JP2012239000A - 無線中継方法、基地局および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＳとｅＮＢの通信で必要とされる周波数リソースを削減する。
【解決手段】移動局と基地局との間で送受信される無線信号を中継する無線中継方法であって、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てて中継を行なう。上記中継する送信信号の送信に使用する周波数は、周波数軸上で離散的に配置されていてもよい。
【選択図】図８

Description

本発明は、リレー局が存在する無線通信システムの伝送方法に関する。

第４世代の携帯電話の無線通信システムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムをより発展させたＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced、IMT−Aなどとも称する）の標準化が行なわれている。

ＬＴＥ−Ａシステムでは、カバレッジを改善する技術として、移動局と基地局間の通信を中継する中継局の導入が検討されている（非特許文献1参照）。中継局には、ＡＦ（amplify−and−forward）方式とＤＦ（decode−and−forward）方式などの中継方式がある。ＡＦ方式の中継局は、受信した信号に対して増幅処理のみを行ない送信するのに対し、ＤＦ方式の中継局は復号処理を行ない、誤りがなければ、再度変調して送信する。特に、ＤＦ方式では一度復調することから、中継局と基地局間の通信品質に基づいて送信方法を移動局と中継局間のものと変えることが可能である。

図１６は、上り回線におけるリレーシステムの概念図である。同図では、セル内に基地局（以下、eNBと表す）１に対して同時にアクセス可能な移動局（以下、UEと表す）３−１〜３−４（UE3−1~3−4を合わせてUE3と表す）が存在し、セルエッジに存在するＵＥ３−１の送信信号を中継する中継局（以下、RSと表す）５が存在する。ＲＳ５がＤＦ方式による中継を行なう場合に、ＲＳ５はＵＥ３−１の信号の復号をした後、ｅＮＢ１へ送信する信号の生成をするため、中継にオーバヘッド（処理遅延）を要する。そのため、ＵＥ３−１の送信タイミングとＲＳ５の送信タイミングが異なるため、互いに干渉にならないよう、次のフレーム（サブフレーム）の送信タイミングで、ｅＮＢ１から指定された上り回線の周波数リソースを用いて信号を送信する。

3GPP TS 36.216 (V10.1.0) "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E−UTRA) Physical layer for relaying operation"

しかしながら、ＤＦ方式のＲＳ５のような異なる送信タイミングでの中継では、他の時刻の周波数リソースをＲＳ５が伝送に用いるため、新たな周波数割当（周波数リソース）が必要となり、中継を行なわない場合に比べてより多くのリソース（時間・周波数リソース）が要求される問題があった。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、ＲＳ５とｅＮＢ１の通信で必要とされる周波数リソースを削減する無線中継方法、基地局および無線通信システムを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線中継方法は、移動局と基地局との間で送受信される無線信号を中継する無線中継方法であって、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てて中継を行なうことを特徴としている。

このように、中継局が、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てて中継を行なうので、ＵＥとＲＳが伝送に用いる周波数の直交性を保持する周波数割り当てが必要なくなり、ＲＳを含む無線通信システムの効率的な周波数の使用が可能になるため周波数利用効率を向上させることができる。

（２）また、本発明の無線中継方法において、前記中継する送信信号の送信に使用する周波数は、周波数軸上で離散的に配置されていることを特徴としている。

このように、中継局は、中継する送信信号の送信に使用する周波数が、周波数軸上で離散的に配置されているので、各々のＵＥの重複するスペクトルの割合を少なくすることが可能となる。

（３）また、本発明の無線中継方法において、前記中継する送信信号の前記基地局における受信電力を、前記中継しない他の送信信号の前記基地局における受信電力よりも高くすることを特徴としている。

このように、中継局は、中継する送信信号の前記基地局における受信電力を、中継しない他の送信信号の基地局における受信電力よりも高くするので、受信処理における信号分離がしやすく、伝送特性に対してスペクトルを重複させることによる影響が少なくなり、スループットを改善できる。

（４）また、本発明の無線中継方法において、前記中継する送信信号の変調多値数または符号化率のいずれか一方を、前記中継しない他の送信信号の変調多値数または符号化率よりも低くすることを特徴としている。

このように、中継局が、中継する送信信号の変調多値数または符号化率のいずれか一方を、中継しない他の送信信号の変調多値数または符号化率よりも低くするので、基地局は、ＲＳとＵＥのスペクトルを重複して割り当てた信号の分離がしやすくなり、伝送特性へのスペクトルを重複した影響が少なくなり、スループットを改善できる。

（５）また、本発明の無線中継方法において、前記中継する送信信号に対する誤り訂正符号化は、前記中継しない他の送信信号に対する誤り訂正符号化とは異なることを特徴としている。

このように、中継する送信信号に対する誤り訂正符号化が、中継しない他の送信信号に対する誤り訂正符号化とは異なるので、基地局は、ＲＳとＵＥのスペクトルを重複して割り当てた信号の分離がしやすくなり、伝送特性へのスペクトルを重複した影響が少なくなり、スループットを改善できる。

（６）また、本発明の無線中継方法において、前記中継する送信信号の送信に使用する周波数は、前記移動局から送信された他の送信信号が割り当てられている周波数と同一であることを特徴としている。

このように、中継する送信信号の送信に使用する周波数が、前記移動局から送信された他の送信信号が割り当てられている周波数と同一であるので、ＲＳが伝送に用いる周波数位置や帯域幅を変更する必要がなく、簡単な中継処理を実現できる。

（７）また、本発明の基地局は、移動局および中継局から無線信号を受信する基地局であって、前記中継局において、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てられて中継された送信信号と、前記各移動局から送信された送信信号とに基づいて、それぞれのレプリカを生成し、生成した各レプリカを干渉除去に用いることによって、前記中継局から送信された送信信号および前記各移動局から送信された送信信号の受信処理を行なうことを特徴としている。

このように、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てられて中継された送信信号と、各移動局から送信された送信信号とに基づいて、それぞれのレプリカを生成し、生成した各レプリカを干渉除去に用いることによって、中継局から送信された送信信号および各移動局から送信された送信信号の受信処理を行なうので、基地局は、ＵＥとＲＳが伝送に用いる周波数の直交性を保持する周波数割り当てが必要なくなり、ＲＳを含む無線通信システムの効率的な周波数の使用が可能になるため周波数利用効率を向上させることができる。

（８）また、本発明の基地局において、前記中継局に対し、中継する送信信号の変調多値数または符号化率のいずれか一方を、前記中継しない他の送信信号の変調多値数または符号化率よりも低くする通知を行なうことを特徴としている。

このように、基地局は、中継局に対し、中継する送信信号の変調多値数または符号化率のいずれか一方を、中継しない他の送信信号の変調多値数または符号化率よりも低くする通知を行なうので、ＲＳとＵＥのスペクトルを重複して割り当てた信号の分離がしやすくなり、伝送特性へのスペクトルを重複した影響が少なくなり、スループットを改善できる。

（９）また、本発明の基地局において、前記各移動局から送信された送信信号および前記中継局で中継された送信信号のそれぞれを合成する受信処理を行なうことを特徴としている。

このように、基地局は、各移動局から送信された送信信号および中継局で中継された送信信号のそれぞれを合成する受信処理を行なうので、ＲＳとＵＥのスペクトルを重複して割り当てた信号の分離がしやすくなり、伝送特性へのスペクトルを重複した影響が少なくなり、スループットを改善できる。

（１０）また、本発明の無線通信システムは、移動局、基地局および中継局で構成され、前記中継局が前記移動局と基地局との間で送受信される無線信号を中継する無線通信システムであって、前記中継局は、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てて中継を行なうことを特徴としている。

このように、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てて中継を行なうので、基地局は、ＵＥとＲＳが伝送に用いる周波数の直交性を保持する必要がなくなり、ＲＳを含む無線通信システムの効率的な周波数の使用が可能になるため周波数利用効率を向上させることができる。

本発明を適用することにより、ＲＳ５とｅＮＢ１の通信で使用する周波数リソースがＲＳ５を経由しないＵＥ３とｅＮＢ１間の通信のリソースを逼迫しないため、周波数利用効率やスループットの向上を実現できる。

本発明のＵＥ３の一例を示すブロック図である。 シングルキャリアスペクトルの割り当てを示す図である。 離散的な周波数割当を示す図である。 本発明における１本の送受信アンテナを有するＲＳ５の構成例について説明するブロック図である。 本発明の受信部２０３の構成例を示すブロック図である。 本発明の送信部２０５の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態において、ＲＳ５、およびＲＳ５を経由せずにデータ伝送された複数のＵＥ３のデータを同時に受信するｅＮＢ１の構成例を示すブロック図である。 ＲＳ５を用いる従来の無線通信システムの周波数割当方法として示す、ｅＮＢ１での受信スペクトルの図である。 ＲＳ５を用いる従来の無線通信システムの周波数割当方法として示す、ｅＮＢ１での受信スペクトルの図である。 本発明の第１の実施形態に係るＲＳ５の周波数割当の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るＲＳ５の周波数割当を離散的とした場合の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、ＵＥ３から伝送された信号と中継された信号を合成する場合のｅＮＢ１の一部の構成例を示すブロック図である。 本発明の通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るＵＥ３とＲＳ５の周波数割当の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るｅＮＢ１の一部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るＵＥ３とＲＳ５の周波数割当の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るＵＥ３とＲＳ５の周波数割当の別の例を示す図である。 上り回線におけるリレーシステムの概念図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、データ伝送を行なう送信装置をＵＥ３とし、データを受信する受信装置をｅＮＢ１とする伝送（アップリンク）について説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明のＵＥ３の一例を示すブロック図である。ただし、本発明を説明するのに必要な最小限のブロック図としている。図１のＵＥ３では、ＵＥ３の数をｍとしており、このＵＥ３−１〜ＵＥ３−ｍは図１６のＵＥ３−１〜ＵＥ３−４と同様にｅＮＢ１へのデータ伝送を行なう。また、本図ではＵＥ３のアンテナ数を１本としているが、複数のアンテナを送受信に用い、送信ダイバーシチやＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送を行なっても良いものとする。各々ＵＥ３は、データ伝送処理は同一であることから、本実施形態ではＵＥ３−１のみの説明をする。ＵＥ３−１では、ｅＮＢ１より通知された制御情報を制御情報受信部１０１で受信する。制御情報には、データ伝送に用いる周波数割当情報や変調多値数、符号化率、符号化方法に関する情報などが含まれる。制御情報受信部１０１は、受信した制御情報に含まれる符号化率や符号化方法の情報を符号化部１０３に入力し、変調多値数の情報を変調部１０５に入力し、周波数割当情報を周波数マッピング部１０９に入力する。

符号化部１０３は、入力されたデータビットに対し、誤り訂正符号化のターボ符号やＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号などを施す。符号化部１０３で施す誤り訂正符号化は、送受信で予め決められていても良いし、制御情報として通知されても良い。符号化部１０３は、さらに制御情報として通知された符号化率の情報を基にパンクチャを行ない、符号ビットを変調部１０５へ出力する。変調部１０５は、符号ビットに対してＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying；四相位相偏移変調）、１６ＱＡＭ（16−ary Quadrature Amplitude Modulation；16直交振幅変調）や６４ＱＡＭなどの変調のうち、制御情報受信部１０１より入力された変調多値数の変調を施す。変調部１０５から出力された変調シンボルは、ＦＦＴ部１０７で時間領域から周波数領域のデータ信号に変換された後に、該信号を周波数マッピング部１０９へ出力する。

周波数マッピング部１０９は、入力された周波数領域のデータ信号に対し、制御情報受信部１０１より通知された周波数割当情報に基づいて、信号の割り当てを行なう。

図２Ａは、シングルキャリアスペクトルの割り当てを示す図である。連続的な周波数割当のＤＦＴ−Ｓ−ＯＦＤＭ（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing、SC−FDMAとも称される）では、図２Ａのようにシングルキャリアスペクトルを割り当てる。

一方、図２Ｂは、離散的な周波数割当を示す図である。離散的な周波数割当のＣｌｕｓｔｅｒｅｄ ＤＦＴ−Ｓ−ＯＦＤＭでは、図２Ｂの割り当てとなる。周波数マッピング部１０９より出力された信号は、ＩＦＦＴ部１１１で時間領域の信号に変換される。参照信号多重部１１３では、時間領域において送信信号に対して送受信機で既知である参照信号を多重する処理を行なう。本例では、時間領域で参照信号を多重する構成としたが、周波数領域で参照信号を多重する構成としても良い。

参照信号が多重された信号は、送信処理部１１５でＣＰ（Cyclic Prefix；サイクリックプレフィックス）が挿入され、Ｄ／Ａ（Digital/Analog；ディジタル／アナログ）変換でアナログの信号に変換された後に無線周波数にアップコンバートされる。アップコンバートした後に、ＰＡ（Power Amplifier）で送信電力に増幅された後に送信アンテナ１１７から送信される。ＵＥ３−２〜ＵＥ３−ｍも同様の処理でデータ送信を行なう。

図３は、本発明における１本の送受信アンテナを有するＲＳ５の構成例について説明するブロック図である。ただし、送受信アンテナは複数有していても良い。ＲＳ５では、ＵＥ３からの信号をアンテナ２０１で受信し、受信部２０３で送信されたデータビットを得る。

図４は、本発明のＲＳ５の受信部２０３の構成例を示すブロック図である。本図を用いてデータビットを得る処理について説明する。アンテナ２０１で受信された信号は、受信処理部３０１においてベースバンド周波数にダウンコンバートし、Ａ／Ｄ変換を行なうことでディジタル信号に変換し、ディジタル信号からサイクリックプレフィックスを除去する。受信処理部３０１から出力された信号は、参照信号分離部３０３で参照信号とデータ信号に分離され、参照信号は伝搬路推定部３０５へ、データ信号はＦＦＴ部３０７へ出力される。伝搬路推定部３０５は、送受信装置で既知の参照信号により、伝搬路の周波数応答を推定し、推定した伝搬路特性を等化部３０９に出力する。

一方、参照信号分離部３０３によって分離されたデータ信号は、ＦＦＴ部３０７において時間領域の信号から周波数領域の信号に変換された後、周波数デマッピング部３１１に出力される。周波数デマッピング部３１１は、ｅＮＢ１からＵＥ３に制御情報として通知された周波数割当情報に基づき、連続的もしくは離散的に割り当てられた周波数領域の信号を抽出する。抽出された信号は、ソフトキャンセラ部３１３に入力され、復号部３１５により得られた復号ビットから生成された周波数領域のレプリカをキャンセルする。ただし、１回目のソフトキャンセラの処理では、復号部３１５より得られる情報がないため、何もしない。等化部３０９では、伝搬路推定部３０５から入力された伝搬路特性より無線伝搬路の歪みを補償する等化処理を行ない、ＩＦＦＴ部３１７に出力する。ここで、等化処理は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）重みやＺＦ（Zero Forcing）重み等を乗算するなどのことである。

等化部３０９から入力された信号は、ＩＦＦＴ部３１７により周波数領域の信号から時間領域の信号に変換される。ＵＥ３へ制御情報として通知された変調多値数の情報がＲＳ５にも通知されており、変調多値数の情報を基にシンボルの復調が施される。復調されたビットは、ＵＥ３へ制御情報として通知された符号化率の情報を基に、復号部３１５により誤り訂正復号が施され、データビットを得る。復号結果は、ターボ等化処理を行なう場合、レプリカ生成部３１９に出力される。レプリカ生成部３１９は、復号ビットに対して再度変調を施すことでレプリカの生成をする。ＦＦＴ部３２１では、生成された時間領域のレプリカを周波数領域に変換し、ソフトキャンセラ部３１３に入力する。以上の繰り返し処理により、ＵＥ３より送信されたデータの受信処理を行なう。この繰り返し処理は、巡回冗長検査（CRC:Cyclic Redundancy Check）で誤りが検出されなくなるか、予め決められている繰り返し回数の上限まで行なうものとする。

復号部３１５において、巡回冗長検査により復号結果が正しくない場合には中継を行なわないため、何もしない。巡回冗長検査により正しいデータビットが得られた場合は、送信部２０５にデータビットが入力される。

図５は、本発明のＲＳ５の送信部２０５の構成の一例を示すブロック図である。符号化部１０３から参照信号多重部１１３までの処理は、ＵＥ３と同様であるため説明を省略する。また、制御情報受信部４０１はＲＳ５とｅＮＢ１間の通信で用いる制御情報を受信するものとする。そのため、符号化方法、符号化率、変調多値数、周波数割当がＲＳ５から送信される信号と、ＵＥ３から送信される信号で異なっても良い。

送信部２０５は、参照信号が多重された時間領域の信号に対し、図示していないが、ＣＰの挿入と、Ｄ／Ａ変換すなわちアナログの信号への変換と、無線周波数アップコンバートを施し、増幅部２０７に入力する。増幅部２０７は、入力された信号をＲＳ５とｅＮＢ１間での通信に用いる送信電力に増幅する。ここで、ＲＳ５の送信電力は予め決められても良いし、制御情報によりｅＮＢ１から指定されても良い。また、ＲＳ５の送信電力はＵＥ３より余裕があるため、ｅＮＢ１での受信電力がＵＥ３よりも高くなるようにＲＳ５の送信電力を設定しても良い。増幅された信号は、送信アンテナ２０９から送信される。

図６は、本発明の第１の実施形態において、ＲＳ５、およびＲＳ５を経由せずにデータ伝送された複数のＵＥ３のデータを同時に受信するｅＮＢ１の構成例を示すブロック図である。同図では、同時に受信するＵＥ３とＲＳ５の合計数をｎとする。また、送受信アンテナは１本としているが、複数有していても良い。ｅＮＢ１では、ＵＥ３やＲＳ５からの信号をアンテナ５０１で受信する。受信処理部３０１からＦＦＴ部３０７までは図４と同様の処理が施され、ＦＦＴ部３０７より出力される周波数領域の信号は周波数デマッピング部５０３に入力される。

伝搬路推定部５０５は、送受信装置で既知の参照信号により、データを受信したＲＳ５およびＵＥ３と、ｅＮＢ１間の伝搬路の周波数応答を推定し、推定した伝搬路特性を等化部５０７−１〜５０７−ｎに出力する。また、推定した伝搬路特性よりＵＥ３もしくはＲＳ５がデータ伝送時に用いる周波数割当、符号化率、変調方式などを決定し、制御情報として送信する。これらの制御情報は、データの受信処理にも必要なため、通知した制御情報に基づいて伝送されたデータの受信まで記憶されているものとする。

一方、周波数デマッピング部５０３は、伝搬路推定部５０５により記憶されているすべての送信装置（UE3もしくはRS5）の周波数割当情報が入力され、割当情報に基づいて各送信装置の信号に分離する。分離された各送信装置の信号は、送信装置毎に受信処理が施されるため、ソフトキャンセラ部５０９−１〜５０９−ｎにそれぞれ入力される。ソフトキャンセラ部５０９−１〜５０９−ｎから復号部５１１−１〜５１１−ｎは、送信装置から送信された信号毎に同様に処理を行なうため、１番目の送信装置の受信処理であるソフトキャンセラ部５０９−１について説明する。ソフトキャンセラ部５０９−１では、すべての送信装置の復号結果から得られる周波数領域のレプリカが入力され、受信信号からこのレプリカを減算する。ソフトキャンセラの詳細については、後述する。また、１回目のソフトキャンセラの処理では、復号部５１１−１〜５１１−ｎより得られる情報がないため、何もしない。ソフトキャンセルが施された信号は、等化部５０７−１とＩＦＦＴ部５１３−１において、図４の等化部３０９、ＩＦＦＴ部３１７と同様の処理により時間領域の信号に変換される。復調部５１５−１では、伝搬路推定部５０５で決定され、送信装置へ通知した変調多値数が入力され、入力された変調多値数の情報を基にシンボルの復調を施す。復調されたビットは、伝搬路推定部５０５で決定され、送信装置へ通知した符号化率や符号化方法の情報を基に復号部５１１−１により誤り訂正復号が施され、データビットを得る。

復号部５１１−１〜５１１−ｎの復号結果は、ターボ等化による復号器出力を用いたソフトキャンセル処理を行なう場合、レプリカ生成部５１７−１〜５１７−ｎにそれぞれ出力される。レプリカ生成部５１７−１とＦＦＴ部５１９−１は、復号ビットに対して図４のレプリカ生成部３１９とＦＦＴ部３２１と同様の処理を施すことで周波数領域のレプリカの生成をする。レプリカ抽出部５２１−１の詳細は後述するが、ソフトキャンセルに必要なレプリカのみをソフトキャンセラ部５０９−１〜５０９−ｎ毎にそれぞれ抽出し、ソフトキャンセラ部５０９−１〜５０９−ｎに入力する。以上の繰り返し処理により、送信装置より送信されたデータの受信処理を行なう。

図７Ａ、図７Ｂは、ＲＳ５を用いる従来の無線通信システムの周波数割当方法として示す、ｅＮＢ１での受信スペクトルの図である。同図により説明する。図７Ａは、ＲＳ５で中継するデータがない場合であり、ＵＥ３−１、ＵＥ３−２、ＵＥ３−３に周波数分割多元接続による通信を行なう。図７Ｂは、セルエッジなどにいるＵＥ３からの受信信号の電力が小さいなどの理由により、ＲＳ５がデータを中継した場合の周波数割当を示す。ＵＥ３−１の送信信号がｅＮＢ１で十分な受信電力を得られない場合に、ＲＳ５では図７Ａの送信タイミングで送信されたＵＥ３−１の送信信号を受信処理した後に、ｅＮＢ１へ送信する。図７Ａ、図７Ｂでは、ＵＥ３−１とＲＳ５の周波数割当は一致しているが、割当や帯域幅は変わっても良い。図７Ｂのように、本実施形態であるＤＦ方式のＲＳ５はＵＥ３−１と異なるタイミングでデータの中継を行ない、周波数分割多元接続を行なうため、ＲＳ５のみが使用可能な周波数割当が必要となる。その結果、同図の例ではｅＮＢ１がＵＥ３−１の正しいデータを得るには中継を行なわない場合に比べ、２倍の周波数割当が必要なる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係るＲＳ５の周波数割当の一例を示す図である。本実施形態では、ＲＳ５とＵＥ３で周波数分割多元接続を行なわず、ＲＳ５とＵＥ３で周波数を共有して伝送に用いる。そのため、中継を行なっていないＵＥ３−２、３−３、３−４が周波数分割多元接続として周波数領域での直交性を保っているのに対し、ＲＳ５はＵＥ３と周波数領域の信号（スペクトル）が重複する割当を行なう。このようにＵＥ３とＲＳ５の送信信号が多重された場合、図６に一例として示したｅＮＢ１で信号の分離を行なう。図６のｉ番目のレプリカ抽出部５２１−ｉでは、ソフトキャンセラ部５０９−ｉへ入力する場合にはシンボル間干渉の除去に用いるために何もしない。一方、ソフトキャンセラ部５０９−ｊ（i≠j）への入力は周波数領域で図８のように重複したスペクトルのレプリカのみを抽出したものとなる。ただし、図７Ｂの伝送では、スペクトルの重複がないため、レプリカ抽出部５２１−ｉからソフトキャンセラ部５０９−ｊ（i≠j）への入力はすべてゼロ、つまり何も入力されない。

ｉ番目のソフトキャンセラ部５０９−ｉでは、受信信号Ｒ_ｉが入力され、他のＵＥ３もしくはＲＳ５の送信信号の復号結果より生成されたレプリカＳ’_ｊ（1≦j≦n, j≠i）と、復号部５１１−ｉで得られた復号結果より生成されたレプリカＳ’_ｉが入力され、次式の処理を行なう。

ただし、Ｒ’_ｉは等化部５０７−ｉに入力する信号であり、Ｓ’_ｉはＦＦＴ部５１９−ｉから出力されたレプリカと同じものであり、Ｓ’_ｊはＦＦＴ部５１９−ｊの出力からソフトキャンセラ部５０９−ｉに入力される受信信号Ｒ_ｉと重複した周波数に割当られたスペクトルの成分のみを抽出したレプリカとする。

このように、受信処理によって重複したスペクトルを分離することができる。本実施形態で示した例では、ＵＥ３とＲＳ５の周波数割当が共に連続的な周波数の割り当てとしていたが、それぞれ離散的な割り当てを用いても良い。

図９は、本発明の第１の実施形態に係るＲＳ５の周波数割当を離散的とした場合の一例を示す図である。本実施形態では、ＲＳ５の周波数割当を同図のように離散的に割当を行なっても良く、離散的な割当であれば、ＵＥ３は重複するスペクトルの割合が少なくなる。

また、本実施形態の例のｅＮＢ１では、セルエッジなどのＵＥ３の送信信号を中継された信号のみを受信処理に用いるとしたが、ＵＥ３から伝送された信号と中継された信号を合成しても良い。

図１０は、本発明の第１の実施形態において、ＵＥ３から伝送された信号と中継された信号を合成する場合のｅＮＢ１の一部の構成例を示すブロック図である。復調部５１５−１〜５１５−ｎ（復調部５１５−１〜５１５−ｎを合わせて復調部５１５と表す）までは図６のｅＮＢ１と同様の処理であり、これらの復調部５１５の出力でＲＳ５を経由した伝送を行なうＵＥ３の信号を信号記憶部６０１−１〜６０１−ｎに出力する。合成部６０３−１〜６０３−ｎでは、復調された信号が入力され、中継された信号の受信処理を行なう場合には信号記憶部６０１−１〜６０１−ｎのいずれかで記憶されているＵＥ３より送信された信号の復調結果が入力される。ＵＥ３より伝送された信号の受信処理を行なう場合には、信号記憶部６０１−１〜６０１−ｎから何も出力されない、つまりゼロが入力される。合成部６０３−１〜６０３−ｎでは、復調部５１５−１〜５１５−ｎからの入力と信号記憶部６０１−１〜６０１−ｎからの入力を加算し、ＵＥ３より伝送された信号とＲＳ５より伝送を合成する。合成された信号は、復号部５１１−１〜５１１−ｎに入力され、復号処理が施される。以下、図６と同様の処理で受信処理が行なわれる。

図１１は、本発明の通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。図１１において、ＵＥ３は参照信号のみもしくは、データと参照信号を多重した信号をｅＮＢ１に送信する（ステップＳ１０１）。ｅＮＢ１は、受信した参照信号により周波数応答を推定し、これらの推定結果よりＵＥ３の周波数割り当てや伝送に用いる符号化率、変調多値数などを決定し、制御情報としてＵＥ３に通知する（ステップＳ１０２）。また、ＲＳ５にも同様に中継伝送時に用いる周波数割当やＵＥ３がデータ伝送に用いる周波数割当情報などを含む制御情報を通知する（ステップＳ１０３）。本実施形態では、周波数割当を除く符号化率、変調多値数などの伝送に用いる送信パラメータはＵＥ３へ通知したものと同じとする。また、ＲＳ５への制御情報の通知タイミングは、図１１に限定されず、ＵＥ３へ制御情報を通知するタイミングと同じもしくはそれよりも前のタイミングとしても良く、ＲＳ５による中継データ伝送よりも前のタイミングであればよい。ＵＥ３は、制御情報を受信後、ＣＲＣにより受信データに誤りがない場合には制御情報に含まれる送信パラメータに基づいてデータ伝送を行なう（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）。ただし、誤りを検出した場合には、データの中継伝送を行なわず、ＮＡＣＫ（Negative ACKnowledgement）など制御情報を送信する。ＲＳ５とｅＮＢ１はそれぞれＵＥ３より伝送されたデータを受信する。ＲＳ５は、ＵＥ３より受信したデータを正しく受信できた場合には、ｅＮＢ１へ中継伝送を行なう（ステップＳ１０６）。ｅＮＢ１は、ＲＳ５より伝送された信号の受信処理もしくは、ＲＳ５とＵＥ３より伝送された信号を図１０のように合成による受信処理を行ない、送信されたデータを得る。

以上の様に、本実施形態を適用することでＵＥ３とＲＳ５が伝送に用いる周波数の直交性を保持する必要がなくなり、ＲＳ５を含む無線通信システムの効率的な周波数の使用が可能になるため周波数利用効率を向上させることができる。また、本実施形態では、送信電力に制限のあるＵＥ３に対してＲＳ５は送信電力に余裕があるため、ｅＮＢ１は、電力差のあるスペクトルを周波数領域で重複させる。このような電力差のあるＲＳ５とＵＥ３のスペクトルを重複させて割り当てることで受信処理における信号分離がしやすく、伝送特性に対してスペクトルを重複させることによる影響が少なくなり、スループットを改善できる。

［第２の実施形態］
本実施形態では、ＲＳ５が伝送時に用いる符号化率や変調多値数を低くし、ＲＳ５とｅＮＢ１間の通信の信頼性を向上する一例について図１２を用いて説明する。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係るＵＥ３とＲＳ５の周波数割当の一例を示す図である。図１２において、ＲＳ５による伝送のない送信タイミングでは、図７Ａの周波数分割多元接続による周波数割当が行なわれ、次の送信タイミングでは、ｅＮＢ１での受信電力の小さいＵＥ３−１の信号をＲＳ５が中継する場合の周波数割当が行なわれている。本実施形態におけるＵＥ３とｅＮＢ１は前実施形態と同様である。ＲＳ５の構成例は、前実施形態の図３と同じであるが、送信部２０５における送信信号生成処理が異なる。送信部２０５では、ＵＥ３−１から受信した信号から得られたデータビットが符号化部１０３に入力される。符号化部１０３は、ｅＮＢ１より通知された制御情報に含まれる符号化に関連する情報に基づいてデータビットに対して符号化を施す。ここで、本実施形態ではＲＳ５で行なう符号化の符号化率ｒ_ＲＳは、次式を満たすように設定される。

ｒ_ＲＳ≦ｒ_ＵＥ …（２）
ただし、ｒ_ＵＥはＵＥ３で施す符号化の符号化率を示す。

また、ＵＥ３−１が用いる誤り訂正符号化がターボ符号であれば、符号化率を変えるだけではなく、重複したスペクトルを分離しやすくなる符号化方法の畳み込み符号などに変更しても良い。変更する符号は、畳み込み符号に限定されず、重複したスペクトルを分離しやすくなるように設計されている符号であれば、ＬＤＰＣ符号でも良い。

符号化ビットが入力される変調部１０５では、ＲＳ５で変調する際の変調多値数Ｍ_ＲＳについて、次式を満たすように設定する。

Ｍ_ＲＳ≦Ｍ_ＵＥ …（３）
ただし、Ｍ_ＵＥはＵＥ３で変調する際の変調多値数を示す。

本実施形態に係るＲＳ５では、符号化部１０３と変調部１０５が通信パラメータについて式（２）、式（３）を同時に満たす必要はなく、どちらか一方のみ適用しても良い。また、符号化方法のみを変更するとしても良い。

ＦＦＴ部１０７により変調が施された信号が時間領域から周波数領域に変換される。このＦＦＴ部１０７から出力される周波数信号は、式（２）もしくは式（３）の少なくとも一方を満たすように符号化と変調が施されているため、伝送時により広い帯域幅が必要とされる。周波数マッピング部１０９は、ＲＳ５を経由しないＵＥ３の伝送周波数と重複した割当を行なう。その結果、ｅＮＢ１では図１２のように周波数領域で重複した信号を同時に受信し、前実施形態と同様の受信処理で信号分離をする。

本実施形態では、符号化率、変調多値数の少なくとも１つ変更をする際に、ｅＮＢ１から通知される制御情報を基に変更する例について述べたが、予めいずれかのパラメータを変更することが決まっており、制御情報による通知がなくても良い。また、符号化率を下げるのではなく、符号化部１０３がターボ符号化を行なう場合には、入力ビットそのものであるシステマティックビットと、誤り訂正符号化を施されたパリティビットが得られるため、パリティビットのみをＲＳ５が中継伝送しても良い。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係るｅＮＢ１の一部の構成例を示すブロック図である。上記の場合は、ＵＥ３はシステマティックビットと符号化率に合わせて間引かれたパリティビットを伝送するのに対し、ＲＳ５ではパリティビットのみを伝送する。復調部５１５−１〜５１５−ｎまでは図６や図１０のｅＮＢ１と同様の処理であり、これらの復調部５１５の出力でＲＳ５を経由した伝送を行なうＵＥ３のシステマティックビットとパリティビットを含む信号を信号記憶部７０１−１〜７０１−ｎに出力する。ビット合成部７０３−１〜７０３−ｎでは、復調された信号が入力され、中継された信号の受信処理を行なう場合には信号記憶部７０１−１〜７０１−ｎのいずれかで記憶されているＵＥ３より伝送されたシステマティックビットとパリティビットを含む信号の復調結果が入力される。ＵＥ３より伝送された信号の受信処理を行なう場合には、信号記憶部７０１−１〜７０１−ｎから何も出力されない。ビット合成部７０３−１〜７０３−ｎでは、復調部５１５−１〜５１５−ｎからの入力されたパリティビットと信号記憶部７０１−１〜７０１−ｎからの入力の間引かれているパリティビットの合成を行なう。この合成処理では、ＵＥ３とＲＳ５からそれぞれ伝送されたパリティビットは、加算処理により合成を行ない、ＲＳ５からのみ伝送されたパリティビットやシステマティックビットは何もしない。ビット合成部７０３−１〜７０３−ｎでは、合成した信号をパリティビットが間引かれていない信号として復号部５１１−１〜５１１−ｎに入力し、復号処理が施される。以下、図６と同様の処理で受信処理が行なわれる。

本実施形態における通信システムの動作を示すシーケンスチャートは、前実施形態と同様の図１１となる。ただし、ＲＳ５に通知する制御情報が前実施形態と異なり、この制御情報に含まれる符号化率や変調多値数の情報がＵＥ３へ通知した情報と違うものとなる。例えば、式（２）や式（３）を満たす制御情報をＲＳ５に通知するなどである。

以上の様に、本実施形態を適用することでＵＥ３とＲＳ５が伝送に用いる周波数の直交性を保持する必要がなくなり、ＲＳ５を含む無線通信システムの効率的な周波数の使用が可能になるため周波数利用効率を向上させることができる。また、本実施形態では、ＲＳ５が符号化率、変調多値数、符号化方法の中の少なくとも１つを変更し、その結果、ＲＳ５とＵＥ３のスペクトルを重複して割り当てた信号の分離がしやすくなり、伝送特性へのスペクトルを重複した影響が少なくなり、スループットを改善できる。さらに、電力差のあるＲＳ５とＵＥ３のスペクトルを重複して割り当てることで受信処理における信号分離がしやすく、伝送特性へのスペクトルを重複した影響が少なくなり、スループットを改善できる。

［第３の実施形態］
本実施形態では、ＲＳ５が伝送時に用いる周波数を、中継伝送されるＵＥ３が伝送時に用いる周波数と同じ周波数割当とする一例について説明する。

本実施形態におけるＵＥ３、ＲＳ５、ｅＮＢ１の構成は、前実施形態と同じであるが、ＲＳ５の送信部２０５内の制御情報受信部４０１が異なる。前実施形態では、ｅＮＢ１よりＲＳ５の周波数割当情報を含む制御情報を制御情報受信部４０１が受信し、周波数マッピング部１０９に入力していた。本実施形態では、制御情報受信部４０１がデータ伝送の中継を行なうＵＥ３へ通知された周波数割当情報を含む制御情報を受信しておき、周波数マッピング部１０９に入力する。つまり、ＵＥ３が伝送に用いる周波数位置や帯域幅と、ＲＳ５が伝送に用いる周波数位置や帯域幅を全く同じにする。

図１４は、本発明の第３の実施形態に係るＵＥ３とＲＳ５の周波数割当の一例を示す図である。本実施形態において、ＲＳ５による伝送のない送信タイミングでは図７Ａの周波数割当である周波数分割多元接続が行なわれ、次の送信タイミングでｅＮＢ１での受信電力の小さいＵＥ３−１の信号をＲＳ５が中継している。図１４の例では、ＵＥ３の送信タイミングとＲＳ５の送信タイミングのいずれにおいても、ＵＥ３−１の周波数割り当てとＲＳ５によって中継伝送されるＵＥ３−１の周波数割り当てが同一の場合であるため、ＵＥ３−１とＲＳ５の伝送に用いる周波数が同一になっている。

図１５は、本発明の第３の実施形態に係るＵＥ３とＲＳ５の周波数割当の別の例を示す図である。ＵＥ３の送信タイミングとＲＳ５の送信タイミングですべてもしくは一部のＵＥ３の周波数割り当てが異なる場合には、図１５のような周波数割り当てとなる。

本実施形態における通信システムの動作を示すシーケンスチャートは、前実施形態と同様の図１１となる。ただし、ＲＳ５に通知する制御情報が第１の実施形態と異なり、この制御情報に含まれるＲＳ５が伝送に用いる周波数割当情報がＵＥ３へ通知した情報と同じとなる。

以上の様に、本実施形態を適用することでＵＥ３とＲＳ５が伝送に用いる周波数の直交性を保持する必要がなくなり、ＲＳ５を含む無線通信システムの効率的な周波数の使用が可能になるため周波数利用効率を向上させることができる。また、本実施形態では、ＲＳ５が伝送に用いる周波数位置や帯域幅を変更する必要がなく、簡単な中継処理を実現できる。さらに、電力差のあるＲＳ５とＵＥ３のスペクトルを重複して割り当てることで受信処理における信号分離がしやすく、伝送特性へのスペクトルを重複した影響が少なくなり、スループットを改善できる。

本発明に関わるＵＥ３およびｅＮＢ１で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。

また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。

また、上述した実施形態におけるＵＥ３およびｅＮＢ１の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。ＵＥ３およびｅＮＢ１の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。

１ ｅＮＢ
３−１、３−２、３−３、３−４、３ ＵＥ
５ ＲＳ
１０１ 制御情報受信部
１０３ 符号化部
１０５ 変調部
１０７ ＦＦＴ部
１０９ 周波数マッピング部
１１１ ＩＦＦＴ部
１１３ 参照信号多重部
１１５ 送信処理部
１１７ 送信アンテナ
２０１ アンテナ
２０３ 受信部
２０５ 送信部
２０７ 増幅部
２０９ 送信アンテナ
３０１ 受信処理部
３０３ 参照信号分離部
３０５ 伝搬路推定部
３０７ ＦＦＴ部
３０９ 等化部
３１１ 周波数デマッピング部
３１３ ソフトキャンセラ部
３１５ 復号部
３１７ ＩＦＦＴ部
３１９ レプリカ生成部
３２１ ＦＦＴ部
４０１ 制御情報受信部
５０１ アンテナ
５０３ 周波数デマッピング部
５０５ 伝搬路推定部
５０７−１〜５０７−ｎ 等化部
５０９−１〜５０９−ｎ ソフトキャンセラ部
５１１−１〜５１１−ｎ 復号部
５１３−１〜５１３−ｎ ＩＦＦＴ部
５１５−１〜５１５−ｎ 復調部
５１７−１〜５１７−ｎ レプリカ生成部
５１９−１〜５１９−ｎ ＦＦＴ部
５２１−１〜５２１−ｎ レプリカ抽出部
６０１−１〜６０１−ｎ 信号記憶部
６０３−１〜６０３−ｎ 合成部
７０１−１〜７０１−ｎ 信号記憶部
７０３−１〜７０３−ｎ ビット合成部

Claims (10)

1. 移動局と基地局との間で送受信される無線信号を中継する無線中継方法であって、
   複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てて中継を行なうことを特徴とする無線中継方法。
2. 前記中継する送信信号の送信に使用する周波数は、周波数軸上で離散的に配置されていることを特徴とする請求項１記載の無線中継方法。
3. 前記中継する送信信号の前記基地局における受信電力を、前記中継しない他の送信信号の前記基地局における受信電力よりも高くすることを特徴とする請求項１記載の無線中継方法。
4. 前記中継する送信信号の変調多値数または符号化率のいずれか一方を、前記中継しない他の送信信号の変調多値数または符号化率よりも低くすることを特徴とする請求項１記載の無線中継方法。
5. 前記中継する送信信号に対する誤り訂正符号化は、前記中継しない他の送信信号に対する誤り訂正符号化とは異なることを特徴とする請求項１記載の無線中継方法。
6. 前記中継する送信信号の送信に使用する周波数は、前記移動局から送信された他の送信信号が割り当てられている周波数と同一であることを特徴とする請求項１記載の無線中継方法。
7. 移動局および中継局から無線信号を受信する基地局であって、
   前記中継局において、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てられて中継された送信信号と、
   前記各移動局から送信された送信信号とに基づいて、それぞれのレプリカを生成し、生成した各レプリカを干渉除去に用いることによって、前記中継局から送信された送信信号および前記各移動局から送信された送信信号の受信処理を行なうことを特徴とする基地局。
8. 前記中継局に対し、中継する送信信号の変調多値数または符号化率のいずれか一方を、前記中継しない他の送信信号の変調多値数または符号化率よりも低くする通知を行なうことを特徴とする請求項７記載の基地局。
9. 前記各移動局から送信された送信信号および前記中継局で中継された送信信号のそれぞれを合成する受信処理を行なうことを特徴とする請求項７記載の基地局。
10. 移動局、基地局および中継局で構成され、前記中継局が前記移動局と基地局との間で送受信される無線信号を中継する無線通信システムであって、
    前記中継局は、複数の移動局から送信された送信信号のうち、少なくとも一つの送信信号を中継する際に使用する周波数を、中継しない他の送信信号が割り当てられている周波数の少なくとも一部に重複して割り当てて中継を行なうことを特徴とする無線通信システム。

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