップリンクアロケーション616で、基地局にそのイニシャルレンジングコード632を中継する。
基地局602は、次に、中継局604に、中継局アップリンクマップ618でCDMAアロケーションを送信する。また、基地局は、中継局に、移動局から送信された応答で測定したマルチホップ中継レポートメッセージを要求する。中継局604は、次に、移動局606にCDMAアロケーション632でアップリンクマップを送信する。移動局606は、中継局604に、CDMAアロケーション634でレンジング要求(ranging request)を送信して応答する。中継局は移動局から受信した信号を測定して、その測定結果に基づいてレポートメッセージを形成する。中継局604は、次に、基地局602に、中継局CDMAアロケーションに割り当てられた基地局アップリンクアロケーション620でレンジング要求を中継する。
最後に、基地局602は、中継局604に、中継局ダウンリンクアロケーション624に向けられたデータバーストとしてレンジング応答(ranging response)を送信して応答する。中継局604は、次に、移動局606にターゲット中継局ダウンリンクアロケーション(target relay station downlink allocation)636でレンジング応答を転送する。移動局606は、管理接続識別情報(management connection identifications)を得て、必要に応じて、レンジングを終了する。
図7は、本発明の一実施形態による、基地局によるマルチホップ移動中継システムの集中処理スケジューリング手順を示すフローチャートである。図7を参照して、ステップ702において、集中処理スケジューラを基地局に設ける。ステップ702からステップ704に進み、中継局のサービスフローのスケジューリングを基地局の集中処理スケジューラを用いて集中的に行う。
図8は、本発明の一実施形態による、サービスフローの集中処理スケジューリング手順をさらに示すフローチャートである。図8を参照して、ステップ802において、前記サービスフローの前記集中スケジューリングは、中継局を介して移動局と基地局との間でサービスフローを送信することを含む。ステップ802からステップ804に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、基地局の集中処理スケジューラを用いて、中継局がサービスフローを送信する周波数と時間スロットとを決定することを含む。
ステップ804からステップ806に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、基地局の集中処理スケジューラから中継局に、移動局の制御に必要な制御メッセージを送信することを含む。ステップ806からステップ808に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、基地局の集中処理スケジューラに中継局が移動局から受信したアップリンクバーストの信号測定メトリック(signal measurement metrics)を送信することを含む。ステップ808からステップ810に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、基地局の集中処理スケジューラにおける、ダウンリンクバーストプロファイル、アップリンクバーストプロファイル、ダウンリンクマップ、及びアップンクマップを生成することを含む。
ステップ810からステップ812に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、基地局の集中処理スケジューラを用いて、中継局と基地局によりサービスフローに使用されるゾーン(zone)とセグメント(segment)を決定することを含む。ステップ812からステップ814に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、基地局から受信したサービスフローを、中継局において、第1のエンコーディングから第2のエンコーディングに変換し、そのサービスフローを移動局に送信することを含む。ステップ814からステップ816に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、移動局から受信したサービスフローを、中継局において、第1のエンコーディングから第2のエンコーディングに変換し、そのサービスフローを基地局に送信することを含む。
ステップ816からステップ818に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、基地局の集中処理スケジューラを用いて、中継局において、移動局とのダウンリンク及びアップリンクの通信のためのフレームスペースを確保することを含む。ステップ818からステップ820に進み、サービスフローの集中処理スケジューリングは、中継局が移動局から受信したレンジングその他の制御メッセージを基地局に送ること、及びその逆を含む。
図8はプロセスの一例に過ぎず、本発明の実施形態は図8に示したステップの全てを含むプロセスには限定されない。むしろ、ステップの一部を取り除いても、再配置しても、本発明の精神からは逸脱しない。
図9は、マルチホップ移動中継システム900において、基地局902から複数の移動局、加入者局(subscriber stations)、及び下位中継局904へのサービスフローを集中処理スケジューリング(centralized scheduling)するシステムの一例を示す。サービスフロー918の集中処理スケジューリングのシステムは、基地局902に配置された集中処理スケジューラ906を有する。しかし、本発明は基地局に配置された集中処理スケジューラを有することには限定されない。
集中処理スケジューラ906は、中継局914が(例えば、データパケットのバーストである)サービスフロー918を再送する周波数910と時間スロット912とを決定することにより、サービスフロー918をスケジューリングする。しかし、本発明は中継局がサービスフローを再送する周波数と時間スロットとを決定することには限定されない。
基地局902はサービスフロー918を中継局914に送り、中継局はそのサービスフロー918を移動局904に再送する。さらに、中継局914は相異なる時間に通信を送受する別々の通信手段922、924(3つ以上でもよい)を有するが、本発明は中継局が相異なる時間に通信を送受する別々の通信手段を有することには限定されない。
集中処理スケジューラ906はサービスフローに制御メッセージを組み込み、中継局914に送信する。制御メッセージは、中継局914が移動局904にサービスフロー918を再送信し、移動局904から受信したサービスフロー918を基地局902に再送信する周波数910と時間スロット912とを含む。しかし、本発明は制御メッセージが、中継局が移動局にサービスフローを再送信する周波数と時間スロットとを含むことには限定されない。
中継局914は、通信側922において、基地局902から、サービスフローと制御メッセージ918を受信する。このサービスフローと制御メッセージはデータパケットのバーストであってもよい。中継局914は、MACレベル928までデータパケットをエンコード及びデコードする物理レイヤ926を有するが、本発明は、中継局がMACレベルまでデータパケットをエンコード及びデコードする物理レイヤを有することには限定されない。
中継局914は、通信側924において、基地局902により決定され制御メッセージ918に含められた周波数910と時間スロット912において、移動局904にデータパケットを再送信する。しかし、本発明は中継局がデータパケットを移動局に再送信することには限定されない。
本発明の実施形態は、IEEE802.16標準規格及びその拡張の下で動作する中継局及び基地局に適用できる。しかし、本発明の実施形態はこの標準規格には限定されない。むしろ、他の標準規格の下で動作する中継局と基地局や、標準規格に従わない中継局と基地局であっても、本発明の精神から逸脱することなく実施することができる。
本発明の少数の好ましい実施形態を図示して説明したが、当業者には言うまでもなく、本発明の原理と精神から逸脱することなくこれらの実施形態に変更を加えることができる。本発明の範囲は、請求項及びその均等の範囲により規定される。
なお、本発明のいくつかの態様を整理すると以下の通りである。
(付記1) 中央集中スケジューラを有するマルチホップ移動中継システムであって、
基地局と中継局とを有し、前記中央集中スケジューラは前記基地局にあり、前記中継局のサービスフローの前記中継局におけるスケジューリングを制御する、マルチホップ移動中継システム。
(付記2) 前記中央集中スケジューラは、前記中継局が前記サービスフローを送信する周波数と時間スロットとを決定することにより前記サービスフローのスケジューリングを管理する、付記1に記載のマルチホップ移動中継システム。
(付記3) 基地局からマルチホップモバイル移動中継システムの中央処理スケジューリングをする方法であって、
前記基地局に中央処理スケジューラを設ける段階と、
前記基地局の前記集中処理スケジューラを用いて中継局のサービスフローを集中スケジューリングする段階とを有する方法。
(付記4) 前記サービスフローの前記集中スケジューリングは、前記中継局を介して移動局と前記基地局との間で前記サービスフローの送信を含む、付記3に記載の方法。
(付記5) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラを用いて前記中継局が前記サービスフローを送信する周波数と時間スロットとの決定を含む、付記3に記載の方法。
(付記6) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラから前記中継局への移動局の制御に必要な制御メッセージの送信を含む、付記3に記載の方法。
(付記7) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラに前記中継局が移動局から受信したアップリンクバーストの信号測定メトリックの送信を含む、付記3に記載の方法。
(付記8) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラにおける、ダウンリンクバーストプロファイルとアップリンクバーストプロファイルとダウンリンクマップとアップリンクマップとの生成を含む、付記3に記載の方法。
(付記9) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラを用いた前記中継局と基地局による、前記サービスフローに使用されるゾーンとセグメントの決定を含む、付記3に記載の方法。
(付記10) 前記中継局は同期フレーム中継局と非同期フレーム中継局よりなる群から選択される、付記3に記載の方法。
(付記11) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラからのサービスフローの前記中継局における第1のエンコーディングから第2のエンコーディングへの変換と、前記サービスフローの移動局への送信とを含む、付記3に記載の方法。
(付記12) 前記中継局は、前記基地局の前記集中処理スケジューラに依存してサービスフローをスケジューリングし、前記サービスフローの属性を設定する、付記3に記載の方法。
(付記13) 前記中継局は前記基地局と無線チャンネルを共有する、付記3に記載の方法。
(付記14) 前記中継局は相異なる時間に前記サービスフローを送受信する、付記3に記載の方法。
(付記15) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラを用いた、前記中継局における移動局とのダウンリンク及びアップリンクの通信のフレームスペースを確保する段階を含む、付記3に記載の方法。
(付記16) 前記サービスフローは前記中継局の物理レイヤにおいてエンコードとデコードをされる、付記3に記載の方法。
(付記17) 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、移動局と前記中継局との間のレンジングメッセージの送信を含む、付記3に記載の方法。
(付記18) 基地局からマルチホップモバイル移動中継システムの中央処理スケジューリングをするシステムであって、
基地局からサービスフローを集中処理スケジューリングする手段と、
前記スケジューリングに従って中継局の前記サービスフローを制御する手段とを有するシステム。
(付記19) マルチホップ移動中継システムにおける基地局から複数の局へのサービスフローの集中処理をするシステムであって、
前記基地局に配置された集中処理スケジューラを有し、前記集中処理スケジューラは、移動局に再送信するものとして前記基地局が前記中継局に送ったサービスフローを中継局が再送信できる周波数と時間スロットとを決定することにより、前記サービスフローをスケジューリングし、前記中継局が前記サービスフローを再送信できる前記周波数と前記時間スロットを含む制御メッセージを送信し、
前記中継局は、前記基地局からのデータパケットのバーストとして前記サービスフローを受信し、MACレベルまで前記データパケットをエンコード及びデコードする物理レイヤを有し、前記基地局により決定され前記メッセージに含まれた前記周波数と前記時間スロットで前記移動局に前記データパケットを再送信するシステム。
マルチホップ移動中継システムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による、図1に示したマルチホップ移動中継システム100の基地局フレームのフレーム構造の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による、バーストがフレーム番号に対してフレーム内のどこに配置されるかを示す例である。 本発明の一実施形態による、図3に示したフレームに対する基地局フレーム及び中継局フレームの継承(succession)の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による、最小待ち時間中継局の場合における基地局フレーム及び中継局フレームの継承の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による、マルチホップ移動中継システムのネットワークエントリ手順の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による、基地局によるマルチホップ移動中継システムの集中スケジューリング手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による、サービスフローの集中スケジューリング手順をさらに示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による、マルチホップ移動中継システムにおける基地局から複数の局(stations)へのサービスフローの集中スケジューリングシステムの一例を示す図である。
符号の説明
100 マルチホップ移動中継システム
102 基地局
104、106、108、110、112、114、116 中継局
132、134、136、138、140、142、144、146、148、150 移動局
118、120、122、124 ダウンリンク送信カバレッジ
156、158 アップリンク送信カバレッジ
904 加入者局
906 集中処理スケジューラ
914 中継局
922、924 通信手段
926 物理レイヤ
928 MACレベル

Claims (8)

  1. 中央集中スケジューラを有するマルチホップ移動中継システムであって、
    基地局と中継局とを有し、前記中央集中スケジューラは前記基地局にあり、前記中継局のサービスフローの前記中継局におけるスケジューリングを制御する、マルチホップ移動中継システム。
  2. 前記中央集中スケジューラは、前記中継局が前記サービスフローを送信する周波数と時間スロットとを決定することにより前記サービスフローのスケジューリングを管理する、請求項1に記載のマルチホップ移動中継システム。
  3. 基地局からマルチホップモバイル移動中継システムの中央処理スケジューリングをする方法であって、
    前記基地局に中央処理スケジューラを設ける段階と、
    前記基地局の前記集中処理スケジューラを用いて中継局のサービスフローを集中スケジューリングする段階とを有する方法。
  4. 前記サービスフローの前記集中スケジューリングは、前記中継局を介して移動局と前記基地局との間で前記サービスフローの送信を含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラを用いて前記中継局が前記サービスフローを送信する周波数と時間スロットとの決定を含む、請求項3に記載の方法。
  6. 前記サービスフローの前記集中処理スケジューリングは、前記基地局の前記集中処理スケジューラから前記中継局への移動局の制御に必要な制御メッセージの送信を含む、請求項3に記載の方法。
  7. 基地局からマルチホップモバイル移動中継システムの中央処理スケジューリングをするシステムであって、
    基地局からサービスフローを集中処理スケジューリングする手段と、
    前記スケジューリングに従って中継局の前記サービスフローを制御する手段とを有するシステム。
  8. マルチホップ移動中継システムにおける基地局から複数の局へのサービスフローの集中処理をするシステムであって、
    前記基地局に配置された集中処理スケジューラを有し、前記集中処理スケジューラは、移動局に再送信するものとして前記基地局が前記中継局に送ったサービスフローを中継局が再送信できる周波数と時間スロットとを決定することにより、前記サービスフローをスケジューリングし、前記中継局が前記サービスフローを再送信できる前記周波数と前記時間スロットを含む制御メッセージを送信し、
    前記中継局は、前記基地局からのデータパケットのバーストとして前記サービスフローを受信し、MACレベルまで前記データパケットをエンコード及びデコードする物理レイヤを有し、前記基地局により決定され前記メッセージに含まれた前記周波数と前記時間スロットで前記移動局に前記データパケットを再送信するシステム。
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