JP2007067726A - 無線中継器、無線中継方法及び無線中継システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＩＭＯに代表されるようなマルチアンテナ通信を適用した場合に、システム全体でのデータ伝送速度を一層向上させる中継器を得ること。
【解決手段】 中継元であるＡＰ１０１との通信は空間多重（Spatial Multiplexing）モードで行い、中継先である端末１０４への送信を固有モードで行うようにした。これにより、ＡＰ１０１への干渉を抑制しつつ、高速にデータを中継することができるようになり、システム全体でのデータ伝送速度を向上し得る中継器１０３を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線中継器、無線中継方法及び無線中継システムに関する。

従来、無線中継器として特許文献１に記載されたものがある。特許文献１では、図８に示すように、基地局１からの信号を、無線端末群１０の中に存在する複数の端末２、３、４に送信する場合に、無線端末群１０の中のいずれかの端末２、３、４が代表端末となって（図８の場合には端末２）、この代表端末が基地局１からの信号を他の端末に中継する中継器としての役割を果たすようになっている。これにより、無線端末群１０の中で中継器として最適な端末を適宜選択できるので、データの伝送効率を向上することができ、大容量のデータを中継することができる。
特開２００３−３３２９７７号公報

ところで、近年、高速なデータ通信を可能とする無線通信技術として、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）に代用されるようなマルチアンテナ技術が提案されている。この技術は、複数のアンテナからそれぞれ異なるデータを、同帯域かつ同タイミングで送信することで、高速データ通信を可能とするものである。

このマルチアンテナ技術を中継器に適用すれば、より高速なデータを中継できると考えられる。

しかしながら、中継器においては、中継後の電波（すなわち中継器の送信信号）が周辺の無線局への干渉成分となるため、単純に中継器にマルチアンテナ技術を適用したとしても、この干渉成分の悪影響により、想定していたよりも中継できるデータ伝送速度が向上しないことも考えられる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ＭＩＭＯに代表されるようなマルチアンテナ通信を適用した場合に、システム全体でのデータ伝送速度を一層向上し得る無線中継器、無線中継方法及び無線中継システムを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明は、中継元との通信は空間多重（Spatial Multiplexing）モードで行い、中継先である端末への送信を固有モードで行うようにした。

本発明によれば、中継元への干渉を抑制しつつ、高速にデータを中継することができるようになるので、システム全体でのデータ伝送速度を向上できるようになる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（１）中継システムの構成
図１に、本実施の形態の中継システムの概略構成を示す。中継システム１００は、無線基地局としてのアクセスポイント（ＡＰ）１０１と、端末１０２、１０４と、中継器１０３とを有する。ここで、ＡＰ１０１、端末１０２、１０４及び中継器１０３は、それぞれ複数のアンテナを有し、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）に代表されるマルチアンテナ技術を用いて、互いに高速通信が可能とされている。

ＡＰ１０１は、ＴＣＰ／ＩＰネットワークと有線で接続されており、ＴＣＰ／ＩＰネットワークから取得したデータを、複数のアンテナから送信する。このとき、ＡＰ１０１は、マルチアンテナ送信技術のうち、空間多重（Spatial Multiplexing）モードを用いて無線送信を行うようになっている。

端末１０２は、ＡＰ１０１からの空間多重された信号を複数のアンテナで受信し、空間多重された信号を分離することで、ＡＰ１０１の各アンテナから送信されたデータを復元する。また、端末１０２は、マルチアンテナ技術のうち、空間多重モードを用いてＡＰ１０１に信号を無線送信する。

中継器１０３は、ＡＰ１０１からの空間多重された信号を複数のアンテナで受信し、空間多重された信号を分離することで、ＡＰ１０１の各アンテナから送信されたデータを復元する。また、中継器１０３は、端末１０４からの空間多重された信号を複数のアンテナで受信し、空間多重された信号を分離することで、端末１０４の各アンテナから送信されたデータを復元する。

さらに、中継器１０３は、マルチアンテナ技術のうち、空間多重モードを用いてＡＰ１０１に信号を無線送信する。これに対して、中継器１０３は、マルチアンテナ技術のうち、固有モードを用いて（すなわちビームフォーミングを行って）端末１０４に信号を無線送信する。

このように、中継器１０３は、中継元（図１の場合、ＡＰ１０１）に信号を送信する場合には、空間多重モードで無線送信するのに対して、中継先（図１の場合、端末１０４）に信号を無線送信する場合には、固有モードで無線送信するようになっている。これにより、中継器１０３から端末１０４に送信した信号が、他の無線局間（例えばＡＰ１０１と中継器１０３と間、ＡＰ１０１と端末１０２との間）の信号の干渉成分となることを抑制することができるようになる。この結果、ＡＰ１０１の通信品質の劣化を抑制できるので、システム全体での伝送速度を実質的に高めることができるようになる。さらに、中継器１０３から端末１０４への送信信号の送信電力を高めても、他の通信への干渉がそれほど増大しないので、送信電力を高めて実質的な伝送速度を向上させることもできるようになる。

（２）中継器
（２−１）構成
図２に、中継器１０３の構成を示す。中継器１０３は、送信装置２００と受信装置３００とから構成されている。送信装置２００は、空間多重モードと固有モードとを切り換えて送信できる構成となっている。以下、具体的に説明する。

送信装置２００は、各チャネルＡ、Ｂ、Ｃの送信ディジタル信号２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃを、それぞれ、符号化・変調部２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃに入力する。各符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃは、入力された送信ディジタル信号２０１Ａ〜２０１Ｃを、フレーム構成信号生成部２１１からの送信方法情報２１１に基づいた符号化率及び変調方式によって符号化及び変調し、これにより得た信号を切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃに送出する。ここでフレーム構成信号生成部２１１は、図示しない制御部からの制御情報信号２１０に基づいて符号化率及び変調方式を決定すると共に、これから送信する信号がＡＰ１０１宛のものなのか、又は端末１０２、１０４宛のものなのかを識別するための識別信号を生成する。従って、送信方法情報２１２には、符号化率・変調方式の情報の他に、識別信号が含まれている。識別信号は、送信フレーム内の所定値に挿入されて送信される。

各切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃは、入力信号を、切換スイッチ２０４−１〜２０４−３又はベクトル多重化部２２０に、選択的に出力するようになっている。具体的には、切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃは、空間多重モードで送信する場合には入力信号を切換スイッチ２０４−１〜２０４−３に出力し、固有モードで送信する場合には入力信号をベクトル多重化部２２０に出力する。

各切換スイッチ２０４−１〜２０４−３の出力は、シリアルパラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２０５−１〜２０５−３、高速逆フーリエ変換回路（ＩＦＦＴ）２０６−１〜２０６−３によって順次処理されることで、ＯＦＤＭ信号とされる。各ＯＦＤＭ信号は、無線部２０７−１〜２０７−３によって、増幅やアップコンバート等の所定の無線処理が施された後、共用器２０８−１〜２０８−３を介してアンテナ２０９−１〜２０９−３から送信される。

ここで、送信装置２００は、空間多重モードの送信を行う場合には、各符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃの出力を、切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃ及び切換スイッチ２０４−１〜２０４−３を介して、直接シリアルパラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２０５−１〜２０５−３に入力させる。これに対して、固有モードの送信を行う場合には、各符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃの出力を、切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃを介して、ベクトル多重化部２２０に入力させ、ベクトル多重化部２２０によって各符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃの出力信号をベクトル多重化した後、切換スイッチ２０４−１〜２０４−３を介して、シリアルパラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２０５−１〜２０５−３に入力させるようになっている。

ベクトル多重化部２２０は、各符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃからの変調信号を入力すると共に、チャネル解析部２１３からのチャネルシグネチャベクトルを入力する。そしてベクトル多重化部２２０は、各符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃからの変調信号に、個別にチャネルシグネチャベクトルを乗算した後、合成する。そして合成信号を、切換スイッチ２０４−１〜２０４−３を介して、シリアルパラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２０５−１〜２０５−３に与える。なお、固有モードの詳細については後述する。

受信装置３００は、ＡＰ１０１から空間多重モードで送信された信号と、端末１０２、１０４から空間多重モードで送信された信号を受信する。受信装置３００は、各アンテナ２０９−１〜２０９−３の受信信号を、各共用器２０８−１〜２０８−３を介して各無線部３０２−１〜３０２−３に入力する。各無線部３０２−１〜３０２−３は、入力信号に対して信号増幅やダウンコンバート等の所定の無線処理を施し、無線処理後の信号を各高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）３０４−１〜３０４−３に送出する。

各高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）３０４−１〜３０４−３は、入力信号を高速フーリエ変換し、変換後の信号を多重信号分離部３０８、制御情報検出部３０９及びチャネル状態情報検出部３０６に送出する。

チャネル状態情報検出部３０６は、受信信号に含まれる既知シンボル等に基づいて、各送受信アンテナ間でのチャネル状態（すなわちチャネル変動）を検出する。具体的には、図３に示す送受信アンテナ間のチャネル変動値ｈ１１（ｔ）〜ｈ３３（ｔ）を、既知シンボルを用いて求める。チャネル状態情報検出部３０６は、求めたチャネル変動値ｈ１１（ｔ）〜ｈ３３（ｔ）をチャネル状態情報３０７として、多重信号分離部３０８及びチャネル解析部２１３に送出する。

多重信号分離部３０８は、チャネル状態情報検出部３０６からのチャネル状態情報３０７を用いて、伝送路空間上で混ざり合った信号を分離することで、各送信チャネルＡ、Ｂ、Ｃの変調信号を得る。具体的には、図３に示すように、チャネルＡ、Ｂ、Ｃの変調信号をＴｘａ（ｔ）、Ｔｘｂ（ｔ）、Ｔｘｃ（ｔ）として、各アンテナで受信される受信信号をＲ１（ｔ）、Ｒ２（ｔ）、Ｒ３（ｔ）とすると、これらの信号の関係は各送受信アンテナ間でのチャネル変動値ｈ１１（ｔ）〜ｈ３３（ｔ）を用いて、次式のように表されるので、例えば次式のチャネル変動行列の逆行列を用いて、各チャネルの変調信号Ｔｘａ（ｔ）、Ｔｘｂ（ｔ）、Ｔｘｃ（ｔ）を分離する。

因みに、多重信号分離部３０８による信号分離処理は、特に限定されるものではなく、例えばＺＦ（Zero Forcing）、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）等の分離処理を用いることができる。多重信号分離部３０８によって分離された各チャネルの信号３１１Ａ〜３１１Ｃは、復号部３１２Ａ〜３１２Ｃによって復号されることで、受信データ３１３Ａ〜３１３Ｃとされる。

制御情報検出部３０９は、受信信号の中から、受信信号が、どの無線局から送信されたものかを識別するための制御信号を検出する。すなわち、中継器１０３においては、ＡＰ１０１からの信号を受信する場合と、端末１０４からの信号を受信する場合があるが、受信信号が、どちらの無線局から送信されたものかを、受信信号中に含まれている制御信号に基づいて識別する。そして、制御情報検出部３０９は、どの無線局からの信号を受信しているかを示す識別信号３１０を、モード切換制御部３２０に送出する。

モード切換制御部３２０は、識別信号３１０がＡＰ１０１からの信号を受信していることを示すものであった場合には、符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃの出力信号が、ベクトル多重化部２２０を介してシリアルパラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２０５−１〜２０５−３に入力されるように、切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃ、２０４−１〜２０４−３を制御するためのスイッチング制御信号を、各切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃ、２０４−１〜２０４−３に送出する。これに対して、モード切換制御部３２０は、識別信号３１０が端末１０４からの信号を受信していることを示すものであった場合には、符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｂの出力信号が直接シリアルパラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２０５−１〜２０５−３に入力されるように、切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃ、２０４−１〜２０４−３を制御するためのスイッチング制御信号を、各切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃ、２０４−１〜２０４−３に送出する。

この結果、中継器１０３においては、受信装置３００でＡＰ１０１から送信された信号を受信した場合には、ＡＰ１０１から送信された信号を送信装置２００から固有モードで端末１０４に送信できると共に、受信装置３００で端末１０４から送信された信号を受信した場合には、端末１０４から送信された信号を送信装置２００から空間多重モードでＡＰ１０１に送信できるようになっている。

ここで、受信装置３００で得られた各受信データ３１３Ａ〜３１３Ｃは、送信装置２００の送信ディジタル信号２０１Ａ〜２０１Ｃとして使われる。

（２−２）固有モード
ここでは、固有モードについて詳細に説明する。

ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）システムに代表されるようなマルチアンテナシステムでは、受信局だけでなく送信局側においても、チャネル状態情報（CSI:Channel State Information）が既知である場合に、送信局が送信チャネルシグネチャベクトル（channel signature vector）を用いてベクトル化した信号を複数のアンテナから送信し、受信局が、送信チャネルシグネチャベクトルに対応付けられた受信チャネルシグネチャベクトルを用いて、複数のアンテナで受信した受信信号から送信信号を分離する、といった通信信方法を実現できる。

特に、通信空間に複数のチャネルを構成して、信号を多重伝送する通信モードとして、チャネル行列の特異ベクトル（singular vector）又は固有ベクトル（eigen vector）を利用した固有モード（eigenmode）がある。この固有モードは、これら特異ベクトルや固有ベクトルを、前述したチャネルシグネチャベクトルとして利用する方法である。ここでチャネル行列は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナの全て又は一部の組み合わせの複素チャネル係数を要素とする行列である。

送信局（中継器１０３に相当する）が、下り回線のチャネル状態情報を得る方法として、無線回線の上りと下りで同一の周波数キャリアを利用するＴＤＤでは、チャネルの相対性（reciprocity）により、送信局が受信局（図１の端末１０４に相当する）からの上り回線を用いて、チャネル状態情報を推定（estimating）又は測定（measuring）する方法がある。一方で、上りと下りで異なる周波数キャリアを利用するＦＤＤでは、受信局において下り回線のチャネル状態情報を推定又は測定し、その結果を送信局へ通知（reporting）することにより、送信局において下り回線の正確なチャネル状態情報を知ることができる。

固有モードは、特に各無線チャネルが狭帯域のフラットフェージング過程として扱える場合には、チャネルキャパシティを最大にできるという特徴がある。例えば、ＯＦＤＭを採用した無線通信システムでは、マルチパス遅延波によるシンボル間干渉を取り除くためにガードインターバルを挿入し、ＯＦＤＭの各サブキャリアはフラットフェージング過程となるような設計を行うのが一般的である。したがって、ＭＩＭＯシステムに代表されるマルチアンテナシステムにおいてＯＦＤＭ信号を送信する場合、固有モードを用いることによって、例えば各サブキャリアで複数の信号を空間的に多重化して伝送することが可能となる。

ＭＩＭＯシステムを利用した通信方法としては、送信局及び受信局において下り回線のチャネル状態情報を既知とする固有モードに対して、受信局においてのみ無線チャネルのチャネル状態情報を既知とする方法がいくつか提案されている。固有モードと同じ目的である空間的に信号を多重化して伝送する方法としては、例えばＢＬＡＳＴ（Bell Labs Layered Space-Time）が知られている。また信号の多重度を犠牲にし、つまりキャパシティを増加させるためでなく、アンテナの空間ダイバーシチ効果得る方法としては、例えば時空間符号を用いた送信ダイバーシチが知られている。固有モードが複数のアンテナで信号をベクトル化して送信する、言い換えると信号をビーム空間（beam space）にマッピングしてから送信するビーム空間モードであるのに対して、ＢＬＡＳＴや送信ダイバーシチは、信号をアンテナエレメント（antenna element）にマッピングすることからアンテナエレメントモードであると言うことができる。

実際に、図２の中継器１０３に当てはめて説明すると、チャネル解析部２１３が、送信局と受信局間の伝搬チャネルの推定結果であるチャネル状態情報３０７に基づいて、多重化チャネルを構成するために、複数の送信チャネルシグネチャベクトルを算出すると共に、チャネル状態情報３０７によって形成されるチャネル行列からＳＶＤ（ＳＶＤ：Singular Value Decomposition）に基づき、固有値（例えば、λＡ、λＢ、λＣ、・・・、λＸ）又は固有パス（例えば、パスＡ、パスＢ、パスＣ、・・・、パスＸ）を求め、これらをベクトル多重化部２２０に送出する。ここで、パスＡの利得は固有値λＡの大きさとなる。仮に、λＡ＞λＢ＞λＣ＞・・・＞λＸと仮定すると、チャネルＡの変調多値数＞チャネルＢの変調多値数＞・・・＞チャネルＸの変調多値数のように、大きなパスで伝送されるチャネルの信号ほど、符号化・変調部２０２Ａ〜２０２Ｃでの変調多値数を大きくすることで、データシンボルにおける伝送効率の向上と伝送品質の向上の両立を図ることもできるようになる。

（３）端末
次に、図４を用いて、本実施の形態の端末１０４（１０２）の構成について説明する。ここで端末１０４は、図１に示す状態では固有モードの信号を受信しているが、例えば図１の端末１０２の位置に移動した場合には空間多重モードの信号を受信することになる。同様に、端末１０２は、図１に示す状態では空間多重モードの信号を受信しているが、例えば図１の端末１０４の位置に移動した場合には固有モードの信号を受信することになる。これを考慮して、本実施の形態の端末１０４、１０２は、空間多重モードで送信された信号及び固有モードで送信された信号の両方の信号を復調できるようになっている。ただし、必ずしも全ての端末１０４、１０２に空間多重モード、固有モードの両方に対応した受信機能を持たせる必要はなく、空間多重モードに対応した受信機能のみを持たせてもＡＰ１０１との通信は行うことができる。

図４では、図２との同様の処理を行う部分には同一符号を付し、その説明は省略する。端末１０４は、受信装置４００と、送信装置５００とからなる。送信装置５００は、図２の送信装置２００が、空間多重モードと固有モードとを切換可能な構成とされているのに対して、空間多重モードでのみを送信可能な構成となっている。すなわち、送信装置５００は、送信ディジタル信号５０１Ａ、５０１Ｂ、５０１Ｃを空間多重モードで送信する。

本実施の形態の受信装置４００は、図２の受信装置３００が空間多重モードの信号のみを復調可能な構成とされているのに対して、空間多重モードと固有モードの両方の信号を復調可能な構成となっている。

具体的には、多重信号分離部４０１の構成が、図２の多重信号分離部３０８とは異なる。多重信号分離部４０１は、高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）３０４−１〜３０４−３の出力信号を入力すると共に、チャネル状態情報検出部３０６からのチャネル状態情報３０７及び制御情報検出部３０９からの識別信号３１０を入力する。そして、多重信号分離部４０１は、識別信号３１０がＡＰ１０１からの信号を受信していることを示すものであった場合には、空間多重モードに対応した多重信号分離処理を行う。実際には、上述した多重信号分離部３０８と同様の処理を行う。これに対して、多重信号分離部４０１は、識別信号３１０が中継器１０３からの信号を受信していることを示すものであった場合には、固有モードに対応した信号分離処理を行う。実際には、チャネル状態情報検出部３０６からのチャネル状態情報（すなわちチャネル変動値ｈ１１（ｔ）〜ｈ３３（ｔ））３０７に基づいて、複数のチャネルシグネチャベクトルを算出し、各高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）３０４−１〜３０４−３から入力した信号にチャネルシグネチャベクトルを掛け合わせることで、各チャネルＡ、Ｂ、Ｃの変調信号を得るようになっている。

このように、端末１０４の受信装置４００は、空間多重モードの受信信号、固有モードの受信信号のどちらの受信信号を受信した場合であっても、各チャネルＡ、Ｂ、Ｃの送信ディジタル信号に相当する受信データ４０２Ａ〜４０２Ｃを得ることができるようになっている。

（４）チャネル状態情報の共有からデータ伝送までの流れ
ここでは、固有モードを用いた通信を行う際に、必要となる送信局と受信局との間でのチャネル状態情報の共有処理から、データ伝送までの流れについて、図５を用いて説明する。

図５において、先ず、端末１０４は、ＡＰ１０１と直接通信が不可能であることを確認し、中継器１０３を介して、ＡＰ１０１と通信することを決定する。次に、中継器１０３と端末Ｂ１０４は、チャネル状態情報を共有するために、以下の＜１＞〜＜４＞の処理を行う。

＜１＞端末１０４は、中継器１０３に対し、通信を要求する。

＜２＞中継器１０３は、端末１０４に対し、チャネル状態を推定するためにトレーニングシンボル（例えば既知信号）の送信を要求する。

＜３＞端末１０４は、トレーニングシンボルを送信する。そして、中継器１０３は、受信したトレーニングシンボルを用いてチャネル状態を推定する。

＜４＞中継器１０３は、トレーニングシンボルを送信する。そして、端末１０４は、受信したトレーニングシンボルを用いてチャネル状態を推定する。

これにより、中継器１０３と端末１０４は、チャネル状態情報を共有することができる。すなわち、この時点で、中継器１０３は端末１０４に、固有モードを用いてビーム送信できる状態となる。このようにして、チャネル状態情報の共有処理を完了した後、以下のようにデータ伝送を行う。先ず、ＡＰ１０１が、端末１０４にデータを送信する場合について説明する。

＜５＞ＡＰ１０１は、端末１０４に送信したいデータを、中継器１０３に空間多重モードを用いて送信する。

＜６＞中継器１０３は、ＡＰ１０１からの送信データを受信し、受信したデータを端末１０４に固有モードを用いて送信する。

＜７＞端末１０４は、中継器１０３が送信したデータを受信し、データを得る。

次に、端末１０４がＡＰ１０１にデータを送信する場合について説明する。

＜８＞端末１０４は、ＡＰ１０１に送信したいデータを、中継器１０３に空間多重モードを用いて送信する。

＜９＞中継器１０３は、端末１０４からの送信データを受信し、受信したデータをＡＰ１０１に空間多重モードを用いて送信する。

＜１０＞ＡＰ１０１は、中継器１０３が送信したデータを受信し、データを得る。

（５）実施の形態の動作及び効果
上述したように本実施の形態においては、中継器１０３が、ＡＰ１０１に送信する場合には空間多重モードで送信を行う一方、端末１０４に送信する場合には固有モードで送信を行う。このようにした理由について詳述する。

先ず、実施の形態とは異なり、仮に、中継器１０３が、端末１０４に空間多重モードを用いて送信した場合について考える。このようにすると、中継器１０３が送信した信号は、ＡＰ１０１にも届いてしまう。すると、ＡＰ１０１は、中継器１０３と同一周波数で送信することが困難となる。例えば、ＡＰ１０１が、端末１０２に送信しようとしても、中継器１０３から端末１０４への送信信号が干渉成分となるので、送信が困難となったり、又は信号品質の劣化を招く。端末１０２が、ＡＰ１０１に送信しようとした場合も、同様の問題を招く。つまり、空間の利用効率が低下してしまうことになる。

これに対して、本実施の形態のように、中継器１０３が、端末１０４に固有モードを用いて送信した場合について考える。このようにすると、中継器１０３が送信した信号は、ＡＰ１０１に届かないように送信することができる。すると、ＡＰ１０１は、たとえ、中継器１０３が送信を行っていたとしても、他の端末と通信を行うことが可能となり、この結果空間利用効率が向上する。

さらに、中継器１０３が端末１０４に固有モードで送信する場合に、他の通信への干渉を一層低減する方法について提示する。図６は、固有モードで送信するにあたって、固有値λＡ（図６Ａ）とλＣ（図６Ｂ）を用いたパスＡとパスＣのそれぞれにおける干渉の発生度合いを示している。ただし、λＡ＞λＣとする。

パスＡを用いた場合には、図６Ａに示したような状態で、端末１０４に対しビーム（図中の実線）が向くと同時に、他の無線局に干渉を与える信号が発生する。同様にパスＣを用いた場合には、図６Ｂに示したような状態で、端末１０４に対しビーム（図中の実線）が向くと同時に他の無線通信局に干渉を与える信号が発生する。ただし、図６Ａのように固有値が大きい場合、干渉の発生は小さく、逆に、図６Ｂのように固有値が小さい場合、干渉の発生は大きくなる。これを考慮して、本実施の形態では、ベクトル多重化部２２０において、以下の１）〜３）のいずれかの方法で送信ビームを形成する。

１）形成可能なビーム数（すなわち固有値の総数）をｎとすると、中継時に送信するビーム数を予めｍ（ただし、ｍ＜ｎ）と決定しておく。そして、固有値の大きさが、λ１＞λ２＞λ３＞・・・＞λｍの関係にある場合、中継器１０３はλ１、λ２、λ３、・・・、λｍに対応するビームのみを形成して送信する。すなわち、中継器１０３が固有値の総数ｎに対して、固有値の大きさが、ｍ（ｍ＜ｎ）番目以上の固有値に対応するビームのみを形成して送信するようにする。

２）予め閾値を設定しておき、閾値以上の固有値に対応するビームのみを送信する。

３）１）２）を併用する。すなわち、最大送信ビーム数をｍとし、固有値が閾値以上でかつ固有値の大きさが、ｍ番目以上のビームのみを形成して送信する。

このようにすることで、固有値の小さいパスを用いて中継することを無くすことができるので、ＡＰ１０１に対し干渉を与える可能性を一層低くすることができる。この結果、ＡＰ１０１が他の端末と通信を成立できる可能性を一層高くすることができ、空間利用効率を一層向上させることができる。なお、最大送信ビーム数を１と設定すると、ＡＰ１０１への干渉を著しく減らすことができ、好適である。

次に、中継器１０３が端末１０４に固有モードを用いて送信する一方、それ以外の送信は、全て空間多重モードを用いて行うようにした理由について説明する。

先ず、ＡＰ１０１は、空間多重モードのみ送受信をすればよいので、ＡＰ１０１自体の構成を簡素化できる。また、中継器１０３との通信をサポートした端末、中継器との通信をサポートしない端末のいずれの端末も、ＡＰ１０１との通信が可能となる。これにより、中継器１０３との通信をサポートした端末、中継器１０３との通信をサポートしない端末の共存を容易に図ることができるという利点がある。また、中継器１０３との通信をサポートしたい端末のみ、固有モードで受信する機能を付加すればよいので、システム全体を変更することなく、機能の追加が容易となる。

また、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式を採用している場合、ＡＰ１０１、中継器１０３は、全ての端末からの送信信号を平等に受信する必要がある。このことを考慮すると、端末から、中継器１０３及びＡＰ１０１への送信を固有モードで行ってしまうと、ＡＰ１０１、中継器１０３が、全ての端末と平等に通信を行うといった前提を維持することが困難になる。これは、固有モードではビームの方向に偏りがあるため、端末からの送信が、ＡＰ１０１、中継器１０３が受信できない場合があるからである。これに対して、本実施の形態のように、端末から、中継器１０３及びＡＰ１０１への送信を空間多重モードで行うようにすれば、ビームの方向に偏りがないため、ＡＰ１０１、中継器１０３が、全ての端末と平等に通信を行うといった前提を維持でき好適である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、中継元であるＡＰ１０１との通信は空間多重（Spatial Multiplexing）モードで行い、中継先である端末１０４への送信を固有モードで行うようにしたことにより、図７に示すように、ＡＰ１０１への干渉を抑制しつつ、高速にデータを中継することができるようになる。この結果、システム全体でのデータ伝送速度を向上し得る中継器１０３を実現できる。

また、空間多重モードで送信するＡＰ１０１と、空間多重モードで送信する端末１０２、１０４と、ＡＰ１０１には空間多重モードで送信する一方、端末１０４には固有モードで送信する中継器１０３とを設けたことにより、システム全体でのデータ伝送速度を向上し得る中継システム１００を実現できる。また、システム全体を変更することがないので、機能の追加が容易となる。さらに、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式を採用している場合にも対応可能となる。

（６）他の実施の形態
なお、上述した実施の形態では、中継器１０３が端末１０４から受信した信号を、端末１０４の各アンテナから送信された信号に一旦分離した後、再び空間多重してＡＰ１０１に送信する場合について述べたが、これに限らず、端末１０４から受信した信号を単に増幅して、そのままＡＰ１０１に送信するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、ＯＦＤＭ方式を用いた例で説明したが、これに限ったものではなく、他のマルチキャリア方式や、シングルキャリア方式、スペクトル拡散通信方式を用いたときでも同様に実施でき、同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施の形態では、送受信にそれぞれ３本のアンテナを用いた場合を例にとって説明したが、使用するアンテナ数はこれに限ったものではない。本発明においては、特に、アンテナ数が多くなるほど、固有モード送信を行うことによる干渉低減効果が高くなり、中継器１０３からＡＰ１０１への干渉を抑制できる。したがって、本発明は、アンテナ数が多いシステムに適用するほど、大きな効果を得ることができる。

また、上述した実施の形態では、基地局としてＡＰ１０１が用いられているシステムを例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、セルラの無線基地局からの送信信号を中継するシステムに適用することもできる。この場合、中継器１０３は、無線基地局との間の通信を空間多重モードで行う一方、端末への送信を固有モードで行うようにすればよい。

また、上述した実施の形態では、空間多重モードに対応した信号処理及び固有モードに対応した信号処理を行う送信信号処理手段の具体例として、図２に示したように、複数のチャネル信号を、チャネルシグネチャベクトルを用いてベクトル多重するベクトル多重化部２２０と、切換スイッチ２０３Ａ〜２０３Ｃ、２０４−１〜２０４−３とを設けた場合について述べたが、送信信号処理手段の構成はこれに限らず、要は、空間多重モードに対応した信号処理及び固有モードに対応した信号処理の両方を行うことができるのであればどのようなものでもよい。

さらに、上述した実施の形態では、中継元としてＡＰ１０１を、中継先として端末１０４を例にとって説明したが、これに限らない。一般に中継元の方が中継先よりも空間を密に利用している場合が多いことを考えると、中継元に送信する場合には空間多重モードを用い、中継先に送信する場合には固有モードを用いるようにすれば、中継元、中継先の無線局がどのようなものであっても、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、システム全体でのデータ伝送速度を向上できるといった効果を有し、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やセルラ等の無線中継器、無線中継方法及び無線中継システムに適用して好適である。

本発明の実施の形態に係る中継システムの全体構成を示す図 中継器の構成を示すブロック図 チャネル変動値（チャネル状態情報）の説明に供する図 端末の構成を示すブロック図 チャネル状態情報の共有の仕方の説明に供する図 固有モードを用いるにあたっての好適なビーム選択の仕方を説明に供する図であり、図６Ａは固有値の大きいビームを選択した場合の状態を示す図、図６Ｂは固有値の小さいビームを選択した場合の状態を示す図 固有モードを用いることでＡＰへの干渉が軽減された状態を示す図 従来の無線中継システムの構成を示す図

符号の説明

１００ 中継システム
１０１ アクセスポイント（ＡＰ）
１０２、１０４ 端末
１０３ 中継器
２００、５００ 送信装置
２０２Ａ〜２０２Ｃ 符号化・変調部
２０３Ａ〜２０３Ｃ、２０４−１〜２０４−３ 切換スイッチ
２０９−１〜２０９−３ アンテナ
２１３ チャネル解析部
２２０ ベクトル多重化部
３００、４００ 受信装置
３０６ チャネル状態情報検出部
３０８、４０１ 多重信号分離部
３０９ 制御情報検出部
３２０ モード切換制御部

Claims (7)

1. 複数のアンテナと、
   空間多重モードに対応した信号処理及び固有モードに対応した信号処理を行う送信信号処理手段と、
   中継元に送信する場合には前記送信信号処理手段での処理を空間多重モードに切り換える一方、中継先に送信する場合には前記送信信号処理手段での処理を固有モードに切り換えるモード切換制御手段と
   を具備する無線中継器。
2. 前記送信信号処理手段は、
   複数のチャネル信号をチャネルシグネチャベクトルを用いてベクトル多重するベクトル多重化手段と、
   前記複数のチャネル信号を前記ベクトル多重化手段を介して前記複数のアンテナに与えるか、又は前記ベクトル多重化手段を介さずに前記複数のアンテナに与えるかを切り換える切換スイッチと
   を具備する請求項１に記載の無線中継器。
3. 前記送信信号処理手段は、固有モードに対応した信号処理を行う場合、固有値の総数ｎに対して固有値の大きさがｍ（ｍ＜ｎ）番目以上の固有値に対応するビームのみを形成する
   請求項１に記載の無線中継器。
4. 前記送信信号処理手段は、固有モードに対応した信号処理を行う場合、閾値以上の固有値に対応するビームのみを形成する
   請求項１に記載の無線中継器。
5. 前記中継元は無線基地局であり、前記中継先は端末である
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線中継器。
6. 中継元に空間多重モードで送信を行うステップと、
   中継先に固有モードで送信を行うステップと
   を含む無線中継方法。
7. 空間多重モードで送信する無線基地局と、
   空間多重モードで送信する無線端末と、
   前記無線基地局には空間多重モードで送信する一方、前記無線端末には固有モードで送信する無線中継器と
   を具備する無線中継システム。
   

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