JP4921492B2 - 多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける中継サービスを支援するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、多重ホップ中継（Ｍｕｌｔｉ ｈｏｐ Ｒｅｌａｙ）方式の広帯域無線アクセス通信システムに関し、特に、前記多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおいて直接リンクサービスと中継リンクサービスとを同期式で提供するための装置及び方法に関する。

第４世代通信システムにおいて最も重要な要求条件の一つに、自己構成型（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ）の無線ネットワーク構成がある。自己構成型の無線ネットワークとは、中央システムの制御無しで無線ネットワークを自律的又は分散的に構成して移動通信サービスを提供することができる無線ネットワークを称する。一般に、前記第４世代通信システムでは、高速通信を可能にし、かつより多くの通話量を収容するために、半径の極めて小さなセルから構成されなければならない。この場合、前記第４世代通信システムを中央集中的に設計することは不可能なものと予想される。したがって、前記第４世代通信システムは、分散的に制御され構築されつつ、新しい基地局の追加のような環境変化に能動的に対処できなければならない。したがって、前記第４世代通信システムでは、自己構成型無線ネットワークが求められている。

前記第４世代通信システムにおいて求められている自己構成型無線ネットワークを現実的に実現するためには、アドホックネットワーク（ａｄ−ｈｏｃ ｎｅｔｗｏｒｋ）にて適用された技術を無線アクセス通信システムに導入しなければならない。多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムがその代表的な事例であって、固定基地局から構成された広帯域無線アクセス網にアドホックの多重ホップ中継技法を導入したものである。

一般的な広帯域無線アクセス通信システムは、固定された基地局（Ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）と端末（Ｍｏｂｉｌｅ ｓｔａｔｉｏｎ）との間で一つの直接リンク（ｄｉｒｅｃｔ ｌｉｎｋ）により通信が行われるので、端末と基地局との間に信頼度の高い無線通信リンクを容易に構成することができる。しかしながら、前記広帯域無線アクセス通信システムは、前記基地局の位置が固定されるので、無線ネット構成の柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）が低い。したがって、前記広帯域無線アクセス通信システムは、トラフィック分布や通話要求量の変化が激しい無線環境において効率的なサービスを提供し難い。

このような短所を克服するために、前記広帯域無線アクセス通信システムは、周辺の様々な端末又は中継局を利用して、多重−ホップ形態でデータを伝達する中継サービスを利用することができる。前記多重ホップ中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムは、通信環境の変化に対して迅速にネットワークを再構成することができ、無線ネット全体をより效率的に運用できるようになる。また、前記広帯域無線アクセス通信システムは、基地局と端末との間に中継局を設けて、前記中継局を介した多重ホップ中継経路を構成することによって、チャネル状態がより優れた無線チャネルを前記端末に提供することができる。すなわち、前記広帯域無線通信システムは、基地局からのチャネル状態が劣悪なセル境界地域にて中継局を介した多重ホップ中継方式を使用してサービスを提供することにより、より高速のデータチャネルを提供することができ、セルサービス領域を拡張させることができる。

図１は、一般的な広帯域無線アクセス通信システムにおいて多重ホップ中継方式を使用してサービスを提供する構造を示している。

前記図１に示すように、多重ホップ中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムに備えられる端末１４０、１５０、１６０、１７０は、基地局１００と第１中継局１１０、１２０、１３０を介して広帯域無線アクセスサービスを提供されることができる。

すなわち、前記基地局１００のサービス領域１０１に備えられる端末１４０、１５０は、前記基地局１００と直接端末リンクＬ１を利用して通信を行う。このとき、前記基地局１００のセル境界地域に位置してチャネル状態が劣悪な第２端末１５０は、前記第２中継局１３０の中継端末リンクＬ２を利用して通信を行うことによって、直接端末リンクＬ１より高速のデータチャネルを提供されることができる。

また、前記基地局１００のサービス領域１０１外に位置する端末１６０、１７０は、前記第１中継局１１０の中継端末リンクＬ３を介して前記基地局１００と通信を行う。すなわち、前記基地局１００は、前記第１中継局１１０を利用してサービス領域外に位置する端末１６０、１７０に通信リンクを提供して、セル領域を拡大することができる。このとき、前記第１中継局１１０のセル境界地域に位置してチャネル状態が劣悪な第４端末１７０は、前記第２中継局１２０の中継端末リンクＬ４を利用して、送信容量を増大させることができる。

上述のように、前記広帯域無線アクセス通信システムは、端末が基地局のサービス領域外に位置するか、又は建物などにより遮蔽現象の激しい陰影地域に位置してチャネル状態が劣悪な場合に、前記中継局を利用して前記端末により優れた無線チャネルを提供して、前記基地局と通信を行うようにする。すなわち、前記基地局は、チャネル状態の劣悪なセル境界地域及び陰影地域において多重ホップ中継方式を適用して高速のデータチャネルを提供することができ、前記セルサービス領域を拡張させることができる。

前記図１にて使用された前記中継局１１０、１２０、１３０は、運用能力によってセルサービス領域を拡張するために使用される第１中継局１１０と容量増大のために使用される第２中継局１２０、１３０とに区分される。

前記第１中継局１１０は、セルサービス領域を拡張するために使用される。すなわち、前記基地局１００から直接サービスを提供され難い端末１６０、１７０は、前記第１中継局１１０を介して前記基地局１００との同期化及びネットワークエントリー過程を行う。したがって、前記第１中継局１１０は、前記端末１６０、１７０の初期接続にて求められる機能、すなわち放送形態の制御情報チャネル（あるいは、トラフィックチャネル）及びランダム接続チャネルを前記端末１６０、１７０に提供する。

前記第２中継局１２０、１３０は、サービス容量を増大するために、セルサービス領域内に位置する端末１５０、１７０にサービスを中継する。すなわち、前記第２端末１５０は、前記基地局１００から制御情報チャネル及びランダム接続チャネル情報を提供され、前記第２中継局１３０からトラフィックチャネルを提供される。また、前記第４端末１７０は、前記第１中継局１１０から制御情報チャネル及びランダム接続チャネル情報を提供され、前記第２中継局１２０からトラフィックチャネルを提供される。

一般的な広帯域無線アクセス通信システムにおいて、基地局と端末との間の情報の送受信は、直接リンクを介して下記の図２に示すようなフレームに基づいて行われる。ここで、下記の図２は、前記基地局と端末との間の情報の送受信を行うためのフレーム構造を、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１６標準から提供される時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）フレーム構造を例として示している。

図２は、一般的な広帯域無線アクセス通信システムのＴＤＤフレーム構造を示している。

前記図２に示すように、時分割複信フレーム２００は、ダウンリンク副フレーム２１０とアップリンク副フレーム２２０とに区分される。また、前記ダウンリンク副フレーム２０１とアップリンク副フレーム２１１との間には、時間保護領域（Ｇｕａｒｄ ｒｅｇｉｏｎ）であるＴＴＧ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｇａｐ）が挿入され、フレームとフレームとの間には、ＲＴＧ（Ｒｅｃｅｉｖｅ／Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｇａｐ）が位置する。

前記ダウンリンク副フレーム２１０は、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）と共通制御情報を、固定された位置（Ｍａｎｄａｔｏｒｙ ｓｌｏｔ）に含む。すなわち、前記基地局のサービス領域に備えられる端末は、固定された位置から放送される前記プリアンブル及び共通制御チャネルを受信して、同期化及び制御情報を獲得することができる。

上述のように、前記第１中継局は、前記基地局のサービス領域外に位置して、前記基地局と直接リンクを設定し難い端末又は中継局に前記広帯域無線アクセスサービスを提供する。したがって、前記第１中継局は、前記端末又は中継局にユーザトラフィックサービスだけでなく、ネットワーク進入動作などを行うことができるように、制御情報及び初期レイジングスロットなどを提供しなければならない。特に、前記第１中継局は、前記端末の互換性（Ｂａｃｋｗａｒｄ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を維持させるために、下記の図３に示すように、間接リンクを介したサービスを直接リンクを介したサービスと同じ構造で提供しなければならない。

また、前記中継局は、前記中継サービスを提供するために、前記基地局又は端末から制御チャネル又はトラフィックチャネルを受信した後に送信を行うので、単方向リンクの副フレーム内で送受信動作を全て行わなければならない。

図３は、従来の技術による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムのＴＤＤフレーム構造を示している。

前記図３に示すように、単方向副フレーム３００、３１０は、直接リンクのための領域３０１、３１１と間接リンクのための領域３０３、３１３とに区分される。すなわち、前記副フレーム３００、３１０の一定区間を、前記中継局を利用して中継サービスを提供するための領域３０３、３１３に割り当てる。このとき、前記中継局は、サービスを中継するための情報及びデータは、直接リンク領域を介して提供される。ここで、前記中継リンクサービスのための領域３０３、３１３を間接リンクと称する。

例えば、前記第１中継局は、直接リンク領域３０１、３１１にて前記基地局又は端末から中継のための制御情報及びトラフィックバーストを受信する。以後、前記第１中継局は、間接リンク領域３０３、３１３から前記端末又は基地局に制御情報及びトラフィックバーストを中継する。

また、前記第２中継局は、前記直接リンク領域３０１、３１１にて端末又は基地局から中継のためのユニキャストトラフィックバーストを受信する。以後、前記第２中継局は、前記間接リンク領域３０３、３１３から前記端末又は基地局に前記ユニキャストトラフィックバーストを中継する。

前記図３のようなフレーム構造を利用して通信を行う場合、前記広帯域無線アクセス通信システムは、下記の図４に示すように、前記広帯域無線アクセスサービスを提供する主体に応じて、互いに異なるフレームタイミングを有する非同期式で動作する。

図４は、従来の技術による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける端末の送受信タイミングを示している。

前記図４に示すように、前記基地局から直接リンクサービスを提供される端末は、前記直接リンク領域４０１を利用して通信を行うため、ＢＳフレーム４２１と同じタイミングを有する。これに対して、中継局を介して中継リンクサービスを提供される端末は、前記間接リンク領域４０３を利用して通信を行うため、ＲＳフレーム４２３と同じタイミングを有する。

一般的な広帯域無線アクセス通信システムにおいて同期化及びハンドオーバーは、フレーム内の固定された位置に送信されるプリアンブル及び制御情報に基づいて行われる。しかしながら、前記図４に示すように、前記広帯域無線アクセスサービスを提供する主体に応じて、前記サービスを提供される端末が非同期式で動作するので、下記の図５に示すように、端末のハンドオーバー及び同期化に困難さがある。

図５は、従来の技術による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおいて端末の移動による信号の流れを示している。

前記図５に示すように、基地局５００からサービスを提供される第１端末５２０が第１中継局５１０のサービス領域へ移動する場合、前記第１端末５２０は、前記第１中継局５１０のプリアンブルと制御情報を受信しなければならない。

また、前記第１中継局５１０からサービスを提供された第２端末５３０が前記基地局５００のサービス領域へ移動する場合、前記第２端末５３０は、前記基地局５００のプリアンブルと制御情報を受信しなければならない。

しかしながら、前記図３に示すように、前記基地局５００と第１中継局５１０とが非同期的に動作するので、前記第１端末５２０と第２端末５３０は、ハンドオーバーを行った後に前記プリアンブルと制御情報を獲得し難いという問題点がある。

また、前記図３に示すように、基地局は、直接リンクフレーム内から端末と中継局へ同時にサービスを提供するため、前記基地局が中継局を支援するためのシステム構成に対して自由度が低いという問題点がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その本発明の目的は、多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおいて端末のハンドオーバー及び同期化を効率的に提供するためのフレーム構成方法及びこれを支援する装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおいて中継リンクの自由度を上げるためのフレーム構成方法及びこれを支援する装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおいて副フレームを接続リンク副フレームと中継リンク副フレームとから構成して、直接リンクサービスと中継リンクサービスとを同期式で提供するための装置及び方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明の第１見地によれば、多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための副フレームの構成方法は、前記副フレームの第１区間の間に、基地局又は少なくとも一つの中継局で端末と通信を行うための副フレームを構成する過程と、前記副フレームの第２区間の間に、前記基地局又は少なくとも一つの中継局で他の中継局と通信を行うための副フレームを構成する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第２見地によれば、多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための副フレームの構成方法は、前記副フレームの第１区間の間に、基地局又は中継局で端末と通信を行うための副フレームを構成する過程と、前記副フレームの第２区間の間に、前記基地局と中継局、中継局と中継局、又は中継局と端末が通信を行うための副フレームを構成する過程と、前記副フレームの第３区間の間に、前記基地局と端末、中継局と中継局が通信を行うための副フレームを構成する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第３見地によれば、多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための基地局の動作方法は、所定の副フレーム構成方式に従って、前記副フレームの第１区間を利用して端末と通信を行う過程と、前記副フレームの第２区間を利用して中継局と通信を行う過程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第４見地によれば、多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための中継局の動作方法は、上位ノードから受信される制御情報を利用してネットワーク進入を行うことによって、中継サービスを支援するための副フレーム構成情報を獲得する過程と、ｎ番目のフレームにおいて前記副フレームの第２区間を介して前記上位ノードから同期チャネルと制御情報及びトラフィックバーストを受信する過程と、ｎ＋１番目のフレームにおいて前記副フレームの第１区間を介して同期チャネルと前記受信した制御情報及びトラフィックバーストを端末に送信する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第５見地によれば、多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための装置は、フレーム構成方式に従って端末と通信するための区間に対する信号と中継局と通信するための区間に対する信号との送受信タイミング信号を提供するタイミング制御機と、前記端末と通信するための区間に対する信号と前記中継局と通信するための区間に対する信号とを分離するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）デュープレクサーと、前記タイミング信号に応じて前記端末又は中継局と通信を行う送受信器と、を備えることを特徴とする。

本発明では、多重ホップ中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムにおいて、信号送信を接続リンク領域と中継リンク領域とに時間分割多重化して、直接及び中継サービスが端末に同期式フレームの形態で透明に提供されることによって、端末の移動性によるハンドオーバー及び同期化が容易であり、前記中継局がサービスを提供される中間リンク領域を接続リンク領域と独立的にすることによって、ホップ数とチャネル環境によって前記中継リンクの自由度を上げることができるという利点がある。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。そして、本発明を説明するに当たって、関連した公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨から逸脱しうると判断された場合には、その詳細な説明を省略する。

以下、本発明は、多重ホップ中継（Ｍｕｌｔｉ ｈｏｐ Ｒｅｌａｙ）方式の広帯域無線アクセス通信システムにおいて基地局と中継局で同期を合せて端末にサービスを提供し、中継サービスのための領域構成の自由度を上げるための技術について説明する。

以下の説明は、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）及び直交周波数分割多重接続（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ）方式を使用する無線通信システムを例に挙げて説明し、他の多重接続方式又は周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）基盤の通信システムにも同様に適用できる。また、以下の説明で第１中継局は、サービス領域を拡張するために制御信号を提供する高性能（Ｈｉｇｈ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）中継局と仮定し、第２中継局は、容量増大のためにトラフィックバーストを主に中継する低性能（Ｌｏｗ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）中継局と仮定して説明する。

前記広帯域無線アクセス通信システムは、前記直接リンクサービスと中継リンクサービスとを同じタイミングにて同期させて提供するために、副フレームを下記の図６に示すように、接続リンク副フレームと中継リンク副フレームとに区分する。

ここで、前記接続リンクは、基地局と中継局とが端末と通信するためのリンクを意味し、前記中継リンクは、前記基地局と上位中継局とが下位中継局と通信するためのリンクを意味する。

以下の説明で前記接続リンク副フレームは、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１６システムの副フレームと同じ形態から構成されるものとして説明する。

図６は、本発明による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムの副フレームの構成を示している。

前記図６に示すように、前記副フレーム６００は、接続リンク副フレーム６１０と中継リンク副フレーム６２０とに区分される。ここで、前記接続リンク副フレーム６１０と中継リンク副フレーム６２０とは、時間スロットで区分される。

ダウンリンクの場合、前記副フレーム６００は、信号の目的地に応じて接続リンク副フレーム６１０と中継リンク副フレーム６２０とに区分される。すなわち、前記接続リンク副フレーム６１０の間に前記基地局又は中継局から端末に信号を送信し、前記中継リンク副フレーム６２０の間に前記基地局又は上位中継局は、下位中継局に信号を送信する。

アップリンクの場合に、前記副フレーム６００は、信号の出発地に応じて接続リンク副フレーム６１０と中継リンク副フレーム６２０とに区分される。すなわち、前記接続リンク副フレーム６１０の間に、前記端末は、前記基地局又は中継局に信号を送信し、前記中継リンク副フレーム６２０の間に前記下位中継局は、前記基地局又は上位中継局に信号を送信する。

このとき、前記接続リンク副フレーム６１０の間に前記基地局と中継局とは、前記端末と透明（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）に通信を行う。すなわち、前記基地局と中継局とは、前記端末が直接リンクサービスと中継リンクサービスとの差を認識できないように、又、端末が基地局と通信することを認知できるようにサービスを提供する。また、前記広帯域無線アクセス通信システムが多重ホップから構成される場合に、前記中継リンク副フレーム６２０は、前記多重ホップに応じて複数の領域に区分されうる。

前記広帯域無線アクセス通信システムは、前記図６に示すように、接続リンク副フレームと中継リンク副フレームとから構成される副フレームを利用して、下記の図７のようにフレームを構成することができる。

図７は、本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおけるフレームの構成を示している。

図７に示すように、前記フレームは、ダウンリンク副フレーム７００とアップリンク副フレーム７１０とに区分されて構成される。このとき、前記ダウンリンク副フレーム７００とアップリンク副フレーム７１０とは、前記図６に示すように、接続リンク副フレーム７０１、７１１と中継リンク副フレーム７０３、７１３とに時間多重化される。

前記フレームの副フレーム７００、７１０は、プリアンブルで先行されるフレームの開始位置、時間保護領域（Ｇｕａｒｄ ｒｅｇｉｏｎ）であるＴＴＧ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｇａｐ）位置を端末に透明に提供するために、前記接続リンク副フレーム７０１、７１１を前記中継リンク副フレーム７０３、７１３より前に位置させる。

前記接続リンク副フレーム７０１、７１１の間に基地局と中継局とは、サービスを提供する端末と通信を行う。このとき、前記接続リンク副フレーム７０１、７１１は、基地局７２０が提供する直接端末リンクサービスと第１中継局７３０が提供する中継端末リンクサービスが周波数分割多重化、空間分割多重化、又は直交周波数分割多重化の形態で提供される。

また、前記接続リンク副フレーム７０１、７１１において前記第１中継局７３０は、中継を透明に行うために、前記基地局７２０が提供する直接端末リンクサービスと同じ構造で前記端末に制御情報及びトラフィックバーストを提供する。このとき、前記第２中継局は、前記基地局７２０又は第１中継局７３０から一定領域のバースト７０５、７０７を割り当てられて、端末にユニキャストトラフィックチャネルを提供する。

前記中継リンク副フレーム７０３、７１３の間に、基地局と上位中継局とは、下位中継局と通信を行う。このとき、前記中継リンク副フレーム７０３、７１３は、固定長を有するか、又はセル環境に応じて動的に変わりうる。ここで、前記中継リンク副フレーム７０３、７１３は、新しい機能及び用途を有する先進技術が適用されうるので、詳細な構成を省略する。

また、前記広帯域無線アクセス通信システムが多重ホップに拡張される場合、前記中継リンク副フレーム７０３、７１３は、下記の図８に示すように、前記多重ホップリンクに応じて時間多重化されうる。

図８および図９は、本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける中継リンクの副フレームの構成を示している。以下の説明において中継リンク副フレームは、多様な構造の制御チャネル及びトラフィックチャネルから構成されうる。

図８および図９は、前記中継リンク副フレーム８０３、８１３をホップ数に応じて多重化するフレーム構造を示す。

まず、前記図８に示すように、前記広帯域無線アクセス通信システムは、前記中継リンク副フレーム８０３、８１３を、前記システムを構成するホップ数に応じて前記ホップ数が減少する方向に多重化する。すなわち、前記中継リンク副フレーム８０３、８１３は、（ｎ−１）ホップ中継局とｎホップ中継局のリンクが基地局と１ホップ中継局リンクより先行されて多重化される。

次に、図９に示すように、前記広帯域無線アクセス通信システムは、前記中継リンク副フレーム８０３、８１３を、前記システムを構成するホップ数に応じて前記ホップ数が増加する方向に多重化する。すなわち、前記中継リンク副フレーム８０３、８１３は、基地局と１ホップ中継局リンクが（ｎ−１）ホップ中継局とｎホップ中継局のリンクより先行されて多重化される。ここで、多重ホップ中継局のホップ数は、基地局の次のホップを１ホップと称する。その次のホップ数の中継局のホップ数を増加させる。

前記図７〜図９に示すように、前記基地局と中継局とは、単方向副フレームを接続リンク副フレームと中継リンク副フレームとに区分して、端末又は下位中継局にサービスを提供する。このとき、前記基地局と中継局とは、下記の図１０に示すように、同じフレーム開始タイミングを有する。すなわち、前記基地局と中継局とは、端末に同じタイミングにて同期を合せて接続リンクサービスを提供する。

図１０は、本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける基地局、端末及び中継局のタイミングを示している。以下の説明では、２ホップリンクを有するシステムを例に挙げて説明する。したがって、前記第１中継局と第２中継局とは、それぞれ異なる端末に１ホップ中継サービスを提供する。

前記図１０に示すように、ダウンリンク副フレーム９００において前記基地局９２０は、接続リンク副フレーム９０１区間の間にサービスを提供する端末に制御情報及びトラフィックバーストを送信する（Ｄ＿ｔ１区間）。また、基地局９２０は、中継リンク副フレーム９０３区間の間に中継局９３０、９４０に制御情報及びトラフィックバーストを送信する（Ｄ＿ｔ３区間）。

前記第１中継局９４０は、接続リンク副フレーム９０１区間の間にサービスを提供する端末に制御情報及びトラフィックバーストを送信する（Ｄ＿ｔ１区間）。また、前記第１中継局９４０は、中継リンク副フレーム９０３区間の間に前記基地局９２０から中継のために必要な制御情報及びトラフィックバーストを受信する（Ｄ＿ｔ３区間）。ここで、前記広帯域無線アクセス通信システムが３ホップ以上に拡張されて、２ホップ中継局が備えられる場合に、前記第１中継局９４０は、前記中継リンク副フレーム９０３区間を多重化して、一定区間の間に次のホップ中継局に制御情報及びトラフィックバーストを送信する。このとき、前記中継リンク副フレーム９０３を多重化する時間スロットの大きさは、多重ホップ数とチャネル状態に応じて適応的に決定される。

前記第２中継局９３０は、接続リンク副フレーム９０１区間において制御チャネル区間Ｄ＿ｔ２をナル（ｎｕｌｌ）で構成し、残り区間の間に端末にユニキャストトラフィックバーストを送信する（Ｄ＿ｔ１−Ｄ＿ｔ２区間）。また、中継リンク副フレーム９０３区間の間に前記基地局９２０から中継サービスを行うために必要な制御情報及びトラフィックバーストを受信する（Ｄ＿ｔ３区間）。

前記端末９５０は、接続リンク副フレーム９０１区間の間に基地局又は中継局から制御チャネル及びトラフィックバーストを受信する。また、前記端末９５０は、中継リンク副フレーム９０３区間の間に待ち受けモード（Ｉｄｌｅ）で動作する。すなわち、前記端末９５０は、前記中継リンク副フレーム９０３区間が自分に割り当てられない領域と認識して無視する。

一方、アップリンク副フレーム９１０において前記基地局９２０は、前記接続リンク副フレーム９１１区間の間に前記端末から初期レンジング情報及びトラフィックバーストを受信する（Ｕ＿ｔ１区間）。また、前記基地局９２０は、中継リンク副フレーム９１３区間の間に前記中継局９３０、９４０から初期レンジング情報及びトラフィックバーストを受信する（Ｕ＿ｔ３区間）。

前記第１中継局９４０は、接続リンク副フレーム９１１区間の間に中継リンクサービスを行うために、端末から初期レンジング情報及びトラフィックバーストを受信する（Ｕ＿ｔ１区間）。また、前記第１中継局９４０は、中継リンク副フレーム９１３区間の間に前記基地局９２０に前記初期レンジング情報及びトラフィックバーストを送信する（Ｕ＿ｔ３区間）。このとき、前記第１中継局９４０は、前記無線チャネルから発生する遅延を補償して信号を送信する。

前記第２中継局９３０は、接続リンク副フレーム９１１区間の間に制御チャネル区間（Ｕ＿ｔ２）をナル（ｎｕｌｌ）で構成し、残り区間の間に中継サービスを行うために、前記端末からトラフィックバーストを受信する（Ｕ＿ｔ１−Ｕ＿ｔ２区間）。また、前記第２中継局９３０は、中継リンク副フレーム９１３区間の間に前記基地局９２０にユニキャストトラフィックバーストを送信する（Ｕ＿ｔ３区間）。このとき、前記第２中継局９３０は、前記無線チャネルから発生する遅延を補償して信号を送信する。

前記端末９５０は、接続リンク副フレーム９１１区間の間に前記基地局又は中継局に初期レンジング情報及びトラフィックバーストを送信する（Ｕ＿ｔ１区間）。このとき、前記端末９５０は、無線チャネルから発生する遅延を補償して信号を送信する。

また、前記端末９３０は、前記端末９５０に割り当てられない領域であるとして中継リンク副フレーム９１３を無視する。

上述のように、前記単方向副フレーム内で前記中継局は、動作転換が行われなければならない。したがって、ダウンリンク副フレーム９００とアップリンク副フレーム９１０とに時間保護領域（例：ＲＳＴＴＧ、ＲＳＲＴＧ）が必要である。例えば、前記時間保護領域は、前記ダウンリンク副フレーム内で前記中継リンクの第１シンボルを短い長さを有するプリアンブルで構成して、残った区間の間に前記中継局が動作転換を行うようにすることができる。ここで、前記短い長さを有するプリアンブルは、前記プリアンブルを構成する繰り返しシーケンスの数を減らして生成する。

さらに他の方式として、前記基地局は、接続リンク副フレーム９０１と中継リンク副フレーム９０３との間に前記中継局が動作転換を行うことができるように、一定ギャップを形成することができる。

図１１は、本発明の他の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおけるフレームの構成を示している。以下の説明は、前記フレームで中継リンク副フレームと接続リンク副フレームとが同じ構成を有するものとして説明する。

前記図１１に示すように、２ホップリンクシステムにおいてダウンリンク副フレーム１０００とアップリンク副フレーム１０１０とは、接続リンク副フレーム１００１、１０１１と中継リンク副フレーム１００３、１０１３とから構成される。

前記接続リンク副フレーム１００１、１０１１は、基地局が提供する直接端末リンクサービスと中継局が提供する中継端末リンクサービスとが周波数分割多重化又は空間分割多重化及び直交周波数分割多重アクセス形態で提供される。

前記中継リンク副フレーム１００３、１０１３は、前記基地局又は上位中継局が下位中継局と通信するための領域から構成される。

上述した実施の形態は、前記広帯域無線アクセス通信システムが２ホップから構成される場合、中継サービスを支援するためのフレーム構造について説明した。もし、前記広帯域無線アクセス通信システムが３ホップ以上から構成される場合、前記図８、図９に示すように、中継リンク副フレームを多重化して中継サービスを提供することができる。例えば、３ホップ以上から構成される広帯域無線アクセス通信システムは、前記図８、図９に示すフレーム構造を下記の図１１のように具体化できる。以下の説明において、下記の図１２は、多重ホップで中継サービスを提供するために、前記中継リンク副フレームを二つの領域に多重化することを例に挙げて説明する。

図１２は、本発明の実施の形態による３ホップ以上の中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムのフレームの構成を示している。以下の説明は、前記基地局、中継局及び端末が一つの周波数で空間多重化されたフレームを形成して通信を行うことを例に挙げて説明する。また、第１中継局は、前記基地局から直接データを受信して、中継サービスを行う１ホップ中継局を意味する。第２中継局は、前記基地局と前記第１中継局とを経たデータを受信して、中継サービスを行う２ホップ中継局を意味する。

前記図１２に示すように、ｊ番目のフレーム１１００は、ダウンリンク副フレーム１１１０とアップリンク副フレーム１１２０とから構成される。このとき、前記副フレーム１１１０、１１２０は、それぞれ第１区間１１１１、１１２１、第２区間１１１３、１１２３及び第３区間１１１５、１１２５に区分されて構成される。ここで、前記第２区間１１１３、１１２３と第３区間１１１５、１１２５とは、前記図８の中継リンク副フレーム８０３、８１３を多重化した区間を示す。このとき、前記第１区間１１１１、１１２１は、基地局又は中継局が端末と通信するための基地局と端末リンクのための副フレームと、中継局と端末リンクのための副フレームとを備えて構成される。

次に、前記第２区間１１１３、１１２３は、基地局と中継局リンクのための副フレームと中継局と端末リンクのための副フレームとを備えて構成される。前記システムが３ホップ以上から構成される場合には、前記第２区間１１１３、１１２３は、基地局と中継局リンクのための副フレームと、中継局と中継局のための副フレームと、中継局と端末のための副フレームとを備えて構成される。

最後に、前記第３区間１１１５、１１２５は、基地局と端末リンクのための副フレームと、中継局と中継局リンクのための副フレームとを備えて構成される。

また、前記ダウンリンク副フレーム１１１０と前記アップリンク副フレーム１１２０との間には、時間保護領域であるＴＴＧ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｇａｐ）が存在する。

上述のように構成された前記ｊ番目のフレーム１１００を利用して、多重ホップから構成された中継サービスを支援する場合、前記基地局１１３０は、前記ダウンリンク副フレーム１１１０の前記第１区間１１１１と前記第３区間１１１５との間にサービスを提供する第１端末１１６０にダウンリンクデータを送信する。また、前記基地局１１３０は、前記第２区間１１１３の間に第１中継局１１４０にダウンリンクデータを送信する。

以後、前記基地局１１３０は、前記アップリンク副フレーム１１２０の前記第１区間１１２１と前記第３区間１１２５との間に、前記第１端末１１６０からアップリンクデータを受信する。また、前記基地局１１３０は、前記第２区間１１２３の間に前記第１中継局１１４０からアップリンクデータを受信する。

前記第１中継局１１４０は、前記ダウンリンク副フレーム１１１０の前記第１区間１１１１の間に、サービスを提供する第２端末１１７０にダウンリンクデータを送信する。また、前記第１中継局１１４０は、前記第２区間１１１３の間に前記基地局１１３０からダウンリンクデータを受信する。また、前記第１中継局１１４０は、前記第３区間１１１５の間に、第２中継局１１５０にダウンリンクデータを送信する。

以後、前記第１中継局１１４０は、前記アップリンク副フレーム１１２０の前記第１区間１１２１の間に、前記第２端末１１７０からアップリンクデータを受信する。また、前記第１中継局１１４０は、前記第２区間１１２３の間に前記基地局１１３０にアップリンクデータを送信する。また、前記第１中継局１１４０は、前記第３区間１１２５の間に、前記第２中継局１１５０からアップリンクデータを受信する。

次に前記第２中継局１１５０は、前記ダウンリンク副フレーム１１１０の前記第１区間１１１１と第２区間１１１３との間にサービスを提供する第３端末１１８０にダウンリンクデータを送信する。また、前記第２中継局１１５０は、前記第３区間１１１５の間に前記第１中継局１１４０からダウンリンクデータを受信する。

以後、前記第２中継局１１５０は、前記アップリンク副フレーム１１２０の前記第１区間１１２１と第２区間１１２３との間に前記第３端末１１８０からアップリンクデータを受信する。また、前記第２中継局１１５０は、前記第３区間１１２５の間に前記第１中継局１１４０にアップリンクデータを送信する。ここで、前記システムが３ホップ以上から構成される場合、前記第２中継局１１５０は、前記第２区間１１１３、１１２３の間に、前記第３端末１１８０ではない下位中継局と通信を行うことができる。すなわち、前記システムが３ホップから構成された場合、前記第２中継局１１５０は、終端ホップ中継局であるから、前記第２区間１１１３、１１２３の間に下位中継局ではない前記第３端末１１８０と通信を行う。

前記第１端末１１６０、第２端末１１７０及び第３端末１１８０は、前記ｊ番目のフレーム１１００のダウンリンク副フレーム１１１０の間に通信リンクが接続した主体からダウンリンクデータを受信する。また、前記端末１１６０、１１７０、１１８０は、前記アップリンク副フレーム１１２０の間に前記通信リンクが接続した主体にアップリンクデータを送信する。

例えば、前記第１端末１１６０は、前記ダウンリンク副フレーム１１１０の前記第１区間１１１１と第３区間１１１５との間に前記基地局１１３０からダウンリンクデータを受信する。また、前記第１端末１１６０は、前記アップリンク副フレーム１１２０の前記第１区間１１２１と前記第３区間１１２５との間に前記基地局１１００にアップリンクデータを送信する。

次に、前記第２端末１１７０は、前記ダウンリンク副フレーム１１１０の前記第１区間１１１１の間に前記第１中継局１１４０からダウンリンクデータを受信する。また、前記アップリンク副フレーム１１２０の前記第１区間１１２１の間に前記第１中継局１１４０にアップリンクデータを送信する。

最後に、前記第３端末１１８０は、前記ダウンリンク副フレーム１１１０の前記第１区間１１１１と第２区間１１１３との間に、前記第２中継局１１５０からダウンリンクデータを受信する。また、前記アップリンク副フレーム１１２０の前記第１区間１１２１と第２区間１１２３との間に、前記第２中継局１１５０にアップリンクデータを送信する。

前記広帯域無線アクセス通信システムが前記図１２に示すように構成される場合、それぞれの副フレームがＩＥＥＥ８０２．１６標準と同じ構造から構成される場合、下記の図１３と図１４のように構成される。このとき、下記の図１３は、基地局と第１中継局のフレーム構造を示し、下記の図１４は、第２中継局と端末のフレーム構造を示す。

図１３は、本発明の実施の形態による３ホップ以上の中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムにおける、基地局と第１中継局のフレームの構成を示している。

図１３に示すように、ｊ番目のフレームは、ダウンリンク副フレーム１２００とアップリンク副フレーム１２２０とから構成される。このとき、前記副フレーム１２００、１２２０は、それぞれ第１区間１２１１、１２２１、第２区間１２１３、１２２３及び第３区間１２１５、１２２５に区分されて構成される。

前記ダウンリンク副フレーム１２００と前記アップリンク副フレーム１２２０との間には、時間保護領域であるＴＴＧ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｇａｐ）が存在する。

前記図１３に示すように、前記ダウンリンク副フレーム１２００の前記第１区間１２１１の間に、前記基地局１２３０と第１中継局１２４０とは、それぞれのサービス領域に備えられる端末に送信するためのダウンリンク副フレームを構成する。このとき、前記ダウンリンク副フレームは、前記端末の同期のためのプリアンブルと制御情報及びダウンリンクバーストから順次構成される。ここで、前記プリアンブルと制御情報は、固定された位置を有する。

前記第２区間１２１３の間に、前記基地局１２３０は、前記第１中継局１２４０に送信するためのダウンリンク副フレームを構成する。ここで、前記ダウンリンク副フレームは、前記第１中継局１２４０の同期のための同期チャネルと制御情報及びダウンリンクバーストから順次構成される。

また、前記第２区間１２１３の間に、前記第１中継局１２４０は、前記基地局１２３０が送信する信号を受信する。

前記第３区間１２１５の間に、前記基地局１２３０は、待ち受けモードに転換するか、第１端末に送信するためのダウンリンク副フレームを構成する。このとき、前記ダウンリンク副フレームは、ダウンリンクバーストから構成される。

また、前記第３区間１２１５の間に、前記第１中継局１２４０は、第２中継局１２５０に送信するためのダウンリンク副フレームを構成する。すなわち、前記第３区間１２１５の間に上位中継局は、下位中継局に送信するためのダウンリンク副フレームを構成する。ここで、前記ダウンリンク副フレームは、前記下位中継局の同期のためのプリアンブルと制御情報及びダウンリンクバーストから構成される。

次に、アップリンク副フレーム１２２０の前記第１区間１２２１にて前記基地局１２３０と第１中継局１２４０とは、それぞれのサービス領域に備えられる端末から制御情報（例：レンジング信号）とアップリンクバーストとを受信する。

前記第２区間１２２３の間に、前記第１中継局１２４０は、前記基地局１２３０に送信するためのアップリンク副フレームを構成する。このとき、前記基地局１２３０は、前記第１中継局１２４０が送信する信号を受信する。

前記第３区間１２２５の間に前記基地局１２３０は、待ち受けモードで動作するか、又は前記第１端末が送信する信号を受信する。また、前記第１中継局１２４０は、前記第２中継局１２５０が送信する信号を受信する。すなわち、前記第３区間１２２５の間に上位中継局は、下位中継局から信号を受信する。

図１４は、本発明の実施の形態による３ホップ以上の中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムにおける第２中継局と端末のフレームとの構成を示している。

図１４に示すように、ｊ番目のフレームは、ダウンリンク副フレーム１３００とアップリンク副フレーム１３２０とから構成される。このとき、前記副フレーム１３００、１３２０は、それぞれ第１区間１３１１、１３２１、第２区間１３１３、１３２３及び第３区間１３１５、１３２５に区分されて構成される。

前記ダウンリンク副フレーム１３００と前記アップリンク副フレーム１３２０との間には、時間保護領域であるＴＴＧ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｇａｐ）が存在する。

図１４に示すように、前記ダウンリンク副フレーム１３００の前記第１区間１３１１と第２区間１３１３の間に、前記第２中継局１３５０は、サービス領域に備えられる第３端末に送信するためのダウンリンク副フレームを構成する。ここで、前記第１区間１３１１の間に構成されるダウンリンク副フレームは、前記第３端末の同期のためのプリアンブルと制御情報及びダウンリンクバーストから順次構成される。また、前記第２区間１３１３の間に構成されるダウンリンク副フレームは、ダウンリンクバーストを備えて構成される。

前記第３区間１３１５の間に前記第２中継局１３５０は、前記第１中継局１３４０から信号を受信する。

また、前記ダウンリンク副フレーム１３００において前記端末は、それぞれのサービス領域の主体からダウンリンク副フレームを受信する。

次にアップリンク副フレーム１３２０の前記第１区間１３２１と第２区間１３２３の間に、前記第２中継局１３５０は、前記第３端末から制御情報（例：レンジング信号）とアップリンクバーストとを受信する。

前記第３区間１３２５の間に前記第２中継局１３５０は、前記第１中継局１３４０に送信するためのアップリンク副フレームを構成する。ここで、前記アップリンク副フレームは、制御情報及びアップリンクバーストから順次構成される。

また、前記端末は、第１区間１３２１において前記それぞれの端末のサービス領域の主体に送信するためのアップリンク副フレームを構成する。ここで、前記アップリンク副フレームは、制御情報及びアップリンクバーストから順次構成される。

前記端末は、第２区間１３２３と第３区間１３２５では、それぞれのサービス領域の主体に応じてアップリンク副フレームを構成する。例えば、前記基地局１３３０と通信を行う前記第１端末１３６０は、前記第３区間１３２５において前記基地局１３３０へ送信するためのアップリンク副フレームを構成する。また、前記第２中継局１３５０と通信を行う前記第３端末は、前記第２区間１３２３において前記第２中継局１３５０に送信するためのアップリンク副フレームを構成する。

前記広帯域無線アクセス通信システムが３ホップ以上から構成されて、前記第２中継局１３５０に下位中継局が接続される場合には、前記第２中継局１３５０は、前記第２区間１３１３、１３２３の間に前記第３端末ではない前記下位中継局と通信を行う。

上述した実施の形態は、前記第１区間、第２区間及び第３区間の前段に同期チャネルを位置させる。他の実施の形態として前記第２区間及び第３区間の後段に前記同期チャネルを位置させることができる。

以下の説明は、前記広帯域無線アクセス通信システムにおいて上述のように構成されるフレーム構造を利用して通信を行うための基地局と中継局の動作手順について説明する。

図１５は、本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおいて基地局の動作手順を示している。

前記図１５に示すように、まず基地局は、ステップ１４０１においてフレームを構成する接続リンク副フレーム区間７０１と中継リンク副フレーム区間７０３に対した資源を割り当てる。ここで、前記接続リンク副フレーム区間７０１と中継リンク副フレーム区間７０３とは、固定的に決まるか、又はサービス環境に応じて適応的に変わりうる。サービス領域内に中継局が存在しない場合には、中継リンクのための区間は省略できる。

前記接続リンク副フレーム区間７０１と中継リンク副フレーム区間７０３に対した資源を割り当てた後、前記基地局は、ステップ１４０３に進んで前記接続リンク副フレーム区間７０１を介して前記端末と通信を行う。

その後、前記基地局は、ステップ１４０５に進んで前記中継リンク副フレーム区間７０３を利用して前記中継局と通信を行う。

例えば、ダウンリンク区間のとき、前記基地局は、接続リンク副フレーム区間７０１の間に制御情報及びトラフィックバーストを前記端末に送信する。その後、前記基地局は、中継リンク副フレーム区間７０３の間に中継局に制御情報及びトラフィックバーストを送信する。

また、アップリンク区間のとき、前記基地局は、接続リンク副フレーム区間７０１の間に前記端末から初期レンジング情報及びトラフィックバーストを受信する。その後、前記基地局は、中継リンク副フレーム区間７０３の間に前記中継局から初期レンジング情報及びトラフィックバーストを受信する。

その後、前記基地局は、本アルゴリズムを終了する。

図１６は、本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける中継局の動作手順を示している。

前記図１３に示すように、まず中継局は、ステップ１５０１において電源がオン（ＯＮ）になる場合、基地局からプリアンブル及び制御情報が受信されているか否かを確認する。

プリアンブル及び制御情報が受信されると、前記中継局は、ステップ１５０３に進んで受信されたプリアンブル及び制御情報を利用してネットワーク進入のための初期化動作を行う。このとき、前記中継局は、端末と同様に初期動作を行い、中継リンクではない接続リンクを介して前記ネットワーク進入のための初期動作を行う。上記の初期動作後、中継局は、前記初期動作を介して獲得した中継リンク情報を介して中継リンクを設定する。このとき、前記中継局は、前記接続リンクを利用して初期動作を行うのではなく、前記中継リンクを介して前記ネットワーク進入初期動作を行うことができる。

以後、前記中継局は、ステップ１５０５とステップ１５０７にわたって、前記基地局の運営能力と前記中継局の中継能力とに応じて前記中継リンクと接続リンクとを設定して、広帯域サービスを支援する。例えば、前記中継局は、中継リンク副フレーム区間７０３の間に前記基地局又は上位中継局から中継サービスのための制御情報及びトラフィックバーストを受信する。以後、前記中継局は、次のフレーム内の接続リンク副フレーム区間７０１を介して、端末に前記制御情報及びトラフィックバーストを送信する。前記中継局に下位中継局が存在する場合には、前記中継局は、前記中継リンク副フレーム７０３を介して前記下位中継局に前記制御情報及びトラフィックバーストを送信することができる。

その後、前記中継局は、本アルゴリズムを終了する。

上述した実施の形態は、前記中継局が基地局と通信を行うための方法を例に挙げて説明した。前記中継局が上位中継局と通信を行う場合には、前記中継局が基地局と通信を行う方法と同様に動作する。

前記広帯域無線アクセス通信システムにおいて前記接続リンク副フレームと中継リンク副フレームとから構成される副フレームを利用して通信を行う基地局と中継局のブロック構成は同様である。したがって、以下の説明は、基地局のブロック構成を例に挙げて説明し、前記中継局のブロック構成は省略する。

以下の説明で前記基地局は、端末と通信するための接続リンクのための送受信装置と中継局と通信するための中継リンクのための送受信装置とが分離されて構成される。しかしながら、前記基地局は、一つの送受信装置にて前記接続リンク及び中継リンクを支援することもできる。

図１７は、本発明による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける基地局のブロック構成を示している。

前記図１７に示すように、前記基地局は、中継リンクのための第１送受信装置１６０１、接続リンクのための第２送受信装置１６０３、タイミング制御機１６０５及びＲＦデュープレクサー（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）１６０７、アンテナ１６０９を備えて構成される。ここで、前記第１送受信装置１６０１と前記第２送受信装置１６０３とは、同じ構成を有するので、前記第２送受信装置１６０３についての説明は省略する。

前記第１送受信装置１６０１は、送信装置１６１１、受信装置１６２１及びＲＦスイッチ１６３１を備えて構成される。

前記送信装置１６１１は、フレーム生成器１６１３、資源マッパー１６１５、変調器１６１７、及びデジタル／アナログ変換器１６１９を備えて構成される。

前記フレーム生成器１６１３は、制御情報及びトラフィックバーストを中継局に送信するための中継リンク副フレームを構成する。このとき、前記第２送信装置１６４１のフレーム生成器１６４３は、前記制御情報及びトラフィックバーストを端末に送信するための接続リンク副フレームを構成する。

前記資源マッパー１６１５は、前記フレーム生成器１６１３から提供された中継リンク副フレームを各副フレームに割り当てられた各リンクのバーストに割り当てて出力する。

前記変調器１６１７は、前記資源マッパー１６１５から提供された各リンクのバーストに割り当てられた副フレームを該当変調水準（例：ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）レベル）に応じて変調する。前記デジタル／アナログ変換器１６１９は、前記変調器１６１７から提供されたデジタル信号をアナログ信号に変換した後、前記アナログベースバンド信号を高周波信号に周波数アップ変調して、前記ＲＦスイッチ１６３１に出力する。

前記受信装置１６２１は、アナログ／デジタル変換器１６２３、復調器１６２５、資源デマッパー１６２７及びフレーム抽出器１６２９を備えて構成される。

前記アナログ／デジタル変換器１６２３は、前記中継リンク副フレーム区間の間に中継局から前記ＲＦスイッチ１６３１を介して受信された信号を周波数ダウンさせてベースバンド信号に変換されたアナログ信号を提供されて、デジタル信号に変換する。

前記復調器１６２５は、前記アナログ／デジタル変換器１６２３から提供されたデジタル信号を該当変調水準に応じて復調して出力する。

前記資源デマッパー１６２７は、前記復調器１６２５から提供された各リンクのバーストに割り当てられた実際の副フレームを抽出する。

前記フレーム抽出器１６２９は、前記資源デマッパー１６２７から提供される副フレームから前記受信機１６２１に該当する副フレームを抽出する。例えば、前記フレーム抽出器１６２９は、前記中継局から受信されるアップリンク副フレームの中継リンク副フレームを抽出する。このとき、前記第２受信装置１６５１のフレーム抽出器１６５９は、前記端末から受信されるアップリンク副フレームの接続リンク副フレームを抽出する。

前記ＲＦスイッチ１６３１は、前記タイミング制御機１６０５の制御に応じて中継リンクサービス区間に前記送受信装置１６１１、１６２１と前記ＲＦデュープレクサー１６０７とを接続する。

前記タイミング制御機１６０５は、中継リンクサービスのための区間と接続リンクサービスのための区間の送受信タイミングを制御する。

前記ＲＦデュープレクサー１６０７は、前記アンテナ１６０９を介して受信されたＲＦ信号を中継リンクサービスのための区間と接続リンクサービスのための区間に応じてそれぞれの信号を送受信装置１６０１、１６０３に分離して送信する。

以上、本発明の詳細な説明では具体的な実施の形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。したがって、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限られず、特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものによって定められねばならない。

一般的な広帯域無線アクセス通信システムにおいて多重ホップ中継方式を使用してサービスを提供する構造を示す図である。 一般的な広帯域無線アクセス通信システムのＴＤＤフレーム構造を示す図である。 従来の技術による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムのＴＤＤフレーム構造を示す図である。 従来の技術による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける端末の送受信タイミングを示す図である。 従来の技術による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける端末の移動による信号の流れを示す図である。 本発明による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムの副フレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおけるフレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける中継リンクの副フレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける中継リンクの副フレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける基地局と端末及び中継局のタイミングを示す図である。 本発明の他の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおけるフレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態による３ホップ以上の中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムのフレーム構成を示す図である。 本発明の実施の形態による３ホップ以上の中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムにおいて基地局と第１中継局のフレームの構成を示す図である。 本発明の実施の形態による３ホップ以上の中継方式を使用する広帯域無線アクセス通信システムにおける第２中継局と端末のフレームの構成を示す図である。 本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける基地局の動作手順を示す図である。 本発明の実施の形態による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける中継局の動作手順を示す図である。 本発明による多重ホップ中継方式の広帯域無線アクセス通信システムにおける基地局のブロック構成を示す図である。

Claims (32)

1. 多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための副フレームの構成方法であって、
   前記多重ホップ中継方式の無線通信システムは、少なくとも１つの端末と、少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの中継局と、から構成されており、
   前記少なくとも１つの中継局は、前記基地局と直接通信を行う上位中継局を少なくとも含み、前記基地局と直接通信せず、前記上位中継局と直接通信を行う下位中継局を場合によって含むものであって、
   前記少なくとも１つの端末は、前記基地局のサービス領域内にあって前記基地局と直接通信する第１端末と、前記上位中継局または前記下位中継局の少なくともいずれか一方と直接通信する第２端末の少なくともいずれか１つを含むものであって、
   ダウンリンク副フレームの第１区間の間に、前記基地局が前記基地局と前記第１端末との間の通信用の基地局−端末リンク副フレームを構成し、前記上位中継局または前記下位中継局が自らの中継局と前記第２端末との間の通信用の中継局−端末リンク副フレームを構成する過程と、
   前記ダウンリンク副フレームの第２区間の間に、前記基地局が前記基地局と前記上位中継局との間の通信用の基地局−中継局リンク副フレームを構成する、あるいは、前記上位中継局が前記上位中継局と前記下位中継局との間の通信用の中継局−中継局リンク副フレームを構成する過程と、
   アップリンク副フレームの第１区間の間に、前記第１端末が前記基地局と前記第１端末との間の通信用の基地局−端末リンク副フレームを構成し、前記第２端末が自らが直接通信する中継局と前記第２端末との間の通信用の中継局−端末リンク副フレームを構成する過程と、
   前記アップリンク副フレームの第２区間の間に、前記上位中継局が前記基地局と前記上位中継局との間の通信用の基地局−中継局リンク副フレームを構成する、あるいは、前記下位中継局が前記上位中継局と前記下位中継局との間の通信用の中継局−中継局リンク副フレームを構成する過程と、
   を含み、
   前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は時間資源によって区分されており、
   前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は連続しており、
   前記ダウンリンク副フレームと前記アップリンク副フレームとは時間資源によって区分されている、ことを特徴とする方法。
2. 前記基地局−端末リンク副フレームと前記中継局−端末リンク副フレームとは、周波数分割多重接続（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、空間分割多重接続（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、直交周波数分割多重接続（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ）のうちの何れか一つを利用して区分することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記基地局−端末リンク副フレームと前記中継局−端末リンク副フレームとは、同じ構造から構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記中継局は、プリアンブルを提供する第１中継局と、前記プリアンブルを提供しない第２中継局のうち、少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記中継局が前記第２中継局である場合、前記中継局−端末リンク副フレームのプリアンブル及びマップ領域をナル（ｎｕｌｌ）として構成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記基地局−中継局リンク副フレームと中継局−中継局リンク副フレームとは、時間分割又は周波数分割により多重化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記副フレームの第１区間と第２区間とは、固定的な大きさを有するか、又はサービス環境に応じて動的な大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記副フレームの第１区間と第２区間の間に、時間保護領域を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための副フレームの構成方法であって、
   前記多重ホップ中継方式の無線通信システムは、少なくとも１つの端末と、少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの中継局と、から構成されており、
   前記少なくとも１つの中継局は、前記基地局と直接通信を行う第１中継局を少なくとも含み、前記第１中継局と直接通信を行う第２中継局を場合により含むものであって、
   前記少なくとも１つの端末は、前記基地局のサービス領域内にあって前記基地局と直接通信する第１端末と、前記第１中継局と直接通信する第３端末と、前記第２中継局と直接通信する第４端末との少なくともいずれか１つを含むものであって、
   前記ダウンリンク副フレームの第１区間の間に、前記基地局が前記第１端末との通信用の基地局−端末リンク副フレームを構成し、前記第１中継局、前記第２中継局の少なくとも一方が、自らと直接通信する端末との通信用の中継局−端末リンク副フレームを構成する過程と、
   前記ダウンリンク副フレームの第２区間の間に、前記基地局が前記第１中継局との通信用の基地局−中継局リンク副フレームを構成する、あるいは、前記第２中継局が前記第４端末との通信用の中継局−端末リンク副フレームを構成する過程と、
   前記ダウンリンク副フレームの第３区間の間に、前記基地局が前記第１端末との通信用の基地局−端末リンク副フレームを構成する、あるいは、前記第１中継局が前記第２中継局との通信用の中継局−中継局リンク副フレームを構成する過程と、
   前記アップリンク副フレームの第１区間の間に、前記第１端末が前記基地局との通信用の基地局−端末リンク副フレームを構成し、前記第３端末、前記第４端末の少なくとも一方が、自らと直接通信する中継局との通信用の中継局−端末リンク副フレームを構成する過程と、
   前記アップリンク副フレームの第２区間の間に、前記第１中継局が前記基地局との通信用の基地局−中継局リンク副フレームを構成する、あるいは、前記第４端末が前記第２中継局との通信用の中継局−端末リンク副フレームを構成する過程と、
   前記アップリンク副フレームの第３区間の間に、前記第１端末が前記基地局との通信用の基地局−端末リンク副フレームを構成する、あるいは、前記第２中継局が前記第１中継局との通信用の中継局−中継局リンク副フレームを構成する過程と、
   を含み、
   前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間、前記第２区間及び前記第３区間は時間資源によって区分されており、
   前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間、前記第２区間及び前記第３区間は連続しており、
   前記ダウンリンク副フレームと前記アップリンク副フレームとは時間資源によって区分されている、ことを特徴とする方法。
10. 前記基地局−端末リンク副フレームと前記中継局−端末リンク副フレームとは、周波数分割多重接続、空間分割多重接続、直交周波数分割多重接続のうちの何れか一つを利用して区分することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記基地局−端末リンク副フレームと前記中継局−端末リンク副フレームとは、同じ構造から構成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記基地局−中継局リンク副フレームと、中継局−中継局リンク副フレームと、中継局−端末リンク副フレームとは、時間分割又は周波数分割により区分することを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記基地局−端末リンク副フレームと中継局−中継局リンク副フレームとは、時間分割又は周波数分割により区分することを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 前記副フレームの第１区間、第２区間及び第３区間は、固定的な大きさを有するか、又はサービス環境に応じて動的な大きさを有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
15. 前記副フレームの第１区間は、前段に同期チャネルを位置させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
16. 前記副フレームの第１区間及び第２区間は、前段又は後段にプリアンブルを位置させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
17. 多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための基地局の動作方法であって、
    前記多重ホップ中継方式の無線通信システムは、少なくとも１つの端末と、少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの中継局と、から構成され、
    前記少なくとも１つの中継局は、前記基地局と直接通信を行う上位中継局を少なくとも含み、前記基地局と直接通信せず、前記上位中継局と直接通信を行う下位中継局を場合によって含むものであって、
    前記少なくとも１つの端末は、前記基地局のサービス領域内にあって前記基地局と直接通信する第１端末と、前記上位中継局または前記下位中継局の少なくともいずれか一方と直接通信する第２端末の少なくともいずれか１つを含むものであって、
    副フレームは、第１区間及び第２区間を含み、
    所定の副フレーム構成方式に従って、前記副フレームの第１区間を利用して前記第１端末と通信を行う過程と、
    前記副フレームの第２区間を利用して前記上位中継局と通信を行う過程と、を含み、
    前記第１区間は、前記基地局と前記第１端末との通信に利用される基地局−端末リンク副フレームと、前記上位中継局または前記下位中継局のいずれか一方の中継局と前記第２端末との通信に利用される中継局−端末リンク副フレームと、を有し、
    前記第２区間は、前記基地局と前記上位中継局との通信に利用される基地局−中継局リンク副フレームと、前記上位中継局と前記下位中継局との通信に利用される中継局−中継局リンク副フレームと、の少なくとも１つを有し、
    前記副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は時間資源によって区分されており、
    前記副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は連続しており、
    前記副フレームを構成する過程がダウンリンク副フレーム及びアップリンク副フレームの両方において実行され、
    前記ダウンリンク副フレームと前記アップリンク副フレームとは時間資源によって区分されている、ことを特徴とする方法。
18. 前記第１区間と第２区間とは、固定的な大きさを有するか、又はサービス環境に応じて動的な大きさを有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１区間と第２区間とが動的な大きさを有する場合に、第１区間と第２区間に対する資源を割り当てる過程をさらに含み、
    前記第１区間と第２区間に対する資源割り当て情報に応じて通信を行うことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記副フレームの第１区間と第２区間との間には、時間保護領域を割り当てることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 前記副フレームの第１区間は、前段に同期チャネルを備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
22. 前記副フレームの第２区間は、前段又は後段に同期チャネルを備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
23. 多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための中継局の動作方法であって、
    前記多重ホップ中継方式の無線通信システムは、少なくとも１つの端末と、少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの中継局と、から構成されており、
    前記少なくとも１つの中継局は、前記基地局と直接通信を行う上位中継局を少なくとも含み、前記基地局と直接通信せず、前記上位中継局と直接通信を行う下位中継局を場合によって含むものであって、
    前記少なくとも１つの端末は、自らの中継局と直接通信する第２端末を少なくとも含み、前記基地局のサービス領域内にあって前記基地局と直接通信する第１端末を場合によって含むものであって、
    上位ノードから受信される制御情報を利用してネットワーク進入を行うことによって、中継サービスを支援するための副フレーム構成情報を獲得する過程と、
    ｎ番目のフレームの副フレームの第２区間において前記上位ノードから同期チャネルと制御情報及びトラフィックバーストを受信する過程と、
    ｎ＋１番目のフレームの副フレームの第１区間において同期チャネルと前記受信した制御情報及びトラフィックバーストを前記第２端末に送信する過程と、
    ｎ＋１番目のフレームの副フレームの第２区間において前記上位ノードから同期チャネルと制御情報及びトラフィックバーストを受信する過程と、
    を含み、
    前記フレーム構成は、第１区間及び第２区間に分割されたダウンリンク副フレーム及びアップリンク副フレームの情報を含み、
    前記ダウンリンク副フレーム及びアップリンク副フレームの第１区間は、前記基地局と前記第１端末との通信に利用される基地局−端末リンク副フレームと、前記自らの中継局と前記第２端末との通信に利用される中継局−端末リンク副フレームと、を含み、前記ダウンリンク副フレーム及びアップリンク副フレームの第２区間は、前記基地局と前記上位中継局との通信に利用される基地局−中継局リンク副フレーム及び前記上位中継局と前記下位中継局との通信に利用される中継局−中継局リンク副フレームの少なくともいずれか、を含み、
    前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は時間資源によって区分されており、
    前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は連続しており、
    前記ダウンリンク副フレームと前記アップリンク副フレームとは時間資源によって区分されている、ことを特徴とする方法。
24. 前記中継局は、同期チャネルを提供する第１中継局と、前記同期チャネルを提供しない第２中継局とのうち、少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記中継局が前記第２中継局である場合は、前記第２中継局は同期チャネル及び制御チャネル区間をナルとして構成することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記上位ノードは、前記基地局又は前記上位中継局であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
27. 前記ネットワーク進入過程は、
    所定の副フレーム構成方式に応じて、前記上位ノードが自らと直接通信可能な端末と通信するための区間を介して前記上位ノードから制御情報を受信する過程と、
    前記受信した制御情報を利用して、前記上位ノードにネットワーク進入手順を行う過程と、を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
28. 前記ネットワーク進入過程は、
    所定の副フレームの構成方式に従って、前記上位ノードが自らと直接通信可能な中継局と通信するための区間を介して前記上位ノードから制御情報を受信する過程と、
    前記受信した制御情報を利用して、前記上位ノードにネットワーク進入手順を行う過程と、を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
29. 多重ホップ中継方式の無線通信システムにおいて中継サービスを支援するための装置であって、
    前記多重ホップ中継方式の無線通信システムは、少なくとも１つの端末と、少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの中継局と、から構成されており、
    前記少なくとも１つの中継局は、前記基地局と直接通信を行う上位中継局を少なくとも含み、前記基地局と直接通信せず、前記上位中継局と直接通信を行う下位中継局を場合によって含むものであって、
    前記少なくとも１つの端末は、自装置と直接通信する第２端末を少なくとも含み、前記基地局のサービス領域内にあって前記基地局と直接通信する第１端末を場合によって含むものであって、
    フレーム構成に従って前記第２端末と通信するための端末−通信区間に対する信号と他の中継局と通信するための中継局−通信区間に対する信号との送受信タイミング信号を提供するタイミング制御機と、
    前記端末−通信区間に対する信号と前記中継局−通信区間に対する信号とを分離するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）デュープレクサーと、
    前記送受信タイミング信号に応じて前記第２端末又は前記他の中継局と通信を行う送受信器と、を備え、
    前記フレーム構成は、第１区間及び第２区間に分割されたダウンリンク副フレーム及びアップリンク副フレームの情報を含み、
    前記ダウンリンク副フレーム及びアップリンク副フレームの第１区間は、前記基地局と前記第１端末との通信に利用される基地局−端末リンク副フレームと、前記自装置と前記第２端末との通信に利用される中継局−端末リンク副フレームと、を含み、前記ダウンリンク副フレーム及びアップリンク副フレームの第２区間は、前記基地局と前記上位中継局との通信に利用される基地局−中継局リンク副フレーム及び前記上位中継局と前記下位中継局との通信に利用される中継局−中継局リンク副フレームの少なくともいずれか、を含み、
    前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は時間資源によって区分されており、
    前記ダウンリンク副フレーム及び前記アップリンク副フレームにおいて、前記第１区間及び前記第２区間は連続しており、
    前記ダウンリンク副フレームと前記アップリンク副フレームとは時間資源によって区分されていることを特徴とする装置。
30. 前記送受信器は、前記第２端末と通信するための第１送受信器と、前記他の中継局と通信するための第２送受信器と、を備えることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
31. 前記第１送受信器は、
    前記送受信タイミング信号に応じて前記第２端末に信号を送信するための副フレームを形成して送信する送信機と、
    前記送受信タイミング信号に応じて前記第２端末から信号を受信してデータを復元する受信機と、
    前記タイミング制御機の制御に応じて、前記送受信器と前記ＲＦデュープレクサーとを接続するスイッチと、を備えることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
32. 前記第２送受信器は、
    前記送受信タイミング信号に応じて、前記他の中継局に信号を送信するための副フレームを形成して送信する送信機と、
    前記送受信タイミング信号に応じて、前記他の中継局から信号を受信してデータを復元する受信機と、
    前記タイミング制御機の制御に応じて、前記送受信器と前記ＲＦデュープレクサーとを接続するスイッチと、を備えることを特徴とする請求項３０に記載の装置。

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