JP2017073579A

JP2017073579A - 無線通信装置および無線通信方法

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Publication number: JP2017073579A
Application number: JP2014029744A
Authority: JP
Inventors: 淳悟後藤; Jungo Goto; 中村　理; Osamu Nakamura; 理中村; 泰弘浜口; Yasuhiro Hamaguchi; 信介衣斐; Shinsuke Ihi; 政一三瓶; Masaichi Sanpei; 伸一宮本; Shinichi Miyamoto; 阪口　啓; Hiroshi Sakaguchi; 啓阪口
Original assignee: Osaka University NUC; Sharp Corp
Current assignee: Osaka University NUC; Sharp Corp
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2017-04-13
Also published as: WO2015125857A1

Abstract

【課題】DQF法によるBER特性の改善度合いは多ビットに量子化するための閾値の設定に大きく依存することから、閾値を適切に設定しないとBER特性が劣化する問題があった。
【解決手段】受信したデータ信号を中継する通信装置であって、伝搬特性を算出する受信品質測定部と、受信信号より得られた対数尤度比を閾値に基づいて量子化圧縮する量子化圧縮符号化部とを有し、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を複数有し、切り替える。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。

近年では、スマートフォンに代表されるような無線通信機能を持った電子機器が多く普及し、複数の無線ノードが偏在するようなマルチノード環境が多く構築されている。また、伝送速度の高速大容量な通信の需要も年々増加しており、無線通信の広帯域化が必要となってきている。また、高速大容量化のために送信電力を増加することは端末装置の小型化の観点からは好ましくないが、送信電力を増加させなければ、無線通信環境下では距離減衰やフェージング、シャドウイング等の影響により、宛先ノードの基地局装置における受信信号対雑音電力比（SNR: Signal to Noise power Ratio）が低下し、通信品質が劣化してしまう。そこで、端末装置と基地局装置の間に中継ノードを配置し、基地局装置の受信SNRを高める、協力中継伝送が有効である。

中継伝送では、送信ノードである端末装置、宛先ノードである基地局装置、ノード間に存在するノードである中継局装置を介してデータの授受を行う方式である。一般に、中継伝送法は非再生中継と再生中継に大別される。非再生中継のひとつとしてAF（Amplify-and-Forward）法が挙げられる。AF 法では、中継ノードに到来した信号の波形を維持し電力を増幅し伝送する。この手法は、中継器構成は簡易であるものの、受信信号成分を増幅する際に雑音成分までも増幅する問題がある。

一方、DF（Decode-and-Forward）法では中継ノードにおける雑音やフェージングに対する影響を緩和するため、通信路符号化による前方誤り訂正（FEC: Forward Error Correction）を利用し中継ノードにて信号を復号したのち一度情報を再生し、再び符号化と変調を施し伝送する。この手法ではAF 法で発生する雑音の強調問題は回避されるものの、再生する際に判定誤りが発生する可能性があり、この誤りが宛先ノードまで伝搬する。このとき、誤り訂正技術においてShannon 限界に近い通信路符号である低密度パリティ検査符号（LDPC code: Low Density Parity Check code)やターボ符号などを用いることにより中継ノードにおける判定誤りを大幅に低減することが可能となる。しかしながら、強力な通信路符号化を採用したとしても、宛先ノードに至るまでに判定誤りが発生してしまうような非常に低SNR である状況では、判定誤り伝搬により宛先ノードでのビット誤り率特性に改善不可能なエラーフロアが発生してしまう。DF 法では、中継ノードの復号過程で得られる復号器出力外部あるいは事後対数尤度比（LLR: Log Likelihood Ratio）を1 ビットに硬判定し宛先ノードへと転送している。この硬判定という操作を行った結果判定誤りが発生してしまうことが、宛先ノードにおけるエラーフロアの要因となっている。

このエラーフロアの要因を取り除くため、アナログ値である復号器出力外部LLR を効率的に宛先ノードへ転送するDAF（Decode-Amplify-and-Forward）法が提案されている（非特許文献１参照）。この手法は、アナログ値であるLLR、あるいはLLRの信頼性に応じた軟送信シンボルを宛先ノードへと転送する。しかしながら、DAF 法ではアナログ値である転送信号に対して宛先ノードでガウス性雑音が付加されるため、受信信号の尤度関数の表現が複雑なものとなるため解析が困難となる。また、転送信号のPAPR（Peak to Average power Ratio）が高くなるため、効率的な中継方式であるとは言えない。

このような問題を背景に、アナログ値である外部LLR を転送するのではなく、そのLLR を数ビットに量子化した系列を転送する再生量子化中継DQF（Decode-Quantize-and-Forward）法が提案されている（非特許文献２参照）。DQF法は、多ビットの硬判定値を活用するため、すべてのビットが判定誤りとならない限り、DF伝送よりも低いビット誤り率（BER: Bit Error Rate)を達成することができる。

X. Bao, and J. Li, "Efficient message relaying for wireless user cooperation : Decode-amplify-forward(DAF) and hybrid DAF and coded-cooperation," IEEE Trans. Commun., vol. 6, no. 11, pp. 3975-3984, Nov. 2007. Y. Nogawa, S. Ibi, and S. Sampei, "An iterative unified decoding for decode-quantize-forward relaying," in Proc. VTC, Dresden, Germany, June 2013. J. Garcia-Frias, and Y. Zhao, "Near-Shannon/Slepian-Wolf performance for unknown correlated sources over AWGN channels," IEEE Trans, Commun., vol. 53, no. 4, pp. 555-559, Apr. 2005.

しかしながら、DQF法によるBER特性の改善度合いは多ビットに量子化するための閾値の設定に大きく依存することから、閾値を適切に設定しないとBER特性が劣化する問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、DQF法の量子化に用いる閾値を通信路状況に応じて適応的に設定する。

（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、受信したデータ信号を中継する通信装置であって、伝搬特性を算出する受信品質測定部と、受信信号より得られた対数尤度比を閾値に基づいて量子化圧縮する量子化圧縮符号化部とを有し、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を複数有し、切り替える。

（２）また、本発明の一態様は、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記複数の閾値を、前記伝搬特性に基づいて切り替える。

（３）また、本発明の一態様は、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を、等価振幅利得の値に基づいて決定する。

（４）また、本発明の一態様は、前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得に重み係数を乗算した値を量子化に用いる前記閾値とした場合の誤り率特性を予め論理テーブル化し、該論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定する。

（５）また、本発明の一態様は、前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得と、中継信号の受信装置で得られる前記対数尤度比の硬判定値との組合せ毎の誤り率を論理テーブル化し、前記論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定する。

（６）また、本発明の一態様は、前記通信装置は、前記量子化圧縮に用いる前記閾値と等価振幅利得を制御情報として生成する制御情報生成部と、前記制御情報生成部が生成する前記制御情報を送信する送信処理部とを有する。

（７）また、本発明の一態様は、前記制御情報生成部は複数のサブキャリアを１または複数のグループにグループ化し、該グループに対応する閾値を生成する。

（８）また、本発明の一態様は、通信装置より対数尤度比を複数ビットに量子化されたビット列より生成された中継信号を受信する基地局装置であって、少なくとも前記通信装置で量子化に用いる閾値を制御情報として受信する制御情報検出部と、前記通信装置の受信品質に応じて設定される前記閾値により量子化された信号を受信し、前記受信信号から対数尤度比を算出する受信信号検出部と、前記対数尤度比より送信装置のビット列を推定する量子化復号部とを有する。

（９）また、本発明の一態様は、前記制御情報検出部は、前記通信装置で得られる等価振幅利得を制御情報として受信する。

本発明によれば、DQF法を用いる中継伝送において、中継するLLRの量子化を効率的に実現し、その結果システムスループットが改善する。

本発明に係るシステムの構成の一例を示す図である。本発明に係る端末装置１３の構成の一例を示す図である。本発明に係る送信信号生成部１０１の構成の一例を示す図である。本発明に係る送信信号生成部１０１の構成の一例を示す図である。本発明に係る中継局装置の構成の一例を示す図である。本発明に係る受信信号検出部３０３の構成の一例を示す図である。本発明に係る受信信号検出部３０３の構成の一例を示す図である。本発明に係る基地局装置１０の構成の一例を示す図である。本発明に係る基地局装置１０の構成の一例を示す図である。本発明に係る受信信号検出部６０４の構成の一例を示す図である。｜ｈ_２，１｜^２Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝８ｄＢの場合のシミュレーション特性の一例を示す図である。｜ｈ_２，１｜^２Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝４ｄＢの場合のシミュレーション特性の一例を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。図１は、本発明に係るシステムの構成の一例を示す。該システムは、基地局装置（eNB: evolved Node B）１０、中継局装置（RS: Relay Station）１１、１２、端末装置（UE: User Equipment）１３から構成される。なお、端末装置の数は１に限定されない他、端末装置のアンテナ数は１であっても良いし、複数あっても良い。また、基地局装置１０と中継局装置１１、１２のアンテナ数は、１であっても良いし、複数あっても良い。さらに、本実施形態の説明では、無線で通信を行うことを前提としているが、端末装置と中継局装置、中継局装置と基地局装置は有線によって接続されていてもよい。また、アップリンクの中継を例に説明を行うが、ダウンリンクの中継に適用してもよい。同図の中継局装置１１、１２は、端末装置１３より送信された信号を中継する通信装置である。中継局装置１１、１２は端末装置１３の送信信号をそれぞれ受信し、信号検出する。ここで、信号検出は、誤り訂正復号処理までを行い、復号後の外部あるいは事後対数尤度比（LLR: Log Likelihood Ratio）を得る。中継局装置１１、１２は、復号器出力のLLRを伝搬状況に応じた閾値を用いて量子化を行い、量子化したビットから送信信号を生成して、基地局装置１０へ送信する。

図２に、本発明に係る端末装置１３の構成の一例を示す。ただし、本発明に必要な最低限のブロックを示している。端末装置１３は、基地局装置１０もしくは中継局装置１１、１２より送信された制御情報を受信アンテナ１０４で受信する。この制御情報には、データ伝送に用いる送信パラメータが含まれる。制御情報受信部１０５は、受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D（Analog/Digital；アナログ／ディジタル）変換し、ディジタル信号からCP（Cyclic Prefix）を除去する。その後、制御情報受信部１０５は、検出した制御情報に含まれる送信パラメータを送信信号生成部１０１に出力する。送信信号生成部１０１は、基地局装置１０へ送信するデータビット列が入力される。

図３に、本発明に係る送信信号生成部１０１の構成の一例を示す。同図より、送信信号生成部１０１はデータビット列を符号化部２０１に入力する。符号化部２０１は、入力されたデータビット列に対し、誤り訂正符号の符号化を施す。誤り訂正符号には、例えば、ターボ符号やLDPC（Low Density Parity Check）符号、畳み込み符号などが用いられる。符号化部２０１で施す誤り訂正符号の種類や符号化率は、送受信装置で予め決められていても良いし、送受信機会毎に制御情報として通知されても良い。誤り訂正符号化の種類や符号化率が制御情報として通知される場合は、これらの情報が制御情報受信部１０５より符号化部２０１へ入力される。

変調部２０２は、変調方式の情報が制御情報受信部１０５より入力され、符号化部２０１から入力された符号化ビット列に対して変調を施すことで、変調シンボル列を生成する。変調方式には、例えば、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などがある。変調部２０２は、生成した変調シンボル列を信号割当部２０３へ出力する。

信号割当部２０３は、制御情報受信部１０５よりデータ伝送に用いるリソース割当情報が入力され、変調部２０２より信号列入力される。信号割当部２０３は、リソース割当情報に基づいて信号列をリソースに割当て、出力する。ＩＦＦＴ部２０４は、信号列をIFFT（Inverse Fast Fourier Transform）することで周波数領域信号列から時間領域信号列に変換する。ここで、端末装置は参照信号を生成し、データ信号と周波数もしくは時間で多重して送信する。

送信処理部１０２は、時間領域信号列にCPを挿入し、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し、変換後の信号を伝送に使用する無線周波数にアップコンバートする。送信処理部１０２は、アップコンバートした信号を、PA（Power Amplifier）で増幅し、増幅後の信号を、送信アンテナ１０３を介して送信する。以上のように、端末装置は、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を送信する。ただし、端末装置が送信する信号は広帯域シングルキャリアとしても良く、その場合は送信信号生成部１０１の構成例は図４となる。図４の送信信号生成部１０１の構成例と図３の構成例の違いはＤＦＴ部２０５のみであり、それ以外は同一の処理となる。また狭帯域のシングルキャリア伝送やＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）、ＯＦＤＭ以外のマルチキャリア伝送等にも適用可能である。

図５に、本発明に係る中継局装置の構成の一例を示す。端末装置のデータを中継する中継局装置はＮ_ＲＳ個存在するが、本実施形態ではすべて同図の構成例とし、代表してｉ番目の中継局装置の構成例について説明する。中継局装置は、受信アンテナ３１１で端末装置がデータ伝送に用いる送信パラメータを含む制御情報を受信し、制御情報受信部３１２に入力する。制御情報受信部３１２は、受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D変換し、ディジタル信号からCPを除去する。制御情報受信部３１２はCP除去後の制御情報から端末装置が用いた送信パラメータを抽出し、受信信号検出部３０３に入力する。また、制御情報受信部３１２は中継伝送に用いる送信パラメータを抽出し、送信信号生成部３０６に入力する。

中継局装置は、受信アンテナ３０１で端末装置から送信されたデータを受信する。ここで、同図の中継局装置のデータ受信に用いるアンテナ数は１としているが、複数存在しても良い。受信処理部３０２は受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D変換し、ディジタル信号からCPを除去する。さらに、受信処理部３０２はディジタル信号からCPを除去した信号を受信信号検出部３０３に入力する。

図６に、本発明に係る受信信号検出部３０３の構成の一例を示す。ＦＦＴ部４０１は、入力された受信信号列を高速フーリエ変換により時間領域信号列から周波数領域信号列に変換し、周波数領域信号列を信号抽出部４０２に入力する。信号抽出部４０２は、制御情報受信部３１２より端末装置がデータ送信に用いたリソース割当情報が入力され、受信信号からデータ信号を抽出する。また、信号抽出部４０２は、データ信号と多重されている参照信号を分離し、受信品質測定部４１０に入力する。信号抽出部４０２は、分離した参照信号により伝搬路特性を求め、抽出した受信信号に対して無線伝搬路の歪みを補償する処理を施す。受信品質測定部４１０は、参照信号列より受信品質の測定を行う。ここで、測定する受信品質とは受信信号対雑音電力比（SNR: Signal to Noise power Ratio）やSINR（SINR: Signal to Interference plus Noise power Ratio）などである。受信品質測定部４１０は、受信品質情報を制御情報生成部３１０に入力する。復調部４０３は、制御情報受信部３１２より変調方式の情報が入力され、受信信号列に対して復調処理を施し、送信されたデータビット列のLLR列λ_ｉ，１を得る。LLR列λ_ｉ，１は次式で表わされる。

…式（１）

ただし、μ_ｉ，１は等価振幅利得であり、ν_ｉ，１は等価雑音成分であり、BPSK(Binary Phase Shift Keying)の場合、各文字は式（２）〜（４）で表わされる。

…式（２）

…式（３）

…式（４）

ただし、ｈ_ｉ，１は端末装置と中継局装置間の複素フェージング係数、Ｅ_ｓは送信信号のエネルギー、Ｒｅ［Ａ］は複素数Ａの実部、ｎ_ｉ，１は中継局装置側で付加される平均０、電力スペクトル密度Ｎ_０の複素ガウス雑音の周波数成分、ｄ_ｉ，１＝｛０，１｝は端末装置の送信ビット列である。

復号部４０４は、制御情報受信部３１２より符号化率の情報に入力され、LLR列λ_ｉ，１に対して復号処理を行う。復号部４０４は、復号器出力のLLR列γ_ｉ，１を量子化圧縮符号化部３０４に入力する。復号器出力のLLR列γ_ｉ，１の等価振幅利得は、次式で表わされる。

…式（５）

ここで、中継局装置がシングルキャリア信号を受信する場合は、受信信号検出部３０３の構成例は図７となる。同図と図６の違いは、信号抽出部４０２と等化部４０５とＩＤＦＴ部４０６である。シングルキャリア信号を受信時は、信号抽出部４０２は、データ信号と参照信号の抽出のみを行い、無線伝搬路の歪みを補償する処理は行わない。等化部４０５は、端末装置がデータ信号と多重して送信している参照信号が信号抽出部４０２より入力され、参照信号より伝搬路の周波数応答を推定し、周波数応答の推定値よりＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範に基づく等化重みを生成し、入力された周波数領域のデータ信号列に対して重みを乗算する。等化重みは、ＺＦ（Zero Forcing）基準等の他の基準を適用してもよい。ＩＤＦＴ部４０６は、周波数領域の信号列を時間領域の信号列へ変換する。それ以外の処理は同様であるため、説明を省略する。

制御情報生成部３１０は、受信品質情報により、量子化に用いる閾値η_ｉを決定し、量子化圧縮符号化部３０４に入力する。ここで、η_ｉの決定方法は後述する。また、制御情報生成部３１０は、図示していないが受信信号検出部３０３より式（５）の等価振幅利得μ_ｉ，１も入力されており、等価振幅利得μ_ｉ，１とη_ｉを制御情報フォーマットに変換し、制御情報多重部３０７に入力する。また、等価振幅利得μ_ｉ，１と閾値η_ｉは、サブキャリア毎に存在し、すべて制御情報として基地局装置に送信しても良いし、一部またはすべてをグループ化して制御情報として基地局装置に送信しても良い。また、閾値η_ｉ＝μ_ｉ，１とすることで、いずれか一方のみを制御情報として通知しても良い。また、中継局装置から基地局装置へ通知する閾値η_ｉは、複数の予め決められた値のみを通知できるようにし、閾値η_ｉの送信に要する制御情報量を削減しても良い。また、端末装置と中継局装置間が広帯域シングルキャリア伝送等の周波数拡散を行う伝送方式であれば、使用する全サブキャリアで同一の等価振幅利得μ_ｉ，１となり、制御情報量を削減できる。

受信信号検出部３０３は、復号器出力のLLR列γ_ｉ，１を量子化圧縮符号化部３０４に入力する。量子化圧縮符号化部３０４は、復号器出力の外部あるいは事後LLR列をQビットに量子化する。量子化の処理は、Q=2の場合に次式により行われる。

…式（６）

Qが3以上の場合には複数の閾値が存在し、その閾値に基づいて量子化が行われる。量子化圧縮符号化部３０４は、Qビットに量子化されたビット列ｄ_ｉ，２をＰ／Ｓ部３０５に入力する。Ｐ／Ｓ部３０５は、複数のビット列を結合し、送信信号生成部３０６に出力する。

送信信号生成部３０６は、端末装置の送信信号生成部１０１と同様に生成する。ただし、送信パラメータは制御情報受信部３１２より入力される。なお、端末装置がＯＦＤＭ信号を送信し、中継局装置がシングルキャリア信号を送信するように、異なる波形生成法を用いても良い。制御情報多重部３０７は、データ信号と基地局装置へ送信する制御情報を多重する。送信処理部３０８は、端末装置の送信処理部１０２と同様の処理を行う。ただし、端末装置と中継局装置で異なる送信電力制御を行っても良い。

図８に、本発明に係る基地局装置１０の構成の一例を示す。基地局装置１０は、Ｎ_ＲＳ個の中継局装置より中継信号を受信する。基地局装置１０が受信する複数の中継局装置の信号は、異なる周波数リソースで送信されている、もしくは異なる時間スロットで送信されている、もしくは異なる周波数帯（２ＧＨｚ帯と３．５ＧＨｚ帯など）で送信されているものとする。基地局装置１０は、受信アンテナ５０１で中継信号を受信する。受信処理部５０２は、受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D変換し、ディジタル信号からCPを除去する。さらに、受信処理部５０２はディジタル信号からCPを除去した信号を制御信号分離部５０３に入力する。制御信号分離部５０３は、制御信号と中継信号を分離し、それぞれ制御情報検出部５０９と受信信号検出部５０４に入力する。制御情報検出部５０９は、中継局装置より送信された制御情報の等価振幅利得μ_ｉ，１と量子化の閾値η_ｉを検出し、量子化復号部５０５に入力する。

受信信号検出部５０４は、中継局装置の受信信号検出部３０３と同様の受信信号の検出を行う。ただし、受信信号検出部５０４は、受信測定部４１０が存在しないことと、送信パラメータは制御情報生成部５０６より入力される点が受信信号検出部３０３と異なる。それ以外の処理は同様であるため、説明を省略する。

受信信号検出部５０４は、復号後のLLR列γ_ｉ，２＝［γ_ｉ，２（１），…，γ_ｉ，２（Ｑ）］を量子化復号部５０５に入力する。量子化復号部５０５は、Ｎ_ＲＳ個の中継局装置より中継された信号の復号後のLLR列γ_２＝［γ_１，２，…，γ_{ＮＲＳ，２}］が入力され、Ｐ［ｄ＝１｜γ_２］とＰ［ｄ＝０｜γ_２］の比較により、端末装置が送信したｄを得る。ただし、Ｐ［ｄ｜γ_２］はγ_２に条件づけられたｄの確率密度関数である。事後確率Ｐ［ｄ｜γ_２］は次式で与えられる。

…式（７）

ただし、ｄ_２＝［ｄ_１，２，…，ｄ_{ＮＲＳ，２}］であり、式（７）はベイズ則により次式に変形できる。

…式（８）

ただし、Ａ∝ＢにＡはＢに比例することを意味する。これは、端末装置が送信したデータビット列の０もしくは１の確率が等確率であることを想定し、Ｐ［ｄ］は１／２、Ｐ［γ_２］は定数のためである。Ｐ［γ_ｉ，２（ｑ）｜ｄ_ｉ，２（ｑ）］は次式で与えられる。

…式（９）

ただし、ｄ_ｉ，２のハットはｄ_ｉ，２を式（４）と同様に算出した値であり、μ_ｉ，２は基地局装置で得られた等価振幅利得である。式（８）のＰ［ｄ_ｉ，２（ｑ）｜ｄ］の算出方法は、非特許文献３の方法がある。以下、説明を簡単にするため、Ｎ_ＲＳ＝２として説明する。まず、次式により相関値ρ（ｑ）を得る。

…式（１０）

ただし、ｄ_１，２のハットとｄ_２，２のハットは、それぞれγ_１，２とγ_２，２を１ビットに硬判定した値である。各中継局の受信SNRが同程度の条件の場合に式（１０）より式（１１）、（１２）が得られる。

…式（１１）

…式（１２）

次に、次式の結合確率を算出する。

…式（１３）

ここで、式（１４）の近似と各中継局の受信SNRが同程度の条件から式（１５）を得る。

…式（１４）

…式（１５）

式（１１）〜（１５）より式（１６）、（１７）を得る。

…式（１６）

…式（１７）

これらの同時確率を得ることで、次式を得る。

…式（１８）

この従来手法を式（８）に適用したとしても、各中継局装置で得られる等価振幅利得μ_ｉ，１（１≦ｉ≦Ｎ_ＲＳ）が同程度の場合にしか適用できず、μ_ｉ，１が中継局装置毎に異なる場合には使用できない。

ここで、各中継局装置で得られる等価振幅利得が異なり、量子化の閾値をη_ｉ＝μ_ｉ，１の場合に、式（１８）の代わりに、次式を使用できる。

…式（１９）

ただし、λ_ｉ，２のハットは次式で表わされる。

…式（２０）

ただし、δは量子化の丸め誤差の影響を緩和する係数である。式（２１）で与えられるＰ［μ_ｉ，１≦γ_ｉ，１＜μ_ｉ，１＋δ］＝０．２５とすることで、δは式（２２）により算出される。

…式（２１）

…式（２２）

本実施形態では、式（１９）の算出法に限定されるものではなく、別の算出法を用いても良い。例えば、LLR列γ_ｉ，1が一貫性条件を満たす確率密度関数である場合に、平均利得μ_ｉ，1、分散２μ_ｉ，1の実数ガウス分布となり、Ｐ［ｄ_ｉ，２｜ｄ］は閾値η_ｉに応じて該当するｄ_ｉ，２の範囲で積分すれば容易に求まる。そのため、Ｐ［ｄ_ｉ，２｜ｄ］は式（２３）〜（２６）となる。

…式（２３）

…式（２４）

…式（２５）

…式（２６）

量子化復号部５０５は、得られたビット列に対して巡回冗長検査（CRC：Cyclic Redundancy Check）より誤りの有無をチェックし、誤りがない場合は端末装置が送信したデータビット列を得る。量子化復号部５０５は、誤りの有無の情報を制御情報生成部５０６に入力する。

制御情報生成部５０６は、復号結果より再送制御情報を生成し、図示していないが受信信号検出部で得られた周波数応答（伝搬路情報）により次回のデータ伝送、中継伝送に用いるリソース割当、符号化率、変調方式などの送信パラメータの制御情報を生成し、送信処理部５０７に入力する。制御情報は、送信処理部５０７、送信アンテナ５０８を介して、中継局装置や端末装置へ送信される。

次に、η_ｉの決定方法について説明する。式（８）の復号処理による誤り率は、平均利得μ＝［μ_１，１，μ_２，１，…，μ_{ＮＲＳ，１}，μ_１，２，μ_２，２，…，μ_{ＮＲＳ，２}］の組合せと量子化の閾値η＝［η_１，η_２，…，η_ＮＲＳ］によって決まる。ここで、平均利得［μ_１，１，μ_２，１，…，μ_ＮＲＳ］は中継局装置より通知される制御情報であり、制御情報検出部５０９より入力される。平均利得μは通信路状況に応じて決まる値であるのに対し、量子化の閾値ηは中継局装置が自由に決定することができる。そのため、誤り率を最小化するηを使用することが重要となる。

まず、量子化の閾値ηの決定方法として、予め計算機シミュレーションにより平均利得μの組合せに対する最適な閾値ηの組合せを探索する方法について示す。その一例は、閾値をη_ｉ＝μ_ｉ,1ｗ_ｉとし、ｗ_ｉ＝｛０，０．１，…，１．０｝は重み係数とする。ηの取りうる組合せはＮ_ＲＳ＝２とすると１２１通りあり、予め計算機シミュレーションにより得られた平均利得μの組合せに応じたηの組合せをテーブル化しておき、中継局装置はこのテーブルに基づいて決定することができる。この場合、予め決められた複数の量子化の閾値から誤り率が低くなる値を決定することを意味する。

上記の方法は、多くの平均利得μの組合せで最適値を計算機シミュレーションする必要がある。ここで、計算機シミュレーションの結果を必要としない別のη_ｉの決定方法について説明する。まず、基地局装置で得られるLLR列γ_ｉ，２（ｑ）をアナログ値として圧縮符号の復号に利用する式（８）ではなく、LLR列γ_ｉ，２（ｑ）を硬判定した値ｄ_ｉ，２（ｑ）のハットを用いて、式（７）に近似を用いて次式にする。

…式（２７）

ただし、ｄ_２のハットは次式を意味する。

…式（２８）

また、次式の左辺は、γ_ｉ，２（ｑ）の硬判定誤りを表現する確率であり、以下の結合確率で表わされる。

…式（２９）

ビット判定の成功確率と誤り確率は、一貫性条件により式（３１）、（３１）となる。

…式（３０）

…式（３１）

上記の式により、以下の判定を行い、ｄのハットが１か、０かを判定する。

…式（３２）

上記を用いて誤り率特性が最小となる量子化の閾値η_ｉを求めることができる。ｄのハットの検出に必要な変数はμと、Ｎ_ＲＳ＝２かつＱ＝２の場合１６通りのｄ_２のハットである。そのため、与えられたμにおいて、予め１６通りのｄ_２のハットに対して論理テーブルを用意しても良い。この場合、LLR列γ_ｉ，２の硬判定から得られるｄ_２のハットに対応するテーブルの中のｄのハットを参照することで容易に復号でき、復号処理が低演算量となる。

上記の近似復号処理を用いる場合、中継局装置と基地局装置間で硬判定誤りは生じない状況ではビット誤り率は次式で与えられる。

…式（３３）

式（３３）を評価関数として、次式の最適η_ｏｐｔの探索を行うことで事前の計算機シミュレーションを行うことなく、最適値を設定することができる。

…式（３４）

本実施形態では、中継局装置が端末装置の信号を受信し、量子化圧縮符号化を行うとしたが、本発明はこの中継処理を行うのは中継局装置に限定されず、例えば、端末間通信のマルチホップの際に同様の中継処理を行っても良い。この場合、ホップを行う端末装置は本実施形態で説明した量子化の閾値の決定を行い、決定した閾値に基づいてLLR列を量子化する。また、宛先の端末装置は本実施形態で説明した受信処理を行う。

図１１に，中継局装置（RS）の数Ｎ_ＲＳが２、Ｑ＝２、変調方式をグレイ符号化QPSK、通信路符号化を無符号化、｜ｈ_２，１｜^２Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝８ｄＢ、｜ｈ_１，２｜^２Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝｜ｈ_２，２｜^２Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝３０ｄＢの本実施形態のBER（Bit Error Rate）特性を示す。同図のＲＳ１とＲＳ２は、それぞれ中継局装置がいずれか一方で中継伝送された場合の端末装置と基地局装置間のBER特性である。また、同図のDQFは量子化の閾値を固定（η_１＝η_２＝８）の場合であり、DAQFは本実施形態の閾値を適応的に制御する場合である。また、MRC(Maximum Ratio Combining)は中継局装置で受信した信号を最大比合成した場合であり、同図のシミュレーションパラメータにおけるBER特性の下限を意味する。BER特性より、本実施形態のDAQF法はBER＝１０^−４で従来のDQF法よりも１ｄＢ改善しおり、MRCの特性に近付くことがわかる。

図１２に，｜ｈ_２，１｜Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝４ｄＢのBER特性を示す。同図のその他のシミュレーションパラメータは、図１１と同様のため説明を省略する。図１２では、端末装置間と中継局装置間の受信SNRが図１１に比べて低い場合であり、従来のDQF法は中継局装置が１つのＲＳ１のBER特性からの改善がほとんど得られない。一方、本実施形態のDAQF法ではMRCに漸近しており、BER＝１０^−４でMRCとの差が０．２ｄＢ程度であり、良好な特性を達成できることがわかる。

以上のように本実施形態では、中継局装置がDQF法による中継伝送を行う際に、量子化圧縮符号に用いる閾値を誤り率が最小となるように設定することができる。その結果、DQF法による中継伝送を行うシステムでのスループット向上が可能となる。さらに、本実施形態では、基地局装置における量子化圧縮符号の復号処理を簡略化する手法を用いることで、低演算量での復号処理が可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、端末装置の送信信号を中継する複数の中継局装置が同一時刻、周波数で中継する場合について説明する。本実施形態の一例では、端末装置、中継局装置の構成例は第１の実施形態と同様であり、それぞれ図２と図５である。ただし、基地局装置の構成例は異なり、図９となる。

まず、中継局装置の中継伝送方法は同一であるが、送信信号生成部３０６に含まれる信号割当部２０３は、制御情報受信部３１２より入力されるリソース割当情報に基づいて、送信信号をリソースに割り当てる。ただし、本実施形態ではこのリソース割当情報は複数の中継局装置で同一であり、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送で信号が送信される点が前実施形態と異なる。その他は、前実施形態と同様であるため、中継局装置の処理の説明は省略する。

次に、図９に示す本実施形態の基地局装置の処理を説明する。基地局装置では、Ｎ本の受信アンテナで複数の中継局装置の中継信号を受信する。受信アンテナ６０１−１〜６０１−Ｎと受信処理部６０２−２〜６０２−Ｎと制御情報分離部６０３−１〜６０３−Ｎは、それぞれ図８の受信アンテナ５０１と受信処理部５０２と制御情報分離部５０３と同様の処理を行う。受信信号検出部６０４は、制御情報が分離された受信信号が制御情報分離部６０３−１〜６０３−Ｎより入力される。図１０に、発明に係る受信信号検出部６０４の構成の一例を示す。受信信号検出部６０４は、制御情報分離部６０３−１〜６０３−Ｎより入力された受信信号は、それぞれＦＦＴ部７０１−１〜７０１−Ｎに入力される。ＦＦＴ部７０１−１〜７０１−Ｎは、入力された受信信号列を高速フーリエ変換により時間領域信号列から周波数領域信号列に変換し、周波数領域信号列をそれぞれ信号抽出部７０２−１〜７０２−Ｎに入力する。信号抽出部７０２−１〜７０２−Ｎは、御情報生成部５０６より中継局装置がデータ送信に用いたリソース割当情報が入力され、受信信号からデータ信号を抽出し、ＭＩＭＯ分離部７０３に入力する。また、信号抽出部７０２−１〜７０２−Ｎは、データ信号と多重されている参照信号を分離し、ＭＩＭＯ分離部７０３に入力する。

ＭＩＭＯ分離部７０３は、中継局装置がデータ信号と多重して送信している参照信号が信号抽出部７０２−１〜７０２−Ｎより入力され、参照信号より伝搬路の周波数応答を推定する。ＭＩＭＯ分離部７０３は、周波数応答の推定値よりＭＭＳＥ規範に基づく等化重みを生成し、入力された周波数領域のデータ信号列に対して重みを乗算することでＭＩＭＯ多重された信号を分離する。ＭＩＭＯ分離部７０３での信号処理は、ＺＦ基準等の他の基準の空間フィルタリングや、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）等の他の検出法を適用してもよい。分離された各中継局装置より送信された信号は、それぞれ復調部７０４−１〜７０４−Ｎ_ＲＳに入力される。復調部７０４−１〜７０４−Ｎ_ＲＳと復号部７０５−１〜７０５−Ｎ_ＲＳは、前実施形態と同様であるため、説明は省略する。ただし、複数の中継局装置より送信された信号をＭＩＭＯ伝送として受信する場合は、基地局装置で得られる等価振幅利得μ_ｉ，２が異なる。Ｐ／Ｓ部７０６は複数の送信データを結合し、量子化復号部５０５へ出力する。量子化復号部５０５以降の処理は、前実施形態と同様のため、説明は省略する。

以上のように本実施形態では、複数の中継局装置がＭＩＭＯ伝送として中継信号を送信するため、中継伝送に用いる周波数リソースを少なくすることが可能となり、周波数利用効率が向上する。

本発明に関わる基地局装置および端末装置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基地局装置および端末装置の一部、又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。基地局装置および端末装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、又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、又は汎用プロセッサで実現してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。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。

また、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明の端末装置は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、又は非可動型の電子機器、たとえば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。

以上、この発明の実施形態に関して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変更等も含まれる。また、本発明は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態に記載された要素であり、同様の効果を奏する要素同士を置換した構成も含まれる。

１０…基地局装置
１１、１２…中継局装置
１３…端末装置
１０１…送信信号生成部
１０２…送信処理部
１０３…送信アンテナ
１０４…受信アンテナ
１０５…制御情報受信部
２０１…符号化部
２０２…変調部
２０３…信号割当部
２０４…ＩＦＦＴ部
２０５…ＤＦＴ部
３０１…受信アンテナ
３０２…受信処理部
３０３…受信信号検出部
３０４…量子化圧縮符号化部
３０５…Ｐ／Ｓ部
３０６…送信信号生成部
３０７…制御情報多重部
３０８…送信処理部
３０９…送信アンテナ
３１０…制御情報生成部
３１１…受信アンテナ
３１２…制御情報受信部
４０１…ＦＦＴ部
４０２…信号抽出部
４０３…復調部
４０４…復号部
４０５…等化部
４０６…ＩＤＦＴ部
４１０…受信品質測定部
５０１…受信アンテナ
５０２…受信処理部
５０３…制御情報分離部
５０４…受信信号検出部
５０５…量子化復号部
５０６…制御情報生成部
５０７…送信処理部
５０８…送信アンテナ
５０９…制御情報検出部
６０１−１〜６０１−Ｎ…受信アンテナ
６０２−１〜６０２−Ｎ…受信処理部
６０３−１〜６０３−Ｎ…制御情報分離部
６０４…受信信号検出部
７０１−１〜７０１−Ｎ…ＦＦＴ部
７０２−１〜７０２−Ｎ…信号抽出部
７０３…ＭＩＭＯ分離部
７０４−１〜７０４−Ｎ_ＲＳ…復調部
７０５−１〜７０５−Ｎ_ＲＳ…復号部
７０６…Ｐ／Ｓ部

Claims

受信したデータ信号を中継する通信装置であって、
伝搬特性を算出する受信品質測定部と、
受信信号より得られた対数尤度比を閾値に基づいて量子化圧縮する量子化圧縮符号化部とを有し、
前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を複数有し、切り替えることを特徴する通信装置。
前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記複数の閾値を、前記伝搬特性に基づいて切り替えることを特徴する請求項１記載の通信装置。
前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を、等価振幅利得の値に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得に重み係数を乗算した値を量子化に用いる前記閾値とした場合の誤り率特性を予め論理テーブル化し、該論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得と、中継信号の受信装置で得られる前記対数尤度比の硬判定値との組合せ毎の誤り率を論理テーブル化し、前記論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記量子化圧縮に用いる前記閾値と等価振幅利得を制御情報として生成する制御情報生成部と、
前記制御情報生成部が生成する前記制御情報を送信する送信処理部とを有することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
前記制御情報生成部は、複数のサブキャリアを１または複数のグループにグループ化し、該グループに対応する閾値を生成することを特徴とする請求項６記載の通信装置。
通信装置より対数尤度比を複数ビットに量子化されたビット列より生成された中継信号を受信する基地局装置であって、
少なくとも前記通信装置で量子化に用いる閾値を制御情報として受信する制御情報検出部と、
前記通信装置の受信品質に応じて設定される前記閾値により量子化された信号を受信し、前記受信信号から対数尤度比を算出する受信信号検出部と、
前記対数尤度比より送信装置のビット列を推定する量子化復号部とを有することを特徴とする基地局装置。
前記制御情報検出部は、前記通信装置で得られる等価振幅利得を制御情報として受信することを特徴とする請求項８記載の基地局装置。