JP2012507931A - ダウンリンクでのユーザ装置に適した中継技法 - Google Patents

Abstract

本発明は、モバイル・ユーザ通信システムでのカバレッジおよびセル縁部性能を改善するための解決策が固定中継局を使用することを実現し、固定中継局は、有線バックホール接続のないインフラストラクチャの部分である。中継局は、マルチホップ通信を介して基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）との間でダウンリンク・メッセージを送信または「中継」する。本発明は、ユーザ装置に対するダウンリンク通信でのユーザ装置に適した中継技法を含む複数ユーザ・モバイル広帯域通信ネットワークをサポートする方法およびシステムである。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００８年１０月３０日出願の仮特許出願第６１／１０９６７９号に関連し、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で先のこの出願に対する優先権を主張する。この仮特許出願は、参照により本特許出願に組み込まれる。

本願は、一般にはワイヤレス通信技法に関し、詳細にはダウンリンクでのユーザ装置に適した中継技法に関する。

音声サービスおよび高速データ・サービスを提供することがモバイル・ワイヤレス・オペレータに対してますます求められており、同時に、こうしたオペレータは、全体のネットワーク・コストを削減し、サービスが加入者にとって手頃なものとなるように、基地局ごとにサポートするユーザをより多くすることを望む。その結果、ユーザ装置に対するデータ転送速度をより高速にし、キャパシティを高めることを可能にするワイヤレス・システムが求められている。しかし、ワイヤレス・サービスにとって利用可能なスペクトルは限られており、固定帯域幅内のトラフィックを増大させる以前の試みにより、システム内の干渉が増大し、信号品質が低下している。

ワイヤレス通信ネットワークは通常、セルに分割され、各セルはさらにセル・セクタに分割される。各セル内に基地局が設けられ、セル内に位置する移動局とのワイヤレス通信が可能となる。従来技術のシステムに存在する１つの問題は、各ユーザの信号の送信／受信が、ネットワーク上の同一のセル位置内に位置する他のユーザに対する干渉源となり、全体のシステム干渉が限定される状況を含む。

帯域幅使用の効率を向上させ、このタイプの干渉を低減するための効果的な方法は、送信機および受信機で複数のアンテナをサポートする多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術を使用することである。セルラ・ネットワーク上のダウンリンクなどの複数アンテナ・ブロードキャスト・チャネルについて、セルを複数のセクタに分割し、セクタ化アンテナを使用して複数のユーザと同時に通信することによってダウンリンク・スループットを最大にする送信／受信方法が開発されている。そのようなセクタ化アンテナ技術は、著しく改善された解決策を提供して、干渉レベルを低減し、システム・キャパシティを改善する。

セクタ化アンテナ・システムは、通信セッションに関係する複数の受信機（ユーザ装置、携帯電話など）と同時に通信する中央送信機（セル・サイト／タワー）によって特徴付けられる。この技術では、各ユーザの信号が、基地局によってその特定のユーザの方向のみで送信および受信される。これにより、システムがシステム内の全体的干渉を著しく低減することが可能となる。セクタ化アンテナ・システムは、システム内の各ユーザに向けて、またはユーザの位置に基づいてセルラ・ネットワーク内の異なる方向に向けて、異なる送信／受信ビームを送るアンテナのアレイからなる。

セクタ化セル・セクタの性能を改善するために、直交周波数領域多元接続（ＯＦＤＭＡ）システムを使用する方式が実装されている。任意の特定のネットワーク構成または通信システム上で使用される用語に応じて、システム上の様々な構成要素が異なる名前で呼ばれることがある。例えば、「ユーザ装置」は、ケーブル・ネットワーク［ｃａｂｌｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ］上のＰＣ、ならびにインターネット・アクセス、Ｅメール、メッセージング・サービスなどの様々な特徴および機能を有する移動端末（「携帯電話」）の様々なメイク［ｍａｋｅ］およびモデルで体験することのできる、ワイヤレス接続性によってセルラ・ネットワークに直接的に結合された他のタイプの装置を包含する。

さらに、「受信機」および「送信機」という語が、どの方向に通信が送信および受信されているかに応じて、「アクセス・ポイント」（ＡＰ）、「基地局」、および「ユーザ」と呼ばれることがある。例えば、ダウンリンク環境では、アクセス・ポイントＡＰまたは基地局（ｅＮｏｄｅＢまたはｅＮＢ）は送信機であり、ユーザは受信機であるのに対して、アップリンク環境では、アクセス・ポイントＡＰまたは基地局（ｅＮｏｄｅＢまたはｅＮＢ）は受信機であり、ユーザは送信機である。こうした用語（送信機や受信機など）は、制限的に定義されることを意味するものではなく、ネットワーク上に位置する様々な移動体通信ユニットまたは送信装置を含むことができる。

現在のシステム開発者が直面する主な課題の１つは、セル縁部で高スループットを実現することである。多入力多出力（ＭＩＭＯ）［ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ］技術、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）［ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ］、高度な誤り制御符号などの技術により、リンク当たりのスループットが向上するが、こうした技術では、他のセルとの境界またはセル縁部での干渉の有害な影響が解決されない。

セルラ・システムが同量の送信出力でより高い帯域幅を利用し、システムが低い搬送周波数向けに設計されたインフラストラクチャで高い搬送周波数を使用するにつれて、セル縁部性能がより重要となっている。第４世代セルラ技術のスループット要件およびカバレッジ要件を満たすモバイル広帯域アクセスに関する新しい標準が求められている。

本発明は、モバイル・ユーザ通信システムでのカバレッジおよびセル縁部性能を改善するための解決策が固定中継局を使用することを実現し、固定中継局は、有線バックホール接続のないインフラストラクチャの部分である。中継局は、マルチホップ通信を介して基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）との間でダウンリンク・メッセージを送信または「中継」する。本発明は、ユーザ装置に対するダウンリンク通信でのユーザ装置に適した中継技法を含む複数ユーザ・モバイル広帯域通信ネットワークをサポートする方法およびシステムである。添付の図面に示される特定の実施形態に関して、いくつかの特定の中継技法を扱う。

添付の図面を参照しながら、これから本願の実施形態を単なる例示として説明する。

セルラ通信システムのブロック図である。 本願のいくつかの実施形態を実装するのに使用することのできる例示的基地局のブロック図である。 本願のいくつかの実施形態を実装するのに使用することのできる例示的ワイヤレス端末のブロック図である。 本願のいくつかの実施形態を実装するのに使用することのできる例示的中継局のブロック図である。 本願のいくつかの実施形態を実装するのに使用することのできる例示的ＯＦＤＭ送信機アーキテクチャの論理的分解のブロック図である。 本願のいくつかの実施形態を実装するのに使用することのできる例示的ＯＦＤＭ受信機アーキテクチャの論理的分解のブロック図である。 本願のいくつかの実施形態を実装するのに使用されるＳＣ−ＦＤＭＡ送信機７（ａ）および受信機７（ｂ）のブロック図である。 本発明で使用されるパケット図である。 本発明で使用されるパケット図である。 本発明で使用されるパケット図である。 本発明で使用されるパケット図である。

類似の要素を示すために、異なる図で同様の参照番号が使用される。

図面を参照すると、図１は、複数のセル１２内のワイヤレス通信を制御する基地局コントローラ（ＢＳＣ）１０を示し、セルは、対応する基地局（ＢＳ）１４によってサービスされる。ある構成では、各セルはさらに、複数のセクタ１３またはゾーン（図示せず）に分割される。一般には、各基地局１４は、移動端末および／またはワイヤレス端末１６との間のＯＦＤＭを用いる通信を容易にし、移動端末および／またはワイヤレス端末１６は、対応する基地局１４に関連するセル１２内にある。基地局１４に対する移動端末１６の移動により、チャネル条件が著しく変動する。

図示するように、基地局１４および移動端末１６は、通信に関する空間ダイバーシティを与えるために複数のアンテナを含むことができる。ある構成では、中継局１５は、基地局１４とワイヤレス端末１６との間の通信を支援することができる。任意のセル１２、セクタ１３ゾーン、基地局１４、または中継局１５から、別のセル１２、セクタ１３ゾーン、基地局１４、または中継局１５にワイヤレス端末１６を渡すことができる。ある構成では、基地局１４は、バックホール・ネットワーク１１を介して互いに通信し、別のネットワーク（コア・ネットワークやインターネットなど、どちらも図示せず）と通信する。ある構成では、基地局コントローラ１０は不要である。

図２を参照すると、基地局１４の一例が示されている。基地局１４は一般に、制御システム２０、ベースバンド・プロセッサ２２、送信回路２４、受信回路２６、複数のアンテナ２８、およびネットワーク・インターフェース３０を含む。受信回路２６は、移動端末１６（図３に図示）および中継局１５（図４に図示）によって提供される１つまたは複数のリモート送信機から、情報を運搬する無線周波数信号を受信する。図２に示される構成要素に加えて、低雑音増幅器およびフィルタが協働して増幅し、処理される信号から広帯域干渉を除去する。さらに、次いでダウンコンバージョンおよびデジタル化回路が、フィルタ後の受信信号を中間またはベースバンド周波数信号にダウンコンバージョンし、次いで中間またはベースバンド周波数信号が、１つまたは複数のデジタル・ストリームとしてデジタル化される。

ベースバンド・プロセッサ２２は、デジタル化された受信信号を処理して、受信信号で搬送される情報またはデータ・ビットを抽出する。この処理は通常、復調操作、復号化操作、および誤り訂正操作を含む。したがって、ベースバンド・プロセッサ２２は一般に、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実装される。次いで、受信された情報が、ネットワーク・インターフェース３０を介してワイヤレス・ネットワークにわたって送信され、あるいは直接的に、または中継局１５の助けによって、基地局１４でサービスされる別の移動端末１６に送信される。

送信側では、ベースバンド・プロセッサ２２は、制御システム２０の制御下で、ネットワーク・インターフェース３０から、音声、データ、または制御情報を表すことのできるデジタル化データを受け取り、送信のためにデータを符号化する。符号化データが送信回路２４に出力され、送信回路２４では、符号化データが、所望の送信周波数（複数可）を有する１つまたは複数の搬送波信号で変調される。電力増幅器（図示せず）が、送信にふさわしいレベルまで被変調搬送波信号を増幅し、整合ネットワーク（図示せず）を介して被変調搬送波信号をアンテナ２８に送達する。変調および処理の詳細は、以下でより詳細に説明する。

図３を参照すると、移動端末１６の一例が示されている。基地局１４と同様に、移動端末１６は、制御システム３２、ベースバンド・プロセッサ３４、送信回路３６、受信回路３８、複数のアンテナ４０、およびユーザ・インターフェース回路４２を含む。受信回路３８は、１つまたは複数の基地局１４および中継局１５から、情報を運搬する無線周波数信号を受信する。低雑音増幅器およびフィルタ（図示せず）が協働して増幅し、処理される信号から広帯域干渉を除去することができる。次いでダウンコンバージョンおよびデジタル化回路（図示せず）が、フィルタ後の受信信号を中間またはベースバンド周波数信号にダウンコンバージョンし、次いで中間またはベースバンド周波数信号が、１つまたは複数のデジタル・ストリームとしてデジタル化される。

ベースバンド・プロセッサ３４は、デジタル化された受信信号を処理して、受信信号で搬送される情報またはデータ・ビットを抽出する。この処理は通常、復調操作、復号化操作、および誤り訂正操作を含む。ベースバンド・プロセッサ３４は一般に、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実装される。

送信では、ベースバンド・プロセッサ３４は、制御システム３２から、音声、ビデオ、データ、または制御情報を表すことのできるデジタル化データを受け取り、送信のためにデジタル化データを符号化する。符号化データが送信回路３６に出力され、送信回路３６では、符号化データが変調器で使用され、所望の送信周波数（複数可）の１つまたは複数の信号が変調される。電力増幅器（図示せず）が、送信にふさわしいレベルまで被変調搬送波信号を増幅し、整合ネットワーク（図示せず）を介して被変調搬送波信号をアンテナ４０に送達する。当業者が利用可能な様々な変調技法および処理技法が、直接的な、または中継局を介した移動端末と基地局との間の信号伝送のために使用される。

ＯＦＤＭ変調では、伝送帯が、複数の直交する搬送波に分割される。各搬送波は、送信すべきデジタル・データに従って変調される。ＯＦＤＭは伝送帯を複数の搬送波に分割するので、搬送波当たりの帯域幅が減少し、搬送波当たりの変調時間が増大する。複数の搬送波が並列に伝送されるので、所与の搬送波上のデジタル・データすなわちシンボルに関する伝送速度は、単一の搬送波が使用されるときよりも低い。

ＯＦＤＭ変調は、送信すべき情報に関する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）の実施を利用する。復調では、受信信号に関する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の実施により、送信された情報が回復される。実際には、ＩＦＦＴおよびＦＦＴは、それぞれ逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）および離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実施するデジタル信号処理によって実現される。したがって、ＯＦＤＭ変調の特徴的な特色は、伝送チャネル内の複数の帯域について、直交する搬送波が生成されることである。被変調信号は、比較的低い伝送速度を有し、それぞれの帯域内にとどまることのできるデジタル信号である。個々の搬送波は、デジタル信号で直接的に変調されない。その代わりに、すべての搬送波が、ＩＦＦＴ処理によって直ちに変調される。

動作の際に、ＯＦＤＭが、少なくとも基地局１４から移動端末１６へのダウンリンク伝送について使用されることが好ましい。各基地局１４は「ｎ」個の送信アンテナ２８（ｎ≧１）を備え、各移動端末１６は「ｍ」個の受信アンテナ４０（ｍ≧１）を備える。注目すべきことに、適切な送受切換え器またはスイッチを使用して、それぞれのアンテナを受信および送信のために使用することができ、そのようにラベル付けしたのは、わかりやすくするだけのためである。中継局１５が使用されるとき、ＯＦＤＭが、基地局１４から中継局１５へのダウンリンク伝送、および中継局１５から移動端末１６へのダウンリンク伝送について使用されることが好ましい。

図４を参照すると、中継局１５の一例が示されている。基地局１４および移動端末１６と同様に、中継局１５は、制御システム１３２、ベースバンド・プロセッサ１３４、送信回路１３６、受信回路１３８、複数のアンテナ１３０、および中継回路１４２を含む。中継回路１４２は、中継局１４が基地局１６と移動端末１６との間の通信を支援することを可能にする。受信回路１３８は、１つまたは複数の基地局１４および移動端末１６から、情報を搬送する無線周波数信号を受信する。低雑音増幅器およびフィルタ（図示せず）が協働して増幅し、処理される信号から広帯域干渉を除去することができる。ダウンコンバージョンおよびデジタル化回路（図示せず）が、フィルタ後の受信信号を中間またはベースバンド周波数信号にダウンコンバージョンし、次いで中間またはベースバンド周波数信号が、１つまたは複数のデジタル・ストリームとしてデジタル化される。

ベースバンド・プロセッサ１３４は、デジタル化された受信信号を処理して、受信信号で搬送される情報またはデータ・ビットを抽出する。この処理は通常、１０個の復調操作、復号化操作、および誤り訂正操作を含む。ベースバンド・プロセッサ１３４は一般に、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実装される。

送信では、ベースバンド・プロセッサ１３４は、制御システム１３２から、音声、ビデオ、データ、または制御情報を表すことのできるデジタル化データを受け取り、送信のためにデジタル化データを符号化する。符号化データが送信回路１３６に出力され、送信回路１３６では、符号化データが変調器で使用され、所望の送信周波数（複数可）の１つまたは複数の信号が変調される。電力増幅器（図示せず）が、送信にふさわしいレベルまで被変調搬送波信号を増幅し、整合ネットワーク（図示せず）を介して被変調搬送波信号をアンテナ１３０に送達する。前述のように、当業者が利用可能な様々な変調技法および処理技法が、直接的な、または中継局を介した間接的な移動端末と基地局との間の信号伝送のために使用される。

図５を参照しながら、論理的ＯＦＤＭ伝送アーキテクチャを説明する。最初に、基地局コントローラ１０が、直接的に、または中継局１５の助けによって、様々な移動端末１６に送信すべきデータを基地局１４に送信する。基地局１４は、移動端末に関連するチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）を使用して、送信のためにデータをスケジューリングし、スケジューリングしたデータを送信するための適切な符号化および変調を選択する。ＣＱＩは、移動端末１６からの直接的なものでよく、または移動端末１６によって与えられる情報に基づいて基地局１４で求めることができる。どちらの場合も、各移動端末１６についてのＣＱＩは、チャネル振幅（または応答）がＯＦＤＭ周波数帯にわたって変動する度合の関数である。

ビットのストリームであるスケジューリング後データ４４が、データ・スクランブリング・ロジック４６を使用して、データに関連するピーク−平均出力比を低減する方式でスクランブリングされる。スクランブリング後データに関する周期的冗長検査（ＣＲＣ）が、ＣＲＣ追加ロジック４８を使用して決定され、スクランブリング後データに付加される。次に、チャネル・エンコーダ・ロジック５０を使用してチャネル符号化が実施され、データに効果的に冗長性が追加され、移動端末１６での回復および誤り訂正が容易となる。

この場合も、特定の移動端末１６に関するチャネル符号化は、ＣＱＩに基づく。ある実装では、チャネル・エンコーダ・ロジック５０は、周知のＴｕｒｂｏ符号化技法を使用する。次いで符号化データは、レート整合ロジック５２で処理され、符号化に関連するデータ展開が補償される。

ビット・インターリーバ・ロジック５４は、連続するデータ・ビットの損失を最小限に抑えるために、符号化データ内のビットを系統的にリオーダする。得られるデータ・ビットが、マッピング・シンボル・ロジック５６により、選ばれるベースバンド変調に応じて、対応するシンボルに系統的にマッピングされる。好ましくは、直交振幅変調（ＱＡＭ）［Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ］または直交位相偏移（ＱＰＳＫ）［Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙ］変調が使用される。変調の程度は、特定の移動端末に関するＣＱＩに基づいて選ばれることが好ましい。周波数選択性フェージングによって引き起こされる周期的データ損失に対する送信信号の無影響性をさらに強化するために、シンボル・インターリーバ・ロジック５８を使用してシンボルを系統的にリオーダすることができる。

この時点で、ビットのグループが、振幅および位相コンステレーションでの位置を表すシンボルにマッピングされている。空間ダイバーシティが望ましいとき、次いでシンボルのブロックが時空ブロック・コード（ＳＴＣ）エンコーダ・ロジック６０によって処理され、ＳＴＣエンコーダ・ロジック６０は、干渉に対する送信信号の抵抗力を高め、送信信号が移動端末１６でより容易に復号化される方式でシンボルを修正する。ＳＴＣエンコーダ・ロジック６０は、着信シンボルを処理し、基地局１４に関する送信アンテナ２８の数に対応する「ｎ」個の出力を供給する。図５を参照しながら上記で説明した制御システム２０および／またはベースバンド・プロセッサ２２は、ＳＴＣ符号化を制御するためにマッピング制御信号を供給する。この時点で、「ｎ」個の」出力に関するシンボルが送信すべきデータを表し、移動端末１６で回復することができると仮定する。

この例では、基地局１４が２つのアンテナ２８（ｎ＝２）を有し、ＳＴＣエンコーダ・ロジック６０がシンボルの２つの出力ストリームを供給すると仮定する。したがって、ＳＴＣエンコーダ・ロジック６０で出力される各シンボル・ストリームが、理解しやすいように別々に示される対応するＩＦＦＴプロセッサ６２に送られる。１つまたは複数のプロセッサだけを使用して、または本明細書に記載の他の処理と１つまたは複数のプロセッサを組み合わせて使用してそのようなデジタル信号処理を供給できることを当業者は理解されよう。ＩＦＦＴプロセッサ６２は、それぞれのシンボルに対して演算して逆フーリエ変換を実現することが好ましい。

ＩＦＦＴプロセッサ６２の出力は、時間領域のシンボルを供給する。時間領域シンボルはフレームとしてグループ化され、フレームは、プレフィックス毎挿入ロジック（ｐｒｅｆｉｘ ｂｙ ｐｒｅｆｉｘ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｇｉｃ）６４に関連付けられる。得られる各信号が、デジタル領域で中間周波数にアップコンバージョンされ、対応するデジタルアップコンバージョン（ＤＵＣ）およびデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換回路６６を介してアナログ信号に変換される。次いで、得られる（アナログ）信号が、ＲＦ回路６８およびアンテナ２８を介して、所望のＲＦ周波数で同時に変調され、増幅され、送信される。注目すべきことに、所期の移動端末１６によって認識されるパイロット信号が、各副搬送波の間で散乱する。移動端末１６は、以下で詳細に議論するが、チャネル推定のためにパイロット信号を使用する。

次に図６を参照して、移動端末１６による、基地局１４からの直接的な、または中継局１５の助けを用いた送信信号の受信を示す。移動端末１６の各アンテナ４０に送信信号が到来したとき、対応するＲＦ回路７０によってそれぞれの信号が復調され、増幅される。話を簡潔にし、わかりやすくするために、２つの受信経路の一方だけを詳細に説明し、図示する。アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器およびダウンコンバージョン回路７２が、デジタル処理のためにアナログ信号をデジタル化し、ダウンコンバージョンする。得られるデジタル化信号を自動利得制御回路（ＡＧｅ）７４で使用して、受信信号レベルに基づいてＲＦ回路７０内の増幅器の利得を制御することができる。

最初に、デジタル化信号が、粗同期ロジック［ｃｏａｒｓｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｌｏｇｉｃ］７８を含む同期ロジック７６に供給され、同期ロジック７６は、いくつかのＯＦＤＭシンボルをバッファリングし、２つの連続するＯＦＤＭシンボル間の自己相関を計算する。相関結果の最大値に対応する、得られるタイムインデックスが細密同期探索ウィンドウを決定し、細密同期探索ウィンドウが細密同期ロジック８０で使用され、ヘッダに基づいて厳密なフレーミング開始位置が決定される。細密同期ロジック８０の出力により、フレーム位置合せロジック８４によるフレーム取得が容易となる。

後続のＦＦＴ処理が時間領域から周波数領域への正確な変換を実現するように、適切なフレーミング位置合せが重要である。細密同期アルゴリズムは、ヘッダによって搬送される受信パイロット信号と、既知のパイロット・データのローカル・コピーとの間の相関に基づく。フレーム位置合せ取得が行われた後は、ＯＦＤＭシンボルのプレフィックスがプレフィックス除去ロジック８６で除去され、得られるサンプルが周波数オフセット補正ロジック８８に送られ、周波数オフセット補正ロジック８８は、送信機および受信機での不整合局部発振器によって引き起こされるシステム周波数オフセットを補償する。好ましくは、同期ロジック７６は周波数オフセットおよびクロック推定ロジック８２を含み、周波数オフセットおよびクロック推定ロジック８２は、ヘッダに基づいて、送信信号に対するそのような効果の推定を助け、そうした推定を補正ロジック８８に供給して、ＯＦＤＭシンボルを適切に処理する。

この時点で、時間領域のＯＦＤＭシンボルは、ＦＦＴ処理ロジック９０を用いた周波数領域への変換の準備ができている。結果は周波数領域シンボルであり、周波数領域シンボルが処理ロジック９２に送られる。処理ロジック９２は、散乱パイロット抽出ロジック９４を使用して散乱パイロット信号を抽出し、チャネル推定ロジック９６を使用して、抽出したパイロット信号に基づいてチャネル推定を決定し、チャネル再構築ロジック９８を使用して、すべての副搬送波に関するチャネル応答を供給する。各副搬送波に関するチャネル応答を決定するために、パイロット信号は、本質的には、時間と周波数の両方で既知のパターンでＯＦＤＭ副搬送波全体にわたってデータ・シンボルの間で散乱する複数のパイロット・シンボルである。

図６を続けると、処理ロジックは、受け取ったパイロット・シンボルを、ある時間にある副搬送波で予想されるパイロット・シンボルと比較し、パイロット・シンボルが送信された副搬送波に関するチャネル応答を決定する。結果が補間され、パイロット・シンボルが提供されなかった残りの副搬送波のすべてではないとしても大部分に関するチャネル応答が推定される。実際の補間後のチャネル応答が使用され、ＯＦＤＭチャネル内の副搬送波のすべてではないとしても大部分に関するチャネル応答を含む全体的チャネル応答が推定される。

受信される各経路についてのチャネル応答から導出される周波数領域シンボルおよびチャネル再構築情報が、ＳＴＣデコーダ１００に供給され、ＳＴＣデコーダ１００は、両方の受信経路に関するＳＴＣ復号化を行い、送信されたシンボルを回復する。チャネル再構築情報は、それぞれの周波数領域シンボルを処理するときに伝送チャネルの効果を除去するのに十分な等化情報をＳＴＣデコーダ１００に供給する。

回復後のシンボルが、送信機のシンボル・インターリーバ・ロジック５８に対応するシンボル・デインターリーバ・ロジック１０２を使用して順番に戻される。次いで、デインターリーブ後のシンボルが、デマッピング・ロジック１０４を使用して、対応するビットストリームに復調またはマッピング解除される。次いで、ビットが、送信機アーキテクチャのビット・インターリーバ・ロジック５４に対応するビット・デインターリーバ・ロジック１０６を使用してデインターリーブされる。次いで、デインターリーブ後のビットが、レート整合解除ロジック１０８で処理され、チャネル・デコーダ・ロジック１１０に提示され、当初にスクランブリングされたデータおよびＣＲＣチェックサムが回復される。したがって、ＣＲＣロジック１１２はＣＲＣチェックサムを除去し、スクランブリングされたデータを従来の方式でチェックし、それをスクランブリング解除ロジック１１４に供給し、スクランブリング解除ロジック１１４は、既知の基地局スクランブリング解除コードを使用してスクランブリング解除し、当初に送信されたデータ１１６を回復する。

データ１１６を回復することと並列に、ＣＱＩ、または少なくとも基地局１４でＣＱＩを生成するのに十分な情報が求められ、基地局１４に送信される。上述のように、ＣＱＩは、搬送波対干渉比（ＣＲ）、ならびにチャネル応答がＯＦＤＭ周波数帯内の様々な副搬送波にわたって変動する度合の関数でよい。この実施形態では、情報を送信するのに使用されているＯＦＤＭ周波数帯内の各副搬送波についてのチャネル利得が互いに比較され、チャネル利得がＯＦＤＭ周波数帯にわたって変動する度合が求められる。変動の度合を測定するのに多数の技法が利用可能であるが、一技法は、データを送信するのに使用されているＯＦＤＭ周波数帯全体にわたって各副搬送波についてのチャネル利得の標準偏差を計算することである。

図７を参照すると、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）構成に関する例示的ＳＣ−ＦＤＭＡ送信機７（ａ）および受信機７（ｂ）が、本願の一実施形態に従って示されている。ＳＩＳＯでは、移動局が１つのアンテナ上で送信し、基地局および／または中継局が１つのアンテナ上で受信する。図７は、ＬＴＥ ＳＣ−ＦＤＭＡアップリンクについて送信機および受信機で必要な基本的信号処理ステップを示す。

ある実施形態では、ＳＣ−ＦＤＭＡ（単一搬送波周波数分割多元接続）が使用される。ＳＣ−ＦＤＭＡは、３ＧＰＰ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）広帯域ワイヤレス第４世代（４Ｇ）エア・インターフェース標準などのアップリンクに対して導入された変調および多元接続方式である。ＳＣ−ＦＤＭＡは、ＤＦＴプリコード化ＯＦＤＭ方式と見ることができ、または単一搬送波（ＳＣ）多元接続方式と見ることができる。ＳＣ−ＦＤＭＡとＯＦＤＭＡのトランシーバ処理全体にはいくつかの類似性がある。この仕様を考えれば当業者には明らかであろうが、そうしたＯＦＤＭＡとＳＣ−ＦＤＭＡとの間の共通の特徴がＯＦＤＭＡ送信回路およびＯＦＤＭＡ受信回路に示されている。ＳＣ−ＦＤＭＡは、被変調シンボルのＤＦＴプリコーディングおよび対応する被変調シンボルのＩＤＦＴのためにＯＦＤＭＡとは明確に異なる。このプリコーディングのために、ＳＣ−ＦＤＭＡ副搬送波は、ＯＦＤＭＡ副搬送波の場合のように別個に変調されない。その結果、ＳＣＦＤＭＡ信号のＰＡＰＲは、ＯＦＤＭＡ信号のＰＡＰＲよりも低い。ＰＡＰＲが低いことは、伝送出力効率の点で移動端末に非常に恩恵をもたらす。

図１から７は、本願の実施形態を実装するのに使用することのできる通信システムの特定の一例を与えるものである。この特定の例とは異なるが、本明細書に記載の実施形態の実装に適合する方式で動作するアーキテクチャを有する通信システムで本願の実施形態を実装できることを理解されたい。

ダウンリンクでのユーザ装置に適した中継技法による２つの代替実施形態が開示される。どちらの実施形態も、ダウンリンクでのＬＴＥ Ｒｅｌ−８システムに特に適しており、本開示に鑑みて当業者は本開示の教示を他の標準に適用することができるので、どちらの実施形態もその状況で単なる例示として説明する。

第１の好ましい実施形態
この実施形態では、準静的上位層シグナリング［ｓｅｍｉ−ｓｔａｔｉｃ ｈｉｇｈｅｒ ｌａｙｅｒ ｓｉｇｎａｌｌｉｎｇ］によってＵＥにシグナリングすることのできる新しいタイプのサブフレームをＲｅｌ−８仕様に導入すべきである。上位層シグナリングによってそのようなサブフレームの位置および周期性を構成することができる。そのようなサブフレームでは、制御領域が、最初の１つまたは２つのＯＦＤＭシンボルと呼ばれ、データ領域が、サブフレーム内の残りのシンボルと呼ばれる。

ｅＮＢによって直接的にサービスされるＵＥに関する制御信号は、そのようなサブフレーム内の制御領域で伝送することができる。ｅＮＢ−中継ノード（ＲＮ）伝送は、ｅＮＢによって直接的にサービスされるＵＥに関するＰＤＳＣＨチャネルと共にスケジューリングすることができ、そのようなサブフレームのデータ領域で伝送することができる。

ｅＮＢ−ＲＮ伝送に関する制御情報を搬送するために、情報専用リソース・ブロック（ＲＢ）を予約することができる。ｅＮＢ−ＲＮ伝送のために新しい制御チャネルは不要である。新しいサブフレームの構成、例えばオフセットおよび周期性と共に、ＲＮに関する制御情報のためのリソース割振りを静的または動的にＲＮにシグナリングすることができる。

ｅＮＢ−ＲＮ伝送を復号化するために共通基準信号（ＲＳ）および専用ＲＳを使用することができる。ＲＮは、そのようなサブフレームの制御領域で、ＲＮがサービスするＵＥがチャネル測定および推定を実施するために、ＵＥに制御信号およびＲＳを送信する。ＲＮは、そのようなサブフレームのデータ領域でのｅＮＢ−ＲＮ伝送を受信し、復号化する。ＲＮによってサービスされるＵＥは、そのようなサブフレームのデータ領域でチャネル測定／推定を復号化および実施することを予期すべきではない。

ダウンリンクのためにＲＮで１つの無線が必要である。ＲＮは、そのようなサブフレーム内の制御領域で送信し、データ領域で受信する。

第２の好ましい実施形態
この第２実施形態では、Ｒｅｌ−８仕様に新しいタイプのサブフレームを導入する必要はない。ＲＮはＵＥとして扱われ、ｅＮＢによって直接的にサービスされるＵＥと共にスケジューリングすることができる。上層信号は、ｅＮＢからＲＮへの伝送を含むサブフレームについてＵＥに通知する必要がある可能性がある。しかし、そのことはＲｅｌ−８ ＵＥに影響を及ぼさない。

例えば、上位層シグナリングによってそのようなサブフレームの位置および周期性を構成することができる。ＵＥと同様に、ＲＮも、ＰＤＣＣＨを復号化して、ｅＮＢからＲＮに送信されたデータの位置を突き止めることができ、そのデータは、ＲＮに関する何らかの制御情報と、ＵＥに中継すべきデータとからなることができる。

ｅＮＢがＲＮに送信するときのサブフレームでは、ＲＮは、１つの無線送信機を使用してＲＮがサービスするＵＥに制御領域とデータ領域の両方でＲＳと共に制御信号を送信すると同時に、別々の無線受信機を使用して制御領域とデータ領域の両方でｅＮＢ−ＲＮ伝送を復号化する。

ｅＮＢがＲＮに送信するときのそのようなサブフレームでは、ＲＮによってサービスされるＵＥは、データを受信するためにスケジューリングされないが、制御領域とデータ領域の両方でＲＮから送信されたＲＳに基づいてチャネル測定／推定をやはり実施することができる。

ＵＥの挙動に関してＲｅｌ−８標準に対する影響はない。ＲＮではダウンリンクについて２つの無線が必要であり、１つは制御信号およびＲＳをサブフレーム全体にわたって送信するためのものであり、１つはｅＮＢから伝送を受信するためのものである。こうした２つの無線は、自己干渉を低減するために良好な分離を必要とする。

この解決策は、ＬＴＥ Ｒｅｌ−８ ＵＥが具体的には中継システムによって、一般的には他のＵＥによってサポートされるという問題を解決しようとするものである。この開示は、ＬＴＥ仕様およびＲｅｌ−８端末に対する影響を最小限に抑えると共に、中継局の助けによってＬＴＥシステムに関する性能をどのように高めるかを教示する。Ｒｅｌ−８ ＵＥについて中継局を導入するいくつかの解決策も以下のように提案されている。

解決策１：Ｒｅｌ−８仕様にブランク・サブフレームを導入する
ブランク・サブフレームが、ｅＮＢおよび中継ノード（ＲＮ）伝送に対して使用される。ＵＥは、こうしたサブフレームを復号化しない。そのようなブランク・サブフレームをＳＩＢのような高層信号によってＵＥにシグナリングすることができる。そのような提案により、将来においてＲｅｌ−８ ＵＥへのＬ２中継局などの中継局の導入がより容易となる。

しかし、そのような新しいブランク・サブフレームに対処するためにＲｅｌ−８仕様の変更が必要となる。それにより、Ｒｅｌ−８仕様の完成が遅延する可能性がある。こうしたブランク・サブフレーム上ではＲＳを含めて何も送信されないので、チャネル測定およびチャネル推定に関するＵＥに対する影響もこの段階では未知である。

ＭＢＳＦＮサブフレームと同様の新しいタイプのサブフレームをＲｅｌ−８仕様に導入し、それが図８に示されている。これは、最大２つのＯＦＤＭシンボルを制御領域として使用して、ｅＮＢによって直接的にサービスされるＵＥに制御信号を送信する。

サブフレーム内のシンボルの残りはデータ領域を形成し、ｅＮＢとＲＮとの間、およびｅＮＢとｅＮＢによって直接的にサービスされるＵＥとの間でＰＤＳＣＨチャネルを伝送するのに使用される。ｅＮＢとＲＮとの間で制御情報を伝送するために、ある専用ＲＢを予約することができる。したがって、ｅＮＢ−ＲＮ伝送用の新しい制御チャネルを設計する必要がない。

ｅＮＢ−ＲＮ伝送のために専用ＲＳを使用することができる。このシナリオでは、ｅＮＢによって直接的にサービスされるＵＥがチャネルを追跡するために、ｅＮＢから共通ＲＳを依然として送信することができる。ＭＢＳＦＮサブフレームをシグナリングするのに使用されるのと同様のＳＩＢを使用して、そのような新しいサブフレームを高層信号によってシグナリングすることができる。

ＲＮ側では、そのようなサブフレームで、ＲＮは、ＲＮが制御領域でサービスするＵＥに制御信号およびＲＳを送信する。データ領域では、ＲＮは、ｅＮＢを聴取し、ｅＮＢからＲＮへの伝送を復号化する。この領域ではＲＮからの伝送はない。

そのようなサブフレームでは、ＲＮによってサービスされるＵＥはスケジューリングされない。ＵＥは、依然として制御領域内のＲＳに基づいてチャネル測定およびチャネル推定を実施することができる。ダウンリンクのためにＲＮで必要な無線は１つだけである。そのような新しいサブフレームでは、ＲＮは、まず制御領域で送信し、次いでデータ領域で受信する。

ＵＥがデータ領域で復号化およびチャネル測定／推定を行うことを予期しないそのような新しいタイプのサブフレームをＲｅｌ−８が導入するために、仕様変更が必要である。しかし、そのようなサブフレームはＭＢＳＦＮサブフレームと非常に似ている。そのようなサブフレームをＲｅｌ８に導入する影響は非常に小さいはずである。これは、本明細書で提案される解決策１と２の間の譲歩解決策と見ることができる。

解決策２：中継局をサポートするためにＭＢＳＦＮサブフレームを再利用する
ＭＢＳＦＮサブフレームは、ｅＮＢとＲＮとの間の伝送のために使用することができる。そのようなサブフレームがｅＮＢとＲＮとの間の伝送のために使用されることを示すために新しい制御信号を定義することができる。ｅＮＢとＲＮとの間の伝送のために新しい制御チャネルおよびトラフィック・チャネルを定義することができる。

ＭＢＳＦＮサブフレーム内の最初のいくつかのシンボルではＰＤＣＣＨがまだ送信されるので、ＰＤＣＣＨを使用して、ｅＮＢによって直接的にサービスされるＵＥにサービスすることができる。しかし、この解決策は、新しいタイプのサブフレームがここでは導入されないので、解決策Ｉと比べて、現在のＲｅｌ−８仕様に対する影響が小さい。

この代替解決策では、図９に示されるように、ＲＮがＵＥとして扱われ、ｅＮＢによって直接的にサービスされる他のＵＥと共にスケジューリングされるので、新しいタイプのサブフレームをＲｅｌ−８仕様に導入する必要がない。ｅＮＢ−ＲＮ伝送のために余分のＬ１制御信号は不要である。

ｅＮＢ−ＲＮ伝送のために専用ＲＳを使用することができ、ｅＮＢ−ＲＮ伝送を含むサブフレームをＲＮに通知するのに上位層シグナリングが必要となることがある。しかし、そのことはＲｅｌ−８ ＵＥに影響を与えないはずである。ＲＮ側では、ｅＮＢからＲＮへの伝送を含むサブフレームでは。ＲＮは、ＲＮがサービスするＵＥに制御領域とデータ領域の両方で制御信号およびＲＳを送信する。

ＲＮによってサービスされるＵＥは、こうしたサブフレームではスケジューリングされない。しかし、ＤＥは、依然として制御領域とデータ領域の両方の中のＲＳに基づいてチャネル測定およびチャネル推定を実施することができる。ＲＮは、データ領域でｅＮＢを聴取し、ｅＮＢからＲＮへの伝送を復号化する。ｅＮＢからＲＮへの伝送のために専用ＲＳが使用される場合、チャネル推定に関する干渉を低減することができる。

ダウンリンクのためにＲＮで２つの無線が必要であり、１つはデータ領域でｅＮＢ−ＲＮ伝送を受信するためのものであり、１つは制御領域とデータ領域の両方でＲＳと共に制御信号を送信するためのものである。自己干渉を低減するために、こうした２つの無線の間で良好な分離が必要となる。各無線についてセクタ化アンテナまたは指向性アンテナを使用することができる。これにより、ＲＮについて実装および配置の複雑さが増し加わる可能性がある。

本願の上述の実施形態は例示的なものに過ぎないものとする。本願の範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に対する変更、修正、および変形を当業者は実施することができる。上記の説明では、本発明の理解が得られるように多数の詳細を述べた。しかし、こうした詳細なしに本発明を実施できることを当業者は理解されよう。限られた数の実施形態に関して本発明を開示したが、それらの多数の修正形態および変形形態を当業者は理解されよう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲の中に含まれる修正形態および変形形態を包含するものとする。

Claims (24)

1. 基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信するワイヤレス無線通信システムであって、
   前記基地局と前記モバイル・ユニットとの間に配置された中継局であって、前記基地局から前記モバイル・ユニットへのマルチホップ・パケット伝送での中継機能を有し、ワイヤレス・パケット伝送プロトコルに基づいて通信を実施するように構成された中継局を備え、
   前記中継局が、前記基地局から情報パケット伝送を受信し、前記中継局で受信される前記情報パケットが、制御領域と、データ領域と、前記情報パケット伝送を復号化する際に使用される共通基準信号とを有し、前記中継局が、前記中継局から前記モバイル・ユニットへのマルチホップ・パケット伝送の前記制御領域で前記制御信号および前記共通基準信号を送信し、したがって前記モバイル・ユニットが、前記中継局から受信したパケット伝送のチャネル測定解析およびチャネル推定解析を実施することができるワイヤレス無線通信システム。
2. 前記制御領域が、前記基地局によってサービスされる前記モバイル・ユニットに関する制御信号を有する請求項１に記載のワイヤレス無線通信システム。
3. 前記中継局で受信される前記情報パケット伝送が、前記中継局に制御情報を搬送するために予約される専用リソース・ブロックを有する請求項１に記載のワイヤレス無線通信システム。
4. 前記情報パケット伝送を制御チャネル伝送と一緒にスケジューリングすることができる請求項１に記載のワイヤレス無線通信システム。
5. 前記中継局がただ１つの無線送信機を使用する請求項１に記載のワイヤレス無線通信システム。
6. 前記中継局が複数の無線送信機を使用する請求項１に記載のワイヤレス無線通信システム。
7. 前記中継局が、第１無線送信機を使用して前記制御信号および共通リソース信号を送信し、第２無線送信機が、前記基地局から伝送を受信する請求項６に記載のワイヤレス無線通信システム。
8. 前記中継局で受信される前記情報パケット伝送が専用基準信号を有する請求項１に記載のワイヤレス無線通信システム。
9. 基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信するワイヤレス無線通信システムであって、
   前記基地局と前記モバイル・ユニットとの間に配置された中継局に接続された基地局であって、前記中継局を使用して、前記基地局から前記モバイル・ユニットへのマルチホップ・パケット伝送を実施し、ワイヤレス・パケット伝送プロトコルに基づいて通信を実施するように構成される基地局を備え、
   前記基地局が前記中継局に情報パケット伝送を送信し、前記基地局から送信される前記情報パケット伝送が、制御領域と、データ領域と、前記情報パケット伝送を復号化する際に使用される共通基準信号とを有し、前記基地局から前記中継局に送信される前記情報パケットが、前記モバイル・ユニットへのマルチホップ・パケット伝送の前記制御領域で前記制御信号および前記共通基準信号を中継するのに使用され、したがって前記モバイル・ユニットが、前記中継局から受信したパケット伝送のチャネル測定解析およびチャネル推定解析を実施することができるワイヤレス無線通信システム。
10. 前記制御領域が、前記基地局によってサービスされる前記モバイル・ユニットに関する制御信号を有する請求項９に記載のワイヤレス無線通信システム。
11. 前記基地局で送信される前記情報パケット伝送が、前記中継局に制御情報を搬送するために予約される専用リソース・ブロックを有する請求項９に記載のワイヤレス無線通信システム。
12. 前記基地局からの前記情報パケット伝送を制御チャネル伝送と一緒にスケジューリングすることができる請求項９に記載のワイヤレス無線通信システム。
13. 前記中継局がただ１つの無線送信機を使用する請求項９に記載のワイヤレス無線通信システム。
14. 前記中継局が複数の無線送信機を使用する請求項９に記載のワイヤレス無線通信システム。
15. 前記中継局が、第１無線送信機を使用して前記制御信号および共通リソース信号を送信し、第２無線送信機が、前記基地局から伝送を受信する請求項９に記載のワイヤレス無線通信システム。
16. 前記中継局で受信される前記情報パケット伝送が専用基準信号を有する請求項１５に記載のワイヤレス無線通信システム。
17. 基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法であって、
    基地局に中継局を接続することであって、前記中継局が、前記基地局と前記モバイル・ユニットとの間に配置され、ワイヤレス・パケット伝送プロトコルを使用する前記基地局から前記モバイル・ユニットへのマルチホップ・パケット伝送をサポートすること、
    前記中継局で前記基地局から情報パケットを受信することであって、送信される前記情報パケット伝送が、制御領域と、データ領域と、前記情報パケット伝送を復号化する際に使用される共通基準信号とを有すること、
    マルチホップ・パケット伝送の前記制御領域で前記中継局から前記モバイル・ユニットに前記制御信号および前記共通基準信号を送信し、したがって前記モバイル・ユニットが、前記中継局から受信したパケット伝送のチャネル測定解析およびチャネル推定解析を実施することができること
    を含む方法。
18. 前記制御領域が、前記基地局によってサービスされる前記モバイル・ユニットに関する制御信号を有する請求項１７に記載の基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法。
19. 前記基地局で送信される前記情報パケット伝送が、前記中継局に制御情報を搬送するために予約される専用リソース・ブロックを有する請求項１７に記載の基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法。
20. 前記基地局からの前記情報パケット伝送を制御チャネル伝送と一緒にスケジューリングすることができる請求項１７に記載の基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法。
21. 前記中継局がただ１つの無線送信機を使用する請求項１７に記載の基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法。
22. 前記中継局が複数の無線送信機を使用する請求項１７に記載の基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法。
23. 前記中継局が、第１無線送信機を使用して前記制御信号および共通リソース信号を送信し、第２無線送信機が、前記基地局から伝送を受信する請求項１７に記載の基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法。
24. 前記中継局で受信される前記情報パケット伝送が専用基準信号を有する請求項１７に記載の基地局からモバイル・ユニットにパケット伝送を通信する方法。

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