JP4954292B2

JP4954292B2 - 無線通信システムにおいてデータ伝送方法

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Publication number: JP4954292B2
Application number: JP2009542664A
Authority: JP
Inventors: ビンチュルイム，; ヒュンソーコ，; スンホパク，; セルゲイセルゲイェフ，; ビクターエルモラエフ，; アレクサンダーフラクスマン，
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: US20100027487A1; JP2010514331A; KR20080091936A; EP2080286B1; CN101578777B; EP2080286A1; KR101321295B1; CN101578777A; WO2008123662A1; US8351364B2; EP2080286A4; ATE543268T1

Description

本発明は、無線通信に関し、より詳しくは、多重アンテナを用いたシステムにおけるデータ伝送方法に関する。

最近、活発に研究されている次世代マルチメディア移動通信システムは、初期の音声中心のサービスに加えて、映像、無線データなどの多様な情報を処理して伝送することができるシステムが要求されている。

次世代移動通信システムは、制限された周波数資源を用いて、高品質、高容量マルチメディアデータが高速に伝送できなければならない。周波数資源の制限された無線チャネルで、これを可能にするためには、周波数効率を極大化すると共に、高速伝送時発生するシンボル間干渉(intersymbol interference)及び周波数選択的フェーディング(frequency selectivefading)を克服しなければならない。周波数効率(spectral efficiency)を極大化するために開発された技術のうち最も脚光を浴びていることがＭＩＭＯ(Multiple-InputMultiple-Output)技術である。

ＭＩＭＯ技術は大きく二つの目的に使われることができる。第一、チャネルのフェーディング環境による性能減少を縮めるためにダイバーシティ(diversity)利得を高める目的に用いられることができる。第二、同じ周波数帯域でデータ伝送率を上げる目的に用いられることができる。ＭＩＭＯ技術は、一つの送受信アンテナを使用するＳＩＳＯ(Single-InputSingle-Output)システムに比べて周波数帯域幅を増やすことなく、さらに多くのデータを送ることができる長所がある。次世代無線通信網は、高速データ伝送速度(２０Ｍｂｐｓ(bitper second)以上)が要求されるが、制限された帯域幅(１０〜２０ＭＨｚ)にこれを具現するためにはＭＩＭＯ技術が必須的に使われなければならない。

然しながら、ＭＩＭＯ技術は、送信機及び受信機の複雑度が増加するという短所がある。ＭＩＭＯシステムは、一つのアンテナのみを使用するシステムに比べて送信機及び受信機で行われる信号処理量が多くなるためである。ＢＬＡＳＴ(Bell Labs Layered Space Time)、ＳＴＢＣ(Space Time Block Code)、ＳＴＴＣ(SpaceTime Trellis Code)などは、システムの複雑度を縮め、また、送信機でチャネル情報を知る必要がないという点から開ループ(open-loop)システムである。ＳＶＤ(SingularValue Decomposition)に基づくＭＩＭＯシステムは、もう少し効率的であるが、送信機と受信機の両方のチャネル情報を知らなければならない閉ループ(closed-loop)システムである。

ＭＩＭＯ技術は、信号の多重経路伝播によって発生される非相関された(de-correlated)通信チャネルを得ることと関連している。最近、大部分の端末は一つのアンテナを有するが、ＭＩＭＯシステムは端末においても多重アンテナを必要とする。多重アンテナは、低い相互相関係数(cross-correlationcoefficient)および各アンテナにより受信される信号間に相対的に同じ信号強度レベル(signal strength level)が提供されるように設計されなければならない。二つの受信信号間の相互相関は、エンベロープ相関係数(envelopecorrelation coefficient；以下、ＥＣＣ)により特徴される。ＭＩＭＯシステムの高い効率性は、ＥＣＣが０.５より小さく、且つ各アンテナの平均受信パワーが同一な時、得られることができる。

ところが、ＥＣＣが小さくなることによってアンテナ間の距離は長くなる。ＭＩＭＯシステムの設計において重要な問題点のうち一つは端末の大きさである。端末の大きさは小さくなければならないため、アンテナ間の距離を増加させるのが難しい。この状態で一つ以上のアンテナをおくのは難しい。アンテナは、端末の最も大きい要素のうち一つであるためである。従って、ＭＩＭＯシステムを效率的に構成することができる方法が必要である。

本発明は、複数の端末に対してクラスタリング(clustering)を用いた多重アンテナシステムのデータ伝送方法を提供する。

また、本発明は、一つのアンテナを有する複数の端末を用いた多重アンテナシステムのデータ伝送方法を提供する。

一態様において、無線通信システムにおいてデータ伝送方法は、少なくとも一つの端末に、クラスタに属することを知らせるクラスタ割当メッセージを伝送する段階、及び前記クラスタに属する端末から前記クラスタ割当メッセージに対する応答を受信する段階、を含む。

他の態様において、協力的にデータを伝送する方法は、主端末から基地局に伝送されるデータを聴取し、前記主端末はクラスタに属して、前記クラスタは一つのアンテナを有する複数の端末を含む段階、前記基地局から前記データに対する再伝送要請を受信する段階、及び前記データに対する再伝送データを伝送する段階、を含む。

もう一つの態様において、データ伝送方法は、第１端末から前記データを受信する段階、前記データに対する再伝送要請を伝送する段階、前記第１端末から前記データに対する第１の再伝送データを受信する段階、及び前記第１端末の伝送する前記データを聴取した第２端末から前記再伝送要請に従って、前記データに対する第２の再伝送データを受信し、前記第１端末と前記第２端末は同じクラスタに属する段階、を含む。
本発明は、例えば、以下も提供する。
（項目１）
無線通信システムにおいてデータ伝送方法において、
少なくとも一つの端末に、クラスタに属することを知らせるクラスタ割当メッセージを伝送する段階；及び、
前記クラスタに属する端末から前記クラスタ割当メッセージに対する応答を受信する段階；
を含む方法。
（項目２）
前記応答を受信した後に前記クラスタに属する端末から同じデータを同時に受信する段階をさらに含む項目１に記載の方法。
（項目３）
前記応答を受信した後に前記クラスタに属する端末に同じデータを同時に伝送する段階をさらに含む項目１に記載の方法。
（項目４）
前記クラスタに属する主端末からアップリンクデータを受信する段階；
前記アップリンクデータに対する再伝送要請を伝送する段階；
前記主端末から前記アップリンクデータに対する再伝送データを受信する段階；及び、
前記クラスタに属する端末のうち前記主端末を除いた少なくとも一つの他の端末から前記アップリンクデータに対する再伝送データを受信する段階；
をさらに含む項目１に記載の方法。
（項目５）
前記主端末から伝送される再伝送データと前記他の端末から伝送される再伝送データは、異する加重値を有する項目４に記載の方法。
（項目６）
協力的にデータを伝送する方法において、
主端末から基地局に伝送されるデータを聴取し、前記主端末はクラスタに属して、前記クラスタは一つのアンテナを有する複数の端末を含む段階；
前記基地局から前記データに対する再伝送要請を受信する段階；及び、
前記データに対する再伝送データを伝送する段階；
を含む方法。
（項目７）
前記再伝送データと前記主端末の再伝送データは、異なる無線資源を使用する項目６に記載の方法。
（項目８）
データ伝送方法において、
第１端末から前記データを受信する段階；
前記データに対する再伝送要請を伝送する段階；
前記第１端末から前記データに対する第１の再伝送データを受信する段階；及び、
前記第１端末の伝送する前記データを聴取した第２端末から前記再伝送要請に従って、前記データに対する第２の再伝送データを受信し、前記第１端末と前記第２端末は同じクラスタに属する段階；
を含む方法。

複数の端末のクラスタリングに基づくＭＩＭＯシステムにより端末の大きさを増加することなく、小さいＥＣＣ(envelope correlation coefficient)を得ることができる。また、既存の少なくとも一つのアンテナを有する端末を介してＭＩＭＯシステムを容易に具現することができる。

無線通信システムを示すブロック図である。２×２ＭＩＭＯシステムのモデリングを示す。４×２ＭＩＭＯシステムのモデリングを示す。固有値の確率関数を示すグラフである。基地局からクラスタへのクラスタリング要請を示すフローチャートである。端末から基地局へのクラスタリング要請を示すフローチャートである。ＭＩＭＯシステムのフレーム構造の一例を示す。本発明の一実施例に係るデータ伝送方法を示すフローチャートである。再伝送にともなう無線資源割当を示す。

以下の技術は、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)システム、ＷＣＤＭＡ(Wideband CDMA)システム、ＦＤＭＡ(FrequencyDivision Multiple Access)システム、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)システム、ＯＦＤＭ(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)基盤システム、ＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access)システムなど、多様な通信システムに使われることができる。ＯＦＤＭは、システム帯域幅(system bandwidth)を複数の直交サブバンド(subband)に效率的に分割する多重搬送波変調技術である。前記サブバンドは、トーン(tone)、資源ブロック(resourceblock)、ビン(bin)などを参照することができる。各サブバンドは、データが変調される各々の副搬送波(subcarrier)と関連する(associate)。

図１は、無線通信システムを示すブロック図である。無線通信システムは、音声、パケットデータなどのような多様な通信サービスを提供するために広く配置される。

図１を参照すると、無線通信システムは、複数の端末(１０；User Equipment、UE)及び基地局(２０；Base Station、BS)を含む。端末(１０)は固定される、或いは移動性を有することができ、ＭＳ(Mobilestation)、ＵＴ(User Terminal)、ＳＳ(Subscriber Station)、無線機器(Wireless Device)等、他の用語とも呼ばれることができる。基地局(２０)は、一般的に端末(１０)と通信する固定された地点(fixedstation)をいい、ノードＢ(NodeB)、ＢＴＳ(Base Transceiver System)、アクセスポイント(Access Point)等、他の用語とも呼ばれることができる。一つの基地局(２０)には一つ以上のセルが存在することができる。

以下、ダウンリンク(downlink)は基地局(２０)から端末(１０)への通信を意味して、アップリンク(uplink)は端末(１０)から基地局(２０)への通信を意味する。

基地局(２０)は、自分の領域に属する端末(１０)に対してクラスタ(cluster)別にグループ化することができる。または、端末(１０)の周辺の端末と通信することによって自分が特定クラスタに属するように基地局(２０)に要請することができる。

クラスタは一定領域に属する端末(１０)の集合をいう。図面には２個のクラスタを示しているが、クラスタの数には制限がなく、クラスタに属する端末の数にも制限がない。ここでは、クラスタを端末(１０)の集合として表しているが、クラスタは、ソース送受信機(transceiver)をおき、前記ソース送受信機と通信する複数のターゲット送信機の集合を意味して、必ずしも端末に限定されない。

ダウンリンク伝送は、基地局(２０)からクラスタに進行され、アップリンク伝送は、クラスタから基地局(２０)に進行される。基地局(２０)は、多重アンテナを有することができ、端末(１０)は、少なくとも一つのアンテナを有することができる。基地局(２０)からクラスタに伝送が遂行される場合、クラスタ内の端末(１０)が少なくとも一つの受信アンテナ役割をするようになる。各端末(１０)は受信した信号をクラスタ内の他の端末に中継する。クラスタ内の端末(１０)は協力(cooperative)受信する。クラスタから基地局(２０)に伝送が遂行される場合、クラスタ内の端末(１０)が少なくとも一つの送信アンテナ役割をするようになる。クラスタ内の端末(１０)は協力伝送を介して基地局(２０)に信号を伝送する。従って、‘基地局-端末のクラスタ’への伝送はＭＩＭＯシステムのダウンリンク伝送が、‘端末のクラスタ-基地局’への伝送はＭＩＭＯシステムのアップリンク伝送と同様な構成になるといえる。

現在、大部分の人が少なくとも一つの端末(１０)を有する。従って、端末(１０)の密度は人口密度と略同じである。端末(１０)の最も高い密度は事務室やスーパーマーケットなどの都市環境で得られる。

‘基地局-端末のクラスタ’または‘端末のクラスタ-基地局’形態に伝送が行われる。各端末(１０)は少なくとも一つのアンテナを有する。近く位置した端末は、クラスタを形成してＭＩＭＯシステムにおける多重アンテナ送信機及び/または受信機として動作する。クラスタに属する端末は各端末に協力して(concurrently)動作する。クラスタ内で端末間の通信は端末と基地局間の通信と同じ構成が使われることができ、または他のよく知られた近距離通信技術、例えば、ブルートゥース(bluetooth)、ＩＥＥＥ(Instituteof Electrical and Electronics Engineers)８０２.１１標準にともなう無線ラン(wireless LAN(LocalArea Network))を使用することができる。

端末間の平均距離は、小さいＥＣＣ(Envelope Correlation Coefficient)の要求条件を十分に満たす程度に大きいとすることができる。クラスタ内の端末の数は、十分に大きい可能性(一般的に４以上)があるため、高い性能を得ることができる。従って、ＭＩＭＯ技法における並列伝送によりシステムスループット(throughtput)が増加することができる。また、信号フェーディングの減少によって受信信号の品質と信頼性が高まることができる。クラスタの有効ＳＮＲ(Signal-to-NoiseRatio)は、一つの端末のものより高くなって、基地局(２０)の有効範囲(coverage)がより広くなることができる。クラスタ内の端末は、同じ周波数で同じ時間に動作するため、異なる周波数と異なる時間の間隔を使用する従来システムに比べて周波数効率(spectralefficiency)がさらに高まることができる。提案されたシステムは追加的な電源供給を要求しない。提案されたシステムは拡張された周波数バンドを要求しない。

図２は、２×２ＭＩＭＯシステムのモデリングを示す。

図２を参照すると、２×２ＭＩＭＯシステムは、基地局における二つのアンテナと二つの端末で構成される。ここで、端末は一つのアンテナを有する。

チャネル行列(channelmatrix)Ｈは、下記の式１の通りである。

ここで、チャネルｈ_ｉｊは、ｉ番目端末のアンテナから基地局におけるｊ番目アンテナへのチャネルを示す。

チャネル行列Ｈの固有値(eigenvalue)λ_１、λ_２と固有ベクトル(eigenvector)Ｕ_１、Ｕ_２を下記の式のように求める。

ここで、(・)^Ｈはエルミート行列(Hermitianmatrix)、(・)^＊は複素共役(complex conjugate)である。

チャネル行列Ｈの２個の固有値を求めるためには下記の式を解かなければならない。

式３の解は、下記の通りである。

得られた固有値から、固有ベクトルは下記の式を用いて得ることができる。

式５の解は、下記の通りである。

固有ベクトルは、正規直交(orthonormal)である。即ち、ｉ＝jである時、Ｕ_ｉ ^ＨＵ_ｊ＝１、ｉ≠ｊである時、Ｕ_ｉ ^ＨＵ_ｊ＝０である。

アップリンクチャネルを介して同時に２個の信号ｃ_１、ｃ_２が伝送されると仮定する。ある端末は加重値ベクトル(weighting vector)

を使用して信号ｃ_１を伝送する。他の端末は加重値ベクトル

を使用して信号ｃ_２を伝送する。２個の加重値ベクトルは固有ベクトルＵ_１、Ｕ_２と同様に正規直交(orthonormal)である。クラスタから伝送される信号ベクトルＳは下記の式のように形成される。

固有ベクトルの性質ＨＨ^ＨＵ_ｉ＝λ_ｉＵ_ｉを用いると、基地局で受信される信号ベクトルＸは、下記の通りである。

これから、基地局における信号処理を考慮する。信号処理のために固有ベクトルとこれらの正規直交性質を用いる。即ち、受信信号雑音を考慮して、受信される信号ベクトルに各々固有ベクトルをかけると、次のようなアンテナ別受信信号を得ることができる。

ここで、ｄ_１、ｚ_１は１番目のアンテナに対する受信信号及び雑音、ｄ_２、ｚ_２は２番目のアンテナに対する受信信号及び雑音である。

従って、クラスタから基地局への二つの信号の伝送は、お互いに独立的、且つ同時に行われることができる。‘クラスタ-基地局’の通信は一般的なＭＩＭＯシステムと同じ方式に通信が遂行されることができる。ここでは‘クラスタ-基地局’のアップリンク伝送に対して記述しているが、‘基地局-クラスタ’のダウンリンク伝送に対しても同一に適用されることができる。

図３は、４×２ＭＩＭＯシステムのモデリングを示す。

図３を参照すると、４×２ＭＩＭＯシステムは、基地局における二つのアンテナと四つの端末で構成される。各端末は一つのアンテナを有する。このとき、チャネル行列(channel matrix)Ｈは下記の式１０の通りである。

固有値λ_１、λ_２と固有ベクトルＵ_１、Ｕ_２を求めるために下記の式を考慮する。

固有値は、下記の通りである。

固有ベクトルは、下記の通りである。

第１端末は加重値ベクトル

を使用して信号ｃ_１を伝送して、第２端末は加重値ベクトル

を使用して信号ｃ_２を伝送すると仮定する。信号処理後の受信雑音とＨＨ^ＨＵ_ｉ＝λ_ｉＵ_ｉである性質を考慮すると、アンテナ別受信信号は、下記の通りである。

ここで、ｄ_１、ｚ_１は、１番目のアンテナに対する受信信号及び雑音、ｄ_２、ｚ_２は２番目のアンテナに対する受信信号及び雑音である。

式９と式１４で伝送利得(transmission gain)は固有値により定義される。これは提案されたＭＩＭＯシステムにおける伝送は、固有チャネル(eigenchannel)を介した伝送として取り扱うことができることを意味する。

以下、固有チャネルの統計的特性(statistical property)を記述する。

図４は、固有値の確率関数を示すグラフである。レイリー(Reyleigh)フェーディングを仮定する時、２×２ＭＩＭＯと４×２ＭＩＭＯにおける固有値の確率関数(probabilityfunction)を表す。

図４を参照すると、４×２ＭＩＭＯの第１固有チャネルが最も大きい利得を有する。４×２ＭＩＭＯの第２固有チャネルは、確率０.８で１より大きい利得を有する。２×２ＭＩＭＯの第１固有チャネルは確率０.８で２より大きい利得を有する。２×２ＭＩＭＯの第２固有チャネルは確率０.８で２より低い利得を有する。

これから、より一般化されたＭＩＭＯシステムを考慮する。クラスタ内の端末の数をＭ、基地局におけるアンテナの数をＮといい、クラスタから基地局へのＯＦＤＭ信号伝送を考慮する。

周波数領域で、各周波数副搬送波に対して伝送される信号は、複素エンベロープ(complex envelope)ｓ(ｆ)として与えられる。クラスタで伝送される信号ｓ_１(ｆ),ｓ_２(ｆ),ｓ_３(ｆ),...,ｓ_Ｍ(ｆ)は列ベクトル(columnvector)Ｓ(ｆ)＝[ｓ_１(ｆ)ｓ_２(ｆ)ｓ_３(ｆ)...ｓ_Ｍ(ｆ)]^Ｔの形態で表すことができる。[・]^Ｔは転置(transpose)をいう。

ＯＦＤＭシステムにおいて信号長さ(signal duration)は、チャネルにおける最大遅延が信号長さより小さくように選択される。これは複素伝送係数の集合を用いてチャネルで各副搬送波信号の変換を考慮することができるようにする。Ｎ×Ｍチャネル行列Ｈ(ｆ)を用いて基地局で受信される信号Ｘ(ｆ)は、下記のように表すことができる。

ここで、Ｚ(ｆ)はシステム雑音に対するベクトルである。

チャネル行列Ｈ(ｆ)を知っていると仮定する。チャネル行列Ｈ(ｆ)のＳＶＤ(SingularValue Decomposition)を用いると、受信ベクトルＸ(ｆ)は、下記のように表すことができる。

ここで、Λ^０.５(ｆ)は、その対角成分(diagonal entry)がチャネル行列Ｈ(ｆ)の特異値(singularvalue)である対角行列(diagonal matrix)であり、Ｕ(ｆ)はＭ×Ｍユニタリ行列(unitary matrix)、Ｖ(ｆ)はＮ×Ｎユニタリ行列である。Λ(ｆ)は、その対角成分が行列Ｈ(ｆ)Ｈ^Ｈ(ｆ)の特異値である対角行列である。上添字Ｈはエルミート共役(Hermitian conjugate)を表す。

０でない(nonzero)特異値の数ＫはＫ≦ｍｉｎ(Ｍ,Ｎ)である。従って、Ｕ(ｆ)とＶ(ｆ)はＫ個の固有ベクトルを有する。

伝送される前に、ベクトルＳ(ｆ)はＳ(ｆ)＝Ｕ(ｆ)Ｃ(ｆ)変換から計算される。ここで、Ｃ(ｆ)はＫ次元ベクトルである。基地局で受信されるベクトルＸ(ｆ)はＤ(ｆ)＝Ｖ^Ｈ(ｆ)Ｘ(ｆ)に変換される。結果的に、下記の式を得ることができる。

ここで、Ｚ'(ｆ)＝Ｖ^Ｈ(ｆ)Ｚ(ｆ)である。雑音行列Ｚ'(ｆ)とＺ(ｆ)の統計的性質は同一である。

信号ベクトルＤ(ｆ)の要素は、下記のように表すことができる。

従って、Ｋ個の独立的な等式を得ることができる。これはＫ個の信号ｃ_１(ｆ),ｃ_２(ｆ),...,ｃ_Ｋ(ｆ)を独立的、且つ同時に(concurrently)伝送することができることを意味する。

基地局で受信されるＫ個の信号ｄ_１(ｆ),ｄ_２(ｆ),...,ｄ_Ｋ(ｆ)は、信号ｃ_１(ｆ),ｃ_２(ｆ),...,ｃ_Ｋ(ｆ)と利得要素(gainfactor)と追加雑音(additive noise)に従って異なる。従って、受信信号の検出はよく知られた方式に独立的に遂行されることができる。式１８の等式(equality)は、直交固有チャネルを介した情報の伝送として取り扱われることができることを示す。

提案されたＭＩＭＯシステムの長所は、下記の通りである。

(１)式１８の等式は、システムスループット(systemthroughput)がＭＩＭＯシステムにおける並列伝送により増加されることができることを示す。並列伝送される情報ストリームの数は、アンテナの数とチャネル特性(チャネル行列の０でない特異値の数)に従属される。

(２)受信情報の品質と信頼性の向上を説明するために‘端末-基地局’と‘クラスタ-基地局’を比較してみると、後者の場合、Ｍ個の端末が信号を同時に、且つ独立的に伝送するため、平均パワーがＭ倍に増加されることができる。その他、固有チャネルは送信及び受信ダイバーシティによって追加的な利得を有する。これは提案されたＭＩＭＯシステムにおける平均ＳＮＲがさらに高く、フェーディングが緩和されることを意味する。

(３)固有チャネルにおける高い平均ＳＮＲにより有効範囲がより広くなる。

(４)固有チャネルが直交するため、クラスタ内の端末は、同じ周波数で同じ時間に動作することができるため、周波数効率はさらに高まる。これに対し、従来システムにおいて、各端末は異する周波数または異する時間の間隔を使用するしかない。

(５)提案されたＭＩＭＯシステムは、端末からパワーの供給を受けて、追加的なパワーを要求しない。

(６)提案されたＭＩＭＯシステムは、スループットが固有チャネルを介して並列伝送によってのみ増加されることができるため、拡張された周波数バンドを要求しない。

端末における多重アンテナ具現は、小型によってアンテナ間の電磁気カップリング(electromagnetic coupling)の緩和と関連した重要な技術的問題のうち一つである。これは大きなＥＣＣと小さい効率をもたらす。端末のクラスタリングに基づくＭＩＭＯシステムによると、アンテナ間の小さい相関係数が容易にみたされ、クラスタ内の端末の数はクラスタが良い性能を提供するに十分多い。

既存の一つのアンテナを有する端末は、端末クラスタリングに基づくＭＩＭＯシステムに容易に更新されることができる。端末間の通信は、ブルートゥース(Bluetooth)やＩＥＥＥ８０２.１１などのような近距離ネットワークを介して行われることができる。

以下、基地局と端末間にクラスタ情報を交換するための方法に対して記述する。

図５は、基地局からクラスタへのクラスタリング要請を示すフローチャートである。

図５を参照すると、基地局はクラスタにクラスタ割当メッセージを伝送する(Ｓ２１０)。クラスタ割当メッセージとは、基地局が、どの端末がクラスタに属するかを各端末に知らせるメッセージである。クラスタは複数の端末の集合であるといえる。クラスタ割当メッセージは、ブロードキャスト(broadcast)チャネルまたはマルチキャスト(multicast)チャネルを介して各端末に伝送されることができる。ブロードキャストチャネルは、特定領域(例えば、セル及び/またはセクタ)内の全ての端末に送るものであり、マルチキャストチャネルは端末の特定グループに送るものをいう。

クラスタ割当メッセージを受信した各端末はクラスタ応答メッセージを基地局に伝送する(Ｓ２２０)。クラスタ応答メッセージは、各端末が特定クラスタに属することを基地局に知らせる。

図６は、端末から基地局へのクラスタリング要請を示すフローチャートである。

図６を参照すると、端末は基地局にクラスタ要請メッセージを伝送する(Ｓ３１０)。クラスタ要請メッセージは、端末が特定クラスタに加入することを基地局に要請するメッセージである。クラスタ要請メッセージは、アップリンク専用(dedicated)制御チャネルを介して伝送されることができる。端末は、周辺の端末を認知して、自分が属する基地局に周辺の端末と協力伝送するためにクラスタへの加入を基地局に要請する。

基地局はクラスタ応答メッセージを端末に伝送する(Ｓ３２０)。クラスタ応答メッセージは、端末が要請した特定クラスタに属することを承認する、或いは不許する情報を含む。

図７は、ＭＩＭＯシステムのフレーム構造の一例を示す。フレームは、物理的仕様により使われる固定された時間の間のデータシーケンスである。図７において、横軸はＯＦＤＭシンボル数を示し、縦軸はサブチャネルの論理的な数を示す。

図７を参照すると、フレームはダウンリンクフレームとアップリンクフレームとを含む。時間分割二重(Time Division Duplex)は、アップリンクとダウンリンク伝送が同一周波数を共有するが、相異する時間に起きる方式である。ダウンリンクフレームはアップリンクフレームより時間的に先立つ。ダウンリンクフレームは、プリアンブル(preamble)、ＦＣＨ(FrameControl Header)、ＤＬ(Downlink)-ＭＡＰ、ＵＬ(Uplink)-ＭＡＰ、バースト領域の順序に始まる。

アップリンクフレームとダウンリンクフレームとを区分するための保護時間(guard time)がフレームの中間部分(ダウンリンクフレームとアップリンクフレームとの間)と最後の部分(アップリンクフレームの次)に挿入される。ＴＴＧ(transmit/receivetransition gap)は、ダウンリンクバーストと、次の(subsequent)アップリンクバーストとの間のギャップである。ＲＴＧ(receive/transmittransition gap)はアップリンクバーストと、次のダウンリンクバーストとの間のギャップである。

プリアンブルは、初期同期、セル探索、周波数オフセット及びチャネル推定に使われる。ＦＣＨは、ＤＬ-ＭＡＰメッセージの長さとＤＬ-ＭＡＰのコーディング方式(coding scheme)情報とを含む。ＤＬ-ＭＡＰメッセージは、レンジング(ranging)区間の位置や各端末に割り当てられた資源を含み、ＵＬ-ＭＡＰメッセージは、アップリンク伝送に必要な情報を含む。

ダウンリンクメッセージであるクラスタ割当メッセージは、ダウンリンクフレームに含まれることができる。アップリンクメッセージであるクラスタ要請メッセージは、アップリンクフレームに含まれることができる。

一つのクラスタには別途のクラスタＣＩＤ(connection identifier)が割り当てられることができる。ＣＩＤ(connection identifier)は、基地局と端末のＭＡＣ(MediumAccess Control)階層における連結を確認する値をいい、基地局と端末間にはＣＩＤを介してお互いに区分する。各クラスタごとに一つのクラスタＣＩＤを割り当てて、基地局は、同じクラスタＣＩＤを伝送する端末を同じクラスタに属する端末に区分することができる。

図８は、本発明の一実施例に係るデータ伝送方法を示すフローチャートである。これはＨＡＲＱ(Hybrid Automatic Repeat Request)方式に基づく。ここでは、クラスタが３個の端末(ＵＥ１、ＵＥ２、ＵＥ３)を含むが、クラスタに含まれる端末の数には制限がない。

図８を参照すると、第１端末(ＵＥ１)が基地局にアップリンクデータを伝送する(Ｓ５１０)。同時に、クラスタ内の他の端末は、前記アップリンクデータを聴取する(listen)(Ｓ５２０)。第１端末(ＵＥ１)は、基地局にアップリンクデータを伝送するが、その周辺の第２端末(ＵＥ２)と第３端末(ＵＥ３)も前記アップリンクデータを受信することができる。

基地局は、アップリンクデータでエラーが検出された場合、ＮＡＣＫ(Negative-Acknowledgement)メッセージをクラスタに伝送する(Ｓ５３０)。ＮＡＣＫメッセージは、クラスタ内の全ての端末(ＵＥ１、ＵＥ２、ＵＥ３)を受信することができる。基地局は、エラーが検出されない場合、ＡＣＫ(Acknowledgement)メッセージを送ることができる。ＮＡＣＫメッセージは、アップリンクデータにおけるエラー発生を表すメッセージであり、また、クラスタに前記アップリンクデータの再伝送を要請する再伝送要請メッセージといえる。

クラスタ内の全ての端末は再伝送データを基地局に伝送する(Ｓ５４０)。第１端末(ＵＥ１)、第２端末(ＵＥ２)及び第３端末(ＵＥ３)が各々伝送する再伝送データは、加重値をおくことができる。加重値は、伝送パワー、変調及びコーディング方式などを含むことができる。第１端末(ＵＥ１)を主端末といい、主端末のデータを聴取した第２端末(ＵＥ２)及び第３端末(ＵＥ３)を補助端末という。主端末による再伝送データより補助端末による再伝送データの加重値をさらに低くすることができる。例えば、端末による再伝送データの伝送パワーより補助端末による再伝送データの伝送パワーをさらに低くすることができる。このような加重値は、基地局であるクラスタに別途のメッセージを介して知らせることができる。

基地局から再伝送要請のある場合、クラスタ内の端末間の協力伝送を介して再伝送データの信頼性を高めることができる。

たとえクラスタに属する端末であるとしても、アップリンクデータの聴取に失敗することがある。例えば、アップリンクデータを受信し、これのデコーディングに失敗した場合である。聴取に失敗した端末は、たとえ基地局からＮＡＣＫメッセージを受信しても、再伝送データを送らない。クラスタ内の端末のうち聴取に成功した端末が協力伝送に寄与する。

図９は、再伝送にともなう無線資源割当を示す。クラスタ内の端末は、初期伝送に使われた無線資源と同じ資源を介して再伝送することができる。または、クラスタ内の端末は、初期伝送に使われた無線資源と異なる資源とを介して再伝送することができる。

図９を参照すると、初期に第１端末(ＵＥ１)はアップリンク資源を介してアップリンクデータを伝送する。

再伝送時にクラスタ内の端末(ＵＥ１、ＵＥ２、ＵＥ３)は、初期伝送に使われたアップリンク資源と異なるアップリンク資源とを介して再伝送データを伝送する。再伝送時割り当てられる無線資源は、周波数資源だけでなく、時間資源及び/またはコード資源をお互いに異にすることができる。

アップリンク伝送が記述されているが、ダウンリンク伝送も同じ方式に遂行されることができる。即ち、基地局が主端末にダウンリンクデータを伝送して、クラスタ内の他の端末は、前記ダウンリンクデータを聴取する。主端末が基地局に前記ダウンリンクデータの再伝送を要請すると、他の端末は再伝送データを伝送することができる。

複数の端末のクラスタリングに基づくＭＩＭＯシステムにより端末の大きさを増加させることなく、小さいＥＣＣ(envelope correlation coefficient)を得ることができる。また、既存の少なくとも一つのアンテナを有する端末を介してＭＩＭＯシステムを容易に具現することができる。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェアまたはこれらの組合せにより具現されることができる。ハードウェア具現において、上述した機能を遂行するためにデザインされたＡＳＩＣ(application specific integrated circuit)、ＤＳＰ(digital signalprocessing)、ＰＬＤ(programmable logic device)、ＦＰＧＡ(field programmable gate array)、プロセッサ、制御機、マイクロプロセッサ、他の電子ユニットまたはこれらの組合せにより具現されることができる。ソフトウェア具現において、上述した機能を遂行するモジュールにより具現されることができる。ソフトウェアは、メモリーユニットに格納されることができて、プロセッサにより実行される。メモリーユニットやプロセッサは、当業者によく知られた多様な手段を採用することができる。

以上、本発明に対して実施例を参照して説明したが、該当技術分野の通常の知識を有した者は、本発明の技術的思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させて実施可能であることを理解することができる。従って、上述した実施例に限定することなく、本発明は特許請求の範囲内の全ての実施例を含む。

１０端末
２０基地局

Claims

無線通信システムにおいて協力的にデータを伝送する方法であって、
前記方法は、ユーザ機器により実行され、
前記方法は、
基地局からクラスタ割当メッセージを受信することであって、前記クラスタ割当メッセージは、クラスタを識別するためのクラスタ識別子を含み、前記クラスタ識別子は、主ユーザ機器及び前記ユーザ機器の両方に割り当てられている、ことと、
前記クラスタ内で前記主ユーザ機器から前記基地局に伝送されるアップリンクデータを聴取することと、
前記基地局から前記アップリンクデータに対する再伝送要請を受信することと、
同一周波数及び同一時間に、前記主ユーザ機器により伝送される再伝送データと、前記アップリンクデータに対する再伝送データを同時に伝送することと
を含み、
前記再伝送データの伝送パワーは、前記主ユーザ機器の再伝送データの伝送パワーよりも低い、方法。
前記再伝送データは、前記主ユーザ機器のアップリンクデータと異なる無線資源を使用する、請求項１に記載の方法。