(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信アンテナから受信する無線信号を同一周波数で送信アンテナから送信する無線中継装置において、
前記送信アンテナまたは前記受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整部と、
前記調整部により調整された複数の前記伝搬環境において、前記送信アンテナからトレーニング信号を送信し、前記受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定部と、
前記推定部により推定された複数の前記回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の前記伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の前記伝搬環境のうちで前記残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように前記調整部を設定するとともに、当該伝搬環境における前記回り込み経路の応答に基づき前記送信アンテナから前記受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出部と
を有することを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記算出部は、前記回り込み経路の応答と前記キャンセル信号経路の応答とに基づき、前記回り込み経路の前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の応答Hと、前記送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答GT1と、前記キャンセル信号経路の送信回路の応答GT0と、前記キャンセル信号経路の減衰量√Lと、前記受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、前記残留自己干渉電力Eを次式により算出する
【数８】
0006466284.tif 000009
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線中継装置において、
前記調整部は、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも１つの制御により、前記伝搬環境を調整する
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項４】
受信アンテナから受信する無線信号を同一周波数で送信アンテナから送信する無線中継装置における回り込みキャンセル方法であって、
前記送信アンテナまたは前記受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整処理と、
前記調整処理により調整された複数の前記伝搬環境において、前記送信アンテナからトレーニング信号を送信し、前記受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定処理と、
前記推定処理により推定された複数の前記回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の前記伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の前記伝搬環境のうちで前記残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように前記調整処理を行うとともに、当該伝搬環境における前記回り込み経路の応答に基づき前記送信アンテナから前記受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出処理と
を行うことを特徴とする回り込みキャンセル方法。
【請求項５】
請求項４に記載の回り込みキャンセル方法において、
前記算出処理では、前記回り込み経路の応答と前記キャンセル信号経路の応答とに基づき、前記回り込み経路の前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の応答Hと、前記送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答GT1と、前記キャンセル信号経路の送信回路の応答GT0と、前記キャンセル信号経路の減衰量√Lと、前記受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、前記残留自己干渉電力Eを次式により算出する
【数９】
0006466284.tif 000010
ことを特徴とする回り込みキャンセル方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の回り込みキャンセル方法において、
前記調整処理では、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも１つの制御により、前記伝搬環境を調整する
ことを特徴とする回り込みキャンセル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全二重中継系の無線中継装置(中継局)における回り込みキャンセル後の残留自己干渉電力を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基地局と宛先局との間で直接通信ができない場合、基地局と宛先局との間に中継局が配置される。中継局では、基地局から受信する信号と同じ無線リソース(時間・周波数)で宛先局に再送信する全二重中継系のシステムが用いられ、周波数利用効率およびスループットを向上させている(例えば特許文献１参照)。全二重中継系の中継局は、送信アンテナから送信される信号が受信アンテナに回り込む自己干渉を抑制する必要があるため、回り込みキャンセルが行われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】M.Jain,et al.,“Practical,Real-time,Full Duplex Wireless,”Proc.,MobiCom 11, 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、回り込みキャンセルが適切に行われた場合でも、回り込み経路の推定誤差により、回り込みキャンセル後の信号に残留自己干渉成分が発生するという問題がある。特に、残留自己干渉電力が大きい場合、中継局の復調誤り特性が劣化する。
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明に係る無線中継装置および回り込みキャンセル方法は、残留自己干渉電力を低減し、無線中継装置における復調誤り特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、受信アンテナから受信する無線信号を同一周波数で送信アンテナから送信する無線中継装置において、送信アンテナまたは受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整部と、調整部により調整された複数の伝搬環境において、送信アンテナからトレーニング信号を送信し、受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定部と、推定部により推定された複数の回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の伝搬環境のうちで残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように調整部を設定するとともに、当該伝搬環境における回り込み経路の応答に基づき送信アンテナから受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出部とを有することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明では、算出部は、回り込み経路の応答とキャンセル信号経路の応答とに基づき、回り込み経路の送信アンテナと受信アンテナ間の応答Hと、送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答GT1と、キャンセル信号経路の送信回路の応答GT0と、キャンセル信号経路の減衰量√Lと、受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、残留自己干渉電力Eを次式により算出することを特徴とする。
【０００８】
【数１】
0006466284.tif 000002
【０００９】
第３の発明では、調整部は、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも１つの制御により、伝搬環境を調整することを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、受信アンテナから受信する無線信号を同一周波数で送信アンテナから送信する無線中継装置における回り込みキャンセル方法であって、送信アンテナまたは受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整処理と、調整処理により調整された複数の伝搬環境において、送信アンテナからトレーニング信号を送信し、受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定処理と、推定処理により推定された複数の回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の伝搬環境のうちで残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように調整処理を行うとともに、当該伝搬環境における回り込み経路の応答に基づき送信アンテナから受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出処理とを行うことを特徴とする。
【００１２】
第５の発明では、算出処理では、回り込み経路の応答とキャンセル信号経路の応答とに基づき、回り込み経路の送信アンテナと受信アンテナ間の応答Hと、送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答GT1と、キャンセル信号経路の送信回路の応答GT0と、キャンセル信号経路の減衰量√Lと、受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、残留自己干渉電力Eを次式により算出することを特徴とする。
【００１３】
【数２】
0006466284.tif 000003
【００１４】
第６の発明では、調整処理では、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも１つの制御により、伝搬環境を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る無線中継装置および回り込みキャンセル方法は、残留自己干渉電力を低減し、無線中継装置における復調誤り特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態における無線通信システムの一例を示す図である。
【図２】回り込み伝搬環境を調整する例を示す図である。
【図３】中継局の一例を示す図である。
【図４】復調-変調部の一例を示す図である。
【図５】残留自己干渉電力を算出するための各パラメータを示す図である。
【図６】トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定と解析式による残留自己干渉電力の算出の比較例を示す図である。
【図７】本実施形態における処理手順を示す図である。
【図８】基地局の送信信号と中継局の送信信号の一例を示す図である。
【図９】計算機シミュレーションのパラメータ例を示す図である。
【図１０】K=0における計算機シミュレーションの結果を示す図である。
【図１１】K=4における計算機シミュレーションの結果を示す図である。
【図１２】K=10における計算機シミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明に係る無線中継装置および回り込みキャンセル方法の実施形態について説明する。なお、本実施形態では無線中継装置を中継局と称する。
【００１９】
図１は、本実施形態で説明する中継局１０１を用いた無線通信システム１００の一例を示す。図１において、無線通信システム１００は、中継局１０１、基地局１０２および宛先局１０３を有する。
【００２０】
図１において、中継局１０１は、基地局１０２が送信する無線信号を受信して一旦復調し、再変調した無線信号をリアルタイムで宛先局１０３に送信する。ここで、基地局１０２から受信する無線信号の周波数と、宛先局１０３に送信する無線信号の周波数とは同じ周波数である。このように、本実施形態に係る中継局１０１は、基地局１０２から受信する無線信号と同じ周波数の無線信号を同じ時間に宛先局１０３に再送信する。
【００２１】
ここで、図１において、中継局１０１は、アンテナ２０１、アンテナ２０２、復調-変調部２０３、回り込みキャンセル部２０４および加算器２０５を有する。
【００２２】
アンテナ２０１は、基地局１０２が送信した無線信号を受信するアンテナである。
【００２３】
アンテナ２０２は、宛先局１０３に無線信号を送信するアンテナである。
【００２４】
復調-変調部２０３は、基地局１０２から受信した信号を一旦復調して、再変調する。
【００２５】
回り込みキャンセル部２０４は、アンテナ２０２から放射された電波がアンテナ２０１で受信される回り込み経路の特性をキャンセルする特性の信号を生成する。
【００２６】
加算器２０５は、アンテナ２０１の受信信号と回り込みキャンセル部２０４の出力信号とを加算する回路である。加算器２０５は、アンテナ２０１の受信信号に含まれる回り込み信号をキャンセルした信号を復調-変調部２０３に出力する。
【００２７】
このようにして、中継局１０１は、回り込み経路によりアンテナ２０２からアンテナ２０１に回り込む信号を除去した信号を宛先局１０３に再送信することができる。
【００２８】
ところが、回り込みキャンセルが適切に行われた場合でも、回り込み経路の推定誤差により、回り込みキャンセル後の信号に残留自己干渉成分が発生するという問題があり、残留自己干渉電力が大きい場合、中継局の復調誤り特性が劣化する。
【００２９】
そこで、本実施形態に係る中継局１０１では、アレーアンテナの利用等により回り込み伝搬環境を調整しながら残留自己干渉電力を解析し、複数の伝搬環境の中で残留自己干渉電力が小さい伝搬環境を選択し、中継局１０１の復調-変調部２０３における復調誤り特性を改善する。なお、本実施形態では、アレーアンテナ２本を制御して回り込み伝搬環境を調整する場合について説明するが、複数のアレーアンテナを用いる場合であれば同様に適用可能である。なお、伝搬環境の調整法として、複数アンテナの切り替え、ローテータなどによるアンテナ方向の回転等の技術を用いることができる。
【００３０】
図２は、アレーアンテナ２本を制御して回り込み伝搬環境を調整する例を示す。図２において、図１と同符号のブロックは図１と同一又は同様の機能を有する。
【００３１】
図２において、中継局１０１は、図１に示した宛先局１０３側へ送信するアンテナ２０２として、アンテナ２０２（１）およびアンテナ２０２（２）の２本のアレーアンテナを有する。これにより、中継局１０１は、例えば、アンテナ２０２（１）またはアンテナ２０２（２）を切り替えることにより、回り込み伝搬環境を調整することができる。或いは、アンテナ２０２（１）またはアンテナ２０２（２）の電波を放射するアンテナ方向をローテータなどにより回転させることで、回り込み伝搬環境を調整することができる。なお、アンテナ２０１についても複数のアンテナを配置してもよい。ここでは、アンテナ２０１は１本のアンテナとして、ローテータなどにより回転させて受信側の伝搬環境を調整するものとする。
【００３２】
ここで、図２に示すように、中継局１０１がアンテナ２０２を制御して回り込み伝搬環境を調整することにより、回り込み経路が変化する。図２の例では、回り込み経路１、回り込み経路２、・・・、回り込み経路ＮＲ(ＮＲ：正の整数)のようにＮＲ個の異なる伝搬環境が得られる。本実施形態に係る中継局１０１は、残留自己干渉電力が低減されるように回り込み伝搬環境を調整する。
【００３３】
図３は、中継局１０１の一例を示す。なお、図３は、図１に示した中継局１０１の詳細な構成例を示し、図１と同符号のブロックは図１と同一又は同様の機能を有する。
【００３４】
図３において、中継局１０１は、受信側伝搬環境調整部３０１、信号合成部３０２、受信信号変換部３０３、アナログデジタル(ＡＤ)変換部３０４、復調-変調部３０５、デジタルアナログ(ＤＡ)変換部３０６、送信信号変換部３０７、送信側伝搬環境調整部３０８、キャンセル用応答乗算部３０９、デジタルアナログ(ＤＡ)変換部３１０、送信信号変換部３１１、制御部３１２およびメモリ３１３を有する。
【００３５】
ここで、図３において、ＡＤ変換部３０４、復調-変調部３０５、ＤＡ変換部３０６、キャンセル用応答乗算部３０９およびＤＡ変換部３１０は、デジタル処理を行うデジタル回路部３００に含まれる。
【００３６】
受信側伝搬環境調整部３０１は、アンテナ２０１に対して、アレーアンテナ、複数アンテナ切替、ローテータなどの制御により、回り込み伝搬環境を調整する。
【００３７】
信号合成部３０２は、受信信号とキャンセル信号とを合成し、受信信号から回りこみ経路の信号成分をキャンセルする。
【００３８】
受信信号変換部３０３は、アナログの受信信号にＲＦ(Radio Frequency)信号処理（フィルタ、増幅、ダウンコンバートなど）を行い、受信信号をベースバンド信号に変換する。
【００３９】
ＡＤ変換部３０４は、アナログのベースバンド信号を予め決められた所定のサンプリング周期でサンプリングして、デジタルのベースバンド信号に変換する。
【００４０】
復調-変調部３０５は、再生中継のために、基地局１０２から受信した信号を一旦復調して、再変調する。
【００４１】
ＤＡ変換部３０６は、復調-変調部３０５が出力する送信用のデジタルのベースバンド信号をアナログ信号のベースバンド信号に変換する。
【００４２】
送信信号変換部３０７は、アナログのベースバンド信号にＲＦ信号処理（アップコンバート、フィルタ、増幅など）を行い、送信用ＲＦ信号に変換する。
【００４３】
送信側伝搬環境調整部３０８は、アンテナ２０２に対して、アレーアンテナ、複数アンテナ切替、ローテータなどの機構により、回り込み伝搬環境を調整する。例えば、中継局１０１が図２に示す構成の場合には、送信側伝搬環境調整部３０８は、アンテナ２０２（１）およびアンテナ２０２（２）の２本のアレーアンテナを制御して、回り込み伝搬環境を調整する。
【００４４】
キャンセル用応答乗算部３０９は、回り込み信号をキャンセルするための応答を送信用信号に乗算してキャンセル用のベースバンド信号を生成する。
【００４５】
ＤＡ変換部３１０は、キャンセル用応答乗算部３０９が生成したデジタルの回り込みキャンセル用のベースバンド信号をアナログのベースバンド信号に変換する。
【００４６】
送信信号変換部３１１は、アナログのベースバンド信号にＲＦ信号処理（アップコンバート、フィルタ、増幅など）を行い、キャンセル用のＲＦ信号に変換する。キャンセル用のＲＦ信号は、信号合成部３０２に出力される。そして、信号合成部３０２では、受信信号にキャンセル用のＲＦ信号が合成され、回り込み信号をキャンセルする。
【００４７】
制御部３１２は、内部に予め記憶されたプログラムに基づいて、中継局１０１の各部の動作を制御する。制御部３１２は、全二重中継の開始時の各部の動作シーケンスなどを制御し、例えば、トレーニング信号（予め決められた情報を有する信号）の送信、受信側伝搬環境調整部３０１や送信側伝搬環境調整部３０８の制御および設定、各部のパラメータの設定や引渡しなどを行う。また、制御部３１２は、伝搬環境毎に算出された残留自己干渉電力およびキャンセル用応答などを伝搬環境の設定内容に対応付けてメモリ３１３に記憶する。なお、図４の例では、説明が分かり易いように、制御部３１２およびメモリ３１３を設けたが、制御部３１２およびメモリ３１３の機能を各ブロックに含めてもよい。
【００４８】
このようにして、本実施形態に係る中継局１０１は、アンテナ２０１およびアンテナ２０２の少なくとも一方の伝搬環境を調整し、キャンセル用応答乗算部３０９が生成するキャンセル信号により、受信信号に含まれる回り込み経路の信号成分をキャンセルする。
【００４９】
図４は、復調-変調部３０５の一例を示す。なお、図４は、図３に示した復調-変調部３０５の詳細な構成例を示し、図３と同符号のブロックは図３と同一又は同様の機能を有する。
【００５０】
図４において、復調-変調部３０５は、通信路等化部４０１、復号部４０２、送信信号生成部４０３、トレーニング信号制御部４０４、通信路推定部４０５、キャンセル用応答算出部４０６および残留自己干渉電力算出部４０７を有する。
【００５１】
通信路等化部４０１は、通信路におけるひずみ等を等化する。例えば、通信路等化部４０１は、基地局１０２から中継局１０１までの通信路における符号間干渉などのひずみを等化する。
【００５２】
復号部４０２は、通信路等化部４０１が等化したベースバンド信号を所定の通信方式により受信データに復号する。例えば、復号部４０２は、直交多値変調されたベースバンド信号であれば、信号点に応じた判定処理を行って受信データに復号する。
【００５３】
送信信号生成部４０３は、復号した受信データを送信データとして所定の通信方式を用いて送信信号を生成する。例えば、送信信号生成部４０３は、多値変調方式の場合は、送信データを変調単位毎に判定して信号点にマッピングする。
【００５４】
トレーニング信号制御部４０４は、回り込み経路の特性を取得するための予め決められた情報を有するトレーニング信号を生成して、送信信号生成部４０３を介して送信信号としてトレーニング信号を出力する。
【００５５】
通信路推定部４０５は、基地局１０２との間の通信路の特性、回り込み経路の特性および中継局１０１内部のキャンセル信号経路の特性をそれぞれ推定する。例えば、通信路推定部４０５は、基地局１０２との間の通信路の特性を推定して、通信路等化部４０１に出力する。また、通信路推定部４０５は、回り込み経路およびキャンセル信号経路のそれぞれの特性を推定して、キャンセル用応答算出部４０６に出力する。
【００５６】
キャンセル用応答算出部４０６は、通信路推定部４０５が推定した各特性に基づいて、キャンセル用応答を算出する。ここで、キャンセル用応答算出部４０６は、残留自己干渉電力算出部４０７を有する。なお、本実施形態では、説明が分かり易いように、残留自己干渉電力算出部４０７を設けたが、キャンセル用応答算出部４０６の処理にまとめてもよい。ここでは、残留自己干渉電力算出部４０７は、キャンセル後の残留自己干渉電力を伝搬環境毎に算出する。なお、残留自己干渉電力の算出方法については後述する。そして、キャンセル用応答算出部４０６は、伝搬環境毎の残留自己干渉電力を比較して、残留自己干渉電力が最小の伝搬環境を選択し、選択した伝搬環境に対応する回り込み経路の応答からキャンセル用応答を算出する。ここで、伝搬環境毎の残留自己干渉電力を比較して、残留自己干渉電力が最小の伝搬環境を選択する処理は、図４で説明した制御部３１２が行ってもよい。
【００５７】
このように、本実施形態に係る中継局１０１は、回り込み伝搬環境を調整することにより残留自己干渉電力を低減し、中継局１０１の復調誤り特性を改善することができる。具体的には、中継局１０１は、伝搬環境を調整しながら残留自己干渉成分を測定し、その中での最適な伝搬環境を採用する。なお、本実施形態では、回り込み伝搬環境の調整法として、アレーアンテナ２本による制御、複数アンテナの選択切替、ローテータによる回転等を用いるが、他の方法を用いてもよい。
［残留自己干渉電力の算出方法］
次に、残留自己干渉電力の算出方法について説明する。残留自己干渉電力Eの解析式は、次式のように表すことができる。
【００５８】
【数３】
0006466284.tif 000004
【００５９】
ここで、式(1)の各パラメータは下記の通りである。
σ2：雑音電力
H：回り込み経路の送受信アンテナ間の応答
GT1：回り込み経路の送信回路の応答
GT0：キャンセル信号経路の送信回路の応答
GR：受信回路の応答
√L：キャンセル信号経路の減衰量
I：残留自己干渉成分
なお、式(1)の第三項は、高SNR環境では十分小さいため、無視することも可能である。
【００６０】
図５は、残留自己干渉電力を算出するための各パラメータを示す。なお、図５は、図３で説明した中継局１０１と同じ構成を示す。図５において、回り込み経路の送受信アンテナ間の応答がH、アンテナ２０２から送信する側の送信回路(送信信号変換部３０７)の応答がGT1、キャンセル信号経路側の送信回路(送信信号変換部３１１)の応答がGT0、受信回路(受信信号変換部３０３)の応答がGR、キャンセル信号経路の減衰量が√Lである。ここで、上記の各パラメータは、通信経路推定部４０５やキャンセル用応答算出部４０７などが周知の技術により計測するものとする。なお、送信回路および受信回路の応答は、予め計測してメモリ３１３に記憶しておいてもよい。
【００６１】
ここで、本実施形態では、残留自己干渉電力を式(1)の解析式より求めるが、回り込みキャンセル系が確立した後に残留自己干渉電力測定用のトレーニング信号を送信することにより、残留自己干渉電力を求める方法もある。しかし、残留自己干渉電力測定用トレーニング信号を送信する場合、オーバーヘッドが大きくなるという問題が生じる。
【００６２】
図６は、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定と解析式による残留自己干渉電力の算出との比較例を示す。ここで、図６（ａ）は、トレーニング信号を利用して残留自己干渉電力を測定する例を示し、図６（ｂ）は、残留自己干渉電力を解析的に導出する例を示す。また、図６（ａ）および図６（ｂ）において、横軸は時間を示し、ＴＲはトレーニング信号、ＮＲ(ＮＲ：正の整数)は回り込み経路の応答特性を推定して伝搬環境を調整する回数をそれぞれ示す。つまり、図６の例では、ＮＲ個の異なる伝搬環境について回り込み経路の応答特性を推定する。なお、Ｍ(Ｍ：正の整数)はトレーニング信号の送信順序（送信回数）を示す符号であり、TR-1、TR-2、・・・、TR-Mのように、トレーニング信号の順番を表記する。
【００６３】
図６（ａ）に示したトレーニング信号により残留自己干渉電力を測定する場合において、先ず、中継局１０１は、トレーニング信号TR-0を送信信号変換部３１１から出力して、キャンセル信号経路の応答を推定する。次に、中継局１０１は、トレーニング信号TR-1をアンテナ２０２から送信して、回り込み経路１の応答を推定する。さらに、中継局１０１は、トレーニング信号TR-3をアンテナ２０２から送信して、回り込み経路１の残留自己干渉電力を測定する。以降、中継局１０１は、回り込み経路の推定する処理をＮＲ回、回り込み経路の残留自己干渉電力を測定する処理をＮＲ回、それぞれ繰り返す。最後に、中継局１０１は、トレーニング信号TR-(M-1)をアンテナ２０２から送信して、ＮＲ回目の回り込み経路の応答特性を推定する処理を行い、トレーニング信号TR-Mをアンテナ２０２から送信して、ＮＲ回目の回り込み経路の残留自己干渉電力を測定する処理を行う。このように、トレーニング信号により残留自己干渉電力を測定する場合、回り込み経路ＮＲまでＮＲ回の回り込み経路の推定を行う毎に、各回の回り込み経路の残留自己干渉電力を測定する必要がある。
【００６４】
一方、図６（ｂ）に示した残留自己干渉電力を解析的に導出する場合において、先ず、中継局１０１は、トレーニング信号TR-0を送信信号変換部３１１から出力してキャンセル信号経路を推定する。次に、中継局１０１は、トレーニング信号TR-1をアンテナ２０２から送信して、回り込み経路１を推定する。ここまでの処理は、図６（ａ）に示したトレーニング信号による残留自己干渉電力の測定と同じである。しかし、図６（ｂ）の場合には、中継局１０１は、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定を行わずに残留自己干渉電力を解析的に導出するので、回り込み経路の推定を連続して行うことができる。これにより、図６（ａ）に示した偶数番目のトレーニング信号TR-2,TR-4,TR-6,・・・,TR-(NR+1),・・・,TR-Mを送信して残留自己干渉電力を推定する処理が不要になり、オーバーヘッドの時間を削減することができる。図６の例では、残留自己干渉電力を解析的に導出する場合は、NR番目のトレーニング信号TR-NRが終了するタイミングT1で処理が終了するが、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定を行う場合は、M番目のトレーニング信号TR-Mが終了するタイミングT2まで処理が行われる。
【００６５】
このように、本実施形態に係る中継局１０１は、残留自己干渉電力を解析的に導出するので、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定を行う場合に比べてオーバーヘッドを削減することができる。
【００６６】
図７は、残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択して全二重中継処理を行うまでの処理手順を示す。
【００６７】
ステップS101において、中継局１０１は、次式により、キャンセル信号経路の応答Y0を推定する。
【００６８】
【数４】
0006466284.tif 000005
【００６９】
ステップS102において、中継局１０１は、伝搬環境を調整しながら、次式により、複数の回り込み経路の応答Y1を推定する。
【００７０】
【数５】
0006466284.tif 000006
【００７１】
そして、中継局１０１は、推定結果を伝搬環境の設定内容と対応させてメモリ３１３などに記憶する。
【００７２】
ステップS103において、中継局１０１は、メモリ３１３などに記憶された伝搬環境毎の複数の回り込み経路の応答からそれぞれの残留自己干渉電力値を求め、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の応答に対応する伝搬環境を選択する。
【００７３】
ステップS104において、中継局１０１は、次式により、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の応答からキャンセル用応答Fを計算する。
【００７４】
【数６】
0006466284.tif 000007
【００７５】
ここで、W0およびW1は、付加雑音（分散σ2）である。
【００７６】
ステップS105において、中継局１０１は、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の応答に対応する伝搬環境に設定すると共に、キャンセル用応答Fを用いて回り込み信号のキャンセルを行い、全二重中継を実施する。ここで、キャンセル適用後の残留自己干渉成分Iは、次式で表される。
【００７７】
【数７】
0006466284.tif 000008
【００７８】
このようにして、式(1)に示したキャンセル適用後の残留自己干渉電力Eを求めることができる。
【００７９】
図８は、図７に示した処理手順に対応する基地局１０２の送信信号と、中継局１０１の送信信号の一例を示す。なお、図８において、横軸は時間を示す。
【００８０】
図８において、中継局１０１が全二重通信中継を実施する前に、タイミングT10において、中継局１０１は、トレーニング信号TR-0を送信信号変換部３１１から出力して、内部のキャンセル信号経路の応答特性を推定する。そして、図６で説明したように、中継局１０１は、タイミングT11からT12までの期間に、伝搬環境を変えながらトレーニング信号TR-1からトレーニング信号TR-NRまでのNR回のトレーニング信号をアンテナ２０２から送信して、回り込み経路1からNRまでのNR個の応答特性を推定する。そして、中継局１０１は、NR個の応答特性毎に残留自己干渉電力を算出して、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の伝搬環境を選択し、選択した伝搬環境に設定する。さらに、中継局１０１は、選択した伝搬環境に対応する回り込み経路の応答特性からキャンセル用の応答特性Fを計算し、計算したキャンセル用の応答特性Fを設定する。そして、中継局１０１は、タイミングT13に基地局１０２が送信する所望信号のフレームの全二重通信中継を開始し、タイミングT14に宛先局１０３に所望信号のフレームを再送信する。なお、タイミングT13とタイミングT14の遅延は、中継局１０１における復調処理や巡回冗長検査などの処理により生じる。
【００８１】
このようにして、本実施形態に係る中継局１０１は、残留自己干渉電力が低減される伝搬環境を設定して、基地局１０２から受信するフレームを宛先局１０３に全二重通信中継することができる。
［効果］
図９は、本実施形態に係る中継局１０１が実施する全二重通信中継の効果を検証するための計算機シミュレーションのパラメータを示す。図９において、中継局１０１が基地局１０２から受信する無線信号の平均SNRは35dBである。また、送受信回路の応答GT0, GT1, GRは、振幅が対数正規分布、分散が0.5dB、位相が一様分布∈[0,2π)である。そして、シミュレーションは、Rician fadingのK-factorがK=0,4,10の３種類の場合について行った。
【００８２】
図１０は、K=0における計算機シミュレーションの結果を示す。図１０において、横軸は残留自己干渉電力(interference)、縦軸は累積分布関数(CDF:Cumulative Distribution Function)をそれぞれ示し、NRは回り込み伝搬環境の調整回数を示す。図１０の例では、NRが１回から６回までの６種類の結果を示す。図１０のシミュレーション結果では、NRが増加するにしたがって残留自己干渉電力が小さくなり、特性が改善することが示されている。
【００８３】
図１１は、K=4における計算機シミュレーションの結果を示す。なお、図１１は、図１０と同様の図であるが、K-factorが異なる。図１１のシミュレーション結果は、図１０と同様に、NRが増加するにしたがって残留自己干渉電力が小さくなり、特性が改善するが、図１０に比較して特性の改善が大きい。
【００８４】
図１２は、K=10における計算機シミュレーションの結果を示す。なお、図１２は、図１０および図１１と同様の図であるが、K-factorが異なる。図１２のシミュレーション結果は、図１０および図１１と同様に、NRが増加するにしたがって残留自己干渉電力が小さくなり、特性が改善するが、図１０や図１１に比較して特性の改善が大きい。
【００８５】
以上、説明したように、本実施形態に係る中継局１０１は、アレーアンテナにより伝搬環境を調整することにより、残留自己干渉電力を低減し、全二重通信中継を実現することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１００・・・無線通信システム；１０１・・・中継局；１０２・・・基地局；１０３・・・宛先局；２０１・・・アンテナ；２０２，２０２（１），２０２（２）・・・アンテナ；２０３・・・復調-変調部；２０４・・・回り込みキャンセル部；２０５・・・加算器；３００・・・デジタル回路部；３０１・・・受信側伝搬環境調整部；３０２・・・信号合成部；３０３・・・受信信号変換部；３０４・・・ＡＤ変換部；３０５・・・復調-変調部；３０６・・・ＤＡ変換部；３０７・・・送信信号変換部；３０８・・・送信側伝搬環境調整部；３０９・・・キャンセル用応答乗算部；３１０・・・ＤＡ変換部；３１１・・・送信信号変換部；４０１・・・通信路等化部；４０２・・・復号部；４０３・・・送信信号生成部；４０４・・・送信トレーニング信号制御部；４０５・・・通信路推定部；４０６・・・キャンセル用応答算出部；４０７・・・残留自己干渉電力算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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