JP2012506177A - Ｍｉｍｏｏｆｄｍ／ｏｆｄｍａシステム中のコンテンションベースのアクセスチャネル設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】MIMO OFDM、又は、OFDMAシステム中のコンテンションベースのアクセスチャネル設計を提供する。
【解決手段】MIMO OFDM/OFDMA システムにおけるコンテンションベースのマルチアンテナアクセス要求伝送/受信工程を提供して、アクセスレイテンシを減少させる。移動局は、複数の伝送アンテナを用いて、共用のアクセスチャネル上で、アクセス要求をエンコード、並びに伝送し、基地局は、複数の受信アンテナを用いて、アクセス要求を受信し、並びに復号する。各アクセス要求は、アクセスインジケーターとアクセスメッセージを含む。第一MIMOスキーム中、移動局は、アクセスインジケーターを前文として伝送し、アクセスメッセージは、SFBC/STBCによりコードされて、空間的多様性を得る。受信側で、アクセスインジケーターは、チャネル推定のパイロットとして用いられる。アクセスメッセージは、SFBC/STBC 復号アルゴリズムを用いて復号される。第二MIMOスキーム中、移動局は、各伝送アンテナにプレコーディング/ビーム形成を実行して、ビーム形成利得を得て、基地局は、アクセスインジケーターの検出結果に基づいて、バーチャルビーム適合を実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ワイヤレスネットワークコミュニケーションに関するものであって、特に、多重入出力（multiple-input multiple-output、MIMO) 直交周波数分割多重 (OFDM)、又は、直交周波数分割多重接続 (OFDMA) システム中のコンテンションベースのアクセスチャネル設計方法に関するものである。

直交周波数分割多重 (OFDM)、又は、直交周波数分割多重接続 (OFDMA) 無線システム等のセルラー方式において、アクセスチャネルは、通常、移動局 (MS)に用いられて、アクセスを要求し、アップリンクデータチャネルの所有権を獲得して、基地局 (BS)と伝送を初期化する。IEEE 802.16eの現在の設計中、MSは、初期測距チャネル、ハンドオーバー (HO) 測距チャネル、帯域幅要求 (BW-REQ) 測距チャネル、及び、周期的測距チャネルの四種のアクセスチャネルを有し、アクセス要求を伝送する。アクセス要求工程は、通常、競合解決段階（contention resolution phase）と要求ネゴシエーション段階（request negotiation phase）の二段階からなる。IEEE 802.16e BW-REQ 測距工程を例とすると、第一段階で、MS は、共用のチャネルにより、BW-REQ 測距コードを伝送し、どの移動局がBW-REQ 測距コードを伝送するかを検出した後、BS が確認（acknowledge）する。第二段階で、MSは、BW-REQ メッセージを伝送して、帯域幅を割り当て、BW-REQ メッセージを正しく復号した後、BS は、アップリンクリソースを承諾する。両段階で、コンテンションとネゴシエーションが成功した後、MSは予定されたアップリンク伝送を開始することができる。これにより、5個のステップを必要とし、BW-REQ 測距工程全部を完成するには時間がかかる。

図 1 (公知技術) は、3ステップ BW-REQ 測距工程とフォールバック 5ステップ BW-REQ 測距工程の順序表である。図1の左側で示される3ステップ BW-REQ 測距工程中、MS は、まず、BW-REQ 測距コードと組み込まれた BW-REQ メッセージを伝送する。BS はBW-REQ 測距コードを検出し、BW-REQ メッセージを復号し、アップリンクリソースを承諾する。その後、MS は、予定されたアップリンクデータ伝送を開始する。BW-REQ 測距コード と BW-REQ メッセージを一緒に伝送することにより、BW-REQ 測距レイテンシーが短縮される。しかし、測距コリジョン発生時、この 3ステップ BW-REQ 測距工程は、5ステップ BW-REQ 測距工程にフォールバックする。図1の右側で示されるように、MSは、まず、BW-REQ 測距コードと組み込まれた BW-REQ メッセージを伝送する。複数の移動局からの複数の測距伝送により(即ち、複数の移動局は、異なる BW-REQ 測距コードとメッセージを用いて、BW-REQを同時に伝送する)、BW-REQ 測距コードは復号可能で、BW-REQ メッセージ は復号可能ではない。これは、BW-REQ 測距設計中、BW-REQ 測距コードは、通常、BW-REQ メッセージより更にしっかりしている。その結果、MSは、BW-REQ メッセージをBSに再伝送する。BS は BW-REQ メッセージをうまく復号し、アップリンクリソースを承諾する。最後に、MSは、予定されたアップリンクデータ伝送を開始することができる。これにより、フォールバック 5ステップ BW-REQ 測距工程中、アクセスレイテンシが減少しない。

図 2 (公知技術)は、BW-REQ 測距チャネル伝送に用いられるリソースブロック 20の物理（PHY）層チャネル構造を示す図である。リソースブロック 20 は、二次元の 18x6 BW-REQ チャネルで、3個の分散型の 6x6 BW-REQ タイルに分配される。各BW-REQ タイルは、時間ドメイン中の6個の時間スロット (OFDM 符号)と周波数ドメイン中の6個の周波数トーン(副搬送波)を有する。図 2中、図 1で示される3ステップ BW-REQ 測距工程を促進するため、BW-REQ 測距コード はしっかりと前文に設計され、信頼性のある非コヒーレント検出に用いられ、コヒーレント検出に用いられるBW-REQ メッセージは頑強ではない。

図1で示される3ステップ BR 測距工程と図2で示されるPHY層 BW-REQ チャネル構造は、アクセスレイテンシが短くなるように設計されるが、このような設計は、単一アンテナ MS 操作に基づく。よって、この設計は、多重入出力（multiple-input multiple-output、MIMO) 技術により得られるダイバーシティ利得とビーム形成利得等の複数のアンテナの伝送利得を利用しない。BW-REQ 測距コード と BW-REQ メッセージ間の大きい性能ギャップのために、この設計は、フォールバック5ステップ BW-REQ 測距工程の高確率に直面し、よって、レイテンシー改善がなく、BW-REQ メッセージ中の無線リソースを浪費する。例えば、複数のMSが、異なる BW-REQ 測距コードとメッセージにより、BW-REQ を BS に同時に伝送する場合、BSは、一部の、又は、任意のBW-REQ メッセージをうまく復号できないので、一部の、又は、全MSは、それらのBW-REQ メッセージを再伝送し、5ステップ BW-REQ 測距工程にフォールバックしなければならない。更なるパフォーマンス向上のために、方策が必要である。

MIMO OFDM/OFDMA システム中のコンテンションベースのマルチアンテナチャネルアクセス伝送が提供される。伝送側で、移動局は、複数の伝送アンテナを用いて、共用のアクセスチャネルで、アクセス要求をエンコードし、伝送する。受信側で、基地局は、複数の受信アンテナを用いて、多数のアクセス要求を受信し、復号する。各アクセス要求は、アクセスインジケーターとアクセスメッセージを含み、共用のリソースブロックを用いて、アクセスチャネル上で、伝送される。混合PHY層チャネル構造で、アクセスインジケーターとアクセスメッセージは、リソースブロック中に物理的に混合される。分離したPHY層チャネル構造で、アクセスインジケーターとアクセスメッセージは、リソースブロック内の分離領域で物理的に割り当てられる。マルチアンテナアクセス要求工程をサポートする二個の異なるMIMOスキームがあり、この期間、複数のアンテナの伝送利得が用いられ、復号パフォーマンスが改善され、アクセスレイテンシが減少する。

第一MIMOスキーム中、移動局は、複数の伝送アンテナを用いて、空間周波数符号化 (SFBC)、及び/又は、時空間ブロック符号 (STBC) 符号化アルゴリズム を伝送されるアクセス要求に応用し、基地局は、SFBC/STBC 復号アルゴリズムを用いて、アクセス要求を復号する。伝送側で、アクセスインジケーターは、直交、又は、準直交、又は、拡散符号系列を用いてコードされ、前文として伝送され、アクセスメッセージは、SFBC/STBC 符号化アルゴリズムによりコードされて、空間的多様性利得を得る。受信側で、基地局は、まず、検出されたアクセスインジケーターをパイロットとすることにより、チャネル推定を実行する。基地局は、その後、SFBC/STBC 復号アルゴリズムを用いて、アクセスメッセージを復号する。

第二MIMOスキーム中、各伝送アンテナに、対応するプレコーディング/ビーム形成重量を応用することにより、ビーム形成利得を得て、移動局はアクセス要求を伝送し、基地局は、複数の受信アンテナを用いて、バーチャルビーム検索に基づいて、アクセス要求を復号する。伝送側で、移動局は、純粋にランダムに、プレコーディング/ビーム形成重量を選択するか、又は、ある所定の基準に基づく、又は、移動局により測定されたチャネル状態情報 (CSI)に基づく。受信側で、基地局は、まず、アクセスインジケーターの検出結果に基づいて、バーチャルビーム適合を実行する。基地局は、その後、各検出されたアクセスインジケーターの最適なベクトル重量に、各アクセスメッセージを復号する。

(公知技術) 3ステップ帯域幅要求測距工程と5ステップ帯域幅要求測距工程の順序表である。 (公知技術) アクセスチャネル伝送に用いられるリソースブロックの物理層チャネル構造を示す図である。 一新規態様によるセルラー OFDM/OFDMA システムを示す図である。 マルチアンテナアクセス要求工程に用いられる第一MIMOスキームを示す図である。 マルチアンテナアクセス要求工程に用いられる第二MIMOスキームを示す図である。 複数のアンテナとSFBC/STBC 符号化を用いて、移動局によりアクセス要求を伝送する第一MIMOスキームのフローチャートである。 複数のアンテナ上で、アクセスチャネル伝送に用いられる物理層チャネル構造とSFBC/STBC 符号化の一具体例を示す図である。 複数のアンテナとSFBC/STBC復号を用いて、基地局によりアクセス要求を受信する第一MIMOスキーム のフローチャートである。 使用可能な測定済みのチャネル状態情報 (CSI)がない時、複数のアンテナとプレコーディング/ビーム形成技術を用いて、移動局によりアクセス要求を伝送する第二MIMOスキームのフローチャートである。 使用可能な測定済みのチャネル状態情報 (CSI)がある時、複数のアンテナとプレコーディング/ビーム形成技術を用いて、移動局によりアクセス要求を伝送する第二MIMOスキームのフローチャートである。 複数のアンテナとプレコーディング/ビーム形成技術を用いて、基地局によりアクセス要求を受信する第二MIMOスキームのフローチャートである。 IEEE 802.16m 規格下で定義されるアップリンク MIMOモードとMIMO パラメーターを示す図である。

図 3 は、一新規態様によるアクセスチャネル伝送のセルラー MIMO OFDM/OFDMA システム 31の簡潔図である。セルラー MIMO OFDM/OFDMA システム 31 は、第一移動局 MS32、第二移動局 MS42、及び、基地局 BS52を含む。伝送側で、MS32は、ストレージデバイス 34、プロセッサ 35、MIMO エンコーダ 36、プレコーディング/ビーム形成モジュール37、アンテナ38に結合される第一トランスミッター #1 、アンテナ39に結合される第二トランスミッター #2を含む。同様に、MS42 は、ストレージデバイス 44、プロセッサ 45、MIMO エンコーダ 46、プレコーディング/ビーム形成モジュール 47、アンテナ48に結合される第一トランスミッター #1、アンテナ49に結合される第二トランスミッター #2 を含む。受信側で、BS41 は、ストレージデバイス 54、プロセッサ 55、 MIMO デコーダ 56、ビーム形成モジュール 57、アンテナ58に結合される第一レシーバ#1 、アンテナ59に結合される第二レシーバ#2を含む。

移動局が基地局とアップリンクデータ伝送を初期化する前、移動局は、コンテンションベースのアクセスチャネルにより、アクセス要求を伝送することにより、アップリンクデータチャネルの所有権を獲得することが要求される。IEEE 802.16eの現在の設計中、初期測距チャネル、ハンドオーバー (HO) 測距チャネル、帯域幅要求 (BW-REQ) 測距チャネル、及び、周期的測距チャネルの4種のアクセスチャネルがあり、アクセス要求を伝送する。アクセス要求工程は、通常、二段階からなり、競合解決段階と要求ネゴシエーション段階である。競合解決段階中、移動局は、アクセスチャネルで、アクセスインジケーターを伝送し、基地局は、アクセスインジケーターを検出し、どの移動局がアクセス要求を伝送するか確認する。要求ネゴシエーション段階で、移動局は、要求内容を含むアクセスメッセージを伝送し、基地局と、アップリンクリソース割り当てを協議する。アクセスレイテンシを減少させるため、通常、競合解決段階と要求ネゴシエーション段階を合併することが望まれる。言い換えれば、移動局 は、アクセスインジケーターとアクセスメッセージ両方を含むアクセス要求を基地局に伝送して、速いアクセスを達成する。

図 3の例中、MS32は、アクセスチャネル上で、アクセス要求 #1 を伝送し、MS42 は、共用のアクセスチャネル上で、アクセス要求 #2 を BS52に伝送する。一新規態様で、移動局 MS32 と MS42は、複数の伝送アンテナを用いて、MIMO OFDM/OFDMA システム 31中、共用のアクセスチャネル上で、それらのアクセス要求をエンコード、及び、伝送する。その上、基地局 BS52 は、複数の受信アンテナを用いて、アクセス要求を受信、復号する。以下で更に詳述すると、伝送側と受信側両者の複数のアンテナを利用して、アクセスチャネル伝送を実行することにより、単一アンテナアクセスチャネル伝送スキームを用いた公知のアクセス要求工程と比較すると、復号パフォーマンスが改善され、アクセスレイテンシが減少する。マルチアンテナアクセス要求工程を促進するため、各アクセス要求は、共用のリソースブロック 60を用いて、アクセスチャネル上で伝送される。図 3で示されるように、リソースブロック 60は二次元のアクセスチャネルで、時間ドメイン中の時間スロット (OFDM 符号)アレイと周波数ドメイン中の周波数トーン(副搬送波)アレイを含む。リソースブロック 60中、二種の物理（PHY）層 チャネル構造の可能なスキームがある。混合スキーム中、アクセスインジケーターとアクセスメッセージは物理的に分割され、互いに混合される。分離スキーム中、アクセスインジケーターとアクセスメッセージは、物理的に、分離領域で分配される。

マルチアンテナアクセス要求工程をサポートする二個の異なる MIMO スキームがある。これらの二スキームの本旨は、アクセスメッセージの復号パフォーマンスを改善して、アクセスインジケーターとアクセスメッセージ間の性能ギャップ (通常、アクセスインジケーターはアクセスメッセージより安定している) を減少させる、又は、アクセスインジケーターとアクセスメッセージ両方の復号パフォーマンスを向上することである。性能の向上に伴い、アクセス要求の平均待ち時間が改善される。第一MIMOスキーム中、移動局は、空間周波数符号化 (SFBC)、及び/又は、時空間ブロック符号 (STBC) 符号化を、複数の伝送アンテナを用いて伝送されるアクセス要求に応用し、基地局は、SFBC/STBC 復号アルゴリズムを用いて、アクセス要求を復号する。第二MIMOスキーム中、各伝送アンテナに、対応するプレコーディング/ビーム形成重量を応用することにより、移動局は、アクセス要求を伝送し、基地局は、複数の受信アンテナを用いて、バーチャルビーム検索に基づいて、アクセス要求を復号する。各MIMO スキームのコンセプトと操作の流れは以下で更に詳述する。

図 4 は、マルチアンテナアクセス要求工程に用いられるSFBC/STBC 符号化と復号を有する第一MIMOスキームの基本概念を示す図である。SFBC/STBCは、複数の伝送アンテナを用いて、空間的多様性利得を達成する多様なスキームである。図 4の例中、アクセス要求 #1、又は、#2を運ぶ単一のデータストリームは、それぞれ、MS32、又は、MS42により、複数のアンテナ上で複製、伝送する。更に具体的には、アクセスインジケーターは、直交、又は、準直交、又は、拡散符号系列を用いてコードされ、アクセスメッセージは、SFBC/STBC 符号化アルゴリズムを用いてコードされる。このような符号化スキーム下で、各伝送信号は残りに対し直交で、よって、自己干渉（self-interference）を減少させ、レシーバの能力を改善して、複数の信号間を区別する。これにより、BS52 が、アクセス要求 #1、又は、 #2を運ぶコードされたデータストリームの複数の伝送を受信する時、空間的多様性利得により、BS52が強い信号を識別する機会が増加する。図 4の例中、アクセスインジケーターはBS52に対する指示として用いられ、MS32 と MS42にとって、どのバーチャル受信ビーム (即ち、バーチャル受信ビーム#1 と #2)がよいか決定し、対応するアクセスメッセージを復号する。

図 5 は、アクセス要求工程に用いられるプレコーディング/ビーム形成を有する第二MIMOスキームの基本概念を示す図である。プレコーディング/ビーム形成は、指向性信号伝送と受信に用いられる伝送と受信アンテナのアレイを平衡する信号処理技術である。図 5の例中、伝送側で、アクセス要求 #1、又は、 #2 を運ぶ信号は、適切な重量とMS32、又は、MS42の各伝送アンテナに応用され、受信側で、信号電力が最大になる。信号伝送時、MS32、又は、MS42は、伝送ビーム形成を実行し (即ち、バーチャル伝送ビーム #1 と #2を形成することにより)、信号が伝送される方向の電力を増大する。信号を受信する時、 BS52 は受信ビーム形成を実行し (即ち、バーチャル受信ビーム#1 と #2 とバーチャル伝送ビーム #1 と #2を適合させることにより)、希望信号の方向中のレシーバの感度を増加し、干渉とノイズ方向の感度を減少させる。これにより、プレコーディング/ビーム形成を、複数の伝送と受信アンテナを用いた伝送側と受信側両方に応用することにより、BS52がビーム形成利得を得て、最適な適合を探す機会を増加させる。図 5の例中、バーチャル受信ビーム #1 とバーチャル伝送ビーム #1 は、BS52に対する最適な適合を形成し、アクセス要求 #1を復号する。

図 6は、複数のアンテナとSFBC/STBC 符号化を利用して、移動局により、アクセス要求を伝送する第一MIMOスキームのフローチャートである。移動局は、まず、アクセスチャネルを初期化して、アクセス要求を伝送する (ステップ 101)。アクセス要求は、アクセスインジケーター (即ち、BR 測距コード)とアクセスメッセージ (即ち、BW-REQ メッセージ)を含む。複数のアンテナが伝送に用いられる時 (ステップ 102)、アクセスインジケーターは、マルチアンテナ伝送に用いられる第一群のアクセスインジケーターから選択される (ステップ 103)。一方、単一アンテナが伝送に用いられる時、アクセスインジケーターは、単一アンテナ伝送に用いられる第二群のアクセスインジケーターから選択される。その後、二個の伝送アンテナが用いられる場合、移動局は、SFBC/ STBCをアクセスメッセージに応用する (ステップ 104)。二個以上の伝送アンテナが用いられる場合、高ランクのSFBC/STBC 符号化が用いられる。その上、ダブル時空間送信ダイバーシティ（Double Space Time Transit Diversity、D-STTD)、又は、ランダムビーム形成が用いられて、二層SFBC/STBC 符号化を拡張する (ステップ 105)。最後に、移動局は、複数のアンテナを用いて、初期化されたアクセスチャネルで、コードされたアクセス要求を伝送する (ステップ 106)。

図 7 は、複数のアンテナで、アクセスチャネル伝送に用いられるPHY層チャネル構造とSFBC/STBC 符号化の一具体例を示す図である。図 7の例中、リソースブロック 70を用いて、二伝送アンテナ (アンテナ #1とアンテナ #2) は、アクセスインジケーターと アクセスメッセージを含むアクセス要求を伝送するのに用いられる。SFBC/STBC 符号化を応用するため、PHY 構造の混合スキームが用いられ、アクセスインジケーターとアクセスメッセージは、リソースブロック 70中で、物理的に互いに混合される。アクセスインジケーターは、直交、又は、準直交、又は、拡散符号系列を用いてコードされ、アクセスメッセージは、SFBC/STBC 符号化アルゴリズムによりコードされ、空間ダイバーシティを得る。その上、アクセスインジケーターに用いられる副搬送波トーンは、前文としてアンテナ #1とアンテナ #2で伝送される複数の等分部分に分けられる。その結果、アクセスインジケーターは、受信側で、MIMO チャネル推定のパイロットとして用いられる。

図 8は、複数のアンテナとSFBC/STBC復号を用いて、基地局によりアクセス要求を受信する第一MIMOスキームのフローチャートである。基地局は、まず、多数の受信アンテナにより、多数のアクセス要求を受信する(ステップ 201)。アクセス要求は、多数の移動局から伝送される。各アクセス要求は、アクセスインジケーターとアクセスメッセージを含む。アクセスインジケーターは前文として伝送されるので、基地局は、まず、受信されたアクセス要求から、多数のアクセスインジケーターを検出する(ステップ 202)。検出されたアクセスインジケーターに基づき、3つの可能な復号結果がある。第一復号方案で、検出されたアクセスインジケーターの数量は、多数の受信アンテナより多い。第二復号方案中、検出されたアクセスインジケーターは１に等しい。第三復号方案中、検出されたアクセスインジケーターの数量は、受信アンテナ以下である。3個の復号結果のそれぞれは、以下で詳細に説明する。

第一復号方案中、検出されたアクセスインジケーターの数量が受信アンテナより多い場合、自由度の不足のため、アクセスメッセージは正確に復号されない。この方案下で、各移動局が、異なるアクセスインジケーターにより、そのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーター間で、コリジョンがなく、各移動局は、アクセスメッセージだけを再伝送する。一方、ある移動局が、同じアクセスインジケーターにより、それらのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーターは、それらの移動局間で衝突する。衝突する移動局は、アクセス要求全体を再伝送し、別の非衝突する移動局は、アクセスメッセージだけを再伝送する。

第二復号方案で、検出されたアクセスインジケーターが１に等しい場合、単一のアクセスインジケーターとその対応するアクセスメッセージは、基地局により出力される。この方案下で、一移動局だけが一アクセス要求を伝送する場合、アクセスメッセージは正確に復号される。例えば、基地局は、まず、検出されたアクセスインジケーターをパイロットとすることにより、チャネル推定を実行する (ステップ 205)。基地局 は、その後、SFBC/STBC 復号アルゴリズムを用いて、アクセスメッセージを復号する (ステップ 206)。最後に、基地局 は、検出されたアクセスインジケーターとその対応するアクセスメッセージを出力する (ステップ 207)。アクセス要求が成功し、全ダイバーシティ利得が得られる。一方、複数の移動局が、同じアクセスインジケーターにより、それらのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーターは、移動局間で衝突する。その結果、衝突する移動局に用いられるアクセスメッセージは正確に復号されない。よって、衝突する移動局はアクセス要求全体を再伝送する。

第三復号方案中、検出されたアクセスインジケーターの数量が受信アンテナ以下である場合、複数のアクセスインジケーターとそれらの対応するアクセスメッセージは基地局により出力される。この方案下で、各移動局が異なるアクセスインジケーターにより、そのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーター間に衝突がなく、各アクセスメッセージが復号される。例えば、基地局は、まず、最大尤度 (ML) 検出器により検出されたアクセスインジケーターの検出結果に基づいて、バーチャルビーム適合を実行する (ステップ 208)。基地局は、その後、各アクセスインジケーターに最適なベクトル重量を検索することにより、各アクセスメッセージを復号する (ステップ 209)。最後に、基地局は、検出されたアクセスインジケーターとそれらの対応するアクセスメッセージ を出力する(ステップ 210)。各アクセス要求が成功し、ビーム形成利得が得られる。一方、ある移動局が、同じアクセスインジケーターにより、それらのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーターはそれらの移動局間で衝突する。その結果、それらの衝突する移動局に用いられるアクセスメッセージは正確に復号されない。よって、衝突する移動局は、アクセス要求全体を再伝送する。

図 9 は、使用可能な測定済みのチャネル状態情報 (CSI)がない時、複数のアンテナとプレコーディング/ビーム形成技術を用いて、移動局によりアクセス要求を伝送する第二MIMOスキームのフローチャートである。移動局は、まず、アクセスチャネルを初期化し、アクセス要求を伝送する (ステップ 301)。アクセス要求は、アクセスインジケーター (即ち、BR 測距コード)とアクセスメッセージ (即ち、BW-REQ メッセージ)を含む。アクセスインジケーターとアクセスメッセージ は、PHY 構造の混合スキーム、又は、分離 PHY 構造のスキームを用いて運ばれる。複数のアンテナが伝送に用いられる時(ステップ 302)、移動局は、純粋にランダムに、プレコーディング/ビーム形成重量を選択するか、又は、ある所定の基準、例えば、空間中のセンサーの位置と利益の波の進行方向に基づいて、プレコーディング/ビーム形成重量を選択する(ステップ 303)。その後、移動局は、選択されたプレコーディング/ビーム形成重量により、利用済みの各伝送アンテナに対し、プレコーディング/ビーム形成を実行する(ステップ 304)。最後に、移動局は、複数の伝送アンテナを用いて、初期化されたアクセスチャネルで、アクセス要求を実行する (ステップ 305)。

図 10 は、使用可能な測定済みのチャネル状態情報 (CSI)がある時、複数のアンテナとプレコーディング/ビーム形成技術を用いて、移動局によりアクセス要求を伝送する第二MIMOスキームのフローチャートである。移動局は、まず、アクセスチャネルを初期化して、アクセス要求を伝送する (ステップ 401)。アクセス要求は、アクセスインジケーター (即ち、BR 測距コード)とアクセスメッセージ (即ち、BW-REQ メッセージ)を含む。アクセスインジケーターとアクセスメッセージは、PHY 構造の混合スキーム、又は、PHY 構造の分離スキームを用いて運ばれる。複数のアンテナが伝送に用いられる時 (ステップ 402)、移動局は CSIを測定し (ステップ 403)、測定されたCSIに基づいて、プレコーディング/ビーム形成重量を選択する (ステップ 404)。ステップ 405中、移動局は、選択されたプレコーディング/ビーム形成重量により、各利用された伝送アンテナに対し、プレコーディング/ビーム形成を実行する。最後に、移動局は、複数の伝送アンテナを用いて、初期化されたアクセスチャネルで、アクセス要求を伝送する(ステップ 406)。

図 11 は、複数のアンテナとプレコーディング/ビーム形成技術を用いて、基地局によりアクセス要求を受信する第二MIMOスキームのフローチャートである。基地局は、まず、多数の受信アンテナ により、多数のアクセス要求を受信する (ステップ 501)。アクセス要求は、多数の移動局から伝送される。各アクセス要求は、アクセスインジケーターとアクセスメッセージを含む。ステップ502中、基地局は、まず、受信されたアクセス要求から、多数のアクセスインジケーターを検出する。検出されたアクセスインジケーターに基づいた二つの可能な復号結果がある。第一復号方案中、検出されたアクセスインジケーターの数量は、受信アンテナより多い。第二復号方案中、検出されたアクセスインジケーターの数量は、受信アンテナ以下である。二復号結果のそれぞれは、以下で詳細に説明される。

第一復号方案中、検出されたアクセスインジケーターの数量が受信アンテナより多い場合、アクセスメッセージは、自由度の不足のため、正確に復号されない。この方案下で、各移動局は、異なるアクセスインジケーターにより、そのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーター間に衝突がなく、各移動局は、アクセスメッセージだけを再伝送する。一方、ある移動局は、同じアクセスインジケーターにより、それらのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーターは、それらの移動局間で衝突する。衝突する移動局は、アクセス要求全体を再伝送し、別の非衝突する移動局は、アクセスメッセージだけを再伝送する。

第二復号方案で、検出されたアクセスインジケーターの数量が受信アンテナ以下の場合、複数のアクセスインジケーターとそれらの対応するアクセスメッセージは、基地局により出力される。この方案下で、各移動局が異なるアクセスインジケーターによりそのアクセス要求を伝送する場合、アクセスインジケーター間に衝突がなく、各アクセスメッセージが復号される。例えば、基地局は、まず、最大尤度 (ML) 検出器により検出されたアクセスインジケーターの検出結果に基づいて、バーチャルビーム適合を実行する (ステップ 504)。基地局は、その後、各アクセスインジケーターにとって最適なベクトル重量により、各アクセスメッセージを復号する(ステップ 505)。最後に、基地局は、検出されたアクセスインジケーターとそれらの対応するアクセスメッセージを出力する (ステップ 506)。一方、ある移動局が、同じアクセスインジケーターにより、それらのアクセス要求を伝送する場合、その後、アクセスインジケーターは、それらの移動局間で衝突する。図 5を再度参照すると、伝送ビーム形成と受信ビーム形成両方を用いることにより、移動局とCRC チェックをパスするアクセスメッセージに対し、あるアクセスメッセージは正確に復号される。その結果、正確に復号されるアクセス要求以外の衝突する移動局は、それらのアクセス要求を再伝送する。

図 12 は、IEEE 802.16m 規格下で定義されるアップリンク MIMOモードとMIMO パラメーターを示す図である。図 12の表756で示されるように、モード0 からモード4までの5個のMIMOモードがある。各 MIMO モードにとって、 異なる組のMIMO パラメーターは、更に、図12の表 757で定義される。5個のMIMOモードにおいて、モード1 は、BW-REQ メッセージのアップリンクマルチアンテナ伝送に用いられるIEEE 802.16m 規格により採用される。MIMO モード1 は、バーチャル符号化と非適応プレコーディングを有する単一ユーザーMIMOである。その上、アップリンク MIMO パラメーターは、更に、BW-REQ メッセージのアップリンクマルチアンテナ伝送に用いられる1-ストリーム MIMO に限定される。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、本発明は決してこれらに限定されるものではない。例えば、BW-REQ 測距チャネルが本発明を規定するために使用されているが、本発明は他のコンテンションベースのアクセスチャネルにも適用可能である。このように、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲を脱しない範囲内で各種の変形、応用及び実施例の種々の特徴の組み合わせが可能である。

Claims (21)

1. 移動局により、少なくとも二つのアンテナを用いて、アクセス要求を伝送し、前記移動局は、セルラー直交周波数分割多重 (OFDM) 、又は、 直交周波数分割多重接続 (OFDMA) システム中、単一ストリームMIMO スキームを用いて、アクセスチャネル上で、アクセス要求を伝送し、
   プレコーディング/ビーム形成スキームにより、前記アクセス要求を伝送するのに用いられる各前記アンテナに対し、対応する重量を選択し、
   共用のリソースブロックを用いて、前記アクセスチャネルで、アクセスインジケーターとアクセスメッセージを含む前記アクセス要求を伝送することを特徴とする方法。
2. 前記アクセス要求は、複製される単一データストリームに形成され、前記のアクセス要求は、前記の対応する選択されたプレコーディング/ビーム形成重量により、利用された各アンテナで伝送されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
3. 前記アクセスチャネルは、初期測距チャネル、ハンドオーバー測距チャネル、帯域幅要求チャネル、周期的測距チャネルの少なくとも一つを含むコンテンションベースの共用のチャネルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
4. 前記プレコーディング/ ビーム形成重量は、前記移動局により測定されたチャネル状態情報 (CSI)に基づいて、所定のコードブックから選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
5. 前記プレコーディング/ ビーム形成重量は、純粋にランダムに選択されるか、又は、ある所定の基準に基づくことを特徴とする請求項1に記載の方法。
6. 前記アクセスインジケーターとアクセスメッセージは、分割され、前記リソースブロック内で、互いに混合されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
7. 前記アクセスインジケーターとアクセスメッセージは、前記リソースブロック内の分離領域で割り当てられることを特徴とする請求項1に記載の方法。
8. 多数の受信基地局のアンテナにより、一つ、或いは、それ以上のアクセス要求を受信し、各アクセス要求は、セルラー 直交周波数分割多重 (OFDM)、又は、直交周波数分割多重接続 (OFDMA) システム中、対応する移動局から伝送される一アクセスインジケーターと一アクセスメッセージを有し、
   前記受信された一つ、或いは、それ以上のアクセス要求から、多数のアクセスインジケーターを検出し、
   前記受信アンテナの数量が、検出されたアクセスインジケーター以上である場合、バーチャルビーム検索を実行し、これにより、各検出されたアクセスインジケーターに対応するプレコーディング重量を得るようにし、
   対応するプレコーディング重量を用いて、各検出されたアクセスインジケーターに、アクセスメッセージを復号することを特徴とする方法。
9. 前記受信アンテナの数量が、検出されたアクセスインジケーターより少ない場合、前記基地局はどのアクセスメッセージも復号しないことを特徴とする請求項8に記載の方法。
10. 第一移動局は、アクセスインジケーターと第一アクセスメッセージを有する第一アクセス要求を伝送し、第二移動局は、前記同一アクセスインジケーターと第二アクセスメッセージを有する第二アクセス要求を伝送し、前記基地局は、二アクセスメッセージの一つを復号することを特徴とする請求項8に記載の方法。
11. 前記バーチャルビーム検索は所定のコードブックに基づくことを特徴とする請求項8に記載の方法。
12. 移動局により、少なくとも二つのアンテナを用いて、アクセス要求を伝送し、前記移動局は、セルラー 直交周波数分割多重 (OFDM) システム中、アクセスチャネル上で、前記アクセス要求を伝送し、前記アクセス要求は、アクセスインジケーターとアクセスメッセージを有し、
    利用された各アンテナに対し、空間周波数符号化 (SFBC)、及び/又は、時空間ブロック符号 (STBC)を前記アクセスメッセージに適用し、
    副搬送波トーンのアレイを有する共用のリソースブロックを用いて、前記アクセスチャネル上で、前記アクセス要求の前記SFBC/STBC コードされたストリームを伝送することを特徴とする方法。
13. 前記アクセスインジケーターに用いられる副搬送波トーンの前記アレイは、用いられた前記の各アンテナにより伝送される等分部分に分けられることを特徴とする請求項12に記載の方法。
14. 前記アクセスインジケーターとアクセスメッセージは分割され、前記リソースブロック内で一緒に混合されることを特徴とする請求項12に記載の方法。
15. 前記アクセスインジケーターはチャネル推定のパイロットとして用いられることを特徴とする請求項14に記載の方法。
16. 前記アクセスインジケーターは、マルチアンテナ伝送に用いるアクセスインジケーターの群から選択されることを特徴とすることを特徴とする請求項12に記載の方法。
17. 二個以上の伝送アンテナがアクセスチャネル伝送用いられ、前記方法は、
    利用された前記の各アンテナは、対応するプレコーディング/ビーム形成重量を前記SFBC/STBC のコードされたストリームに応用することを特徴とすることを特徴とする請求項12に記載の方法。
18. 多数の受信基地局のアンテナにより、一つ、或いは、それ以上のアクセス要求を受信し、各アクセス要求は、セルラー直交周波数分割多重 (OFDM)、又は、直交周波数分割多重接続 (OFDMA) システム中、対応する移動局から伝送される一アクセスインジケーターと一アクセスメッセージを有し、
    前記受信された一つ、或いは、それ以上のアクセス要求から、多数のアクセスインジケーターを検出するし、
    前記の検出されたアクセスインジケーターが1に等しい場合、検出されたアクセスインジケーターをパイロットとして用いることにより、チャネル推定を実行し、
    空間周波数符号化 (SFBC)、及び/又は、時空間ブロック符号 (STBC) 復号アルゴリズムを用いて、検出されたアクセスインジケーターのアクセスメッセージを復号することを特徴とする方法。
19. 前記受信アンテナの数量は、前記の検出されたアクセスインジケーターより少ない場合、前記基地局は、いかなるアクセスメッセージも復号しないことを特徴とする請求項18に記載の方法。
20. 前記受信アンテナの数量は、前記の検出されたアクセスインジケーター以上で、且つ、前記の検出されたアクセスインジケーターは1より大きく、前記方法は、更に、
    バーチャルビーム検索を実行し、これにより、各検出されたアクセスインジケーターに対応するプレコーディング/ビーム形成重量を得るようにし、
    対応するプレコーディング/ビーム形成重量を用いて、各検出されたアクセスインジケーターのアクセスメッセージを復号することを特徴とする請求項18に記載の方法。
21. 前記バーチャルビーム検索は、所定のコードブックに基づくことを特徴とする請求項20に記載の方法。

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