JP2010507988A - マルチホップ無線ブロードバンドアクセス通信をサポートする多フェーズのフレーム構成 - Google Patents

Abstract

システムに配置されたRSの数に比例してオーバーヘッドを増加させることなく、如何なるホップのネットワーク及び如何なる数の中継局（RS）をサポートするように、複数のフェーズで多フェーズのフレーム構成を構成する。

Description

この出願は、“Multi-Phase Frame Structure to Support Multi-Hop Wireless Broadband Access Communications”という題で2006年10月25日に出願された米国特許出願第60/854,465号の優先権を主張する。この全内容が参照として取り込まれる。

複数の異なるデジタル技術の発展は、ネットワークを通じて１つのシステムから他のシステムにデータを伝達する必要性をかなり増加させてきている。技術的発展は、ラップトップ及び他のデジタル装置からネットワーク内の他の装置に送信され得る大量の音声、ビデオ、画像及びデータ情報のデジタル化及び圧縮を可能にする。デジタル技術のこれらの発展は、これらの処理ユニットにデータを配信及び供給する必要性を刺激している。

無線ネットワークの範囲を拡張するため及び／又はコストを低減するために、中継点として無線ネットワークの無線ノードを使用することは、ますます魅力的になっている。マルチホップ中継（MR：Multi-hop relay）ネットワークは、通信を最適化して伝送の効率を高めるために、中継点として固定及び／又は移動局を使用し得る。１つの注目すべき問題は、どのように新しいプロトコル及びアーキテクチャを使用して最適な伝送パスの選択を調整するか、どのようにこれらのネットワークに関連するコストを低減するかである。

本発明の一実施例に従ってマルチホップリンク情報を明示的に伝達する例示的な無線ネットワークでの無線ノードの構成 システムに配置された如何なる数の中継局（RS：Relay Station）及び如何なるホップのネットワークをサポートするように動的に調整される多フェーズのフレーム構成の実施例

本発明として考えられる対象は、特に特許請求の範囲に記載されている。しかし、構成及び動作方法の双方について、本発明は、目的、特徴及び利点と共に、添付図面と共に読まれたときに以下の詳細な説明を参照することで理解され得る。

説明を簡潔且つ明瞭にするため、図面に示す要素は、必ずしも縮尺通りに示されていないことがわかる。例えば、明瞭にするために、いくつかの要素の大きさは、他の要素に比べて誇張されることがある。更に、適切であると考えられる場合、参照符号は、対応する要素又は同じ要素を示すために図面の中で繰り返される。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、複数の特定の詳細が示されている。しかし、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施され得ることがわかる。その他に、本発明をあいまいにしないように、周知の方法、手順、構成要素及び回路は詳細に記載されていない。

無線マルチホップ中継システムは、複数の現在の標準の取り組みで注目されている。例えば、WLANについて、IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）802.11sのメッシュTG（Task Group）は、WLANメッシュネットワークの標準的な対策について積極的に取り組んでいる。更に、IEEE802.16jのマルチホップ中継（MR：Multi-hop Relay）タスクグループもまた、無線ブロードバンドアクセス（WBA：wireless broadband access）ネットワークのIEEE802.16jプロジェクト承認要求の促進で標準の対策を評価している。

マルチホップ中継システムは、マルチメディアトラヒックの範囲を増加させるコスト効率の良い方法を提供する。中継局は、既存のネットワークを通じて拡張したサービスエリアを提供し、MRシステムは、多数の移動加入者を収容し、広域サービスエリアを確立し、高いデータレートを提供するコスト効率の良い対策である。従って、マルチホップ中継システムは、802.16システムのスループット及び容量を向上させ、急速な配置を可能にする。このことは、システム動作のコストを低減する。

MR中継システムは、既存の802.16e加入者局とシームレスに動作するという意味で、完全に後方互換性があることを目的としている。802.16の更なる段階は、MRネットワークで使用するように設計された拡張の中継及びWBA加入者局を導入することが想定される。ここで説明する実施例は802.16無線ブロードバンドアクセスネットワーク（場合によってWiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）と呼ばれ、WiMAXは、IEEE802.16標準の適合性及び相互運用性テストを通過した製品の証明マークである）を参照することがあるが、実施例はこれに限定されず、WLAN、他の形式のメッシュネットワーク又は異なるネットワークの組み合わせに適用可能である。マルチホップ中継技術は、LTE（Long Term Evolution）についての3GPP（3rd Generation Partnership Project）のような他の出現しつつある標準に適用されてもよい。

図１は、本発明の一実施例に従ってマルチホップリンク情報を伝達する例示的な無線ネットワークでの無線ノードの構成を示す図である。マルチホップ中継（MR：Multi-hop Relay）ネットワーク100は、少なくともいくつかのOTA（Over-The-Air）無線周波数（RF：Radio Frequency）リンクを介して情報を送信及び／又は受信できる装置を有する如何なるシステムでもよい。例えば、一実施例では、MRネットワーク100のトポロジは、複数の移動局（MS：Mobile Station）120及び130に直接のアクセスを提供するMR基地局（MR-BS：MR Base Station）110を含んでもよい。MR基地局110はまた、図面に中継局（RS：Relay Station）として示す複数の無線中継ノードに接続する。

中継局（RS）140及び150は、WPANについての様々な802無線標準及び／又はWMANについての標準のうち１つ以上と互換性のある無線プロトコル及び／又は技術を使用して、MRネットワーク100でメッセージを無線通信及び中継する。しかし、本発明の概念はこの点に限定されない。図面に示すように、中継局（RS）140及び150は、移動局120へのアクセスを提供し、他のRSの代わりにデータを中継する。本発明の実施例の特定の非限定的な例示的な実装では、図示のトポロジは、複数の通信パス又はリンクを提供するためにルートにMR-BSがありリーフにMSがあるツリー状になる。アクセスリンクは、MR-BSとMSとの間及びRSとMSとの間で、サポートパスを提供する。中継リンクは、MR-BSとRSとの間でサポートパスを提供する。

MRネットワーク100は、複数のマクロセルから構成されてもよい。一般的に、各マクロセルは、MR基地局110と同様の少なくとも１つの基地局と、各マクロセルに渡って分散して基地局と組み合わせて動作するRS140及び150と同様の複数の中継局とを有し、クライアント局への完全な範囲のサービスエリアを提供してもよい。MR-BS110とRS140及び150との間のマルチホップトポロジは、ポイントツーマルチポイント（PMP：Point-to-Multipoint）リンクとしてみなされてもよい。更に、ダウンリンク（DL：downlink）プリアンブルのブロードキャスト及び受信を介して実行される時間及び周波数の同期を維持するために各PMPリンクが局に依存する場合、RS140はPMPリンクを介してRS160及びRS170に接続される。なお、アップリンク（UL：uplink）同期はレンジング（ranging）処理により実行される。

MRネットワーク100は、複数の中継リンクがチャネルを共有することを可能にするフレーム構成を利用するため、複数のPMPリンクは、同じチャネルでサポートされてもよい。複数のPMPリンクがチャネルを共有する場合、リンクに参加する局は同期し、干渉を最小化するようにデータが送信される。フレーム構成は、時分割多重（TDM：time division multiplexing）及び空間の再利用の組み合わせを利用しつつ、トポロジ及び配置の要件を最適化し、複数のPMPリンクがチャネルを共有することを可能にするように構成可能である。

図２は、TDD動作についての中継リンクのフレーム構成200を示している。TDDは、送信機と受信機との双方に割り当てられた周波数チャネルを使用することにより、スペクトルを効率的に利用する。TDDは、同じ周波数f₀を使用するが異なる時間にアップリンク（UL）及びダウンリンク（DL）トラヒックを利用する非対称トラヒックの伝達に適している。実際に、TDDはデータストリームをフレームに分割し、各フレーム内で順方向及び逆方向伝送に異なるタイムスロットを割り当てる。フレーム構成は、各種のトラヒックにより要求される帯域の一部のみを使用しつつ、双方の形式の伝送が同じ伝送媒体を共有することを可能にする。

図面は、DLサブフレーム202とULサブフレーム252とに分割されたTDDフレームを示している。DL及びULサブフレームのそれぞれは、更に複数のフェーズ（phrase）に分割される。DLサブフレーム及びULサブフレームはタイムスロットに分割され、各種のトラヒック（ULトラヒック及びDLトラヒック）は、フレーム内に同時に複数のタイムスロットを割り当てられる。ULフェーズの数がULフェーズの数と同じになるように、DLサブフレーム202の各DLフェーズは、ULサブフレーム252の対応するULフェーズを有する点に留意すべきである。特に、DLフェーズ204、206及び...208により表されるDLサブフレーム202のDLフェーズの数は、ULフェーズ254、256及び...258により表されるULサブフレーム252のULフェーズの数に一致する。更に、各DLフェーズの最初のシンボルはプリアンブルであるという点に留意すべきである。

中継PMPリンク（例えば、MR-BS110とRS140及び150との間のリンク及びRS140とRS160及び170との間のリンク）のそれぞれは、フェーズに割り当てられる。前述のように、MR-BS110は、PMPリンクのルートに位置し、そのリンクのDL局である。従って、MR-BS110は、DL局の１つになり、PMPリンクが割り当てられたフェーズのDL部分で、プリアンブルとMAPSとデータとを送信する。また、前述のように、この例でRS140及びRS150として記載したPMPリンクのリーフは、フェーズのUL部分でデータを送信するUL局である。１つより多くのPMPリンクが所定のフェーズに割り当てられてもよい。

中継リンクのフレーム構成のフェーズの数は、周波数設計及び配置処理の一部として動的に選択されてもよい。従って、中継リンクのフレーム構成の構成は、システムの動作中に調整又は変更されてもよい。フレーム構成200は、複数のフェーズに分割され、複数のPMPリンクがTDM方式でチャネルを共有することを可能にする。これにより、プリアンブルの送信を過度の干渉から保護する。フレーム構成200の構成により、チャネルを共有するPMPリンクは、別のグループに分類されることが可能になる。この場合、各グループはフェーズに割り当てられる。

フェーズのDL局である全てのRSは、そのフェーズのDL部分で自分のプリアンブルを送信する。フェーズ内の全てのプリアンブルは、同じシンボルで送信されるため、フェーズでDL局になる２つのRSを割り当てることにより、同時にプリアンブルを送信することになる。一般的に、そのフェーズで他の局と非常に大きい干渉を生成しない場合、同じフェーズでDL局になるように局が割り当てられる。RSは、DL局である場合のフェーズで、DLで受信してULで送信するようにスケジューリングされ得ない。しかし、RSは、複数のフェーズでDL又はULで受信することができる。

多フェーズのフレーム構成200は、様々な方法でDL送信機をフェーズに割り当てるために使用されてもよい。MR-BSから１ホップ離れた１つの層のRSのみを含む２ホップのトポロジでは、中継リンク通信をサポートするために１つのみのフェーズが含まれる。しかし、MR-BSからのホップでの距離に基づいて局をフェーズに割り当てることにより、マルチホップトポロジをサポートするために２フェーズの構成が使用されてもよい。MR-BSから偶数のホップにある局は、一方のフェーズに割り当てられ、MR-BSから奇数のホップにある局は、他方のフェーズに割り当てられる。

代替として、同じフェーズに配置されたRSの間で空間の再利用を可能にしつつ、異なるフェーズに配置することにより複数のRSの間での干渉を回避するため、RSを２つより多くのフェーズに分配するために多フェーズのフレーム構成200が使用されてもよい。フレーム構成200の性質により、ネットワークプロバイダは、特定のトポロジ及びMRセルの要件に基づいてフェーズの数を選択し、“配置”毎にオーバーヘッドとパフォーマンスとの間のトレードオフを行うようにフレーム構成200を動的に構成することが可能になる。多くのオーバーヘッドを犠牲にして同一チャネル干渉を低減するために、多くのフェーズがフレーム構成200に追加されてもよい。しかし、RS間の干渉が許容できる場合、少ない数のフェーズが使用されてもよい。フレーム構成200は、単一チャネルでマルチホップ通信をサポートするために使用されてもよい。また、１つのチャネルのリソースを共有することを可能にしつつ、干渉するRSのブロードキャスト送信を分離するために使用されてもよい。相互に干渉することを想定していないRSの間で空間の再利用を容易にするために、複数のRSは、同じフェーズに割り当てられてもよい。

中継リンクのフレーム構成のFDD版では、DLサブフレームは、DL方向に専用のチャネルで全フレームを占有し、ULサブフレームは、UL方向に専用のチャネルで全フレームを占有する。

従来技術の方法は、２ホップのトポロジを仮定しているか、ホップ毎の分割（フェーズ）で変更できないTDM分割を仮定しているが、本発明は、システムに配置されるRSの数と比例してオーバーヘッドを増加させることなく、システムに配置される如何なる数のRS及び如何なるホップのネットワークをサポートできる複数のフェーズでフレームを構成する。ここまでで、WiMAXマルチホップ無線中継の配置に動的に構成され得るフレーム構成について説明したことが明らかになる。

本発明の特定の特徴について図示及び記載したが、多くの変更、置換、変形及び均等が当業者に明らかになる。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の要旨内にあるこのような変更及び変形を全てカバーすることを意図することがわかる。

Claims (18)

1. マルチホップ無線中継の配置を提供する方法であって、
   システムに配置される複数の中継局（RS）を有するマルチホップネットワークをサポートするように複数のフェーズでフレーム構成を動的に構成することを有する方法。
2. 周波数設計及び配置処理の一部として、中継リンクのフレーム構成のフェーズの数と、前記フェーズのサイズとを選択することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. システムの動作中に前記フレーム構成を動的に調整し、マルチホップ無線ネットワークに更なるRSを含めることを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. １つより多くのポイントツーマルチポイント（PMP）リンクをフェーズに割り当てることを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 同じフェーズに配置されるRSの間で空間多重を可能にしつつ、異なるフェーズに配置することにより複数のRSの間の干渉を回避するため、２つより多くのフェーズにRSを分配することを更に含む、請求項１に記載の方法。
6. マルチホップ中継基地局（MR-BS）と、システムに配置された複数の中継局（RS）とを有するWiMAXマルチホップ無線中継配置システムであって、
   前記複数の中継局（RS）は、多フェーズのフレーム構成を使用して通信し、前記MR-BSからのホップでの距離に基づいてフェーズにダウンリンク送信機を割り当て、
   前記MR-BSから偶数のホップにあるRSは一方のフェーズに割り当てられ、
   前記MR-BSから奇数のホップにあるRSは他方のフェーズに割り当てられるシステム。
7. 前記システムは、前記システムの動作中に前記多フェーズのフレーム構成を動的に調整し、マルチホップ無線ネットワークに更なる数のRSを含めるように構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記システムは、前記システムに配置されたRSの数に比例してオーバーヘッドを増加させることなく、前記システムに配置された如何なる数のRSをサポートするように、複数のフェーズで多フェーズのフレーム構成を構成する、請求項６に記載のシステム。
9. 前記システムは、異なるフェーズに配置することにより複数のRSの間の干渉を回避するため、２つより多くのフェーズに前記多フェーズのフレーム構成を構成する、請求項６に記載のシステム。
10. 前記多フェーズのフレーム構成は、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とを有する、請求項６に記載のシステム。
11. 前記ダウンリンクサブフレームは、送信する局の第１フェーズのダウンリンクと受信する局のアップリンクとにより後続される第１のプリアンブルを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記ダウンリンクサブフレームは、送信する局の第２フェーズのダウンリンクと受信する局のアップリンクとにより後続される第２のプリアンブルを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記アップリンクサブフレームは、送信する局の第１フェーズのアップリンクと受信する局のダウンリンクとを含む、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記アップリンクサブフレームは、送信する局の第２フェーズのアップリンクと受信する局のダウンリンクとを含む、請求項１３に記載のシステム。
15. マルチホップ中継基地局（MR-BS）と、システムに配置された複数の中継局（RS）とを有するWiMAXマルチホップ無線中継配置システムであって、
    前記複数の中継局（RS）は、多フェーズのフレーム構成を使用して通信し、
    前記多フェーズのフレーム構成は、同じフェーズに配置されたRSの間で空間の再利用を可能にしつつ、複数のRSの間の干渉を回避するため、２つより多くのフェーズにRSを分配するWiMAXマルチホップ無線中継配置システム。
16. ネットワークプロバイダは、マルチホップ中継セルの要件及び特定のトポロジに基づいてフェーズの数を選択する、請求項１５に記載のWiMAXマルチホップ無線中継配置システム。
17. ネットワークプロバイダは、前記多フェーズのフレーム構成を動的に構成し、配置毎にオーバーヘッドとパフォーマンスとの間でトレードオフする、請求項１５に記載のWiMAXマルチホップ無線中継配置システム。
18. ネットワークプロバイダは、更なるフェーズを動的に追加し、多くのオーバーヘッドを犠牲にして同一チャネル干渉を低減する、請求項１５に記載のWiMAXマルチホップ無線中継配置システム。

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