JP4657290B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関する。

近年、携帯電話システム等に代表される無線セルラシステムにおいては、サービス形態が多様化し、音声データだけではなく、静止画像、動画像等の大容量データを伝送することが要求されている。このような要求に対し、高周波の無線帯域を利用して大容量データを伝送することが盛んに検討されている。

高周波の無線帯域を利用した場合、伝送距離に伴う減衰量が問題となる。すなわち、送信局付近では高い伝送レートが得られるが、送信局から一定以上離れた場所では低い伝送レートしか得られない。従って、通信システムの実運用を考えた場合、多数の基地局を設置してサービスエリアをカバーする必要がある。しかし、多数の基地局を設置するには相当なコストを要する。このような事情から、基地局の設置数を増加させることなく大容量通信サービスを実現する技術が強く求められている。

基地局のサービスエリアを拡大する方法の１つにマルチホップ通信がある。これは、基地局サービスエリア内に設置された中継局が、サービスエリア外の移動局の信号を中継して基地局に伝送する通信技術である（例えば、非特許文献１参照）。

マルチホップ通信は、再生中継と非再生中継とに大別される。再生中継では、中継局は、受信した信号を一旦復調・復号し、回線品質に応じた変調方式・符号化率（Modulation and Coding Scheme；ＭＣＳ）にて再び符号化・変調を行って送信する。これに対し、非再生中継では、中継局は、受信した信号を増幅してそのまま送信する。再生中継は、非再生中継に比べ、回線品質に応じた適切なＭＣＳを用いて中継できるという長所がある一方で、中継による遅延が大きいという短所がある。一方、非再生中継は、再生中継に比べ、中継による遅延が小さいという長所がある一方で、雑音も増幅してしまうことによりＳＮＲが劣化してしまうという短所がある。
長谷川他、「固定再生中継局を用いた適応変調技術に適するマルチホップシステムの検討」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、2004年10月、A・P2004-189、RCS2004-210、pp.57-61

マルチホップ通信のうち再生中継では、１つの中継局を利用する移動局の数が増加するにつれてスループットが低下してしまうことがある。例えば、図１に示すように移動局１（ＭＳ１）が再生中継により中継局（ＲＳ）を介して基地局（ＢＳ）と通信しているときに、図２に示すように新たに移動局２（ＭＳ２）が接続した場合、移動局２に対する中継処理により移動局１の通信機会が減少するため、移動局１のユーザスループットが低下する。また、図２に示すように、移動局２と中継局との間の回線品質が移動局１と中継局との間の回線品質に比べて悪い場合、システムスループット（システム全体の平均伝送レート）も移動局２の接続前より低下する。

本発明の目的は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マルチホップ通信において、システムスループットを維持しつつ、ユーザスループットの低下を防ぐことができる無線通信システムを提供することである。

本発明の無線通信システムは、移動局および基地局が中継局を介して通信を行う無線通信システムであって、前記中継局は、変調方式を変えずに信号を増幅して中継送信する非再生中継と、信号の変調方式を回線品質に応じて変化させて中継送信する再生中継との２つの中継方式を、非再生中継における回線品質と再生中継における回線品質との組合せに基づいて切り替える構成を採る。

本発明によれば、マルチホップ通信において、システムスループットを維持しつつ、ユーザスループットの低下を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、基地局が、再生中継の回線品質および非再生中継の回線品質の双方を考慮して、中継方式およびＭＣＳを決定する。

まず、本実施の形態に係るマルチホップ通信システムの動作シーケンスについて説明する。動作シーケンスを図３に示す。図３では、ＭＳ１（移動局１）がＲＳ（中継局）を介してＢＳ（基地局）と通信中に、ＭＳ２（移動局２）が新たに接続する場合を示している。なお、以下の説明では、説明が煩雑になることを避けるために上りデータのマルチホップ通信に限定して説明するが、上りデータ同様に下りデータのマルチホップ通信も行われる。

ＭＳ２は、新たに接続したときに、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質を測定するためのパイロット信号（非再生中継用パイロット）とＭＳ２−ＲＳ間回線品質を測定するためのパイロット信号（再生中継用パイロット１）をＲＳへ送信する。このとき、ＭＳ２は、これらのパイロット信号に、非再生中継用パイロットを示すフラグおよび再生中継用パイロット１を示すフラグを付加する。なお、非再生中継用パイロットと再生中継用パイロット１の送信順序は問わない。

これら２種類のパイロット信号を受信したＲＳは、非再生中継用パイロットに対しては非再生中継処理を施してＢＳへ送信する。つまり、ＲＳは、ＭＣＳをそのままにしたまま非再生中継用パイロットを増幅してＢＳへ送信する。また、ＲＳは、再生中継用パイロット１の受信品質（ＭＳ２−ＲＳ間回線品質）を測定し、回線品質情報をＢＳへ送信する。さらに、ＲＳは、ＲＳ−ＢＳ間回線品質を測定するための新たなパイロット信号（再生中継用パイロット２）をＢＳへ送信する。このとき、ＲＳは、再生中継用パイロット２に、再生中継用パイロット２を示すフラグを付加する。

次いで、ＢＳは、非再生中継用パイロットの受信品質（ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質）を測定する。また、ＢＳは、再生中継用パイロット２の受信品質（ＲＳ−ＢＳ間回線品質）を測定する。これにより、ＢＳでは、非再生中継の回線品質としてＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質が得られ、また、再生中継の回線品質としてＲＳ−ＢＳ間回線品質が得られる。さらに、ＢＳでは、受信した回線品質情報からＭＳ２−ＲＳ間回線品質が再生中継の回線品質として得られる。そして、ＢＳでは、これら３つの回線品質に基づいて、ＲＳの中継方式（ＲＳが再生中継または非再生中継のいずれを行うか）およびマルチホップ通信のＭＣＳを決定する。決定結果は中継情報としてＲＳへ送信される。また、この中継情報は、ＲＳを介してＭＳ２へも送信される。

ＭＳ２では、中継情報に基づいたＭＣＳで上りデータを符号化・変調してＲＳへ送信する。

ＲＳでは、中継情報に基づいて、非再生中継と再生中継とを切り替えて上りデータを中継する。すなわち、ＲＳは、非再生中継の場合は、ＭＣＳをそのままにしたまま上りデータを増幅してＢＳへ送信する。一方、再生中継の場合は、ＲＳは、上りデータを一旦復調・復号し、中継情報に基づいたＭＣＳで上りデータを再び符号化・変調してＢＳへ送信する。

次いで、本実施の形態に係るＢＳ（基地局）の構成について説明する。ＢＳの構成を図４に示す。

図４に示すＢＳ１００において、アンテナ１０１を介して受信された非再生中継用パイロット、再生中継用パイロット２、回線品質情報および上りデータは、受信ＲＦ部１０２においてダウンコンバート等の無線処理を施される。無線処理後、非再生中継用パイロットおよび再生中継用パイロット２は受信品質測定部１０３に入力され、回線品質情報および上りデータは復調部１０５に入力される。

回線品質情報および上りデータは、決定部１０４で決定されたＭＣＳに従って、復調部１０５で復調され、復号部１０６で復号される。これにより受信データが得られる。また、復号された回線品質情報（ＭＳ２−ＲＳ間回線品質）は決定部１０４に入力される。

一方、受信品質測定部１０３では、非再生中継用パイロットおよび再生中継用パイロット２の受信品質が測定され、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質およびＲＳ−ＢＳ間回線品質が得られる。これらの回線品質は決定部１０４に入力される。なお、受信品質測定部１０３は、各パイロットに付加されたフラグにより、非再生中継用パイロットと再生中継用パイロット２とを区別することができる。

決定部１０４では、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質およびＲＳ−ＢＳ間回線品質から、ＲＳの中継方式およびマルチホップ通信のＭＣＳを決定する。決定方法については後述する。決定結果（中継方式およびＭＣＳ）は中継情報として符号化部１０７に入力される。

中継情報および送信データ（下りデータ）は、決定部１０４で決定されたＭＣＳに従って、符号化１０７で符号化され、変調部１０８で変調される。変調後の中継情報および下りデータは、送信ＲＦ部１０９でアップコンバート等の無線処理を施された後、アンテナ１０１を介して送信される。

次いで、中継方式およびＭＣＳの決定方法について説明する。なお、以下の説明では、回線品質として受信ＳＮＲを用いる。

決定部１０４では、まず、回線品質を図５に示すように「良」、「並」、「悪」の３段階に分類する。各状態において通信可能な変調方式は、「良」では１６ＱＡＭ、「並」ではＱＰＳＫ、「悪」ではＢＰＳＫとする。

次いで、決定部１０４は、図６に示すテーブルを参照し、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質、ＲＳ−ＢＳ間回線品質およびＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質の組合せに応じて、中継方式およびＭＣＳを決定する。決定結果は、‘０’〜‘５’のいずれかの中継情報（‘０００’〜‘１０１’の３ビットの情報）とされる。なお、図６のテーブルでは、説明を簡単にするために、ＭＣＳとして符号化率を省き変調方式のみを示している。

図６において、例えば、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質が「良」、ＲＳ−ＢＳ間回線品質が「良」、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質が「並」の場合、中継方式は非再生中継、変調方式はＱＰＳＫと決定され、この決定結果に対応する中継情報‘１’が送信される。また、例えば、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質が「並」、ＲＳ−ＢＳ間回線品質が「良」、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質が「悪」の場合、中継方式は再生中継、変調方式は、ＭＳ２−ＲＳ間がＱＰＳＫ、ＲＳ−ＢＳ間が１６ＱＡＭと決定され、この決定結果に対応する中継情報‘３’が送信される。

ここで、図６に示すテーブルの作成根拠について説明する。

まず、再生中継の場合の回線品質とＭＣＳとの対応関係を図７のテーブルに示す。回線品質とＭＣＳとの対応関係は、「良」の場合１６ＱＡＭ、「並」の場合ＱＰＳＫ、「悪」の場合ＢＰＳＫである。また、伝送レート‘ｂｉｔ／Ｔ’は、単位時間Ｔ秒あたりに伝送可能なビット数を表す。ここでは、ＭＳ２−ＲＳ間、ＲＳ−ＢＳ間共にＱＰＳＫである場合の伝送レートを１ｂｉｔ／Ｔとする。１６ＱＡＭでは、１シンボルあたりＱＰＳＫの２倍のビット数を伝送可能なため、ＭＳ２−ＲＳ間、ＲＳ−ＢＳ間共に１６ＱＡＭである場合は、伝送レートは２ｂｉｔ／Ｔとなる。また、ＢＰＳＫでは、１シンボルあたり伝送可能なビット数はＱＰＳＫの２分の１であるため、ＭＳ２−ＲＳ間、ＲＳ−ＢＳ間共にＢＰＳＫである場合は、伝送レートは０.５ｂｉｔ／Ｔとなる。

同様に、非再生中継の場合の回線品質とＭＣＳとの対応関係を図８のテーブルに示す。上記のように、再生中継は、非再生中継に比べ、中継処理により多くの時間がかかり、中継による遅延が大きいという短所がある。ここでは、再生中継には非再生中継の２倍の処理時間を要するものとする。よって、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間のＭＣＳがＱＰＳＫの場合の伝送レートは２ｂｉｔ／Ｔとなり、再生中継でＭＳ２−ＲＳ間、ＲＳ−ＢＳ間共にＱＰＳＫである場合の２倍の伝送レートとなる。換言すれば、再生中継と非再生中継とにおいて同じ変調方式が選択されたとしても、再生中継では単位時間あたりに伝送できるビット数が非再生中継の２分の１になる。

ここで、図７と図８とを比較すると、非再生中継の回線品質が「並」以上であれば、再生中継の場合の最大伝送レート（２ｂｉｔ／Ｔ）以上の伝送レートを確保できることが分かり、図７のテーブルと図８のテーブルを図９に示すテーブルに統合することができる。但し、再生中継では回線品質に応じた再符号化／再変調が行われるのに対し、非再生中継ではノイズも増幅されてしまうため、再生中継の回線品質におけるより悪い方の回線品質が非再生中継の回線品質より悪くなることはない、という前提に基づき図９のテーブルを作成した。例えば、再生中継において、ＭＳ２−ＲＳ間の回線品質が「良」、ＲＳ−ＢＳ間の回線品質が「悪」の場合、非再生中継においてＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間の回線品質が「並」以上になることはないと考えられるため、再生中継において、ＭＳ２−ＲＳ間の回線品質が「良」、ＲＳ−ＢＳ間の回線品質が「悪」の場合、非再生中継のＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間の回線品質「良」および「並」は図９のテーブルから除外した。

そして、図９のテーブルに基づき、３つの回線品質の同一の組合せに対し、より大きい伝送レートが得られる中継方式とＭＣＳとの組合せを選択してまとめたのが図６に示すテーブルである。但し、回線品質の同一の組合せに対し伝送レートが同一の場合（例えば、図９のテーブルにおいて、ＭＳ２−ＲＳ間の回線品質が「良」、ＲＳ−ＢＳ間の回線品質が「良」、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間の回線品質が「並」であり、再生中継および非再生中継共に伝送レートが２ｂｉｔ／Ｔになる場合）、非再生中継は再生中継に比べ中継局の処理負荷が小さいことを考慮し、非再生中継を選択した。

よって、このような図６に示すテーブルに基づき中継方式とＭＣＳとの組合せを選択し、適宜、中継方式およびＭＣＳを切り替えながら中継を行うと、ＭＳ２−ＲＳ間、ＲＳ−ＢＳ間、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間の３つの回線品質に応じた最適な組合せ、すなわち、３つの回線品質に応じて最大の伝送レートを得ることができる中継方式とＭＣＳとの組合せにてマルチホップ通信を行うことができ、再生中継または非再生中継の常にいずれか一方の中継方式のみで中継を行う従来のマルチホップ通信に比べユーザスループットを向上することができる。

次いで、本実施の形態に係るＲＳ（中継局）の構成について説明する。ＲＳの構成を図１０に示す。

図１０に示すＲＳ２００において、アンテナ２０１を介して受信された中継情報（中継方式とＭＣＳとの組合せを示す情報）、パイロット（再生中継用パイロット１、非再生中継用パイロット）および上りデータは、受信ＲＦ部２０２においてダウンコンバート等の無線処理を施される。なお、中継情報はＢＳから受信され、パイロットおよび上りデータはＭＳ２から受信される。無線処理後、パイロットはパイロット判定部２０３に入力され、中継情報および上りデータは切替部２０５に入力される。

判定部２０３では、パイロットに付加されたフラグに基づいて、パイロットが再生中継用パイロット１または非再生中継用パイロットのいずれであるかが判定され、再生中継用パイロット１は受信品質測定部２０４に入力され、非再生中継用パイロットは増幅部２０６に入力される。

受信品質測定部２０４では、再生中継用パイロット１の受信品質が測定され、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質が得られる。そして、得られた回線品質を示す回線品質情報が符号化部２０９に入力される。

切替部２０５では、中継情報と中継方式／ＭＣＳとの対応関係を示すテーブル（図６のテーブルの一部）を備え、入力された中継情報に従って、中継方式とＭＣＳとの組合せを選択し、再生中継と非再生中継とを切り替える。例えば、図６のテーブルを参照するに、中継情報が‘１’の場合、ＲＳは非再生中継によりデータを中継し、かつ、ＭＳ２−ＲＳ間、ＲＳ−ＢＳ間ともにＱＰＳＫが使用される。よって、中継情報が‘１’の場合は、ＲＳは非再生中継によりデータを中継するため、上りデータは増幅部２０６に入力される。また、例えば、中継情報が‘４’の場合、ＲＳは再生中継によりデータを中継し、かつ、ＭＳ２−ＲＳ間では１６ＱＡＭ、ＲＳ−ＢＳ間ではＱＰＳＫが使用されるため、上りデータは復調部２０７に入力される。また、切替部２０５では、選択されたＭＣＳの情報が、復調部２０７、復号部２０８、符号化部２０９および変調部２１０に入力される。

増幅部２０６では、上りデータおよび非再生中継用パイロットが増幅され、送信ＲＦ部２１１に入力される。

一方、復調部２０７に入力された上りデータは、切替部２０５から指示されたＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳに従って、復調部２０７で復調され、復号部２０８で復号された後、切替部２０５から指示されたＲＳ−ＢＳ間のＭＣＳに従って、符号化部２０９で再び符号化され、変調部２１０で再び変調される。変調後の上りデータは、送信ＲＦ部２１１に入力される。

また、回線品質情報および再生中継用パイロット２は、符号化部２０９で符号化され、変調部２１０で変調された後、送信ＲＦ部２１１に入力される。

変調部２１０から入力される上りデータ（再生中継される上りデータ）または増幅部２０６から入力される上りデータ（非再生中継される上りデータ）は、送信ＲＦ部２１１でアップコンバート等の無線処理を施された後、アンテナ２０１を介してＢＳへ送信される。また、回線品質情報、再生中継用パイロット２および非再生中継用パイロットも、送信ＲＦ部２１１でアップコンバート等の無線処理を施された後、アンテナ２０１を介してＢＳへ送信される。なお、中継情報は、上りデータと同様にして切り替えられる下りデータの中継方式により、ＭＳ２へ送信される。

以上説明したようなＢＳおよびＲＳにより、図１１に示すように、ＭＳ１が再生中継によりＲＳを介してＢＳと通信しているときに、新たにＭＳ２が接続した場合、ＭＳ２に対しては、ＭＳ２−ＲＳ間、ＲＳ−ＢＳ間、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間の３つの回線品質に応じて最大の伝送レートを得ることができる中継方式とＭＣＳとの組合せ（図１１では、非再生中継／ＱＰＳＫ）にてマルチホップ通信を行うことができる。このように、ＭＳ２に対して最大の伝送レートを得ることができる中継を行うことで、新たにＭＳ２が接続した場合でも、システムスループットを維持することができる。また、特に、ＭＳ２に対して非再生中継が行われると、非再生中継の処理遅延は再生中継に比べて小さいため、ＭＳ２に対して再生中継が行われる場合に比べてＭＳ１の通信機会が多くなり、よって、ＭＳ１のユーザスループットの低下を防ぐことができる。さらに、ＭＳ２に対して非再生中継を適用することによる処理遅延の減少により、システムスループットを向上することができる。

なお、ＭＳ−ＲＳ間の通信に、符号分割多重（Code Division Multiplex；ＣＤＭ）や空間分割多重（Space Division Multiplex；ＳＤＭ）等の多重化方式が使用される場合、図６のテーブルに代えて、図１２に示すテーブルを用いることもできる。

図１２に示すテーブルでは、再生中継におけるＲＳ−ＢＳ間の回線品質と非再生中継におけるＭＳ−ＲＳ−ＢＳ間の回線品質とが同じ場合にのみ非再生中継を適用する。このようなテーブルを用いることで、再生中継適用時に、ＲＳ−ＢＳ間の回線品質がＭＳ−ＲＳ間の回線品質よりも良好な場合は、ＲＳ−ＢＳ間の伝送レートをＭＳ−ＲＳ間の伝送レートより高くすることができる。よって、図１３に示すように、ＭＳ１−ＲＳ間のデータとＭＳ２−ＲＳ間のデータとを多重化して伝送することができ、その結果、ＲＳ−ＢＳ間において使用するリソースを削減することができる。また、ＲＳ−ＢＳ間において使用するリソースの削減により、ＢＳと接続する他のＭＳ（ＭＳ３）が使用できるリソースが増加し、さらにシステムスループットを向上することができる。

また、ＭＳ２がＢＳのサービスエリア内に存在する場合、図６のテーブルに代えて、図１４に示すテーブルを用いることもできる。

図１４に示すテーブルでは、再生中継における回線品質（ＭＳ２−ＲＳ間回線品質、ＲＳ−ＢＳ間回線品質）と非再生中継における回線品質（ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質）に加え、ＲＳを介せずＭＳ２−ＢＳ間で直接接続した場合の回線品質（ＭＳ２−ＢＳ間回線品質）もＢＳへ通知し、ＢＳでは、これらの回線品質から、ＭＳ２−ＢＳ間において、直接接続、再生中継、非再生中継のいずれを行うかとＭＣＳとを決定する。なお、直接接続の場合はＭＣＳにかかわらず中継情報を‘０’とする。このようなテーブルを用いることで、ＲＳを介して通信する場合の回線品質が悪い場合、ＭＳ２−ＢＳ間で直接接続することで、さらにスループットを向上することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、再生中継の場合に、ＲＳがＭＳ−ＲＳ間のＭＣＳを決定する。

まず、本実施の形態に係るマルチホップ通信システムの動作シーケンスについて説明する。動作シーケンスを図１５に示す。図１５では、ＭＳ１がＲＳを介してＢＳと通信中に、ＭＳ２が新たに接続する場合を示している。なお、以下の説明では、説明が煩雑になることを避けるために上りデータのマルチホップ通信に限定して説明するが、上りデータ同様に下りデータのマルチホップ通信も行われる。

ＭＳ２は、新たに接続したときに、ＲＳに対して、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質およびＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質の双方を測定するためのパイロット信号をＲＳへ送信する。このパイロット信号は、再生中継用および非再生中継用として共通に使用されるパイロットであるため、再生中継用パイロットと非再生中継用パイロットとを区別するフラグは付加しない。

このパイロット信号を受信したＲＳは、パイロットに対して非再生中継処理を施して、非再生中継用パイロットとしてＢＳへ送信する。つまり、ＲＳは、ＭＣＳをそのままにしたままパイロットを増幅してＢＳへ送信する。このとき、ＲＳは、非再生中継用パイロットに、非再生中継用パイロットを示すフラグを付加する。また、ＲＳは、受信したパイロットの受信品質（ＭＳ２−ＲＳ間回線品質）を測定し、その回線品質に従って、再生中継の場合のＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳを選択する。回線品質が「良」の場合は１６ＱＡＭ、「並」の場合はＱＰＳＫ、「悪」の場合はＢＰＳＫを選択する。選択結果はＭＣＳ情報としてＭＳ２へ送信される。さらに、ＲＳは、ＲＳ−ＢＳ間回線品質を測定するための新たなパイロット信号（再生中継用パイロット）をＢＳへ送信する。このとき、ＲＳは、再生中継用パイロットに、再生中継用パイロットを示すフラグを付加する。

次いで、ＢＳは、非再生中継用パイロットの受信品質（ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質）を測定する。また、ＢＳは、再生中継用パイロットの受信品質（ＲＳ−ＢＳ間回線品質）を測定する。これにより、ＢＳでは、非再生中継の回線品質としてＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質が得られ、また、再生中継の回線品質としてＲＳ−ＢＳ間回線品質が得られる。そして、ＢＳでは、これら２つの回線品質に基づいて、ＲＳの中継方式（ＲＳが再生中継または非再生中継のいずれを行うか）、および、再生中継の場合はＲＳ−ＢＳ間のＭＣＳ、非再生中継の場合はＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間のＭＣＳを決定する。決定結果は中継情報としてＲＳへ送信される。また、この中継情報は、ＲＳを介してＭＳ２へも送信される。

ＭＳ２では、再生中継の場合は、ＲＳから送信されたＭＣＳ情報に基づいたＭＣＳで上りデータを符号化・変調してＲＳへ送信する。また、非再生中継の場合は、ＢＳから送信された中継情報に基づいたＭＣＳで上りデータを符号化・変調してＲＳへ送信する。

ＲＳでは、中継情報に基づいて、非再生中継と再生中継とを切り替えて上りデータを中継する。すなわち、ＲＳは、非再生中継の場合は、ＭＣＳをそのままにしたまま上りデータを増幅してＢＳへ送信する。一方、再生中継の場合は、ＲＳは、ＲＳが決定したＭＣＳで上りデータを一旦復調・復号し、中継情報に基づいたＭＣＳで上りデータを再び符号化・変調してＢＳへ送信する。なお、下りデータについては、再生中継の場合、ＲＳは、ＢＳからの下りデータを一旦復調・復号し、ＲＳが決定したＭＣＳで下りデータを再び符号化・変調してＭＳ２へ送信する。

次いで、本実施の形態に係るＢＳ（基地局）の構成について説明する。ＢＳの構成を図１６に示す。

図１６に示すＢＳ３００において、アンテナ３０１を介して受信された非再生中継用パイロット、再生中継用パイロットおよび上りデータは、受信ＲＦ部３０２においてダウンコンバート等の無線処理を施される。無線処理後、非再生中継用パイロットおよび再生中継用パイロットは受信品質測定部３０３に入力され、上りデータは復調部３０５に入力される。

上りデータは、決定部３０４で決定されたＭＣＳに従って、復調部３０５で復調され、復号部３０６で復号される。これにより受信データが得られる。

一方、受信品質測定部３０３では、非再生中継用パイロットおよび再生中継用パイロットの受信品質が測定され、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質およびＲＳ−ＢＳ間回線品質が得られる。これらの回線品質は決定部３０４に入力される。なお、受信品質測定部３０３は、各パイロットに付加されたフラグにより、非再生中継用パイロットと再生中継用パイロットとを区別することができる。

決定部３０４では、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質およびＲＳ−ＢＳ間回線品質から、ＲＳの中継方式およびＭＣＳを決定する。決定方法については後述する。決定結果（中継方式およびＭＣＳ）は中継情報として符号化部３０７に入力される。

中継情報および送信データ（下りデータ）は、決定部３０４で決定されたＭＣＳに従って、符号化３０７で符号化され、変調部３０８で変調される。変調後の中継情報および下りデータは、送信ＲＦ部３０９でアップコンバート等の無線処理を施された後、アンテナ３０１を介して送信される。

次いで、中継方式およびＭＣＳの決定方法について説明する。なお、以下の説明では、回線品質として受信ＳＮＲを用いる。

決定部３０４では、まず、回線品質を図５に示すように「良」、「並」、「悪」の３段階に分類する。各状態において通信可能な変調方式は、「良」では１６ＱＡＭ、「並」ではＱＰＳＫ、「悪」ではＢＰＳＫとする。

次いで、決定部３０４は、図１７に示すテーブルを参照し、ＲＳ−ＢＳ間回線品質とＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質との組合せに応じて、中継方式およびＭＣＳを決定する。決定結果は、‘０’〜‘４’のいずれかの中継情報（‘０００’〜‘１００’の３ビットの情報）とされる。なお、図１７のテーブルでは、説明を簡単にするために、ＭＣＳとして符号化率を省き変調方式のみを示している。

図１７のテーブルは、図９のテーブルに基づき、ＲＳ−ＢＳ間回線品質とＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質の組合せに対し最大の伝送レートが得られる中継方式とＭＣＳとの組合せを選択してまとめたものである。但し、回線品質の同一の組合せに対し最大の伝送レートが複数存在する場合（例えば、図９のテーブルにおいて、ＲＳ−ＢＳ間回線品質が「良」、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間の回線品質が「並」であり、再生中継および非再生中継共に最大の伝送レートが２ｂｉｔ／Ｔになる場合）、非再生中継は再生中継に比べ中継局の処理負荷が小さいことを考慮し、非再生中継を選択した。

また、図９に基づき最大の伝送レートが得られる中継方式に再生中継が選択される場合、図１７において、ＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳは、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質に応じてＲＳが決定する。例えば、図９において、ＲＳ−ＢＳ間回線品質が「良」または「並」で、ＭＳ２−ＲＳ−ＢＳ間回線品質が「悪」の場合、最大の伝送レートは再生中継で得られる。但し、この場合、図１７において、ＲＳ−ＢＳ間のＭＣＳは図９に基づき選択されたものであるのに対し、ＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳは、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質に応じてＲＳが決定する。

次いで、本実施の形態に係るＲＳ（中継局）の構成について説明する。ＲＳの構成を図１８に示す。

図１８に示すＲＳ４００において、アンテナ４０１を介して受信された中継情報、パイロットおよび上りデータは、受信ＲＦ部４０２においてダウンコンバート等の無線処理を施される。無線処理後、パイロットは受信品質測定部４０３および増幅部４０６に入力され、中継情報および上りデータは切替部４０５に入力される。なお、中継情報はＢＳから受信され、パイロットおよび上りデータはＭＳ２から受信される。

受信品質測定部４０３では、パイロットの受信品質が測定され、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質が得られる。

ＭＣＳ決定部４０４では、ＭＳ２−ＲＳ間回線品質に基づいてＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳが決定され、そのＭＣＳ情報が復調部４０７および復号部４０８に入力される。また、ＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳ情報は、ＭＳ２へ通知されるため、符号化部４０９に入力される。

切替部４０５では、中継情報と中継方式／ＭＣＳとの対応関係を示すテーブル（図１７のテーブルの一部）を備え、入力された中継情報に従って、中継方式とＭＣＳとの組合せを選択し、再生中継と非再生中継とを切り替える。そして、非再生中継の場合は、上りデータは増幅部４０６に入力され、再生中継の場合は、上りデータは復調部４０７に入力される。

増幅部４０６では、上りデータおよびパイロットが増幅され、送信ＲＦ部４１１に入力される。

一方、復調部４０７に入力された上りデータは、ＭＣＳ決定部４０４から指示されたＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳに従って、復調部４０７で復調され、復号部４０８で復号された後、切替部４０５から指示されたＲＳ−ＢＳ間のＭＣＳに従って、符号化部４０９で再び符号化され、変調部４１０で再び変調される。変調後の上りデータは、送信ＲＦ部４１１に入力される。

また、再生中継用パイロットおよびＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳ情報は、符号化部４０９で符号化され、変調部４１０で変調された後、送信ＲＦ部４１１に入力される。

変調部４１０から入力される上りデータ（再生中継される上りデータ）または増幅部４０６から入力される上りデータ（非再生中継される上りデータ）は、送信ＲＦ部４１１でアップコンバート等の無線処理を施された後、アンテナ４０１を介してＢＳへ送信される。また、再生中継用パイロット、増幅部４０６で増幅されたパイロット（非再生中継用パイロット）も、送信ＲＦ部４１１でアップコンバート等の無線処理を施された後、アンテナ４０１を介してＢＳへ送信される。さらに、ＭＳ２−ＲＳ間のＭＣＳ情報は、送信ＲＦ部４１１でアップコンバート等の無線処理を施された後、アンテナ４０１を介してＭＳ２へ送信される。なお、中継情報は、上りデータと同様にして切り替えられる下りデータの中継方式により、ＭＳ２へ送信される。

なお、実施の形態１同様、ＭＳ−ＲＳ間の通信に、ＣＤＭやＳＤＭ等の多重化方式が使用される場合、図１７のテーブルに代えて、図１９に示すテーブルを用いることもできる。図１９に示すテーブルでは、実施の形態１同様、再生中継におけるＲＳ−ＢＳ間の回線品質と非再生中継におけるＭＳ−ＲＳ−ＢＳ間の回線品質とが同じ場合にのみ非再生中継を適用する。また、ＭＳ２がＢＳのサービスエリア内に存在する場合、実施の形態１同様、図１７のテーブルに代えて、図２０に示すテーブルを用いることもできる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１同様、ユーザスループットの低下を防ぎつつ、システムスループットを向上することができる。また、本実施の形態では、再生中継の場合、ＲＳがＭＳ−ＲＳ間のＭＣＳを決定する。このため、実施の形態１と比較し、ＭＳが送信するパイロットの数を減らすことができるとともに、ＲＳがＭＳ−ＲＳ間の回線品質情報をＢＳへ送信する必要がなくなり、これによりスループットをさらに向上することができる。

なお、上記実施の形態では、伝送レートが最大となるように各テーブルを作成しているが、例えば「最低１Ｍｂｐｓのデータレートを満たせばよい」、「ＳＮＲ＝１５ｄＢにおいてＢＥＲ＝０.０１を満たす伝送レート」等、様々な通信システムの要求条件に応じて各テーブルを作成することも可能である。

また、上記実施の形態では、基地局が中継方式およびＭＣＳを決定する例を説明したが、参照テーブルを中継局または移動局が保持し、中継局または移動局において中継方式およびＭＣＳを決定してもよい。

また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。

ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

本明細書は、２００５年３月１４日出願の特願２００５−０７１７７５に基づくものである。この内容はすべてここに含めておく。

本発明は、高周波の無線帯域を使用する移動体通信システム等に好適である。

従来のマルチホップ通信システムの概略図 従来のマルチホップ通信システムの概略図 本発明の実施の形態１に係るマルチホップ通信システムの動作シーケンス 本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る回線品質の分類 本発明の実施の形態１に係る参照テーブル 本発明の実施の形態１に係る再生中継の場合の回線品質とＭＣＳとの対応関係を示すテーブル 本発明の実施の形態１に係る非再生中継の場合の回線品質とＭＣＳとの対応関係を示すテーブル 図７に示すテーブルと図８に示すテーブルとを統合したテーブル 本発明の実施の形態１に係る中継局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係るマルチホップ通信システムの概略図 本発明の実施の形態１に係る参照テーブル 本発明の実施の形態１に係るマルチホップ通信システムの概略図 本発明の実施の形態１に係る参照テーブル 本発明の実施の形態２に係るマルチホップ通信システムの動作シーケンス 本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る参照テーブル 本発明の実施の形態２に係る中継局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る参照テーブル 本発明の実施の形態２に係る参照テーブル

Claims (14)

1. 移動局および基地局が中継局を介して通信を行う無線通信システムであって、
   前記中継局は、変調方式を変えずに信号を増幅して中継送信する非再生中継と、信号の変調方式を回線品質に応じて変化させて中継送信する再生中継との２つの中継方式を、非再生中継における回線品質と再生中継における回線品質との組合せに基づいて切り替える、
   無線通信システム。
2. 前記基地局は、非再生中継における回線品質と再生中継における回線品質との組合せと、前記２つの中継方式との対応関係を示すテーブルを備え、前記テーブルを参照して中継方式を決定する、
   請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記基地局は、決定した中継方式示す中継情報を前記中継局へ送信する、
   請求項２記載の無線通信システム。
4. 前記移動局は、回線品質測定用のパイロット信号を前記中継局へ送信する、
   請求項１記載の無線通信システム。
5. 前記中継局は、前記パイロット信号を非再生中継により前記基地局へ送信し、前記パイロット信号から前記移動局と前記中継局との間の回線品質を再生中継における回線品質として測定し、回線品質測定用の新たなパイロット信号を前記基地局へ送信する、
   請求項４記載の無線通信システム。
6. 前記中継局は、測定した回線品質を示す情報を前記基地局へ送信する、
   請求項５記載の無線通信システム。
7. 前記中継局は、再生中継を行う場合、前記移動局と前記中継局との間の通信における変調方式を決定する、
   請求項１記載の無線通信システム。
8. 変調方式を変えずに移動局装置からの信号を増幅して基地局装置へ中継送信する非再生中継と、移動局装置からの信号の変調方式を回線品質に応じて変化させて基地局装置へ中継送信する再生中継との２つの中継方式を切り替える中継局装置であって、
   移動局装置からの信号を増幅する増幅手段と、
   移動局装置からの信号を復調する復調手段と、
   前記復調手段で復調された信号を回線品質に応じた変調方式で変調する変調手段と、
   前記増幅手段で増幅された信号または前記変調手段で変調された信号を基地局装置へ送信する送信手段と、
   非再生中継における回線品質と再生中継における回線品質との組合せに基づいて前記２つの中継方式を切り替え、非再生中継の場合は入力される信号を前記増幅手段に出力し、再生中継の場合は入力される信号を前記復調手段に出力する切替手段と、
   を具備する中継局装置。
9. 回線品質測定用のパイロット信号を移動局装置から受信する受信手段と、
   前記パイロット信号から前記移動局装置と当該中継局装置との間の回線品質を再生中継における回線品質として測定する測定手段と、をさらに具備する、
   請求項８記載の中継局装置。
10. 前記送信手段は、さらに、前記パイロット信号を非再生中継により基地局装置へ送信するとともに、回線品質測定用の新たなパイロット信号を前記基地局装置へ送信する、
    請求項９記載の中継局装置。
11. 前記送信手段は、さらに、前記測定手段によって測定された回線品質を示す情報を前記基地局装置へ送信する、
    請求項９記載の中継局装置。
12. 前記切替手段は、再生中継の場合、さらに前記移動局装置と当該中継局装置との間の通信における変調方式を決定する、
    請求項８記載の中継局装置。
13. 非再生中継における回線品質と再生中継における回線品質との組合せと、前記２つの中継方式との対応関係に基づいて決定された中継方式を示す中継情報を前記基地局装置から受信する受信手段、をさらに具備し、
    前記切替手段は、前記中継情報に従って前記２つの中継方式を切り替える、
    請求項８記載の中継局装置。
14. 前記中継情報と前記２つの中継方式との対応関係を示すテーブル、をさらに具備し、
    前記切替手段は、前記テーブルを参照して前記２つの中継方式を切り替える、
    請求項１３記載の中継局装置。

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