JP4763796B2 - 互いに連携したｍｉｍｏ原理に従って機能する基地局のサブセットを備えた無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は複数の無線基地局を備えた無線通信システムの分野に関し、システム内の基地局は無線通信の第１原理に従って少なくとも一つのユーザ端末との通信のために構成されることに関するものである。

例えば、携帯電話システムのような無線通信システムでは、複数の基地局を使ってシステムのためのエリアをカバーしている。

ユーザは、少なくとも一つの基地局、好ましくはユーザのいる場所での最高の信号強度を示す基地局を介してシステムと通信する。ユーザが、最高の信号強度を示す別の基地局がある他の場所に移動した場合、ユーザは代わりにその基地局に“ハンドオーバ”される、即ち、ユーザの通話はその基地局を経由することになる。

ＭＩＭＯ（マルチアンテナ信号伝送法：Mutiple Input Multiple Output）として知られる技術は、一つの情報ストリームを使った場合に比べてより多くの情報をユーザに伝送するために、通常は一つの同じ周波数で伝送される多数の情報ストリームを用いる。情報が一つの同じ周波数で伝送されるためには、ストリーム間の干渉の程度を低いレベルにしなければならない。

情報ストリーム間の干渉を所望の低いレベルにする一つの方法は、ＭＩＭＯ接続の送信側と受信側の両方でデータストリーム毎に１つのアンテナを使用することである。
非特許文献１は、アドホック指向の４Ｇネットワークのための有望な候補を構成している。ＶＡＡは、空間時間符号（ＳＴＣ）が適用されるマルチアンテナ信号伝送法（ＭＩＭＯ）の送信チャネルをうまくエミュレートしている。ＶＡＡの具体化は、空間的に近接した移動体端末を互いに通信させることにより達成され、これにより移動体のハンドセットにはたった１つの受信アンテナしかないことの不利益を克服している。従って、創成されるアドホックネットワークは、リンク容量の計算への新しいアプローチが要求されるＭＩＭＯチャネルの汎用的な形態を表わしている。それは、各端末が基地局への１つのリンクを維持するネットワークでその容量が劇的に増大することを示している。
非特許文献２は、現在出現してきた空間時間符号（ＳＴＣ）の適用可能性を拡大するアプローチを紹介している。それには、空間的に近接した移動局（ＭＳｃ）を互いに協働させ、ダイバーシチと符号化利得が得られることが提案されている。解析により、これら移動体は仮想的なアンテナアレイ（ＶＡＡ）を形成する。このアプローチはハンドセットに１つの受信アンテナしかない場合の問題をうまく扱っている。その思想は可変な数の中継ＭＳｃを用いて、基地局のアンテナアレイからの情報を中継することである。ビットエラー率対信号雑音比（ＳＮＲ）により表わされる性能について可能性のある異なる構成での効果が分析されている。
ドーレル Ｍ．他（Dohler M. et al.），"仮想アンテナアレイに関するリンク容量分析（Link capacity analysis for virtual antenna arrays）"，車輌技術会議２００４予稿集（Vehicular technology conference 2004 Proceedings），ＶＴＣ２００２年秋季（VTC 2002-Fall），2002 IEEE 56th ２００２年第１巻４４０−４４３頁，XP010608594 ドーレル Ｍ．他（Dohler M. et al.），"将来の無線通信システム用の仮想アンテナアレイ（Virtual antenna arrays for future wireless communication systems）"，通信についての国際会議２００２予稿集（Proceeding of the international conference on telecommunications, 2002.），ＩＣＴ２００２年第２巻５０１−５０５頁, XP009089922

本発明の発明者は、例えば、携帯電話などの無線通信の多くのシステムにおいて、ますます増大する密度で基地局が展開されること、およびシステムのための従来原理と同様に、この密度の基地局を使用して、基地局がシステムをＭＩＭＯシステムとして機能させることができることを理解した。

従って、本発明は、システムの基地局が無線通信の第１原理に従って少なくとも一つのユーザ端末との通信のために構成された、複数の無線基地局を備えた無線通信システムを開示する。

本発明のシステムにおいて、互いに連携したＭＩＭＯ局としての第１原理に従って、システム内の少なくとも一つのユーザ端末との通信のために複数の無線基地局のうちの少なくとも第１のサブセットが構成される。これは、それぞれのユーザが特定の基地局に縛られていた従来のシステムとは反対に、システムの少なくともいくつかの基地局が、ユーザ端末と同時に通信する“ＭＩＭＯ局”となることを意味する。本発明は、ユーザ端末がＭＩＭＯ通信に対応するという条件で、さまざまな既存のシステムに適用できる。本発明が適用できるシステムの例として、音声、映像、およびデータ用のセルラシステム、いわゆるＷｉＭＡＸシステム、および無線センサネットワーク等が挙げられる。

以下、本発明を添付図面に基づいてより詳細に説明する。

図１において、本発明のシステム１００を模式的に示す。このシステムは、例えば、セルラ電話システムやＷＬＡＮシステムのような標準化された種類の無線通信システムに基づいている。本発明は、移動するユーザと静止したユーザのためのシステムの両方に適用できる。ここで、“静止した”という用語は、完全に固定しているユーザのことだけを指すことを意図しているのではなく、例えば、ユーザが端末を持ってオフィス内を歩き回れる無線ＬＡＮシステムのように、（車の中のユーザと比較して）ゆっくりとしたペースで移動するユーザのことをも意味するものである。

以下、本発明は従ってセルラ電話システムに関して説明するが、これは本発明の理解を容易にするために使われる例として示すのみであり、本発明が適用されるシステムについて限定するものではない。

図１において、システム１００のユーザ１１０が示されている。システム１００それ自体は、複数の基地局１２０，１３０，１４０を備えている。従来のシステムでは、それぞれの基地局は、システム１００のための全体のエリアのうちの特定のサブエリアをカバーすることが意図されている。

従来のセルラ電話システムのためのシステムでは、ユーザ１１０はシステムでカバーされるエリア内を動き回ることができ、ユーザとのトラフィックは、ユーザ１１０の位置における最も強い信号を有する基地局によって処理される。従って、従来のシステムでは、ユーザがシステム内を動き回るとき、または別の理由で信号品質が変化する場合は、ユーザ１１０は基地局間で“ハンドオーバ”されることになる。

従って、従来のシステムでは、ハンドオーバが適切な方法で準備されるように、基地局がその時点でユーザ１１０を認識することがこの上なく必要である。

本発明の発明者は、複数の基地局に同時にユーザと通信させるために、またユーザに対してまたはユーザから同時に伝送できるデータ量を増加するために、この事実が使えることに気が付いた。

従って、本発明のシステム１００は、システムにおいて、例えば、ＧＳＭやＣＤＭＡシステムのような無線通信の第１原理に従って、複数の基地局がユーザ１１０のような少なくとも一つのユーザ端末との通信のために構成されるような、基本的には複数の無線基地局１２０，１３０，１４０を備えた無線通信システムである。

しかしながら、本発明のシステムにおいては、局１２０，１３０，１４０のような複数の無線基地局の少なくとも第１のサブセットが、前述の第１原理に従って、また互いに連携したＭＩＭＯ局としても、少なくともユーザ１１０との通信のために構成される。

ＭＩＭＯ、マルチアンテナ信号伝送法（Mutiple Input Multiple Output）は、その原理に従って、複数のデータストリームが、通常は１つの同じ周波数で１つの同じユーザに同時に伝送されるという原理である。異なるデータストリームが互いに干渉しないようにするために、例えば、伝送（および受信）アンテナ間の空間的分離によって得られる、データストリーム間のある種の分離または非相関が必要である。

本発明に従えば、システム内の少なくとも２つの基地局が互いに連携したＭＩＭＯ局として作動することができる。これは、ＭＩＭＯ局として作動するそれらの基地局が、それぞれのデータストリームのために使われる各ＲＢＳで、少なくとも一つのデータストリームをユーザ１１０、一つのアンテナにそれぞれ伝送することを意味する。

異なる基地局は地理的に互いに離れた異なる場所に位置するので、送信局間の所望の非相関が、システムの地理的な結果として“自動的に”得られる。

システム１００は従来タイプの無線通信用のシステムに基づいているので、本発明のシステムのために、多数の異なるシナリオや実施例を構想することができる。第１の実施例では、システム１００の基地局は、そのシステムが基づいている従来の原理に従ってのみシステムとして作動することができる。そして、ＭＩＭＯ伝送を受信できるユーザがシステムのサービスエリアに入ったとき、少なくとも複数の無線基地局がユーザとの通信のためにＭＩＭＯモードに切り替わる。

この特定のユーザがＭＩＭＯ伝送を受信できるという事実は、好ましくは本発明が基づいている従来のシステム内の標準化されたメッセージにおける、ユーザからのシグナリングによってシステムにより適切に検出される。

第２の実施例では、従来の形態と同様に、複数の基地局は常にＭＩＭＯモードでの通信ができる。

ＭＩＭＯ用に使用される基地局から異なるデータストリームが送信されるので、ユーザ１１０に送信される全体のデータを調整し、場合によりシステム内の一箇所から同期をとる必要がある。これは多くの異なる方法で実現できる。ひとつは、システム内の“次のレベル”即ち、基地局の上位のレベルに、当該の基地局の調整と同期を任せるというやり方である。

所望の調整と同期を実現するもう一つの方法は、ＭＩＭＯ通信になったときに、基地局のひとつを“主局”とすることである。言い換えると、ＭＩＭＯ目的のためにその基地局がその他の基地局を制御するのである。

本発明は上記に示した例に限定されることはなく、添付した請求の範囲内で自由に種々の変更が可能なものである。

図１は本発明に従うシステムを示す。

Claims (3)

1. 複数の無線基地局（１２０，１３０，１４０）を備えた無線通信システム（１００）であって、前記複数の無線基地局各々は、前記システムが意図している全領域の特定のサブエリアをカバーすることが意図されており、
   前記システムの基地局は、セルラ電話システムと、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）システムと、世界規模で相互接続可能なマイクロ波無線接続（ＷｉＭＡＸ：worldwide interoperability for microwave access）システムとの内の１つに従って少なくとも１つのユーザ端末（１１０）との通信のために構成され、
   前記システムは、前記複数の無線基地局（１２０，１３０，１４０）の少なくとも第１のサブセットが、前記セルラ電話システム、前記無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）システム、或いは、前記世界規模で相互接続可能なマイクロ波無線接続（ＷｉＭＡＸ：worldwide interoperability for microwave access）システムに従って、また互いに連携したＭＩＭＯ（マルチアンテナ信号伝送法：Mutiple Input Multiple Output）局として、少なくとも１つのユーザ端末（１１０）との通信のために構成され、
   各無線基地局は少なくとも１つのアンテナを有し、各アンテナはデータストリームを前記ＭＩＭＯ局と前記ユーザ端末（１１０）との間で通信するように構成され、各データストリームは異なり、同時に送信され、同じ周波数を有しており、
   前記複数の無線基地局の第１のサブセットは、互いに協働してＭＩＭＯ局として作動する少なくとも２つの無線基地局からなり、
   ＭＩＭＯ局として用いられる前記無線基地局から送信される異なるデータストリームは互いに対して干渉しないように調整され、前記システムの１地点である前記複数の無線基地局より上位のレベルの装置から前記ユーザ端末への送信のため同期がとられることを特徴とする無線通信システム。
2. ＭＩＭＯ伝送を受信可能なユーザが前記システムのカバレッジ領域に入るとき、少なくとも前記複数の無線基地局は“ＭＩＭＯモード”に切り替わり、ＭＩＭＯ局を利用して前記ユーザと通信を行うことが可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の無線基地局は、ＭＩＭＯ局として“ＭＩＭＯモード”で通信するとともに、従来のモードで通信することが可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。

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