(57)【要約】【課題】時間・周波数スロットの有効活用と、システムのスループットの向上を可能とする。【解決手段】マルチホップの無線通信方法。基地局２が第１ホップレシーバ５へと第１信号を送信する第１送信工程と、第１信号を共存トランスミッタ４が受信する第１受信工程と、第１信号を共存トランスミッタ４と第１ホップレシーバ５との間のチャネル情報に基づくベクタープリコーディングを用いてデコードする第１デコード工程と、第１信号のプリコーディングを行うプリコーディング工程と、共存トランスミッタ４から第１ホップレシーバ５に、デコードおよびプリコーディングされた第１信号のリレーを行う第１リレー工程と、共存トランスミッタ４から第１ホップレシーバ５への第２信号を、チャネルの状況に応じて、第１リレー工程と同じ時間帯または異なる時間帯により送信する第２送信工程と、を備える。【選択図】図１
2014212482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベクタープリコーディングを用いるマルチホップの無線通信方法であって、
基地局が第１ホップレシーバへと第１信号を送信する第１送信工程と、
前記第１信号を共存トランスミッタが受信する第１受信工程と、
前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号を、前記共存トランスミッタと前記第１ホップレシーバとの間のチャネル情報に基づくベクタープリコーディングを用いてデコードする第１デコード工程と、
前記共存トランスミッタがデコードした前記第１信号のベクタープリコーディングを、前記共存トランスミッタおよび共存レシーバ間のチャネル情報に基づいて行うプリコーディング工程と、
ベクタープリコーディングされた前記第１信号が前記共存トランスミッタから前記共存レシーバへと送信される間に、前記共存トランスミッタにより増幅された前記第１信号が前記第１ホップレシーバへと送信される第２送信工程と、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記共存レシーバが前記基地局から送信された前記第１信号を受信する第２受信工程と、
前記共存レシーバが受信した前記第１信号をデコードする第２デコード工程と、
前記共存レシーバから前記第１ホップレシーバに、デコードされた前記第１信号のリレーを行う第１リレー工程と、
前記第１ホップレシーバから送信された第３信号を前記共存レシーバが受信する第３受信工程と、
前記共存レシーバが受信した前記第３信号をデコードする第３デコード工程と、
前記共存レシーバから第２ホップレシーバに、デコードされた前記第３信号のリレーを行う第３リレー工程と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記チャネル情報は、
前記チャネルが同一ネットワーク内のチャネルである場合には、前記共存トランスミッタが前記第１ホップレシーバからのフィードバック情報を受信することで取得され、
前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、低速／準静的フェーディングである場合には、前記共存トランスミッタから前記第１ホップレシーバに送信されるトレーニングシーケンスと、前記トレーニングシーケンスを受信した前記第１ホップレシーバから前記共存トランスミッタへとフィードバックされる変化前の元のチャネルのチャネル情報と、に基づきリレー比を得ることで取得され、
前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがある場合には、前記統計データを用いたエルゴード比の最適化を通じて前記リレー比を得ることで取得され、
前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがない場合には、前記共存トランスミッタは前記リレー比を１としてデータ送信を開始するとともに、前記第１ホップレシーバからＮＡＣＫ信号を受信するまで前記リレー比を下げ、前記ＮＡＣＫ信号を受信すると前記リレー比を上げる処理を通じて取得される、
ことを特徴とする請求項１または２記載の無線通信方法。
【請求項４】
スカラープリコーディングを用いるマルチホップの無線通信方法であって、
基地局が第１ホップレシーバへと第１信号を送信する第１送信工程と、
前記第１信号を共存トランスミッタが受信する第１受信工程と、
前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号を増幅する第１増幅工程と、
前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号のデコードを行う第１デコード工程と、
前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号のスカラープリコーディングを、前記共存トランスミッタおよび共存レシーバ間のチャネル情報と、前記基地局から受信した因果的信号とを用いて行うプリコーディング工程と、
スカラープリコーディングされた前記第１信号が前記共存トランスミッタから前記共存レシーバに送信される間に、前記共存トランスミッタにより増幅された前記第１信号が第１ホップレシーバへと送信される第２送信工程と、
を備えることを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
共存レシーバが前記基地局から送信された前記第１信号を受信する第２受信工程と、
前記共存レシーバが受信した前記第１信号を増幅する第２増幅工程と、
前記共存レシーバが増幅した前記第１信号を前記第１ホップレシーバに送信する第３送信工程と、
前記共存レシーバが前記第１信号のデコードを行う第２デコード工程と、
前記共存レシーバから第２ホップレシーバに、デコードされた前記第１信号のリレーを行う第１リレー工程と、
を更に備えることを特徴とする請求項４記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記チャネル情報は、
前記チャネルが同一ネットワーク内のチャネルである場合には、前記共存トランスミッタが前記第１ホップレシーバからのフィードバック情報を受信することで取得され、
前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、低速／準静的フェーディングである場合には、前記共存トランスミッタから前記第１ホップレシーバに送信されるトレーニングシーケンスと、前記トレーニングシーケンスを受信した前記第１ホップレシーバから前記共存トランスミッタへとフィードバックされる変化前の元のチャネルのチャネル情報と、に基づきリレー比を得ることで取得され、
前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがある場合には、前記統計データを用いたエルゴード比の最適化を通じて前記リレー比を得ることで取得され、
前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがない場合には、前記共存トランスミッタは前記リレー比を１としてデータ送信を開始するとともに、前記第１ホップレシーバからＮＡＣＫ信号を受信するまで前記リレー比を下げ、前記ＮＡＣＫ信号を受信すると前記リレー比を上げる処理を通じて取得される、
ことを特徴とする請求項４または５記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチホップの無線通信方法であって、未使用のレガシーユーザによる信号のリレーを有効利用することで、所定の時間・周波数スロットや地域においてサポートできるユーザ（デバイス）の数と、全体的なスループットとを増加することのできる無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマルチホップシステムにおいては、異なるユーザの信号は、非特許文献１に記載されているように、時間（ＴＤＭＡ（Time-division Multiple Access））、周波数（ＦＤＭＡ（Frequency-division Multiple Access））、コード（ＣＤＭＡ（Code-division Multiple Access））、または、非特許文献２に記載されているように、空間（ＳＤＭＡ（Space-division Multiple Access））に基づき分割されていた。
【０００３】
これらの分割方式のいずれにおいても、少なくとも１つの無線リソース内では、異なる信号が互いにオーバーラップすることはなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Simon S. Haykin, Communication System, Wiley, 2001
【非特許文献２】D. Tse and P. Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge University Press, May 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１や非特許文献２に記載されている、従来のマルチユーザコミュニケーションシステムにおいて異なるユーザを分割する方法では、ユーザの信号のオーバーラップ防止は主に時間、周波数および空間的な自由度に大きく依存して行われるものであり、これらはシンプルなシステムではあるものの、上述した少ないリソースを十分に活用できるものではなかった。
【０００６】
そこで、マルチホップシステムにおける、スペクトラムの不足と装置内のアンテナ数の制約に対応すべく、各無線リソース内で共存する、異なるユーザの信号のオーバーラップに対する制限を緩和し、システムのスループットを向上させることが望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、複数のユーザが同一地域において同一の時間・周波数スロットを利用することができるようにして、当該地域におけるシステムのスループットを向上することのできる無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した課題を解決するために、複数のユーザが同一地域において同一の時間・周波数スロットを利用することのできる無線通信方法を発明した。
【０００９】
本願の第１発明に係る無線通信方法は、ベクタープリコーディングを用いるマルチホップの無線通信方法であって、基地局が第１ホップレシーバへと第１信号を送信する第１送信工程と、前記第１信号を共存トランスミッタが受信する第１受信工程と、前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号を、前記共存トランスミッタと前記第１ホップレシーバとの間のチャネル情報に基づくベクタープリコーディングを用いてデコードする第１デコード工程と、前記共存トランスミッタがデコードした前記第１信号のベクタープリコーディングを、前記共存トランスミッタおよび共存レシーバ間のチャネル情報に基づいて行うプリコーディング工程と、ベクタープリコーディングされた前記第１信号が前記共存トランスミッタから前記共存レシーバへと送信される間に、前記共存トランスミッタにより増幅された前記第１信号が前記第１ホップレシーバへと送信される第２送信工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本願の第２発明に係る無線通信方法は、第１発明に係る無線通信方法であって、前記共存レシーバが前記基地局から送信された前記第１信号を受信する第２受信工程と、前記共存レシーバが受信した前記第１信号をデコードする第２デコード工程と、前記共存レシーバから前記第１ホップレシーバに、デコードされた前記第１信号のリレーを行う第１リレー工程と、前記第１ホップレシーバから送信された第３信号を前記共存レシーバが受信する第３受信工程と、前記共存レシーバが受信した前記第３信号をデコードする第３デコード工程と、前記共存レシーバから第２ホップレシーバに、デコードされた前記第３信号のリレーを行う第３リレー工程と、を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本願の第３発明に係る無線通信方法は、第１または第２発明に係る無線通信方法において、前記チャネル情報は、前記チャネルが同一ネットワーク内のチャネルである場合には、前記共存トランスミッタが前記第１ホップレシーバからのフィードバック情報を受信することで取得され、前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、低速／準静的フェーディングである場合には、前記共存トランスミッタから前記第１ホップレシーバに送信されるトレーニングシーケンスと、前記トレーニングシーケンスを受信した前記第１ホップレシーバから前記共存トランスミッタへとフィードバックされる変化前の元のチャネルのチャネル情報と、に基づきリレー比を得ることで取得され、前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがある場合には、前記統計データを用いたエルゴード比の最適化を通じて前記リレー比を得ることで取得され、前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがない場合には、前記共存トランスミッタは前記リレー比を１としてデータ送信を開始するとともに、前記第１ホップレシーバからＮＡＣＫ信号を受信するまで前記リレー比を下げ、前記ＮＡＣＫ信号を受信すると前記リレー比を上げる処理を通じて取得される、ことを特徴とする。
【００１２】
本願の第４発明に係る無線通信方法は、スカラープリコーディングを用いるマルチホップの無線通信方法であって、基地局が第１ホップレシーバへと第１信号を送信する第１送信工程と、前記第１信号を共存トランスミッタが受信する第１受信工程と、前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号を増幅する第１増幅工程と、前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号のデコードを行う第１デコード工程と、前記共存トランスミッタが受信した前記第１信号のスカラープリコーディングを、前記共存トランスミッタおよび共存レシーバ間のチャネル情報と、前記基地局から受信した因果的信号とを用いて行うプリコーディング工程と、スカラープリコーディングされた前記第１信号が前記共存トランスミッタから前記共存レシーバに送信される間に、前記共存トランスミッタにより増幅された前記第１信号が第１ホップレシーバへと送信される第２送信工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本願の第５発明に係る無線通信方法は、第４発明に係る無線通信方法であって、共存レシーバが前記基地局から送信された前記第１信号を受信する第２受信工程と、前記共存レシーバが受信した前記第１信号を増幅する第２増幅工程と、前記共存レシーバが増幅した前記第１信号を前記第１ホップレシーバに送信する第３送信工程と、前記共存レシーバが前記第１信号のデコードを行う第２デコード工程と、前記共存レシーバから第２ホップレシーバに、デコードされた前記第１信号のリレーを行う第１リレー工程と、を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本願の第６発明に係る無線通信方法は、第４または第５発明に係る無線通信方法であって、前記チャネル情報は、前記チャネルが同一ネットワーク内のチャネルである場合には、前記共存トランスミッタが前記第１ホップレシーバからのフィードバック情報を受信することで取得され、前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、低速／準静的フェーディングである場合には、前記共存トランスミッタから前記第１ホップレシーバに送信されるトレーニングシーケンスと、前記トレーニングシーケンスを受信した前記第１ホップレシーバから前記共存トランスミッタへとフィードバックされる変化前の元のチャネルのチャネル情報と、に基づきリレー比を得ることで取得され、前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがある場合には、前記統計データを用いたエルゴード比の最適化を通じて前記リレー比を得ることで取得され、前記チャネルが異なるネットワーク間のチャネルであり、高速フェーディングである場合であって、前記チャネルの統計データがない場合には、前記共存トランスミッタは前記リレー比を１としてデータ送信を開始するとともに、前記第１ホップレシーバからＮＡＣＫ信号を受信するまで前記リレー比を下げ、前記ＮＡＣＫ信号を受信すると前記リレー比を上げる処理を通じて取得される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述した構成からなる本発明によれば、時間・周波数スロットの有効活用と、システムのスループットの向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信方法を行うマルチホップ通信システムの構成ブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る無線通信方法のうち、半二重通信方式による無線通信方法を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る無線通信方法のうち、全二重通信方式による無線通信方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る無線通信方法におけるチャネル推定方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ】共存レシーバによるリレーが行われない場合の低速／準静的フェーディングによる信号送信を示すタイミングチャートである。
【図４Ｂ】共存レシーバによるリレーが行われる場合の低速／準静的フェーディングによる信号送信を示すタイミングチャートである。
【図５】第１および第２ホップレシーバにおいてＳＩＮＲを保ちつつリレーを行うための２つの方式を示すブロック図である。
【図６】本実施形態において用いられるＭＩＭＯトランスミッタの構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態において用いられるＭＩＭＯレシーバの構成を示すブロック図である。
【図８】図１に示す通信システムのダウンリンクにおいて、本実施形態に係る無線通信方法の使用の有無がサムレート比に及ぼす影響を示すグラフである。
【図９】ＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠する従来の無線通信システムを示す模式図である。
【図１０】ＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠する本発明に係る無線通信システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本願発明に係る無線通信システム１では、図１に示すように、アップリンクとダウンリンクにレガシーネットワークであるマルチホップリレーネットワークを使用しつつ、複数のコグニティブ無線（Cognitive Radio：ＣＲ）ユーザの共存を可能としている。こうしたマルチユーザシステムは、同じ地域において同一の時間・周波数スロットを用いる、共存トランスミッタ４と共存レシーバ３とにより構成されている。
【００１８】
ダウンリンクの場合、こうした共存は、基地局２からブロードキャストされる信号を受信する共存トランスミッタ４により実現される。共存トランスミッタ４は、レガシーユーザのレートを低下させることなく、自らの信号を、第１ホップレシーバ５または第２ホップレシーバ６を指定した待ち受け信号のリレーと同時に、第１ホップレシーバ５に送信することができる。
【００１９】
［本発明に係る方式に基づく送信手続き］
以下、本実施形態における送信手続きについて、トランスミッタの機能に応じ、半二重通信方式（half-duplex）および全二重通信方式（full-duplex）の２つのケースに分けて説明する。
【００２０】
本実施形態における半二重通信方式および全二重通信方式による信号送信は、それぞれ図２Ａおよび図２Ｂに示すフローチャートに示す手順で行われる。
【００２１】
＜半二重通信方式＞
（第１段階）
このケースでは、図２Ａに示すように、まず、共存トランスミッタ４は、基地局２と第１ホップレシーバ５との間のコミュニケーションを受信する（ステップＳ１）。そして、第１ホップレシーバ５および共存トランスミッタ４は、伝送されたメッセージのデコードを試みる（ステップＳ２）。
【００２２】
（第２段階）
共存トランスミッタ４がデコード可能である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、共存トランスミッタは、基地局２からの信号をデコードするとともに、当該信号のプリコーディングを行う（ステップＳ３）。
【００２３】
共存トランスミッタ４は、送信前にリレーする信号を完全に把握しているため、第１ホップレシーバ５からの送信や、共存トランスミッタ４からリレーされる信号による干渉を排除すべく、ＧｅｌｆａｎｄＰｉｎｓｋｅｒコーディング等のベクタープリコーディングスキームを用いることができる。
【００２４】
なお、共存トランスミッタ４がデコード不可である場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻り、共存トランスミッタ４によるコミュニケーションの受信が継続される。
【００２５】
次に、ステップＳ３の後、第１ホップレシーバ５による信号送信が行われる場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、共存トランスミッタ４は、第２ホップレシーバ６および共存レシーバ３に対し、自機の信号を送信する（ステップＳ５）。
【００２６】
一方、第１ホップレシーバ５による送信が行われない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、共存トランスミッタ４は、第１ホップレシーバ５に信号をリレーするとともに、共存レシーバ３に自機の信号を送信する（ステップＳ６）。
【００２７】
このリレーにより、２次電力のうち利用できる電力は少なくなるものの、２次信号の伝送が第２ホップレシーバ６の信号対干渉雑音比（Signal to Interference Plus Noise Ratio：ＳＩＮＲ）に及ぼす影響を無くすことができる。
【００２８】
なお、共存トランスミッタ４によるリレーは、従来のリレーの他、後述するクリーンなリレーにより行われてもよい。
【００２９】
一方、共存トランスミッタ４に加え、共存レシーバ５もまた、復号転送方式（Decode and Forward Relay Scheme）によりレガシー信号のリレーが可能であってもよい。
【００３０】
この場合、まず、共存レシーバ３が、基地局２からの信号を受信する（ステップＳ１１）。
【００３１】
次に、共存レシーバ３は、受信した信号のデコードを試みる（ステップＳ１２）。デコードが可能である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、共存レシーバ３は、第１ホップレシーバ５に信号のリレーを行う（ステップＳ１３）。
【００３２】
次に、第１ホップレシーバ５による信号送信が行われる場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、共存レシーバ５から第２ホップレシーバ６に対して信号のリレーが行われる（ステップＳ１５）。
【００３３】
一方、第１ホップレシーバによる信号送信が行われない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻り、共存レシーバ３による第１ホップレシーバ５への信号のリレーが継続される。
【００３４】
また、ステップＳ１２において、共存レシーバ３によるデコードが不可である場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）であって、第１ホップトランスミッタによる送信が行われる場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、共存レシーバ３が第１ホップレシーバ５からの信号を受信する（ステップＳ１７）。
【００３５】
そして、共存レシーバ３が受信した信号のデコードを試みる（ステップＳ１８）。デコード可能である場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、共存レシーバ３から第２ホップレシーバ６に対するリレーが行われる（ステップＳ１９）。
【００３６】
一方、デコード不可である場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１７に戻り、共存レシーバ３による第１ホップレシーバ５からの信号の受信が継続される。
【００３７】
なお、ステップＳ１６において、第１ホップトランスミッタからの送信が行われない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻り、第１ホップレシーバ５と共存レシーバ３による基地局２からの信号の受信が継続される。
【００３８】
上述した通信方式によると、図２Ａの左側に示す共存トランスミッタ４によるリレーのみが行われる場合と比較し、共存トランスミッタ４と共存レシーバ３の両方によるリレー、すなわち、図２Ａの左側および右側に示す両方のリレーを同時に用いることにより、リレーの効率を向上することができる。
【００３９】
＜全二重通信方式＞
（第１段階）
このケースでは、図２Ｂに示すように、まず、基地局２が信号の送信を行うとともに、共存トランスミッタ４が当該信号を受信する（ステップＳ２１）。これにより、第１ホップレシーバ５のビットエラーレート（ＢＥＲ）が改善される。
【００４０】
次に、共存トランスミッタ４が受信した信号のデコードを試みる（ステップＳ２２）。共存トランスミッタ４がデコード可能である場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、共存トランスミッタ４は、この段階における送信を向上するため、基地局２から受信した信号のデコードとベクタープリコーディングを行う（ステップＳ２３）。
【００４１】
このとき、共存トランスミッタ４は、基地局２から受信する因果的信号（Causal Signal）を用いてトムリンソン−ハラシマプリコーディング（Tomlinson-Harashima Precoding：ＴＨＰ）等のスカラープリコーディングを行うことで、基地局２からの信号のデコードが可能になるよりも前に、共存レシーバ３へのリレー信号により生じる干渉を部分的に抑制することができる。なお、ステップＳ２２において、共存トランスミッタ４がデコード不可である場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、共存トランスミッタ４は、信号を増幅してリレーするとともに、スカラープリコーディングされた自機の送信信号を送信する（ステップＳ２６）。
【００４２】
また、複数のアンテナが用いられる場合には、ＴＨＰにより抑制し切れなかった、残存する干渉を更に低減するために、トランスミッタとレシーバの間でビームフォーミングを用いることができる。
【００４３】
（第２段階）
共存トランスミッタ４が、レガシーレシーバである第１ホップレシーバ５を指定した信号のデコードを終えた後、この信号が共存トランスミッタ４から第１ホップレシーバ５へ、ノイズの影響を受けることなくリレーされる。これにより、第１ホップレシーバ５におけるＢＥＲが更に低減されるとともに、リレーの出力比が削減され、２次ネットワークにおけるＢＥＲが向上する。
【００４４】
（第３段階）
第１ホップレシーバ５による受信が完了し、第１ホップレシーバ５および共存トランスミッタ４によるデコードが可能である場合、第１ホップレシーバ５と共存トランスミッタ４とが、順次送信メッセージのデコードを行う。
【００４５】
そして、第１ホップレシーバ５が第２ホップレシーバ６に信号を送信すると（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、共存トランスミッタ４は、第２ホップレシーバ６と共存レシーバ３に信号の送信を行う（ステップＳ２５）。
【００４６】
また、ステップＳ２４において第１ホップレシーバ５による送信が行われない場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、共存トランスミッタ４から第１ホップレシーバ５と共存レシーバ３に対し、情報の送信が行われ（ステップＳ２７）、送信後は再び処理はステップＳ２４へと戻る。
【００４７】
なお、共存トランスミッタ４によるリレーは、従来のリレーの他、後述するクリーンなリレーにより行われてもよい。
【００４８】
一方、共存トランスミッタ４に加え、共存レシーバ３もまた、増幅転送方式（Amplify and Forward Relay Scheme）により従来の信号のリレーが可能であってもよい。
【００４９】
この場合、まず、基地局２が信号の送信を行うとともに、共存レシーバ３が当該信号を受信し、これを増幅するとともに、第１ホップレシーバ５に送信する（ステップＳ３１）。
【００５０】
次に、共存レシーバ３が、受信した信号のデコードを試みる（ステップＳ３２）。デコード可能である場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、共存レシーバ３はデコードを行うとともに、共存レシーバ３から第１ホップレシーバ５にリレーが行われる（ステップＳ３３）。
【００５１】
次に、第１ホップレシーバ５が信号の送信を開始した場合（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、共存レシーバ３はデコードを行うとともに、共存レシーバ３から第２ホップレシーバ６へとリレーが行われる（ステップＳ３５）。
【００５２】
また、ステップＳ３４において第１ホップレシーバ５による送信が行われない場合（ステップＳ３４：Ｎｏ）、ステップＳ３３に戻り、共存レシーバ３から第１ホップレシーバ５へのリレーが継続される。
【００５３】
また、ステップＳ３２において、共存レシーバ３によるデコードが不可である場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）であって、第１ホップトランスミッタによる送信が行われる場合（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、共存レシーバ３が第１ホップレシーバ５からの信号を受信し、これを増幅するとともに、第２ホップレシーバ６へと送信する（ステップＳ３７）。
【００５４】
次に、共存レシーバ３は、ステップＳ３７で受信した信号のデコードを試みる（ステップＳ３８）。デコード可能である場合（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）、共存レシーバ３はデコードを行うとともに、共存レシーバ３から第２ホップレシーバ６へとリレーが行われる（ステップＳ３９）。
【００５５】
一方、ステップＳ３８においてデコード不可である場合（ステップＳ３８：Ｎｏ）、ステップＳ３７に移行し、再度当該ステップＳ３７の処理が行われる。
【００５６】
上述した通信方式によると、共存レシーバ３から第２ホップレシーバ６へのリンク追加に自由度を持たせることにより、リレーの効率を更に向上することができる。
【００５７】
なお、アップリンクの場合は、共存トランスミッタ４が第２ホップレシーバ６からの信号を受信することと、まず第１ホップレシーバ５にリレーが行われ、次に基地局２にリレーが行われる他は、ダウンリンクの場合と同様の処理が行われる。
【００５８】
［チャネル推定］
上述したリレーとスカラー／ベクタープレコーディングを行うため、共存トランスミッタ４は、送受信を行うペア間のチャネル情報を取得している必要がある。
【００５９】
当該ペアを、以下、（トランスミッタ、レシーバ）の順に、（ＢＳ、共存トランスミッタ）、（ＢＳ、共存レシーバ）、（ＢＳ、第１ホップレシーバ）、（共存トランスミッタ、第２ホップレシーバ）、（共存トランスミッタ、第１ホップレシーバ）、（共存トランスミッタ、共存レシーバ）、（第１ホップレシーバ、第２ホップレシーバ）、（第１ホップレシーバ、共存レシーバ）等のように表す。
【００６０】
以下、高速及び低速／準静的フェーディングチャネルについて説明する。
【００６１】
まず、チャネルが低速／準静的である場合において、レガシーネットワークおよび２次ネットワークを経るチャネルに関する以下の２つのケースのそれぞれについて、チャネル情報の有用性を説明する。
【００６２】
（システム間のチャネル）
レガシーネットワークや２次ネットワークにおけるノード間、例えば、（ＢＳ、第１ホップレシーバ）、（第１ホップレシーバ、第２ホップレシーバ）、（共存トランスミッタ、共存レシーバ）等についてのチャネル情報は単純に、共存トランスミッタ４が通信を行うレシーバからのフィードバック情報を受信することにより得られる。
【００６３】
例えば、共存トランスミッタ４は、第１ホップレシーバや第２ホップレシーバからブロードキャストされるフィードバック信号である（ＢＳ、第１ホップレシーバ）や（第１ホップレシーバ、第２ホップレシーバ）のチャネル情報を傍受することで、チャネル情報を得ることができる。
【００６４】
（システム内のチャネル）
異なるネットワーク内にトランスミッタとレシーバ、例えば、（共存トランスミッタ、第１ホップレシーバ）、（共存トランスミッタ、第２ホップレシーバ）、（第１ホップレシーバ、共存レシーバ）等が存在し、レシーバがレガシーネットワークに存在する場合、図３に示す、特別なチャネル推定手続が必要になる。以下、チャネル推定について、図３を用いて説明する。
【００６５】
チャネル推定手続は、チャネルの変化のスピードに応じて２つのケースが用意されている。チャネルの変化（チャネルフェーディング）が低速である場合（ステップＳ４１，Ｙｅｓ）、すなわち、所定のコードワード長においてチャネルがほぼ同一の状態で存在する場合、共存トランスミッタは、当該トランスミッタと、第１ホップレシーバまたは第２ホップレシーバと、の間のチャネル推定を、元のチャネルから変化後のチャネルにフィードバックされるチャネル情報（Channel State Information：ＣＳＩ）および共存トランスミッタから追加送信されるトレーニング信号に基づき行う。
【００６６】
まず、最初のコードワードの冒頭部分において、基地局２は、第１ホップレシーバ５に対して、チャネル推定を行うためのトレーニングシーケンスｘtを送信する（ステップＳ４２）。
【００６７】
そして、第１ホップレシーバ５は、電力割当やビームフォーマー設計に用いるため、基地局２に対して、ｈ（１）＝ｈ14をフィードバックする（ステップＳ４３）。ここで、ｈ14は、基地局２−第１ホップレシーバ５間のチャネルを示している。
【００６８】
また、その間、共存トランスミッタは、このブロードキャストされる情報を傍受する。
【００６９】
次に送信されるコードワード長において、共存トランスミッタ４は、第１ホップレシーバ５に、スケーリングされたトレーニングシーケンス長の送信準備をする（ステップＳ４４）。
【００７０】
スケーリングファクターは以下の式で示される。αは共存トランスミッタにおけるリレー比を示している。
【００７１】
【数１】
2014212482.tif 000003
【００７２】
なお、パケットの最初のフレームについては（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、共存トランスミッタは送信を行わず、受信のみを行う（ステップＳ４０）。
【００７３】
一方、最初のフレームでない場合には（ステップＳ４５：Ｎｏ）、共存トランスミッタ４は、スケーリングされたトレーニングシーケンス長の送信を行い、レガシーレシーバは、ｙ＝（ｈ14＋ｃｈ24）ｘt＋ｎを受信する。ここで、ｈ24は共存トランスミッタ−第１ホップレシーバ間のチャネルを示している。
【００７４】
こうして得られるチャネル推定結果はｈ（２）＝ｈ14＋ｃｈ24となり、第１ホップレシーバ５はこれを共存トランスミッタ４にフィードバックする（ステップＳ４６）。
【００７５】
そして、再度傍受を行った後、共存トランスミッタ４は、以下の演算を行うことにより、当該トランスミッタ−第１ホップレシーバ間のチャネル推定結果を抽出ことができる（ステップＳ４７）、リレー比を算出することができる（ステップＳ４８）。
ｈ24＝（ｈ（２）−ｈ（１））／ｃ
【００７６】
なお、図３の第１ホップレシーバ５は、第２ホップレシーバ６に置き換えることができる。
【００７７】
しかし、このｃはＳＵ比の最適化の後に得られ、当該最適化にはチャネルｈ24の情報が必要であるため、ピンポン効果の問題が生じてしまう。
【００７８】
この問題を解決するため、従来より、リレー比を１に近い値にするとともに、第１ホップレシーバまたは第２ホップレシーバから認識不可（Not Acknowledgment：ＮＡＣＫ）とフィードバックがあるまで順次リレー比を減らしていくという手法が用いられている。
【００７９】
ここで、リレー比を１から順次減らすことが行われ、０から順次上げることが行われない理由は、前者の場合、後者の場合よりも、第１ホップレシーバ５や第２ホップレシーバ６のエラーの比や発生確率に変化を及ぼさないで済むためである。
【００８０】
共存トランスミッタ４は、第２ホップレシーバ６からＮＡＣＫ信号を受信すると、次に送信を行う際のリレー比を上げる。
【００８１】
信号フロータイミングチャートの詳細は、図４Ａに示す通りである。
【００８２】
まず、レガシートランスミッタが、レガシーレシーバにトレーニング信号ｘtを送信する（ステップＳ６１）。
【００８３】
次に、レガシーレシーバが、フィードバック信号ｈ14をブロードキャストする（ステップＳ６２、Ｓ６３）。
【００８４】
次に、フィードバック信号ｈ14を受信したレガシーＴＸは、ペイロードｘpをレガシーＴＸに送信する（ステップＳ６４）。
【００８５】
ペイロードｘpを受信したレガシーレシーバは、レガシートランスミッタに応答信号ＡＣＫを送信する（ステップＳ６５）。
【００８６】
そして、ＡＣＫを受信したレガシートランスミッタは、トレーニング信号ｘtをレガシーレシーバに送信する（ステップＳ６７）。
【００８７】
また、ステップＳ６２においてフィードバックｈ14を受信した共存トランスミッタは、レガシーレシーバに、以下に示すトレーニング信号を送信する（ステップＳ６６）。
【００８８】
【数２】
2014212482.tif 000004
【００８９】
ステップＳ６６およびステップＳ６７によりそれぞれトレーニング信号を受信したレガシーレシーバは、フィードバックｈ14＋ｃ0ｈ24をブロードキャストする（ステップＳ６８、Ｓ６９）。
【００９０】
このブロードキャストされたフィードバックｈ14＋ｃ0ｈ24を受信した共存トランスミッタとレガシートランスミッタは、それぞれレガシーレシーバに対し、ペイロードｃ0ｘp（２）＋ｘc（１）、ｘp（２）を送信する（ステップＳ７０、Ｓ７１）。
【００９１】
これらのペイロードを受信したレガシーレシーバは、レガシートランスミッタに応答信号ＡＣＫを送信する（ステップＳ７２）。
【００９２】
ステップＳ７２で応答信号ＡＣＫを受信したレガシートランスミッタは、レガシーレシーバに対しトレーニング信号ｘtを送信する（ステップＳ７４）。
【００９３】
また、共存トランスミッタは、トレーニング信号ｃkｘt、ｃk＜ｃk-1をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ７３）。
【００９４】
そして、ステップＳ７３、Ｓ７４でそれぞれトレーニング信号を受信したレガシーレシーバは、フィードバック信号ｈ14＋ｃkｈ24をブロードキャストする（ステップＳ７５、Ｓ７６）。
【００９５】
フィードバック信号ｈ14＋ｃkｈ24を受信した共存トランスミッタは、ペイロードｃkｘp（ｋ）＋ｘc（２）をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ７７）。
【００９６】
また、フィードバック信号ｈ14＋ｃkｈ24を受信したレガシートランスミッタは、ペイロードｘp（ｋ）をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ７８）。
【００９７】
なお、共存レシーバについても、共存トランスミッタと同様にトレーニング信号を送信する態様としてもよい。こうすることで、第２ホップレシーバからのフィードバックを傍受することができ、自機と第２ホップ（または従来の）レシーバとの間のチャネル情報を取得することができる。
【００９８】
図４Ｂは、低速・準静的フェーディングにおいて、共存レシーバによるリレーを伴う場合の通信を示すタイミングチャートである。
【００９９】
まず、レガシートランスミッタは、トレーニング信号ｘtをレガシーレシーバに送信する（ステップＳ８１）。
【０１００】
トレーニング信号ｘtを受信したレガシーレシーバは、フィードバック信号ｈ14をブロードキャストする（ステップＳ８２、Ｓ８３）。
【０１０１】
ブロードキャストされたトレーニング信号ｘtを受信したレガシートランスミッタは、ペイロードｘp（１）をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ８４）。
【０１０２】
ペイロードｘp（１）を受信したレガシーレシーバは、応答信号ＡＣＫをレガシートランスミッタに送信する（ステップＳ８５）。
【０１０３】
応答信号ＡＣＫを受信したレガシートランスミッタは、トレーニング信号ｘtをレガシーレシーバに送信する（ステップＳ８７）。
【０１０４】
また、ステップＳ８２においてフィードバック信号ｈ14を受信した共存トランスミッタは、トレーニング信号ｃ0ｘtをレガシーレシーバに送信する（ステップＳ８６）。
【０１０５】
ステップＳ８６、Ｓ８７のそれぞれにおいてトレーニング信号を受信したレガシーレシーバは、フィードバック信号ｈ14＋ｃ0ｈ24をブロードキャストする（ステップＳ８８、Ｓ８９）。
【０１０６】
ブロードキャストされたフィードバック信号ｈ14＋ｃ0ｈ24を受信した共存トランスミッタは、ペイロードｃ0ｘp（２）＋ｘc（１）をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ９０）。
【０１０７】
また、ブロードキャストされたフィードバック信号ｈ14＋ｃ0ｈ24を受信したレガシートランスミッタは、ペイロードｘp（２）をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ９１）。
【０１０８】
ステップＳ９１でペイロードを受信したレガシーレシーバは、レガシートランスミッタに応答信号ＡＣＫを送信する（ステップＳ９２）。
【０１０９】
ステップＳ９２で応答信号ＡＣＫを受信したレガシートランスミッタは、レガシーレシーバにトレーニング信号ｘtを送信する（ステップＳ９５）。
【０１１０】
また、共存トランスミッタは、トレーニング信号ｃ0ｘtをレガシーレシーバに送信する（ステップＳ９４）。
【０１１１】
また、共存レシーバは、レガシートランスミッタに対し、以下に示すトレーニング信号を送信する（ステップＳ９３）。
【０１１２】
【数３】
2014212482.tif 000005
【０１１３】
ステップＳ９３、Ｓ９４、Ｓ９５のそれぞれでトレーニング信号を受信したレガシーレシーバは、フィードバック信号ｈ14＋ｃ0ｈ24＋ｄ0ｈ34をブロードキャストする（ステップＳ９６）。ｈ34は共存レシーバ３−第２ホップレシーバ６間のチャネル推定を示している。
【０１１４】
レガシーレシーバからのフィードバック信号ｈ14＋ｃ0ｈ24＋ｄ0ｈ34を受信した共存レシーバは、ペイロードｄ0ｘpをレガシーレシーバに送信する（ステップＳ９８）。このとき、共存レシーバは他のデバイスによるリレーを介さずに直接レガシーレシーバにペイロードを送信するため、これをピュアリレーという。
【０１１５】
また、レガシーレシーバからのフィードバック信号ｈ14＋ｃ0ｈ24＋ｄ0ｈ34を受信した共存トランスミッタは、ペイロードｃ0ｘp（３）−ｘc（２）をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ９９）。
【０１１６】
さらに、レガシーレシーバからのフィードバック信号ｈ14＋ｃ0ｈ24＋ｄ0ｈ34を受信したレガシートランスミッタは、ペイロードｘp（３）をレガシーレシーバに送信する（ステップＳ１００）。
【０１１７】
こうして２番目のペイロードの送信後、共存トランスミッタは、共存レシーバが最初のトレーニングを開始する間、同一のスケーリングファクターｃ0を用いてトレーニングを行う。このとき、共存レシーバは、数４で示されるトレーニングシグナルを送信する。
【０１１８】
【数４】
2014212482.tif 000006
【０１１９】
共存トランスミッタ４およびレシーバ３が更に電力割当を行うためにｈ34を得られるよう、共存トランスミッタ４およびレシーバ３は、２回目のペイロードの送信前に、受信したｈ14＋ｃ0ｈ24＋ｄ0ｈ34からｈ14＋ｃ0ｈ24を抽出することで、ブロードキャスト信号ｈ14＋ｃ0ｈ24を用いることができる。
【０１２０】
共存レシーバ３は、次に送信を行う際には、第２ホップレシーバ６からＮＡＣＫ信号を受信するまでｄ0を減少する。
【０１２１】
共存トランスミッタおよびレシーバの電力割当は、共存トランスミッタ４およびレシーバ３の総電力に制限のある環境化で、共存トランスミッタ４が電力を有効利用するために行われる。トランスミッタは、共存レシーバ３からのリレーの補助を得て、少ない電力、すなわち、ｃkを上記数４に示すｄ0よりも小さく設定してリレーを行うことができるとともに、自機の信号を送信する際には高い伝送速度を実現することができる。
【０１２２】
図３のフローチャートに戻り、チャネルが高速フェーディングである場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、レシーバに設けられているチャネル推定器は、チャネル推定をリアルタイムで行うことも、推定された膨大なチャネル情報をフィードバックするための十分なバンド幅を確保することもできない。
【０１２３】
このような場合においてもリレー比を得るため、本願発明においては、以下の２つの方式が採用されている。
【０１２４】
（第１方式）エルゴード比の最適化
この方式では、共存トランスミッタ４がチャネルの構成を認識できない場合でも、全てのチャネルの統計データが分かれば、電力の総量に制限がある中で行われる、制約付最適化問題を解決することによるエルゴード比の最適化を通じて、リレー比を得ることができる（ステップＳ４９）。
【０１２５】
（第２方式）日和見的シグナリング
この方式では、共存トランスミッタ４はチャネルに関する情報を一切保持していないと仮定される。そして、共存トランスミッタ４は、リレー比が約１で自機のデータ送信を開始するとともに、第１または第２ホップレシーバからＮＡＣＫ信号を受信しない場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）、当該信号を受信するまで、次第にリレー比を下げていく（ステップＳ５２）。そして、ＮＡＣＫ信号を受信すると（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、共存トランスミッタ４はリレー比を上げる（ステップＳ５１）。
【０１２６】
［改良されたリレー方式］
共存トランスミッタ４及び各レシーバ３、６間の伝送速度を向上するため、共存トランスミッタ４は、チャネルの状況に応じて以下に示す２つの方式のうちいずれかを選択する。
【０１２７】
（第１方式）共存トランスミッタ４は、図５に示すように、自機の信号と従来の送受信機からの信号との重ね合わせを行う。この方式では、Ｎコードシンボルのコードワード長の全体にわたり、共存トランスミッタ４は自機の信号ｘcを送信すると同時に、ｃ1ｘpをリレーする。
【０１２８】
（第２方式）共存トランスミッタ４は、自機の信号と、リレーする信号とを、オーバーラップしないタイムスロットを用いて送信する。
【０１２９】
すなわち、Ｎ1＋Ｎ2＝Ｎである場合に、共存トランスミッタ４は、自機の信号ｘcを最初のＮ1コードシンボルで送信するとともに、次のＮ2コードシンボルにおいて信号ｃ2ｘpのリレーを行う。
【０１３０】
これら２つの方式の選択は、（共存トランスミッタ、第２ホップレシーバ）、（共存トランスミッタ、共存レシーバ）、（第１ホップレシーバ、第２ホップレシーバ）、および（第１ホップレシーバ、共存レシーバ）間のチャネル品質の関係に基づいて行われる。
【０１３１】
簡単な例を挙げると、（共存トランスミッタ、第２ホップレシーバ）間のチャネル利得のノルムが（共存トランスミッタ、第２ホップレシーバ）間のものよりも大きい場合、第２方式の方が第１方式よりも効率が良い。
【０１３２】
これは、上記条件下で信号の信号対干渉雑音比を一定に保つためには、共存トランスミッタはリレー信号に対してより多くの電力を割く必要があるためであり、言い換えれば、ｃ1が増加し、共存トランスミッタとレシーバとの間の伝送速度が減少するためである。このようなリレーは非効率的である。
【０１３３】
一方、第２方式を採用する場合には、自機の信号とリレー信号とを異なるタイムスロットに分割することで、自機の信号を同時送信することによるリレー効率の低下を防止することができる。
【０１３４】
ここで、２つの方式の切り替えは、以下の式に示す閾値を用いて行われている。
【０１３５】
【数５】
2014212482.tif 000007
【０１３６】
［ＭＩＭＯ送受信機］
以下にトランスミッタとレシーバの構成について説明する。
【０１３７】
（トランスミッタ）
図６は、トランスミッタのシステム構成を示すブロック図である。トランスミッタは、データソース生成部１１、チャネルコーディング・ベクタープリコーディング結合部１２、チャネルコーディング部１３、スカラープリコーディング部１４、チャネルエンコーダ１５、チャネルデコーダ１９、バッファ１６、ビームフォーミング・電力割当処理部１７およびモジュレータ・デモジュレータ１８を備えて構成されている。
【０１３８】
データソース生成部１１は、トランスミッタから送信するデータを生成する。トランスミッタが自らデータを生成する場合には、このデータソース生成部１１により当該データの生成が行われる。一方、他のデバイスから受信したリレー信号については、このデータソース生成部１１は当該信号の受領を行うとともに、以降の処理を行う各構成への移行を行う。
【０１３９】
チャネルコーディング・ベクタープリコーディング結合部１２は、信号のチャネルのエンコードを行うと同時に、ベクタープリコーディングを行う。
【０１４０】
チャネルコーディング部１３は、信号のチャネルコーディングを行う。
【０１４１】
スカラープリコーディング部１４は、信号のスカラープリコーディングを行う。
【０１４２】
チャネルエンコーダ１５は、信号のエンコードを行う。
【０１４３】
チャネルデコーダ１９は、信号のデコードを行う。
【０１４４】
バッファ１６は、トランスミッタによる信号処理と、送受信速度との差を補うため、各データを一時的に保管しておく記憶部である。
【０１４５】
ビームフォーミング・電力割当処理部１７は、受信した信号とチャネル情報とに基づき、共存トランスミッタが自機の信号とリレー信号とを送信するため、最適な伝送方向と伝送出力とを計算する。ここでいう最適とは、例えば、電力総量やサービス制約に基づき最大化された全体出力や最小化された送信電力を言う。
【０１４６】
モジュレータ・デモジュレータ１８は、デジタル信号をアナログ信号に変換するとともに、アナログ信号をデジタル信号に変換する。
【０１４７】
上述した構成を備えるトランスミッタは、まず、基地局または第１ホップレシーバから、第１ホップレシーバまたは第２ホップレシーバへと送信される信号を受信し、この信号のデコードを試みる。
【０１４８】
この信号がデコード可能な場合、トランスミッタはデコードされたメッセージをリエンコードすることで、送信された信号をノイズの無い状態で複製することができる。そして、この送信された信号は、高精度に得られたものであると扱われると共に、当該信号はチャネルのエンコードと同時にベクトルプリコーディングされる。
【０１４９】
一方、送信された信号がレガシーユーザまたは基地局からのものである場合には、共存トランスミッタはデコードを行うことができず、チャネルデコーダはスカラープリコーディングを選択する。
【０１５０】
スカラープリコーディングとベクトルプリコーディングの何れかを選択したことを示す情報は、コントロールチャネルを通じ、１ビットで、共存レシーバに送信される。
【０１５１】
一方、受信した信号とチャネル情報とに基づき、ビームフォーミング・電力割当処理部は、共存トランスミッタが自機の信号とリレー信号とを送信するため、最適な伝送方向と伝送出力とを計算する。
【０１５２】
自機の信号とリレー信号とが直列に結合された後、当該結合された信号は、共存トランスミッタにより送信される。
【０１５３】
（レシーバ）
図７は、レシーバのシステム構成を示すブロック図である。レシーバは、データ受信部２１、チャネルデコーディング・ベクタープリコーディング結合部２２、チャネルでコーディング部２４、スカラープリコーディング部２３、増幅・送信部２５、デコード・送信部２６、レシーバビームフォーミング部２７、トランスミッタビームフォーミング・電力割当部２８、モジュレータ・デモジュレータ２９、を備えて構成されている。
【０１５４】
データ受信部２１は、受信した一連のデータの蓄積を行う記憶部である。
【０１５５】
チャネルデコーディング・ベクタープリコーディング部２２は、信号のチャネルのデコードを行うと同時に、ベクタープリコーディングを行う。
【０１５６】
チャネルデコーディング部２４は、信号のデコードを行う。
【０１５７】
スカラープリコーディング部２３は、信号のスカラープリコーディングを行う。
【０１５８】
増幅・送信部２５は、信号の増幅と送信処理とを行う。
【０１５９】
デコード・送信部２６は、信号のデコードと送信とを行う。
【０１６０】
レシーバビームフォーミング部２７は、チャネルの状態を示す情報に基づき、トランスミッタと同様の最適化の基準を用いて、最適なレシーバのビームフォーミングを算出する。レシーバはこのビームフォーマーにより、基地局や第１ホップレシーバからの干渉を軽減することができる。
【０１６１】
トランスミッタビームフォーミング（ＴＸ−ＢＦ）・電力割当部２８は、トランスミッタが最適なビームフォーミングおよび電力割当を行うためのフィードバック情報の生成を行う。
【０１６２】
モジュレータ・デモジュレータ２９は、デジタル信号をアナログ信号に変換するとともに、アナログ信号をデジタル信号に変換する。
【０１６３】
上述した構成を備えるレシーバは、対応するデコード方式を選択するための制御信号を受信し、データメッセージを復元する。
【０１６４】
レシーバが共存レシーバ３であり、第２ホップレシーバ６へのデータのリレーに用いられる場合、共存レシーバ３はレシーバビームフォーマーの信号を受信し、当該信号がデコード可能か否かにより、増幅と送信を行うか、またはデコードと送信を行うかの選択を行う。
【０１６５】
そして、それぞれの信号はトランスミッタビームフォーミング・電力割当部２８を通り、出力が適切に調整された後、第２ホップレシーバ６へと送信される。
【０１６６】
図８は、図１に示すダウンリンクシステムにおいて、本発明に係る伝送方式を用いた場合と用いない場合のサムレート比を示すグラフである。ここで、本発明に係る伝送方式を用いない場合とは、共存するシステムが従来の日和見的コグニティブ無線システム、すなわち、使用されていないスペクトラムを検出したときのみアクティブになるシステムを意味している。
【０１６７】
なお、基準レートとして、基地局と第１・第２ホップレシーバとの間（「ＰＵ」ともいう。）の伝送速度が用いられていて、基準レートが０の場合とは、ＰＵシステムにおいて伝送が行われていない場合を示している。このＰＵがサイレントである場合の確率をｐと示す。
【０１６８】
図８より、全体的なサムレートは、ＰＵおよび共存するシステムのレートの総量により定義されていて、これにより所定の地域におけるスペクトラム利用が促進されていることを容易に確認することができる。
【０１６９】
また、下側のグラフのｐ＝０〜０．５の領域は、ＰＵにより高頻度で用いられるスペクトラムである。本発明に係る方式を用いた場合の曲線から、ｐ＝０〜０．５の領域においては、いかなる共存方式も用いていない場合よりも、サムレートが６倍〜１０倍向上していることが分かる。
【０１７０】
ＰＵが従来のコグニティブ無線システムと共存する場合、従来の方式によってもネットワークのサムレートをある程度向上することはできるものの、本発明に係る方式は、従来の方式よりも際立つ効果を有している。
【０１７１】
図９は、従来のＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠するシステムにおけるダウンストリーム通信処理を示している。本発明をこのＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠するシステムに適用した例について説明する。
【０１７２】
図９に示すように、ＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠するシステムでは、基地局の周辺に、Ｈ−ＣＰＥ（High Capability Consumer Premise Entity）およびＬ−ＣＰＥ（Low-Capability Consumer Premise Entity）の２つのタイプのデバイスが存在している。
【０１７３】
Ｈ−ＣＰＥは、複数のアンテナを備え、マルチホップリレー（最大２ホップ）等のチャネルアグリゲーションとネットワーク管理とを行うことができる。すなわち、Ｈ−ＣＰＥは、信号を他のＬ−ＣＰＥやＨ−ＣＰＥにリレーすることができる。
【０１７４】
Ｌ−ＣＰＥは、単一のアンテナを備え、チャネルアグリゲーションも、ネットワーク管理も行うことはできない。
【０１７５】
Ｈ−ＣＰＥまたはＬ−ＣＰＥと基地局との間のいずれのリンクにおいても、ダウンストリーム通信はＴＤＭＡを用いて実行される。
【０１７６】
上述した本願発明に係る共存方式のいずれも用いない場合、ＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠するシステムの基地局は、４つのリンクしか確立することができず、また、各リンクでは、規定されているデータレート下で通信が行われる。
【０１７７】
しかし、ＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠するネットワークに本発明に係る共存方式を採用した場合は、図１０に示すように、サポートされるリンクの数と、スループットの総量とを増加することができる。
【０１７８】
図１０に示すサブネットワーク１、３のいずれにおいても、１ホップの伝送しか行われていないため、共存トランスミッタは基地局からの信号の待ち受けと、Ｈ−ＣＰＥまたはＬ−ＣＰＥへのリレーの補助のみを行う。
【０１７９】
一方、サブネットワーク２、４においては、２ホップの伝送が行われているとともに、共存トランスミッタは第１ホップレシーバと第２ホップレシーバのいずれに対するリレーも補助することができる。この処理のフローチャートは図２および図３に示され、リレー比を得る処理を示すタイミングチャートは図４に示され、また、リレー方式は図５に示されている。
【０１８０】
ＩＥＥＥ８０２．２２ｂに準拠するシステムの基地局によりカバーされるエリア内では、４つのリンクに対して影響を及ぼすことなく、各サブネットワークが追加のリンクに適応することができる。これにより、所定の時間と周波数、地理位置においてサポートされるリンクやデバイスの数およびスループットの総量を増加することができる。
【０１８１】
このパフォーマンスの向上は、従来オーバーラップせずに送信を行っていた共存トランスミッタが、レガシーレシーバのＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Power Ratio：信号対雑音干渉電力比）を変更することなく、送信出力の一部をレガシーユーザの信号の中継に利用可能となることで実現されている。
【０１８２】
また、リレーを行う共存トランスミッタは、ＳＩＮＲに影響を及ぼさないため、同時に自身の信号を、同一の時間・周波数スロットにおいて、他のユーザに影響を及ぼすことなく送信することができる。これは、ＢＳ（Base Station：基地局）が、どの信号をリレーすべきか共存トランスミッタに知らせる信号を、全てのレシーバに対してブロードキャストすることで実現される。
【０１８３】
上述した本発明によると、時間・周波数スロットの有効活用と、システムのスループットの向上を実現することができる。
【符号の説明】
【０１８４】
１  無線通信システム
２  基地局
３  共存レシーバ
４  共存トランスミッタ
５  第１ホップレシーバ
６  第２ホップレシーバ
【図１】
2014212482.tif 000008
【図２Ａ】
2014212482.tif 000009
【図２Ｂ】
2014212482.tif 000010
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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