JP2015509326A - 無線通信システム、中継システム、およびデータを中継する方法 - Google Patents

Abstract

無線通信システムは、複数の基地局１１０のうちの少なくとも１つから受信されたデータを転送し、複数の基地局の複数のセクタの間でのセル内干渉を減らすように構成された少なくとも１つの第１の中継器１２０を含む。

Description

本発明の例示的実施形態は、一般に中継ノードを含む無線通信システムに関する。

セルラ・ネットワークは、遍在するが、ユーザは、モバイル・アプリケーションの一貫しない予測不能な性能を経験し続けている。性能劣化は、ネットワーク輻輳または無線信号の経路が遮断された結果である場合があるが、すべてのセルラ展開において、性能は、たとえば隣接するセルからの干渉に起因して、セルのエッジに向かって劣化する可能性がある。セルのエッジでのデータ転送レート（セル・エッジ・レート）は、通常、そのセルの最悪の転送レートである。

いくつかの無線ネットワークは、基地局（ＢＳ）のカバレージを拡大し、セル・エッジ・レートを改善するために、ＢＳ、たとえば拡張ノード（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｎｏｄｅ Ｂ（ｅｎＢ））と協働する中継ノード（ＲＮ）を含む。ＲＮの１つのタイプが、ＬＴＥアドバンスト（ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ）技術について３ＧＰＰ文書によって定義されたタイプＩＩ ＲＮである。

ハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）動作に一体化されたタイプＩＩ中継器のダウンリンク動作の単純な例を、以下で説明する。ｅＮＢは、トランスポート・ブロックをＵＥおよびＲＮに送信する。ＲＮは、トランスポート・ブロックの復号化に成功できるが、ＵＥは、トランスポート・ブロックを復号することができない。ＲＮは、しばらく経ってから、おそらくはｅＮＢと同時に、トランスポート・ブロックを再送信し、ＵＥは、ＲＮ−ＵＥリンク上のチャネル品質がｅＮＢ−ＵＥリンク上より大幅によいので、トランスポート・ブロックを正しく受信する。したがって、ＲＮをＢＳの無線カバレージを補足するために無線ネットワーク内で使用する方法によって、無線ネットワーク内でＵＥが受けるサービスの品質を改善することができる。

中継器によって支援されるセルラ・ネットワークを動作させる方法またはアーキテクチャの定義は、難しい問題であり、シグナリング方式は、単一のソース、中継器、および宛先の単純な場合についてさえ知られていない。さらに、この単純な場合についてさえ、容量領域に関する上限だけが入手可能である。

中継器を使用するセルラ・ネットワークでのセルラ・ネットワーク・スルー・プットおよびエッジ・レートを改善する現在の解決策としては、ユーザと中継器とを独立にスケジューリングすることおよび／または１つの時間周波数スロット上でサービスを受けるユーザ密度を増やすことなどがある。サービスを受けるユーザの密度を増やす１つの方法は、いわゆるセル分割方式（たとえば、マイクロ・セルまたはピコ・セル）でインフラストラクチャを追加することを含む。

少なくとも一例としての実施形態は、無線通信システムを含む。一例としての実施形態によれば、無線通信システムは、複数の基地局のうちの少なくとも１つから受信したデータを転送し、複数の基地局の複数のセクタの間でのセル内干渉を減らすように構成された少なくとも１つの第１の中継器を含む。

一例としての実施形態によれば、無線通信システムは、基地局からの距離で円形パターンに一様に分布する複数の中継器であって、距離は、基地局と基地局の複数のセクタのうちの少なくとも１つの外側境界との間の半径方向距離の約半分である、複数の中継器を含む。

少なくとも一例としての実施形態は、中継システムを含む。一例としての実施形態によれば、中継システムは、複数の基地局のうちの少なくとも１つに接続するように構成された少なくとも１つの中継器であって、第１の中継器は、基地局のうちの少なくとも１つから受信されたデータを転送し、複数の隣接するセクタの間のセル内干渉を減らすように構成され、隣接するセクタのそれぞれは、複数の基地局のうちの異なる１つに対応する、少なくとも１つの中継器を含む。

少なくとも一例としての実施形態は、データを中継する方法を含む。一例としての実施形態によれば、データを中継する方法は、中継器がデータを転送し、複数のセクタの間でのセル内干渉を減らすように、複数のセクタを有する複数の基地局の間で中継局を位置決めすることを含む。

本発明は、本明細書で下で与えられる詳細な説明および添付図面からより十分に理解されるようになり、詳細な説明および添付図面では、同様の要素が、同様の符号によって表され、詳細な説明および添付図面は、例示のみのために与えられ、したがって、本発明について限定的ではない。

一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。 図１の無線アーキテクチャ内での２フェーズ通信を示す流れ図である。 ２つのベースラインならびに図１および２に関して説明されるアーキテクチャのエッジ信号対雑音比（ＳＮＲ）の関数としての平均スループットのグラフを示す図である。 別の一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。 図４の無線アーキテクチャ内での２フェーズ通信を示す流れ図である。 さらに別の一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。 図６の無線アーキテクチャ内での２フェーズ通信を示す流れ図である。 １９クラスタ無線通信アーキテクチャの電力制約の関数としての１クラスタの総移動局スループットおよびエッジ（１０％）移動局スループットを示すグラフである。 さらなる一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。 さらなる一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。 少なくとも一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを構成する方法を示す流れ図である。

これらの図面が、ある種の例示的実施形態で利用される方法、構造、および／または材料の全般的な特徴を示し、下で提供される書かれた説明を増補するためのものであることに留意されたい。しかし、これらの図面は、原寸通りではなく、任意の所与の実施形態の正確な構造的特性または性能特性を正確には反映しない場合があり、例示的実施形態によって包含される値またはプロパティの範囲を定義しまたは限定するものとして解釈されてはならない。たとえば、分子、層、領域、および／または構造要素の相対的な厚さおよび位置決めが、明瞭さのために減らされまたは誇張される場合がある。さまざまな図面での類似する符号または同一の符号の使用は、類似する要素もしくは特徴または同一の要素もしくは特徴の存在を示すためのものである。

例示的実施形態は、さまざまな修正形態および代替形態が可能であるが、その実施形態が、例として図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかし、例示的実施形態を開示される特定の形態に限定する意図はなく、逆に、例示的実施形態は、特許請求の範囲の範囲に含まれるすべての修正形態、同等物、および代替形態を含む。同様の符号は、図面の説明全体を通じて同様の要素を指す。

例示的実施形態をより詳細に議論する前に、いくつかの例示的実施形態が、流れ図として図示されるプロセスまたは方法として説明されることに留意されたい。流れ図は、順次プロセスとして動作を説明するが、動作の多くを、並列に、並行に、または同時に実行することができる。さらに、動作の順序を再配置することができる。プロセスの動作が完了した時に、プロセスを終了することができるが、プロセスは、図面に含まれない追加のステップを有することもできる。プロセスは、メソッド、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラムなどに対応することができる。

下で議論される方法は、その一部が流れ図によって示されるが、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはその任意の組合せによって実施され得る。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実施される時に、必要なタスクを実行するためのプログラム・コードまたはコード・セグメントを、記憶媒体などの機械可読媒体またはコンピュータ可読媒体に格納することができる。プロセッサ（１つまたは複数）が、必要なタスクを実行することができる。

本明細書で開示される特定の構造的詳細または機能的詳細は、単に、本発明の例示的実施形態を説明するための、代表的なものである。しかし、本発明を、多数の代替の形で実施することができ、本明細書に示される実施形態のみに限定されると解釈してはならない。

用語第１、第２などが、本明細書でさまざまな要素を記述するのに使用される場合があるが、これらの要素がこれらの用語によって限定されてはならないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。たとえば、例示的実施形態の範囲から逸脱せずに、第１要素を第２要素と呼ぶことができ、同様に、第２要素を第１要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される時に、用語「および／または」は、関連してリストされる項目のうちの１つまたは複数の任意のすべての組合せを含む。

ある要素が別の要素に「接続される」または「結合される」ものとして言及される時に、その要素を、他の要素に直接に接続しまたは結合することができ、あるいは、介在する要素が存在することができることを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素に「直接に接続される」または「直接に結合される」ものとして言及される時には、介在する要素は存在しない。要素の間の関係を記述するのに使用される他の単語は、同様の形で解釈されなければならない（たとえば、「〜の間」対「直接に〜の間」、「隣接する」対「直接に隣接する」など）。

本明細書で使用される用語法は、特定の実施形態を説明するためのみのものであって、例示的実施形態について限定的であることは意図されていない。本明細書で使用される時に、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうではないことを明らかに示さない限り、複数形をも含むことが意図されている。さらに、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」は、本明細書で使用される時に、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および／またはそのグループの存在または追加を除外しないことを理解されたい。

また、いくつかの代替実施態様で、示される機能／行為が、図に示された順序から外れて発生する可能性があることに留意されたい。たとえば、連続して示される２つの図が、用いられる機能性／行為に依存して、実際には同時に実行されてもよく、あるいは、時々逆の順序で実行されてもよい。

そうではないと定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的実施形態が属する技術における通常の技量を有するものによって一般に理解されるものと同一の意味を有する。さらに、用語、たとえば一般に使用される辞書で定義される用語は、関連技術の文脈での意味と一貫する意味を有すると解釈されなければならず、本明細書で特にそのように定義されない限り、理想化された意味または過度に形式的な意味では解釈されないことを理解されたい。

例示的実施形態の諸部分および対応する詳細な説明は、ソフトウェアまたは、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する演算のアルゴリズムおよび記号表現に関して提示される。これらの説明および表現は、当業者が彼らの作業の実質を他の当業者にそれによって効果的に伝える説明および表現である。アルゴリズムは、この用語が本明細書で使用される時に、および一般的に使用される時に、所望の結果につながるステップの自己完結的シーケンスと考えられる。これらのステップは、物理的量の物理的操作を必要とするステップである。必ずではないが通常、これらの量は、格納され、転送され、組み合わされ、比較され、かつ他の形で操作されることが可能な光信号、電気信号、または磁気信号の形を取る。時々、主に一般的な使用のために、これらの信号をビット、値、要素、シンボル、文字、項、数、または類似物と称することが便利であることがわかっている。

次の説明では、例示的実施形態を、特定のタスクを実行するか特定の抽象データ型を実施し、既存ネットワーク要素の既存ハードウェアを使用して実施できる、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むプログラム・モジュールまたは機能プロセスとして実施できる行為および（たとえば、流れ図の形の）動作の記号表現を参照して説明する。そのような既存ハードウェアは、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータ、または類似物を含むことができる。しかし、これらおよび類似する用語のすべてが、適当な物理的な量に関連付けられなければならず、単に、これらの量に適用される便利なラベルであることを念頭に置かれたい。そうではないと具体的に述べられない限り、または議論から明白であるように、「ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ（表示）」、「ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（処理）」、「ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ（コンピューティング）」、「ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ（計算）」、「ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ（判定）」、または類似物などの用語は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理的電子量として表されたデータを操作し、コンピュータ・システム・メモリもしくはレジスタまたは他のそのような情報記憶デバイス、情報伝送デバイス、もしくは情報表示デバイス内の物理的量として同様に表された他のデータに変換する、コンピュータ・システムまたは類似する電子コンピューティング・デバイスのアクションおよびプロセスを指す。

また、例示的実施形態のソフトウェア実施される態様が、通常は、ある形のプログラム記憶媒体上で符号化されるか、あるタイプの伝送媒体を介して実施されることに留意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気的（たとえば、フロッピ・ディスクまたはハード・ドライブ）または光学的（たとえば、コンパクト・ディスク読取り専用メモリすなわち「ＣＤ ＲＯＭ」）とすることができ、読取り専用またはランダム・アクセスとすることができる。同様に、伝送媒体は、より対線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術分野で既知の他の適切な伝送媒体とすることができる。例示的実施形態は、任意の所与の実施態様のこれらの態様によって限定されない。

本明細書で使用される中継器は、たとえば基地局と移動局との間で信号を伝える際に援助するインフラストラクチャ機器とすることができる。中継器を、無線によって固定ネットワークに接続することができる。いくつかの例示的実施形態では、中継器を、無線接続のみによって固定ネットワークに接続することができる。

例としてのみ、例示的実施形態を、固定された条件およびパラメータに関して説明する場合がある。しかし、例示的実施形態は、それに限定されず、本出願人の開示を所有する当業者は、その条件およびパラメータに適用可能な例示的実施形態を理解するはずである。

たとえば、次の条件および／またはパラメータを、アーキテクチャ性能の評価に関して仮定することができる。無線通信システムは、ラップ・アラウンドを有し、任意の１つの時刻および周波数でセクタあたり１つまたは複数のいずれかのユーザにサービスを提供する、１９個の３セクタ基地局を含むことができる。移動局は、最小の伝搬損失を有する基地局に関連付けられ得る（たとえば、必ず関連付けられ得る）。基地局あたりの総電力は、定数になる可能性があり、３セクタの頂点（a 3-sector vertex）での基準信号対雑音比（ＳＮＲ）を判定することができる。セクタは、７０度ｆｕｌｌ−ｗｉｄｔｈ−ｈａｌｆ−ｐｏｗｅｒ（ＦＷＨＰ）である。アーキテクチャ・ラジオ波伝搬は、ＣＯＳＴ ２３１−Ｈａｔａモデルを使用して決定することができる。搬送波周波数は、２ＧＨｚ（ｆ_ｃ＝２ＧＨｚ）とすることができ、帯域幅を、１０ＭＨｚとすることができる。セル半径を、１０００ｍとすることができ、基地局高さを、３０ｍとすることができ、中継器高さを、１５ｍとすることができ、移動局アンテナ高さを、１ｍとすることができ、基地局−中継器リンクに対するシャドウイングは、６ｄＢとすることができ、基地局−ユーザおよび中継器−ユーザ・リンクに対するシャドウイングを、８ｄＢとすることができる。無線通信システムは、ダウン・リンク、半二重、中継器によって支援されるネットワークとすることができる。

図１は、一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。図１を参照すると、無線通信システムのセル１００は、基地局１１０および中継器１２０を含むことができる。中継器１２０および基地局１１０は、内側移動局１３０および外側移動局１４０を含む移動局１５０のために働くことができる。セル１００を、たとえば３つのセクタ１６０に分割することができる。

基地局１１０は、たとえば、１セクタあたり６つのアンテナを有する１８アンテナ基地局とすることができる。基地局アンテナのそれぞれを、１２０°アンテナとすることができる。中継器１２０は、たとえば、基地局１１０の周囲に円形パターンで均等に分布する６つの３アンテナ無指向性中継器とすることができる。中継器１２０を、たとえば、任意の所与の方向でセル１００の半径方向距離の約半分の基地局１１０からの距離に位置決めすることができる。

少なくとも一例としての実施形態によれば、中継器１２０を、各セクタ１６０内に２つの中継器１２０があるように、セル半径の半分の円上で一様に位置決めすることができる。たとえば、セルの半径を１０００ｍとし、セルの端でのＳＮＲは１８ｄＢ、５００ｍの中間点でＳＮＲ＝（１８＋４１ｏｇ^２）ｄＢとすることができる。少なくとも一例としての実施形態によれば、半径を、ＳＮＲに従って決定することができる。

各セクタ１６０は、たとえば、６つのアンテナを含み、基地局１１０からの１つと１中継器１２０あたり３つとの７つの移動局のために働くことができる。移動局１５０を、最小伝搬損（シャドウイングを含まない）に基づいて、基地局１１０または中継器１２０に割り当てることができる。

図１のアーキテクチャは、基地局−中継器リンクの十分な知識のみを必要とする可能性がある。振幅および位相に関する基地局−ユーザ・リンクおよび中継器−ユーザ・リンクの知識は、不要である可能性がある。そのようなリンクのそれぞれの信号対雑音比（ＳＮＲ）だけを、送信器で仮定することができる。非協調方式を使用することができるが、例示的実施形態は、それに限定されず、協調方式を使用することができる。

図２は、図１の無線アーキテクチャ内での２フェーズ通信を示す流れ図である。図２を参照すると、基地局１１０は、第１フェーズ（Ｓ２１０）で中継器１２０と通信することができ、中継器１２０と基地局１１０との両方が、第２フェーズで移動局１５０と通信することができる。

第１フェーズは、移動局１５０がアクティブではないものとすることができるブロードキャスト・チャネルとすることができる。基地局１１０は、たとえばダーティ・ペーパ符号化（Ｄｉｒｔｙ ｐａｐｅｒ ｃｏｄｉｎｇ）および／または最適線形プリコーディング（Ｏｐｔｉｍａｌ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を使用して、中継器１２０のそれぞれに関連する移動局に渡されるメッセージを送信することができる。

基地局１１０は、基地局と各中継器１２０との間のリンクの知識を使用することができる。他の基地局からの送信を、干渉として扱うことができる。基地局１１０は、セル１００内の中継チャネルへのその基地局のチャネル状態情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＣＳＩ））をよく知っているものとすることができる。たとえば、基地局１１０は、それに従属する中継器１２０とのチャネルの完全な知識を有することができる。ダーティ・ペーパ符号化の場合に、基地局で仮定される符号化順序付けをπによって表すと、第ｉ番目の３アンテナ中継器は、式１に従う総レートで３つの独立のストリームを受信することができる。

［式１］

式１では、

は、１８アンテナ基地局と第ｉ番目の３アンテナ中継器との間のチャネルの３×１８ランダム行列モデル化であり、Ｉは、単位行列であり、Ｐ_ｊ、ただしｊ＝１，…，６は、たとえば凸最適化によって得られるプリコーディング行列である。

基地局１１０および中継器１２０は、第２フェーズ（Ｓ２２０）に、関連する移動局１５０と通信することができる。第２フェーズは、干渉チャネルとすることができる。第２フェーズでは、各リンクの信号対雑音比（ＳＮＲ）だけを、送信器で仮定することができる。チャネルの知識は、送信器で仮定されないものとすることができ、１アンテナあたり１つのメッセージを割り当てることができる。３つの移動局１５０が、中継器１２０のそれぞれに関連する場合に、中継器１２０から３つの関連する移動局１５０に伝えられる総スループットを、式２によって与えることができる。

［式２］

基地局からそれに関連する内側移動局１３０に転送される総スループットを、式３によって与えることができる。

［式３］

式３では、Ｐ_Ｓ，ｎおよびＰ_Ｒ，ｎは、それぞれ、ソースおよび第ｉ中継器１２０によって第ｎ基地局に割り振られる送信電力であり、

は、基地局の第ｎセクタの６つの送信アンテナと関連するユーザとの間のチャネルをモデル化する６次元ランダム・ベクトルであり、ｎ＝１，…３であり、

は、第ｉ中継器からそれに関連する移動局へのチャネル・ベクトルをモデル化する３次元ランダム・ベクトルである。

図３は、２つの無中継器ベースラインならびに図１および２に関して説明されるアーキテクチャの信号対雑音比（ＳＮＲ）の関数としての平均スループットのグラフである。第１のベースライン・アーキテクチャ（６アンテナ・ベースライン）は、３つのアンテナを有する６セクタ基地局と、１セクタあたり１つの移動局（１基地局あたり６つの移動局）とを含む。第１のベースラインは、図３では実線の曲線によって表される。第２のベースライン・アーキテクチャは、３つのアンテナを有する６セクタ基地局と、１セクタあたり３つの移動局（１基地局あたり１８個の移動局）とを含む。第２のベースラインは、図３では点線の曲線によって表される。例示的実施形態による、図１および２に関して説明されるアーキテクチャ（密中継器シナリオ）は、図３では破線の曲線によって表される。図３を参照すると、ベースラインに対する１５０％のスループット利得を、１０ｄＢ信号対雑音比（ＳＮＲ）で達成することができる。

図４は、別の一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。図４を参照すると、無線通信システムのクラスタ４００は、基地局４１０および中継器４２０を含むことができる。中継器４２０および基地局４１０は、移動局４３０のために働くことができる。クラスタ４００を、たとえば９つのセクタ４４０に分割することができ、クラスタ４００は、３セクタの頂点（a 3-sector vertex）を含むことができる。３セクタの頂点は、３つのセクタ（陰影付きのセクタ）の収束とすることができる。３セクタの頂点の１つのセクタ４４０を、各基地局４１０に関連付けることができる。

基地局４１０は、たとえば、１セクタ４４０あたり１つのアンテナを有する３アンテナ基地局とすることができる。基地局アンテナのそれぞれは、１２０°アンテナとすることができる。中継器４２０は、たとえば、３セクタの頂点に位置決めされた３アンテナ無指向性中継器とすることができる。セクタ４４０のそれぞれは、無線通信システムのクラスタ４００が所与の周波数および時間に３つのユーザのために働くことができるように、１つの時間リソースおよび周波数リソースで１つのユーザのために働くのみとすることができる。

図４のアーキテクチャは、中継器４２０と移動局４３０との間のリンクの、中継器での知識（たとえば、完全な知識）を必要とする可能性があるが、基地局４１０と中継器４２０との間および基地局４１０と移動局４３０との間のリンクの知識を必要としない可能性がある。図４に関して説明される例示的実施形態によるアーキテクチャの中継戦略は、非協調デコード・アンド・フォワード（ＤＦ）中継戦略とすることができるが、例示的実施形態は、それに限定されず、他の戦略を使用することができる。

図５は、図４の無線アーキテクチャ内での２フェーズ通信を示す流れ図である。図５を参照すると、基地局４１０は、第１フェーズ（Ｓ５１０）に中継器４２０と通信することができ、中継器４２０は、第２フェーズ（Ｓ５２０）に移動局４３０と通信することができる。基地局４１０に関連するセクタ４４０内に第２の移動局４３０がある場合には、第２の移動局４３０は、第２フェーズに、関連する基地局４１０から直接に情報を受信することができる。

第１フェーズ（Ｓ５１０）を、移動局４３０がアクティブではないものとすることができる多元接続チャネルとすることができる。基地局４１０は、中継器４２０に関連する移動局に渡されるメッセージを送信することができる。中継器４２０は、第１フェーズにそのメッセージを復号することができる。第１フェーズは、たとえば、連続干渉除去（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）（ＳＩＣ）復号および／または最小平均二乗誤差ビームフォーミング（ｍｉｎｉｍｕｍ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｄ ｅｒｒｏｒ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）（ＭＭＳＥ−ＢＦ）として実施することができる。最小平均二乗誤差ビームフォーミング（ＭＭＳＥ−ＢＦ）受信器が使用される場合に、第ｉ基地局によって送信されるメッセージを、式４に従うレートで受信することができる。

［式４］

式４では、Ｈ_ＳＲは、３つの基地局と３アンテナ中継器との間のチャネルをモデル化する３×３行列であり、Ｉは、単位行列であり、Ｐ_Ｓ，Ｒは、送信電力である。

中継器４２０は、第２フェーズ（Ｓ５２０）に、関連する移動局４３０と通信することができる。第２フェーズを、ブロードキャスト・チャネル（ＢＣ）とすることができる。第２フェーズを、たとえば、ゼロフォーシング・ ビームフォーミング（ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍ−ｆｏｒｍｉｎｇ）（ＺＦ−ＢＦ）によって達成することができ、ここで、中継器とユーザとの間のリンクの完全な知識が、移動局４３０を空間的に直交させ、電力を割り振る（たとえば、最適に電力を割り振る）ために必要になる可能性がある。第２フェーズでは、送信時間が等しいと仮定することができる。第ｉユーザの中継ビーム・フォーミング・ベクトルを、式５から決定することができる。

［式５］

式５では、

は、中継器と第ｉユーザとの間のチャネルをモデル化する３次元ベクトルであり、

であり、

は、第ｉ列を削除することによってＨ_ＲＵから得られる３×２次元部分行列である。第１フェーズ・レートおよび第２フェーズ・レートが、所与のユーザについて同一でなければならないので、第２フェーズで達成可能な最高ユーザ・レートを、最適電力割り当てを有するゼロフォーシング・ ビームフォーミング（ＺＦ−ＢＦ）によって決定する（たとえば、まず決定する）ことができ、これを使用して、第１フェーズの連続干渉除去（ＳＩＣ）復号順序を確立することができる。

図４および５に関して説明される例示的実施形態によれば、非中継の場合に対する、平均レートでの２０％の利得、エッジ（５％）レートでの１００％を超える利得がある可能性がある。

図６は、さらに別の一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。図６を参照すると、無線通信システムのクラスタ６００は、基地局６１０および中継器６２０を含むことができる。中継器６２０および基地局６１０は、移動局６５０のために働くことができる。クラスタ６００を、たとえば９つのセクタ６６０に分割することができ、クラスタ６００は、３セクタの頂点（a 3-sector vertex）を含むことができる。３セクタの頂点は、３つのセクタ（陰影付きのセクタ）の収束とすることができる。３つの収束するセクタ６６０のそれぞれを、異なる基地局６１０に関連付けることができる。

基地局６１０は、たとえば、１セクタ６６０あたり１つのアンテナを有する３アンテナ基地局とすることができる。基地局アンテナのそれぞれは、１２０°アンテナとすることができる。中継器６２０は、３セクタの頂点に位置決めされた６アンテナ無指向性中継器とすることができる。中継器６２０は、各セクタ内の移動局６４０の方向にヌルを配置しながら、中継器６２０に最も近い３つの内側移動局６３０のために働くことができる。基地局６１０のそれぞれは、外側移動局６４０（中継器６２０に関して外側）のために働くことができる。

図７は、図６の無線アーキテクチャ内での２フェーズ通信を示す流れ図である。図７を参照すると、基地局６１０は、第１フェーズ（Ｓ７１０）に、移動局６３０に中継されるメッセージを中継器６２０に送信することができる。第２フェーズ（Ｓ７２０）に、中継器６２０は、内側移動局６３０と通信することができ、基地局６１０は、外側移動局６４０と通信することができる。第１フェーズ（Ｓ７１０）では、中継器６２０は、ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇおよび／または最小平均二乗誤差ビームフォーミングを使用して、基地局６１０によって送信された信号を復号することができる。第１フェーズは、図５に示された例示的実施形態に従って説明された第１フェーズと同一またはこれに類似するものとすることができる。

第２フェーズ（Ｓ７２０）に、基地局６１０は、対応する基地局６１０に最も近い外側移動局６４０と直接に通信することができ、中継器６２０は、内側移動局６３０と通信することができる。中継器６２０は、ゼロフォーシング・ ビームフォーミングを使用して、復号された信号を内側移動局６３０に再送信することができる。第ｉ移動局の中継ビームフォーミング・ベクトルを、式６から決定することができる。

［式６］

式６では、

が、中継器と第ｉユーザとの間のチャネルをモデル化する６次元ベクトルであり、ｉ＝１，…，６であり、

であり、

は、第ｉ列を削除することによってＨ_ＲＵから得られる３×５次元部分行列である。

最高のおよび／または改善された達成可能な性能は、最適（基地局あたり電力制約および中継器あたり電力制約を有するシステムの最大化の意味で）電力割り当てを評価することによって得ることができる。最適化は、中継器に対する制約付きの注水定理に基づく電力割り当て（ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）である。上限として、同一座標クラスタ内の基地局および中継器の電力を合同で最適化できるクラスタあたり電力制約の非現実的なケースを考慮することができる。スループットを、幾何学的プログラムのシーケンスの反復解を用いて最大化し、かつ／または改善することができる。１９基地局システム性能を、クラスタ外干渉を無視しながら電力を最適化することによって評価することができる。達成可能なレートは、最適化された電力を完全に考慮して計算することができる。

図８は、１９クラスタ無線通信アーキテクチャの電力制約の関数としての１クラスタの総移動局スループットおよびエッジ（１０％）移動局スループットのグラフである。図８は、ユーザが、最大の平均信号対雑音比に従って基地局に割り当てられ、各基地局が、２つの直交タイム・スロット内で２つのユーザのために働く、比較上の無中継器無線通信アーキテクチャの性能を示す。

図８に示されているように、上限と例示的実施形態による方式との両方が、無中継器ケースと比較してスループットの大きい利得を提供することができる。高い信号対雑音比（ＳＮＲ）（干渉制限されるケース）では、中継器ケースは、それぞれ協調ありおよび協調なしで１４ｂｐｓおよび９．５ｂｐｓ／Ｈｚを達成できるが、無中継器ケースは、約４ｂｐｓ／Ｈｚを達成する。協調方式を用いるエッジ・ユーザ・レートは、１２ｂｐｓ／Ｈｚとすることができるが、非協調ケースとベースライン・ケースとの両方については、３ｂｐｓ／Ｈｚに過ぎない。

図９は、さらなる一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。図９を参照すると、無線通信システムのクラスタ９００は、基地局９１０、１つの中継器９２０、３つの中継器９３０、および３つの中継器９４０を含むことができる。中継器９２０および中継器９４０は、異なる「３セクタの頂点」（different 3-sector vertices）にあるものとすることができ、中継器９３０は、中継器９２０と中継器９４０との間の２つのセクタ９６０の境界上にあるものとすることができる。

クラスタ９００を、たとえば、９つのセクタ９６０に分割することができ、クラスタ９００は、３セクタの頂点を含むことができる。３セクタの頂点は、３つのセクタ９６０（陰影付きのセクタ）の収束とすることができ、３つのセクタ９６０のうちの１つは、各基地局９１０に関連する。クラスタ９００は、たとえば、少なくとも一例としての実施形態によるクラスタ６００の拡張とすることができる。

基地局９１０は、たとえば、１セクタ９６０あたり１つのアンテナを有する３アンテナ基地局とすることができる。基地局アンテナのそれぞれは、１２０°アンテナとすることができる。中継器９２０〜９４０は、たとえば６アンテナ無指向性中継器とすることができる。中継器９３０（境界中継器）は、２つの基地局と調和させることができる。中継器９２０および９４０（頂点基地局）は、３つの基地局９１０と調和させることができる。クラスタ９００は、たとえば、１９クラスタ無線通信システムの１クラスタとすることができる。

各セクタ９６０は、それに関連する中継器を介して１つのユーザのために働くことができる。中継器９２０〜９４０のうちの１つへの移動局９５０の関連付けは、最小伝送損判断基準に基づくものとすることができる。信号対雑音比（ＳＮＲ）だけが、移動局９５０と基地局９１０との間で必要になる可能性がある。中継器９２０〜９４０と移動局９５０との間のリンクの中継器９２０〜９４０のうちの１つでの完全な知識が、ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ（ＺＦ）を実施するために必要になる可能性がある。無中継器のケースと比較して４０〜５０％のスループット利得を得ることができる。

図１０は、さらなる一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを示すブロック図である。図１０を参照すると、無線通信システムのクラスタ１０００は、基地局１０１０、１つの中継器１０２０、３つの中継器１０３０、３つの中継器１０４０、および３つの中継器１０７０を含むことができる。中継器１０２０および中継器１０４０は、異なる「３セクタの頂点」（different 3-sector vertices）にあるものとすることができ、中継器１０３０は、中継器１０２０と中継器１０４０との間の２つのセクタ１０６０の境界上にあるものとすることができる。中継器１０７０は、基地局１０１０から０．３Ｒ（Ｒ＝セクタ半径）の距離にあるものとすることができる。中継器１０７０は、３セクタの頂点に向かう途中にあるものとすることができる。中継器１０７０は、メッセージを転送することができ、中継器１０２０〜１０４０は、セクタ１０６０の間でメッセージを転送し、干渉を減らし、かつ／または除去することができる。スループットの５５％の利得を得ることができる。

クラスタ１０００を、たとえば９つのセクタ１０６０に分割することができ、クラスタ１０００は、３セクタの頂点を含むことができる。３セクタの頂点は、３つのセクタ１０６０（陰影付きのセクタ）の収束とすることができる。３セクタの頂点の３つのセクタ１０６０のうちの異なる１つを、各基地局９１０に関連付けることができる。

表１は、例示的実施形態による例の無線通信アーキテクチャの表である。表１は、１８ｄＢ基準信号対雑音比の古典的な屋外ラジオ周波数（ＲＦ）設計の対応するベースラインに対する、エッジ・レートおよび平均レートに関する利得を含む。

表２は、例示的実施形態による例の無線通信アーキテクチャの表である。表２は、複数の古典的な屋内シナリオおよび屋外シナリオに関する対応するベースラインに対する平均レートに関する利得を含む。

図１１は、少なくとも一例としての実施形態による無線通信アーキテクチャを構成する方法を示す流れ図である。図１１を参照すると、１つまたは複数の中継器を、データを転送し、セクタの間のセル内干渉を減らすために、無線通信システム内で位置決めすることができる（Ｓ１１１０）。位置決めされた中継器を含む無線通信システムは、たとえば、上で説明した例示的実施形態のうちの１つに従って位置決めされた無線通信アーキテクチャとすることができる。

シグナリング方式は、無線通信アーキテクチャに基づいて、１つまたは複数の中継器での受信に関して決定することができる（Ｓ１１２０）。シグナリング方式を、無線アーキテクチャに基づいて、中継器からの送信に関して決定することができる（Ｓ１１２０）。無線通信パラメータを、無線通信アーキテクチャに基づいて決定することができる（Ｓ１１３０）。たとえば、スケジューリング、分数送信時間、中継器電力割り当て、およびビーム・フォーミングなどのパラメータを決定することができる。

例示的実施形態によれば、データを、決定されたシグナリング方式（１１２０）および無線通信パラメータ（Ｓ１１３０）に従って、第１のタイム・スロットに無線通信アーキテクチャの中継器で受信することができる（Ｓ１１４０）。中継器は、第１のタイム・スロットに受信されたデータを復号し、再符号化することができる（Ｓ１１５０）。中継器は、中継器からの送信に関するシグナリング方式（Ｓ１１２０）および無線通信パラメータ（Ｓ１１３０）に従って、第２のタイム・スロットに、再符号化されたデータを移動局に送信することができる（Ｓ１１６０）。第１のタイム・スロットおよび第２のタイム・スロットは、連続する直交タイム・スロットとすることができる。

例示的実施形態によれば、中継器を無線通信システムに一体化して（中継アーキテクチャ）、システム性能（たとえば、スループットおよびエッジ・レート）を改善し、セル内干渉を減らすことができる。セル内干渉を、たとえば、アーキテクチャおよび対応する符号化方式に従って減らすことができる。中継アーキテクチャごとに、中継器が、データ転送と干渉除去との両方を実行するように、パラメータを決定することができる（たとえば、スケジューリング、干渉するノードの分数送信時間、電力割り当て（基地局および中継器）、および複数アンテナのケースでのビーム・フォーミング）。少なくとも一例としての実施形態によれば、移動局を空間的に直交させ、それに応じて電力を決定することによって、セル内干渉を減らすことができる。

例示的実施形態によれば、通信を、同一のまたは異なる持続時間の２つの連続する直交タイム・スロット（フェーズ）に行うことができる。タイムスロットの相対持続時間を、チャネル条件に基づいて決定することができる。複数の干渉する半二重中継チャネルの存在下で、相互干渉のすべてのソースを、考慮に入れることができる。

第１のタイム・スロットに、基地局（１つまたは複数）は、中継器（１つまたは複数）に送信することができる。第２のタイム・スロットに、中継器（１つまたは複数）は、移動局に送信することができる。このシステム内での中継は、中継器が基地局から受信したメッセージを復号し、第２のタイム・スロットでの送信のためにそのメッセージを再符号化する、デコード・アンド・フォワード（ＤＦ）中継とすることができる。協調方式と非協調方式との両方を使用することができる。非協調ＤＦ方式では、ユーザは、第１のタイム・スロット中にアクティブではないものとすることができる。協調ＤＦ方式では、ユーザは、第１のタイム・スロット内の基地局−中継器送信中に情報を累積することができる。

例示的実施形態を、具体的に図示し、説明したが、当業者は、形態および詳細における変形形態を、特許請求の趣旨および範囲から逸脱せずに作ることができることを理解するであろう。

Claims (7)

1. 複数の基地局（１１０）のうちの少なくとも１つから受信したデータを転送し、前記複数の基地局の複数のセクタ（１６０）の間でのセル内干渉を減らすように構成された少なくとも１つの第１の中継器（１２０）であって、前記第１の中継器は、前記複数の基地局の間の第１の３セクタの頂点にある、少なくとも１つの第１の中継器（１２０）と、
   前記複数のセクタのうちの３つを含む第２の３セクタの頂点にある少なくとも１つの第２の中継器と、
   前記複数のセクタのうちの前記３つのうちの２つのみの間の境界上の少なくとも１つの第３の中継器であって、前記少なくとも１つの第３の中継器は、前記少なくとも１つの第１の中継器と前記少なくとも１つの第２の中継器との間にあり、前記２つのセクタのそれぞれは、前記基地局のうちの異なる１つに対応する、少なくとも１つの第３の中継器と
   を含む、無線通信システム。
2. 前記少なくとも１つの第１の中継器は、合同スケジュールに従ってデータを送受信するように構成され、前記合同スケジュールは、前記少なくとも１つの第１の中継器による受信と少なくとも１つの移動局への通信とを調整する、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記少なくとも１つの第１の中継器は、前記複数の基地局のうち少なくとも２つの３アンテナ基地局と通信するように構成された６アンテナ デコード・アンド・フォワード中継器であり、
   前記少なくとも１つの第１の中継器は、第１のタイム・スロット内に前記複数の基地局からの送信を受信するように構成され、
   前記少なくとも１つの中継器は、前記複数の基地局と協働して第２のタイム・スロット中に前記少なくとも１つの移動局に送信するように構成され、
   前記第１のタイム・スロットおよび前記第２のタイム・スロットは、連続し、直交する
   請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記少なくとも１つの第１の中継器は、前記第１のタイム・スロット内に多元接続チャネル上で前記複数の基地局からの送信を受信し、前記第２のタイム・スロット内にブロードキャスト・チャネル上で前記少なくとも１つの移動局に送信するように構成され、
   前記多元接続チャネルは、ゼロフォーシング・ ビームフォーミングおよび最小平均二乗誤差ビームフォーミングのうちの１つを使用して実施され、
   前記ブロードキャスト・チャネルは、ゼロフォーシング・ ビームフォーミングを使用して実施される
   請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記複数の基地局のうちの少なくとも１つと前記第１の３セクタの頂点との間の中間の少なくとも１つの第４の中継局
   をさらに含み、前記少なくとも１つの第１の中継器は、１つの第１の中継器であり、
   前記少なくとも１つの第２の中継器は、３つの第２の中継器であり、
   前記少なくとも１つの第３の中継器は、３つの第３の中継器である
   請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記少なくとも１つの第１の中継器は、前記複数の基地局の複数の３アンテナ基地局と通信するように構成された３アンテナ デコード・アンド・フォワード中継器であり、
   前記少なくとも１つの第１の中継器は、第１のタイム・スロット内に前記複数の基地局からの送信を受信するように構成され、
   前記少なくとも１つの第１の中継器は、第２のタイム・スロット中に前記少なくとも１つの移動局に送信するように構成され、
   前記第１のタイム・スロットおよび前記第２のタイム・スロットは、連続し、直交する
   請求項１に記載の無線通信システム。
7. 基地局からの距離で円形パターンに一様に分布する複数の前記中継器（１２０）であって、前記距離は、前記基地局と前記基地局の複数のセクタのうちの少なくとも１つのセクタの外側境界との間の半径方向距離の約半分であり、
   前記複数のセクタは、少なくとも３つのセクタであり、
   前記基地局は、１セクタあたり少なくとも６つのアンテナを含み、
   前記複数の中継器は、少なくとも６つのデコード・アンド・フォワード中継器であり、
   前記少なくとも６つの中継器は、無指向性であり、
   前記少なくとも６つの中継器のそれぞれは、少なくとも３つのアンテナを含む
   複数の前記中継器（１２０）
   を含む、請求項１に記載の無線通信システム。

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