JP2010507990A - マルチホップワイヤレスブロードバンドアクセス通信対応の、マルチフェーズストラクチャにおける送信のためのステーショングループ化アルゴリズム - Google Patents

Abstract

マルチホップリレーベースステーション（ＭＲ−ＢＳ）およびリレーステーション（ＲＳ）をツリートポロジ内のそれらの位置に基づいてグループにまとめてフェーズを割り当てる、ワイヤレスデバイスのステーションのグループ化メカニズムを示す。ＭＲ−ＢＳおよびＲＳをグループ化またはパーティショニングし、グループに明確なフェーズの割り当てることで、ＭＲ−ＢＳおよびＲＳが同時に送信および受信することを防止する。
【選択図】図１

Description

数多くの異なるデジタル技術における進歩は、データを１つのデバイスからネットワーク上の別のシステムへ転送する必要性を著しく増大させている。技術の進歩は、ラップトップやその他のデジタル機器からネットワーク上のその他のデバイスへ送信される、大量の音声、ビデオ、画像およびデータ情報のデジタル化および圧縮を可能にする。これらのデジタル技術における進歩は、これらのプロセッシングユニットへのデータの配信および供給の必要性を促進してきた。

ワイヤレスネットワークの範囲の拡大および／またはコストを減縮すべく、ワイヤレスネットワークのワイヤレスノードをリレーポイントとして用いることは、より魅力的になってきている。マルチホップリレー（ＭＲ）ネットワークは、通信の最適化および送信効率を向上すべく、固定および／または可動ステーションをリレーポイントとして用いてよい。特筆すべき課題は、新しいプロトコルやアーキテクチャを用い、いかに最適な送信パスの選択を管理してこれらのネットワークに係るコストを減縮するかにある。

発明である主題は、特定されており、明細書の最後の部分に明確に請求されている。ただし、本発明の目的、特徴、および効果を伴う動作の構成および方法の両方については、以下の詳細な説明および以下に説明する添付の図面を参照すると、より良く理解し得る。

本発明の一実施形態による、マルチホップリンクの情報を「偶数」および「奇数」ステーションと明示的に表した、例示的なワイヤレスネットワークにおけるワイヤレスノードの配置図である。

システム内のあらゆるホップネットワークおよび多数のリレーステーション（ＲＳ）に対応すべく、動的に調整され得る、複数のフェーズを有するフレームストラクチャの実施形態である。

フレームストラクチャ２００の様々なフェーズで発生し得る通信の例である。 フレームストラクチャ２００の様々なフェーズで発生し得る通信の例である。 フレームストラクチャ２００の様々なフェーズで発生し得る通信の例である。 フレームストラクチャ２００の様々なフェーズで発生し得る通信の例である。

Ｍフェーズのフレームストラクチャの一実施形態における、ダウンロードステーションのグループ化の例を示す表である。

当然のことながら、説明を簡単にすべく、図面の要素が必ずしも正しい縮尺で描かれているとは限らない。例えば、いくつかの要素は、明瞭にすべく他の要素に比べてより強調されていてよい。更に、適切である場合には、対応または類似の要素を示す参照番号を複数の図面で繰り返し使用する。

以下、発明の十分な理解を促進するために様々な詳細を説明するが、これらの詳細を要することなく本発明を実施可能であることは、当業者にとって明らかである。また、本発明を不明瞭にすることを避けるべく、公知の方法、手順、部材、および回路は詳細に説明しない。

ワイヤレスマルチホップリレーシステムは、最近の数々の標準化の動きの焦点となっている。例えば、ＷＬＡＮについては、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ （ＩＥＥＥ） ８０２．１ １ ｓメッシュタスクグループ（ＴＧ）がＷＬＡＮメッシュネットワーキングの標準的ソリューションに積極的に取り組んでいる。また、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｊ マルチホップリレー （ＭＲ）タスクグループも、ワイヤレスブロードバンドアクセス（ＷＢＡ）ネットワークのＩＥＥＥ ８０２．１６ｊ プロジェクト承認要求を促進させるべく、標準化ソリューションを評価中である。

マルチホップリレーシステムは、マルチメディアトラフィックの範囲を広げる、コスト効率の良い方法である。リレーステーションは、既存ネットワークを介して広範囲のカバレッジを提供する。またＭＲシステムは、多数の可動サブスクライバに対応可能で、広範囲のカバレッジを確立し、より高いデータレートを提供できる、コスト効率の良いソリューションである。このように、マルチホップリレーシステムは、８０２．１６システムのスループットと許容量を向上させ、迅速な展開を可能にしてシステム運用のコストを低減する。

ＭＲリレーステーションは、完全な後方互換性を有し、既存の８０２．１６ｅサブスクライバステーションとシームレスに動作することを目的としている。８０２．１６の次期フェーズとしては、より強化されたリレーおよびＭＲネットワーク用に設計されたＷＢＡサブスクライバステーションが想定されている。以下に説明する実施形態は、Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓの頭文字で、ＩＥＥＥ８０２．１６規格の準拠および互換テストに合格した製品の認証マークである、ＷｉＭＡＸとも呼ばれる８０２．１６ワイヤレスブロードバンドアクセスネットワークを示すが、実施形態はこれに限定されず、ＷＬＡＮ、その他のタイプのメッシュネットワーク、または異なるネットワークの組み合わせにも適用可能である。マルチホップリレーの技術は、第３世代移動体通信システムの標準化プロジェクト（３ＧＰＰ）のＬｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）などの新しい規格に適用されてよい。

図１は、本発明の一実施形態による、マルチホップリンクの情報を表した例示的なワイヤレスネットワークにおける、ワイヤレスノードの配置図である。マルチホップリレー（ＭＲ）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）リンクを介して情報を送信および／または受信可能なデバイスを有する、いかなるシステムであってよい。例えば、ある実施形態では、ＭＲネットワーク１００のトポロジが、複数の可動ステーション（ＭＳ）１２０および１３０への直接アクセスを提供するＭＲベースステーション（ＭＲ−ＢＳ）１１０を含んでよい。また、ＭＲベースステーション１１０は、図中にリレーステーション（ＲＳ）１４０および１５０として示されるような複数の無線リレーノードに接続する。

リレーステーション（ＲＳ）１４０および１５０は、１つ以上のＷＰＡＮおよび／またはＷＭＡＮの様々な８０２ワイヤレス規格に準拠した、ワイヤレスプロトコルおよび／または技術を用い、ＭＲネットワーク１００内でワイヤレスに通信してメッセージを伝達する。ただし、発明の実施形態はこの点において限定されない。図のように、リレーステーション（ＲＳ）１４０および１５０は、可動ステーション１２０および１８０へのアクセスを提供し、さらに他のＲＳを代表してデータをリレーする。本発明の実施形態の限定的でない一例においては、トポロジはツリー型であり、根元のＭＲ−ＢＳと葉のＭＳとの間に複数の通信パスまたはリンクが存在する。アクセスリンクは、ＭＲ−ＢＳとＭＳとの間、さらにＲＳとＭＳとの間の直接通信パスをサポートする。リレーリンクは、ＭＲ−ＢＳとＲＳとの間、さらにＲＳ同士の間の直接通信パスをサポートする。

ＭＲネットワーク１００は、複数のマクロセルからなってよい。一般的に各マクロセルは、ＭＲベースステーション１１０に類似のベースステーションを少なくとも１つ含み、ＲＳ１４０および１５０に類似のリレーステーションを複数含む。複数のリレーステーションは、各マクロセル内に分散し、ベースステーションと共にクライアントステーションへ全域カバレッジを提供する。ＭＲ−ＢＳ１１０とＲＳ１４０および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）リンクと見なしてよい。更に、ＲＳ１４０は、ＲＳ１６０およびＲＳ１７０にＰＭＰリンクを介して接続する。各ＰＭＰリンクは、ステーションとの間でダウンリンク（ＤＬ）プリアンブルをブロードキャストするとともに受信することにより実行される時間同期および周波数同期を維持する。アップリンク（ＵＬ）同期は、レンジングプロセスによって実行される。

ＭＲネットワーク１００は、複数のリレーリンクに１つのチャンネルを共有させることが可能なフレームストラクチャを使用する。このため、同一のチャンネルで複数のＰＭＰリンクに対応することができる。複数のＰＭＰリンクが１つのチャンネルを共有する場合、リンクに参加するステーションは同期し、干渉を最小化するようデータが送信される。フレームストラクチャは、トポロジおよび実装の要件を最適化すべく設定することができ、時分割多重化（ＴＤＭ）および空間的再使用の組み合わせを用いつつ、複数のＰＭＰリンクがチャンネルを共有することを許容する。

本発明によると、ＭＲネットワーク１００の実施形態は、ＭＲ−ＢＳ１１０とＭＳとの間のパスが３ホップ以上の長さであってよいトポロジを有する、８０２．１６ｊ規格に対応する。ＴＤＤシステムにおいては、送信信号が受信信号をかき消さないよう、ＲＳは送信と受信とを同時に行わない。ＭＲネットワーク１００は、任意のホップサイズのトポロジにおいて、ＲＳが同時に送受信を行わないよう、複数のＲＳをフェーズにグループ化するフレームストラクチャに対応する。

前述のように、ＭＲネットワーク１００は、ツリートポロジの基本的なストラクチャを有し、ステーションがチャンネルに対し同時に送受信できないことを確実にする共有チャンネルによって、マルチホップ通信に対応する。本発明によると、ＭＲ−ＢＳおよび様々なＲＳは、ＭＲ−ＢＳから偶数あるいは奇数のホップであるかによって、異なるグループに割り当てられる。図によると、ＭＲ−ＢＳ１１０、ＲＳ１６０、およびＲＳ１７０は「偶数」ステーションに指定されており、ＲＳ１４０およびＲＳ１５０は「奇数」ステーションに分類されている。奇数ステーションは他の奇数ステーションからデータを受信せず、偶数ステーションは他の偶数ステーションからデータを受信しない。このため、ステーションが同時に送受信しないという制約に反することなく、奇数ステーションはフレームの同じ部分内で送信することができる。同様に、ステーションが同時に送受信しないという制約に反することなく、偶数ステーションはフレームの同じ部分内で送信することができる。ステーションをフレームの異なるフェーズへと適切にグループ化することにより、共有されたチャンネル上でマルチホップ通信を達成できる。

図２は、共有されたチャンネル上のマルチホップ通信に対応する２フェーズのフレームストラクチャ２００である。ここでは説明を簡単にすべく２フェーズを使用するが、発明は２フェーズに制限されない点に留意すべきである。フレームストラクチャ２００は、トランスミッタおよびレシーバの両方に割り当てられた１つの周波数チャンネルを有効に使用するＴＤＤのオペレーションに適している。ＴＤＤは、非対称トラフィックの搬送に適している。非対称トラフィックは、同じ周波数ｆ０を異なるタイミングで使用する、アップリンク（ＵＬ）およびダウンリンク（ＤＬ）両方のトラフィックを用いる。実際には、ＴＤＤはデータストリームをフレームに分割し、各フレーム内で異なるタイムスロットをフォワードおよびリバーストランスミッションに割り当てる。図によると、ＴＤＤフレームがＤＬサブフレーム２０２およびＵＬサブフレーム２１２に分割されており、各ＤＬおよびＵＬサブフレームが更に複数のフェーズに分割されている。

ステーションは、ＭＲ−ＢＳから（ＭＲ−ＢＳを含んで）偶数ホップ離れていると指定され、「偶数」ダウンリンクＤＬフェーズで送信し、「偶数」アップリンクＵＬフェーズで受信してよい（ＭＲ−ＢＳはＵＬで送信しない）。一方で、ＭＲ−ＢＳから奇数ホップ離れていると指定されたステーションは、「奇数」ＤＬフェーズで送信し、「奇数」ＵＬフェーズで受信してよい。例えば、ＭＲ−ＢＳ１１０から偶数のホップを有するＲＳ１６０およびＲＳ１７０は、「偶数」ダウンリンクＤＬフェーズ２０４で送信する（図２を参照）。ＲＳ１６０およびＲＳ１７０は「偶数」アップリンクＵＬフェーズ２１４で受信してよい。また、一例として、ＲＳ１４０およびＲＳ１５０は、奇数のホップを有すると指定され、「奇数」ダウンリンクＤＬフェーズ２０６で送信してよい。ＲＳ１４０およびＲＳ１５０は、「奇数」アップリンクＵＬフェーズ２１６で受信してよい。

図３から図６にフレームストラクチャ２００の様々なフェーズで発生し得る通信の例を示す。図３は「偶数」ＤＬフェーズ２０４（図２を参照）の通信を示す。ここではＭＲ−ＢＳ１１０、ＲＳ１６０、およびＲＳ１７０はＭＲ−ＢＳから偶数ホップ離れていると指定される。ＤＬフェーズ２０４では、図中の矢印が示すようにＭＲ−ＢＳから離れる方向へＭＲ−ＢＳ１１０が送信する。ＲＳ１４０およびＲＳ１５０は、ＭＲ−ＢＳ１１０から奇数ホップ離れていると指定され、このＤＬフェーズ２０４で受信する。図４は「奇数」ＤＬフェーズの通信を示す。このフェーズでは、ＭＲ−ＢＳ１１０から奇数ホップ離れているＲＳがＤＬ方向へ送信し、ＭＲ−ＢＳから偶数ホップ離れているＲＳが受信する。図５は「奇数」ＵＬフェーズの通信を示す。ＭＲ−ＢＳ１１０から偶数ホップ離れているＲＳがＵＬ方向へ送信し、ＭＲ−ＢＳから奇数ホップ離れているＲＳが受信する。図６は「偶数」ＵＬフェーズの通信を示す。このフェーズでは、ＭＲ−ＢＳ１１０から奇数ホップ離れているＲＳがＵＬ方向へ送信し、ＭＲ−ＢＳから偶数ホップ離れているＭＲ−ＢＳおよびＲＳが受信する。

図７は、本発明のアルゴリズムに沿った、Ｍフェーズフレームストラクチャの実施形態における、ＤＬステーションのグループ化の例を示す表である。最大ＲＳ鎖がＮホップの一般的なＭフェーズグループ化アルゴリズムは、より多くのフェーズにＲＳを分散させることで、フェーズ毎のＲＳ間における干渉が低減されることを示す。

Ｄは次のように定義される。Ｄ＝ｃｅｉｌ （Ｎ／Ｍ）、Ｍはフェーズ数、Ｎはホップ数を表す。

フェーズｋにおいて、ＭＲ−ＢＳから（Ｍ＊ｄ＋ｋ）ホップ離れているＭＲ−ＢＳまたはＲＳはＤＬで送信する。ここでｄの値は０、１、２、…、Ｄ−１であり、ｋの値は０、１、…、Ｍ−１であり、Ｎ以上の全てのＲＳホップカウントは無視する。一例として、Ｍ＝５およびＮ＝８の場合にＤＬで送信してよいステーションを表に示す。

当然のことながら、ＭＲ−ＢＳおよびＲＳをツリートポロジ内のそれらの位置に基づいてグループにまとめてフェーズを割り当てる、ステーションのグループ化メカニズムを示してきた。ＭＲ−ＢＳおよびＲＳをグループ化またはパーティショニングし、グループに明確なフェーズを割り当てることで、ＭＲ−ＢＳおよびＲＳが同時に送信および受信することを防止する。このように、共有されたチャンネル上の、トポロジ内のホップ数およびセル内のＲＳの数に対応したマルチホップ通信方法を示した。

以上に発明の一部の特徴を図示および説明してきたが、多様な変更、代替、改良および等価物が当業者に想到できよう。従って、そのような変更および改良は、発明本来の趣旨の範囲内であり、特許請求の範囲によって包含されると理解される。

Claims (3)

1. マルチホップリレーベースステーション（ＭＲ−ＢＳ）およびリレーステーション（ＲＳ）をツリートポロジ内の位置に基づいて、グループに割り当てる段階を備える、通信方法。
2. 前記グループをフェーズに割り当て、前記ＭＲ−ＢＳおよび前記ＲＳが同時に送信および受信を行うことを防止する段階を更に備える、請求項１に記載の通信方法。
3. 前記ツリートポロジに基づいて、フレーム内のフェーズの数を動的に調整するマルチホップ通信において、チャンネルを共有する段階を更に備える、請求項１に記載の通信方法。

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