DE602004009610T2

DE602004009610T2 - Verfahren und system für drahtlose kommunikationsnetzwerke mit kooperativer weiterleitung

Info

Publication number: DE602004009610T2
Application number: DE602004009610T
Authority: DE
Inventors: Peter Larsson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: TWI363538B; CN101729110B; EP1702444A1; CN101729110A; US20070160014A1; CN1902868B; ES2331759T3; TW200533125A; KR20060113973A; EP1852984B1; WO2005064872A1; CN1902868A; US7720020B2; KR101174171B1; WO2005064872A8; ATE439706T1; EP1852984A2; EP1702444B1; EP1852984A3; SE0303602D0

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft relaisgestützte drahtlose Kommunikation zur Verbesserung des Kommunikationsleistungsvermögens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Systemarchitektur zur Verringerung der Komplexität eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks mit zwei Funkfeldern, das kooperative Weiterschaltung nutzt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine wichtige Triebkraft bei der Entwicklung von drahtlosen/zellularen Kommunikationsnetzwerken und -systemen besteht neben vielen anderen Aspekten darin, verbesserte Funkversorgung oder Unterstützung für höhere Datenraten oder eine Kombination aus beidem bereitzustellen. Gleichzeitig ist der Kostenaspekt bei der Errichtung und Wartung des Systems von großer Bedeutung, und es wird erwartet, daß er dies in Zukunft noch mehr sein wird.
Das Dokument „Coverage Enhancement through two-hop relaying in cellular radio systems" von Van Morning Sreng; Carleton-Universität, Ottawa, Ontario, 2002, insbesondere Abschnitt 3.3, Seiten 32–39, beschreibt die Weiterschaltung über zwei Funkfelder in einem solchen System, was in der Literatur im allgemeinen als Multihopping bzw. Nutzung mehrerer Funkfelder bezeichnet wird. Die Arbeitsweise dieses bekannten Systems besteht dann, daß es entscheidend ist, vor der Weiterleitung eines Pakets von einer Quelle zu einem Ziel über ein oder mehrere Relais im System diejenigen Relais auszuwählen, die einen „guten" Weg bieten, über den das Paket gesendet wird. Ein solcher guter Weg ist normalerweise als ein Weg definiert, der eine gewisse gewählte Metrik, wie etwa die akkumulierte geometrische Entfernung, den Energieaufwand, den besten Durchsatz und so weiter, minimiert.
Im Gegensatz zur Weiterschaltung gemäß dem oben erwähnten Dokument empfängt ein Relais in der vorliegenden Erfindung keinerlei Steuerungsinformation von der Mobilstation oder der Basisstation. Da das Relais keinerlei Steuerungsinformation empfängt, paßt es die Sendeleistung, die Übertragungsstrecken-Betriebsart oder seine Aktivität nicht als Antwort auf Kanal- oder Topologieänderugen an. Im Gegensatz zum System gemäß dem oben erwähnten Dokument kann keine Strecke oder ein Relais ausgewählt werden und wird auch nicht ausgewählt. Die Anpassung beruht auf der internen Kanalauswahl der Mobilstation und, falls verwendet, der Anpassung der Sendeparameter der Basisstation durch Rückmeldung von der Mobilstation (ohne die Relaisstation zu beeinflussen). Die Kanalauswahl im System gemäß dem oben erwähnten Dokument beeinflußt, welchen Kanal ein Relais verwendet, während bei der vorliegenden Erfindung die Kanalauswahl nur intern erfolgt und die durch das Relais verwendeten Kanäle nicht beeinflußt.
Schlußfolgend stellen das bekannte Dokument und die vorliegende Erfindung unterschiedliche Verfahren der Verwaltung eines Relaissystems mit zwei Funkfeldern dar, wobei das bekannte System die bekannte Nutzung mehrerer Funkfelder nach dem Stand der Technik mit bestimmten Problemen, das heißt, großem Steuerungssignalisierungsaufwand, darstellt, die durch einen anderen Betriebsschritt aufgelöst werden.
Der im oben erwähnten Dokument beschriebene Betriebsablauf führt zu einer übermäßigen und ressourcenverbrauchenden Signalisierung, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dies zu verhindern.
Bis vor kurzem ist die grundlegende Topologie drahtloser Netzwerke, einschließlich der drei bestehenden Generationen von zellularen Netzwerken, nahezu unverändert geblieben. Die Topologie ist durch die zellulare Architektur mit den ortsfesten Funkbasisstationen und den Mobilstationen als sendende und empfangende Instanzen in den Netzwerken gekennzeichnet, wobei eine Kommunikation normalerweise nur diese beiden Instanzen betrifft. Ein alternativer Lösungsansatz für Netzwerke wird durch die bekannten Netzwerke mit mehreren Funkfeldern veranschaulicht, wobei in einem Funkübertragungsszenario eine Kommunikation normalerweise eine Vielzahl von Sende- und Empfangsinstanzen in einer Weiterschaltungskonfiguration einbezieht. Solche Systeme bieten die Möglichkeit einer wesentlich verringerten Übertragungsdämpfung zwischen kommunizierenden (Relais-)Instanzen, was den Gesamtverbindungs-(ETE-)Nutzern nutzen kann.
Aufmerksamkeit ist in jüngster Zeit einem anderen Topologietyp gewidmet worden, der viele Merkmale und Vorteile mit den Netzwerken mit mehreren Funkfeldern gemein hat, aber auf die Weiterschaltung in lediglich zwei (oder wenigen) Funkfeldern begrenzt ist. Im Gegensatz zu Netzwerken mit mehreren Funkfeldern nutzt die vorerwähnte Topologie Aspekte der Parallelverarbeitung und übernimmt auch Themen von fortgeschrittenen Antennensystemen. Diese Netzwerke, die den neuen Topologietyp nutzen, haben eine Kooperation zwischen mehreren Stationen als gemeinsamen Nenner. In der jüngsten Forschungsliteratur tritt sie unter mehreren Namen auf, wie etwa kooperative Weiterschaltung, kooperative Diversity, kooperative Codierung, virtuelle Antennenanordnungen und so weiter. In der vorliegenden Anwendung werden die Begriffe „kooperative Weiterschaltung" und „kooperative Prinzipien/Verfahren" so verwendet, daß sie alle Systeme und Netzwerke, die eine Kooperation zwischen mehreren Stationen nutzen bzw. die in diesen Systemen verwendeten Prinzipien/Verfahren einschließen. Ein umfangreicher Überblick über kooperative Kommunikationsprinzipien ist in [1] gegeben. Verschiedene Formate eines weitergeschalteten Signals können angewendet werden. Ein Signal kann decodiert, neu moduliert und weitergeleitet oder alternativ einfach verstärkt und weitergeleitet werden. Ersteres ist als „Decodieren und Weiterleiten" oder regenerative Weiterschaltung bekannt, während letzteres als „Verstärken und Weiterleiten" oder nichtregenerative Weiterschaltung bekannt ist. Sowohl die regenerative als auch die nichtregenerative Weiterschaltung sind bekannt, zum Beispiel durch herkömmliche Multihopping- bzw. Zwischenverstärkerlösungen. Verschiedene Aspekte der beiden Ansätze werden in [2] behandelt. Die Relais können das Signal im wesentlichen auf zweierlei Art und Weise weiterleiten: Weiterschaltung des Signals auf der gleichen Ressource oder Wechsel zu einem anderen Kanal, zum Beispiel in Zeit oder Frequenz. Im ersten Fall besteht eine Herausforderung darin, die Kopplung zwischen Relaisübertragung und -empfang zu überwinden. Dies kann durch Verwendung von zwei Antennen und durch Störungsunterdrückungsmethoden bewältigt werden. Im zweiten Fall kann das Relais einfach das Signal empfangen und es dann im nächsten Schlitz oder alternativ in einem anderen Frequenzband, gleichzeitig mit dem Empfang des Signals, weiterleiten.
Die allgemeinen Vorteile von kooperativer Weiterschaltung bei drahtloser Kommunikation weisen höhere Datenraten, verringerte Nichtverfügbarkeit (aufgrund unterschiedlicher Formen von Diversity), verlängerte Batterienutzungsdauer und erweiterte Funkversorgung auf.
Verschiedene Prinzipien und Topologien, die kooperative Weiterschaltung nutzen, sind zum Beispiel als theoretische Modelle auf dem Gebiet der Informationstheorie, als Vorschläge für tatsächliche Netzwerke und in wenigen Fällen als Labortestsysteme vorgeschlagen worden. Beispiele sind in [1], Seiten 37–39 und 41–44, zu finden. Die verschiedenen Kooperationsprinzipien können danach unterteilt werden, welche Instanzen an welche verschiedenen Instanzen, die kooperieren, Daten zu versenden haben. In 1a–f (Stand der Technik) sind unterschiedliche Topologien schematisch dargestellt, wobei gezeigt wird, wo Verkehr erzeugt wird, welche Instanz der Empfänger ist, und der Weg für Funkübertragungen.
Der klassische Relaiskanal, der in 1a dargestellt ist, besteht aus einer Quelle, die unter Verwendung von Relais mit einem Ziel zu kommunizieren wünscht. Das Relais empfängt das Signal, das durch die Quelle über einen rauschbehafteten Kanal gesendet wird, verarbeitet es und leitet es an das Ziel weiter. Das Ziel beobachtet eine Überlagerung der Quell- und der Relaisübertragung. Das Relais muß keinerlei Information senden; infolgedessen besteht die Aufgabe des Relais darin, die Gesamtrate des Informationsflusses von der Quelle zum Ziel zu maximieren. Der klassische Relaiskanal ist in [1], [7] und [3] untersucht worden, wobei in letzterem Empfänger-Diversity eingeschlossen wurde. Der klassische Relaiskanal in seiner Drei-Stationen-Form nutzt mehrere Relaisstationen gar nicht aus, und deshalb bietet er nicht die oben dargelegten Vorteile.
Ein aussichtsreicherer Ansatz, der parallele Relaiskanal, ist in 1b schematisch dargestellt, wo ein drahtloses System Zwischenverstärker (wie etwa eine zellulare Basisstation mit unterstützenden Zwischenverstärkern) mit überlappenden Versorgungsbereichen verwendet, wobei ein Empfänger von der Verwendung von überlagerten Signalen, die von mehreren Zwischenverstärkern empfangen wurden, profitieren kann. Das ist etwas, was automatisch in Systemen vorkommt, wenn Zwischenverstärker sich nah beieinander befinden und mit hinreichend großer Leistung senden. In jüngster Zeit haben informationstheoretische Studien diesen Fall behandelt, zum Beispiel durch Schein, [4] und [5], der die Verwendung von kohärenter Kombinierung auf der Grundlage von kooperativer Weiterschaltung zwischen einem einzelnen Sender und einem einzelnen Empfänger unter Verwendung von zwei Zwischenrelais vorschlagt. Die Studie ist eine rein informationstheoretische Analyse, die auf nur zwei Relaisstationen begrenzt ist, und es fehlen ihr die Mittel und Mechanismen, das Verfahren praktisch durchführbar zu machen.
Das Konzept des Mehrfachzugriffskanals mit Weiterschaltung (auch bekannt als Mehrfachzugriffskanäle mit verallgemeinerter Rückmeldung), das in 1c schematisch dargestellt ist, ist in jüngster Zeit untersucht worden. Das Konzept beinhaltet, daß zwei Teilnehmer kooperieren, das heißt die Information austauschen, die jeder senden möchte, und danach jeder Teilnehmer nicht nur seine eigene Information, sondern auch die Information des anderen Teilnehmers an einen Empfänger sendet. Der Vorteil bei diesem Vorgehen besteht darin, daß die Kooperation für Diversity-Gewinn sorgt. Es gibt im wesentlichen zwei Prinzipien, die untersucht worden sind: kooperative Diversity und codierte kooperative Diversity. Studien werden zum Beispiel in [1] erwähnt. In bezug auf Diversity sind verschiedene Formen vorgeschlagen worden, wie etwa Alamouti-Diversity, Empfänger-Diversity und auf kohärenter Kombinierung beruhende Diversity. Normalerweise fußen die untersuchten Prinzipien und Topologien auf der Decodierung von Daten vor der Übertragung. Das bedeutet ferner, daß Stationen dicht beieinander liegen müssen, um zu kooperieren, und schließt somit die Kooperation mit weiter entfernten Relais aus, ebenso wie die große Anzahl von potentiellen Relais, wenn eine Gruppe großen Ausmaßes gebildet werden könnte. Ein zusätzlicher Mangel dieser Prinzipien besteht darin, daß es ziemlich unwahrscheinlich ist, dicht beieinander liegende und gleichzeitig sendende Stationen zu haben. Diese Mängel deuten darauf hin, daß die untersuchte Topologie von geringerem praktischem Interesse ist. Der Rundsendekanal mit Weiterschaltung, der in 1d dargestellt ist, ist im wesentlichen die Umkehrung der in 1c dargestellten Topologie und hat daher auch die gleichen Mängel.
Eine weitere Erweiterung der in 1c dargestellten Topologie ist der sogenannte Störkanal mit Weiterschaltung, der in 1e dargestellt ist, wo zwei Empfänger betrachtet werden. Dies ist zum Beispiel in [8] und [1] untersucht worden, aber ohne Kooperation zwischen den Empfängern und somit ohne Ausnutzung der Möglichkeiten, die durch kooperative Weiterschaltung gewährt werden.
Eine andere beschriebene Topologie, die in 1f schematisch dargestellt ist, wird manchmal als virtueller Gruppenantennenkanal bezeichnet und ist zum Beispiel in [9] beschrieben. In diesem Konzept wird eine erhebliche Bandbreitenerweiterung zwischen einer Kommunikationsstation und angrenzenden Relaisknoten angenommen, und somit können nichtstörende Signale über orthogonale Ressourcen übertragen werden, was ermöglicht, daß Phasen- und Amplitudeninformation erhalten bleiben. Mit dieser Architektur wird MIMO-(Mehrfacheingangs-Mebrfachausgangs-)Kommunikation (aber auch andere Raum-Zeit-Codierverfahren) mit einem Einzelantennenempfänger ermöglicht. Die Topologie kann gleichermaßen für die Übertragung verwendet werden. Eine Grundannahme besteht darin, daß sich Relaisstationen nahe am Empfänger (oder Sender) befinden. Dies begrenzt die Wahrscheinlichkeit, ein Relais zu finden, sowie die Gesamtzahl der möglichen Relais, die verwendet werden können. Eine erhebliche praktische Begrenzung besteht darin, daß eine sehr große Bandbreitenerweiterung benötigt wird, um Signale über nichtstörende Kanäle an den Empfänger zur Verarbeitung weiterzuschalten.
Wie der Fachmann versteht, benötigen echte Systemimplementierungen, die kooperative Weiterschaltung nutzen, Steuerungsmechanismen zur Steuerung der beteiligten Relaisstationen. Die Notwendigkeit der Steuerung erwächst in erster Linie aus der Mobilität der Mobilstationen und resultierenden Topologieänderungen und kann zum Beispiel Relaisaktivierung und -deaktivierung aufweisen. Die Notwendigkeit von Steuerungsmechanismen ist in 2 schematisch dargestellt, wo eine sich bewegende Mobilstation 205 zum Zeitpunkt T₁ über die Relaisstationen 210:1 und 210:2 kommuniziert und zum Zeitpunkt T₂ über die Relaisstationen 210:1, 210:3, 210:4 und 210:5.
Die Steuerungsprozeduren sind im oben erwähnten Stand der Technik nicht vollständig beschrieben worden. Jedoch wird darauf hingewiesen, zum Beispiel im mit Bezug auf 1f beschriebenen Fall, daß Steuerungsnachrichten zu und von den Relaisstationen ausgetauscht werden, die sowohl an die Basisstation und die Teilnehmer als auch von diesen fort gerichtet sind. Eine ähnliche Steuerungsstruktur wird auch in [11] offenbart, wo mindestens ein Steuerungsendgerät angegeben wird, das die Relaisstationen anweist, Daten zu empfangen und weiterzuschalten.
Der vorgeschlagene Steuerungsmechanismus kann bewirken, daß die Menge der Steuerungsdaten übermäßig ist, insbesondere wenn sich die Topologie aufgrund dessen häufig ändert, daß sich der mobile Teilnehmer schnell bewegt und häufig die Übertragungsparameter (zum Beispiel die Leistung) der Relais steuern oder Relais wechseln muß. Außerdem können, auch wenn sich die Topologie nicht ändert, die Änderungen in der Funkausbreitung beträchtlich sein und einen schnellen Steuerungsnachrichtenaustausch mit den Relais diktieren. Eine übermäßige Steuerungssignalisierung verbraucht Funkressourcen, die vorzugsweise zur Übertragung von Daten hatten verwendet werden können.
Ein weiteres Problem, das beim Stand der Technik nicht behandelt wird, ist, wie eine sitzungs- oder teilnehmerzentrierte Steuerung der Relais verwendet werden soll, wenn mehrere Empfänger vorhanden sind, da sie gegensätzliche optimale Relaiskonfigurationen und Parametereinstellungen haben können. Das Optimum kann sich in Bezug darauf unterscheiden, welches Relais aktiv ist und welche Sendeleistungspegel, Kanalzuweisungen, Raum-Zeit-Codieroptionen und Phasennachregelungen und so weiter verwendet werden. Eine Situation, die zu gegensätzlichen Relaiskonfigurationen und Parametereinstellungen Anlaß geben kann, ist in 3 schematisch dargestellt, wo zwei Mobilstationen 220:1 und 220:2 zum Teil über die gleiche Relaisstation 215:2 kommunizieren. Die Relaisstation 215:2 kann in diesem Szenario gegensätzliche Anforderungen von den Mobilstationen 220:1 und 220:2 erfahren. Das Optimierungsproblem zum Auffinden einer optimalen oder nahezu optimalen Konfiguration für eine Menge von Teilnehmern wird schnell sehr kompliziert und zeitraubend oder sogar in der Praxis unbeherrschbar, selbst wenn nur wenige Teilnehmer mit potentiell gegensätzlichen optimalen Konfigurationen berücksichtigt werden.
Somit ist in der Fachwelt zwar demonstriert worden, daß die kooperative Weiterschaltung große Potentiale zum Beispiel für die Bereitstellung hoher Kapazität und Flexibilität hat. Jedoch stellen die nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen Steuerungsmechanismen keine Lösungen dar, die in realistischen Netzwerken großen Ausmaßes implementiert werden können, und nutzen die erwarteten Vorteile eines Netzwerks mit kooperativer Weiterschaltung nicht vollständig aus.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In den Architekturen und Verfahren nach dem Stand der Technik zum Betrieb eines Netzwerks mit kooperativer Weiterschaltung erzeugen die Mechanismen zur Steuerung der Relais übermäßige Steuerungssignalisierung und/oder extrem komplizierte Optimierungsprobleme. Offensichtlich werden ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Architektur für ein Netzwerk mit kooperativer Weiterschaltung benötigt, welche die erwarteten Vorteile eines Netzwerks mit kooperativer Weiterschaltung ausnutzen, ohne eine übermäßige Steuerungssignalisierung zu bewirken oder zu allzu massiven Optimierungsproblemen zu führen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Architektur für ein Netzwerk mit kooperativer Weiterschaltung und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Netzwerks bereitzustellen, welche die Nachteile der Methoden nach dem Stand der Technik überwinden. Dies wird durch das Verfahren, wie in Anspruch 1 definiert, das System, wie in Anspruch 10 definiert, und den Empfänger, wie in Anspruch 23 definiert, erreicht.
Das Problem wird dadurch gelöst, daß die vorliegende Erfindung eine Architektur bereitstellt, wo Relaiskanäle von Relaisstationen auf eine solche Weise organisiert sind, daß ihre Kanäle sich räumlich überlappen. Die Relais arbeiten vorzugsweise als einfache Zwischenverstärker, normalerweise nicht-regenerativ, aber immer dann regenerativ, wenn es für eine Basisstation möglich ist, und vorzugsweise ändern sich die Relais-Übertragungsparameter nicht als Antwort auf eine momentane Übertragungsstreckenqualität einzelner oder mehrerer Mobilstationen. Jede Mobilstation wählt eine Vielzahl von Relaisstationen als Kandidaten für die Kommunikation mit ihnen aus, vorausgesetzt, daß sich eine Vielzahl von Relais in Reichweite befindet. Dieser Prozeß wird als weiche Assoziation bezeichnet, das heißt, die Relais wissen nichts von dieser internen Auswahl der Mobilstation. Die Mobilstationen aktualisieren kontinuierlich ihre weichen Assoziationen, zum Beispiel auf der Grundlage von Signalqualitätsparametern, um sich an eine sich verändernde Funkumgebung anzupassen, die zum Beispiel dadurch hervorgerufen wird, daß die Mobilstation sich bewegt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, MIMO-Kommunikationsprinzipien, wie etwa räumliche Multiplexierung, mit einem Einzelantennenempfänger zu implementieren, während die Basisstation mehrere Antennen hat und mehrere Relaiskanäle ausgenutzt werden. Eine logische Rückmeldung vom Empfänger zum Sender, das heißt, von der Mobilstation zur Basisstation oder umgekehrt, ohne die Relais zu durchlaufen, ermöglicht, die Übertragung auf der Grundlage momentaner Übertragungsstreckenbedingungen anzupassen. Die Erfindung kann in der Aufwärtsstrecke oder in der Abwärtsstrecke für ein zellulares System verwendet werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk mit zwei Funkfeldern eingerichtet, wobei eine Basisstation, mindestens eine Mobilstation und eine Vielzahl von Relaisstationen an einer Kommunikationssitzung oder an deren Aufbau beteiligt sind und wobei die Relaisstationen Signale von der Basisstation an die mindestens eine Mobilstation weiterleiten. Das Verfahren umfaßt einen Schritt, bei dem jede Mobilstation eine weiche Assoziation zu einer Vielzahl von Relaisstationen durch internes Auswählen einer Menge von Relaiskanälen aus einer Vielzahl von Relaisstationen mit zumindest teilweise überlappenden Versorgungsbereichen aufbaut, wobei die Menge von Relaiskanälen, die den Relaisstationen assoziiert sind, Kandidaten für eine Verwendung in der Kommunikationssitzung sind. Die weiche Assoziation, die durch die Mobilstationen durchgeführt wird, beruht vorzugsweise auf Messungen der Relaiskanalqualität einer Vielzahl der Relaisstationen mit überlappenden Versorgungsbereichen. Die Mobilstationen können auch andere Faktoren, wie etwa die Bandbreitenanforderung einer bestimmten Anwendung, im Auswahlschritt berücksichtigen.
Die Mobilstation meldet ihre Auswahl von Relaisstationen an die Basisstation zurück. Vorzugsweise meldet die Mobilstation auch Kanalqualitätsmaße zurück, entweder als rohe Kanaldaten oder als verarbeitete Information als bevorzugte Übertragungsparameter. Die Basisstation verwendet die Rückmeldung, um die Übertragung an die Relaisstationen anzupassen. Die Basisstation kann in der Kommunikation mit einer spezifischen Mobilstation opportunistisch über die Übertragungsparameter entscheiden, aber auch, welche Relaisstationen aus der Menge von Relaisstationen, welche eine Mobilstation für eine weiche Assoziation mit ihnen ausgewählt hat, in der Kommunikation zu verwenden sind.
In einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung paßt die Basisstation die Übertragung zu den Relaisstationen gemäß den folgenden Teilschritten an:

– anhand der Rückmeldung erfolgendes Identifizieren gegensätzlicher Anforderungen von mindestens zwei Mobilstationen bezüglich der Nutzung mindestens einer Relaisstation, wobei die beiden Mobilstationen eine weiche Assoziation zu der mindestens einen Relaisstation haben;
– Auslösen eines Optimierungsprozesses zur Auflösung der gegensätzlichen Anforderungen;
– Anpassen der Übertragung zumindest an diejenigen Relaisstationen, zu denen die beiden Mobilstationen eine weiche Assoziation haben, unter Berücksichtigung des Ergebnisses des Optimierungsprozesses.

Das System gemäß der vorliegenden Erfindung, das zur Kommunikation in einem drahtlosen Netzwerk mit zwei Funkfeldern angepaßt ist, umfaßt eine Basisstation, mindestens eine Mobilstation und eine Vielzahl von Relaisstationen, wobei die Relaisstationen zum Weiterleiten von Signalen von der Basisstation zur Mobilstation geeignet sind. In dem System ist zumindest ein Teil der Vielzahl von Relaisstationen so organisiert, daß mindestens zwei benachbarte Relaisstationen im wesentlichen überlappende Versorgungsbereiche haben und die Kanäle der Relaisstationen mit überlappendem Versorgungsbereich im wesentlichen orthogonal sind. Die Mobilstationen sind dafür eingerichtet, eine Menge von Relaisstationen aus den Relaisstationen mit zumindest teilweise überlappendem Versorgungsbereich auszuwählen, wodurch eine weiche Assoziation zu einer Vielzahl von Relaisstationen aufgebaut wird, die Kandidaten zur Verwendung in einer Kommunikation zwischen der Basisstation und der mindestens einen Mobilstation sind.
Der Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk mit zwei Funkfeldern angepaßt, und zwar durch Bereitstellung eines Relaisstation-(RS-)Auswahlmoduls, das zur Auswahl einer Menge von Relaisstationen aus einer Vielzahl von Relaisstationen mit im wesentlichen überlappenden Versorgungsbereichen angepaßt ist, wobei das RS-Auswahlmodul angeordnet ist, um die Auswahl auf die Relaiskanalqualität zu stützen, und eines Rückmelde-Modulmittels zum Rückmelden der Information über ausgewählte Relais und vorzugsweise auch der Information über die momentane Kanalqualität an den Sender.
Die Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit Mitteln zum Empfang von Rückmeldungen von den Mobilstationen versehen und mit einem Optimierungsmodul, das dafür angepaßt ist, gegensätzliche Anforderungen von mindestens zwei Mobilstationen bezüglich der Nutzung mindestens einer Relaisstation zu identifizieren, wobei die beiden Mobilstationen eine weiche Assoziation mit der gleichen mindestens einen Relaisstation haben, und dafür angepaßt ist, einen Optimierungsprozeß zur Auflösung der gegensätzlichen Anforderungen durchzuführen. Die Basisstation ist ferner mit einem Übertragungsparameter-Anpassungsmodul versehen, das dafür angepaßt ist, die Übertragungsparameter für die Übertragung mindestens zu denjenigen Relaisstationen zu bestimmen, mit denen die beiden Mobilstationen eine weiche Assoziation haben, wobei das Ergebnis des Optimierungsprozesses berücksichtigt wird.
Dank der Erfindung ist es möglich, die durch ein Netzwerk mit kooperativer Weiterschaltung gebotenen Möglichkeiten zu nutzen, ohne eine übermäßige Steuerungssignalisierung oder massive Optimierungsprobleme zu verursachen.
Ein Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung gewährt wird, besteht darin, daß die Relaisstationen so organisiert sind, daß ihre Versorgungsbereiche eine wesentliche Überlappung zeigen und die Mobilstationen eine weiche Assoziation zu ausgewählten Relaisstationen aufbauen, die dadurch Kandidaten für die Verwendung in der Kommunikation sind. Die Basisstation, die über die Auswahl jeder Mobilstation informiert wird, paßt die Übertragung dementsprechend an.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mögliche gegensätzliche Anforderungen von Mobilstationen bezüglich der Verwendung einer oder mehrerer Relaisstationen durch die Basisstation ohne eine übermäßige Steuerungssignalisierung über die Funkschnittstelle aufgelöst werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine MIMO-gestützte Kommunikation im System gemäß der Erfindung einfach implementiert werden kann. Alternativ kann Empfangs-Diversity implementiert werden.
Noch ein weiterer Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung gewährt wird, besteht darin, daß die weiche Assoziation, die vorzugsweise jede Mobilstation intern vornimmt, die Notwendigkeit beseitigt, daß die Relaisstationen (mittels Steuerungssignalisierung) Information darüber aufbewahren und melden, mit welcher Mobilstation zu kommunizieren ist.
Noch ein weiterer Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung gewährt wird, besteht darin, daß zusammen mit den Vorteilen der Weiterschaltung eine opportunistische Kommunikation auf der Grundlage von momentanen Träger-Störabstandsbedingungen angeboten werden kann, was einen Mehrfachteilnehmer-Diversitygewinn ergibt.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die oben skizzierten Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in der ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen umfassender beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen überall gleiche Elemente bezeichnen und wobei diese folgendes zeigen:
1a–f sind schematische Darstellungen von Topologien nach dem Stand der Technik, die kooperative Weiterschaltung nutzen;
2 stellt schematisch den Prozeß der Relaisstationsaktivierung dar;
3 stellt das Problem der Behandlung von Mobilstationen mit gegensätzlichen Anforderungen an die Relaisstationen schematisch dar;
4 stellt ein Netzwerk mit kooperativer Weiterschaltung unter Nutzung des Verfahrens und der Systemarchitektur gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar;
5 stellt die logische Architektur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
6 stellt die logische Architektur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die Einzelantennen für die Relais- und Mobilstationen nutzt;
7 erläutert schematisch die Ausführungsform von 6, wobei zwei Mobilstationen an Kommunikationssitzungen beteiligt sind, die zum Teil die gleichen Relaisstationen betreffen;
8 ist ein Ablaufplan des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 stellt das Prinzip überlappender orthogonaler Relaiskanäle schematisch dar;
10 stellt überlappende orthogonale Relaiskanäle schematisch dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung organisiert sind;
11 stellt überlappende orthogonale Relaiskanäle schematisch dar, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung organisiert sind;
12 ist ein Ablaufplan eines zentralisierten Verfahrens zum Aufbau überlappender orthogonaler Relaiskanäle;
13 ist ein Ablaufplan eines verteilten Verfahrens zum Aufbau überlappender orthogonaler Relaiskanäle;
14 ist ein Ablaufplan des weichen Assoziationsprozesses gemäß der Erfindung; und
15 stellt die logische Architektur in der Aufwärtsstrecke gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr nachfolgend ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausfürungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verwirklicht werden und sollte nicht so ausgelegt werden, daß sie auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ist, vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und dem Fachmann den Schutzbereich der Erfindung umfassend vermittelt. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Architektur bereit, wo Relaiskanäle von Relaisstationen auf eine solche Weise organisiert sind, daß sich ihre Kanäle räumlich überlappen. Dies kann auf zentrale oder verteilte Art und Weise erreicht werden, wie nachstehend weiter beschrieben wird. Die Relaiskanalauswahl und Verstärkungsfaktorauswahl von weitergeleiteten Signalen sind von großer Bedeutung für die Implementierung. Die Relais arbeiten vorzugsweise als einfache Zwischenverstärker, normalerweise nicht-regenerativ, aber immer dann regenerativ, wenn es für eine Basisstation möglich ist, und vorzugsweise ändern sich die Relais-Übertragungsparameter nicht als Antwort auf eine momentane Übertragungsstreckenqualität einzelner oder mehrerer Mobilstationen. Die Relais können ferner das empfangene Signal auf einer orthogonalen Ressource weiterleiten, zum Beispiel in Zeit, Frequenz oder beidem, wobei sie alternativ die gleiche Zeit-Frequenz-Ressource verwenden und das gesendete Signal aus dem empfangenen Signal löschen. Jede Mobilstation hat zu jedem Zeitpunkt weiche Assoziationen mit mehreren Relais, vorausgesetzt, daß mehrere Relais in Reichweite sind. Während der Bewegung aktualisieren die Mobilstationen kontinuierlich ihre weichen Assoziationen, zum Beispiel auf der Grundlage von Signalqualitätsparametern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, MIMO-Kommunikationsprinzipien, wie etwa räumliche Multiplexierung, mit einem Einzelantennenempfänger zu implementieren, während die Basisstation mehrere Antennen hat und mehrere Relaiskanäle ausgenutzt werden. Eine logische Rückmeldung vom Empfänger zum Sender, das heißt, von der Mobilstation zur Basisstation oder umgekehrt, ohne die Relais zu durchlaufen, ermöglicht, die Übertragung an momentane Übertragungsstreckenbedingungen anzupassen. Die Erfindung kann in der Aufwärtsstrecke oder in der Abwärtsstrecke für ein zellulares System verwendet werden.
Das in 4 skizzierte Netzwerk 400 ist ein Beispiel für ein Netzwerk mit kooperativer Weiterschaltung, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft genutzt wird. Die Figur zeigt einen Abschnitt 405 des drahtlosen Netzwerks mit einer Basisstation 410 (BS), einer Vielzahl von Relaisstationen 415: (RS) und einer Vielzahl von Mobilstationen (MS) 420. Wie in der Figur gezeigt, sind die Relaisstationen 415 zum Beispiel auf Masten und Gebäuden montiert Jedoch können auch mobile Relais, wie etwa mobile Endgeräte von Teilnehmern, verwendet werden, entweder als Ergänzung zu ortsfesten Relais oder unabhängig.
Die Versorgungsbereiche zumindest einiger, aber nicht unbedingt aller Relaisstationen 415 sollten eine wesentliche Überlappung zeigen, so daß eine Mobilstation 420, unabhängig von ihrer Position, unter den meisten Umständen im Versorgungsbereich einer Vielzahl von Relaisstationen 415 sein sollte. Die Kanäle der Relaisstationen mit überlappenden Versorgungsbereichen sollten vorzugsweise im wesentlichen orthogonal sein. Die Versorgungsbereiche der Relaisstationen sind zum Beispiel auf eine solche Weise organisiert, daß benachbarte Relaisstationen überlappende Versorgungsbereiche habe. Wie in der Figur veranschaulicht, haben die Relaisstationen 415:1–5 überlappende Versorgungsbereiche. Die Relaisstation 415:8 hat keinen überlappenden Versorgungsbereich mit den Relaisstationen 415:1–5, sondern stattdessen überlappende Versorgungsbereiche mit ihren Nachbarn 415:6, 415:7 und 415:9. Alternativ bildet eine Anzahl von Relaisstationen 415:10–415:13 und 415:14–415:17 Verbundgruppen von Relaisstationen 440 beziehungsweise 445, wobei alle Relaisstationen innerhalb des Verbunds einen im wesentlichen überlappenden Versorgungsbereich haben. Die Basisstation 410 kann mit mehr als einem Relaisstationsverbund gekoppelt sein, wie mit dem zweiten Relaisstationsverbund 445 veranschaulicht wird, sowie mit einer Vielzahl von Gruppen von Relaisstationen mit teilweise überlappenden Versorgungsbereichen 415:1–5 und 415:6–9. Die Organisation der Relaisstationen wird nachstehend weiter beschrieben.
Die Mobilstation 420 steht in aktiver Kommunikation mit der Basisstation 410. Die Signalisierung erfolgt, wie mit Pfeilen gekennzeichnet, im wesentlichen gleichzeitig unter Verwendung einer Vielzahl von Wegen, die durch zwei Funkfelder gekennzeichnet sind, das heißt, mittels einer Vielzahl von Relaisstationen 415:1–5 (und/oder mittels Mobilstationen, die als mobile Relais fungieren).
Das Netzwerk 400 dient als Funkzugangsnetzwerk in einem drahtlosen Kommunikationssystem und kann zusätzlich zu den dargestellten Instanzen oder Knoten auch andere Knoten umfassen, wie etwa Funknetzwerk-Steuereinrichtungen (RNC) zur Steuerung der Basisstationen und der Gesamtnutzung der Funkressourcen und zum Beispiel Gateways zur Kopplung mit dem Kernnetzwerk des drahtlosen Kommunikationssystems.
Man beachte, daß zwar eine relaisgestützte Kommunikation verwendet wird, um die Kommunikation zu verbessern, aber weiterhin eine direkte Kommunikation von der Basisstation 410 zur Mobilstation 420 und umgekehrt verwendet werden kann. Tatsächlich kann eine gewisse Basissignalisierung mit niedriger Datenrate zwischen der Basisstation 410 und der Mobilstation zum Aufbau eines relaisgestützten Kommunikationskanals bevorzugt werden. Zum Beispiel kann es sein, daß eine zellulare Systemfunktion, wie etwa der Funkruf, normalerweise keine Weiterschaltung verwendet, da die Kanäle vom Relais zur Mobilstation nicht a priori bekannt sind, und stattdessen während des Verbindungsaufbaus und ähnlicher Prozeduren vorzugsweise eine direkte Kommunikation von der Basisstation zur Mobilstation verwendet wird.
Wie im Hintergrundabschnitt beschrieben, können die Architekturen und Verfahren von Netzwerken mit kooperativer Weiterschaltung nach dem Stand der Technik normalerweise zu Konfliktsituationen führen, wenn zwei oder mehr Mobilstationen versuchen, ihre Kommunikation mit gemeinsam verwendeten Relaisstationen zu optimieren. Zusätzlich ist eine intensive Steuerungssignalisierung zwischen den Mobilstationen und Relaisstationen und/oder zwischen unterschiedlichen Relaisstationen zu erwarten. Die vorliegende Erfindung stellt eine Netzwerkarchitektur und ein Verfahren bereit, wobei keine oder nur eine begrenzte Steuerungssignalisierung zu den Relaisstationen 415 und/oder zwischen den Relaisstationen erforderlich ist, um eine effiziente Nutzung der Funkressourcen zu erzielen. Stattdessen findet der größte Teil der Steuerungssignalisierung nur zwischen der Basisstation 410 und der Mobilstation 420 statt. Die Relaisstationen 415 werden hauptsächlich und vorzugsweise indirekt durch die Steuerungssignalisierung zwischen der Mobilstation 420 und der Basisstation 410 gesteuert. Somit können potentiell gegensätzliche Anforderungen von unterschiedlichen Mobilstationen 420 in der Basisstation 410, der RNC oder irgendwo anders im Netzwerk abgewickelt werden und erfordern keine ausgiebige Steuerungssignalisierung über die Funkschnittstelle unter Einbeziehung der Relais.
Die logische Architektur gemäß der Erfindung ist in 5, 6 und 7 schematisch dargestellt. Die in 5 dargestellte Ausführungsform stellt einen allgemeinen Fall dar, in dem die Basisstationen 410, die Relais 415 und die Mobilstationen 420 alle mit mehreren Antennen ausgerüstet sind. 6 und 7 stellen Ausführungsformen dar, in denen die Relais 415 und die Mobilstationen 420 mit Einzelantennen ausgerüstet sind. Andere Antennenkonfigurationen sowie eine Mischung aus Mehrfachantennen und Einzelantennen zwischen den Relaisstationen und/oder Mobilstationen sind vorstellbar. Die allgemeine Architektur und die grundlegende Arbeitsweise gemäß der Erfindung lassen sich leicht an verschiedene Antennenkonfigurationen sowie an unterschiedliche Funkzugriffsverfahren anpassen. Die grundlegenden Betriebsabläufe werden hauptsächlich im Abwärtsstreckenszenario beschrieben, aber der Fachmann wird anerkennen, daß die Architektur und das Verfahren gemäß der Erfindung mit geringfügigen Anpassungen ebenso für die Aufwärtsstreckenkommunikation geeignet sind.
Der Basisstationssender 510 sendet einen Datenstrom, der in einer Codier- und Zeitplanungseinheit 511 verarbeitet worden ist. Der Datenstrom wird vorzugsweise durch eine Wichtungsmatrix U 512 und anschließend über mehrere Sendeantennen 513 geleitet. Die Relaisstationen 415 leiten jedes empfangene Signal ohne Änderung von Relais-Sendeparametern, wie etwa Kanal, Signalverstärkungsfaktor und Codierung, weiter. Alternativ können die Relais gemäß einer weiteren Ausführungsform versuchen, das empfangene Signal zu decodieren oder auf andere Weise die Signalqualität zu verbessern, bevor sie das Signal weiterleiten. Der Mobilstationsempfänger 520 empfängt eine von der Vielzahl von Relaisstationen 415 weitergeleitete Vielzahl von Signalen 530. Der Empfänger 520 empfängt Signale normalerweise und bevorzugt über eine Mehrzahl von unterschiedlichen Kanälen 530:1–m. Die Kanalisierung kann zum Beispiel im Frequenz- oder Zeitbereich erfolgen. Folglich sollten die überlappenden Kanäle im wesentlichen orthogonal sein. Zusätzlich kann ein Empfänger auch ein direktes Signal vom Sender über den Senderkanal 535 empfangen.
In dem in 6 dargestellten Beispiel leitet die Relaisstation 415:1 das Signal auf dem Kanal 1 (530:1) weiter, der durch eine Vielzahl von Mobilstationsempfängern 420:1–m empfangen wird. Die Relaisstation 415:k leitet auf dem Kanal q (530:q) weiter, der ebenfalls durch die Vielzahl von Mobilstationsempfängern 520:1–m empfangen wird. Es ist grundsätzlich vorteilhaft, daß jeder Mobilstationsempfänger 520 Signale über eine Vielzahl von Kanälen von einer Vielzahl von Relaisstationen 415 empfängt. Jedoch kann, wie nachstehend weiter beschrieben wird, jeder Mobilstationsempfänger 520 zu unterschiedlichen Mengen von Relaisstationen 415 assoziiert werden. In der vereinfachten Darstellung von 7 sind die Mobilstationsempfänger 520:1 und 520:2 zu den Relaisstationen 415:1–4 assoziiert und empfangen auf den Kanälen 1–4, während der Mobilstationsempfänger 520:3 zu den Relaisstationen 415:2, 5, 6 und 7 assoziiert ist und auf den Kanälen 2, 5, 6 und 7 empfängt.
Nach dem Empfang von Signalen bei Eignungsermessen durch eine Wichtungsmatrix V 521 verarbeitet der Mobilstationsempfänger 520 die Signale in einem Verarbeitungsblock 522. Abhängig vom verwendeten Sendeverfahren kann die Verarbeitung jedwede Kombination aus Kombinierung, Verbunddecodierung und Multiplexierung decodierter Daten einbeziehen. Auf der Grundlage der Qualität des empfangenen Signals können die Empfänger eine Rückmeldung an den Sender senden. Das empfangene Signal wird analysiert und die Rückmeldung wird in einem Rückmeldemodul 523 vorbereitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die logische Rückmeldung 550 vom Mobilstationsempfänger 520 an den Basisstationssender 510 und nicht an die Relaisstationen 415 gesendet.
Vor der tatsächlichen Kommunikationssitzung und vorzugsweise auch während einer Kommunikationssitzung hat die Mobilstation 420 in dem Prozeß, der als weiche Assoziation bezeichnet wird, eine Menge von Relaiskanälen 530, die den Relaisstationen 415 entsprechen, ausgewählt. Der Prozeß, der nachstehend weiter beschrieben wird, schließt zum Beispiel Qualitätsschätzungen der Relaiskanäle und eine Analyse der Bandbreiteanforderungen für eine vorgesehene Anwendung, die in der Mobilstation ausgeführt werden soll, ein. Ein RS-Auswahlmodul 523, das im Empfänger 520 der Mobilstation 520 enthalten ist oder mit diesem in Verbindung steht, wickelt den Prozeß der weichen Assoziation ab.
Der Sender kann auf der Grundlage dieser Rückmeldung auf Veränderungen in verschiedenen Übertragungsparametern, einschließlich Antennen-Wichtungsfaktoren, Modulation(en) und Codierung(en) und Sendeleistung, reagieren. Insbesondere kann der Sender auf der Grundlage der momentanen Kanalqualitätsbedingungen opportunistisch entscheiden, an welche der Relaisstationen 415 Daten zu senden sind. Auf diese Weise kann ein wertvoller Mehrfachteilnehmer-Diversitygewinn in Verbindung mit den durch die Weiterschaltung angebotenen Vorteilen angeboten werden. Wenn der Sender schweigt, zum Beispiel weil es keine zu sendenden Daten gibt, können die mit dem Sender assoziierten Relais die Weiterleitung beenden. Die logische Rückmeldung 550 wird durch den Sender 510 in einem im Sender 510 eingeschlossenen Übertragungsparametermodul 514 empfangen und verarbeitet. Möglicherweise gegensätzliche Anforderungen von einer Vielzahl von Empfängern 520 bezüglich der Nutzung einer oder mehrerer Relaisstationen werden in einem Optimierungsmodul 515 aufgelöst. Das Ergebnis der Optimierung wird an das Übertragungsparametermodul 514 ausgegeben. Man beachte, daß die vorliegende Erfindung die Existenz anderer Steuerungssignalisierung nicht ausschließt, zum Beispiel zwischen den Relaisstationen 415 und den Mobilstationen 420 oder zwischen unterschiedlichen Relaisstationen 415. Jedoch sieht die vorliegende Erfindung die logische Rückmeldung 550 als einen Hauptteil des Steuerungsmechanismus vor.
Die oben beschriebenen Module und Blöcke gemäß der vorliegenden Erfindung sind als funktionale Teile der Basisstation oder Mobilstation zu betrachten und nicht unbedingt als physische Objekte an sich. Die Module und Blöcke werden vorzugsweise als Software-Codemittel implementiert, am dafür angepaßt zu werden, das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen. Die Begriffe „umfassend" und „verbunden" sollten hier als Verbindungen zwischen Funktionsteilen und nicht unbedingt als physische Verbindungen betrachtet werden. Es versteht sich, daß ein Teil der Funktionalität des Senders 520, zum Beispiel das Optimierungsmodul 515, in andere Knoten des drahtlosen Netzwerks, zum Beispiel in eine RNC, eingeschlossen sein könnte.
Das Grundverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Ablaufplan von 8 skizziert. Eine Vorbedingung für das Verfahren besteht darin, daß die Relaisstationen 415 so organisiert sind, daß es eine wesentliche Überlappung zwischen den Kanälen 530 benachbarter Relaisstationen gibt und daß die überlappenden Kanäle im wesentlichen orthogonal sind. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

805: Jede Mobilstation 420 nimmt interne Assoziationen vor, vorzugsweise zu einer Vielzahl von Relaisstationen, indem sie individuelle Mengen von assoziierten Relaisstationen auswählt – ein Prozeß, der als weiche Assoziation bezeichnet wird, da er in jeder Mobilstation 420 intern durchgeführt wird. Die Assoziation kann zum Beispiel auf Messungen an Pilotsignalen (Beacons) beruhen, die durch die Relaisstationen gesendet werden, oder, wenn eine Kommunikationssitzung im Gange ist, auf Messungen oder Qualitätsschätzungen an den Kommunikationskanälen oder auf anderen Mitteln, wie etwa Positionsbestimmungsfunktionen. Man beachte, daß die Pilotsignale alternativ von der Basisstation stammen können und durch die Relais nur weitergeleitet werden, das heißt, der gesamte Weg vom Sender zum Empfänger kann charakterisiert werden.
810: Die Basisstation 410 paßt die Übertragung an die Relaisstationen 415 an. Die Basisstation 410 bestimmt Übertragungsparameter für die Übertragungen an jede Mobilstation 420 über die Relaisstationen 415. Die Parameter schließen Wichtungsfaktoren, Sendeleistung, Modulation und Codierung ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Vorzugsweise entscheidet die Basisstation opportunistisch, das heißt, auf der Grundlage der momentanen Kanalqualitätsbedingungen und anderer bester Möglichkeiten und Bedingungen, die zum Zeitpunkt der Übertragung angeboten werden, an welche der Relaisstationen 415 Daten zu senden sind und was zu senden ist. Der Entscheidungsprozeß bezieht die Optimierung hinsichtlich der Funkressourcen und der potentiell gegensätzlichen Anforderungen von einer Vielzahl von Mobilstationen ein.
815: Der Basisstationssender 510 sendet einen Datenstrom unter Verwendung von Übertragungsparametern, die im vorangegangenen Schritt (810) bestimmt wurden, möglicherweise durch eine Wichtungsmatrix U 512 und anschließend über mehrere Sendeantennen 513.
820: Die Relaisstationen 415 leiten das empfangene Signal weiter. Die Relais-Übertragungsparameter, wie etwa Kanal, Signalverstärkungsfaktor und Codierung, bleiben normalerweise für eine laufende Sitzung unverändert. Alternativ können die Relais versuchen, das empfangene Signal zu decodieren oder die Signalqualität auf andere Weise zu verbessern, bevor sie das Signal weiterleiten.
825: Der Mobilstationsempfänger 520 empfängt das Signal, wenn passend durch eine Wichtungsmatrix V 540, und verarbeitet die Signale.
830: Der Mobilstationsempfänger 520 empfängt mindestens ein Qualitätsmaß für das empfangene Signal. Das Qualitätsmaß schließt den Rauschabstand SNR, die Bitfehlerrate BER, die Rahmenfehlerrate FER und Kombinationen davon ein, ist aber nicht darauf beschränkt.
835: Der Mobilstationsempfänger 520 meldet die Auswahl der weich assoziierten Relaisstationen und das/die Qualitätsmaß(e) an den Basisstationssender 510 durch die logische Rückmeldung 550 zurück. Der Basisstationssender verwendet das Qualitätsmaß im Parameterauswahlschritt 810.

Wenn sich die Kommunikation noch im Aufbau ist, kann der Prozeß vom weichen Assoziationsschritt 805 direkt zum Rückmeldeschritt 835 übergehen.
Die Schritte 805–835 werden während der Kommunikationssitzung vorzugsweise wiederholt, um sich an die Veränderungen in der Funkumgebung anzupassen.
Die logische Architektur und das Verfahren gemäß der Erfindung machen es möglich, die Komplexität des Netzwerks mit kooperativer Weiterschaltung zu verringern und das Ausmaß der Steuerungssignalisierung über die Funkschnittstelle zu verringern. Es ist möglich, die Steuerungsfunktionalität und die Optimierung, die während laufender Kommunikationssitzungen benötigt werden, hauptsächlich in der Basisstation oder in mit ihr verbundenen Knoten, wie einer RNC, durchzuführen. Dadurch kann das System besser mit gegensätzlichen Anforderungen von zwei oder mehr Mobilstationen 420 fertigwerden, und das Risiko von potentiell vergeblichen Optimierungsversuchen zwischen Relaisstationen unter Verwendung von Funkressourcen wird vermieden. Die Optimierung wird vorzugsweise während des Schritts des Anpassen der Basisstation 405 an die Übertragung zu den Relaisstationen 415 durchgeführt und umfaßt die folgenden Teilschritte:

810:1: Die Basisstation identifiziert in der Information, die in den Rückmeldungen gegeben wird, gegensätzliche Anforderungen von unterschiedlichen Mobilstationen 420 bezüglich der Nutzung einer Relaisstation 415. Die Mobilstationen 420 haben eine weiche Assoziation zu der/den gleichen Relaisstation(en).
810:2: Die Basisstation löst einen Optimierungsprozeß zur Auflösung der gegensätzlichen Anforderungen aus. Eine Anzahl bekannter Optimierungsansätze kann verwendet werden, zum Beispiel Simulated Annealing (Algorithmus zur Bestimmung globaler Minima).
810:3: Bei der Anpassung der Übertragung an die entsprechenden Relaisstationen 415 berücksichtigt die Basisstation 420 das Ergebnis des Optimierungsprozesses.

Wie beschrieben, ist, um die begrenzte Steuerungssignalisierung in Kombination mit einer effizienten Nutzung der Funkressourcen zu ermöglichen, oben eine Anzahl von Funktionen oder Merkmalen angegeben worden und wird nachfolgend umfassender beschrieben und erläutert. Die Merkmale schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf:

– Relaisorganisation für überlappende Versorgungsbereiche;
– Weiche Assoziation zu Relaiskanälen;
– Weiterleitung im Relais;
– Logische Rückmeldung vom Empfänger zum Sender;
– Kommunikationsprinzip und Decodierung im Empfänger.

RELAISORGANISATION FÜR ÜBERLAPPENDE VERSORGUNGSBEREICHE
Die überlappenden Versorgungsbereiche der Relaisstationen 415 sind eine Vorbedingung für eine effiziente Nutzung der Funkressourcen gemäß der Erfindung. Ein überlappender Versorgungsbereich kann auf verschiedene Weise erreicht werden, wie in 9, 10 und 11 dargestellt ist. 9 stellt schematisch dar, wie Relais verteilt werden können und wie Relaisressourcen, wie etwa Kanal und Sendereichweite, organisiert sind. Die Relaisstationen sind hier beispielhaft an Laternenpfählen angebracht. Es ist zu sehen, daß sich die Relaisversorgungsbereiche für die im wesentlichen orthogonalen Kanäle überlappen. Es ist auch zu sehen, daß ein Kanal innerhalb der gleichen Zelle mehrmals wiederverwendet werden kann, wie etwa der Kanal q. Kanäle können natürlich auch zwischen den Zellen räumlich wiederverwendet werden.
Unterschiedliche Organisationsprinzipien sind in 10 und 11 dargestellt. In Topologie A, 10, sind die Relaisstationen 415 flächenmäßig verteilt, zum Beispiel in einem sechseckigen Muster, wobei aber ein großer Teil des Versorgungsbereichs jeder Relaisstation mit mindestens seinen engsten Nachbarn und vorzugsweise nächstengsten Nachbarn übereinstimmt. In der Topologie B, 11, sind die Relaisstationen 415 in einem Relaisverbund 1105 gruppiert, was für die einzelnen Relaisstationen 415, die zu einem Verbund 1105 gehören, fast identische Versorgungsbereiche ergibt. Ein Vorteil für die Topologie A im Vergleich zur Topologie B besteht darin, daß die Qualität einer Relaisübertragungsstrecke dank der Nähe der Relais im allgemeinen besser ist. Jedoch hat die Topologie B den Vorteil, daß Verbundgruppen von Relais durch eine einzelne Relaisinstanz mit der gleichen Anzahl von Antennen ersetzt werden können. Die Antennen können dann durch Kabel, Glasfasern oder auch drahtlose Kurzstrecken-Übertragungsstrecken verbunden sein. Ein implementiertes Netzwerk kann normalerweise eine Mischung aus den beiden Topologien A und B sein, da die Topologien in der Wirklichkeit, die Wirtschaftlichkeit und so weiter berücksichtigt werden müssen.
Um für eine effiziente Implementierung des drahtlosen Netzwerks zu sorgen, sollte vorzugsweise für eine Selbstorganisation der Relaisstationen 415 gesorgt werden. Die Relais sollten sich derartig selbst organisieren, daß im wesentlichen orthogonale Kanäle von unterschiedlichen Relais einander räumlich überlappen. Dies wird hauptsächlich durch Auswahl einer Kombination aus Signalverstärkungsfaktor und Kanal erreicht. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die Relaissendeleistung auszuwählen. Jedoch muß man, wenn man die Sendeleistung auswählt, darauf achtgeben, kein Rauschen zu verteilen, wenn das Eingangssignal schwach ist, oder man muß eben akzeptieren, daß ein rauschbehaftetes Signal weitergeleitet wird. Die Selbstorganisation kann zum Beispiel stattfinden, wenn das Netzwerk initialisiert wird, wenn ein neuer Knoten in das Netzwerk eingefügt wird, wenn ein Relaisknoten versagt oder wenn die Funkumgebung dauerhaft verändert wird, zum Beispiel durch ein neues Gebäude. Jedoch kann der Sender auf der Grundlage von Langzeitstatistiken der vorangegangenen Kommunikation mit Teilnehmern bestimmte Maßnahmen vorschlagen, die das Relais durchführen soll, wie etwa die Erhöhung des Signalverstärkungsfaktors oder den Wechsel des Kanals. Man beachte, daß für diese Option die Relaisparameter nicht als Antwort auf laufende Sitzungen verändert werden, um sich an einen spezifischen Teilnehmer anzupassen. Es ist eher als eine adaptive Zellenplanung anzusehen, die auf Langzeitbasis arbeitet.
Für jede Relaisstation kann ein Versorgungsbereich als der Bereich definiert werden, wo die Ausfallwahrscheinlichkeit niedriger als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und der Schwellwert wird so festgelegt, daß eine angemessene Spektrumausnutzung in der Kommunikation erreicht werden kann. Als Faustregel sollte vorzugsweise eine Spektrumausnutzung von mindestens 0,1 b/Hz/s ermöglicht werden. Wenn die Definition der Versorgungsbereiche gegeben ist, kann man den überlappenden Versorgungsbereich zweier Relaisstationen so definieren, als wenn diese Stationen einen gemeinsamen Bereich versorgen, der ein erheblicher Bruchteil mindestens der Relaisstation mit dem kleinsten Versorgungsbereich ist. Die Größenordnung des erheblichen Bruchteils liegt vorzugsweise über 10% und besonders bevorzugt über 20% des kleinsten Zellenversorgungsbereichs.
Geeignete Algorithmen für die Selbstorganisation können auf vielerlei Weise konstruiert werden. Nachfolgend werden zwei grundsätzliche Algorithmen beschrieben, eine zentralisierte und eine verteilte Version der Relaisparameterorganisation.
ZENTRALISIERTE ARBEITSWEISE:
Die grundlegende Arbeitsweise ist im Ablaufplan von 12 angegeben. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß das Relaissystem zum ersten Mal gestartet wird. Zuerst werden die Relais initialisiert, Schritt 1205, und jede Relaisstation 415 beginnt zu ermitteln, welche Relaisstationsnachbarn verfügbar sind, Schritt 1210. Wenn dies erfolgt, kann die Übertragungsdämpfungsinformation (und optional die Positionsinformation) von den benachbarten Relaisstationen gesammelt werden. In einem nächsten Schritt 1215 melden die Relaisstationen die gesammelten Daten an eine zentrale Instanz, die für eine oder mehrere Basisstationen 410 verantwortlich ist. Die zentrale Instanz bestimmt dann, Schritt 1220, die Relaiskonfiguration in bezug auf den Signalverstärkungsfaktor und die Kanalzuweisung und außerdem, welche Basisstation 410 zu empfangen und zu welcher eine Assoziation herzustellen ist. Die Relaisstationen werden dann auf der Grundlage der bestimmten Parameter aktualisiert und aktiviert, Schritt 1225, um die Weiterleitung von Signalen zu beginnen, die von einer Basisstation empfangen werden.
Da dieser Algorithmus zentralisiert ist, könnte eine gründliche Suche nach Relaiskanälen durchgeführt werden, wenn die Anzahl der Relaisstationen sowie die Anzahl der Kanäle nicht zu groß ist. Andernfalls könnte ein zentralisiertes heuristisches Prinzip der dynamischen Kanalzuweisung verwendet werden. Für den zentralisierten Fall kann eine Offline-Berechnung verwendet werden, so daß Komplexität kein großes Hindernis ist. Wenn ein neuer Relaisknoten in das Netzwerk eingeführt wird oder ein Relaisknoten ausfällt, können neue Relaiskonfigurationsparameter bestimmt und dann in den Relais festgelegt werden. Somit ist der Relaisnachbar-Entdeckungsprozeß etwas, das kontinuierlich arbeiten kann, auch wenn die Phase der Weiterleitung im Gange ist. Vorzugsweise findet die Kommunikation von Relais zu Relais in Kanälen statt, die sich nicht mit Teilnehmerdaten überschneiden.
VERTEILTER BETRIEB:
Alternativ kann ein verteiltes Prinzip der Kanal- und Signalverstärkungsfaktorzuweisung durchgeführt werden. Dies wird normalerweise keine genauso gut optimierte Lösung wie die zentralisierte Version ergeben, hat aber den Vorteil, daß sie keine Meldung von nachbarbezogener Information an irgendeine zentrale Instanz erfordert. Man kann sich viele unterschiedliche Algorithmen vorstellen, die mehr oder weniger komplex sind. Eine verteilte Arbeitsweise wird mit einem recht einfachen Prinzip erläutert, das im Ablaufplan in 13 dargestellt ist. Nach der Initialisierung der Systeme, Schritt 1305, finden die Relaisstationen in Schritt 1310 ihre Nachbarn (ähnlich dem zentralisierten Fall). Wenn dies erfolgt, kann die Übertragungsdämpfung zwischen den Relais bestimmt werden. Auf der Grundlage der Übertragungsdämpfung und der Signalqualität vom Sender werden die Signalverstärkungsfaktoren bestimmt, Schritt 1315. Eine Regel, die angewendet werden könnte, besteht darin, daß mindestens N Nachbarn erreicht werden sollten, aber mit einer oberen Sendeleistungsrandbedingung, welche die mögliche Anzahl der Relaisstationen begrenzt. Für die Übertragung zu einer Basisstation, das heißt zellulare Aufwärtsstrecke (UL), könnte der Signalverstärkungsfaktor auch als Antwort auf die Übertragungsstreckenqualität zu einer ausgewählten Basisstation festgelegt werden.
In Schritt 1320 wird willkürlich ein vorläufiger Kanal ausgewählt. Der ausgewählte Kanal wird dann an die N ausgewählten Relaisstationen gesendet, Schritt 1325. Ähnlich empfängt jede Relaisstation von angrenzenden Relais Information darüber, welche Kanäle sie verwenden, Schritt 1330. Jede Relaisstation prüft die Menge der ausgewählten vorläufigen Kanäle und ordnet jedem Kanal eine entsprechende Wahrscheinlichkeit der Kanalneuzuweisung zu. Wenn eine Relaisstation feststellt, daß ein spezifischer Kanal mit relativ großer Häufigkeit ausgewählt wird, das heißt in bezug auf andere Kanäle, führt dies dazu, daß diesem Kanal eine höhere Neuzuweisungswahrscheinlichkeit zugeordnet wird. Die Neuzuweisungswahrscheinlichkeiten (oder der Vektor der Neuzuweisungswahrscheinlichkeit) werden dann an die Nachbarn verteilt, Schritt 1340. Wenn einer oder mehrere Neuzuweisungswahrscheinlichkeitsvektoren empfangen werden, veranlaßt dies jede Relaisstation, den alten Kanal willkürlich aufzugeben. Man kann auch einen bevorzugten Kanalwahrscheinlichkeitsvektor einschließen, um die Auswahl des neuen Kanals zu leiten, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß ein vorher unbelasteter oder niedrig belasteter Kanal ausgewählt wird. Dies geht weiter, bis ein Optimierungskriterium oder ein anderer Grenzwert erfüllt wird, wie etwa, daß die Anzahl der Iterationen einen maximalen Schwellwert überschreitet, Schritt 1335. Das Optimierungskriterium kann zum Beispiel sein, danach zu streben, die Verwendung der Kanäle so zu verteilen, daß alle Kanäle mehr oder weniger gleich verwendet werden. Ein einfaches Verfahren besteht in dem Versuch, die Varianz zu minimieren, und wenn sich die Varianz über mehrere Iterationen nicht wesentlich ändert, werden die Iterationen beendet.
Obwohl hier ein probabilistischer Ansatz verwendet worden ist, kann auch ein stärker deterministischer Ansatz verwendet werden, bei dem eine Relaisstation anderen Relaisstationen empfiehlt, von einem Kanal zu einem anderen zu wechseln. Außerdem kann die Sendeleistung gemeinsam mit den Kanälen auf verteilte Weise zugewiesen werden.
Es ist möglich, außer dem zuvor erwähnten Hauptverfahren viele weitere verteilte Kanalzuweisungsverfahren einzusetzen, die in der Fachwelt bekannt sind, jedoch mit dem hinzugefügten erwünschten Merkmal, daß sich der Versorgungsbereich zwischen den Knoten überlappen kann. Man beachte, daß es nicht allzu kritisch ist, wenn der gleiche Kanal durch mehrere Relais verwendet wird, denn das bedeutet lediglich, daß das SNR im Durchschnitt ein wenig zunimmt. In bezug auf das MIMO-Szenario findet die Signalverarbeitung im Empfänger statt, und die Verwendung des gleichen Kanals durch mehrere Relais ist aus Sicht des Empfängers transparent. Jedoch ist es aus Sicht des Leistungsvermögens vorzuziehen, daß in jeder gegebenen Position so viele der verfügbaren Kanäle wie möglich verwendet werden.
WEICHE ASSOZIATION ZU RELAISKANÄLEN
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Mobilstation 420 mit einer aktiven Sitzung eine weiche empfängerinterne Assoziation, vorzugsweise zu einer Vielzahl von Relaiskanälen, durchführt. Während die Mobilstation 420 Bereiche mit überlappenden Relaiskanälen durchquert, wird die weiche Assoziation aktualisiert. Die weiche Assoziation, die in Schritt 805 des Ablaufplans von 8 enthalten ist, kann so betrachtet werden, daß die Mobilstation 420 eine Menge von Relaisstationen 415 oder Relaiskanälen auswählt, die an der aktuellen Position der Mobilstation und/oder in der aktuellen Funkumgebung zur Kommunikation geeignet sind. Welche Relaisstationen 415 letztendlich zu einem spezifischen Zeitpunkt verwendet werden und in welchem Ausmaß, ist, wie oben mit Bezug auf den Ablaufplan von 8 beschrieben, auch ein Ergebnis von Entscheidungen, die in der Basisstation 410 auf der Grundlage der Rückmeldung von der Mobilstation zur Basisstation getroffen werden.
Die Mobilstation 420 kann alle verfügbaren Kanäle oder alternativ eine Teilmenge der verfügbaren Kanäle verwenden. Dies kann aufgrund von Hardwarebegrenzungen oder unter Berücksichtigung des Stromverbrauchs geschehen. Vorzugsweise wählt die Mobilstation eine Menge von Relaiskanälen aus, die das Leistungsvermögen maximiert. Insbesondere können die Kanäle als Antwort auf die verwendete Anwendung ausgewählt werden, zum Beispiel in bezug auf Bandbreite-(BW-) und/oder Dienstgüte-(QoS-)Anforderungen. Wenn zum Beispiel nur zwei Kanäle benötigt werden, um die BW-Anforderung zu erfüllen, ist es nicht sehr sinnvoll, alle verfügbaren Kanäle zu verwenden. Stattdessen können andere Teilnehmer freie Kanäle verwenden. Der Ablaufplan auf 14 stellt diesen Betriebsablauf aus Sicht des Empfängers dar, wobei in einem ersten Schritt, 1405, die Mobilstation 420 die Relaiskanalqualität mißt, zum Beispiel SNR oder BER. In einem zweiten Schritt 1410 bestimmt die Mobilstation 420 die BW-Anforderungen, zum Beispiel auf der Grundlage der gegenwärtigen oder zukünftigen Anwendungen. Die Mobilstation 420 wählt dann in Schritt 1415 eine Menge von Relaiskanälen aus, d. h. baut weiche Assoziationen zu den ausgewählten Relaiskanälen auf. In Kombination mit oder als Alternative zu den Qualitätsmaßen könnte im Auswahlprozeß auch andere Information genutzt werden, zum Beispiel die Kenntnis des Standorts der Mobilstation im Vergleich zu einer Relaisstation 415 oder einem Relaisstationsverbund 440. Der Prozeß wird während der Kommunikationssitzung wiederholt, um sich an die sich ändernden Bedingungen anzupassen.
Die Mobilstationen können auch dann, wenn sie nicht an einer aktiven Sitzung beteiligt sind, eine weiche Assoziation zu Relaisstationen durchführen, und zwar um ihre Anwesenheit in einer Zelle oder einem Teil einer Zelle anzuzeigen, für den Funkruf und so weiter. Jedoch muß außerhalb einer aktiven Sitzung oder im Prozeß des Aufbaus einer solchen das Kanalqualitätsmaß nicht gemeldet werden. Auch sollte die Basisstation keinerlei Optimierung durchführen, bevor eine aktive Sitzung stattfindet. Der weiche Assoziationsprozeß sollte, wenn die Mobilstation nicht an einer aktiven Sitzung beteiligt ist, vorzugsweise weniger häufig durchgeführt werden, verglichen damit, daß sich die Mobilstation in einer aktiven Sitzung befindet.
WEITERLEITUNG IM RELAIS
Die Relais leiten jegliche Signale weiter, die vom Sender empfangen werden. Ein Netzwerk mit Relaisstationen kann ein Schwellwertkriterium für ein minimal erforderliches SNR zur Weiterleitung eines empfangenen Signals verwenden. Auf diese Weise kann die Weiterleitung zu stark rauschbehafteter Signale vermindert werden.
Ein Sender kann auch signalisieren, daß keine Daten gesendet werden, wodurch die Weiterleitung von den Relais aufhört, bis erneut Daten gesendet werden.
Die Relaisstationen können auch verschiedene bekannte Codierverfahren einbeziehen. Zum Beispiel kann ein Signal um einen zufälligen kleinen Zeitraum verzögert werden, der ausreicht, um eine künstliche Frequenzselektivität zu bewirken (dies ist als Verzögerungsdiversity bekannt). Eine andere Option besteht darin, Raum-Zeit-Codierprinzipien zu verwenden, wie etwa die Alamouti-Diversity. Hier nehmen wir an, daß das Relais zwei Dateneinheiten empfängt, genannt Teil A und Teil B, mit denen die Alamouti-Sendediversitycodierung durchgeführt wird. Anfangs nimmt ein Relais die Rolle einer der Antennen bei der Alamouti-Diversity ein. Wenn es die Rolle der Antenne 1 einnimmt, sendet es Teil A und eine konjugierte Version von Teil B. Falls das Relais stattdessen die Rolle der Antenne 2 einnimmt, sendet es zuerst Teil Bund dann eine negierte und konjugierte Version von Teil A. Andere Typen von Raum-Zeit-Codierverfahren können ebenfalls verwendet werden. Es ist zu betonen, daß keiner der bei der Weiterleitung verwendeten Parameter davon abhängt, welcher Teilnehmer gerade das Signal verwendet, das durch das Relais weitergeleitet wird.
RÜCKMELDUNG VOM EMPFÄNGER ZUM SENDER
Wie oben beschrieben, können eine oder mehrere Mobilstationen 420 Information an den Sender der Basisstation 410 rückmelden, wodurch der Sender seine Sendeparameter anpassen kann.
Die Rückmeldeinformation kann von unterschiedlicher Art sein, abhängig von der Übertragungsmethode und davon, wo sich der Übertragungsstrecken-Steuerungsmechanismus befindet. Wenn der Empfänger einen erheblichen Anteil an der Übertragungsstreckensteuerung hat, dann kann die Mobilstation 420 eine Übertragungsstrecken-Betriebsart mit Codier- und Modulationsprinzip für den Sender beschließen. Die Mobilstation 420 kann auch entscheiden, welche Sende-Wichtungsfaktoren der Sender verwenden soll. Die Sende-Wichtungsfaktoren sind insbesondere für den MIMO-Fall relevant, können aber auch in einem Strahlformungskontext verwendet werden. Alternativ kann die Mobilstation 420 rohe Kanalzustandsinformation (wie etwa komplexe Kanalgewinne, Rauschpegel oder -statistiken, Rauschabstände (SNR) oder Träger-Störabstände (CIR)) an den Basisstationssender 510 weiterleiten, und der Sender bestimmt, welche Sendeparameter (Übertragungsstrecken-Betriebsart, Sende-Wichtungsfaktoren, Sendeleistung und so weiter) zu verwenden sind. Wie der Fachmann anerkennen wird, können in der Rückmeldung unterschiedliche Darstellungen verwendet werden, die von tatsächlich gemessenen Werten bis zu kompakteren Bezeichnungen einer Qualitätsklassifikation reichen.
Wenn mehrere Mobilstationen gleichzeitig Information zur Steuerung der Kommunikations-Übertragungsstrecke zurückmelden, dann kann der Basisstationssender 510 beschließen, den Verkehr für den momentan „besten" Empfänger zu planen, oder alternativ, wenn im Sender mehrere Antennen verfügbar sind, an mehrere Empfänger gleichzeitig zu senden. Insbesondere kann der Sender auf teilnehmerspezifische Schwundkanalschwankungen oder Störungsschwankungen auf opportunistische Weise reagieren. In diesem Kontext wird die Kanalqualität vorzugsweise von den mehreren Empfängern zurückgesendet, so daß der Sender eine zentrale Optimierung vornehmen kann.
Im Prinzip könnten alle Parameter, welche die Übertragung von der Basisstation 410 beeinflussen, als Antwort auf die Rückmeldungen von den Mobilstationen 420 abgestimmt werden. Man muß jedoch sorgfältig vorgehen, damit keine unerwünschten Effekte entstehen. Zum Beispiel kann die Basisstations-Sendeleistung zwar grundsätzlich abgestimmt werden, sie sollte aber nicht der vorrangige abzustimmende Parameter sein, da dies zu einem schwankenden Relais-Versorgungsradius führen würde. Tatsächlich werden normalerweise die Signalverstärkungsfaktoren der Relaisstationen 415 unter der Annahme festgelegt, daß die Basisstation einen einigermaßen feststehenden Sendeleistungspegel verwendet, und die Relaisleistungen werden durch ihren maximalen Sendeleistungspegel begrenzt. Jedoch könnte die Sendeleistung gelegentlich abgestimmt werden, um eine direkte Übertragungsstrecke zu verwalten, die zum Beispiel zwischen einer sendenden Basisstation und einer empfangenden Mobilstation verwendet wird.
Um die Kanalqualität zu messen, bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. In einer Ausführungsform wird die Kanalqualität anhand eines oder mehrerer Pilotsignale gemessen, die durch die Basisstation 410 gesendet und durch die Relaisstationen 415 weitergeleitet werden, so daß die Qualität des Gesamtwegs, das heißt, von der Basisstation zur Mobilstation, geschätzt werden kann. Wenn die Basisstation mit mehreren Antennen ausgerüstet ist, können mehrere Pilotsignale verwendet werden, um unterschiedliche Antennenschichten zu trennen. Somit entspricht die Meldung der gemessenen und von der Mobilstation zurückgemeldeten Kanalqualitäten den Pilotsignalen. In einer anderen vereinfachten Ausführungsform wird die Kanalqualität anhand eines oder mehrerer von den Relais gesendeter Pilotsignale gemessen, potentiell auch einschließlich einer Angabe von jedem Relais über die Qualität der Übertragungsstrecke von der Basisstation zur Relaisstation.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung melden die Empfänger der Mobilstationen 420 in Schritt 835 bevorzugte Parameter statt der rohen Kanaldaten an die Basisstation 410 zurück. Bevorzugte Parameter schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf: Übertragungsstrecken-Betriebsart, Codierprinzip, Modulationsprinzip und Antennen-Sendewichtungsfaktoren. Die bevorzugten Parameter geben das Optimum für jede individuelle Mobilstation 420 wieder. Jedoch kann die Basisstation, wie im Basisstation-Optimierungsschritt 810:2 beschrieben, auf der Grundlage anderer Werte über die bevorzugten Parameter entscheiden, wenn zum Beispiel gegensätzliche Anforderungen von unterschiedlichen Mobilstationen ermittelt worden sind.
KOMMUNIKATIONSPRINZIPIEN UND DECODIERUNG
Mehrere Signalverarbeitungsprinzipien können in der Architektur und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Basisstation 410 mit mehreren Antennen in der Abwärtsstrecke MIMO-gestützte Kommunikation zu den Mobilstationen verwenden. Der Nutzen von MIMO besteht darin, daß es nicht nur Diversity anbietet, sondern auch dafür abgestimmt werden kann, räumliche Multiplexierung anzubieten, die wiederum eine sehr hohe Spektrumausnutzung ergibt. Alternativ, wenn die Basisstation 410 nur eine Antenne verwendet, entartet die Kommunikation mit einer Mobilstation 420 zu einem effektiven SIMO-(Einzeleingang-Mehrfachausgang-)Kanal. Auch dann kann der Empfänger der Mobilstation 420 die empfangenen Signale durch Maximum-Ratio-Combining (MRC) oder durch Störunterdrückungskombinierung (IRC) kombinieren. Wenn die Relaisstationen auf die weitergeleiteten Signalen irgendein Raum-Zeit-Codier-(STC-)Verfahren (wie etwa Alamouti-Sendediversity) anwenden, muß der Empfänger dies bei der Decodierung berücksichtigen. Mit Verzögerungsdiversity erhält der Empfänger lediglich einen „zusätzlichen" frequenzselektiven Kanal.
MIMO-DECODIERUNG
MIMO-gestützte Decodierung ist ein Beispiel für ein Kommunikationsprinzip, das vorteilhaft in Kombination mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In einer MIMO-Implementierung unter Verwendung der Architektur und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sendet der Sender der Basisstation 410 einen Vektor T über die Kanalmatrix H, in der jede Zeile einer oder mehreren Relaisstationen 415 entspricht, die den gleichen Weiterleitungs-Relaiskanal verwenden, und es gibt so viele Weiterleitungs-Relaiskanäle, wie es Zeilen in der Kanalmatrix gibt. Jede Relaisstation 415 fügt Rauschen hinzu, was hier einem Rauschvektor N entspricht. Jede Relaisstation 415 multipliziert anschließend das Nutzsignal (das heißt eine Überlagerung des Signalvektors T) mit seinem vorbestimmten Signalverstärkungsfaktor. Alternativ stellt die Relaisstation sicher, daß die gesamte Ausgangsleistung einschließlich der Signalleistung und der Rauschleistung nicht den in der jeweiligen Relaisstation festgelegten maximalen Leistungspegel überschreitet. Das gesendete Signal wird dann durch die Übertragungsdämpfung zwischen der Relaisstation und dem Empfänger gedämpft. Der Signalverstärkungsfaktor und die Dämpfung können zu einer Diagonalmatrix A kombiniert werden. Der Empfänger wiederum addiert den Rauschvektor W zum von den Relais empfangenen Signal. Die Kommunikationsübertragungsstrecke kann nun folgendermaßen modelliert werden: R = A·(H·T + N) + W Gleichung 1
Wenn eine direkte Übertragungsstrecke zwischen der Basisstation 410 und der Mobilstation 420 genutzt wird, kann dies auch direkt in die obige Matrixformulierung einbezogen werden.
Das obige Gleichungssystem kann diagonalisiert werden, zum Beispiel durch Anwendung eines Einzelwertzerlegungs-(SVD)-MIMO-Ansatzes auf die Matrix A·H, ähnlich dem, was in der herkömmlichen MIMO-gestützten Kommunikation bekannt ist. Jedoch unterscheidet sich die Matrixformulierung der vorliegenden Erfindung von der klassischen Formulierung des linearen MIMO-System-Gleichungssystems, welche die Form R = H·T + W hat. Für die Erfindung mit SVD-gestütztem MIMO bedeutet dies, daß der Sender eine unitäre Wichtungsmatrix U anwendet und der Empfänger mit der Hermiteschen einer unitären Wichtungsmatrix V multipliziert. Die Diagonalisierung ermöglicht dem Empfänger, eine Anzahl von parallelen, im wesentlichen selbststörungsfreien MIMO-Teilkanälen direkt zu empfangen.
Für eine Mobilstation mit mehreren Antennen, wie in 5, können verschiedene Formen von Kombinierungs- und Decodierprinzipien verwendet werden, einschließlich bekannter Verfahren, wie etwa MMSE und Einzelteilnehmerdetektion (SUD), Mehrfachteilnehmerdetektion (MUD, wofür sequentielle Störunterdrückung oder parallele Störunterdrückung als Beispiele dienen).
In der Mehrheit der oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Relaisstationen 415 so vorgesehen, daß sie mit Rundstrahlantennen ausgerüstet sind. Jedoch kann es von Nutzen sein, Richtstrahlantennen zu verwenden, die auf eine ausgewählte Basisstation gerichtet werden können. Richtstrahlantennen gegeben, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß dies auf vielerlei Weise, einschließlich fester Strahlformung oder adaptiver Antennen, implementiert werden kann. Für den Fall adaptiver Antennen kann die Strahlformung für die Abwärtsstrecke von der Basisstation durch die Relaisstation durchgeführt werden, indem sie einfach ihre Empfangsantennen-Wichtungsfaktoren so festlegt, daß der Träger-Störabstand maximiert wird, was vorzugsweise auch unerwünschte Störung unterdrückt.
Relaisstationen können auch vorteilhaft mit mehreren Antennen versehen werden. In diesem Fall können verschiedene Formen von Kombinierungs- und Decodierprinzipien verwendet werden, einschließlich irgendeines bekannten Verfahrens, wie etwa MMSE und Einzelteilnehmerdetektion (SUD), Mehrfachteilnehmerdetektion (MUD, wofür aufeinanderfolgende Störunterdrückung oder parallele Störunterdrückung als Beispiele dienen). Der Zweck besteht darin, daß die Signalqualität im Relais verbessert werden kann, bevor das Signal weitergeleitet wird.
Eine alternative Ausführungsform für die Relaiskanäle besteht darin, die große Bandbreite zu verwenden, die durch nichtzugelassene Frequenzbänder angeboten wird. Dies ist besonders dann von Nutzen, wenn man das MIMO-Szenario betrachtet, wo die zweite Übertragungsstrecke von den Relais zum Empfänger eine wesentlich größere Bandbreite als auf der ersten Übertragungsstrecke verwenden kann.
Um die durch eine Basisstation 410 angebotene Kapazität auszubauen, kann die Basisstation (oder der BS-Standort) mehrere Sektoren unterstützen. Jeder Sektor verwendet dann gemäß der Erfindung unterschiedliche Relais.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendein bestimmtes Modulationsprinzip beschränkt. Allgemein verwendete Modulationen, wie etwa die für 3GPP festgelegten, können verwendet werden. Mehrträger-Modulationsprinzipien, wie etwa Orthogonalfrequenz-Mehrfachzugriff (OFDM), können ebenfalls verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist zur Vereinfachung in einem Abwärtsstreckenszenario beschrieben und erläutert worden. Das bzw. die erfindungsgemäße Verfahren und logische Architektur können ebensogut für die Aufwärtsstrecken-(UL-)Übertragung genutzt werden, und zwar auf eine ähnliche Weise wie in der Abwärtsstrecke. In der Aufwärtsstrecke sollten die Relaisstationen 415 vorzugsweise nur dann senden, wenn das SNR einen minimalen Schwellwertpegel überschreitet, sonst senden sie Signale mit niedrigem SNR. Außerdem wird die Relaisstationsleistung für den UL-Betrieb im Vergleich zur DL anders festgelegt; sie wird so festgelegt, daß die Übertragungen den vorgesehenen Empfänger, das heißt die Basisstation 410, mit einer erwünschten Signalqualität erreichen, wobei vorzugsweise die Störungs- und Rauschcharakteristik am Empfänger berücksichtigt wird. Die Überlappung der Relais-Versorgungsbereiche betrachtet im UL-Fall nicht die Übertragung, sondern vielmehr den Empfang von der Seite der Mobilstation. Die Kanalzuweisung kann vorzugsweise die gleiche wie für die Übertragung sein und mit dem Algorithmus bestimmt werden, der mit Bezug auf 14 beschrieben wurde. Die sendende Mobilstation 420 kann außerdem unterschiedliche Sendeleistung auf unterschiedlichen Kanälen aufrufen. Dies kann durch Bereitstellen einer Rückmeldung von der Basisstation 410 (das heißt, nunmehr dem Empfänger) auf der Grundlage der Übertragungsstreckenqualität gesteuert werden. Das Szenario mit einer Mobilstation 420 (nunmehr als Sender) mit einer Einzelantenne und Senden über die unterschiedlichen Relaiskanäle ist in 15 gezeigt. Es können auch kompliziertere Szenarios mit mehreren Antennen an der sendenden Mobilstation und den Relais angewendet werden, analog zu der mit Berg auf 5 vorgenommenen Beschreibung. Außerdem ist es innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich, daß analog zu 6 mehrere Mobilstationssender Daten an eine einzelne Basisstation senden.
In den Zeichnungen und der Beschreibung sind typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart worden, und obwohl spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie nur in einem nicht geschützten und beschreibenden Sinn verwendet und nicht zum Zweck der Beschränkung, so daß der Schutzbereich der Erfindung in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.
Quellen

[1] J. N. Laneman, Cooperative Diversity in Wireless Networks: Algorithms and Architectures, Ph.D. Dissertation, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, August 2002. <Dissertation>
[2] J. N. Laneman und G.W. Wornell, "An Efficient Protocol for Realizing Distributed Spatial Diversity in Wireless Ad-Hoc Networks," in Roc of ARL FedLab Symposium an Advanced Telecommunications and Infomation Distribution (ATIRP-2001), (College Park, MD), März 2001. <Bericht>
[3] J. N. Laneman and G. W. Wornell, "Energy-Efficient Antenna-Sharing and Relaying for Wireless Networks," in Proc. EEE Wweless Communications and Networking Conference (WCNC-2000), Chicago, IL), September 2000.
[4] B. Schein and R. Gallagher, "The Gaussian parallel relay network," in IEEE International Symposium an Information Theory ISIT 2000, Sorrento, Italien, 25.–30. Juni 2000.
[5] B. Schein. 'Distributed Coordination in Network Information Theory." PhD thesis, S. 64–68, MIT, Cambridge, MA, August 2001. Lippman. Bletsas
[6] T. M. Cover und A. A. El Gamal, "Capacity theorems for the relay channel," IEEE Trans. Inform. Theory, Bd. 25, Nr. 5, S. 572–584, Sept. 1979.
[7] E. V. D. Meulen, "Three-terminal communication channels," Advances in Applied Probability, Bd. 3, S. 120 154, 1971.
[8] A. Sendonaris, E. Erkip, B. Aazhang, "Increasing CDMA Cell Capacity via In-Cell User Cooperation", Department of Electrical and Computer Engineering, Rice University, Poster Titles, 11. November 1997.
[9] M. Dohler, E. Lefranc, H. Aghvami, "Virtual Antenna Arrays for Future Wireless Mobile Communication Systems," ICT2002, Juni 2002
[10] G. W. Wornell, V. Poor, "Wireless Communications: Signal Processing Perspectives (Prentice Hall Signal Processing Series) Prentice Hall; 1. Auflage (April 1998).
[11] WO 03003672

Claims

Verfahren zur Durchführung von Kommunikation in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk mit zwei Funkfeldern, wobei eine Basisstation (410), mindestens eine Mobilstation (420) und eine Vielzahl von Relaisstationen (415; 415:6–415:9) an einer Kommunikationssitzung oder an deren Aufbauprozeß beteiligt sind und wobei die Relaisstationen (415) Signale von der Basisstation (410) an die mindestens eine Mobilstation (420) weiterleiten, wobei die Vielzahl von Relaisstationen (415:6–415:9) zumindest teilweise überlappende Versorgungsbereiche hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – durch die mindestens eine Mobilstation (420) erfolgendes Aufbauen (805) einer weichen Assoziation zu der Vielzahl von Relaisstationen (415) durch internes Auswählen einer Menge von Relaiskanälen aus der Anzahl von Relaisstationen (415:6–415:9), wobei die Menge von Relaiskanälen, die den Relaisstationen (415) assoziiert sind, Kandidaten für eine Verwendung in der Kommunikationssitzung sind, – von der mindestens einen Mobilstation (420) während der Kommunikationssitzung erfolgendes Rückmelden (835, 8) von Information über die Kommunikationsqualität an die Basisstation (410); und – in der Basisstation (410) erfolgendes Anpassen (810) der Übertragung an mindestens eine der Relaisstationen (415), zu denen die Mobilstation (420) eine weiche Assoziation hat, als Antwort auf die Kommunikationsqualitätsrückmeldung von der mindestens einen Mobilstation.
Verfahren nach Anspruch 1, für eine spezifische Mobilstation, wobei der Auswahlschritt (805) den folgenden Teilschritt aufweist: – die Mobilstation (420) mißt (1405) die Relaiskanalqualität der Vielzahl der Relaisstationen des Relais-Clusters (440).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Mobilstation im Meßschritt (1405) anhand von Pilotsignalen mißt, die durch die mindestens eine Relaisstation (415) gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Mobilstation im Meßschritt (1405) Messungen an Pilotsignalen mißt, die durch die Basisstation (410) gesendet und durch die mindestens eine Relaisstation (415) weitergeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, wobei der Auswahlschritt (805) den folgenden weiteren Teilschritt aufweist: – die Mobilstation (420) bestimmt (1410) Bandbreitenanforderungen auf der Grundlage einer aktuellen Anwendung, die in der Mobilstation ausgeführt wird, oder erwarteter künftiger Anwendungen; und die Auswahl beruht sowohl auf den Relaiskanalqualitätsmessungen als auch auf den Bandbreitenanforderungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Auswahlschritt (805) während der Kommunikationssitzung wiederholt wird, um sich an wechselnde Bedingungen in der Funkumgebung anzupassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte aufweist: – durch mindestens eine Mobilstation (420) während der Kommunikationssitzung erfolgendes Rückmelden (835) von Information über die Kommunikationsqualität an die Basisstation (410); und – durch die Basisstation (410) erfolgendes weiteres Anpassen (810) der Übertragung an mindestens eine der Relaisstationen (415), zu denen die Mobilstation (420) eine weiche Assoziation hat, als Antwort auf die Kommunikationsqualitätsrückmeldung von der mindestens einen Mobilstation.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei der Schritt des Anpassen (810) der Übertragung durch die Basisstation die folgenden weiteren Teilschritte aufweist, die durch die Basisstation (410) durchzuführen sind: – anhand der Rückmeldung erfolgendes Identifizieren (810:1) gegensätzlicher Anforderungen von mindestens zwei Mobilstationen (420) bezüglich der Nutzung mindestens einer Relaisstation (415), wobei die beiden Mobilstationen (420) eine weiche Assoziation zu der mindestens einen Relaisstation (415) haben; – Auslösen eines Optimierungsprozesses (810:2) zur Auflösung der gegensätzlichen Anforderungen; – Anpassen (810:2) der Übertragung zumindest an diejenigen Relaisstationen, zu denen die beiden Mobilstationen eine weiche Assoziation haben, unter Berücksichtigung des Ergebnisses des Optimierungsprozesses (810:3).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Rückmeldeschritt (805) umfaßt, daß die Mobilstation rohe Kanalzustandsinformation an die Basisstation (410) rückmeldet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Rückmeldeschritt (805) umfaßt, daß die Mobilstation aufbereitete Kanalzustandsinformation an die Basisstation (410) rückmeldet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Rückmeldeschritt (805) umfaßt, daß die Mobilstation irgendeinen der folgenden Parameter oder irgendeine Kombination daraus an die Basisstation (410) rückmeldet: Übertragungsstrecken-Betriebsart, Codierprinzip, Modulationsprinzip und Antennen-Sendewichtungsfaktoren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren MIMO-gestützte Kommunikation zwischen dem Sender (520) und den Relaisstationen (415) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Sender einer Basisstation (410) einen Vektor T über die Kanalmatrix H sendet, wo jede Zeile der Matrix H einer oder mehreren Relaisstationen (415) entspricht, die den gleichen Weiterleitungsrelaiskanal verwenden, und wobei die Matrix H so viele Zeilen aufweist, wie Weiterleitungsrelaiskanäle vorhanden sind.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Sender einer Basisstation (410) einen Vektor T über die Kanalmatrix H sendet, wo jede Zeile der Matrix H einer oder mehreren Relaisstationen (415) entspricht, die den gleichen Weiterleitungsrelaiskanal verwenden, und wobei mindestens zwei Weiterleitungsrelaiskanäle vorhanden sind.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Sender der Basisstation (410) eine Singulärwertzerlegung (SVD) der Kanalmatrix H verwendet und eine Wichtungsfaktoren-Einheitsmatrix (U) auf das ausgegebene Signal anwendet, um eine Diagonalisierung unter Verwendung der Hermiteschen einer Wichtungsfaktoren-Einheitsmatrix (V) zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Singulärwertzerlegung (SVD) verwendet wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – durch den Sender einer Basisstation (410) erfolgendes Senden eines Vektors T über die Kanalmatrix H, wo jede Zeile einer oder mehreren Relaisstationen (415) entspricht, die den gleichen Relaiskanal verwenden, und wobei so viele Relaiskanäle vorhanden sind, wie Zeilen in der Kanalmatrix vorhanden sind, und Anwenden einer Wichtungsfaktoren-Einheitsmatrix (U) auf das ausgegebene Signal; – durch den Empfänger erfolgendes Durchführen einer Diagonalisierung durch Multiplizieren des empfangenen Signals mit der Hermiteschen einer Wichtungsfaktoren-Einheitsmatrix V, wodurch der Empfänger imstande ist, eine Anzahl von im wesentlichen eigenstörungsfreien parallelen MIMO-Teilkanälen direkt zu empfangen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei dem Verfahren zur Durchführung von Kommunikation ein Prozeß des Organisierens von Relaisstationen (415) vorausgeht, so daß die Kanäle von mindestens zwei benachbarten Relaisstationen (415) im wesentlichen orthogonal sind und die Versorgungsbereiche der mindestens zwei benachbarten Relaisstationen so angeordnet sind, daß sie eine wesentliche Überlappung haben.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Überlappung zwischen den beiden benachbarten Relaisstationen über 10% des Versorgungsbereichs derjenigen Relaisstation beträgt, die den kleinsten Versorgungsbereich aufweist.
System, das zur Kommunikation in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk mit zwei Funkfeldern geeignet ist, wobei das Netzwerk mindestens eine Basisstation (410), mindestens eine Mobilstation (420) und eine Vielzahl von Relaisstationen (415) aufweist, wobei die Relaisstationen (415) zum Weiterleiten von Signalen von der Basisstation (410) zur Mobilstation (420) geeignet sind, wobei zumindest ein Teil der Vielzahl von Relaisstationen (415) so organisiert ist, daß mindestens zwei benachbarte Relaisstationen (415) im wesentlichen überlappende Versorgungsbereiche haben und die Kanäle der Relaisstationen (415) mit überlappendem Versorgungsbereich im wesentlichen orthogonal sind, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß – mindestens eine Mobilstation (420:1) angeordnet ist, um eine Menge von Relaisstationen (415) aus den Relaisstationen (415) mit zumindest teilweise überlappendem Versorgungsbereich auszuwählen, wodurch eine weiche Assoziation zu einer Vielzahl von Relaisstationen (415) aufgebaut wird, die Kandidaten zur Verwendung in einer Kommunikation zwischen der Basisstation (410) und der mindestens einen Mobilstation (420) sind und – zur logischen Rückmeldung (550) an die Basisstation (410), wobei die logische Rückmeldung Kommunikationsqualitätsinformation befördert, die durch die Basisstation (410) verwendbar ist, um Sendeparameter für die Übertragung zu den Relaisstationen (415) anzupassen.
System nach Anspruch 19, wobei eine Vielzahl von Mobilstationen (420) angeordnet ist, um einzelne Mengen von Relaisstationen aus dem Teil der Relaisstationen (415) mit zumindest teilweise überlappendem Versorgungsbereich auszuwählen.
System nach Anspruch 19 oder 20, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die in den Relaisstationen (415) während einer Kommunikationssitzung durchgeführte Weiterleitung nicht wesentlich von einer direkten Steuerungssignalisierung zwischen den Mobilstationen (420) und den Relaisstationen (415) abhängt.
System nach Anspruch 19, wobei die logische Rückmeldung Information über die Menge von weich assoziierten Relaisstationen (415) für jede Mobilstation (420) befördert.
Empfänger (520), der zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk mit zwei Funkfeldern geeignet ist, wobei das Netzwerk einen Sender (510), den Empfänger (520) und mindestens eine Relaisstation (415) aufweist, wobei die Relaisstation (415) zum Weiterleiten von Signalen vom Sender (510) zum Empfänger (520) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (520) mit folgendem versehen ist: einem Auswählmittel (524), das zum Aufbauen einer weichen Assoziation zu einer Vielzahl von Relaisstationen durch internes Auswählen einer Menge von Relaiskanälen aus der Vielzahl von Relaisstationen mit zumindest teilweise überlappendem Versorgungsbereich geeignet ist, wobei das Auswählmittel angeordnet ist, die Auswahl auf die Relaiskanalqualität zu stützen; und einem Rückmeldemittel (523), das zum Rückmelden der Information über ausgewählte Relaiskanäle an den Sender (510) geeignet ist.
Empfänger nach Anspruch 23, wobei das Rückmeldemittel Mittel zum Rückmelden roher Kanalzustandsinformation für jeden Relaiskanal an den Sender (510) aufweist.
Empfänger nach Anspruch 23, wobei das Rückmeldemittel Mittel zum Rückmelden aufbereiteter Kanalzustandsinformation für jeden Relaiskanal an den Sender (510) aufweist.