JP2009188551A - 無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高時間利用効率で協調ダイバーシチ効果を得ることが可能な無線通信システムを提供すること。
【解決手段】複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の無線中継局と、その無線基地局及び各無線中継局に送信信号を送信する無線端末とを含む無線通信システムに関し、無線端末により送信された端末信号と、無線中継局が他の通信局から受信した中継信号とを無線中継局において合成し、無線端末により送信された端末信号との混信を許容して無線基地局に送信する方式である。無線基地局では、各無線中継局から送信された合成信号と、端末信号とを分離した上で、合成信号を端末信号と中継信号とに分離する。その後、それぞれの分離手段で得られた端末信号を合成することでダイバーシチ効果を得る。また、反復復号処理を実施することで、合成信号から中継信号を分離する際の分離性能を上げる。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法に関する。特に、従来のブースタとは異なる無線中継局がシステムに含まれることを前提とし、その無線中継局を介した上り回線（又はアップリンク）の通信品質を改善する技術に関する。

無線装置間の通信速度を高速化する技術の一つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれる伝送方式が注目されている。この方式は、文字通り、複数のアンテナを用いた信号の入出力を基本としている。この方式の特徴は、異なる複数のアンテナを利用して、同じタイミング、かつ、同じ周波数で複数の送信データを一度に送信することが可能な点にある。そのため、同時に送信可能なチャネルの数が増加するにつれ、増加したチャネルの分だけ単位時間当たりに送信可能な情報量を増加させることが可能になる。また、この方式は、通信速度を向上させるに当たって、占有される周波数帯域が増加しないという利点も有する。

上記の技術に関連し、現在、３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）においてＶ−ＭＩＭＯ（Ｖｉｒｔｕａｌ−ＭＩＭＯ）と呼ばれる伝送方式の規格化が進められている（図１を参照）。この方式は、マルチユーザＭＩＭＯとも呼ばれ、複数の無線端末から同じタイミングで送信され、空間多重された多重信号を無線基地局側に設けられた複数のアンテナで受信する伝送方式である。この方式を用いると、伝播特性の良い３ユーザが一度にデータ伝送できるため、従来の１ユーザが３倍のデータ伝送を行う場合よりも無線基地局当りのスループットを向上させることが可能になる。

ところで、次世代以降の無線通信では、その通信帯域をより広く確保するために、利用される無線周波数帯が高くなることが予定されている。このように無線周波数帯が高くなると、当然、電波の伝播損失が大きくなり、個々の無線端末又は無線通信局から発信された電波の到達距離が短くなってしまう。そのため、現世代と同等のセル半径を維持するためには、信号を乗せた電波を中継する無線中継局を設ける必要がある。但し、ここで言う無線中継局とは、アナログ領域で受信信号を増幅した上で再送信するブースタとは異なる。また、この無線中継局を複数設けて多中継システム（図３を参照）を構築する状況も考えられる。このように、無線中継局を設けることで、無線基地局に電波が到達しないサービスエリアにおいても、無線端末からの信号を無線基地局まで到達させることが可能になる。

上記の技術を組み合わせた応用技術として、下記の非特許文献１には、無線端末から発信された信号を複数の無線中継局に中継させて無線基地局に送信する協調ダイバーシチと呼ばれる技術が記載されている（図２を参照）。この技術によると、独立な経路を経て信号が無線基地局へ到達することによりダイバーシチ効果が得られるため、受信品質が向上する。但し、この協調ダイバーシチを実現させるには、ダイバーシチ次数と同数の直交チャネルが必要になる。例えば、ＭＩＭＯと協調ダイバーシチとを同時に実現させるには、空間リソースを各無線中継局に割り当てる必要がある。

このように、ＭＩＭＯと協調ダイバーシチとを同時に実現させると、１つのデータ信号を扱う目的で複数のリソースを消費することにより、リソースの利用効率が低下してしまう。この問題に対し、下記の非特許文献１には、時空間符号（ＳＴＢＣ；Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ−Ｂｌｏｃｋ−Ｃｏｄｅ）を用いて複数の無線中継局に割り当てる空間リソースを１リソースで済ませる技術が開示されている。

また、下記の非特許文献２には、無線中継局で受信信号の復調、誤り訂正復号、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）検査、誤り訂正符号化、再変調といった処理を施して再送する再生中継と呼ばれる技術に関する問題点が指摘されている。この再生中継をすると、その処理に要する時間分だけ再送のタイミングが遅延するため、無線基地局に直接到達する信号と、無線中継局で再生中継されて送信される信号とに対し、独立の送出時間単位を割り当てなければならなくなる。この再生中継を用いて、上記のＭＩＭＯと協調ダイバーシチとの組み合わせを実現しようとすると、１つのデータ伝送のために複数の送出時間単位を消費してしまうため、時間利用効率が半減してしまうのである。下記の非特許文献２では、この問題点が指摘されている。

Ｊ．Ｎ．Ｌａｎｅｍａｎ，Ｄ．Ｎ．Ｃ．Ｔｓｅ，Ｇ．Ｗ．Ｗｏｒｎｅｌｌ，"Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ： Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ａｎｄ Ｏｕｔａｇｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．１２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００４． Ｙ．Ｆａｎ ａｎｄ Ｊ．Ｔｈｏｎｍｐｓｏｎ，"ＭＩＭＯ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｒｅｌａｙ Ｃｈａｎｎｅｌｓ： Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．５，Ｍａｙ ２００７．

このように、ＭＩＭＯと協調ダイバーシチとを組み合わせる場合、空間リソースの利用効率の観点、及び時間利用効率の観点からシステム全体の実効的なスループットを向上させるための工夫が求められる。また、無線中継局において、協調ダイバーシチ目的の信号送信を実行している場合、無線基地局の電波到達範囲外等から送信され、無線基地局に中継されるべき信号を転送することができないか、或いは、その転送可能な信号の数が低減されてしまうという問題がある。こうした無線中継局が中継すべき信号を送信できるか否かは、その信号の送信者にとって通信の可否を決する重要な意味合いがある。そうした観点からも、この問題を考慮した上で、上記の実効的なスループット向上に努める必要がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、無線中継局で転送可能な中継信号の数を減少させる事無く、無線中継局と無線基地局との間の実効的なスループットを向上させると同時に、無線通信端末と無線基地局との間で複数の無線中継局を介した協調ダイバーシチ効果を得ることが可能な、新規かつ改良された無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第１の無線中継局と、当該第１の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第２の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第１の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とを含む無線通信システムに係る技術が提供される。

上記の無線通信システムに含まれる前記各第１の無線中継局は、任意の前記第２の無線中継局から送信された前記無線基地局に中継すべき中継信号を受信し、その中継信号に対して誤り訂正復号、再度の誤り訂正符号化、及び再変調を施す復号中継処理部と、前記無線端末から受信した前記送信信号に位相補正を施して間接送信信号を生成する位相補正部と、前記位相補正部により生成された間接送信信号と、前記復号中継処理部により出力された中継信号とを合成して合成信号を生成する信号合成部と、前記信号合成部により生成された前記合成信号を前記無線基地局に送信する信号送信部とを備えている。

上記の第１の無線中継局は、復号中継処理部により、第２の無線中継局から送信された無線基地局に中継すべき中継信号を受信し、その中継信号に対して誤り訂正復号、再度の誤り訂正符号化、及び再変調を施す。このように、中継信号に対しては、復号中継処理部により誤り訂正復号を含む再生成処理が施されるため、中継信号に含まれる位相、及び振幅の不確定性が除かれる。一方、位相補正部は、前記無線端末から受信した前記送信信号に位相補正を施して間接送信信号を生成する。そのため、間接送信信号に対しては、上記の再生成処理を施さず、例えば、位相歪みのみを補正して信号合成部に入力される。このように構成することで、間接送信信号の中継処理に係る遅延を低減することができる。また、上記の信号合成部は、無線端末から受信した信号に位相補正を施して生成された間接送信信号と、復号中継処理部により出力された中継信号とを合成して合成信号を生成する。さらに、上記の信号送信部は、信号合成部により生成された合成信号を無線基地局に送信する。このように、送信信号と中継信号とを合成して送信することで、それぞれ異なるタイムスケジュールで送信する場合に比べて伝送効率を高めることができる。

また、上記の無線通信システムに含まれる前記無線基地局は、前記無線端末から送信された送信信号と、当該送信信号と同一時間帯及び同一周波数で各前記第１の無線中継局から送信された合成信号とを各前記アンテナを介して受信する信号受信部と、前記信号受信部により受信された前記各合成信号と前記無線端末から直接受信した直接送信信号とを分離する第１の信号分離部と、前記第１の信号分離部により分離された前記各合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出を施すことで前記間接送信信号と前記中継信号とに分離する第２の信号分離部と、前記第１の信号分離部により分離された直接送信信号と前記第２の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する送信信号加算部と、前記第１の信号分離部により分離された中継信号、及び前記送信信号加算部により出力された加算後の送信信号に基づき、前記信号受信部により前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成するレプリカ信号生成部と、前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する減算信号生成部とを備えている。

さらに、上記の無線通信システムに含まれる前記無線基地局は、前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び第１信号分離部に入力し、前記第１及び第２の信号分離部、前記送信信号加算部、前記レプリカ信号生成部及び前記減算信号生成部による一連の処理を反復実行する。

上記の無線基地局は、信号受信部により、同じタイミングで前記複数の第１の無線中継局から送信された合成信号、及び前記無線端末から送信された送信信号を前記複数のアンテナを介して受信する。このように、無線基地局は、第１の無線中継局の送信した合成信号と無線端末が送信した直接送信信号との混信を許容している。また、一の送信信号を受信する経路について、無線中継局を介して受信する経路（間接送信信号に対応）と、無線端末から直接的に受信する経路（直接送信信号に対応）とを想定している。

そして、上記の無線基地局は、第１の信号分離部により、信号受信部により受信された各合成信号と無線端末から直接受信した直接送信信号とを分離する。このように、第１の信号分離部を有することで、複数の第１の無線中継局が送信する合成信号と、無線端末が送信する直接的な直接送信信号との混信が許容されるのである。さらに、上記の無線基地局は、第２の信号分離部により、第１の信号分離部により分離された各合成信号に対し、中継信号に対する最尤検出を施すことで間接送信信号と中継信号とに分離する。このように、第２の信号分離部を有することで、第１の無線中継局の各々が中継信号と間接送信信号とを合成して送信することが許容されるのである。

上記の通り、無線基地局は、２段階の信号分離処理により元の信号を取り出している。そのため、無線端末から無線基地局に対して送信される直接送信信号に関し、第１の無線中継局を中継する経路と、無線基地局に直接到達する経路とが存在するにも関わらず、その混在を許容し、これらの経路毎に信号の送出時間を区切る事無く送信することができる。つまり、同一信号を送信する目的で２以上の送出時間単位を消費せずに済むため、時間利用効率が高まり、システム全体のスループットが向上する。

さらに、上記の無線基地局は、送信信号加算部により、第１の信号分離部により分離された直接送信信号と第２の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する。この加算処理により、チャネル特性の異なる複数の経路を介して受信した間接送信信号が加算されることになり、アンテナダイバーシチ（協調ダイバーシチ）の効果が得られる。

但し、上記の第２の信号分離部による最尤検出の際に、合成信号に含まれる間接送信信号成分のため、そのままでは信号分離精度が比較的低い。そこで、上記の無線基地局は、レプリカ信号生成部により、前記第１の信号分離部により分離された中継信号、及び前記送信信号加算部による加算処理後の送信信号に基づいて前記信号受信部により前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成する。次いで、減算信号生成部により、前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する。そして、上記の無線基地局は、前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び第１信号分離部に入力し、前記第１及び第２の信号分離部、及び前記送信信号加算部による処理を反復実行する。このようにレプリカ信号を用いて反復復号処理をすることにより、上記の第２の信号分離部による最尤検出の精度を向上させることができる。

また、前記信号合成部は、前記中継信号の信号点配置図内の最内郭に対応する電力まで前記間接送信信号の電力を制限した上で、当該間接送信信号と前記中継信号とを合成するものであってもよい。上記の通り、第２の信号分離部は、中継信号に対する最尤検出を施して信号分離する。その際、間接送信信号の電力が大きいと、中継信号の信号点候補を絞り込むことが難しくなり、正しい信号点を精度良く推定できなくなる。そこで、中継信号の信号点配置図内の最内郭に対応する電力まで間接送信信号の電力を抑制し、間接送信信号に起因して生じる推定誤差が中継信号の候補信号点間の間隔程度に収まるようにしているのである。

また、前記第１の無線中継局が前記中継信号を受信する際に利用する第１の周波数帯と、前記第１無線中継局、前記無線基地局、及び前記無線端末の間で通信する際に利用される第２の周波数帯とが分けられており、前記第２の周波数帯の幅は、前記第１の周波数帯の幅よりも広くなるように周波数帯の割り当てがされていてもよい。通常、無線基地局の近辺において、多重伝送を利用するようなＭＩＭＯ通信等の高速通信が行われる。ところが、ＭＩＭＯ通信は、干渉に対する耐性が弱い。

そのため、第１の無線中継局や無線端末が直接的に無線基地局と通信するための周波数帯と、外側の領域に位置する第２の無線中継局との間で信号を送受信するための周波数帯とを分けることで、ＭＩＭＯ通信の干渉に対する脆弱性を低減させることができる。また、第２の周波数帯は、干渉を許容する領域であるため、第１の周波数帯よりも狭い幅でよい。一方、ＭＩＭＯ通信等に利用される第１の周波数帯は、極力干渉を抑えるため、上記のように、より広い周波数帯が割り当てられるようにすることが好ましいのである。

また、前記第１の無線中継局は、複数のアンテナを有している場合がある。この場合、前記位相補正部は、前記複数のアンテナを介して受信した前記間接送信信号の位相を揃えて合成する。このように、第１の無線中継局が複数のアンテナを有している場合には、最大比合成を適用することでアンテナ利得を得ることができる。その結果、より良好な状態で間接送信信号を受信し、無線基地局に中継することができるようになる。

また、前記信号合成部は、前記中継信号に要求される品質に応じて前記中継信号に合成される前記間接送信信号の比率を低減又は零にするように構成されていてもよい。上記の通り、各第１の無線中継局は、相互に協調して無線基地局でのアンテナダイバーシチを得るために送信信号を中継している。一方で、中継信号は、無線基地局の電波到達範囲外や受信感度が低い領域から送信された信号である。従って、中継信号の方が重要な場合も多い。そこで、中継信号に高い品質が要求される場合に、間接送信信号との合成比率を変えることで、無線基地局において中継信号をより精度良く推定できるようにしているのである。

また、前記第１の無線中継局は、前記間接送信信号に対して誤り訂正復号を施す誤り訂正復号部と、前記誤り訂正復号部により正しく復号された場合に生成された誤り訂正復号後の間接送信信号を所定の記録装置に記録する信号記録部とをさらに備えていてもよい。そして、前記第１の無線中継局は、前記無線基地局から前記無線端末に送信信号の再送が要求された場合に、当該要求に応じて前記信号記録部により記録された前記送信信号を前記無線基地局に再送するように構成されていてもよい。このように、無線中継局で送信信号の誤り訂正復号を実施し、誤りが無いと判定された場合に、その送信信号を保持しておくことで、再送制御の際に再利用することができる。再送要求があった際に、無線端末が通信環境の良くない場所に移動していた場合でも、無線中継局からの再送信号が無線基地局に送信されるため、再送制御のレスポンスが向上する。また、無線端末が再送制御に応答せずに済むため、無線端末の省電力化にも貢献する。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第１の無線中継局と、当該第１の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第２の無線中継局と、前記無線基地局及び前記各無線中継局に送信信号を送信する無線端末とにより構成される無線通信システムの前記無線基地局内の無線通信装置が提供される。

上記の無線通信装置は、前記無線端末から直接受信した直接送信信号、及び、前記第１の無線中継局を経由して前記無線端末から間接的に受信した間接送信信号と前記第２の無線中継局から受信した中継信号とが合成された合成信号を同一時間帯及び同一周波数で各前記アンテナを介して信号受信部と、前記信号受信部により受信された前記合成信号と前記直接送信信号とを分離する第１の信号分離部と、前記第１の信号分離部により分離された前記合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出を施すことで前記間接送信信号と前記中継信号とを分離する第２の信号分離部と、前記第１の信号分離部により分離された直接送信信号と前記第２の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する信号加算部と、前記第１の信号分離部により分離された中継信号、及び前記信号加算部により出力された加算後の送信信号に基づいて前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成するレプリカ信号生成部と、前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する減算信号生成部とを備える。

さらに、上記の無線通信装置は、前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び第１の信号分離部に入力し、前記第１及び第２の信号分離部、前記信号加算部、前記レプリカ信号生成部及び前記減算信号生成部による一連の処理を反復実行することを特徴とするものである。

上記の無線通信装置が備える信号受信部は、前記無線端末から直接受信した直接送信信号、及び、前記第１の無線中継局を経由して前記無線端末から間接的に受信した間接送信信号と前記第２の無線中継局から受信した中継信号とが合成された合成信号を同一時間帯及び同一周波数で各前記アンテナを介して受信する。このように、上記の無線通信装置は、複数チャネルを通じて伝送された合成信号と、その合成信号に含まれる間接送信信号とを同じタイミングで受信することを許容するものである。この受信方法を許容するために、上記の無線通信装置は、第１及び第２の信号分離部を備えている。まず、第１の信号分離部は、前記信号受信部により受信された前記合成信号と前記直接送信信号とを分離する。そして、第２の信号分離部は、前記第１の信号分離部により分離された前記合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出を施すことで前記間接送信信号と前記中継信号とを分離する。

このように、２段階に信号分離処理を分けることで、中継信号及び間接送信信号を合成して同時に送信することと、その合成信号と直接送信信号とを同じタイミングで送信することとを両立させている。そのため、信号送出に要する時間効率が向上している。そして、上記の無線通信装置は、信号加算部により、前記第１の信号分離部により分離された直接送信信号と前記第２の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する。合成信号と直接送信信号とが異なるチャネルで伝送されているため、合成信号に含まれる間接送信信号の分だけダイバーシチ効果が得られる。但し、中継信号に関する最尤検出により、合成信号から中継信号を分離する際に、間接送信信号が雑音成分として寄与し、分離精度を劣化させる原因となる。

そこで、上記の無線通信装置は、レプリカ信号生成部により、前記第１の信号分離部により分離された中継信号、及び前記信号加算部により出力された加算後の送信信号に基づいて前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成する。そして、減算信号生成部により、前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する。その上で、上記の無線通信装置は、前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び第１の信号分離部に入力し、前記第１及び第２の信号分離部、及び前記信号加算部による処理を反復実行する。この反復処理により、上記の最尤検出において間接送信信号の存在に起因する分離精度の劣化が抑制され、より高い精度で中継信号が推定されるようになる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第１の無線中継局と、当該第１の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第２の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第１の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とにより実現される無線通信方法が提供される。当該無線通信方法は、前記各第１の無線中継局により、任意の前記第２の無線中継局から送信された前記無線基地局に中継すべき中継信号が受信され、その中継信号に対して誤り訂正復号、再度の誤り訂正符号化、及び再変調が施される復号中継処理工程と、前記無線端末から受信された前記送信信号に位相補正が施されて間接送信信号が生成される位相補正工程と、前記位相補正工程で生成された間接送信信号と前記復号中継処理工程で処理された中継信号とが合成されて合成信号が生成される信号合成工程と、前記信号合成工程において生成された前記合成信号が前記無線基地局に送信される信号送信工程とを含んでいる。

さらに、上記の無線通信方法は、前記無線基地局により、前記無線端末から送信された送信信号と、当該送信信号と同一時間帯及び同一周波数で各前記第１の無線中継局から送信された合成信号とが各前記アンテナを介して受信される信号受信工程と、前記信号受信工程において受信された前記各合成信号と前記無線端末から直接受信された直接送信信号とが分離される第１の信号分離工程と、前記第１の信号分離工程において分離された前記各合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出が施され、前記間接送信信号と前記中継信号とに分離される第２の信号分離工程と、前記第１の信号分離工程において分離された直接送信信号と前記第２の信号分離工程において分離された間接送信信号とが加算される送信信号加算工程と、前記第１の信号分離工程において分離された中継信号、及び前記送信信号加算工程における加算処理後の送信信号に基づいて、前記信号受信工程において前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカが生成されるレプリカ信号生成工程と、前記レプリカ信号生成工程において生成されたレプリカ信号が前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算されて減算信号が生成される減算信号生成工程とを含んでいる。

そして、上記の無線通信方法は、前記無線基地局により、前記減算信号生成工程において生成された減算信号が再び第１信号分離部に入力され、前記第１及び第２の信号分離工程、前記送信信号加算工程、前記レプリカ信号生成工程及び前記減算信号生成工程における一連の処理が反復実行されることを特徴とするものである。かかる構成により、複数の無線中継局を介して送信される間接送信信号の分だけ、協調ダイバーシチの効果を得ることができる。また、中継信号、及び送信信号を共に扱う際に、個別に送出時間単位を消費することが無く、さらに、無線端末と無線中継局とで送出時間単位を個別に消費することが無いため、時間効率を大きく向上させることができる。

以上説明したように本発明によれば、無線中継局で転送可能な中継信号の数を減少させる事無く、無線中継局と無線基地局との間の実効的なスループットを向上させると同時に、無線通信端末と無線基地局との間で複数の無線中継局を介した協調ダイバーシチ効果を得ることが可能になる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［無線中継局による信号転送方式について］
まず、本発明の実施形態について説明するに先立ち、当該実施形態に係る技術の理解を助けるため、無線中継局による信号転送方式について簡単に説明する。ここでは、無線中継局における信号の転送方式として、次の２つの方式について説明する。

１つは、ＡＦ（Ａｍｐｌｉｆｙ−ａｎｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ）方式と呼ばれる転送方式である。もう１つは、ＤＦ（Ｄｅｃｏｄｅ−ａｎｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ）方式と呼ばれる転送方式である。

（ＡＦ方式）
ここで言うＡＦ方式とは、従来のブースタとは異なり、デジタル領域で信号に比較的簡単な信号処理を施した後に無線基地局に対して転送する方式である。以下の説明において、このＡＦ方式のことを非再生中継と呼ぶ場合がある。尚、従来のブースタは、アナログ領域で信号を増幅した後に無線基地局に対して転送する方式を採用している。

ＡＦ方式では、処理時間の短い処理しか実施されずに信号が転送されるため、その転送処理により発生する遅延時間が短いという特徴がある。そのため、その遅延時間がガードインターバルと呼ばれる予備区画に収まる場合、無線端末の信号送信と、無線中継局による当該信号の受送信とが実質的に同時に実行されたものと同じになる。そのため、無線端末から直接的に無線基地局に到達した信号と、無線中継局を介して無線基地局に到達した信号とにより協調ダイバーシチの効果が得られる。しかしながら、転送処理、及び無線中継局−無線基地局間の伝達時間に起因する遅延時間をガードインターバル内に抑制することは技術的に困難である。そのため、ＡＦ方式を用いて協調ダイバーシチを実現するには工夫が必要になる。

（ＤＦ方式）
一方、ＤＦ方式とは、デジタル領域において、復調、誤り訂正復号、ＣＲＣ検査、誤り訂正符号化、及び再変調等の処理を実行した後に信号を転送する方式である。以下の説明において、このＤＦ方式のことを再生中継と呼ぶ場合がある。このように、ＤＦ方式では、受信した信号を復調して誤り訂正処理を施し、その上で再変調して転送するため、ＡＦ方式に比べて高い信号品質を得られるものの、その転送処理に長い時間を要してしまう。

そのため、協調ダイバーシチを利用する場合、無線端末が送信した信号を無線中継局が再変調して送信する時点で、無線端末は、その信号と異なる信号を送信している。その結果、無線中継局が再変調して送信する信号と、無線端末が送信する異なる信号とが衝突してしまう。これを避けるために、スケジューラにより信号の送出時間を区切ることが一般的に行われている。例えば、偶数フレーム番号の期間が無線端末から無線中継局への送出時間に割り当てられ、奇数フレーム番号の期間が無線中継局から無線基地局（又は無線中継局間）の送出時間に割り当てられる。この場合、同一の信号を扱う目的で２つのフレーム期間を消費してしまうため、実効的な伝送効率が半減してしまう。

以上、無線中継局による信号転送方式について簡単に説明した。上記の通り、ＡＦ方式は、転送処理に掛かる遅延時間が短いが、信号品質が比較的低い。一方、ＤＦ方式は、転送処理に掛かる遅延時間が大きいものの、信号品質が比較的高いという特徴を有している。そのため、単純な多中継システム（図３を参照）の無線中継局にはＤＦ方式が適している。一方、協調ダイバーシチに関しては、ＡＦ方式、及びＤＦ方式を巧く組み合わせて利用する工夫が求められる。

［一般的な無線通信システムの構成例］
次に、本発明の実施形態に係る無線通信システムとの間の相違点を明確にするため、ここで、図１、図２、及び図３を参照しながら、一般的な無線通信システムの構成例について簡単に説明する。図１は、マルチユーザＭＩＭＯに係る無線通信システム１のシステム構成例を示す説明図である。図２は、協調ダイバーシチに係る無線通信システム２のシステム構成例を示す説明図である。図３は、多中継システムに係る無線通信システム３のシステム構成例を示す説明図である。

（マルチユーザＭＩＭＯシステム）
まず、図１を参照する。図１に示すように、マルチユーザＭＩＭＯに係る無線通信システム１は、複数の無線端末１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、及び無線基地局２０により構成されており、無線基地局２０が備える複数のアンテナを介して複数の無線端末１０ａ、１０ｂ、１０ｃが同じ周波数帯を利用して同じタイミングで信号を送信することができる。

無線基地局２０は、複数の無線端末１０ａ、１０ｂ、１０ｃから受信した空間多重信号をストリーム毎に分離する信号分離手段を有しており、空間多重信号をストリーム毎に分離して各送信データを再生することができる。但し、複数の無線端末１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、無線基地局２０の通信可能エリアＡ１内に位置している。このように、複数の信号を同一周波数帯、同じタイミングで送信することができるため、時間リソース及び周波数リソースを効率的に利用することができる。

（協調ダイバーシチシステム）
次に、図２を参照する。図２に示すように、協調ダイバーシチに係る無線通信システム２は、無線端末１０と、無線基地局２０と、複数の無線中継局３０ａ、３０ｂとを含んでいる。但し、無線端末１０は、複数の無線中継局３０ａ、３０ｂの通信可能エリアＡ２、Ａ３内に位置しているものとする。この無線通信システム２において、無線端末１０から送信された信号は、複数の無線中継局３０ａ、３０ｂに受信され、無線中継局３０ａ、３０ｂのそれぞれで再生中継された後で同じタイミングで無線基地局２０に転送される。

このとき、複数の無線中継局３０ａ、３０ｂから転送された信号は、無線基地局２０に至る伝送経路内で空間多重され、空間多重信号として無線基地局２０に到達する。そのため、無線端末１０から送信された信号は、互いに異なるチャネル特性を有する経路を経て無線基地局２０に到達することになり、ダイバーシチ効果が得られる。

（多中継システム）
次に、図３を参照する。図３に示すように、多中継システムに係る無線通信システム３は、無線端末１０と、無線基地局２０と、無線端末１０及び無線基地局２０の間を中継する複数の無線中継局３０ａ、３０ｂとにより構成される。但し、無線端末１０は、無線基地局２０の通信可能エリアＡ１の外であり、且つ、無線中継局３０ｂの通信可能エリアＡ３内に位置する。また、無線中継局３０ｂは、無線中継局３０ａとの間で通信可能である。

このような状況の場合、無線端末１０が発した電波は、無線基地局２０に直接到達しないため、無線中継局３０ｂ、無線中継局３０ａの順で中継されて無線基地局２０に転送される。このとき、無線中継局３０ｂは、無線端末１０から受信した信号をＤＦ方式で再生中継する。同様に、無線中継局３０ａは、無線中継局３０ｂから再生中継された中継信号を更に再生中継して無線基地局２０に伝達する。このように多中継システムを適用することで、無線基地局２０から離れた位置の無線端末１０からも通信することが可能になる。既に述べた通り、次世代以降の無線通信では、信号伝送に高周波数帯の利用が予想されることから、こうした無線中継局による多中継伝送技術が重要になると考えられる。

以上、一般的な無線通信システムの構成例について簡単に説明した。上記の通り、時間リソース、及び周波数リソースの有効利用という観点から、マルチユーザＭＩＭＯを含むＭＩＭＯ伝送方式が有効である。一方で、無線基地局の通信可能エリアを拡大するための多中継伝送方式も重要である。さらに、複数の無線中継局を利用することでダイバーシチ効果を得ることが可能な協調ダイバーシチ方式も非常に魅力的な技術である。ところが、これらの方式を単純に組み合わせる場合に、既に述べたような種々の問題点が発生する。そこで、以下に示す実施形態では、こうした問題点を解決することが可能な無線通信システムの構成例を提案する。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について説明する。本実施形態は、複数の無線中継局を含み、協調ダイバーシチシステム、及び多中継システムの構成を組み合わせつつも、時間、空間、及び周波数のいずれのリソースをも無駄にしない無線通信システムの構成を提案するものである。

［システムの全体構成］
まず、図４を参照しながら、本実施形態に係る無線通信システム４のシステム構成について説明する。図４は、本実施形態に係る無線通信システム４のシステム構成を示す説明図である。以下の説明において、無線端末１０から送信された信号を端末信号と呼び、端末信号以外の信号（特に、無線基地局４０の通信可能エリアＡ１の外から送信された信号）を中継信号と呼ぶことにする。

図４に示すように、無線通信システム４は、例えば、無線端末１０と、複数の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂと、第２の無線中継局３０と、無線基地局４０とを含んでいる。無線基地局４０の通信可能エリアＡ１には、複数の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂ、及び無線端末１０が含まれる。そして、無線基地局４０の通信可能エリアＡ１の外側には、第２の無線中継局３０が位置している。また、無線通信を統括するスケジューラ（非図示）により通信の許可が下りた場合に、複数の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂ、及び無線端末１０は、無線基地局４０に信号を送信できるものとする。尚、このスケジューラは、無線基地局４０、又は他の通信局に設けられる。

無線端末１０から発信された端末信号は、無線基地局４０の他にも、複数の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂに到達して受信される。そして、複数の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂにより受信された端末信号は、それぞれ無線基地局４０に転送される。そのため、無線基地局４０には、無線端末１０から直接的に端末信号（直接送信信号に対応）が到達すると共に、複数の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂにより中継された端末信号（間接送信信号に対応）が到達する。このように、無線端末１０から送信された端末信号は、互いに異なる複数の経路を経て無線基地局４０に到達する。そのため、上記の協調ダイバーシチ効果が得られるのである。

一方、第１の無線中継局５０ａでは、第２の無線中継局３０から送信された中継信号が受信される。尚、第１の無線中継局５０ｂについても、他の通信局から送信された中継信号が到達した場合に、それを受信して無線基地局４０に中継する機能がある。これらの第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、それぞれ受信した中継信号を記憶手段に一旦保持しておき、スケジューラによる通信許可が下りた際に無線基地局４０に送信する。このように、中継信号は、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂを介して無線基地局４０に中継される。そのため、上記の多中継システムと同様に、無線基地局４０による通信可能エリアＡ１を実質的に拡張することができるのである。

但し、本実施形態に係る第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、スケジューラが許可した１つの時間単位の中で端末信号、及び中継信号を同時に送信する。このとき、本実施形態に係る第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、無線端末１０が端末信号を送信する時間単位の中で端末信号、及び中継信号を同時に送信することになる。このような状況において、本実施形態に係る無線通信システム４は、無線端末１０から送信された端末信号と、複数の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂが中継する端末信号及び中継信号との間の混信を許容し、時間効率を高めることができるのである。さらに、上記の通り、端末信号に対する協調ダイバーシチの効果が得られる。

但し、これらの効果を得るためには、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂ、及び無線基地局４０の機能構成に工夫を凝らす必要がある。その工夫こそが、本実施形態の特徴部分である。そこで、本実施形態に係る第１の無線中継局５０ａ、５０ｂ、及び無線基地局４０の機能構成について、以下で詳細に説明する。

［第１の無線中継局５０ａ、５０ｂの機能構成］
ここで、図５を参照しながら、本実施形態に係る第１の無線中継局５０ａ、５０ｂの機能構成について説明する。図５は、本実施形態に係る第１の無線中継局５０ａ、５０ｂの機能構成を示す説明図である。尚、図５には、説明の都合上、無線端末１０の機能構成についても簡単に示した。図５に示すように、無線端末１０において、伝送データが符号化部１０２により符号化され、その符号化データが変調部１０４により変調マッピングされ、その変調信号がＩＦＦＴ部１０６により時間領域の変調信号に変換されて、端末信号としてアンテナ１０８から送信される。尚、ガードインターバルの付加等、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）に係る基本的な処理については詳細な説明を省略する。

図５に示すように、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、主に、アンテナ５０２と、合成部５０４と、ＡＦ処理ブロック５１０と、ＤＦ処理ブロック５５０と、記憶部５０６とを備える。このＤＦ処理ブロック５５０は、復号中継処理部の一例である。尚、図中では、説明の都合上、アンテナ５０２を送信アンテナ／受信アンテナに分けて記載している点に注意されたい。

まず、端末信号Ｘ_ｓに係る処理について説明する。まず、第１の無線中継局５０ａは、アンテナ５０２を介して端末信号Ｘ_ｓを受信すると、その端末信号Ｘ_ｓをＡＦ処理ブロック５１０に入力して端末信号Ｘ_ｓに含まれる位相を補正する。そのため、ＡＦ処理ブロック５１０には、主に、ＦＦＴ部５１２と、同期検波部５１４と、ＩＦＦＴ部５１６とが含まれる。

ＦＦＴ部５１２は、アンテナ５０２から入力された端末信号Ｘ_ｓを周波数領域の信号に変換し、同期検波部５１４に入力する。同期検波部５１４は、ＦＦＴ部５１２から入力された周波数領域の端末信号Ｘ_ｓに対して同期検波を施して位相を補正し、ＩＦＦＴ部５１６に入力する。例えば、同期検波部５１４では、無線端末１０と第１の無線中継局５０ａ、５０ｂとの間の伝達関数を利用して端末信号Ｘ_ｓの位相歪みが除かれる。ＩＦＦＴ部５１６は、同期検波部５１４により位相が補正された端末信号Ｘ_ｓを時間領域の信号に変換し、合成部５０４に入力する。

このように、端末信号Ｘ_ｓを同期検波して出力するため、同期検波後の端末信号Ｘ_ｓからは位相の不確定性が取り除かれている。但し、振幅に関する２値判定等の処理は実施されない。また、ＡＦ処理ブロック５１０には、位相補正された端末信号Ｘ_ｓ（準アナログ信号）を所定の増幅率（ρ）で増幅する増幅手段が含まれていてもよい。その場合、増幅手段により増幅された信号が合成部５０４に入力される。尚、ＡＦ処理ブロック５１０による位相補正処理には、ある程度の処理時間が必要になるため、この処理に起因して遅延時間が発生する。この遅延時間は、シンボル時間の整数倍とし、後述する無線基地局４０の反復復号処理の処理時間に対して十分に短くなるように調整されることが好ましい。

次に、中継信号Ｘ_ＤＦに係る処理について説明する。尚、第１の無線中継局５０ａが受信した中継信号をＸ_ＤＦａ、第１の無線中継局５０ｂが受信した中継信号をＸ_ＤＦｂと表記する。第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、アンテナ５０２を介して中継信号Ｘ_ＤＦを受信すると、その中継信号Ｘ_ＤＦをＤＦ処理ブロック５５０に入力し、ＤＦ方式で中継信号Ｘ_ＤＦに誤り訂正復号を施した上で合成部５０４に入力する。ＤＦ処理ブロック５５０には、ＦＦＴ部５５２と、ＤＦ処理部５５４と、ＩＦＦＴ部５５６とが含まれている。

ＦＦＴ部５５２は、アンテナ５０２から入力された端末信号Ｘ_ｓを周波数領域の信号に変換し、ＤＦ処理部５５４に入力する。ＤＦ処理部５５４は、ＦＦＴ部５５２から入力された中継信号Ｘ_ＤＦを復調し、誤り訂正復号した後でＣＲＣ検査を実行する。そして、ＤＦ処理部５５４は、その出力信号を誤り訂正符号化して再変調し、再生後の中継信号Ｘ_ＤＦをＩＦＦＴ部５５６に入力する。ＩＦＦＴ部５５６は、ＤＦ処理された中継信号Ｘ_ＤＦを時間領域の信号に変換し、合成部５０４に入力する。このように、中継信号Ｘ_ＤＦは、位相補正だけでなく、誤り訂正復号まで実施されて２値化されるため、位相及び振幅において不確定性が取り除かれる。

上記のように端末信号Ｘ_ｓ、及び中継信号Ｘ_ＤＦは、それぞれＡＦ処理ブロック５１０、及びＤＦ処理ブロック５５０で処理された後、合成部５０４に入力される。このとき、合成部５０４は、ＤＦ処理ブロック５５０から入力された中継信号Ｘ_ＤＦを記憶部５０６に記録しておくことができる。合成部５０４は、入力された端末信号Ｘ_ｓ、及び中継信号Ｘ_ＤＦを合成して合成信号Ｘ_Ｒを生成し、アンテナ５０２を介して無線基地局４０に送信する。このとき、合成部５０４は、入力された端末信号Ｘ_ｓに対し、記憶部５０６に予め記録しておいた中継信号Ｘ_ＤＦを合成して送信することもできる。

また、一つの応用例として、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、記憶部５０６に記録された中継信号Ｘ_ＤＦを無線基地局４０から無線端末１０への再送要求に応じて、無線端末１０の代わりに無線基地局４０に再送してもよい。また、他の応用例として、合成部５０４は、中継信号Ｘ_ＤＦに高品質が求められる場合に、端末信号Ｘ_ｓを合成せずに送信するか、或いは、端末信号Ｘ_ｓの合成比率を低減して送信することも可能である。尚、以下の説明において、第１の無線中継局５０ａから送信される合成信号をＸ_Ｒａ、第１の無線中継局５０ｂから送信される合成信号をＸ_Ｒｂと呼ぶことにする。

（中継信号Ｘ_ＤＦと端末信号Ｘ_ｓとの合成比率について）
後述するように、合成部５０４により合成された合成信号Ｘ_Ｒは、無線基地局４０により分離される。その際、中継信号Ｘ_ＤＦに対する端末信号Ｘ_ｓの電力比率が大きいと、合成信号Ｘ_Ｒから中継信号Ｘ_ＤＦを復号する際の復号精度が低下してしまうという問題が発生する。この問題に鑑み、例えば、図１０に示すように、端末信号Ｘ_ｓを中継信号Ｘ_ＤＦに対して少ない電力に制限する方法を提案する。

図１０に示すように、中継信号Ｘ_ＤＦの信号点配置図内で、中継信号Ｘ_ＤＦの１つの信号点が配置された区画よりも小さい範囲内に端末信号Ｘ_ｓの全ての信号点が配置されるように電力を抑制するのが好ましい。このような構成にすると、中継信号Ｘ_ＤＦの１つの候補シンボルに対し、端末信号Ｘ_ｓ分の雑音が含まれていたとしても、隣接する候補シンボルとの区別が可能になるからである。但し、図１０の例は、説明の都合上、端末信号Ｘ_ｓのＳＮ比が非常に良好で振幅不確定性が無い場合を例示したものである。

以上、本実施形態に係る第１の無線中継局５０ａ、５０ｂの機能構成について説明した。上記の通り、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、端末信号Ｘ_ｓと中継信号Ｘ_Ｒとを合成して送信するように構成されている。つまり、端末信号Ｘ_ｓ、及び中継信号Ｘ_Ｒが同時に送信される。そのため、端末信号Ｘ_ｓ、及び中継信号Ｘ_Ｒを同一リソースで送信することができる。尚、図５に示した通り、無線基地局４０には、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂから送信された合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂと、無線端末１０から送信された直接信号Ｘ_ｓとが伝送路で空間多重された空間多重信号が到達することになる。この状況を踏まえ、以下では、無線基地局４０の機能構成について詳細に説明する。

［無線基地局４０の機能構成］
次に、図６を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局４０の機能構成について説明する。図６は、本実施形態に係る無線基地局４０の機能構成を示す説明図である。

図６に示すように、無線基地局４０は、複数のアンテナ４０２に加え、主に、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４と、最尤検出部４０６、４１２と、誤り訂正復号部４０８、４１４、４２６と、減算器４１０、４１６、４４２、４４４、４４６と、加算器４１８、４２４と、レプリカ信号生成ブロック４３０とにより構成される。

まず、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４には、複数のアンテナ４０２を介して空間多重信号が入力される。この空間多重信号は、上記の通り、無線端末１０から送信された端末信号Ｘ_ｓ、及び第１の無線中継局５０ａ、５０ｂのそれぞれから送信された合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂが伝送路で空間多重されたものである。ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４は、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）法に基づいて空間多重信号を端末信号Ｘ_ｓ、合成信号Ｘ_Ｒａ、合成信号Ｘ_Ｒｂに分離する。

尚、この例ではＭＭＳＥ法による信号分離手段を示したが、例えば、ＺＦ（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）法等の他の空間分離法により上記の分離処理を実施してもよい。このようにして分離された端末信号Ｘ_ｓ、合成信号Ｘ_Ｒａ、合成信号Ｘ_Ｒｂは次のように出力される。まず、端末信号Ｘ_ｓは、遅延出力部４２０に入力される。一方、合成信号Ｘ_Ｒａは、最尤検出部４０６、及び減算器４１０に入力される。さらに、合成信号Ｘ_Ｒｂは、最尤検出部４１２、及び減算器４１６に入力される。

最尤検出部４０６では、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４から入力された合成信号Ｘ_Ｒａに対し、その合成信号Ｘ_Ｒａに含まれる中継信号Ｘ_ＤＦａについて最尤検出を実施する。そして、最尤検出部４０６は、最尤検出により推定された中継信号Ｘ_ＤＦａを減算器４１０、及び誤り訂正復号部４０８に入力する。誤り訂正復号部４０８では、最尤検出部４０６により推定された中継信号Ｘ_ＤＦａに対して誤り訂正復号を実施し、伝送データを再生する。この伝送データは、後述する反復復号の初段において、レプリカ信号生成ブロック４３０に入力される。一方、減算器４１０では、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４から入力された合成信号Ｘ_ＤＦａから最尤検出部４０６により推定された中継信号Ｘ_ＤＦａが減算される。そして、減算器４１０の出力信号は、加算器４１８に入力される。

また、最尤検出部４１２では、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４から入力された合成信号Ｘ_Ｒｂに対し、その合成信号Ｘ_Ｒｂに含まれる中継信号Ｘ_ＤＦｂについて最尤検出を実施する。そして、最尤検出部４１２は、最尤検出により推定された中継信号Ｘ_ＤＦｂを減算器４１６、及び誤り訂正復号部４１４に入力する。誤り訂正復号部４１４では、最尤検出部４１２により推定された中継信号Ｘ_ＤＦｂに対して誤り訂正復号を実施し、伝送データを再生する。この伝送データは、後述する反復復号の初段において、レプリカ信号生成ブロック４３０に入力される。一方、減算器４１６では、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４から入力された合成信号ＸＤＦｂから最尤検出部４１２により推定された中継信号Ｘ_ＤＦｂが減算される。そして、減算器４１６の出力信号は、加算器４１８に入力される。

加算器４１８では、減算器４１０、４１６から出力された信号が加算される。そして、加算器４１８により加算された信号は、加算器４２４に入力される。このとき、加算器４２４には、遅延出力部４２０に一旦保持されて遅延調整されていた端末信号Ｘ_ｓが入力され、減算器４１０、４１６から出力された信号の加算信号に更に加算される。そして、加算器４１８により加算された信号は、誤り訂正復号部４２６に入力される。誤り訂正復号部４２６では、入力された信号に対して誤り訂正復号を実施し、伝送データを再生する。この伝送データは、後述する反復復号の初段において、レプリカ信号生成ブロック４３０に入力される。

このように、図６に（Ａ）で示したブロックは、伝送路で空間多重された空間多重信号を分離する第１の分離手段と、各無線中継局で合成された信号を分離する第２の分離手段とを含んで構成されている。そのため、無線中継局での信号合成を許容することが可能であると共に、複数の無線中継局、及び無線端末から送信される信号の混信を許容することができるのである。さらに、図６に（Ｂ）で示したブロックでは、各合成信号を最尤検出により分離して得られる端末信号を直接受信した端末信号に加算している。そのため、異なる経路で伝送された端末信号による協調ダイバーシチ効果が得られるのである。

上記の機能構成、及び効果について、数式表現を交えた説明を加える。まず、図４に示すように、無線端末１０と第１の無線中継局５０ａ、５０ｂとの間の伝達関数ベクトルをそれぞれＨ_ＳＲａ、Ｈ_ＳＲｂと表記する。同様に、無線端末１０と無線基地局４０との間の伝達関数ベクトルをＨ_ＳＤと表記する。さらに、無線基地局４０と第１の無線中継局５０ａ、５０ｂとの間の伝達関数ベクトルをそれぞれＨ_ＲＤａ、Ｈ_ＲＤｂと表記する。

ここで、無線基地局４０の第ｉ番目のアンテナにおける雑音をｎ_Ｄｉと表現すると、無線基地局４０が受信した空間多重信号の受信信号ベクトルＹは、下式（１）のように表現される。さらに、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂにより合成された合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂを端末信号Ｘ_ｓと中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂとに分解すると、下式（２）のようになる。但し、Ｎ_Ｒａ、Ｎ_Ｒｂは、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂにて端末信号Ｘ_ｓを受信した際の雑音ベクトルを表す。

尚、上記の式展開において、合成信号Ｘ_Ｒａに含まれる端末信号Ｘ_ｓの成分にＨ_ＳＲａ ^Ｈ、又はＨ_ＳＲｂ ^Ｈを作用させる演算は、同期検波（又は最大比合成）による位相補正の処理を表現している。また、合成信号Ｘ_Ｒａに含まれる端末信号Ｘ_ｓをＸ_ｓ’と表記したのは、無線端末１０から無線基地局４０に直接的に到達した端末信号Ｘ_ｓに対して遅延していることを明示するためである。また、ρ_Ｒａ、ρ_Ｒｂは、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂで端末信号Ｘ_ｓが増幅された際の増幅ゲインである。この受信信号ベクトルＹに対し、ＺＦ法に基づく空間分離処理を施すと、下式（３）のように表現される。但し、Ｎ_Ｄは雑音ベクトルである。また、ここでは複雑な数式表現を避けるため、ＺＦ法による空間分離について説明したが、実際にはＭＭＳＥ法による空間分離、又はその他の空間分離法が利用できる。尚、Ｗ_ＺＦは、ＺＦ法による等価係数である。

このように、無線端末１０から直接的に受信した端末信号Ｘ_ｓと、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂから受信した合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂとを分離することができる。さらに、無線基地局４０は、最尤検出（ＭＬＤ）により合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂから中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂを推定する。このとき、最尤検出の対象は、中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂのみである。中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂは、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂを経由する際に雑音が混入した端末信号Ｘ_ｓとは異なり、予め変調次数、及び伝送路変動が判明しているために最尤検出が可能なのである。但し、端末信号Ｘ_ｓが干渉源となっており、その分だけ復号性能が劣化してしまうという問題を孕んでいる点に注意が必要である。

この問題に対し、本実施形態に係る無線基地局４０は、端末信号Ｘ_ｓを干渉源とする復号性能の劣化を低減させるため、反復復号による信号処理方法を提案する。図６に示すように、誤り訂正復号部４０８、４１４、４２６から出力された伝送データは、レプリカ信号生成ブロック４３０に入力される。そして、端末信号Ｘ_ｓ、及び合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂの空間多重信号のレプリカ信号が生成され、減算器４４２、４４４、４４６に入力される。減算器４４２、４４４、４４６では、該当する各アンテナ４０２から入力された空間多重信号からレプリカ信号を減算し、再びＭＭＳＥ空間フィルタ４０４に入力する。そして、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４以降の処理が再び繰り返される（反復復号）。

レプリカ信号生成ブロック４３０では、誤り訂正復号されたデータが符号化部４３２に入力されて再び符号化され、その符号化データが変調部４３４により変調マッピングされた後、空間多重部４３６により、伝達関数を用いて空間多重信号のレプリカが生成される。そのレプリカ信号は、ＩＦＦＴ部４３８により時間領域の信号に変換され、ゲイン調整部４４０に入力される。ゲイン調整部４４０では、第１の無線中継局５０ａ、５０ｂで増幅された際の増幅ゲインでレプリカ信号を増幅して減算器４４２、４４４、４４６に入力する。

但し、上記のように、図６の例には、この反復復号を実行するための構成を一般化した表現で示している。より具体的に、例えば、３種類の信号（Ｘ_ｓ、Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂ）を反復復号する場合には、３種類の独立した反復復号の処理構成が必要になる。一例として、信号Ｘ_ｓの信号精度を向上させるには、無線基地局４０の受信信号から中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂを減算する必要がある。この場合、レプリカ生成ブロック４３０は、信号Ｘ_ｓを零として扱い、中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂのみに関するレプリカ信号を生成して減算器４４２、４４４、４４６に入力する。この処理により、中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂの成分が受信信号からキャンセルされ、送信信号Ｘ_ｓの推定精度を向上させることができるのである。また、中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂについても、その信号以外の信号についてレプリカ信号を生成し、受信信号からキャンセルすることで、対象とする信号の推定精度を高めることができるのである。

ところで、無線基地局４０において上記のような反復復号を実施する場合、その反復復号の処理に要する遅延時間に対して相対的に少ない遅延時間差で第１の無線中継局５０ａ、５０ｂからの合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂが到達すれば、中継処理に係る実質的な遅延が吸収される。

さて、最尤検出により中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂが分離されると、その分離された中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂがそれぞれ合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂから減算され、合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂに含まれる端末信号Ｘ_ｓ’の成分が抽出される。さらに、これらの成分が加算され、下式（４）に示されるような信号が生成される。ここで、簡単化のために、増幅ゲインρ_Ｒａ＝１／｜Ｈ_ＳＲａ｜^２、ρ_Ｒｂ＝１／｜Ｈ_ＳＲｂ｜^２と仮定した上で、下式（４）の信号と、無線端末１０から直接的に到達し、遅延させていた端末信号Ｘ_ｓとを加算すると下式（５）のようになる。

上記の式（５）で示された加算信号から信号電力Ｓ、及び雑音電力Ｎを求めると、下記の式（６）、及び式（７）のようになる。但し、Ｎ_Ｒａ、Ｎ_Ｒｂ、Ｎ_Ｄは互いに無相関であり、その積の期待値が０となるものと仮定する。また、｛｝_［ｉ］は、ベクトルの第ｉ成分を表す。

上記の式（６）を参照すると、無線端末１０と第１の無線中継局５０ａ、５０ｂとの間の伝達関数の絶対値分だけ端末信号Ｘ_ｓの信号電力Ｓが増大していることが分かる。つまり、複数経路を介して受信された端末信号Ｘ_ｓにおいて協調ダイバーシチの効果が得られることが示されたことになる。

以上説明したように、本実施形態に係る無線基地局４０は、複数の無線中継局から送信された合成信号と、無線端末から直接的に到達した端末信号とを空間分離する第１の分離手段と、各無線中継局で合成された端末信号及び中継信号を分離する第２の分離手段を設けた点に特徴がある。さらに、第２の分離手段で中継信号に対する最尤検出を実施する際に、端末信号に起因する復号性能の劣化を抑制するため、反復復号処理を加える構成としている。このような構成を採ることで、無線中継局での信号合成を許容し、さらに、合成信号と端末信号とが伝送路で混信することを許容することができるようになる。その結果として、時間、空間、及び周波数のいずれのリソースをも無駄にする事無く、端末信号に対して協調ダイバーシチ効果を得ることが可能になるのである。

以上、本発明に係る第１実施形態について説明した。このシステム構成を適用することで、送信側（無線端末、無線中継局）に負担を強いる事無く、無線端末から送信される端末信号に対してダイバーシチ効果が得られるため、より通信品質を向上させることが可能になる。さらに、こうした通信品質の改善により、電波が無線基地局に到達するまでに要する電力を低減させることが可能になる。その結果、上り回線では無線端末のバッテリ持続時間を延長することが可能になり、下り回線ではインフラ設備の省電力化が可能になる。尚、省電力化を考えなくても良いケースでは、その分だけ伝送データのデータ量を増加させることが可能になる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。本実施形態と上記の第１実施形態との間の相違点は、無線基地局４０における最尤検出の実現方法にある。以下、この相違点を中心に説明する。

［無線基地局４０の機能構成］
まず、図７を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局４０の機能構成について説明する。図７は、本実施形態に係る無線基地局４０の機能構成を示す説明図である。但し、以下では、上記の第１実施形態に係る無線基地局４０と実質的に同一の構成要素については同一の符号を付することにより説明を省略し、相違点についてのみ詳細に説明する。

上記の第１実施形態に係る無線基地局４０と相違する構成要素は、主に、ユークリッド距離測定部４５２、４５４と、加算器４５６と、最尤検出部４５８と、減算器４６０、４６２である。

まず、ＭＭＳＥ空間フィルタ４０４から出力された合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂは、それぞれ、ユークリッド距離測定部４５２、４５４に入力される。ユークリッド距離測定部４５２、４５４は、合成信号Ｘ_Ｒａ、Ｘ_Ｒｂについて、それぞれに含まれる中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂの候補シンボルを抽出し、その候補シンボルに対してランク付けする。ユークリッド距離測定部４５２、４５４により抽出された候補シンボル、及びそのランキング情報は、最尤検出部４５８に入力される。例えば、中継信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂの変調方式が１６ＱＡＭの場合、シンボル候補は１６通り存在する。そこで、ユークリッド距離測定部４５２、４５４は、その１６通りについて全てユークリッド距離を算出し、ランク付けした上で、その候補シンボル、及びランキング情報を最尤検出部４５８に入力する。

尚、最尤検出部４５８には、加算器４５６により合成信号Ｘ_ＤＦａ、Ｘ_ＤＦｂが加算された加算信号も入力される。この加算信号は、最尤検出部４５８の他に、減算器４６０にも入力される。ここで、最尤検出部４５８は、ユークリッド距離測定部４５２、４５４から入力された候補シンボルの組み合わせを順次、加算器４５６から入力された加算信号から差し引いて二乗誤差を算出する。そして、最尤検出部４５８は、最も二乗誤差が小さい候補シンボルの組み合わせを抽出する。抽出された候補シンボルの組み合わせは、減算器４６０に入力され、加算器４５６から入力された加算信号から減算される。

その後、減算器４６０により減算された信号は、加算器４６２に入力され、遅延出力部４２０により遅延されていた端末信号Ｘ_ｓに加算される。この時点で端末信号Ｘ_ｓに対する協調ダイバーシチの効果が得られる。尚、ＭＭＳＥ空間分離では、雑音協調を避けるために必ずしも信号が完全直交しないため、他の信号へ漏れこんだ中継信号の成分を利用することで受信特性を向上させることができる場合がある。

以上、本発明に係る第２実施形態について説明した。上記のような構成を採用しても、上記の第１実施形態と同様に、協調ダイバーシチ効果を得ることが可能になる。もちろん、送信側（無線端末、無線中継局）に負担を強いる事無く、無線端末から送信される端末信号に対してダイバーシチ効果が得られるため、より通信品質を向上させることが可能になる。さらに、こうした通信品質の改善により、電波が無線基地局に到達するまでに要する電力を低減させることが可能になる。その結果、上り回線では無線端末のバッテリ持続時間を延長することが可能になり、下り回線ではインフラ設備の省電力化が可能になる。尚、省電力化を考えなくても良いケースでは、その分だけ伝送データのデータ量を増加させることが可能になる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。上記の第１及び第２実施形態は、協調ダイバーシチを実現するための構成について主に説明した。本実施形態は、無線基地局から遠方に位置する無線中継局を考慮した多中継伝送に関する提案である。通常、ＭＩＭＯ通信は、干渉に対して脆弱である。そのため、干渉が発生しやすい環境にＭＩＭＯ通信を適用することは避けるべきである。また、この干渉に対する脆弱性について何らかの対策を講じる必要がある。こうした問題に対し、一つの解決策を提示するのが本実施形態の目的である。

まず、図８を参照しながら、本実施形態が対象とする無線通信システム５のシステム構成例について簡単に説明する。図８は、本実施形態に係る無線通信システム５のシステム構成の一例を示す説明図である。図８に示すように、無線通信システム５は、無線基地局４０に近いエリアＲ１（１^ｓｔ Ｒｉｎｇ）と、無線基地局４０から遠いエリアＲ２（２^ｎｄ Ｒｉｎｇ）とに分けることができる。通常、ＭＩＭＯ通信は、無線基地局４０に近いエリアＲ１内で実施される。そこで、エリアＲ２に位置する第２の無線中継局３０ａ、３０ｂ、３０ｃからの電波がエリアＲ１内の電波と干渉しないようにする工夫が必要になる。

その１つの解決手段として、図９に示すように、エリアＲ１とエリアＲ２とで利用する周波数帯を分けることが考えられている。特に、エリアＲ１における通信に中心の周波数帯ΔＦ_１を割り当て、その外側の周波数帯ΔＦ_２をエリアＲ２における通信に割り当てる。また、周波数帯の幅は、エリアＲ１用の割り当て周波数帯幅ΔＦ_１がエリアＲ２用の割り当て周波数帯幅ΔＦ_２よりも広くなるように設定される。これは、エリアＲ２内での干渉はある程度許容し、ＭＩＭＯ通信が利用されるエリアＲ１内での干渉を極力抑える狙いがあることによる。

上記のような状況が想定されることから、本実施形態では、エリアＲ２に位置する第２の無線中継局３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、干渉が発生することを前提として周波数ブロックの外側に配置されたエリアＲ２用の周波数帯を利用して通信する。さらに、エリアＲ１内の第１の無線中継局５０ａ、５０ｂは、全ての周波数帯域の信号を受信し、エリアＲ２から到来した信号を受信した際に、その信号を復調し、誤り訂正復号、誤り訂正符号化、再変調を施した上で、エリアＲ１の周波数帯に乗せ換えて無線基地局４０に転送するように構成する。このような構成にすることで、セル又はセクタ近辺で生じる劣悪な干渉状態を回避することができるようになる。

以上、本発明に係る第３実施形態について説明した。本実施形態は、無線基地局近辺のエリアにおける電波の干渉を低減させるため、エリア毎に周波数領域を分け、また、その周波数帯の幅に差を持たせた。さらに、無線基地局近辺のエリアに位置する無線中継局により、中継信号を再生中継する際に周波数の乗せ換えを実施する方式を提案した。こうした構成により、ＭＩＭＯ通信が利用される無線基地局近辺のエリア内に生じる干渉を抑制することが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記の実施形態の説明において、無線端末、及び無線中継局のアンテナ数を１本としたが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。例えば、無線中継局に複数のアンテナを設け、無線端末、又は無線基地局との間でダイバーシチ効果を得られるように構成されていてもよい。その場合、同期検波部５１４に代えて最大比合成する手段を設けることが好ましい。また、無線端末、無線中継局、無線基地局の間で、ＭＩＭＯ伝送が可能な構成にしてもよい。

また、上記説明において、ＯＦＤＭを前提として説明を進めた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、サブキャリアの管理が容易なシングルキャリア通信方式、或いは、３ＧＰＰ ＬＴＥにて検討されているＤＦＴ−ＳＯＦＤＭ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｓｐｒｅａｄ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＩＦＤＭＡ（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＶＳＣＲＦ−ＣＤＭＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｃｈｉｐ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ − ＣＤＭＡ）等の技術を採用した種々の無線通信方式に広く適用される。

ところで、従来技術として挙げた非特許文献２には、多重信号の分離方法に関する短い記載がある。しかしながら、無線端末からの送信信号を多重する技術について言及されていない。また、単純なＭＭＳＥ−ＶＢＬＡＳＴの反復復号が記述されているだけであるため、無線端末からの送信信号が存在する状況でこの技術適用すると、準アナログ信号である送信信号の顕著な劣化を招いてしまう。こうした点からも、上記の実施形態に係る技術の格別なる有効性を窺い知ることができる。

尚、無線中継局のアンテナは、屋根の上やビル等の高所に設置されることが好ましい。但し、無線基地局に信号伝送するためのアンテナは、無線基地局に対して指向性を有するものであることが好ましい。

マルチユーザＭＩＭＯ方式の無線通信システムを示す説明図である。 複数の無線中継局を用いた協調ダイバーシチシステムを示す説明図である。 複数の無線中継局を用いた多中継システムを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示す説明図である。 同実施形態に係る無線通信システムの機能構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る無線基地局の機能構成を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る無線基地局の機能構成を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る無線通信システムの構成を示す説明図である。 同実施形態に係るチャネル割り当て方法を示す説明図である。 同実施形態に係る信号点配置方法を示す説明図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 無線端末
２０、４０ 無線基地局
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、５０ａ、５０ｂ 無線中継局
１０２ 符号化部
１０４ 変調部
１０６ ＩＦＦＴ部
１０８ アンテナ
４０２ アンテナ
４０４ ＭＭＳＥ空間フィルタ
４０６、４１２、４５８ 最尤検出部
４０８、４１４、４２６ 誤り訂正復号部
４１０、４１６、４４２、４４４、４４６、４６０ 減算器
４１８、４２４、４５６、４６２ 加算器
４２０ 遅延出力部
４３０ レプリカ信号生成ブロック
４３２ 符号化部
４３４ 変調部
４３６ 空間多重部
４３８ ＩＦＦＴ部
４４０ ゲイン調整部
４５２、４５４ ユークリッド距離測定部
５０２ アンテナ
５０４ 合成部
５０６ 記憶部
５１０ ＡＦ処理ブロック
５５０ ＤＦ処理ブロック
５１２、５５２ ＦＦＴ部
５１４ 同期検波部
５１６、５５６ ＩＦＦＴ部
５５４ ＤＦ処理部
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 通信可能エリア
Ｒ１、Ｒ２ エリア

Claims (8)

1. 複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第１の無線中継局と、当該第１の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第２の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第１の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とを含む無線通信システムであって、
   前記各第１の無線中継局は、
   任意の前記第２の無線中継局から送信された前記無線基地局に中継すべき中継信号を受信し、その中継信号に対して誤り訂正復号、再度の誤り訂正符号化、及び再変調を施す復号中継処理部と、
   前記無線端末から受信した前記送信信号に位相補正を施して間接送信信号を生成する位相補正部と、
   前記位相補正部により生成された間接送信信号と、前記復号中継処理部により出力された中継信号とを合成して合成信号を生成する信号合成部と、
   前記信号合成部により生成された前記合成信号を前記無線基地局に送信する信号送信部と、
   を備え、
   前記無線基地局は、
   前記無線端末から送信された送信信号と、当該送信信号と同一時間帯及び同一周波数で各前記第１の無線中継局から送信された合成信号とを各前記アンテナを介して受信する信号受信部と、
   前記信号受信部により受信された前記各合成信号と前記無線端末から直接受信した直接送信信号とを分離する第１の信号分離部と、
   前記第１の信号分離部により分離された前記各合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出を施すことで前記間接送信信号と前記中継信号とに分離する第２の信号分離部と、
   前記第１の信号分離部により分離された直接送信信号と前記第２の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する送信信号加算部と、
   前記第１の信号分離部により分離された中継信号、及び前記送信信号加算部により出力された加算後の送信信号に基づき、前記信号受信部により前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成するレプリカ信号生成部と、
   前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する減算信号生成部と、
   を備え、
   前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び第１信号分離部に入力し、前記第１及び第２の信号分離部、前記送信信号加算部、前記レプリカ信号生成部及び前記減算信号生成部による一連の処理を反復実行することを特徴とする、無線通信システム。
2. 前記信号合成部は、前記中継信号の信号点配置図内の最内郭に対応する電力まで前記間接送信信号の電力を制限した上で、当該間接送信信号と前記中継信号とを合成することを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１の無線中継局が前記中継信号を受信する際に利用する第１の周波数帯と、前記第１の無線中継局、前記無線基地局、及び前記無線端末の間で通信する際に利用される第２の周波数帯とが分けられており、前記第２の周波数帯の幅は、前記第１の周波数帯の幅よりも広いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線通信システム。
4. 前記第１の無線中継局は、複数のアンテナを有し、
   前記位相補正部は、前記複数のアンテナを介して受信した前記間接送信信号の位相を揃えて合成することを特徴とする、請求項１〜３に記載の無線通信システム。
5. 前記信号合成部は、前記中継信号に要求される品質に応じて前記中継信号に合成される前記間接送信信号の比率を低減又は零にすることを特徴とする、請求項１〜４に記載の無線通信システム。
6. 前記第１の無線中継局は、
   前記間接送信信号に対して誤り訂正復号を施す誤り訂正復号部と、
   前記誤り訂正復号部により正しく復号された場合に生成された誤り訂正復号後の前記間接送信信号を所定の記録装置に記録する信号記録部と
   をさらに備え、
   前記無線基地局から前記無線端末に前記直接送信信号の再送が要求された場合に、当該要求に応じて前記信号記録部により記録された前記間接送信信号を前記無線基地局に再送することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の無線通信システム。
7. 複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第１の無線中継局と、当該第１の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第２の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第１の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とにより構成される無線通信システムの前記無線基地局内の無線通信装置であって、
   前記無線端末から直接受信した直接送信信号、及び、前記第１の無線中継局を経由して前記無線端末から間接的に受信した間接送信信号と前記第２の無線中継局から受信した中継信号とが合成された合成信号を同一時間帯及び同一周波数で各前記アンテナを介して受信する信号受信部と、
   前記信号受信部により受信された前記合成信号と前記直接送信信号とを分離する第１の信号分離部と、
   前記第１の信号分離部により分離された前記合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出を施すことで前記間接送信信号と前記中継信号とを分離する第２の信号分離部と、
   前記第１の信号分離部により分離された直接送信信号と前記第２の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する信号加算部と、
   前記第１の信号分離部により分離された中継信号、及び前記信号加算部により出力された加算後の送信信号に基づいて前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成するレプリカ信号生成部と、
   前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する減算信号生成部と、
   を備え、
   前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び前記第１の信号分離部に入力し、前記第１及び第２の信号分離部、前記信号加算部、前記レプリカ信号生成部及び前記減算信号生成部による一連の処理を反復実行することを特徴とする、無線通信装置。
8. 複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第１の無線中継局と、当該第１の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第２の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第１の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とにより実現される無線通信方法であって、
   前記各第１の無線中継局により、
   任意の前記第２の無線中継局から送信された前記無線基地局に中継すべき中継信号が受信され、その中継信号に対して誤り訂正復号、再度の誤り訂正符号化、及び再変調が施される復号中継処理工程と、
   前記無線端末から受信された前記送信信号に位相補正が施されて間接送信信号が生成される位相補正工程と、
   前記位相補正工程で生成された間接送信信号と前記復号中継処理工程で処理された中継信号とが合成されて合成信号が生成される信号合成工程と、
   前記信号合成工程において生成された前記合成信号が前記無線基地局に送信される信号送信工程と、
   前記無線基地局により、
   前記無線端末から送信された送信信号と、当該送信信号と同一時間帯及び同一周波数で各前記第１の無線中継局から送信された合成信号とが各前記アンテナを介して受信される信号受信工程と、
   前記信号受信工程において受信された前記各合成信号と前記無線端末から直接受信された直接送信信号とが分離される第１の信号分離工程と、
   前記第１の信号分離工程において分離された前記各合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出が施され、前記間接送信信号と前記中継信号とに分離される第２の信号分離工程と、
   前記第１の信号分離工程において分離された直接送信信号と前記第２の信号分離工程において分離された間接送信信号とが加算される送信信号加算工程と、
   前記第１の信号分離工程において分離された中継信号、及び前記送信信号加算工程における加算処理後の送信信号に基づいて、前記信号受信工程において前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカが生成されるレプリカ信号生成工程と、
   前記レプリカ信号生成工程において生成されたレプリカ信号が前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算されて減算信号が生成される減算信号生成工程と、
   前記無線基地局により、
   前記減算信号生成工程において生成された減算信号が再び第１信号分離部に入力され、前記第１及び第２の信号分離工程、前記送信信号加算工程、前記レプリカ信号生成工程及び前記減算信号生成工程による一連の処理における処理が反復実行されることを特徴とする、無線通信方法。
   

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