JP4976858B2 - リレーベースのセルラ構成におけるリソース割当方法及び装置 - Google Patents

リレーベースのセルラ構成におけるリソース割当方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は通信システムにおけるリソース割当技術に関し、特にリレーベース（relay−based）のセルラでリソース割当を行う方法、及びこのリソース割当方法を用いる移動通信システムとリレー局に関する。
未来のセルラーネットワークは高いデータレート、広いカバレッジなどの特徴を有する。そのデータレートについて、国際電気通信連合の無線通信部門（ITU-R）M1645書類に係る要求に基づいて、低速移動ユーザ又は静止ユーザに対して1Gbpsに達し、高速移動ユーザに対して100Mbpsに達する要求されている。送信側パワー一定を既知とする前提で、送信される各ビットのエネルギーは送信されるデータレートと反比例する。つまり、データレートの絶えぬ向上に伴って、受信側の信号対雑音比Eb/Noが直線的に低下する。その結果、受信側がデータを正確に受信できなくなってしまう。これにより、セルのカバレッジに影響を与える。また、第三世代移動通信システム（3G）の動作周波数帯は2GHzであるが、次世代ネットワークに残された動作周波数帯は３Gの動作周波数帯より遥かに高く、例えば、約5GHzである。高い動作周波数帯は更に高いパスロスを引き起こし、且つ高い動作周波数帯はフェージングに対して更に敏感であることにより、セルのカバレッジ性能の悪化を促進している。
リレーは上記セルのカバレッジ悪化問題を解決する非常に有効的な方法の一つである。リレーの基本原理は容量との交換によってカバレッジを取得することである。リソース直交性の制限のため、リレー局は同じ周波数帯、コードチャネルで同時に異なる信号を送受信することができない。つまり、リレー局の受信と送信は直交的でなければならない。即ち、リレー局にとって異なる時間又は周波数帯で異なる信号を送受信することができる。ところが、遠近効果の影響のため、異なるコードチャネルを用いて異なる信号を送信することは一般に許可されない。
ここで、時分割デュプレックス、及び基地局からユーザまでの前方リンク（forward link）を例としてリレーの基本原理を更に説明する。伝統的なセルラーネットワークにおいて、ユーザに割り当てたタイムスロットはずっと基地局又はユーザによって信号の送信又は受信に用いられることができるが、リレーベースのセルラーネットワークにおいて、ユーザに割り当てたタイムスロットは二つの部分に分けられている。その中で、第一部分は基地局とリレー局間のデータ伝送に用いられ、第二部分はリレー局と移動端末間のデータ伝送に用いられている。従って、送信パワー一定の場合、同じ時間内に、リレーベースのセルラ構成におけるスループットは伝統的なネットワークの半分になる。以上は、リレー局が容量との交換によってカバレッジを取得する基本原理である。リレーベースのネットワークはセルのカバレッジを拡大することができる。換言すれば、同じ伝送距離の条件で、リレーベースネットワークは伝統的ネットワークよりシステムのパワー消耗を低減することができる。また、リレーは低いコスト、敷設しやすいなどのメリットを有している。具体的に、リレー設備が基地局設備より簡単であることで、基地局自分のコストが低減されている。なお、リレー局と基地局がワイヤレスリンクによって接続されて、光ファイバーネットワークを必要しないため、ネットワーク拡張のコストが更に節約される。
図１は四つのリレー局を含むセルラ構成を示す図である。図１におけるアクセスポイント（AP，Access Point）は一般にセルラ構成における基地局を指しており、各移動端末（MT，Mobile Terminal）は各ユーザを表しており、リレー局としての固定リレー局ステーション（FRS，Fixed Relay Station）はAPとMTとの間のデータ中継を実現している。一般に、リレーベースのセルラーシステムには一ホップユーザと二ホップユーザが含まれる。ここで、一ホップユーザは基地局によって直接にカバーされ得るユーザであって、リレー局の中継によらずに、直接に基地局と通信を行うことができる。例えば、図1におけるMT5、MT6とMT7である。二ホップユーザは基地局のカバレッジ以外に位置したユーザであって、これらのユーザにとってはリレー局の中継によってこそ基地局と通信を行うことができる。例えば、図1におけるMT1、MT2、MT3、MT4、MT8、MT9、MT10とMT11である。
以下、固定タイムスロット長さの時分割多元接続（TDMA）システムを例として、同時に移動端末がセル内に均一に分布されていると仮定してから、図１を参照して三種類の従来のリレーベースのセルラ構成におけるチャネル割当方法を紹介する。
第一チャネル割当方法で、基地局及び各リレー局は順に各ユーザにサービスを提供する。図2に示すように、このようなチャネル割当方法において、データ伝送に用いられるTDMAフレームには四つの長いタイムスロットと一つの短いタイムスロットが含まれる。前記四つの長いタイムスロット内で、基地局は各リレー局によってカバーされた二ホップユーザとのデータ伝送を、リレー局を経由して順に行う。前記短いタイムスロット内で、基地局はそのカバレッジ内の一ホップユーザ（例えばMT5）とデータ伝送を行う。ここで、各長いタイムスロットには二つの同じ長さの短いタイムスロットが更に含まれる。その中で、一つの短いタイムスロットは基地局とリレー局との間のデータ伝送に用いられ、一ホップタイムスロットとも称され、もう一つの短いタイムスロットはリレー局とこのリレー局によってカバーされたユーザとの間のデータ伝送に用いられ、二ホップタイムスロットとも称される。上記方法からわかるように、このチャネル割当方法ではチャネルリソースが再利用されなかったため、システムスループット及びチャネル利用率が非常に低い。
第二チャネル割当方法は下記の仮定に基づくものである。即ち、都市の環境下で、隣接する二つのリレー局は建物に隔てられることにより、各自にカバーされた移動端末とのデータ伝送を同時に行うことができる。例えば、FRS1とFRS2との間、及びFRS3とFRS4との間にそれぞれ建物があって、FRS1とFRS2、FRS3とFRS4はそれぞれ同時にデータを伝送することができると仮定する。この場合、図3に示すように、データ伝送に用いられるTDMAフレームフォーマットには総計七つの固定長さの短いタイムスロットが含まれる。ここで、前の四つの短いタイムスロット内で、基地局は順に各リレー局とデータ伝送を行う。隣接する二つのリレー局FRS1とFRS2は五つ目の短いタイムスロット内で同時に、各自にカバーされた二ホップユーザとデータ伝送を行う。隣接する他の二つのリレー局FRS3とFRS4は六つ目の短いタイムスロット内で同時に、各自にカバーされた二ホップユーザとタイムスロット伝送を行う。七つ目の短いタイムスロットは基地局とこの基地局にカバーされた一ホップユーザとの間のデータ伝送に用いられる。ここからわかるように、この方法では、システムのスループット及びチャネル利用率は一定の改善が図られた。
第三チャネル割当方法では、第二チャネル割当方法の仮定条件の上で、スマートアンテナとマルチチャネルの概念を更に導入した。図4に示すように、このようなチャネル割当方法において、データ伝送に用いられるTDMAフレームフォーマットには総計二つの固定長さの短いタイムスロットが含まれる。その中で、一つ目の短いタイムスロット内で、基地局はスマートアンテナを用いて三つの周波数帯を占用して、四つのリレー局にデータをパラレルに伝送する。二つ目の短いタイムスロット内で、隣接する二つのリレー局、例えばFRS1とFRS2及びFRS3とFRS4は、それぞれ一つの周波数帯を占用して、基地局は一つの周波数帯を占用して、それらによってカバーされた二ホップ又は一ホップユーザにデータをパラレルに送信する。
また、以下は可変タイムスロット長さの時分割多元接続（TDMA）システムを例として、図１を参照して他の三種類の従来のリレーベースのセルラ構成におけるチャネル割当方法を紹介する。ここで同様に、上記移動端末がセル内に均一に分布されていると仮定する。
第四チャネル割当方法で、基地局及び各リレー局は順に各ユーザにサービスを提供する。図5に示すように、データ伝送に用いられるTDMAフレームには四つの長いタイムスロットと一つの短いタイムスロットが含まれ、各タイムスロットに乗せられている内容は図2に示すフレーム構成と同じである。しかし、図５において、各長いタイムスロットに含まれる二つの短いタイムスロットの長さは等しくない。その目的は、前の短いタイムスロットにおける基地局とリレー局間のトラヒック量と、後ろの短いタイムスロットにおけるリレー局と移動端末間の通信トラヒックの大体同じを確保することにある。リレー局が受信アンテナゲインなど種々の要素の影響を受けるため、一般に、等量の情報が交互されれば、基地局とリレー局間のスループットはリレー局と移動端末間のスループットより多く、基地局とリレー局間のデータ伝送時間はリレー局と移動端末間のデータ伝送時間より少ない。従って、大体同じスループットを維持する前提で、各長いタイムスロットにおいて、一つ目の短いタイムスロットの長さは普通二つ目の短いタイムスロットの長さより小さい。ここで、第四チャネル割当方法でも第一チャネル割当方法のようにチャネルリソースが再利用されなかったので、そのシステムスループットとチャネル利用率が同様に非常に低い。
上記第二チャネル割当方法に対応して、第五チャネル割当方法も下記の仮定に基づくものである。即ち、都市の環境下で、隣接する二つのリレー局は建物に隔てられることにより、同時にリレー局から移動端末への伝送を行うことができる。この場合、図6に示すように、データ伝送に用いられるTDMAフレームフォーマットにも総計七つの短いタイムスロットが含まれ、且つ各タイムスロットに乗せられている内容は図3に示すフレーム構成と同じである。図3に比べて、その区別はただ、図6に示す七つの短いタイムスロットの長さが同じではないことだけである。ここで、基地局とリレー局間のデータ伝送に占用される短いタイムスロットの長さは、リレー局と移動端末、及び基地局と移動端末間のデータ伝送に占用される短いタイムスロットより遥かに小さい。
第六チャネル割当方法では、上記第五チャネル割当方法の仮定条件の上で、スマートアンテナとマルチチャネルの概念を更に導入した。データ伝送に用いられるTDMAフレームフォーマットは図4に示すフレームフォーマットと大体同じである。その区別はただ、その中の一つ目の短いタイムスロットの長さが一般に二つ目の短いタイムスロットの長さより小さいことだけである。
上記方法からわかるように、従来の第二、三、五及び第六チャネル割当方法において、チャネル再利用は行われたが、リレーベースのセルラ構成に空間の独立（spatial independence）リンクが存在するという本質的特性が利用されなかったため、この空間の独立性によってもたらされ得るリソース割当ゲインの有効利用ができない。これにより、システムリソースが一定程度浪費されてしまう。
上記の技術的問題を解決するため、本発明は、リレーベースのセルに空間の独立リンクが存在するという本質的特性を充分に利用することができ、この空間の独立性によってもたらされ得るスペースダイバーシティゲイン(space diversity gain)を有効に利用することにより、システムのスループット及びチャネル利用率を向上させる、リレーベースのセルにおいてリソース割当を行う方法を提供している。
また、本発明の上記リレーベースのセルラ構成におけるリソース割当方法を実現するため、本発明は上記方法を応用したリレーベースのセルラー移動通信システム及び当該システムに用いられるリレー局を提供している。これにより、リレーベースのセルラーネットワークに空間の独立リンクが存在するという本質的特性を利用してリソース割当を行うことができ、さらに、システムのスループット及びチャネル利用率を増大させている。
本発明の一アスペクトに基づいて、本発明に係るリレーベースのセルラ構成におけるリソース割当方法は、
ネットワークにアクセスしている移動端末が、基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報をモニターして自分が一ホップユーザであるかそれとも二ホップユーザであるかを判断して、自分が二ホップユーザであると判断すれば、受信された報知情報に基づいて自分がどのリレー局のカバレッジに属するかを判断し、且つ自分の所属するリレー局情報を当該リレー局を経由して基地局にフィードバックするステップaと、
前記基地局が、現在の移動端末にリソース割当準則に基づいてチャネルを割当て、且つ割当てたチャネルを当該移動端末の所属するリレー局を経由して前記移動端末に指示するステップbと、
前記基地局及び前記移動端末が、割当てられたチャネルを用いてデータ伝送を行うステップcと、を含む。
ステップaにおいて前記基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報をモニターすることは、
基地局が報知チャネルで報知情報を周期的に報知するステップa1と、
基地局のカバレッジ内にあるリレー局が、基地局によって報知される報知情報を受信した後、基地局からの報知情報をそのカバレッジ内の移動端末に転送するステップa2と、
ネットワークにアクセスしている移動端末が、基地局によって送信される報知情報及びリレー局によって転送される報知情報を受信するステップa3と、を含む。
ステップaにおいて、前記移動端末は、受信された基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報の信号対干渉電力と雑音比又は受信電力を測定することによって、自分が一ホップユーザであるかそれとも二ホップユーザであるかを判断し、
ステップaにおける前記判断は具体的に、
前記移動端末が、受信された基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報の信号対干渉電力と雑音比を測定するステップa4と、
その中から最大の信号対干渉電力と雑音比を有する報知情報を検索して、当該報知情報が基地局からのものであれば、当該移動端末は自分が一ホップユーザであると判断し、当該報知情報があるリレー局からのものであれば、当該移動端末は自分が二ホップユーザであると判断するステップa5と、を含む。
ステップaにおいて、前記自分がどのリレー局のカバレッジに属するかを判断する移動端末は、最大の信号対干渉電力と雑音比を有する報知情報に付けられているリレー局の特徴情報に基づいて当該報知情報を転送したリレー局を識別し、且つ自分が当該リレー局のカバレッジに属すると判断する。
前記特徴情報は各リレー局が報知する際に用いられる異なる時間及び/又はコードチャネル及び/又はチャネルの情報である。
ステップbにおける前記リソース割当準則は、異なるリレー局のカバレッジ内に属する移動端末だけに同じチャネルを割当て、同じチャネルを多くて二つの移動端末だけに割当てることを含む。
ステップbにおいて前記現在の移動端末にチャネルを割当てることは、
基地局が、移動端末の所属するリレー局に基づいて、本セルのチャネルリソース割当て表の中で、前記移動端末の所属するリレー局と異なるリレー局の有するチャネルリソースを検索し、見つけたら、ステップｂ12を実行し、見つけなかったら、ステップｂ13を実行するステップb11と、
見付けられたチャネルリソースに再利用できるチャネルリソースがあるかどうかを判断して、あれば、当該移動端末にその中から一つの再利用できるチャネルを割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新し、なければ、ステップｂ13を実行するステップb12と、
現在の移動端末にチャネルを割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新するステップb13と、を含む。
前記リソース割当準則は、一つ以上の再利用できるチャネルリソースがある場合に、現在アクセスしている移動端末の信号対干渉電力と雑音比に一番近いチャネルを割当てることを、更に含む。
前記方法は、
リレー局が、基地局からリレー局までの信号対干渉電力と雑音比を周期的に測定し、且つ移動端末によって測定されたリレー局から各移動端末までの信号対干渉電力と雑音比を周期的に受信して、基地局に報告することと、
基地局が、リレー局によって報告された信号対干渉電力と雑音比に基づいて、自分が記録する本セル内チャネルリソース割当て表の中の、各移動端末によって占用されるチャネルリソース情報を更新することとを、更に含み、
ステップbにおいて、前記現在の移動端末にチャネルを割当てることは、
アクセスしている移動端末の所属するリレー局に基づいて、前記チャネルリソース割当て表の中で、前記移動端末の所属するリレー局と異なるリレー局の有するチャネルリソースを検索して、このようなチャネルリソースを見つけたら、ステップｂ22を実行し、見つけなかったら、ステップｂ24を実行するステップb21と、
見付けられたチャネルリソースに再利用できるチャネルリソースがあるかどうかを判断して、あれば、ステップｂ23を実行し、なければ、ステップｂ24を実行するステップｂ22と、
一つ以上の再利用できるチャネルリソースがあるかどうかを判断して、あれば、それぞれ、再利用できるチャネルリソースの信号対干渉電力と雑音比と、現在アクセスしている移動端末に対応する信号対干渉電力と雑音比とを比較して、その中から現在アクセスしている移動端末の信号対干渉電力と雑音比に一番近いチャネルを現在移動端末に割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新し、なければ、当該再利用できるチャネルを現在アクセスしている移動端末に割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新するステップb23と、
現在の移動端末にチャネルを割り当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新するステップb24と、を含む。
前記現在アクセスしている移動端末の信号対干渉電力と雑音比に一番近いチャネルを現在移動端末に割当てることは具体的に、
を満足する移動端末によって占用されるチャネルを現在アクセスしている移動端末に割当てることであり、
ここで、min( )関数は最小値演算を表し、abs( )関数は絶対値演算を表し、
は現在ネットワークにアクセスしている移動端末の第yホップタイムスロット内の信号対干渉電力と雑音比を表し、
は本セルのもう一つ移動端末の第yホップタイムスロット内の信号対干渉電力と雑音比を表し、yの値は1又は2である。
時分割多元接続システムにおいて、前記チャネルリソースはタイムスロットであり、
ステップｃにおいて、前記基地局及び前記移動端末が、割当てられたチャネルを用いてデータ伝送を行うことは、
二つの二ホップ移動端末に二つの短いタイムスロットリソースを割当、一つ目の短いタイムスロットを、同時に、前記二つの移動端末中の一つ目移動端末の第一ホップタイムスロット及び二つ目移動端末の第二ホップタイムスロットとし、二つ目の短いタイムスロットを、同時に、前記一つ目移動端末の第二ホップタイムスロット及び前記二つ目移動端末の第一ホップタイムスロットとする、ことを含む。
前記短いタイムスロットリソースは時分割多元接続システムにおける基本的なタイムスロットリソースである。
前記短いタイムスロットリソースは時分割多元接続システムにおける基本タイムスロットを二つのタイムスロットに分けた短いタイムスロットである。
ステップｃにおける前記データ伝送のプロセスで、リレー局は、データパケットを受信した後、現在受信したデータパケットが自分によって転送されるべきであるかどうかを判断して、自分によって転送されるべきであれば、当該データパケットを転送し、そうでなければ、当該データパケットを捨てる。
また、本発明の他の部分に基づいて、本発明は各セルには、一つの基地局、一つ以上のリレー局及び移動端末が含まれるリレーベースの移動通信システムを提供している。
ここで、前記基地局は、本セルのチャネルリソース割当て表を記録し、本セルにアクセスする移動端末に、当該チャネルリソース割当て表に基づいてチャネルを割当て、
前記リレー局は、
基地局又は移動端末からの受信信号を、前記リレー局が受信する際に受信し、送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に基地局又は移動端末に送信するアンテナと、
前記受信した信号に対してダウンコンバータ、復調及び復号化などの操作処理を行い、処理後のデータを転送するかどうかを判断する受信素子と、
前記受信素子によって処理された、転送する必要のあるデータに対して符号化、変調及びアップコンバータ処理を行い、送信待ちの信号を生成する送信素子と、
前記送信素子によって生成された送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に前記アンテナに出力し、前記アンテナによって受信された信号を、前記リレー局が受信する際に前記受信素子に接続して、リレー局の送信と受信機能間の変換を実現する送受信変換スイッチと、を更に備える。
前記リレー局における受信素子は、
受信信号に対してダウンコンバータ処理を行うダウンコンバータモジュールと、
ダウンコンバータモジュールによってダウンコンバータ処理された後の信号に対して復調を行う復調モジュールと、
復調モジュールによって復調された後の信号に対して復号化を行う復号化モジュールと、
復号化モジュールによって復号化された後で得られるデータに対して識別を行い、かつ、転送する必要があるかどうかを判断する識別モジュールと、を更に備える。
前記リレー局における送信素子は、
受信素子からの、転送する必要のあるデータに対して符号化を行う符号化モジュールと、
符号化モジュールによって符号化された後のデータに対して変調を行う変調モジュールと、
変調モジュールによって変調された後の信号に対してアップコンバータ処理を行うアップコンバータモジュールと、を更に備える。
本発明の他のアスペクトに基づいて、本発明はリレー局を提供している。当該リレー局は、
基地局又は移動端末からの受信信号を、前記リレー局が受信する際に受信し、送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に基地局又は移動端末に送信するアンテナと、
前記受信した信号に対してダウンコンバータ、復調及び復号などの操作処理を行い、処理後のデータを転送するかどうかを判断する受信素子と、
受信素子によって処理された、転送する必要のあるデータに対して符号化、変調及びアップコンバータ処理を行い、送信待ちの信号を生成する送信素子と、
前記送信素子によって生成された送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に前記アンテナに出力し、前記アンテナによって受信された信号を、前記リレー局が受信する際に前記受信素子に接続して、リレー局の送信と受信機能間の変換を実現する送受信変換スイッチと、を更に備える。
前記受信素子は、
受信信号に対してダウンコンバータ処理を行うダウンコンバータモジュールと、
ダウンコンバータモジュールによってダウンコンバータ処理された後の信号に対して復調を行う復調モジュールと、
復調モジュールによって復調された後の信号に対して復号化を行う復号化モジュールと、
復号化モジュールによって復号化された後で得られるデータに対して識別を行い、かつ、転送する必要があるかどうかを判断する識別モジュールとを、更に備える。
前記送信素子は、
受信素子からの、転送する必要のあるデータに対して符号化を行う符号化モジュールと、
符号化モジュールによって符号化された後のデータに対して変調を行う変調モジュールと、
変調モジュールによって変調された後の信号に対してアップコンバータ処理を行うアップコンバータモジュールと、を更に備える。
ここからわかるように、本発明のリソース割当方法とリレーベースの移動通信システムにおいて再利用できるチャネルリソースを、リソース割当準則を利用して，ネットワークにアクセスしている移動端末に割当てることにより、リレーベースのセルラーネットワークに空間の独立リンクが存在するという本質的特性を充分に利用し、この空間の独立性によってもたらされ得るスペースダイバーシティゲインを有効に利用することができ、システムのスループットを向上させている。
具体的に、本発明の上記方法では、それぞれ二つのリレー局によってカバーされる二つの移動端末中の、一移動端末の第一ホップタイムスロットと第二ホップタイムスロット、及びもう一つ移動端末の第二ホップタイムスロットと第一ホップタイムスロットを再利用することにより、同じチャネルリソースを二つの移動端末に割当てることを可能にし、さらに、システムのスループット及びチャネル利用率を大いに向上させることを可能にしている。
また、本発明の上記方法によって提出される固定タイムスロット長さのフレームフォーマットでは、一ホップユーザによって占用されるタイムスロット長さと二ホップユーザの長いタイムスロット中の短いタイムスロット長さが同じであると仮定することにより、各ユーザに基地局との同じ通信能力を具備させることにより、ユーザ分布が均一の場合、各ユーザ間の公平性を確保することができる。
本発明の目的、技術方案とメリットを更に明確にするため、以下、図面を参照し、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
リレーベースのセルラーネットワークに空間の独立リンクが存在するという本質的特性を充分に利用し、この空間の独立性によってもたらされ得るスペースダイバーシティゲインを有効に利用するために、本発明では、まず、リレーベースのセルにおいてリソース割当を行う方法を提供している。当該方法は図7に示すように、主に下記のステップを含む。
ステップ Aで、ネットワークにアクセスしている移動端末は、基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報をモニターし、モニターした報知情報に基づいて自分が基地局によって直接にカバーされた一ホップユーザであるか、それともリレー局にカバーされた二ホップユーザであるかを判断する。
リレーベースのセルラー移動通信システムにおいて、基地局はその報知チャネルで報知情報を周期的に周知する。当該基地局のカバレッジ内のリレー局は基地局によって報知される周知情報を受信した後、基地局からの報知情報を転送していく。従って、前記ステップAにおいて、ネットワークにアクセスしている移動端末は基地局によって送信される、及びリレー局によって転送される報知情報をモニターすることができる。
また、本ステップAにおいて、前記移動端末は、受信された、基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報の信号対干渉電力と雑音比（SINR，Signal-to-interference-plus-noise Ratio）又は受信電力を測定することによって、自分が一ホップユーザであるか、それとも二ホップユーザであるかを判断する。
上記判断する具体的な方法は、
前記移動端末が、受信された、基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報のSINRを測定するステップA1と、
その中から最大のSINRを有する報知情報を検索して、当該報知情報が基地局からのものであると判断したら、当該移動端末は自分が一ホップユーザであると判断し、当該報知情報が当該セル内のあるリレー局からのものであると判断したら、当該移動端末は自分が二ホップユーザであると判断するステップA2と、を含む。
ステップBで、前記移動端末は自分が二ホップユーザであると判断すれば、さらに、受信された報知情報に基づいて自分がどのリレー局のカバレッジに属するかを判断し、且つ自分の所属するリレー局情報を、自分の所属するリレー局を経由して基地局にフィードバックする。
基地局からの報知情報を転送するとき、前記リレー局がそれ自分を唯一に標識できる特徴情報を前記報知情報に追加するため、ステップAに対応して、前記移動端末は、最大のSINRを有する報知情報を見付けた後、更に、報知情報に付けられているリレー局特徴情報に基づいて当該報知情報がどのリレー局からのものであるかを識別することができ、これにより、自分の所属するリレー局を判断することを可能にする。自分の所属するリレー局を判断した後で、移動端末が現有のパブリックチャネルを経由して自分によって測定されたSINR及び自分の所属するリレー局情報を当該リレー局に報知し、当該リレー局が受信した情報を基地局に転送することにより、当該移動端末の所属するリレー局が基地局に知られることが可能になる。
ここで、前記特徴情報は、各リレー局が報知する際に用いられる各リレー局を唯一に標識できる異なる時間及び/又はコードチャネル（code channel）及び/又は周波数チャネル(frequecy channel)など情報であっていい。上記特徴情報によって、移動端末は受信された報知情報が基地局からのものであるか、それともリレー局からのものであるかを簡単に識別でき、リレー局からのものであれば、受信された報知情報がどのリレー局からのものであるかを当該特徴情報に基づいてさらに判断することもできる。
以下、前記特徴情報が異なる時間であることを例として、移動端末が如何にして異なる時間に示された特徴情報を用いることによって、受信された報知情報のソースを識別するかを詳細に説明する。
報知チャネルにおいては、報知情報が周期的に送信されるものであるけれども、すべての時間軸を占用していないため、報知情報の送信が終わった後で、リレー局数（ｎ）と同じ個数の固定長さのタイムスロットを定義し、各タイムスロット内で、相応のリレー局によって前記報知情報が報知されることができる。こうして、移動端末は、受信された報知情報の時間に基づいて受信された報知情報が基地局からのものであるか、それともある特定のリレー局からのものであるかを識別することができるようになった。
また、本発明のもう一つの好ましい実施例において、各リレー局は上記固定長さのタイムスロットで、基地局の報知情報を転送せずにシンボルシークエンス等のような自分を唯一に標識できる特定情報を送信しても良い。こうして、移動端末は依然として受信された情報の時間に基づいて情報のソースを判断でき、且つ各固定タイムスロットの長さを大いに短縮でき、これによって、システムのリソースを節約している。当該実施例において、各リレー局は任意の自己定義する他の時間で基地局の報知情報を転送することができる。
ステップCで、前記基地局はリソース割当準則に基づいて現在の移動端末のためにチャネルを割当て、割当てたチャネルを、相応のリレー局を経由して前記移動端末に指示する。
ステップDで、前記基地局及び前記移動端末は割当てられたチャネルを用いてデータ伝送を行う。ここで、一般に、基地局及び前記移動端末は当該移動端末の所属するリレー局を経由してデータ伝送を行う。
上記ステップDにおける上記データ伝送のプロセスにおいて、リレー局は、データパケットを受信した後、現在受信したデータパケットが自分によって転送されるべきであるかどうかを更に判断して、自分によって転送されるべきであれば、当該データパケットを転送し、そうでなければ、何の操作もせずに当該データパケットを捨てる。
上記ステップCにおける前記リソース割当準則には、主に以下のことが含まれる。
1）同じチャネルを異なるリレー局のカバレッジ内に属する移動端末だけに割当てる。
その原因は以下の通りである。
リレー局は半二重で動作するものである。即ち、同じ時間と周波数リソースで同時に送受信できない。このとき、同じリレー局のカバレッジに属する二つのユーザに同じチャネルを割当てると、リレー局が基地局からの情報を受信すると共にユーザに情報を送信しなければならないことが出るが、これは一般に許可されない。無線周波数（radio frequency）の送信信号の強度が受信信号の強度より100〜120dBm高いため、この場合、受信信号が送信信号に完全に埋もれられることになる。その結果、リレー局が正確に受信できなくなってしまう。
2）同じチャネルを最大二つの移動端末だけに割当てる。
その原因は以下の通りである。
二つより多いユーザ、例えば、三つのユーザに同じチャネルを割当てると、あるタイムスロットで基地局が同時に異なる信号を二つのリレー局に送信する状況が出るが、同じチャネルであると共にマルチアンテナを使用しない条件において、このような状況は実現できないものになる。
3）可変長さのタイムスロットを使用するシステムにおいて、一つ以上の再利用できるチャネルがあるとき、次式（1）を満足する移動端末を選択して現在アクセスしている移動端末と同じチャネルを割当てる。
ここで、min( )関数は最小値演算を表し、abs( )関数は絶対値演算を表し、
は現在ネットワークにアクセスしている移動端末の第yホップタイムスロット内のSINRを表し、
は本セルのもう一つ移動端末の第yホップタイムスロット内のSINRを表し、yの値は1又は2である。
式（1）からわかるように、リソース割当準則3）は実質上は、現在ネットワークにアクセスしている移動端末の第一ホップタイムスロットとセル内もう一つ移動端末の第二ホップタイムスロットのSINR差の絶対値と、当該もう一つ移動端末の第一ホップタイムスロットと前記現在ネットワークにアクセスしている移動端末の第二タイムスロットのSINR差の絶対値と、の和が最小である条件を満足する移動端末を選択して現在ネットワークにアクセスしている移動端末と同じチャネルを割当てることである。つまり、現在ネットワークにアクセスしている移動端末のSINRに一番近い移動端末を選択して上記ネットワークにアクセスしている移動端末と同じチャネルを割当てる。
その原因は以下の通りである。
タイムスロット長が調節でき、かつ、各タイムスロットのトラヒック量が大体同じである前提で、二つの二ホップユーザに同じチャネルを割当てると、割当てた後のタイムスロット長がスループットの低いユーザ（即ち、長さの比較的長いタイムスロット）のタイムスロット長になるべきである。また、SINRは一般的にスループットに影響を与えるキーパラメータの一つであるため、大抵この二つのタイムスロットの長さを表徴することができる。従って、前記リソース割当準則はSINRの一番近い二つのタイムスロットを選択して再利用することにより、再利用された後で無駄な時間をできる限り減少させ、チャネル利用率を向上させている。ここからわかるように、当該準則は可変タイムスロット長のシステムのみに適用される。
説明すべきものとして、上記ステップCにおいて、現在アクセスしている移動端末にチャネルを割当てるため、基地局は本セルのチャネルリソース割当て表を記録する必要がある。当該チャネル割当て表には、少なくとも以下の項目が含まれ、即ち、移動端末の識別子と、所属するリレー局の識別子と、占用されるチャネルリソース及び当該チャネルリソースが再利用できるかどうかである。上記チャネルリソースが再利用できるかどうかという項目は上記割当準則2）によって判断されるものである。即ち、二つの移動端末に同じチャネルを割当てた後、当該チャネルリソースは再利用され得ないものと標識される。
表１はTDMAシステムにおいて基地局が記録するチャネルリソース割当て表の一例を示している。表１の中で、チャネルリソースという項目は具体的に移動端末によって占用されるタイムスロットとして表される。
上記表１からわかるように、現在のセル内には合わせて五つの移動端末がアクセスされている。即ち、移動端末１、移動端末2、移動端末3、移動端末4と移動端末５である。ここで、移動端末１はリレー局1のカバレッジに属し、タイムスロット1を占用してデータ伝送を行う。移動端末2はリレー局2のカバレッジに属し、タイムスロット2を占用してデータ伝送を行う。移動端末3はリレー局3のカバレッジに属し、タイムスロット3を占用してデータ伝送を行う。移動端末4はリレー局4のカバレッジに属し、タイムスロット1を占用してデータ伝送を行う。移動端末5はリレー局1のカバレッジに属し、タイムスロット4を占用してデータ伝送を行う。割当準則2）に基づいて、移動端末１と移動端末４はみなタイムスロット１を占用しているため、他の移動端末と再利用を行うことができないが、他の移動端末に占用されているタイムスロット、例えばタイムスロット2と、タイムスロット3と、タイムスロット４は再利用できる。
上記準則に基づいて、本セルのチャネルリソース割当て表を参照してから、基地局は上記ネットワークにアクセスしている移動端末の所属するリレー局及びSINRなどの情報に基づいて当該移動端末にチャネルを割当てることができる。基地局が移動端末にチャネルを割当てる具体的な方法は、主に下記のステップを含む。
ステップC1で、基地局は、アクセスしている移動端末の所属するリレー局に基づいて、自分が記録する本セルのチャネルリソース割当て表を検索し、判断して、その中から前記移動端末の所属するリレー局と異なるリレー局の有するチャネルリソースを検索して、このようなチャネルリソースが見つけたら、ステップC2を実行し、見つけなかったら、ステップC4を実行する。
当該ステップは実質上は上記割当準則1）に基づいて行われたものである。即ち、同じチャネルを異なるリレー局のカバレッジ内に属する移動端末だけに割当てる。
ステップC2で、ステップC1において見付けられたチャネルリソースに再利用できるチャネルリソースがあるかどうかを判断して、あれば、ステップC3を実行し、なければ、ステップC４を実行する。
当該ステップは実質上は上記割当準則2）に基づいて行われたものである。即ち、同じチャネルを最大二つの移動端末だけに割当てる。
ステップC3で、当該移動端末にその中から一つの再利用できるチャネルを割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新する。
ステップC4で、現在の移動端末にチャネルを割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新する。ここで、一般に現在の移動端末に新しい直交チャネルリを割当てる。
こうして、基地局は現在ネットワークにアクセスしている移動端末にチャネルを割当てた。
現在のシステムが可変タイムスロット長のシステムであれば、ステップC2で、再利用できるタイムスロットがあると判断した後、基地局はC3を実行せずに、次にステップC５を実行する。
ステップC5、C６で、一つ以上の再利用できるチャネルリソースがあるかどうかを判断して、あれば、ステップC7を実行し、なければ、ステップC6を実行して、当該再利用できるチャネルを現在アクセスしている移動端末に割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新する。
ステップC7で、再利用できるチャネルリソースの所有するSINRと、現在アクセスしている移動端末に対応するSINRとをそれぞれ比較して、その中から現在アクセスしている移動端末のSINRに一番近いチャネルを現在移動端末に割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新する。
図８は上記可変タイムスロット長のシステムにおいて、基地局が現在ネットワークにアクセスしている移動端末にチャネルを割当てる方法のフローチャートである。
上記ステップC5、C6とC7は実質上は割当準則3）に基づいて行われたものでる。ここからわかるように、上記操作を完成するため、基地局が記録するチャネルリソース割当て表には、各移動端末によって占用されるチャネルリソースのSINRが更に含まれる必要がある。これにより、基地局が各移動端末によって占用されるSINRを適時に取得することを可能にするため、上記方法は、
リレー局が、基地局からリレー局までのSINRを周期的に測定し、移動端末によって測定された、リレー局から各移動端末までのSINRを周期的に受信し、基地局に周期的に報知する必要があることと、
基地局が、リレー局によって報知された、各移動端末によって占用されるチャネルリソースのSINRに基づいて、前記チャネルリソース割当て表の中で各移動端末によって占用されるチャネルのSINRを更新することとを更に含む。
表2は可変タイムスロット長のTDMAシステムにおいて基地局が記録するチャネルリソース割当て表の一例を示している。表2の中で、チャネルリソースという項目は具体的に移動端末によって占用されるタイムスロットとして表される。表2からわかるように、基地局が記録するチャネルリソース割当て表には、各移動端末によって占用されるチャネルリソース、及び当該チャネルリソースにおける第一ホップタイムスロットと第二ホップタイムスロットのSINRが記録されている。
以下、例を挙げて可変タイムスロット長のシステムにおいて、基地局が上記方法を採用して移動端末にチャネルを割当てる実例を説明する。
ここで、現在基地局が記録する本セルのチャネルリソース割当て表が上記表２に示すとおりであると仮定すると共に、リレー局3のカバレッジ内にある移動端末6がネットワークにアクセスしていると仮定する。
そうすれば、上記ステップC１において、基地局はリレー局３ではないリレー局の有するチャネルリソースを表2の中で検索して、タイムスロット1、タイムスロット2とタイムスロット4を得る。
次に、ステップC2において、基地局はそれぞれタイムスロット1、タイムスロット2とタイムスロット4が再利用できるかどうかをチェックする。その結果、タイムスロット１は再利用できないが、タイムスロット2とタイムスロット４は再利用できる。
次に、ステップC５〜C７において、基地局は、現在アクセスしている移動端末のSINRをそれぞれ再利用できるタイムスロットの第一ホップと第二ホップのタイムスロットのSINRと比較する。現在アクセスしている移動端末のSINRが10.5と8であるため、割当準則3）の式１に基づいて、計算によってタイムスロット2のSINAが移動端末6に一番近いことが得られることにより、タイムスロット2を現在移動端末のチャネルリソースとして選択する。
最後に、チャネルリソースの割当て結果に基づいて、本セルのチャネルリソース割当て表を更新する。このとき、割当準則２）に基づいたら、タイムスロット2が再利用できないため、タイムスロット2に対応する再利用できるかという項目を全部「NO」に直す。更新後のチャネルリソース割当て表は表3に示すとおりである。
ここからわかるように、上記チャネル割当ての操作を経てから、基地局は現在ネットワークにアクセスしている移動端末に例えば、タイムスロット2を割当てる。
特に説明すべきものとして、上記チャネルリソース割当方法によって各二ホップユーザのために割当てられたタイムスロットが実際に前述した長いタイムスロットであり、当該長いタイムスロットに二つの短いタイムスロットが更に含まれ、そのうち、一つの短いタイムスロットが基地局からリレー局へのデータ伝送に用いられ、即ち第一ホップタイムスロットであり、もう一つの短いタイムスロットがリレー局から基地局へのデータ伝送に用いられ、即ち第二ホップタイムスロットである。従って、このような二つのユーザに同じチャネルを割当てるとき、同じ時刻で基地局が一つの移動端末だけと通信を行うことを確保するために、一つ目のユーザの第一ホップタイムスロットと二つ目のユーザの第二ホップタイムスロットを上記長いタイムスロットの一つ目のタイムスロットに再利用し、二つ目のユーザの第一ホップタイムスロットと一つ目のユーザの第二ホップタイムスロットを上記長いタイムスロットの二つ目の短いタイムスロット内に割当 再利用する方式を採用することができる。これにより、二つのユーザが同じタイムスロットを利用することが実現される。
以下、図1に示す各セルに四つのリレー局が含まれるTDMAシステムを例として本発明のリソース割当方法を詳細に説明する。
下記の実施例では、それぞれ従来の二つの異なるTDMAフレーム構成、即ち固定タイムスロット長のTDMAフレーム構成及び可変タイムスロット長のTDMAフレーム構成に対して、本発明の上記リソース割当方法によって再利用した後で使用されるTDMAフレーム構成を詳細に説明する。同様に、移動端末が前記セル内に均一に分布されていると仮定する。
（実施例１）
実施例１において、図2に示すフレーム構成に対してリソース割当を行う。図2に示すフレーム構成に対して、本発明の上記リソース割当方法を採用しては図9に示すフレーム構成を得ることができる。このようなフレーム構成はいかなるネットワーク状況に適用される。図9からわかるように、上記フレーム構成には合わせて五つの短いタイムスロットが含まれる。そのうち、一つ目の短いタイムスロット内で、基地局が第一リレー局FRS1とデータ伝送を行うと共に、第二リレー局FRS2がそれによってカバーされる移動端末とデータ伝送を行う。二つ目のタイムスロット内で、基地局が前記第二リレー局FRS2とデータ交互を行うと共に、前記第一リレー局FRS1がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。三つ目の短いタイムスロット内で、基地局が第三リレー局FRS3とデータ交互を行うと共に、第四リレー局FRS4がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。四つ目の短いタイムスロット内で、基地局が前記第四リレー局FRS4とデータ交互を行うと共に、前記第三リレー局FRS３がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。五つ目の短いタイムスロット内で、基地局がそれによってカバーされる移動端末、即ち、一ホップユーザとデータ交互を行う。
図9に示すフレーム構成からわかるように、実施例１において、実質上は、第一リレー局FRS1によってカバーされる一つの移動端末と、第二リレー局FRS2によってカバーされる一つの移動端末とに、同じタイムスロット（第一と第二の短いタイムスロット）を割当て、第三リレー局FRS3によってカバーされる一つの移動端末と、第四リレー局FRS4によってカバーされる一つの移動端末とに、同じタイムスロット（第三と第四の短いタイムスロット）を割当てる。このようなリソース割当方法によって、TDMAフレーム構成の長さが図2に示す九つの短いタイムスロットから図9に示す五つの短いタイムスロットに短縮されるため、システムのスループット及びチャネル利用率が有効に増大されている。実施例１における上記リソース割当方法を採用して得られるスループットは公式（2）によって計算されることができる。
ここで、TPAP-FRSは基地局とリレー局間のスループットを表し、TPFRS-MTはリレー局と移動端末間のスループットを表し、TPAP-MTは基地局と移動端末間のスループットを表し、関数min( )は最小値演算を表す。
（実施例2）
実施例2において、図3に示すフレーム構成に対してリソース割当を行う。当該実施例は下記の仮定に基づく。即ち、都市の環境下で、隣接する二つのリレー局は建物に隔てられることにより、リレー局から移動端末への伝送を同時に行うことができる。
図3に示すフレーム構成に対して、本発明の上記リソース割当方法を採用しては図10に示すフレーム構成を得ることができる。図10からわかるように、前記フレーム構成には合わせて五つの短いタイムスロットが含まれる。そのうち、一つ目の短いタイムスロット内で、基地局が第一リレー局FRS1とデータ伝送を行う。二つ目のタイムスロット内で、前記第一リレー局FRS１がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行い、第二リレー局FRS2がそれにカバーされる移動端末とデータ交互を行うと共に、基地局がまた第三リレー局FRS3とデータ交互を行う。三つ目の短いタイムスロット内で、基地局が第四リレー局FRS4とデータ交互を行う。四つ目の短いタイムスロット内で、基地局が前記第二リレー局FRS2とデータ交互を行い、前記第四リレー局FRS4がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行うと共に、前記第三リレー局FRS３がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。五つ目の短いタイムスロット内で、基地局がそれによってカバーされる移動端末、即ち、一ホップユーザとデータ交互を行う。
図10に示すフレーム構成からわかるように、実施例2において、実質上は第三リレー局FRS3によってカバーされる一つの移動端末と、第二リレー局FRS2によってカバーされる一つの移動端末とに、同じタイムスロット（第二と第四の短いタイムスロット）を割当てると共に、隣接するリレー局の間に建物があるため、第一リレー局FRS１と第二リレー局FRS2とが同時にそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行うことができ、第三リレー局FRS3と第四リレー局FRS4とが同時にそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行うことができる。このようなリソース割当方法によって、TDMAフレーム構成の長さが、図3に示す七つの短いタイムスロットから図10に示す五つの短いタイムスロットに短縮されるため、システムのスループット及びチャネル利用率が増大されている。実施例2における上記リソース割当方法を採用して得られるスループットも公式（2）によって計算されることができる。
（実施例3）
実施例3において、図4に示すフレーム構成に対してリソース割当を行う。当該実施例は基地局でスマートアンテナを用い、且つ下記の仮定に基づく。即ち、都市の環境下で、隣接する二つのリレー局は建物に隔てられることにより、リレー局から移動端末への伝送を同時に行うことができる。
図4に示すフレーム構成に対して、本発明の上記リソース割当方法を採用しては図11に示すフレーム構成を得ることができる。図11からわかるように、上記フレーム構成には合わせて三つの短いタイムスロットが含まれる。そのうち、一つ目の短いタイムスロット内で、基地局がスマートアンテナを経由して全てのリレー局とデータ交互を行う。二つ目の短いタイムスロット内で、前記第一リレー局FRS1がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行うと共に、前記第二リレー局FRS2がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。三つ目の短いタイムスロット内で、前記第三リレー局FRS3がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行い、前記第四リレー局FRS４がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行うと共に、基地局がそれによって直接にカバーされる移動端末、即ち一ホップユーザとデータ交互を行う。
図11に示すフレーム構成からわかるように、このようなリソース割当方法によっては、TDMAフレーム構成の長さが図4に示す二つの短いタイムスロットから図11に示す三つの短いタイムスロットに増加されるが、本実施例の上記方法で一つの周波数帯だけが用いられることにより、二つの周波数帯が節約されている。従って、システムのスループット及びチャネル利用率が図４に示す状況に比べて、比較的大幅に向上されている。実施例4における上記リソース割当方法を採用して得られるスループットは公式（3）によって計算されることができる。
ここで、各パラメータの意味は公式（2）と同じである。
図12は本発明の実施例1、2、3と従来の第一、二、三チャネル割当方法で、スループットと、基地局から移動端末までの距離との関係図である。ここで、図12における最下方の実線曲線、正三角と逆三角を含む曲線はそれぞれ従来の第一、二、三チャネル割当方法によって得られるスループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。菱形を含む曲線は本発明の第1、2実施例によって得られるスループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。十字を含む曲線は本発明第3実施例によって得られるスループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。図12からわかるように、本発明の実施例1、2、3ではそれぞれ従来の第一、二、三チャネル割当方法に対して比較的大きな改善を行って、空間の独立性によってもたらされ得るスペースダイバーシティゲインを有効に利用することができ、これにより、システムのスループットが極めて向上されている。
（実施例4）
実施例4において、図5に示すフレーム構成に対してリソース割当を行う。図5に示すフレーム構成に対して、本発明の上記リソース割当方法を採用しては図13に示すフレーム構成を得ることができる。当該フレーム構成はいかなるネットワークアーキテクチャーに適用される。図13からわかるように、上記フレーム構成には合わせて五つの可変長さの短いタイムスロットが含まれる。そのうち、一つ目の短いタイムスロット内で、基地局が第一リレー局FRS1とデータ伝送を行うと共に、第二リレー局FRS2がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。二つ目の短いタイムスロット内で、基地局が前記第二リレー局FRS2とデータ交互を行うと共に、前記第一リレー局FRS1がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。三つ目の短いタイムスロット内で、基地局が第三リレー局FRS3とデータ交互を行うと共に、第四リレー局FRS4がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。四つ目の短いタイムスロット内で、基地局が前記第四リレー局FRS4とデータ交互を行うと共に、前記第三リレー局FRS３がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。五つ目の短いタイムスロット内で、基地局がそれによってカバーされる移動端末、即ち、一ホップユーザとデータ交互を行う。スループットが同じである条件で、リレー局と移動端末との間でデータ交互を行う所要時間が基地局とリレー局との間でデータ交互を行う所要時間より大きくなければならないため、前の四つの短いタイムスロットの長さはリレー局と移動端末がデータ交互を行う所要時間によって判断されるべきである。
図13に示すフレーム構成からわかるように、実施例4において、実質上は、第一リレー局FRS1によってカバーされる一つの移動端末と、第二リレー局FRS2によってカバーされる一つの移動端末とに、同じタイムスロット（第一と第二の短いタイムスロット）を割当て、第三リレー局FRS3によってカバーされる一つの移動端末と、第四リレー局FRS4によってカバーされる一つの移動端末とが、同じタイムスロット（第三と第四の短いタイムスロット）を割当てた。このようなリソース割当方法によって、TDMAフレーム構成の長さが、図5に示す九つの短いタイムスロットから図13に示す五つの短いタイムスロットに短縮されるため、システムのスループット及びチャネル利用率が増大されている。実施例4における上記リソース割当方法を採用して得られるスループットは公式（4）によって計算されることができる。
ここで、Packetは各短いタイムスロット内で伝送されるメッセージの容量を表し、関数max( )は最大値演算を表し、TPMP-MTは基地局から移動端末へのスループット又はリレー局から移動端末へのスループットを表し、ここで、MPはメディアポイント（Media Point）であって、基地局及びリレー局の総称であり、他のパラメータの意味は公式（2）のパラメータと同じである。
（実施例5）
実施例5において、図6に示すフレーム構成に対してリソース割当を行っている。当該実施例は下記の仮定に基づく。即ち、都市の環境下で、隣接する二つのリレー局は建物に隔てられることにより、リレー局から移動端末への伝送を同時に行うことができる。
図6に示すフレーム構成に対して、本発明の上記リソース割当方法を採用しては図14に示すフレーム構成を得ることができる。図14からわかるように、上記フレーム構成には合わせて三つの短いタイムスロットが含まれる。そのうち、一つ目の短いタイムスロット内で、基地局が順に第三リレー局FRS3と第四リレー局FRS4とデータ交互を行うと共に、第一リレー局FRS1がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行い、第二リレー局FRS２もそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。二つ目の短いタイムスロット内で、基地局が順に第一リレー局FRS１と第二リレー局FRS2とデータ交互を行うと共に、第三リレー局FRS3がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行い、第四リレー局FRS4もそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。三つ目の短いタイムスロット内で、基地局がそれによってカバーされる移動端末、即ち一ホップユーザとデータ交互を行う。
図14に示すフレーム構成からわかるように、隣接するリレー局の間に建物があるため、第一リレー局FRS1と第二リレー局FRS2がそれによってカバーされる移動端末とのデータ交互を同時に行うことができ、第三リレー局FRS3と第四リレー局FRS4がそれによってカバーされる移動端末とのデータ交互を同時に行うことができる。従って、実施例4において、実質上は第一リレー局FRS1によってカバーされる一つの移動端末及び第二リレー局FRS2によってカバーされる一つの移動端末に、第三リレー局FRS3によってカバーされる一つの移動端末及び第四リレー局FRS4によってカバーされる一つの移動端末に、同じタイムスロット（第一と第二の短いタイムスロット）を割当てる。このようなリソース割当方法によって、TDMAフレーム構成の長さが、図3に示す七つの短いタイムスロットから図14に示す三つの短いタイムスロットに短縮されるため、システムのスループット及びチャネル利用率が増大される。実施例5における上記リソース割当方法を採用して得られるスループットは公式（5）によって計算されることができる。
ここで、各パラメータの意味は公式（4）と同じである。
（実施例6）
実施例6において、図4に示すフレーム構成に対してリソース割当を行っている。当該実施例は基地局でスマートアンテナを用い、かつ下記の仮定に基づく。即ち、都市の環境下で、隣接する二つのリレー局は建物に隔てられることにより、リレー局から移動端末への伝送を同時に行うことができる。
図4に示すフレーム構成に対して、本発明の上記リソース割当方法を採用しては図15に示すフレーム構成を得ることができる。図15からわかるように、上記フレーム構成には合わせて三つの短いタイムスロットが含まれる。そのうち、一つ目の短いタイムスロット内で、基地局がスマートアンテナによって全てのリレー局とデータ交互を行う。二つ目の短いタイムスロット内で、前記第一リレー局FRS1がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行うと共に、前記第二リレー局FRS2がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行う。三つ目の短いタイムスロット内で、前記第三リレー局FRS3がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行い、前記第四リレー局FRS４がそれによってカバーされる移動端末とデータ交互を行うと共に、基地局がそれによって直接にカバーされる移動端末、即ち一ホップユーザとデータ交互を行う。
図15に示すフレーム構成からわかるように、このようなリソース割当方法によっては、TDMAフレーム構成の長さが図4に示す二つの短いタイムスロットから図15に示す三つの短いタイムスロットに増加されるが、本実施例の上記方法で一つの周波数帯だけが用いられるため、二つの周波数帯が節約されている。従って、システムのスループット及びチャネル利用率が図４に示す状況に比べて、比較的大幅に向上されている。実施例4における上記リソース割当方法を採用して得られるスループットは公式（6）によって計算されることができる。
ここで、各パラメータの意味は公式（4）と同じである
図16は本発明の実施例4、5、6及び従来の第四、五、六チャネル割当方法で、スループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。ここで、図16における最下方の実線曲線、点線曲線と正三角を含む曲線はそれぞれ従来の第四、五、六チャネル割当方法によって得られるスループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。菱形を含む曲線は本発明の実施例４によって得られるスループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。六角星を含む曲線は本発明の実施例5によって得られるスループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。逆三角を含む曲線は本発明の実施例6によって得られるスループットと、基地局から移動端末までの距離との関係を示している。図16からわかるように、本発明の実施例4、5、6はそれぞれ従来の第四、五、六チャネル割当方法に対して比較的大きな改善を行って、空間の独立性によってもたらされ得るスペースダイバーシティゲインを有効に利用することができ、これにより、システムのスループットが極めて向上されている。
説明すべきものとして、上記好ましい実施例はTDMAシステムを例として説明されているが、本発明の上記リソース割当方法はTDMAに適用されるだけではなく、他のリレーベースのセルラー移動通信システムにも応用されることができる。
従来のリレーベースの移動通信システムに用いられているリレー局はみなアナログであって、基地局と移動端末からの情報に対して直接転送の方式を採用して中継を実現しているため、従来のリレーベースの移動通信システムでは本発明のリソース割当方法を実現することができない。
このため、本発明はまた本発明の上記リソース割当方法を実現できる移動通信システム及び当該通信システムに用いられるリレー局を提供している。
本発明の上記リレーベースの移動通信システムの各セルには、主に、一つの基地局と、一つ以上のリレー局及び移動端末が含まれる。ここで、基地局と移動端末のハードウェア構成はそれぞれ従来の基地局及び移動端末のハードウェア構成と大体同じであるが、上記基地局がセル内各移動端末の所属するリレー局及び占用されるチャネルなど情報を記録するチャネルリソース割当て表を記録する必要がある。基地局は上記チャネルリソース割当て表に基づいてネットワークにアクセスする移動端末にチャネルリソース選択を行う。
上記セルラー移動通信システムに用いられるリレー局は従来技術で用いられるリレー局と大きな相違がある。その内部構成は図17に示すように、主に、
基地局又は移動端末からの受信信号を、前記リレー局が受信する際に受信し、送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に基地局又は移動端末に送信するアンテナと、
前記受信した信号に対してダウンコンバータ、復調及び復号などの操作処理を行い、処理後のデータを転送するかどうかを判断する受信素子と、
前記受信素子によって処理された、転送する必要のあるデータに対して符号化、変調及びアップコンバータ処理を行い、送信待ちの信号を生成する送信素子と、
前記送信素子によって生成された送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に前記アンテナに出力し、前記アンテナによって受信された信号を、前記リレー局が受信する際に前記受信素子に接続して、リレー局の送信と受信機能間の変換を実現する送受信変換スイッチと、を備える。
ここで、前記受信素子は、受信信号に対してダウンコンバータ処理を行うダウンコンバータモジュールと、ダウンコンバータモジュールによってダウンコンバータ処理された後で出力された信号に対して復調を行う復調モジュールと、復調モジュールによって復調された後で出力される信号に対して復号化を行う復号化モジュールと、復号化モジュールによって復号化された後で出力されて、得られるデータに対して識別を行い、転送する必要があるかどうかを判断する識別モジュールと、を更に備える。
前記送信素子は、転送する必要のあるデータに対して符号化を行う符号化モジュールと、符号化モジュールによって符号化された後で出力されたデータに対して変調を行う変調モジュールと、変調モジュールによって変調された後で出力された信号に対してアップコンバータ処理を行うアップコンバータモジュールと、を更に備える。
ここからわかるように、上記リレー局ベースの移動通信システムによって本発明の上記リソース割当方法を実現することが可能になる。これにより、リレー局ベースのセルラーネットワークに空間の独立リンクが存在するという本質的特性を利用してリソース割当を行うことができ、システムのスループット及びチャネル利用率を増大させている。
従来のリレーベースのセルラ構成を示す図である。 従来の第一チャネル割当方法を用いるTDMAフレーム構成図である。 従来の第二チャネル割当方法を用いるTDMAフレーム構成図である。 従来の第三チャネル割当方法を用いるTDMAフレーム構成図である。 従来の第四チャネル割当方法を用いるTDMAフレーム構成図である。 従来の第五チャネル割当方法を用いるTDMAフレーム構成図である。 本発明によるリレーベースのセルにおいてリソース割当を行う方法のフローチャートである。 本発明による可変タイムスロット長のTDMAシステムにおいて基地局が現在ネットワークにアクセスしている移動端末にチャネルを割当てる方法のフローチャートである。 本発明の実施例１によるリソース割当をした後のフレーム構成図である。 本発明の実施例2によるリソース割当をした後のフレーム構成図である。 本発明の実施例3によるリソース割当をした後のフレーム構成図である。 本発明の実施例1、2、3および従来の第一、二、三チャネル割当方法を用いるとき、スループットと、基地局から移動端末までの間の距離との関係を示す図である。 本発明の実施例4によるリソース割当をした後のフレーム構成図である。 本発明の実施例5によるリソース割当をした後のフレーム構成図である。 本発明の実施例6によるリソース割当をした後のフレーム構成図である。 本発明の実施例4、5、6および従来の第四、五、六チャネル割当方法を用いるとき、スループットと、基地局から移動端末までの間の距離との関係を示す図である。 本発明によるリレー局の内部構成図である。
符号の説明
ＡＰ…基地局、ＭＴ…移動端末、ＦＲＳ…リレー局、

Claims (17)

  1. リレーベースのセルラ構成におけるリソース割当方法であって、
    ネットワークにアクセスしている移動端末が、基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報をモニターして自分が一ホップユーザであるかそれとも二ホップユーザであるかを判断して、自分が二ホップユーザであると判断すれば、受信された報知情報に基づいて自分がどのリレー局のカバレッジに属するかを判断し、且つ自分の所属するリレー局情報を当該リレー局を経由して基地局にフィードバックするステップaと、
    前記基地局が、現在の移動端末にリソース割当準則に基づいてチャネルを割当て、且つ割当てたチャネルを当該移動端末の所属するリレー局を経由して前記移動端末に指示するステップbと、
    前記基地局及び前記移動端末が、割当てられたチャネルを用いてデータ伝送を行うステップcと
    を含むことを特徴とするこの方法。
  2. ステップaにおいて前記基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報をモニターすることは、
    基地局が報知チャネルで報知情報を周期的に報知するステップa1と、
    基地局のカバレッジ内にあるリレー局が、基地局によって報知される報知情報を受信した後、基地局からの報知情報をそのカバレッジ内の移動端末に転送するステップa2と、
    ネットワークにアクセスしている移動端末が、基地局によって送信される報知情報及びリレー局によって転送される報知情報を受信するステップa3と
    を含むことを特徴とする請求項1に記載のリソース割当方法。
  3. ステップaにおいて、前記移動端末は、受信された基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報の信号対干渉雑音比又は受信電力を測定することによって、自分が一ホップユーザであるかそれとも二ホップユーザであるかを判断し、
    ステップaにおける前記判断は具体的に、
    前記移動端末が、受信された基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報の信号対干渉雑音比を測定するステップa4と、
    その中から最大の信号対干渉雑音比を有する報知情報を検索して、当該報知情報が基地局からのものであれば、当該移動端末は自分が一ホップユーザであると判断し、当該報知情報があるリレー局からのものであれば、当該移動端末は自分が二ホップユーザであると判断するステップa5とを含む
    ことを特徴とする請求項1に記載のリソース割当方法。
  4. ステップaにおいて、前記自分がどのリレー局のカバレッジに属するかを判断する移動端末は、最大の信号対干渉雑音比を有する報知情報に付けられているリレー局の特徴情報に基づいて当該報知情報を転送したリレー局を識別し、且つ自分が当該リレー局のカバレッジに属すると判断することを特徴とする請求項1に記載のリソース割当方法。
  5. 前記特徴情報は各リレー局が報知する際に用いられる異なる時間及び/又はコードチャネル及び/又はチャネルの情報であることを特徴とする請求項4に記載のリソース割当方法。
  6. ステップbにおける前記リソース割当準則は、同じチャネルを異なるリレー局のカバレッジ内に属する移動端末だけに割当てることを含む特徴とする請求項1に記載のリソース割当方法。
  7. ステップbにおいて前記現在の移動端末にチャネルを割当てることは、
    基地局が、移動端末の所属するリレー局に基づいて、本セルのチャネルリソース割当て表の中で、前記移動端末の所属するリレー局と異なるリレー局の有するチャネルリソースを検索し、見つけたら、ステップｂ12を実行し、見つけなかったら、ステップｂ13を実行するステップb11と、
    見付けられたチャネルリソースに再利用できるチャネルリソースがあるかどうかを判断して、あれば、当該移動端末にその中から一つの再利用できるチャネルを割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新し、なければ、ステップｂ13を実行するステップb12と、
    現在の移動端末にチャネルを割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新するステップb13と
    を含むことを特徴とする請求項6に記載のリソース割当方法。
  8. 前記リソース割当準則は、再利用できるチャネルリソースが複数ある場合に、現在アクセスしている移動端末の信号対干渉雑音比に一番近いチャネルを割当てることを、更に含むことを特徴とする請求項6に記載のリソース割当方法。
  9. 前記方法は、
    リレー局が、基地局からリレー局までの信号対干渉雑音比を周期的に測定し、且つ移動端末によって測定されたリレー局から各移動端末までの信号対干渉雑音比を周期的に受信して、基地局に報告することと、
    基地局が、リレー局によって報告された信号対干渉雑音比に基づいて、自分が記録する本セル内チャネルリソース割当て表の中の、各移動端末によって占用されるチャネルリソース情報を更新することとを、更に含み、
    ステップbにおいて、前記現在の移動端末にチャネルを割当てることは、
    アクセスしている移動端末の所属するリレー局に基づいて、前記チャネルリソース割当て表の中で、前記移動端末の所属するリレー局と異なるリレー局の有するチャネルリソースを検索して、このようなチャネルリソースを見つけたら、ステップｂ22を実行し、見つけなかったら、ステップｂ24を実行するステップb21と、
    見付けられたチャネルリソースに再利用できるチャネルリソースがあるかどうかを判断して、あれば、ステップｂ23を実行し、なければ、ステップｂ24を実行するステップｂ22と、
    再利用できるチャネルリソースが複数あるかそれとも一つしかないかを判断して、複数あれば、それぞれ、再利用できるチャネルリソースの信号対干渉雑音比と、現在アクセスしている移動端末に対応する信号対干渉雑音比とを比較して、その中から現在アクセスしている移動端末の信号対干渉雑音比に一番近いチャネルを現在移動端末に割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新し、一つしかなければ、当該再利用できるチャネルを現在アクセスしている移動端末に割当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新するステップb23と、
    現在の移動端末にチャネルを割り当て、且つ本セルのチャネルリソース割当て表を更新するステップb24と、を含む、
    ことを特徴とする請求項8に記載のリソース割当方法。
  10. 前記現在アクセスしている移動端末の信号対干渉雑音比に一番近いチャネルを現在移動端末に割当てることは具体的に、
    を満足する移動端末によって占用されるチャネルを現在アクセスしている移動端末に割当てることであり、
    ここで、min( )関数は最小値演算を表し、abs( )関数は絶対値演算を表し、
    は現在ネットワークにアクセスしている移動端末の第yホップタイムスロット内の信号対干渉雑音比を表し、
    は本セルのもう一つ移動端末の第yホップタイムスロット内の信号対干渉雑音比を表し、yの値は1又は2である
    ことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載のリソース割当方法。
  11. 時分割多元接続システムにおいて、前記チャネルリソースはタイムスロットであり、
    ステップｃにおいて、前記基地局及び前記移動端末が、割当てられたチャネルを用いてデータ伝送を行うことは、
    二つの二ホップ移動端末に二つの短いタイムスロットリソースを割当、一つ目の短いタイムスロットを、同時に、前記二つの移動端末中の一つ目移動端末の第一ホップタイムスロット及び二つ目移動端末の第二ホップタイムスロットとし、二つ目の短いタイムスロットを、同時に、前記一つ目移動端末の第二ホップタイムスロット及び前記二つ目移動端末の第一ホップタイムスロットとする、ことを含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載のリソース割当方法。
  12. 前記短いタイムスロットリソースは時分割多元接続システムにおける基本的なタイムスロットリソースであることを特徴とする請求項11に記載のリソース割当方法。
  13. 前記短いタイムスロットリソースは時分割多元接続システムにおける基本タイムスロットを二つのタイムスロットに分けた短いタイムスロットであることを特徴とする請求項11に記載のリソース割当方法。
  14. ステップｃにおける前記データ伝送のプロセスで、リレー局は、データパケットを受信した後、現在受信したデータパケットが自分によって転送されるべきであるかどうかを判断して、自分によって転送されるべきであれば、当該データパケットを転送し、そうでなければ、当該データパケットを捨てる、ことを特徴とする請求項1に記載のリソース割当方法。
  15. 各セルには、一つの基地局、一つ以上のリレー局及び移動端末が含まれるリレーベースの移動通信システムであって、
    前記移動端末は、基地局及びネットワーク内全てのリレー局からの報知情報をモニターして自分が一ホップユーザであるかそれとも二ホップユーザであるかを判断して、自分が二ホップユーザであると判断すれば、受信された報知情報に基づいて自分がどのリレー局のカバレッジに属するかを判断し、且つ自分の所属するリレー局情報を当該リレー局を経由して基地局にフィードバックし、
    前記基地局は、本セルのチャネルリソース割当て表を記録し、本セルにアクセスする移動端末に、当該チャネルリソース割当て表に基づいてチャネルを割当て、
    前記リレー局は、
    基地局又は移動端末からの受信信号を、前記リレー局が受信する際に受信し、送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に基地局又は移動端末に送信するアンテナと、
    前記受信した信号に対してダウンコンバータ、復調及び復号などの操作処理を行い、処理後のデータを転送するかどうかを判断する受信素子と、
    前記受信素子によって処理された、転送する必要のあるデータに対して符号化、変調及びアップコンバータ処理を行い、送信待ちの信号を生成する送信素子と、
    前記送信素子によって生成された送信待ちの信号を、前記リレー局が送信する際に前記アンテナに出力し、前記アンテナによって受信された信号を、前記リレー局が受信する際に前記受信素子に接続して、リレー局の送信と受信機能間の変換を実現する送受信変換スイッチと、を更に備える、
    ことを特徴とするこのシステム。
  16. 前記リレー局における受信素子は、
    受信信号に対してダウンコンバータ処理を行うダウンコンバータモジュールと、
    ダウンコンバータモジュールによってダウンコンバータ処理された後の信号に対して復調を行う復調モジュールと、
    復調モジュールによって復調された後の信号に対して復号化を行う復号化モジュールと、
    復号化モジュールによって復号化された後で得られるデータに対して識別を行い、かつ、転送する必要があるかどうかを判断する識別モジュールと
    を更に備えることを特徴とする請求項15に記載のリレーベースの移動通信システム。
  17. 前記リレー局における送信素子は、
    受信素子からの、転送する必要のあるデータに対して符号化を行う符号化モジュールと、
    符号化モジュールによって符号化された後のデータに対して変調を行う変調モジュールと、
    変調モジュールによって変調された後の信号に対してアップコンバータ処理を行うアップコンバータモジュールと
    を更に備えることを特徴とする請求項15に記載のリレーベースの移動通信システム。
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