(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線通信装置から送信された信号を複数の無線通信中継装置で中継して第２の無線通信装置へ伝送する無線通信システムであって、
前記複数の無線通信中継装置の各々は、受信信号を中継する際、他の無線通信中継装置と連携し、前記第２の無線通信装置で空間ダイバーシチが得られるように、ｎ回目（ｎ：正の整数）の中継を行う無線通信中継装置は、ｎ回目以外の中継を行う他の無線通信中継装置とは異なるシンボル数単位で、受信信号を時空間符号化、空間周波数符号化、時間上での並べ替え、または周波数上での並べ替えを行う
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記第１の無線通信装置として、複数の無線通信装置を備え、
前記複数の無線通信装置の各々は、それぞれ異なる信号を送信する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第１の無線通信装置が複数のアンテナを備え、
前記第１の無線通信装置は、各アンテナからそれぞれ異なる信号を送信する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記第１の無線通信装置は、前記複数の無線通信中継装置とは異なるシンボル数単位で時空間符号化または空間周波数符号化を行い、その結果得られた信号を送信する
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記第２の無線通信装置が複数のアンテナを備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の無線通信システム。
【請求項６】
第１の無線通信装置から送信された信号を複数の無線通信中継装置で中継して第２の無線通信装置へ伝送する無線通信システムにおける前記無線通信中継装置であって、
受信信号を転送する際、他の無線通信中継装置と連携し、前記第２の無線通信装置で空間ダイバーシチが得られるように、自身がｎ回目（ｎ：正の整数）の中継を行う場合、ｎ回目以外の中継を行う他の無線通信中継装置とは異なるシンボル数単位で、受信信号を時空間符号化、空間周波数符号化、時間上での並べ替え、または周波数上での並べ替えを行う
ことを特徴とする無線通信中継装置。
【請求項７】
前記第１の無線通信装置が、複数のアンテナを備え、かつ時空間符号化または空間周波数符号化が実施された信号を送信する場合、
前記第１の無線通信装置における符号化処理とは異なるシンボル数単位で受信信号の符号化を行う
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信側の通信装置と受信側の通信装置の間において、複数の中継局が協調して信号転送を行う無線通信システムおよび中継局として動作する無線通信中継装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の中継局を協調動作させることにより、中継伝送においてダイバーシチを得る協調ダイバーシチ技術が、近年盛んに検討されている。その中でも中継処理において時空間符号化（ＳＴＢＣ：Space-Time  Block  Codes）を適用した技術は有効性の高い技術として知られている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１７５１８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、通信を行う２つの装置（基地局と移動局）の間における１回の転送を想定したものであり、転送動作を多段にする場合には、信号を転送（中継）する各中継装置での逐次復調が必要となる。特にＭＩＭＯ（Multiple-Input  Multiple-Output）を適用する場合には、各中継処理において信号分離が必要となるため、アンテナ，増幅器が複数必要となり中継装置のコストが増大する。また、中継装置のこれらのハードウエア上の問題に加えて、ＭＩＭＯを適用する場合には各装置間のチャネルは信号分離が可能であるチャネルであることが要求される。そのため、上記特許文献１に記載の技術をアドホックネットワークなどに適用する場合には、ネットワークに参加できない端末が増大する問題もある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＳＴＢＣを適用し、かつ多段転送を実施する場合であっても各中継装置における完全な復調処理（信号分離）を不要として、受信側の通信装置で一括して復調することが可能な転送を実現する無線通信システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の無線通信装置から送信された信号を複数の無線通信中継装置で中継して第２の無線通信装置へ伝送する無線通信システムであって、前記複数の無線通信中継装置の各々は、受信信号を中継する際、他の無線通信中継装置と連携し、前記第２の無線通信装置で空間ダイバーシチが得られるように受信信号を符号化することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、通信品質を向上できる。また、各無線通信中継装置では、信号を中継する際に信号を分離する処理が不要となるので、装置の増大化や処理の複雑化を防止できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した通信装置の構成例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した中継装置の構成例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態２の構成例を示す図である。
【図６】図６は、図５に示した通信装置の構成例を示す図である。
【図７】図７は、図５に示した中継装置の構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示した受信側の通信装置の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、実施の形態３の無線通信システムの変形例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３の無線通信システムの変形例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３に示した無線通信システムに含まれる中継装置の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態４の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかる無線通信システムおよび無線通信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。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の無線通信システムは、通信を行う２つの無線通信装置（以下、単に通信装置と呼ぶ）１−１および１−２と、これらの通信装置の間で信号を中継する複数の無線通信中継装置（以下、単に中継装置と呼ぶ）２−１〜２−４とで構成される。
【００１１】
本実施の形態では、通信装置１−１を送信側の通信装置，通信装置１−２を受信側の通信装置として説明を行う。また、通信装置１−１から送信された信号を中継装置２−１および２−２が受信して中継し、中継装置２−１および２−２で中継された信号を中継装置２−３および２−４が受信して中継を行い、中継装置２−３および２−４で中継された信号を通信装置１−２が受信する場合の動作について説明する。
【００１２】
図２は、図１に示した通信装置１−１および１−２に相当する通信装置１の構成例を示す図である。図示したように、通信装置１は、アンテナ１１、受信部１２および送信部１３を備え、これらは信号線１４で接続されている。通信装置１では、信号を受信する際には、アンテナ１１より受信した信号を信号線１４経由で受信部１２へ伝送し、所定の受信処理を実施する。また、信号を送信する際には、送信部１３で送信信号を生成し、信号線１４経由でアンテナ１１に伝送する。アンテナ１１は、送信部１３より受け取った送信信号を送信する。
【００１３】
図３は、図１に示した中継装置２−１〜２−４に相当する中継装置２の構成例を示す図である。図示したように、中継装置２は、アンテナ２１、受信部２２、送信部２３および符号化部２４を備え、アンテナ２１、受信部２２および送信部２３は信号線２５で接続されている。また。受信部２２と符号化部２４は信号線２６で接続され、送信部２３と符号化部２４は信号線２７で接続されている。中継装置２では、受信信号を中継する場合、アンテナ２１が受信した信号は信号線２５経由で受信部２２へ伝送され、所定の受信処理が実施される。そして、受信部２２での受信処理で得られた信号は信号線２６経由で符号化部２４に伝送され、符号化が行われる。符号化された信号は信号線２７経由で送信部２３へ伝送され、送信部２３は符号化部２４から受け取った信号に対して所定の送信処理が実行して送信信号を生成する。生成された送信信号は信号線２５経由でアンテナ２１へ伝送され、アンテナ２１から送信される。
【００１４】
本実施の形態の無線通信システムにおける信号伝送動作を、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートであり、図１の通信装置１−１から通信装置１−２への信号伝送動作を示している。
【００１５】
はじめに、通信装置１−１は、信号を生成し送信する（ステップＳ１１）。具体的には、通信装置１−１内の送信部１３にて信号を生成し、信号線１４よりアンテナ１１へ伝送し、アンテナ１１より信号を送信する。ここでは、４シンボルを一組の信号ベクトルとして取り扱うものとし、送信部１３で生成されるベースバンド信号を、s1(1)＝[s1,1(1)，s1,2(1)，s1,3(1)，s1,4(1)]Tとする。なお、この信号ベクトルの各信号は、同一周波数帯域にて送信され、s1,p(1)T(p=1〜4)におけるインデックスｐは時間方向に沿って与えられている。また、Tは転置を表す。
【００１６】
１ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２−１，２−２）は、通信装置１−１から送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ１２）。なお、これ以降においては、各ホップで送信処理を実行する装置（通信装置，中継装置）のインデックスをｉ，受信処理を実行する装置（通信装置，中継装置）のインデックスをｊとして説明を行う。
【００１７】
１ホップ目の信号を受信する中継装置２−１および２−２での受信動作（ステップＳ１２の動作）をより詳細に説明すると、これらの中継装置では、アンテナ２１より信号を受信し、その信号は信号線２５経由で受信部２２へ伝送される。受信部２２は、アンテナ２１から受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルrj(1)＝[rj,1(1)，rj,2(1)，rj,3(1)，rj,4(1)]Tを得る。各受信信号rj,p(1)(p=1〜4)は、次式（１）のように与えられる。
【００１８】
【数１】
0005424813.tif 000002
【００１９】
ここで、hj1(1)は、通信装置１−１からｊ番目(j=1,2)の中継装置までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(1)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(1)s1,p(1)に加算される雑音である。得られた上記式（１）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４へ伝送され、符号化部２４では、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴的な処理である符号化を実施する（ステップＳ１３）。
【００２０】
ステップＳ１３で実行する符号化処理について詳しく説明する。
【００２１】
中継装置２−１の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr1(1)＝[r1,1(1)，r1,2(1)，r1,3(1)，r1,4(1)]Tに対して符号化を行い、次式（２）で示される送信信号ベクトルs1(2)を得る。
【００２２】
【数２】
0005424813.tif 000003
【００２３】
また、中継装置２−２の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr2(1)＝[r2,1(1)，r2,2(1)，r2,3(1)，r2,4(1)]Tに対して符号化を行い、次式（３）で示される送信信号ベクトルs2(2)を得る。
【００２４】
【数３】
0005424813.tif 000004
【００２５】
ここで、*は複素共役を表す。中継装置２−１および２−２の符号化部２４では、上記２つの入力信号ベクトル（r1(1)，r2(1)）に対して公知の時空間符号（ＳＴＢＣ：Space-Time  Block  Codes）化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。すなわち、各中継装置のそれぞれの符号化部２４が連携して時空間符号化を行う。なお、各符号化部２４での符号化処理で乗算される係数（1/√2）は、中継装置が２台存在する（２台の中継装置で信号を中継する）ために、同時に（１ホップ目で）中継を行う各中継装置からの総送信電力の正規化を目的とするものである。
【００２６】
中継装置２−１および２−２の符号化部２４が符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(2)＝[si,1(2)，si,2(2)，si,3(2)，si,4(2)]T(i=1,2)は、信号線２７経由で送信部２３へ伝送され、送信部２３で送信処理が行われた後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ１４）。
【００２７】
上記ステップＳ１４で送信された信号を受信する２ホップ目のｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２−３，２−４）は、１ホップ目の中継装置２−１，２−２から送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ１５）。
【００２８】
２ホップ目の信号を受信する中継装置２−３および２−４では、アンテナ２１で受信した信号が信号線２５経由で受信部２２へ伝送され、受信部２２は、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルrj(2)＝[rj,1(2)，rj,2(2)，rj,3(2)，rj,4(2)]Tを得る。各受信信号rj,p(2)(p=1〜4)は、次式（４）のように与えられる。
【００２９】
【数４】
0005424813.tif 000005
【００３０】
ここで、hji(2)は、１ホップ目で信号を転送するｉ番目(i=1,2)の中継装置（中継装置２−１，２−２）から、２ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２−３，２−４）までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(2)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(2)s1,p(2)＋hj2(2)s2,p(2)に加算される雑音である。得られた上記式（４）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４へ伝送され、符号化部２４では、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴的な処理である符号化を実施する（ステップＳ１６）。
【００３１】
ステップＳ１６で実行する符号化処理について詳しく説明する。
【００３２】
中継装置２−３の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr1(2)＝[r1,1(2)，r1,2(2)，r1,3(2)，r1,4(2)]Tに対して符号化を行い、次式（５）で示される送信信号ベクトルs1(3)を得る。
【００３３】
【数５】
0005424813.tif 000006
【００３４】
また、中継装置２−４の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr2(2)＝[r2,1(2)，r2,2(2)，r2,3(2)，r2,4(2)]Tに対して符号化を行い、次式（６）で示される送信信号ベクトルs2(3)を得る。
【００３５】
【数６】
0005424813.tif 000007
【００３６】
ここで、中継装置２−３および２−４の符号化部２４では、上記２つの入力信号ベクトル（r1(2)，r2(2)）に対して２シンボルを単位とする時空間符号化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。すなわち、各中継装置のそれぞれの符号化部２４が連携して、２シンボルを単位とする時空間符号化を行う。このように、各ホップの中継装置内の符号化部２４において、符号化の処理対象の範囲（他の中継装置と連携して時空間符号化を行うシンボルの単位）を変化させることが、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴である。たとえば、上述したように、１ホップ目の中継処理（中継装置）においては通常の時空間符号化を行い、２ホップ目の中継処理においては２シンボルを単位とした時空間符号化を行う。なお、中継装置２−３および２−４の各符号化部２４での符号化処理で乗算される係数（1/√2）は、１ホップ目の中継装置２−１および２−２と同様に、中継装置の台数（この例では２台）に応じた総送信電力の正規化を行うためのものである。
【００３７】
中継装置２−３および２−４の符号化部２４が符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(3)＝[si,1(3)，si,2(3)，si,3(3)，si,4(3)]T(i=1,2)は、信号線２７経由で送信部２３へ伝送され、送信部２３で送信処理が行われた後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ１７）。
【００３８】
そして、受信側の通信装置である通信装置１−２が、上記ステップＳ１７で送信された信号、すなわち２ホップ目の中継装置２−３，２−４からそれぞれ送信された信号を受信する（ステップＳ１８）。
【００３９】
このステップＳ１８における通信装置１−２の動作をより詳細に説明すると、この通信装置１−２では、アンテナ１１で受信した信号が信号線１４経由で受信部１２へ伝送される。受信部１２は、アンテナ１１から受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルr1(3)＝[r1,1(3)，r1,2(3)，r1,3(3)，r1,4(3)]Tを得る。各受信信号r1,p(3)(p=1〜4)は、次式（７）のように与えられる。
【００４０】
【数７】
0005424813.tif 000008
【００４１】
ここで、hji(3)は、２ホップ目で信号を転送するｉ番目(i=1,2)の中継装置（中継装置２−３，２−４）から、通信装置１−２までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(3)は、通信装置１−２で信号hj1(3)s1,p(3)＋hj2(3)s2,p(3)に加算される雑音である。
【００４２】
つづいて、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴的な動作について説明する。中継装置２−１〜２−４が上述した符号化処理を含んだ信号中継処理を実行することによって、通信装置１−２が受信する受信信号ベクトルr1(3)は次式（８）のように表すことができる。
【００４３】
【数８】
0005424813.tif 000009
【００４４】
このとき、式（８）の信号ブロックＳは、公知の擬似直交時空間符号（ＱＯＳＴＢＣ：Quasi-Orthogonal  Space-Time  Block  Coding）と等価の構造を有している。そのため、伝搬路の信号に対する減衰の影響を軽減する効果がある空間ダイバーシチを得られる。そして、受信信号ベクトルr1(3)に対して、公知の最尤判定受信などの受信処理を行った場合には、ダーバーシチを得られていない場合と比較して、高信頼性の判定を実施することができる。これは、各中継装置（中継装置２−１〜２−４）の符号化部２４が実施する符号化処理において、信号の符号化・並べ替えを行う単位（シンボル数）をホップ毎に変更しているために、各ホップで干渉抑圧効果を得られ、通信装置１−２では、信号間の干渉を抑圧して信号を受信できるためである。
【００４５】
なお、上述した符号化方法とは異なる方法でも、擬似直交時空間符号の構造を有する信号ブロックを構成することが可能である。上記説明では、１ホップ目の中継装置２−１および２−２では、通常の時空間符号化処理を実施し、２ホップ目の中継装置２−３および２−４では２シンボルを１単位として時空間符号化処理を実施したが、これとは逆に、１ホップ目の中継装置２−１および２−２で２シンボルを１単位として時空間符号化処理を実施し、２ホップ目の中継装置２−３および２−４では通常の時空間符号化処理を実施するように構成してもよい。具体的には、１ホップ目の中継装置２−１および２−２の符号化部２４では、次式（９）で表される符号化処理をそれぞれ行う。
【００４６】
【数９】
0005424813.tif 000010
【００４７】
また、２ホップ目の中継装置２−３および２−４の符号化部２４では、次式（１０）で表される符号化処理をそれぞれ行う。
【００４８】
【数１０】
0005424813.tif 000011
【００４９】
すなわち、受信側の通信装置１−２が上記の式（８）で表される信号ベクトルを受信するように構成されるのであれば、各中継装置の符号化部２４においては、信号の符号化・並べ替えを行う単位とホップ数の対応関係は、任意でよい。
【００５０】
また、上記の式（８）とは異なる構造の擬似直交時空間符号を構成してもよい。たとえば、１ホップ目の中継装置２−１および２−２の符号化部２４では、次式（１１）で表される符号化処理をそれぞれ行う。
【００５１】
【数１１】
0005424813.tif 000012
【００５２】
また、２ホップ目の中継装置２−３および２−４の符号化部２４では、次式（１２）で表される符号化処理をそれぞれ行う。
【００５３】
【数１２】
0005424813.tif 000013
【００５４】
このような符号化を行った場合、通信装置１−２が受信する信号ベクトルは、次式（１３）で表される。なお、ｇは式（８）で示したものと同一である。
【００５５】
【数１３】
0005424813.tif 000014
【００５６】
このような符号化の構造であっても、空間ダイバーシチによる効果を得ることができる。また、符号化として、信号の実部と虚部を個別に符号化／入れ替えを行う、送信を行わないといった処理を行うことも可能である。
【００５７】
なお、本実施の形態では、インデックスｐは時間方向に沿って与えられているが、周波数方向に与えて、周波数領域にて符号化処理を行い、受信側の通信装置にて受信される信号が、公知の擬似直交空間周波数符号（ＱＯＳＦＢＣ：Quasi-Orthogonal  Space-Frequency  Block  Coding）と等価の構成となるようにしてもよい。また、たとえば、１回目の符号化は時間領域で行い、２回目の符号化は周波数領域で行う、というように、時間と周波数の両方の領域を活用して符号化を行ってもよい。
【００５８】
このように、本実施の形態の無線通信システムでは、複数の中継装置を連携させて２ホップの中継伝送を行う際に、擬似直交時空間符号などの符号化信号を生成する符号化処理を分割し、各ホップの中継装置が分割された符号化処理を行うこととした。また、各中継装置は、ホップ毎に符号化単位の異なる時空間符号化処理を行うこととした。これにより、空間ダイバーシチを得ることができ、通信品質を向上できる。また、各中継装置では信号を分離する処理が不要となるので、装置の増大化や処理の複雑化を防止できる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、ホップ数が２の場合の例について説明したが、後述する他の実施の形態で説明するように３ホップ以上の場合にも適用可能である。
【００６０】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２の無線通信システムについて説明する。実施の形態１では、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間で中継装置が２回にわたって信号を中継する構成の無線通信システムについて説明を行ったが、本実施の形態では、実施の形態１よりもホップ数の多い無線通信システムについて説明する。
【００６１】
図５は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態２の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の通信システムは、通信を行う２つの１ａ−１および１ａ−２と、これらの通信装置の間で信号を中継する複数の中継装置２ａ−１〜２ａ−６とで構成される。
【００６２】
本実施の形態では、通信装置１ａ−１を送信側の通信装置，通信装置１ａ−２を受信側の通信装置として説明を行う。また、通信装置１ａ−１から送信された信号を中継装置２ａ−１および２ａ−２が受信して中継し、中継装置２ａ−１および２ａ−２で中継された信号を中継装置２ａ−３および２ａ−４が受信して中継を行い、中継装置２ａ−３および２ａ−４で中継された信号を中継装置２ａ−５および２ａ−６が受信して中継を行い、中継装置２ａ−５および２ａ−６で中継された信号を通信装置１ａ−２が受信する場合の動作、すなわち、中継回数（ホップ数）が３の無線通信システムについて説明する。
【００６３】
図６は、図５に示した通信装置１ａ−１および１ａ−２に相当する通信装置１ａの構成例を示す図である。なお、実施の形態１で説明した通信装置１（図２参照）と同じ構成要素には同じ符号を付している。図示したように、本実施の形態の通信装置１ａは、実施の形態１の通信装置１が備えていた受信部１２および送信部１３を、受信部１２ａおよび送信部１３ａに置き換えたものである。本実施の形態では、実施の形態１の通信装置１と異なる部分についてのみ説明を行う。
【００６４】
通信装置１ａにおいて、受信部１２ａは、実施の形態１の通信装置１において受信部１２が実行していた受信処理に加えて、信号を時間領域から周波数領域へ変換する処理をさらに実行する。時間領域から周波数領域への変換は、たとえば、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete  Fourier  Transform）を用いて行う。また、送信部１３ａは、通信装置１において送信部１３が実行していた送信処理に加えて、信号を周波数領域から時間領域へ変換する処理をさらに実行する。周波数領域から時間領域へ変換は、たとえば、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ：Inverse  Discrete  Fourier  Transform）を用いて行う。
【００６５】
図７は、図５に示した中継装置２ａ−１〜２ａ−６に相当する中継装置２ａの構成例を示す図である。なお、実施の形態１で説明した中継装置２（図３参照）と同じ構成要素には同じ符号を付している。図示したように、本実施の形態の中継装置２ａは、実施の形態１の中継装置２が備えていた受信部２２、送信部２３および符号化部２４を、受信部２２ａ、送信部２３ａおよび符号化部２４ａに置き換えたものである。本実施の形態では、実施の形態１の中継装置２と異なる部分についてのみ説明を行う。
【００６６】
中継装置２ａにおいて、受信部２２ａは、実施の形態１の中継装置２において受信部２２が実行していた受信処理に加えて、信号を時間領域から周波数領域へ変換する処理をさらに実行する。また、送信部２３ａは、中継装置２において送信部２３が実行していた送信処理に加えて、信号を周波数領域から時間領域へ変換する処理をさらに実行する。また、符号化部２４ａは、中継装置２の符号化部２４とは異なり、周波数領域で符号化処理を行う。
【００６７】
本実施の形態の無線通信システムにおいては、無線信号の中継回（ホップ数）、および中継装置２ａ−１〜２ａ−６における符号化処理を周波数領域で行う点が実施の形態１の無線通信システムと異なる。
【００６８】
本実施の形態の無線通信システムにおける信号伝送動作を、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートであり、図５の通信装置１ａ−１から通信装置１ａ−２への信号伝送動作を示している。なお、図８のステップＳ１１ａ〜Ｓ１８ａの処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１１〜Ｓ１８の各処理に対応するものであり、各中継装置における符号化処理を周波数領域で行うために必要な処理を追加したものである。ただし、本実施の形態の無線通信システムでは、８シンボルを一組の信号ベクトルとして取り扱うものとする。
【００６９】
はじめに、通信装置１ａ−１は、信号を生成し送信する（ステップＳ１１ａ）。具体的には、送信部１３ａが周波数領域のベースバンド信号を生成し、さらに、時間領域の信号に変換して信号線１４よりアンテナ１１へ伝送し、アンテナ１１より信号を送信する。ここでは、送信部１３ａがベースバンド信号としてs1(1)＝[s1,1(1)，s1,2(1)，s1,3(1)，s1,4(1)，s1,5(1)，s1,6(1)，s1,7(1)，s1,8(1)]Tを生成するものとする。なお、この信号ベクトルの各信号は同一時間にて送信され、s1,p(1)T(p=1〜8)におけるインデックスｐは周波数方向に沿って与えられている。
【００７０】
１ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−１，２ａ−２）は、通信装置１ａ−１から送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ１２ａ）。具体的には、中継装置２ａ−１および２ａ−２では、アンテナ２１より信号を受信し、その信号は信号線２５経由で受信部２２ａへ伝送される。受信部２２ａは、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である周波数領域の受信信号ベクトルrj(1)＝[rj,1(1)，rj,2(1)，rj,3(1)，rj,4(1)，rj,5(1)，rj,6(1)，rj,7(1)，rj,8(1)]Tを得る。各受信信号rj,p(1)(p=1〜8)は、次式（１４）のように与えられる。
【００７１】
【数１４】
0005424813.tif 000015
【００７２】
ここで、hj1(1)は、通信装置１ａ−１からｊ番目(j=1,2)の中継装置までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(1)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(1)s1,p(1)に加算される雑音である。得られた上記式（１４）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４ａへ伝送され、符号化部２４ａでは符号化を実施する（ステップＳ１３ａ）。
【００７３】
ステップＳ１３ａで実行する符号化処理について詳しく説明する。
【００７４】
中継装置２ａ−１の符号化部２４ａでは、受信部２２ａから入力されるr1(1)＝[r1,1(1)，r1,2(1)，r1,3(1)，r1,4(1)，r1,5(1)，r1,6(1)，r1,7(1)，r1,8(1)]Tに対して符号化を行い、次式（１５）で示される送信信号ベクトルs1(2)を得る。
【００７５】
【数１５】
0005424813.tif 000016
【００７６】
また、中継装置２ａ−２の符号化部２４ａでは、受信部２２ａから入力されるr2(1)＝[r2,1(1)，r2,2(1)，r2,3(1)，r2,4(1)，r2,5(1)，r2,6(1)，r2,7(1)，r2,8(1)]Tに対して符号化を行い、次式（１６）で示される送信信号ベクトルs2(2)を得る。
【００７７】
【数１６】
0005424813.tif 000017
【００７８】
ここで、中継装置２ａ−１および２ａ−２の符号化部２４ａでは、上記２つの入力信号ベクトル（r1(1)，r2(1)）に対して時空間符号化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。すなわち、各中継装置のそれぞれの符号化部２４ａが連携して時空間符号化を行う。なお、各符号化部２４ａでの符号化処理で乗算される係数（1/√2）は、実施の形態１で説明した符号化部２４における符号化処理と同様に、同時に（１ホップ目で）中継を行う各中継装置からの総送信電力の正規化を目的とするものである。
【００７９】
中継装置２ａ−１および２ａ−２の符号化部２４ａが符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(2)＝[si,1(2)，si,2(2)，si,3(2)，si,4(2)，si,5(2)，si,6(2)，si,7(2)，si,8(2)]T(i=1,2)は、信号線２７経由で送信部２３ａへ伝送され、送信部２３ａで送信処理が行われて時間領域の信号に変換された後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ１４ａ）。
【００８０】
上記ステップＳ１４ａで送信された信号を受信する２ホップ目のｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−３，２ａ−４）は、１ホップ目の中継装置２ａ−１，２ａ−２から送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ１５ａ）。具体的には、中継装置２ａ−３および２ａ−４では、アンテナ２１より信号を受信し、その信号は信号線２５経由で受信部２２ａへ伝送される。受信部２２ａは、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である周波数領域の受信信号ベクトルrj(2)＝[rj,1(2)，rj,2(2)，rj,3(2)，rj,4(2)，rj,5(2)，rj,6(2)，rj,7(2)，rj,8(2)]Tを得る。各受信信号rj,p(2)(p=1〜8)は、次式（１７）のように与えられる。
【００８１】
【数１７】
0005424813.tif 000018
【００８２】
ここで、hji(2)は、１ホップ目で信号を転送するｉ番目(i=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−１，２ａ−２）から、２ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−３，２ａ−４）までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(2)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(2)s1,p(2)＋hj2(2)s2,p(2)に加算される雑音である。得られた上記式（１７）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４ａへ伝送され、符号化部２４ａでは符号化を実施する（ステップＳ１６ａ）。
【００８３】
ステップＳ１６ａで実行する符号化処理について詳しく説明する。
【００８４】
中継装置２ａ−３の符号化部２４ａでは、受信部２２ａから入力されるr1(2)＝[r1,1(2)，r1,2(2)，r1,3(2)，r1,4(2)，r1,5(2)，r1,6(2)，r1,7(2)，r1,8(2)]Tに対して符号化を行い、次式（１８）で示される送信信号ベクトルs1(3)を得る。
【００８５】
【数１８】
0005424813.tif 000019
【００８６】
また、中継装置２ａ−４の符号化部２４ａでは、受信部２２ａから入力されるr2(2)＝[r2,1(2)，r2,2(2)，r2,3(2)，r2,4(2)，r2,5(2)，r2,6(2)，r2,7(2)，r2,8(2)]Tに対して符号化を行い、次式（１９）で示される送信信号ベクトルs2(3)を得る。
【００８７】
【数１９】
0005424813.tif 000020
【００８８】
ここで、中継装置２ａ−３および２ａ−４の符号化部２４ａでは、上記２つの入力信号ベクトル（r1(2)，r2(2)）に対して２シンボルを単位とする時空間符号化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。このように、本実施の形態においても実施の形態１と同様に、１ホップ目と２ホップ目の中継装置では、時空間符号化の処理対象の範囲（時空間符号化を行うシンボルの単位）を変化させる。なお、中継装置２ａ−３および２ａ−４の各符号化部２４ａでの符号化処理で乗算される係数（1/√2）は、１ホップ目の中継装置２ａ−１および２ａ−２と同様に、中継装置の台数（この例では２台）に応じた総送信電力の正規化を行うためのものである。
【００８９】
中継装置２ａ−３および２ａ−４の符号化部２４ａが符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(3)＝[si,1(3)，si,2(3)，si,3(3)，si,4(3)，si,5(3)，si,6(3)，si,7(3)，si,8(3)]T(i=1,2)は、信号線２７経由で送信部２３ａへ伝送され、送信部２３ａで送信処理が行われて時間領域の信号に変換された後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ１７ａ）。
【００９０】
次に、上記ステップＳ１７ａで送信された信号を受信する３ホップ目のｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−５，２ａ−６）は、２ホップ目の中継装置２ａ−３，２ａ−４から送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ２１）。具体的には、中継装置２ａ−５および２ａ−６では、アンテナ２１より信号を受信し、その信号は信号線２５経由で受信部２２ａへ伝送される。受信部２２ａは、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である周波数領域の受信信号ベクトルrj(3)＝[rj,1(3)，rj,2(3)，rj,3(3)，rj,4(3)，rj,5(3)，rj,6(3)，rj,7(3)，rj,8(3)]Tを得る。各受信信号rj,p(3)(p=1〜8)は、次式（２０）のように与えられる。
【００９１】
【数２０】
0005424813.tif 000021
【００９２】
ここで、hji(3)は、２ホップ目で信号を転送するｉ番目(i=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−３，２ａ−４）から、３ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−５，２ａ−６）までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(3)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(3)s1,p(3)＋hj2(3)s2,p(3)に加算される雑音である。得られた上記式（２０）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４ａへ伝送され、符号化部２４ａでは符号化を実施する（ステップＳ２２）。
【００９３】
ステップＳ２２で実行する符号化処理について詳しく説明する。
【００９４】
中継装置２ａ−５の符号化部２４ａでは、受信部２２ａから入力されるr1(3)＝[r1,1(3)，r1,2(3)，r1,3(3)，r1,4(3)，r1,5(3)，r1,6(3)，r1,7(3)，r1,8(3)]Tに対して符号化を行い、次式（２１）で示される送信信号ベクトルs1(4)を得る。
【００９５】
【数２１】
0005424813.tif 000022
【００９６】
また、中継装置２ａ−６の符号化部２４ａでは、受信部２２ａから入力されるr2(3)＝[r2,1(3)，r2,2(3)，r2,3(3)，r2,4(3)，r2,5(3)，r2,6(3)，r2,7(3)，r2,8(3)]Tに対して符号化を行い、次式（２２）で示される送信信号ベクトルs2(4)を得る。
【００９７】
【数２２】
0005424813.tif 000023
【００９８】
ここで、中継装置２ａ−５および２ａ−６の符号化部２４では、上記２つの入力信号ベクトル（r1(3)，r2(3)）に対して４シンボルを単位とする時空間符号化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。このように、本実施の形態においても実施の形態１と同様に、各ホップの中継装置では、時空間符号化の処理対象の範囲（時空間符号化を行うシンボルの単位）を変化させる。たとえば、上述したように、１ホップ目の中継処理（中継装置）においては通常の時空間符号化を行い、また２ホップ目の中継処理においては２シンボルを単位として時空間符号化を行い、３ホップ目の中継処理においては４シンボルを単位として時空間符号化を行う。なお、中継装置２ａ−５および２ａ−６の各符号化部２４ａでの符号化処理で乗算される係数（1/√2）は、１，２ホップ目の中継装置と同様に、中継装置の台数（この例では２台）に応じた総送信電力の正規化を行うためのものである。
【００９９】
中継装置２ａ−５および２ａ−６の符号化部２４ａが符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(4)＝[si,1(4)，si,2(4)，si,3(4)，si,4(4)，si,5(4)，si,6(4)，si,7(4)，si,8(4)]T(i=1,2)は、信号線２７経由で送信部２３ａへ伝送され、送信部２３ａで送信処理が行われて時間領域の信号に変換された後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ２３）。
【０１００】
そして、受信側の通信装置である通信装置１ａ−２が、上記ステップＳ２３で送信された信号、すなわち３ホップ目の中継装置２ａ−５，２ａ−６からそれぞれ送信された信号を受信する（ステップＳ１８ａ）。
【０１０１】
このステップＳ１８ａにおける通信装置１ａ−２の動作をより詳細に説明すると、この通信装置１ａ−２では、アンテナ１１で受信した信号が信号線１４経由で受信部１２ａへ伝送される。受信部１２ａは、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、周波数領域のベースバンド信号である受信信号ベクトルr1(4)＝[r1,1(4)，r1,2(4)，r1,3(4)，r1,4(4)，r1,5(4)，r1,6(4)，r1,7(4)，r1,8(4)]Tを得る。各受信信号r1,p(4)(p=1〜8)は、次式（２３）のように与えられる。
【０１０２】
【数２３】
0005424813.tif 000024
【０１０３】
ここで、hji(4)は、３ホップ目で信号を転送するｉ番目(i=1,2)の中継装置（中継装置２ａ−５，２ａ−６）から、通信装置１ａ−２までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(4)は、通信装置１ａ−２で信号hj1(4)s1,p(4)＋hj2(4)s2,p(4)に加算される雑音である。
【０１０４】
つづいて、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴的な動作について説明する。中継装置２ａ−１〜２ａ−６が上述した符号化処理を含んだ信号中継処理を実行することによって、通信装置１ａ−２が受信する周波数領域の受信信号ベクトルr1(4)は次式（２４）のように表すことができる。
【０１０５】
【数２４】
0005424813.tif 000025
【０１０６】
このとき、式（２４）の信号ブロックＳは、実施の形態１で示した無線通信システムの受信側の通信装置１−２が受信する受信信号ベクトル（式（８）参照）の信号ブロックＳと同様に、擬似直交時空間符号と等価の構造を有している。そのため、伝搬路の信号に対する減衰の影響を軽減する効果がある空間ダイバーシチを得られる。そして、受信信号ベクトルr1(4)に対して最尤判定受信などの受信処理を行った場合には、ダーバーシチを得られていない場合と比較して、高信頼性の判定を実施することができる。
【０１０７】
このように、本実施の形態の無線通信システムでは、実施の形態１の無線通信システムに対して、ホップ数を増加させ、それに伴い３ホップ目の中継装置２ａ−５および２ａ−６内では符号化処理を行う単位を増大させて空間ダイバーシチ効果的に得ることとした。なお、本実施の形態では３ホップとしたが、４ホップ以上となるマルチホップ伝送を行う際にも、実施の形態１から本実施の形態へ拡張したのと同様に、中継装置における符号化処理の実行単位を変更することで、効果的に空間ダイバーシチを獲得することが可能である。
【０１０８】
また、本実施の形態では符号化処理を周波数領域で行う場合について説明したが、実施の形態１と同様に、時間領域で符号化処理を行うようにしてもよい。いずれの場合においても上記の効果（空間ダイバーシチ効果）を得ることができる。また、ホップ毎に符号化を時間領域，周波数領域と異なった領域で行ってもよい。
【０１０９】
実施の形態３．
図９は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の無線通信システムは、送信側の通信装置１−１および１−２と、受信側の通信装置１ｂと、これらの通信装置の間で信号を中継する複数の中継装置２−１〜２−６とで構成される。本実施の形態では、送信側の通信装置が複数存在し、かつ受信側の通信装置が複数のアンテナを備えた構成の無線通信システムについて説明する。具体的には、通信装置１−１および１−２を送信側の通信装置，通信装置１ｂを受信側の通信装置とし、また、通信装置１−１および１−２から送信された信号を中継装置２−１〜２−４が受信して中継し、さらに、中継装置２−１〜２−４で中継された信号を中継装置２−５および２−６が受信して中継を行い、中継装置２−５および２−６で中継された信号を通信装置１ｂが受信する場合の動作について説明する。
【０１１０】
送信側の通信装置１−１，１−２の内部構成、および各構成要素の基本動作は実施の形態１で説明した通信装置１と同様である（図２など参照）。また、中継装置２−１〜２−６の内部構成、および各構成要素の基本動作は実施の形態１で説明した中継装置２と同様である（図３など参照）。すなわち、本実施の形態の無線通信システムでは、各中継装置は符号化処理を時間領域で行う。なお、実施の形態２と同様に、符号化処理を周波数領域で実行するようにしてもよい。
【０１１１】
図１０は、図９に示した無線通信システムの受信側の通信装置１ｂの構成例を示す図である。図示したように、通信装置１ｂは、２本のアンテナ１１−１および１１−２と、受信部１２ｂと、送信部１３ｂとを備えている。信号線１４−１は、アンテナ１１−１、受信部１２ｂおよび送信部１３ｂに接続され、信号線１４−２は、アンテナ１１−２、受信部１２ｂおよび送信部１３ｂに接続されている。この通信装置１ｂでは、信号を受信する際には、アンテナ１１−１より受信した信号を信号線１４−１経由で、またアンテナ１１−２より受信した信号を信号線１４−２経由で受信部１２ｂへ伝送し、所定の受信処理を実施する。また、信号を送信する際には、送信部１３ｂで送信信号を生成し、信号線１４−１経由でアンテナ１１−１に、また信号線１４−２経由でアンテナ１１−２に、伝送する。アンテナ１１−１および１１−２は、送信部１３ｂより受け取った信号を送信する。
【０１１２】
本実施の形態の無線通信システムにおける信号伝送動作を、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートであり、図９の通信装置１−１および１−２から通信装置１ｂへの信号伝送動作を示している。なお、図１１のステップＳ１１ｂ〜Ｓ１８ｂの処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１１〜Ｓ１８の各処理に対応するものである。ただし、本実施の形態の無線通信システムでは、８シンボルを一組の信号ベクトルとして取り扱うものとする。
【０１１３】
はじめに、通信装置１−１および１−２は、信号を生成し送信する（ステップＳ１１ｂ）。具体的には、通信装置１−１および１−２において、送信部１３が信号を生成し、信号線１４よりアンテナ１１へ伝送し、アンテナ１１より信号を送信する。ここでは、通信装置１−１の送信部１３がベースバンド信号としてs1(1)＝[s1,1(1)，s1,2(1)，s1,3(1)，s1,4(1)，s1,5(1)，s1,6(1)，s1,7(1)，s1,8(1)]Tを生成し、通信装置１−２の送信部１３がベースバンド信号としてs2(1)＝[s2,1(1)，s2,2(1)，s2,3(1)，s2,4(1)，s2,5(1)，s2,6(1)，s2,7(1)，s2,8(1)]Tを生成するものとする。
【０１１４】
１ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1〜4)の中継装置（中継装置２−１〜２−４）は、通信装置１−１および１−２から送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ１２ｂ）。具体的には、中継装置２−１〜２−４では、アンテナ２１より信号を受信し、その信号は信号線２５経由で受信部２２へ伝送される。受信部２２は、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルrj(1)＝[rj,1(1)，rj,2(1)，rj,3(1)，rj,4(1)，rj,5(1)，rj,6(1)，rj,7(1)，rj,8(1)]Tを得る。各受信信号rj,p(1)(p=1〜8)は、次式（２５）のように与えられる。
【０１１５】
【数２５】
0005424813.tif 000026
【０１１６】
ここで、hji(1)は、ｉ番目(i=1,2)の通信装置（通信装置１−１，１−２）からｊ番目(j=1〜4)の中継装置（中継装置２−１〜２−４）までの伝送路のインパルス応答を表す。また、nj,p(1)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(1)s1,p(1)＋hj2(1)s2,p(1)に加算される雑音である。得られた上記式（２５）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４へ伝送され、符号化部２４では符号化を実施する（ステップＳ１３ｂ）。
【０１１７】
ステップＳ１３ｂで実行する符号化処理について詳しく説明する。
【０１１８】
中継装置２−１の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr1(1)＝[r1,1(1)，r1,2(1)，r1,3(1)，r1,4(1)，r1,5(1)，r1,6(1)，r1,7(1)，r1,8(1)]Tに対して符号化を行い、次式（２６）で示される送信信号ベクトルs1(2)を得る。
【０１１９】
【数２６】
0005424813.tif 000027
【０１２０】
また、中継装置２−２の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr2(1)＝[r2,1(1)，r2,2(1)，r2,3(1)，r2,4(1)，r2,5(1)，r2,6(1)，r2,7(1)，r2,8(1)]Tに対して符号化を行い、次式（２７）で示される送信信号ベクトルs2(2)を得る。
【０１２１】
【数２７】
0005424813.tif 000028
【０１２２】
また、中継装置２−３の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr3(1)＝[r3,1(1)，r3,2(1)，r3,3(1)，r3,4(1)，r3,5(1)，r3,6(1)，r3,7(1)，r3,8(1)]Tに対して符号化を行い、次式（２８）で示される送信信号ベクトルs3(2)を得る。
【０１２３】
【数２８】
0005424813.tif 000029
【０１２４】
また、中継装置２−４の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr4(1)＝[r4,1(1)，r4,2(1)，r4,3(1)，r4,4(1)，r4,5(1)，r4,6(1)，r4,7(1)，r4,8(1)]Tに対して符号化を行い、次式（２９）で示される送信信号ベクトルs4(2)を得る。
【０１２５】
【数２９】
0005424813.tif 000030
【０１２６】
ここで、中継装置２−１〜２−４の符号化部２４では、上記４つの入力信号ベクトル（r1(1)，r2(1)，r3(1)，r4(1)）に対して擬似直交時空間符号化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。すなわち、各中継装置のそれぞれの符号化部２４が連携して擬似直交時空間符号化を行う。なお、各符号化部２４での符号化処理で乗算される係数（1/2）は、先の実施の形態で説明した符号化部２４や符号化部２４ａにおける符号化処理と同様に、同時に（１ホップ目で）中継を行う各中継装置からの総送信電力の正規化を目的とするものである。本実施の形態の１ホップ目では中継装置が４台であるため、先の実施の形態（中継装置の台数が２の場合）とは異なる値の係数を乗算している。
【０１２７】
中継装置２−１〜２−４の符号化部２４が符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(2)＝[si,1(2)，si,2(2)，si,3(2)，si,4(2)，si,5(2)，si,6(2)，si,7(2)，si,8(2)]T(i=1〜4)は、信号線２７経由で送信部２３へ伝送され、送信部２３で送信処理が行われた後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ１４ｂ）。
【０１２８】
上記ステップＳ１４ｂで送信された信号を受信する２ホップ目のｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２−５，２−６）は、１ホップ目の中継装置２−１〜２−４から送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ１５ｂ）。具体的には、中継装置２−５および２−６では、アンテナ２１より信号を受信し、その信号は信号線２５経由で受信部２２へ伝送される。受信部２２は、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルrj(2)＝[rj,1(2)，rj,2(2)，rj,3(2)，rj,4(2)，rj,5(2)，rj,6(2)，rj,7(2)，rj,8(2)]Tを得る。各受信信号rj,p(2)(p=1〜8)は、次式（３０）のように与えられる。
【０１２９】
【数３０】
0005424813.tif 000031
【０１３０】
ここで、hji(2)は、１ホップ目で信号を転送するｉ番目(i=1〜4)の中継装置（中継装置２−１〜２−４）から、２ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２−５，２−６）までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(2)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(2)s1,p(2)＋hj2(2)s2,p(2)＋hj3(2)s3,p(2)＋hj4(2)s4,p(2)に加算される雑音である。得られた上記式（３０）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４へ伝送され、符号化部２４では符号化を実施する（ステップＳ１６ｂ）。
【０１３１】
ステップＳ１６ｂで実行する符号化処理について詳しく説明する。
【０１３２】
中継装置２−５の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr1(2)＝[r1,1(2)，r1,2(2)，r1,3(2)，r1,4(2)，r1,5(2)，r1,6(2)，r1,7(2)，r1,8(2)]Tに対して符号化を行い、次式（３１）で示される送信信号ベクトルs1(3)を得る。
【０１３３】
【数３１】
0005424813.tif 000032
【０１３４】
また、中継装置２−６の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr2(2)＝[r2,1(2)，r2,2(2)，r2,3(2)，r2,4(2)，r2,5(2)，r2,6(2)，r2,7(2)，r2,8(2)]Tに対して符号化を行い、次式（３２）で示される送信信号ベクトルs2(3)を得る。
【０１３５】
【数３２】
0005424813.tif 000033
【０１３６】
ここで、中継装置２−５および２−６の符号化部２４では、上記２つの入力信号ベクトル（r1(2)，r2(2)）に対して４シンボルを単位とする時空間符号化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。このように、本実施の形態においても実施の形態１や２と同様に、各ホップの中継装置では、時空間符号化の処理対象の範囲（時空間符号化を行うシンボルの単位）を変化させる。なお、中継装置２−５および２−６の各符号化部２４での符号化処理で乗算される係数（1/√2）は、先の実施の形態で説明した符号化部２４や符号化部２４ａにおける符号化処理と同様に、同時に（２ホップ目で）中継を行う各中継装置からの総送信電力の正規化を目的とするものである。
【０１３７】
中継装置２−５および２−６の符号化部２４が符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(3)＝[si,1(3)，si,2(3)，si,3(3)，si,4(3)]T(i=1,2)は、信号線２７経由で送信部２３へ伝送され、送信部２３で送信処理が行われた後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ１７ｂ）。
【０１３８】
そして、受信側の通信装置である通信装置１ｂが、上記ステップＳ１７ｂで送信された信号、すなわち２ホップ目の中継装置２−５，２−６からそれぞれ送信された信号を受信する（ステップＳ１８ｂ）。
【０１３９】
このステップＳ１８ｂにおける通信装置１ｂの動作をより詳細に説明すると、この通信装置１ｂでは、アンテナ１１−１で受信した信号が信号線１４−１経由で受信部１２ｂへ伝送され、また、アンテナ１１−２で受信した信号が信号線１４−２経由で受信部１２ｂへ伝送される。受信部１２は、受け取った各信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルrj(3)＝[rj,1(3)，rj,2(3)，rj,3(3)，rj,4(3)，rj,5(3)，rj,6(3)，rj,7(3)，rj,8(3)]T(j=1,2)を得る。各受信信号rj,p(4)(p=1〜8)は、次式（３３）のように与えられる。
【０１４０】
【数３３】
0005424813.tif 000034
【０１４１】
ここで、hji(3)は、２ホップ目で信号を転送するｉ番目(i=1,2)の中継装置（中継装置２−５，２−６）から、通信装置１ｂのｊ番目(j=1,2)のアンテナ（アンテナ１１−１，１１−２）までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(3)は、通信装置１ｂで信号hj1(3)s1,p(3)＋hj2(3)s2,p(3)に加算される雑音である。
【０１４２】
つづいて、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴的な動作について説明する。中継装置２−１〜２−６が上述した符号化処理を含んだ信号中継処理を実行することによって、通信装置１ｂがｊ番目(j=1,2)のアンテナで受信する受信信号ベクトルrj(3)は次式（３４）のように表すことができる。
【０１４３】
【数３４】
0005424813.tif 000035
【０１４４】
このとき、式（３４）の信号ブロックＳは、実施の形態１で示した無線通信システムの受信側の通信装置１−２が受信する受信信号ベクトル（式（８）参照）の信号ブロックＳと同様に、擬似直交時空間符号と等価の構造を有している。そのため、伝搬路の信号に対する減衰の影響を軽減する効果がある空間ダイバーシチを得られる。そして、受信信号ベクトルrj(3)に対して最尤判定受信などの受信処理を行った場合には、ダーバーシチを得られていない場合と比較して、高信頼性の判定を実施することができる。
【０１４５】
なお、本実施の形態で説明した図９の無線通信システムの変形例として、図１２に示した構成の無線通信システムが考えられる。図１２の無線通信システムは、図９の通信装置１−１および１−２に代えて、受信側と同じ構成の複数（２つ）のアンテナを有する通信装置１ｂ−１を送信側の通信装置として備えている。図１２の通信装置１ｂ−１，１ｂ−２の内部構成、および各構成要素の基本動作は図９に示した通信装置１ｂと同様である（図１０など参照）。図１２の無線通信システムにおいて、送信側の通信装置１ｂ−１は、アンテナ１１−１および１１−２のそれぞれから異なるデータ（信号）を送信する。すなわち、図９の無線通信システムとの違いは、複数の通信装置から異なるデータを送信するか、単一の通信装置の複数のアンテナから異なるデータを送信するかだけであり、各中継装置は同じ動作を行うため、受信側の通信装置（１ｂ，１ｂ−２）では同様のダイバーシチ効果を得ることができる。
【０１４６】
また、図１２とは異なる変形例として、図１３に示した構成の無線通信システムが考えられる。図１３の無線通信システムは、図９の１ホップ目の中継装置２−１〜２−３に代えて、複数（４本）のアンテナを有する中継装置２ｂを備えている。中継装置２ｂの構成は、たとえば図１４に示したものとなり、アンテナ２１−１〜２１−４と、各アンテナで受信した信号を信号線２５−１〜２５−４経由で受け取り、受信処理を行う受信部２２ｂと、信号線２６経由で受信部２２ｂから受け取った信号を符号化する符号化部２４ｂと、信号線２７経由で符号化部２４ｂから受け取った信号に対して送信処理を行う送信部２３ｂとを備える。
【０１４７】
ここで、符号化部２４ｂでは、図９や図１２の中継装置２−１〜２−４の各符号化部２４が上記信号rj(1)＝[rj,1(1)，rj,2(1)，rj,3(1)，rj,4(1)，rj,5(1)，rj,6(1)，rj,7(1)，rj,8(1)]T(j=1〜4)に対する符号化と同様の処理を行う。すなわち、符号化部２４ｂでは、図９や図１２の１ホップ目の中継装置２−１〜２−４においてそれぞれ行う符号化を、受信アンテナ２１−１〜２１−４で受信したそれぞれの信号ベクトルに対して行う。符号化を実行して得られたそれぞれの信号ベクトルは、送信部２３ｂで所定の送信処理が実施された後、それぞれ異なるアンテナに伝送され、２ホップ目の中継装置２−５および２−６に向けて送信される。このような構成の無線通信システムにおいても図９の無線通信システムと同様の効果が得られる。
【０１４８】
以上のとおり、本実施の形態では、各ホップにおける送受信処理で連携する中継装置の数，アンテナ数が増大した場合にも、それに伴う中継装置内での符号化処理を対応させることで、効果的に空間ダイバーシチが得られることを示した。また、送信される信号ベクトルが複数存在するような、空間多重伝送を行う場合においても先の実施の形態と同様の効果が得られることを示した。また、複数の通信装置，中継装置を同時に動作させる代わりに、複数アンテナを有する通信装置，中継装置を動作させることで、同様の効果が得られることを示した。
【０１４９】
このように、本実施の形態の無線通信システムでは、複数の装置またはアンテナから異なる信号（データ）を同時に送信し、それらの信号を複数の中継装置または複数のアンテナ経由で、複数回転送することとし、同時に（同一ホップで）実行する各中継処理においては、受信信号を時空間符号化して転送することとした。また、最終的に信号を受信する受信側の通信装置が、擬似直交時空間符号と等価の構造を有する信号（信号ブロック）を受信するように、各中継処理で符号化を行うこととした。このような場合においても、先の実施の形態の無線通信システムと同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
実施の形態４．
図１５は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態４の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の無線通信システムは、送信側の通信装置１ｂと、受信側の通信装置１と、これらの通信装置の間で信号を中継する複数の中継装置２−１および２−２とで構成される。
【０１５１】
複数（２本）のアンテナを備えた通信装置１ｂの内部構成は実施の形態３で説明した通信装置１ｂ（図１０参照）と同様である。ただし、本実施の形態の通信装置１ｂにおいては、先の実施の形態で説明した１ホップ目の中継装置と同様の符号化処理を実施した上で信号を送信する。本実施の形態では送信部１３ｂで符号化処理を行う場合について説明するが、中継装置と同様に、符号化部を設けてそこで行うようにしてもよい。
【０１５２】
また、受信側の通信装置１の内部構成、および各構成要素の基本動作は実施の形態１で説明した各通信装置と同様であり（図２など参照）、中継装置２−１，２−２の内部構成、および各構成要素の基本動作は実施の形態１で説明した各中継装置と同様である（図３など参照）。
【０１５３】
本実施の形態では、送信側の通信装置が複数のアンテナを備え、かつデータ伝送時には時空間符号化を行った上で送信を行い、その信号を複数の中継装置が中継を行う無線通信システムについて説明する。なお、実施の形態２と同様に、符号化処理を周波数領域で実行するようにしてもよい。
【０１５４】
本実施の形態の無線通信システムにおける信号伝送動作を、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施の形態の無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示すフローチャートであり、図１５の通信装置１ｂから通信装置１への信号伝送動作を示している。本実施の形態の無線通信システムでは、実施の形態１の無線通信システムと同様に、４シンボルを一組の信号ベクトルとして取り扱うものとする。
【０１５５】
はじめに、通信装置１ｂは、信号を生成し送信する（ステップＳ１１ｃ）。具体的には、送信部１３ｂが信号を生成し、信号線１４−１，１４−２よりアンテナ１１−１，１１−２へ伝送し、アンテナ１１−１，１１−２より信号を送信する。このとき、送信部１３ｂでは、ベースバンド信号を生成し、さらに時空間符号化を行うことにより、次式（３５）で表される信号（時空間符号化されたベースバンド信号）を生成して、アンテナ１１−１，１１−２へそれぞれ伝送する。この符号化処理は、実施の形態１の無線通信システムにおいて１ホップ目の各中継装置が実行する符号化処理と同等のものである。
【０１５６】
【数３５】
0005424813.tif 000036
【０１５７】
１ホップ目で信号を受信するｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２−１，２−２）は、通信装置１ｂの各アンテナから送信された信号をそれぞれ受信する（ステップＳ３１）。具体的には、中継装置２−１および２−２では、アンテナ２１より信号を受信し、その信号は信号線２５経由で受信部２２へ伝送される。受信部２２は、受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルrj(1)＝[rj,1(1)，rj,2(1)，rj,3(1)，rj,4(1)]Tを得る。各受信信号rj,p(1)(p=1〜4)は、次式（３６）のように与えられる。
【０１５８】
【数３６】
0005424813.tif 000037
【０１５９】
ここで、hji(1)は、通信装置１ｂのｉ番目(i=1,2)のアンテナ（アンテナ１１−１，１１−２）からｊ番目(j=1,2)の中継装置（中継装置２−１，２−２）までの伝送路のインパルス応答を表す。また、nj,p(1)は、ｊ番目の中継装置で信号hj1(1)s1,p(1)＋hj2(1)s2,p(1)に加算される雑音である。得られた上記式（３６）の信号は信号線２６経由で、符号化部２４へ伝送され、符号化部２４では符号化を実施する（ステップＳ３２）。
【０１６０】
ステップＳ３２で実行する符号化処理について詳しく説明する。
【０１６１】
中継装置２−１の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr1(1)＝[r1,1(1)，r1,2(1)，r1,3(1)，r1,4(1)]Tに対して符号化を行い、次式（３７）で示される送信信号ベクトルs1(2)を得る。
【０１６２】
【数３７】
0005424813.tif 000038
【０１６３】
また、中継装置２−２の符号化部２４では、受信部２２から入力されるr2(1)＝[r2,1(1)，r2,2(1)，r2,3(1)，r2,4(1)]Tに対して符号化を行い、次式（３８）で示される送信信号ベクトルs2(2)を得る。
【０１６４】
【数３８】
0005424813.tif 000039
【０１６５】
ここで、中継装置２−１および２−２の符号化部２４では、上記２つの入力信号ベクトル（r1(2)，r2(2)）に対して２シンボルを単位とする時空間符号化が実施された場合と同等の信号ベクトルをそれぞれ生成する。すなわち、各中継装置のそれぞれの符号化部２４が連携して、２シンボルを単位とする時空間符号化を行う。このように、送信側の通信装置１ｂで実行する時空間符号化と同時に中継を行う各中継装置で実行する時空間符号化とで符号化の処理対象の範囲（実行単位）を変化させることが、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴である。これにより、各中継装置は、通信装置１ｂから送信された各信号の直交性を維持しながら受信側の通信装置１へ信号を中継伝送できる。なお、各符号化部２４での符号化処理で乗算される係数（1/√2）は、先の実施の形態で説明した符号化処理と同様に、同時に中継を行う各中継装置からの総送信電力の正規化を目的とするものである。
【０１６６】
中継装置２−１および２−２の符号化部２４が符号化を実行して得られたそれぞれの送信信号si(2)＝[si,1(2)，si,2(2)，si,3(2)，si,4(2)]T(i=1,2)は、信号線２７経由で送信部２３へ伝送され、送信部２３で送信処理が行われた後、信号線２５およびアンテナ２１を経由して送信される（ステップＳ３３）。
【０１６７】
そして、受信側の通信装置である通信装置１が、上記ステップＳ３３で送信された信号、すなわち１ホップ目の中継装置２−１，２−２からそれぞれ送信された信号を受信する（ステップＳ１８ｃ）。
【０１６８】
このステップＳ１８ｃにおける通信装置１の動作をより詳細に説明すると、この通信装置１では、アンテナ１１で受信した信号が信号線１４経由で受信部１２へ伝送される。受信部１２は、アンテナ１１から受け取った信号に対して所定の受信処理を実行し、ベースバンド信号である受信信号ベクトルr1(2)＝[r1,1(2)，r1,2(2)，r1,3(2)，r1,4(2)]Tを得る。各受信信号r1,p(2)(p=1〜4)は、次式（３９）のように与えられる。
【０１６９】
【数３９】
0005424813.tif 000040
【０１７０】
ここで、hji(2)は、信号を転送するｉ番目(i=1,2)の中継装置（中継装置２−１，２−２）から、通信装置１までの伝送路のインパルス応答を表し、nj,p(2)は、通信装置１で信号hj1(2)s1,p(2)＋hj2(2)s2,p(2)に加算される雑音である。
【０１７１】
つづいて、本実施の形態の無線通信システムにおける特徴的な動作について説明する。送信側の通信装置１ｂが上述した符号化処理（実施の形態１の１ホップ目の各中継装置が実行する符号化処理と同等の処理）を含んだ信号送信処理を実行し、さらに中継装置２−１および２−２が上述した符号化処理を含んだ信号中継処理を実行することによって、受信側の通信装置１が受信する受信信号ベクトルr1(2)は次式（４０）のように表すことができる。
【０１７２】
【数４０】
0005424813.tif 000041
【０１７３】
このとき、式（４０）の信号ブロックＳは、実施の形態１で示した無線通信システムの受信側の通信装置１−２が受信する受信信号ベクトル（式（８）参照）の信号ブロックＳと同様に、擬似直交時空間符号と等価の構造を有している。そのため、伝搬路の信号に対する減衰の影響を軽減する効果がある空間ダイバーシチを得られる。そして、受信信号ベクトルr1(2)に対して最尤判定受信などの受信処理を行った場合には、ダーバーシチを得られていない場合と比較して、高信頼性の判定を実施することができる。
【０１７４】
なお、本実施の形態では、送信装置１ｂが時空間符号化を行った信号を送信する場合について説明を行ったが、空間周波数符号化（ＳＦＢＣ：Space-Frequency  Block  Coding）を行うようにしてもよい。また、中継装置による信号中継回数が１回（１ホップ）の場合の例について説明したが、上記実施の形態１の無線通信システムを上記実施の形態２の無線通信システムに拡張する場合と同様の手法により、信号中継回数を２回以上に拡張することが可能である。
【０１７５】
このように、本実施の形態では、送信元の通信装置である、複数のアンテナを備えた通信装置１ｂは、時空間符号化が行われた信号を送信し、通信装置１ｂから送信された信号を中継する各中継装置は、連携動作を行い、通信装置１ｂにおける符号化処理とは異なる単位での時空間符号化を行うこととした。このような構成の無線通信システムにおいても、実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができ、通信品質を向上できる。また、各中継装置では信号を分離する処理が不要となるので、装置の増大化や処理の複雑化を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
以上のように、本発明は、送信側の通信装置と受信側の通信装置が直接通信できない場合に、これらの通信装置の間で中継装置が信号を中継伝送する無線通信システムとして有用であり、特に、中継装置の増大化を防止しつつ高品質な通信を提供する無線通信システムに適している。
【符号の説明】
【０１７７】
１，１ａ，１ｂ，１−１，１ａ−１，１−２，１ａ−２，１ｂ−１，１ｂ−２  無線通信装置（通信装置）
２，２ａ，２ｂ，２−１〜２−４，２ａ−１〜２ａ−６  無線通信中継装置（中継装置）
１１，１１−１，１１−２〜１１−４，２１，２１−１〜２１−４  アンテナ
１２，１２ａ，１２ｂ，２２，２２ａ，２２ｂ  受信部
１３，１３ａ，１３ｂ，２３，２３ａ，２３ｂ  送信部
１４，２５，２６，２７，１４−１，１４−２，２５−１〜２５−４  信号線
２４，２４ａ  符号化部
【図１】
0005424813.tif 000042
【図２】
0005424813.tif 000043
【図３】
0005424813.tif 000044
【図４】
0005424813.tif 000045
【図５】
0005424813.tif 000046
【図６】
0005424813.tif 000047
【図７】
0005424813.tif 000048
【図８】
0005424813.tif 000049
【図９】
0005424813.tif 000050
【図１０】
0005424813.tif 000051
【図１１】
0005424813.tif 000052
【図１２】
0005424813.tif 000053
【図１３】
0005424813.tif 000054
【図１４】
0005424813.tif 000055
【図１５】
0005424813.tif 000056
【図１６】
0005424813.tif 000057