特許 7094244 中継局を介して基地局と移動通信装置が通信する無線アクセスシステム及び基地局

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-23

(45)【発行日】2022-07-01

(54)【発明の名称】中継局を介して基地局と移動通信装置が通信する無線アクセスシステム及び基地局

(51)【国際特許分類】

   H04W 72/08 20090101AFI20220624BHJP

   H04W 16/26 20090101ALI20220624BHJP

   H04W 72/04 20090101ALI20220624BHJP

   H04W 52/04 20090101ALI20220624BHJP

   H04J 99/00 20090101ALI20220624BHJP

【ＦＩ】

H04W72/08

H04W16/26

H04W72/04 131

H04W52/04

H04J99/00 100

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019085225

(22)【出願日】2019-04-26

(65)【公開番号】P2020182148

(43)【公開日】2020-11-05

【審査請求日】2021-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】特許業務法人大塚国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100131886

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 隆志

(74)【代理人】

【識別番号】100170667

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 浩次

(72)【発明者】

【氏名】キム ヨンビン

【審査官】桑原 聡一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－３００１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１６７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】Young-bin Kim（他3名），A Dynamic Paradigm for Spectrally Efficient Half-Duplex Multi-Antenna Relaying，IEEE Transactions on Wireless Communications，IEEE，2013年08月06日，VOL.12, NO.9，pp.4680-4691

【文献】Zhiguo Ding（他２名），Relay Selection for Cooperative NOMA，IEEE Wireless Communications Letters，IEEE，2016年06月01日，VOL.5, NO.4，pp.416-419

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／２４－７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

Ｈ０４Ｊ ９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基地局と、複数の中継局と、複数の移動通信装置と、を含み、非直交多元アクセス技術に従い前記複数の移動通信装置が前記複数の中継局のいずれか１つの中継局を介して前記基地局に上り信号を送信する無線アクセスシステムであって、
前記無線アクセスシステムは、前記複数の移動通信装置が第１タイムスロットで前記上り信号を送信すると、前記第１タイムスロットの次の第２タイムスロットにおいて前記複数の移動通信装置が前記上り信号の送信を行わない第１モードと、前記複数の移動通信装置が前記第１タイムスロット及び前記第２タイムスロットの両方において前記上り信号を送信する第２モードのいずれかの動作モードで動作し、
前記無線アクセスシステムは、前記第１モード及び前記第２モードのいずれで動作するかを、前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比に基づき決定する決定手段を、備えていることを特徴とする無線アクセスシステム。

【請求項2】

前記決定手段は、前記信号対雑音比が閾値より高いと、前記第１モードで動作すると決定し、前記信号対雑音比が前記閾値より低いと、前記第２モードで動作すると決定することを特徴とする請求項１に記載の無線アクセスシステム。

【請求項3】

前記決定手段は、前記基地局に設けられることを特徴とする請求項２に記載の無線アクセスシステム。

【請求項4】

前記基地局は、前記無線アクセスシステムが前記第１モードで動作しているときに前記決定手段が前記第２モードで動作すると決定した場合、及び、前記無線アクセスシステムが前記第２モードで動作しているときに前記決定手段が前記第１モードで動作すると決定した場合、前記複数の中継局に前記動作モードの変更を通知し、
前記複数の中継局は、前記基地局から前記動作モードの変更が通知されると、前記複数の移動通信装置に前記動作モードの変更を通知することを特徴とする請求項３に記載の無線アクセスシステム。

【請求項5】

基地局と、複数の中継局と、複数の移動通信装置と、を含み、非直交多元アクセス技術に従い前記複数の移動通信装置が前記複数の中継局のいずれか１つの中継局を介して前記基地局に上り信号を送信する無線アクセスシステムの前記基地局であって、
前記無線アクセスシステムは、前記複数の移動通信装置が第１タイムスロットで前記上り信号を送信すると、前記第１タイムスロットの次の第２タイムスロットにおいて前記複数の移動通信装置が前記上り信号の送信を行わない第１モードと、前記複数の移動通信装置が前記第１タイムスロット及び前記第２タイムスロットの両方において前記上り信号を送信する第２モードのいずれかの動作モードで動作し、
前記基地局は、
前記第１モード及び前記第２モードのいずれで動作するかを、前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比に基づき決定する決定手段を、備えていることを特徴とする基地局。

【請求項6】

前記基地局は、
前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の電力を制御する制御手段をさらに備えており、
前記決定手段は、前記複数の中継局のノイズレベルを保持しており、前記制御手段が決定した前記電力と、前記ノイズレベルと、に基づき前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比を判定することを特徴とする請求項５に記載の基地局。

【請求項7】

前記基地局は、
前記無線アクセスシステムが前記第１モードで動作しているときに前記決定手段が前記第２モードで動作すると決定した場合、及び、前記無線アクセスシステムが前記第２モードで動作しているときに前記決定手段が前記第１モードで動作すると決定した場合、前記複数の中継局に前記動作モードの変更を通知する通知手段をさらに備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の基地局。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

基地局（ＢＳ）が、複数の移動通信装置（ＵＥ）との間で、パワー軸で重ね合わせた信号を送受信する非直交多元アクセス（ＮＯＭＡ）技術が提案されている。非特許文献１は、ＮＯＭＡ技術を使用し、基地局（ＢＳ）が、半二重中継局（ＲＳ）を介してＵＥと通信する無線アクセスシステムを開示している。なお、半二重中継局とは、上り及び下りの各方向において、送信と受信を同時に行えない中継局を意味する。

【0003】

以下、図１を用いて非特許文献１が開示する構成の上りリンクの通信手順を説明する。第１タイムスロットにおいて、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、ＢＳ宛の信号を送信する。以下、ＵＥ＃１が送信する信号を信号Ｓ１と呼び、ＵＥ＃２が送信する信号を信号Ｓ２と呼ぶ。ＲＳ＃１～ＲＳ＃５は、それぞれ、信号Ｓ１と信号Ｓ２とが重ね合わされた多重信号を受信する。ＲＳ＃１～ＲＳ＃５は、それぞれこの多重信号から信号Ｓ１と信号Ｓ２とを取り出す。なお、多重信号から信号Ｓ１を取り出すことを多重信号から信号Ｓ１を復号するとも表現し、多重信号から信号Ｓ２を取り出すことを多重信号から信号Ｓ２を復号するとも表現する。

【0004】

続いて、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５の内、信号Ｓ１と信号Ｓ２の両方を復号できたＲＳから所定の基準で１つのＲＳが選択される。ここでは、ＲＳ＃３が選択されたものとする。この場合、ＲＳ＃３は、第１タイムスロットの次の第２タイムスロットで信号Ｓ１と信号Ｓ２の多重信号をＢＳに送信し、ＢＳは、この多重信号を受信して復号する。なお、第２タイムスロットの間、ＲＳ＃３は、信号を受信できないため、第２タイムスロットにおいて、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、信号を送信しない。そして、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、第２タイムスロットの次の第３タイムスロットにおいて、信号を送信する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】Ｚｈｉｇｕｏ Ｄｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．，"Ｒｅｌａｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ＮＯＭＡ"，ＩＥＥＥ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５，ｎｏ．４，ｐｐ．４１６－４１９，２０１６年８月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図２は、非特許文献１の構成における上り信号の送受信タイミングの説明図である。まず、タイムスロット（ＴＳ）＃１で、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、それぞれ、上り信号を送信し、ＲＳ＃１～＃５がこの上り信号を受信する。続いて、ＴＳ＃２で、選択されたＲＳ、ここでは、ＲＳ＃３が多重信号をＢＳに送信する。このとき、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２並びにＲＳ＃１、ＲＳ＃２、ＲＳ＃４及びＲＳ＃５は待機状態となる。続いて、ＴＳ＃３で、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、それぞれ、上り信号を送信し、ＲＳ＃１～＃５がこの上り信号を受信する。続いて、ＴＳ＃４で、選択されたＲＳ、ここでは、ＲＳ＃１が多重信号を送信する。このとき、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２並びにＲＳ＃２～＃５は待機状態となる。この様に、非特許文献１の構成では、ＵＥとＲＳとが同時に信号を送信できず、送信効率が劣化する。

【0007】

本発明は、ＮＯＭＡ技術に従い、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムにおいて送信効率を高める技術を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様によると、基地局と、複数の中継局と、複数の移動通信装置と、を含み、非直交多元アクセス技術に従い前記複数の移動通信装置が前記複数の中継局のいずれか１つの中継局を介して前記基地局に上り信号を送信する無線アクセスシステムであって、前記無線アクセスシステムは、前記複数の移動通信装置が第１タイムスロットで前記上り信号を送信すると、前記第１タイムスロットの次の第２タイムスロットにおいて前記複数の移動通信装置が前記上り信号の送信を行わない第１モードと、前記複数の移動通信装置が前記第１タイムスロット及び前記第２タイムスロットの両方において前記上り信号を送信する第２モードのいずれかの動作モードで動作し、前記無線アクセスシステムは、前記第１モード及び前記第２モードのいずれで動作するかを、前記複数の中継局が前記基地局に送信する信号の信号対雑音比に基づき決定する決定手段を、備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によると、ＮＯＭＡ技術に従い、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムにおいて送信効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態による無線アクセスシステムの構成図。

【図2】第１モードの説明図。

【図3】第２モードの説明図。

【図4】ＲＳ選択処理のシーケンス図。

【図5】ＲＳの送信機の送信信号のＳＮＲと、ＢＳでの復号が失敗する確率との関係を示す図。

【図6】動作モード選択処理のシーケンス図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。さらに、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

【0012】

図１は、本実施形態による無線アクセスシステムの構成を示している。図１によると、無線アクセスシステムは、１つのＢＳと、５つの半二重ＲＳ＃１～ＲＳ＃５と、２つのＵＥ＃１及びＵＥ＃２と、を備えている。本実施形態による無線アクセスシステムは、第１モード又は第２モードのいずれかの動作モードで動作する。第１モードは、図２で説明した様に、ＵＥからＲＳへの送信と、ＲＳからＢＳへの送信がＴＳ毎に入れ替わるモードである。つまり、第１モードは、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２が第１タイムスロットで上り信号を送信すると、第１タイムスロットの次の第２タイムスロットにおいてＵＥ＃１及びＵＥ＃２は上り信号の送信を行わないモードでもある。一方、第２モードは、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２が第１タイムスロットと、その次の第２タイムスロットの両方において上り信号を送信できるモードである。なお、無線アクセスシステムは、ＮＯＭＡ技術に従い信号の送受信を行い、よって、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２が送信する上り信号は、同じ周波数帯域の信号である。

【0013】

図３は、第２モードにおける送受信タイミングの説明図である。第２モードにおいて、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、最後のＴＳを除く総てのＴＳで信号を送信する。ＴＳ＃１において、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５は、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２からの上り信号を受信し、信号Ｓ１及び信号Ｓ２を復号する。ここで、図３においては、信号Ｓ１及び信号Ｓ２の復号に成功したＲＳを○で示し、復号に失敗したＲＳを×で示している。ＴＳ＃１において、上り信号の復号に成功したＲＳを、以下では、ＴＳ＃１における候補ＲＳと呼ぶものとする。同様に、ＴＳ＃ｎで上り信号の復号に成功したＲＳを、以下では、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳと呼ぶものとする。

【0014】

ＴＳ＃１における候補ＲＳからＴＳ＃２においてＢＳに多重信号を送信するＲＳが選択される。なお、どの様に選択するかについては後述する。図３においては、ＴＳ＃１における候補ＲＳからＲＳ＃２が選択され、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２は、多重信号をＢＳに送信している。ＴＳ＃２においてＲＳ＃２は多重信号を送信するため、ＲＳ＃２は、ＴＳ＃２においてＵＥ＃１及びＵＥ＃２が送信する信号を受信できない。なお、他のＲＳ＃１、ＲＳ＃３、ＲＳ＃４及びＲＳ＃５は、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２からの信号を受信する。ここで、ＲＳ＃１、ＲＳ＃５は、ＴＳ＃１における候補ＲＳであるため、ＲＳ＃１及びＲＳ＃５にとって、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２が送信する多重信号は既知である。したがって、ＲＳ＃１及びＲＳ＃５は、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２が送信する多重信号の影響を除去して、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２からの信号を精度良く受信することができる。なお、ＲＳ＃３及びＲＳ＃４は、ＴＳ＃１における候補ＲＳではなく、よって、ＲＳ＃３及びＲＳ＃４にとっては、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２が送信する多重信号は既知ではない。しかしながら、ＲＳ＃２と、ＲＳ＃３及びＲＳ＃４とのチャネル利得によっては、ＲＳ＃３及びＲＳ＃４も、ＴＳ＃２において、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２からの信号Ｓ１及び信号Ｓ２を復号することができる。図３の例においては、ＴＳ＃２において、ＲＳ＃１、ＲＳ＃４及びＲＳ＃５がＵＥ＃１及びＵＥ＃２からの信号の復号に成功し、よって、ＴＳ＃２における候補ＲＳとなっている。

【0015】

以下、同様に、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳからＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号を送信するＲＳを選択する。そして、ＴＳ＃（ｎ＋１）においては、多重信号を送信しているＲＳ以外のＲＳが、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２からの上り信号を受信し、このうち、信号Ｓ１及び信号Ｓ２を取り出すことができたものが、ＴＳ＃（ｎ＋１）における候補ＲＳとなる。

【0016】

続いて、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳからＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号を送信するＲＳをどの様に選択するかについて説明する。図４に示す様に、ＲＳ＃１からＲＳ＃５は、それぞれ、ＴＳ＃ｎにおいて、信号Ｓ１及び信号Ｓ２の復号に成功したか否かを示す情報をＢＳに送信する。これにより、ＢＳは、候補ＲＳを判定する。ＢＳは、例えば、候補ＲＳの内、ＢＳとのチャネル利得の最も高いＲＳを選択し、Ｓ１１で、選択したＲＳを示す信号をブロードキャスト、又は、選択したＲＳにユニキャストする。選択されたＲＳは、ＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号をＢＳに送信する。なお、ユニキャストの場合、このユニキャストの信号を受信しないＲＳは、ＴＳ＃（ｎ＋１）において、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２からの信号を受信する。

【0017】

なお、図３においては、タイムスロットの終わりを設けていないが、例えば、Ｎ個のタイムスロットを１つの周期とすることができる。この場合、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、ＴＳ＃１からＴＳ＃（Ｎ－１）番目までのタイムスロットにおいて上り信号を送信し、最後、つまり、ＴＳ＃Ｎにおいては上り信号を送信しない。また、いずれかのＲＳは、ＴＳ＃２からＴＳ＃Ｎにおいて、多重信号を送信する。

【0018】

続いて、本発明において、第１モードと第２モードとをどの様に選択するかについて説明する。なお、前提として、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５の送信機の送信電力は等しいものとする。また、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５の送信機におけるノイズレベルは等しいものとする。つまり、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５の送信機が送信する信号のＳＮＲは等しいものとする。

【0019】

本発明者の研究により、第１モード及び第２モードにおいて、ＢＳがＲＳからの多重信号の復号に失敗する理論的な確率は、ＲＳ数、ＢＳのアンテナ数、ＲＳの配置位置、目標データレート、ＲＳの送信機におけるＳＮＲ等に依存することが分かった。ここで、ＲＳ数、ＢＳのアンテナ数、ＲＳの配置位置、目標データレート等は、無線アクセスシステムにおいて固定的な値である。したがって、ＢＳが復号に失敗する理論的な確率は、主に、ＲＳの送信機におけるＳＮＲに応じて変化する。図５は、このＳＮＲと、ＢＳが復号に失敗する理論的な確率との関係を示している。なお、参照符号６０及び７０は、第２モードの場合を示し、参照符号６１及び７１は、第１モードの場合を示している。また、参照符号６０及び６１の組と、参照符号７０及び７１の組の違いは、参照符号６０及び６１の組においては、ＲＳ数が４、かつ、ＢＳのアンテナ数が３であるのに対し、参照符号７０及び７１の組においては、ＲＳ数が６、かつ、ＢＳのアンテナ数が２であることのみであり、その他のパラメータは同一である。

【0020】

図５より、ＳＮＲが高くなるに従い、ＢＳが復号に失敗する確率（以下、失敗確率）は低くなっている。しかしながら、第１モードの失敗確率と第２モードの失敗確率の大小関係は、あるＳＮＲを境に逆転している。例えば、参照符号６０及び６１で示す、ＲＳ数が４、かつ、ＢＳのアンテナ数が３の場合、ＳＮＲが凡そ２９ｄＢまでは、第２モード（参照符号６０）の方が失敗確率は低いが、ＳＮＲが２９ｄＢを超えると、第１モード（参照符号６１）の方が失敗確率は低くなる。また、参照符号７０及び７１で示す、ＲＳ数が６、かつ、ＢＳのアンテナ数が２の場合、この境界は凡そ３６ｄＢである。

【0021】

無線アクセスシステムのＢＳは、当該無線アクセスシステムにおいて失敗確率が逆転するこの境界のＳＮＲに関する情報を閾値として保持している。そして、例えば、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５の送信電力を設定する際、或いは、変更する際、そのＳＮＲに基づき第１モードとするか、第２モードにするかを判定し、判定結果をＲＳ＃１～ＲＳ＃５並びにＵＥ＃１及びＵＥ＃２に通知する。なお、ＢＳは、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５の送信機のノイズレベルの情報も保持しているものとする。

【0022】

図６は、本実施形態による動作モード選択処理のシーケンスを示している。Ｓ２０において、ＢＳは、例えば、無線アクセスシステムの運用者から、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５のＢＳへの送信電力を変更する指示を受信する。この指示には、変更後の送信電力を特定するための情報が含まれる。ＢＳは、Ｓ２１で、変更後の送信電力でのＳＮＲに基づき、第１モードとするか第２モードとするかを判定する。具体的には、ＳＮＲが閾値以下であると、第２モードとし、ＳＮＲが閾値より大きいと、第１モードとする。ＢＳは、Ｓ２２で、ＲＳ＃１～ＲＳ＃５に送信電力の設定指示と、必要に応じてモードの変更指示を行う。送信電力の設定指示には、設定すべき送信電力を特定するための情報が含まれる。モードの変更指示は、第１モードから第２モードに、或いは、第２モードから第１モードに変更する場合にのみ送信される。各ＲＳは、送信電力設定指示を受信すると、通知された送信電力をＢＳに信号を送信する送信機に設定して送信電力を変更する。また、各ＲＳは、モード変更指示を受信すると、Ｓ２３で、各ＵＥにモード変更指示を通知する。モード変更指示を受信すると、各ＲＳ及び各ＵＥは、変更後のモードに従い送受信を行う。

【0023】

なお、送信電力の変更のトリガは、無線アクセスシステムの運用者によるコマンド入力に限定されず、ＢＳ又はＲＳが、何らかの状態を監視して送信電力の変更を行う構成とすることもできる。例えば、あるＲＳが、送信電力の変更を要求する場合、当該ＲＳは、ＢＳに送信電力の変更を通知する。この通知には、変更後の送信電力を特定するための情報が含まれる。ＢＳは、送信電力変更の通知を受信すると、Ｓ２１からの処理を行う。

【0024】

また、本発明によるＢＳ、ＲＳ、ＵＥは、コンピュータを上記ＢＳ、ＲＳ、ＵＥとして動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

【0025】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】