JP5667201B2 - セルラー・ネットワークにおける協調通信（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ） - Google Patents

Description

本発明は、電気通信の分野に関し、より詳細には、少なくとも１つの基地局とのワイヤレス通信を実行するようになっている移動局の間の協調通信に関する。

本節は、本発明のよりよい理解を容易にする際に助けとなり得る態様を紹介するものである。したがって、本節の記述は、この観点から読まれるべきであり、また何が先行技術であるか、または何が先行技術でないかについての承認として理解されるべきではない。

協調通信の基本概念は、２つ以上のノード、例えば、モバイル端末が、データを相互に中継することができるということであり、モバイル端末の間の協調通信は、一般的に、エア・インターフェース・リレー（ａｉｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｒｅｌａｙ）に基づいている。中継ノードから受信されるデータは、まるで別の基地局から送信されているかのように解釈される可能性がある。しかしながら、協調通信は、一般的に、協調するモバイル端末の間にパートナーシップの制約が存在しないことが仮定されるので、セキュリティ問題を引き起こす可能性がある。さらに、１つの移動局が、別の移動局についての中継ノードとしての機能を果たすときに、ワイヤレス・システムは、一般的に、リソースを２回割り付ける必要があり、すなわち１回目は、移動局（単数または複数）との基地局の通信のためであり、また２回目は、移動局の間の通信のためである。それゆえに、協調通信は、リソースの高い占有を犠牲にして動作する。

さらに、セルラー・モバイル通信システムにおけるスペクトル効率と、セル境界スループットと、セルの範囲とは、基地局と移動局との間のワイヤレス・リンクの両端におけるアンテナの数に依存する。リンクの中のより多くのアンテナは、有用な信号の品質を高める際に、また望ましくない信号（干渉）を抑制する際において、よりよい能力を可能にする。しかしながら、モバイル端末のアンテナの数は、フォーム・ファクタ、ＲＦチェーンのコストなどに起因して制限される。

本発明は、上記で述べられる１つまたは複数の問題の影響に対処することを対象としている。以下は、本発明のいくつかの態様についての基本的な理解を提供するために本発明の簡略化された概要を提示している。この概要は、本発明の網羅的な概説ではない。本発明の主要な、または重大な要素を識別すること、または本発明の範囲を詳しく説明することは、意図されていない。その唯一の目的は、後で論じられるより詳細な説明に対する前置きとしていくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。

本発明の一態様は、第１の伝送技術を使用して少なくとも１つの基地局とのワイヤレス通信を実行するようになっている複数の移動局を備えるセルラー・ネットワークにおける通信のための方法に関するものであり、本方法は、２つ以上の移動局を備える協調クラスタ（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｌｕｓｔｅｒ）を形成するステップと、好ましくは、干渉の抑制と、キャンセルとのうちの少なくとも一方についてＭＩＭＯ技法を使用することにより、特にアップリンク伝送のための送信プリコーディングと、ダウンリンク受信のための受信アンテナ重み付けとのうちの少なくとも一方を使用して、クラスタのうちの少なくとも１つの移動局について、基地局とのワイヤレス通信の性能を改善するための、第１の伝送技術とは異なる第２の伝送技術を使用して協調クラスタの移動局の間の短距離通信を実行するステップとを備える。

本発明者等は、基地局との移動局の通信の性能を改善するために、今日のモバイル・デバイスのうちのいくつかについてのビルトイン機能を使用して、基地局と通信するための伝送技術とは異なる伝送技術を使用した短距離通信を実行することを提案する。この目的のために、第１の伝送技術によって提供される必要がある追加のリソースを割り付ける必要なしに、クラスタの移動局の間で、データ、ならびにチャネル状態情報を交換することを可能にする、移動局の協調クラスタが、形成される。さらに、ＭＩＭＯ技法、特に（線形）プリコーディングおよび空間多重化を使用するときに、限られた数だけのアンテナが、単一の移動局において展開され得るという問題が、軽減されることが可能である。特に、全体の協調クラスタを多数のアンテナを有する１つの仮想移動局として取り扱うことが、可能になり得る。

短距離通信のための伝送技術は、ワイヤレス技術、またはワイヤ・ライン（ｗｉｒｅ−ｌｉｎｅ）技術（ケーブル布線）とすることができる。ワイヤレス技術が、使用されるときに、通信は、帯域外の周波数範囲を使用して、すなわち、基地局との通信のために使用される周波数範囲とは異なる周波数範囲において実行されることが可能である。この場合には、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）（ＷＬＡＮ ８０２．１１ｘ）技術やブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）技術などの技術が、使用されることが可能である。しかしながら、超広帯域技術など、基地局との通信のために使用される周波数帯域をカバーすることができるある種のオーバーレイ技術を使用することも可能である。

協調クラスタを形成するための一変形においては、少なくとも１つの移動局は、少なくとも１つのさらなる移動局との協調を要求し（すなわち、協調要求を送信し）、さらなる移動局は、好ましくは、さらなる移動局のユーザの承認もしくは不承認、さらなる移動局のバッテリ状態、またはさらなる移動局の速度のうちの少なくとも１つに基づいて、その要求を受け入れ、または拒絶する。

セキュリティが、課題であるので、移動局のユーザが、彼らがクラスタに参加したいと思うか否かを選択することが、可能であるべきであり、このようにして信頼できるパートナーにクラスタの中の通信を制限する。クラスタ化オプションをオンにしているユーザは、クラスタからのそれ自体のデータの送信／受信について利益を得ることができるが、またクラスタ内の通信を支援することにより、他のユーザを助ける必要もある。

したがって、送信すべきデータを有さない移動局はまた、クラスタの他の移動局を支援しており、またこれにより他の移動局のためにそれらのバッテリ・パワーを使用している。低バッテリ状態を有する移動局のユーザについての問題が起こらない可能性があることを確認するために、クラスタが、形成されるときに、バッテリ状態はまた、チェックされ、また低バッテリ状態を有する（またはバッテリ容量のある種のしきい値より下の）「ヘルパー」モバイルは、クラスタに参加しないことが、示唆される。バッテリの消費電力を低減させるためのさらなるステップは、必要とされる最小限度までだけモバイルを支援する処理を低減させることとすることができる。これは、それらが処理のために「目を覚ます」必要があるときに、短距離通信を経由してクラスタの中の支援するモバイルに通知することにより行うことができる。

また、移動局は、その間ずっと移動しているので、それらは、クラスタの中のモバイルの数が、急激に変化することができるように、クラスタの他の移動局との短距離伝送が可能である範囲を比較的急速に離れることができる。したがって、クラスタの中の移動局の堅牢な協調を維持するために、ある種のレベルを超過する速度を有する移動局は、一般的に、クラスタに参加することを許可されるべきではない。

一般的に、短距離通信は、クラスタのうちの１つの移動局をマスター局として、またクラスタのうちの少なくとも１つのさらなる移動局をスレーブ局として定義する協調プロトコルを使用して実行されることが可能である。割り当てマスター／スレーブは、クラスタの中で送信されるコンテンツに依存し得ることが、理解されるであろう。例えば、複数のモバイルＴＶチャネルを配信するためのマルチメディア・ブロードキャスト・マルチキャスト・サービス（Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）（ＭＢＭＳ）などのアプリケーションにおいては、１つの移動局は、ある種のチャネルではマスター局とすることができ、また別のチャネルでは、同じ移動局は、スレーブ局とすることができる。マスター／スレーブ局の間の通信を協調させるために、専用の協調プロトコルは、例えば、スレーブ端末の物理レイヤを、特に、受信されるリソース・ブロックと、変調符号化スキーム（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅｓ）（ＭＣＳ）とを構成するために使用されることが可能である。

２つの移動局の間だけで短距離通信を実行するときでさえ、一般に容量が、２倍にされ得るように、受信されたＳＮＲが、マルチ・パス・チャネルにおいて数ｄＢだけ改善することができるように、利点が、かなりあり、これによって通信をスピードアップすることが可能になる。これは、長距離通信のために有利に使用されることも可能である（おそらくかなりのカバレッジ拡張をもたらす）。さらに、セル・エッジにおける移動局は、スケーラブルなコーデックが使用されるときに、拡張されたレイヤの（高精細）モバイルＴＶを受信することができるようになる。特に、第２の伝送技術が、同じトランシーバ（例えば、ＵＷＢなどのオーバーレイ技術が使用されるときの）またはケーブル布線を使用して実施されるときに、移動局は、１つのトランシーバだけを必要とするが、デュアル・レシーバの性能を享受する。さらに、アンテナの配置のために制約された空間に起因して、複数本の、例えば、２本または４本のアンテナを有する単一の移動局を装備するときに、アンテナは、チャネル容量を弱体化させる可能性のある何らかの相互関係を有する可能性がある。受信のための異なる移動局のアンテナを使用する１つの利点は、アンテナが、相互に関連しなくなるように、アンテナの相互の距離が、波長の少なくとも数十倍になることである。

一変形においては、短距離通信は、クラスタの少なくとも１つの移動局からクラスタの少なくとも１つのさらなる移動局へのデータと、チャネル状態情報と、アンテナ重み付けとのうちの少なくとも１つを送信するために実行され、データは、タイム・ドメインのＩＱサンプル、周波数ドメインのＩＱサンプル、ソフト・ビット、または復号されたデータの形態で送信されることが好ましい。

ダウンリンク受信では、１つの移動局のために意図されるすべてのデータは、全クラスタにより、すなわちクラスタのうちのすべての移動局によって収集されることが可能である。次いで、この情報は、対象とされる移動局に対して短距離のモバイル・ツー・モバイル・通信を経由して移送される必要がある。対象とされた移動局は、ちょうど余分なアンテナ・ブランチを有すること、チャネル推定を行うこと、シンボルを復調すること、オプションとして逐次的な干渉のキャンセルを伴うＭＩＭＯ受信アルゴリズム、例えば、最小平均２乗誤差（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）（ＭＭＳＥ）受信を使用してアンテナを組み合わせること、および受信データについて復号することとしてこの情報を取り扱うことができる。

通信のフォーマットについては、異なる可能性が存在しており、すなわち、すべてのクラスタの近隣に対してタイム・ドメインのＩＱサンプルを転送することは、短距離モバイル・ツー・モバイル・リンクのために非常に大きな帯域幅を消費することになる。周波数ドメインのＩＱサンプルを転送するときには、帯域幅は、対象とされるクラスタのモバイルのためのスケジュールされたデータを含む周波数領域（リソース・ブロック）をちょうど転送することにより、低減されることが可能である。データ伝送のフォーマットに関するさらなるオプションは、ソフト・ビットまたは復号されたデータの転送を含んでいる。

チャネル状態情報を有していないアップリンク・データ伝送では、オープン・ループＭＩＭＯ技法が、使用されてもよい（例えば、空間−時間−周波数−ブロック符号化、またはＢＬＡＳＴ）。よりよい性能のためには、チャネル状態情報を使用したＭＩＭＯ技法が、推奨される。例えば、時分割デュプレックス（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）、ＴＤＤを使用したネットワークにおいては、ダウンリンク・パイロット・シンボルをリッスンする（ｌｉｓｔｅｎｉｎｇ）クラスタの移動局は、それらのクラスタ・パートナーに対してチャネル状態情報を転送すべきであり、これは、アップリンクにおける送信重みの計算のためにチャネル相互関係（ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）を活用することができる。

モバイルが、アップリンク・データを送信したいと望むときに、それは、データに加えた線形プリコーディング送信重みをその隣に対して配信することができる。この場合にも、ダウンリンクにおけると同様に、これを如何に行うべきかについてのいくつかのオプションが存在しており、すなわち、タイム・ドメインのＩＱサンプル、周波数ドメインのＩＱサンプル、データ・シンボルに加えた重み、データ・ビットに加えた重みなどを使用することである。

クラスタの送信アンテナの大きな数に起因して、線形プリコーダ（ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｃｏｄｅｒ）の設計は、今やいくつかの目的をすぐに果たすことができ、例えば、隣接セルにおける干渉を最小にしながら、望ましいサービング・セル（ｓｅｒｖｉｎｇ ｃｅｌｌ）における総受信パワーを最大にする。例えば、線形プリコーディングを使用した１２個の単一トランシーバ・アンテナのモバイルのクラスタは、各受信アンテナにおける４−アンテナの基地局セクタの受信パワーを最大にし、またさらに２つの隣接セル（各々が４本のレシーバ・アンテナを有する）における干渉をゼロにする（または抑制する）ことができる。

さらなる一変形においては、クラスタの移動局は、短距離通信を使用して、基地局との協調ワイヤレス通信を実行して、単一の仮想移動局としての機能を果たす。アップリンク・パイロット・シンボルが、データと同じ重みを用いてプリコードされる（ｐｒｅｃｏｄｅｄ）ときに（上記を参照）、クラスタは、基地局に対してトランスペアレントに見えることができ、１つの仮想モバイルとしての機能を果たす。

さらなる一変形においては、クラスタの移動局は、好ましくは時刻同期プロトコル、特に高精度時間プロトコル（Ｐｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＰＴＰ（ＩＥＥＥ１５８８）と、全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＰＳと、第１および／または第２の伝送技術に固有の同期メカニズムとのうちの少なくとも１つを使用して、時刻同期される。協調通信では、専用の時刻同期プロトコルが、使用されてもよく、または第１／第２の伝送技術に固有の同期メカニズム／プロトコルが、採用されてもよい。また、例えば、ＧＰＳシステムによって提供される共通の時間基準が、使用されてもよい。一般に、クラスタのすべての移動局は、セルラー・ネットワークに同期化される必要があり、またそれゆえに、チャネル状態を測定するためにパイロット・シンボルをリッスンする必要があることが、理解されるであろう。このようにして、クラスタのうちのいくつかの移動局が、送信すべきデータを有していないときに、それらは、クラスタのうちの他の移動局のためのデータ伝送を支援することができ、また移動局の適切な時刻同期は、依然として保証されることが可能である。

本発明のさらなる一態様は、第１の伝送技術を使用してセルラー・ネットワークの少なくとも１つの基地局とのワイヤレス通信を実行するようになっており、またさらに、第１の伝送技術とは異なる第２の伝送技術を使用して移動局の協調クラスタのうちの他の移動局との短距離通信を実行するようになっている移動局に関するものであり、短距離通信は、好ましくは、干渉の抑制と、キャンセルとのうちの少なくとも一方についてＭＩＭＯ技法を使用することにより、特にアップリンク伝送のための送信プリコーディングと、ダウンリンク受信のための受信アンテナ重み付けとのうちの少なくとも一方を使用して、基地局との移動局のワイヤレス通信の性能を改善するために使用される。基地局と通信するために使用される伝送技術とは異なる伝送技術を使用して短距離通信を実行する今日の移動局のうちのいくつかのビルトイン機能は、第１の伝送システムによって提供される必要があるリソースを頼りにする必要なしに、それぞれ基地局によって協調通信を実行するために使用されることが可能である。

一実施形態においては、短距離通信のための伝送技術は、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク技術、ブルートゥース技術、超広帯域技術、およびワイヤ・ライン技術から成る群から選択される。これら、および他の短距離通信技法は、協調クラスタを形成するために使用されることが可能である。

さらなる実施形態においては、移動局は、クラスタの少なくとも１つのさらなる移動局へと／から、データと、チャネル状態情報と、アンテナ重み付けとのうちの少なくとも１つを送信する／受信するための短距離通信を実行するようになっており、データは、タイム・ドメインのＩＱサンプル、周波数ドメインのＩＱサンプル、ソフト・ビット、または復号されたデータの形態で送信されることが好ましい。アンテナ重み付けは、クラスタ化された移動局と、基地局との間のＭＩＭＯ通信を実行するために交換されることが可能である。

本発明のさらなる一態様は、上記に説明されるような少なくとも２つの移動局を備える、セルラー・ネットワークのための協調クラスタに関する。そのマルチ・アンテナ機能に起因して、モバイル端末のそのようなクラスタは、同じ時間−周波数リソースを使用してすぐにいくつかのデータ・ストリームを送信することができ、すなわち、ＭＩＭＯ空間多重化を行う。現在のＬＴＥ規格は、１本の送信アンテナ（将来のリリースではおそらく２本）をサポートするにすぎず、それゆえに、より多数の空間ストリームが、アップリンクにおいてサポートされる必要があるときには、拡張される必要がある。

ダウンリンクにおいては、使用可能なマルチ・アンテナ機能を用いて、移動局のクラスタは、隣接セルからの干渉を抑制することができる（例えば、最適組合せ（ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）／干渉拒絶の組合せ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）／ＭＭＳＥなどを使用することにより）。アップリンクにおいては、隣接セルに対する干渉は、クラスタの送信重みの適切な設計により空間的に抑制されることが可能である。２つ以上のセルの境界の近くに形成されるクラスタは、同時に複数のセルに対して送信することもでき、これによって協調マルチ・ポイント伝送（ＣＯＭＰ）のための大きな機会を生成する。

一実施形態においては、協調クラスタのうちの移動局は、１つの移動局をマスター局として、また少なくとも１つのさらなる移動局をスレーブ局として定義する協調プロトコルを使用して、短距離通信を実行するようになっている。協調プロトコルは、特に、スレーブ局からマスター局への転送のためのデータ・フォーマットを構成することができ、またそのパートナーからの応答が存在することを端末に対してアクティブにする／示すことができる。協調プロトコルはまた、協調レベルを、例えば、浮動小数データ、または整数データが転送される必要があるかどうかを構成することもできる。さらに、協調プロトコルは、１つの移動局の、別の移動局に対する協調のための要求を生成する／処理するために使用されることが可能である。

別の実施形態においては、移動局は、好ましくは時刻同期プロトコル、特に高精度時間プロトコル、ＰＴＰと、全地球測位システム、ＧＰＳと、第１および／または第２の伝送技術に固有の同期メカニズムとのうちの少なくとも１つを使用して時刻同期される。上記で説明されているように、クラスタの移動局の間の、また基地局と移動局との間の適切な同期化が、必要であり、また上記で説明される１つまたは複数の同期メカニズムを使用して実施されることが可能である。

別の実施形態においては、移動局は、短距離通信を使用して、基地局との協調ワイヤレス通信を実行して、単一の仮想移動局としての機能を果たすようになっている。上記で示されるように、クラスタのうちの移動局のアップリンク・パイロット・シンボルが、データと同じ重みを用いてプリコードされるときに、クラスタは、基地局に対してトランスペアレントに見えることができ、クラスタは、１つの仮想モバイルとしての機能を果たす。

本発明の最後の一態様は、上記で説明されるタイプの少なくとも１つの協調クラスタを備えるセルラー・ネットワークにおいて実施される。クラスタの基地局と、移動局との間の通信の性能は、短距離通信を使用することにより高められることが可能であり、全般的なネットワーク性能の改善をもたらす。特にビーム形成や線形プリコーディングなどのＭＩＭＯ技法を使用するときに、サービング・セルの受信信号強度は、最大にされることが可能であり、また同時に、隣接セルに対する干渉が、抑制されることが可能である。

さらなる特徴および利点は、図面の各図を参照して、重要な詳細を示す例示の実施形態についての以下の説明の中で述べられ、また特許請求の範囲によって定義される。個々の特徴は、それら自体によって個別に実施されることが可能であり、あるいはそれらのうちのいくつかは、望ましい任意の組合せの形で実施されることが可能である。

例示の実施形態は、線図で示され、また下記の説明の中で説明される。以下の図が、示されている。

ダウンリンク伝送を実行する協調クラスタを有するセルラー・ネットワークの一実施形態についての概略図である。 アップリンク伝送を実行する協調クラスタを有するセルラー・ネットワークの一実施形態についての概略図である。 クラスタの２つの移動局の間の協調プロトコルを使用したデータ転送プロセスの概略図である。

「プロセッサ」としてラベル付けされる任意の機能ブロックを含めて、図に示される様々な要素の機能は、専用のハードウェア、ならびに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通して提供され得る。プロセッサによって提供されるときに、機能は、単一の専用のプロセッサにより、単一の共用のプロセッサにより、または複数の個別プロセッサにより提供されることが可能であり、これらのプロセッサのうちのいくつかは、共用されてもよい。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアだけを排他的に意味するようには解釈されるべきではなく、また限定することなく、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）（ＤＳＰ）ハードウェアと、ネットワーク・プロセッサと、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）（ＡＳＩＣ）と、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）（ＦＰＧＡ）と、ソフトウェアを記憶するためのリード・オンリー・メモリ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）（ＲＯＭ）と、ランダム・アクセス・メモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）（ＲＡＭ）と、不揮発性ストレージとを暗黙のうちに含むことができる。他のハードウェア、従来のもの、および／またはカスタムもまた、含まれていてもよい。同様に、図に示される任意のスイッチは、概念的なものにすぎない。それらの機能は、プログラム・ロジックのオペレーションを通して、専用のロジックを通して、プログラム制御と、専用のロジックとの相互作用を通して、あるいは手動的にさえも、実行されてもよく、特定の技法は、文脈から、より詳細に理解されるように、実施者により選択可能である。

図１は、ロング・ターム・エボリューション（Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＬＴＥ、規格と準拠している本例の中のセルラー・ネットワーク１のセルの簡略化された一例を示すものであり、ＬＴＥセルは、無線カバレッジのエリア（図示されず）に広がる単一の基地局ＢＳを有する。３つの移動局ＭＳ１からＭＳ３は、ＬＴＥセルの基地局ＢＳによってサーブされる。第１および第２の移動局ＭＳ１、ＭＳ２は、協調クラスタＣを形成するのに対して、第３の移動局ＭＳ３は、クラスタＣに参加してはいない。基地局ＢＳに対する移動局ＭＳ１、ＭＳ２の通信は、ＬＴＥ規格に応じて実行されるのに対して、移動局ＭＳ１、ＭＳ２の間の通信は、異なるワイヤレス技術を、本場合においては、基地局ＢＳとの通信のために使用される周波数帯域の外にあるＷＬＡＮ技術を使用した短距離通信である。

当業者は、他の伝送技術もまた、例えば（それだけには限定されないが）、ブルートゥース技術、超広帯域技術、またはワイヤ・ライン技術（ケーブル布線）もまた、クラスタＣの移動局ＭＳ１、ＭＳ２の間の通信のために使用され得ることを理解するであろう。

協調クラスタＣを形成するために、本例においては、第１の移動局ＭＳ１は、第２の移動局ＭＳ２のユーザによって受け入れられている、第２の移動局ＭＳ２に対する協調要求を送信している。第１の移動局ＭＳ１はまた、第３の移動局ＭＳ３に対しても協調要求を送信しているが、後者は、クラスタＣに参加してはいない。本場合においては、これは、第３の移動局ＭＳ３のユーザによるクラスタへの参加の未承認に起因している。移動局がクラスタＣに参加できない他の原因は、（それだけには限定されないが）：ａ）低バッテリ、参加するモバイルのパワーの一部が、データを送信する際にクラスタの他のモバイルを支援するために使用されるので、ｂ）第３の移動局が、短距離ＷＬＡＮ伝送の範囲外にあること、またはｃ）移動局のあまりにも高すぎる速度とすることができる。もちろん、ユーザの代わりに、第２／第３の移動局ＭＳ２、ＭＳ３それら自体（例えば、その上で実施される適切なソフトウェアまたはハードウェア）は、ある種のユーザの設定に基づいて、協調要求を自動的に受け入れ、または拒絶することができる。例えば、それらの設定は、ある種の「共同体」の一部であるすべてのユーザが、上記で（ａ）、ｂ）、ｃ）の下で）述べられるハードルのような追加のハードルが存在する場合を除いて、識別プロセスに基づいて自動的に受け入れられることになるようなものである。

図１の例においては、第１の移動局ＭＳ１は、基地局ＢＳからのデータを受信したいと思い、また第２の移動局ＭＳ２は、支援している。この目的のために、第２の移動局ＭＳ２は、基地局ＢＳに同期化され、また第１の移動局ＭＳ１のために意図されたリソース・ブロックを見出すために制御チャネルを読み取る。この目的のために、第２の移動局ＭＳ２は、タイム・ドメインのＩＱサンプルを受信し、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ−Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）ＦＦＴを実行し、また巡回プレフィックス（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）、ＣＰを除去する。次いで、第２の移動局ＭＳ２は、第１の移動局ＭＳ１を対象とする複合周波数ドメイン・リソース・エレメント・シンボル（ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｙｍｂｏｌｓ）を選択する。次いで、第２の移動局ＭＳ２は、ＷＬＡＮを経由して第１の移動局ＭＳ１に対してこれらのシンボルを送信する。

第１の移動局ＭＳ１はまた、基地局ＢＳから受信されるデータのＦＦＴとＣＰ除去とを実行し、またこれによってそれ自体の周波数ドメイン・リソース・エレメント・シンボルを取得する。これらのシンボルは、第２の移動局ＭＳ２から受信されるシンボルと一緒に、今や、まるで第１の移動局ＭＳ１が、２本の代わりに４本の受信アンテナを有するかのように取り扱われることが可能である。次いで、チャネル推定と、受信の組合せおよび等化とが、４本の受信アンテナについて実行され、またデータは、第１の移動局ＭＳ１の２本のレシーバ・アンテナだけが使用される場合に比べて、より高い品質（それゆえに、より低いブロック・エラー・レート）で復号されることが可能である。

クラスタＣが、その受信の信号対干渉雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−Ｎｏｉｓｅ−Ｒａｔｉｏ）、ＳＩＮＲを改善することになることを知っている第１の移動局ＭＳ１は、今や、より高くサポートされた変調および符号化のスキーム（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ）（ＭＣＳ）を基地局ＢＳに対して報告することもできる。これは、第１の移動局ＭＳ１のための、またそれゆえに全体のＬＴＥセルについての、スループットを改善することになる。

図２は、各々が２本の送信および受信のアンテナ（例えば、ＬＴＥ−高度システムにおける場合のように）を有する２つの移動局ＭＳ１、ＭＳ２の協調クラスタＣを有する通信ネットワーク１の第２の例を示すものである。２つの移動局ＭＳ１、ＭＳ２は、通信ネットワーク１の第１の基地局ＢＳ１によってサーブされ、移動局ＭＳ１、ＭＳ２をサーブしていない第２の基地局ＢＳ２も、通信ネットワーク１の中に存在している。

本例においては、第１の移動局ＭＳ１は、アップリンク・データを送信したいと思っており、第２の移動局ＭＳ２は、支援している。第１の移動局ＭＳ１と第２の移動局ＭＳ２との両方は、ダウンリンク（ＤＬ）参照シンボルに基づいて、第１の基地局ＢＳ１に対するチャネルを測定する。さらに、第１および第２の移動局ＭＳ１、ＭＳ２はまた、隣接セルに広がる基地局ＢＳ２のチャネルをリッスンする。第２の移動局ＭＳ２は、短距離通信（ＷＬＡＮ）を使用してそのチャネル知識を第１の移動局ＭＳ１へと転送する。時分割デュプレックス（ＴＤＤ）モードを使用するときのチャネル相互関係に起因して（移動局ＭＳ１、ＭＳ２のための高速度が、回避される限り）、これらのダウンリンク測定値は、アップリンク・チャネル知識／推定として使用されることが可能である。

それゆえに、第１の移動局ＭＳ１は、クラスタＣの測定されたジョイント・チャネルの関数である、クラスタＣについてのジョイント・プリコーディング・ベクトルを計算することができる。アンテナ重みＷ１１およびＷ１２の第１の組は、第１の移動局ＭＳ１の２本の送信アンテナのために使用される。重みＷ２１およびＷ２２は、第２の移動局ＭＳ２のために意図されており、また第１の移動局ＭＳ１と、第２の移動局ＭＳ２との間のＷＬＡＮリンクを経由してデータ・シンボルと一緒に第２の移動局ＭＳ２へと転送される。

一般的に、短距離伝送技術の、本場合においてはＷＬＡＮ技術のレイテンシー（ｌａｔｅｎｃｙ）は、第１の移動局ＭＳ１と、第２の移動局ＭＳ２とが、第１の基地局ＢＳ１のスケジュールする認可に同時に反応することができるように十分に小さい必要がある。これが、与えられた短距離伝送技術を使用して達成することが難しい場合、データは、前もって第１の移動局ＭＳ１に既に転送されている可能性があり、その結果、重みだけが、間に合うように転送される必要がある。しかしながら、重みが、前もって転送されている可能性があり、例えば、第１の移動局ＭＳ１が、その割り当てられたリソース・ブロックを知らないときでさえ、それは、すべての可能性のあるリソース・ブロックについての重みの組を機先を制して、計算し、また正確なスケジュールされたリソースを知る前に、それらを第２の移動局ＭＳ２へと転送することができる。このアプローチは、低いモビリティを有する移動局ＭＳ１、ＭＳ２の場合に最も良く機能することが、理解されるであろう。両方の移動局ＭＳ１、ＭＳ２は、今や、アンテナ当たりの個々のプリコーディング重みを用いて同じデータ・シンボルを送信することができる。

協調通信を実行するときに移動局ＭＳ１、ＭＳ２の適切な時刻同期化を保証するために、専用の時刻同期プロトコルが、使用されてもよく、あるいは第１／第２の伝送技術に固有の同期メカニズム／プロトコルが、採用されてもよい。また、例えば、ＧＰＳシステムによって提供される共通の時間基準が、使用されてもよい。一般に、クラスタＣのすべての移動局ＭＳ１、ＭＳ２は、セルラー・ネットワーク１に同期される必要があり、またそれゆえに、チャネル状態を測定するためにパイロット・シンボルをリッスンする必要があることが、理解されるであろう。このようにして、クラスタのうちのいくつかの移動局が、送信すべきデータを有していないときでさえ、それらは、クラスタＣの他の移動局のためのデータ伝送を支援することができる。

４本の送信アンテナが、プリコーディング設計についての４つの空間自由度を提供するので、第１の移動局ＭＳ１と、第２の移動局ＭＳ２とについてのジョイント・プリコーディング・ベクトルは、今や、第２の基地局ＢＳ２の２本のレシーバ・アンテナにおいて引き起こされる干渉を空間的に抑制することを、また第１の基地局ＢＳ１における受信信号のコヒーレントな重ね合わせをさらに最大にすることを、考慮に入れることもできる。アップリンク・パイロット・シンボルが、データと同じ重みを用いてプリコードされるときに、クラスタＣは、第１の基地局ＢＳ１に対してトランスペアレントに見えることができ、単一の仮想移動局としての機能を果たすことも理解されるであろう。クラスタＣが、２つのセルの間の境界の近くにあるときに、図２の場合のように、クラスタのうちの移動局ＭＳ１、ＭＳ２は、第２の基地局ＢＳ２と通信することもでき、これにより協調マルチ・ポイント伝送（ＣＯＭＰ）を実行することができるようになる。

図３は、直交周波数分割多重化（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）、ＯＦＤＭ、変調および符号化のスキームを使用した、協調クラスタＣの第１の移動局ＭＳ１と、第２の移動局ＭＳ２との間のデータ転送についての一例を示すものである。図１および図２の場合のように、第１の移動局ＭＳ１は、対象とされた（マスター）局であり、第２の移動局ＭＳ２は、支援しており、スレーブ局としての機能を果たす。スレーブ端末／局ＭＳ２は、ＯＦＤＭトランシーバにおいてＯＦＤＭサンプルを受信し、ＦＦＴを行い、またＣＰを除去する。スレーブ端末ＭＳ２は、もしかするとチャネル推定情報および／またはＭＩＭＯ検出情報と共にＯＦＤＭシンボルを転送することを選択することができる。もちろん、スレーブ局ＭＳ２は、復号されたビットを転送することを選択することもできる。一般的に、スレーブ局ＭＳ２は、ＯＦＤＭシンボルが、複素浮動小数であるので、再サンプリングにより受信ＯＦＤＭシンボルを第１の（マスター）局ＭＳ１へと転送する。

マスター側（ＭＳ１）において、第２の移動局ＭＳ２からの入力データは、チャネル推定モジュールへと、またそこからＭＩＭＯ検出モジュールへと送信されることになる。チャネル推定情報を使用して、第２の移動局ＭＳ２からのＯＦＤＭシンボルの入力ストリームは、第１の（マスター）局ＭＳ１それ自体のＯＦＤＭトランシーバにおいて受信されるデータと一緒に処理されることになる。レシーバ・ダイバーシティ・シナリオ（ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｓｃｅｎａｒｉｏ）においては、マスター局ＭＳ１は、ＭＩＭＯ検出モジュールの中でＭＲＣを行うことになる。次いで、ＭＩＭＯ検出モジュールからのデータは、多重化され、復号され、またさらなる処理のために上位レイヤに転送される。移動局ＭＳ１、ＭＳ２は同一の構造であるので、第２の移動局ＭＳ２は、マスター局として同等によく動作させられることが可能であり、第１の移動局ＭＳ１は、スレーブとして使用されることが理解されよう。

移動局ＭＳ１、ＭＳ２の間のデータの転送を実行するために、協調プロトコル（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）（ＣｏｏＰ）が導入されており、図３を参照されたい。ＣｏｏＰプロトコルは、少なくとも次の機能：１つの移動局／端末は、ＣｏｏＰを通しての別の移動局からの協調を要求することができる機能を有する。マスター局は、スレーブ端末の物理レイヤ、例えば、受信すべきリソース・ブロックと、ＣｏｏＰを使用したＭＣＳとを構成することができる。また、ＣｏｏＰは、そのパートナーからの応答が存在することをモバイル端末に示すことができる。ＣｏｏＰは、スレーブ端末からマスター端末へのデータ転送のためのデータ・フォーマットを構成することもできる。最後に、ＣｏｏＰは、協調レベル、例えば、浮動小数データ、整数データなどを転送することを構成することができる。

要約すれば、本明細書において説明されるような協調通信を使用することにより、局所的な協調クラスタが、提供されることが可能であり、これは、基地局の支援を必要としない。クラスタリングはまた、静的な局／端末に有利に適用され得るので、本明細書において説明されるような移動局は、必ずしも移動オブジェクトであるとは限らないことが、理解されるであろう。

また、ＭＩＭＯ技法／ＭＩＭＯ伝送スキームを使用することにより、より高いスペクトル効率が、達成され、複数のアンテナのＳＩＮＲ利得によって引き起こされることが可能であり、単一モバイルのアップリンク送信パワー制限は、クラスタによって克服されることが可能であり、またプリコーディングは、その上部において追加のアレイの利得と、ダイバーシティ利得とを与えるので、さらに、より高いセル境界スループットと、より高いセル範囲とをもたらす。さらに、線形プリコーディングは、干渉を空間的に抑制することができるので、近隣セルにおける低減されたアップリンクの干渉が、提供されることが可能である。マルチ・アンテナの受信の組合せ（例えば、ＭＭＳＥ）を使用して、望まれていない信号を抑制することができるので、隣接セルからの低減されたダウンリンク干渉を得ることもできる。

本明細書における任意のブロック図は、本発明の原理を実施する例示の回路の概念図を表すことを、当業者は理解すべきである。同様に、任意のフロー・チャート、流れ図、状態遷移図、擬似コードなどは、コンピュータ読取り可能媒体の形で実質的に表され、またそのようなコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されていようとなかろうと、コンピュータまたはプロセッサによってそのように実行され得る様々なプロセスを表すことが、理解されるであろう。

また、説明および図面は、単に本発明の原理を示すものにすぎない。したがって、当業者は、本明細書において明示的に説明され、または示されてはいないが、本発明の原理を実施し、またその範囲内に含まれる様々な構成を工夫することができるようになることが、理解されるであろう。さらに、本明細書において列挙されるすべての例は、主として本発明の原理と、当技術をさらに進めることに対して本発明者（単数または複数）が寄与する概念とを理解する際に読者の助けとなる教育上の目的のためにすぎないように明示的に意図され、またそのように特に列挙された例および状態だけに限定するものでないように解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態を列挙している本明細書の中のすべての記述、ならびにその特定の例は、その同等物を包含するように意図される。

Claims (16)

1. 第１の伝送技術を使用して少なくとも１つの基地局（ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２）とのワイヤレス通信を実行するようになっている複数の移動局（ＭＳ１からＭＳ３）を備えるセルラー・ネットワーク（１）における通信のための方法であって、
   少なくとも１つの移動局（ＭＳ１）によって、少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ２）との協調を要求するステップと、
   前記さらなる移動局（ＭＳ２）によって、前記さらなる移動局（ＭＳ２）のユーザの承認または不承認に基づいて、前記要求の受け入れまたは拒絶を決定するステップと、
   前記移動局（ＭＳ１）と、前記要求の受け入れを決定した前記さらなる移動局（ＭＳ２）とを備える協調クラスタ（Ｃ）を形成するステップと、
   干渉の抑制と、キャンセルとのうちの少なくとも一方についてＭＩＭＯ技法を使用することにより、特にアップリンク伝送のための送信プリコーディングと、ダウンリンク受信のための受信アンテナ重み付けとのうちの少なくとも一方を使用することにより、前記協調クラスタ（Ｃ）のうちの少なくとも１つの移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）について、前記基地局（ＢＳ）との前記ワイヤレス通信の性能を改善するための、前記第１の伝送技術とは異なる第２の伝送技術を使用して前記協調クラスタ（Ｃ）の前記移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）の間の短距離通信を実行するステップと
   を備える方法。
2. 第１の伝送技術を使用して少なくとも１つの基地局（ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２）とのワイヤレス通信を実行するようになっている複数の移動局（ＭＳ１からＭＳ３）を備えるセルラー・ネットワーク（１）における通信のための方法であって、
   少なくとも１つの移動局（ＭＳ１）によって、少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ２）との協調を要求するステップと、
   前記さらなる移動局（ＭＳ２）によって、前記さらなる移動局（ＭＳ２）の速度に基づいて、前記要求の受け入れまたは拒絶を決定するステップと、
   前記移動局（ＭＳ１）と、前記要求の受け入れを決定した前記さらなる移動局（ＭＳ２）とを備える協調クラスタ（Ｃ）を形成するステップと、
   干渉の抑制と、キャンセルとのうちの少なくとも一方についてＭＩＭＯ技法を使用することにより、特にアップリンク伝送のための送信プリコーディングと、ダウンリンク受信のための受信アンテナ重み付けとのうちの少なくとも一方を使用することにより、前記協調クラスタ（Ｃ）のうちの少なくとも１つの移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）について、前記基地局（ＢＳ）との前記ワイヤレス通信の性能を改善するための、前記第１の伝送技術とは異なる第２の伝送技術を使用して前記協調クラスタ（Ｃ）の前記移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）の間の短距離通信を実行するステップと
   を備える方法。
3. 前記短距離通信のための前記伝送技術は、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク技術と、ブルートゥース技術と、超広帯域技術と、ワイヤ・ライン技術とから成る群から選択される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記短距離通信は、前記協調クラスタ（Ｃ）の１つの移動局（ＭＳ１）をマスター局として、また前記協調クラスタ（Ｃ）の少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ２）をスレーブ局として定義する協調プロトコルを使用して実行される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記短距離通信は、前記協調クラスタ（Ｃ）の少なくとも１つの移動局（ＭＳ２）から前記協調クラスタ（Ｃ）の少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ１）へと、データと、チャネル状態情報と、アンテナ重みとのうちの少なくとも１つを送信するために実行され、前記データは、タイム・ドメインのＩＱサンプル、周波数ドメインのＩＱサンプル、ソフト・ビット、または復号されたデータの形態で送信される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記協調クラスタ（Ｃ）の前記移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）は、前記短距離通信を使用して、前記基地局（ＢＳ）との協調ワイヤレス通信を実行して、単一仮想移動局としての機能を果たす、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記協調クラスタ（Ｃ）の前記移動局（ＭＳ１からＭＳ３）は、時刻同期プロトコル、特に高精度時間プロトコル、ＰＴＰと、全地球測位システム、ＧＰＳと、前記第１および／または前記第２の伝送技術に固有の同期メカニズムとのうちの少なくとも１つを使用して時刻同期される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 移動局（ＭＳ１）であって、
   第１の伝送技術を使用してセルラー・ネットワーク（１）の少なくとも１つの基地局（ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２）とのワイヤレス通信を実行し、
   少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ２）との協調を要求し、
   前記さらなる移動局（ＭＳ２）のユーザの承認または不承認に基づく前記要求の受け入れまたは拒絶の決定を、前記さらなる移動局（ＭＳ２）から受信し、
   前記移動局（ＭＳ１）と、前記要求の受け入れを決定した前記さらなる移動局（ＭＳ２）とを備える協調クラスタ（Ｃ）を形成し、
   前記第１の伝送技術とは異なる第２の伝送技術を使用して前記協調クラスタ（Ｃ）のうちの他の移動局（ＭＳ２）との短距離通信を実行するように構成されており、
   前記短距離通信は、干渉の抑制と、キャンセルとのうちの少なくとも一方についてＭＩＭＯ技法を使用することにより、特にアップリンク伝送のための送信プリコーディングと、ダウンリンク受信のための受信アンテナ重み付けとのうちの少なくとも一方を使用して、前記基地局（ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２）との前記移動局（ＭＳ１）の前記ワイヤレス通信の性能を改善するために使用される、移動局（ＭＳ１）。
9. 移動局（ＭＳ１）であって、
   第１の伝送技術を使用してセルラー・ネットワーク（１）の少なくとも１つの基地局（ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２）とのワイヤレス通信を実行し、
   少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ２）との協調を要求し、
   前記さらなる移動局（ＭＳ２）の速度に基づく前記要求の受け入れまたは拒絶の決定を、前記さらなる移動局（ＭＳ２）から受信し、
   前記移動局（ＭＳ１）と、前記要求の受け入れを決定した前記さらなる移動局（ＭＳ２）とを備える協調クラスタ（Ｃ）を形成し、
   前記第１の伝送技術とは異なる第２の伝送技術を使用して前記協調クラスタ（Ｃ）のうちの他の移動局（ＭＳ２）との短距離通信を実行するように構成されており、
   前記短距離通信は、干渉の抑制と、キャンセルとのうちの少なくとも一方についてＭＩＭＯ技法を使用することにより、特にアップリンク伝送のための送信プリコーディングと、ダウンリンク受信のための受信アンテナ重み付けとのうちの少なくとも一方を使用して、前記基地局（ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２）との前記移動局（ＭＳ１）の前記ワイヤレス通信の性能を改善するために使用される、移動局（ＭＳ１）。
10. 前記短距離通信のための前記伝送技術は、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク技術と、ブルートゥース技術と、超広帯域技術と、ワイヤ・ライン技術とから成る群から選択される、請求項８または９に記載の移動局。
11. 前記協調クラスタ（Ｃ）の少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ２）へと／から、データと、チャネル状態情報と、アンテナ重みとのうちの少なくとも１つを送信する／受信するための前記短距離通信を実行するようになっており、前記データは、タイム・ドメインのＩＱサンプル、周波数ドメインのＩＱサンプル、ソフト・ビット、または復号されたデータの形態で送信される、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の移動局。
12. 請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の少なくとも２つの移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）を備える、セルラー・ネットワーク（１）のための協調クラスタ（Ｃ）。
13. 前記移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）は、１つの移動局（ＭＳ１）をマスター局として、また少なくとも１つのさらなる移動局（ＭＳ２）をスレーブ局として定義する協調プロトコルを使用して短距離通信を実行するようになっている、請求項１２に記載の協調クラスタ。
14. 前記移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）は、時刻同期プロトコル、特に高精度時間プロトコル、ＰＴＰと、全地球測位システム、ＧＰＳと、前記第１および／または前記第２の伝送技術に固有の同期メカニズムとのうちの少なくとも１つを使用して、時刻同期される、請求項１２または１３に記載の協調クラスタ。
15. 前記移動局（ＭＳ１、ＭＳ２）は、前記短距離通信を使用して、前記基地局（ＢＳ、ＢＳ１、ＢＳ２）との協調ワイヤレス通信を実行して、単一の仮想移動局としての機能を果たすようになっている、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の協調クラスタ。
16. 請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの協調クラスタ（Ｃ）を備える、セルラー・ネットワーク（１）。

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