(57)【要約】  本発明にかかる通信装置は、基地局および端末局とともに無線通信システムを構成し、当該基地局と当該端末局との間で送受信される信号を中継転送する通信装置であって、前記基地局または前記端末局から送信された信号を受信した場合、受信した際の周波数とは異なる周波数を利用し、当該受信信号を増幅した上で転送することを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局および端末局とともに無線通信システムを構成し、当該基地局と当該端末局との間で送受信される信号を中継転送する通信装置であって、
前記基地局または前記端末局から送信された信号を受信した場合、受信した際の周波数とは異なる周波数を利用し、当該受信信号を増幅した上で転送することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記通信装置は、マルチキャリア通信に対応し、連続する所定数のサブキャリアを１つの処理対象として転送処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
基地局、端末局、および当該基地局と当該端末局との間で送受信される信号を中継転送するリレー装置により構成された無線通信システムであって、
前記リレー装置は、
前記端末局または前記基地局である第１の通信装置から送信された信号を受信した場合、受信した際の周波数とは異なる周波数を利用し、当該受信信号を増幅した上でその宛先である第２の通信装置へ転送することを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
前記リレー装置を複数備え、
各リレー装置は、前記第１の通信装置から特定の周波数で連続送信された信号を時間スロットごとに順番に受信し、信号を受信した時間スロットを基準として一定時間後の時間スロットにて転送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】
前記各リレー装置は、
前記信号を受信した時間スロットの後続の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記各リレー装置は、
前記信号転送処理で共通の送信周波数を利用することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記各リレー装置は、
前記信号転送処理でそれぞれ異なる送信周波数を利用することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記リレー装置を複数備え、
前記第１の通信装置は、前記第２の通信装置への信号を連続送信し、
前記複数のリレー装置の中の第１のリレー装置は、前記第１の通信装置から所定の時間スロットである第１の時間スロットで送信された信号を当該第１の時間スロットの後続の時間スロットである第２の時間スロットにて転送し、
前記複数のリレー装置の中の前記第１のリレー装置とは異なる第２のリレー装置は、前記第１の通信装置から前記第２の時間スロットで送信された信号を当該第２の時間スロットの後続の時間スロットにて転送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９】
前記第１のリレー装置および前記第２のリレー装置の少なくとも一方を複数備えることを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
複数のリレー装置を同時に利用して行う転送動作において各リレー装置が使用する周波数の割り当てパターンを予め規定し、各リレー装置および基地局がこれを保持しておき、
基地局は、前記各リレー装置に使用周波数を割り当てる場合、特定リレー装置に対する周波数割り当て結果を各リレー装置に対して通知し、
前記各リレー装置の中の前記特定リレー装置以外のリレー装置は、前記特定リレー装置に対する周波数割り当て結果に基づいて自身に割り当てられた周波数を特定することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記基地局を複数備える場合、
各基地局が管理するセルごとに異なる周波数割り当てパターンを適用することを特徴とする請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記リレー装置は、アンテナを複数備え、
各アンテナを利用して、前記第１の通信装置から特定の周波数で連続送信された信号を時間スロットごとに順番に受信し、信号を受信した時間スロットを基準として一定時間後の時間スロットにて転送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１３】
前記リレー装置は、
前記信号を受信した時間スロットの後続の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記リレー装置は、
前記各アンテナにて共通の送信周波数を利用することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
前記リレー装置は、
前記各アンテナにてそれぞれ異なる送信周波数を利用することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１６】
前記リレー装置は、アンテナを複数備え、
前記第１の通信装置は、前記第２の通信装置への信号を連続送信し、
前記リレー装置は、複数のアンテナの中の第１のアンテナを使用し、前記第１の通信装置から所定の時間スロットである第１の時間スロットで送信された信号を当該第１の時間スロットの後続の時間スロットである第２の時間スロットにて転送し、また、前記複数のアンテナの中の前記第１のアンテナとは異なる第２のアンテナを使用し、前記第１の通信装置から前記第２の時間スロットで送信された信号を当該第２の時間スロットの後続の時間スロットにて転送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１７】
前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナの少なくとも一方を複数備えることを特徴とする請求項１６に記載の無線通信システム。
【請求項１８】
リレー装置が備えている複数のアンテナを同時に利用して行う転送動作において各アンテナで使用する周波数の割り当てパターンを予め規定し、リレー装置および基地局がこれを保持しておき、
基地局は、前記リレー装置に使用周波数を割り当てる場合、特定アンテナに対する周波数割り当て結果を通知し、
前記リレー装置は、前記特定アンテナに対する周波数割り当て結果に基づいて他のアンテナに割り当てられた周波数を特定することを特徴とする請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１９】
前記基地局を複数備える場合、
各基地局が管理するセルごとに異なる周波数割り当てパターンを適用することを特徴とする請求項１８に記載の無線通信システム。
【請求項２０】
前記第１の通信装置は、同一時間スロットの同一周波数を利用して、既知信号成分を含んだ複数の信号を多重送信し、
前記リレー装置は、前記第１の通信装置からの受信信号を前記第２の通信装置へ転送し、
前記第２の通信装置は、前記リレー装置からの受信信号に含まれる既知信号成分に基づいて、多重化されている各信号を分離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２１】
前記第１の通信装置は、同一時間スロットの異なる周波数を利用して、既知信号成分を含んだ複数の信号を送信し、
前記リレー装置は、前記第１の通信装置からの各受信信号を合成し、得られた多重化信号を前記第２の通信装置へ送信し、
前記第２の通信装置は、前記リレー装置からの受信信号に含まれる既知信号成分に基づいて、多重化されている各信号を分離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２２】
前記第１の通信装置が独占的に使用する第１の周波数帯、および前記リレー装置が独占的に使用する第２の周波数帯により構成された帯域をシステム帯域とし、
前記基地局が、前記第１の周波数帯および前記第２の周波数帯を個別に管理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２３】
前記基地局を複数備える場合、
各セルに割り当てる利用周波数の繰り返しパターンを、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯とで異なるパターンとすることを特徴とする請求項２２に記載の無線通信システム。
【請求項２４】
前記第２の周波数帯に適用する利用周波数の繰り返しパターンにおける同一周波数の利用頻度を、前記第１の周波数帯に適用する繰り返しパターンにおける同一周波数の利用頻度よりも高くすることを特徴とする請求項２２に記載の無線通信システム。
【請求項２５】
前記端末局を複数備える場合、
前記基地局は、各時間スロットで送信を許可する端末局を前記複数の端末局の中から選定し、
前記送信を許可する端末局を選定する際のスケジューリング処理においては、
前記各端末局が、互いに直交するサウンディング信号を同一時間スロットの同一周波数にて送信し、
前記リレー装置が、前記サウンディング信号を前記基地局へ転送し、
前記基地局が、前記リレー装置により転送されたサウンディング信号に基づいて、送信を許可する端末局の選定および選定した端末局への無線リソース割り当てを行う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２６】
前記基地局は、前記サウンディング信号の受信ＳＩＮＲに基づいて、送信を許可する端末局を選定し、さらに、選定した端末局が送信時に使用するＭＣＳを当該端末局が送信したサウンディング信号の受信ＳＩＮＲに基づいて決定することを特徴とする請求項２５に記載の無線通信システム。
【請求項２７】
前記基地局は、前記サウンディング信号の受信ＳＩＮＲが大きい端末局から順番に、システムスループットが最大となる数の端末局を、送信を許可する端末局として選定することを特徴とする請求項２６に記載の無線通信システム。
【請求項２８】
前記リレー装置を複数備える場合、
各リレー装置は、前記各端末局から受信したサウンディング信号を、それぞれ異なる周波数を利用し、同一時間スロットにて転送することを特徴とする請求項２５に記載の無線通信システム。
【請求項２９】
前記リレー装置が複数のアンテナを備える場合、
前記リレー装置は、各アンテナにて前記各端末局から受信したサウンディング信号を、それぞれ異なる周波数を利用し、同一時間スロットにて転送することを特徴とする請求項２５に記載の無線通信システム。
【請求項３０】
前記リレー装置は、前記信号転送処理では前記基地局から指示された増幅率を使用し、
前記基地局が前記リレー装置による信号転送処理で使用する増幅率を制御する処理においては、
前記リレー装置が、自身が有する雑音成分または既知成分を前記基地局からの指示に従った増幅率で増幅し、得られた増幅後の信号を前記基地局へ送信し、
前記基地局が、前記リレー装置から送信された前記増幅後の信号の受信ＳＩＮＲに基づいて、前記リレー装置へ次回通知する増幅率を決定することを特徴とする請求項３〜２９のいずれか一つに記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば基地局と端末の間に位置し、これらから送信された信号を受信側へリレー伝送する通信装置およびこれを備えた無線通信システムに関する。
【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、近年リレー伝送がその解決策として注目されている。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よりも送信機での送信電力を小さく抑えられる。そのため、送信機の送信電力に制約のある環境において、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。【０００３】
従来のリレー伝送では、リレー装置が受信信号を受信した後に、同じ周波数の次の時間スロットで受信信号をリレー伝送する方法が一般的である。このような従来のリレー伝送技術は、例えば、下記非特許文献１に記載されている。以下に従来のリレー伝送を説明する。【０００４】
図３５は、従来のリレー伝送を説明するための図であり、具体的には、リレー伝送の経路と信号を伝送する時間スロットの構成を示す図である。図３５において、「Ｔ」は端末（送信機に相当）、「Ｒ」はリレー伝送を行うリレー装置、「ＢＳ」は基地局（受信機に相当）を示す。図示したように、従来のリレー伝送では、端末Ｔが初めの（１番目の）時間スロットｎで信号を送信し、端末Ｔから送信された信号を基地局ＢＳとリレー装置Ｒが受信する。また、リレー装置Ｒは次の（２番目の）時間スロットｎ＋１で受信信号をＧ倍の電力に増幅して送信電力ＰＲで基地局ＢＳへリレー伝送する。そして、基地局ＢＳは、１番目と２番目の時間スロットで受信した信号（端末Ｔから直接受信した信号とリレー装置Ｒでリレー伝送された信号）を合成することにより、信号品質を改善する。【０００５】
ここで、端末Ｔから基地局ＢＳ、端末Ｔからリレー装置Ｒ、リレー装置Ｒから基地局ＢＳまでの複素伝搬利得をそれぞれｈTB，ｈTR，ｈRBとし、また、端末Ｔがｑ番目のシンボルｓ(ｑ)（Ｅ[|s(ｑ)|2]＝１）を電力ＰＴで送信することとした場合、基地局における１番目および２番目の時間スロットでのｑ番目のシンボルに対応する受信信号ｘ1(ｑ)，ｘ2(ｑ)は次式で与えられる。【０００６】
【数１】
2009154279.tif 000003
【０００７】
上式において、Ｇはリレー装置Ｒでの増幅率、ｎ1(ｑ)，ｎ2(ｑ)はそれぞれ基地局ＢＳにおける１番目，２番目の時間スロットでの雑音成分であり同一の雑音電力ＮBS（＝Ｅ[|ｎ2(ｑ)|2]＝Ｅ[|ｎ1(ｑ)|2]）を持つ。また、ｎR(ｑ)はリレー装置Ｒでの雑音成分であり、雑音電力ＮR（＝Ｅ[|ｎR(ｑ)|2]）を持つ。【０００８】
基地局ＢＳでは、信号ｓ(ｑ)に含まれるパイロット信号のパターンを事前に把握しており、ｘ1(ｑ)とｘ2(ｑ)の最大比合成ウエイトを算出できる。最大比合成後の受信ＳＩＮＲΓは次式で与えられる。【０００９】
【数２】
2009154279.tif 000004
【００１０】
また、リレー装置Ｒが受信信号を送信電力ＰRに増幅する際の増幅率Ｇは次式で表される。【００１１】
【数３】
2009154279.tif 000005
【００１２】
なお、端末Ｔから受信したパケット内の信号ｓ(ｑ)にはデータシンボルとパイロットシンボルが含まれるが、データシンボルとパイロットシンボルの送信電力が異なる場合、上記ＰTはシンボルあたりの平均送信電力となる。【００１３】
基地局ＢＳでは、複数の受信信号を最大比合成することにより、上記受信ＳＩＮＲΓを得ることができる。このように、従来のリレー伝送ではリレー経路を決定した後に、フェージング変動する多くの経路を通過することにより、ダイバーシチ効果を得る。【００１４】
また、下記非特許文献２では、図３６に示したような、複数のリレー装置（Ｒ1，Ｒ2）を利用して行うリレー伝送が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】J.Laneman,  D.Tse,  and  G.Wornell,“Cooperative  diversity  in  wireless  networks:  efficient  protocols  and  outage  behavior”,  IEEE  Trans.  Inform.  Theory,  vol.50,  pp.3062-3080,  Dec.2004.
【非特許文献２】Dongwoo  Lee,  Young  Seok  Jung,  and  Jae  Hong  Lee  “Amplify-and-Forward  Cooperative  Transmission  with  Multiple  Relays  Using  Phase  Feedback”,  IEEE  Proc.  of  Vehicular  Technology  Conference,  VTC-2006  Fall.  Sept.2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、従来のリレー伝送では、リレー装置が同じ周波数の後続時間スロットで受信信号を送信する。この場合、端末とリレー装置の位置は大きく異なるため、隣接セルで受信される干渉電力レベルは時間スロットごとに大きく変動する。その結果、隣接セルの基地局で測定される干渉電力が安定せず、隣接セルで周波数割当などの周波数資源管理が行いにくくなる、という問題があった。【００１７】
また、端末では同じ周波数の連続時間スロットでデータを連続的に送信できない。そのため、端末は良好な伝搬状態を有する周波数を連続的に利用できずデータの伝送速度が低下する、という問題もあった。さらに、時間スロットごとの送信・停止制御が必要となるため、制御が複雑になる、という問題もあった。【００１８】
また、セルラ構成に基づく無線通信システムでは一定のセル間隔で特定の周波数を繰返し利用する。この際、周波数繰返し利用をなるべく多く増やすことが重要となり、基地局に近い無線装置からの信号送信では、送信電力が低く他セルへの干渉が少ないため小さい周波数繰返し利用ファクタで周波数を割り当てることができる。ここで、周波数繰り返し利用ファクタは平均何セルで特定の周波数が１回用いられる状態か（同一周波数の繰り返し頻度）を指す。周波数繰り返し利用ファクタをＵとすると、たとえば、全てのセルで同じ周波数を利用する場合にはＵ＝１、４セルごとに同じ周波数を利用する（４つの周波数のうちの一つを各セルに均等に割り当てる）場合にはＵ＝４となる。そして、端末とリレー装置は大きく位置が異なるため、それぞれ異なる周波数繰返し利用ファクタを適用することが周波数利用効率上望ましい。しかしながら、従来のリレー伝送では端末Ｔとリレー装置が同じ周波数を用いるため、端末Ｔとリレー装置Ｒの用いる無線リソースに異なる周波数繰返し利用ファクタを設定し難かった。その結果、十分効率的な周波数管理を行えない問題が生じていた。【００１９】
また、従来のリレー伝送では、複数のリレー装置がそれぞれ受信信号を同じ周波数の連続時間スロットで送信する構成もあるが、その場合、複数のリレー装置からの信号送信に多くの時間スロットが必要となり、１つのデータ伝送に長い遅延が発生する。また、端末が信号送信に利用できる時間スロットが減少し、高いデータ伝送効率のサポートが困難となる問題があった。【００２０】
また、従来のリレー伝送では、特定の周波数の時間スロットで１つの端末がデータ信号を送信し、リレー装置が受信信号を次の時間スロットで送信するが、１つのデータ伝送に多くの時間スロットを消費するため、必ずしも良好な周波数利用効率を得ることができない。従って、より効率的にリレー伝送を行える構成の提供が望まれている。【００２１】
さらに、現在の移動体通信システムではスケジューリング機能を備えたＯＦＤＭＡ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiple  Access）方式の規格化が広く行われている。この現行規格のインタフェースに大きな変更を求めることなく、リレー伝送においてスケジューリング機能を適用できる構成が求められる。しかしながら、従来のリレー伝送技術では従来規格との整合性に対する十分な考慮は行われていなかった。【００２２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システム内の周波数利用効率とデータ伝送効率とを向上させた通信を実現する通信装置および無線通信システムを得ることを目的とする。【００２３】
また、周波数管理や送信制御の簡単化を実現し、かつ既存システムへの適用が容易な通信装置および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】
【００２４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基地局および端末局とともに無線通信システムを構成し、当該基地局と当該端末局との間で送受信される信号を中継転送する通信装置であって、前記基地局または前記端末局から送信された信号を受信した場合、受信した際の周波数とは異なる周波数を利用し、当該受信信号を増幅した上で転送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、基地局ではリレー装置用の周波数と端末用の周波数とを分けて管理できるため、周波数管理を効率的に行えるようになる。この結果、システム内の周波数利用効率を向上させ、データ伝送効率を向上させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、実施の形態１の無線通信システムの構成例および基本的な信号伝送動作を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１の端末およびリレー装置が信号送信を行うタイミングと利用する無線リソースとの関係の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態３の無線通信システムにおける通信制御の基本手順を示したフローチャートである。
【図４】図４は、実施の形態１のリレー装置の構成例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１のリレー伝送を適用した無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１のリレー伝送を適用した無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２の無線通信システムの構成例および基本的な信号伝送動作を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２のリレー伝送の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３のリレー伝送の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４のリレー伝送において端末およびリレー装置が信号送信に使用する周波数を割り当てる方法の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４の端末およびリレー装置が使用する時間スロットの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、セルラ環境において端末が使用する周波数帯とリレー装置が使用する周波数帯で異なる周波数繰返し利用ファクタを設定した場合の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態５で使用するサブバンドの構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態５の無線通信システムで使用するサブバンドマッピングの一例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態５の無線通信システムで使用するサブバンドマッピングの一例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態５の無線通信システムで使用するサブバンドマッピングの一例を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態５の無線通信システムで使用するサブバンドマッピングの一例を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態６の無線通信システムにおける端末およびリレー装置の信号送信動作の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態６のスケジューリングを示す概念図である。
【図２０】図２０は、実施の形態８の無線通信システムの構成、およびリレー伝送動作の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、実施の形態８の無線通信システムにおける各端末および各リレー装置による信号送信タイミングと利用する無線リソースとの関係の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、実施の形態８の無線通信システムにおける各端末および各リレー装置による信号送信タイミングと利用する無線リソースとの関係の一例を示す図である。
【図２３】図２３は、実施の形態９のリレー伝送動作（マルチユーザリレー伝送）の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、実施の形態９のリレー伝送動作（マルチユーザリレー伝送）の一例を示す図である。
【図２５】図２５は、実施の形態９のリレー伝送動作（マルチユーザリレー伝送）の一例を示す図である。
【図２６】図２６は、実施の形態１０の無線通信システムの端末およびリレー装置が信号送信を行うタイミングと利用する無線リソースとの関係の一例を示す図である。
【図２７】図２７は、従来のリレー伝送の一形態を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明にかかるリレー伝送の一形態であるマルチユーザリレー伝送の一例を示す図である。
【図２９】図２９は、実施の形態１３のリレー伝送の一例を示す図である。
【図３０】図３０は、実施の形態１３のリレー装置における受信信号の合成動作を示す図である。
【図３１】図３１は、実施の形態１３のリレー装置における受信信号の合成方法の一例を示す図である。
【図３２】図３２は、実施の形態１４のリレー伝送の一例を示す図である。
【図３３】図３３は、実施の形態１４のリレー伝送を適用した無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示す図である。
【図３４】図３４は、増幅率Ｇの制御フロー動作を示す図である。
【図３５】図３５は、従来のリレー伝送動作を示す図である。
【図３６】図３６は、従来のリレー伝送動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の各実施の形態では、マルチキャリア系伝送またはＯＦＤＭＡ方式をベースとして高効率なリレー伝送方式を実現する信号伝送動作に関して説明する。また、各実施の形態における説明では上りリンクへの適用を想定し、情報信号の送信側の通信装置を端末Ｔ（Terminal）、受信側の通信装置を基地局ＢＳ（Base  Station）、端末Ｔから基地局ＢＳに向けて送信された信号を中継（リレー伝送）する通信装置（本発明にかかる通信装置）をリレー装置Ｒ（Relay）と呼ぶ。なお、各実施の形態は一例に過ぎず、各実施の形態で説明する技術は下りリンクや分散型無線通信システムに対しても同様に適用可能である。すなわち、各実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態の無線通信システムの構成例および基本的な信号伝送動作を示す図である。図１に示した無線通信システムは、送信側の通信装置である端末Ｔと、受信側の通信装置である基地局ＢＳと、端末Ｔから送信させた信号を基地局ＢＳへリレー伝送する複数のリレー装置（リレー装置Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3）により構成される。なお、端末Ｔおよび各リレー装置Ｒは、無線装置であれば移動端末、常時電源に接続された端末、パーソナルコンピュータのいずれであっでも構わない。図１では、端末Ｔから送信された信号をリレー装置Ｒ1がリレー伝送する場合を示している。
【００２９】
また、図２は、本実施の形態の無線通信システムの端末Ｔおよびリレー装置Ｒが信号送信を行うタイミングと利用する無線リソースとの関係の一例を示す図であり、図３は、本実施の形態の無線通信システムにおける通信制御の基本手順を示したフローチャートである。
【００３０】
図１、図２および図３に基づいて本実施の形態のリレー伝送制御について説明する。本実施の形態では、図１に示すように、リレー装置Ｒ1は、端末Ｔから送信された信号を一旦受信し、基地局ＢＳへ増幅送信する（増幅した上で送信する）が、その周波数利用方法に特徴がある。具体例を示すと、本実施の形態の無線通信システムでは、図２に示すようにＯＦＤＭＡなどのマルチキャリア伝送方式において端末Ｔが周波数ｆ0内のサブバンドを用いて信号送信し、リレー装置Ｒ1は周波数ｆ0とは異なる周波数ｆ1で受信信号を増幅送信する。通常、異なる周波数ｆ0，ｆ1はマルチキャリア系伝送方式では異なるサブキャリアを用いて実現される。また、より好ましい形態では、図２に示すように複数のサブキャリアを一つのサブバンドとし、端末Ｔとリレー装置Ｒ1が異なるサブバンドで信号伝送することで異なる周波数ｆ0，ｆ1での増幅送信を実現する。なお、リレー装置Ｒ1がリレー伝送する場合について示したが、他のリレー装置（Ｒ2，Ｒ3）がリレー伝送する場合も同様である。
【００３１】
つづいて、このようなリレー伝送を実現するための制御手順を図３に示したフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】
１−１）リレー伝送を開始するにあたって、同一セル内の端末Ｔ、各リレー装置Ｒおよび基地局ＢＳでは、利用する無線リソース（周波数及び時間スロット）に関して取り決めを行う。この取り決めは制御信号の交信によって行われる。なお、端末Ｔおよびリレー装置Ｒが利用する無線リソースは基地局ＢＳが決定し、基地局ＢＳは、端末Ｔおよびリレー装置Ｒに対して制御信号を送信することにより、決定した無線リソースを通知する（図３のステップＳ１１）。
【００３３】
１−２）端末Ｔは、上記ステップＳ１１で通知された時間スロットおよび周波数（図２の例では時間スロットｎの周波数ｆ0）を利用して信号を送信し、基地局ＢＳおよびリレー装置Ｒ1はその信号を受信する（ステップＳ１２）。
【００３４】
１−３）リレー装置Ｒ1は、周波数ｆ0で受信した信号を他の周波数（上記ステップＳ１１で基地局ＢＳから通知された周波数の信号）に変換し、上記ステップＳ１１で通知された無線リソースに対応する時間スロット（図２の例では時間スロットｎ＋１）を利用して、基地局ＢＳへ転送する（ステップＳ１３）。なお、変換後の周波数は上記ステップＳ１１での通知内容に従った周波数である。
【００３５】
１−４）基地局ＢＳは、リレー装置Ｒ1により転送（リレー伝送）された信号を受信する（ステップＳ１４）。
【００３６】
１−５）そして、基地局ＢＳは、上記手順１−２）で端末Ｔから直接受信した信号、および上記手順１−４）でリレー装置Ｒ1を介して受信した端末Ｔからの信号を合成することにより、端末Ｔからの受信信号の品質を向上させる（ステップＳ１５）。
【００３７】
なお、上記説明では、リレー装置Ｒ1が使用する時間スロットを端末Ｔが使用する時間スロットの次の時間スロットとしたが、端末が使用する時間スロットｎの後続の時間スロットであればいかなる遅延があっても構わない（時間スロットｎの次の時間スロットではなく、時間スロットｎ＋２以降であってもよい）。また、「後続の時間スロット」と記載したが、「後続の時間シンボル」であっても構わない。
【００３８】
また、上記手順１−３）でリレー装置Ｒ1が受信信号の周波数を変換するにあたっては、いかなる周波数変換法を用いても構わない。図４を用いて、本実施の形態のリレー装置Ｒによる周波数変換動作の一例を示す。
【００３９】
図４は、本実施の形態のリレー装置Ｒの構成例を示す図である。本実施のリレー装置Ｒは、アンテナを介して受信したアナログ信号を増幅するローノイズアンプ（ＬＮＡ）１と、ローノイズアンプ１により増幅された後のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部（Ａ／Ｄ）２と、デジタル信号に変換された後の受信信号に対してＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）を実行して周波数領域の信号に変換するＦＦＴ部３と、リレー装置の各構成要素を制御する制御部４と、ＦＦＴ部３から出力された信号に対して周波数変換処理を実行する信号変換部５と、信号変換部５から出力された信号に対してＩＦＦＴ（Inverse  Fast  Fourier  Transform）を実行して時間領域の信号に変換するＩＦＦＴ部６と、ＩＦＦＴ部６から出力された信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換部（Ｄ／Ａ）７と、ＤＡ変換部７から出力された信号を増幅するハイパワーアンプ（ＨＰＡ）８と、を備える。また、信号変換部５は、ＦＦＴ部３から出力されるサブキャリア毎の成分に分解された信号を一時的に保持しておくためのバッファ５１と、バッファ５１が保持しておいた信号を所定のタイミングで読み出し、所定の周波数変更手順に従って、サブキャリア単位で送信ポートのサブキャリアにマッピングする周波数変換部５２と、を備える。
【００４０】
上記構成のリレー装置Ｒは、上記ステップＳ１１の処理では、制御部４において基地局ＢＳからの制御信号を受信し、リレー伝送で使用する無線リソース（周波数および時間スロットの関係）を把握する。
【００４１】
また、上記ステップＳ１３の処理では、受信信号を一旦ベースバンド帯の信号に変換した後、ＦＦＴ部３がＦＦＴを実行してサブキャリアごとの成分に分解し、次の時間スロットまで待機するバッファ５１に格納する。さらに、周波数変換部５２が所定の周波数変換方法に従って、受信信号をサブキャリア単位で送信ポートのサブキャリアにマッピングし、周波数変換を行う。そして、ＩＦＦＴ部６がＩＦＦＴを実行してマルチキャリア信号に変換し、得られた信号を、基地局ＢＳから指定された時間スロット（上記制御部４が把握した所定の時間スロット）で基地局ＢＳへ送信する。
【００４２】
このような装置構成により、リレー装置Ｒは、円滑に受信信号の周波数変換を行い、得られた周波数変換後の信号を次の時間スロットで送信できる。一方、基地局ＢＳは、事前の取り決め（上記ステップＳ１１の処理）により、端末Ｔおよびリレー装置Ｒから信号が送信される周波数および時間スロットを認識している。そのため、端末Ｔからの受信信号とリレー装置Ｒからの受信信号（端末Ｔからの受信信号とは異なる周波数での受信信号）を用いて信号品質を向上させる。
【００４３】
このように、リレー装置において周波数を変更して送信する構成を適用すると、基地局ではリレー装置用の周波数と端末用の周波数とを分けて管理でき、周波数管理を効率的に行える。その結果、たとえば、リレー装置専用の周波数帯を設定することもできる。すなわち、マルチキャリア系伝送方式において、リレー装置専用の周波数帯を設定することも本発明の一つの特徴である。さらに、本実施の形態のリレー伝送を適用すると、端末用の周波数帯とリレー装置用の周波数帯で異なる周波数繰返し利用ファクタを設定することも容易に行うことが可能となる。また、マルチキャリア伝送方式においてサブキャリアの代わりに複数のサブキャリア（サブバンド）単位で信号伝送を行う構成では、サブバンドを指定する制御信号量を抑えられる。また、マルチキャリア伝送によって他の信号をアナログフィルタ等で分離することなく、アナログフィルタで信号分離する場合よりも隣接サブキャリアで密に信号を多重できる。このようなマルチキャリア伝送において周波数を変換してリレー伝送を行う構成は、上記図４で示した構成によって可能となるものである。
【００４４】
また、上述したリレー伝送（周波数変換を伴うリレー伝送）を利用して実現可能な、より好ましい利用形態の一例を図５に示す。図５は、実施の形態１のリレー伝送を適用した無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示す図である。図５に示した信号伝送動作では、端末Ｔは周波数ｆ0の連続時間スロットで信号を送信し、端末Ｔから送信された信号を２つのリレー装置（Ｒ1，Ｒ2）が周波数ｆ1の連続時間スロットでリレー伝送する。このとき、各リレー装置は、時間スロットを交互に利用する。たとえば、リレー装置Ｒ1が、時間スロットｎ，ｎ＋２，ｎ＋４，…の周波数ｆ0で受信した信号を時間スロットｎ＋１，ｎ＋３，ｎ＋５，…の周波数ｆ1で基地局ＢＳに向けて送信し、リレー装置Ｒ2が、時間スロットｎ＋１，ｎ＋３，ｎ＋５，…の周波数ｆ0で受信した信号を時間スロットｎ＋２，ｎ＋４，ｎ＋６，…の周波数ｆ1で基地局ＢＳに向けて送信する。このように、異なるリレー装置が１時間スロットおきに交互にリレー伝送すれば、端末Ｔが連続時間スロットで送信した全ての信号に対してリレー伝送することができる。図５に示したような、端末Ｔが一つの第１の周波数帯で連続的にパケット送信し、複数のリレー装置Ｒが交互に第２の周波数帯でリレー伝送する構成も本発明の特徴の一つである。
【００４５】
この図５に示した信号伝送動作では、端末Ｔは連続時間スロットで信号を送信できるため、高いデータ伝送速度を達成することが可能となる。また、端末Ｔがある特定の周波数で良好な伝搬（又はフェージング）状態を有する場合、その周波数をなるべく多く利用する方がよい。この観点からも特定の周波数の連続時間スロットでデータ送信する構成は優れていると言える。加えて、周辺セルにおける隣接基地局（例えば、図１に示した他セルの基地局）で受信される干渉電力は各周波数において安定した状態となる。これは、従来のリレー伝送（周波数変換を伴わないリレー伝送）では特定の周波数において端末Ｔとリレー装置Ｒが交互に時間スロットを使用しているために端末Ｔとリレー装置Ｒの位置の違いに応じて干渉電力が時間的に大きく変動するのに対して、本実施の形態の方法では周波数ｆ0を端末Ｔが常に用いて信号送信するので隣接基地局における干渉電力が安定化するためである。また、通常、リレー装置Ｒ1，Ｒ2はいずれも基地局ＢＳに近い位置に存在する、すなわち、隣接基地局との距離は、端末Ｔと隣接基地局との距離よりも大きい。したがって、各リレー装置Ｒが使用する周波数ｆ1においても、本実施の形態の方法では隣接基地局で観測される干渉電力を従来のリレー伝送を適用した場合と比較して安定化させることができる。
【００４６】
また、図５に示した信号伝送動作の他に、図６に示した信号伝送動作も実現可能である。図６は、実施の形態１のリレー伝送を適用した無線通信システムにおける信号伝送動作の他の例を示す図である。図６に示した動作では、リレー装置Ｒ1とＲ2が異なる周波数（ｆ1，ｆ2）を用いて受信信号をリレー伝送する。このような構成においても、端末Ｔは周波数ｆ0を用いて信号を連続送信できる。
【００４７】
このように、本実施の形態では、リレー装置が、端末からの受信信号の周波数（またはサブキャリアやサブバンド）を変換し、信号を受信した際の周波数とは異なる周波数にて基地局へ転送することとした。これにより、基地局ではリレー装置用の周波数と端末用の周波数とを分けて管理でき、周波数管理を効率的に行える。
【００４８】
また、端末が一つの周波数帯で連続的にパケット送信し、複数のリレー装置が他の周波数帯で、交互にリレー伝送することが可能となり、この結果、伝送効率を向上できる。
【００４９】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。実施の形態１では、主に、単一のリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明したが、本実施の形態では、複数のリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明する。なお、各リレー装置の構成は実施の形態１で示したリレー装置（図４参照）と同じである。
【００５０】
図７は、実施の形態２の無線通信システムの構成例および基本的な信号伝送動作を示す図である。また、図８は、実施の形態２のリレー伝送の一例を示す図であり、より詳細には、端末Ｔおよび各リレー装置Ｒの信号送信動作とその際に利用する無線リソースを示した図である。なお、図７に示した無線通信システムの構成は、実施の形態１（図１参照）と同様である。
【００５１】
以下に、図７および図８に基づいて、実施の形態２のリレー伝送動作を説明する。本実施の形態では、図７に示すように端末Ｔからの受信信号を複数（２つ以上）のリレー装置Ｒが基地局ＢＳへ増幅送信（リレー伝送）する。この際、図８に示すようにＯＦＤＭＡなどのマルチキャリア伝送方式において端末Ｔが周波数ｆ0内のサブバンドを用いて信号送信し、各リレー装置Ｒは周波数ｆ0とは異なる周波数内のサブバンドを用いて増幅送信する。たとえば、リレー装置Ｒ1が周波数ｆ1を用い、リレー装置Ｒ2が周波数ｆ2を用いて、受信信号をそれぞれ増幅送信する。
【００５２】
従来のリレー伝送を適用する場合、リレー装置は周波数を変更せずに受信信号を基地局へ増幅送信するので、複数のリレー装置が信号送信を行うケースでは、端末Ｔが時間スロットｎで送信した信号を、同じ周波数ｆ0の時間スロットで各リレー装置が順番に信号を送信する。この場合、リレー装置の数が増えるにつれて、全リレー装置が信号送信を完了するまでの所要時間は増加する。これに対して、本実施の形態のリレー伝送では、図８に示したように、端末Ｔが時間スロットｎで送信した信号を、各リレー装置がそれぞれ異なる周波数を使用し、時間スロットｎ＋１で送信するため、時間スロットｎ＋１において全リレー装置が信号送信を完了できる。その結果、多くのリレー装置Ｒが端末Ｔからの受信信号を基地局へ送信する場合にも１時間スロット分の所要時間で行うことができる。このように、本実施の形態のリレー伝送では、リレー装置の数に応じて所要時間が増加しない利点がある。
【００５３】
加えて、複数のリレー装置Ｒが端末Ｔの信号をリレー伝送することにより、基地局ＢＳでは１つのリレー装置Ｒがリレー伝送する場合よりも強い電力で信号受信することができる。また、図８に示す形態のリレー伝送では複数のリレー装置Ｒがそれぞれ異なる周波数を用いて端末Ｔからの信号を増幅送信する。この場合、複数のリレー装置Ｒからの信号を基地局ＢＳは周波数領域で個別に受信し、それらの信号を合成できる。この場合、リレー装置Ｒから基地局ＢＳまでの伝搬路変動（フェージング環境）はリレー装置Ｒごとに異なるが、基地局ＢＳでの信号合成により各リレー装置Ｒと基地局ＢＳとの間のフェージング変動は全体として緩やかになり、周波数領域でダイバーシチ効果を得ることができる。この効果は各リレー装置Ｒがそれぞれ異なる周波数で送信することによって実現できるものであり、仮に複数のリレー装置Ｒが同じ周波数で信号送信したとすると互いの信号が干渉し合いマルチパスフェージングを強めあう結果となる。
【００５４】
また、本実施の形態のリレー伝送では、複数のリレー装置が異なる周波数で信号送信する際に、同じ時間スロットで受信信号を増幅送信することによって、端末からの受信信号を複数のリレー装置が増幅送信する場合の時間的な遅延を短くしている。このように、複数のリレー装置が同じ時間スロットの異なる周波数で信号送信することも特徴の一つである。なお、本実施の形態では全てのリレー装置が「同じ時間スロット」で送信する場合を示したが、複数のリレー装置からの送信信号の一部が同じ時間で送信されれば、複数のリレー装置からの送信信号の全体的な所要時間（時間的な遅延）は低減される。従って、複数のリレー装置からの送信信号は完全に同じ時間スロットで送信されなくても、送信信号の一部が同じ時間で送信されれば本実施の形態リレー伝送による有効性は確保される。
【００５５】
また、本実施の形態で示したリレー伝送は、図５および図６を用いて実施の形態１で説明した場合（端末Ｔが連続送信を行う場合）にも適用可能である。すなわち、第１のリレー装置群が図８に示した時間スロットｎでの受信信号を時間スロットｎ＋１で増幅送信し、第２のリレー装置群が時間スロットｎ＋１での受信信号を時間スロットｎ＋２で増幅送信する場合にも適用可能である。なお、第１のリレー装置群および第２のリレー装置群のいずれか一方のみが複数のリレー装置を含んだシステム構成であってもよい。
【００５６】
実施の形態３．
つづいて、実施の形態３について説明する。実施の形態２では、複数のリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明したが、本実施の形態では、複数のアンテナ（複数の送受信系）を有するリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明する。なお、本実施の形態のリレー装置の構成は、複数のアンテナを有する点を除いて実施の形態１のリレー装置と同様である。たとえば、図４に示した送信／受信系をアンテナと同じ数だけ備える。
【００５７】
図９は、実施の形態３のリレー伝送の一例を示す図であり、より詳細には、端末Ｔおよび複数のアンテナを備えたリレー装置Ｒ1の信号送信動作とその際に利用する無線リソースを示した図である。実施の形態２では、各リレー装置が異なる周波数を利用してリレー伝送を行う構成を適用したが、図９に示すように、複数アンテナを持つ１つのリレー装置Ｒ1に対してもアンテナごとに異なる周波数を用いてリレー伝送（増幅送信）する構成が適用可能である。この場合、リレー装置Ｒ1は、端末Ｔからの信号を各アンテナで受信し、それぞれ異なる周波数で基地局ＢＳへ向けて信号を増幅送信する。基地局ＢＳでは異なる複数の周波数で信号を受信して合成することで、ダイバーシチ効果を得ることができ、良好な受信品質を確保できる。
【００５８】
このように、複数アンテナを持つ１つのリレー装置内において、受信した信号を異なる複数の周波数に分離（変換）して送信する構成も本発明の一つの形態である。
【００５９】
また、従来から複数アンテナを用いた信号伝送に関してＭＩＭＯ（Multi-Input  Multi-Output）に関する方式が広く研究されている。ＭＩＭＯ伝送では、複数アンテナで信号を送信する場合、受信機で分離できる信号数は受信機の受信アンテナ数によって制約される。したがって、リレー装置の送信アンテナ数が基地局の受信アンテナ数よりも多い場合、基地局は、リレー装置の複数アンテナから同じ周波数で送信された信号を完全に分離することができない。これに対して、本実施の形態で示すように、リレー装置のアンテナごとに異なる周波数で信号を送信すれば、基地局ではリレー装置の各アンテナから送信された信号を個別に受信できる。従って、本実施の形態はリレー装置と基地局が共に複数アンテナを有する環境において、特にリレー装置のアンテナ数が多い場合に格別な効果を発揮する。すなわち、本実施の形態のリレー伝送は、リレー装置のアンテナ数が基地局のアンテナ数よりも大きい場合には、適用効果は非常に大きい。
【００６０】
実施の形態４．
つづいて、実施の形態４について説明する。本実施の形態では、上述した実施の形態１〜３のリレー伝送を行うにあたって、端末およびリレー装置が信号送信に使用する周波数を効率的に割り当てる方法について示す。
【００６１】
図１０は、実施の形態４のリレー伝送において端末およびリレー装置が信号送信に使用する周波数を割り当てる方法の一例を示す図である。
【００６２】
図１０に基づいて、本実施の形態のリレー伝送について説明する。本実施の形態の無線通信システムでは、図１０に示すように、端末Ｔのみが信号を送信する特定の専用周波数帯を確保する。また、別の特定の周波数帯をリレー装置Ｒのみが信号を送信する専用周波数帯として確保する。なお、図１０の例では、周波数ｆ0およびｆ1を端末Ｔの専用周波数帯ＢTとして確保し、周波数ｆ2、ｆ3、およびｆ4をリレー装置Ｒの専用周波数帯ＢRとして確保している。このように、端末Ｔとリレー装置Ｒが一部の周波数帯を専用周波数帯としてそれぞれ利用する構成とすることにより、基地局ＢＳでの周波数資源管理が行いやすくなる。本構成に基づけば、基地局ＢＳは、端末Ｔ（またはリレー装置Ｒ）に利用周波数帯を指定する制御信号を送信する際に、最初からリレー装置Ｒ（または端末Ｔ）の専用周波数帯を候補から除外して割当周波数候補を低減することにより、端末Ｔ（またはリレー装置Ｒ）へ通知する制御ビット数を低減できる。
【００６３】
また、リレー装置Ｒが使用する専用周波数帯では端末Ｔが使用する周波数帯と異なるフレーム構成としてもよい。例えば、図１１に示すように端末Ｔ用の帯域とリレー装置Ｒ用の帯域で異なる時間スロット幅を用いることが可能である。これは、端末Ｔに比べてリレー装置Ｒからの送信の方が（接続状態などを通知する）制御信号量が多くなる場合などに有効である。逆に、端末Ｔからの送信に多くの制御信号を付随させる必要がある場合には、端末Ｔからの送信時間スロットの幅をリレー装置Ｒからの送信よりも長くすることも可能である。この異なる時間スロット幅は１時間スロット内の時間シンボル数を変化させることによって実現できる。このように、本実施の形態に従った構成、すなわち、端末Ｔおよびリレー装置Ｒが専用周波数帯を利用する構成では、端末Ｔとリレー装置Ｒがそれぞれ必要とする制御信号量を考慮して、端末Ｔとリレー装置Ｒで異なるフレーム構成を用いることができる。
【００６４】
この他に、ＯＦＤＭＡでは端末Ｔとリレー装置Ｒの送信するガードインターバルの長さを変化させる構成も可能である。端末Ｔは基地局ＢＳから遠隔に存在するためセル内で基準とする時間同期に対する誤差が大きくなる傾向にある。この状態を補うため、端末Ｔからの信号送信にはリレー装置のものよりも長いガードインターバルを設定し、セルの基準との時間同期ずれが発生した場合にも次のシンボルまたは他の端末Ｔの送信信号とのシンボルずれの発生を抑える。このように、端末Ｔとリレー装置Ｒからの送信信号のガードインターバル長を変化させることも可能となる。したがって、本実施の形態で示したような端末Ｔおよびリレー装置Ｒのそれぞれに専用周波数帯を割り当てる構成によれば、端末Ｔとリレー装置Ｒのそれぞれに適した柔軟なフレーム構築を行うことができる。
【００６５】
加えて、本実施の形態に基づく構成では、セルラ環境において、端末の用いる周波数帯とリレー装置の用いる周波数帯で異なる周波数繰返し利用ファクタを設定することも可能となる。図１２は、セルラ環境において端末Ｔが使用する周波数帯とリレー装置Ｒが使用する周波数帯で異なる周波数繰返し利用ファクタを設定した場合の一例を示しており、本図ではリレー装置Ｒの用いる周波数帯は各セルで繰返し利用されている。この状態は繰返し利用ファクタが１（Ｕ＝１）の状態に相当する。これに対して、端末Ｔの用いる周波数帯は４セルで１回繰返し利用されており、繰返し利用ファクタが４（Ｕ＝４）の状態に相当する。通常、リレー装置Ｒは端末Ｔよりも基地局ＢＳ近傍に位置する場合が多く、基地局ＢＳ近傍では小さい送信電力で基地局ＢＳへ信号を送信することができる。その結果、リレー装置Ｒでは隣接セルに与える干渉を端末Ｔよりも小さく抑えることができ、端末Ｔよりも小さい繰返し利用ファクタを設定できる。
【００６６】
すなわち、本実施の形態によれば、リレー装置Ｒの利用する特定の周波数が端末Ｔの利用する特定の周波数よりも少ないセル数の単位で繰返し利用することができる。中でも、より好ましい状態として、リレー装置Ｒの利用周波数帯を繰返し利用ファクタＵ＝１として全てのセルで利用する方式を適用できる。
【００６７】
なお、本実施の形態で示した端末Ｔの専用周波数帯やリレー装置Ｒの専用周波数帯は、トラヒック環境に応じて適応的に変化させることができる。すなわち、基地局ＢＳから遠く離れた位置に多数の端末Ｔが存在するなど、リレー伝送が多く行われる場合には、基地局ＢＳは、リレー伝送で使用する周波数帯（リレー装置の送信用に割り当てる周波数帯）とその帯域幅の情報を制御信号で送信することにより端末Ｔおよびリレー装置Ｒへ通知し、その帯域幅をリレー装置の専用帯域幅とする。一方、リレー伝送が必要となる端末Ｔが少ない場合には、基地局ＢＳは、リレー伝送を行う帯域幅を縮小または廃止する制御信号を端末Ｔおよびリレー装置Ｒに通知し、リレー装置Ｒの専用帯域の設定を解除する。このように、トラヒック環境に応じて適応的に端末Ｔやリレー装置Ｒの専用周波数帯を設定することで、周波数利用を効率的に行うことができる。
【００６８】
実施の形態５．
つづいて、実施の形態５について説明する。本実施の形態では、上述した実施の形態１〜４のリレー伝送において、基地局が端末およびリレー装置へ無線リソースの割り当て結果を通知するための制御信号に関して説明する。
【００６９】
実施の形態１の手順１−１）で示したように、リレー伝送を行うにあたって、端末Ｔ、各リレー装置Ｒおよび基地局ＢＳは、制御信号を用いて、利用する無線リソース（周波数及び時間スロット）の取り決めを事前に行う。その際には、効率的な制御信号（制御情報）を用いて基地局ＢＳから端末Ｔおよびリレー装置Ｒに対して利用無線リソースの通知を行うことが重要である。
【００７０】
そこで、この無線リソースの割当を行うにあたって、リレー伝送を行うシステム内ではマルチキャリア伝送帯域において一定のサブキャリア群単位をサブバンドとし、図１３に示すようにサブバンド番号（＃１，＃２，…）を付与しておく。そして、基地局ＢＳは、このサブバンド番号の体系に基づいて無線リソースの割当を行う。なお、無線リソース割当を端末Ｔに通知する制御信号の送信では必ずしもリレー伝送を用いる必要はない。データ信号をリレー伝送する一方で、制御信号を大きな送信電力で送信すること、または複数回繰返し送信することにより、基地局ＢＳは、端末Ｔと制御信号のみを直接交信することが可能である。
【００７１】
本実施の形態の無線通信システムでは、たとえば図１４に示すように、リレー装置Ｒが時間スロットｎのサブバンドｓ１で受信した信号を時間スロットｎ＋１のサブバンドｓ２で送信するための表を作成し、本表に基づいてリレー装置Ｒが受信する時間周波数帯と送信する時間周波数帯の関係を明示しておく（基地局ＢＳおよびリレー装置Ｒの双方が認識しておく）。図１４の表では、リレー装置Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3が時間スロットｎのサブバンド＃１，＃２，＃３でそれぞれ信号を受信し、その受信信号を時間スロットｎ＋１のサブバンド＃１１，＃１２，＃１３でそれぞれ送信する状態（無線リソース割り当て状態）を示している。なお、図１４の表では、時間スロットｎのサブバンド＃１での受信信号を時間スロットｎ＋１のサブバンド＃１２や＃１３で送信するリレー装置Ｒが存在しないため、これらサブバンドに対応する位置へ「０」を記載している。同様に、時間スロットｎのサブバンド＃２での受信信号を時間スロットｎ＋１のサブバンド＃１１や＃１３で送信するリレー装置Ｒ、時間スロットｎのサブバンド＃３での受信信号を時間スロットｎ＋１のサブバンド＃１１や＃１２で送信するリレー装置Ｒ、も存在しないため、これらサブバンドに対応する位置へ「０」を記載している。
【００７２】
また、図１４の表では、複数のリレー装置Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3がそれぞれ異なるサブバンドの信号を異なるサブバンドで増幅送信するとしたが、図１５に示すように複数のアンテナを有する１つのリレー装置Ｒ1がサブバンド＃１，＃２，＃３での受信信号をそれぞれサブバンド＃１１，＃１２，＃１３で増幅送信しても構わない。また、図１６に示すように、リレー装置Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3がサブバンド＃１での受信信号をそれぞれサブバンド＃１１，＃１２，＃１３で増幅送信するようにしても構わない。さらに、図１７に示すように複数のリレー装置Ｒ1，Ｒ2が同じ時間周波数帯の受信信号を同じ時間周波数帯で送信することも可能である。
【００７３】
このように、図１４〜図１７に示す表を用いてさまざまなリレー伝送環境（各リレー装置Ｒが使用する無線リソース）を基地局ＢＳから各リレー装置Ｒに通知することができる。なお、図１４〜図１７に示す表を実際に基地局ＢＳからリレー装置Ｒに通知する際には、ビットに変換して通知される。この際、なるべく少ないビット数で効率的に通知することが重要となる。以後、この受信周波数と送信周波数を対応づける操作を「サブバンドマッピング」と呼ぶ。
【００７４】
本実施の形態の無線通信システムでは、基地局ＢＳからリレー装置Ｒへ効率的にサブバンドマッピングを通知するため、高い頻度で発生する状態は少ないビット表示とする。例えば、図１４に示すようにサブバンドマッピングの対角成分以外が「０」となる状態の発生頻度が高い場合には、その状態（サブバンドマッピング結果）を１ビットで表示して通知することでビット数を削減できる。またこのとき、対角成分以外が「０」である状態を基本として、その状態を満たす場合と満たさない場合に分類し、満たさない場合にはその通知ビットを示して、詳細なサブバンドマッピングを通知するようにしてもよい。
【００７５】
また、複数のリレー装置Ｒをグループ化して、グループ単位でサブバンドのマッピングを制御するようにしてもよい。例えば、リレー装置Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3を一つのグループとし、リレー装置Ｒ1がサブバンド＃１を＃１１に変換する制御信号を受信するとする。このとき、リレー装置Ｒ2は自動的にサブバンド＃２を＃１２に変換し、リレー装置Ｒ3はサブバンド＃３を＃１３に変換するようにする。これは、リレー装置のＩＤが１大きくなると受信するサブバンドと送信するサブバンドの番号もそれぞれ１増加するという事前に取り決めた規則に基づき、リレー装置Ｒ2，Ｒ3が変換を行うものである。このように、複数のリレー装置Ｒをグループ化しておき、基地局ＢＳが、グループ番号の情報とともに、受信サブバンドと送信サブバンドの規則性を示す情報を制御信号にて各リレー装置Ｒへ通知することにより、事前に取り決めた規則に基づいて各リレー装置Ｒが受信サブバンドと送信サブバンドのマッピングを自動的に決定できる。なお、事前に取り決める規則にはさまざまな形態があるが、いかなる規則であっても構わない。また、事前に取り決める規則は複数であってもよい。このように、複数のリレー装置をグループ化してサブバンドマッピングの指示を行うことで、個別に制御する場合よりも制御信号量を低減できる。また、本形態で示したようにリレー装置の番号が１つあがるにつれ、受信・送信するサブバンドの番号を１つあげる規則性は簡易であり特に有効な方法の一つである。
【００７６】
また、上記の方法とは異なる方法として、セルごとに端末Ｔが送信するサブバンドとリレー装置Ｒが増幅送信するサブバンドを１対１に事前に対応づけておくことも有効である。たとえば、あるセルでは、サブバンド＃１，＃２，＃３で受信した信号を必ずそれぞれ＃１１，＃１２，＃１３で増幅送信するとの取り決めを行い、この取り決めを示すマッピング情報をセル内の各リレー装置Ｒへ事前に通知しておく。そして、基地局ＢＳからサブバンド＃Ｎ（N=1,2,3,…）を中継する（増幅送信する）ことを制御信号によって指示されたリレー装置Ｒは、事前に通知されたマッピング情報から使用するサブバンドがサブバンド＃１Ｎであると判断し、これを使用して増幅送信する。このように、担当するリレー装置Ｒとは独立に端末Ｔの送信するサブバンドとリレー装置Ｒが送信するサブバンドを一定の規則で事前に取り決めると、基地局ＢＳはリレー装置Ｒに中継用の受信サブバンド番号のみを通知すればよく、リレー伝送を行う際の制御信号量を低減できる。
【００７７】
なお、このサブバンドのマッピングはセルまたは基地局ＢＳ単位で異なるマッピングとすることもできる。例えば、自セルではサブバンド＃１，＃２，＃３で受信した信号を必ずそれぞれ＃１１，＃１２，＃１３で増幅送信し、隣接セルではサブバンド＃４，＃５，＃６で受信した信号を必ずそれぞれ＃１１，＃１２，＃１３で増幅送信するとの取り決めを行う場合がある。この場合には、隣接セルでリレー装置Ｒが送信するサブバンド＃１１，＃１２，＃１３は同じとしつつ、端末Ｔの送信するサブバンドを変更している。このように、セルまたは基地局ＢＳ単位で異なるサブバンドのマッピングを設定すると、端末Ｔとリレー装置Ｒの用いるサブバンドで異なる周波数繰返し利用ファクタを設定できる利点がある。
【００７８】
また、図１４〜図１７では時間スロットｎでの受信信号を時間スロットｎ＋１で増幅送信する場合を示したが、同様に、時間スロットｎ＋１での受信信号を時間スロットｎ＋２で増幅送信する場合のサブバンドマッピングを別途作成するようにしてもよい。同様に、時間スロットｎ＋２での受信信号を時間スロットｎ+３で増幅送信する場合のサブバンドマッピングを別途作成するようにしてもよいが、このサブバンドマッピングは時間スロットｎでの受信信号を時間スロットｎ＋１で増幅送信する場合と同じとすることもできる。これは、リレー装置Ｒが時間スロットｎと時間スロットｎ＋１で一連のリレー処理を完了するため、時間スロットｎ＋２と時間スロットｎ+３でも同じ繰返しを行えるためである。従って、ある時間周期ｔで同じサブバンドマッピングを用いることを制御信号にて基地局ＢＳからリレー装置Ｒへ通知することにより、時間スロットごとにサブバンドマッピングを通知する場合と比較して基地局ＢＳからリレー装置Ｒへ送信する制御信号量を低減できる。このように、ある時間周期でリレー装置Ｒが決められたマッピングに従い信号をリレー伝送することにより、基地局ＢＳからリレー装置Ｒへ通知する制御信号量を低減できる。また、連続する時間スロットでは異なるサブバンドマッピングを用い、複数時間スロット周期でサブバンドマッピングを繰り返すことにより、１つのリレー装置Ｒにおいて受信と送信が同時に発生する現象を回避しつつ、各リレー装置Ｒが円滑に受信信号を増幅送信できる。
【００７９】
なお、本実施の形態ではリレー装置Ｒが送信端末ＩＤを確認してリレー伝送する構成としてもよいが、リレー装置Ｒがどの端末Ｔが信号送信したかを知ることなく単純に受信信号を周波数変換して次の時間スロットで送信するようにしてもよい。この場合、リレー装置Ｒが端末ＩＤを認識する必要がなく、簡易な構成でリレー伝送制御を行うことができる格別の利点がある。また、時間スロットによって送信端末Ｔが変更になっても、リレー装置Ｒは送信端末Ｔの変更を意識することなく、決められたサブバンドマッピングの規則に従って増幅送信を行える。このように、送信端末Ｔが変化してもリレー装置Ｒに特別な制御を必要としないため、送信端末Ｔを確認してリレー伝送を行う従来のリレー伝送と比較して、制御信号量を低減することが可能となる。
【００８０】
また、図１４〜図１７では一つのセル内でのサブバンドマッピングについて示したが、他のセルでは端末Ｔの用いるサブバンド番号が異なる場合もある。これは、複数セル単位でサブバンドを繰返し利用するため、隣接セルでは同じサブバンドを用いない場合があるためである。この場合、各基地局はセル内で用いるサブバンド番号を事前にリレー装置に通知する。これによりセルごとに異なるサブバンド番号を基準としてサブバンドマッピングを行うことが可能になる。
【００８１】
以上のように、本実施の形態で示した構成の制御信号を利用することにより、基地局は、リレー装置に受信サブバンドおよび送信サブバンドとその時間スロットを効率的に通知できる。
【００８２】
実施の形態６．
つづいて、実施の形態６について説明する。近年、移動体通信システムではスケジューリング機能を備えたＯＦＤＭＡ方式の適用が広く検討されている。一方、今後の移動体通信システム（無線通信システム）では、この従来仕様のインタフェースに大きな変更を求めることなく、リレー伝送を適用できる構成が求められる。そのため、本実施の形態では、マルチキャリア伝送方式においてスケジューリングを行う既存規格のインタフェースに大きな変更を求めることなく導入可能なリレー伝送について説明する。
【００８３】
以下に、本実施の形態のリレー伝送におけるスケジューリング制御を説明する。図１８は、実施の形態６の無線通信システムにおける端末Ｔおよびリレー装置Ｒの信号送信動作の一例を示す図であり、各送信信号の時間的な関係を示している。図１８に基づいて、本実施の形態のリレー伝送を説明する。
【００８４】
本実施の形態の無線通信システムにおけるリレー伝送では、以下の手順に従い、基地局によるスケジューリング、およびリレー装置による増幅送信、を実行する。
【００８５】
６−１）基地局ＢＳの指示に従い、各端末Ｔk（k=1,…,K）は、図１８に示した時間スロット１の周波数ｆ0で互いに直交するサウンディング信号を送信する。サウンディング信号とは伝搬測定用の既知信号である。また、基地局ＢＳからの指示に従い、リレー装置Ｒ1は、時間スロット１の周波数ｆ0での受信信号（端末Ｔkから受信したサウンディング信号）を時間スロット２の周波数ｆ1で増幅送信する。
６−２）基地局ＢＳは、時間スロット１の周波数ｆ0での受信信号と時間スロット２の周波数ｆ1での受信信号に含まれるサウンディング信号を用いて各端末Ｔkが信号を送信した場合の受信状態を測定する。
６−３）基地局ＢＳは、所定のスケジューリングアルゴリズムを使用し、上記測定結果である受信状態に基づいて、上記サウンディング信号を送信した端末Ｔkの中からデータ送信に適した端末Ｔk（送信端末）を選定する。さらに、選定した送信端末がデータ送信時に使用する変調・符号化率（ＭＣＳ：Modulation&Coding  Scheme）を選定する。また、スケジューリング結果（選定した送信端末とＭＣＳの情報を含んだスケジューリング情報）を下りリンクで各端末Ｔkおよびリレー装置Ｒ1に送信する。なお、使用するスケジューリングアルゴリズムについては特に規定しない（既存のどのアルゴリズムを用いてもよい）。
６−４）上記スケジューリング結果が示す端末Ｔk（選定された端末Ｔk）は、時間スロットｎの周波数ｆ0でデータ信号を送信する。リレー装置Ｒ1は、上記スケジューリング結果に従い、端末Ｔkからの受信信号を時間スロットｎ＋１の周波数ｆ1で増幅送信する。また、基地局ＢＳは、時間スロットｎ，ｎ＋１での受信信号を合成して信号の復調を行う。
以上が本実施の形態のスケジューリング制御を適用した場合のリレー伝送制御手順である。
【００８６】
なお、実施の形態１において図５や図６に基づいて説明したリレー伝送制御と同様に、各端末（端末Ｔ1,…，ＴK）が連続する時間スロットでサウンディング信号を送信する構成、すなわち、各端末は、時間スロット１でサウンディング信号を送信した後、時間スロット２の周波数ｆ0でもサウンディング信号を送信し、時間スロット２でリレー伝送（増幅送信）を行ったリレー装置Ｒ1とは異なるリレー装置が、時間スロット２で各端末から送信された信号を時間スロット３でリレー伝送する構成も可能である。
【００８７】
また、リレー装置Ｒは、実施の形態５で示した制御と同様の制御を実行して、基地局ＢＳの指示に従った周波数変換を実行できる。なお、複数の端末Ｔkは互いに直交するサウンディング信号を送信するが、リレー装置Ｒによるリレー伝送時にも複数のサウンディング信号の直交関係は保持される。この直交関係が保持されたサウンディング信号を用いると、基地局ＢＳは、端末Ｔkが信号を送信した場合の伝送状態を複数の端末Ｔkについて個別かつ独立に測定できる。また、より好ましい構成として、リレー装置Ｒは、サウンディング信号を増幅送信する際の増幅率とデータ信号を増幅送信する際の増幅率を同一とすることが好ましい。同一の増幅率とすることにより、データ信号時にはサウンディング信号時と同じ伝送状態が保証され、信号伝送を円滑に行うことができる。
【００８８】
上記の手順６−１）〜６−４）で示したスケジューリングを実行することにより、伝送状態の良い端末Ｔkを選定できる。なお、本実施の形態では１つのサブバンドでデータ信号を伝送する場合について述べたが、マルチキャリア伝送やＯＦＤＭＡ方式の通信では他のサブバンドにおいても本実施の形態と同様の制御を並行して行う。
【００８９】
また、本実施の形態は、別の見方をすれば、端末Ｔからの信号をリレー装置Ｒがリレー伝送し、基地局ＢＳが受信する無線通信システムにおいて、端末Ｔを選定する制御をエンドツーエンドのみで行う方式と見ることもできる。すなわち、本実施の形態においてリレー装置Ｒは、所定の周波数変換を実行した上で信号を増幅送信するが、その信号の送信元の端末Ｔを知らなくても動作可能である。従って、スケジューリング制御を行うリレー伝送において、基地局ＢＳのみが端末選定機能を保有し、エンドツーエンド（端末Ｔから基地局ＢＳ）の通信品質を測定して送信端末を選定する。その後、基地局ＢＳは選定結果（選定した端末の情報）を端末へ通知する。なお、図１９は本実施の形態のスケジューリングを示す概念図であり、物理レベルでの（実際の送信シンボルレベルで見た）信号はリレー装置を介して送信されるが、論理レベル（信号の内容レベルで見た）信号にリレー装置は何ら介在しない。このように、本実施の形態ではリレー装置は物理的な信号の中継は行うが、スケジューリング制御における端末選定過程において何らリレー装置が関与しない（中継する信号の内容を解析する必要がない）ことも特徴の一つである。
【００９０】
実施の形態７．
つづいて、実施の形態７について説明する。本実施の形態では、実施の形態６で示したリレー伝送におけるスケジューリング動作に適用するスケジューリングアルゴリズムの具体例について示す。
【００９１】
実施の形態６で示した手順６−３）において基地局ＢＳが端末Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，…，ＴKの中から送信端末（Ｔk）を選定する際に使用するアルゴリズムの一例として、次式のアルゴリズムがある。
ｋ＝argk0maxγk0
【００９２】
ここで、γk0は端末Ｔk0から送信されたサウンディング信号の基地局ＢＳにおける受信信号電力対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）を表す。このアルゴリズムを使用した場合、基地局ＢＳは、サウンディング信号の受信ＳＩＮＲが最大となる端末Ｔkを送信端末として選定する。なお、上記アルゴリズムにより送信端末Ｔkを選定後、基地局ＢＳは、実施の形態６で説明したように、この送信端末Ｔkに割り当てるＭＣＳを選定する。このとき基地局ＢＳは、選定した送信端末Ｔkから送信されたサウンディング信号のＳＩＮＲγkに基づいてＭＣＳを選定する。送信端末Ｔkは、基地局ＢＳから指定されたＭＣＳでデータパケットを送信する。
【００９３】
このように、基地局ＢＳにおいて測定される受信ＳＩＮＲ（サウンディング信号の受信ＳＩＮＲ）の高い端末に送信許可を与えることによって、リレー伝送時にもスケジューリングによる伝送効率改善効果を得ることができる。
【００９４】
実施の形態８．
つづいて、実施の形態８について説明する。リレー伝送では、通常、１つのデータ信号の伝送に複数の時間スロット又は無線リソース単位を必要とする。そのため、リレー伝送はカバレッジをあげるためには有効であるが、無線リソースを効率的に利用しているとは言いがたく、かえってシステム全体として周波数利用効率を低下させている場合も少なくない。そこで、本実施の形態では、このような問題点を解決するリレー伝送について説明する。
【００９５】
図２０は、実施の形態８の無線通信システムの構成、およびリレー伝送動作の一例を示す図であり、複数の端末（端末Ｔ1，…，ＴK）および複数のリレー装置（リレー装置Ｒ1，…，ＲJ）が基地局ＢＳのセル内に存在する無線通信システムにおけるリレー伝送を示している。また、図２１は、本実施の形態の無線通信システムにおける各端末および各リレー装置による信号送信タイミングと利用する無線リソースとの関係の一例を示す図である。これらの図２０および図２１に基づいて本実施の形態のリレー伝送を以下に説明する。
【００９６】
図２０および図２１に示すように、本実施の形態のリレー伝送では、複数の端末Ｔk（k=1,2,…,K）が１番目の時間スロット（図２０および図２１では「時間スロットｎ」に相当）の周波数ｆ0で信号を同時に送信し、複数のリレー装置Ｒj（j=1,2,…,J）は受信信号を２番目の時間スロット（時間スロットｎ＋１）の周波数ｆjでそれぞれＧ(j)倍の電力に増幅して基地局ＢＳへ送信する。基地局ＢＳでは１番目および２番目の時間スロットでの受信信号を合成することで、各端末（端末Ｔ1，…，ＴK）の送信信号を分離検出する。
【００９７】
すなわち、本実施の形態のリレー伝送では、複数の端末Ｔkが同時に信号を送信し、リレー装置Ｒjが増幅送信する。この方式を以後マルチユーザリレー伝送と呼ぶことにする。従来のリレー伝送では１つの時間スロットで１つの信号を伝送するが、本実施の形態で示したマルチユーザリレー伝送では、複数の端末Ｔkが同じ無線リソース（１つの時間スロットおよび周波数）を用いて複数の信号を多重伝送することでシステム容量を向上できる。以下、複数の端末Ｔkが同時に信号を送信し基地局ＢＳが多重伝送された信号を分離する処理の詳細について示す。
【００９８】
まず、この点を説明するために、背景となる信号伝送モデルについて示す。なお、以下の説明においてａT，ａHはそれぞれベクトルａの転置，複素共役転置を表す。また、端末Ｔkから基地局ＢＳ、端末Ｔkからリレー装置Ｒj、リレー装置Ｒjから基地局ＢＳまでの複素伝搬利得をそれぞれｈkB，ｈkR，ｈRBとする。
【００９９】
たとえば、端末Ｔkがｑ番目のシンボルｓk(ｑ)（Ｅ[|sk(ｑ)|2]＝１）を電力Ｐkで送信し、リレー装置ＲＳjが受信信号を電力利得Ｇ(j)で増幅送信した場合、このときの時間スロットｎの周波数ｆ0および時間スロットｎ+１の周波数ｆjにおける基地局ＢＳでのｑ番目のシンボルの受信信号ｙ0(ｑ)およびｙ1(j)(ｑ)はそれぞれ次式で与えられる。
【０１００】
【数４】
2009154279.tif 000006
【０１０１】
ここで、ｚB0(ｑ)，ｚB1(j)(ｑ)はそれぞれ基地局ＢＳにおける時間スロットｎの周波数ｆ0，時間スロットｎ＋１の周波数ｆjでの干渉雑音成分であり、その平均干渉雑音電力をＺB0（＝Ｅ[|ｚB0(ｑ)|2]），ＺB1(j)（＝Ｅ[|ｚB1(j)(ｑ)|2]）と表す。また、ｚR(j)(ｑ)はリレー装置Ｒjにおける干渉雑音成分であり、その平均干渉雑音電力をＺR(j)（＝Ｅ[|ｚR(j)(ｑ)|2]）と表す。
【０１０２】
上式（１）および（２）を行列式で表すと、受信信号ベクトルｙ(ｑ)＝[ｙ0(ｑ)，ｙ1(1)(ｑ)，…，ｙ1(J)(ｑ)]Tは次式で表される。
【０１０３】
【数５】
2009154279.tif 000007
【０１０４】
このように、各信号はＪ＋１次元空間の信号として記述される。従って、基地局ＢＳで信号ｋを抽出するために最適ウエイトｗk＝(Φ-1ｈk)*を用いると、その合成出力ｗkTｙ(ｑ)における信号ｋの受信ＳＮＲΓkは次式で与えられる。
【０１０５】
【数６】
2009154279.tif 000008
【０１０６】
ここで、Φは次式のとおりである。
【０１０７】
【数７】
2009154279.tif 000009
【０１０８】
また、
Ｒz≡Ｅ[z(ｑ)z(ｑ)H]
＝diag[ＺB0，Ｇ(1)|ｈRB(1)|2ＺR(1)＋ＺB1(1)，…，Ｇ(J)|ｈRB(J)|2ＺR(J)＋ＺB1(J)]
である。
【０１０９】
なお、Ｋ＝１の場合には、次式（３）が成り立つ。
Γk＝ＰkｈkHＲZ-1ｈk                      …（３）
また、ｈk1Hｈk2＝０（ｋ1≠ｋ2）の場合も同様に、次式（４）が成り立つ。
【０１１０】
Γk＝ＰkｈkHＲZ-1ｈk  k=1,…,K                …（４）
【０１１１】
したがって、ｈk1Hｈk2＝０（ｋ1≠ｋ2）であれば、１端末の信号送信（K=1）の場合と同様に１つの時間スロットで複数（Ｋ個）の端末からの信号を多重伝送できる。Ｋ端末の総送信電力が一定（P1+P2+…+PK=一定)のもとで、ｈk1Hｈk2＝０を満たす、または、その状態に近い端末Ｔkの組合せ（Ｔk1，Ｔk2）を選定すると、各端末Ｔkは単独でリレー伝送した場合に近い伝送性能を得ることができ、通信容量を増大できる。一般に、シャノンのチャネル容量では電力を増大するよりも多重信号数を増加させる方が容量への寄与が大きい。そのため、本実施の形態では複数の端末が同時にデータ信号の送信を行うことによってデータストリーム数を増加させる。この結果、１つのデータストリームをリレー伝送する従来のリレー伝送よりも通信容量が大幅に増大する。
【０１１２】
この関係をさらに明確に説明するため、以下の２つのケースについて比較する。
（ケースＡ：従来のリレー伝送）
端末Ｔk（k=1,…,K）のうち１つが送信電力Ｐkで信号を送信し、リレー装置Ｒが受信信号を基地局ＢＳへ増幅送信する。
（ケースＢ：本実施の形態のリレー伝送）
端末Ｔk（k=1,…,K）が同時に送信電力Ｐkで信号を送信し、リレー装置Ｒが受信信号を基地局ＢＳへ増幅送信する。
【０１１３】
ケースＡとケースＢにおいて端末の総送信電力は同じである。しかし、チャネル容量は異なる。すなわち、ケースＡの平均チャネル容量ＣAは上式（３）を用いると次式（５）で表される。
【０１１４】
【数８】
2009154279.tif 000010
【０１１５】
ここで、Ｗは伝送帯域である。一方、ケースＢのチャネル容量ＣBは、ｈk1Hｈk2＝０（ｋ1≠ｋ2）の関係にある場合、上式（４）を用いると次式（６）で表される。
【０１１６】
【数９】
2009154279.tif 000011
【０１１７】
ここで、次式が成り立つので、ＣA≦ＣBが成り立つ。
【０１１８】
【数１０】
2009154279.tif 000012
【０１１９】
このように、チャネル容量の理論式からも本実施の形態で示すマルチユーザリレー伝送方式（上記ケースＢ）の有効性を確認できる。
【０１２０】
なお、ここでは「ｈk1Hｈk2＝０」となる場合を主に想定して論じたが、この条件が完全に満たされない場合でも、多くの場合で信号多重数の増加によってチャネル容量を増加することができる。これは、１つの信号の受信電力を大きくしたとしても通知できるビット数は大きく増加しないのに対して、複数の信号を多重伝送すると多くのビットを伝送できる通信の基本原理に基づくものである。
【０１２１】
また、実施の形態１〜７ではリレー装置が受信信号と送信信号の周波数を変換することにより伝送効率の改善などを行うことを特徴としたが、本実施の形態のリレー伝送は、リレー装置が受信信号と送信信号を同一周波数で送信する場合も含む。すなわち、複数の端末が同じ時間周波数で信号を送信し、リレー装置が基地局へ増幅送信した多重信号を基地局で分離受信することが本実施の形態のリレー伝送における特徴である。従って、図２２に示したように、複数の端末から同じ時間周波数で送信された信号を、リレー装置が端末と同じ周波数の異なる時間スロットで増幅送信する場合も本実施の形態のリレー伝送に含まれる。この場合にも、基地局ＢＳは複数時間スロットでの受信信号を用いて複数端末からの多重信号を分離受信することができる。この結果、リレー伝送時のチャネル容量を増大でき、周波数利用効率を改善できる。
【０１２２】
実施の形態９．
つづいて、実施の形態９について説明する。本実施の形態では、実施の形態８で示したものとは異なる構成のマルチユーザリレー伝送について示す。
【０１２３】
図２３は、実施の形態９のリレー伝送動作（マルチユーザリレー伝送）の一例を示す図である。図示したように、本実施の形態のマルチユーザリレー伝送では、ある周波数の時間スロットｎで複数の端末が同時に信号を送信し、複数のリレー装置は、各端末からの受信信号を時間スロットｎ＋１で同時に送信する。本実施の形態の基地局は複数のアンテナを有し、これらを用いてその信号（各リレー装置からの信号が多重化された信号）を受信する。複数アンテナでの受信信号を用いて多重信号を分離することにより、複数の信号を同時に受信することができる。多重信号の分離処理では、既存の手法を利用する。たとえば、ＭＭＳＥ（Minimum  Mean  Square  Error）合成法やＺＦ（Zero-Forcing）法などの手法がよく知られている。
【０１２４】
通常、受信機（この例では基地局）は複数アンテナでの受信信号を用いて、アンテナ数と同じ数の多重信号までを分離受信できる。従って、図２３に示すように信号を送信する端末数が基地局のアンテナ数以下の場合には、各リレー装置が、各端末からの受信信号を信号受信した次の時間スロットで増幅送信することにより、基地局において多重信号を分離受信できる。なお、各リレー装置は、必ずしも端末から信号を受信した時間スロットの次の時間スロットで増幅送信する必要はない。たとえば、端末からの信号を受信した時間スロットの２つ後の時間スロットで各リレー装置が増幅送信するようにしてもよい。
【０１２５】
また、図２４に示した構成のマルチユーザリレー伝送としてもよい。図２４では、一部のリレー装置が、他のリレー装置とは異なる無線リソース（時間スロットと周波数）で増幅送信を行う場合の例を示している。信号を送信する端末の数に対して基地局のアンテナ数が少ない場合には、図２４に示したようなリレー伝送とすることにより、基地局は、受信信号から多次元信号を得ることができる。そして、ＭＭＳＥ合成法や、ＺＦ受信法などを用いて、複数の無線リソースで得た多次元信号から多重信号を分離抽出することができる。
【０１２６】
このように、リレー装置が互いに異なる時間スロットと周波数を用いて基地局へ信号送信することにより、基地局は、アンテナ数よりも大きい多重数の多重信号を分離受信することが可能になる。
【０１２７】
図２３や図２４で示したように、多重信号数（多重化された信号の数）、リレー装置数、基地局アンテナ数に応じて、信号伝送に適した無線リソース割当は変化する。そのため、本実施の形態のリレー伝送を行うにあたっては、基地局が多重信号数、リレー装置数、基地局アンテナ数に応じて、リレー装置に割り当てる無線リソースを適応的に制御する。これにより、さまざまな信号多重数に対して柔軟に対応できる。
【０１２８】
なお、ここまでは、端末と基地局の間に１つのリレー装置が介在する場合を扱ったが、図２５に示すように２つ以上のリレー装置がリレー伝送を行っても構わない（端末と基地局の間で複数のリレー装置が複数回増幅送信を行って信号を中継するようにしてもよい）。この場合にも、リレー装置は受信する時間スロット・サブバンド（周波数）と送信する時間スロット・サブバンドの制御情報に従い増幅送信すればよい。基地局は、上記と同様の手法により、受信信号から多重信号を分離抽出することができる。
【０１２９】
以上のようなマルチユーザリレー伝送が有する他の利点として、各リレー装置では１つの信号を解読することが極めて困難であることが挙げられる。これは、信号が多重して送信されているのに対して、各リレー装置は多重信号を分離するために必要な多次元の受信信号を持っておらず、個別の信号を分離受信できないことによる。その結果、リレー装置で特定の信号を解読することが難しく、高い秘匿性を保ちつつリレー伝送を行うことができる。特に、リレー装置が他者の所有物若しくは端末等である場合に、リレー装置においてデータが解読不能であることはユーザにとって重要である。本発明はそのユーザの要求を満たすことのできる極めて有効なリレー伝送方式である。
【０１３０】
実施の形態１０．
つづいて、実施の形態１０について説明する。本実施の形態では、上述したマルチユーザリレー伝送にて使用可能なスケジューリング方法を示す。
【０１３１】
図２６は、実施の形態１０の無線通信システムの端末Ｔkおよびリレー装置Ｒjが信号送信を行うタイミングと利用する無線リソースとの関係の一例を示す図である。この図２６に基づいて、本実施の形態におけるリレー伝送制御を説明する。
【０１３２】
１０−１）基地局ＢＳの指示に従い、各端末Ｔk（k=1,…,K）は、図２６に示した時間スロット１の周波数ｆ0で互いに直交するサウンディング信号を送信する。サウンディング信号とは伝搬測定用の既知信号である。また、基地局ＢＳからの指示に従い、各リレー装置Ｒjは、時間スロット１の周波数ｆ0での受信信号（端末Ｔkから受信したサウンディング信号）を時間スロット２の周波数ｆj（j=1,…,J）で増幅送信する。
１０−２）基地局ＢＳは、時間スロット１の周波数ｆ0での受信信号と時間スロット２の周波数ｆjでの受信信号に含まれるサウンディング信号を用いて各端末Ｔkが信号を送信した場合の受信状態を測定する。
１０−３）基地局ＢＳは、所定のスケジューリングアルゴリズムを使用し、上記測定結果である受信状態に基づいて、上記サウンディング信号を送信した端末Ｔkの中からデータ送信に適した端末Ｔk（送信端末）の組み合わせを選定する。さらに、選定した送信端末がデータ送信時に使用するＭＣＳを選定する。また、スケジューリング結果（選定した送信端末とＭＣＳの情報を含んだスケジューリング情報）を下りリンクで各端末Ｔkおよび各リレー装置Ｒjに送信する。なお、使用するスケジューリングアルゴリズムについては特に規定しない。
１０−４）上記スケジューリング結果が示す端末Ｔk（選定された端末Ｔk）は、時間スロットｎの周波数ｆ0でデータ信号を送信する。リレー装置Ｒjは、上記スケジューリング結果に従い、端末Ｔkからの受信信号を時間スロットｎ＋１の周波数ｆjで増幅送信する。また、基地局ＢＳは、時間スロットｎの周波数ｆ0での受信信号と時間スロットｎ＋１の周波数ｆjでの受信信号を合成して信号の復調を行う。
以上が本実施の形態のスケジューリング制御を適用した場合のマルチユーザリレー伝送制御手順である。
【０１３３】
なお、複数の端末Ｔkは互いに直交するサウンディング信号を送信するが、リレー装置Ｒによるリレー伝送時にも複数のサウンディング信号の直交関係は保持される。そのため、基地局ＢＳは端末Ｔkが信号を送信した場合の伝送状態を端末Ｔkごとに個別に測定できる。また、より好ましい構成として、リレー装置Ｒjはサウンディング信号を増幅送信する際の増幅率とデータ信号を増幅送信する際の増幅率を同一とすることが好ましい。同一の増幅率とすることにより、データ信号時にはサウンディング信号時と同じ伝送状態が保証され、信号伝送を円滑に行うことができる。
【０１３４】
本実施の形態で示したスケジューリング制御を実行して送信に適した端末の組合せを選定することにより、伝送状態の良い端末Ｔkを選定できる。また、上記の手順１０−３）において端末の組合せを選定するスケジューリングアルゴリズムにはさまざまなものがあるが、その一つとして多くの端末の中からｈk1Hｈk2＝０に近い状態となる端末Ｔk1，Ｔk2の組み合わせを選定する方法がある。この場合には、実施の形態７で述べたように高い通信容量を達成する（伝送効率を改善する）ことが可能となる。
【０１３５】
実施の形態１１．
つづいて、実施の形態１１について説明する。本実施の形態では、上述したマルチユーザリレー伝送のスケジューリングにおいて送信端末を選定する制御動作の具体例について示す。
【０１３６】
実施の形態１０で示した手順１０−３）において送信端末の組み合わせを選定する場合、基地局ＢＳは、リレー伝送されたサウンディング信号の受信ＳＩＮＲの高い端末に送信許可を与える。このようにした場合、リレー伝送時にもスケジューリングによる伝送効率改善効果を得ることができる。そこで、本実施の形態ではマルチユーザリレー伝送におけるスケジューリングアルゴリズムの一つとして、以下の手順１１−１）〜１１−４）からなるアルゴリズムを開示する。
【０１３７】
１１−１）ｍ＝１，システムスループットＦ(０)＝０と設定する（初期設定を行う）。
１１−２）選定されていない全端末Ｔk（k=1,…,K）を対象として、次式に基づいて送信端末を選定する。具体的には、次式で示した受信ＳＩＮＲΓk|mが最大となる端末Ｔkを送信端末Ｔk(m)に選定する。なお、ａHはベクトルａの転置共役である。
【０１３８】
【数１１】
2009154279.tif 000013
【０１３９】
１１−３）多重信号数ｍでのシステムスループットＦ(ｍ)を算出し、Ｆ(ｍ)＞Ｆ(ｍ−１)の場合は手順１１−４）へ進む。それ以外はｍmax＝ｍ−１として処理を終了する。
１１−４）ｍ＜Ｍの場合は手順１１−２）に戻る。それ以外はｍmax＝Ｍとして処理を終了する。ここで、Ｍは最大可能多重信号数である。
以上の処理により、送信端末Ｔk(m)（m=1,…,mmax)を順次決定する。
【０１４０】
また，最終的な信号の受信ＳＩＮＲΓk|m-maxを上式（７）に基づいて計算し、各送信端末がデータ送信時に使用するＭＣＳを、各送信端末からのサウンディング信号の受信ＳＩＮＲに基づいて決定する。なお、ＭＣＳを決定するにあたって、受信ＳＩＮＲとＭＣＳの対応表を事前に作成しておき、その対応表に基づいてＭＣＳを選定する。
【０１４１】
また、上記手順１１−３）において、システムスループットＦ(ｍ)は次式により与えられる。
【０１４２】
【数１２】
2009154279.tif 000014
【０１４３】
ここで、ｆ(Γ)は１つのデータパケットで実現されるスループットであり、受信ＳＩＮＲΓの関数として一意に与えられる。具体的には、上式（７）に基づいて算出される受信ＳＩＮＲΓk|mに基づいてパケットのＭＣＳが決定され、それに伴いスループットも決定される。
【０１４４】
本実施の形態で示したアルゴリズムによれば、高いスループットを実現できる伝搬状態の良い端末の組合せを選定することができる。また、多重される他のデータパケットの影響などを考慮した上で受信ＳＩＮＲを算出することができる。その結果、サウンディング信号を用いて高精度に受信品質を予測することができ、高いシステム伝送効率を実現できる。
【０１４５】
実施の形態１２．
つづいて、実施の形態１２について説明する。本実施の形態では、実施の形態８などで示したリレー伝送の有効性、具体的には、複数の端末から同時に送信された信号をリレー伝送するマルチユーザリレー伝送の有効性について説明する。
【０１４６】
図２７は、従来のリレー伝送の一形態を示す図であり、図２８は、本発明にかかるリレー伝送の一形態であるマルチユーザリレー伝送の一例を示す図である。なお、図２８は、実施の形態８にて説明したマルチユーザリレー伝送を示している。
【０１４７】
図２７に示すように、従来のリレー伝送では複数の端末Ｔ1，Ｔ2からの信号を増幅送信する場合、それぞれ異なる周波数で分離して行っていた。図２７の例では、端末Ｔ1から周波数ｆ1にて送信された信号はリレー装置Ｒ1で受信され、端末Ｔ2から周波数ｆ2にて送信された信号はリレー装置Ｒ2で受信されて周波数ごとに個別にリレー伝送が行われる。その結果、端末Ｔ1からの送信信号はリレー装置Ｒ1のみで受信され、それ以外のエリアへ放射された端末Ｔ1の信号は無駄な電力となる。同様に、端末Ｔ2からの送信信号はリレー装置Ｒ2のみで受信され、それ以外のエリアへ放射された端末Ｔ2の信号は無駄な電力となる。
【０１４８】
これに対して、図２８に示すマルチユーザリレー伝送では、複数の端末Ｔ1，Ｔ2が同一の周波数ｆ0で信号送信を同時に行う。この場合、端末Ｔ1，Ｔ2からの信号はリレー装置Ｒ1，Ｒ2で受信される。すなわち、本発明にかかるマルチユーザリレー伝送では複数のリレー装置Ｒ1，Ｒ2が端末Ｔ1からの信号を受信でき、従来のリレー伝送では無駄に放射されていた端末Ｔ1からリレー装置Ｒ2への信号がリレー装置Ｒ2を介して基地局ＢＳへ増幅送信される。端末Ｔ2からの信号についても同様である。
【０１４９】
この結果、基地局ＢＳではより多くの受信電力を収集できる。すなわち、マルチユーザリレー伝送では、空間的に複数存在している各リレー装置Ｒjが各端末Ｔkからの信号を受信してそれを基地局ＢＳへ中継（増幅送信）することにより、基地局ＢＳでは等価的に多くの電力を収集できる方式と言える。基地局ＢＳは、複数のリレー装置Ｒjからの受信信号に含まれる信号成分を、受信ウエイトを用いて同相合成する。この同相合成によって、所望信号成分のみを良好な品質で抽出でき、所定の通信品質を満たすために必要となる端末の送信電力を低減できる。加えて、複数の端末の信号を直交に近い状態で多重伝送することにより、必要となる無線リソースの数を少なく抑えることができる。
【０１５０】
なお、従来のリレー伝送において端末Ｔ1からの信号をリレー装置Ｒ1およびＲ2が共に受信し、同じ周波数で同時に基地局ＢＳへ中継することも可能であるが、基地局ＢＳでは、リレー装置Ｒ1から受信した（中継された）希望信号とＲ2から受信した希望信号の位相関係はランダムとなる。その結果、希望信号を同相合成できず、電力利得を得ることができない。また、従来のリレー伝送において、各端末からの受信信号をリレー装置Ｒ1とＲ2が異なる時間スロットで中継すれば、基地局ＢＳではリレー装置Ｒ1およびＲ2から受信した希望信号を同相合成できるが、この場合、１つの信号を中継するために複数（リレー装置の数に応じた数）の時間スロットを消費する。
【０１５１】
従って、本発明にかかるリレー伝送に含まれるマルチユーザリレー伝送では、従来のリレー伝送と比較して少ない無線リソースで高品質な信号伝送を実現できる。また、所定の品質を維持するために必要な端末の送信電力を低減することができる。
【０１５２】
また、リレー伝送を用いない従来の基地局では、受信機で分離できる信号数は受信機の受信アンテナ数によって制約される。したがって、１又は複数の端末が同じ周波数で同時に送信できる信号数は基地局のアンテナ数以下とされてきた。また、周波数変換を行わない従来のリレー伝送においても、リレー伝送された信号を基地局が信号分離するためには、１又は複数の端末が同一周波数で同時に送信する信号数は基地局のアンテナ数以下とする必要があった。これに対して、本発明のマルチユーザリレー伝送では、１又は複数の端末が同じ周波数で基地局のアンテナ数より多い信号を同時に多重送信することも可能である。これは、複数のリレー装置がそれぞれ異なる周波数に変換して基地局へ信号送信を行うため、基地局では周波数領域でリレー伝送された多くの受信信号を用いて信号分離を行うことができるためである。この際、基地局が分離できる信号数はリレー装置数によって制約される。従って、本実施の形態は特にリレー装置の数が多い場合に格別な効果を発揮する。特にリレー装置のアンテナ数が基地局のアンテナ数よりも大きい場合には、適用効果は非常に大きい。
【０１５３】
また、別の見方として、情報理論的な側面から本実施の形態を以下のように解釈することもできる。複数端末と複数リレー装置の間はＭＩＭＯチャネルであり高いシャノンの通信路容量を有する。従って、１つの周波数で信号伝送を行える。一方、リレー装置から基地局への伝送経路はシャノンの通信路容量が低くなるため、周波数軸で信号多重する必要が生じていると解釈できる。すなわち、本実施の形態は端末からリレー装置への経路とリレー装置から基地局への経路のシャノンの通信路容量に応じて、空間領域と周波数領域を円滑に使い分ける技術である。このような経路によるシャノンの通信路容量の違いに着目して、空間領域と周波数領域を円滑に使い分けるリレー伝送技術は、筆者の知る限りこれまで存在しない。本実施の形態はこのような端末からリレー装置とリレー装置から基地局の経路によるシャノンの通信路容量の違いに応じて空間領域と周波数領域の使い分けを円滑に行うための具体的な手段（すなわち、サブバンドへの適応的な信号の配置）を開示するものである。
【０１５４】
実施の形態１３．
つづいて、実施の形態１３について説明する。本実施の形態では、上述したマルチユーザリレー伝送の変形例について説明する。図２９は、実施の形態１３のリレー伝送の一例を示す図であり、マルチユーザ伝送の一形態を示している。
【０１５５】
実施の形態１２で示したように、マルチユーザリレー伝送の目的の一つは、端末の送信信号をより多くのリレー装置が受信し、増幅送信することによって基地局で多くの信号電力を収集することにある。ところで、このような目的を達成するためには、端末Ｔ1，Ｔ2は必ずしも同じ周波数で信号を送信する必要はなく、図２９に示すように端末Ｔ1，Ｔ2が異なる周波数ｆ01，ｆ02で信号送信する構成とすることも可能である。
【０１５６】
図２９に示す構成では、端末Ｔ1，Ｔ2がそれぞれ異なる周波数ｆ01，ｆ02で信号を送信する。さらに、リレー装置Ｒ1では端末Ｔ1，Ｔ2からの信号を周波数ｆ01，ｆ02で受信した後、周波数ｆ01，ｆ02での受信信号を合成して送信信号を生成する。この操作を示したものが図３０である。図３０に示すように、本実施の形態のリレー装置では、内部で複数周波数の受信信号を合成して一つの周波数での送信信号を生成する。図３０ではリレー装置の全体構成は省略しているが、たとえば、図４に示したリレー装置のＦＦＴ部３から出力された周波数ごとの受信信号を用いて図３０の操作を実行する。そして、その結果を送信サブキャリアとしてＩＦＦＴ部６の入力とするような構成とすればよい。
【０１５７】
図２９に示した各リレー装置（リレー装置Ｒ1，Ｒ2）は、上記構成に基づいて送信信号を生成すると、生成した信号を基地局ＢＳに向けて送信する。このとき、リレー装置Ｒ1が送信する信号の周波数はｆ1，リレー装置Ｒ2が送信する信号の周波数はｆ2である。図２９の信号伝送では端末Ｔ1，Ｔ2からの２つの信号が多重送信されているが、基地局ＢＳはリレー装置Ｒ1，Ｒ2からの２つの信号に含まれる端末Ｔ1（または端末Ｔ2）からの信号成分の複素振幅をパイロット信号に基づいて検出できる。そして、その複素振幅情報を用いれば端末Ｔ1とＴ2の信号成分を分離受信できる。
【０１５８】
本実施の形態では、端末Ｔ1，Ｔ2が異なる周波数で信号を送信するが、リレー装置Ｒ1，Ｒ2が周波数ｆ01およびｆ02の信号を合成して得られた合成信号は、実施の形態８のリレー装置が受信する受信信号と同じ形式となっている。別の言い方をすれば、本実施の形態と実施の形態８の違いはリレー装置が受信回路で端末Ｔ1およびＴ2からの受信信号を合成するか、空間領域で自然に端末Ｔ1およびＴ2からの信号が合成されるかの違いに過ぎない。従って、結果として得られる合成信号は同じ形式となり、リレー装置から基地局への信号送信と基地局での信号抽出は実施の形態８と同じ構成・原理により可能である。
【０１５９】
なお、発明者の知る限りリレー装置において複数の周波数の信号を合成する技術は今のところ存在しない。従って、図２７に示した従来のリレー伝送を実施するリレー装置Ｒ1が、仮に周波数ｆ01，ｆ02での受信信号を増幅送信しようとすれば、２つの周波数ｆ01，ｆ02（無線リソース）を必要とする。同様に、従来のリレー伝送を実施するリレー装置Ｒ2も２つの周波数を必要とするため従来のリレー伝送を実施するリレー装置Ｒ1およびＲ2の双方が２つの端末Ｔ1およびＴ2からの信号を受信して基地局へ信号送信する場合、４つの周波数が必要となる。これに対して、図２８に示した本実施の形態のリレー装置Ｒ1，Ｒ2から基地局ＢＳへの送信信号は２つの周波数ｆ1，ｆ2のみを用いるため、少ない無線リソースで多くの信号成分を基地局ＢＳへ通知できる。なお、従来のリレー伝送を行うリレー装置では周波数変換を実施しないため、実際には、各リレー装置が異なる時間スロットを使用することにより、リレー伝送に必要な無線リソースを確保する。
【０１６０】
また、図３０に示した合成器の構成としてはさまざまな形態があるが、その一例を図３１に示す。図３１では合成器において２つの周波数ｆ01，ｆ02での受信信号に係数＃１，係数＃２をそれぞれ乗じた後加算するようにしている。
【０１６１】
最も簡易な構成としては、単純加算する（係数＃１、係数＃２ともに常に１とする）構成が考えられる。また、より好ましい構成としては、リレー装置ごとに互いにランダムな係数＃１と係数＃２を設定して合成する構成が考えられる。この場合、リレー装置ごとに周波数ｆ01，ｆ02での受信信号がランダムな相対位相で加算されるため、基地局ＢＳで受信される２つの周波数において端末Ｔ1，Ｔ2の信号はランダムな位相で多重されている。通常、基地局ＢＳで受信される２つの周波数において端末Ｔ1，Ｔ2の信号の相対的な位相が同じであると、ＭＭＳＥ合成等を用いた受信が困難となる。これに対して、基地局ＢＳで受信される２つの周波数において端末Ｔ1，Ｔ2の信号の相対的な位相がランダムであれば、ＭＭＳＥ合成等を用いて２つの信号の分離が行いやすくなる利点がある。
【０１６２】
なお、本実施の形態では２つの端末からの送信信号を２つのリレー装置が中継する場合の例について説明したが、端末数およびリレー装置の数はいかなる数でも構わない。すなわち、本実施の形態は複数の端末が異なる周波数で信号送信を行い、リレー装置が異なる周波数での受信信号を合成して送信することを特徴とする。また、特に位相のランダムな係数を設定して信号合成を行うことにより、基地局での信号分離が行いやすくなるという格別の効果を得ることができる。
【０１６３】
また、端末が使用する周波数ｆ01，ｆ02とリレー装置が使用する周波数ｆ1，ｆ2は同じであっても異なっていても構わない。
【０１６４】
実施の形態１４．
つづいて、実施の形態１４について説明する。本実施の形態では、上述した実施の形態１３の変形例について示す。図３２は、実施の形態１４のリレー伝送の一例を示す図であり、マルチユーザ伝送の一形態を示している。また、図３３は、実施の形態１４のリレー伝送を適用した無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示す図である。
【０１６５】
実施の形態１３では複数の端末が異なる周波数ｆ01，ｆ02で信号送信する場合を想定した。しかし、リレー装置Ｒ1，Ｒ2が周波数ｆ01，ｆ02での受信信号を互いに異なる相対位相で合成するならば、図３２に示すように複数端末の代わりに１つの端末Ｔ1が異なる周波数ｆ01，ｆ02で同時に信号送信したとしても構わない。これは、基地局ＢＳが周波数ｆ1，ｆ2での受信信号から端末Ｔ1が周波数ｆ01，ｆ02で送信した信号を分離できるためである。実施の形態１３と同様に、特に、リレー装置が受信信号を合成する際に位相がランダムな係数を用いる場合、基地局ＢＳでの信号分離は行いやすくなる。
【０１６６】
図３３は、図３２の構成においてｆ01＝ｆ1、ｆ02＝ｆ2とした場合の信号伝送の様子を示しており、端末Ｔ1は時間スロットｎで信号を送信し、リレー装置Ｒ1，Ｒ2が時間スロットｎ＋１でリレー伝送する。この際、各リレー装置は周波数ｆ1，ｆ2での受信信号を所定の係数で合成して基地局ＢＳへ送信する。
【０１６７】
このように、１つの端末から異なる周波数で送信された複数の信号を複数のリレー装置が受信し、各リレー装置は複数周波数での受信信号を合成して増幅送信し、基地局で複数のリレー装置からの受信信号を用いて信号抽出を行う構成が可能となる。この場合、リレー装置Ｒ1，Ｒ2からの２つの信号に含まれる、端末からの各信号成分を適切な受信ウエイト（例えば、ＭＭＳＥ合成ウエイト）を用いて同相合成することができ、リレー装置Ｒ1，Ｒ2からの信号を有効に活用できる。これに対して、従来のリレー伝送では、複数のリレー装置Ｒ1，Ｒ2が周波数ｆ0の信号を受信した場合、同じ周波数ｆ0を使用して増幅送信する。このとき、複数のリレー装置から送信された信号の相互の位相関係はランダムな関係となり同相合成することは困難となる。その結果、基地局で受信される周波数ｆ0での振幅はマルチパスフェージングの場合と同じく大きく変動し、受信特性の安定性は保証されない。従って、本実施の形態の方法ではリレー装置Ｒ1，Ｒ2からの２つの信号に含まれる（端末からの）各信号成分を同相合成することにより、従来のリレー伝送を適用した場合と比較して良好な通信品質を得ることができる。
【０１６８】
このように、本実施の形態では、１つの端末が異なる周波数で信号送信を行い、リレー装置が異なる周波数での受信信号を合成して送信することを特徴とする。特にリレー装置が位相のランダムな係数を設定して信号合成を行うことにより、基地局での信号分離が行いやすくなる格別の効果を得ることができる。
【０１６９】
実施の形態１５．
つづいて、実施の形態１５について説明する。本実施の形態では、リレー装置が増幅送信する際に使用する増幅率の制御方法について説明する。
【０１７０】
これまでの実施の形態で示したように、リレー装置Ｒでは受信信号に増幅率Ｇを乗じて送信電力を調整し基地局へ信号を送信する。ここで、実施の形態８で示した式（２）を再び書き表すと、リレー装置Ｒから送信された信号の基地局ＢＳにおける受信信号成分ｙ1(ｑ)は次式で表される。
【０１７１】
【数１３】
2009154279.tif 000015
【０１７２】
なお、ｚB1(ｑ)，ｚR(ｑ)はそれぞれ基地局ＢＳおよびリレー装置Ｒjにおける干渉雑音成分であり、それぞれ平均干渉雑音電力ＺB1（＝Ｅ[|ｚB1(ｑ)|2]），ＺR（＝Ｅ[|ｚR(ｑ)|2]）をもつ。また、式（２）において示した肩係数(j)は本形態の主題ではないため、上式（８）では省略している。
【０１７３】
上式（８）より、リレー装置Ｒjの増幅率Ｇが大きくなるにつれて受信信号ｙ1(ｑ)のＳＩＮＲも改善するが、過度にＧを大きくしたとしても受信ＳＩＮＲはＰk|ｈkR|2／ＺRを上回ることはなく、リレー装置における受信ＳＩＮＲが基地局での受信ＳＩＮＲの上限となる。すなわち、リレー装置の増幅率Ｇは基地局での受信ＳＩＮＲがＰk|ｈkR|2／ＺRに近くなる程度に大きくすることが望まれるが、それ以上にＧを大きくしても基地局での受信ＳＩＮＲはほとんど改善せず周辺の通信へ干渉を与える不要電力を放射する結果となる（他の通信への干渉が大きくなる）。
【０１７４】
したがって、本実施の形態では、上記のような関係を考慮して、リレー装置が適切な増幅率Ｇを制御する方法について示す。ここでは、リレー装置からの増幅雑音と基地局の雑音電力の比がｃとなる以下の増幅率制御を目指す。
【０１７５】
【数１４】
2009154279.tif 000016
【０１７６】
リレー装置からの雑音電力ＧＺR|ｈRB|2が基地局の雑音電力ＺB1よりも大きい場合には、基地局での受信ＳＩＮＲはリレー装置での受信ＳＩＮＲに近い値となることが期待される。従って、ｃは１以上に設定することが望ましい。
【０１７７】
本実施の形態では上式（９）の状態を達成するため、リレー装置と基地局の間で以下の閉ループ制御を実施する。なお、図３４は、増幅率Ｇの制御フロー動作を示す図である。
【０１７８】
１５−１）リレー装置が、所定の増幅率（たとえば初期値として保持しておいた増幅率Ｇまたはそれ以前に基地局から指示された増幅率Ｇを設定し、雑音成分を増幅率Ｇで増幅して基地局に向けて送信する。
１５−２）基地局は、リレー装置から送信された信号の電力である雑音電力ＧＺR|ｈRB|2を推定する。
１５−３）基地局は、次式（１０）とｃを比較し、比較結果に基づいて増幅率を決定し、増幅率Ｇの増減を指示する制御信号をリレー装置へ送信する。
【０１７９】
【数１５】
2009154279.tif 000017
【０１８０】
１５−４）リレー装置は、基地局から受信した制御信号の内容に従い増幅率Ｇを変更する。
以上の制御により、基地局は各リレー装置が使用する増幅率Ｇを決定し、各リレー装置は、基地局により決定された増幅率Ｇを使用することができる。
【０１８１】
上記手順１５−２）では、たとえば、基地局は、まず自身の雑音を含めた全受信電力を求め、求めた全受信電力から事前に計算しておいた自身の雑音電力ＺB1を差し引くことでＧＺR|ｈRB|2を推定できる。
【０１８２】
また、基地局がリレー装置に対して増幅率Ｇを通知する方法としては、たとえば、上記手順１５−３）では、基地局は、次式で示される、増幅率Ｇを変更する相対比ｒをリレー装置へ通知し、リレー装置は、上記手順１５−４）において、この相対比ｒに基づいて増幅率Ｇを変更する。
【０１８３】
【数１６】
2009154279.tif 000018
【０１８４】
その他、上記手順１５−３）では上式（１０）がｃよりも大きい（小さい）場合に増幅率Ｇを所定量（ΔｄＢ）下げる（上げる）ように指示する制御信号をリレー装置へ送信し、リレー装置は、上記手順１５−４）において、制御信号の内容に従って増幅率Ｇを所定量（ΔｄＢ）変更するようにしてもよい。
【０１８５】
また、上記手順１５−１），１５−２）を以下の手順１５−１’），１５−２’）に置き換えることにより、リレー装置からの雑音成分をより効率的に測定することが可能となる。
【０１８６】
１５−１’）リレー装置が、所定の増幅率Ｇを設定し、電力ＦＺRのパイロット信号を増幅率Ｇで増幅して基地局に向けて送信する。ここで、Ｆはリレー装置と基地局の間で既知の係数である。
１５−２’）基地局は、リレー装置から送信されたパイロット信号の電力を測定し、その測定電力の１／Ｆを雑音電力ＧＺR|ｈRB|2の推定値とする。
【０１８７】
これらの手順１５−１’），１５−２’）では、リレー装置が雑音成分を増幅する代わりに既知パターンのパイロット信号を送信する。パイロット信号は既知パターンであるので、基地局は、そのパターンと同じ整合フィルタを予め用意しておき、このフィルタを用いてパイロット信号を抽出することにより、手順１５−１），１５−２）を使用する場合よりも正確な電力測定が可能となる。また、リレー装置の雑音電力は小さい場合が多く、手順１５−２）では基地局ＢＳで雑音電力ＧＺR|ｈRB|2の測定誤差が大きくなる場合がある。この問題を解決するために、ここではリレー装置が電力ＦＺRのパイロット信号を送信する。この際、係数Ｆを１よりも大きくすれば、基地局では電力ＧＺR|ｈRB|2よりも強い受信電力を測定でき、測定誤差を小さくできる。手順１５−２’）において、基地局は測定した電力の１／Ｆを雑音電力ＧＺR|ｈRB|2と推定すれば、手順１５−２）を実行して雑音電力を直接求める場合よりも少ない測定誤差で雑音電力ＧＺR|ｈRB|2を得ることができる。
【０１８８】
以上をまとめると、本実施の形態で示した増幅率Ｇの制御方法では、リレー装置が適切な増幅率Ｇを設定するために、基地局と閉ループ型制御を行うことを特徴とする。その際には、基地局の雑音電力とリレー装置からの電力の相対的な関係に応じて、増幅率Ｇを変更するためのフィードバック通知を行うことを特徴とする。また、より好ましい形態では、リレー装置が雑音電力を表現する既知パイロット信号を基地局へ送信することを特徴とする。さらに、好ましい形態としては、リレー装置が雑音電力に対してある一定の比Ｆの送信電力で既知パイロット信号を送信することを特徴とする。特に、Ｆ＞１の場合には基地局においてより効率的にリレー装置Ｒからの雑音電力測定を行うことができる。
【０１８９】
なお、これまでの各実施の形態では、無線通信システムにおける上りリンクを想定して説明を行ったが、全ての実施の形態は、下りリンクや分散型無線通信システムに対しても同様に適用可能である。すなわち、各実施の形態では、一例として上りリンクを想定したに過ぎない。また、各実施の形態で示したリレー装置は、端末、基地局等を含むいかなる無線装置であっても構わない。特に、ＴＤＤ（Time  Division  Duplex）方式では端末が受信と送信を同じ周波数で行うことが一般的であり、通常の通信に用いる回路機能を有効に利用しつつリレー伝送を行える利点がある。また、一部の実施の形態では２つの端末からの送信、２つのリレー装置を想定して説明を行ったが、これは原理を簡単に説明するための一例に過ぎない。当業者であれば同じ原理をいかなる端末数やリレー装置の数にも適用できることは容易に理解できる。また、各実施の形態の説明において用いた「周波数」の記載は全て「サブキャリア」、「サブキャリア群」、「サブバンド」などに置き換えても利用できる。
【０１９０】
また、前記各実施の形態では、マルチキャリア系伝送を想定したが、複数の帯域を有するシングルキャリア系伝送に対しても適用可能である。さらに、実施の形態１〜１５を組み合わせたいかなる形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
以上のように、本発明にかかる通信装置は、無線通信システムに有用であり、特に、送受信機間の距離が大きく直接通信が難しい環境において、送信機からの受信信号を受信機に向けてリレー伝送して良好な通信を実現する場合に適している。
【符号の説明】
【０１９２】
１  ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
２  ＡＤ変換部（Ａ／Ｄ）
３  ＦＦＴ部
４  制御部
５  信号変換部
６  ＩＦＦＴ部
７  ＤＡ変換部（Ｄ／Ａ）
８  ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）
５１  バッファ
５２  周波数変換部
【図１】
2009154279.tif 000019
【図２】
2009154279.tif 000020
【図３】
2009154279.tif 000021
【図４】
2009154279.tif 000022
【図５】
2009154279.tif 000023
【図６】
2009154279.tif 000024
【図７】
2009154279.tif 000025
【図８】
2009154279.tif 000026
【図９】
2009154279.tif 000027
【図１０】
2009154279.tif 000028
【図１１】
2009154279.tif 000029
【図１２】
2009154279.tif 000030
【図１３】
2009154279.tif 000031
【図１４】
2009154279.tif 000032
【図１５】
2009154279.tif 000033
【図１６】
2009154279.tif 000034
【図１７】
2009154279.tif 000035
【図１８】
2009154279.tif 000036
【図１９】
2009154279.tif 000037
【図２０】
2009154279.tif 000038
【図２１】
2009154279.tif 000039
【図２２】
2009154279.tif 000040
【図２３】
2009154279.tif 000041
【図２４】
2009154279.tif 000042
【図２５】
2009154279.tif 000043
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2009154279.tif 000047
【図３０】
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【図３１】
2009154279.tif 000049
【図３２】
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【図３３】
2009154279.tif 000051
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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