JP5248509B2 - 無線通信システムにおけるマルチホップ中継のためのフレーム構造 - Google Patents

Description

本出願は、参照によって、本出願の一部として援用される、２００６年９月１９日に出願された米国仮出願番号６０／８４５，９５０、発明の名称「Frame Structure For Multi-Hop Relay In Wireless Communications Systems」の優先権を主張する。

本発明は、基地局に加えて１つ以上の中継局を用いる無線通信システム及び無線通信のための技術に関する。

無線通信システムは、電磁波を用いて、固定された又は移動体の無線通信機器、例えば、システムのカバレッジエリアのセル内に位置している移動無線電話、及び無線通信カードを備えるラップトップコンピュータと通信を行う。無線通信サービス又は特定のクラスの無線サービス用に指定され又は割り当てられた無線スペクトル範囲又は帯域は、異なる通信周波数チャンネルを生成するために異なる無線搬送波周波数に分割できる。このようなシステムは、セルに分割される地理的なサービスエリア内に無線カバレッジを提供するために空間的に分布された基地局を用いる。このようなセル配備（cellular deployment）において、各基地局（ＢＳ）は、概念的に各セルの中心に位置し、そのセルに無線カバレッジを提供し、ＢＳが生成するダウンリンク（ＤＬ）無線信号を介して、無線加入者局（subscriber station：ＳＳ）、例えば移動ＳＳ（mobile SS：ＭＳＳ）に情報を送信する。特定のセルの加入者局は、その特定のセルのためにサービング中の基地局に、アップリンク（ＵＬ）無線信号を介して、情報を送信する。基地局は、各セルを異なるセルセクタに更に分割するために、指向性アンテナを備えていてもよく、この場合、各アンテナがそれぞれ１つのセクタをカバーする。このようなセルのセクタ化によって、通信容量が増加する。

固定基地局のネットワークの無線カバレッジは、様々な要因によって制限されることがある。様々な構造体が、ある基地局の無線信号をブロックすることがある。例えば、高層建築が、特定のエリアを、基地局からの無線信号から遮蔽し、この結果、望ましくないシャドーイングが生じることがある。無線セルの端では、信号強度が弱い場合があり、したがって、無線通信における誤り率が高くなることがある。これらの及びこの他の制限を緩和するための１つの手法は、所定のサービスエリア内の基地局の数を多くすることである。この手法に基づく一具体例では、ある固定基地局間に１つ以上の中継局（relay station：ＲＳ）を配備し、加入者局と基地局との間で通信信号を中継し、これによって、カバレッジを拡張し、基地局の通信容量及び品質を向上させる。中継局は、関係局等の配備の特定の条件に応じて、固定された送受信局であってもよく、又は移動送受信局であってもよい。加入者局信号は、サービング中の基地局に到達するまでに、１つ以上のＲＳを経由（ホッピング）することができる。提案されているＩＥＥＥ８０２．１６ｊは、カバレッジ及び加入者へのサービスを向上させるために中継局を用いる移動体マルチホップ中継（Mobile Multi-hop Relay：ＭＭＲ）モードを提供する。ＩＥＥＥ８０２．１６ｊに基づくマルチホップ中継無線ネットワークは、ＭＭＲモードをサポートするＭＭＲ基地局（ＭＭＲ−ＢＳ）を含むことができる。

一側面においては、無線中継通信ネットワーク内の基地局、中継局及び加入者局間でデータ制御メッセージストリームを送信する方法は、ネットワークから、加入者局のためのプロトコルデータユニットを受信するように基地局を動作させるステップと、基地局の制御下にある１つ以上の中継局の中継局トポロジに基づいて、プロトコルデータユニットから中継プロトコルデータユニットを生成するように基地局を動作させるステップと、少なくとも１つの中継局が対応する中継プロトコルデータユニットを受信するように指定されるチャンネルリソース割当情報を有する送信スケジュールを生成するように基地局を動作させるステップとを有する。

他の側面においては、無線中継通信ネットワーク内の基地局及び中継局間でデータ及び制御メッセージストリームを受信する方法は、中継プロトコルデータユニットを受信するステップと、受信した中継プロトコルデータユニットを、（１）下位の中継プロトコルデータユニット及び（２）プロトコルデータユニットの一方又は両方の１つ以上に復号するステップと、１つ以上の下位の中継プロトコルデータユニット及びプロトコルデータユニットを、（１）１つ以上の各中継局及び（２）１つ以上の加入者局の少なくとも１つに送信するステップとを有する。

他の側面においては、基地局、中継局及び加入者局間で情報を送信及び受信する無線中継通信ネットワークは、基地局から各加入者局への通信パスを決定するスケジューラロジックと、ダウンリンクデータ及び制御メッセージを送信し、及びアップリンクデータ及び制御メッセージを受信する送信機／受信機コンポーネントとを含む少なくとも１つの基地局と、情報を送信及び受信するための期間を決定するスケジューラロジックと、データ及び制御メッセージを送信し、データ及び制御メッセージを受信する送信機／受信機コンポーネントとを含む少なくとも１つの中継局とを備える。基地局及び中継局は、少なくとも１つの加入者局と通信するように動作する。

更に他の側面においては、無線中継通信ネットワーク内の基地局、中継局及び加入者局間で情報を送信する方法は、フレーム構造を用いてダウンリンク中継を提供し、中継局が前記フレーム構造のダウンリンクサブフレームの一部を送信できるようにする。

これらの及びこの他の特徴は、添付の図面、詳細な説明及び特許請求の範囲に更に詳細に開示されている。

マルチホップ中継無線ネットワークの具体例を示す図である。 図１のネットワークにおける通信の具体例を示す図である。 図１のネットワークにおける通信の具体例を示す図である。 中継フレーム構造の具体例を示す図である。 中継フレーム構造の具体例を示す図である。 中継フレーム構造の具体例を示す図である。 基地局スケジューラの例示的フローチャートである。 受信データを復号し、１つ以上の指定された下位の中継局及び加入者局にデータを中継する中継局の例示的動作を示す図である。 本明細書に開示する中継フレーム構造を実現する無線リソースを提供する具体例を示す図である。 本明細書に開示する中継フレーム構造を実現する無線リソースを提供する具体例を示す図である。 本明細書に開示する中継フレーム構造を実現する無線リソースを提供する具体例を示す図である。

ＩＥＥＥ８０２．１６ｊにおいて定義される予定である移動体マルチホップ中継（ＭＭＲ）モードは、公表されているＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００５規格に対して後方互換性を有する必要がある。中継局（ＲＳ）及びＭＭＲ基地局（ＭＭＲ−ＢＳ）と共に動作させるために、既存の移動局（ＭＳ）に変更を加えないことが望ましい。ＩＥＥＥ８０２．１６ｊプロジェクトタスクグループ（ＴＧｊ）は、様々なタイプの中継局、例えば、固定ＲＳ、半固定ＲＳ、移動ＲＳ及びＭＭＲ−ＢＳを定義する予定である。ＩＥＥＥ８０２．１６ｊプロジェクト承認要請（Project Authorization Request：ＰＡＲ）によれば、この修正は、相互運用可能な中継局及び基地局の８０２．１６マルチホップ中継能力及び機能を指定することによって、８０２．１６ネットワークのカバレッジ、スループット及びシステム容量を向上させる。

本出願の明細書では、特に、基地局（ＢＳ）と、１つ以上の中継局（ＲＳ）との間のデータブロックの無線伝送のスケジューリングのためのシステムと技術の具体例を開示する。スケジューリングは、１つ以上の要素、例えば、基地局と中継局との間の伝送リンクの品質、中継局が、中継局のセルのカバレッジエリア内の加入者局（ＳＳ）又は移動局（ＭＳ）に対してサポートするデータの量及びデータのタイプ等に基づいて行うことができる。一側面においては、スケジューリングは、各中継局がデータブロックを受信又は送信するための各中継局への周波数ブロック及びタイムスロットの割当を含むことができる。データブロックは、中継局のセル及び、存在する場合、下位のセルのトランクトラヒックを含んでいてもよい。

他の側面として、基地局と中継局との間でデータストリームを送信する方法を開示する。この方法は、ネットワークから加入者局又は移動局のためのプロトコルデータユニット（protocol data unit：ＰＤＵ）を受信し、受信したＰＤＵを同じ指定された中継局にカプセル化し、中継プロトコルデータユニット（relay protocol data unit：Ｒ−ＰＤＵ）を生成し、基地局のダウンリンク送信のために予め定義された周波数ブロック及び予め定義されたタイムスロットを割り当てることを含む。指定された中継局は、既知のスケジュール情報に基づいて、ダウンリンクトラヒックを復号するように構成できる。幾つかの具体例では、送信スケジュール又は受信スケジュールは、ダウンリンクサブフレーム又はアップリンクサブフレームのためのチャンネルリソース割当情報を含むことができる。

他の側面では、ダウンリンクスケジュール情報は、予め定義され、無線システム内の中継局にとって既知である。この構成では、送信スケジュール又は受信スケジュールは、基地局から１つ以上の中継局に送信されない。

他の側面では、ダウンリンクスケジュール情報は、基地局によって生成され、ダウンリンクサブフレーム内で送信される。例えば、このスケジュール情報は、基地局のダウンリンクＭＡＰ、中継局固有のダウンリンクＭＡＰ又は特別なダウンリンク情報要素（information element：ＩＥ）に含ませることができる。

他の側面では、ダウンリンクスケジュール情報は、中継局によって生成され、ダウンリンクサブフレーム内で送信される。例えば、このスケジュール情報は、包括的なダウンリンクＭＡＰ、中継局固有のダウンリンクＭＡＰ、又は特別なダウンリンク情報要素（ＩＥ）の一部に含ませることができる。

他の側面では、ダウンリンクスケジュール情報は、基地局によって生成され、同じ周波数帯域内にあるが、データパケットを送信するために用いられる無線周波数チャンネルとは異なる無線周波数チャンネルで送信される。ダウンリンクスケジュール情報を搬送するためのこの無線周波数チャンネルは、狭帯域幅の制御チャンネルであってもよい。また、ダウンリンクスケジュール情報は、データパケットを搬送するチャンネルとは異なる周波数帯域で送信することもできる。ダウンリンクスケジュール情報は、データパケットの送信のための技術とは異なる技術又はこれと同じ技術を用いて、データパケットの送信のためのフレーム構造とは異なるフレーム又はこれと同じフレーム構造を用いて送信してもよい。ダウンリンクスケジュール情報は、帯域外送信によって送信してもよい。このスケジュール情報は、中継局によって受信され、中継局は、ダウンリンクサブフレーム内の特定の期間又は割り当てられたタイムスロットにおいて、受信又は送信を実行する。

他の側面では、ダウンリンクスケジュール情報は、中継局によって生成され、下位の中継局にデータパケットを送信するチャンネルとは異なる無線周波数チャンネルで送信される。ダウンリンクスケジュール情報のためのこのチャンネルは、制御チャンネルを介するチャンネルであってもよい。ダウンリンクスケジュール情報は、データパケットの送信のための技術とは異なる技術又はこれと同じ技術を用いて、データパケットの送信のためのフレーム構造とは異なるフレーム又はこれと同じフレーム構造を用いて送信してもよい。ダウンリンクスケジュール情報は、帯域外送信によって送信してもよい。このスケジュール情報は、下位の中継局によって受信され、中継局は、ダウンリンクサブフレーム内の特定の期間又は割り当てられたタイムスロットにおいて、受信又は送信を実行する。

他の側面として、中継局において、基地局からデータストリームを受信する方法を開示する。この方法は、中継局のための特別なプロトコルデータユニット、すなわち中継プロトコルデータユニット（Ｒ−ＰＤＵ）を受信し、Ｒ−ＰＤＵを下位のＲ−ＰＤＵ及び通常のＰＤＵに復号し、これらを指定された中継局及び加入者局に送信することを含む。

他の側面では、アップリンクスケジュール情報は、予め定義され、無線システム内の中継局にとって既知であり、したがって、送信されない。

更に他の側面では、アップリンクスケジュール情報は、基地局によって生成され、ダウンリンクサブフレーム内で送信される。例えば、このスケジュール情報は、基地局のアップリンクＭＡＰ、中継局固有のアップリンクＭＡＰ又は特別なアップリンク情報要素（information element：ＩＥ）に含ませることができる。

更に他の側面では、アップリンクスケジュール情報は、中継局によって生成され、ダウンリンクサブフレーム内で送信される。例えば、このスケジュール情報は、アップリンクＭＡＰ、中継局固有のアップリンクＭＡＰ、又は特別なアップリンク情報要素（ＩＥ）の一部に含ませることができる。

他の側面では、アップリンクスケジュール情報は、基地局によって生成され、同じ周波数帯域内にあるが、データパケットを送信するために用いられる無線周波数チャンネルとは異なる無線周波数チャンネルで送信される。アップリンクスケジュール情報を搬送するためのこの無線周波数チャンネルは、狭帯域幅の制御チャンネルであってもよい。また、アップリンクスケジュール情報は、データパケットを搬送するチャンネルとは異なる周波数帯域で送信することもできる。アップリンクスケジュール情報は、データパケットの送信のための技術とは異なる技術又はこれと同じ技術を用いて、データパケットの送信のためのフレーム構造とは異なるフレーム又はこれと同じフレーム構造を用いて送信してもよい。アップリンクスケジュール情報は、帯域外送信によって送信してもよい。このスケジュール情報は、中継局によって受信され、中継局は、アップリンクサブフレーム内の特定の期間又は割り当てられたタイムスロットにおいて、受信又は送信を実行する。

他の側面では、アップリンクスケジュール情報は、中継局によって生成され、同じ周波数帯域内にあるが、データパケットを送信するために用いられる無線周波数チャンネルとは異なる無線周波数チャンネルで送信される。アップリンクスケジュール情報を搬送するためのこの無線周波数チャンネルは、狭帯域幅の制御チャンネルであってもよい。また、アップリンクスケジュール情報は、データパケットを搬送するチャンネルとは異なる周波数帯域で送信することもできる。アップリンクスケジュール情報は、データパケットの送信のための技術とは異なる技術又はこれと同じ技術を用いて、データパケットの送信のためのフレーム構造とは異なるフレーム又はこれと同じフレーム構造を用いて送信してもよい。アップリンクスケジュール情報は、帯域外送信によって送信してもよい。このスケジュール情報は、下位の中継局によって受信され、中継局は、アップリンクサブフレーム内の特定の期間又は割り当てられたタイムスロットにおいて、受信又は送信を実行する。

本出願の他の側面は、１又は複数の中継局を介してダウンリンクトラヒックストリームを送信する技術、１又は複数の中継局を介してアップリンクトラヒックストリームを送信する技術、中継局への専用のバースト割当によってダウンリンクサブフレーム及びアップリンクサブフレームを送信する技術、中継局への専用のゾーン割当によってダウンリンクサブフレーム及びアップリンクサブフレームを送信する技術の具体例を含む。

図１は、本出願に開示する中継局のためのフレーム構造を実装することができる例示的な無線マルチホップ中継通信システムの一部を示している。このシステムは、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）１００と、複数の中継局１０１（ＲＳ１）、１０２（ＲＳ２）、１０３（ＲＳ３）と含み、１つ以上の加入者局（例えば、ＳＳ１〜ＳＳ８）にサービングするための無線カバレッジを提供する。基地局１００は、固定基地局であってもよく、中継局１０１、１０２、１０３は、固定中継局、半固定中継局又は移動中継局であってもよい。このような中継局は、移動する自動車、列車、船又はボート、若しくは、他の移動するプラットホームに設けてもよい。中継局は、例えば、高層建築又は丘の陰にあって無線受信が弱いエリア内の建造物内に設けてもよい。特定の具体例として、２つの加入者局ＳＳ３及びＳＳ４は、ＲＳ１ １０１のカバレッジエリア内に位置するように示されている。

中継局は、基地局、又は上位の中継局、すなわち親中継局のカバレッジを拡張するために用いられる。図１の具体例を参照すると、ＢＳ１００は、ネットワークに接続されており、中継局ＲＳ１ １０１、ＲＳ２ １０２、ＲＳ３ １０３のための、ネットワークの他の部分へのゲートウェイであるため、中継局ＲＳ１ １０１、ＲＳ２ １０２、ＲＳ３ １０３は、ＢＳ１００にとって下位にあると言える。この文脈においては、ＢＳ１００は、中継局ＲＳ１ １０１、ＲＳ２ １０２、ＲＳ３ １０３にとって上位にある。更に、中継局ＲＳ１ １０１、ＲＳ２ １０２、ＲＳ３ １０３は、上位のＢＳ１００の制御の下で、互いに上位及び下位の関係を有することができる。例えば、ＲＳ３ １０３は、ＲＳ２ １０２を介してＢＳ１００と通信するので、中継局ＲＳ３ １０３は、中継局ＲＳ２ １０２にとって下位にある。したがって、中継局ＲＳ２ １０２は、中継局ＲＳ３ １０３にとって上位にある。この文脈においては、図１のシステムのＢＳ及び中継局は、それらの相対関係に基づいて、上位の基地局及び下位の基地局に分類できる。図１のＢＳ１００は、全ての中継局にとって上位の基地局であり、中継局ＲＳ２ １０２は、ＢＳ１００にとっては下位の基地局であるが、中継局ＲＳ３ １０３にとっては上位の基地局である。

基地局１００は、基地局１００から各加入者局への通信パスを決定するスケジューラロジックと、ダウンリンクデータ及び制御メッセージを送信し、及びアップリンクデータ及び制御メッセージを受信するための送信機／受信機コンポーネントとを備えることができる。各中継局１０１、１０２又は１０３は、情報を送信及び受信するための期間を決定するスケジューラロジックと、データ及び制御メッセージを送信し、及びデータ及び制御メッセージを受信するための送信機／受信機コンポーネントとを備える。基地局１００及び中継局は、少なくとも１つの加入者局と通信するように動作する。

図２及び図３は、図１に示す無線マルチホップ中継通信システムのための、データ及び制御信号を含むダウンリンクトラヒックストリーム及びアップリンクトラヒックストリームの例示的フローチャートを示している。加入者局ＳＳ１及びＳＳ２は、如何なる中継局を介するホッピングもなく、基地局ＢＳ１００によって直接サービングされている。基地局ＢＳ１００は、ＲＳ２ １０２を介してＳＳ５及びＳＳ６と通信し、したがって、ＤＬストリームは、まず、ＢＳ１００からＲＳ２ １０２に送られ、次に、ＲＳ２ １０２は、ＳＳ５及びＳＳ６のためにＤＬストリームを送り出す。ＳＳ７及びＳＳ８に関しては、ＢＳ１００との通信は、ＲＳ２ １０２、ＲＳ３ １０３を介して、２つのホップを経由する。

図４は、図１のシステムのための、ダウンリンクサブフレーム及びアップリンクサブフレームを含む例示的フレーム構造を示している。横軸は、無線リソースのタイムスロットパートを表し、縦軸は、無線リソースの周波数パートを表している。ダウンリンクフレームは、基地局ＢＳ１００から加入者局への直接送信と、１つ以上の中継局を介する基地局ＢＳ１００から加入者局への送信とを含む。アップリンクフレームは、加入者局から基地局ＢＳ１００への直接送信と、１つ以上の中継局を介する加入者局から基地局ＢＳ１００への送信とを含む。ダウンリンクフレーム及びアップリンクフレームは、基地局における送信−受信遷移時間（ＴＴＧ）によって、時間的に分離される。１つのフレームは、１つのダウンリンクサブフレームと、１つ以上のアップリンクサブフレームとを含むことができる。１つ以上のアップリンクサブフレームが完成した後、その１つのアップリンクサブフレーム又は最後のアップリンクサブフレームと、次フレームのダウンリンクサブフレームとの間に、基地局受信／送信遷移ギャップ（receiver/transmit transition gap：ＲＴＧ）として知られる時間的なギャップが加えられる。

図４の縦軸に沿った周波数領域では、共通の周波数帯域内の異なるチャンネル周波数又は異なる周波数帯域の異なるチャンネル周波数が、図１のシステムにおいて様々なデータを搬送するために割り当てられる。この異なるチャンネル周波数の割当は、各サブフレーム内で変化する。この具体例では、ＢＳ１００によって、フレームのプリアンブルが最初に送り出され、続いて、フレーム制御ヘッダ（frame control header：ＦＣＨ）、ダウンリンクマップ（downlink map：ＤＬ−ＭＡＰ）及びアップリンクマップ（uplink map：ＵＬ−ＭＡＰ）が送信され、これらは、この具体例では、異なるチャンネル周波数における送信のための同じタイムスロットに割り当てられている。

図４の具体例では、ダウンリンクサブフレームは、基地局１００からその中継局に送信されたデータバースト、１つの中継局から他の中継局に送信されたデータバースト及び中継局から関連する加入者局に送信されたデータバーストを含む。ダウンリンクバースト割当は、ダウンリンク上の加入者局による時分割複信（time division multiplex：ＴＤＤ）及び時分割多元接続（time division multiple access：ＴＤＭＡ）の両方のためのバースト開始時刻を定義するメディアアクセス制御（Medium Access Control：ＭＡＣ）メッセージを記述するＩＥＥＥ８０２．１６ネットワーク内のダウンリンクマップ（ＤＬ−ＭＡＰ）によって提供できる。また、ＤＬ−ＭＡＰとは異なる他のダウンリンクメッセージを用いることもできる。他の具体例として、バースト割当信号は、その親基地局又は中継局によって提供してもよい。同様に、アップリンクサブフレームは、加入者局から指定中継局（designate relay station）へのデータバースト及び中継局から基地局へのデータバーストを含むことができる。アップリンクバースト割当は、アップリンクマップ（ＵＬ−ＭＡＰ）又は他のアップリンクメッセージによって提供できる。他の具体例として、バースト割当信号は、親である上位の基地局又は上位の中継局によって提供してもよい。

中継局ＲＳ２ １０２、ＲＳ３ １０３がデータを受信及び送信するための周波数−時間割当を強調して示し、関連する信号送信パスを矢印で示している。ここでは、中継局ＲＳ２ １０２のためのＴＴＧを示しており、ＴＴＧは、各中継局について、最短送信−受信遷移時間（ＴＴＧ）を満たすように設定される。ＢＳ１００から中継局へのデータバーストは、中継局によって受信される。受信中継局は、受信中継局に宛てられた受信したデータバースト内のデータの一部を復号及び除去し、受信したデータバーストの残りの部分を、１つ以上の下位の中継局及び１つ以上の下位の加入者局に中継する。これに続く下位の中継局は、中継局及び基地局のサービングエリア内の意図された加入者局に適切なデータがルーティングされるまで、同様の処理を繰り返す。アップリンクサブフレームでは、加入者局、中継局及び基地局によって逆の処理が実行され、この場合、加入者局からのプロトコルデータユニットは、中継局によってパッケージ化され、基地局に中継され、基地局は、その加入者局からのプロトコルデータユニットをネットワークに送る。

図４のフレーム構造では、フレーム全体が、１つの単一のプリアンブル、１つのＵＬ−ＭＡＰ、１つのＤＬ−ＭＡＰ及び１つのＦＣＨを有し、全ての中継局及び加入者局のための送信及び受信スケジュールを提供する。ＢＳ１００は、最初にプリアンブル、ＵＬ−ＭＡＰ、ＤＬ−ＭＡＰ及びＦＣＨを送信する。このフレーム設計では、２つの異なる中継局が、同時に、データバーストを送信することができる。

他の具体例では、ダウンリンクサブフレームのタイムスロットは、異なるタイムゾーンに分割され、各タイムゾーンは、基地局又は１つの中継局によるデータバーストの送信専用に指定される。図５Ａ及び図５Ｂは、このフレーム設計の２つの具体例を示している。

図５Ａは、中継局を介するホッピングのために、ダウンリンクサブフレームのための分割された送信タイムゾーンを有する例示的フレーム構造を示す。この具体例では、ダウンリンクサブフレームは、複数のダウンリンク送信ゾーンを含む。ＤＬ ＢＳゾーンでは、データバーストは、基地局からその中継局（ＲＳ１及びＲＳ２）及び加入者局（ＳＳ１及びＳＳ２）に送信される。ＢＳは、フレーム全体毎に単一のＵＬ−ＭＡＰ、単一のＤＬ−ＭＡＰ及び単一のＦＣＨを送り出す。ＤＬ ＲＳゾーン１では、データバーストは、中継局ＲＳ２から関連する中継局（ＲＳ３）及び加入者局（ＳＳ５及びＳＳ６）に送信される。ＤＬ ＲＳゾーン２では、データバーストは、中継局ＲＳ３から関連する加入者局（ＳＳ７及びＳＳ８）に送信される。第１のゾーン、例えば、ＤＬ ＢＳゾーンに続いて、各ゾーンは、オプションとして、ダウンリンクミッドアンブルシンボルから開始してもよい。

同様に、アップリンクサブフレームは、図５Ａのフレーム内に、複数のアップリンク送信ゾーン（ＵＬ ＲＳゾーン１、ＵＬ ＲＳゾーン２及びＵＬ ＢＳゾーン）も含むことができる。ＵＬ ＲＳゾーン１では、データバーストは、加入者局（ＳＳ７及びＳＳ８）からそれらの中継局（ＲＳ３）に送信され、及び加入者局（ＳＳ３及びＳＳ４）からそれらの中継局（ＲＳ１）に送信される。ＵＬ ＲＳゾーン２では、幾つかのデータバーストは、中継局ＲＳ３から関連する中継局（ＲＳ２）に送信され、幾つかのデータバーストは、中継局ＲＳ１及び他の関連する加入者局（ＳＳ１及びＳＳ２）から基地局に送信される。ＵＬ ＢＳゾーンでは、データバーストは、中継局（ＲＳ１及びＲＳ２）及び他の加入者局から基地局に送信される。中継局ＲＳ１及びＲＳ３は、ＵＬ ＲＳゾーン１では、受信モードであり、そして、幾つかの中継局（ＲＳ１及びＲＳ３）は、後に受信モードから送信モードに切り替わる。ＵＬ ＢＳゾーンでは、全ての中継局（ＲＳ１及びＲＳ２）は、送信モードである。

図５Ｂは、中継局を介するホッピングのために、ダウンリンクサブフレームのための分割された送信タイムゾーンを有する他の例示的フレーム構造を示している。図５Ａのフレーム構造とは異なり、ＢＳは、指定されたＤＬ ＢＳゾーンの始めにＵＬ−ＭＡＰ、ＤＬ−ＭＡＰ及びＦＣＨを送り出し、また、各中継局は、指定されたゾーンの始めにＵＬ−ＭＡＰ、ＤＬ−ＭＡＰ及びＦＣＨを送り出す。

図６は、基地局スケジューラの例示的フローチャートを示している。この具体例では、基地局は、最初に、指定された中継局のＰＤＵをグループ化して、中継プロトコルデータユニット（Ｒ−ＰＤＵ）を生成し、そして、スケジュール情報及びＲ−ＰＤＵを指定された中継局に送信する。図に示すように、基地局は、加入者局に宛てられたプロトコルデータユニット（ＰＤＵ）をネットワークから受信する（ステップ６１０）。基地局は、指定された中継局に基づいて、受信したＰＤＵをグループ化する（ステップ６２０）。このグループ化は、親基地局に関する下位−上位関係と共に、中継局トポロジに基づいて行われる。基地局は、対応するグループ化されたＰＤＵから中継プロトコルデータユニット（Ｒ１−ＰＤＵ）を生成する（ステップ６３０）。次に、基地局は、下位のＲＮ−１−ＰＤＵ及び対応するグループ化されたＰＤＵから、マルチホップ（Ｎ−ホップ）中継プロトコルデータユニット（Ｒｎ−ＰＤＵ）を生成する（ステップ６４０）そして、基地局は、ダウンリンク中継ＭＡＰ等のスケジュール情報と共に、チャンネルリソース、例えば、タイムスロット及び周波数ブロックを指定された中継局に割り当てる（ステップ６５０）。基地局は、スケジュール情報、例えば、ダウンリンク中継ＭＡＰ及び各ＲＮ−ＰＤＵを指定された中継局に送信する（ステップ６６０）。図４、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、基地局によるこの送信は、ダウンリンクサブフレームの始めに実行される。

図７は、中継局がＲ_Ｎ−ＰＤＵをＲ_Ｎ−１−ＰＤＵ及びＰＤＵに復号し、そして、これらを指定された下位の中継局及び加入者局に送信する処理の具体例を示している。この処理は、ダウンリンクサブフレームの間に実行される。図に示すように、中継局は、その親又は上位の基地局（ＢＳ）又は上位の中継局からマルチホップ（Ｎ−ホップ）中継プロトコルデータユニット（Ｒｎ−ＰＤＵ）を受信する（ステップ７１０）。中継局は、受信したＲｎ−ＰＤＵを下位のＲｎ−１−ＰＤＵ及びＰＤＵに復号する（ステップ７２０）。次に、ステップ７３０において、中継局は、Ｒｎ−１−ＰＤＵ及びＰＤＵを指定された下位の中継局（ＲＳ）及び加入者局（ＳＳ）に送信する。

上述した中継フレーム構造では、無線リソース割当は、様々な構成で実現することができる。図８、図９及び図１０は、３つの具体例を示している。

図８は、図４、図５Ａ及び図５Ｂのフレーム構造において、単一のＲＦチャンネルを用いて処理を実行する具体例を示している。図４、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ＲＦチャンネルの所定の帯域幅ＲＦ１は、異なる周波数ブロックに分割される。ここでは、２つの隣接するフレームを示している。

図９は、同じ周波数帯域内の２つの異なるチャンネルＲＦ１及びＲＦ２を用いて、同じ周波数帯域内でスケジュール情報をどのように送信するかの具体例を示している。スケジュール情報は、８０２によって示すように、同じ無線周波数（ＲＦ）チャンネルにおいて、割り当てられたリソースと共に送ることができる。また、スケジュール情報は、８０４によって示すように、割り当てられたリソースのＲＦチャンネルとは異なるＲＦチャンネルで送ることもできる。この具体例では、第２のチャンネルＲＦ２は、割り当てられたリソースを提供するために専用に使用され、第１のチャンネルＲＦ１は、割り当てられたリソースのスケジューリング及び提供の両方のために使用される。ダウンリンクスケジュール情報は、データパケットの送信と異なる技術又は同じ技術を用いて、及びデータパケットの送信と異なるフレーム構造又は同じフレーム構造を用いて送信することできる。中継局は、このスケジュール情報を受信し、ダウンリンクサブフレーム内の特定の期間又は割り当てられたタイムスロットにおいて、受信又は送信を実行する。

図１０は、２つの異なる周波数帯域の２つの異なるチャンネルを使用して、スケジュール情報及びデータペイロードをそれぞれ送信する具体例を示している。２のチャンネルＲＦ１及びＲＦ２は、２つの異なる周波数帯域にある。第１のチャンネルＲＦ１は、データペイロードを搬送するためには使用されず、中継局のためのスケジュール情報を提供する制御チャンネルとして使用される。このチャンネルＲＦ１は、帯域幅がチャンネルＲＦ２の帯域幅より狭い狭帯域チャンネルであってもよい。制御チャンネルＲＦ１は、無線チャンネルであってもよく、有線チャンネルであってもよく、例えば、イーサネット（登録商標）及びＴ１／Ｅ１ライン等の有線ネットワーク接続であってもよい。第２のチャンネルＲＦ２は、割り当てられたリソースを提供し、データペイロードを搬送するために使用される。したがって、８２４、８２６、８２８によって示すように、スケジュール情報は、割り当てられたリソースのＲＦチャンネルとは異なるＲＦチャンネル又はＲＦ帯域で送ることができる。スケジュール情報を提供するＲＦチャンネルは、割り当てられたリソースを提供するＲＦチャンネルとは同じ帯域幅を有していなくてもよく、同じフレーム構造に従っている必要もない。

このような構成を用いて、基地局、中継局及び加入者局の間で、マルチホップ中継無線通信を実現することができる。加入者局は、以下に限定されるわけではないが、固定局、半固定局、移動局を含むことができる。中継局は、以下に限定されるわけではないが、固定中継局、半固定中継局、移動中継局を含むことができる。上述の技術は、専用の無線インフラストラクチャ上で実現してもよく、又は既存の無線通信システムに対するネットワーク拡張として実現してもよい。

本明細書は、多くの詳細事項を含んでいるが、これらの詳細事項は、任意の発明の範囲又は特許請求の範囲を限定するものとは解釈されず、特定の実施の形態の特定の特徴の記述として解釈される。本明細書おいて、別個の実施の形態の文脈で開示した幾つかの特徴を組み合わせて、単一の実施の形態として実現してもよい。逆に、単一の実施の形態の文脈で開示した様々な特徴は、複数の実施の形態に別個に具現化してもよく、適切な如何なる部分的組合せとして具現化してもよい。更に、以上では、幾つかの特徴を、ある組合せで機能するものと説明しているが、初期的には、そのように特許請求している場合であっても、特許請求された組合せからの１つ以上の特徴は、幾つかの場合、組合せから除外でき、特許請求された組合せは、部分的組合せ又は部分的な組合せの変形に変更してもよい。

このように、特定の実施の形態について説明した。他の実施の形態も、以下の特許請求の範囲に含まれる。

Claims (17)

1. 無線中継通信ネットワーク内の基地局、中継局及び加入者局間でデータ制御メッセージストリームを送信する方法において、
   ネットワークから、加入者局のためのプロトコルデータユニットを受信するように基地局を動作させる第１のステップと、
   前記基地局の制御下にある１つ以上の中継局の中継局トポロジに基づいて、前記プロトコルデータユニットから中継プロトコルデータユニットを生成するように基地局を動作させる第２のステップと、
   少なくとも１つの中継局が対応する、生成された中継プロトコルデータユニットを受信するように指定されるチャンネルリソース割当情報を有する送信スケジュールを生成するように基地局を動作させる第３のステップと、を有し、
   前記第１のステップは、前記中継局トポロジに基づいて、第１の中継局のための第１のグループの受信プロトコルデータユニットを生成することと、前記中継局トポロジに基づいて、前記第１の中継局の下位となる第２の中継局のための第２のグループの受信プロトコルデータユニットを生成することと、前記第１のグループの受信プロトコルデータユニットを、前記第１の中継局のための中継プロトコルデータユニットに含めることと、前記第２のグループの受信プロトコルデータユニットを、前記第２の中継局のための下位の中継プロトコルデータユニットとして前記第１の中継局のための前記中継プロトコルデータに含めることと、を有し、
   前記方法は、さらに、
   前記第１の中継局が前記第１の中継局のための前記中継プロトコルデータユニットを受信し、当該受信した中継プロトコルデータユニットをデコードしてデコードされた下位の中継プロトコルデータユニットと１以上のデコードされたデータユニットを生成し、前記１以上のデコードされたプロトコルデータユニットを１以上の加入者局にそれぞれ送信し、前記デコードされた下位の中継プロトコルデータユニットを前記第２の中継局に送信して前記第２の中継局が１以上のプロトコルデータユニットを１以上の加入者局に送信するようにさせる第４のステップを有する方法。
2. 前記１つ以上の中継局に送信スケジュールを送信し、前記１つ以上の中継局に、前記送信スケジュールに基づいて、前記対応する生成された中継プロトコルデータユニットを受信させるステップを有する請求項１に記載の方法。
3. １つ以上の中継局に、送信フレーム内で、プロトコルデータユニットと共に送信スケジュールを送信するステップを有する請求項２に記載の方法。
4. １つ以上の中継局に、プロトコルデータユニットを送信するための第２の無線周波数チャンネルとは異なる第１の無線周波数チャンネルで、プロトコルデータユニットと共に送信スケジュールを送信するステップを有し、前記第１及び第２の無線周波数チャンネルは、同じ周波数帯域内である請求項２に記載の方法。
5. 第１の周波数帯域内の第１の無線周波数チャンネルを用いて、１つ以上の中継局に送信スケジュールを送信するステップと、
   第２の異なる周波数帯域内の第２の異なる無線周波数チャンネルを用いて、１つ以上の中継局に、前記中継プロトコルデータユニットを送信するステップと、を有する請求項２に記載の方法。
6. 前記第１の無線周波数チャンネルは、有線ネットワーク接続である請求項５に記載の方法。
7. １つ以上のタイムスロット及び１つ以上の周波数ブロックの組合せを指定するステップと、
   前記送信スケジュールに基づいて、前記対応する中継プロトコルデータユニットを受信するように指定された中継局を動作させるステップを有する請求項２記載の方法。
8. 各中継局の送信−受信遷移時間（ＴＴＧ）が最短の時間的ギャップに一致するように１つ以上のタイムスロット及び１つ以上の周波数ブロックの組合せを指定する請求項７に記載の方法。
9. 基地局、中継局及び加入者局間で情報を送信及び受信する無線中継通信ネットワークにおいて、
   基地局から各加入者局への通信パスを決定するスケジューラロジックと、ダウンリンクデータ及び制御メッセージを送信し、及びアップリンクデータ及び制御メッセージを受信する送信機／受信機コンポーネントとを含む少なくとも１つの基地局と、
   情報を送信及び受信するための期間を決定するスケジューラロジックと、データ及び制御メッセージを送信し、データ及び制御メッセージを受信する送信機／受信機コンポーネントとを含む、第１及び第２の中継局とを備え、
   前記第２の中継局は、前記第１の中継局の下位にあり、
   前記少なくとも１つの基地局は、加入者局のためのプロトコルデータユニットを受信し、中継局トポロジに基づいて前記第１の中継局のための第１のグループの受信プロトコルデータユニットを生成し、前記中継局トポロジに基づいて、前記第２の中継局のための、第２のグループの受信プロトコルデータユニットを生成することと、前記第１のグループの受信プロトコルデータユニットを、前記第１の中継局のための中継プロトコルデータユニットに含めることと、前記第２のグループの受信プロトコルデータユニットを、前記第２の中継局のための下位の中継プロトコルデータユニットとして前記第１の中継局のための前記中継プロトコルデータに含めるように構成されている、無線中継通信ネットワーク。
10. 前記第１の中継局のスケジューラロジックは、情報を送信するための開始時刻及び終了時刻の少なくとも１つを決定する請求項９に記載のネットワーク。
11. 前記少なくとも１つの基地局のスケジューラロジックは、情報を送信するための開始時刻及び終了時刻を決定する請求項９に記載のネットワーク。
12. さらに、フレーム構造を用いてダウンリンク中継をフレーム構造のダウンリンクサブフレームの一部に提供するステップを有し、
    前記フレーム構造は、基地局ゾーンであって、当該基地局ゾーンの先頭部分に基地局ダウンリンクマップを有する、基地局ゾーンを含み、
    前記基地局ゾーンは、前記基地局がダウンリンク送信を実行するために設けられ、
    前記基地局ゾーンの後に、中継局ゾーンであって、当該中継局ゾーンの先頭部分にダウンリンクマップを有する中継局ゾーン続き、
    前記中継局ゾーンは、前記中継局がダウンリンク送信を実行するために設けられている請求項１に記載の方法。
13. フレーム構造を用いてアップリンク中継を提供し、中継局が前記フレーム構造内でアップリンクサブフレームの一部を送信できるようにする請求項１２に記載の方法。
14. 各中継局の受信−送信遷移時間（ＲＴＧ）が最短の時間的ギャップに一致するようにフレーム構造を構成する請求項１２に記載の方法。
15. 前記フレーム構造は、ダウンリンク送信のみ又はアップリンク送信のみに適用される請求項１４に記載の方法。
16. さらに、前記第１の中継局のための中継プロトコルデータユニットと前記送信スケジュールを含む情報を前記第１の中継局に送信するステップを有し、
    前記第１の中継局のための前記中継プロトコルデータユニットは、前記第１の中継局の下位にある中継局のための１以上のプロトコルデータユニットと、１以上のそれぞれの加入者局のための１以上のプロトコルデータユニットと、を有する請求項１に記載の方法。
17. 前記第４のステップは、前記送信スケジュールと前記第１の中継局のための前記プロトコルデータユニットを、前記第１の中継局に送信することを含む請求項１に記載の方法。

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