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図面 (18)

課題

協調中継システムにおいて指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なるフェーズ(すなわち、時間枠)を割り当てるための無線通信方法および装置が開示される。

解決手段

本フェーズ1では、中継局(RS)は無線送受信ユニット(WTRU)をリッスンし、b個の情報ビットを首尾よく受信する。フェーズ2では、RSおよびWTRUが、これらのb個の情報ビットを宛先に協調して送信する。これらの送信は、フェーズ1でWTRUが、選択されたRSに情報を送り、フェーズ2でRSが基地局(BS)にその情報を転送するユニキャスト方式で実施することができる。また送信は、フェーズ1でWTRUがRSおよびBSに情報を送り、フェーズ2でRSがBSにその情報のサブセットを送信するマルチキャスト方式で実施することもできる。

概要

背景

本発明は、無線通信に関する。

通信時分割多重TDM)式に構成されている、中継ダウンリンク(DL;下り回線)通信のためのシステムレベルアーキテクチャが広く研究されている。データは、無線送受信ユニット(WTRU)または中継局(RS)に、異なるタイムスロットで送信される。

WTRUと、フラットフェージングチャネル状態を有するRSとを含むシステムについて、DLセルラ通信のための様々な中継方式が提案され、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)のシミュレーションが実施されている。提案されている中継方式は、セルエッジのWTRUの信号対干渉雑音比(SINR)の分布を大いに促進し、セルカバレッジセル受信地域)を拡大するということを示している。これらの方式は、2つのフェーズ(phase)からなる2ホップ(two−hop)通信を想定している。フェーズ1(T1)では、基地局(BS)が、あるWTRU宛のメッセージを、選択されたRSに、そのRSがそのメッセージを正しく復号するまで送信する。RSがBSによって送られた受信メッセージを復号するのに成功した後で、RSは通信を引き継ぎ、WTRUがメッセージを完全に復号するのに必要とされる情報を転送する。この送信は、BSの協力があってもなくても実施することができる。

これらの中継方式のために、2つの主なチャネル符号化技法が提案されている。第1の主なチャネル符号化技法は、従来の固定レート符号化である。第2の主なチャネル符号化技法は、レートレス符号化(Rateless Coding)である。

レートレス符号化の基本概念は、入力メッセージ無限に長いブロック長で符号化することである。次いでその(おそらくは無限の)出力が、有限サイズの無限ストリームに分割され、次いでそれらのメッセージが順次送信される。送信機は、受信機から復号に成功したとの肯定応答ACK)を受信したときにだけ、レートレスコードワード(codewords;符号語)の送信を終了する。真に無限の符号出力は実際に生成することができないので、実際の送信は決して無限でないことに留意されたい。もっと正確に言えば、新しい符号化メッセージが(必要に応じて)「その場で」入力から生成され、かつ/または有限数の再送信がシステムパラメータとして確立されるということである。しかし、レートレス符号の実際のレートは、受信機がメッセージを正しく復号した時間によって決定され、固定ではない。これにより、レートレス符号は、時変チャネル(たとえばフェージングチャネル)がどのような状態をもたらしていても適応し、そのチャネルにとって正しい符号化レートを効果的に拾い上げることができる。もう一つの方法としての、固定レート符号化システムは、送信機内でチャネル状態情報(CSI)が使用可能でなければ、そのように行うことは困難であることが知られている。さらに、固定レート符号化システムは、チャネル変動対処し、チャネル信頼性を高めるために、強制的に低効率(すなわち低レート)で動作させられる。これらの要因だけでも、中継システム内でレートレス符号化を適用する動機となる。しかし、レートレス符号化パラダイム(paradigm)は、符号化を複数の端末(WTRUおよびRS)間で分配させるための自然のパラダイムでもあり、端末同士が必要最低量の同期化協調して送信することが望ましい。

アップリンク(UL:上り回線ともいう)通信では、ネットワーク構成および干渉モデル化を、DL通信におけるものと同じにすることができる。WTRU、RS、BSにおいて、それぞれ1つの送信機アンテナと1つの受信機アンテナが存在し得る。

いくつかのRSを、各セル内で1つのWTRUを支援することに専念させることができる。RSをBSに関連付けることができる。これらのRSは、1つのWTRUを支援することしかできず、同じセルに関連付けられ、関連付けられたBSと通信することができる。

セルあたり1つのWTRUが存在することができ、1つのタイムスロットでWTRUを支援するRSの数は、1つに制限することができる。

DLと同様に、bは、WTRUがBSに送達しなければならない情報ビット総数を示すものとする。フェーズ1では、BSは、WTRUから送られたbビットのすべてを受信することができるわけではなく、情報ビットを全く受信できない可能性もある。下付き文字rは、中継局(relay)へ、または中継局から、またはその両方の送信を示すものとする。uは、WTRUからの送信を示すものとする。フェーズ1内のWTRUからRSへのレートが、Rr1で示される。RSからBSへのレートがRr2で示される。フェーズt内のWTRUからBSへのレートがRutで示され、ただしt∈{1,2}である。Prt’は、フェーズt内のRSを含む送信の、受信機での平均受信電力を表すものとし、Put’は、フェーズt内のWTRUから送られた、BSでの平均受信電力を表すものとする。gxtおよびIxtは、フェージング係数、およびフェーズt内の送信xにおいて発生したセル間干渉(ICI)を表すものとする。ρxtは、フェーズt内の送信xにおいて発生したICI電力スペクトルを表すものとし、ρ0は、雑音電力スペクトルを表すものとする。N0は、帯域全体を占有する白色雑音電力を示すものとする。

ユニキャストでは、WTRUがRSに送信する2ホップ方式を使用することができる。フェーズ1中には、WTRU−RS間リンクによってサポート可能な最大レートまでを使用して、WTRUが、選択されたRSに情報を送る。一般に、RSに送られる情報ビットの数はbである。スプリット協調多重(split cooperative multiplexing)方式により、WTRUはbRS(bビットのサブセット部分集合))を送ることができる。

フェーズ2(T2)中において、転送を使用してRSからBSに送信するために、RSが通信を引き継ぎ、情報ビットをBSに転送する。

コヒーレント協調ダイバシティ(coherent cooperative diversity)を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、CSIが送信機において使用可能であり得るようにする
。送信機は、受信機からのチャネル位相情報フィードバックを使用して、それらの信号と位相重みとを乗算し、それらの信号が受信機でコヒーレントに加算されることを可能にすることができる。送信機によって協調して送信されるビットの総数は、bビットである。

アラモウチ(Alamouti)協調ダイバシティを使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、アラモウチ送信方式をRSおよびWTRUの間で使用可能にする。RSおよびWTRUは、最良のダイバシティおよび多重化トレードオフを達成するように、bビットをBSに協調して送信する。

単純な協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUが2つの分散アンテナ分散型アンテナともいう)として働く。bビットの情報が、リンクあたりの容量を保証するようにWTRUおよびRSによって独立に符号化され、BSに送信される。

b=bRS+bWTRUであるスプリット協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUが2つの分散アンテナとして働く。WTRUは新しい情報ビットbWTRUをBSにプッシュし、RSは、bRSビットをBSに送信する。RSとWTRUは、2つの異なるコードワードを使用し、それぞれbRS情報ビットとbWTRU情報ビットを符号化する。リンクあたりの容量がこの送信によって保証される。

マルチキャストでは、WTRUがRS、BS、または両方に送信する2ホップ方式を使用することができる。フェーズ1中には、それぞれのWTRU−RS間リンクおよびWTRU−BS間リンクによってサポート可能な最大レート(それぞれR_{r1}およびR_{m1})で、WTRUが、選択されたRSおよびBSに情報を送る。一般に、RSに送られる情報ビットの数はbである。スプリット協調多重方式により、WTRUはbRS(bビットのサブセット)を送ることができる。WTRU−BS間リンクがWTRU−RS間リンクより劣等である可能性がある。この場合には、RSは、BSより先に肯定応答(ACK)を送ることができる。この期間中、BSは、RSに送られる断片的な情報(すなわち、bのサブセットまたはbRSであるb1ビット)を復号するにすぎない。

フェーズ2中に、転送を使用してRSからBSに送信するために、RSは、BSによって受信されていない残りのb2(ただしb2=b−b1)情報ビットを転送する。

コヒーレント協調ダイバシティを使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、CSIが送信機において使用可能であり得るようにする。送信機は、チャネル位相情報を使用し、それらの信号を位相重みと乗算することができ、それらの信号が受信機でコヒーレントに加算されることを可能にする。送信機から送られるビットの総数は、b2(ただしb2=b−b1)である。

アラモウチ協調ダイバシティを使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUは、アラモウチ送信方式を用いて、残りのb2ビットをBSに協調して送信する。そうすることにより、データレートを無駄にすることなしに、2つのレベルのダイバシティを得ることができる。

単純な協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUは、残りのb2ビットを2つの異なるコードワードで多重化し、それらのビットをBSに送る。

b=bRS+bWTRUであるスプリット協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、新しい情報ビットbWTRUがWTRUからBSに直接プッシュされる。RSとWTRUが2つの分散アンテナとして働き、2つの異なるコードワードを使用し、それぞれbRSビットとbWTRUビットを符号化する。リンクあたりの容量がこの送信によって保証される。

準静的な(quasi−static)フラットフェージングチャネルを考えることができる。DLおよびULにおける1つのWTRU/1つのRS/1つのBSによる通信のプロトコル対称性により、DLの1つのWTRU/1つのRSによる通信のための中継方式を、上記で論じたように、ULの1つのWTRU/1つのRSによる通信において適用することができる。

異なる送信フェーズにある各リンクに関するそれぞれのレートを、同様に導出することができる。

セルエッジのWTRUは、セル中央セルセンター)のWTRUよりも中継通信から多くの利益を得る。したがって、DL通信と同様に、セルエッジのWTRUは、通常、チャネルリンクの信頼性を高めるために、RSの助けを求める。DL通信と異なり、UL中継システムにおける第1のホップ通信は、第2のホップよりも多くのICIを受ける。これは、セルエッジのWTRUの幾何学的配置(geometry)によるものである。したがって、UL中継システムの性能全体に対するICIの影響は、DL中継システムとは異なる可能性がある。

WTRU位置およびBS位置、ならびに所与の方式に関するスループットが最大になるように、使用可能なRSをどのように手に入れるかについて考えることができる。

UL通信に関して最大のスループットをもたらす最良の中継位置について考える。マルチキャストスプリット協調多重方式が、DL中継方式の中で、送信機でCSIを必要とすることなしに、最良の性能をもたらすことができる。ULのための対応する方式が、図1に示されている。

マルチキャストスプリット協調多重方式に関する有効レートは、以下のように表される。すなわち、

サービス実行能力(service implementation capabilities、SIC)がBSの受信機内に実装されている場合、弱い方のリンク(WTRU−BS間)からの干渉を、強い方のリンク(RS−BS間)の受信で打ち消すことができる。

式(1)の上界は、Rr1=Rr2のとき、以下のように達成することができる。すなわち、

したがって、WTRUとBSの間の距離が与えられると、式(1)の最大レートを達成するためには、Rr1=Rr2としてRSを選択すべきである。セルエッジのWTRUは、RSを介した通信から、セル中央のWTRUよりも多くの利益(benefit)を得る。セルエッジのWTRUを考えると、2ホップ通信は、第1のホップにおいて第2のホップよりも多くのICIを受ける。固定されたWTRU−BS間距離の場合、RSがWTRUに近い方が、RSがBSに近い方より高いスループットをもたらす。

式(6)の上界を再編成すると、

マルチキャストスプリット協調多重方式は、S1とS2との差として表されるレートに近づく。S1は、2×1多入力多出力MIMO)方式のレートを表し、これは、RSとWTRUが、異なるコードワードを用いて、2つの独立のデータストリームをBSに同時に送信することを意味する。S2は対応するレートを表し、このレートは、フェーズ1内にBSによって受信されたビットの数を、RSで受信されたビットがフェーズ2でWTRUから再送信された場合の、送信に必要とされた時間内のビットの数で除すことによって計算される。したがって、スプリット協調多重方式のレートの上界は、フェーズ1内にBSによって受信されたbビットのサブセット、およびフェーズ2内にWTRUによって冗長的に送信されたbビットのサブセットの送信のレートを減算して、bビットを送信する分散型2×1MIMO方式によって達成されるレートと同等である。

無線チャネル周波数選択性による信号破壊の増大を受けることなしに送信帯域幅全体を増大させるための1つの方法は、マルチキャリア送信を使用することでできる。マルチキャリア送信では、より広帯域の信号を送信するのではなく、副搬送波と呼ばれる複数の、より狭帯域の信号が周波数多重され、同じ無線リンクを介して同じ受信機に一緒に送信される。

WTRUでの送信電力の瞬間電力の大きな変動を低減するために、ロングタームエボリューションLTE;Long Term Evolution)UL通信技法として、シングルキャリア周波数分割多元接続(SC−FDMA)を採用することができる。SC−FDMA送信機200の例示的な図が、図2に示されている。SC−FDMAと直交周波数分割多元接続(OFDMA)との主な違いは、より多数の副搬送波を逆離散フーリエ変換(IDFT変調に供給する前に、信号が、より少数ポイント離散フーリエ変換(DFT)拡散されることである。したがって、SC−FDMAは、DFT拡散直交周波数分割多重と呼ぶこともできる。この方式は、送信信号の瞬間電力の変動(シングルキャリア特性)を低減するが、周波数選択性に対処し、FDMA通信における帯域幅割当ての柔軟性をもたらすように、副搬送波の直交特性を保つ。

WTRUの信号対干渉雑音比(SINR)分布を改善するためにマルチキャリアシステムにおいて中継を使用すること、および協調中継方式において周波数ダイバシティをさらに利用することについて考える。

マルチキャリア通信システムにおいて中継方式を実装することについて考える。周波数選択性によって、異なる副搬送波が異なるフェージング係数を有する。スループットを最大にするために、所与のWTRUに対してのいくつかの副搬送波に中継を使用することが可能である。たとえば、劣悪な状況にある副搬送波(たとえば、高いフェージング係数を受けるもの)に中継を使用することができ、十分に良好な状況にある副搬送波について直接送信を実施することができる。したがって、RSは、不良WTRU−BS間リンクに直面する副搬送波の助けとなり得る。BSは、WTRUに関して副搬送波ごとにベースとする判断を下すことができる。これらの判断は、WTRUおよびRSのチャネル情報から計算される有効チャネル情報に基づくものとすることができる。BSは、副搬送波を異なるWTRUに対してスケジュールすることができ、BSは、あるWTRUの直接送信またはRSを通る協調送信にどの副搬送波を使用すべきかを判断することができる。

この手順の例示的な例が図3に与えられている。BSスケジューリング情報は、WTRUに送られる制御チャネル上で搬送することができる。マルチキャリア協調方式では、搬送波を2つのグループ、すなわち直接(1ホップ)送信に使用されるf1、および協調(2ホップ)送信に使用されるf2に区分することができる。グループf1およびグループf2は、ばらばらに扱われてもよい。この場合には、上述のDL協調方式すべてを、f2グループ搬送波上での協調通信に使用することができる。スループットを最大にするために、BSがあらゆるチャネル品質についてフィードバックを受け、それによりf1およびf2が割り当てられたあらゆるWTRUについて十分に区分されているようにすることが必要とされる可能性がある。したがって、オーバーヘッドが大きくなるおそれがある。

上述の中継方式は、2ホップ送信に割り当てられた副搬送波において適用することができる。BSスケジューリングおよび判断は、副搬送波ごとをベースとするもの、無線ベアラ(RB)ごとをベースとするもの(1つのRBが連続的な副搬送波を含み、各RBがフラットフェージングチャネルを有するとみなされる)、サブバンドごとをベースとするもの(1つのサブバンドが、連続するRBからなり、各サブバンドがフラットフェージングチャネルを有するとみなされる)、またはユニットがフラットフェージングチャネルを有するとみなされる限り、別のものに基づくことができる。

特に、レートレス符号化で実装された中継システムは、送信機でCSIを必要とすることなしに、レートを理論限界に近づくことができる。また、この中継システムは、チャネル統計の変動のロバスト性(robustness:堅牢性)を高めることができる。システムレベルのシミュレーション結果では、レートレス符号化を有するマルチキャスト中継システムは、セルスループットのポイントで、従来の符号化中継システムに優る最大20%の利得をもたらすことができることが示されている。さらに、従来の符号化中継システムに比べて、レートレス符号化システムでは、WTRUとRSとBSの間でそれほどオーバーヘッドが必要とされない。これは、実際の実装にとって有利である。

概要

協調中継システムにおいて指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なるフェーズ(すなわち、時間枠)を割り当てるための無線通信方法および装置が開示される。本フェーズ1では、中継局(RS)は無線送受信ユニット(WTRU)をリッスンし、b個の情報ビットを首尾よく受信する。フェーズ2では、RSおよびWTRUが、これらのb個の情報ビットを宛先に協調して送信する。これらの送信は、フェーズ1でWTRUが、選択されたRSに情報を送り、フェーズ2でRSが基地局(BS)にその情報を転送するユニキャスト方式で実施することができる。また送信は、フェーズ1でWTRUがRSおよびBSに情報を送り、フェーズ2でRSがBSにその情報のサブセットを送信するマルチキャスト方式で実施することもできる。

目的

レートレス符号化の基本概念は、入力メッセージを無限に長いブロック長で符号化することである

効果

実績

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牽制数
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請求項1

指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠割り当てる方法であって、第1の時間枠を、第1の周波数帯域にわたって中継局(RS)にデータを送信するために無線送受信ユニット(WTRU)に割り当て、また第2の周波数帯域にわたって基地局(BS)にデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと、第2の時間枠を、前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記RSに割り当てるステップとを含むことを特徴とする方法。

背景技術

0001

本発明は、無線通信に関する。

0002

通信時分割多重TDM)式に構成されている、中継ダウンリンク(DL;下り回線)通信のためのシステムレベルアーキテクチャが広く研究されている。データは、無線送受信ユニット(WTRU)または中継局(RS)に、異なるタイムスロットで送信される。

0003

WTRUと、フラットフェージングチャネル状態を有するRSとを含むシステムについて、DLセルラ通信のための様々な中継方式が提案され、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)のシミュレーションが実施されている。提案されている中継方式は、セルエッジのWTRUの信号対干渉雑音比(SINR)の分布を大いに促進し、セルカバレッジセル受信地域)を拡大するということを示している。これらの方式は、2つのフェーズ(phase)からなる2ホップ(two−hop)通信を想定している。フェーズ1(T1)では、基地局(BS)が、あるWTRU宛のメッセージを、選択されたRSに、そのRSがそのメッセージを正しく復号するまで送信する。RSがBSによって送られた受信メッセージを復号するのに成功した後で、RSは通信を引き継ぎ、WTRUがメッセージを完全に復号するのに必要とされる情報を転送する。この送信は、BSの協力があってもなくても実施することができる。

0004

これらの中継方式のために、2つの主なチャネル符号化技法が提案されている。第1の主なチャネル符号化技法は、従来の固定レート符号化である。第2の主なチャネル符号化技法は、レートレス符号化(Rateless Coding)である。

0005

レートレス符号化の基本概念は、入力メッセージ無限に長いブロック長で符号化することである。次いでその(おそらくは無限の)出力が、有限サイズの無限ストリームに分割され、次いでそれらのメッセージが順次送信される。送信機は、受信機から復号に成功したとの肯定応答ACK)を受信したときにだけ、レートレスコードワード(codewords;符号語)の送信を終了する。真に無限の符号出力は実際に生成することができないので、実際の送信は決して無限でないことに留意されたい。もっと正確に言えば、新しい符号化メッセージが(必要に応じて)「その場で」入力から生成され、かつ/または有限数の再送信がシステムパラメータとして確立されるということである。しかし、レートレス符号の実際のレートは、受信機がメッセージを正しく復号した時間によって決定され、固定ではない。これにより、レートレス符号は、時変チャネル(たとえばフェージングチャネル)がどのような状態をもたらしていても適応し、そのチャネルにとって正しい符号化レートを効果的に拾い上げることができる。もう一つの方法としての、固定レート符号化システムは、送信機内でチャネル状態情報(CSI)が使用可能でなければ、そのように行うことは困難であることが知られている。さらに、固定レート符号化システムは、チャネル変動対処し、チャネル信頼性を高めるために、強制的に低効率(すなわち低レート)で動作させられる。これらの要因だけでも、中継システム内でレートレス符号化を適用する動機となる。しかし、レートレス符号化パラダイム(paradigm)は、符号化を複数の端末(WTRUおよびRS)間で分配させるための自然のパラダイムでもあり、端末同士が必要最低量の同期化協調して送信することが望ましい。

0006

アップリンク(UL:上り回線ともいう)通信では、ネットワーク構成および干渉モデル化を、DL通信におけるものと同じにすることができる。WTRU、RS、BSにおいて、それぞれ1つの送信機アンテナと1つの受信機アンテナが存在し得る。

0007

いくつかのRSを、各セル内で1つのWTRUを支援することに専念させることができる。RSをBSに関連付けることができる。これらのRSは、1つのWTRUを支援することしかできず、同じセルに関連付けられ、関連付けられたBSと通信することができる。

0008

セルあたり1つのWTRUが存在することができ、1つのタイムスロットでWTRUを支援するRSの数は、1つに制限することができる。

0009

DLと同様に、bは、WTRUがBSに送達しなければならない情報ビット総数を示すものとする。フェーズ1では、BSは、WTRUから送られたbビットのすべてを受信することができるわけではなく、情報ビットを全く受信できない可能性もある。下付き文字rは、中継局(relay)へ、または中継局から、またはその両方の送信を示すものとする。uは、WTRUからの送信を示すものとする。フェーズ1内のWTRUからRSへのレートが、Rr1で示される。RSからBSへのレートがRr2で示される。フェーズt内のWTRUからBSへのレートがRutで示され、ただしt∈{1,2}である。Prt’は、フェーズt内のRSを含む送信の、受信機での平均受信電力を表すものとし、Put’は、フェーズt内のWTRUから送られた、BSでの平均受信電力を表すものとする。gxtおよびIxtは、フェージング係数、およびフェーズt内の送信xにおいて発生したセル間干渉(ICI)を表すものとする。ρxtは、フェーズt内の送信xにおいて発生したICI電力スペクトルを表すものとし、ρ0は、雑音電力スペクトルを表すものとする。N0は、帯域全体を占有する白色雑音電力を示すものとする。

0010

ユニキャストでは、WTRUがRSに送信する2ホップ方式を使用することができる。フェーズ1中には、WTRU−RS間リンクによってサポート可能な最大レートまでを使用して、WTRUが、選択されたRSに情報を送る。一般に、RSに送られる情報ビットの数はbである。スプリット協調多重(split cooperative multiplexing)方式により、WTRUはbRS(bビットのサブセット部分集合))を送ることができる。

0011

フェーズ2(T2)中において、転送を使用してRSからBSに送信するために、RSが通信を引き継ぎ、情報ビットをBSに転送する。

0012

コヒーレント協調ダイバシティ(coherent cooperative diversity)を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、CSIが送信機において使用可能であり得るようにする
。送信機は、受信機からのチャネル位相情報フィードバックを使用して、それらの信号と位相重みとを乗算し、それらの信号が受信機でコヒーレントに加算されることを可能にすることができる。送信機によって協調して送信されるビットの総数は、bビットである。

0013

アラモウチ(Alamouti)協調ダイバシティを使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、アラモウチ送信方式をRSおよびWTRUの間で使用可能にする。RSおよびWTRUは、最良のダイバシティおよび多重化トレードオフを達成するように、bビットをBSに協調して送信する。

0014

単純な協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUが2つの分散アンテナ分散型アンテナともいう)として働く。bビットの情報が、リンクあたりの容量を保証するようにWTRUおよびRSによって独立に符号化され、BSに送信される。

0015

b=bRS+bWTRUであるスプリット協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUが2つの分散アンテナとして働く。WTRUは新しい情報ビットbWTRUをBSにプッシュし、RSは、bRSビットをBSに送信する。RSとWTRUは、2つの異なるコードワードを使用し、それぞれbRS情報ビットとbWTRU情報ビットを符号化する。リンクあたりの容量がこの送信によって保証される。

0016

マルチキャストでは、WTRUがRS、BS、または両方に送信する2ホップ方式を使用することができる。フェーズ1中には、それぞれのWTRU−RS間リンクおよびWTRU−BS間リンクによってサポート可能な最大レート(それぞれR_{r1}およびR_{m1})で、WTRUが、選択されたRSおよびBSに情報を送る。一般に、RSに送られる情報ビットの数はbである。スプリット協調多重方式により、WTRUはbRS(bビットのサブセット)を送ることができる。WTRU−BS間リンクがWTRU−RS間リンクより劣等である可能性がある。この場合には、RSは、BSより先に肯定応答(ACK)を送ることができる。この期間中、BSは、RSに送られる断片的な情報(すなわち、bのサブセットまたはbRSであるb1ビット)を復号するにすぎない。

0017

フェーズ2中に、転送を使用してRSからBSに送信するために、RSは、BSによって受信されていない残りのb2(ただしb2=b−b1)情報ビットを転送する。

0018

コヒーレント協調ダイバシティを使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、CSIが送信機において使用可能であり得るようにする。送信機は、チャネル位相情報を使用し、それらの信号を位相重みと乗算することができ、それらの信号が受信機でコヒーレントに加算されることを可能にする。送信機から送られるビットの総数は、b2(ただしb2=b−b1)である。

0019

アラモウチ協調ダイバシティを使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUは、アラモウチ送信方式を用いて、残りのb2ビットをBSに協調して送信する。そうすることにより、データレートを無駄にすることなしに、2つのレベルのダイバシティを得ることができる。

0020

単純な協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、RSとWTRUは、残りのb2ビットを2つの異なるコードワードで多重化し、それらのビットをBSに送る。

0021

b=bRS+bWTRUであるスプリット協調多重方式を使用してRSおよびWTRUからBSに送信するために、新しい情報ビットbWTRUがWTRUからBSに直接プッシュされる。RSとWTRUが2つの分散アンテナとして働き、2つの異なるコードワードを使用し、それぞれbRSビットとbWTRUビットを符号化する。リンクあたりの容量がこの送信によって保証される。

0022

準静的な(quasi−static)フラットフェージングチャネルを考えることができる。DLおよびULにおける1つのWTRU/1つのRS/1つのBSによる通信のプロトコル対称性により、DLの1つのWTRU/1つのRSによる通信のための中継方式を、上記で論じたように、ULの1つのWTRU/1つのRSによる通信において適用することができる。

0023

異なる送信フェーズにある各リンクに関するそれぞれのレートを、同様に導出することができる。

0024

セルエッジのWTRUは、セル中央セルセンター)のWTRUよりも中継通信から多くの利益を得る。したがって、DL通信と同様に、セルエッジのWTRUは、通常、チャネルリンクの信頼性を高めるために、RSの助けを求める。DL通信と異なり、UL中継システムにおける第1のホップ通信は、第2のホップよりも多くのICIを受ける。これは、セルエッジのWTRUの幾何学的配置(geometry)によるものである。したがって、UL中継システムの性能全体に対するICIの影響は、DL中継システムとは異なる可能性がある。

0025

WTRU位置およびBS位置、ならびに所与の方式に関するスループットが最大になるように、使用可能なRSをどのように手に入れるかについて考えることができる。

0026

UL通信に関して最大のスループットをもたらす最良の中継位置について考える。マルチキャストスプリット協調多重方式が、DL中継方式の中で、送信機でCSIを必要とすることなしに、最良の性能をもたらすことができる。ULのための対応する方式が、図1に示されている。

0027

マルチキャストスプリット協調多重方式に関する有効レートは、以下のように表される。すなわち、

0028

0029

サービス実行能力(service implementation capabilities、SIC)がBSの受信機内に実装されている場合、弱い方のリンク(WTRU−BS間)からの干渉を、強い方のリンク(RS−BS間)の受信で打ち消すことができる。

0030

式(1)の上界は、Rr1=Rr2のとき、以下のように達成することができる。すなわち、

0031

0032

したがって、WTRUとBSの間の距離が与えられると、式(1)の最大レートを達成するためには、Rr1=Rr2としてRSを選択すべきである。セルエッジのWTRUは、RSを介した通信から、セル中央のWTRUよりも多くの利益(benefit)を得る。セルエッジのWTRUを考えると、2ホップ通信は、第1のホップにおいて第2のホップよりも多くのICIを受ける。固定されたWTRU−BS間距離の場合、RSがWTRUに近い方が、RSがBSに近い方より高いスループットをもたらす。

0033

式(6)の上界を再編成すると、

0034

0035

マルチキャストスプリット協調多重方式は、S1とS2との差として表されるレートに近づく。S1は、2×1多入力多出力MIMO)方式のレートを表し、これは、RSとWTRUが、異なるコードワードを用いて、2つの独立のデータストリームをBSに同時に送信することを意味する。S2は対応するレートを表し、このレートは、フェーズ1内にBSによって受信されたビットの数を、RSで受信されたビットがフェーズ2でWTRUから再送信された場合の、送信に必要とされた時間内のビットの数で除すことによって計算される。したがって、スプリット協調多重方式のレートの上界は、フェーズ1内にBSによって受信されたbビットのサブセット、およびフェーズ2内にWTRUによって冗長的に送信されたbビットのサブセットの送信のレートを減算して、bビットを送信する分散型2×1MIMO方式によって達成されるレートと同等である。

0036

無線チャネル周波数選択性による信号破壊の増大を受けることなしに送信帯域幅全体を増大させるための1つの方法は、マルチキャリア送信を使用することでできる。マルチキャリア送信では、より広帯域の信号を送信するのではなく、副搬送波と呼ばれる複数の、より狭帯域の信号が周波数多重され、同じ無線リンクを介して同じ受信機に一緒に送信される。

0037

WTRUでの送信電力の瞬間電力の大きな変動を低減するために、ロングタームエボリューションLTE;Long Term Evolution)UL通信技法として、シングルキャリア周波数分割多元接続(SC−FDMA)を採用することができる。SC−FDMA送信機200の例示的な図が、図2に示されている。SC−FDMAと直交周波数分割多元接続(OFDMA)との主な違いは、より多数の副搬送波を逆離散フーリエ変換(IDFT変調に供給する前に、信号が、より少数ポイント離散フーリエ変換(DFT)拡散されることである。したがって、SC−FDMAは、DFT拡散直交周波数分割多重と呼ぶこともできる。この方式は、送信信号の瞬間電力の変動(シングルキャリア特性)を低減するが、周波数選択性に対処し、FDMA通信における帯域幅割当ての柔軟性をもたらすように、副搬送波の直交特性を保つ。

0038

WTRUの信号対干渉雑音比(SINR)分布を改善するためにマルチキャリアシステムにおいて中継を使用すること、および協調中継方式において周波数ダイバシティをさらに利用することについて考える。

0039

マルチキャリア通信システムにおいて中継方式を実装することについて考える。周波数選択性によって、異なる副搬送波が異なるフェージング係数を有する。スループットを最大にするために、所与のWTRUに対してのいくつかの副搬送波に中継を使用することが可能である。たとえば、劣悪な状況にある副搬送波(たとえば、高いフェージング係数を受けるもの)に中継を使用することができ、十分に良好な状況にある副搬送波について直接送信を実施することができる。したがって、RSは、不良WTRU−BS間リンクに直面する副搬送波の助けとなり得る。BSは、WTRUに関して副搬送波ごとにベースとする判断を下すことができる。これらの判断は、WTRUおよびRSのチャネル情報から計算される有効チャネル情報に基づくものとすることができる。BSは、副搬送波を異なるWTRUに対してスケジュールすることができ、BSは、あるWTRUの直接送信またはRSを通る協調送信にどの副搬送波を使用すべきかを判断することができる。

0040

この手順の例示的な例が図3に与えられている。BSスケジューリング情報は、WTRUに送られる制御チャネル上で搬送することができる。マルチキャリア協調方式では、搬送波を2つのグループ、すなわち直接(1ホップ)送信に使用されるf1、および協調(2ホップ)送信に使用されるf2に区分することができる。グループf1およびグループf2は、ばらばらに扱われてもよい。この場合には、上述のDL協調方式すべてを、f2グループ搬送波上での協調通信に使用することができる。スループットを最大にするために、BSがあらゆるチャネル品質についてフィードバックを受け、それによりf1およびf2が割り当てられたあらゆるWTRUについて十分に区分されているようにすることが必要とされる可能性がある。したがって、オーバーヘッドが大きくなるおそれがある。

0041

上述の中継方式は、2ホップ送信に割り当てられた副搬送波において適用することができる。BSスケジューリングおよび判断は、副搬送波ごとをベースとするもの、無線ベアラ(RB)ごとをベースとするもの(1つのRBが連続的な副搬送波を含み、各RBがフラットフェージングチャネルを有するとみなされる)、サブバンドごとをベースとするもの(1つのサブバンドが、連続するRBからなり、各サブバンドがフラットフェージングチャネルを有するとみなされる)、またはユニットがフラットフェージングチャネルを有するとみなされる限り、別のものに基づくことができる。

0042

特に、レートレス符号化で実装された中継システムは、送信機でCSIを必要とすることなしに、レートを理論限界に近づくことができる。また、この中継システムは、チャネル統計の変動のロバスト性(robustness:堅牢性)を高めることができる。システムレベルのシミュレーション結果では、レートレス符号化を有するマルチキャスト中継システムは、セルスループットのポイントで、従来の符号化中継システムに優る最大20%の利得をもたらすことができることが示されている。さらに、従来の符号化中継システムに比べて、レートレス符号化システムでは、WTRUとRSとBSの間でそれほどオーバーヘッドが必要とされない。これは、実際の実装にとって有利である。

発明が解決しようとする課題

0043

UL通信において同様の利点を得ることが望ましい。従って、RSの受信と送信を同じタイムスロットで実施することができないRSにおけるTDM動作を想定する中継UL通信のためのシステムレベルアーキテクチャについて、いくつかの選択肢が考えられる。

課題を解決するための手段

0044

協調中継システムにおいて指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なるフェーズ(すなわち、時間枠(time periods))を割り当てるための無線通信方法および装置が開示される。フェーズ1では、RSはWTRUをリッスン聴取)し、b個の情報ビットを首尾よく受信する。フェーズ2では、RSおよびWTRUが、これらのb個の情報ビットを宛先に協調して送信する。これらの送信は、フェーズ1でWTRUが、選択されたRSに情報を送り、フェーズ2でRSがBSにその情報を転送するユニキャスト方式で実施することができる。また送信は、フェーズ1でWTRUがRSおよびBSに情報を送り、フェーズ2でRSがBSにその情報のサブセットを転送するマルチキャスト方式で実施することもできる。RSからBSへの転送、コヒーレント協調ダイバシティ、アラモウチ協調ダイバシティ、単純な協調多重、スプリット協調多重を含めて、複数の協調方式を使用することができる。

0045

より詳細な理解を、添付の図面と共に、例として与えられている以下の説明から得ることができる。

発明の効果

0046

UL通信において、レートレス符号化で実装された中継システムは、送信機でCSIを必要とすることなしに、レートを理論限界に近づくことができる。また、この中継システムにより、チャネル統計の変動のロバスト性(robustness:堅牢性)を高めることができる。

図面の簡単な説明

0047

従来のマルチキャストスプリット協調多重方式を示す図である。
従来のSC−FDMA送信機を示すブロック図である。
従来の集中型マルチキャリア実装を示す図である。
RSおよびBSにおける階層マルチキャリア実装を示す図である。
単一のデータストリームを用いた中継転送を示す図である。
WTRUからの単一のストリームを用いた協調中継を示す図である。
WTRUからの複数のストリームを用いた転送中継を示す図である。
WTRUからの複数のストリームを用いた協調中継を示す図である。
WTRUからの複数のストリームを用いたスプリット協調MIMOを示す図である。
適応FDMAを用いた転送中継を示す図である。
適応FDMAを用いた協調中継を示す図である。
適応FDMAを用いた単純な協調MIMOを示す図である。
適応FDMAを用いたスプリット協調多重を示す図である。
協調中継通信のための前方誤り訂正(FEC)エンコーダを示す図である。
RSと通信するWTRUを示す図である。
BSと通信するWTRUを示す図である。
BSと通信するRSを示す図である。

実施例

0048

以下で参照されたとき、「無線送受信ユニット(WTRU)」という用語は、それだけには限らないが、ユーザ機器(UE)、移動局固定型もしくは移動型加入者ユニットページャセルラ電話携帯情報端末(PDA)、コンピュータ、または無線環境内で動作することが可能な任意の他のタイプのデバイスを含む。

0049

以下で参照されたとき、「基地局」という用語は、それだけには限らないが、ノードB、サイトコントローラアクセスポイントAP)、または無線環境内で動作することが可能な任意の他のタイプのインターフェース用デバイスを含む。

0050

階層マルチキャリア実装(Lavered Multicarrier Implementation)
上述の従来の方式とは対照的に、RSは、小型のBSとして働き、BSに送られるシグナリングオーバーヘッド節減することができる。WTRUとRSの間のチャネル情報が、BSで必要とされない。BSは、周波数帯域をWTRUに割り当て、WTRUが助けを必要とする場合、WTRUだけからのチャネル情報に基づいて、WTRUにその対応するRSを通知する。選択されたRSは、割り当てられたWTRUからレポートされたチャネル情報(WTRU−BS間およびWTRU−RS間)を使用し、WTRUからRSへの送信、またはWTRUからBSへの送信にどの帯域が使用されるか判定することができる。この手順の例示的な例が図4に与えられている。

0051

マルチキャリア協調方式
図3によって例示されている従来のマルチキャリア協調方式に対する代替として、直接的な1ホップ通信および協調的な2ホップ通信を共に行うために、グループf1とグループf2を一緒に処理することができる。実装を単純化するために、BSは、いくつかの搬送波を異なるWTRUに対してスケジュールするために直接送信のスケジューリングを行うことができる。次いで、RSは、割り当てられた搬送波を2つのグループに分割し、搬送波のどのグループが直接送信に使用され、どのグループが協調送信に使用されるか判定することができる。BSとRSの間の比較的静的な状態のために、BSは、RSが行うよりも遅いレートで搬送波をWTRUに対してスケジュールすることができる。したがって、BSへのオーバーヘッドフィードバックが少なくなる可能性があり、BSにかかる処理およびシグナリングの負担が軽減される可能性がある。したがって、作業がBSからRSに引き渡され、オーバーヘッドのうちの多くは、RSに対するフィードバックからなる。例示的な実装例が図4に与えられている。

0052

図4の実装を使用する様々な協調方式について下記で考える。

0053

WTRUとBSの間の送信のために割り当てられた周波数帯域(W)はW1およびW2であり、W1は、WTRUからBSへの送信(1ホップ送信)に使用することができ、W2は、WTRUからRSへの送信(2ホップ送信)に使用することができると想定することができる。より一般的な状況では、WTRUは、異なる数の副搬送波を使用し、異なる受信機、すなわちRSおよびBSにデータを送信することができる。これらの2つの送信に割り当てられる副搬送波は、必ずしも連続的なものではない。

0054

送信は、2つのフィーズからなることができる。フェーズ1では、WTRUは、W2で、選択されたRSに、WTRU宛である元のメッセージをそのRSが完全に復号するまで送信する。一方、WTRUは、WTRUとBSの間に、WTRUとRSの間の副搬送波より良好ないくつかの副搬送波がある場合、いくつかのビットをW1でBSに直接送信する。フェーズ2では、RSが送信を引き継ぎ、多重化を用いて、多重化を用いずに、またはその両方で、またWTRUと協力して、WTRUと協力せずに、またはその両方で、あるいはそれらの任意の組合せで、BSがメッセージを元に戻すのに必要とする情報を送る。

0055

WTRUからの単一送信
フェーズ1でBSに直接送られるビットは、RSに送信されてもよい。BS宛の情報すべてがRSを通過してもよい。この送信中、BSは、その情報のサブセットをWTRUから得ることができる。このタイプの方式の裏にある基本概念は、WTRUから単一のデータストリームしか来ないことである。これらの方式の共通の手順が、以下のように与えられている。

0056

WTRUは、b個の情報ビットをRSおよびBSに同時に、しかし異なる周波数で送信し、RSは、BSより前にパケットを正しく得ることができる。RSが信号をWTRUから成功裏に得た後で、RSは、ACKをWTRUに送る。このとき、BSは、WTRUの直接送信からb1ビットを正しく得ている。残りのb2ビットを送信するための3つの選択肢が下記に列挙されている。

0057

転送中継(リレー
WTRUはW1で送信を停止し、RSは、BSからACKを受け取るまで、W(ただしW=W1+W2)を使用してBSにb2ビットを転送する。例示的な例が図5に示される。

0058

この選択肢は、RSが首尾よく受信した後だけWTRUがそのパケットを送信するので、WTRUでの電力節約という利点を有する。もう1つの利点は、RSからWTRUへのACK、BSからRSへのACKなど、WTRU内で必要とされるシグナリングが少ないことである。

0059

この選択肢は、RSがACKをWTRUに返送した後で、送信がRSから来つつあることを、BSに通知する必要があるという欠点を有する。

0060

この選択肢は、以下のように有効レートによって特徴付けられる。すなわち、

0061

0062

協調中継
WTRUは、W2で送信を停止しない。WTRUとRSは、所定の分散型MIMOモードまたは所定の協調ダイバシティモードを使用して、W(ただしW=W1+W2)でb2ビットをBSに協調して送信する。この一例が図6に示されている。当業者なら、「所定の」が、どのように分散および協調ダイバシティが実施されるかに関してRSとWTRUの間にシグナリングが必要とされないこと、およびモードが(たとえばRS内で)予め規定されていることを意味することを理解するであろう。

0063

この選択肢は、送信に成功するために必要とする時間がより短くなる可能性があり、これにより、転送中継に比較したとき、有効レートがより高くなる可能性があるという利点を有する。

0064

この選択肢は、転送中継に比べてWTRU内での電力消費がより多いという欠点を有する。また、RSからWTRUへのACK、RSとWTRUの間の同期、ならびにBSからRSおよびWTRUへのACKなど、より多くのシグナリングが必要とされる。さらに、送信モードについて、また送信がWTRUおよびRSから来つつあることを、BSに通知する必要がある。

0065

この選択肢は、以下のように有効レートによって特徴付けられる。

0066

協調空間ダイバシティについては、フェーズ2において、RSとWTRUが、たとえばアラモウチ(送信機でCSIが使用可能でない場合)またはコヒーレント合成(送信機でCSIが使用可能である場合)を使用して、BSに同じビット(b2ビット)を協調して送信し、その結果、高められたダイバシティレベルによりb2ビットの通信の信頼性が強められる。

0067

協調周波数ダイバシティについては、RSとWTRUが、たとえば分散された空間周波数ブロック符号SFBC)で、W1およびW2を介して平行して、同じ情報ビット、すなわちb2ビットを送信する。

0068

協調多重化については、フェーズ2において、RSとWTRUが、同じ帯域幅を介してBSに異なるビットを独立に送信し、RSおよびWTRUによって送信されるビットの総数がb2である。したがって、

0069

0070

WTRUからの複数のストリーム
どのようにRSを広帯域で使用し、WTRUが情報をBSに送信するのを助けることができるかを説明するために、いくつかの方式が考えられている。この例が、図7および図8に示されている。これらの方式では、(フェーズ1として定義されている)RSがBSに情報を中継し始める前に、RSがWTRUからすべてのビットを受信するのに成功した後で、RSからWTRUにACKが送られることが必要とされるだけである。この方式は、シグナリングオーバーヘッドを削減する。しかし、WTRUは、単一のデータストリームをRSに送るにすぎず、その一部は、BSがフェーズ1内でWTRUからいくつかのビットを受信しているので冗長である。DL通信と対照的に、ULではWTRUの電力消費が重大な関心事である。WTRUの電力消費を削減するためには、フェーズ1内でWTRUによってBSに送られたビットをRSに送信するのを回避することが、より効率的となり得る。したがって、WTRUがそれぞれRSおよびBSに異なるデータストリームを送信し、RSは、フェーズ1内で直接BSに送られなかったビットをWTRUから受信するだけであるいくつかの方式が考えられる。これらの方式では、送信が行われる前に、帯域幅割り当てが必要とされる可能性がある。

0071

これらの方式は、以下を含む。すなわち、
1)WTRUは、独立のb1情報ビットおよびb2情報ビットを、それぞれW1およびW2でBSおよびRSに送信する。

0072

2)BSおよびRSがそれぞれのビットを同時に検出するのに成功するように、WTRUとRSの間、およびWTRUとBSの間の送信間のビット割り当て、帯域幅割り当て、またはその両方を、適正に設計する。

0073

3)RSがb2ビットを得るのに成功した後で、上記で論じた方法と同様に、b2ビットをRSからBSに送信するための3つの選択肢がある。協調アラモウチでは、フェーズ2において、RSとWTRUが、時空間符号化、たとえばアラモウチ時空間ブロック符号(STBC)(送信機にCSIがない)またはコヒーレント合成(送信機にCSIがある)を使用して、BSに同じビット(b2ビット)を協調して送信する。分散周波数ダイバシティでは、フェーズ2において、RSとWTRUが、異なる副搬送波、たとえばSFBCを使用して、BSに同じb2ビットを協調送信する。協調多重化では、フェーズ2において、RSとWTRUが、BSに異なるビットを独立に送信し、RSおよびWTRUによって送信されるビットの総数がb2である。有効レートは、以下のように表される。すなわち、

0074

0075

スプリット協調MIMO
フェーズ1では、WTRUが、b2ビットをRSに、b1ビットをBSに、それぞれ周波数W1およびW2で送信する。この一例が図9に示されている。WTRU−RS間の送信とWTRU−BS間の送信との間で割り当てられるビットの数は、これらの2つの送信における帯域幅割り当てと、WTRU−BS間リンクおよびWTRU−RS間リンクのリンク品質とによって決まる。フェーズ2では、RSとWTRUが分散アンテナとして働き、独立のb2ビットおよびb3ビットをBSに送信する。

0076

この選択肢は、以下のように有効レートによって特徴付けられる。すなわち、

0077

0078

Rr1=Rr2のとき、Reffect(split_coop_mux_multiplestreams)の上界は、

0079

として達成することができる。

0080

レートを最大にするために、以下の結論を引き出すことができる。

0081

セルエッジのWTRUの位置(WTRUとBSの間の固定された距離)を考えると、セルエッジのユーザはRSよりも多くのICIを受けるため、(BSよりも)WTRUに近いRSが、BSにより近いRSよりも高いレートをもたらす。

0082

ある量の帯域幅をWTRUとBSの間の送信に割り当てることにより、この送信に帯域幅を割り当てないことよりレートが高くなる。したがって、WTRUにいくつかのビットをBSに直接送信させる方が、すべてのビットをBSに転送するようにRSに依頼するより良い。さらに、RSとBSの間のリンクがWTRUとBSの間のリンクより良好であるため、Rr1はR1より高い。したがって、WTRUとBSの間の送信(BSの方が劣等なリンクを有する)よりも、WTRUとRSの間の送信(RSの方が良好なリンクを有する)により多くの帯域幅を割り当てる方が、レートが高くなる。

0083

適応FDMA送信
WTRUに割り当てられた搬送波を考えると、これらの搬送波は、2ホップ送信グループと1ホップ送信グループに分けられる。この一例が図10に示されている。2ホップ送信に使用される搬送波は、スループットを最大にするために、2つのフェーズ中に動的に変化させることができる。したがって、フェーズ1において2ホップ送信に割り当てられる副搬送波の数は、フェーズ2において割り当てられる副搬送波の数と異なるものとすることができる。したがって、直接送信に割り当てられる副搬送波は、2ホップ通信の搬送波変化に従って、適応的に変化させることができる。

0084

フェーズ1では、WTRUが、b2ビットをRSに、b1ビットをBSに、それぞれ周波数W1およびW2で送信する。WTRU−RS間の送信とWTRU−BS間の送信との間で割り当てられるビットの数は、これらの2つの送信における帯域幅割り当てと、WTRU−BS間リンクおよびWTRU−RS間リンクのリンク品質とによって決まる。フェーズ2では、RSが、周波数W2’でb2ビットをBSに転送する。この期間(T2)中、WTRUは、新しい情報ビットb3を、周波数W1’でBSに送信する。

0085

この選択肢は、以下のように有効レートによって特徴付けられる。すなわち、

0086

0087

上式で、Rr1=Rr2であり、Reffect(forwarding_adaptiveFDMA)の上界は、

0088

として達成することができる。

0089

有効レートReffect(forwarding_adaptiveFDMA)を最適化するために、フェーズ1におけるWTRU−BS間およびWTRU−RS間の送信のための帯域幅割当ては、フェーズ2におけるWTRU−BS間およびRS−BS間の送信と異なるものとすることができる。2つのフェーズにおける帯域幅割り当ては、独立である。したがって、最適なW1(またはW2)およびW2(またはW1)は、独立に見出すことができる。一般性を失うことなしに、WTRUおよびRSからの送信電力は、それぞれPWTRUおよびPRSと示される。フェーズ1では、W1およびW2を、有効レートReffect(forwarding_adaptiveFDMA)を最大にするように割り振ることができる。定義では、RT2=Rr2+R2、およびRT1=Rr1+R1である。

0090

したがって、

0091

0092

したがって、Reffect(forwarding_adaptiveFDMA)が最大になるような最適なW2を見出すためには、

0093

0094

Rr1=Rr2という条件を使用して、以下を得ることができる。すなわち、

0095

0096

同様に、Reffect(forwarding_adaptiveFDMA)が最大にするためには、

0097

0098

Rr1=Rr2という条件を満たせば、式(43)および式(44)により、媒体制御(MC)を用いて部分転送する方式の有効レートReffect(forwarding_adaptiveFDMA)が最大レートに達する。したがって、導出された条件に基づいて、RWTRU−RS=RRS−BSは、セルエッジのWTRUの位置(WTRUとBSの間の固定された距離)を考えると、セルエッジのユーザは、RSよりも多くのICIを受けるので、BSよりもWTRUにより近いRSの方が、BSにより近いRSよりも高いレートをもたらすことを示唆している。

0099

さらに、式(44)は、ある量の帯域幅をWTRUとBSの間の送信に割り当てることが、この送信に帯域幅を割り当てないことよりも、レートがより高くなることを示唆している。換言すれば、WTRUにいくつかのビットをBSへ直接送信させることにより、すべてのビットをBSに転送するようにRSに依頼するよりも高い有効レートが達成される。さらに、RSとBSの間のリンクがWTRUとBSの間のリンクより良好であるため、Rr1はR1より高い。したがって、式(44)は、WTRUとBSの間の送信(BSの方が一層悪いリンクを有する)よりも、WTRUとRSの間の送信(RSの方がより良好なリンクを有する)により多くの帯域幅を割り当てる方が、レートが高くなることをも示唆している。

0100

同様に、式(44)は、ある量の帯域幅をWTRUとBSの間の送信に割り当てることにより、この送信に帯域幅を割り当てないことよりレートが高くなり、劣等なリンク品質を有する送信(WTRU−BS間リンク)よりも、良好なリンクを有する送信(RS−BS間リンク)により多くの帯域幅を割り当てることを示唆している。

0101

適応FDMAを用いた協調中継
フェーズ2では、この方式により、RSとWTRUは、協調ダイバシティ技術、たとえば、チャネル状態情報が送信機において使用可能な状態のコヒーレント協調ダイバシティ、またはアラモウチのSTBC協調ダイバシティを使用して、BSによって受信されるb2情報ビットを協調して送信することができる。この一例が図11に示されている。

0102

適応FDMAを用いた単純な協調多重
フェーズ2では、この方式により、RSとWTRUは、2×1MISOチャネルとして働くことができる。RSとWTRUは、独立の情報ビットを送信し、RSおよびWTRUが送信するビットの総数がb2である。この一例が図12に示されている。

0103

適応FDMAを用いたスプリット協調多重
フェーズ2では、RSとWTRUは、分散型2×1MIMOのように働き、W2’で独立の情報ビットをBSに送信する。RSは、情報ビットb2を送信し、情報ビットb2は、フェーズ1においてBSによって受信されている。一方、WTRUは、W2'で新しい情報ビットb3をBSに送る。W1'では、WTRUは、独立の情報ビットの別の集合b4をBSに転送(push)する。したがって、フェーズ1およびフェーズ2においてBSによって受信される情報ビットの総数は、b1+b2+b3+b4である。この一例が図13に示されている。

0104

このセクションでは、セルエッジのWTRUについて考える。セルエッジのWTRUとRSまたはBSとの間のレートは、以下のように公式化される。すなわち、

0105

上式で、ρは再使用率(re−use factor;再利用係数ともいう)を表し、 fρは、セルエッジのWTRUでの受信SNRのICI部分(fraction)を指し、fρ=6(ρ/4)α/2は、六角平面セルラシステム(hexagonal planar cellular system)を表し、SNRは、受信機での受信電力である。

0106

RSがWTRUよりもBSに近づくにつれて、RSとBSの間の通信において発生するICIは、WTRUとBSの間の通信において発生するICIよりはるかに小さくなる。この解析を単純化するために、RSが、BSへのその通信においてICIを受けないと想定する。したがって、

0107

0108

LTEULシステムレベルに使用されるシミュレーションパラメータが上記で使用される。経路損失および建物侵入損失は、シャドーイングフェージングを考えずに想定される。瞬間フェージングは想定しない。以下の表1は、UL通信に関するシミュレーション想定を示す。

0109

0110

協調中継システムのためのチャネル符号化時空間符号の設計
協調中継システムには通信の2つのフェーズがある。フェーズ1では、RSはWTRUをリッスンし、b個の情報ビットを首尾よく受信する。フェーズ2では、RSとWTRUがこれらのb個の情報ビットを、たとえばアラモウチ符号、または他の時空間符号(space-time codes)を使用して宛先に協調して送信する。情報ビットがアラモウチ送信機内にマッピングされる前に、2つの並列チャネルエンコーダを使用して、情報ビットを符号化することができる。

0111

図14は、WTRU1405およびRS1410を含む、符号化用無線通信装置を示す。WTRU1405およびRS1410のどちらにおいても、同じ情報ビットを2つの並列前方誤り訂正(FEC)エンコーダ(すなわち、FEC1およびFEC2)に供給することができ、各エンコーダは、異なる符号化方式を使用する。次いで、FECエンコーダからの符号化されたビットは、変調され、シグナリングトランスポートコンバータSTC)にマッピングされる。

0112

位相偏移変調(BPSK)が想定される場合には、タイムスロット1で、WTRUは、FECエンコーダ1の出力であるS_{S1}を送信し、RSは、FECエンコーダ2の出力であるS_{R2}を送信する。次のタイムスロットで、WTRUは、−conj(S_{S2})を送信し、ただしS_{S2}はFECエンコーダ2の出力を表し、S_{S2}=S_{R2}であり、またRSは、conj(S_{R1})を送信し、ただしS_{R1}はFECエンコーダ1の出力を表し、S_{R1}=S_{S1}である。STCマッピングは、BPSK変調を想定して、以下の式(48)で与えられる。すなわち、

0113

0114

したがって、図14を参照すると、WTRU1405は、第1の符号化方式を使用して複数のデータビットを符号化する第1のFECエンコーダと、第2の符号化方式を使用して複数のデータビットを符号化する第2のFECエンコーダとを含む。RS1410は、第1の符号化方式を使用して複数のデータビットを符号化する第3のFECエンコーダと、第2の符号化方式を使用して複数のデータビットを符号化する第4のFECエンコーダとを含む。第1のFECエンコーダおよび第4のFECエンコーダは、符号化されたビットを第1のタイムスロット中に送信することができ、第2のFECエンコーダおよび第3のFECエンコーダは、符号化されたビットを第2のタイムスロット中に送信することができる。

0115

これを任意の他の変調モードに容易に拡張することができることを、当業者なら理解するであろう。さらに、図14の無線通信装置では、WTRU1405がUL通信に使用される。あるいは、WTRU1405に示されているものと同じ構成を有するBSを、DL通信に使用することができる。

0116

アラモウチマッピング方式を用いる単一のFECエンコーダに優るこれらの方式の、いくつかの潜在的な利点は、アラモウチ方式において使用されるものと同じ、FECエンコーダの符号化レートが使用される場合、時空間符号によってもたらされるダイバシティ利得に加えて、追加のチャネル符号化(冗長バージョン)利得が達成され得ることができることを含む。アラモウチ方式の場合と同じチャネル符号化レートを保つために、FEC1およびFEC2の符号化レートを、アラモウチ方式におけるものの半分に低減することができる。したがって、この新しい方式で使用されるFECエンコーダの複雑さが減少する。受信機(WTRUまたはBS)での余分な複雑さはない。

0117

図15は、RS1550と通信するWTRU1500を示す。WTRU1500は、アンテナ1505(たとえば、MIMOアンテナ)、受信機1510、プロセッサ1515、送信機1520を含む。RS1550は、アンテナ1555(たとえば、MIMOアンテナ)、受信機1560、プロセッサ1565、送信機1570を含む。

0118

図16は、BS1650と通信するWTRU1500を示す。BS1650は、アンテナ1655(たとえば、MIMOアンテナ)、受信機1660、プロセッサ1665、送信機1670を含む。

0119

図17は、BS1650と通信するRS1550を示す。

0120

図15図17を参照すると、指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために、異なる時間枠を割り当てることができる。第1の時間枠は、図15に示されているように、第1の周波数帯域にわたってRS1550にデータを送信するために、WTRU1500内の送信機1520に割り当て、また図16に示されているように、第2の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、WTRU1500内の送信機1520に割り当てられてよい。

0121

第2の時間枠は、図17に示されているように、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、RS1550内の送信機1570に割り当てられてよい。

0122

あるいは、第2の時間枠は、図16および図17に示されているように、第1の周波数帯域および第2の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、RS1550およびWTRU1500の両方に割り当てられてもよい。

0123

第2の時間枠は、図17に示されているように、第1の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、RS1550に割り当て、また図16に示されているように、第2の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、WTRU1500に割り当てられてよい。

0124

あるいは、第2の時間枠は、図16および図17に示されているように、第1の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、RS1550およびWTRU1500に割り当て、第2の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、WTRU1500に割り当てられてもよい。

0125

あるいは、第2の時間枠は、図16および図17に示されているように、第3の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、RS1550およびWTRU1500に割り当て、第4の周波数帯域にわたってBS1650にデータを送信するために、WTRU1500に割り当てられてもよい。

0126

実施形態
1.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てる方法であって、
第1の時間枠を、第1の周波数帯域にわたって中継局(RS)にデータを送信するために無線送受信ユニット(WTRU)に割り当て、また第2の周波数帯域にわたって基地局(BS)にデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと、
第2の時間枠を、前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記RSに割り当てるステップと
を含むことを特徴とする方法。
2.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てる方法であって、
第1の時間枠を、第1の周波数帯域にわたって中継局(RS)にデータを送信するために無線送受信ユニット(WTRU)に割り当て、また第2の周波数帯域にわたって基地局(BS)にデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと、
第2の時間枠を、前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記RSおよび前記WTRUに割り当てるステップと
を含むことを特徴とする方法。
3.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てる方法であって、
第1の時間枠を、第1の周波数帯域にわたって中継局(RS)にデータを送信するために無線送受信ユニット(WTRU)に割り当て、また第2の周波数帯域にわたって基地局(BS)にデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと、
第2の時間枠を、前記第1の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記RSに割り当て、また前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと
を含むことを特徴とする方法。
4.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てる方法であって、
第1の時間枠を、第1の周波数帯域にわたって中継局(RS)にデータを送信するために無線送受信ユニット(WTRU)に割り当て、また第2の周波数帯域にわたって基地局(BS)にデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと、
第2の時間枠を、前記第1の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記RSおよび前記WTRUに割り当て、また前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと
を含むことを特徴とする方法。
5.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てる方法であって、
第1の時間枠を、第1の周波数帯域にわたって中継局(RS)にデータを送信するために無線送受信ユニット(WTRU)に割り当て、また第2の周波数帯域にわたって基地局(BS)にデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと、
第2の時間枠を、第3の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記RSおよび前記WTRUに割り当て、また第4の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するために前記WTRUに割り当てるステップと
を含むことを特徴とする方法。
6.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てるための無線通信装置であって、
無線送受信ユニット(WTRU)と、
中継局(RS)と、
基地局(BS)とを備え、前記WTRUが、第1の時間枠の期間に第1の周波数帯域にわたって前記RSにデータを送信するように、また前記第1の時間枠の期間に第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記RSが、第2の時間枠の期間に前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されていることを特徴とする無線通信装置。
7.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てるための無線通信装置であって、
無線送受信ユニット(WTRU)と、
中継局(RS)と、
基地局(BS)とを備え、前記WTRUが、第1の時間枠の期間に第1の周波数帯域にわたって前記RSにデータを送信するように、また前記第1の時間枠の期間に第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記RSおよび前記WTRUが、第2の時間枠の期間に前記第1の周波数帯域および前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されていることを特徴とする無線通信装置。
8.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てるための無線通信装置であって、
無線送受信ユニット(WTRU)と、
中継局(RS)と、
基地局(BS)とを備え、前記WTRUが、第1の時間枠の期間に第1の周波数帯域にわたって前記RSにデータを送信するように、また前記第1の時間枠の期間に第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記RSが、第2の時間枠の期間に前記第1の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記WTRUが、前記第2の時間枠の期間に前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されていることを特徴とする無線通信装置。
9.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てるための無線通信装置であって、
無線送受信ユニット(WTRU)と、
中継局(RS)と、
基地局(BS)とを備え、前記WTRUが、第1の時間枠の期間に第1の周波数帯域にわたって前記RSにデータを送信するように、また前記第1の時間枠の期間に第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記RSおよび前記WTRUが、第2の時間枠の期間に前記第1の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記WTRUが、前記第2の時間枠の期間に前記第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されているを備えることを特徴とする無線通信装置。
10.指定された周波数帯域にわたってデータ送信を実施するために異なる時間枠を割り当てるための無線通信装置であって、
無線送受信ユニット(WTRU)と、
中継局(RS)と、
基地局(BS)とを備え、前記WTRUが、第1の時間枠の期間に第1の周波数帯域にわたって前記RSにデータを送信するように、また前記第1の時間枠の期間に第2の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記RSおよび前記WTRUが、第2の時間枠の期間に第3の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されており、前記WTRUが、前記第2の時間枠の期間に第4の周波数帯域にわたって前記BSにデータを送信するように構成されていることを特徴とする無線通信装置。
11.データを符号化するための無線通信装置であって、
第1の符号化方式を使用して複数のデータビットを符号化する第1の前方誤り訂正(FEC)エンコーダと、第2の符号化方式を使用して前記複数のデータビットを符号化する第2のFECエンコーダとを含む無線送受信ユニット(WTRU)と、
前記第1の符号化方式を使用して前記複数のデータビットを符号化する第3のFECエンコーダと、前記第2の符号化方式を使用して前記複数のデータビットを符号化する第4のFECエンコーダとを含む中継局(RS)と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
12.前記第1のFECエンコーダおよび前記第4のFECエンコーダは、符号化されたビットを第1のタイムスロット中に送信し、前記第2のFECエンコーダおよび前記第3のFECエンコーダは、符号化されたビットを第2のタイムスロット中に送信することを特徴とする実施形態11に記載の無線通信装置。

0127

上記では特徴および要素が特定の組合せで述べられているが、各特徴および要素は、他の特徴および要素なしの単独で、または他の特徴および要素との、もしくは他の特徴および要素を用いない様々な組合せで使用することができる。本明細書において提供されている方法または流れ図は、汎用コンピュータまたはプロセッサによって実行するためのコンピュータ可読記憶媒体内に組み込まれるコンピュータプログラムソフトウェア、またはファームウェアで実施することができる。コンピュータ可読記憶媒体の例は、読取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、レジスタキャッシュメモリ半導体メモリデバイス、内部ハードディスク取外し式ディスクなど磁気媒体光磁気媒体、ならびにCD−ROMディスクおよびデジタル多用途ディスク(DVD)など光媒体を含む。

0128

好適なプロセッサは、例として、汎用プロセッサ専用プロセッサ、従来のプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、複数のマイクロプロセッサDSPコアに関連付けられた1つまたは複数のマイクロプロセッサ、コントローラマイクロコントローラ特定用途向け集積回路ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイFPGA)回路、ならびに任意の他のタイプの集積回路(IC)、および/または状態機械を含む。

0129

ソフトウェアに関連付けられたプロセッサを使用して、無線送受信ユニット(WTRU)、ユーザ機器(UE)、端末、基地局、無線ネットワークコントローラ(RNC)、または任意のホストコンピュータ内で使用するための無線周波数トランシーバに実装することができる。WTRUは、カメラビデオカメラモジュールテレビ電話スピーカフォン振動デバイススピーカマイクロフォンテレビトランシーバハンドフリーハンドセットキーボード、Bluetooth(登録商標モジュール周波数変調FM無線ユニット液晶ディスプレイ(LCD)ディスプレイユニット有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイユニット、デジタル音楽プレーヤメディアプレーヤビデオゲームプレーヤモジュールインターネットブラウザ、および/または任意の無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)モジュールもしくは超広帯域無線(UWB)モジュールなど、ハードウェアおよび/またはソフトウェアで実装されるモジュールと共に使用することができる。

0130

本発明は、無線通信システムに利用できる。

0131

1500 WTRU
1505、1555アンテナ
1510、1560受信機
1520、1570送信機
1515、1565 プロセッサ

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