(57)【要約】【課題】情報喪失を防ぐ無線中継システムを得ること。【解決手段】無線機１−１，１−２間の通信を中継するリレー局２を備え、ネットワーク符号化を採用する無線中継システムであって、リレー局２は、無線機１−１，１−２からの受信信号に基づいて無線機ごとに受信電力を求め、受信電力の差が所定の範囲内となるよう電力を調整するための調整量を求め、調整量を示す調整情報を無線機１−１，１−２に送信し、無線機１−１，１−２は、調整情報に基づいて送信電力を調整する。【選択図】        図１
2010109914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線機間の通信を中継する無線中継装置を備え、ネットワーク符号化を採用する無線中継システムであって、
前記無線中継装置は、前記無線機からの受信信号に基づいて無線機ごとに受信電力を求め、前記受信電力の差が所定の範囲内となるよう電力を調整するための調整量を求め、前記調整量を示す調整情報を前記無線機に送信し、
前記無線機は、前記調整情報に基づいて送信電力を調整することを特徴とする無線中継システム。
【請求項２】
前記無線中継装置は、前記無線機ごとに、所定の基準値と受信電力との差に基づいて前記調整量を求めることを特徴とする請求項１に記載の無線中継システム。
【請求項３】
前記無線中継装置は、前記受信電力の差に基づいて、中継対象の一方の無線機が上昇させる電力量である第１の調整電力量と、他方の無線機が下降させる電力量である第２の調整電力量と、が等しくなるように、第１の調整電力量および第２の調整電力量を求め、前記調整量を前記第１の調整電力量または前記第２の調整電力量とし、また、前記調整情報に、送信電力を上昇させる前記一方の無線機を判別するための無線機指定情報を含ませ、
前記無線機は、前記指定情報において、送信電力を上昇させる無線機として自機が指定されている場合には、前記調整量の分だけ送信電力を上昇させ、また、送信電力を上昇させる無線機として自機が指定されていない場合には、前記調整量の分だけ送信電力を下降させることを特徴とする請求項１に記載の無線中継システム。
【請求項４】
前記受信電力を前記無線機から送信されるパイロット信号を用いて求めることを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線中継システム。
【請求項５】
前記無線機が、前記無線中継装置からの受信信号の受信電力である無線機側受信電力を求め、前記無線機側受信電力を前記無線中継装置に通知し、
前記無線中継装置は、前記無線機側受信電力に基づいて前記無線機ごとの受信電力を求めることを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線中継システム。
【請求項６】
前記無線機側受信電力を前記無線中継装置から送信されるパイロット信号を用いて求めることを特徴とする請求項５に記載の無線中継システム。
【請求項７】
上り方向通信における前記受信信号の送信元の無線機を上り送信局とし、その信号を受信し無線機を上り受信局とするとき、
下り方向通信においては、前記無線中継装置は、前記上り受信局から受信した信号を、前記上り送信局に送信することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の無線中継システム。
【請求項８】
上り方向通信における前記受信信号の送信元の無線機を上り送信局とし、その信号を受信した無線機を上り受信局とするとき、
下り方向通信においては、前記無線中継装置は、前記上り受信局から受信した信号を、前記上り送信局以外の無線機に送信することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の無線中継システム。
【請求項９】
同一グループ内の無線機間の距離が所定の範囲となるよう無線機を複数のグループに分類し、前記無線中継装置が中継対象とする無線機を、同一グループに属する無線機とすることを特徴とする請求項８に記載の無線中継システム。
【請求項１０】
前記無線中継装置を複数備えることとし、
前記無線機が、無線中継装置を経由する経路の伝搬路状態に基づいて無線中継装置ごとにその無線中継装置のウエイト乗算に用いる重み係数を決定し、前記重み係数を送信し、
前記無線中継装置は、自装置に対応する前記重み係数を前記受信信号に乗算し、乗算後の信号を送信することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の無線中継システム。
【請求項１１】
基地局と、複数の端末と、前記基地局と端末との間の通信を中継する無線中継装置で構成され、ネットワーク符号化を採用する無線中継システムであって、
前記基地局は、前記端末を同一グループ内の端末間の距離が所定の範囲となるよう複数のグループに分類し、前記無線中継装置が中継対象とする端末を同一グループに属する端末のなかから選択し、前記選択した端末を識別する情報である選択端末情報を送信し、
前記選択情報に基づいて自端末が前記基地局によって選択された端末であると認識した端末が、前記無線中継装置を経由した通信を行うことを特徴とする無線中継システム。
【請求項１２】
前記選択端末情報に、選択した端末の属するグループの識別子と、選択した端末のグループ内の識別子を含ませることを特徴とする請求項１１に記載の無線中継システム。
【請求項１３】
前記無線中継装置を複数備えることとし、
前記基地局または前記端末が、無線中継装置を経由する経路の伝搬路状態に基づいて無線中継装置ごとにその無線中継装置のウエイト乗算に用いる重み係数を決定し、前記重み係数を送信し、
前記無線中継装置は、自装置に対応する前記重み係数を受信信号に乗算し、乗算後の信号を送信することを特徴とする請求項１１または１２に記載の無線中継システム。
【請求項１４】
無線機間の通信を中継する複数の無線中継装置を備え、ネットワーク符号化を採用する無線中継システムであって、
前記無線中継装置は、所定の重み係数を受信信号に乗算して送信し、
前記無線機が、中継経路の伝搬路状態に基づいて無線中継装置ごとに前記重み係数を決定し、前記重み係数を各無線中継装置に通知することを特徴とする無線中継システム。
【請求項１５】
片方向の通信の前記伝搬路状態に基づいて前記重み係数を決定することを特徴とする請求項１０、１３または１４に記載の無線中継システム。
【請求項１６】
無線機間の通信を中継する無線中継装置を備えかつネットワーク符号化を採用する無線中継システム、における前記無線中継装置であって、
前記無線機からの受信信号に基づいて無線機ごとの受信電力を求め、前記受信電力の差が所定の範囲内となるよう電力を調整するための調整量を求め、前記調整量を示す調整情報を前記無線機に送信することを特徴とする無線中継装置。
【請求項１７】
無線機間の通信を中継する複数の無線中継装置を備えかつネットワーク符号化を採用する無線中継システム、における前記無線中継装置であって、
受信信号に対して、前記無線機が測定した各無線中継装置を経由する経路の伝搬路状態に基づいて決定した重み係数、を乗算し、乗算後の信号を送信することを特徴とする無線中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線リレー伝送を行う無線中継システムおよび無線中継装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高速無線通信方式では、伝送速度の高速化に伴い大きな送信電力が必要とされる。しかし、実際には送信機の送信電力には限界があり、限られた送信電力のもとでカバーエリアを確保できる技術が求められている。このような要求に対し、その解決策として近年リレー伝送が注目されている。
【０００３】
リレー伝送では、送信機からの信号をリレー装置が増幅して受信機に送信する。リレー伝送を行うと、送信機が受信機へ直接信号伝送する場合に比べ、送信機での送信電力を小さく抑えることができる。そのため、送信機の送信電力に制約のある環境でカバレッジ問題を解決できる技術として期待されている。
【０００４】
このようなリレー伝送技術の１つとして、たとえば、下記非特許文献１に記載のネットワーク符号技術が存在する。ネットワーク符号技術では、２つの無線機Ａ，Ｂがリレー局に向けて同時にそれぞれ信号ａ（ｐ），ｂ（ｐ）を送信する。ここで、ｐは、ｐ番目のシンボルを示す。このとき、無線機Ａ，Ｂからリレー局が受信する受信信号ｘR（ｐ）は、ａ（ｐ）に対して無線機Ａの送信電力レベルの平方根と無線機Ａからリレー局Ｒへの経路の伝搬路係数とを乗じた成分と、ｂ（ｐ）に対して無線機Ｂの送信電力レベルの平方根と無線機Ａからリレー局Ｒの経路の伝搬路係数とを乗じた成分と、雑音成分と、を加算した信号となる。
【０００５】
リレー局は、この受信信号を増幅後に、次の時間スロットで送信し、無線機Ａ，Ｂは、リレー局から送信された信号をそれぞれ受信する。このとき、無線機Ａ，Ｂが受信する信号は、ｘR（ｐ）に対して、増幅利得の平方根とそれぞれ無線機Ａ，Ｂからリレー局への経路の伝搬路係数とを乗じ、雑音成分を加算した信号となる。すなわち、無線機Ａ，Ｂが受信する信号は、ａ（ｐ），ｂ（ｐ）にそれぞれの伝搬路に対応する伝搬係数（増幅利得等を含む）を乗じた項と雑音に関する項を含む。
【０００６】
無線機Ａは、自身が送信したａ（ｐ）を認識している。また、信号ａ（ｐ）に含まれるパイロット信号を用いて、リレー局から受信した信号のａ（ｐ）の係数（伝搬係数）を推定することができる。したがって、無線機Ａは、受信した信号から推定した係数にａ（ｐ）を乗じた結果をリレー局から減ずることにより、ｂ（ｐ）の項に基づいて無線機Ｂから送信されたｂ（ｐ）を得ることができる。
【０００７】
同様に無線機Ｂは、無線機Ａから送信されたａ（ｐ）を得ることができる。このように、無線機Ａ，Ｂからリレー局への信号伝送とリレー局から無線機Ａ，Ｂへの信号伝送との２つの時間スロットを用いて、無線機Ａから無線機Ｂへの通信と無線機Ｂから無線機Ａへの通信を同時に行うことができる。
【０００８】
【非特許文献１】P.  Popovski  and  H.  Yomo，“Bi-directional  Amplification  of  Throughput  in  a  Wireless  Multi-Hop  Network”，IEEE  Proc.  of  VTC  2006-Spring.  vol.  2，pp.588-593
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術によれば、無線機Ａ，Ｂからの信号をリレー局で受信した際、無線機Ａから送信された信号ａ（ｐ）と無線機Ｂから送信されたｂ（ｐ）は加算された１つの受信信号としてＡ／Ｄ（Analog  to  Digital）変換などの処理が行われる。そのため、ａ（ｐ）とｂ（ｐ）で送信電力が大きく異なる場合には、リレー局が、受信信号をＡ／Ｄ変換を施し一旦デジタル領域に格納する際に、一部の信号が量子化誤差に埋もれ、信号ａ（ｐ），ｂ（ｐ）の有する情報を喪失してしまう、という問題がある。
【００１０】
また、上記従来の技術では、２つの無線機間の双方向通信を行うことができる。しかし、実環境では順方向の通信の送信局と逆方向の通信の受信局が一致しない環境も多い。そのため、さまざまな実環境に対応するには、順方向の通信の送信局と逆方向の通信の受信局が一致しない環境に対応することが課題となる。
【００１１】
さらに、従来技術では１つのリレー局を想定している。しかし、将来的には複数のリレー局が存在する環境も多く想定され、複数リレー局の存在下で効率的にネットワーク符号を適用して双方向通信を行える構成が重要となる。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、情報喪失を防ぎ、また、順方向の通信の送信局と逆方向の通信の受信局が一致しない場合および複数リレー局を備える場合に対応することができる無線中継システムおよび無線中継装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、無線機間の通信を中継する無線中継装置を備え、ネットワーク符号化を採用する無線中継システムであって、前記無線中継装置は、前記無線機からの受信信号に基づいて無線機ごとに受信電力を求め、前記受信電力の差が所定の範囲内となるよう電力を調整するための調整量を求め、前記調整量を示す調整情報を前記無線機に送信し、前記無線機は、前記調整情報に基づいて送信電力を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、本実施の形態では、リレー局が、第１の無線機から受信する信号と第２の無線機から受信する信号から受信する信号の受信電力を同レベルにするように第１の無線機および第２の無線機の送信電力を制御するようにしたので、情報喪失を防ぐことができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる無線中継システムおよび無線中継装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線中継システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の無線中継システムは、無線機１−１，１−２と、リレー局２と、で構成される。また、図中の制御信号３は、リレー局から無線機１−１，１−２に送信される制御信号を示している。
【００１７】
本実施の形態では、ネットワーク符号を用いて双方向リレー伝送を行うこととする。ここで、無線機１−１を無線機Ａとし、無線機１−２を無線機Ｂとして、ネットワーク符号を用いた伝送の例について式を用いて説明する。無線機Ａ，Ｂから送信される送信信号をそれぞれａ（ｐ），ｂ（ｐ）（ｐは、シンボル番号を示す）とするとき、リレー局２が無線機Ａ，Ｂから受信する受信信号は以下の式（１）で表すことができる。なお、ｈARは無線機Ａからリレー局Ｒへの経路の伝搬路係数、ｈBRは無線機Ｂからリレー局２への経路の伝搬路係数、ＰA，ＰBはそれぞれ無線機Ａ，Ｂの送信電力、ｚR（ｐ）はリレー局２での雑音成分を表す。
【００１８】
【数１】
2010109914.tif 000003
【００１９】
リレー局２は、受信信号を増幅利得Ｇに従って増幅して、ｚR（ｐ）を受信したスロットの次の時間スロットで送信する。このとき、無線機Ａ，Ｂがリレー局２から受信する信号ｘA（ｐ），ｘB（ｐ）は、以下の式（２）で示すことができる。なお、ｈRAはリレー局２から無線機Ａへの経路の伝搬路系数とし、ｈRBはリレー局２から無線機Ｂへの経路の伝搬路系数とし、ｚA（ｐ），ｚB（ｐ）は、それぞれ無線機Ａ，Ｂでの雑音成分を表すこととする。
【００２０】
【数２】
2010109914.tif 000004
【００２１】
ここで、無線機Ａは自身の送信信号ａ（ｐ）を認識している。また、ａ（ｐ）に含まれるパイロット信号を用いると以下の式（３）で表す伝搬係数Ｃを求めることができる。
【００２２】
【数３】
2010109914.tif 000005
【００２３】
したがって、無線機Ａでは、以下の式（４）に示すｘ（ハット）を算出することができ、ｘ（ハット）に基づいて無線機Ｂからの送信信号ｂ（ｐ）を得ることができる。同様に無線機Ｂは、無線機Ａからの送信信号ａ（ｐ）を得ることができる。
【００２４】
【数４】
2010109914.tif 000006
【００２５】
一方、リレー局２では、ｚR（ｐ）を受信後に一旦蓄積して、次のスロットで送信するために、アナログ信号であるｚR（ｐ）をデジタル信号に変換する。すなわち、リレー局２で受信されたアナログ信号はＡ／Ｄ変換によって、デジタル信号に変換されて蓄積される。
【００２６】
この際、Ａ／Ｄ変換では量子化ビット数に応じて受信振幅を離散化し、ビット情報として蓄積する。たとえば、８ビットＡ／Ｄ変換であれば、アナログ振幅は２8（＝２５６）レベルに離散化される。したがって、リレー局２が受信したアナログ領域の信号が、無線機Ａから送信された信号と無線機Ｂから送信された信号とで、受信電力が大きく異なる場合には、振幅の大きな方に基づいて離散化されることになるため、一方の受信信号電力が量子化誤差に埋もれ、信号に含まれる変調情報を喪失することになる。
【００２７】
たとえば、８ビットＡＤ変換では振幅を２8レベルに離散化するため、信号ａ（ｐ）の振幅レベルが信号ｂ（ｐ）の１／２５６以下である場合、信号ｂ（ｐ）の最大振幅を基準として量子化すると、信号ａ（ｐ）の変調は量子化単位以下となり情報を喪失してしまう。また、信号ａ（ｐ）の振幅レベルが信号ｂ（ｐ）の１／２５６以上であっても、２つの信号の大きく振幅が異なる場合には、振幅の小さい方の信号は量子化誤差の影響を大きく受ける。その結果、リレー局２が一旦デジタル領域で格納した受信信号を再び増幅して送信しても、無線機Ａ，Ｂでは所望信号ｂ（ｐ），ａ（ｐ）を円滑に正しく抽出できない問題が生じる。
【００２８】
このような問題を解消するために、本実施の形態ではリレー局２が受信する無線機Ａからの送信信号と無線機Ｂからの送信信号Ｂとの受信電力が同一または一定比以内となるように無線機Ａ，Ｂの送信電力ＰA，ＰBを制御する。このような送信電力制御を行うことにより、リレー局２が、受信信号にＡ／Ｄ変換を行った後も、信号ａ（ｐ），ｂ（ｐ）に含まれる変調情報を喪失することがなく、変調情報を維持してリレー伝送を行うことができる。
【００２９】
このような送信電力制御方法、すなわち、リレー局２が送信信号ａ（ｐ），ｂ（ｐ）を受信する際の受信電力が、同一または一定比以内となるように無線機Ａ，Ｂの送信電力を制御する方法としては、さまざまな方法がある。
【００３０】
その一例として、リレー局２での受信電力が所要電力Ｐreqとなるようにリレー局２が無線機Ａ，Ｂにそれぞれ送信電力上昇または下降を指示する制御信号３を送信する方法がある。この場合、リレー局２は無線機Ａからの受信電力を測定し、その受信電力がＰreqより所定の値α以上小さければ、無線機Ａに送信電力上昇を指示し、受信電力がＰreqより所定の値β以上大きければ、無線機Ａに送信電力下降を指示する。リレー局２が、この動作を無線機Ａ，Ｂに対して個別に行うことでリレー局２での２つの信号の受信電力レベルをほぼ同じ（Ｐreq−α以上かつＰreq−β以下）とすることができる。
【００３１】
なお、リレー局２が行う無線機Ａ（またはＢ）からの信号の受信電力測定は、パイロット信号（既知信号）を用いて容易に実施することができる。たとえば、無線機Ａ，Ｂが異なる直交パターンの既知信号を同時に送信すれば、リレー局２は個々の既知パターンと受信信号の相関を取ることにより、直交する他の既知信号からの干渉を受けることなく一つの無線機の伝搬路のみを測定できる。この測定方法を用いれば、無線機Ａと無線機Ｂからの信号の受信電力を同時に測定することも可能である。
【００３２】
また、上記の送信電力制御方法と異なる一例として、リレー局２がパイロット信号を送信し、無線機Ａ，Ｂがそのパイロット信号を受信して伝搬損失量を測定し、無線機Ａ，Ｂがその伝搬損失を補償できる送信電力を設定して信号送信する方法がある。
【００３３】
さらに、送信電力制御方法の具体的を図２および図３を用いて説明する。図２は、リレー局２での受信電力制御方法の一例を示す図である。図２に示すように、送信電力制御実施前には、リレー局２が無線機Ａから受信する信号と無線機Ｂから受信する信号から受信する信号との受信電力差がΔｄＢであるとする。このとき、両者の受信電力差を低減するために、リレー局２は無線機Ａの送信電力をΔ／２ｄＢ低下させ、無線機Ｂの送信電力をΔ／２ｄＢ上昇させるように送信電力制御を行う。
【００３４】
具体的には、リレー局２はまず無線機Ａから受信する信号と無線機Ｂから受信する信号から受信する信号の受信電力を測定する。受信電力の測定は無線機Ａから受信する信号と無線機Ｂから受信する信号から受信する信号にそれぞれ含まれるパイロット信号を用いて行う。次に、リレー局２は、制御信号３を無線機Ａ，Ｂに向けて送信する。図３は、リレー局２が無線機Ａ，Ｂへ送信する制御信号３の構成例を示す図である。制御信号３は、電力の上昇または下降の指示を識別するための電力上昇ビットと、変化させるべき電力量を示す電力変化量と、を含む。ここでは、電力変化量をＤとするとき、電力上昇ビットは、以下の指示を示すこととする。
電力上昇ビット＝０：無線機Ａが送信電力ＤｄＢ上昇、無線機Ｂが送信電力ＤｄＢ下降
電力上昇ビット＝１：無線機Ａが送信電力ＤｄＢ下降、無線機Ｂが送信電力ＤｄＢ上昇
【００３５】
無線機Ａ，Ｂはこの制御信号３を受信すると、電力上昇ビットの値と電力変化量Ｄに基づいて送信電力を変更する。この際、図２で示したように測定結果に基づく受信電力差がΔｄＢであった場合、Ｄ＝Δ／２ｄＢと設定すると、１つの制御信号で無線機Ａ，Ｂが同時に送信電力を変更し、リレー局２での、無線機Ａから受信する信号と無線機Ｂから受信する信号から受信する信号の受信電力を同レベルとできる。
【００３６】
このように１つの制御信号により２つの無線機を同時に送信電力制御することにより、高効率な送信電力制御が可能となる。従来の送信電力制御では無線機ごとに個別の制御信号が必要とされたが、本手法では複数の無線機が共通の制御信号を用いて送信電力を変更することにより、必要な制御信号の数を従来技術より低減することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態では、リレー局２が受信する無線機Ａから受信する信号と無線機Ｂから受信する信号から受信する信号の受信電力を同レベルにするように無線機Ａおよび無線機Ｂの送信電力を制御するようにした。このため、リレー局２が受信信号に対してＡＤ変換を行っても変調情報を喪失することがない。このように、リレー局２を中心とする送信電力制御を導入することによって、信号の情報喪失を回避できる新たな効果を得ることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかる無線中継システムの実施の形態２の構成例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態の無線中継システムは、無線機１−１〜１−３と、リレー局２と、で構成される。
【００３９】
実施の形態１では、ネットワーク符号を適用するリレー伝送方法を採用する場合に、完全な双方向通信を行う例について説明した。本実施の形態では、実施の形態１と同様にネットワーク符号を適用するリレー伝送を行うが、完全な双方向ではない通信を行う場合について説明する。
【００４０】
以下、無線機１−１を無線機Ａとし、無線機１−２を無線機Ｂとし、無線機１−３を無線機Ｃとして説明する。実環境では、図４に示すように無線機Ａが無線機Ｂへ信号を送信し、無線機Ｂは、無線機Ａとは異なる無線機Ｃへ信号を送信する状態が発生する。参考文献「S.  Katti，D.  Katabi，W.  Hu，H.  Rahul，and  M.l  Medard.，“The  importance  of  being  opportunistic：Practical  network  coding  for  wireless  environments，”In  Proc.  of  43rd  Allerton  Conference  on  Communication，Control，and  Computing，2005.」では、このような環境をサポートするため、論理的ＯＲを用いるネットワーク符号を用いる構成を示している。この参考文献が用いるネットワーク符号は本実施の形態で採用するネットワーク符号（受信信号をそのまま増幅する方法）とは種類が異なるが、その構成は本実施の形態が扱うネットワーク符号にも拡張できる。
【００４１】
図４は、上記の参考文献の構成を本実施の形態のネットワーク符号の方式に拡張した場合の構成例を示している。この構成では、従来と同じく無線機Ａ，Ｂが、それぞれが信号ａ（ｐ），ｂ（ｐ）をリレー局２に向けて同時に送信する。この際、無線機Ａの近傍に位置する無線機Ｃは無線機Ａからの信号ａ（ｐ）を受信して検出する。つぎに、リレー局２は無線機Ａ，Ｂからの信号を受信すると、従来技術と同じく実施の形態１の式（１）で示した受信信号ｘR（ｐ）を増幅して送信する。
【００４２】
そして、無線機Ｃは、リレー局２がｘR（ｐ）を増幅して送信した信号を受信する。このとき、無線機Ｃは、信号ａ（ｐ）を把握していることとすると、受信信号に含まれるａ（ｐ）のパイロット信号を用いて信号ａ（ｐ）の伝搬係数を測定できる。従って、無線機Ｃは、実施の形態１の無線機Ａと同様に、受信信号から信号ａ（ｐ）の項を差し引くことで、無線機Ａに代わって信号ｂ（ｐ）を検出できる。一方、無線機Ｂは、実施の形態１と同様に、無線機Ａから送信された信号ａ（ｐ）を得ることができる。このようにして、無線機Ａから無線機Ｂへの信号ａ（ｐ）の伝送と、無線機Ｂから無線機Ｃへの信号ｂ（ｐ）の伝送を同時に行える。
【００４３】
上述のような伝送を可能にするには、無線機Ｃが無線機Ａから送信された信号を検出できる程度に無線機Ａに近いことが重要な条件となる。移動通信等に見られる実際の無線通信システムでは、基地局の周辺に多くの端末が存在する場合が多い。このような無線通信システムにおいて、無線機Ｂを基地局とし、無線機Ａ，Ｃとして２つの端末を適切に選定する（近い位置関係にある）と、上述のネットワーク符号を用いて上下リンク通信を行うことができる。
【００４４】
図５は、本実施の形態の無線中継方法を適用した無線通信システムの構成例を示す図である。図５に示すように、この無線通信システムは、基地局４と、端末５−１〜５−１２と、で構成される。実環境では、多くの端末が広いエリアに分散的に存在する。そこで、本実施の形態では、図５に示すように多くの端末を互いに位置関係の近い複数のグループに分類する（グループ化する）。グループ６−１〜６−３は、端末５−１〜５−１２の属するグループを示しており、図５では、端末５−１〜５−４がグループ６−１に属し、端末５−５〜５−８がグループ６−２に属し、端末５−９〜５−１２がグループ６−３に属することとする。また、グループ６−１〜６−３のグループの識別子であるグループＩＤをそれぞれ＃１，＃２，＃３とする。制御信号７は、基地局４が無線リソースを制御するための制御信号である。
【００４５】
このグループ化は、たとえば、以下のような処理で実施する。まず、端末間で相互にパイロット信号を用いた伝搬路測定を行い、各端末は伝送路測定結果に基づいて位置的に近い周辺端末を把握する。この周辺状態の把握は、たとえば、各端末が異なる時間で自身の端末ＩＤ（識別子）番号とパイロット信号を送信し、周辺の端末がそのパイロット信号を用いて伝搬測定を行い、測定結果に対応する送信端末ＩＤを認識する操作を繰り返す。そして、各端末は伝搬状態の良い周辺端末を位置的に近い周辺端末として把握し、周辺端末情報として把握した端末の端末ＩＤ番号を保持する。
【００４６】
さらに、各端末は、周辺端末情報を基地局４へ通知する。基地局４は、各端末から通知された周辺端末情報を用いて端末５−１〜５−１２を、複数グループに分類する。このように端末を複数グループに分けることにより、基地局４はネットワーク符号を用いて信号を送受信する端末の組み合わせを容易に把握でき、無線リソース制御を円滑に行える。たとえば、基地局４は、グループ６−１に属する端末５−１〜５−４のいずれかに上りリンクの信号送信許可を与える場合には、同じグループ６−１に属する他の端末に下りリンクでの信号送信を行う。このように端末５−１〜５−１２を複数グループに分類して、同じグループに属する端末にそれぞれ上りリンク送信と下りリンク送信の許可を与えることにより、円滑な無線リソース制御が可能となる。
【００４７】
また、基地局４は、上記のように信号送信を行う送信端末および信号受信を行う受信端末を選定し、その選定結果を制御信号７によって端末５−１〜５−１２に通知する。この通知は、全端末に対して行ってもよいし、選定された端末だけに行ってもよい。端末５−１〜５−１２は、この制御信号７を受信し、制御信号７で指定された端末は、制御信号７の指示に基づいて信号の送信または受信を行う。
【００４８】
図６は、本実施の形態の制御信号フォーマットの一例を示す図である。図６に示すように、本実施の形態の制御信号は、無線リソースを用いてリレー伝送を行う端末グループのＩＤを示すグループＩＤと、上りリンクで信号送信を行う端末を特定するためのグループ内のサブＩＤと、下りリンクで信号受信を行う端末を特定するためのサブＩＤと、を含む。サブＩＤは、グループ内で端末を識別するためのＩＤであり、同一グループ内では、サブＩＤは端末と１対１に対応するようにＩＤが割り当てられているとする。
【００４９】
仮に、グループのＩＤを用いることなく、上りリンクでの送信端末と下りリンクでの送信端末を個別に指定すると、他のグループを含めた全端末の中から１つの端末を上下リンクそれぞれに対して指定する必要がある。その結果、端末を特定するためのビット数が、グループＩＤを用いる場合より増加する。これに対して、本実施の形態では、上りリンクで信号送信する端末と下りリンクで信号受信する端末が同じ端末グループに属することを利用して、制御信号内で端末グループＩＤを指定することにより端末を特定するために必要となる情報ビット数を低減している。
【００５０】
なお、実施の形態１で述べた無線中継システムにおいて、本実施の形態のグループ化の処理を行うようにしてもよい。この場合、たとえば、完全な双方向通信では、実施の形態１で述べた方法で通信を行い、双方向通信でない場合に、本実施の形態の動作を行う際に、同時にデータを送信する無線機Ａ，Ｂからの受信電力が同程度となるように実施の形態１と同様に制御すればよい。
【００５１】
このように、本実施の形態では、基地局４が、端末を近い位置関係に存在する端末ごとにグループ化し、送受信を行う端末を同一グループ内から選定するようにした。このため、円滑な無線リソース制御が可能となる。さらに、基地局４は、制御信号７を用いて選定した端末をグループ内の端末ＩＤであるサブＩＤにより指定するようにした。このため、無線リソース制御負荷を低減することができる。
【００５２】
実施の形態３．
図７は、本発明にかかる無線中継システムの実施の形態３の構成例を示す図である。図７に示すように、本実施の形態の無線中継システムは、無線機１−１，１−２と、リレー局２ａ−１，２ａ−２と、で構成される。信号伝送路８は、本システム内で送受信される信号の伝送路を示している。制御信号９は、本実施の形態で無線機１−１がリレー局２ａ−１，２ａ−２に送信する制御信号を示す。本実施の形態の無線機１−１，１−２は、実施の形態１の無線機１−１，１−２とそれぞれ同様である。本実施の形態では、リレー局が複数存在する場合について説明する。
【００５３】
図８は、本実施の形態の信号伝送例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１と同様にネットワーク符号を適用することとする。また、実施の形態１と同様、以下の説明では、無線機１−１を無線機Ａとし、無線機１−２を無線機Ｂとして説明する。
【００５４】
無線機Ａ，Ｂは、実施の形態１と同様にそれぞれ信号ａ（ｐ），ｂ（ｐ）を同時に送信する。リレー局２ａ−１，２ａ−２がそれぞれ受信する受信信号ｘR1（ｐ），ｘR2（ｐ）は、実施の形態１と同様の変数を用い、また、ｈARi（ｉ＝１，２）を無線機Ａからリレー局２ａ−ｉへの経路の伝搬路係数とし、ｈBRiを無線機Ｂからリレー局２ａ−ｉへの経路の伝搬路係数とし、ｚRi（ｐ）をリレー局２ａ−ｉでの雑音成分とすると、以下の式（５）で表すことができる。
【００５５】
【数５】
2010109914.tif 000007
【００５６】
つぎに、リレー局２ａ−ｉは、受信信号ｘRi（ｐ）に所定のウエイトｗiを乗じて、ｘRi（ｐ）を受信したスロットの次の時間スロットで送信する。このとき、無線機Ａ，Ｂがそれぞれリレー局２ａ−１およびリレー局２ａ−２から受信する信号ｘA（ｐ），ｘB（ｐ）は、以下の式（６）で表すことができる。なお、ｈRiAはリレー局２ａ−ｉから無線機Ａへの経路の伝搬路係数、ｈRiBはリレー局２ａ−ｉから無線機Ｂへの経路の伝搬路係数、ｚA（ｐ），ｚB（ｐ）は、それぞれ無線機Ａ，Ｂでの雑音成分を表す。また、ウエイトは増幅器での増幅率を含んだパラメータである。
【００５７】
【数６】
2010109914.tif 000008
【００５８】
図９は、本実施の形態のリレー局２ａ−１の機能構成例を示す図である。図９に示すように、本実施の形態のリレー局２ａ−１は、アンテナ１１と、ＬＮＡ（Low  Noise  Amplifier）１２と、第１のＤＣ（Down  Converter）１３と、Ａ／Ｄ（Analog  to  Digital変換器）１４と、第２のＤＣ１５と、信号受信部１６と、信号変換部１７と、信号送信部１８と、第２のＵＣ（Up  Converter）１９と、Ｄ／Ａ（Digital  to  Analog変換器）２０と、第１のＵＣ２１と、ＨＰＡ（High  Power  Amplifier）２２と、局所発振器２３と、周波数推定部２４と、で構成される。また、アナログ領域３１は受信信号がアナログ信号として処理される領域を示し、デジタル領域３２はデジタル信号として処理される領域を示す。リレー局２ａ−２もリレー局２ａ−１と同様の構成である。
【００５９】
リレー局２ａ−ｉは、アンテナ１１およびＬＮＡ１２経由で無線機Ａ，Ｂから同時に受信した受信信号を第１のＤＣ１３が一旦中間周波数にダウンコンバートして、Ａ／Ｄ１４が、中間周波数のアナログ信号をデジタル信号に変換し、第２のＤＣ１５がベースバンド信号に変換した後に、信号受信部１６がデジタル信号であるベースバンド信号を格納する。つぎに、信号変換部１７が、このベースバンド信号に対してウエイト乗算処理を行い、次の時間スロットで、ウエイト乗算処理後の信号を信号送信部１８が送信する。この信号は、第１のＵＣ２１と、ＨＰＡ（High  Power  Amplifier）２２経由で、無線周波数にアップコンバートされて増幅された後に、アンテナ１１から送信される。このような構成により、リレー局２ａ−１，２は、ウエイト乗算を実施する。
【００６０】
ここで、無線機Ａは自身の送信信号ａ（ｐ）を認識しており、受信信号の中に含まれるパイロット信号を用いて伝搬路測定によりａ（ｐ）の係数である伝搬係数を推定する。これらの情報に基づいて受信信号から信号ａ（ｐ）の項を差し引くと無線機Ａは以下の式（７）で示す信号を得る。
【００６１】
【数７】
2010109914.tif 000009
【００６２】
同様に、無線機Ｂは、以下の式（８）で示す信号を得る。
【００６３】
【数８】
2010109914.tif 000010
【００６４】
ここで、リレー局２ａ−ｉが乗算処理を行うウエイトｗiは無線機Ａ，Ｂでの所望信号の受信電力が大きくなるよう設定されることが望ましい。そこで、本実施の形態では、無線機Ａがリレー局２ａ−１を通る経路の伝搬係数ｈBR1ｈR1Aとリレー局２ａ−１を通る経路の伝搬係数ｈBR2ｈR2Aを個別に測定する。この測定は、たとえば、無線機Ｂからのパイロット信号をリレー局２ａ−１，２ａ−２の一方のみが増幅して送信し、そのパイロット信号を無線機Ａで測定することにより、パイロット信号を増幅したリレー局を経由する経路の伝搬係数の測定が可能である。そして、一方の経路を測定した後、他方のリレー局の経路に対しても同様に測定を行うことで各リレー局を通る経路の伝搬係数を個別に測定できる。
【００６５】
無線機Ａは、個別に測定した伝搬係数ｈBR1ｈR1AとｈBR2ｈR2Aを用いて、｜ｈBR1ｗ1ｈR1A＋ｈBR2ｗ2ｈR2A｜の値が大きくなるようにウエイトｗ1，ｗ2を決定する。たとえば、以下の式（９）を満たすように、ウエイトを決定すると、｜ｈBR1ｗ1ｈR1A＋ｈBR2ｗ2ｈR2A｜の値を最大化できる。なお、*は複素共役を表す。
ｗ2／ｗ1＝（ｈBR2ｈR2A）*／（ｈBR1ｈR1A）*                    …（９）
【００６６】
無線機Ａは、このように、測定値に基づき、適切なウエイトｗ1，ｗ2を決定する。無線機Ａが決定したウエイトｗ1，ｗ2は制御信号９によりリレー局２ａ−１，２ａ−２に通知され、リレー局２ａ−１，２ａ−２は、制御信号９によって通知されたウエイトのうち、自局に対応するウエイトを用いてリレー伝送を行う。このようにリレー局２ａ−１，２ａ−２が乗算するウエイトを伝搬測定結果に基づいて適切に決定することで、無線機Ａが受信する所望信号ｂ（ｐ）を高い電力で受信することができる。
【００６７】
つぎに、無線機Ｂが受信する信号の受信電力について説明を行う。本実施の形態のリレー伝送では、無線機Ａ，Ｂは同じ周波数を用いて信号伝送を行う。通常、同じ周波数では信号の進行方向を逆方向としても伝搬係数は同じとなる。この原理は伝搬路可逆性として広く知られており、一般に以下の式（１０）が成り立つ。
ｈBRi＝ｈRiB，ｈARi＝ｈRiA      （ｉ＝１，２）                …（１０）
【００６８】
ｈBR1ｗ1ｈR1A＋ｈBR2ｗ2ｈR2A＝ｈAR1ｗ1ｈR1B＋ｈAR2ｗ2ｈR2B    …（１１）
【００６９】
以上の式（９），（１０），（１１）より、無線機Ａで信号ｂ（ｐ）の受信電力を最大化するウエイトは、無線機Ｂで信号ａ（ｐ）の受信電力を最大化するウエイトと一致する。この結果から、無線機Ａの受信電力が最大となるようにウエイト制御を行えば、無線機Ｂに対して特別なウエイト制御を行わなくても、無線機Ｂの所望信号の受信電力は最大化される。このように、ネットワーク符号を用いたリレー伝送では一方向の通信の送信ウエイトを最適化すれば、それが双方向の通信にとっての最適なウエイトとなる。この結果を用いると、両方向に対して個別に送信ウエイトを設定する必要がなく、１つのウエイト制御のみで双方向通信にとって最適なウエイト設定を行うことができる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、リレー局の数が２つの場合について説明したが、ｉ＝１〜Ｎ（Ｎ＞２）として、Ｎ個のリレー局について同様の処理を行い、ｗiを求めて、各リレー局が対応するウエイトを用いてウエイト乗算するようにすればよい。
【００７１】
このように、本実施の形態では、複数のリレー局が存在する場合に、無線機Ａが、無線機Ｂからの各リレー局を経由する伝搬係数ｈBR1ｈR1AとｈBR2ｈR2Aを個別に測定し、測定結果に基づいて、｜ｈBR1ｗ1ｈR1A＋ｈBR2ｗ2ｈR2A｜の値を最大化するようにウエイトｗ1，ｗ2を決定して、リレー局２ａ−１，２ａ−２に通知し、リレー局２ａ−ｉは、ウエイトｗiを用いてウエイト乗算を行うようにした。このため、複数のリレー局が存在する場合に、効率的に所望信号を得ることができる。
【００７２】
なお、実施の形態１または２で述べた無線中継システムにおいて、リレー局が複数存在する構成とし、本実施の形態のウエイト制御を行うようにしてもよい。また、実施の形態１と実施の形態２の両方の動作を行う無線中継システムにおいて、リレー局が複数存在する構成とし、本実施の形態のウエイト制御を行うようにしてもよい。
【００７３】
また、本実施の形態では、上述のようにウエイトを決定することにしたので、片方の伝送路について上述のウエイト制御を行えば、逆方向の伝送路についても最適化されるため、ウエイト制御負荷を大幅に低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明にかかる無線中継システムおよび無線中継装置は、リレー伝送を行う無線通信システムに有用であり、特に、ネットワーク符号を適用する無線通信システムに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明にかかる無線中継システムの実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２】リレー局での受信電力制御方法の一例を示す図である。
【図３】リレー局が無線機へ送信する制御信号の構成例を示す図である。
【図４】実施の形態２の無線中継システムの構成例を示す図である。
【図５】実施の形態２の無線中継方法を適用した無線通信システムの構成例を示す図である。
【図６】実施の形態２の制御信号フォーマットの一例を示す図である。
【図７】実施の形態３の無線中継システムの構成例を示す図である。
【図８】実施の形態３の信号伝送例を示す図である。
【図９】実施の形態３のリレー局の機能構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１−１，１−２，１−３  無線機
２，２ａ−１，２ａ−２  リレー局
３，７，９  制御信号
４  基地局
５−１〜５−１２  端末
６−１〜６−３  グループ
８  信号伝送路
１１  アンテナ
１２  ＬＮＡ
１３  第１のＤＣ
１４  Ａ／Ｄ
１５  第２のＤＣ
１６  信号受信部
１７  信号変換部
１８  信号送信部
１９  第２のＵＣ
２０  Ｄ／Ａ
２１  第１のＵＣ
２２  ＨＰＡ
２３  局所発振器
２４  周波数推定部
３１  アナログ領域
３２  デジタル領域
【図１】
2010109914.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010109914.tif 000017
【図８】
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【図９】
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