(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化されたデータ及びトレーニング信号含む送信データを複数のアンテナに分配し、所定のタイミングで上記複数のアンテナから無線信号として送信する送信部を持つ第一の無線装置と、
上記無線信号を受信し、バッファに貯え、所定時間遅延させて送信を行う中継器を持つ複数の第二の無線装置と、
上記複数の第二の無線装置または上記第一の無線装置と少なくとも１つの上記第二の無線装置からの無線信号を複数のアンテナで受信し、受信した無線信号に多重化されている上記トレーニング信号を使用して、上記符号化されたデータを復調する受信部を持つ第三の無線装置とを有して構成される無線中継伝送システムであって、
上記第二の無線装置における所定時間遅延は、上記第一の無線装置の送信と上記第二の無線装置の送信とが時間的に重ならないように設定されていることを特徴とする無線中継伝送システム。
【請求項２】
符号化データを複数のアンテナに分配する手段と、分配されたデータを受信側で復元するためのトレーニング信号を上記データに多重化する手段と、送信タイミングを制御する手段とを有し、複数のアンテナから無線信号を送信する送信器を持つ第一の無線装置と、
上記第一の無線装置が送信した信号を受信してバッファに貯える手段と、貯えた信号を所定時間遅延させて送信を行うタイミングを制御する手段とを有した中継器を持つ第二の無線装置と、
上記第一の無線装置および上記第二の無線装置から送信された無線信号を複数のアンテナで受信するために受信タイミングを制御する手段と、受信した無線信号に多重化されている上記トレーニング信号から上記第一の無線装置の送信器で複数のアンテナに分配したデータに復元する手段と、複数アンテナに分配されたデータをパラレルシリアル変換することで符号化されたデータとして結合し、受信データを得る手段とを有した受信器を持つ第三の無線装置とで構成される無線中継伝送システムであって、
上記第二の無線装置における所定時間遅延は、上記第一の無線装置の送信と上記第二の無線装置の送信とが時間的に重ならないように設定されていることを特徴とする無線中継伝送システム。
【請求項３】
上記第一の無線装置の符号化手段はデータ誤りに対する誤り訂正を行うために上記符号化データに冗長度を付加する符号化手段をもち、上記第三の無線装置の受信器は上記冗長度を用いて、上記符号化されたデータに対して誤り訂正復号処理を行う手段をもつ請求項２記載の無線中継伝送システム。
【請求項４】
請求項２記載の無線中継伝送システムにおいて、上記第一、第二の及び第三の無線装置がそれぞれ基地局、中継局及び移動局であって、
上記移動局は上記基地局から定期的に送信されるパイロット信号の受信電力測定を行い、上記パイロット信号の受信電力が閾値以上の場合、中継局による中継の開始要求を上記基地局に通知し、上記パイロット信号受信電力が閾値以下になった場合、中継局による中継の停止要求を上記基地局に通知し、
上記基地局は上記中継の開始要求を受信したとき、上記中継局に対して中継動作開始の指示を行い、上記中継の停止要求を受信したとき、上記中継局に対して中継動作停止の指示を行う無線中継伝送システム。
【請求項５】
請求項２記載の無線中継伝送システムにおいて、上記第一、第二の及び第三の無線装置がそれぞれ基地局、中継局及び移動局であって、
上記移動局は上記基地局から定期的に送信されるパイロット信号の信号対雑音電力測定を行い、上記パイロット信号の信号対雑音電力が閾値以上の場合、中継局による中継の開始要求を上記基地局に通知し、上記パイロット信号信号対雑音電力が閾値以下になった場合、中継局による中継の停止要求を上記基地局に通知し、
上記基地局は上記中継の開始要求を受信したとき、上記中継局に対して中継動作開始の指示を行い、上記中継の停止要求を受信したとき、上記中継局に対して中継動作停止の指示を行う無線中継伝送システム。
【請求項６】
請求項２記載の無線中継伝送システムにおいて、上記第一、第二の及び第三の無線装置がそれぞれ基地局、中継局及び移動局であって、
上記移動局は上記基地局から定期的に送信されるパイロット信号の信号対雑音電力の測定及び上記トレーニング信号用いて伝搬路推定を行い、上記信号対雑音電力と上記伝搬路推定の結果から通信容量を計算し、上記通信容量が閾値以下の場合、中継局による中継の開始要求を上記基地局に通知し、また、上記通信容量が閾値以上の場合、中継局による中継の停止要求を上記基地局に通知し、
上記基地局は上記中継の開始要求を受信したとき、上記中継局に対して中継動作開始の指示を行い、上記中継の停止要求を受信したとき、上記中継局に対して中継動作停止の指示を行う制無線中継伝送システム。
【請求項７】
請求項２記載の無線中継伝送システムにおいて、送信器の送信タイミングと中継器の受信タイミング及び送信タイミングと受信器の受信タイミングの制御を上記基地局から定期的に送信されるパイロット信号を基準として、そのオフセットを基地局から中継局と移動局に制御信号によって通知することによって中継時の動作タイミングを決定する無線中継伝送システム。
【請求項８】
移動局と基地局間に複数の中継局を配し、ＭＩＭＯ通信方式の無線通信を行う無線伝送システムに使用される移動局であって、
受信信号から制御信号及び上記基地局からの送信データを分離する分離部と、分離された送信データを復元する受信部と、上記基地局からの受信信号の受信状態に基づいて上記複数の中継局による中継の要否を判別する中継判定部と、送信すべきデータを作り、送信する送信部、上記制御信号用いて、上記受信部及び送信部を制御すると共に、上記中継判定部の判定結果により上記基地局に対して中継開始要求又は中継停止要求の制御信号を作成し、上記送信すべきデータに上記中継開始要求又は中継停止要求の制御信号を加える制御部をもつことを特徴とする移動局。
【請求項９】
移動局と基地局間に複数の中継局を配し、ＭＩＭＯ通信方式の無線通信を行う無線伝送システムに使用される基地局であって、
受信信号から制御信号及び上記移動局及び中継局からの送信データを分離する分離部と、分離された送信データを復元する受信部と、上記受信信号からの制御信号から上記複数の中継局による中継の要否を判別する中継判定部と、送信すべきデータを作り、送信する送信部、上記制御信号用いて、上記受信部及び送信部を制御すると共に、上記中継判定部の判定結果により上記移動局及び中継局に対して中継動作指示の制御信号を作成し、上記送信すべきデータに上記動作指示の制御信号を加える制御部をもつことを特徴とする基地局。
【請求項１０】
移動局と基地局間に複数の中継局を配し、ＭＩＭＯ通信方式の無線通信を行う無線伝送システムに使用される中継局であって、
受信信号から制御信号及び上記移動局又は基地局からの送信データを分離する分離部と、分離された送信データをバッファリングする中継器と、上記制御信号含まれる基地局パイロット信号又は上記送信データの電力を測定し、中継の要否を判別する中継判定部と、上記基地局パイロット信号用いて送信タイミングを得る計算部と、上記送信タイミングで上記中継器の送信データを送信する送信部をもつことを特徴とする中継局。
【請求項１１】
ＭＩＭＯ通信方式以外の無線通信を行う送受信部をもつこと特徴とする請求項１０記載の中継局。
【請求項１２】
ＭＩＭＯ通信方式の無線通信を行うＭＩＭＯ受信局であって、
無線信号を受信する複数のアンテナと、
受信信号から制御信号及び送信データを分離する分離部と、
該制御信号を用いて前記分離された送信データを復元するＭＩＭＯ受信部とを有し、
上記複数のアンテナは、上記送信データと上記制御信号を含む送信信号を複数のアンテナに分配して送信するＭＩＭＯ送信局からの送信信号と、上記ＭＩＭＯ送信局から受信した送信信号をバッファリングし、上記ＭＩＭＯ送信局からの送信信号と重ならないように所定時間遅延させて中継する中継局からの送信信号、または、それぞれが上記ＭＩＭＯ送信局からの受信した送信信号をバッファリングし、上記ＭＩＭＯ送信局からの送信信号と重ならないように所定時間遅延させて中継する複数の中継局からの送信信号を受信し、
上記ＭＩＭＯ受信部は、上記複数のアンテナから出力された上記複数の局からの受信信号を結合して上記ＭＩＭＯ送信局からの送信データを復元することを特徴とするＭＩＭＯ受信局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線伝送システム及びそれに使用する無線装置、更に詳しく言えば、移動通信システム等の無線伝送システムにおいて送受信装置間に複数の中継装置を配した無線中継伝送システム及びそれに使用する無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の移動通信システムにおいて、送信器から１本の送信アンテナで送信された無線信号に対して、受信器の受信感度向上のために、２本の受信アンテナを用いて信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ）のよいアンテナからの受信信号を用いる選択ダイバーシチ受信や、２本の受信アンテナからの信号を信号対雑音電力比に応じて加算する合成ダイバーシチ受信が知られている。また、第三世代移動通信規格の標準化組織の一つである（３ＧＰＰ：Third Generation Partnership Project）では、２本の送信アンテナから同一の信号を送信することにより、無線信号が受信器まで到着する経路（伝搬路）において確率的に遮蔽物の影響を受けにくくし、受信器の受信感度を向上する送信ダイバーシチ技術が知られている。
【０００３】
一方、前記３ＧＰＰとは別の通信方式を検討する標準化組織（３ＧＰＰ２）では、図１に示すように送信器１０１において送信データをＭ本の複数アンテナに分配して送信し、伝搬路Ｈを経て到着した無線信号を、受信器１０２でＮ本の複数アンテナにて受信し、信号処理によってＮ本の受信信号からＭ本の送信信号を求めて受信データを得るという通信方式（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）が提案されている。
【０００４】
前記ＭＩＭＯ方式の原理について説明する。送信器１０１においてＭ本に分配された送信信号ベクトルをs=(s1,s2,...,sM)とし、送信アンテナiから送信された信号siがhji倍されて、受信アンテナjで受信すると、受信アンテナjでの受信信号xjは、次式（１）で表される。
xj={Σ(hji×si)} + vj   {i=1〜M}    …（１）
ここで、vjは受信器１０２で受信アンテナjに重畳される雑音を表す。ここで、hjiを要素とするＮ行×Ｍ列の行列Ｈ、受信信号ベクトルx=(x1,x2,...,xN)、受信器１０２で重畳される雑音ベクトルv=(v1,v2,...,vN)を用いると、（１）式は次式（２）のように表現できる。
x = Hs + v   …（２）
（２）式の伝搬路行列Ｈと雑音ベクトルvが分かれば、受信信号xから送信信号sを求めることができる。しかし、通信する時間や場所によって送信器１０１と受信器１０２の間の伝搬状況が変化するため、伝搬路行列Ｈは一意に定まらない。そこで、送信信号にトレーニング信号をのせ、受信器１０２でトレーニング信号を受信し、この受信信号から送信信号を求めるための作用行列Ｗを計算する。この作用行列Ｗを求めることにより、伝搬路行列Ｈと雑音ベクトルvの状況をトレーニングによって学習したことになる。これにより、トレーニング期間以降に受信した受信信号xと作用行列Ｗを用いて、送信信号の推定値s'は次式（３）で表すことができる。
【０００５】
【数１】
0004052835.tif 000002
このＭＩＭＯ方式によれば、送信データを１本のアンテナから送る方式に比べて、理想的には送信アンテナ数倍（Ｍ倍）のデータ量を送ることが可能となるため、無線周波数帯域あたりの通信容量（周波数利用効率）が高い方式として期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、送信器１０１において複数アンテナに送信データを分配して送信し、受信器１０２で複数アンテナで受信した信号から信号処理によって受信データを得るＭＩＭＯ方式は、（２）式に示される伝搬路Ｈの特性に依存した方式である。図２（a）に示すように、都市部のように建物が多く存在する場合、送信器１０１からの無線信号は多くの建物で反射し、様々な経路を経て受信器１０２に到着する。このような伝搬路をマルチパス伝搬環境と呼ぶ。また、図２（b）に示すように、送信器１０１と受信器１０２の間に障害物や反射する建物など何もないような伝搬路を見通し伝搬環境と呼ぶ。ＭＩＭＯ方式における通信路容量対送受信アンテナ数の特性をマルチパス伝搬環境と見通し伝搬環境で比較したものを図２（c）に示す。図２（c）より、マルチパス伝搬環境では送受信アンテナ数の増加に比例して通信路容量が増加するが、見通し伝搬環境ではマルチパス伝搬環境に比べて通信路容量が小さく送受信アンテナ数を増やしても通信路容量が増えなくなってくる。図２に示す例において、送信器１０１の送信アンテナ数を３・受信器１０２の受信アンテナ数を３とすると、受信信号x1,x2,x3は（１）式を用いて、次式（４）（５）（６）のように表すことができる。
【０００７】
x1 = h11 s1 + h12 s2 + h13 s3 + v1   …（４）
x2 = h21 s1 + h22 s2 + h23 s3 + v2   …（５）
x3 = h31 s1 + h32 s2 + h33 s3 + v3   …（６）
マルチパス伝搬環境では、送信アンテナ２０１ａから受信アンテナ２０２ａへの経路と送信アンテナ２０１ｂから受信アンテナ２０２ａへの経路が異なるため、伝搬路行列の要素h11とh12は異なる値をとる。一方、見通し伝搬環境では、送信アンテナ２０１ａ・送信アンテナ２０１ｂ間の距離に比べて、送信アンテナ２０１ａ・受信アンテナ２０２ａ間及び送信アンテナ２０１ｂ・受信アンテナ２０２ａ間の距離が十分大きいので、受信アンテナ２０２ａに対して送信アンテナ２０１ａと送信アンテナ２０１ｂは同程度に見えるため、伝搬路行列要素h11とh12は似た値となる。同様な理由により、h11とh13・h11とh21が似た値となり、式（４）（５）（６）から送信信号s1,s2,s3を分離するのが困難になる。
【０００８】
上述の理由により、ＭＩＭＯ方式は見通し伝搬環境に比べてマルチパス伝搬環境で通信路容量特性がよいといえる。一方、見通し伝搬環境においても、通信路容量のよいＭＩＭＯ方式の提供が望まれる。
【０００９】
本発明は、このような背景の下になされたもので、ＭＩＭＯ通信方式において見通し伝搬環境でも通信路容量が確保できる無線伝送システム及びそれに用いる無線装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、ＭＩＭＯ通信方式、すなわち送信データを複数のアンテナに分配し無線送信する送信部をもつ無線装置と、上記無線送信された信号を複数のアンテナで受信し上記送信データする再生する受信部をもつ無線装置をもつ無線伝送システムにおいて、
上記送信部をもつ無線装置と上記受信部をもつ無線装置の間に、複数の中継局を配置し、上記２つの無線装置のいずれかが、上記中継局を使用するか否かの判断を行う中継判断手段と、その判断に基づき、上記中継局の駆動制御を行う制御信号を送信する手段をもつ。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、上記無線装置は移動通信における携帯端末のような移動局及び基地局である。
【００１２】
また、上記中継判断手段は、
一方の無線装置が他方の上記無線装置から定期的に送信されるパイロット信号の受信電力又は上記パイロット信号の信号対雑音電力の測定を行い、上記パイロット信号の受信電力又は上記パイロット信号の信号対雑音電力が閾値以上の場合、中継局による中継の開始要求の制御信号を上記他方の上記無線装置に通知し、上記パイロット信号受信電力又は上記パイロット信号の信号対雑音電力が閾値以下になった場合、中継局による中継の停止要求の制御信号を上記他方の上記無線装置に通知するもの、
一方の無線装置が他方の上記無線装置から定期的に送信されるパイロット信号の信号対雑音電力の測定を行い、上記一方の無線装置が送信するトレーニング信号から伝送伝搬賂推定を行い、上記信号対雑音電力及び伝送伝搬賂推定の結果から通信容量を計算し、上記通信容量が閾値以上の場合、中継局による中継の開始要求の制御信号を上記他方の上記無線装置に通知し、上記通信容量が閾値以下になった場合、中継局による中継の停止要求の制御信号を上記他方の上記無線装置に通知するものがある。
【００１３】
なお、送信すべきデータ及びその無線信号へ変調、無線受信信号から上記送信すべきデータの復調、再生処理は、従来のMIMO通信方式による無線装置と実質的に同じである。すなわち、送信部は、符号化された送信データをシリアルパラレル変換し、複数アンテナに分配する手段と、分配された送信データが受信器で復元することができるためのトレーニング信号を送信データに多重化する手段と、送信タイミングを制御する手段と送信データを複数アンテナから無線信号として送信する送信器をもち、
また、受信部は、無線信号を複数のアンテナで受信するために受信タイミングを制御する手段と、受信した無線信号に多重化されているトレーニング信号から送信器で複数アンテナに分配された送信信号を復元する手段と、複数アンテナに分配された送信信号をパラレルシリアル変換することで符号化データとして結合する手段と、符号化データに対して誤り訂正処理して受信データを得る手段とを有した受信器をもつ。
【００１４】
本発明の多地点中継による無線伝送システムによれば、送信無線装置の送信器と受信無線装置の受信器の間に中継器を介することにより、上記送信器から上記中継器までの伝搬路と上記中継器から上記受信器までの伝搬路が独立に生成されるため、多地点に中継器を設置することにより、マルチパス伝搬環境と同様な伝搬路特性を生成することができる。これにより、送信器と受信器の間や周囲に障害物や建物などがなく、直接見通すことができる見通し伝搬環境においても、中継器の導入によりマルチパス伝搬環境を作為的に作成し、通信路容量においてよい特性を保つことにより、送受信アンテナ数を増加させると通信路容量がよくなるマルチパス伝搬環境と同様な特性が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図３は本発明による無線伝送システムの一実施形態の構成を示すブロック図を示す。無線伝送システムは、送信データに無線通信路の誤りを訂正できるように冗長度を付加する符号化処理を行い、符号化されたデータを複数のアンテナ(M本)に対応してs1,s2,..,sMと分配して送信する送信器１０１をもつ第１の無線装置と、上記複数のアンテナから送信された無線信号を中継する複数の中継器をもつ複数の第２の無線装置３０１a・３０１b・３０１cと、中継された無線信号を複数のアンテナ(N本)で受信し、受信データを得る受信器をもつ第３の無線装置とで構成される。
【００１６】
上記信号s1,s2,..,sMは中継器３０１a・３０１b・３０１cのバッファに各々z1,z2,..,zLとして貯えられる。送信器１０１と中継器３０１a・３０１b・３０１cの間の伝搬路特性を表す行列を伝搬路Ｆとすると、中継器３０１a・３０１b・３０１cで貯えられた信号z1,z2,..,zLは（２）式より次式（７）のように表すことができる。
【００１７】
z = Fｓ + v'  …（７）
ここで、v'は中継器３０１a・３０１b・３０１cで重畳される雑音を表す。中継器３０１a・３０１b・３０１cで貯えられた信号z1,z2,..,zLは、バッファにより所定時間遅延させてから受信器１０２送信される。中継器３０１a・３０１b・３０１cと受信器１０２の間の伝搬路特性を表す行列を伝搬路Ｇとすると、受信器１０２で受信した信号x1,x2,..,xNは、（２）式と（７）式より式（８）のように表すことができる。
【００１８】
x = Gz + v'' = GFs + Gv' + v''  …（８）
ここで、v''は受信器１０２で重畳される雑音を表す。送信器１０１で送信された信号s1,s2,..,sMを、（８）式から代数的に求めるために、送信データに既知のトレーニング信号を多重化させて送信することにより、受信信号x1,x2,..,xNから送信信号s1,s2,..,sMを求めるための行列Ｗを後述のＭＭＳＥ(Minimum Mean Square Error)のＳＭＩ(Sampled Matrix Inverse)法を使用することによって求めることができる。行列Ｗが求まると、送信器１０１でＭ本のアンテナに分割された信号を復元したs1',s2',..,sM'が次式（９）によって求めることができる。
【００１９】
【数２】
0004052835.tif 000003
（９）式で得られた送信アンテナＭ本の信号s1',s2',..,sM'を結合し、結合したデータに対して誤り訂正復号処理を行うことにより受信データ、送信データを再生することができる。
【００２０】
図４は本発明による無線伝送システムを利用した移動通信システムの一実施形態の構成図を示す。移動局４０８の送信器１０１ｂから送信されたデータは、中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃの中継器３０１ａ・３０１ｂ・３０１ｃを経て、基地局４０６の受信器１０２ａで受信され、基地局４０６の制御を行う制御局４０５に送られる。移動局４０８のアプリケーションによって、制御局４０５に送られたデータは移動通信網４０４を介して他の移動局に送られて通話を行う場合もあれば、移動通信網４０４とインターネット４０２を接続するためのゲートウェイ装置４０３を介してインターネット４０２に接続し、インターネット上のサーバ４０１に送られ、サーバが提供するサービスに対してリクエストすることができる。サーバ４０１から移動局４０８に送られるデータは、インターネット４０２、ゲートウェイ装置４０３、移動通信網４０４、制御局４０５を介して基地局４０６に送られ、さらに基地局４０６の送信器１０１ａから送信されたデータは、中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃの中継器３０１ａ・３０１ｂ・３０１ｃを経て、移動局４０８の受信器１０２ｂによって受信される。中継局を構成する装置は、通信事業者による固定設置の設備である場合や、通話機能と中継機能を設けたユーザ端末装置である場合がある。
【００２１】
図５は、図４の移動局と基地局間の無線伝送における伝送開始時の動作フロー図を示す。移動局４０８と基地局４０６の間で、中継局４０７a,４０７b,を介さないで、通信を行っている状態を非中継状態と呼ぶことにする。非中継状態において、移動局４０８は中継を行うべきかどうかの判定を行う。
【００２２】
上記判定の第１の方法は、基地局４０６からパイロット信号を定期的に送信し、移動局４０８で受信したパイロット信号の信号対雑音電力（Ｓ／Ｎ）を測定する。信号対雑音電力（Ｓ／Ｎ）が閾値を超えていた場合、基地局からのパイロット信号が十分に大きいため見通し伝搬路であると判断して中継開始の判定を行う。
【００２３】
上記判定の第２の方法は、上記信号対雑音電力（Ｓ／Ｎ）の代わりに受信電力を用いる方法もあげられる。
【００２４】
上記判定の第３の方法は、基地局４０６からパイロット信号と上述のトレーニング信号を定められたタイミングで定期的に送信し、移動局４０８でトレーニング信号をもとに伝搬路推定を行い通信路容量を計算して、通信路容量と閾値を比較することにより、中継を行うことで通信路容量特性がよくなると判断した場合に中継開始の判定を行う方法があげられる。
【００２５】
中継開始の判定がなされた場合、移動局４０８から基地局４０６に対して中継開始要求を表す制御信号が送られる。基地局４０６は、上記中継開始要求を表す制御信号受け取ると、基地局４０６で管理している中継局数Ｎが中継開始要求で要求されている中継局の最低必要数（閾値Ｍ）を満たしているかどうかを判断し、満たしている場合には中継局と移動局に対して中継開始を通知する中継動作指示の制御信号を送信する。中継局数Ｎが閾値Ｍを満たしていない場合は、中継動作指示の制御信号を送信せず、移動局４０８からの中継開始要求を棄却する。中継動作指示を受け取った移動局４０８・中継局４０７ａ・４０７ｂは、中継動作指示で指定されたタイミングでデータの送受信を行う。
【００２６】
各中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃは、移動局４０８や基地局４０６からデータを受け取ると、バッファに取り込んでから所定時間遅延させて送信するが、バッファに取り込んだデータを送信すべきかどうか送信判定を行う。送信判定の方法は、基地局４０６から定期的に送信されるパイロット信号の受信電力を測定し、閾値よりも小さい場合は基地局４０６から遠いため中継に関与しても効果が少ないと判断して送信をやめたり、送信局（移動局４０８又は基地局４０６）から受信した信号の受信電力が閾値よりも小さい場合は、送信局からの距離が遠いため中継に関与しても効果が少ないと判断して送信をやめる方法がある。図５では、基地局４０６から送信した信号Data_D(1)が中継局４０７ａにおいて送信判定を行った結果、移動局４０８への送信を止めている例を示す。
【００２７】
図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明による無線伝送システムの一実施形態における多地点中継伝送停止の場合の基地局主導時及び移動局主導時の動作フロー図を示す。
【００２８】
基地局主導時の場合（ａ）
中継局４０７ａが中継機能をもつユーザ端末装置である場合、中継局４０７ａの移動によって隣の基地局に切り替える（ハンドオーバ）ことが生じる。ハンドオーバを行う際は、中継局４０７ａと基地局４０６との間で制御信号がやりとりされるため、基地局４０６では中継局数の増減を把握することが可能である。よって、中継局数Ｎが中継動作に必要な中継局数（閾値Ｌ）を満たせない場合には、基地局４０６から中継停止を表す中継動作指示の制御信号を送信する。これを受け取った移動局４０８・中継局４０７ａ・４０７ｂは、中継動作を停止して移動局４０８と基地局４０６間で直接通信を行う。
【００２９】
移動局主導時の場合（ｂ）
中継動作中に、移動局４０８にて中継判定を行い、中継判定で中継停止と判断した場合には中継停止要求の制御信号を基地局４０６に送信する。中継判定の方法としては、基地局４０６のパイロット信号の信号対雑音電力（Ｓ／Ｎ）もしくは受信電力を測定し、閾値以下になった場合に基地局４０６との伝搬環境が見通し伝搬環境ではなくなったとして中継停止と判断する。また別の方法は、トレーニング信号から伝搬路推定を行い、基地局４０６のパイロット信号からＳ／Ｎを求め、伝搬路推定結果とＳ／Ｎから通信路容量を計算して、通信路容量が閾値以下になったときに中継伝送による効果がなくなったとして中継停止を判断する方法がある。基地局４０６は、中継停止要求を移動局４０８から受け取ると中継局４０７ａ・４０７ｂ・移動局４０８に対して中継停止を表す中継動作指示の制御信号を発行することによって中継動作を停止させる。
【００３０】
図７は本発明による無線伝送システムの一実施形態における制御信号のメッセージフォーマットを示す。図７(ａ)は、移動局４０８から基地局４０６への中継開始要求と中継停止要求の制御信号のフォーマットである。ＬＥＮは１ｗｏｒｄ＝３２ｂｉｔとした時のｗｏｒｄ数を表し、ＭＳＧは制御信号の種別を表し、Ｏｐｒで中継する経路が移動局４０８から基地局４０６方向（アップリンク）なのか、基地局４０６から移動局４０８方向（ダウンリンク）なのか、双方向なのかを表す。Ｎｕｍ_Ｍ（閾値Ｍ）は、基地局４０６で管理している中継局数がこれより大きければ中継を開始すると判断し、Ｎｕｍ_Ｌ（閾値Ｌ）は中継局数がこれより小さければ中継を停止すると判断するために用いる。
【００３１】
図７（ｂ）は、基地局４０６から移動局４０８・中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃへの中継動作指示の中継開始と中継パラメータ更新を表すフォーマットである。ＵＩＤは移動局４０８・中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃ各々のＩＤ番号を示す。ＤＳＴ・ＤＬＥＮは基地局４０６から移動局４０８方向（ダウンリンク）において、基地局４０６の送信タイミングを図９(ａ)に示すように規定するものである。ＵＳＴ・ＵＬＥＮは移動局４０８から基地局４０６方向（アップリンク）において、移動局４０８の送信タイミングを図９（ｂ）に示すように規定するものである。ＲＸＬは、中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃにおいて中継するデータの送信判定に用い、中継データの受信電力がこれより小さければ中継しない。ＴＸＬは、中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃにおいて中継するデータの送信判定に用い、基地局が定期的に送信するパイロット信号の受信電力がこれより小さければ中継しない。ＧＡＩＮ_Ｋは、中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃにおいて中継するデータの受信電力に対して、何倍の送信電力で送信するかを規定するものである。
【００３２】
図７（ｃ）は、上記実施形態における基地局４０６から移動局４０８・中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃへの中継動作指示の中継停止を表すフォーマット図である。
図８は本発明による無線伝送システムの一実施形態における中継局の中継動作説明のフロー図を示す。非中継状態において（ｓ１）、基地局４０６から中継動作指示の制御信号を受信した場合（ｓ２）、指示内容が中継開始ならば中継状態に移行し、指示内容が中継停止・パラメータ更新ならば非中継状態のまま継続する（ｓ３）。中継状態に移行した場合は（ｓ４）、中継データを受信すると（ｓ５）、バッファにデータを取り込み、このデータを送信すべきかどうか送信判定を行う（ｓ６）。送信判定の方法は、中継データの受信電力が中継動作指示の制御信号で指定された閾値ＲＸＬよりも大きい場合、かつ基地局４０６が定期的に送信するパイロット信号の受信電力が中継動作指示の制御信号で指定された閾値ＴＸＬよりも大きい場合に送信するものとし（ｓ７）、上記以外の場合においては中継データを破棄する（ｓ８）。これは、移動局４０８又は基地局４０６からの無線伝搬環境が悪い状態もしくは距離が遠い場合には中継しない方がよいと中継局４０７ａで独自に判断する。送信すると判定した場合には、中継動作指示の制御信号で指定されたタイミングでバッファからデータを取り出して送信する。中継状態において、中継動作指示の制御信号を受信した場合（ｓ９）、その内容を判別し（ｓ１０）、内容が中継停止の場合は非中継状態に移行し、指示内容がパラメータ更新の場合（ｓ１１）は送信タイミングなどの中継動作パラメータを更新して（ｓ１２）中継状態を維持し、指示内容が中継開始の場合は特に何もせずに中継状態を維持する。
【００３３】
図９は本発明による無線伝送システムの一実施例における多地点中継伝送時の送受信タイミング図を示す。基地局４０６から移動局４０８方向（ダウンリンク）では、基地局４０６が定期的に送信しているパイロット信号を基準として、中継動作指示の制御信号で規定したＤＳＴだけずれたタイミングで基地局４０６から送信信号が送信される。送信信号には、基地局４０６で複数アンテナに分配した信号を移動局４０８でＭＩＭＯによって求めるために必要なトレーニング信号と、ユーザアプリケーションのデータが多重されている。送信信号は、中継動作指示の制御信号で規定したＤＬＥＮの長さ継続して送信される。
【００３４】
中継局４０７ａ・４０７ｂは基地局４０６からの送信信号を受信するとＤＬＥＮだけ遅延させたタイミングで移動局４０８に対して送信する。移動局４０８では、基地局４０６から直接波として届いた受信信号と、中継局４０７ａ・４０７ｂ経由で届いた受信信号を合成することによりＭＩＭＯによって受信データを復元する。移動局４０８から基地局４０６方向（アップリンク）では、基地局４０６が定期的に送信しているパイロット信号を基準として、中継動作指示の制御信号で規定したＵＳＴだけずれたタイミングで移動局４０８から送信信号が送信される。送信信号には、移動局４０６で複数アンテナに分配した信号を基地局４０６でＭＩＭＯによって求めるために必要なトレーニング信号と、ユーザアプリケーションのデータが多重されている。
【００３５】
送信信号は、中継動作指示の制御信号で規定したＵＬＥＮの長さ継続して送信される。中継局４０７ａ・４０７ｂは移動局４０８からの送信信号を受信するとＵＬＥＮだけ遅延させたタイミングで基地局４０６に対して送信する。基地局４０６では、移動局４０８から直接波として届いた受信信号と、中継局４０７ａ・４０７ｂ経由で届いた受信信号を合成することによりＭＩＭＯによって受信データを復元する。
【００３６】
図１０は本発明による無線伝送システムで使用される移動局の一実施形態の構成を表すブロック図である。移動局４０８は、無線区間の無線信号を送受信するための複数のアンテナ１００１ａ・１００１ｂ・１００１ｃと、アンテナ１００１ａ・１００１ｂ・１００１ｃからの受信信号に対するフィルタ処理とアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行い、かつアンテナ１００１ａ・１００１ｂ・１００１ｃへの送信信号に対してディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換処理とフィルタ処理・電力増幅を行う無線部１００２と、無線部１００２からの受信信号に対し基地局４０６で複数アンテナに分配された送信信号を復元し、誤り訂正処理を施して受信信号を得て、かつ無線部１００２への送信信号に対して誤り訂正が行えるように冗長度を付加する符号化処理を行い、複数アンテナ１００１ａ・１００１ｂ・１００１ｃへ分配し基地局４０６で復元できるためのトレーニング信号を多重化する機能を有するモデム部１００６と、モデム部１００６から得た受信信号から制御信号を抽出して呼接続や中継動作に関するプロトコル処理を行い、中継時の送受信タイミングを制御する制御部１０１６と、制御部１０１６で受けた受信信号を外部入出力インタフェースにあわせてスピーカに音声出力したり、マイクなど外部入出力からの入力信号を制御部の制御信号と多重化してモデム部１００６に渡す通話部１０２１とで構成される。以下に信号の流れに従って各ブロックを詳細に説明する。
アンテナ１００１ａ・１００１ｂ・１００１ｃで受信した無線信号は無線部１００２において共用器１００３ａ・１００３ｂ・１００３ｃによって受信部１００４ａ・１００４ｂ・１００４ｃに分けられる。受信部１００４ａ・１００４ｂ・１００４ｃでは、受信信号に対してフィルタ処理を行いベースバンド信号処理帯域に変換し、アナログ信号をデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）してモデム部１００６に渡す。モデム部１００６では、受信信号は信号分離１００７によって、基地局パイロット信号と基地局信号に分離される。基地局基準タイミングサーチ１００８では、基地局パイロット信号を同相加算することでパイロット信号が送られているタイミングを検出することができる。中継判定回路１００９では、中継動作を行うかどうかを判定する。中継動作の判定方法としては、基地局パイロット信号の信号対雑音電力（Ｓ／Ｎ）の閾値比較、もしくは基地局信号の伝搬路推定結果とパイロット信号のＳ／Ｎから通信路容量を計算し閾値比較して判定する方法があげられる。中継判定回路１００９より中継開始又は中継停止のトリガが発生すると制御部１０１６のプロトコル処理部１０１９に通知され、移動局４０８から基地局４０６に対して中継開始要求又は中継停止要求の制御信号が送信される。受信器１０２では、基地局信号の受信信号x1,x2,..,xNからＭＩＭＯによって基地局の送信信号s1',s2',..,sM'を計算するＭＩＭＯ復調器１０１０と、基地局の送信信号をパラレルシリアル変換して符号化データに戻すＰ／Ｓ変換器１０１１と、符号化データに対する誤り訂正を行い復号処理する誤り訂正復号器１０１２とを含む。復号された受信データは、制御部１０１６の信号分離１０１８で、制御信号とデータとに分離される。制御信号は、プロトコル処理部１０１９にて呼接続に必要なプロトコル処理や、本発明に必要な制御信号として活用され、基地局４０６からの中継動作指示の制御信号は、中継動作指示データ１０２０として保存される。送受信タイミング計算部１０１７では、基地局基準タイミングサーチ１００８で検出したパイロット信号タイミングと中継動作指示データ１０２０で規定される送受信タイミングを元に、ＭＩＭＯ復調器１０１０に必要なタイミング信号（中継モード：ＭＯＤＥ、直接波：ＤＲ_ＥＮ、中継局波：ＲＰ_ＥＮ）と、ＭＩＭＯ変調器１０１３に必要なタイミング信号（送信イネーブル：ＴＸ_ＥＮ）を生成する。
【００３７】
通話部１０２１では、信号分離１０１８から得られたデータをコーデック１０２３に渡すと、例えば音声符号化されたデータを外部入出力１０２４のインタフェースにあわせた信号に変換して、外部入出力１０２４からスピーカなどを通じて出力される。また、マイクなどから取り込まれたデータは外部入出力１０２４を介して、コーデック１０２３によって音声符号化の処理がなされる。多重化回路１０２２では、プロトコル処理部１０１９からの制御信号とコーデック１０２３からのデータを送信データとして多重化処理する。多重化された送信データは、送信器１０１に渡される。
【００３８】
送信器１０１では、誤り訂正符号器１０１５によって誤り訂正のために冗長信号をのせた符号化データに変換し、Ｓ／Ｐ変換器１０１４によってシリアルパラレル変換することにより複数の送信アンテナに送信データを分配し、ＭＩＭＯ変調器１０１３でトレーニング信号を送信データに多重化して、無線部１００２の送信部１００５ａ・１００５ｂ・１００５ｃにデータを送る。送信部１００５ａ・１００５ｂ・１００５ｃでは、デジタル信号をアナログ信号に変換（Ｄ/Ａ変換）し、電力増幅とフィルタ処理を行って共用器１００３ａ・１００３ｂ・１００３ｃを介してアンテナ１００１ａ・１００１ｂ・１００１ｃから送信データを無線信号として送信する。
図１１は移動局４０８における送受信タイミング計算部１０１７のタイミング図を示す。図１１(ａ)は、非中継時における動作を示しており、基地局４０６からはパイロット信号と基地局信号が送信されている。中継モード（ＭＯＤＥ）は、非中継を表すローレベルで固定出力となる。基地局４０６からの直接波（ＤＲ_ＥＮ）は、パイロット信号の区間でローレベル出力となり基地局信号の区間でハイレベル出力となる。中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃからの間接波である中継局波（ＲＰ_ＥＮ）はローレベル固定出力となる。移動局４０８の送信タイミング（ＴＸ_ＥＮ）は、パイロット信号の区間でローレベル出力、移動局送信時間でハイレベル出力となる。図１１（ｂ）は、中継時の動作を表している。中継モード（ＭＯＤＥ）は、中継を表すハイレベルで固定出力となる。基地局４０６からの直接波（ＤＲ_ＥＮ）は、パイロット信号を基準として中継動作指示データ１０２０で規定されたＤＳＴずれたタイミングから、同じく中継動作指示データ１０２０で規定されたＤＬＥＮの長さまでハイレベル出力となる。次のＤＬＥＮの長さでローレベルとなり、次のパイロット信号の区間までハイレベルとローレベルを交互に繰り返す。
【００３９】
中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃからの間接波である中継局波（ＲＰ_ＥＮ）は、前記ＤＲ_ＥＮがＤＬＥＮの長さローレベルとなっている区間でハイレベル出力となり、それ以外でローレベル出力となる。移動局４０８の送信タイミング（ＴＸ_ＥＮ）は、パイロット信号を基準として中継動作指示データ１０２０で規定されたＵＳＴずれたタイミングから、同じく中継動作指示データ１０２０で規定されたＵＬＥＮの長さまでハイレベル出力となる。次のＵＬＥＮの長さでローレベルとなり、次のパイロット信号の区間までハイレベルとローレベルを交互に繰り返す。
【００４０】
図１２は移動局におけるＭＩＭＯ復調器１０１０とＰ／Ｓ変換器１０１１の構成を示すブロック図である。図１２は移動局について書いてあるが、基地局のＭＩＭＯ復調器、Ｐ／Ｓ変換器も同じ構成である。以下に動作概要について説明する。信号分離１００７で分離された基地局信号は、ＭＩＭＯ復調器１０１０の前処理部１２１６ａ・１２１６ｂ・１２１６ｃへ送られる。前処理部１２１６ａ・１２１６ｂ・１２１６ｃの構成及び動作は同じである。中継時にはデマルチプレクサ１２１７、バッファ１２１８、加算器１２１９で処理された基地局信号が選択器１２２０で選択され、非中継時には基地局信号が選択される。なお、デマルチプレクサ１２１７、バッファ１２１８、加算器１２１９の詳細な動作については後述する。デマルチプレクサ１２２１へ送られた信号は、デマルチプレクサ１２２１でトレーニング信号とデータとに分離される。トレーニング信号はウェイト計算部１２１２ａ・１２１２ｂ・１２１２ｃに、データは積和演算部１２１１ａ・１２１１ｂ・１２１１ｃに送られる。ウェイト計算部１２１２ａと積和演算部１２１１ａとにより、第1の送信アンテナから送信されたデータの推定値s'1を求める処理が行われる。ウェイト計算部１２１２ａでは、第１の送信アンテナ以外の送信アンテナから送信された成分を除去するための重みＷ１１、Ｗ２１、Ｗ３１が算出される。この重みを使用して、積和演算部１２１１ａで積和演算が行われ、第１のアンテナから送信されたデータの推定値s'1が算出される。同様に、ウェイト計算部１２１２b、積和演算部１２１１bにより第２の送信アンテナから送信されたデータの推定値s'2が、ウェイト計算部１２１２c、 積和演算部１２１１cにより第３の送信アンテナからの送信データの推定値s'3が算出される。
【００４１】
推定値s'1, s'2, s'3は、復調器１２１５ａ・１２１５ｂ・１２１５ｃで復調され、Ｐ／Ｓ変換器１０１１にてシリアルデータに変換され、誤り訂正復号器１０１２へ送られる。ウェイト計算部１２１２ａ・１２１２ｂ・１２１２ｃ、積和演算部１２１１ａ・１２１１ｂ・１２１１ｃの詳細について説明する。ウェイト計算部１２１２ａと積和演算部１２１１ａでは、第１の送信アンテナからの信号を希望波とみなし、第１の送信アンテナ以外の送信アンテナからの信号を干渉波とみなし、アダプティブアレーアンテナで用いられる干渉波除去アルゴリズムを適用することにより、第１の送信アンテナからの信号が推定される。他の送信アンテナからの信号についても同様の方法で推定される。たとえば、ＭＭＳＥ(Minimum Mean Square Error)におけるＳＭＩ(Sampled Matrix Inverse)法を使用する場合は、ウェイト計算部１２１２ａ・１２１２ｂ・１２１２ｃにおいて、
【００４２】
【数３】
0004052835.tif 000004
を計算することで重みを求めることができ、また、積和演算部１２１１ａ・１２１１ｂ・１２１１ｃにおいて、
【００４３】
【数４】
0004052835.tif 000005
を計算することで、推定値s'1, s'2, s'3 を求めることができる。ただし、次に示すとおり定義される。
【００４４】
【数５】
0004052835.tif 000006
中継時における、デマルチプレクサ１２１７、バッファ１２１８、加算器１２１９の動作について説明する。基地局信号がデマルチプレクサ１２１７にて、基地局のアンテナから直接受信した基地局信号（図９参照。以後、直接波信号）と、中継器で中継した後に送信した基地局信号（以後、中継波信号）とに分離される。直接波信号は、バッファ１２１８に一旦記憶されることにより図９のＤＬＥＮ分の遅延がかけられ、加算器１２１９にて中継波信号と加算される。この遅延と加算の処理により、基地局のアンテナから送信された信号が、非中継時の伝搬路と中継時の伝搬路を合成した伝搬路を伝搬し、移動局に到達したとみなすことができる。合成後の伝搬路は、伝搬路がさらにマルチパス伝搬環境に近づくこととが期待できるため、通信路容量の向上が期待できる。しかし、直接波信号が中継波信号よりも格段に大きい場合には、中継方式を行わない場合と等価となってしまう。このような場合には、加算器１２１９を重み付き加算器に変更し、直接波信号と中継波信号の比率が適切となるように重みを調整する。
【００４５】
図１３は移動局におけるＳ／Ｐ変換器１０１４とＭＩＭＯ変調器１０１３の構成を示すブロック図である。図１３は移動局について説明するが、基地局のＳ／Ｐ変換器、ＭＩＭＯ変調器も同じ構成である。動作概要について説明する。誤り訂正符号器１０１５で符号化されたデータは、Ｓ／Ｐ変換器１０２２で送信アンテナ数分の幅のパラレルデータに変換される。トレーニング信号生成部１３０３では、各送信アンテナから送信されたデータを受信側において分離するため、及び、伝搬路を推定するために使用されるトレーニング信号が生成される。パラレルデータとトレーニング信号とがマルチプレクサ１３０２にて時分割多重される。時分割は、ＴＸ_ＥＮ信号の立ち上がりを基準として、あらかじめ決められたタイミングで行われる(図１１)。時分割多重された信号は、変調器１３０４で複素ベースバンド信号s1, s2, s3に変調され、無線部１００２を経て、アンテナから送信される。トレーニング信号生成部１３０３で生成されるトレーニング信号について説明する。受信側でデータの分離を可能とするために、各アンテナから送信されるトレーニング信号の間には、相互相関が低いという性質が必要とされる。また、伝搬路推定を可能とするためには、トレーニング信号の自己相関関数がデルタ関数的であることが必要とされる。たとえば、プリファードペアであるＭ系列をトレーニング信号とすれば、近似的にこの性質が満たされる。
【００４６】
図１４は中継判定回路１００９の構成を示すブロック図である。中継判定回路１００９は、中継を行うか行わないかを判定する回路である。図１４には、受信Ｓ／Ｎによる判定と、通信路容量による判定の２種類の実施例を１つの図に示す。選択器１４０７は、どちらか一方の実施例が選択されることを意味する。
まず、受信Ｓ／Ｎによる判定では、見通し伝搬環境における受信Ｓ／Ｎは、マルチパス伝搬環境の受信Ｓ／Ｎよりも非常に大きいことを利用する。基地局パイロットを用いて受信Ｓ／Ｎ測定部１４０３で測定した受信Ｓ／Ｎと、あらかじめ決めてあるＳ／Ｎの閾値とが、比較器１４０５で比較される。受信Ｓ／Ｎの方が大きい場合には比較器１４０５から「中継開始」が出力されＴＲ_ＥＮがハイレベルとなり、受信Ｓ／Ｎの方が小さい場合には「中継停止」が出力されＴＲ_ＥＮがローレベルとなる。
【００４７】
次に、通信路容量による判定では、見通し伝搬環境における通信路容量は、マルチパス伝搬環境の通信路容量よりも小さいことを利用する。基地局信号の中から、基地局から移動局に直接届いた(中継されていない)信号のトレーニング信号がトレーニング信号分離部１４０１で抽出される。このトレーニング信号を用いて、伝搬路推定部１４０２にて、基地局と移動局の間の伝搬路行列Hが推定される。伝搬路推定には、たとえば、パルス圧縮法(笹岡秀一著、ウェーブサミット講座移動通信、pp47〜48、オーム社出版局、ISBN4-274-07861-2)が使用される。伝搬路行列Ｈと受信Ｓ／Ｎを用いて通信路容量計算部１４０４で非中継時における通信路容量が推定される。推定した通信路容量と、予め決めてある通信路容量の閾値とが比較器１４０６で比較され、推定値の方が小さい場合には比較器１４０６から「中継開始」が出力されＴＲ_ＥＮがハイレベルとなり、推定値の方が大きい場合には「中継停止」が出力されＴＲ_ＥＮがローレベルとなる。
【００４８】
通信路容量計算部１４０４の詳細について説明する。ＭＩＭＯにおける通信路容量Ｃは、
【００４９】
【数６】
0004052835.tif 000007
であたえられる(F.R.Farrokhi他, Link-Optimal Space-Time Processing with Multiple Transmit and Receive Antennas, IEEE COMMUNICATIONS LETTERS, VOL.5, NO.3 March 2001)。ここで、次に示すとおり定義される。
【００５０】
【数７】
0004052835.tif 000008
受信Ｓ／Ｎと推定した伝搬路行列を用いて（１４）式により通信路容量が計算される。
【００５１】
図１５は本発明による中継局の一実施形態の構成を示すブロック図である。中継局４０７aは、無線区間の無線信号を送受信するためのアンテナ１５０１とアンテナ１５０１からの受信信号に対するフィルタ処理とアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行い、かつアンテナ１５０１への送信信号に対してディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換処理とフィルタ処理・電力増幅を行う無線部１５０２と、無線部１５０２からの受信信号をバッファにとり込んで、所定時間遅延させて中継を行う中継器を有し、中継のための制御信号を送受信するために復調と誤り訂正処理を施して受信信号を得て、かつ無線部１００２への送信信号に対して誤り訂正が行えるように冗長度を付加する符号化処理を行い変調する機能を有するモデム部１５０６と、モデム部１５０６から得た受信信号から制御信号を抽出して呼接続や中継動作に関するプロトコル処理を行い、中継時の送受信タイミングを制御する制御部１５１７と、制御部１５１７で受けた受信信号を外部入出力インタフェースにあわせてスピーカに音声出力したり、マイクなど外部入出力からの入力信号を制御部の制御信号と多重化してモデム部１５０６に渡す通話部１５２６とで構成される。
【００５２】
ここで、中継局４０７は、中継する信号以外にも中継局４０７が送受信する制御信号やデータを多重化して処理できる構成となっている。なお、中継器４０７aにおいても、複数アンテナを有しＭＩＭＯ復調とＭＩＭＯ変調を行う装置であってもよい。この実施例では、中継器においてはＭＩＭＯによる処理を行わない例を示しており、中継局に対する制御信号はＭＩＭＯ変調がかからない無線信号で通信されるものとする。以下に信号の流れに従って各ブロックを詳細に説明する。
アンテナ１５０１で受信した無線信号は無線部１５０２の共用器１５０３を介して受信部１５０４に渡される。受信部１５０４では、受信信号に対してフィルタ処理を行いベースバンド信号処理帯域に変換し、アナログ信号をデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）してモデム部１５０６に渡す。モデム部１５０６では、受信信号は信号分離１５０７によって、基地局パイロット信号と送信局信号に分離する。サーチ１５１２では、基地局パイロット信号を同相加算することでパイロット信号が送られているタイミングを検出する。
【００５３】
送信局信号は中継器３０１でバッファにとり込まれ、制御部１５１７の送信タイミング計算部から得られる受信イネーブル（ＲＸ_ＥＮ）と送信イネーブル（ＴＸ_ＥＮ）、中継判定１５２２から得られる中継イネーブル（ＴＲ_ＥＮ）によって中継して送信するタイミングを制御し、送信電力計算部１５２５から得られる送信電力値に設定して送信する。前記の信号を生成するために、信号分離１５０７で分離された送信局信号は、復調器１５０８で変調信号を元に戻す復調処理を行い、誤り訂正復号器１５１５にて誤り訂正を行い復号処理をして受信データを得る。受信データは、制御部１５１７の信号分離１５１８で制御信号とユーザアプリケーションのデータに分離され、制御信号はプロトコル処理部１５２１で呼接続処理シーケンスや本発明の中継動作指示の制御信号を処理する。中継動作指示の制御信号は、中継動作指示データ１５２３として蓄えられる。
【００５４】
電力測定部１５１３では、基地局パイロット信号の受信電力を測定し、比較器１５１９で中継動作指示データ１５２３の閾値ＴＸＬより大きければ中継を行い、そうでなければ中継を行わないように中継判定１５２２で判定される。同様に、電力測定部１５１４では送信局信号の受信電力を測定し、比較器１５２０で中継動作指示データ１５２３の閾値ＲＸＬより大きければ中継を行い、そうでなければ中継を行わないように中継判定１５２２で判定される。送信電力計算部１５２５は、電力測定部１５１４の送信局信号の受信電力に対して、中継動作指示データ１５２３のＧＡＩＮ_Ｋ倍した値で送信電力の設定値を計算する。
【００５５】
通話部１５２６では、信号分離１５１８で分離したデータはコーデック１５２８を介して外部入出力１５２９のインタフェースにあわせた信号変換が行われスピーカなどから音声出力される。また、マイクなどからの音声入力信号は、外部入出力１５２９を経由してコーデック１５２８で情報源符号化処理がなされ、多重化回路１５２７でプロトコル処理部１５２１からの制御信号とコーデック１５２８からのデータが多重化されモデム部１５０６の誤り訂正符号器１５１６に渡される。
【００５６】
誤り訂正符号器１５１６では、誤り訂正を行うための冗長度を付加する符号化処理を行い、変調器１５１１によって無線伝送方式にあった変調処理を行う。多重化回路１５１０では、中継器３０１からの中継データと、変調器１５１１からの変調信号を多重化して、無線部１５０２の送信部１５０５に渡す。送信部１５０５では、デジタル信号をアナログ信号に変換（Ｄ/Ａ変換）し、電力増幅とフィルタ処理を行って共用器１５０３を介してアンテナ１５０１から送信データを無線信号として送信する。
【００５７】
中継局は、ＭＩＭＯ通信方式の専用装置とし構成する他に、ＭＩＭＯ通信方式でない無線通信に使用する無線送受信部をもつ無線装置として構成してもよい。
【００５８】
図１６は中継局４０７における中継器３０１の入出力タイミングを説明するためのタイミング図である。この図においては、基地局４０６から移動局４０８方向（ダウンリンク）の中継を例にとって説明する。送信タイミング計算部１５２４において受信イネーブル（ＲＸ_ＥＮ）は、基地局４０６が定期的に送信するパイロット信号の基準をサーチ１５１２で検出し、これに対して中継動作指示データ１５２３で規定されたＤＳＴずれたタイミングから中継動作指示データ１５２３で規定されたＤＬＥＮの長さハイレベル出力となり、続くＤＬＥＮの長さローレベル出力となる。次のパイロット信号に至るまでの間、ＤＬＥＮの長さでハイレベルとローレベルが交互に繰り返される。送信イネーブル（ＴＸ_ＥＮ）は、受信イネーブル（ＲＸ_ＥＮ）に対してＤＬＥＮ遅れたタイミングでＤＬＥＮの長さでハイレベルとローレベルを繰り返す。中継器３０１に入力された信号は、受信イネーブル（ＲＸ_ＥＮ）がハイレベル出力のタイミングでバッファにとりこみ、送信イネーブル（ＴＸ_ＥＮ）と前記の中継判定１５２２によって得られる中継イネーブル（ＴＲ_ＥＮ）がハイレベルのときに、バッファからデータを取り出して送信する。
【００５９】
図１７は本発明による基地局の一実施例の構成を示すブロック図である。基地局４０６は、無線区間の無線信号を送受信するための複数のアンテナ１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃと、アンテナ１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃからの受信信号に対するフィルタ処理とアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理を行い、かつアンテナ１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃへの送信信号に対してディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換処理とフィルタ処理・電力増幅を行う無線部１７０２と、無線部１７０２からの受信信号に対し、移動局４０８で複数アンテナに分配された送信信号を復元し、誤り訂正処理を施して受信信号を得て、かつ無線部１７０２への送信信号に対して誤り訂正が行えるように冗長度を付加する符号化処理を行い、複数アンテナ１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃへ分配し、移動局４０８で復元できるためのトレーニング信号を多重化し、移動局４０８と中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃが基準タイミングを生成するのに必要なパイロット信号生成を行うモデム部１７０６と、モデム部１７０６から得た受信信号から制御信号を抽出して呼接続や中継動作に関するプロトコル処理を行い、中継時の送受信タイミングを制御する制御部１７１２と、制御部１７１２から受けた受信信号を制御局４０５に渡したり、制御局４０５からの信号と基地局４０６から発生する信号を多重化してモデム部１７０６に渡すための局間ＩＦ１７１７とで構成される。以下に信号の流れにそって詳細に説明する。
【００６０】
アンテナ１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃで受信した無線信号は無線部１７０２の共用器１７０３ａ・１７０３ｂ・１７０３ｃを介して受信部１７０４ａ・１７０４ｂ・１７０４ｃに渡される。受信部１７０４ａ・１７０４ｂ・１７０４ｃでは、受信信号に対してフィルタ処理を行いベースバンド信号処理帯域に変換し、アナログ信号をデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）してモデム部１７０６に渡す。モデム部１７０６では、受信信号はＤＥＭＵＸ１７０７によって、移動局別に分離して各受信器１０２ａ・１０２ｂに振り分ける。各受信器１０２ａ・１０２ｂでは、ＭＩＭＯ復調器１０１０ａ・１０１０ｂによって移動局で複数アンテナに分配した送信信号を復元し、復元した複数アンテナ分の送信信号をＰ／Ｓ変換器１０１１ａ・１０１１ｂによって符号化データに戻し、誤り訂正復号器１７０９ａ・１７０９ｂによって符号化データに対する誤り訂正を行う復号処理を施して受信データを得る。受信データは制御部１７１２に渡され、信号分離１７１４によって制御信号とユーザアプリケーションのデータに分離される。制御信号は、プロトコル処理部１７１５にて扱われ、呼接続や中継動作のためのプロトコル処理を行う。各ユーザごとに発行した中継動作指示の制御信号の内容を中継動作指示データ１７１６ａ・１７１６ｂに保持し、ここで定義したタイミングパラメータ（ＤＳＴ・ＤＬＥＮ・ＵＳＴ・ＵＬＥＮ）を基に送受信タイミング計算部１７１３ａ・１７１３ｂでＭＩＭＯ復調器１０１０ａ・１０１０ｂに必要なタイミング信号（中継モード：ＭＯＤＥ、直接波：ＤＲ_ＥＮ、中継局波：ＲＰ_ＥＮ）とＭＩＭＯ変調器１０１３ｂに必要なタイミング信号（送信イネーブル：ＴＸ_ＥＮ）を発生する。信号分離１７１４で分離された複数のユーザアプリケーションのデータは局間ＩＦ１７１７でＭＵＸ１７２０で多重化され制御局４０５に送信される。また、制御局４０５から受信したデータとプロトコル処理部１７１５が発生した制御信号を多重化回路１７１９で多重化してからＤＥＭＵＸ１７１８でユーザ別に送信器１０１ａ・１０１ｂに分配する。
【００６１】
送信器１０１ａ・１０１ｂでは、誤り訂正符号器１７１０ａ・１７１０ｂで送信データが移動局４０８で誤り訂正が行えるように冗長度を付加した符号化データに変換し、符号化データをＳ／Ｐ変換器１０１４ａ・１０１４ｂでシリアルパラレル変換することによって基地局４０６の複数アンテナ１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃへの送信信号に分配し、ＭＩＭＯ変調器１０１３ａ・１０１３ｂによって移動局４０８でＭＩＭＯ復調が行えるようにトレーニング信号を付加する。各送信器１０１ａ・１０１ｂの送信データとパイロット生成部１７１１で発生したパイロット信号をＭＵＸ１７０８で多重化して、無線部１７０２の各送信部１７０５ａ・１７０５ｂ・１７０５ｃに送信データを渡す。
【００６２】
送信部１７０５ａ・１７０５ｂ・１７０５ｃでは、送信データをディジタル信号からアナログ信号へＡ/Ｄ変換し、フィルタ処理と電力増幅を行って、共用器１７０３ａ・１７０３ｂ・１７０３ｃを介してアンテナ１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃから送信データを無線信号として送信する。上記の説明において、受信器１０２ａ・１０２ｂのＭＩＭＯ復調器１０１０ａ・１０１０ｂは図１２で説明した構成と同一であり、送信器１０１ａ・１０１ｂのＭＩＭＯ変調器１０１３ａ・１０１３ｂは、図１３で説明した構成と同じである。
図１８は本発明による基地局の一実施例における送受信タイミング計算部の動作説明のためのタイミング図である。図１８(ａ)は、非中継時における動作を示している。中継モード（ＭＯＤＥ）は、非中継を表すローレベルで固定出力となる。移動局４０８からの直接波（ＤＲ_ＥＮ）は、パイロット信号の区間でローレベル出力となり移動局信号の区間でハイレベル出力となる。中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃからの間接波である中継局波（ＲＰ_ＥＮ）はローレベル固定出力となる。基地局４０６の送信タイミング（ＴＸ_ＥＮ）は、パイロット信号の区間でローレベル出力、基地局送信時間でハイレベル出力となる。
図１８（ｂ）は、中継時の動作を表している。中継モード（ＭＯＤＥ）は、中継を表すハイレベルで固定出力となる。移動局４０８からの直接波（ＤＲ_ＥＮ）は、パイロット信号を基準として中継動作指示データ１７１６ａで規定されたＵＳＴずれたタイミングから、同じく中継動作指示データ１７１６ａで規定されたＵＬＥＮの長さまでハイレベル出力となる。次のＵＬＥＮの長さでローレベルとなり、次のパイロット信号の区間までハイレベルとローレベルを交互に繰り返す。中継局４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃからの間接波である中継局波（ＲＰ_ＥＮ）は、前記ＤＲ_ＥＮがＵＬＥＮの長さローレベルとなっている区間でハイレベル出力となり、それ以外でローレベル出力となる。基地局４０６の送信タイミング（ＴＸ_ＥＮ）は、パイロット信号を基準として中継動作指示データ１７１６ａで規定されたＤＳＴずれたタイミングから、同じく中継動作指示データ１７１６ａで規定されたＤＬＥＮの長さまでハイレベル出力となる。次のＤＬＥＮの長さでローレベルとなり、次のパイロット信号の区間までハイレベルとローレベルを交互に繰り返す。
【００６３】
図２０は本発明による無線伝送システムの他の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施例は、前記図３に示した無線伝送システムの複数の中継器３０１の代わりに複数の反射物体を特定の位置に設け、実質的に、前期実施形態と同様の効果を得るものである。送信器１０１又は受信器１０２のいずれか一方が固定設置されている場合に、その固定設置された装置から直接見通すことができる見通し範囲内に反射物２００１a・２００１b・２００１cを設置する。図２０では、送信器１０１を固定設置されているものとして説明する。送信器１０１から送信された無線信号は、反射物２００１a・２００１b・２００１cで反射して受信器１０２に到達する。反射物２００１a・２００１b・２００１cの設置により、見通し伝搬環境からマルチパス伝搬環境を作為的に生成することができるため、ＭＩＭＯの処理によって通信路容量を増加させることができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、送信器から複数アンテナに分配して送信した無線信号を受信器で複数アンテナで受信し、送信器で分配した送信信号を復元する処理（ＭＩＭＯ）を利用した移動通信システムにおいて、送信器と受信器が直接見通すことができるような見通し伝搬環境においても、中継器を導入することによって複数の伝搬路を提供し、マルチパス伝搬環境を作為的に作りだし、中継器を導入しない見通し伝搬環境に比べて通信路容量の特性がよくなるという効果が得られる。
【００６５】
図１９に、本発明を利用した場合（中継あり）と利用しない場合（中継なし）の特性比較を行った結果を示す。送信器と受信器のアンテナ数を横軸にとり、通信路容量を縦軸にとっている。送信器と受信器のアンテナ数は同数とし、中継局数は受信アンテナ数の５倍あるものと仮定し、伝搬路の信号対雑音電力（Ｓ／Ｎ）を３０ｄＢの環境で評価した。図１９より送信器・受信器のアンテナ数が４本以上であれば、本発明を利用した中継伝送方式の方が通信路容量の特性がよいことを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＩＭＯ方式の原理説明のための無線伝送システム構成図である。
【図２】移動通信におけるマルチパス伝搬環境とＭＩＭＯ方式の通信容量特性の関係の説明図である。
【図３】本発明による無線伝送システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明による無線通信システムを利用した移動通信システムの一実施形態の構成図である。
【図５】図４の位動局と基地局間の無線伝送における伝送開始時の動作フロー図である。
【図６】本発明における多地点中継伝送停止時の動作フロー説明図である。
【図７】本発明による無線伝送システムの一実施形態における制御信号のメッセージフォーマット図である。
【図８】本発明による無線伝送システムの一実施形態における中継局の中継動作説明のフロー図である。
【図９】本発明による無線伝送システムの一実施例における多地点中継伝送時の送受信タイミング図である。
【図１０】本発明による無線伝送システム使用される移動局の一実施形態の構成を表すブロック図である。
【図１１】図１０の移動局における送受信タイミング計算部の説明図である。
【図１２】本発明による移動局の一実施例におけるＭＩＭＯ復調器とＰ／Ｓ変換器のブロック図である。
【図１３】本発明による移動局の一実施例におけるＳ／Ｐ変換器とＭＩＭＯ変調器のブロック図である。
【図１４】本発明による移動局の一実施例における中継判定回路のブロック図である。
【図１５】本発明による中継局の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５の中継局における中継器入出力タイミングを説明するためのタイミング図である。
【図１７】本発明による基地局の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１７の基地局における送受信タイミング計算部のタイミング図である。
【図１９】本発明の効果を示す特性比較図である。
【図２０】本発明による無線伝送システムの他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１：送信器、  １０２：  受信器、
２０１ａ・２０１ｂ・２０１ｃ：送信アンテナ
２０２ａ・２０２ｂ・２０２ｃ：受信アンテナ
３０１ａ・３０１ｂ・３０１ｃ：中継器、  ４０１：サーバ、
４０２：インターネット、  ４０３：ゲートウェイ装置、  ４０４：移動通信網、
４０５：制御局、  ４０６：基地局、  ４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃ：中継局、
４０８：移動局、  １００１ａ・１００１ｂ・１００１ｃ：アンテナ、
１００２：無線部、  １００３ａ・１００３ｂ・１００３ｃ：共用器、
１００４ａ・１００４ｂ・１００４ｃ：受信部、
１００５ａ・１００５ｂ・１００５ｃ：送信部、  １００６：モデム部、
１００７：信号分離、  １００８：基地局基準タイミングサーチ、
１００９：中継判定回路、  １０１０：ＭＩＭＯ復調器、
１０１１：Ｐ／Ｓ変換器、  １０１２：誤り訂正復号器、
１０１３：ＭＩＭＯ変調器、１０１４：Ｓ／Ｐ変換器、
１０１５：誤り訂正符号器、  １０１６：制御部、
１０１７：送受信タイミング計算部、  １０１８：信号分離、
１０１９：プロトコル処理部、  １０２０：中継動作指示データ
１０２１：通話部、  １０２２：多重化回路、  １０２３：コーデック
１０２４：外部入出力、  、１２１１ａ・１２１１ｂ・１２１１ｃ：積和演算部１２１２ａ・１２１２ｂ・１２１２ｃ：ウェイト計算部、  １２１３：積の演算、
１２１４：和の演算、  １２１５ａ・１２１５ｂ・１２１５ｃ：復調器、
１２１６ａ・１２１６ｂ・１２１６ｃ：前処理部：１２１７：ＤＥＭＵＸ、
１２１８：ＢＵＦＦ（バッファ）、１２１９：和の演算、１２２０：選択器、
１２２１：ＤＥＭＵＸ、  １３０２ａ・１３０２ｂ・１３０２ｃ：ＭＵＸ、
１３０３：トレーニング信号生成部、
１３０４ａ・１３０４ｂ・１３０４ｃ：変調器、
１４０１：トレーニング信号分離、  １４０２：伝搬路推定、
１４０３：受信Ｓ/Ｎ測定、  １４０４：通信路容量計算、
１４０５：比較、  １４０６：比較、  １４０７：選択、  １５０１：アンテナ、
１５０２：無線部、  １５０３：共用器、  １５０４：受信部、
１５０５：送信部、  １５０６：モデム部、  １５０７：信号分離、
１５０８：復調器、  １５１０：多重化回路、  １５１１：変調器、
１５１２：サーチ、  １５１３：電力測定部、  １５１４：電力測定部、
１５１５：誤り訂正復号器、  １５１６：誤り訂正符号器、  １５１７：制御部、
１５１８：信号分離、  １５１９：比較器、  １５２０：比較器、
１５２１：プロトコル処理部、  １５２２：中継判定、
１５２３：中継動作指示データ、  １５２４：送信タイミング計算部、
１５２５：送信電力計算部、  １５２６：通話部、  １５２７：多重化回路、
１５２８：外部入出力、  １７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃ：アンテナ、
１７０２：無線部、  １７０３ａ・１７０３ｂ・１７０３ｃ：共用器、
１７０４ａ・１７０４ｂ・１７０４ｃ：受信部、
１７０５ａ・１７０５ｂ・１７０５ｃ：送信部、
１７０６：モデム部、１７０７：ＤＥＭＵＸ、１７０８：ＭＵＸ、
１０１０ａ・１０１０ｂ：ＭＩＭＯ復調器、
１０１１ａ・１０１１ｂ：Ｐ／Ｓ変換器、
１７０９ａ・１７０９ｂ：誤り訂正復号器、
１７１０ａ・１７１０ｂ：誤り訂正符号器、１７１１：パイロット生成部、
１７１２：制御部、１７１３ａ・１７１３ｂ：送受信タイミング計算部、
１７１４：信号分離、  １７１５：プロトコル処理部、
１７１６ａ・１７１６ｂ：中継動作指示データ、
１７１７：局間ＩＦ、  １７１８：ＥＭＵＸ、  １７１９：多重化回路、
１７２０：ＭＵＸ、２００１ａ・２００１ｂ・２００１ｃ：反射物。
【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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【図１９】
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【図２０】
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