JP2010098379A - 無線中継システム、無線中継方法、中継局、及び送受信局 - Google Patents

無線中継システム、無線中継方法、中継局、及び送受信局 Download PDF

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Abstract

【課題】中継局によりデジタル信号多重化による一括伝送を行う場合に、中継信号に誤りがあっても、送受信局において、オーバーリーチ信号を利用したダイバーシチ効果を実現する。
【解決手段】中継局１０において受信パケットの正誤判定を行い、誤りがある場合はそのシンボルの尤度情報をエラーベクトルの形で表現し、符号化パケットの変調シンボルに加算して中継を行う。送受信局２０−２では、中継局１０から中継信号を受信すると共に、送受信局２０−１からオーバーリーチ信号を適時聴取する。そして、中継信号から抽出した所望信号のＬＬＲ（対数尤度比）と、適時聴取した直接受信信号のＬＬＲとを算出し、それらのＬＬＲを加算し、加算したＬＬＲにより誤り訂正復号を行う。また、ＬＬＲを算出する際に乗算される重み係数は、伝搬路係数と、中継局におけるパケットの正誤判定状況とによって使い分ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、マルチホップ無線通信を行う際の無線中継システムと、該無線中継システムにおける無線中継方法と、前記無線中継システムを構成する中継局と、送受信局に関する。
アドホックネットワークなどのマルチホップ通信では、使用可能チャネルが１つしかなく、かつ複数の通信フローが一つの中継局を共有する時、中継局がそれぞれの通信を交互に中継するため、中継局がシステムスループットのボトルネックとなる。それを解決する手段として、中継局が各通信フローを一度復調してビット信号まで戻し、ビット毎の線形符号化（排他的論理和演算）を行うことで各通信フロー（パケット）を重ね合わせ、宛先局に一括送信をするネットワークコーディング（デジタル信号多重化）が提案されている（非特許文献１、２を参照）。
宛先局は、受信した中継信号と、予め取得しておいた信号と、多重化された信号との線形符号化の逆演算（排他的論理和演算）を行うことによりネットワークコーディングの復号を行い、所望の信号を取得する。このように中継局が複数の通信を一括送信して中継することにより、中継局の送信回数を減らすことができ、システムの通信が終了するまでの時間が短くなる。これによりシステムスループットを向上させることが可能となる。
また、ネットワークコーディングを用いたマルチホップ通信の伝送品質を向上させる手法として、信号を送信する生起局から宛先局へ微弱ながらオーバーリーチした信号を合成してダイバーシチ効果を得る手法が提案されている（例えば、非特許文献３を参照）。なお、オーバーリーチした自分宛てではない信号を受信し記憶しておくことを適時聴取（opportunistic listening）と呼ぶ。
図９は、従来の無線中継システムにおける中継局３０の内部構成を示す概略ブロック図である。図９に示す中継局３０は、中継局３０が各通信フローを一度復調してビット信号まで戻し、ビット毎の線形符号化として排他的論理和演算を行うことで各通信フロー（パケット）重ね合わせ、宛先局に一括送信をするネットワークコーディング（デジタル信号多重化）を行う中継局の例である。
この図に示すように、中継局３０は、無線部３０１、信号検出回路３０２、チャネル推定回路３０３、復調回路３０４、誤り訂正復号回路３０５、ネットワーク符号化回路３０６、誤り訂正符号化回路３０７、変調回路３０８を備えている。
無線部３０１は、送受信する信号を所望の周波数にアップコンバート、またダウンコンバートする回路であり、信号同期回路、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換器を有している。この無線部３０１は、変調回路３０８から入力される信号を送信すると共に、受信信号から所望の信号を検出して信号検出回路３０２とチャネル推定回路３０３とに出力する。
信号検出回路３０２は、無線部３０１から入力された受信信号から変調シンボルを検出し出力する。チャネル推定回路３０３は、無線部３０１から入力された受信信号から送受信局と自局との間の伝送路の状態（アンテナ間の伝搬路係数）を推定する。ここで、チャネル推定回路３０３は、例えば、既知のパイロット信号を受信することにより、伝送路の状態を推定する。復調回路３０４は、信号検出回路３０２から出力される変調シンボルを復調する。この復調回路３０４により復調を行う際には、チャネル推定回路３０３により推定された伝搬路係数を重み係数として用いて復調が行われる。誤り訂正復号回路３０５は、復調回路３０４においては復調された信号に対して誤り訂正復号を行い、受信したパケットのビット信号を得る。
ネットワーク符号化回路３０６は、各送受信局から受信し復調したパケットを記憶しておき、記憶した複数のパケットを用いてネットワークコーディングを行う。このネットワークコーディングは、記憶した各パケットのビット毎の線形符号化として排他的論理和演算を行うことでデジタル信号多重化する。誤り訂正符号化回路３０７は、ネットワーク符号化回路３０６から入力されるネットワークコーディングされた信号に対して誤り訂正符号化処理を行い、誤り訂正符号化した信号を変調回路３０８に出力する。変調回路３０８は、誤り訂正符号化回路３０７から入力される信号を予め定められた方式を用いて変調して、無線部３０１に出力する。
また、図１０は、従来の無線中継システムにおける送受信局４０の内部構成を示す概略ブロック図である。図１０に示す送受信局４０は、ネットワーク符号化された中継信号と、予め取得しておいた所望信号以外の多重化された信号との排他的論理和をとることによりネットワークコーディングの復号を行い、所望の信号を取得すると共に、生起局から宛先局へ微弱ながらオーバーリーチした信号を合成してダイバーシチ効果を得る送受信局４０の例である。
この図に示すように、送受信局４０は、無線部４０１、信号検出回路４０２、ＬＬＲ（Log likelihood ratio：対数尤度比）算出回路４０３、出力切替回路４０４、加算回路４０５、誤り訂正復号回路４０６、出力切替回路４０７、重み係数算出回路４０８、ＬＬＲネットワーク復号回路４０９、信号記憶回路４１０、誤り訂正符号化回路４１１、出力切替回路４１２、変調回路４１３を備えている。
無線部４０１は、送受信する信号を所望の周波数にアップコンバート、またダウンコンバートする回路であり、信号同期回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を有している。この無線部４０１は、変調回路４１３から入力される信号を送信すると共に、受信信号から所望の信号を検出し信号検出回路４０２と重み係数算出回路４０８とに出力する。
信号検出回路４０２は、受信信号から変調シンボルを検出しＬＬＲ算出回路４０３に出力する。ＬＬＲ算出回路４０３は、信号検出回路４０２から出力される適時聴取したパケットの変調シンボル、及び中継信号により受信したパケットの変調シンボルに対し、ビット単位のＬＬＲを算出して出力切替回路４０４に出力する。また、ＬＬＲ算出回路４０３は、パケットのＬＬＲの算出を行う際に使用する重み係数を重み係数算出回路４０８から取得する。なお、ビット単位のＬＬＲは、ビット毎の１か０の確からしさを表す指標であり、正負の符号により１と０を表し、絶対値によって確からしさを表現する。絶対値が大きいほどそのビットは高い確からしさを持つ。ＬＬＲが０の時は確からしさは低く、最も曖昧な状態を表す。
重み係数算出回路４０８では、送受信局４０と中継局３０との間の伝送路の状態（アンテナ間の伝搬路係数）を推定すると共に、ＬＬＲを算出する際に使用する重み係数を算出する。出力切替回路４０４は、入力されたＬＬＲの信号を信号条件に応じて出力先を切り替えて出力する。例えば、オーバーリーチした信号のＬＬＲの場合は、加算回路４０５に向けて出力し、中継信号のＬＬＲの場合は、ＬＬＲネットワーク復号回路４０９に向けて出力する。ＬＬＲネットワーク復号回路４０９は、ネットワークコーディングの復号を行う。
加算回路４０５は、適時聴取した直接受信信号のＬＬＲと、中継信号から復号した所望信号のＬＬＲとを加算し、加算結果を誤り訂正復号回路４０６に出力する。誤り訂正復号回路４０６は、加算回路４０５から入力したＬＬＲの信号に対して誤り訂正復号を行い、ビット信号を出力する。出力切替回路４０７は、誤り訂正復号回路４０６により復号した信号を所望波以外の信号として記憶する場合、入力信号を信号記憶回路４１０に出力し、自局の処理で用いる場合、入力信号を出力信号として出力する。信号記憶回路４１０には、予め取得した所望波以外の信号（例えば、適時聴取した信号など）、及び自局が送信する送信データが、ビット信号として記憶されている。
誤り訂正符号化回路４１１は、信号記憶回路４１０に記憶しているビット信号を選択して読み出し、予め定めた方式を用いて読み出したビット信号を誤り訂正符号化する。出力切替回路４１２は、自局が記憶するビット信号を送信する場合、誤り訂正符号化回路４１１から入力された信号を変調回路４１３に出力し、ネットワーク符号化された信号を復号する場合、誤り訂正符号化回路４１１から入力された信号をＬＬＲネットワーク復号回路４０９に出力する。変調回路４１３は、出力切替回路４１２から入力される信号を変調シンボルに変調し、無線部４０１に出力する。
上述したような従来の無線中継システムにおいては、中継局３０が複数の送受信局４０から受信した信号をデジタル信号多重化して、複数の送受信局に対して一括送信して中継することにより、中継局３０の送信回数を減らすことができ、システムスループットを向上させることが可能となり、また、複数の送受信局４０は、中継信号とオーバーリーチした信号とを合成してダイバーシチ効果を得ることができる。
Sachin Katti, Hariharan Rahul, et al, "XORs in The Air：Practical Wireless Network Coding", Proc.ACM SIGCOMM 2006, Pisa Italy, Sep.2006, p.243−254 R.Ahlswede, SLi, and R.Yeung, "Network information flow", IEEE Trans. Inf. Theory, vol.46, no.4, p.1204−1216. Jul. 2000. "ネットワーク符号化を適用したマルチホップ無線システムの一検討"，2008年電子情報通信学会総合大会 Ｂ−5−19．
上述したように、従来の無線中継システムにおいては、中継局が複数の通信を一括送信して中継することにより、中継局の送信回数を減らすことができ、システムスループットを向上させることができ、また、送受信局は、中継信号とオーバーリーチした信号とを合成してダイバーシチ効果を得ることができる。
しかしながら、上記従来の無線中継システムでは、中継局において、生起局からの受信信号の復調に１つでも失敗した場合、その後の中継信号は誤りを含んだ信号となってしまうため、オーバーリーチ信号によるダイバーシチ効果を得られないという問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、中継局における一括送信を用いた多重化を行う際に、中継局から送信される中継信号に誤りを含む場合であっても、送受信局において、オーバーリーチ信号を利用したダイバーシチ効果を実現することができ、中継信号の伝送品質の改善を図ることができる無線中継システム、無線中継方法、中継局、及び送受信局を提供することにある。
（１）本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムにおいて、前記中継局は、前記送受信局から受信した信号を復調する復調手段と、前記復調手段により復調した信号の誤り検出を行う誤り検出手段と、前記誤り検出手段により誤りが検出された場合に、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して中継信号を再生成する尤度情報加算手段と、を備え、前記送受信局は、前記中継信号から前記所望信号の対数尤度比を算出すると共に、前記直接受信した直接受信信号の対数尤度比を算出する対数尤度比算出手段と、前記所望信号の対数尤度比と、前記直接受信信号の対数尤度比とを加算する対数尤度比加算手段と、前記対数尤度比加算手段により加算された対数尤度比を基に、誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段と、を備えることを特徴とする無線中継システムである。
（２）また、本発明の無線中継システムは、前記中継局は、前記送受信局から受信した受信信号に誤りがある場合に、前記受信信号を再変調してレプリカ信号を生成するレプリカ生成手段と、復調前の受信信号を等化処理する等化処理手段と、前記等化処理した受信信号から前記レプリカ信号を減算してエラーベクトルを算出するエラーベクトル算出手段と、前記エラーベクトルを前記デジタル信号多重化された信号に加算することで中継信号を再生成するエラーベクトル加算手段と、を備えることを特徴とする。
（３）また、本発明の無線中継システムは、前記送受信局は、前記中継信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数と前記中継局における中継信号の生成方法とに基づいて重み付けすることで前記中継信号の対数尤度比を算出し、算出した該中継信号の対数尤度比に対して前記線形符号化の逆演算を行うことで前記所望信号を抽出し、前記直接受信信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数に基づいて重み付けすることで前記直接受信信号の対数尤度比を算出することを特徴とする。
（４）また、本発明の無線中継方法は、複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムにおける無線中継方法であって、前記中継局により、前記送受信局から受信した信号を復調する復調手順と、前記復調手順により復調した信号の誤り検出を行う誤り検出手順と、前記誤り検出手順により誤りが検出された場合に、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して中継信号を再生成する尤度情報加算手順と、が行われ、前記送受信局により、前記中継信号から前記所望信号の対数尤度比を算出すると共に、前記直接受信した直接受信信号の対数尤度比を算出する対数尤度比算出手順と、前記所望信号の対数尤度比と、前記直接受信信号の対数尤度比とを加算する対数尤度比加算手順と、前記対数尤度比加算手順により加算された対数尤度比を基に、誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手順と、が行われることを特徴とする。
（５）また、本発明の無線中継方法は、前記中継局により、前記送受信局から受信した受信信号に誤りがある場合に、前記受信信号を再変調してレプリカ信号を生成するレプリカ生成手順と、復調前の受信信号を等化処理する等化処理手順と、前記等化処理した受信信号から前記レプリカ信号を減算してエラーベクトルを算出するエラーベクトル算出手順と、前記エラーベクトルを前記デジタル信号多重化された信号に加算することで中継信号を再生成するエラーベクトル加算手順と、が行われることを特徴とする。
（６）また、本発明の無線中継方法は、前記送受信局により、前記中継信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数と前記中継局における中継信号の生成方法とに基づいて重み付けすることで前記所望信号の対数尤度比を算出し、算出した該中継信号の対数尤度比に対して前記線形符号化の逆演算を行うことで前記所望信号を抽出する手順と、前記直接受信信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数に基づいて重み付けすることで前記直接受信信号の対数尤度比を算出する手順と、が行われることを特徴とする。
（７）また、本発明の中継局は、複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムにおける前記中継局であって、前記送受信局から受信した信号を復調する復調手段と、前記復調手段により復調した信号の誤り検出を行う誤り検出手段と、前記誤り検出手段により誤りが検出された場合に、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して中継信号を再生成する尤度情報加算手段と、を備えることを特徴とする。
（８）また、本発明の送受信局は、複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムであって、前記中継信号から抽出した前記所望信号の対数尤度比を算出すると共に、前記直接受信した直接受信信号の対数尤度比を算出する対数尤度比算出手段と、前記所望信号の対数尤度比と、前記直接受信信号の対数尤度比とを加算する対数尤度比加算手段と、前記対数尤度比加算手段により加算された対数尤度比を基に、誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段と、を備え、前記中継信号は、前記中継局が、前記復調した信号に誤りがある場合、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して生成された信号であることを特徴とする。
本発明の無線中継システムにおいては、中継局は複数の送受信局（生起局）からの信号を独立して受信し、それらの受信信号に対して一度復調を行った後に誤り検出を行う。その結果、誤っているパケットがあれば、デジタル信号多重化後の中継信号に対して尤度情報を加算して中継する。送受信局（宛先局）では、適時聴取した信号のＬＬＲ（対数尤度比）と、中継信号に含まれる所望信号のＬＬＲとを算出し、これらのＬＬＲを加算し、この加算されたＬＬＲを基に誤り訂正復号を行う。
これにより、中継局において一括送信を用いた多重化を行う際に、中継局から送信される中継信号に誤りを含む場合であっても、送受信局において、オーバーリーチ信号を利用したダイバーシチ効果を実現することができ、中継信号の伝送品質の改善を図ることができる。
また、本発明の無線中継システムにおいては、中継局では、送受信局（生起局）から受信したパケットに誤りがある場合は、そのパケットを再変調してレプリカ信号（レプリカシンボル）を生成する。そして、このレプリカ信号を、生起局から受信した復調前の中継信号（中継シンボル）の等化信号から減算して、そのパケットの尤度情報を表すエラーベクトルを算出する。このエラーベクトルをデジタル多重化後の中継信号に加算して中継する。
これにより、ネットワークコーディングによりデジタル多重化された中継信号においても曖昧さを表現することができる。すなわち、中継信号に曖昧さを残すことができるようになるため、中継局において中継したパケットに誤りがあった場合においても、中継局の判定誤りの伝搬を防止することができるため、宛先局においてオーバーリーチ信号とのダイバーシチ効果を実現することが可能となる。
また、本発明の無線中継システムにおいては、送受信局は、適時聴取した信号のＬＬＲ（対数尤度比）と、中継信号に含まれる所望信号のＬＬＲとを加算してパケット合成を行う。このＬＬＲを算出する際には、等化後の変調シンボルをビット単位の軟判定値に変換した後、重みを係数を乗算することにより求める。
これにより、ＬＬＲの合成によるダイバーシチ効果により、誤り訂正復号の誤り訂正機能が向上し、伝送品質の改善を図ることができる。
また、本発明の無線中継方法においては、中継局は複数の送受信局（生起局）からの信号を独立して受信し、それらの受信信号に対して一度復調を行った後に誤り検出を行う。その結果、誤っているパケットがあれば、デジタル信号多重化後の中継信号に対して尤度情報を加算して中継する。送受信局（宛先局）では、適時聴取した信号のＬＬＲ（対数尤度比）と、中継信号に含まれる所望信号のＬＬＲとを算出し、これらのＬＬＲを加算し、この加算されたＬＬＲを基に誤り訂正復号を行う。
これにより、中継局において一括送信を用いた多重化を行う際に、中継局から送信される中継信号に誤りを含む場合であっても、送受信局において、オーバーリーチ信号を利用したダイバーシチ効果を実現することができ、中継信号の伝送品質の改善を図ることができる。
また、本発明の無線中継方法においては、中継局では、送受信局（生起局）から受信したパケットに誤りがある場合は、そのパケットを再変調してレプリカ信号（レプリカシンボル）を生成する。そして、このレプリカ信号を、生起局から受信した復調前の中継信号の等化信号から減算して、そのパケットの尤度情報を表すエラーベクトルを算出する。このエラーベクトルをデジタル多重化後の中継信号に加算して中継する。
これにより、ネットワークコーディングによりデジタル多重化された中継信号においても曖昧さを表現することができる。すなわち、中継信号に曖昧さを残すことができるようになるため、中継局において中継したパケットに誤りがあった場合においても、宛先局におけるダイバーシチ効果を実現することが可能となる。
また、本発明の無線中継方法においては、送受信局は、適時聴取した信号のＬＬＲ（対数尤度比）と、中継信号に含まれる所望信号のＬＬＲとを加算してパケット合成を行う。このＬＬＲを算出する際には、等化後の変調シンボルをビット単位の軟判定値に変換した後、重みを係数を乗算することにより求める。
これにより、ＬＬＲを用いて復調を行うことができ、ＬＬＲの合成によるダイバーシチ効果により、誤り訂正復号の誤り訂正機能が向上し、伝送品質の改善を図ることができる。
また、本発明の中継局においては、中継局は複数の送受信局（生起局）からの信号を独立して受信し、それらの受信信号に対して一度復調を行った後に誤り検出を行う。その結果、誤っているパケットがあれば、デジタル信号多重化後の中継信号に対して尤度情報を加算して中継する。
これにより、中継局において一括送信を用いた多重化を行う際に、中継局から送信される中継信号に誤りを含む場合であっても、中継信号に尤度情報を加算して送信することができる。このため、送受信局において、オーバーリーチ信号を利用したダイバーシチ効果を実現することができ、中継信号の伝送品質の改善を図ることができる。
また、本発明の送受信局においては、適時聴取した信号のＬＬＲ（対数尤度比）と、中継信号に含まれる所望信号のＬＬＲとを算出し、これらのＬＬＲを加算し、この加算されたＬＬＲを基に誤り訂正復号を行う。
これにより、中継局における一括送信を用いた多重化を行う際に、中継局から送信される中継信号に誤りを含む場合であっても、ＬＬＲの合成によるダイバーシチ効果により、誤り訂正復号の誤り訂正機能が向上し、伝送品質の改善を図ることができる。
［本発明の無線中継システムにおける基本概念の説明］
最初に、本発明の無線中継システムにおける基本概念について説明しておく。本発明では、中継局は複数の生起局からの信号を独立して受信し、それらの受信信号に対して一度復調を行った後に誤り検出を行う。その結果、誤っているパケットがなければ、ネットワークコーディングにより多重化した符号化パケットを変調し中継信号を生成する。誤っているパケットがあれば、ネットワークコーディング後の符号化パケットに対して尤度情報を加算して中継する。なお、ネットワークコーディングによる信号の多重化方法として、線形符号が用いられ、例えば、排他的論理和が使用される。
中継局においては、送受信局から受信した信号を一度復調し、ビット信号にまで戻す。そして、ネットワークコーディングにより、複数のパケットを一つにまとめ符号化パケットを生成する。そして、その符号化されたビット信号を変調し、中継信号を生成する。ここで、それぞれの生起局から受信したパケットの復調ビット信号に対しＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）等により正誤判定を行う。もし誤っているパケットがあれば、そのパケットを再変調し、レプリカシンボルを生成する。
そして、そのレプリカシンボルを、生起局から受信した変調シンボルの等化信号より減算し、そのパケットの尤度情報を表すエラーベクトルを算出する。エラーベクトルは中継信号に加算され中継される。
これにより、ネットワークコーディングにより符号化された中継信号でもシンボルの曖昧さを表現することができる。すなわち、中継信号に曖昧さを残すことができるようになるため中継局において誤りがあった場合においても、中継局の判定誤りの伝播を防止することができるため、宛先局において、オーバーリーチにより適時聴取した所望信号と、中継信号から抽出した所望信号とを合成することにより、ダイバーシチ効果を得ることができ、誤り訂正復号の誤り訂正機能が向上及び伝送品質の改善を図ることが可能となる。
宛先局となる送受信局では、生起局となる各送受信局からの信号を中継局が受信するのと同じタイミングで、宛先局までオーバーリーチする信号を適時聴取する。さらに送受信局は、中継局から送信される中継信号を受信する。
宛先局における、適時聴取した信号と中継信号との合成法として、ビット単位のＬＬＲを算出した段階でネットワークコーディングの復号を行い、ＬＬＲの加算によるパケット合成を用いる。ビット単位のＬＬＲは、ビット毎の１か０の確からしさを表す指標である。正負の符号により１と０を表し、絶対値によって確からしさを表現する。絶対値が大きいほどそのビットは確からしさを持つ。ＬＬＲが０の時が最も曖昧な状態を表す。誤り訂正復号の入力に硬判定信号ではなくＬＬＲを用いることで、誤り訂正能力が向上することが知られている。ＬＬＲは、等化後の変調シンボルをビット単位の軟判定値に変換した後、ＳＮＲ（Signal to Noise ratio）を反映した重みを乗算することにより求められる。
宛先局は、受信した中継信号の符号化パケットと適時聴取により取得したパケットＡのＬＬＲを算出する。中継信号の符号化パケットは、ネットワークコーディングにより符号化されているため、予め取得しておいた所望パケット（所望信号）以外のパケットを利用して中継信号の符号化パケットの復号を行うことにより、中継信号の符号化パケットのＬＬＲからパケットＡのＬＬＲを算出する。所望パケット以外のパケットは、生起局が最初に中継局に対して送信する際に適時聴取により取得するか、自分の送信パケットを記憶しておくことで取得する。もしくはその両方を使い取得する。
自送信パケットを用いて符号化パケットの復号を行う場合、ＬＬＲの符号のみを用いてネットワークコーディングの復号を行い、符号化パケットのＬＬＲの絶対値を複合したパケットのＬＬＲとして用いる。一方、適時聴取したパケットを用いて符号化パケットの復号を行う場合、ＬＬＲの符号のみを用いてネットワークコーディングの復号を行い、適時聴取したパケットの絶対値と符号化パケットの絶対値とを比較し、小さい方を復号したパケットのＬＬＲの絶対値とする。
そして、宛先局は、中継されてきた符号化パケットから算出されたパケットＡのＬＬＲに対して適時聴取したパケットＡのＬＬＲを加算し、その加算されたＬＬＲを入力メトリックとして誤り訂正復号を行う。ＬＬＲの合成によるダイバーシチ効果により、誤り訂正復号の誤り訂正機能が向上し、伝送品質が改善される。この場合に、中継されてきた符号化パケットからパケットＡのＬＬＲを算出するために乗算される重み係数は、中継局における正誤判定状況によって使い分ける。中継局においてネットワークコーディングにより多重化したパケットの内、誤りがあったパケットのエラーベクトルの電力を考慮して重み係数を決める。
まず、図４は、本実施形態における無線中継システムの構成を示す図である。無線中継システムは、送受信局２０−１（ＮｏｄｅＡ）、送受信局２０−２（ＮｏｄｅＢ）、及び中継局（ＮｏｄｅＲ）を含み構成される。なお、送受信局２０−１、２０−２のいずれか一方、あるいは、両方を代表して示す場合に送受信局２０という。
以下、中継局１０と送受信局２０との構成について説明する。
［本発明の無線中継システムにおける中継局１０の構成の説明］
図１は、本発明の無線中継システムにおける中継局１０の内部構成を示す概略ブロック図である。この図に示すように、中継局１０は、無線部１０１、信号検出回路１０２、チャネル推定回路１０３、復調回路１０４、誤り訂正復号回路１０５、ネットワーク符号化回路１０６、誤り検出回路１０７、等化回路１０８、エラーベクトル算出回路１０９、誤り訂正符号化回路１１０、変調回路１１１、エラーベクトル加算回路１１２を備えている。
無線部１０１は、送受信する信号を所望の周波数にアップコンバート、またダウンコンバートする回路であり、信号同期回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を有している。この無線部１０１は、エラーベクトル加算回路１１２から入力される信号を送信すると共に、受信信号から所望の信号を検出し信号検出回路１０２とチャネル推定回路１０３とに出力する。
信号検出回路１０２は、受信信号から変調シンボルを検出し復調回路１０４と等化回路１０８とに出力する。チャネル推定回路１０３は、送受信局２０又は中継局１０と自局との間の伝送路の状態（通信路の伝搬路係数）を推定して、復調回路１０４と等化回路１０８とに出力する。復調回路１０４は、信号検出回路１０２から出力される変調シンボルを復調する。この復調回路１０４において、チャネル推定回路１０３により推定される伝搬路係数から生成される重み係数を用いて復調を行う。
誤り訂正復号回路１０５は、復調回路１０４においては復調された信号に対して誤り訂正復号を行い、ビット信号を得る。ネットワーク符号化回路１０６は、誤り訂正復号回路１０５から入力される復調されたパケット（ビット信号）を記憶しておき、記憶した複数のパケットを一つにまとめてネットワークコーディングを行い、誤り訂正符号化回路１１０に出力する。このネットワークコーディングにおいては、記憶した各パケットのビット毎の線形符号化として排他的論理和を行ったうえでデジタル信号多重化する。
誤り検出回路１０７は、誤り訂正復号回路１０５から入力されるパケット内の誤りビットがあるか否かを検出し、誤りが検出された場合に、誤り検出結果をエラーベクトル算出回路１０９に出力する。等化回路１０８は、信号検出回路１０２から入力される変調シンボルに対して、チャネル推定回路１０３から入力される通信路の伝搬路係数を用いて等価処理を行う。エラーベクトル算出回路１０９は、等化回路１０８から入力される等価処理された変調シンボルから、誤り検出回路１０７から入力される誤り訂正後の変調シンボル（レプリカシンボル）を減算し、エラーベクトルを算出する。
誤り訂正符号化回路１１０は、ネットワーク符号化回路１０６から出力されるネットワークコーディングされた信号に対して、誤り訂正符号化処理を行う。変調回路１１１は、誤り訂正符号化回路１１０から入力される送信データの信号を予め定められた方式を用いて変調する。エラーベクトル加算回路１１２は、変調回路１１１から出力される変調シンボルに対し、エラーベクトル算出回路１０９から出力されるエラーベクトルを加算する。エラーベクトル加算回路１１２から出力される変調シンボルは無線部１０１により送信される。
なお、誤り検出回路１０７により検出されたパケットの誤り情報は、中継局１０における誤り状況の情報として、例えば、中継信号のプリアンブル信号に含ませて送受信局２０に送信される。
このような構成により、中継局１０では、受信パケットの正誤判定結果によって、中継手法を切り換える。すなわち、誤りがない場合（パケットが正しく復調できている場合）は、ネットワークコーディングにより多重化したパケットを変調し中継信号を生成して中継を行う。また、中継局１０は、誤りがある場合はそのシンボルの尤度情報をエラーベクトルの形で表現し、符号化パケットの変調シンボルに加算して中継を行う。これにより、送受信局２０は、誤りがある場合においても、オーバーリーチ信号によるＬＬＲとネットワークコーディングされた中継信号を復号したＬＬＲとを加算により合成して、ダイバーシチ効果を得ることができる。
なお、前述の復調手段は、信号検出回路１０２及び復調回路１０４が相当し、前述の誤り検出手段は誤り検出回路１０７が相当し、前述の尤度情報加算手段はエラーベクトル加算回路１１２が相当する。また、レプリカ生成手段はレプリカ生成部１０７Ａが相当し、前述の等化処理手段は等化回路１０８が相当し、前述のエラーベクトル算出手段はエラーベクトル算出回路１０９が相当し、前述のエラーベクトル加算手段はエラーベクトル加算回路１１２が相当する。
このような構成により、中継局１０は、復調回路１０４により送受信局２０から受信した信号を復調し、誤り検出回路１０７により復調した信号の誤り検出を行う。誤り検出回路１０７により誤りが検出された場合は、エラーベクトル算出回路１０９によりエラーベクトル（尤度情報）を算出し、エラーベクトル加算回路１１２により、デジタル信号多重化された信号にエラーベクトルを加算して中継信号を再生成したうえで一括送信する。
このエラーベクトルを生成する場合は、レプリカ生成部１０７Ａにより、受信信号を再変調してレプリカ信号を生成し、等化回路１０８により、復調前の受信信号を等化処理する。そして、エラーベクトル算出回路１０９により、等化処理した受信信号からレプリカ信号を減算することによりエラーベクトルを算出する。このエラーベクトルは、エラーベクトル加算回路１１２により、デジタル信号多重化された信号に加算される。
これにより、中継するパケットに誤りがある場合はそのシンボルの尤度をエラーベクトルの形で表現し、符号化パケットのシンボルに加算して中継を行うことができる。これによりオーバーリーチ信号を利用したダイバーシチ効果を、中継信号に誤りがある場合も実現することができる。
なお、図２は、図１に示す中継局１０の構成を、中継信号の流れに沿って並べて示した中継局１０の概略の構成図である。
図２に示すように、送受信局２０から送信されたパケットの信号は、受信無線部１０１Ａにより受信され、信号検出回路１０２に出力される。信号検出回路１０２は、受信信号からパケットの変調シンボルを検出し復調回路１０４に出力する。また、信号検出回路１０２から出力される変調シンボルは等化回路１０８により等化処理が行われる。
復調回路１０４では、信号検出回路１０２から出力される変調シンボルを復調し、ビット信号まで戻す。ネットワーク符号化回路１０６は、送受信局２０から受信した複数のパケットを一つにまとめてネットワークコーディングを行い符号化パケット（多重化信号）を生成する。誤り検出回路１０７は、パケット内の誤りビットの存在を検出し、誤りが検出された場合に、誤り検出結果をエラーベクトル算出回路１０９に出力する。エラーベクトル算出回路１０９は、等価処理された変調シンボルから、誤り訂正後の変調シンボル（レプリカシンボル）を減算し、エラーベクトルを算出する。
エラーベクトル加算回路１１２は、変調回路１１１から出力される変調シンボルに、エラーベクトル算出回路１０９から出力されるエラーベクトルを加算する。エラーベクトル加算回路１１２から出力される変調シンボルは送信無線部１０１Ｂから送信される。
このように、本発明においては、レイヤ２（ＯＳＩ参照モデル）に属する場所においてネットワークコーディングにより多重化しているため、レイヤ２における信号多重化による一括伝送といえる。
［本発明の無線中継システムにおける送受信局２０の構成の説明］
図３は、本発明の無線中継システムにおける送受信局２０の内部構成を示す概略ブロック図である。この図に示すように、送受信局２０は、無線部２０１、信号検出回路２０２、ＬＬＲ算出回路２０３、出力切替回路２０４、加算回路２０５、誤り訂正復号回路２０６、出力切替回路２０７、重み係数算出回路２０８、中継状況判定回路２０９、ＬＬＲネットワーク復号回路２１０、信号記憶回路２１１、誤り訂正符号化回路２１２、出力切替回路２１３、変調回路２１４を備えている。
無線部２０１は、送受信する信号を所望の周波数にアップコンバート、またダウンコンバートする回路であり、信号同期回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を有している。この無線部１０１は、入力される信号を送信すると共に、受信信号から所望の信号を検出し出力する。信号検出回路２０２は、無線部２０１から入力された受信信号から変調シンボルを検出し出力する。
ＬＬＲ算出回路２０３は、信号検出回路２０２から出力される適時聴取したパケットの変調シンボル、及び中継信号により受信した中継局パケットの変調シンボルに対し、ビット単位のＬＬＲを算出し記憶する。また、ＬＬＲ算出回路２０３は、パケットのＬＬＲの算出を行う際に使用する重み係数を重み係数算出回路２０８から取得する。このＬＬＲ算出回路２０３においてＬＬＲを算出する際には、軟判定値演算部２０３Ａにより、等化処理した変調シンボルをビット単位の軟判定値に変換した後、ＳＮＲを反映した重みを乗算することにより求める。
重み係数算出回路２０８では、無線部２０１から入力される信号の受信電力から自局と中継局１０との間の伝送路の状態（通信路の伝搬路係数）を推定すると共に、中継状況判定回路２０９により判定される中継局におけるパケットの正誤判定状況に応じてＬＬＲの重み係数を算出する。この重み係数の算出方法の詳細については後述する。
中継状況判定回路２０９は、中継局１０で受信したパケットの誤り状況を判定する。この中継局１０における誤り状況の情報は、例えば、中継局１０から送信される中継信号のプリアンブル信号に含まれている。
出力切替回路２０４は、ＬＬＲ算出回路２０３から入力されたＬＬＲの信号を信号条件に応じて出力先を切り替えて出力する。例えば、入力されるＬＬＲの信号が、適時聴取した信号のＬＬＲの場合、加算回路２０５に向けて出力し、ネットワークコーディングされた中継信号のＬＬＲの場合、ＬＬＲネットワーク復号回路２１０に向けて出力する。
ＬＬＲネットワーク復号回路２１０は、出力切替回路２０４から入力されるネットワークコーディングされた中継信号を、誤り訂正符号化回路２１２と出力切替回路２１３とを介して入力される信号記憶回路２１１に記憶されているビット信号を用いて、ネットワーク復号して、所望信号のＬＬＲの復号を行う。このＬＬＲの復号の際には、ＬＬＲの符号のみを用いてネットワークコーディングの復号を行い、ＬＬＲの絶対値はそのまま用いる。なお、本実施形態では、ＬＬＲネットワーク復号回路２１０が行うネットワークコーディングの復号は、線形符号化（排他的論理和演算）の逆演算である排他的論理和演算により行う。
加算回路２０５は、適時聴取した直接受信信号のＬＬＲと、中継信号から復号した所望信号のＬＬＲとを加算し、加算結果を誤り訂正復号回路２０６に出力する。誤り訂正復号回路２０６は、加算回路２０５から入力したＬＬＲの信号から、誤り訂正復号を行い、ビット信号を得る。
出力切替回路２０７は、誤り訂正復号回路２０６により復号した信号を所望波以外の（適時聴取した）ビット信号として記憶する場合、入力信号を信号記憶回路２１１に出力し、自局の処理で用いる場合、入力信号を出力信号として出力する。信号記憶回路２１１には、予め取得した所望波以外の信号（例えば、適時聴取した信号など）、及び自局が送信する送信データが、ビット信号として記憶されている。
誤り訂正符号化回路２１２は、信号記憶回路２１１に記憶しているビット信号を選択して読み出し、予め定めた方式を用いて、読み出すビット信号を誤り訂正符号化して出力切替回路２１３に出力する。出力切替回路２１３は、自局が記憶するビット信号を送信する場合、入力された信号を変調回路２１４に出力し、ネットワーク符号化された信号を復号する場合、入力された信号をＬＬＲネットワーク復号回路２１０に出力する。変調回路２１４は、出力切替回路２１３から入力される信号をシンボル信号に変調し、無線部２０１に出力する。
なお、前述の対数尤度比算出手段はＬＬＲ算出回路２０３及びＬＬＲネットワーク復号回路２１０が相当し、対数尤度比加算手段は加算回路２０５が相当し、前述の誤り訂正復号手段は誤り訂正復号回路２０６が相当する。
上記構成により、送受信局２０では、信号検出回路２０２により、無線部２０１で受信した受信信号から変調シンボルを検出する。ＬＬＲ算出回路２０３は、中継局１０から受信した中継信号のＬＬＲを算出すると共に、適時聴取した直接受信信号のＬＬＲを算出する。ＬＬＲネットワーク復号回路２１０は、中継信号のＬＬＲから所望信号のＬＬＲを抽出する。また、加算回路２０５により、所望信号のＬＬＲと、前記直接受信信号のＬＬＲとを加算し、この加算されたＬＬＲから、誤り訂正復号回路２０６により誤り訂正復号を行う。
また、ＬＬＲ算出回路２０３によりＬＬＲを算出する際には、信号検出回路２０２から出力される受信信号を等化処理し、軟判定値演算部２０３Ａにより、ビット単位の軟判定値に変換する。そして、中継信号の生成方法（中継状況）の情報と、２地点間の伝搬路係数とに基づいて重み付けすることで所望信号のＬＬＲを算出する。この中継信号の生成方法（中継状況）は中継状況判定回路２０９により判定され、重み係数は重み係数算出回路２０８により算出される。
このように、中継されてきた符号化パケットから算出されたパケットＡのＬＬＲに対して適時聴取したパケットＡのＬＬＲを加算し、その加算されたＬＬＲを入力メトリックとして誤り訂正復号を行う。これにより、ＬＬＲの合成によるダイバーシチ効果により、誤り訂正復号の誤り訂正機能が向上し、伝送品質が改善される。
［Ａｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジにおける動作］
図４はＡｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジと呼ばれる双方向の２ホップ伝送システムである。送受信局（ＮｏｄｅＡ）２０−１と送受信局（ＮｏｄｅＢ）２０−２は、互いに中継局（ＮｏｄｅＲ）１０を介して双方向通信を行う。すなわち、ＮｏｄｅＡとＮｏｄｅＢは双方とも生起局であり宛先局となる。なお、送受信局２０−１の信号記憶回路２１１には、ビット信号Ａが記憶されている。また、送受信局２０−２の信号記憶回路２１１には、ビット信号Ｂが記憶されている。
この時、ネットワークコーディングによるデジタル信号多重化を用いた実施例を説明する。ネットワークコーディングによる多重化を行うために、各リンクには誤り訂正符号化／復号が適用されている。
タイムスロットＴ１において、ＮｏｄｅＡがＮｏｄｅＲに対してパケットＡを送信し、ＮｏｄｅＢはそれを適時聴取する（ステップＳ１１）。タイムスロットＴ２において、ＮｏｄｅＢがＮｏｄｅＲに対してパケットＢを送信し、ＮｏｄｅＡはそれを適時聴取する（ステップＳ１２）。
ＮｏｄｅＲはパケットＡとパケットＢとそれぞれに対して復調処理を行う。その後ネットワークコーディングにより多重化を行う。さらに、ネットワークコーディングを行う前のパケットＡとパケットＢに対して、ＣＲＣ等の誤り検出符号を使って、正誤判定を行う。その結果、双方のパケットとも正しく復調できている場合は、ネットワークコーディングにより多重化したパケットを変調し中継信号を生成する。
正しく復調できなかった場合は、例えばパケットＡが誤っている場合は、誤っているパケットＡを再変調して、パケットＡのレプリカシンボルを生成する。そして、タイムスロットＴ１において受信した変調シンボルに対して等化処理を行い、伝搬路のフェージングの影響を打ち消したパケットＡのシンボルからレプリカシンボルを減算する。これにより雑音成分を表すエラーベクトルＡを算出する。
パケットＢが誤っている場合もパケットＢに対する同様の処理を行いエラーベクトルＢを算出する。双方とも誤っている場合は、双方のパケットに対してエラーベクトルＡとエラーベクトルＢを算出する。中継信号に対してこれらのエラーベクトルを加算して多重化された中継信号とする。受信したパケットの復調結果が正しい場合、エラーベクトルは、０（ゼロ）となり、生成した中継信号が多重化された中継信号となる。
タイムスロットＴ３において、ＮｏｄｅＲは、中継信号をＮｏｄｅＡとＮｏｄｅＢとに対してブロードキャストする（ステップＳ１３）。ＮｏｄｅＢは、受信した中継信号と適時聴取により取得したパケットＡの受信信号とをＬＬＲまで復調する。中継信号は、ネットワークコーディングされているため、自身の送信信号でパケットＢを利用してネットワークコーディングされた中継信号の符号化パケットを復号することでパケットＡのＬＬＲを算出する。算出されたＬＬＲに対して適時聴取したパケットＡのＬＬＲを加算することによりダイバーシチ効果を得ることができる。
ＬＬＲは、等化後の変調シンボルをビット単位の軟判定値に変換した後、ＳＮＲを反映した重みを乗算することにより求めることができる。そのため、中継されてきた信号からパケットＡのＬＬＲを算出するために乗算される重み係数w２は、中継局１０における正誤判定状況によって使い分ける。各無線局において付加される雑音の電力が同一で、かつＡＧＣ（Automatic Gain Control）が理想的に動作しているものとし、ＮｏｄｅＡからＮｏｄｅＢへの伝搬路係数をＨＡＢのように表わすとすると重み係数w２は以下のように表わされる。
パケットＡもパケットＢも正しく復調できた場合は、重み係数ｗ２は、
ｗ２＝｜ＨＲＢ｜２、とする。
パケットＡは正しく、パケットＢは誤って復調した場合は、
ｗ２＝｜ＨＢＲ｜２・｜ＨＲＢ｜２／（｜ＨＢＲ｜２＋｜ＨＲＢ｜２）、とする。
パケットＡは誤り、パケットＢは正しく復調した場合は、
ｗ２＝｜ＨＡＲ｜２・｜ＨＲＢ｜２／（｜ＨＡＲ｜２＋｜ＨＲＢ｜２）、とする。
パケットＡもパケットＢも誤って復調した場合は、
ｗ２＝｜ＨＡＲ｜２・｜ＨＢＲ｜２・｜ＨＲＢ｜２／（｜ＨＡＲ｜２・｜ＨＢＲ｜２＋｜ＨＢＲ｜２・｜ＨＲＢ｜２＋｜ＨＲＢ｜２・｜ＨＡＲ｜２）、とする。
適時聴取した信号のＬＬＲに対する重み係数ｗ１は、中継局１０の正誤状況（中継状況）に依らず、常に、
ｗ１＝｜ＨＡＢ｜２、である。
ＬＬＲの加算により２つのパケットＡを合成した後は、合成ＬＬＲを入力信号としてパケットＡに対する誤り訂正復号を行う。ダイバーシナ効果により誤り訂正機能が向上し、伝送品質を向上させることができる。
ＮｏｄｅＡにおいては、パケットＢに対して上記で説明したＬＬＲによる合成を行い、パケットＢの伝送品質を改善する。その際の重み係数ｗ２は、以下のように表わされる。
パケットＡもパケットＢも正しく復調できた場合は、重み係数ｗ２は、
ｗ２＝｜ＨＲＡ｜２、とする。
パケットＡは正しく、パケットＢは誤って復調した場合は、
ｗ２＝｜ＨＢＲ｜２・｜ＨＲＡ｜２／（｜ＨＢＲ｜２＋｜ＨＲＢ｜２）、とする。
パケットＡは誤り、パケットＢは正しく復調した場合は、
ｗ２＝｜ＨＡＲ｜２・｜ＨＲＡ｜２／（｜ＨＡＲ｜２＋｜ＨＲＢ｜２）、とする。
パケットＡもパケットＢも誤って復調した場合は、
ｗ２＝｜ＨＡＲ｜２・｜ＨＢＲ｜２・｜ＨＲＡ｜２／（｜ＨＡＲ｜２・｜ＨＢＲ｜２＋｜ＨＢＲ｜２・｜ＨＲＡ｜２＋｜ＨＲＡ｜２・｜ＨＡＲ｜２）、とする。
適時聴取した信号のＬＬＲに対する重み係数ｗ１は、中継局１０の正誤状況（中継状況）に依らず、常に、
ｗ１＝｜ＨＢＡ｜２、である。
これにより、中継局１０で誤り発生した場合においてもオーバーリーチ信号を利用したダイバーシチ効果を得ることができ、伝送品質が改善する。
［中継局の動作の説明］
図５は、中継局１０の動作を説明するためのフローチャート図である。このフローチャートは、図４のＡｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジにおける中継局１０の動作を示すものである。以下、図５を参照して、その動作について説明する。
中継局（ＮｏｄｅＲ）１０では、無線部１０１が、送受信局（ＮｏｄｅＡ）２０−１から送信されるパケットＡを受信して、パケットＡの受信信号を信号検出回路１０２とチャネル推定回路１０３とに出力する（ステップＳ１０１）。また、無線部１０１が、送受信局（ＮｏｄｅＢ）２０−２から送信されるパケットＢを受信して、パケットＢの受信信号を信号検出回路１０２とチャネル推定回路１０３とに出力する（ステップＳ１０２）。
続いて、復調回路１０４が、受信したパケットＡ及びパケットＢのそれぞれに対して復調処理を行い、誤り訂正復号回路１０５に出力する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。
次に、ネットワーク符号化回路１０６が、復調したパケットＡとパケットＢのビット信号に対してネットワークコーディングを行い１つの信号にまとめて符号化パケットを生成する（ステップＳ１０５）。そして、誤り訂正符号化回路１１０は、ネットワーク符号化回路１０６により生成された符号化パケットを誤り訂正符号化して、変調回路１１１に出力する。変調回路１１１は、誤り訂正符号化回路１１０から入力された誤り訂正符号化された符号化パケットを変調し、変調シンボルを生成する（ステップＳ１０６）。
ここで、誤り検出回路１０７は、パケットＡから復調したビット信号に対して正誤判定を行う（ステップＳ１０７）。
パケットＡに誤りがあれば（ステップＳ１０７：誤）、誤り検出回路１０７は、誤り訂正復号回路１０５において誤り訂正されたパケットＡのビット信号を再変調し、パケットＡのレプリカシンボルＡを作成する（ステップＳ１０８）。
また、等化回路１０８は、信号検出回路１０２から入力されたパケットＡの受信信号に対して等化処理を行う（ステップＳ１０９）。
そして、エラーベクトル算出回路１０９は、等化回路１０８において等化処理されたパケットＡの変調シンボルから、パケットＡのレプリカシンボルを減算し、エラーベクトルを算出する（ステップＳ１１０）。
続いて、エラーベクトル加算回路１１２は、エラーベクトル算出回路１０９の算出したエラーベクトルをネットワークコーディングされたパケットの変調シンボルに加算する（ステップＳ１１１）。
一方、パケットＡに誤りがない場合は（ステップＳ１０７：正）、変調シンボルに対するパケットＡのエラーベクトルの加算は行われない。
続いて、誤り検出回路１０７は、パケットＢから復調したビット信号についても正誤判定を行う（ステップＳ１１２）。
パケットＢの誤りがあれば（ステップＳ１１２：誤）、誤り検出回路１０７は、誤り訂正復号回路１０５において誤り訂正されたパケットＢのビット信号を再変調し、パケットＢのレプリカシンボルＢを作成する（ステップＳ１１３）。
また、等化回路１０８は、信号検出回路１０２から入力されたパケットＢの受信信号に対して等化処理を行う（ステップＳ１１４）。
そして、エラーベクトル算出回路１０９は、等化回路１０８において等化処理されたパケットＡの変調シンボルから、パケットＢのレプリカシンボルを減算し、エラーベクトルを算出する（ステップＳ１１５）。
続いて、エラーベクトル加算回路１１２は、エラーベクトル算出回路１０９の算出したエラーベクトルをネットワークコーディングされたパケットの変調シンボルに加算する（ステップＳ１１６）。
一方、パケットＢに誤りがない場合は（ステップＳ１１２：正）、変調シンボルに対するパケットＢのエラーベクトルの加算は行われない。
上記手順により、エラーベクトル加算回路１１２から出力される中継信号は、送受信局（ＮｏｄｅＡ、およびＮｏｄｅＢ）２０−１、２０−２に向けて中継される（ステップＳ１１７）。
ＬＬＲを用いたことにより、ネットワークコーディングにより符号化された中継信号でもシンボルの曖昧さを表現することができる。また、中継信号に曖昧さを残すことができるようになるため、中継局１０において中継信号に誤りがあった場合においても、宛先局における中継信号と適時聴取した受信信号とを用いたダイバーシチ効果を得ることが可能となる。
［送受信局の動作の説明］
図６は、送受信局２０−２の動作を説明するためのフローチャート図である。このフローチャートは、図４のＡｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジにおける送受信局２０−２の動作を示すものである。以下、図６を参照して、その動作について説明する。
まず、宛先局となる送受信局（ＮｏｄｅＢ）２０−２において、無線部２０１は、生起局となる送受信局（ＮｏｄｅＡ）からの信号を中継局１０が受信するのと同じタイミングで、オーバーリーチする信号を直接受信し、パケットＡの受信信号を信号検出回路２０２、重み係数算出回路２０８、及び中継状況判定回路２０９に出力して、適時聴取を行う（ステップＳ２０１）。
信号検出回路２０２は、無線部２０１から入力された受信信号から変調シンボルを検出して、ＬＬＲ算出回路２０３に出力する。ＬＬＲ算出回路２０３は、入力された変調シンボルに対し、ビット単位のＬＬＲを算出して記憶する。このとき、ＬＬＲ算出回路２０３は、重み係数算出回路２０８から入力された重み係数ｗ１を用いる。ここで、適時聴取された受信信号のＬＬＲは、ＬＬＲ算出回路２０３に記憶される（ステップＳ２０２）。
続いて、無線部２０１は、中継局（ＮｏｄｅＲ）１０から中継される中継信号（符号化パケット）を受信し、信号検出回路２０２、重み係数算出回路２０８、及び中継状況判定回路２０９に出力する（ステップＳ２０３）。
また、中継状況判定回路２０９は、中継局１０から送信されるプリアンブル信号に含まれる中継状況の情報（パケットＡ、Ｂについての中継局１０における誤り状況の情報）を基に、中継状況を判定する（ステップＳ２０４）。
重み係数算出回路２０８は、中継状況判定回路２０９の判定した中継状況の情報を基に重み係数を算出する（ステップＳ２０５）。
続いて、誤り訂正符号化回路２１２は、信号記憶回路２１１から読み出したビット信号Ｂに対して誤り訂正符号化して、出力切替回路２１３を介してＬＬＲネットワーク復号回路２１０に出力する。ＬＬＲネットワーク復号回路２１０は、入力された誤り訂正符号化されたビット信号Ｂを用いて、出力切替回路２０４を介して入力される符号化パケットのＬＬＲをネットワーク復号することにより、中継信号の符号化パケットに含まれるパケットＡのＬＬＲを抽出する（ステップＳ２０６）。
次に、ＬＬＲ算出回路２０３は、記憶している適時聴取されたパケットＡのＬＬＲを出力切替回路２０４を介して加算回路２０５に出力する。加算回路２０５は、入力された適時聴取されたパケットＡのＬＬＲと、ＬＬＲネットワーク復号回路２１０において抽出されたパケットＡのＬＬＲとを加算により合成する（ステップＳ２０７）。
誤り訂正復号回路２０６は、加算回路２０５により合成されたパケットＡのＬＬＲに対して誤り訂正復号を行い、出力切替回路２０７を介して出力信号として出力する（ステップＳ２０８）。
このように、本発明の送受信局２０−２は、中継されてきた符号化パケットをネットワーク復号することで算出したパケットＡのＬＬＲに対して適時聴取したパケットＡのＬＬＲを加算し、その加算されたＬＬＲを入力メトリックとして誤り訂正復号を行う。これにより、ＬＬＲの合成によるダイバーシチ効果を得ることができ、誤り訂正復号の誤り訂正機能が向上し、伝送品質が改善することができる。
また、送受信局２０−１は、上述の送受信局２０−２と同様に、パケットＢを適時聴取して、パケットＢのＬＬＲを抽出・合成を行い、合成したパケットＢのＬＬＲの誤り訂正復号を行う。
［本発明の無線中継システムにおけるシミュレーション結果］
図４に示すＡｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジにおいて各リンクの物理層にＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格に用いた場合のシミュレーション結果を図８に示す。シミュレーション条件は図７（Ａ）の表に示し、図７（Ｂ）は、シミュレーションされる無線中継システムのＡｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジの構成を示している。
図７（Ａ）の表に示すように、信号帯域は２０ＭＨｚであり、二次変調方式にＯＦＤＭを用い、サブキャリア変調方式には６４ＱＡＭを適用している。データサブキャリア数を５２とし、パイロットサブキャリア数を４としている。パケット長は６４ｂｙｔｅであり、誤り訂正符号は、拘束長７及び符号化率３／４の畳み込み符号を用いている。誤り訂正復号法は、軟判定ビタビ復号を適用している。
また、ノードとしての端末間の伝搬路は、独立のレイリーフェージングとし、遅延分散を１００ｎｓとし、各伝搬路長に応じた自由空間伝搬損失を考慮している。チャネル推定については理想推定とする。各無線局において付加される白色雑音の電力は一定で同一であるとする。また、各無線局間の距離は同一であり、伝搬減衰定数αは「α＝３．５」とした。そのため、ＮｏｄｅＡからＮｏｄｅＢへのオーバーリーチ信号は、各無線局間の直接伝送と比べて距離が２倍になるため、伝搬路利得が各無線局間の伝送と比べて受信電力が２の３．５乗分の１、すなわち−１０．５ｄＢとなる。
例えば、図７（Ｂ）において、ＮｏｄｅＡとＮｏｄｅＢの伝搬路利得をＧＡＢ、ＮｏｄｅＡとＮｏｄｅＲの伝搬路利得をＧＡＲ、ＮｏｄｅＲとＮｏｄｅＢの伝搬路利得をＧＲＢ、ＮｏｄｅＲとＮｏｄｅＡの伝搬路利得をＧＲＡ、ＮｏｄｅＢとＮｏｄｅＲの伝搬路利得をＧＢＲ、ＮｏｄｅＢとＮｏｄｅＡの伝搬路利得をＧＢＡ、とすると、
ＧＡＲ＝ＧＲＡ＝ＧＢＲ＝ＧＲＢ、
ＧＡＢ＝ＧＢＡ＝ＧＡＲ−１０．５ｄＢ、となる。
図８において、特性データ曲線Ａは、ネットワークコーディングのみの場合のパケットエラーレート（Packet error rate）を示し、特性データ曲線Ｂは、ネットワークコーディングとダイバーシチを行う場合のパケットエラーレートを示し、特性データ曲線Ｃは、本発明による中継方法の場合のパケットエラーレートを示している。
図８に示すように、中継局におけるエラーベクトルの加算を行わずネットワークコーディングによるデジタル信号多重化を行った場合に比べて、本発明はオーバーリーチ信号によるダイバーシチ効果をより得ることができ、パケット誤り率が約０．５ｄＢ改善していることがわかる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の無線中継システム、中継局、送受信局は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明の無線中継システムにおける中継局の概略ブロック図である。 中継信号の流れに沿って並べて示した中継局の簡易構成図である。 本発明の無線中継システムにおける送受信局の内部構成を示す概略ブロック図である。 Ａｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジの構成による無線中継システムを示す図である。 中継局の動作を説明するためのフローチャート図である。 送受信局の動作を説明するためのフローチャート図である。 図４に示すトポロジにおけるシミュレーション条件を示す図である。 図４に示すトポロジにおけるシミュレーション結果を示す図である。 従来の無線中継システムにおける中継局の内部構成を示す概略ブロック図である。 従来の無線中継システムにおける送受信局の内部構成を示す概略ブロック図である。
符号の説明
１０…中継局
２０、２０−１、２０−２…送受信局
１０１…無線部、１０１Ａ…受信無線部、１０１Ｂ…送信無線部
１０２…信号検出回路、１０３…チャネル推定回路、１０４…復調回路
１０５…誤り訂正復号回路、１０６…ネットワーク符号化回路
１０７…誤り検出回路、１０７Ａ…レプリカ生成部、１０８…等化回路
１０９…エラーベクトル算出回路、１１０…誤り訂正符号化回路
１１１…変調回路、１１２…エラーベクトル加算回路
２０１…無線部、２０２…信号検出回路、２０３…ＬＬＲ算出回路
２０３Ａ…軟判定値演算部、２０４…出力切替回路、２０５…加算回路
２０６…誤り訂正復号回路、２０７…出力切替回路、２０８…重み係数算出回路
２０９…中継状況判定回路、２１０…ＬＬＲネットワーク復号回路
２１１…信号記憶回路、２１２…誤り訂正符号化回路
２１３…出力切替回路、２１４…変調回路
３０…中継局、４０…送受信局
３０１…無線部、３０２…信号検出回路、３０３…チャネル推定回路
３０４…復調回路、３０５…誤り訂正復号回路、３０６…ネットワーク符号化回路
３０７…誤り訂正符号化回路、３０８…変調回路
４０１…無線部、４０２…信号検出回路、４０３…ＬＬＲ算出回路、４０４…出力切替回路
４０５…加算回路、４０６…誤り訂正復号回路、４０７…出力切替回路
４０８…重み係数算出回路、４０９…ＬＬＲネットワーク復号回路
４１０…信号記憶回路、４１１…誤り訂正符号化回路、４１２…出力切替回路
４１３…変調回路

Claims (8)

  1. 複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムにおいて、
    前記中継局は、
    前記送受信局から受信した信号を復調する復調手段と、
    前記復調手段により復調した信号の誤り検出を行う誤り検出手段と、
    前記誤り検出手段により誤りが検出された場合に、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して中継信号を再生成する尤度情報加算手段と、
    を備え、
    前記送受信局は、
    前記中継信号から前記所望信号の対数尤度比を算出すると共に、前記直接受信した直接受信信号の対数尤度比を算出する対数尤度比算出手段と、
    前記所望信号の対数尤度比と、前記直接受信信号の対数尤度比とを加算する対数尤度比加算手段と、
    前記対数尤度比加算手段により加算された対数尤度比を基に、誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段と、
    を備えることを特徴とする無線中継システム。
  2. 前記中継局は、
    前記送受信局から受信した受信信号に誤りがある場合に、前記受信信号を再変調してレプリカ信号を生成するレプリカ生成手段と、
    復調前の受信信号を等化処理する等化処理手段と、
    前記等化処理した受信信号から前記レプリカ信号を減算してエラーベクトルを算出するエラーベクトル算出手段と、
    前記エラーベクトルを前記デジタル信号多重化された信号に加算することで中継信号を再生成するエラーベクトル加算手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線中継システム。
  3. 前記送受信局は、
    前記中継信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数と前記中継局における中継信号の生成方法とに基づいて重み付けすることで前記中継信号の対数尤度比を算出し、算出した該中継信号の対数尤度比に対して前記線形符号化の逆演算を行うことで前記所望信号を抽出し、
    前記直接受信信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数に基づいて重み付けすることで前記直接受信信号の対数尤度比を算出すること
    を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線中継システム。
  4. 複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムにおける無線中継方法であって、
    前記中継局により、
    前記送受信局から受信した信号を復調する復調手順と、
    前記復調手順により復調した信号の誤り検出を行う誤り検出手順と、
    前記誤り検出手順により誤りが検出された場合に、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して中継信号を再生成する尤度情報加算手順と、
    が行われ、
    前記送受信局により、
    前記中継信号から前記所望信号の対数尤度比を算出すると共に、前記直接受信した直接受信信号の対数尤度比を算出する対数尤度比算出手順と、
    前記所望信号の対数尤度比と、前記直接受信信号の対数尤度比とを加算する対数尤度比加算手順と、
    前記対数尤度比加算手順により加算された対数尤度比を基に、誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手順と、
    が行われることを特徴とする無線中継方法。
  5. 前記中継局により、
    前記送受信局から受信した受信信号に誤りがある場合に、前記受信信号を再変調してレプリカ信号を生成するレプリカ生成手順と、
    復調前の受信信号を等化処理する等化処理手順と、
    前記等化処理した受信信号から前記レプリカ信号を減算してエラーベクトルを算出するエラーベクトル算出手順と、
    前記エラーベクトルを前記デジタル信号多重化された信号に加算することで中継信号を再生成するエラーベクトル加算手順と、
    が行われることを特徴とする請求項４に記載の無線中継方法。
  6. 前記送受信局により、
    前記中継信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数と前記中継局における中継信号の生成方法とに基づいて重み付けすることで前記所望信号の対数尤度比を算出し、算出した該中継信号の対数尤度比に対して前記線形符号化の逆演算を行うことで前記所望信号を抽出する手順と、
    前記直接受信信号を等化処理し、ビット単位の軟判定値に変換し、２地点間の伝搬路係数に基づいて重み付けすることで前記直接受信信号の対数尤度比を算出する手順と、
    が行われることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線中継方法。
  7. 複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムにおける前記中継局であって、
    前記送受信局から受信した信号を復調する復調手段と、
    前記復調手段により復調した信号の誤り検出を行う誤り検出手段と、
    前記誤り検出手段により誤りが検出された場合に、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して中継信号を再生成する尤度情報加算手段と、
    を備えることを特徴とする中継局。
  8. 複数の送受信局と中継局から構成され、前記中継局が前記複数の送受信局それぞれから受信した信号を復調し、前記復調した信号それぞれをビット毎に線形符号化を行いデジタル信号多重化したうえで中継信号として前記複数の送受信局に一括送信し、前記複数の送受信局それぞれが、自局宛以外の信号を受信して予め取得し、前記中継局から受信した前記中継信号と前記予め取得した信号とをビット毎に線形符号化の逆演算を行うことで復号信号を得て、所望信号を送信した前記複数の送受信局から直接受信したそれぞれの直接受信信号と前記復号信号とを合成して誤り訂正復号を行う無線中継システムであって、
    前記中継信号から抽出した前記所望信号の対数尤度比を算出すると共に、前記直接受信した直接受信信号の対数尤度比を算出する対数尤度比算出手段と、
    前記所望信号の対数尤度比と、前記直接受信信号の対数尤度比とを加算する対数尤度比加算手段と、
    前記対数尤度比加算手段により加算された対数尤度比を基に、誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段と、
    を備え、
    前記中継信号は、
    前記中継局が、前記復調した信号に誤りがある場合、前記デジタル信号多重化された信号に尤度情報を加算して生成された信号である
    ことを特徴とする送受信局。
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