JP2011239369A - 遠隔的に重み付けされたｓｄｍａ伝送 - Google Patents

Abstract

【課題】移動局における干渉の効果を回避する能力を向上させるために中継局の効果を利用する。
【解決手段】中継局がビームフォーミングを関係する移動局に与えるように、間接的に到達する移動局のためにビームフォーミングを被せ、それをもって直交性を維持することによって、或いは、基地局及び中継局の組み合わせ効果が２個またはより多くの移動局に空間多重を提供することであるように、目下規格化されるネットワークＭＩＭＯアプローチ及びその更なる発展などの無線通信に用いる伝送の潜在的干渉を事前に除去するメカニズムによって達成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信を確立する既存の方法への改善に関する。

利用可能な無線通信は、パッシブアンテナによる受信用の信号の搬送の使用に適した一部の電磁スペクトルに依存する。この一部のスペクトルは、無線スペクトルとして一般に知られている。

無線スペクトルは、様々なオペレータによる使用のために有限のリソースを与える。無線スペクトルの使用は、非常に多くの場合に政府規制され、戦略性の公的資産とみなされる。これと、無線スペクトルの物理的境界とが、セルラ無線システムの設計に制限を課す。

特定のオペレータによる排他的な使用のために無線スペクトルの部分を割り当てるよりも寧ろ、帯域を共有する様々な形式が確立されてきた。様々な通信プロトコルは、オペレータに、彼らが間欠使用、臨時使用または常時使用のために特定の周波数帯域を共有するであろうやり方を系統立てさせる。

実際には、全ての共有方法は、ある種の干渉を伴い、これは送信される信号の電力に比例する。音声サービスに関して、信号及び干渉に関してバランスを保たせることによって性能を改善するために、送信側の電力制御が示されてきた。

無線手段によるデータ伝送の需要が増大するにつれ、様々なサービス品質（ＱｏＳ）要求を満足するリソース割り当てが関心事となる。データサービスの特徴は音声サービスの特徴と異なるので、伝送に対する異なるアプローチが研究される必要がある。

従来のモバイル伝送システムにおいて、その範囲内で移動局と通信を確立可能な基地局によって通信が確立される。この範囲は、セルとして大抵は知られている。異なる携帯端末間から夫々の基地局（セルに関連付けられている）との通信は、セル間で干渉を引き起こし得る。これは、セル間干渉として知られている。基地局の従来の配置（とセルの計画設計）に関して、セルのサイズは十分に大きく、無線スペクトルは干渉を回避するように設計され、かつ、事前に割り当てられることが可能である。セル端において、移動管理は、様々なハンドオーバメカニズムを手段としてセル間干渉を扱うように発展してきた。更に、係るセルの比較的大きなサイズのために、干渉のレベルが通常は低く、かなり容易に制御可能である。これは電力制御を手段とすることが可能であり、ハンドオーバは適度に速く作用できる。

しかしながら、既存の概念は、一般に、セルラプランを備える無線通信システムにおいて音声データを伝送する目的に関して発展してきた。対照的に、データ伝送及びサービスオンデマンド（ＳｏＤ）などの特定のサービスは、低品質音声データから高品質実時間ビデオ伝送までなどの様々なニーズの範囲に適応できるシステムを提供する必要性を生じさせる。比較的高電力高速伝送は低電力サービスに非常にネガティブに影響を与えるかもしれないので、従来の干渉解明は係る新たな適用に適応しないかもしれない。

更に、「セルラカバレッジ」という既存の概念が永久に維持される必要があると想定する理由がない。より柔軟なアプローチが、特に、マルチホップ中継器、フェムトセルなどの「小さなセルカバレッジ」適用の導入に適応させられる必要がある。係る実装があろうとなかろうと、将来の実装のもとでのセル端としてのエクスペリエンスのＱｏＳは、従来の定義が予想するよりもずっと高くなるかもしれない。

マクロセルの上に重なる小さなセルの存在に関して高いＱｏＳサービスが移動局によって要求されるときなどに、電力漏れが重要な問題となる。そのうえ、小さなセルのセル端における電力は、隣接セルへの干渉及び隣接セルからの干渉を発生可能とするのに十分に高いかもしれない。この現象は図１に描かれており、これはマクロセルを定める基地局（ＮＢ）を示しており、この実際的な境界が大きな実線楕円によって定められている。ＮＢは、ユーザ装置（ＵＥ）と直接的に通信可能であって、更にマルチホップ中継器（ＲＮＢ）と直接的に通信可能である。ＲＮＢは、より小さなゾーン（破線楕円によって定められる）内の通信可能性を向上させることができる。更に、家庭用設備あるかもしれないフェムトセル（ＨＮＢ）は、ＵＥとの通信用に、使用可能な伝送範囲の点で更に小さなセルを定める。図１に示されるように、ＵＥは、範囲内であればローカルＨＮＢ、またはＵＥがより小さなセルの範囲内になければＮＢなどに、受信すべき所望信号を持つかもしれない。しかしながら、小さなセルの正式な範囲内にないにもかかわらず、係るデバイスはこれらＨＮＢ及びＲＮＢのブロードキャストから干渉を受けるかもしれない。

図２は、より簡単な形式でＮＢとユーザ装置との間で通信を確立することに関与する信号を説明する。図２においてユーザ装置はＲＵＥ及びＵＥで夫々示され、ＲＵＥはマルチホップ中継器ＲＮＢに関連付けられており、ユーザ装置ＵＥはそのように関連付けられていない。ユーザ装置ＵＥと通信するために、基地局ＮＢは信号Ｓ１を伝送する。信号Ｓ２はマルチホップ中継器ＲＮＢへ伝送され、これは結果として生ずる信号Ｓ２’をユーザ装置ＲＵＥに渡す。ＲＵＥ及びＵＥ夫々は、ＮＢ及びＲＮＢからの対応する干渉信号、夫々Ｉ１及びＩ２に直面する。

この現象は、図３の参照によって更に説明可能である。この図は、空間動作によって特徴付けられる第１の期間において信号がＲＮＢ及びＵＥ夫々にビームフォーミングされる一方、両方ともＵＥに向けられるＲＮＢ及びＮＢから発する信号間の干渉に第２の期間が関連付けられる、フレーム構造を示す。

３ＧＰＰ ＴＲ ３６．８１４ Ｖ１．２．１ "Ｆｕｒｔｈｅｒ Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ＥＵＴＲＡ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ａｓｐｅｃｔｓ，" Ｔｅｃｈ． Ｓｐｅｃ．ｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｒｅｌ． ９， Ｊｕｎｅ ２００９

本発明の一態様は、目下規格化されるネットワークＭＩＭＯアプローチ及びその更なる発展などの無線通信に用いる伝送の潜在的干渉を事前に除去するメカニズムを提供する。

この発明の更なる態様は、添付の特許請求の範囲の点検により定めることができる。特に、以下の詳細な説明を与えられるこの発明の具体的な実装は熟練した読み手にとって明らかだろうが、コンピュータ可読媒体手段で、または、信号経由で届けられるコンピュータプログラム製品によって本発明が実装可能であると読み手は評価される。この製品は、この発明の完全な実装を提供してもよいし、この発明に従って機能するようにコンピュータを構成するためにハードウェアまたはソフトウェア実装され得る汎用機能要素に依存してもよい。

この発明は、添付の図面を参照しながら、その具体的な実施形態を参照しながらこれから更に記述されるだろう。

図１は、マルチホップ中継器及びフェムトセル配置を含む典型的なセルラ通信ネットワークの概略的な説明図である。 図２は、典型例における通信経路の概略的なベクトル図である。 図３は、ＳＤＭＡ通信における干渉についての見込みのある実例を説明する伝送信号図である。 図４は、この発明の実施形態に従う通信経路の概略的なベクトル図である。 図５は、この発明の実施形態に従う通信方法の概略的な通信プロセス図である。 図６は、この発明の実施形態に用いられるような３Ｄビームフォーミングを説明する図である。 図７は、この発明の記述された実施形態の実装様式を説明する概略図である。 図８は、この発明の実施形態に関連する３Ｄビームフォーミングを定式化する方法を説明するベクトル図である。

以降の説明において、提示される発明概念は、その具体的な実施形態及びそれらの動作の助けを借りて、必要に応じて詳細な数学的記述と一緒に、説明されるだろう。

図２に示されるように、Ｓ_１はＮＢからマクロセル内のＵＥへの信号であり、Ｓ_２はＮＢからＲＮＢへの信号である。Ｓ_１及びＳ_２のみに関して、通信は、ＭＵ−ＭＩＭＯ実装の簡単な考慮によって慣例的にサポート可能である。しかしながら、簡単なＭＵ−ＭＩＭＯ概念がこのシナリオに適用されると、図に示されるように、ＮＢからＲＵＥへの干渉Ｉ_１が潜在的に引き起こされるだろう。更に、適切な制御がなければ、ＲＮＢが伝送を開始する時に、同様に図２に示されるように、ＲＮＢからＵＥへの干渉Ｉ_２が潜在的に生ずるだろう。

干渉Ｉ_１及びＩ_２の両方が、図３において「干渉ゾーン」として示されるように、中継伝送中に限って生ずるであろうことに注意されたい。

この発明の２つの実施形態は、この干渉の影響に適応し、これを回避するアプローチを提供する。

この発明の第１の実施形態において、干渉回避及び除去に焦点が置かれる。図２に示され、先に説明されたように、全体のパケット伝送中にＮＢについて３つのユーザ、即ちＵＥ、ＲＮＢ及びＲＵＥが概念的に存在する。ＭＵ−ＭＩＭＯ概念は３つのユーザに仮想的に伝送するために適用されることが可能であり、同時に３つのユーザに仮想的に伝送することによって３つのユーザをサポートして干渉を回避するためにＮＢにおいてプリコーディングが３つのユーザに適用される。これは、ＮＢからＲＵＥへの少しの物理伝送も存在していないことに関わらない。

これを達成するために、ＮＢは、十分な空間自由度、即ち、この場合には少なくとも３つのユーザをサポートするキャパシティを提供する能力を持たなければならない。係る装置についての現在の技術仕様のもとでは、これは一般にアンテナ構成に依存し、これはＮＢが少なくとも３つのアンテナセットを必要とすることを意味する。

ここで、ＮＢは、ＲＮＢ及びＵＥとして指定される２つのユーザを同時にサポートする意図のアンテナセットを装備していることが仮定される。従って、２つの異なるユーザとして、ＵＥ及びＲＵＥをサポートすることも可能となり得る。

故に、この発明のこの実施形態において、ＵＥ及びＲＵＥをサポートするためにＮＢにおいて最初にプリコーディングが適用され、ＵＥ及びＲＵＥへの伝送を空間的に直交させる。次に、ＵＥ及びＲＮＢをサポートするためにＮＢにおいてプリコーディングが適用されるが、ＵＥに対するプリコーディングは第１の段階については維持されるべきである。

この手続によって、ＮＢからＲＵＥへと潜在的に生ずる干渉は安全に回避される。この動作は、ＮＢについて余分の自由度、例えばどんな余分なアンテナセットの用意も必要としない。

ＲＮＢは、ただ１つのユーザ（ＲＵＥ）をサポートするだけでよいので、従来のビームフォーミング技術がＲＵＥへの指向送信を行うために使用されるかもしれない。しかしながら、示されるように、ＲＵＥからＵＥへの潜在的干渉のために、この干渉について十分な注意が与えられた状態でビームフォーミングが行われなければならない。従って、ＲＮＢはプリコーディングを行うためにＲＵＥ及びＵＥの両方をそのユーザとして（しかしＵＥは「仮想ユーザ」として）扱うべきであるが、実際には特にＲＵＥの１つのプリコーディング行列を用いることによってＲＵＥのみのサポートを提供する。この動作によれば、ＵＥへの潜在的干渉が存在せず、ＮＢ及びＲＮＢは同時に伝送を行うことが可能であり、互いに干渉することなく効果的にＮＢはＵＥへ伝送し、ＲＮＢはＲＵＥへ伝送する。

この発明の第２の実施形態は、協調的な多点送信機の用意に焦点を合わせる。第１の実施形態において、取り組まれる問題は、従来のアプローチで処理された。しかしながら、第２の実施形態において、ＮＢ及びＲＮＢは、サービスを提供する１つの共同ネットワークノードとして組み合わせて考えられる。この実施形態における目的は、様々な結果として生ずる通信が互いを妨げることなく、この複合ノードによってＲＵＥ及びＵＥをサポートすることである。

ＮＢ及びＲＮＢをネットワークにおける２つの独立した機能性エンティティとみなすための能力について何らの制限なく、それらは、ネットワークＭＩＭＯの概念と一致して協調的なやり方で容易に作動可能である。

しかしながら、複合ＮＢ・ＲＮＢノードの配置についていくつかの制限が存在する。実際の適用において、ＮＢ及びＲＮＢは多分基本的に異なるバックホールサポート、シグナリングキャパシティ及び制御キャパシティ、リソース割り当て及び電力割り当てなどを持つだろう。

ＲＮＢはバックホールサポートを持たず、かつ、ＲＮＢはユーザアクセスを制御するキャパシティを持たない、と想定することが妥当である。ＲＮＢは、多分ＮＢに比べてずっと低い送信電力を持つだろう。これらの全てが、ＲＮＢ及びＮＢの協調的な動作に多くの難題を引き起こす。この発明のこの実施形態において、これらの難題に関わらず、ＮＢ及びＲＮＢの効果の組み合わせを通じたこの協調的な多点送信機が、実現される。

先に述べられたように、ＮＢは２つのユーザＵＥ及びＲＵＥをサポート可能であり、従って２またはより多くのアンテナを持つであろうから、ＭＵ−ＭＩＭＯをサポート可能である。実際のシステムにおいて、現在、マルチアンテナ及び／またはマルチユーザ伝送をサポートするためにＮＢにおいて多数のアンテナを用意することは陳腐である。これは、ＲＮＢにおける場合にはそうでないかもしれない。しかしながら、どの中継システムにおいても、重大な問題はスペクトル効率である。

この実施形態において、ＮＢは、同一の無線リソースを共有することによって、中継されるＵＥ（ＲＵＥ）への中継伝送と、その自身のＵＥへの通常の伝送との両方を行う。この実施形態において、当然に、ＮＢがＲＮＢに比べて上位の構成と伝送の完全な制御とを持つことは想定される。この目的は、潜在的干渉の全てを管理し、いわゆる干渉を所望信号へと変換することである。このメカニズム及び手続は、以下の通りに述べられる。

・ＮＢは、最初に、その目標ＵＥへの伝送を２つのパートに分割する。
・伝送の第１のパートは、ＮＢからＲＮＢへの伝送と同時性を持つ。
・伝送の第２のパートは、ＲＮＢからＲＵＥへの伝送と同時性を持つ。
・ＮＢは、ＵＥ及びＲＮＢへ同時に伝送するためにＳＤＭＡを行う。
・従来のＳＤＭＡと対照的に、この伝送の第１の段階において、ＮＢは、そのＵＥを対象としたその伝送の第２のパートの信号／データもＲＮＢへ伝送する。
・ＲＮＢは、ＵＥへのＮＢの伝送（第２のパート）及びＲＮＢへのＮＢの伝送の両方から信号／データを受信する。
・第１の段階の伝送の後に、伝送の第２の段階は、ＵＥ及びＲＵＥへ協調的な伝送を共同で行うＮＢ及びＲＮＢを備える。
・協調的な伝送において、ＮＢ及びＲＮＢはＵＥ及びＲＵＥの両方をサポートするために共同で重み付けされる。
・ＲＮＢの重み付け行列はＮＢによって遠隔的に導出され、伝送の第１の段階においてＮＢ及びＲＮＢからの伝送を重み付けすることによってＲＮＢへ伝送される。
・遠隔的に重み付けされるアプローチは、所望の信号／データに適用されるだけでなくシステム内部からの如何なる残存する干渉にも適用される。
・この残存する干渉、または、潜在的に残存する干渉に関して、ＮＢは最初に干渉のためのヌル空間を生成する。
・ＮＢは、干渉をヌル空間に導くようにＮＢ及びＲＮＢの両方についてアンテナを重み付けし、これは、結局、干渉をＵＥ及びＲＵＥから遠ざける。

このアプローチは、係る無線リソース共有構成の中で干渉のない伝送を可能にする。
更に、動作は、全てＮＢにおいて行われるが、所望信号の生成及び潜在的な／残存する干渉の回避または管理のための余分な空間自由度としてＲＮＢを利用する。この更なる利点は、ＲＮＢに如何なる追加機能を要求することなく従来のやり方で中継伝送を達成することである。

この発明のこの実施形態に関して、基本的な構成は、最低限２個のアンテナを持つＮＢと、１つまたは複数のアンテナを持つＲＮＢとを備える。ＵＥ及びＲＵＥも夫々少なくとも１つのアンテナを持つ。

この構成の如何なる拡張及びその様々な組み合わせが同一の原理を用いて明らかに可能であることが理解されるだろう。

Ｍ個の送信アンテナ及びＮ個のユーザを持つマルチユーザ伝送及びＭ個の送信アンテナ及びＮ個の受信アンテナを持つマルチアンテナシステムの両方に関して、システムは下記のようにモデル化可能である。

ここで、ノイズベクトルをｎ＝［ｎ_１，ｎ_２，．．．，ｎ_Ｎ］^Ｔとし、Ｎ×Ｍチャネル行列をＨとして、ｘ＝［ｘ_１，ｘ_２，．．．，ｘ_Ｍ］^Ｔ及びｙ＝［ｙ_１，ｙ_２，．．．，ｙ_Ｍ］^Ｔが夫々送信系列及び受信系列である。

簡単化のためにプリコーディングにおける一般性を失うことなく、プリコーディング前の送信シンボルは、ｖ＝［ｖ_１，ｖ_２，．．．，ｖ_Ｎ］^Ｔとして定義される。ｖは、線形または非線形に処理可能である。処理されたｖはｕとして定義される。線形プリコーディングに関して、ｖは実際には処理される必要がなく、従って、ｕ＝ｖである。しかしながら、非線形プリコーディングに関して、ｖは下記のように処理可能である。

ここで、τはコンスタレーションサイズに関連する定数であって、λ＝［λ_１，λ_２，．．．，λ_Ｎ］^Ｔは複素ベクトルである。

一般的なプリコーディング行列はＷとして定義される。プリコーディングされた系列ｓは、下記のように表現可能である。

伝送の前に、プリコーディングされたシンボルは下記のようにスケーリングされる必要があり、これはプリコーディング動作による送信電力の増加のないことを確実にするために必要とされる。

ここで、スケーリング要素γ＝｜｜ｓ｜｜^２、ρ＝１／√γである。

ところで、数式（１）は下記に拡張可能である。

プリコーディング行列Ｗが線形及び非線形プリコーディングの両方を含む如何なるプリコーディングアルゴリズムにも当てはまることにここでは注意されたい。

ＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディングに特に焦点を合わせると、数式（５）に基づいて、各ユーザの受信信号は下記のように表現可能である。

ところで図２を参照して、関連する送信チャネルが図４に描かれている。ＮＢがＵＥ及びＲＮＢへＭＵ−ＭＩＭＯを行っている状態で、ＵＥ及びＲＮＢにおける受信信号は下記のように表現可能である。

最適化されたプリコーディング関して、下記となる。

その場合に、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送の中に干渉が存在しない。しかしながら、実際の伝送において、干渉は考慮される必要がある。この目的のために、干渉項はここの数式及び以降の数式において常に維持される。

図３に示されるように、伝送は２つのパートを持つ。第１のパートはＮＢからＵＥへの伝送及びＮＢからＲＮＢへの伝送であり、第２のパートはＮＢからＵＥへの伝送及びＲＮＢからＲＵＥへの伝送である。

先に述べられたような潜在的干渉のために、以下の伝送メカニズム及び伝送手続がこの発明のこの実施形態に従って使用される。

送信系列は、２つのパートに分けられる。

ｕ_ＵＥｐ１はＮＢ−ＲＮＢと同時性を持つ伝送パートであり、ｕ_ＵＥｐ２はＲＮＢ−ＲＵＥと同時性を持つ伝送パートである。

ＮＢがＵＥ及びＲＮＢへの伝送を行う間に、ＮＢはｕ_ＵＥｐ２をＲＮＢへ伝送する。

従って、下記となる。

数式（１０）に示されるように、これは伝送の第１のパートに特有である。ＲＮＢに伝送されるｕ_ＵＥｐ２は、ＮＢ及びＲＮＢが協調する伝送の第２のパートに備えられる。

第２の、協調的な伝送は下記の２つの信号を含む。
ｕ_ＲＵＥ−これはＲＮＢからＲＵＥへと伝送される信号である。
ｕ_ＵＥｐ２−これはＮＢからＵＥへと伝送される信号の第２のパートである。

ｕ_ＲＵＥは、実際にはｕ_ＲＮＢと同じ信号であり、これはＮＢからＲＵＥへの中継信号である。２つの必要とされる信号はＮＢ及びＲＮＢの両方に入手可能であり、これは協調的な伝送の必要条件を容易にする。ＮＢ及びＲＮＢの両方からの協力的な通信に関して、チャネル条件も変更される。簡単化のために、共同チャネルは下記のように表現される。

ＵＥでは、下記となる。

ＲＵＥでは、下記となる。

この伝送に関して、本来の干渉チャネルは今や協調的な動作のための信号チャネルに転任させられている。

プリコーディング重みＷ_ＵＥｐ２及びＷ_ＲＵＥは、ＮＢ及びＲＮＢの両方のアンテナセットについての協調的な重みである。ＲＮＢについての重みは、ＮＢで計算され、ＲＮＢへ伝送される信号と一緒にＲＮＢに伝えられる。ＲＮＢへ伝送される２つの信号についての重み付け要素は、先に述べられたように、ＲＵＥまたは伝送の第２のパートにおけるＵＥへのプリコーディング重みに依存するかもしれない。

ＮＢ及びＲＮＢは、干渉をヌル空間へと協調的に導く。これは、以下のように達成される。伝送は、数式（１１）において示されるように、２つの必要とされる信号を含み、これは下記である。
ｕ_ＵＥｐ２−ＮＢからＵＥへの伝送の第２のパート。
ｕ_ＲＵＥ−ＲＮＢからＲＵＥへ伝送される中継信号。

数式（１０）に示されるように、伝送の第１のパート中に、３つの信号が伝送される。最適なＳＤＭＡに関して、数式（１１）に示されるように第２の伝送中にはｕ_ＵＥｐ２及びｕ_ＲＵＥのみが見られるはずである。

しかしながら、実際の適用において、最適な配置を手に入れることは稀であるので、第１の伝送中のＳＤＭＡ動作はＮＢからＵＥ及びＲＮＢへの直交伝送を保証する理想的なプリコーディングを持たないかもしれない。

数式（１０）に示されるように、第１の伝送中に３つの潜在的な干渉源が存在するかもしれない。
ρ_ＲＮＢＨ_Ｓ１Ｗ_ＲＮＢｕ_ＲＮＢ：ＮＢからＲＮＢへ伝送される信号からのＵＥへの干渉。
ρ_ＲＮＢＨ_Ｓ１Ｗ_ＲＮＢｕ_ＵＥｐ２：ＵＥへ伝送される信号の第２のパートからのＵＥへの干渉。
ρ_ＵＥｐ１Ｈ_Ｓ２Ｗ_ＵＥｐ１ｕ_ＵＥｐ１：ＵＥへ伝送される信号の第１のパートからのＲＮＢへの干渉。

第２の伝送中に、第３の干渉だけが（これは、ＲＮＢを通じて再送信されるかもしれない、ＲＮＢへの干渉なので）留まるかもしれない。

第１の伝送中にＮＢにおいてプリコーディングが行われた後に、この干渉は予測可能である。従って、ちょうど第２の伝送の初めに、この干渉がＮＢ及びＲＮＢのアンテナセットを通じてプリコーディングされるかもしれない。これに関して、ＮＢは、下記の必要条件を満たす、干渉に関する仮想ユーザチャネルＨ_ｖ＿Ｉを生成しなければならない。

この場合に仮想干渉チャネルは、所望信号の全てのチャネルと無相関である。

換言すれば、Ｈ_ｖ＿ＩはＨ_ＵＥ＿ｃ及びＨ_{ＲＵＥ＿ｃ}についてのヌル空間である。従って、プリコーディングされた干渉は下記のように表現可能である。

γ_ｖ＿Ｉは、γ_ｖ＿Ｉ≠０であるが、第２の伝送においてｕ_ＵＥｐ１の影響を制限するためのＮＢにおける電力制御である。更に、ｗ_{ｖＩ＿ＲＮＢ}は所望信号について影響を持つかもしれない。理想的には、ｗ_{ｖＩ＿ＲＮＢ}は第２の伝送の所望信号についての重みと一緒に最適化される必要がある。

問題を簡単化するために、プリコーディング行列はＮＢにおいてＲＮＢにおける既存の重み要素に基づいて適用されるだけであるかもしれない。

数式（１３）及び（１４）に関して、考慮されるべき２つの特別なケースが存在する。
ケースＩ：既知のチャネル状態情報
チャネル状態が既知である時の主要な問題は、ｅＮＢによって取得可能であって、より詳しくはＨ_Ｓ２である必要があるかもしれない、チャネル状態の正確さである。
ケースＩＩ：未知のチャネル状態情報
この場合に、ｅＮＢは、Ｈ_Ｓ２が完全には検出されていない時に、システム動作についてのその経験の情報を保持可能であるかもしれない。Ｈ_Ｓ２は、その場合は、未知、または、より正確には不確実となる。

ケースＩは、システムにおいて作動させられるチャネル推定エンジン及びフィードバックメカニズムに大いに依存する。このケースでは、所望信号の同一平面を離して干渉を容易に導くことが可能である。

ケースＩＩにおいて、チャネル状態の知識に全く欠けるのでないかもしれないがチャネル状態の知識は正確でないかもしれないので、第３の重み付け要素ρＵＥ_ｐ１Ｈ_Ｓ２Ｗ_ＵＥｐ１は不確実となる。しかしながら、これは考慮に入れられる必要のあるコヒーレント干渉である。

両方のケースに関して、１つの解決策は、所望信号の平面から離して干渉を効果的に導いて如何なる不確実性も回避する３Ｄビームフォーミングを適用することである。３Ｄビームフォーミングは、ＵＳ６６０２１９４に記載されている。平面フェーズドアレイビームフォーマまたは線形アレイビームフォーマのどちらかによって、多次元ビームフォーミングが２つの線形ステップ処理に分解可能であることはよく理解されている。現在のところ実用的な３Ｄビームフォーマに関して、３Ｄドメインにおいて異なる方向に導くことは困難であり、これを説明する例が以下に述べられる。本実施形態において、図６（これは、ビームフォーミング処理を非常に簡単化している）に説明されるように、所望信号は一平面上で伝送され、３Ｄビームフォーミングは干渉を直交平面に導くためだけにここに適用される。

これら従来の中継システムの欠点、特に無線リソース共有による低い伝送効率及び／または潜在的な干渉を対象にして、間もなく述べられるアプローチは基地局に共有無線リソースを用いて同時に中継伝送及びその通常のマクロセル伝送をサポートさせるために遠隔的に重み付けされたＳＤＭＡメカニズムを使用する。

システム内で生ずる如何なる潜在的干渉も回避するために、２つの方法が上で述べられた。第１の方法は干渉回避及び干渉除去を伴い、これはフォーミングされたビームを干渉に適用する。第２の方法は、協調的な多点伝送によって特徴付けられる。

協調的な多点伝送は、マクロ基地局及び中継局の両方でマクロセル携帯端末及び中継携帯端末を協調的にサポートするために提案される。

実際的なセルラシステムにおいて、この２つの方法は配置条件及び環境に従って柔軟に作動可能である。いかなる中継携帯端末もマクロセル基地局と通信できず、かつ、中継局はいかなるマクロ携帯端末にも影響を持たない、孤立した中継伝送カバレッジに関して、協調的な伝送は必要とされないかもしれない。

協調的な伝送の主要なステップを示す例として、動作上の手続が図５に描かれている。しかしながら、この処理は実際の動作のほんの一部であるかもしれない。マクロ基地局によって動作が完全に制御されるので、基地局は実際の配置及び環境に基づいて動作のベストモードを判定できる。

基本的に、基地局は、中継局（ＲＮＢ）、中継モバイルユーザ（ＲＵＥ）及びマクロモバイルユーザ（ＵＥ）からの全てのフィードバックを要求するだろう。マクロ基地局は携帯端末と中継局及びマクロ基地局との間の全てのチャネル状態情報を収集することが可能である。従って、基地局はシステム内の潜在的干渉を判定することが可能である。基地局が中継局及び携帯端末のアンテナ構成を完全に知っていると想定することも妥当である。

先に言及したように中継局がかなり孤立したエリアをカバーするならば、干渉回避について如何なる必要性も伴わずに、マクロ基地局は中継局及びマクロ携帯端末にＳＤＭＡを使用できるし、中継局は中継携帯端末に直接的に伝送できる。

携帯端末がマクロ基地局及び中継局の両方を見ることのできる事象において、協調的な多点送信機を伴う第２の実施形態が使用可能である。協調的な多点送信機の主要な動作は、マクロ基地局及び中継局の両方にある。所望信号へのプリコーディングに加えて、干渉を所望信号から離して導くために干渉にもプリコーディングが行われる。

多数のアンテナを中継局に用意することは、ビームフォーミング及び／または干渉除去のためにより多くの空間自由度を創造するかもしれない。

提案された遠隔的に重み付けされたＳＤＭＡ伝送の主要な利点は、それが如何なる余分な機能性も中継局または携帯端末において必要とされることなくマクロ基地局において作動されるということである。マルチホップ中継伝送との関連で述べられてきたが、フェムトセル伝送に拡張可能である。提案されたメカニズムは、無線リソース共有に関して高い効率を提供し、しかも干渉のない中継伝送を提供する。

中継技術は、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｊ及びＩＥＥＥ８０２．１６ｍなどの次世代モバイルブロードバンド通信システムの標準化過程で活発に研究及び開発されてきた。一例が、３ＧＰＰ ＬＴＥにある。非特許文献１において述べられ、図７の上部に示されるタイプＩ及びタイプＩＩという、２種類の中継局が３ＧＰＰ−ＬＴＥにおいて定義されてきた。

具体的には、タイプＩ中継局は、リモートＵＥユニット（これは、ｅＮＢ（またはＢＳ）からずっと離れて位置する）がｅＮＢにアクセスするのを手助けできる。一方、タイプＩＩ中継局はローカルＵＥユニット（これは、ｅＮＢ（またはＢＳ）のカバレッジ内に位置し、かつ、ｅＮＢと直接の通信リンクを持つ）がそのサービス品質及びリンクキャパシティを改善するのを手助けできる。

記述された実施形態の遠隔的に重み付けされたＳＤＭＡメカニズムは、図７に示されるようにタイプＩＩ中継局シナリオにおいて完全に配置可能である。この伝送によれば、潜在的なキャパシティが標準における現行の仕様の２倍となることが可能である。ｅＮＢ及びＲＮＢの間のインターフェイスはデータ伝送についてｅＮＢ及びＲＮＢの間で適切に定められており、これは提案の適用に適している。

上述のように干渉を遠くへ導く３Ｄビームフォーミングに関して、例が次に与えられる。３Ｄビームフォーミングについての公式化が図８に示される。３Ｄビームフォーミングの２つの線形ステップへの分解は、下記のように表現される。

２つの分けられたステアリングベクトルは、下記のように表現される。

同一の概念に従うと、更なるステアリングベクトルをｚ軸に沿って得ることができる。

それから、更にα→π／２、β→π／２、φ→０である。

従って、３Ｄビームフォーミングにおいて、このステアリングベクトルはｚ軸沿いに向けられている一方、ｘ軸またはｙ軸沿いのどちらにもエネルギーが存在しないだろう。

Claims (17)

1. １つまたは複数の移動局と直接的に或いは中継局を経由して通信を確立するための無線通信局において、前記無線通信局は、
   第１の移動局に向けられた第１の空間成分と、第２の移動局に中継するための中継局に向けられた第２の空間成分とを備える空間分割多元接続無線通信信号を放射することができる通信手段と、
   前記第１の移動局及び前記第２の移動局に関して、前記第１の空間成分及び前記第２の空間成分を実質的に空間的に直交させることができるプリコーディング手段と
   を具備する、無線通信局。
2. 前記プリコーディング手段は、更に、前記空間成分を形成することができる、請求項１に従う無線通信局。
3. １つまたは複数の移動局と直接的に或いは中継局を経由して通信を確立するための無線通信局において、
   前記無線通信局は、
   第１のユーザ局に向けられ、かつ、前記第１のユーザ局を対象とする信号情報の第１の部分を運ぶ第１の空間成分と、中継局に向けられ、かつ、前記第１のユーザ局を対象とする信号情報の第２の部分と第２のユーザ局を対象とする信号情報の第３の部分とを備える第２の空間成分とを備える第１の空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）無線通信信号を放射し、更に、前記中継局による前記第２の空間成分の再放射と同時性を持つ第２のＳＤＭＡ無線信号を放射することができる通信手段を具備し、
   前記第２のＳＤＭＡ無線信号及び前記再放射は、共同して、前記第１の移動局及び前記第２の移動局に夫々向けられ、かつ、前記信号情報の第２の部分と前記信号情報の第３の部分とを夫々運ぶ第３の空間成分及び第４の空間成分を備える、
   無線通信局。
4. 前記通信手段は、前記第２のＳＤＭＡ信号と共同して前記第３の空間成分及び前記第４の空間成分の形成を引き起こす第３のＳＤＭＡ信号を前記中継局が生成することを可能にさせるビームフォーミング情報を前記中継局に伝送することができる、請求項３に従う無線通信局。
5. 更に、干渉を前記移動局から離して向けるために、前記第１のＳＤＭＡ信号及び前記第２のＳＤＭＡ信号にビームフォーミングを適用する、請求項３に従う無線通信局。
6. 前記通信手段は、更なる処理を伴わずに中継局による再放射に適するように前記第２の空間成分を放射することができる、請求項３に従う無線通信局。
7. 中継局が更なる処理を伴わずに前記第２の空間成分を再放射するという想定に関して前記第２のＳＤＭＡ無線信号を生成することができる、請求項６に従う無線通信局。
8. 中継局が空間ダイバーシチを伴わずに前記第２の空間成分を再放射するという想定に関して前記第２のＳＤＭＡ無線信号を生成することができる、請求項７に従う無線通信局。
9. １つまたは複数の移動局と直接的に或いは中継局を経由して通信を確立する方法において、
   前記方法は、第１の移動局に向けられた第１の空間成分と、第２の移動局に中継するための中継局に向けられた第２の空間成分とを備える空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）無線通信信号を放射することを具備し、
   前記第１の空間成分及び前記第２の空間成分は、前記第１の移動局及び前記第２の移動局に関して、実質的に空間的に直交している、
   方法。
10. 前記プリコーディングが前記空間成分を形成する、請求項７に従う方法。
11. １つまたは複数の移動局と直接的に或いは中継局を経由して通信を確立するための方法において、前記方法は、
    第１のユーザ局に向けられ、かつ、前記第１のユーザ局を対象とする信号情報の第１の部分を運ぶ第１の空間成分と、中継局に向けられ、かつ、前記第１のユーザ局を対象とする信号情報の第２の部分と第２のユーザ局を対象とする信号情報の第３の部分とを備える第２の空間成分とを備える第１の空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）無線通信信号を放射することと、
    前記中継局による前記第２の空間成分の再放射と同時性を持つ第２のＳＤＭＡ無線信号を放射することと
    を具備し、
    前記第２のＳＤＭＡ無線信号及び前記再放射は、共同して、前記第１の移動局及び前記第２の移動局に夫々向けられ、かつ、前記信号情報の第２の部分と前記信号情報の第３の部分とを夫々運ぶ第３の空間成分及び第４の空間成分を備える、
    方法。
12. 前記第２のＳＤＭＡ信号と共同して前記第３の空間成分及び前記第４の空間成分の形成を引き起こす第３のＳＤＭＡ信号を前記中継局が生成することを可能にさせるビームフォーミング情報を前記中継局に伝送することを含む、請求項１１に従う方法。
13. 干渉を前記移動局から離して向けるために、前記第１のＳＤＭＡ信号及び前記第２のＳＤＭＡ信号にビームフォーミングすることを更に具備する、請求項１１に従う方法。
14. 前記第２の空間成分は、更なる処理を伴わずに中継局による再放射に適する形式で放射される、請求項１１に従う方法。
15. 中継局が更なる処理を伴わずに前記第２の空間成分を再放射するという想定に関して前記第２のＳＤＭＡ無線信号が生成される、請求項１４に従う方法。
16. 中継局が空間ダイバーシチを伴わずに前記第２の空間成分を再放射するという想定に関して前記第２のＳＤＭＡ無線信号が生成される、請求項１５に従う方法。
17. コンピュータによる実行時に、前記コンピュータに請求項９に従う方法を行わせる、コンピュータ実行可能な命令を具備するコンピュータプログラム製品。

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