JP2016119710A - Method and system for utilizing smart antenna for installing backhaul network - Google Patents

Method and system for utilizing smart antenna for installing backhaul network Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless communication system utilizing at least one smart antenna for establishing a backhaul network.SOLUTION: A wireless communication system comprises a plurality of nodes 202, each node 202 connected to at least one neighbor node. Each node 202 comprises: a smart antenna 204 for generating a plurality of directional beams; a memory 208 for storing a list of neighbor nodes to be connected and directional beams for transmission of messages to the neighbor nodes; and a controller 206 for updating the list stored in the memory 208 by monitoring signals from the neighbor nodes and determining the directional beams for transmitting data to the neighbor nodes and selecting a particular directional beam for transmitting a particular message to another node by using the updated list stored in the memory 208. At least one of the plurality of nodes comprises a wired backhaul connection to a core network as a hybrid node.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、無線通信に関する。より詳細には、本発明は、バックホールネットワークを設置するのにスマートアンテナを使用する方法及びそのシステムに関する。   The present invention relates to wireless communication. More particularly, the present invention relates to a method and system for using a smart antenna to install a backhaul network.

無線通信システムにおいて、最も重要な問題の1つは干渉を減少することによりシステムの容量を増加することである。アレイアンテナ(スマートアンテナとして、また知られている)が、干渉を減少させ及び容量を改善するために開発されている。スマートアンテナは、複数のアンテナ素子を使用して方位角の特定方向へのみ信号を放射する指向性ビームを生成し、そして特定方向から送信された信号を選択的に検出する。スマートアンテナにより、信号がサービス範囲の狭い領域へ放射されるため無線通信システムは容量を増加でき、そして干渉を減少できる。これは、無線送信/受信ユニット(WTRU)などの他の送信機及び受信機及び基地局への過剰な干渉を生ずることがなく指向性ビームの送信電力レベルを増加できるため、システム全体の容量を増加する。   In a wireless communication system, one of the most important issues is increasing the capacity of the system by reducing interference. Array antennas (also known as smart antennas) have been developed to reduce interference and improve capacity. A smart antenna uses a plurality of antenna elements to generate a directional beam that emits a signal only in a specific direction of azimuth and selectively detects a signal transmitted from the specific direction. With smart antennas, signals can be radiated to a narrow area of service so that wireless communication systems can increase capacity and reduce interference. This can increase the transmission power level of the directional beam without causing excessive interference to other transmitters and receivers such as a wireless transmit / receive unit (WTRU) and the base station, thus reducing the overall system capacity. To increase.

無線通信システムは、一般的に、基地局及び無線ネットワークコントローラなどの複数のノードを含む。ノードは、典型的に、メッシュネットワーク又はセルラーネットワークなどの有線接続によって互いに接続される。ノードは、互いに通信して、バックホールメッセージなどのメッセージを送信する。   A wireless communication system typically includes multiple nodes such as a base station and a wireless network controller. The nodes are typically connected to each other by a wired connection such as a mesh network or a cellular network. The nodes communicate with each other and send messages such as backhaul messages.

しかしながら、有線接続によってバックホールネットワークを設置することついては、有線接続は高価で、時間がかかり、そしてネットワークの修正又は変更に対して融通性がないという不利益が存在する。特に、メッシュネットワーキングは、ノードが互いに接続されることを必要とする。新しいノードがメッシュネットワークに追加される時、バックホールのために新しいノードへの新しい接続を設置するについて、大きな負担(費用と時間の両方の観点において)が存在する。   However, there are disadvantages to installing a backhaul network by wired connection, as wired connection is expensive, time consuming, and inflexible to network modifications or changes. In particular, mesh networking requires nodes to be connected to each other. When a new node is added to the mesh network, there is a significant burden (in terms of both cost and time) on installing a new connection to the new node for backhaul.

従って、費用効果的で、時間の消費が少なく、そして融通性のあるバックホールネットワークを設置するための方法及びシステムへの必要性が存在する。   Accordingly, a need exists for a method and system for installing a cost effective, time consuming and flexible backhaul network.

本発明は、バックホールネットワークを設置するのにスマートアンテナを使用する方法及びシステムである。本発明は、スマートアンテナを使用して、セル内通信を改良し、処理能力を増加し、そしてバックホールデータを伝達するために融通性のあるバックホールネットワークの少なくとも一部を形成する。本発明は、複数のノードを含み、そして各ノードがメッシュネットワーク内で互いに接続されている無線通信システム内で実現される。ノードの少なくとも一部は、複数の指向性ビームを生成するように構成された1つ又は複数のスマートアンテナが設けられている。1つ又は複数のスマートアンテナを持つ各ノードは、スマートアンテナを持つ他のノード及びビーム方向及びこれら他のノードへメッセージを送信するのに使用される構成情報のリストを維持する。ソースノードがターゲットノードへバックホールデータを送信する必要がある時、ソースノードはターゲットノードのためのビーム方向及び構成情報を検索して、ターゲットノードに向けられた指向性ビームによってメッセージを送信する。   The present invention is a method and system for using smart antennas to install a backhaul network. The present invention uses smart antennas to improve intra-cell communication, increase processing power, and form at least part of a flexible backhaul network to carry backhaul data. The present invention is implemented in a wireless communication system that includes a plurality of nodes and each node is connected to each other in a mesh network. At least some of the nodes are provided with one or more smart antennas configured to generate a plurality of directional beams. Each node with one or more smart antennas maintains a list of other nodes with smart antennas and beam directions and configuration information used to send messages to these other nodes. When the source node needs to send backhaul data to the target node, the source node retrieves the beam direction and configuration information for the target node and sends a message with a directional beam directed at the target node.

図1は、本発明に従う複数ノードのネットワークのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a multi-node network according to the present invention. 図2は、本発明に従って作られたノードのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a node made in accordance with the present invention. 図3は、本発明に従うノード間のメッセージ送信にスマートアンテナを使用する方法のフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram of a method of using a smart antenna for message transmission between nodes according to the present invention. 本発明に従うノードにより生成されたビームパターンの例の図である。FIG. 4 is an example of a beam pattern generated by a node according to the present invention.

本発明は、ユニバーサル・モバイル通信システム(UMTS)に応用されるような、時間分割デュプレックス(TDD)、周波数分割デュプレックス(FDD)、及び、時間分割同期コード分割複数アクセス(TD−SCDMA)、CDMA2000、CDMA一般、モバイル通信のためのグローバルシステム(GSM(登録商標))、一般パケット無線システム(GPRS)、及び、GSM進化のために増強されたデータレート(EDGE)を含むけれど、これらには限定されない、どんな無線通信システムに応用できる。   The present invention relates to time division duplex (TDD), frequency division duplex (FDD), and time division synchronous code division multiple access (TD-SCDMA), CDMA2000, as applied to Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), CDMA in general, including but not limited to Global System for Mobile Communications (GSM), General Packet Radio System (GPRS) and Enhanced Data Rate for GSM Evolution (EDGE) It can be applied to any wireless communication system.

以降、用語“WTRU”は、ユーザ装置、移動局、固定又は移動加入者ユニット、ページャー、又は、無線環境内で動作できるいずれの他のタイプの装置を含むが、これらに限定されない。以降に言及される時、用語“ノード”は、基地局、ノードB、サイトコントローラ、アクセスポイント、又は、無線環境内のインターフェイス装置のいずれかの他のタイプを含むけれど、これらには限定されない。   Hereinafter, the term “WTRU” includes, but is not limited to, user equipment, mobile stations, fixed or mobile subscriber units, pagers, or any other type of equipment that can operate in a wireless environment. When referred to hereafter, the term “node” includes, but is not limited to, a base station, Node B, site controller, access point, or any other type of interface device in a wireless environment.

図1は、本発明に従う複数のノード102a−nのネットワーク100のブロック図である。102nとして図示的に示された、少なくとも1つのノードは、コアネットワーク110に接続されている。無線通信システムのコアネットワークの動作は当業者に良く知られておりそして本発明の中心ではない。従って、ここではコアネットワーク110は詳細には説明されない。   FIG. 1 is a block diagram of a network 100 of multiple nodes 102a-n in accordance with the present invention. At least one node, shown diagrammatically as 102n, is connected to the core network 110. The operation of the core network of a wireless communication system is well known to those skilled in the art and is not central to the present invention. Accordingly, the core network 110 is not described in detail here.

各ノード102a−nは、ノード102a−nのサービス範囲内に位置する1つ又は複数のWTRU(図示しない)をサービスする。ネットワーク100は、メッシュネットワーク又はセルラーネットワークであってよい。本発明の文脈では、メッシュネットワーク及びセルラーネットワークはともにバックホール情報を送信する。しかし、基本的な差異が存在する。セルラーネットワークは典型的に固定されたネットワーク基盤設備及びバックホール接続を持つ。これらの接続は典型的にはポイントツーポイントであり、そしてこれらは変化しない。1つのノードは、バックホールデータをネットワーク内の別の位置にある別のノードに送信し、そして、その位置にのみ送信する。   Each node 102a-n serves one or more WTRUs (not shown) located within the service range of the nodes 102a-n. The network 100 may be a mesh network or a cellular network. In the context of the present invention, both mesh and cellular networks transmit backhaul information. However, there are basic differences. Cellular networks typically have fixed network infrastructure and backhaul connections. These connections are typically point-to-point and they do not change. One node sends backhaul data to another node at another location in the network and only to that location.

メッシュネットワークの場合、ノード間の接続は変化し、したがって、バックホールデータは異なる時間には異なるノードにさらなるルーテイングのために送信される。特に、メッシュネットワークでは、バックホール接続は時々変化するため、スマートアンテナを調節できることが重要であり、異なるノードへの接続が他のノードへの不適当な干渉を生ずることなく達成できるようにする。   In the case of a mesh network, the connection between nodes changes, so backhaul data is sent to different nodes for further routing at different times. In particular, in mesh networks, the backhaul connection changes from time to time, so it is important to be able to adjust the smart antenna so that connections to different nodes can be achieved without causing undue interference to other nodes.

ノード102a−nの少なくとも一部には、少なくとも1つのスマートアンテナ(以降に詳細に説明されるような)が設けられていて、そして、通常のWTRUへのダウンロード送信及びWTRUからのアップロード受信に加えて、スマートアンテナを他のノード102a−nへのバックホールデータ送信に使用する。これらのノード102a−nは、複数の指向性ビームの生成及び方位角のどんな方向へのビームの操縦が可能である。   At least some of the nodes 102a-n are provided with at least one smart antenna (as described in detail below), and in addition to normal download transmission to the WTRU and upload reception from the WTRU Thus, the smart antenna is used for backhaul data transmission to the other nodes 102a-n. These nodes 102a-n are capable of generating multiple directional beams and steering the beam in any direction of azimuth.

ネットワーク100は、有線接続を持つノード及びスマートアンテナを使用する無線バックホール接続を持つノードを含むと予想される。スマートアンテナを使用して確立された接続は再構成ができ、異なるノードへ向けることができるため、これらはシステムの融通性を増加する。しかし、ノードの少なくとも1つはコアネットワーク110への有線接続及び他のノードへの無線接続の両方を有し、本質的に有線のコアネットワークと無線ノードのグループとの間の接続を提供する。ノード102a−nの少なくとも一部は、また、有線又は専用接続を経由してバックホール情報を送信する能力が設けられていてよい。有線及び無線バックホール接続の両方を有するノード(ノード102nなど)は(以降、ハイブリッドノードと言及する)、有線コアネットワーク110への接続となる。換言すると、ノードがスマートアンテナの助けにより無線でバックホール情報を送信する時、このバックホール情報は最終的にコアネットワーク110へハイブリッドノード102nを経由して配達される。従って、ハイブリッドノード102nは、無線バックホール接続によりバックホール情報をノードへ送信及び受信でき、一方、それはバックホール情報をコアネットワーク110へ送信及び受信する。従って、ブリッジを形成する。   The network 100 is expected to include nodes with wired connections and nodes with wireless backhaul connections using smart antennas. Since connections established using smart antennas can be reconfigured and directed to different nodes, they increase the flexibility of the system. However, at least one of the nodes has both a wired connection to the core network 110 and a wireless connection to other nodes, providing an essentially connection between the wired core network and a group of wireless nodes. At least some of the nodes 102a-n may also be provided with the ability to transmit backhaul information via a wired or dedicated connection. A node (such as node 102n) that has both wired and wireless backhaul connections (hereinafter referred to as a hybrid node) is a connection to the wired core network 110. In other words, when a node transmits backhaul information wirelessly with the help of a smart antenna, this backhaul information is finally delivered to the core network 110 via the hybrid node 102n. Thus, the hybrid node 102n can transmit and receive backhaul information to the node over a wireless backhaul connection, while it transmits and receives backhaul information to the core network 110. Therefore, a bridge is formed.

1つの実施の形態では、ノード102a−nは、図4に示すように、複数の所定のビーム109a−hを有し、そして、複数のビーム109a−hの中から1つを選択して、送信又は受信の方向を指定する。図4に示されたビームは単に一例として与えられたものであり、いずれの数のビーム、ビームパターン、又は、パターンのいずれの他のタイプも実現できることに注意すべきである。   In one embodiment, nodes 102a-n have a plurality of predetermined beams 109a-h and select one of the plurality of beams 109a-h, as shown in FIG. Specify the direction of transmission or reception. It should be noted that the beams shown in FIG. 4 are given by way of example only, and any number of beams, beam patterns, or any other type of pattern can be realized.

代替的な実施の形態において、各ビーム109a−hは所定の位置の組から選択されるよりはむしろ、実時間で生成されて方向付けられる。   In an alternative embodiment, each beam 109a-h is generated and directed in real time, rather than selected from a predetermined set of positions.

ノード102a−nは、システム容量、データ処理能力、干渉などの観点から最良の性能を提供する、1つのビーム109a−h方向を、ダイナミックに又は複数の利用可能な位置の中からのいずれかにより選択する。ノード102a−nは一般に特定の位置に固定されている。従って、一旦、ビーム109a−h及び2つのノード102a−n間の構成が設定されると、方向及び構成が記憶されてその後に変更無しに使用できる。各ノード102a−nは他のノード102a−nとの接続のために2以上のビーム109a−hを提供することができる。無線環境とトラフィック負荷は長期間の基礎では変化するかもしれないからである。従って、各ノード102a−nは無線環境を決定するために、他のノード102a−nから受信した信号を監視し、ダイナミックにビーム方向及び信号構成を調節してシステムの性能を最適化する。   Nodes 102a-n provide the best performance in terms of system capacity, data processing capability, interference, etc., with one beam 109a-h direction either dynamically or from multiple available locations. select. Nodes 102a-n are generally fixed at specific locations. Therefore, once the configuration between the beams 109a-h and the two nodes 102a-n is set, the direction and configuration are stored and can be used without modification thereafter. Each node 102a-n can provide two or more beams 109a-h for connection with other nodes 102a-n. This is because the wireless environment and traffic load may change on a long-term basis. Thus, each node 102a-n monitors signals received from other nodes 102a-n to dynamically adjust the beam direction and signal configuration to optimize system performance in order to determine the wireless environment.

システムの動作の一例は次の通りである。ノード102aなどの第一選択ノードはビームを生成してそれをノード102bなどの別の選択されたノードへ操縦する。これはビーム形成アンテナアレイにより典型的に行われるように、アンテナアレイに印加される複素重みを調節することにより行うことができる。同時に、ノード102aはノード102bへのリンクAの品質を測定する。リンクAの品質は、信号対雑音比、ビット又はフレームエラーレート、又は、他のある測定可能な品質インジケータとして測定できる。送信ノード102aは、最良のアンテナビーム方向、この場合にリンク品質を最大にする重みの最良組合せを見つけて、リンク品質測定及び対応するビーム方向(重み)の両方を記憶する。送信ノード102aは、これを近所の全てのノードに対して行い、そして対応する品質及びビーム情報を記憶する。   An example of the operation of the system is as follows. A first selection node such as node 102a generates a beam and steers it to another selected node such as node 102b. This can be done by adjusting the complex weights applied to the antenna array, as is typically done by a beamforming antenna array. At the same time, node 102a measures the quality of link A to node 102b. Link A quality can be measured as a signal to noise ratio, bit or frame error rate, or some other measurable quality indicator. The transmitting node 102a finds the best antenna beam direction, in this case the best combination of weights that maximizes link quality, and stores both the link quality measurement and the corresponding beam direction (weight). The transmitting node 102a does this for all nearby nodes and stores the corresponding quality and beam information.

どんなノード102a−nも、1つ又は複数のビームを選択的に他のノード102a−nへ向かわせることにより、他のノード102a−nへ柔軟で且つ無線で接続又は切離しできる。図1において、第一ノード102aは指向性ビームAを使用して第二ノード102bへメッセージを送信し、そして、指向性ビームBを使用して第四ノード102dへ送信する。指向性ビームAとBは、独立に制御でき、そして同時に送信できる。各指向性ビームAとBは、特定の方向にのみ放射されるから、他のノード102a−n又はWTRUと過剰な干渉を生じない。   Any node 102a-n can be flexibly and wirelessly connected or disconnected from other nodes 102a-n by selectively directing one or more beams to the other nodes 102a-n. In FIG. 1, the first node 102a transmits a message to the second node 102b using the directional beam A, and transmits to the fourth node 102d using the directional beam B. Directional beams A and B can be controlled independently and can be transmitted simultaneously. Each directional beam A and B is radiated only in a particular direction, so it does not cause excessive interference with other nodes 102a-n or WTRUs.

図2は、本発明に従うノード202のブロック図である。ノード202はスマートアンテナ204、コントローラ206、メモリ208、及び、選択的な有線リンク210を含む。有線リンク210は、コアネットワーク110又は他のノードへのリンクであってよい。ノード202は、ユーザ移動、無線周波数環境中の変化及び共同チャンネル干渉と共にマルチパスに適合するために信号処理アルゴリズムを実現している。コントローラ206により実現されている無線資源管理(RRM)機能が、ノード202内でどのように無線資源を割当てるかを決定する。   FIG. 2 is a block diagram of a node 202 according to the present invention. Node 202 includes smart antenna 204, controller 206, memory 208, and optional wired link 210. The wired link 210 may be a link to the core network 110 or another node. Node 202 implements signal processing algorithms to adapt to multipath along with user mobility, changes in radio frequency environment and co-channel interference. A radio resource management (RRM) function implemented by controller 206 determines how radio resources are allocated within node 202.

スマートアンテナ204は、コントローラ206の制御下で複数の指向性ビームを生成するための複数のアンテナ素子(図示しない)を含む。各ビームはノード202と他のノードとの間の無線接続として機能する。上述したように、ノード202は典型的には特定の位置に固定されているため、2つのノード間のビームの方向及び構成は予め定めることができ、そしてメモリ208中に記憶できる。メモリ208は、他のノード及びこれらの他のノードの各々に対するビーム方向及び構成情報のリストを維持する。ノード202がバックホールデータなどのメッセージを別のノードに送信する必要がある時、コントローラ206はメモリ208から対応するビーム方向及び構成情報を検索し、そして特定の方向に操縦された指向性ビームを生成して、ビームを使用してメッセージを送信する。   Smart antenna 204 includes a plurality of antenna elements (not shown) for generating a plurality of directional beams under the control of controller 206. Each beam functions as a wireless connection between node 202 and other nodes. As described above, since node 202 is typically fixed at a particular location, the beam direction and configuration between the two nodes can be predetermined and stored in memory 208. Memory 208 maintains a list of beam directions and configuration information for other nodes and each of these other nodes. When the node 202 needs to send a message, such as backhaul data, to another node, the controller 206 retrieves the corresponding beam direction and configuration information from the memory 208 and sends the directional beam steered in a particular direction. Generate and send a message using the beam.

ハイブリッドノード102nの場合、このプロセスはスマートアンテナ204の助けにより他のノードとの無線接続の確立の際に続けられる。ハイブリッドノード102nがコアネットワーク又は他のノードへのバックホール接続を確立する時は、有線リンク210が物理的に固定されていて同じ2つのノード間の接続を常時提供するため、構成情報又はビーム選択は存在しない。   In the case of hybrid node 102n, this process continues with the establishment of a wireless connection with other nodes with the help of smart antenna 204. When the hybrid node 102n establishes a backhaul connection to the core network or other nodes, the wired link 210 is physically fixed and always provides a connection between the same two nodes, so configuration information or beam selection Does not exist.

本発明によると、スマートアンテナ204は好ましくはマルチビーム能力を有し、各ビームは独立に使用できる。ノード202は、同時に複数の他のノードへバックホールデータを送信するために2以上の指向性ビームを生成する。同じ周波数が同じサービス範囲内の2以上の指向性ビームに対して再使用できるため、システム容量は実質的に増加する。   According to the present invention, the smart antenna 204 preferably has multi-beam capability and each beam can be used independently. Node 202 generates two or more directional beams to transmit backhaul data to multiple other nodes simultaneously. Since the same frequency can be reused for two or more directional beams within the same service range, the system capacity is substantially increased.

いくつかのノードはいくつかのビームが一緒に結合される。これは接続を変更し、そして無線環境内で変更にダイナミックに適合するのに好都合である。例えば、2つのビームが2つのノード間の接続のために提供される。もし、1つのビームが過剰な干渉を受ける場合、ノードはメッセージの送信のために別のビームへスイッチできる。   Some nodes have several beams combined together. This is advantageous for changing connections and adapting dynamically to changes within a wireless environment. For example, two beams are provided for connection between two nodes. If one beam experiences excessive interference, the node can switch to another beam for message transmission.

スマートアンテナの使用はノード間の融通性のあるバックホールリンクの構成が可能である。各ノードは複数の指向性ビームを生成するように構成されていて、指向性ビームを方位角のいずれの方向へ操縦することが可能なため、新しいノードがネットワーク100に追加される時、既存のノードは新しいノードへ向けられた新しいビーム方向及び構成を単に設定することにより、新しいノードへの新接続を確立できる。これに加えて、既存のノードがネットワーク100から取り除かれる時、ノードは単にメモリ208から取り除かれたノードに対する構成及びビーム方向を削除するだけでよい。本発明は、ノード間の接続を確立又は取り除くために不要な設備の追加的な設置又は除去を行う。本発明はメッシュネットワーク又はセルラーネットワークのいずれにおいて実現できることに注意すべきである。   The use of the smart antenna allows the construction of a flexible backhaul link between nodes. Each node is configured to generate multiple directional beams and can be steered in either direction of azimuth so that when a new node is added to the network 100, the existing A node can establish a new connection to the new node by simply setting a new beam direction and configuration directed to the new node. In addition, when an existing node is removed from the network 100, the node simply needs to delete the configuration and beam direction for the removed node from the memory 208. The present invention additionally installs or removes unnecessary equipment to establish or remove connections between nodes. It should be noted that the present invention can be implemented in either a mesh network or a cellular network.

メッシュネットワーキングの強さの1つは、トラフィック負荷、干渉、及び個別のノード性能を含む複数の要因に依存して、ノード間に新しいリンクを作成し及び削除する能力である。図1に示すように、複数のノード102a−nはスマートアンテナを使用して互いに結合されている。図1中のノード102a−n間の線は可能なリンクA−Fを示す。制御は集中化でき、これにより少なくとも1つのノードがノード間の接続を制御するための制御ノードとして機能できる。又は、制御は非集中化でき、ここでは制御はいくつかのノード又は全てのノードにわたって分散される。もし、1つのノードが制御ノードとして指定される場合、この制御ノードは各ノードのトラフィック状態及び性能に関する情報を収集して、1つのノードから別のノードへのメッセージ送信のための最良のトラフィックルートを決定する。   One of the strengths of mesh networking is the ability to create and delete new links between nodes, depending on multiple factors including traffic load, interference, and individual node performance. As shown in FIG. 1, the plurality of nodes 102a-n are coupled to each other using smart antennas. The lines between nodes 102a-n in FIG. 1 indicate possible links A-F. Control can be centralized so that at least one node can function as a control node for controlling connections between nodes. Alternatively, control can be decentralized, where control is distributed across some or all nodes. If one node is designated as the control node, this control node collects information about the traffic state and performance of each node and the best traffic route for sending messages from one node to another To decide.

各ノード102a−nは好ましくは1つ又は複数のビーコン信号をその1つ又は複数のビーム中に送信する。これらはネットワーク動作について有用な情報を提供する。例えば、ビーコン信号は現在の電力レベル、トラフィックレベル、干渉レベル及び他のパラメータを送信する。ビーコン信号はまたアクセスの優先度、セキュリティ、識別、及びアクセス制御とセキュリティ制御情報の他の変化するタイプを含むことができる。ビーコン信号は、周期的又は非周期的に測定され、そしてパラメータは最大効率トラフィックルートを見つけるためにノード間の接続を調節するための基礎として利用される。本発明に従いスマートアンテナを使用することにより無線的にバックホール接続の少なくとも一部を形成することは、融通性を可能にし、ノード間の接続を確立しそして調節するための不要な時間と費用を減少できる。   Each node 102a-n preferably transmits one or more beacon signals in its one or more beams. These provide useful information about network operation. For example, the beacon signal transmits the current power level, traffic level, interference level, and other parameters. The beacon signal can also include access priority, security, identification, and other varying types of access control and security control information. The beacon signal is measured periodically or aperiodically, and the parameters are used as a basis for adjusting the connection between the nodes to find the maximum efficiency traffic route. Forming at least part of a backhaul connection wirelessly by using a smart antenna according to the present invention allows flexibility and eliminates unnecessary time and expense for establishing and adjusting connections between nodes. Can be reduced.

例えば、図1に示すように、もし第二ノード102bと第四ノード102dの間のトラフィック負荷が重過ぎる場合、他のノードは以降に詳細に説明するようにノード102b、dのビーコン信号を読むことにより、2つのノード102b、d間のトラフィック状態を認識する。もし第一ノード102aがトラフィックを第五ノード102eに配達することを望む場合、もし可能ならば、それは第二及び第四ノード102b、dを避けて、トラフィックをN番目のノード102nを経由する代替的な経路指定をする。   For example, as shown in FIG. 1, if the traffic load between the second node 102b and the fourth node 102d is too heavy, the other nodes read the beacon signals of the nodes 102b, d as described in detail below. Thus, the traffic state between the two nodes 102b and d is recognized. If the first node 102a wants to deliver traffic to the fifth node 102e, if possible, it will avoid the second and fourth nodes 102b, d, an alternative to route traffic through the Nth node 102n Routing.

本発明は、融通性のある無線メッシュネットワークを提供するという利点を有するのみならず、バックホール情報(典型的に有線を介して送信された)がまたスマートアンテナを介して同じ融通性のあるリンクを経由して今送信される。本発明による二重使用のスマートアンテナ計画のこのタイプの実現は、現在の無線通信システムにまさる顕著な利益を結果する。   The present invention not only has the advantage of providing a flexible wireless mesh network, but the backhaul information (typically transmitted via wire) is also the same flexible link via a smart antenna. Will now be sent via. This type of realization of a dual-use smart antenna scheme according to the present invention results in significant benefits over current wireless communication systems.

図3は、本発明によるノード間にメッセージを送信するのにスマートアンテナを使用する方法300のフロー図である。ノードの少なくとも一部には、複数の指向性ビームを生成して方位角に独立して操縦するように構成された少なくとも1つのスマートアンテナが設けられる(ステップ302)。各ビームは、WTRUへのダウンロード及びWTRUからのアップロードの通常のトラフィックに加えて、他のノードへの無線接続として使用される。各ノードは、他のノード及び他のノードへの送信のために使用される構成情報及びビーム方向のリストを維持する。ステップ302と304は典型的にはシステムを設定する又はノードを受け入れる又は削除するためにシステムを再構成する際に実行され、典型的には通常動作中には形成される必要はない。ソースノードがターゲットノードへ送信する必要がある時、ソースノードはメモリからターゲットノードについての構成情報とビーム方向を検索し、そして構成情報及びビーム方向を使用して指向性ビームを生成する(ステップ306)。一旦、リンク品質及びトラフィック密度などの他の考察に基づいて、バックホールデータの送信のためにノードが選択されると、送信ノードはリストからビーム方向(重み)を選択し、そしてそれをアンテナに印加する。   FIG. 3 is a flow diagram of a method 300 for using a smart antenna to transmit messages between nodes according to the present invention. At least a portion of the node is provided with at least one smart antenna configured to generate a plurality of directional beams and steer independently of azimuth (step 302). Each beam is used as a wireless connection to other nodes in addition to the normal traffic for downloading to and uploading from the WTRU. Each node maintains a list of configuration information and beam directions used for transmission to other nodes and other nodes. Steps 302 and 304 are typically performed in reconfiguring the system to set up the system or accept or delete nodes, and typically do not need to be formed during normal operation. When the source node needs to transmit to the target node, the source node retrieves configuration information and beam direction for the target node from memory and uses the configuration information and beam direction to generate a directional beam (step 306). ). Once a node is selected for transmission of backhaul data, based on other considerations such as link quality and traffic density, the transmitting node selects a beam direction (weight) from the list and sends it to the antenna Apply.

環境が変化して、そしてビーム方向の調節が必要なため、リンクの品質の測定と関連情報の記憶のプロセスは周期的にされる必要があるだろう。そして、ソースノードはターゲットノードへ生成された指向性ビームを送信する(ステップ308)。   As the environment changes and the beam direction needs to be adjusted, the process of measuring link quality and storing related information will need to be done periodically. Then, the source node transmits the generated directional beam to the target node (step 308).

選択的なステップにおいて、ネットワーク内の変化は新しいノードがネットワークへ追加される所、既存のノードがネットワークから取り除かれる所、又は、無線周波数又は他の条件が変化する所で発生する。変化に応答して、他のノードはビーム方向及び構成情報のリストを更新して、変化を反映する(ステップ310)。   In optional steps, changes in the network occur where new nodes are added to the network, existing nodes are removed from the network, or where radio frequency or other conditions change. In response to the change, the other nodes update the list of beam direction and configuration information to reflect the change (step 310).

本発明の特徴と要素が特定の組合せの中の好適な実施の形態において説明されたが、各特長又は要素は、好適な実施の形態中の他の特徴及び要素無しに単独で使用でき、また、本発明の他の特徴及び要素と共に又は無しにさまざまな組合せで使用できる。   Although the features and elements of the invention have been described in preferred embodiments in specific combinations, each feature or element can be used alone without other features and elements in the preferred embodiments, and It can be used in various combinations with or without other features and elements of the present invention.

102a−102n ノード
109a−109h 指向性ビーム
110 コアネットワーク
204 スマートアンテナ
206 コントローラ
208 メモリ
102a-102n Node 109a-109h Directional beam 110 Core network 204 Smart antenna 206 Controller 208 Memory

Claims (3)

無線通信ノードであって、
アンテナアレイと、
前記アンテナアレイに動作可能なように結合され、複数のノードと無線セルラー接続を確立するように構成されたコントローラと
を備え、
前記複数のノードの第1のノードは、コアネットワークに有線で接続され、前記複数のノードの少なくとも第2のノードは、前記コアネットワークに有線で接続されておらず、
前記コントローラは、前記第2のノードではなく、前記第1のノードと前記無線セルラー接続を通じてバックホールデータを交換するようにさらに構成され、
前記コントローラは、前記第1のノードから無線ビーム形成されたバックホールデータを受信し、かつ無線ビーム形成されたデータを前記第2のノードに送信するようにさらに構成され、
前記コントローラは、測定されたチャネル状態に応答してビームを前記第2のノードに変更するようにさらに構成される、
無線通信ノード。
A wireless communication node,
An antenna array;
A controller operatively coupled to the antenna array and configured to establish a wireless cellular connection with a plurality of nodes;
The first node of the plurality of nodes is connected to the core network by wire, and at least the second node of the plurality of nodes is not connected to the core network by wire,
The controller is further configured to exchange backhaul data through the wireless cellular connection with the first node instead of the second node;
The controller is further configured to receive radio beamformed backhaul data from the first node and transmit radio beamformed data to the second node;
The controller is further configured to change a beam to the second node in response to a measured channel condition.
Wireless communication node.
前記無線通信ノードは、固定位置にある、請求項1の無線通信ノード。   The wireless communication node according to claim 1, wherein the wireless communication node is in a fixed position. メモリをさらに備え、前記コントローラは、ビーム形成データおよび少なくとも前記第2のノードについてのチャネル品質情報を格納するようにさらに構成される、請求項1の無線通信ノード。   The wireless communication node of claim 1, further comprising a memory, wherein the controller is further configured to store beamforming data and at least channel quality information for the second node.
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