JP5417183B2 - 適応型セルラネットワークにおいてユーザ協調およびスケジューリングを用いてダウンリンクスループットを最適化する方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は２００７年３月１０日に出願された“OPTIMIZING DOWNLINK THROUGHPUT WITH USER COOPERATION AND SCHEDULING IN ADAPTIVE CELLULAR NETWORKS”と題された米国仮特許出願第６０／８９４，２０８号に基づく優先権を主張するものである。同出願はこの参照によりその内容全体が本願明細書に含まれるものとする。

本発明は適応型セルラネットワークにおいてユーザ協調およびスケジューリングを用いてダウンリンクスループットを最適化する技術に関する。

ユーザ協調（user cooperation）は、ユーザ達が互いのメッセージを宛先まで中継できるようにすることにより追加的な空間ダイバーシチが実現できるというもので、近年関心が高まりつつある。元来、ユーザ協調は、セルラネットワークの容量を改善する目的で提案されてきたもので、中継チャネルでの伝送に密接に関係している。それ以後、一般の中継ネットワークの着想に加えて、いくつかの有効な協調型プロトコルが開発されてきた。例えば、多重アンテナを有する複数の協調ユーザが議論されてきた。しかしながら、既存のシステムは全て、より高レベルのシステムの展望を考えることなく、決まった発信元と宛先とのペアのパフォーマンスおよび働きのみに議論が集中している。例えば、ユーザスケジューリングの効果は議論されてこなかった。加えて、従来の中継プロトコルは、多くの場合に専用の中継タイムスロットを必要とし、スペクトル損失を被る可能性がある。

従って、従来のセルラネットワークのユーザ協調に関する異なるスケジューリング戦略を検討して、より最適な戦略を形成することが望ましいと言えよう。ユーザ協調の現行設計の非効率性に関する上記の背景は、今日の設計の一部の問題を概観することを意図しているに過ぎず、網羅的であることは意図していない。従来技術の他の問題と本発明の対応する利点は、様々な非限定的な実施形態についての後述する詳細な説明を吟味すれば更に明らかとなる。

より詳しくは添付図面を参照して後述される例示的で非限定的な実施形態の様々な側面を基本的または大まかに理解できるよう手助けするために、ここに簡潔な概要を提供する。しかしながら、この概要は広範または包括的な概説を意図していない。この概要の唯一の目的は、様々な例示的で非限定的な実施形態に関係するいくつかの概念を、後述する、より詳細な説明の前置きとして簡潔な形で提供することにある。

ユーザ協調はユーザが互いに中継（リレー）として働いて追加のダイバーシチパスを提供することで全体のパフォーマンスを高めるという新たな伝送フレームワークに導入される。様々な実施形態において、データはユーザ協調を含む適応型通信ネットワークを基地局から移動局（モバイル装置）へ伝送される。中継は規定された補足的ダウンリンクタイムスロットで中継を実行するダウンリンク支援型中継（downlink-assisted relaying：ＤＡＲ）または規定された補足的アップリンクタイムスロットで中継を実行するアップリンク支援型中継（uplink-assisted relaying：ＵＡＲ）に基づいて時分割複信（time division duplex：ＴＤＤ）方式に従って実行される。

例示的な非限定的な実施形態において、中継伝送はユーザに公平性の制約を課すことなく最大システムスループットを実現する最大スループットスケジューリングアルゴリズム、または対象ユーザ間で遅延の点で絶対公平性を実現するラウンドロビン（round-robin＝総当たり戦）スケジューリングアルゴリズムに従って実行される。さらに、基地局からモバイル装置までのダウンリンクスループットは増幅転送（amplify-and-forward：ＡＦ）または復号転送（decode-and-forward：ＤＦ）協調プロトコルを利用して最適化可能である。

ダウンリンクスループットを最適化するための本システムおよび方法について本願添付図面を参照して以下詳細に説明する。

基地局からユーザおよび中継ユーザ群へ伝送する通信システムのハイレベルブロック図である。 通信システムのダウンリンクスループットを最適化する例示的な非限定的な方法のフロー図である。 ここで述べる様々な実施形態による従来のタイムスロット分割中継を利用する通信の様々な側面を示す図である。 様々な実施形態によるダウンリンク支援型中継を利用する通信の様々な側面を示す図である。 様々な実施形態によるアップリンク支援型中継を利用する通信の様々な側面を示す図である。 様々な実施形態によるＡＦプロトコルを使用することの様々な例示的側面を示す図である。 様々な実施形態によるユーザ協調が有効（イネーブル）なときのラウンドロビンスケジューリングの様々な側面を示す図である。 異なる実施形態による中継タイムスロットの異なる配置の効果を示す図である。 最適アルゴリズムによる中継およびスケジューリングの第１の非限定的な代表的実施形態のフロー図である。 最適アルゴリズムによる中継およびスケジューリングの第２の非限定的な代表的実施形態のフロー図である。 ここで述べる様々な実施形態による中継およびスケジューリングの具体例のブロック図である。 様々な実施形態によるサービスに適した例示的な非限定的ネットワーク環境の概観図である。 ここで述べる様々な側面が機能することができる例示的な非限定的な動作環境のブロック図である。

（詳細な説明）
（概説）
冒頭の背景技術の中で言及したように、ユーザ協調はユーザが互いに中継として働いて追加のダイバーシチパスを提供することで追加のダイバーシチパスがないときよりも全体のパフォーマンスを高めるという新たな伝送フレームワークである。しかしながら、以前から存在するアプローチは、物理層プロパティと、発信元および宛先の決まったペアの特定の時間的瞬間における働きにのみ議論が集中している。このため、従来のセルラネットワークに利用された現行の協調技術に勝る改善されたスケジューリング戦略が望まれている。

冒頭の背景技術の中で述べたような従来技術の欠陥を鑑み、ここで述べる様々な実施形態では、適応型セルラネットワークのダウンリンクスループットがユーザ協調とスケジューリングの両方を用いて最適化される。いくつかの広く用いられる協調戦略が異なる公平性制約のもとに評価され、そして全体のシステムスループットを最大化するようにユーザがスケジュールされる場合にはＤＦプロトコルは非協調型カウンタパートと比べて容量利得をもたらすことができないことが示される。

別の側面として、中継タイムスロットの配置は、適応型ネットワークと非適応型ネットワークの双方でユーザ協調のパフォーマンスに直接影響を与えるものであり、ユーザ協調が従来のネットワークで大きく修正することなく有効（イネーブル）と成り得るように既存のフレーム構造全体にわたって調べられる。この関連で、多重中継は干渉除去とスケジューリングを用いて他の伝送と同時に異なるタイムスロットでサポート可能であり、対応する最適中継の選択と最適な電力割当がここで得られる。

実施の一形態において、時分割複信（time division duplex：ＴＤＤ）方式が実行される。理由はＴＤＤ方式はマルチメディアサービスと高速データ転送をサポートする次世代無線方式に適したフレキシブルで非対称なダウンリンク対アップリンク割当比を許容するからである。送信機用チャネル状態情報（channel state information for the transmitter：ＣＳＩＴ）の推定も非常に実り多い適応型スケジューリングおよび資源割当をもたらすチャネル可逆性（channel reciprocity）を活用することにより容易になる。

ダウンリンクスループットは公平性の関心が異なる２つの広く採用される協調プロトコルＡＦおよびＤＦのもとで最適化可能である。メッセージ中継専用のタイムスロットが追加されるシステムとは対照的に、従来のフレーム構造における中継タイムスロットの最適な配置もユーザ協調が既存システムに容易に組み込めるように決定される。複数の中継ユーザが想定され、所与の宛先に対して対応する最適な中継選択および電力割当が導き出される。

ここで述べる他の実施形態では、ＡＦプロトコルは公平性が考慮されない場合に容量利得を実現するべく実行され、ユーザは理論上のシステムスループットが最大になるようにスケジュールされる。しかしながら斯かる利得は横ばいで主に遠くのユーザに利益をもたらすことが示される。代わりに、別の実施形態では、単純なラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムのシステムスループットが提供される。このアルゴリズムは遅延の点で絶対公平性を維持し、同程度の平均チャネル利得を持つユーザが想定される場合にシステムスループットを最大化することを目的とする非協調型アプローチのシステムスループットに迫る大きな改善を実証する。

図１は、適応型通信ネットワークにおいてユーザ協調を含む、データをモバイル装置１１０、すなわち目標ユーザまで伝送するための基地局１００を示す例示的な非限定的なブロック図である。中継ユーザ（リレーユーザ）１２０、１２２等により、データは直接的に基地局１００からまたは間接的に中継ユーザ１２０、１２２等を介して目標ユーザ１１０まで到達することができる。ユーザ協調およびスケジューリングでダウンリンクスループットが最適化されるデータ伝送の様々な実施形態を上述した様々な方法論に関して以下に詳細に説明する。

図２に、適応型通信ネットワークにおいてユーザ協調を含む、データを基地局からモバイル装置まで伝送するためのプロセスのいくつかの側面を示す例示的な非限定的な方法のフローチャートを示す。これといった順序はないが（順不同）、ステップ２００において、時分割複信（ＴＤＤ）方式に従って中継が実行される。以下より詳細に説明するように、規定された補足的ダウンリンクタイムスロットで中継を実行するダウンリンク支援型中継（downlink-assisted relaying：ＤＡＲ）または規定された補足的アップリンクタイムスロットで中継を実行するアップリンク支援型中継（uplink-assisted relaying：ＵＲＡ）が実行される。ステップ２１０において、ユーザに公平性の制約を課すことなく最大システムスループットを実現する最大スループットスケジューリングアルゴリズムまたは対象ユーザの間で遅延の点で絶対公平性を実現するラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムに従って中継伝送がスケジュールされる。ステップ２２０において、ＡＦまたはＤＦ協調プロトコルを利用して基地局からモバイル装置までのダウンリンクスループットが最適化される。ステップ２３０において、所与の宛先に対して電力割当が最適化される。

これから述べる、より詳細な説明のロードマップとして、最初に協調プロトコルの数学モデルと性質について説明する。続いて、フレーム内における中継タイムスロットの配置とスケジューリングアルゴリズムの効果を調べる。次に、最適な中継選択および電力割当アルゴリムを導き出し、説明する。さらに、ここに述べる様々な実施形態の利点を示すためにパフォーマンス評価と考察を示し、最後に、ダウンリンクスループットを最適化するための技術を利用することができるいくつかの例示的で非限定的な動作環境およびシステムを説明する。

（協調プロトコル）
協調プロトコルに関して、ＡＦプロトコルおよびＤＦプロトコルの数学モデルとそれらの性質について次に説明する。留意点として、直交中継チャネルがこの段階で多重中継シナリオ（より詳しくは後述される）に利用可能であると仮定する。次に、基地局Ｓは最初の第１タイムスロットでメッセージｘ_ｉを電力Ｐ_Ｓで目標ユーザｉと中継ユーザｊに送信する。次の第２タイムスロットで中継ユーザｊはその受信メッセージコピーｘ^∧ _ｊ，ｉを電力Ｐ_ｊ ^（Ｒ）でユーザｉへ転送（フォワード）する。もっと多くの中継ユーザが存在する場合にはそれらのユーザは同じようにして各自の受信メッセージを順次次のタイムスロットでユーザｉに送信する。第１タイムスロット（直接経路）および第２タイムスロット（中継経路）におけるユーザｉによる受信信号は次式で特徴付けられる。

上式においてｈ_ｉとｈ_ｊ，ｉは直接経路（Ｓ−ｉ）とユーザ間（Ｓ−ｊ−ｉ）チャネルが経験する大規模および小規模フェージングを両方含む等価フェージングを捕捉する。ｎ_ｉおよびｎ_ｊ，ｉは複素次元あたりＮ_０／２の分散を持つバックグラウンドの加法性ホワイトガウスノイズ（additive white Gaussian noise：ＡＷＧＮ）項である。

ＡＦプロトコルでは、式２におけるｘ^∧ _ｊ，ｉは次式によって規格化される。

式２は次の様に書き表すことができる。

ここでＳＮＲ_ｊは基地局−中継チャネル（Ｓ−ｊ）の受信における信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を表し、ｎ^∧ _ｊはＡＷＧＮ項を表す。式４から、中継経路（Ｓ−ｊ−ｉ）のＳＮＲは次の様に書き表される。

ただし０＜ａ_ｊ＝ＳＮＲ_ｊ／（ＳＮＲ_ｊ＋１）＜１および０＜ｂ_ｊ，ｉ＝ＳＮＲ_ｊ，ｉ／（ＳＮＲ_ｊ，ｉ＋１）＜１。従って、中継経路のＳＮＲは次の様な上限がある。

これは基本的に本プロトコルのボトルネックを示唆するものである。一般に、多重中継が使用される場合、中継経路と直接経路は最大比合成（maximum-ratio combining：ＭＲＣ）を用いて組み合わせ可能で、ＡＦプロトコルの等価ＳＮＲはＫユーザシステム（Ｋ＝ユーザ数）において次の様になる。

ρ_ｊ，ｉ＝１はユーザｊがユーザｉの中継として働くケースを指し、その他のケースではρ_ｊ，ｉ＝０である。

一方ＤＦプロトコルでは、中継ユーザは最初にメッセージの復号を試みる。復号が成功したら、中継は復号後メッセージを再符号化し、それを宛先ユーザへ送信する。復号に失敗したらメッセージは中継されない。等価ＳＮＲは式７から、ＳＮＲ_ｊ≧ＳＮＲ_ｉの場合にＳＮＲ_ｊ＝∞とし、その他の場合にＳＮＲ_ｊ＝０とすることによって得られる。すなわち次の様に表される。

上式においてＩ（．）は指示関数（indicator function）であり、ＳＮＲ（Ｒ_ｉ ^{ｔａｒｇｅｔ}）は目標レートＲ_ｉ ^{ｔａｒｇｅｔ}をサポートするために必要とされる最小受信ＳＮＲを指す。ＤＦプロトコルの実際のスループットは式８に示した等価ＳＮＲに対応するものよりも小さい可能性があることに留意する。ＡＦプロトコルおよびＤＦプロトコルに関する更なる詳細も以下に議論する様々な実施形態に関係する記述を検討すれば明らかとなる。

（ダウンリンクスループットの最適化）
既に言及したように、１つの側面として、本開示は既存ネットワークが現行のフレーム構造を変更することなくユーザ協調から利益が得られるように従来のフレーム構造における中継タイムスロットの最適化または好適な配置に関する。またＡＦ協調プロトコルとＤＦ協調プロトコルのもとで公平性の関心が異なるダウンリンクスループットの最適化が提示される。様々な実施形態において、同期式半二重ＴＤＤネットワークが想定され、この場合、ダウンリンクとアップリンクのタイムスロットは一般的にバーストに割り当てられ、２つのタイプのタイムスロットの間には少なくとも最悪ケースの往復遅延のガードインターバルが配置される。

中継タイムスロットの配置に関して、ユーザ協調を活用するためにタイムスロット分割中継（timeslot-splitting relaying：ＴＳＲ）方式３００が採用可能であり、図３を参照して、基地局３０２、宛先ユーザ３０４および中継ユーザ３０６の間の通信のタイミングを含めて説明する。中継目的で別のフルタイムスロットを使用する代わりに、各スロットは２つのサブスロットに分割される。この場合、発信元（source）は最初の第１サブスロットで送信し、中継３１０は２番目の第２サブスロットで送信する。しかしながら、セルラネットワーク内のユーザ間のパス遅延のせいで、図に示す様に、隣接するタイムスロット間の部分的な干渉３１２がなお存在する。干渉部分３１２の完全な除去はガードインターバルを追加導入した場合にのみ可能である。

ＣＳＩＴが利用可能な適応型伝送システムでは、ユーザ協調を遂行する他のより有効な方法が存在する。斯かる方法によれば追加のオーバヘッドを導入することなく、かつオリジナルのフレーム構造を変更することなく、より高い協調利得が実現される。協調プロトコルに対応可能な従来のシステムはここで述べる技術を取り入れることができる。さらに、中継タイムスロットのさらに２つの可能性のある配置も調べられる。それらの一方は新しいダウンリンクタイムスロットで中継を実行し、他方はアップリンクタイムスロットで中継を実行する。中継は共存する伝送の宛先デバイスにおける様々な度合の干渉除去を含む。便宜上、前者の方法をここではダウンリンク支援型中継（ＤＡＲ）と呼び、後者をアップリンク支援型中継（ＵＡＲ）と呼ぶ。

図４に、基地局４０２、宛先ユーザ４０４および中継ユーザ４０６の間のＤＡＲ通信４００のタイミングの具体例を示す。ＤＡＲ４００の中継（relaying）４１０は明確に規定されたダウンリンクタイムスロットで実行され、その結果、図に示す様に干渉４１２をもたらす。

図５に、基地局５０２、宛先ユーザ５０４、および中継ユーザ５０６の間のＵＡＲ通信５００のタイミングの具体例を示す。ＵＡＲ５００の中継（relaying）５１０は明確に規定されたダウンリンクタイムスロットで実行される。ＵＡＲ５００は図に示す様に、また後でより詳しく述べるように、結果的に２セットの干渉５１２、５１４をもたらすが、干渉５１４は最適スケジューリングで除去可能である。

図３乃至図５を比較すると、ＵＡＲはＣＳＩＴが利用可能なＴＤＤネットワークにおいてＴＳＲおよびＤＡＲよりも高い正味容量利得を与える。これらの概念は、アイソレーテッド協調利得（isolated cooperation gain）、中継によって他の並行伝送に課される干渉、および他の並行伝送によって中継後メッセージに引き起こされる干渉を含む、３つの部分に更に分割できる。

アイソレーテッド協調利得は、３つの候補によって、それらのコスト（干渉）を考慮することなく実現される純利得として定義される。ＵＡＲおよびＤＡＲはＴＳＲにおける半分だけのタイムスロットの代わりにフルタイムスロットを利用するので、それらは両方ともＴＳＲと比較して優れたパフォーマンス利得を実現する。これは次式によって特徴付けられる。

上式においてｃは一般的なＴＳＲ戦略のタイムスロット分割後の（１タイムスロットあたりの）サブスロット数である。

既に言及したように、図３、図４および図５はそれぞれ従来のタイムスロット分割中継（ＴＳＲ）、ダウンリンク支援型中継（ＤＡＲ）およびアップリンク支援型中継（ＵＡＲ）に関し、それらの相互比較のために３つの起こり得る中継タイムスロット位置を示している。

並行伝送への干渉に関して、図３に示す様に、ＴＳＲ３００は隣接するタイムスロットに部分的な干渉しか引き起こさないという利点を有することが観察される。これとは対照的に、一見すると、ＵＡＲ５００は他の２つの方法よりもパフォーマンスが良くないように見える。しかしながら、以下議論するように、これは全体像を反映していない。一般にＵＡＲ５００は３つの戦略の中で最もパフォーマンスが高いのである。

ＤＦプロトコルおよび図５に示すようなＵＡＲ５００戦略を考察すると、干渉を受けるアップリンクタイムスロットで中継ユーザｊ５０６はメッセージｘ_ｉを宛先ユーザｉ５０４に転送する。それと同時に、別のユーザｋ５０８はそれ自身のアップリンクメッセージｘ_ｋ ^ＵＬを基地局Ｓ５０２に送信する。基地局５０２における受信メッセージは次式で与えられる。

上式において

はユーザｋ５０８のメッセージへのユーザｊ５０６から受信した干渉を表している。中継がフレームタイミングと同期的であることを強いることにより、

は単に

で表すことができる。ｘ_ｉ、ｈ_ｊおよびＰ_ｊ ^（Ｒ）は基地局で既知であるので、その干渉は除去可能であり、結果、ユーザｋ５０８の干渉のない受信メッセージが得られる。

ＡＦプロトコルが使用されたとしても、斯かる干渉はなお除去可能であるが、ユーザｋ５０８の受信メッセージにわずかな余分なノイズが残される。ＴＳＲとＤＡＲに関しては、一般に、宛先ユーザｋにおける受信後のダウンリンクメッセージは同じ形で表すことができる。

上式において

はあるフィルタリング処理が受信アナログメッセージをデジタルドメインに変換した後の結果の部分的な干渉を表す。ユーザｋはｘ_ｉ、Ｐ_ｊ ^（Ｒ）およびｈ_ｊ，ｋの情報を持っていないので、斯かる干渉は除去不能である。しかしながら、適正なスケジューリング、シグナリングおよびガードインターバルの導入により、欠落した情報はユーザｋによって取得可能で、同じような干渉除去技術をＤＡＲにも採用できる。

類似の状況がＡＦプロトコルに当てはまる。図３および図４には、ユーザｉが、ユーザｊによって中継されたそれ自身の１つ前のダウンリンクメッセージからの自己干渉に悩まされる特殊なケースが示されている。しかしながら、連続するタイムスロットに前ユーザから遠く離れた異なるユーザをスケジュールすることにより、干渉はパスロス（pass loss：経路損失）といった大規模フェージングによってかなり低減される

並行伝送からの干渉に関して、ＵＡＲスキームのみが注意深いスケジューリングを通じて干渉をかなり低減する。この場合、選択される同時（並行）アップリンクユーザは中継からメッセージを受信している宛先ユーザから遠く離れている。ＴＳＲとＤＡＲでは、並行伝送は代わりに基地局からの全方向送信を有するものである。それ故、干渉は基地局の送信電力を調整することによって低減されるが、共存する伝送のカバレッジが基本的に制限される。

既に議論した３つのシナリオＴＳＲ（タイムスロット分割中継）、ＤＡＲ（ダウンリンク支援型中継）およびＵＡＲ（アップリンク支援型中継）を以下の表１にまとめる。上記３つの属性を議論することによって、ＵＡＲが、高い協調利得、中継送信電力レベルが何であれ並行伝送への最小の干渉、およびスケジューリングによる他のユーザからの無視可能な干渉を実現する好適な候補であることが示される。本質的に、これは、フルタイムスロットを使用する多重直交中継チャネルが、ＣＳＩＴが利用可能なＴＤＤネットワークにおいてＵＡＲを通じて実現できることを暗示している。

ダウンリンクスループットの最大化に関して、ＡＦプロトコルとＤＦプロトコルで使用される２つの両極にあるスケジューリングアルゴリズムを考える。第１のアルゴリズムはユーザに公平性の制約を課すことなく最大システムスループットを実現するもので、最大スループットスケジューリングと呼ぶことにする。第２のアルゴリズムはラウンドロビン戦略であり、これは代わりに遅延の点で対象ユーザ間の絶対公平性を実現する。更に詳しいことは後述するが、ラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムとＡＦプロトコルは遅延の点でユーザ間の公平性を維持しながら好適なシステムスループットを実現するための単純で強力な戦略を一緒になって形成する。

“公平性の制約なしに”に関して、ＤＦプロトコルは式８に示す様に協調を通じて、より高い受信ＳＮＲを実現できるが、このプロトコルは、最大システムスループットが公平性の関心なく議論される場合には、容量利得（capacity gain）を全くもたらさない。

定理１：ＤＦ協調はユーザが任意の動作ＳＮＲ領域においてシステムスループットを最大化するようにスケジュールされる場合には非協調型カウンタパートと同じ最大システムスループットを実現する。

証明：Ｒ（ＳＮＲ）＝ｌｏｇ（１＋ＳＮＲ）をＳＮＲが与えられたリンクの最大達成可能レートとする。

を宛先ユーザｉに対する濃度｜Φ_ｉ｜＝２^Ｋ−１−１の中継割当集合の集まりと定義する。式８は協調利得はあるｊに対しＳＮＲ_ｊ＞ＳＮＲ（Ｒ_ｉ ^{ｔａｒｇｅｔ}）または同等だが任意の所与のφ_ｎ ^（ｉ）に対し

の場合にのみ可能であることを主張している。これはユーザｉに対しＤＦプロトコルによって達成される最大レートＲ_ｉ ^ＤＦが次式で与えられる上限があることを更に暗示している。

式１２から、ＤＦプロトコルの最大達成可能システムスループットは次の様になることは明らかである。

この式は非協調型ネットワークのものと同じである。

ＤＦプロトコルとは異なり、ＡＦプロトコルは常に協調利得を与える。理由は、メッセージ検出は直接経路と中継経路の両方から受信された信号を組み合わせた後にのみ行われるからである。最大システムスループットは式７の等価ＳＮＲが最大化されるときに実現される。すなわち、この問題は次のように定式化できる。

システムユーザの数は多くの場合に利用可能な直交中継チャネルの数よりも大きいので、ＳＮＲ_ｉ ^{ｅｑｕｉｖ．}は更に最適化される必要がある。中継選択および電力割当が実行される必要がある。これについては次のサブセクションで詳しく説明する。

“公平性あり”の制約またはラウンドロビンに関して、最大システム容量はラウンドロビンスケジューリングに対して目標ユーザiを所与として式７の等価ＳＮＲが最大化されるときに実現される。既に言及したように、マルチユーザシステムでは、ユーザ数は利用可能な直交中継チャネル全体の数よりも大きい蓋然性が高い。それ故、中継選択は中継チャネル全体にわたる電力割当とともに適切である。以下、ＡＦプロトコルに焦点を絞り、全体でＮ個の直交中継チャネルを想定したときに所与の目標ユーザｉに対する最適な中継選択および電力割当・戦略を導出する。あらゆる潜在的中継ユーザ（中継ユーザに成り得るユーザ）は最大で全てのチャネルを占有することが許される。ＤＦプロトコルの最適化はＡＦプロトコルの特殊なケース（式５においてａ_ｊ＝１）であり、このとき問題は単純なものに簡約される。以下、ｍを使って中継チャネルのインデックスを指定する。

以下、例示的な非限定的実施形態に基づいて最適な中継選択および電力割当を説明する。

とする。これはｍ番目の中継チャネルにおける中継経路（Ｓ−ｊ−ｉ）の等価ＳＮＲを表す。目的関数は次の様に書き表される。

ただし、以下の条件に従う。

式１５ｂの制約は中継チャネルｍにおけるユーザｊの個別のピーク電力制約であり、これは同じチャネルにおける他の伝送に対する最大共存チャネル干渉を制御するためにも使用することができる。式１５ｃで表される総中継電力制約も存在する。基地局電力は固定または既知と想定されており、このためａ_ｊも、かつ移動ユーザ（中継）の電力制約とは無関係である。ユーザ間チャネル利得の知識も基地局において想定される。実際には、これらはある特定の目標ユーザに対する協調グループの初期セットアップの際に得られる所定セットのチャネル利得閾値からの値でよい。最後に、式１５ｄの制約は各中継チャネルごとに単一ユーザのみが中継になることが許されることを意味している。

問題は一般に組み合わせである。しかしながら、関数ｆ_ｊ，ｉ ^ｍ（Ｐ_ｊ ^{（Ｒ），ｍ}）は凹関数で単調増加することが証明できる。パラメータρ_ｊ，ｉ ^ｍの緩和技術を用いることによって、問題はラグランジュ未定乗数法およびＫＫＴ（Karush-Kuhn-Tucker）条件の助けを借りて解くことが可能な凸最大化問題に定式化できる。ここでは導出された最適なユーザ選択および電力割当・戦略について結果を示す。この問題はパラレルチャネルを持つ従来型ネットワークの容量最大化問題に類似しているが、しかしながら結果の最適中継（ユーザ）選択戦略に明白な違いが存在する。

最適中継選択に関して、ｍ番目の中継チャネルに対する最適ユーザｊ^ｍ＊は次式に基づいて選択される。

ここで、

および

ｆ_ｊ，_ｉ ^ｍ’はＰ_ｊ ^{（Ｒ），ｍ}に関する微分、Ωはｍ個の中継チャネル全てに共通のパラメータで、式１５ｃの総電力制約が満足されるように調整される。Ωが大きくなるほど、選択されたユーザの集合を所与とした割当電力は減少する。

システム容量を最大化する従来型ネットワークの最適ユーザ選択戦略は最良チャネルを有するユーザを選択することに簡約できることは周知である。個別ピーク電力制約が課される場合、最大レートのユーザを選択することが最適であることが証明できる。しかしながら、これはユーザ協調を含む我々のシステムにはもはや当てはまらないことを示すことが可能である。この場合、最大のｆ_ｊ，ｉ ^ｍ（Ｐ_ｊ ^{（Ｒ），ｍ}）を選択することは最適解を実現しない。

最適電力割当に関して、選択された中継ユーザの任意の集合に対する最適電力割当は次の様なものになることが示せる。

この結果は、代わりにＴＳＲアプローチを採用して、決まった数の中継によって支援される場合の発信ノードと宛先ノードのペアと矛盾しない。

（数値結果と考察）
セルラネットワークのダウンリンクでは、最大システムスループットは多くの場合、大半が基地局に近い少数のユーザによって占められる。それ故、遠くのユーザに対するどんな有意な改善もシステムスループット全体からすれば違いが分からないくらいの増大しかもたらさない可能性があるので、ユーザ協調プロトコルの有効性を斯かる尺度で評価することは適切でない場合がある。より有意な結果を得るため、ユーザが基地局から同程度の平均チャネル利得を得ている協調グループ内のパフォーマンスを考察する。

言及したように、ＴＤＤシステムが想定され、シミュレーション設定は以下の通りである。半径１ｋｍのセルを考え、ユーザはそれぞれ半径５０ｍのクラスタ内に均一に分散している。あらゆるクラスタは５人のユーザを内包し、基地局から異なる距離で評価される。基地局・ユーザ間チャネルおよびユーザ間チャネルの双方で互いに独立で同一の分布に従う（ｉ．ｉ．ｄ．）レイリーフェージングが想定される。パスロス指数は基地局から１００ｍのところで基準平均電力が３０ｄＢの全てのケースで３に設定される。特に、最大スループットおよびラウンドロビンの２つのスケジューリング戦略のもとでのＡＦプロトコルがこれらの結果で議論される。疑似静的チャネルを考え、各中継チャネルのピーク電力は最大総中継電力と見なすことができる。

図６に１中継（1 Relay）６１０、無中継（No Relay）６２０および３中継（3 Relays）６３０の最大スループットスケジューリング６００を示す。各ケースごとに、それぞれ距離１００ｍ、２５０ｍ、５００ｍおよび９５０ｍにあるユーザを表す別々の曲線クラスタ（曲線群）６４０、６５０、６６０および６７０が示される。既に議論したように、ＤＦプロトコルは最大システムスループットにおいて利得を実現しない。しかしながら、図６に示す様に、ＡＦプロトコルもわずかな改善しか与えない。利得はセル端に近い最も遠いクラスタで最も顕著に現れるようである。この場合、１中継で〜８％のスループット利得が記録される。基地局送信電力より２０ｄＢ低い少量の中継電力のみが必要とされ、中継電力を更に増やしても有意な改善はもたらさない。３中継の上限が基準として与えられ、この場合、ユーザ間チャネルはノイズフリーであることが想定される。斯かるケースでは、システムはＳＩＭＯ（single-input-multiple-output：シングル入力マルチ出力）方式と化す。もっと多くの中継による潜在利得も限界があることが観察でき、例外的に過密な人口状況を考えない限り、通常のネットワークの場合になることが予想される。

図７に１中継７１０と無中継７２０に対するラウンドロビンスケジューリング７００を示す。各ケースごとに、それぞれ距離１００ｍ、２５０ｍ、５００ｍおよび９５０ｍにあるユーザを表す別々の曲線クラスタ７３０、７４０、７５０および７６０が示される。ラウンドロビンスケジューリング７００によりユーザは公平な条件で送信することが可能である。この場合、あらゆるユーザはチャネルの同じ占有率と同じ遅延を有するが、多くの場合にかなりのスループットが犠牲になる。図７はユーザ協調が有効（イネーブル）な場合にこれはもはや当てはまらないこと示している。システムスループットの有意な利得は限られた中継電力と１中継のみで実現される。例えば、７０％を超えるスループットの増加はセル端近くのクラスタに対して、中継に基地局送信電力の１％を費やすだけで実現される。魅力的な利得が基地局近くのクラスタでなお実現可能である。この場合、２５％を超える利得が２５０ｍのところにあるクラスタで得られ、１００ｍのところにあるクラスタでは約１０％の利得が得られる。最大スループットスケジューリングからの容量ギャップは大幅に減少する。１ユーザがより頻繁に中継として使用される場合が存在することがある。しかしながら、セルラネットワークでは多くの場合に帯域幅が電力よりも大きな問題であるので、チャネルが揺らぐときには短期の公平性は大目に見るべきで、それに対して長期の公平性はなお維持することが可能である。

ＵＡＲ８１０とＴＳＲ８２０の比較に関して、図８は中継タイムスロットの異なる配置の効果を実証するものである。１００ｍのところの曲線８３０と８４０はそれぞれＵＡＲとＴＳＲのパフォーマンスを示している。同じように、２５０ｍ、５００ｍおよび９５０ｍのところの曲線８３２、８４２、曲線８３４、８４４および曲線８３６、８４６はそれぞれＵＡＲとＴＳＲのパフォーマンスを示している。各距離ごと、各曲線群ごとに、ＵＡＲアプローチの方がＴＳＲよりもかなり良好であることが観察できる。最大スループットスケジューリングが議論される場合、図９を用いて予測できるように、ＴＳＲは非協調型カウンタパートよりもパフォーマンスはずっと悪い。

図９に最適アルゴリズムに基づく中継およびスケジューリングの第１の非限定的な代表的実施形態を示す。必ずしも何か或る特定の順序に従う必要はないが、本実施形態ではステップ９００においてユーザおよび中継装置の集合に対してマルチユーザとの通信に適用される公平性の基準（fairness criteria）が決定される。次いでステップ９１０においてＣＳＩＴ情報が利用できるよう決定される。ステップ９２０において、適用される公平性スキームと、利用可能なら、ＣＳＩＴ情報に基づいて、最適中継スケジュールが作成される。ステップ９３０において、最適化されたスケジュールを用いてデータ中継が行われる。実施の一形態によれば、既に述べたように、ＤＡＲと同じようにＵＡＲが使用できる。ステップ９４０において、ダウンリンクスループットを最適化するＡＦまたはＤＦといったユーザ協調プロトコルに従って通信が行われる。ステップ９５０において、デバイス送信を含む所与の環境に電力が動的に割り当てられる。

図１０に最適アルゴリズムに基づく中継およびスケジューリングの第２の非限定的な代表的実施形態のフローチャートを示す。この場合も同じように順序不同で、本実施形態ではステップ１０００において、ＣＳＩＴ情報が推定されるか、そうでなければ入手可能である。ステップ１０１０において、中継伝送の最適スケジュールがユーザ間の同等な公平性の仮定に基づいて作成される。例えば、異なるユーザを優先度の点で等しく扱うラウンドロビン方式が採用可能であるか、または無公平性制約が全てのユーザに適用可能である。ステップ１０２０において、ＵＡＲまたはＤＡＲを用いて中継が実行される。続いて、ＡＦユーザ協調プロトコルまたはＤＦユーザ協調プロトコルのどちらか一方に従ってデータが伝送される。次に、ステップ１０４０において、中継伝送のスケジュールに対して電力が動的に最適化される。ステップ１０５０において、最適なダウンリンクスループットを実現する最適化されたパラメータに基づいて伝送が行われる。本実施形態は無線通信の既存のネットワークフレーム構造に組み込み可能であることが有利である。

図１１は、ここで述べた様々な実施形態の一部の非限定的な側面を例示する中継およびスケジューリングの具体的態様のブロック図である。説明の便宜のため、単一の中継ユーザ１１２０と目標ユーザ１１１０を例示するが、ここで述べたユーザ協調中継技術は任意数の中継および目標ユーザに適用可能である。基地局１１００は中継装置群と目標ユーザ装置に例えばＡＦまたはＤＦといったユーザ協調プロトコルに従ってデータを送信するように構成されている。この点に関し、基地局１１００はＵＡＲ１１３６またはＤＡＲ（図示されていない）に基づいて中継を実行する。

基地局１１００は目標ユーザ装置に公平性の制約を一切課すことなくまたは目標ユーザ装置の間で遅延に関して絶対公平性を実現するラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムに従って最大システムスループットを実現する（１１３２）ように中継する。中継スケジュール１１３０はこうして公平性の配慮に基づいて最適化され、システムスループットを最適化するが、この際、システムの伝送に最適電力１１３４を割り当てることが含まれることがある。

まとめると、様々な非限定的な実施形態において、ユーザ協調によるダウンリンクスループットの最適化問題が調べられた。発信元と宛先の固定したペアに焦点を絞ったこれまでの仕事とは異なり、公平性の関心が異なるユーザスケジューリングが、協調フレームワークに組み込まれる。２つの一般的に用いられる協調プロトコルである増幅転送（ＡＦ）または復号転送（ＤＦ）が評価された。また例示的な結果も提示された。

具体的に、公平性の制約なくシステムスループットを最大化するようにユーザがスケジュールされる場合、ＤＦプロトコルは非協調型カウンタパートと比較して最大達成可能システムスループットにおける利得をもたらさないのに対してＡＦプロトコルは常に改善をもたらすことがここでは実証された。従来のフレーム構造における中継タイムスロットの配置もユーザ協調のパフォーマンスに直接影響を及ぼすことから調査された。注意深いユーザスケジューリングによって、ＣＳＩＴが利用可能な適応型セルラネットワークでは、多重中継（multiple relays）が、異なるタイムスロットで他の伝送と同時にサポート可能であることが示された。これによりユーザ協調を既存システムへそれらのフレーム構造を変更する必要なく組み込むことが容易になる。

対応する最適な中継選択および電力割当アルゴリズムが得られた。さらに、ラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムは最大達成可能システムスループットを大きく犠牲にすることなく遅延の点でユーザ間の公平性を維持するためにユーザ協調と組み合わされるときの好適な戦略であり、特にこのラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムではダウンリンクスループットにおける有意な利得を達成するには１回の中継だけで十分であることが実証された。

（通信ネットワークおよび環境の具体例）
上記の最適化は任意のネットワークに適用することができるが、しかしながら以下の記述では本発明を取り入れるための一部の例示的な電話無線ネットワークおよび非限定的な動作環境について説明する。しかしながら以下に述べる動作環境は非包括的と見なされるべきであり、従って以下に述べるネットワークアーキテクチャは本発明を取り入れることができる１つのネットワークアーキテクチャを示すに過ぎない。しかしながら、本発明は通信ネットワークの任意の現存するまたは将来の代替的なアーキテクチャにも組み込まれる可能性があることは理解できる。

ＧＳＭ（global system for mobile communication：モバイル通信用グローバルシステム）は今日の急速に成長しつつある通信システムにおいて最も広く利用される無線アクセス方式である。ＧＳＭは携帯電話またはコンピュータユーザといった加入者に回路交換データサービスを提供する。ＧＰＲＳ（General Packet Radio Service：汎用パケット無線サービス）はＧＳＭ技術の拡張で、ＧＳＭネットワークにパケット交換を導入する。ＧＰＲＳはパケットベースの無線通信技術を利用して高速および低速データおよびシグナリングを効率的な方法で転送する。ＧＰＲＳはネットワークおよび無線資源（radio resource）の利用を最適化し、従ってＧＳＭネットワーク資源のパケットモードアプリケーションへのコスト効率の高い効率的な利用を可能にする。

当業者の方なら理解できるように、ここで述べる例示的なＧＳＭ／ＧＰＲＳ環境およびサービスは３Ｇサービス、例えばＵＭＴＳ（Universal Mobile Telephone System：ユニバーサル移動電話システム）、ＦＤＤ（Frequency Division Duplexing：周波数分割複信）およびＴＤＤ（時分割複信）、ＨＳＰＤＡ（High Speed Packet Data Access：高速パケットデータアクセス）、ＥＶＤＯ（cdma2000 lx Evolution Data Optimized）、ｃｄｍａ２０００ ３ｘ（Code Division Multiple Access-2000）、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access）、ＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）、ＥＤＧＥ（Enhanced Data GSM Environment）、ＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunications-2000）、ＤＥＣＴ（Digital Enhanced Cordless Telecommunications）などのほかに、いつかは利用可能になる他のネットワークサービスにも拡張可能である。この点に関し、本発明の技術はデータ転送方法とは無関係に適用でき、特に断りがない限りどの特定のネットワークアーキテクチャまたは基本プロトコルにも依存する必要はない。

図１２に本発明が実施可能な例えばＧＰＲＳネットワークといった例示的なパケットベースの移動セルラネットワーク環境の全体ブロック図を示す。斯かる環境において、複数の基地局サブシステム（ＢＳＳ）１２００（１つのみ図示）が存在し、各ＢＳＳは複数の無線基地局（Base Transceiver Station：ＢＴＳ）、例えばＢＴＳ１２０４、１２０６および１２０８などに奉仕する基地局コントローラ（ＢＳＣ）１２０２を備える。ＢＴＳ１２０４、１２０６、１２０８等はパケットベースのモバイル装置のユーザが無線ネットワークに接続するところであるアクセスポイントである。例示的な流儀では、ユーザ装置を発出したパケットトラフィックはエアインタフェースをＢＴＳ１２０８まで、次いでＢＴＳ１２０８からＢＳＣ１２０２まで搬送される。基地局サブシステム、例えばＢＳＳ１２００は、ＳＧＳＮ（Service GPRS Support Nodes）、例えばＳＧＳＮ１２１２および１２１４を含む場合がある内部フレーム中継ネットワーク１２１０の一部である。

各ＳＧＳＮは次に内部パケットネットワーク１２２０に接続され、それを通じてＳＧＳＮ１２１２、１２１４等はデータパケットを複数のゲートウェイＧＰＲＳサポートノード（GatewayGPRS Support Nodes：ＧＧＳＮ）１２２２、１２２４、および１２２６等とやりとりすることができる。図示したように、ＳＧＳＮ１２１４およびＧＧＳＮ１２２２、１２２４、および１２２６は内部パケットネットワーク１２２０の一部である。ＧＧＳＮ１２２２、１２２４および１２２６は主にインタフェースを、外部インタネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク、例えばＰＬＭＮ（Public Land Mobile Network：公衆陸上移動通信ネットワーク）１２４５、企業イントラネット１２４０、またはＦＥＳ（Fixed-End System）もしくは公衆インタネット１２３０などに提供する。図示したように、加入企業ネットワーク１２４０はファイアウォール１２３２を介してＧＧＳＮ１２２４に接続される場合がある。またＰＬＭＮ１２４５はボーダゲートウェイルータ（boarder gateway router）１２３４を介してＧＧＳＮ１２２４に接続される。モバイルセルラ装置のユーザが企業ネットワーク１２４０を呼び出す場合の発信者認証に遠隔認証ダイアルインユーザサービス（Remote Authentication Dial-In User Service：ＲＡＤＩＵＳ）サーバ１２４２が使用されることがある。

一般に、ＧＳＭネットワークには、マクロ（macro）セル、ミクロ（micro）セル、ピコ（pico）セルおよびアンブレラ（umbrella）セルといった４つの異なるセルサイズが存在し得る。各セルのカバレッジエリアは環境が異なれば異なる。マクロセルは基地局アンテナが平均的な屋根の最上部の高さよりも上にビルまたは柱に設置されたセルと見なすことができる。ミクロセルはアンテナの高さが平均的な屋根の最上部の高さより低いレベルにあるセルで、こうしたセルは一般的に都市部に使用される。ピコセルは直径が数十メートルの小さなセルで、こうしたセルは屋内で使用される。残るアンブレラセルはより小さなセルの死角領域をカバーするために使用され、そうしたセルの間のカバレッジのギャップを埋める。

必要条件ではないが、請求主題は部分的にはオペレーティングシステムを通じてデバイスまたはオブジェクトのサービス開発者による使用向けに実現され、かつ／または、請求主題の１つ以上のコンポーネントに関連する働きをするアプリケーションソフトウェア内に含まれることがある。ソフトウェアは、クライアント、サーバ、モバイル装置その他のデバイスといった１つ以上のコンピュータで実行されるプログラムモジュールなど、コンピュータ実行可能な命令のコンテクストで記述されることがある。当業者であれば、請求主題は他のコンピュータシステム構成およびプロトコルで実施可能であることも理解されよう。そこで以下に、非限定的な実施の詳細を与える。

図１３に請求主題が実現できる適切なコンピューティングシステム環境１３００の一例を示す。既に言明しているが、コンピューティングシステム環境１３００はメディア装置の適切なコンピューティング環境の１つの例に過ぎず、請求主題の用途または機能の範囲に関して何らかの限定を示唆する意図は全くない。さらに、コンピューティング環境１３００は請求主題と例示的な動作環境１３００に示されたコンポーネントのいずれか１つまたは組み合わせに関連する依存関係または要件を示唆する意図はない。

図１３を参照して説明する。ここで述べた様々な側面を実現するための遠隔デバイスの例としてはコンピュータ１３１０の形の汎用コンピューティングデバイスがある。コンピュータ１３１０のコンポーネントは限定はされないが、処理装置１３２０、システムメモリ１３３０、およびシステムメモリを含む様々なシステムコンポーネントを処理装置１３２０に結合するシステムバス１３２１を備える。システムバス１３２１は、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、および様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用するローカルバスなど、数タイプのバス構造のどれでもよい。

コンピュータ１３１０は様々なコンピュータ可読媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体はコンピュータ１３１０によってアクセス可能な任意の市販媒体であることが可能である。一例として、限定ではなく、コンピュータ可読媒体はコンピュータ記憶媒体および通信媒体から構成することができる。コンピュータ記憶媒体としては揮発性媒体および不揮発性媒体のほかに取り外し可能または取り外し不可能な媒体があり、これらは情報、例えばコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールその他のデータを記憶するための任意の方法または技術で実装される。コンピュータ記憶媒体としては、限定はされないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もしくはその他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクもしくはその他の磁気記憶装置、または所望の情報を記憶するために使用可能でありコンピュータ１３１０によってアクセス可能な任意の他の媒体がある。通信媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールもしくはその他のデータを、変調データ信号、例えば搬送波もしくはその他の搬送機構に具現化することができるとともに、任意の適切な配送媒体を含むことができる。

システムメモリ１３３０としてはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）および／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリおよび／または不揮発性メモリの形のコンピュータ記憶媒体が挙げられる。ＢＩＯＳ（basic input/output system）は、例えばスタートアップ時などにコンピュータ１３１０内の構成装置間の情報の転送を支援する基本ルーチンを含み、メモリ１３３０に格納しておくことができる。メモリ１３３０は処理装置１３２０がすぐにアクセス可能な、かつ／または処理装置１３２０によって現在操作中のデータおよび／またはプログラムモジュールも格納することができる。非限定的な例として、メモリ１３３０は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、他のプログラムモジュール、およびプログラムデータも格納することができる。

コンピュータ１３１０は他の取り外し可能／取り外し不能な揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体も含むことができる。例えば、コンピュータ１３１０は取り外し不能な不揮発性磁気媒体から読み出しまたは書き込みを行うハードディスクドライブ、取り外し可能な不揮発性磁気ディスクから読み出しまたは書き込みを行う磁気ディスクドライブ、および／または例えばＣＤ−ＲＯＭもしくはその他の光学媒体といった取り外し可能な不揮発性光ディスクから読み出しまたは書き込みを行う光ディスクドライブを含むことができる。当該例示的な動作環境に使用できる他の取り外し可能／取り外し不能な揮発性／不揮発性コンピュータ記憶媒体としては、限定はされないが、磁気テープカセット、フラッシュメモリカード、デジタル多用途ディスク、デジタルビデオテープ、ソリッドステートＲＡＭ、ソリッドステートＲＯＭなどが挙げられる。ハードディスドライブは取り外し不能なメモリインタフェース、例えばインタフェースを通じてシステムバス１３２１に接続可能である。また磁気ディスクドライブまたは光ディスクドライブは取り外し可能なメモリインタフェース、例えばインタフェースによってシステムバス１３２１に接続可能である。

ユーザはコマンドおよび情報を入力装置、例えばキーボードまたはポインティングデバイス、例えばマウス、トラックボール、タッチパッド、および／もしくは他のポインティングデバイスを用いて、コンピュータ１３１０へ入力することが可能である。他の入力装置としては、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、サテライトディッシュ、スキャナなどが挙げられる。これらの、および／または他の入力装置はシステムバス１３２１に結合したユーザ入力１３４０および関連するインタフェースを通じて処理装置１３２０に接続できるが、他のインタフェースおよびバス構造、例えばパラレルポート、ゲームポートまたはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などによって接続されることができる。グラフィックスサブシステムもシステムバス１３２１に接続可能である。加えて、モニタもしくはその他のタイプの表示装置がインタフェース、例えばビデオメモリと連絡可能な出力インタフェース１３５０を通じて、システムバス１３２１に接続されることができる。モニタに加えて、コンピュータは出力インタフェース１３５０を通じて同様に接続可能な他の周辺出力装置、例えばスピーカおよび／またはプリンタも含むことができる。

コンピュータ１３１０はネットワーク型または分散型環境において１つ以上の遠隔コンピュータ、例えばデバイス１３１０とは異なるメディア能力を持ち得る遠隔コンピュータ１３７０への論理接続を用いて稼働することができる。遠隔コンピュータ１３７０は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ピアデバイスもしくはその他の一般的なネットワークノード、および／または任意の他の遠隔メディア消費もしくは送信デバイスであることが可能で、コンピュータ１３１０に関連して既に述べた構成装置の全てまたはいずれかを含むことができる。図１３に示した論理接続は、ネットワーク１３７１、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはＷＡＮ（wide area network：広域通信網）を含むが、他のネットワーク／バスも含むことができる。斯かるネットワーク環境は、家庭、オフィス、企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネットおよびインタネットでありふれたものである。

ＬＡＮネットワーク環境で使用される場合、コンピュータ１３１０はネットワークインタフェースまたはアダプタを介してＬＡＮ１３７１に接続される。ＷＡＮネットワーク環境で使用される場合、コンピュータ１３１０は通信コンポーネント、例えばモデムもしくはその他の例えばインタネットといったＷＡＮで通信を確立するための他の手段を含むことができる。通信コンポーネント、例えばモデムは内蔵または外付けでよく、システムバス１３２１に入力１３４０におけるユーザ入力インタフェースおよび／または他の適切な機構を介して接続可能である。ネットワーク型環境では、コンピュータ１３１０に関連して示されたプログラムモジュールまたはその一部は遠隔メモリ記憶装置に格納できる。説示されたネットワーク接続は例示的であり、コンピュータ間の通信リンクを確立する他の手段が使用される場合がある。

“例示的（あるいは典型的）”（exemplary）という表現はここでは、例（example）、事例（instance）、または実例（illustration）の役目を果たす意味で使用される。疑問を避けるため、ここで開示された主題は斯かる例によって限定されない。加えて、ここで“例示的（exemplary）”として開示された任意の実施形態または設計は他の実施形態または設計と比べて好ましいまたは有利であると解さなければならないものではなく、当業者に既知の均等な例示的構造および技術を排除することも意味しない。さらに、疑問を避けるため、「含む」、「有する」、「包含する」、およびその他の類似表現が詳細な説明または特許請求の範囲の請求項に使用された場合には、斯かる表現は追加的または他の要素を排除することのないオープンエンドな移行語としての「包含する」という表現と同じように他の要素を排除しないことを意図している。

上述のシステムはいくつかのコンポーネント同士の間の相互作用に関して述べられてきた。斯かるシステムおよびコンポーネントはそれらのコンポーネントまたは特定のサブコンポーネント、特定のコンポーネントもしくはサブコンポーネントの一部、および／または追加のコンポーネントを、上述したものの任意の置換および組み合わせに従って含むことができることは理解できる。サブコンポーネントも親コンポーネント内に（階層的に）内包される形ではなく他のコンポーネントに通信可能に結合したコンポーネントとして実装可能である。加えて、１つ以上のコンポーネントを組み合わせて集約的な機能性を与える単一のコンポーネントにしたり、いくつかの別々のサブコンポーネントに分割したりすること、集積した機能性を与えるために管理層などの任意の１つ以上の中間層を斯かるサブコンポーネントに通信可能に結合するために提供することができることに留意すべきである。ここで記述された任意のコンポーネントはここでは具体的に述べなかったが一般に当業者には周知の１つ以上の他のコンポーネントとも相互作用することが許される。

上記の例示的なシステムを考慮して、上述の主題に基づいて実行される方法は様々な図面のフローチャートを参照してより良く理解することができる。説明の便宜のため、本発明の方法は一連のブロックとして示され、説明されたが、請求される主題はブロックの順序に限定されず、一部のブロックは本明細書で示したものとは異なる順序で実行され、かつ／または他のブロックと同時に実行される場合があることは理解されるべきである。フローチャートの手続きが非逐次的または分岐している場合、同じまたは類似の結果を達成する様々な他の分岐、フローパス、およびブロックの順序の実行が許されることは理解されるべきである。さらに、請求主題の方法を実行するには図示されたブロックの一部で済む場合がある。

ここで述べた様々な実施形態に加えて、それらの実施形態の同じまたは均等な機能をそれらから外れることなく実行するために他の類似の実施形態が使用できること、または上述の実施形態への変更および追加が可能なことは理解されるべきである。さらに、複数の処理チップまたは複数のデバイスがここで述べた１つ以上の機能のパフォーマンスを共有でき、同じように、複数のデバイスにわたってストレージが実装可能である。従って、どの単一の実施形態も限定的と見なしてはならないこと、しかしむしろ様々な実施形態およびそれらの均等形態は特許請求の範囲の請求項に基づく精神および範囲に矛盾無く含まれると解されるべきである。

１００、１１００ 基地局
１１０、１１１０ 目標ユーザ
１２０、１２２、１１２０ 中継ユーザ
１２００ 基地局サブシステム（ＢＳＳ）
１２０２ 基地局コントローラ（ＢＳＣ）
１２０４、１２０６、１２０８ 無線基地局（ＢＴＳ）
１２１０ 内部フレーム中継ネットワーク
１２１２、１２１４ サービスＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）
１２２０ 内部パケットネットワーク
１２２２、１２２４、１２２６ ゲートウェイＧＰＲＳサポートノード（ＧＧＳＮ）
１２３０ ＦＥＳまたはインタネット
１２３２ ファイアウォール
１２３４ ボーダゲートウェイルータ
１２４０ 企業ネットワーク
１２４２ 遠隔認証ダイアルインユーザサービス（ＲＡＤＩＵＳ）サーバ
１２４５ ＰＬＭＮ
１３００ コンピューティング環境
１３３０ システムメモリ
１３２０ 処理装置
１３５０ 出力インタフェース
１３４０ 入力インタフェース
１３６０ ネットワークインタフェース
１３７０ 遠隔コンピュータ

Claims (22)

1. 無線通信ネットワークにおいて、ユーザ協調を含む、基地局から宛先モバイル装置までデータを伝送するための方法であって、
   時分割複信（ＴＤＤ）伝送方式において、前記データの少なくとも一部を少なくとも１つの中継装置まで中継伝送することにより前記データの前記宛先モバイル装置までの転送が促進されることを判定するステップと、
   前記方式の規定された補足的アップリンクタイムスロットで中継動作を実行するアップリンク支援型中継（ＵＡＲ）または前記方式の規定された補足的ダウンリンクタイムスロットで中継動作を実行するダウンリンク支援型中継（ＤＡＲ）のどちらか一方を含む形で前記データの少なくとも一部を前記少なくとも１つの中継装置を介して前記宛先モバイル装置まで中継するステップと、
   中継伝送のスケジューリングにしたがって、所与の宛先モバイル装置および少なくとも１つの中継装置への電力割当を動的に最適化するステップと、
   を含む方法。
2. 前記方式において協調するモバイル装置群に適用される少なくとも１つの公平性基準に基づいて前記方式におけるダウンリンクスループットを最適化するスケジューリングアルゴリズムに従って、前記データの少なくとも一部の前記少なくとも１つの中継装置への中継伝送をスケジューリングするステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記スケジューリングするステップが、前記方式において協調する前記モバイル装置群の間で遅延の点で絶対公平性を実現するラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムに従ってスケジューリングすることを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記スケジューリングするステップが、公平性の制約の無い基準を含む少なくとも１つの公平性基準に基づいて前記方式におけるスループットを最適化する最適スケジューリングアルゴリズムに従って、前記少なくとも１つの中継装置への中継伝送をスケジューリングすることを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記データの伝送にユーザ協調型通信プロトコルを利用して、前記スケジューリングするステップおよび中継するステップにしたがって前記基地局から前記宛先モバイル装置までのダウンリンクスループットを最適化するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記最適化するステップが、増幅転送（ＡＦ）プロトコルを利用して、前記中継するステップおよびスケジューリングするステップにしたがって前記基地局から前記宛先モバイル装置までのダウンリンクスループットを最適化することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記最適化するステップが、復号転送（ＤＦ）プロトコルを利用して、前記中継するステップおよびスケジューリングするステップにしたがって前記基地局から前記宛先モバイル装置までのダウンリンクスループットを最適化することを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記基地局において送信機用チャネル状態情報（ＣＳＩＴ）を推定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. ユーザ協調を含む無線通信ネットワークにおける通信システムであって、
   データを目標ユーザ装置まで中継するための中継装置群と、
   前記中継装置群と前記目標ユーザ装置とにデータを送信するための基地局と、
   を備え、
   前記基地局および前記中継装置群は、規定された補足的ダウンリンクタイムスロットで中継するダウンリンク支援型中継（ＤＡＲ）または規定された補足的アップリンクタイムスロットで中継するアップリンク支援型中継（ＵＡＲ）のどちらか一方に基づいて中継を実行し、前記基地局は、所与の目標ユーザ装置および中継装置群に対し、中継スケジューリングにしたがってデータ伝送のための最適電力を動的に割り当てる、通信システム。
10. 前記目標ユーザ装置までデータを中継するための前記中継装置群が、増幅転送（ＡＦ）協調プロトコルまたは復号転送（ＤＦ）協調プロトコルから選択されたユーザ協調型プロトコルに従って中継する、請求項９に記載の通信システム。
11. 前記ユーザ協調型プロトコルが前記ＡＦ協調プロトコルである、請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記ユーザ協調型プロトコルが前記ＤＦ協調プロトコルである、請求項１０に記載の通信システム。
13. 前記基地局および前記中継装置群が、目標ユーザ装置に公平性の制約を一切課すことなく最大システムスループットを実現する最大スループットスケジューリングアルゴリズムに従って、または目標ユーザ装置間で遅延の点で絶対公平性を実現するラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムに従って中継する、請求項９に記載の通信システム。
14. 前記基地局が、前記ラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムに従って中継伝送をスケジューリングする、請求項１３に記載の通信システム。
15. 前記基地局が、前記最大スループットスケジューリングアルゴリズムに従って中継伝送をスケジューリングする、請求項１３に記載の通信システム。
16. 無線通信ネットワークにおいてユーザ協調を含む、基地局から宛先モバイル装置までデータを伝送するための方法であって、
    時分割複信（ＴＤＤ）方式において前記データの少なくとも一部を少なくとも１つの中継装置を介して前記宛先モバイル装置まで、前記方式の規定された補足的アップリンクタイムスロットで中継動作を実行するアップリンク支援型中継（ＵＡＲ）または前記方式の規定された補足的ダウンリンクタイムスロットで中継動作を実行するダウンリンク支援型中継（ＤＡＲ）を含む形で中継するステップと、
    前記中継するステップに基づいて前記基地局から前記宛先モバイル装置までのダウンリンクスループットを最適化するステップと、
    中継伝送のスケジューリングにしたがって、所与の宛先モバイル装置および少なくとも１つの中継装置への電力割当を動的に最適化するステップと、
    を含む、方法。
17. 前記方式において協調するモバイル装置群に適用される均等な公平性に基づいてスループットを最適化するスケジューリングアルゴリズムに従って、前記少なくとも１つの中継装置への中継伝送をスケジューリングするステップを更に含み、該スケジューリングするステップは、前記データの伝送にユーザ協調型通信プロトコルを利用してスケジューリングすることを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記スケジューリングするステップが、前記方式において協調する前記モバイル装置群の間で遅延の点で絶対公平性を実現するラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムに従ってスケジューリングすることを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記スケジューリングするステップが、前記モバイル装置群の全ての装置に対する無公平性制約に基づいて前記方式におけるスループットを最適化する最適スケジューリングアルゴリズムに従って、前記少なくとも１つの中継装置への中継伝送をスケジューリングすることを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記最適化するステップが、増幅転送（ＡＦ）プロトコルを利用して、前記中継するステップおよびスケジューリングするステップに基づいて、前記基地局から前記宛先モバイル装置までのダウンリンクスループットを最適化することを含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記最適化するステップが、復号転送（ＤＦ）プロトコルを利用して、前記中継するステップおよびスケジューリングするステップに基づいて前記基地局から前記宛先モバイル装置までのダウンリンクスループットを最適化することを含む、請求項１７に記載の方法。
22. 前記ダウンリンクスループットを最適化するステップが、前記送信機用チャネル状態情報（ＣＳＩＴ）を推定することを含む、請求項１６に記載の方法。

Images