JP2013207596A - 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】複数の中継局により同時に送信された信号を宛先局において正しく復号する。
【解決手段】一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、発信局が第一スロットにおいて送信したパケットを受信し、受信したパケットを第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、パケットの宛先局とを備える無線通信システムであって、中継局は、発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部と、受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転部と、同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正部と偏角補正部から出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅部と、送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線中継システムにおいて、複数の中継局を介して協調伝送を行う際に、各中継局から同時に送信されて、宛先局に重畳して受信された信号を復号する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

近年、発信局と宛先局以外の無線局に協調中継伝送を行わせることで通信特性を向上させる協調通信方式が注目を集めており、多くの研究がなされている。協調中継伝送における通信方式のシステムモデルは、主に中継局フォワード方式、協調システム構成（トポロジー）、協調プロトコルの三要素により決定づけられる。

中継局フォワード方式とは、中継局が発信局から受信した信号に対してどのような信号処理を行い、宛先局へ伝送するかを示すものである。中継局フォワード方式の最も代表的なものはＤＦ（Decode-and-Forward）法と、ＡＦ（Amplify-and-Forward）法との二つである。ＤＦ法は、中継局が受信した信号を再生してから、再生した信号を宛先局に伝送する手法である。ＡＦ法は、中継局が受信した信号を増幅し、増幅した信号を宛先局に伝送する手法である。

協調システム構成（トポロジー）は、協調通信方式を用いた無線通信システムを構成する発信局、中継局、及び宛先局の個数と、当該無線通信システム内において行われる協調中継ホップ数を示すものである。例えば、協調通信方式を用いた無線通信システムにおいて、発信局（Source；Ｓ）と、宛先局（Destination；Ｄ）とを具備し、発信局が送信した信号を中継する中継局（Relay；Ｒ）が二つ存在する２リレー２ホップ構成などがある。２リレー構成等のマルチリレー構成では、一般に、発信局から中継局への送受信と、中継局から宛先局への送受信とに対して、無線資源（時間及び周波数）の１スロットを割り当てるため、無線通信システム全体における、送受信における１周期を２スロットとすることが多い。協調プロトコルは、無線通信システムの１周期における各無線局（発信局、中継局、及び宛先局）間における送受信関係の組合せを示すものである（例えば、非特許文献１参照）。

図３は、中継局フォワード方式としてＡＦ法を用いたマルチリレー構成の協調通信システムの構成を示す図である。図３においては、協調プロトコルとして、第１スロットにおいて発信局Ｓが複数の中継局Ｒ_１〜Ｒ_Ｎと宛先局Ｄに対してパケットをブロードキャスト送信し、また第２スロットで複数の中継局Ｒ１〜ＲＮと発信局Ｓが宛先局Ｄへ同時送信するものを想定している。このとき、第１スロットにおける宛先局Ｄと第ｎ中継局（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）がそれぞれ受信する第Ｑ番目の受信信号Ｙ_１，ＱとＹ_Ｒｎ，Ｑは（１）式、（２）式として表される。

ここで、Ｈ_ＳＤは発信局Ｓと宛先局Ｄとの間における通信路応答であり、その分散をＬ_ＳＤとする。Ｈ_ＳＲｎはそれぞれ発信局Ｓと第ｎ中継局Ｒｎとの間における通信路応答であり、その分散をＬ_ＳＲとする。Ｘ_１，Ｑは第１スロットで発信局Ｓが送出する第Ｑ番目の信号である。Ｗ_Ｒｎ，Ｑはそれぞれ第ｎ中継局Ｒｎにおける付加白色ガウス雑音であり、その雑音電力は各無線局で全て等しいと仮定してσ^２である。各中継局は受信した信号を増幅し第２スロットで宛先局Ｄへ向かって送出する。第２スロットにおける宛先局Ｄが受信する受信信号Ｙ_２，Ｑは、（３）式で表される。

ここで、Ｈ_ＲＤｎは第ｎ中継局Ｒｎと宛先局Ｄにおける通信路応答であり、その分散をＬ_ＲＤとする。Ｘ_Ｒｎ，Ｑはそれぞれ第ｎ中継局Ｒｎが送出する信号である。Ｘ_２，Ｑは第２スロットで発信局Ｓが送出する第Ｑ番目の信号である。Ｗ_Ｑは第２スロットで宛先局Ｄで発生する付加雑音であり、その雑音電力は上記の各無線局で全て等しくσ^２である。

このマルチリレー協調通信を用いることにより、複数の中継局を並列で中継することにより異なる通信を複数利用できるため、ダイバシチ効果を得ることができる。

R. U. Nabar, H. Bolcskei, and F.W. Kneubuhler, "Fading relay channels: Performance limits and space-time signal design," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 22, no. 6, pp. 1099-1109, Jun. 2004.

しかしながら、マルチリレー協調通信は複数の中継局により異なる通信路を生成するためダイバシチ効果を得ることができるが、そのまま受信したのでは宛先局において信号が重畳されて受信されるため、宛先局において正しく復号できないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の中継局により同時に送信された信号を宛先局において正しく復号することができる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムであって、前記発信局は、送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換部とを備え、前記中継局は、前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部と、前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転部と、前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正部と前記偏角補正部から出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅部と、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換部とを備え、前記宛先局は、前記中継局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部と、前記受信信号を復号して情報ビット列を生成する受信信号復号部とを備えることを特徴とする。

本発明は、前記中継局は、前記発信局から受信したトレーニング信号の同相・直交成分を反転することにより正負反転処理を行って、直交化する同相・直交成分反転部をさらに備えることを特徴とする。

本発明は、前記中継局は、前記発信局から送出されるトレーニング信号の数が、推定されるべき通信路数より少ない場合、受信したトレーニング信号を中継局数と同数以上に複製し、送信することを特徴とする。

本発明は、一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムにおける前記中継局として動作する無線通信装置であって、前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部と、前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転部と、前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正部と前記偏角補正部から出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅部と、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換部とを備えたことを特徴とする。

本発明は、一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムが行う無線通信方法であって、前記発信局が、送信信号を生成する送信信号生成ステップと、前記発信局が、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換ステップと、前記中継局が、前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換ステップと、前記中継局が、前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転ステップと、前記中継局が、前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正ステップと前記中継局が、前記偏角補正ステップから出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅ステップと、前記中継局が、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換ステップと、前記宛先局が、前記中継局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換ステップと、前記宛先局が、前記受信信号を復号して情報ビット列を生成する受信信号復号ステップとを有することを特徴とする。

本発明は、一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムにおける前記中継局として動作する無線通信装置が行う無線通信方法であって、前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換ステップと、前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転ステップと、前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正ステップと前記偏角補正ステップから出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅ステップと、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、複数の中継局でデータ信号の時空間符号化を行い、伝送特性を向上させるようにしたため、複数の中継局により同時に送信された信号を宛先局において正しく復号することが可能になるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す宛先局Ｄの変形例を示すブロック図である。 中継局フォワード方式としてＡＦ法を用いたマルチリレー構成の協調通信システムの構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号Ｓは、発信局であり、情報ビット列を入力して送信信号を生成する送信信号生成部１と送信信号を無線周波数変調するパスバンド変換部２とを備える。

符号Ｒ１は、データ信号の時空間符号化とトレーニング信号の直交化を実現する第１の中継局である。中継局Ｒ１は、アンテナにより信号を受信する場合と送信する場合を切り替えるスイッチ部１１と、受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部１２と、受信した信号を第２スロットで送出するために受信信号を記憶する受信信号記憶部１３と、受信したデータ信号の時空間符号化を行いそのための複素共役処理を同相・直交成分を反転することで実現する同相・直交成分反転部１４と、この処理に伴い、複素共役化された通信路応答を戻すための偏角補正部１５と、信号を増幅する信号増幅部１６と、送信信号を無線周波数変調するパスバンド変換部１７とを備える。符号Ｒ２は、第２の中継局であり、中継局Ｒ１と同様の構成を備えている。ここでは、２リレー構成（中継局が２つ）であるものとして説明する。

符号Ｄは、宛先局であり、受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部２１と、時空間符号化されたデータ信号を復号するための複素共役処理を同相・直交成分を反転することで実現する同相・直交成分反転部２２と、受信データ信号を復号し情報ビット列を生成する情報ビット列生成部２３とを備える。同相・直交成分反転部２２と、情報ビット列生成部２３とにより受信信号復号部２４を構成する。

２リレー構成において、第１スロットにおける発信局Ｓと、第１中継局Ｒ１、第２中継局Ｒ２それぞれが受信する第Ｑ番目の受信信号Ｙ_１，Ｑ、Ｙ_Ｒ１，Ｑ、Ｙ_Ｒ２，Ｑはそれぞれ（４）、（５）、（６）式として表される。

ここで、Ｈ_ＳＲ１とＨ_ＳＲ２はそれぞれ発信局Ｓと第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２との間における通信路応答であり、その分散をＬ_ＳＲとする。Ｘ_１，Ｑは第１スロットで発信局Ｓが送出する第Ｑ番目の信号である。Ｗ_Ｒ１，ＱとＷ_Ｒ２，Ｑはそれぞれ第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２における付加白色ガウス雑音であり、その雑音電力は各無線局で全て等しいと仮定してσ^２である。

第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２は、第１スロットにおいて受信した信号を増幅係数α_Ｒ１、α_Ｒ２で増幅し、増幅した受信信号を第２スロットにおいて宛先局Ｄに送信する。増幅係数α_Ｒ１、α_Ｒ２は、中継局Ｒ１、Ｒ２が受信信号Ｙ_Ｒ１，ＱとＹ_Ｒ２，Ｑをそれぞれ増幅する特性に応じて定められる。第２スロットにおける宛先局Ｄが受信する受信信号Ｙ_２，Ｑは、（７）式で表される。

ここで、Ｈ_ＲＤ１とＨ_ＲＤ２はそれぞれ第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２と宛先局Ｄにおける通信路応答であり、その分散をＬ_ＲＤとする。Ｘ_Ｒ１，ＱとＸ_Ｒ２，Ｑはそれぞれ第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２が送出する信号である。Ｘ_２，Ｑは第２スロットで発信局Ｓが送出する第Ｑ番目の信号である。Ｗ_２，Ｑは第２スロットで宛先局Ｄで発生する付加雑音であり、その雑音電力は上記の各無線局で全て等しいとの記載通りσ^２である。

次に、データ信号の時空間符号化について説明する。時空間符号化は、２リレー構成の協調通信でダイバシチ効果を得るために、時空間符号化の一種でありＩＥＥＥ８０２．１１ｎで利用されているspace-time block codes（ＳＴＢＣ）（文献「Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, IEEE Std. 802.11n-2009.」のｐ．２９６）を行う場合（５）、（６）、（７）式について、（８）式の入力式になる必要がある。

ここで、^＊は複素共役を表し、例えば複素信号Ｘ＝Ｒｅ［Ｘ］＋ｊＩｍ［Ｘ］に対して（９）式が成立する。

また、ｑはｑ＝１，２，・・の整数であり、Ｗ_Ｔ，Ｑは中継局Ｒ１、Ｒ２で増幅され伝搬される雑音と宛先局Ｄで発生する雑音とを含む雑音項を表す。また、Ｈ_ＳＲＤ１とＨ_ＳＲＤ２はそれぞれ発信局Ｄ−第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２−宛先局Ｄの等価的な通信路応答を表し、Ｈ_ＳＲＤ１＝Ｈ_ＳＲ１Ｈ_ＲＤ１、Ｈ_ＳＲＤ２＝ Ｈ_ＳＲ２Ｈ_ＲＤ２である。（８）式を行列で表した場合、（１）式で表される。

本実施形態では、（８）式を満たすように中継局Ｒ１、Ｒ２が、信号を生成して中継を行う点に特徴がある。

次に、中継局Ｒ１、Ｒ２の信号処理について説明する。上述したとおり、中継局Ｒ１、Ｒ２は、発信局Ｓから送信された信号を受信し、これを時空間符号化して送信する。特に、同相・直交成分反転部１４と、偏角補正部１５に特徴があることから、これらの動作について説明する。

（８）式を得るためにはそれぞれ第１中継局Ｒ１が（５）式で示される受信信号

から送信信号

を生成し、送出する必要がある。

また、第２中継局が（６）式で示される受信信号

から送信信号

を生成し、送出する必要がある。

これを実現するような各中継局での信号処理法が必要である。そこで、以下の手順により時空間符号化の信号処理を実現する。第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ、受信信号記憶部１３内に受信した信号Ｙ_{Ｒ１，２ｑ−１}とＹ_{Ｒ１，２ｑ}、Ｙ_{Ｒ２，２ｑ−１}とＹ_{Ｒ２，２ｑ}を記憶する。

次に、（１３）式のＸ_{Ｒ１，２ｑ−１}生成を行う。これは、第１中継局Ｒ１について、信号増幅部１６にて（１１）式のＹ_{Ｒ１，２ｑ−１}にα_Ｒ１を積算して

で得られる。ここで、Ｘ_{Ｒ１，２ｑ−１}生成には、同相・直交成分反転部１４と偏角補正部１５は用いない。

次に、（１７）式のＸ_{Ｒ２，２ｑ−１}生成を行う。これは、第２中継局Ｒ２について、信号増幅部１６にて（１６）式のＹ_{Ｒ２，２ｑ}にα_Ｒ２を積算して

で得られる。Ｘ_{Ｒ２，２ｑ−１}生成には、同相・直交成分反転部１４と偏角補正部１５は用いない。

次に、（１４）式のＸ_{Ｒ１，２ｑ}生成を行う。これは、第１中継局Ｒ１について、（１２）式のＹ_{Ｒ１，２ｑ}について以下の処理を行う。初めに同相・直交成分反転部にてＹ_{Ｒ１，２ｑ}の同相成分Ｒｅ［Ｙ_{Ｒ１，２ｑ}］のみを正負反転させて

を得る。

続いて、偏角補正部１５と信号増幅部１６にてα_Ｒ１ｅ^{ｊ２∠ＨＳＲ１}（ＳＲ１は、Ｈの添字である）を積算して

が得られる。

次に、（１８）式のＸ_{Ｒ２，２ｑ}生成を行う。これは、第２中継局Ｒ２について、（１５）式のＹ_{Ｒ２，２ｑ−１}について以下の操作を行う。初めに同相・直交成分反転部１４にてＹ_{Ｒ２，２ｑ−１}の直交成分Ｉｍ［Ｙ_{Ｒ２，２ｑ−１}］のみを正負反転させて

を得る。

続いて、偏角補正部１５と信号増幅部１６にてα_Ｒ２ｅ^{ｊ２∠ＨＳＲ１}（ＳＲ１は、Ｈの添字である）を積算して

が得られる。

以上、それぞれ送出することで宛先局Ｄにて（８）式の受信信号が得られ３×２ＳＴＢＣによる伝送が実現できる。

次に、宛先局の復号処理（通信路行列直交化法）について説明する。宛先局Ｄにおいて、時空間符号化された信号の複号のために同相・直交成分反転部２２において（８）式について第１、第２スロットの偶数番目の受信信号Ｙ_１，２ｑとＹ_２，２ｑに複素共役処理を施して

が得られる。

ここで、

である。

情報ビット列生成部２３ではＨが直交行列であることを利用して、送信信号の検出値は以下で得られる。

ここで、・^Ｈは共役転置（エルミート）行列を表す。（２７）式の左辺の第１、第３要素を合成して＾Ｘ_{１，２ｑ−１}（＾はＸの頭に付く、以下同様）を、第２、第４要素を合成し共役処理を施して＾Ｘ_１，２ｑを得る。得た＾Ｘ_{１，２ｑ−１}と＾Ｘ_１，２ｑをデマップし、発信局Ｓから送出されたビット列を得る。

次に、図２を参照して、宛先局Ｄの受信信号復号部２４における復号処理の変形例（最尤判定法）について説明する。図２は、図１に示す宛先局Ｄの変形例を示すブロック図である。受信信号復号部２４における受信データの復号は最尤判定法を用いても行える。最尤判定部２５は（１０）式に対して

で送信信号の検出値＾Ｘを得る。送信信号の検出値＾Ｘを発信局Ｓの逆操作で復調して情報ビット列を出力する。例えば、文献「Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, IEEE Std. 802.11n-2009.」のｐｐ．１９−２０で見られるグレイ符号化に基づくコンスタレーションマッピングによりＸが生成されているなら、＾Ｘは同じコンスタレーションによるデマッピングが施され情報ビット列に変換される。

上述の（２５）、（２７）式に対応する複素共役処理により直交化された通信路行列に対して共役転置行列を積算することで受信信号の分離検出を行う方法が用いられない場合も、（２８）式の最尤判定法は使用できる。

次に、トレーニング信号（直交型トレーニング）について説明する。ＡＦ法を用いる２リレー構成の協調通信システムでは宛先局Ｄにおいて発信局Ｓ−第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２−宛先局Ｄ間の通信路応答Ｈ_ＳＲＤ１，Ｈ_ＳＲＤ２を推定する必要がある（文献「F. Gao, T. Cui, and A. Nallanathan, “On channel estimation and optimal training design for amplify and forward relay network," IEEE Trans.Wireless Commun., vol. 7, no. 5, pp. 1907-1916, May 2008.」のｐ．１９０９（６）式（ｗ_ｉ＝ｈ_ｉｇ_ｉと表現されている））。発信局Ｓが全無線局で既知のトレーニング信号Ｃを送出するとき、第１スロットにおける第１、第２中継局Ｒ１、Ｒ２が受信する第Ｑ番目の受信信号Ｙ_Ｒ１，Ｑ、Ｙ_Ｒ２，Ｑは（５）、（６）式にＸ_Ｑ＝Ｃを代入して、それぞれ（２９）、（３０）式として表される。

そして、宛先局Ｄでの通信路応答の推定は第２スロットで受信されるトレーニング信号により行われる。しかし、本システムでは第２スロットで二つの中継局Ｒ１、Ｒ２が同時に送信を行い、トレーニング信号が重畳されるため正しく推定が行えない。この重畳の問題を回避するために、直交性を持つトレーニング構成法が必要である。

トレーニング信号として、発信局Ｓは中継局Ｒ１、Ｒ２へＸ_Ｑ＝Ｃを送出する。ここで、Ｃは各無線局で既知のトレーニング信号を表す。第１中継局Ｒ１は受信信号Ｙ_{Ｒ１，２ｑ−１}について、信号増幅部１６にてα_Ｒ１で増幅する（同相・直交成分反転部１４と偏角補正部１５は処理を行わない）。また、受信信号Ｙ_{Ｒ２，２ｑ}について、同相・直交成分反転部１４にて同相・直交成分ともに反転させ−Ｃを生成する（偏角補正部１５は処理を行わない）。すなわち、第１中継局Ｒ１は

を生成し、送出する。

第２中継局Ｒ２は受信信号Ｙ_{Ｒ２，２ｑ−１}とＹ_{Ｒ２，２ｑ}について、信号増幅部１６にてα_Ｒ２で増幅し（同相・直交成分反転部１４と偏角補正部１５は処理を行わない）、

をそれぞれ送出する。

以上より、宛先局Ｄにて受信トレーニング信号

が得られる。

上記の発信局Ｓが中継局Ｒ１、Ｒ２へ送出するトレーニング信号Ｘ_１，Ｑ＝Ｃは１個でも複数個でも良い。トレーニング個数が推定されるべき通信路数より少ない場合は、トレーニング信号は複製され中継局数と同数以上にして送出する。

次に、ｎ（ｎ≧２）リレー構成（ｎ個の中継局が存在するリレー構成）について説明する。始めに、データ信号の時空間符号化について説明する。（１０）式 に対して、宛先局Ｄへ時空間符号化された信号Ｘが送出される。信号Ｘは中継局Ｒｎの個数に対応した時空間符号が適用される。例えば３リレー構成では、（３４）式である。

次に、中継局の信号処理について説明する。上述の２リレー構成の例と同様に各中継局で同相・直交成分反転がなされて時空間符号化された信号Ｘが生成される。

次に、宛先局の復号処理（最尤判定法）について説明する。受信データの復号は最尤判定法を用いて行える。最尤判定は（１０）式に対して

で送信信号の検出値＾Ｘを得る。送信信号の検出値＾Ｘを発信局の逆操作で復調して情報ビット列を出力する。

なお、前述した実施形態において、ＯＦＤＭシステムへの適用に限ることなく、直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access；ＯＦＤＭＡ）システムや、マルチキャリア符号分割多元接続（Multi Carrier-Code Division Multiple Access；ＭＣ−ＣＤＭＡ）に対して適用するようにしてもよい。

また、２ホップシステムだけでなくマルチホップシステムを用いるようにしてもよい。また、各無線局が１本のアンテナのみを持つシングルアンテナシステムだけでなく、複数のアンテナを持つマルチアンテナシステムを用いるようにしてもよい。また、図３に示す協調プロトコル（第１、第２スロットでの発信局、中継局、宛先局の送受信関係）だけでなく、他の考えうる協調プロトコルで用いるようにしてもよい。例えば、第２スロットでは発信局が信号送出を行わず、第１スロットで宛先局が発信局からの信号を受信しないようにしてもよい。

以上説明したように、無線中継における協調伝送の一形態として、無線チャネルを２つのタイムスロットに区切って、第１のタイムスロットにおいて、発信局が第１のデータを送信し、第２のタイムスロットにおいて、中継局が第１のデータを転送する形態がある。この形態において、複数の中継局を介して協調伝送する場合、各中継局が第２のタイムスロットにおいて同時に送信を行うと、これらが重畳して受信されるため、宛先局において正しく復号できないという問題がある。本実施形態では、各中継局が、受信信号に対して同相・直交成分の反転及び通信路応答の補正を行った信号を第２のタイムスロットにおいて送信するようにした。すなわち、第２のタイムスロットにおいて中継局から送信した信号が互いに重畳している場合であっても、これらが時空間符号化信号となっていれば、所定のアルゴリズムを用いることによって、宛先局で復号することができる。このため、各中継局は、（８）式を満たすように、それぞれが受信した信号に対して、同相・直交成分の反転を行い、及び、通信路応答の補正を行う。この構成により、複数の中継局により同時に送信された信号を宛先局において正しく復号することが可能となる。また、中継局でトレーニング信号の直交化を行い、宛先局で通信路応答の推定が可能となる。

なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより無線中継処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行っても良い。

無線中継システムにおいて、複数の中継局を介して協調伝送を行う際に、各中継局から同時に送信されて、宛先局に重畳して受信された信号を復号することが不可欠な用途に適用できる。

Ｓ・・・発信局、１・・・送信信号生成部、２・・・パスバンド変換部、Ｒ１、Ｒ２・・・中継局、１１・・・スイッチ部、１２・・・ベースバンド変換部、１３・・・受信信号記憶部、１４・・・同相・直交成分反転部、１５・・・偏角補正部、１６・・・信号増幅部、１７・・・パスバンド変換部、Ｄ・・・宛先局、２１・・・ベースバンド変換部、２２・・・同相・直交成分反転部、２３・・・情報ビット列生成部、２４・・・・受信信号復号部、２５・・・最尤判定部

Claims (6)

1. 一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムであって、
   前記発信局は、
   送信信号を生成する送信信号生成部と、
   前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換部とを備え、
   前記中継局は、
   前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部と、
   前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転部と、
   前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正部と
   前記偏角補正部から出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅部と、
   前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換部とを備え、
   前記宛先局は、
   前記中継局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部と、
   前記受信信号を復号して情報ビット列を生成する受信信号復号部とを備える
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記中継局は、
   前記発信局から受信したトレーニング信号の同相・直交成分を反転することにより正負反転処理を行って、直交化する同相・直交成分反転部をさらに備え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. 前記中継局は、
   前記発信局から送出されるトレーニング信号の数が、推定されるべき通信路数より少ない場合、受信したトレーニング信号を中継局数と同数以上に複製し、送信することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムにおける前記中継局として動作する無線通信装置であって、
   前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換部と、
   前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転部と、
   前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正部と
   前記偏角補正部から出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅部と、
   前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換部と
   を備えたことを特徴とする無線通信装置。
5. 一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムが行う無線通信方法であって、
   前記発信局が、送信信号を生成する送信信号生成ステップと、
   前記発信局が、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換ステップと、
   前記中継局が、前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換ステップと、
   前記中継局が、前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転ステップと、
   前記中継局が、前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正ステップと
   前記中継局が、前記偏角補正ステップから出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅ステップと、
   前記中継局が、前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換ステップと、
   前記宛先局が、前記中継局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換ステップと、
   前記宛先局が、前記受信信号を復号して情報ビット列を生成する受信信号復号ステップと
   を有することを特徴とする無線通信方法。
6. 一つの無線チャネルを時分割して得られる第一スロット及び第二スロットにおいてパケットを送信する発信局と、前記発信局が前記第一スロットにおいて送信した前記パケットを受信し、受信した前記パケットを前記第二スロットにおいて送信することによりパケット送信の中継を行う複数の中継局と、前記複数の中継局から前記パケットを受信する宛先局とを備える無線通信システムにおける前記中継局として動作する無線通信装置が行う無線通信方法であって、
   前記発信局から受信した受信信号をベースバンド復調するベースバンド変換ステップと、
   前記受信信号の複素共役処理を同相・直交成分を反転することによって行い、時空間符号化する同相・直交成分反転ステップと、
   前記同相・直交成分反転部において生じた複素共役化された通信路応答を補正する偏角補正ステップと
   前記偏角補正ステップから出力する信号を増幅して送信信号を生成する信号増幅ステップと、
   前記送信信号を無線周波数変調して送信するパスバンド変換ステップと
   を有することを特徴とする無線通信方法。

Images