(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、移動通信環境で同一周波数帯による受信信号を中継する場合の通信品質の劣化を回避することができる無線中継システムを提供することである。【解決手段】  上記課題は、第１の無線局からの無線信号を無線中継装置により中継して第２の無線局に送信する無線中継システムにおいて、前記無線中継装置は、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の位相補正量を決定する位相補正量決定手段と、前記位相補正量決定手段により決定される位相補正量に基づいて、前記中継信号の位相を補正する位相補正手段と、を備えることを特徴とする無線中継システムにて達成される。【選択図】  図１
2005229524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線局からの無線信号を無線中継装置により中継して第２の無線局に送信する無線中継システムにおいて、
前記無線中継装置は、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の位相補正量を決定する位相補正量決定手段と、
前記位相補正量決定手段により決定される位相補正量に基づいて、前記中継信号の位相を補正する位相補正手段と、
を備えることを特徴とする無線中継システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線中継システムにおいて、
前記無線中継装置は、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の振幅補正量を決定する振幅補正量決定手段と、
前記振幅補正量決定手段により決定される振幅補正量に基づいて、前記中継信号の振幅を補正する振幅補正手段と、
を備えることを特徴とする無線中継システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネル情報、前記第１の無線局と無線中継装置間のチャネル情報、無線中継装置と前記第２の無線局間のチャネル情報を、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報とし、これらのチャネル情報に基づき前記位相補正量及び前記振幅補正量を表す複素係数が決定されることを特徴とする無線中継システム。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の無線中継システムにおいて、
前記位相補正量決定手段は、前記位相補正量として位相回転量を表す複素係数を決定し、
前記位相補正手段は、前記中継信号に前記位相回転量を表す複素係数を乗算し、
前記振幅補正量決定手段は、前記振幅補正量として増幅器の増幅率を表す複素係数を決定し、
前記振幅補正手段は、前記中継信号に前記増幅率を表す複素係数を乗算することを特徴とする無線中継システム。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局及び前記第２の無線局が各々１アンテナを備え、複数のアンテナを備える複数の無線中継装置が中継を行う場合に、
前記位相補正量決定手段及び前記振幅補正量決定手段は、前記無線中継装置の受信アンテナから前記第２の無線局の受信アンテナへの伝達関数が、前記第１の無線局と無線中継装置間の受信品質を最大にする係数となるように前記複素係数を算出することを特徴とする無線中継システム。
【請求項６】
請求項１乃至４いずれかに記載の無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記無線中継装置が各々複数のアンテナを備え、これら複数のアンテナを用いてＭＩＭＯチャネルが構成される場合に、
前記位相補正量決定手段及び前記振幅補正量決定手段は、前記無線中継装置を含めた前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネル容量を最大にする係数となるように前記複素係数を算出することを特徴とする無線中継システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局と前記第２の無線局間の中継を前記無線中継装置が、ＴＤＤ方式により行う場合に、
前記無線中継装置は、前記第１の無線局から受信した受信信号と該第１の無線局で挿入されるパイロット信号を入力し、入力信号に基づき前記第１の無線局と自無線中継装置間のチャネルを推定する第１の無線局―無線中継装置間チャネル推定手段と、
前記第２の無線局から受信した受信信号と該第２の無線局で挿入されるパイロット信号を入力し、入力信号に基づき前記第２の無線局と自無線中継装置間のチャネルを推定する第２の無線局―無線中継装置間チャネル推定手段と、
前記推定された前記第１の無線局と自無線中継装置間のチャネル及び前記第２の無線局と自無線中継装置間のチャネルと、前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネルを入力し、これらチャネルの情報に基づいて、前記複素係数を決定し、その決定した複素係数と受信信号とを乗算する複素係数乗算手段と、
を備えることを特徴とする無線中継システム。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局と前記第２の無線局間の中継を前記無線中継装置が、ＦＤＤ方式により行う場合に、
前記第２の無線局は、前記無線中継装置より送信されるパイロット信号に基づいて、第１の無線局と無線中継装置間、無線中継装置と自無線局間、第１の無線局と無線中継装置間のチャネル推定を行い、これらのチャネル推定結果に基づき、無線中継装置における増幅率及び位相回転量を決定する位相制御量・増幅制御量決定手段と、
前記位相制御量・増幅制御量決定手段により決定された情報をフィードバック信号として前記無線中継装置に通知するフィードバック手段と、
を備え、
前記無線中継装置は、前記フィードバック手段より通知されるフィードバック信号に従い中継信号の増幅率及び位相回転量を制御する位相制御・増幅制御手段を備えることを特徴とする無線中継システム。
【請求項９】
請求項８に記載の無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局は、一部の送信区間をヌル信号として送信するヌル信号送信手段を備え、
前記無線中継装置は、前記第１の無線局で挿入されるパイロット信号のうち、一部のパイロット信号のみを中継するパイロット信号中継手段と、
前記第１の無線局でヌル信号が送信された区間において所定のパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と、
を備え、
前記第２の無線局は、前記無線中継装置にて中継せずに受信されたパイロット信号に対する受信信号より、前記第１の無線局から直接受信されるチャネルを推定する直接波チャネル推定手段と、
前記無線中継装置で挿入されたパイロット信号に対する受信信号より、該無線中継装置と自無線局間のチャネルを推定する無線中継装置―第２の無線局間チャネル推定手段と、
前記無線中継装置より中継されて受信されたパイロット信号に対する受信信号及び、該無線中継装置と自無線局間のチャネル推定値より、前記第１の無線局と無線中継装置間のチャネルを推定する第１の無線局―無線中継装置間チャネル推定手段と、
を備えることを特徴とする無線中継システム。
【請求項１０】
請求項７又は９に記載の無線中継システムにおいて、
前記無線中継システムは、ＯＦＤＭ伝送を行う無線中継システムであり、
前記無線中継装置は、送信信号に対してＩＦＦＴ処理を行うＩＦＦＴ手段と、  受信信号に対してＦＦＴ処理を行うＦＦＴ手段と、
全サブキャリアのチャネルを推定し、その推定したチャネル推定値よりサブキャリア毎の複素係数を算出する複素係数決定手段と、
前記複素係数決定手段により算出された複素係数をサブキャリア毎に乗算する複素乗算手段と、
を備えることを特徴とする無線中継システム。
【請求項１１】
請求項１１に記載の無線中継システムにおいて、
前記複素係数の算出及び複素乗算は、複数のサブキャリアを一括して行うことを特徴とする無線中継システム。
【請求項１２】
第１の無線局と第２の無線局間で送受信される無線信号を中継する無線中継装置において、
前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の位相補正量を決定する位相補正量決定手段と、
前記位相補正量決定手段により決定される位相補正量に基づいて、前記中継信号の位相を補正する位相補正手段と、を備える無線中継装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の振幅補正量を決定する振幅補正量決定手段と、
前記振幅補正量決定手段により決定される振幅補正量に基づいて、前記中継信号の振幅を補正する振幅補正手段と、をさらに備える無線中継装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネル情報、前記第１の無線局と無線中継装置間のチャネル情報、無線中継装置と前記第２の無線局間のチャネル情報を、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報とし、これらのチャネル情報に基づき前記位相補正量及び前記振幅補正量を表す複素係数が決定されることを特徴とする無線中継装置。
【請求項１５】
第１の無線局と第２の無線局間で送受信される無線信号を中継する無線中継方法において、
前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネル情報、前記第１の無線局と無線中継装置間のチャネル情報、無線中継装置と前記第２の無線局間のチャネル情報に基づいて、中継信号の位相補正量又は振幅補正量の少なくとも１つを表す複素係数を決定し、
前記中継信号と前記複素係数を乗算して出力することを特徴とする無線中継方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一又は複数の無線中継装置を介して、送受信装置と無線通信する無線中継システム、無線中継装置及び無線中継方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線中継システムにおいて、送信装置から受信装置までの距離が遠い場合や、送信装置と受信装置間に障害物がある場合など、大きな受信電力を確保できないことがある。そのような場合、通信品質が大きく劣化する。この問題に対して、従来、放送や移動通信システムにおいて、ある送信装置より伝送された信号を、受信し、増幅後、送信を行う無線中継装置（＝中継器）を用いて、伝送を行う方法、いわゆる無線中継伝送方法（＝無線中継方法）が知られている。
【０００３】
図１７は、従来の無線中継方法が適用される無線中継システムの構成例を示す図である。
【０００４】
この無線中継システムは、送信装置６１０と、無線中継装置６２０と、受信装置６３０とから構成される。受信装置６３０で受信される信号は、送信装置６１０から直接受信する信号と、無線中継装置６２０を介して受信する信号とがある。無線中継装置６２０は、送信装置６１０から送信された信号を、一旦受信し、受信装置６３０に向けて再送信する。
【０００５】
また、上記無線中継装置６２０は、例えば、図１８に示すように構成され、受信アンテナ７０１において受信された信号は、増幅部７０２により一定以上のレベルまで増幅された後、送信アンテナ７０３から受信装置６３０（図１７参照）に向けて送信される。
【０００６】
また、上記のような無線中継システムにおいて、廻り込み干渉信号を高精度でキャンセルできる無線中継ブースタの技術が開示されている。この技術によれば、
減衰特性情報と位相回転情報からなる現在のキャンセラ制御値をそれぞれ微少量変動させて、残留干渉信号を検出し、残留干渉信号が小さくなる方向にキャンセラ制御値を更新する動作を繰り返すことで、廻り込み干渉信号を高精度にキャンセルできる効果がある旨が記載されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２８４１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した直接中継方式による無線中継システムでは、無線中継装置を介さず直接受信される波がある場合に中継を行うと、不必要にフェージングを生じさせることとなり、必ずしも中継により通信品質を向上させることができないのみではなく、中継を行うことにより大幅な通信品質の劣化を招く恐れがある。
【０００８】
以下、このことについて説明する。
【０００９】
図１７に示す無線中継システムにおいて、伝送される信号の伝送路を「チャネル」と表現し、送信装置から直接受信装置で受信されるチャネルをｈｄ、送信装置から無線中継装置を介して受信されるチャネルをｈｉとした場合、ｈｄ及びｈｉは次式のように表すことができる。
ｈｄ＝ａｅｉθ 
ｈｉ＝ａ´ｅｉθ´
ここで、
ａ及びａ´は、振幅を表し、
ｅｉθ及びｅｉθ´は、位相を表す。
【００１０】
そうすると、無線中継装置を含む送信装置から受信装置へのチャネルｈｔｏｔａｌは、
ｈｔｏｔａｌ＝ｈｉ+ｈｄ＝ａｅｉθ＋ａ´ｅｉθ´
で表すことができる。
【００１１】
一般にθ≒θ´となるため、条件によっては、受信電界振幅は必ずしも直接波のみの場合に比べて、大きくならない。極端な例で言えば、ａ＝ａ´でθ=θ´＋πの場合には、位相が反転して完全にお互いを打ち消しあうため、受信装置で受信される電力は非常に小さいものとなり、中継を行わない場合に比べ、通信品質に大幅に劣化させてしまうことになる。
【００１２】
また、上記のような問題は、受信信号を同一周波数帯で同時に送信する場合、あるいは複数の無線中継装置により中継を行う場合であっても、不必要なフェ−ジングを生じさせることで、起こり得る。
【００１３】
また、従来の無線中継システムは、主に地上放送に用いられており、送信装置、受信装置の位置、及び無線中継装置の位置を予め計画して設置することができることから、上記のようなことは、問題とはならなかったが、移動通信システムにおいて、無線中継装置が通常の移動端末と同様の環境（鉄塔やビルの上ではなく）、すなわち、移動端末内に無線中継装置が実装されるような場合、上述した問題が特に顕著となって現れる。
【００１４】
ところで、近年の通信のブロードバンド化に伴い、移動通信システムにも伝送速度の高速化が要求され、限られた周波数帯域で伝送速度を高速化する伝送方法として、近年ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）システムが注目されている。
【００１５】
しかしながら、ＭＩＭＯチャネル信号伝送時においては、直接波が存在する場合や、複数の無線中継装置が存在する場合に、無線中継装置で受信した信号を、そのまま増幅し送信することが、必ずしも、送信装置と受信装置間に形成されるチャネルがＭＩＭＯ通信による通信容量を増加させるために適したチャネルになっているとは限らない。すなわち、送信装置と受信装置の各送受信アンテナで形成されるチャネルの相関が高い場合、ＭＩＭＯチャネル信号伝送による容量の増加効果を望めないという問題が生じていた。
【００１６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的とするところは、移動通信環境で同一周波数帯による受信信号を中継する場合の通信品質の劣化を回避することができる無線中継システム、無線中継装置及び無線中継方法を提供することである。
【００１７】
また、本発明の第２の目的とするところは、ＭＩＭＯチャネル伝送時の通信容量の増大を図ることができる無線中継システム、無線中継装置及び無線中継方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、第１の無線局からの無線信号を無線中継装置により中継して第２の無線局に送信する無線中継システムにおいて、前記無線中継装置は、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の位相補正量を決定する位相補正量決定手段と、前記位相補正量決定手段により決定される位相補正量に基づいて、前記中継信号の位相を補正する位相補正手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項２によれば、前記無線中継システムにおいて、前記無線中継装置は、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の振幅補正量を決定する振幅補正量決定手段と、前記振幅補正量決定手段により決定される振幅補正量に基づいて、前記中継信号の振幅を補正する振幅補正手段と、を備えることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項３によれば、前記無線中継システムにおいて、前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネル情報、前記第１の無線局と無線中継装置間のチャネル情報、無線中継装置と前記第２の無線局間のチャネル情報を、前記第１の無線局と前記第２の無線局と自無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報とし、これらのチャネル情報に基づき前記位相補正量及び前記振幅補正量を表す複素係数が決定されることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項４によれば、前記無線中継システムにおいて、前記位相補正量決定手段は、前記位相補正量として位相回転量を表す複素係数を決定し、前記位相補正手段は、前記中継信号に前記位相回転量を表す複素係数を乗算し、  前記振幅補正量決定手段は、前記振幅補正量として増幅器の増幅率を表す複素係数を決定し、前記振幅補正手段は、前記中継信号に前記増幅率を表す複素係数を乗算することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項５によれば、前記無線中継システムにおいて、前記第１の無線局及び前記第２の無線局が各々１アンテナを備え、複数のアンテナを備える複数の無線中継装置が中継を行う場合に、前記位相補正量決定手段及び前記振幅補正量決定手段は、前記無線中継装置の受信アンテナから前記第２の無線局の受信アンテナへの伝達関数が、前記第１の無線局と無線中継装置間の受信品質を最大にする係数となるように前記複素係数を算出することを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の請求項６によれば、前記無線中継システムにおいて、前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記無線中継装置が各々複数のアンテナを備え、これら複数のアンテナを用いてＭＩＭＯチャネルが構成される場合に、前記位相補正量決定手段及び前記振幅補正量決定手段は、前記無線中継装置を含めた前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネル容量を最大にする係数となるように前記複素係数を算出することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の請求項７によれば、前記無線中継システムにおいて、前記第１の無線局と前記第２の無線局間の中継を前記無線中継装置が、ＴＤＤ方式により行う場合に、前記無線中継装置は、前記第１の無線局から受信した受信信号と該第１の無線局で挿入されるパイロット信号を入力し、入力信号に基づき前記第１の無線局と自無線中継装置間のチャネルを推定する第１の無線局―無線中継装置間チャネル推定手段と、前記第２の無線局から受信した受信信号と該第２の無線局で挿入されるパイロット信号を入力し、入力信号に基づき前記第２の無線局と自無線中継装置間のチャネルを推定する第２の無線局―無線中継装置間チャネル推定手段と、前記推定された前記第１の無線局と自無線中継装置間のチャネル及び前記第２の無線局と自無線中継装置間のチャネルと、前記第１の無線局と前記第２の無線局間のチャネルを入力し、これらチャネルの情報に基づいて、前記複素係数を決定し、その決定した複素係数と受信信号とを乗算する複素係数乗算手段と、を備えることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の請求項８によれば、前記無線中継システムにおいて、前記第１の無線局と前記第２の無線局間の中継を前記無線中継装置が、ＦＤＤ方式により行う場合に、前記第２の無線局は、前記無線中継装置より送信されるパイロット信号に基づいて、第１の無線局と無線中継装置間、無線中継装置と自無線局間、第１の無線局と無線中継装置間のチャネル推定を行い、これらのチャネル推定結果に基づき、無線中継装置における増幅率及び位相回転量を決定する位相制御量・増幅制御量決定手段と、前記位相制御量・増幅制御量決定手段により決定された情報をフィードバック信号として前記無線中継装置に通知するフィードバック手段と、を備え、前記無線中継装置は、前記フィードバック手段より通知されるフィードバック信号に従い中継信号の増幅率及び位相回転量を制御する位相制御・増幅制御手段を備えることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の請求項９によれば、前記無線中継システムにおいて、前記第１の無線局は、一部の送信区間をヌル信号として送信するヌル信号送信手段を備え、
前記無線中継装置は、前記第１の無線局で挿入されるパイロット信号のうち、一部のパイロット信号のみを中継するパイロット信号中継手段と、前記第１の無線局でヌル信号が送信された区間において所定のパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と、を備え、前記第２の無線局は、前記無線中継装置にて中継せずに受信されたパイロット信号に対する受信信号より、前記第１の無線局から直接受信されるチャネルを推定する直接波チャネル推定手段と、前記無線中継装置で挿入されたパイロット信号に対する受信信号より、該無線中継装置と自無線局間のチャネルを推定する無線中継装置―第２の無線局間チャネル推定手段と、
前記無線中継装置より中継されて受信されたパイロット信号に対する受信信号及び、該無線中継装置と自無線局間のチャネル推定値より、前記第１の無線局と無線中継装置間のチャネルを推定する第１の無線局―無線中継装置間チャネル推定手段と、を備えることを特徴としている。
【００２７】
また、本発明の請求項１０によれば、前記無線中継システムにおいて、前記無線中継システムは、ＯＦＤＭ伝送を行う無線中継システムであり、前記無線中継装置は、送信信号に対してＩＦＦＴ処理を行うＩＦＦＴ手段と、  受信信号に対してＦＦＴ処理を行うＦＦＴ手段と、全サブキャリアのチャネルを推定し、その推定したチャネル推定値よりサブキャリア毎の複素係数を算出する複素係数決定手段と、前記複素係数決定手段により算出された複素係数をサブキャリア毎に乗算する複素乗算手段と、を備えることを特徴としている。
【００２８】
また、本発明の請求項１１によれば、前記無線中継システムにおいて、前記複素係数の算出及び複素乗算は、複数のサブキャリアを一括して行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
本願発明によれば、第１の無線局（送信装置）と第２の無線局（受信装置）間のチャネル情報、第１の無線局と無線中継装置間のチャネル情報、無線中継装置と第２の無線局間のチャネル情報から、無線中継装置での信号中継の際の位相回転量、又は増幅率、あるいはこれら両方を決定し制御することにより、フェ−ジングによる位相差を補正することができ、通信品質の劣化を回避することができる。その結果、無線中継装置による中継効果が高められ、通信容量の増大と周波数利用効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
本実施形態における無線中継装置１を用いた無線中継システムは、図１７に示す従来のシステムと同様に構成される。すなわち、送信装置（第１の無線局）６１０と、受信装置（第２の無線局６３０）と、無線中継装置６２０とから構成され、無線中継装置６２０は、送信装置６１０から送信された信号を中継して受信装置６３０に、同一周波数で再送信する。また、受信装置６３０で受信される信号には、送信装置６１０から直接受信する信号と、無線中継装置６２０を介して受信する信号とがある。以下、ここでは送信装置の符号（６１０）と受信装置の符号（６３０）は省略する。
【００３２】
図１は、第1の実施形態に係る無線中継装置の構成例を示すブロック図である。
【００３３】
同図において、この無線中継装置は、受信アンテナ１１と、位相回転量決定部１２と、位相回転量制御部１３と、増幅器１４と、送信アンテナ１５とから構成される。
【００３４】
受信アンテナ１１で受信する信号には、伝搬遅延だけでなく、移動通信環境におけるフェージング等に起因する位相変動および振幅変動（以下単に「フェージング変動」という。）が含まれたものとなっている。したがって、受信信号はフェージングによる位相回転が生じている。また、この位相回転はフェ−ジングによるもののみならず、データ変調による位相回転（位相のずれ）や、雑音（ノイズ）による位相回転等があるが、本実施形態では、位相回転はフェ−ジングによって生じているものと仮定する。
【００３５】
本実施形態に係る無線中継装置では、位相回転量決定部１２においてフェ−ジングによる位相回転量が決定され、この決定出力に基づき中継信号の位相回転量が位相回転量制御部１３により制御される。
【００３６】
次に、本実施形態における無線中継装置の動作を詳述する。
【００３７】
位相回転量決定部１２は、送信装置−自無線中継装置間のチャネル情報（伝送路に関する情報をいう）、自無線中継装置−受信装置間のチャネル情報、送信装置−受信装置への直接波のチャネル情報を入力し、これらのチャネル情報に含まれる位相に基づき位相回転量θｒを次式にしたがって求める。
【００３８】
θｒ＝θ−θ´
ここで、
θは、送信装置から受信装置に直接受信されるチャネルの位相を表し、θ´は送信装置から無線中継装置を介して受信されるチャネルの位相を表す。
【００３９】
送信装置から無線中継装置を介して受信装置で受信されるチャネル情報は、送信装置−無線中継装置間のチャネル情報をｈ１、無線中継装置−受信装置間のチャネル情報をｈ２とすると、
ｈ１×(無線中継装置での伝達関数)×ｈ２
と表すことができる。
【００４０】
また、無線中継装置での伝達関数は本発明による増幅率制御及び、位相回転によるものと、中継処理遅延や、増幅器によるものの積になる。前者は、設定される値であり、後者は事前に分っている必要がある。なお、これ以降の説明では、後者の要因に関しては言及しない。
【００４１】
上記のようにして位相回転量θｒが決定されると、それが位相補正量として位相回転制御部１３に入力される。位相回転制御部１３では、受信アンテナ１１で受信され受信信号（中継信号）とθｒを複素乗算して増幅器１４に出力する。増幅器１４は、上記複素乗算後の中継信号を入力して増幅し、送信アンテナ１５から送信される中継信号の電力を所望の値に制御する。
【００４２】
本実施形態では、上記の位相回転により、送信装置から無線中継装置を介して受信装置で受信されるチャネルｈｉは、次式のように表すことができる。
【００４３】
ｈｉ＝ａ´（ｅｉθ´×ｅｉθｒ）＝ａ´ｅｉθ
ここで、送信装置から直接受信装置で受信されるチャネルｈｄは、前述したようにｈｄ＝ａｅｉθであるから、受信装置におけるｈｔｏｔａｌは、
ｈｔｏｔａｌ＝ｈｉ+ｈｄ＝ａ´ｅｉθ＋ａｅｉθ
となり、直接波と同相で受信されるため、電力は（ａ+ａ´）２となり、中継時の
増幅率一定という条件の下で、最大化することが可能となる。
【００４４】
なお、中継時の増幅率については、受信装置での受信電力対雑音電力比によって決定すればよい。
【００４５】
また、本実施形態では、無線中継装置において送信装置−無線中継装置間、無線中継装置−受信装置間、送信装置−受信装置への直接波のチャネル情報が入力情報として必要となるが、これらは各リンクのチャネル推定により得られるチャネル推定値を利用すればよい。チャネル推定方法については、例えば、送信信号に既知のトレーニング信号を付加し、受信装置において信号を受信した時に受信信号とトレーニング信号と相関を計算することにより、チャネルを推定してチャネル推定値を得る方法や、受信信号に多重されたパイロット信号を抽出し、その位相および振幅からチャネルのインパルス応答、すなわちチャネル推定値を求める方法等がある。本実施形態では、これらチャネル推定方法のいずれを用いてもよく、また、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で、種々のチャネル推定方法を用いることが可能である。なお、上記のようにして求められるチャネル推定値は、後述するように、動的に更新されてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、位相回転量決定部１２が中継信号の位相回転量を決定し、位相回転量制御部１３にて中継信号に位相回転量を乗じて増幅器に出力することで中継信号の位相制御を行う態様を説明したが、中継系信号の位相制御に加え、増幅器１４の増幅率を同時に制御してもよい。図２は、その場合の無線中継装置の構成例を示す図である。
【００４７】
図２において、この無線中継装置は、上記の無線中継装置と比較して、位相回転量決定部１２と位相回転量制御部１３が異なる。すなわち、位相回転量決定部１２と位相回転量制御部１３の代わりに位相回転量・増幅率決定部２２と位相回転量・増幅率制御部２３とが備えられる。
【００４８】
位相回転量・増幅率決定部２２は、入力される上記のチャネル情報から、位相と振幅を抽出し、抽出された情報に基づき位相回転量と増幅率（振幅補正量）を決定する。以下、上記実施形態との差異、すなわち、増幅器２４の増幅率の決定から制御までを説明する。
【００４９】
上記増幅率は、例えば、送信装置から受信装置に直接受信されるチャネルの振幅と、送信装置から無線中継装置を介して受信されるチャネルの振幅との振幅比に基づいて決定される。このようにして決定される増幅率は複素係数として表され、位相回転量・増幅率制御部２３では、中継信号と上記決定される複素係数とが乗算されて増幅器２４に出力される。増幅器２４は、複素係数乗算後の中継信号を入力し、送信アンテナから送信される必要な電力まで増幅する。
【００５０】
このとき、無線中継装置の増幅率のみではなく、上記条件及び、受信装置での受信電力対雑音電力比に従い、送信装置の送信電力を同時に決定することも可能であり、この場合、送信装置に対しても、送信電力制御のための、制御信号を送る必要がある。
【００５１】
以上、説明したように、第１の実施形態における無線中継装置によれば、送信装置−無線中継装置間のチャネル情報、無線中継装置−受信装置間のチャネル情報、送信装置−受信装置への直接波のチャネル情報に基づいて、中継信号の位相回転量を決定し制御するので、直接波があるときに中継を行った場合でも、この中継により生じたフェージングによる位相差を補正することができ、通信品質の劣化が生じることを防ぐことができる。その結果、移動通信環境で同一周波数帯による受信信号を中継する場合であっても、中継により得られる中継効果が高められ、通信容量の増大と周波数利用効率の向上を図ることができる。
【００５２】
また、上記チャネル情報に基づいて、増幅率を決定し制御することで、受信品質を向上させることが可能である。
【００５３】
さらに、送信装置（例：基地局）からの電波を受信装置（例：移動局）で十分大きな電力で受信できる場合においても、本発明による無線中継装置を用いることで、他セルヘの干渉を減らすことが可能となる。
【００５４】
（本実施形態の変形例）
上述した実施形態では、無線中継装置が、送信装置−無線中継装置間、無線中継装置−受信装置間、送信装置−受信装置への直接波のチャネル情報に基づきフェージングによる位相差を補正する場合を例示したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、受信装置で、送信装置から直接受信されるチャネルと、無線中継装置を介して受信されるチャネルの位相差を測定し、これを無線中継装置にフィードバックし、無線中継装置が、この位相差に基づき位相補正を行うようにしてもよい。
【００５５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態における無線中継装置２は、マルチキャリア伝送機能を有し、例えば、図３に示すように構成される。図３は、マルチキャリア伝送方式として、ＯＦＤＭ伝送方式を適用した無線中継装置２の構成例を示すブロック図である。
【００５６】
同図において、この無線中継装置は、図１に示す第１の実施形態における無線中継装置の構成にＦＦＴ部３２と、ＩＦＦＴ部３５を加えて構成される。送信側のＩＦＦＴ部３５では複数のシンボルデータに対するＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）処理が行われ、時間領域の信号（ＯＦＤＭ送信信号）に変換される。一方、受信側のＦＦＴ部３２では、受信データに対するＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理が行われ、周波数領域の信号に変換（ＯＦＤＭ受信信号）される。
【００５７】
本実施形態における無線中継装置２では、上記した位相回転の方法として次の３つの方法が挙げられる。
【００５８】
（ａ）全サブキャリア一括して位相回転させる方法
（ｂ）サブキャリア単位で位相回転させる方法
（ｃ）ブロック単位で位相回転をさせる方法
次に、上記３つの位相回転方法について説明する。
【００５９】
全サブキャリアを一括して位相回転を行う場合（（ａ）のケース）、無線中継装置の構成は第１の実施形態に示す無線中継装置の構成とすればよい（ＦＦＴ部３２、ＩＦＦＴ部３５は不要）。ただし、位相回転量決定部３３は、全キャリアの送受信装置間のチャネルを考慮して位相回転量を決定する必要がある。例えば、全サブキャリアの受信電力が受信装置において最大になるように位相回転量を制御すればよい。
【００６０】
一方、サブキャリア単位で位相回転を行う場合（（ｂ）のケース）、無線中継装置の構成を第１の実施形態に示す構成とし、サブキャリア毎に第１の実施形態に示す方法を用いて、位相回転量の制御を行えばよい。
【００６１】
また、ブロック単位で位相回転を行う場合（（ｃ）のケース）、位相回転量の制御については、各ブロックでの受信電力が受信装置において最大になるように制御すればよい。この場合の、無線中継装置の構成については、サブキャリア単位の場合と同様の構成をとるようにすればよいが、同ブロックに分類されるサブキャリアに対しては、同じ位相回転量が適用されることになる。
【００６２】
このように、本実施形態による無線中継装置によれば、サブキャリア単位で位相回転を行うことで、最も大きな通信容量増大効果が得られるが、この実施のために必要となるチャネル情報を伝達するための制御情報が多くなる。
【００６３】
一方で、ブロック単位あるいは全サブキャリア一括で行う場合には、必要となる制御情報量を削減できる一方得られる通信容量増大効果は小さくなると予想される。しかし、一般に隣接するサブキャリア間のチャネルの相関は高いため、ブロック単位で位相回転量を制御した場合でも、十分な通信容量増大効果が得られると考えられる。さらに、送信装置一受信装置間のチャネルが、ほぼ、見通しになる等、フラットチャネルであるとみなすことができる場合には、全サブキャリア単位で位相回転を行った場合でも、サブキャリア単位で行った場合と同等の効果を得ることができる。
【００６４】
さらに、ＯＦＤＭ信号を伝送する場合には、全サブキャリアにおける増幅率を一定とした場合でも、サブキャリアごとに増幅率を変えることで、通信容量の増大を図ることが可能となる。すなわち、位相回転制御部３４を複素係数乗算部とし、位相制御と共に振幅制御を行えばよい。例えば、振幅制御方法としては、各サブキャリアでの増幅率が、無線中継装置での各サブキャリアの受信振幅あるいは、送信装置受信装置間のチャネル振幅に比例するようにすればよい。
【００６５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、本発明に係る無線中継装置をＭＩＭＯ（多入力多出力）チャネル信号伝送に適用した場合である。ＭＩＭＯチャネル信号伝送方式とは、送信装置より同一周波数帯を用いて、複数の情報系列を無線送信し、受信装置でこれら同一周波数帯の無線信号を受信して、各情報系列に分離する信号伝送方式のことをいう。
【００６６】
まず、後述する本発明の理解を容易にするために、従来のＭＩＭＯチャネル信号伝送方式の動作について説明する。図４は、従来のＭＩＭＯチャネル信号伝送方式による多地点中継伝送システムの構成例を示す図である。
【００６７】
同図に示すように、この多値点中継伝送システムでは、送信装置４０において、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の情報系列Ｓ１，・・・，ＳＭが、送信アンテナＡｓ１，・・・，ＡｓＭより、同一周波数帯の垂直偏波無線信号としてそれぞれ送信され、これらＭ個の無線信号が、Ｌ個（Ｌは１以上の整数）の無線中継装置５０１，・・・，５０Ｌでそれぞれ受信され、一旦蓄積される。そして、送信装置４０より１通話分、１バーストなどの送信終了で送信が停止すると、蓄積された無線信号が増幅され、垂直偏波無線信号として受信装置６０に送信される。受信装置６０ではＮ個（ＮはＭ以上の整数）の直線偏波受信アンテナＡｒ１，・・・ＡｒＮで受信し、受信信号に対し、ＭＩＭＯ等化処理してＭ個の情報系列Ｓ１，・・・，ＳＭに分離される。
【００６８】
次に、上記したＭＩＭＯチャネル信号伝送時に、本発明に係る無線中継装置で乗算する複素係数（位相回転量及び増幅率）の求め方について説明する。ここでは、送信装置−無線中継装置及び、無線中継装置−受信装置間のチャネルが予め各々の間でパイロット信号を送信するなどの方法により既知である場合について説明する。
【００６９】
一般に、ＭＩＭＯチャネル信号伝送時の通信路容量Ｃは、次式で表すことが可能であることが知られている。
Ｃ＝ｌｏｇ２ｄｅｔ（Ｉ＋ρ／ｎｔＨｔｏｔａｌ・ＨｔｏｔａｌＨ）〔ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓ〕
ここで、ｄｅｔは行列式を表し、Ｉは単位行列を表し、ρは受信電力対雑音電力密度比を表し、ｎｔは送信アンテナ本数を表し、Ｈｔｏｔａｌは無線中継装置を介したチャネルも含めた送信装置−受信装置間のチャネルを表すチャネル行列である。なお、上付添え字Ｈは転置共役を表す。
【００７０】
よって、無線中継装置で乗算する複素係数を変化させた場合に、上記のチャネル容量Ｃが最大となる複素係数を求めて使用すればよい。
【００７１】
また、解析的に複素係数を求めることが困難である場合には、いくつかの位相回転量、増幅率の候補を予め用意し、それらに対して通信路容量Ｃを求め、通信路容量Ｃが最大になる場合のチャネル容量を求めればよい。
【００７２】
また、全ての無線中継装置で複素係数を乗算する必要はなく、一部の無線中継装置は従来と同様に、そのまま中継を行い、一部の無線中継装置においてのみ複素係数の乗算を行えばよい。さらに、学習アルゴリズムを使用し、徐々に上記複素係数を更新していくことも可能である。
【００７３】
本実施形態では、送信装置から受信装置への直接波がない場合では、無線中継装置の受信アンテナ数は、送信アンテナ数よりも多いほうが好ましい。
【００７４】
次に、ＭＩＭＯチャネル信号伝送時における上記複素係数の制御方法について説明する。ここでは、本発明を、異偏波面中継機能を備える無線中継装置に適用した場合について説明する。
【００７５】
図５は、異偏波面中継機能を備える第３の実施形態に係る無線中継装置を含んで構成される無線中継システムの構成図である。
【００７６】
同図において、この無線中継システムは、複数の偏波アンテナを備える送信装置１００と、複数の偏波アンテナを備える複数の無線中継装置１１０１、１１０２と、複数の偏波アンテナを備える受信装置とから構成される。
【００７７】
まず、同図を用いて、簡単に異偏波面中継方法について説明する。図中のアンテナＨは水平偏波アンテナを表し、アンテナＶは垂直偏波アンテナを表す。この異偏波面中継方法は、無線中継装置１１０１、１１０２で受信される偏波面と直交する偏波面を用いて中継を行うことにより回り込み波の発信を避ける。ここでは、垂直偏波アンテナ（Ｖ）及び水平偏波アンテナ（Ｈ）を用いて偏波多重を行い送信する場合を例示する。
【００７８】
本例では、無線中継装置１１０１、１１０２は、垂直偏波（Ｖ）で受信する無線中継装置１１０２と、水平偏波（Ｈ）で受信する無線中継装置１１０１の２つを備える。このように異なる偏波面のアンテナを用いて信号の中継を行うと、仮に送信装置１００から受信装置１２０に直接受信される波が存在する場合、受信装置１２０において、２つのストリームが混信して受信されることになるが、この問題は、上記したＭＩＭＯチャネル信号伝送方式を適用した受信装置を用いることで、分離することができる。
【００７９】
なお、同図では、実線がデータ信号の流れを表し、点線がフィードバック信号の流れを表している。ただし、フィードバック信号は、単独で伝送されるわけではなく、逆リンクのデータと多重されて伝送されてもよい。
【００８０】
また、上記した異偏波面中継機能を備える無線中継装置１１０１、１１０２としては、図６〜図８に示すようないくつかの構成が考えられる。
【００８１】
図６は、異偏波面中継機能を備える第１の無線中継装置の構成例を示す図である。同図において、この無線中継装置は、受信アンテナと送信アンテナとに偏波特性が互いに直交化されたものが用いられる。本例では、水平偏波アンテナ（H: Horizontal polarization）と垂直アンテナ（V: Vertical polarization）を用いる場合を例示しており、受信アンテナとして水平偏波アンテナ７１、送信アンテナとして垂直偏波アンテナ７２が用いられる。また、水平に配されたターンスタイルアンテナが水平偏波アンテナとして用いられ、垂直に立てられたスリーブ（ダイポール）アンテナが垂直偏波アンテナとして用いられる。
【００８２】
水平偏波受信アンテナ７１で受信された無線信号は筐体７３内の増幅器７４で増幅されるが、この例では受信アンテナ７１としてターンスタイルアンテナが用いられているため、その２つのダイポール素子の受信信号が移相合成部７５で互いに位相を９０度ずらされて合成されて増幅器７４へ入力される。
【００８３】
送信アンテナ７２より送信された無線信号(電波)は垂直偏波であるため、水平偏波受信アンテナ７１には受信されない。この直交した偏波に基づく分離、いわゆる交差偏波識別度は高く、回り込み信号を十分抑圧することができ、その分中継増幅の利得を上げることができるようになっている。また、両アンテナ７１及び７２の水平面内での指向特性は共に無指向性である。ただし、この例では垂直面内ではターンスタイルアンテナ７１の指向特性はスリーブアンテナ７２の方向(下向き)にも向いているが、スリーブアンテナ７２の指向特性はターンスタイルアンテナ７１の方向ではヌルであり(落ち込んでおり)、この点でも送信アンテナ７２から無線信号が受信アンテナ７１に受信され難い。
【００８４】
また、受信アンテナ７１として垂直偏波アンテナを送信アンテナ７２として水平偏波アンテナをそれぞれ用いてもよい。水平偏波アンテナとしては、ターンスタイルアンテナと同様に水平面内で無指向性に近いマイクロストリップアンテナなど他のアンテナを用いてもよく、垂直偏波アンテナとしては、スリーブアンテナと同様に水平面内で無指向性に近い、モノポールアンテナなど他のアンテナを用いてもよい。
【００８５】
また、図７は、異偏波面中継機能を備える第２の無線中継装置の構成例を示す図である。この例は、互いに直交する斜偏波を受信アンテナと送信アンテナに用いる場合を示している。同図に示すように、この無線中継装置は、垂直面８１内の垂直線８２に対し、時計方向に４５度傾斜したスリーブ(ダイポール)アンテナが受信アンテナ８５として用いられる。垂直面８１と平行な垂直面８３内の垂直線８４に対し反時計方向に４５度傾斜したスリーブ(ダイポール)アンテナが送信アンテナ８６として用いられる。垂直面８１と８３を重さねると、受信アンテナ８５と送信アンテナ８６の偏波面は互いに直交する。このような直交関係が成立てばよく、垂直軸に対する角度は逆方向に互いに異なる角度傾斜をさせてもよい。
【００８６】
この場合も、送信アンテナ８６から送信された無線信号偏波面は受信アンテナ８５の受信電波の偏波面とが互いに直交しているため、回り込み信号を抑圧することができ、それだけ中継増幅利得を上げることができる。受信アンテナ８５の傾きを垂直線に対し反時計方向とし、送信アンテナ８６の傾きを垂直線に対し時計方向としてもよい。スリーブアンテナではなく、モノポールアンテナなど他の偏波面に垂直な平面内では無指向性の斜め偏波アンテナを用いてもよい。
【００８７】
さらに、図８は、異偏波面中継機能を備える第３の無線中継装置の構成例を示す図である。この例は、直交化偏波特性をもつアンテナとして右旋円偏波アンテナと左旋円偏波アンテナを用いる場合を示している。
【００８８】
同図に示すように、この無線中継装置は受信アンテナ７１として垂直に設けられた右旋ターンスタイルアンテナを用い、送信アンテナ７２として垂直に設けられた左旋ターンスタイルアンテナを用い、これら両ターンスタイルアンテナは正対させられる。受信アンテナ７１のターンスタイルアンテナの２つの素子の受信無線信号は移相合成部７５により水平素子信号より垂直素子信号が９０度遅らされて合成され、増幅器７４へ供給される。一方、送信アンテナ７２のターンスタイルアンテナにおいては分離移相部７６により増幅器７４の増幅無線信号が２分され、一方が他方より位相が９０度遅らされ、その遅らされた信号が水平素子に、遅らされない信号が垂直素子にそれぞれ給電される。
【００８９】
送信アンテナ７２から送信された無線信号(電波)の円偏波の旋回方向が、受信アンテナ７１の偏波特性の旋回方向と逆であるため、回り込み信号が抑圧され、その分中継増幅利得を上げることができる。受信アンテナ７１として左旋円偏波アンテナを用い、送信アンテナ７２として右旋円偏波アンテナを用いてもよい。円偏波アンテナとしては、ターンスタイルアンテナのみならす、クロス八木アンテナ、マイクロストリップアンテナなどを用いてもよい。
【００９０】
次に、図９を用いて、上記した異偏波面中継機能を備える無線中継装置に本発明を適用した場合について説明する。同図に示される無線中継装置は、図６〜図８に示した無線中継装置と比して筐体７３（図６〜図８参照）内の構成が異なる。
【００９１】
具体的には、本実施形態における無線中継装置は、上りチャネル信号増幅部１６１と、下りチャネル信号増幅部１６６と、制御信号抽出部１６４と、複素係数決定部１６５とが備えられる。上りチャネル増幅部１６１は、分配器１６２と増幅器１６３からなり、下りチャネル増幅部１６６は、複素係数乗算部１６７と増幅器１６８から構成される。ここでは、説明を簡易にするために、以下、下りでデータ信号の伝送に着目し、その際の複素係数を制御する場合を説明する。
【００９２】
同図において、無線局ａ１５０の送信アンテナ（Ｈ）から送信された上りチャネル信号は、無線中継装置１６０の受信アンテナ（Ｈ）で受信され、分配器１６２で２分配される。２分配された上りチャネル信号の一方は、増幅器１６３に入力され、他方は制御信号抽出部１６４に入力されて制御信号が取り出される。なお、制御信号抽出部１６４で抽出される制御信号の生成法については、後述するが、制御信号には、中継時に乗算される複素係数についての情報が含まれているものとする。これらの情報は、複素係数決定部１６５に入力され、複素係数が決定される。例えば、増幅率を増加または、減少させるという信号が制御信号で伝送された場合、複素係数決定部１６５は、現在の増幅率を増加させることが可能であれば、増加、現在最大の増幅率で中継している場合は、それを維持するように増幅器の増幅率を制御するように複素係数を決定する。
【００９３】
なお、増幅率の決定に関しては、従来の送信電力制御時のフィードバック情報決定法を用いればよい。例えば、受信側において現在の変調多値数、符号化率で必要な受信電力対雑音電力密度比を保持しておき、現在の受信電力がそれに満たない場合は増幅率を上げる信号を、また、過剰な受信電力で受信されている場合は、増幅率を減少させる信号をフィードバック信号として伝送すればよい。
【００９４】
一方で、無線局ｂ１７０の送信アンテナ（Ｈ）から送信された信号は、無線中継装置１６０の受信アンテナ（Ｈ）で受信された後、上記のようにして複素係数決定部１６５で決定された複素係数と受信信号とが複素係数乗算部１６７において乗算され、その後、増幅器１６８で増幅されて送信アンテナ（Ｖ）より無線局ａに下りチャネルの信号が送信される。
【００９５】
次に、本実施形態における無線中継装置の位相回転量の制御について説明する。図１０は、本実施形態における無線中継装置の位相回転量の制御を説明するための無線中継システム構成図である。
【００９６】
同図において、本例では、送信装置２００から受信装置２２０へのチャネルをｈｘｙとし、ｘを受信アンテナインデックス、ｙを送信アンテナインデックスと定義する。また、送信装置２００では、アンテナ１がＶ面、アンテナ２がＨ面を使用するものとし、受信装置２２０では、アンテナ１がＨ面、アンテナ２がＶ面を使用するものとする。さらに、交差偏波識別度（垂直と水平の電波を識別する能力）ＸＰＤ＝∞とする。
【００９７】
ここで、無線中継装置２１０１で位相回転量をαだけ変化させた場合の直接波Ｈと中継波Ｈ´により形成されるチャネル全体Ｈｔｏｔａｌは、下式のように表すことができる。
【００９８】
【数１】
2005229524.tif 000003
また、ＭＩＭＯチャネルの通信容量は、前述した通り、
Ｃ＝ｌｏｇ２ｄｅｔ（Ｉ＋ρ／ｎｔＨｔｏｔａｌ・ＨｔｏｔａｌＨ）〔ｂｉｔ／Ｈｚ／ｓ〕
と表せるため、チャネル容量Ｃを最大にするようなαを選べばよい。具体的には、送信装置２００、受信装置２２０で２アンテナを使用する場合には、上記チャネル容量Ｃを解析的に求めることができる。すなわち、複素係数αを、ｈ１１ｈ２２（ｈ１２ｈ２１）＊と直交するように設定すればよい。
【００９９】
このように、本実施形態による無線中継装置によれば、ＭＩＭＯチャネル伝送においては、従来ＭＩＭＯ伝送で問題とされている各送受信アンテナで形成されるチャネルの相関が高い場合においても、その相関を低減しＭＩＭＯチャネル信号伝送による容量の増加効果を高めることが可能となる。
【０１００】
また、チャネル相関が特に高くない場合においても、ＭＩＭＯチャネル信号伝送による容量を増加させることが可能となる。
【０１０１】
（第４の実施形態）
上記した第３の実施形態では、送信装置及び受信装置が複数のアンテナを備え、かつ複数の無線中継装置が中継を行う場合の態様を例示したが、本実施形態では、図１１に示すように、送信装置及び受信装置が各々１アンテナを用い、複数のアンテナをもつ複数の無線中継装置が中継を行う場合の態様を示している。
【０１０２】
同図に示されるように、この無線中継システムは、１アンテナをもつ送信装置２３０と受信装置２５０間に、複数アンテナをもつ３つの無線中継装置２４０１〜２４０３が備えられる。
【０１０３】
ここで、送信装置２３０から無線中継装置ｘ（ｘ＝１〜３）へのチャネルをｈ１ｘ、無線中継装置ｘから受信装置２５０へのチャネルをｈ２ｘとし、無線中継装置ｘでの位相回転量・増幅率をαｘで表すと、本例の場合、送信装置２３０から無線中継装置ｘを介して受信装置２５０で受信される受信信号は、
αｘｈ２ｘ（ｈ１ｘ×ｓ＋ｎｘ）+ｎｒ
と表され、これらが受信装置２５０の受信アンテナで合成されるため、結果として受信信号は、
Σ（αｘｈ２ｘ（ｈ１ｘ×ｓ＋ｎｘ））＋ｎｒ
で表される。
ここで、ｎｘは無線中継装置で加わる雑音を表し、ｎｒは受信装置で加わる雑音を表す。
【０１０４】
したがって、受信装置２５０における受信ＳＮを最大にするためには、各受信波の位相が受信装置２５０で同相になるという条件に加え、αｘｈ２ｘを係数とみなせた場合、ｈ１ｘ×ｓを最大比合成するように、αｘｈ２ｘを設定（実際にはαｘを設定）すればよい。つまりαｘ＝αｘ´×ｈ１ｘ／ｈ２ｘとする。ここで、αｘ´は、受信装置２５０からのフィードバック等により決定される正の実数値を表す。
【０１０５】
また、本実施形態では、各々１本の送受信アンテナを備えた送受信装置２３０、２５０間を複数の無線中継装置２４０１〜２４０３が中継を行う態様について例示したが、このような態様以外にも、例えば、図１２に示すような１つの無線中継装置２７０が複数の送受信アンテナを備えている場合にも、上記した位相回転量制御法を、そのまま適用することが可能である。
【０１０６】
（第５の実施形態）
上記各実施形態においては、送信装置−無線中継装置間、無線中継装置−受信装置間のチャネル情報が予め無線中継装置で分っている場合を前提にして説明してきたが、これらチャネル情報は、無線チャネルの状態が時々刻々と複雑に変化する、いわゆるマルチパスフェージング環境下では、比較的大きい変動が予測される。したがって、これらのチャネル情報を精度良く推定すると共に、いかにして効率よく推定されたチャネル情報を無線中継装置へ伝送することができるかという点が、本発明を実施する上で重要になると考えられる。
【０１０７】
そこで、以下では、本発明を移動通信システムに適用した場合の実施形態について説明する。まず、移動通信システムにおいて、上下の回線の多重方法として下り回線と上り回線を同じ周波数で時間分割して伝送するＴＤＤ方式（Time Division Duplex system）を用いて無線中継装置−受信装置間、無線中継装置−送信装置間のチャネルを推定する場合の実施形態について説明する。
【０１０８】
図１３は、ＴＤＤ方式を用いてチャネル推定を行う無線中継装置を含んで構成される無線中継システムの構成図である。
【０１０９】
本実施形態における無線中継装置３１０は、無線局ａ３００から無線局ｂ３５０方向への信号伝送時に、無線局ａ３００で挿入されるパイロット信号を用いて、無線局ａ３００−自無線中継装置３１０間のチャネルの推定を行う。
【０１１０】
無線局ａ３００からパイロット信号が送信されると、無線中継装置３１０、そのパイロット信号がチャネル推定部３１１で受信されるようアンテナのスイッチを制御する。チャネル推定部３１１にパイロット信号が入力されると、同部において基準位相となるパイロット信号の位相から、電波伝送路のフェ−ジングによる位相回転量が推定され、推定結果がチャネル情報として複素係数決定部３１２に出力される。
【０１１１】
複素係数決定部３１２は、チャネル推定部３１１から出力されたチャネル情報に基づいて、位相回転量・増幅率を複素係数として決定し、複素係数乗算部３１３、３１４に出力する。複素係数乗算部３１３、３１４では、中継信号と複素係数とが乗算される。増幅器３１５、３１６は、複素係数乗算部３１３、３１４での乗算結果を入力し、中継信号に対して増幅処理を施して送信アンテナより無線局ｂ３５０に向けて送信する。
【０１１２】
また、無線中継装置３１０は、上記同様の原理で、無線局ｂ３５０から無線局ａ３００方向への信号伝送時に、無線局ｂ３５０で挿入されるパイロット信号を用いて、無線局ｂ３５０−自無線中継装置３１０間のチャネルの推定を行う。
【０１１３】
このように、無線中継装置３１０は、上記操作を行うことにより、無線局ａ３００−自無線中継装置３１０間及び自無線中継装置３１０−無線局ｂ３５０間のチャネルを知ることができる。
【０１１４】
ここで、無線局ａ３００−自無線中継装置３１０間のチャネルをＨ、自無線中継装置３１０−無線局ｂ３５０間のチャネルをＨ´とすると、無線局ａ３００−ｂ３５０間のチャネルＨｔｏｔａｌは、
Ｈｔｏｔａｌ＝Ｈ´×（無線中継装置での伝達関数Ｚ）×Ｈ＝Ｈ´ＺＨ
で表せるため、無線中継装置３１０は、そのＨｔｏｔａｌから算出されるチャネル容量Ｃを最大化するように複素係数を設定すればよい。
【０１１５】
また、本実施形態では、無線局ａ３００−無線局ｂ３５０間（送受信装置間）に直接波がない状態での中継を想定したが、無線局ａ３００−無線局ｂ３５０間に直接波がある場合には、例えば、以下のようにすることも可能である。
【０１１６】
まず、無線中継装置３１０において中継しないパイロット信号を用いて、受信側の無線局ｂ３５０で、無線局ａ３００−無線局ｂ３５０間の直接波のチャネルＨｄを推定する。そして、その推定された無線局ａ３００−無線局ｂ３５０間のチャネルを無線局ｂ３５０から無線中継装置３１０に通知し、無線中継装置３１０は、無線局ａ３００から自無線中継装置３１０を介して無線局ｂ３５０で受信されるチャネル（ここでは、Ｈｉとする）の変わりに、Ｈｔｏｔａｌ＋Ｈｄを用いてチャネル容量Ｃを最大化するように複素係数を設定すればよい。
【０１１７】
このように本実施形態によれば、無線局ａ３００−自無線中継装置３１０間及び自無線中継装置３１０−無線局ｂ３５０間のチャネル情報を効率よく無線中継装置３１０に通知することができる。  
また、上記実施形態では、ＴＤＤ方式を用いた移動通信システムに本発明を適用する態様を例示したが、本発明はこれに限定されず上下の回線の多重方法として周波数分割双方向伝送のＦＤＤ方式を用いた移動通信システムに本発明を適用することができる。
【０１１８】
（第６の実施形態）
ＦＤＤを用いた移動通信システムでは、無線中継装置で直接、自無線中継装置−送信装置間のチャネルを推定することができない。そこで、本実施形態では、無線中継装置でパイロット信号を送信し、受信装置でこのパイロット信号に対するチャネル推定を行う。また、本実施形態では、複素係数を受信装置で決定し、これらを無線中継装置にフィードバックする。
【０１１９】
以下、本実施形態における受信装置でのチャネル推定方法について説明する。
【０１２０】
まず、本実施形態に係る無線フレーム構成について図１４を用いて説明する。
【０１２１】
同図に示されるように、この無線フレームは、Ｐ１の位置に、送信装置でパイロット信号が挿入され、無線中継装置では、このパイロット信号の中継はしない。Ｐ２の位置に挿入されるパイロット信号は、同じく送信装置で挿入され、無線中継装置で中継される。また、Ｐ３の位置には、送信装置では、ヌル信号を送信し、無線中継装置において、このヌル信号区間にパイロット信号を挿入する。
【０１２２】
図１５は、本実施形態に係る受信装置の構成例を示す図である。
【０１２３】
同図に示すように、この受信装置は、パイロット信号Ｐ１に基づいて送信装置−受信装置間のチャネルを推定する送信装置−受信装置間チャネル推定部４１０と、パイロット信号Ｐ３に基づいて無線中継装置−受信装置間のチャネルを推定する無線中継装置−受信装置間チャネル推定部４１１と、無線中継装置−受信装置間のチャネルとパイロット信号Ｐ２に基づいて送信装置−無線中継装置間のチャネルを推定する送信装置−無線中継装置間チャネル推定部４１２により各リンクのチャネルが推定される。これにより、受信装置は全てのチャネル情報を知ることができる。
【０１２４】
上記のようにして推定された全てのチャネル情報は、位相回転量・増幅利得決定部４１４に送られ、同部において位相回転量と増幅率を表す複素係数が決定される。そして、その決定された複素係数は、フィードバック部４１５で送信可能なデータに加工され、無線中継装置へと通知される。なお、信号検出部４１３では、送信装置−受信装置間チャネル推定部４１０でのチャネル推定結果に基づき、受信アンテナで受信した信号を検出し、後段の復調部（図示省略）に検出結果を出力する。その後、復調部において受信信号の復調処理がなされる。
【０１２５】
ここで、本実施形態における複素係数の求め方について説明する。図１６は、複素係数を求めるのに必要な各リンクのチャネル情報を説明するための無線中継システムの構成図である。
【０１２６】
同図において、無線中継装置５２０を介して受信装置５３０で受信されるチャネルＨｉｄは、
Ｈｉｄ＝Ｈｉｄ１ＺＨｉｄ２で表すことができる。
ここで、Ｈｉｄ１は送信装置５１０と無線中継装置間５２０のチャネルを表し、Ｚは無線中継装置５２０での伝達関数を表し、Ｈｉｄ２は無線中継装置５２０と受信装置５３０間のチャネルを表す。また、Ｈｉｄ２は、Ｈｉｄ２＝（ＺＨｉｄ１）-1で表すことができる。ここで、ＺＨｉｄ１は送信装置５１０から送信されたパイロット信号によって、無線中継装置５２０で直接推定される値を表す。
【０１２７】
本例の場合、送信装置５１０−無線中継装置５２０間のチャネルではなく、無線中継装置５２０の影響を含めた形で推定されることになるが、本実施形態では、これらを送信装置５１０−無線中継装置５２０間のチャネルとみなして、無線中継装置５２０で複素係数を算出する。無線中継装置５２０では、現在の複素係数に、新しく算出された複素係数を乗算するようにすればよい。このような操作を行うことで、チャネル推定値は動的に更新されることになる。
【０１２８】
上述したように、上記複素係数は、フィードバック信号に含められ、無線中継装置に通知される。また、このフィードバック信号は、図９の説明で触れた制御信号に対応するものであり、制御信号には上記複素係数についての情報が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】第1の実施形態に係る無線中継装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】第1の実施形態において位相回転量・増幅率を制御する無線中継装置１ａの構成例を示すブロック図である。
【図３】ＯＦＤＭ伝送方式を適用した第２の実施形態に係る無線中継装置２の構成例を示すブロック図である。
【図４】従来のＭＩＭＯチャネル信号伝送方式による多地点中継伝送システムの構成例を示す図である。
【図５】異偏波面中継機能を備える第３の実施形態に係る無線中継装置を含んで構成される無線中継システムの構成図である。
【図６】異偏波面中継機能を備える第１の無線中継装置の構成例を示す図である。
【図７】異偏波面中継機能を備える第２の無線中継装置の構成例を示す図である。
【図８】異偏波面中継機能を備える第３の無線中継装置の構成例を示す図である。
【図９】異偏波面中継機能を備える無線中継装置に本発明を適用した場合の該無線中継装置の構成例を示す図である。
【図１０】本実施形態における無線中継装置の位相回転量の制御を説明するための無線中継システム構成図である。
【図１１】１アンテナ備える送信装置及び受信装置と第４の実施形態に係る複数の無線中継装置とを含んで構成される無線中継システムの構成図である。
【図１２】複数アンテナ備える送信装置及び受信装置と複数アンテナを備える単一の無線中継装置とを含んで構成される無線中継システムの構成図である。
【図１３】ＴＤＤ方式を用いてチャネル推定を行う第５の実施形態に係る無線中継装置を含んで構成される無線中継システムの構成図である。
【図１４】第６の実施形態に係る無線フレーム構成例を示す図である。
【図１５】第６の実施形態に係る受信装置の構成例を示す図である。
【図１６】複素係数を求めるのに必要な各リンクのチャネル情報を説明するための無線中継システムの構成図である。
【図１７】従来の無線中継方法が適用される無線中継システムの構成例を示す図である。
【図１８】従来の無線中継装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３０】
５０１〜５０Ｌ，１１０１，１１０２，１６０，２１０１，２１０２，２４０１〜２４０３，２７０，３１０，５２０，６２０  無線中継装置
１１，２１，３１，７０１  受信アンテナ
１２，３３  位相回転量決定部
１３，３４  位相回転量制御部
１４，２４，３６，７４，１６３，１６８，３１５，３１６，３２０，３２１，７０２  増幅器
１５，２５，３７，７０３  送信アンテナ
２２  位相回転量・増幅率決定部
２３  位相回転量・増幅率制御部
３２  ＦＦＴ部
３５  ＩＦＦＴ部
４０，１００，２００，２３０，２６０，５１０，６１０  送信装置
６０，１２０，２２０，２５０，２８０，５３０，６３０  受信装置
７１  水平偏波アンテナ
７２  垂直偏波アンテナ
７３  筐体
７５  移相合成部
７６  分離移相部
７７  支柱
８１，８３  垂直面
８２，８４  垂直線
８５  受信アンテナ
８６  送信アンテナ
１５０，３００  無線局ａ
１６１  上りチャネル信号増幅部
１６２  分配器
１６４  制御信号抽出部
１６５，３１２  複素係数決定部
１６６  下りチャネル信号増幅部
１６７，３１３，３１４，３１８，３１９  複素係数乗算部
１７０，３５０  無線局ｂ
３１１，３１７  チャネル推定部
４１０  送信装置−受信装置間チャネル推定部
４１１  無線中継装置−受信装置間チャネル推定部
４１２  送信装置−無線中継装置間チャネル推定部
４１３  信号検出部
４１４  位回転量・増幅利得決定部
４１５  フィードバック部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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