JP4734323B2 - 通信中継装置、受信装置、通信中継方法及び受信方法 - Google Patents

通信中継装置、受信装置、通信中継方法及び受信方法 Download PDF

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Description

本発明は、通信中継装置、受信装置、通信中継方法及び受信方法に関する。
近年、一般家庭へのブロードバンド通信サービスの普及に伴い、セルラ方式の移動体通信システムにおいても、大容量データ通信サービスの提供を目的とした研究開発が盛んに行われている。しかし、有限な資源である無線周波数は逼迫した状態にあり、大容量データの伝送を実現するために、高い周波数帯を利用し、高伝送レートを実現するアプローチ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、近距離では、高伝送レートを期待できる一方、伝送距離による減衰が大きい。このため、例えば実システムに適用する場合、基地局のカバーエリアが小さくなり、より多くの基地局を設置する必要が生じる。基地局の設置には相応のコストがかかるため、基地局数の増加を抑制しつつも、上記の通信サービスを提供することが強く望まれている。
そこで、セルラ圏外にいる移動局であっても基地局と通信が行えるように、この移動局と基地局との間に存在する別の移動局（中継局）に通信の中継を行わせることにより、セルラ圏外の移動局と基地局との通信を実現することが検討されている。
例えば、圏外の移動局から各中継局までの間の回線品質、および各中継局から基地局までの間の回線品質、の複数の回線品質を総合的に判断し、基地局が複数の中継局の中から実際に中継を行わせる中継局を決定し、複数の中継局に対し中継を行わせるか否かの制御信号を送信することにより、中継経路を決定する技術がある（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平７−３２１７２２号公報 特開２００４−２５４３０８号公報
しかしながら、上記技術は、伝搬路環境の時間的変動、すなわち伝搬路の状態に応じて中継経路の更新を行うため、基地局は、更新の度に、移動局から中継局までの間、および中継局から基地局までの間の双方の回線品質を取得する必要があり、回線品質の時間変動が早い場合、移動局との間で頻繁な品質報告、経路制御の制御信号の交換が発生し、通信システムのスループットが低下するという問題がある。また、経路制御の頻度よりも回線品質の変動が速い場合、基地局装置等での受信特性は大きく劣化し、これによって通信システムのスループットが低下することとなる。
よって、本発明の目的は、伝搬路の状態が変動しても、スループットを低下させることなく、通信の中継を行うことができる通信中継装置、受信装置、通信中継方法及び受信方法を提供することである。
本発明の通信中継装置は、第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継装置であって、前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と前記通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する第１取得手段と、前記通信中継装置が中継をするか否かの判断に用いられる閾値を設定する設定手段と、前記第１伝搬路状態を前記閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記通信中継装置が中継をすると判断する判断手段と、を具備し、前記設定手段は、前記通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定する構成を採る。
また、本発明の通信中継装置は、第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継装置であって、前記第１通信装置からの受信信号を中継するか否かの判断に用いられる閾値を、前記第２通信装置から受信する受信手段と、前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と当該通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する取得手段と、前記取得した第１伝搬路状態を前記受信した閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記受信信号を中継すると判断する判断手段と、を具備し、前記閾値は、当該通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど低く設定されている構成を採る。
本発明の受信装置は、第１通信装置から第２通信装置を中継して送信された信号を受信する受信装置であって、前記第２通信装置からの受信信号に対して回線品質の測定を行って、前記第２通信装置と当該受信装置との間の伝搬路状態を取得する取得手段と、前記第２通信装置において中継をするか否かの判断に用いられる閾値を前記伝搬路状態に基づいて設定する設定手段と、前記設定した閾値を前記第２通信装置に送信する送信手段と、を具備し、前記設定手段は、前記伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定する構成を採る。
本発明の通信中継方法は、第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継方法であって、前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と前記通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する第１取得ステップと、前記通信中継装置が中継をするか否かの判断に用いられる閾値を設定する設定ステップと、前記第１伝搬路状態を前記閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記通信中継装置が中継をすると判断する判断ステップと、を具備し、前記設定ステップは、前記通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定するようにした。
また、本発明の通信中継方法は、第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継方法であって、前記第１通信装置からの受信信号を中継するか否かの判断に用いられる閾値を、前記第２通信装置から受信する受信ステップと、前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と当該通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する取得ステップと、前記取得した第１伝搬路状態を前記受信した閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記受信信号を中継すると判断する判断ステップと、を具備し、前記閾値は、当該通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど低く設定されているようにした。
本発明の受信方法は、第１通信装置から第２通信装置を中継して送信された信号を受信する受信方法であって、前記第２通信装置からの受信信号に対して回線品質の測定を行って、前記第２通信装置と当該受信装置との間の伝搬路状態を取得する取得ステップと、前記第２通信装置において中継をするか否かの判断に用いられる閾値を前記伝搬路状態に基づいて設定する設定ステップと、前記閾値を前記第２通信装置に送信する送信ステップと、を具備し、前記設定ステップは、前記伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定するようにした。
本発明によれば、伝搬路状態が変動しても、スループットを低下させることなく、通信の中継を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの概要を示す図である。ここでは、移動局ＭＳ１から基地局ＢＳ１宛てに信号の送信を希望する場合、すなわち、上り回線による通信を例にとって説明する。
本実施の形態に係る通信システムには、移動局ＭＳ１、中継局（Relay Station）ＲＳ１、ＲＳ２、および基地局ＢＳ１が含まれる。そして、移動局ＭＳ１は、基地局ＢＳ１への信号の送信を希望しているが、セルラ圏外にいるため、または移動局ＭＳ１の送信電力が基地局ＢＳ１の送信電力よりも小さいため、信号を直接送信することができない状況にある。そこで、移動局ＭＳ１は、移動局ＭＳ１と基地局ＢＳ１との間に存在する中継局ＲＳ１および中継局ＲＳ２に、送信信号の中継を要求する。
図２は、かかる場合の、本実施の形態に係る通信システムの通信中継方法の手順を示すフロー図である。なお、説明を簡単にするために、中継局ＲＳ１を介して中継が行われる際の中継ルートをルート＃１と呼び、中継局ＲＳ２を介して中継が行われる際の中継ルートをルート＃２と呼ぶこととする。
本実施の形態に係る通信システムでは、まず、各中継局と基地局との間（ＲＳ―ＢＳ間）の伝搬路状態が把握され（ＳＴ１０１０）、この伝搬路状態に基づいて、各中継局が中継を行うか否かを判断する際に使用される判断指標が設定される（ＳＴ１０２０）。具体的には、本実施の形態に係る通信システムは、中継を行うか否かの判断指標を、ＲＳ―ＢＳ間の伝搬路状態が悪い中継ルートに対しては、厳しい判断指標を設定し、ＲＳ―ＢＳ間の伝搬路状態が良好な中継ルートに対しては、緩い判断指標を設定する。
一方、本実施の形態に係る通信システムでは、中継の要求をした移動局と中継局との間の伝搬路状態、すなわちＭＳ−ＲＳ間の伝搬路状態も把握される（ＳＴ１０３０）。そして、ＳＴ１０２０、ＳＴ１０３０が共に完了すると、ＳＴ１０４０において、ＭＳ−ＲＳ間の伝搬路状態が、ＳＴ１０２０で設定された判断指標と照らし合わされ、各中継局が中継を行うか否かの最終的な判断が下される。
すなわち、本実施の形態に係る通信システムでは、各中継局が、周囲の伝搬路状態に応じて、中継するか否かを自律的に判断する。基地局等の上位局が、移動局ＭＳ１から基地局ＢＳ１への中継ルートのルーティングを行うことはない。よって、基地局が各中継局における中継の有無を判断するステップと、判断結果を各中継局に指示するステップとがなくなっており、中継処理自体を速く行うことができる。
また、本実施の形態に係る通信システムでは、ＲＳ―ＢＳ間の伝搬路状態が悪い中継ルートに対しては、厳しい判断指標を設定する。すなわち、ＲＳ―ＢＳ間の伝搬路状態が悪いということは、その中継ルートによって中継を実施しても、最終的に基地局がその中継信号を誤りなく受信する確率が低いということを意味している。よって、本実施の形態に係る通信システムは、この中継ルートに対しては最初から厳しい判断指標を用いて、中継するか否かの判定（中継判定）を行う。これにより、基地局等の上位局がルーティングを行わずとも自動的に、より良好な中継ルートが選択されることとなり、通信システムのスループットが向上する。また、中継ルートの選択も速く行われる。
ここで、伝搬路の状態とは、例えば、ＳＮＲ（Signal to Noise power Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）等の回線品質であったり、回線変動補償に用いられるチャネル推定値である。例えば、図１の例では、ＭＳ−ＲＳ間の回線品質はルート＃１、＃２共にＳＮＲ＝１２ｄＢであるが、ルート＃１ではＲＳ−ＢＳ間の回線品質がＳＮＲ＝１５ｄＢであるのに対し、ルート＃２ではＲＳ−ＢＳ間の回線品質がＳＮＲ＝８ｄＢである。よって、本実施の形態に係る通信システムは、中継を行うか否かの判断指標をルート＃１よりもルート＃２において厳しく設定する。
例えば、ルート＃１では、ＭＳ−ＲＳ間の回線品質が１０ｄＢ以上であれば中継を行うと判断するように設定されるとすれば、これに対してルート＃２では、ＭＳ−ＲＳ間の回線品質が１５ｄＢ以上でなければ中継を行わないと設定する。よって、図１の例では、本実施の形態に係る通信システムは、中継をルート＃１のみを用いて行うこととなる。
なお、図１の例では、中継局ＲＳ１を介する中継ルートのみが本実施の形態に係る通信システムの中継条件を満たし、このルートを介して中継が行われる場合を示しているが、別の環境下では、中継局ＲＳ１および中継局ＲＳ２の双方の中継ルートが本実施の形態に係る通信システムの中継条件を満たすこともあり得る。このとき、本実施の形態では、双方の中継ルートを介して信号は送信される。すなわち、中継ルートは複数存在する場合もあり得る。かかる場合、基地局ＢＳ１では、各中継ルートからの受信信号が合成され、空間ダイバーシチ利得により、受信性能がより向上する。
また、ここでは、移動局ＭＳ１と基地局ＢＳ１との間に中継局ＲＳ１、ＲＳ２という複
数の中継局が存在している場合を例にとって説明しているが、中継局がたとえ１つあっても本実施の形態に係る通信中継方法は動作する。すなわち、かかる場合、１つしか存在しない中継局において中継を行わないと判断された場合には、当該通信システムにおいては移動局ＭＳ１の通信データの中継は行われないこととなり、移動局ＭＳ１は基地局ＢＳ１と通信を行うことはできない。
また、ここでは、中継を要求する元（中継要求局）が移動局である場合を例にとって説明したが、これはノートＰＣ等のモバイル通信端末であっても良い。
次いで、上記の通信システムを構成する各通信装置のうち、本発明に特徴的な中継局ＲＳ１（ＲＳ２）および基地局ＢＳ１の具体的な内部構成およびその動作について説明する。ここでは、伝搬路の状態を示す指標として回線品質を用いる場合を例にとって説明する。
図３は、上記中継局ＲＳ１（ＲＳ２）の具体的装置構成、すなわち、本実施の形態に係る通信中継装置（中継局装置）１００の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、上り回線中継の処理を行う機能のみについて説明を行う。
本実施の形態では、図２で説明した、中継をするか否かを判断する各手順を、全て中継局で行うオープン・ループ制御としても良いし、中継局と基地局とで分散して行うクローズド・ループ制御としても良い。そこで、まず、クローズド・ループ制御である場合について説明する。
通信中継装置１００は、アンテナ１０１、受信ＲＦ処理部１０２、回線品質推定部１０３、中継制御部１０４、送信ＲＦ処理部１０５、アンテナ１０６、復調部１０７、および受信ＲＦ処理部１０８を備える。
通信中継装置１００の各部は以下の動作を行う。
受信ＲＦ処理部１０２は、アンテナ１０１を介して受信した信号に、フィルタリング、直交検波等の非再生中継に必要な処理を施す。
ここで、再生中継とは、受信ビット列を再生すること、すなわち、バイナリデータを実データにまで変換する処理のことであり、受信データの誤り訂正処理が施された後、再変調処理を行われてから中継データの送信が行われる。一方、非再生中継とは、受信ビット列の再生を行わず、受信信号の電力増幅等の簡易な処理のみを加えた後送信する処理である。すなわち、非再生中継とは、受信信号に対し物理層レベルの処理のみを施し、速やかに送信処理を移るので、アプリケーション層等の非物理層レベルの処理を行わない分だけ、再生中継の場合と比較して中継処理を高速に行うことができる。
回線品質推定部１０３は、受信ＲＦ処理部１０２から出力される移動局ＭＳ１からの受信信号に対し、回線品質の推定を行う。この回線品質の推定により、回線品質推定部１０３は、ＭＳ−ＲＳ間の回線品質を取得することができる。なお、回線品質の具体的な推定方法については後述する。
中継制御部１０４は、回線品質推定部１０３から出力される回線品質情報と基地局ＢＳ１から指示された閾値とを比較し、比較結果に基づいて中継を行うか否かを決定し、中継をするか否かを示すＯＮ／ＯＦＦ制御信号を送信ＲＦ処理部１０５へ出力する。
送信ＲＦ処理部１０５は、受信ＲＦ処理部１０２から出力される中継信号に対し、直交
変調、電力増幅、フィルタリング処理等の非再生中継に必要な処理を施し、アンテナ１０６を介してこれを送信する。
一方、受信ＲＦ処理部１０８は、受信信号に対し、フィルタリング処理、ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の所定の無線受信処理を施し、得られる信号を復調部１０７に出力する。
復調部１０７は、受信信号に対し、復調、復号等の受信信号からデータを抽出する処理を行う。復調された受信データのうち、中継制御用の閾値情報は中継制御部１０４へ出力する。
図４は、上記基地局ＢＳ１、すなわち、本実施の形態に係る基地局装置１５０の主要な構成を示すブロック図である。ここでも、上り回線中継の処理を行う機能のみについて説明を行う。
基地局装置１５０は、アンテナ１５１、受信ＲＦ処理部１５２、回線品質推定部１５３、閾値選択部１５４、変調部１５５、送信ＲＦ処理部１５６、およびアンテナ１５７を備える。
基地局装置１５０の各部は以下の動作を行う。
受信ＲＦ処理部１５２は、アンテナ１５１を介して受信された信号に対し、フィルタリング処理、ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の所定の無線受信処理を行い、ベースバンド信号へと変換し、復調部（図示せず）および回線品質推定部１５３へ出力する。
回線品質推定部１５３は、中継局ＲＳ１（ＲＳ２）からの受信信号に対し、回線品質の推定を行う。この回線品質の推定処理は、通信中継装置１００内の回線品質推定部１０３における回線品質の推定処理と同様の処理であり、この処理により、回線品質推定部１５３は、ＲＳ−ＢＳ間の回線品質を取得することができる。
閾値選択部１５４は、対象とする移動局の上り回線（アップリンク）の変調パラメータ（ＭＣＳパラメータ）に関する情報と、回線品質推定部１５３から出力されるＲＳ−ＢＳ間の回線品質推定結果とから、通信中継装置１００の中継判定に用いられる閾値を決定する。実際の通信システムにおいては、通信中継装置は複数存在し、閾値選択部１５４は、閾値を通信中継装置ごとに設定する。
変調部１５５は、決定された閾値の情報にＱＰＳＫ等の所定の変調処理を施し、送信ＲＦ処理部１５６に出力する。
送信ＲＦ処理部１５６は、変調部１５５から出力される送信ベースバンド信号に対し、Ｄ／Ａ変換、アップコンバート、電力増幅、フィルタリング処理等の所定の無線送信処理を施し、アンテナ１５７を介してこれを送信する。
図５は、上記の通信中継装置１００および基地局装置１５０から構成される通信システムの一連の動作を説明するためのシーケンス図である。
まず、基地局がＲＳ―ＢＳ間の回線品質を推定し（ＳＴ１１１０）、この回線品質と、対象とする移動局のアップリンクのＭＣＳパラメータに関する情報とに基づいて、中継局での中継判定に使用される閾値が選択され（ＳＴ１１２０）、この閾値に関する情報が中継局に送信される（ＳＴ１１３０）。中継局は、この閾値情報を受信する（ＳＴ１２１０
）。また、中継局は、ＭＳ−ＲＳ間の回線品質を推定し（ＳＴ１２２０）、得られた回線品質をＳＴ１２１０で得られた閾値と比較する（ＳＴ１２３０）。そして、中継局は、回線品質が閾値以上であれば中継を行い（ＳＴ１２４０）、基地局は、中継信号を受信する（ＳＴ１１４０）。なお、中継局が複数存在する場合は、ＳＴ１１４０は合成受信となる。一方、ＳＴ１２３０において、回線品質が閾値よりも小さければ、中継局は、中継を行わない（ＳＴ１２５０）。
このように、本実施の形態では、中継局が中継の実施／中止を判定するための閾値（ＭＳ―ＲＳ間の受信信号品質と比較判定するための閾値）を、ＲＳ―ＢＳ間の回線品質に基づき決定する。そして、ＲＳ―ＢＳ間の回線品質状態が良い場合、ＭＳ―ＲＳ間の品質を判定するための閾値を低く設定する。すなわち、ＲＳ―ＢＳ間の回線品質状態が良い場合は、ＭＳ―ＲＳ間の回線品質が少々悪くても中継を行うと判断する。一方、ＲＳ−ＢＳ間の回線品質状態が悪い場合、ＭＳ―ＲＳ間の回線品質に基づく中継判定の閾値を高く設定する。各中継局は、この設定された閾値に基づいて中継するか否かを判断する。
これにより、中継経路は、各中継経路の瞬時品質に応じて適応的に切り替わることとなるため、伝送路特性の変動が早い場合でも追従することができる。また、品質の悪い非再生中継信号の発生を低減させ、かつ、基地局ＢＳ１等の受信装置では、空間ダイバーシチ利得を利用できるため、受信特性が向上し、通信システム全体のスループットが向上する。
次に、ＳＴ１１２０における閾値選択処理について詳細に説明する。
図６は、ＭＣＳパラメータに基づいて、中継をするか否かの判断を行う際に使用される判断指標が示されたテーブル、すなわち、中継制御用の閾値設定テーブルである。回線品質として、ＳＮＲを用いる場合を例にとって説明する。
このテーブルでは、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲの程度に応じて、通信中継装置１００内の中継制御部１０４で用いる判定閾値が、それぞれのＭＣＳパラメータの所要品質毎に設定されている。ＭＣＳパラメータは、ＭＳ―ＲＳ間およびＲＳ−ＢＳ間の回線品質測定値等から、別途既に選択されているものとし、閾値選択部１５４は、回線品質推定部１５３から出力された推定ＳＮＲ値と、中継要求局ＭＳ１に対するＭＣＳパラメータ（例えば、１６ＱＡＭ）とを受け取り、この閾値設定テーブルから、中継局ＲＳ１（ＲＳ２）で用いる中継判定用の閾値を選択する。
このテーブルによって設定される閾値を用いて中継判定を行えば、例えば、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲが良い場合、ＭＳ−ＲＳ間の判定閾値は低く設定され、中継判定が緩和されることとなり、一方、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲが悪い場合、ＭＳ−ＲＳ間の判定閾値が高く設定され、中継判定は厳しくなる。また、同時に移動局ＭＳ１からの信号がＭＣＳの所要品質を満たすこととなる。例えば、ＭＣＳが１６ＱＡＭで、ＲＳ−ＢＳ間の推定ＳＮＲが１５ｄＢであった場合、判定閾値は１０ｄＢと設定される。また、ＭＣＳが１６ＱＡＭで、ＲＳ−ＢＳ間の推定ＳＮＲが８ｄＢの場合、判定閾値は１５ｄＢと決定される。ＭＣＳがＱＰＳＫの場合も同様に、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲに応じて、ＭＳ−ＲＳ間の判定閾値が決定される。
また、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲがＭＣＳの所要品質を満たさない場合は、ＭＳ−ＲＳ間の判定閾値は、無限大等に設定され、事実上、中継を行うことがなくなるように設定される。または、当初から中継中止を示す制御信号を出力するようにしても良い。
このように、本実施の形態では、各ＲＳ―ＢＳ間の回線品質だけでなく、ＭＣＳパラメ
ータの所要品質に基づき、上記閾値を決定する。よって、ＭＣＳパラメータに適した閾値を決定できるため、より適切な中継制御が実施でき、通信システムのスループットを向上させることができる。
また、以上の動作を各中継局において、各移動局のそれぞれに対応して独立に実施することで、１つの中継局において各移動局に対応した分散的な中継制御が可能となるため、通信システムのスループットを向上させることができる。
また、中継局が固定の場合、あるいは、移動速度の遅い移動局が中継局として動作するような場合、ＲＳ−ＢＳ間の回線品質はＭＳ−ＲＳ間の回線品質に比べて十分ゆっくりと変動する。よって、基地局ＢＳ１から中継局ＲＳ１（ＲＳ２）へ閾値を通知する間隔を大きくとることができるため、シグナリングのオーバヘッドを低減することができる。
なお、図６に示したテーブルの代わりに、例えば図７に示すような閾値設定曲線を用いて閾値を決定するようにしても良い。この曲線は、ＭＣＳパラメータ毎に、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲ値が小さければ閾値の値が大きくなり、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲ値が大きければ閾値の値が小さくなる特徴があり、下記式のような関数によって表現される。
閾値＝ｆ（ＭＣＳパラメータ、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲ）
図８は、本実施の形態に係る通信中継方法の具体例を示す図である。基本的な条件は、図１と同様である。
この図の例では、移動局ＭＳ１が送信するデータの変調に用いるＭＣＳが１６ＱＡＭに設定されているとすると、ルート＃１のＲＳ−ＢＳ間の推定ＳＮＲが１５ｄＢであるので、ＭＳ−ＲＳ間の判定閾値は、図６の閾値設定テーブルに従って１０ｄＢと決定される。一方、ルート＃２のＲＳ−ＢＳ間の推定ＳＮＲが８ｄＢの場合は、判定閾値は１５ｄＢと決定される。よって、ルート＃１およびルート＃２のＭＳ−ＲＳ間のＳＮＲ＝１２ｄＢであるとすると、ルート＃１は閾値以上となるため中継が行われるが、ルート＃２は閾値を下回るため中継は行われず中継中止となる。
例えば、ＭＣＳがＱＰＳＫの場合も同様に、ＲＳ−ＢＳ間のＳＮＲに応じて、図６の閾値設定テーブルを参照してＭＳ−ＲＳ間の判定閾値が決定される。
次に、ＳＮＲ推定方法について説明する。
まず、基地局装置１５０内の回線品質推定部１５３は、中継局から送信された信号に含まれるパイロットシンボルおよびデータシンボル等から、ＲＳ−ＢＳ間のＳＩＲを推定する。ＳＮＲ推定方法としては、受信したデータシンボルの前にパイロットシンボルｐｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）がＮ個連続して送信されるとすると、基地局内のパイロットシンボル列との複素乗算結果の平均値から伝送路のチャネル応答を以下の式（１）によって推定する。
Figure 0004734323
 なお、ｒｎは以下の式（２）により算出される。
Figure 0004734323
 また、Ｎは全パイロットシンボル数、ｐｎはｎ番目のパイロットシンボル、ｒｎはｎ番
目の受信パイロットシンボル、ｈは実際の伝送路のチャネル応答、ｎｎはｎ番目のパイロットシンボル受信時の加法性ガウス雑音である。
ここで、ｐｎは以下の式（３）を満たし、連続するＮ個のパイロットシンボルの長さに対して、チャネル応答の変化量は十分に小さいとする。
Figure 0004734323
 すると、式（１）は以下の式（４）となる。
Figure 0004734323
平均するパイロットシンボル数Ｎが十分大きい場合、以下の式（５）、（６）を満たす。
Figure 0004734323
Figure 0004734323
よって、以下の式（７）で算出されるＳを受信信号電力として扱う。
Figure 0004734323
さらに、受信したパイロットシンボルに対して、次の式（８）によって、雑音電力を推定することができる。
Figure 0004734323
よって、受信信号の推定ＳＮＲ［ｄＢ］は、以下の式（９）となる。
Figure 0004734323
なお、ここでは、パイロットシンボルを用いたＳＮＲ推定方法を例示したが、これに限定されず、別の方法でも良い。
ＳＴ１１３０における閾値情報の送信は、例えば図９のようなフレームフォーマットの信号により、中継局ごとにパケットとして送信される。ここで、ＭＳＩＤとは、各移動局を識別するＩＤを表すビット、判定閾値はＭＳＩＤに対応する移動局の中継制御用閾値を表すビットを格納したものである。
なお、複数の移動局に対して判定閾値を送る場合は、図９に示すように、複数の移動局に対応するＭＳＩＤと判定閾値とをまとめて送信する。これにより、閾値通知のためのオーバヘッドを小さくすることができる。
また、図１０に示すように、各中継局（ＲＳ）を識別するためのＩＤ（ＲＳＩＤ）の後に、各中継局に対応する移動局の判定閾値を示すビットを並べることにより、さらに複数の中継局への閾値通知をまとめて１つのフレームとして送信する構成としても良い。
通信中継装置は、基地局からの閾値情報を含むこれらの送信フレームの信号を受信し、各移動局に対応する複数の閾値を抽出し、これらを内部メモリに格納し、適宜中継判定に使用する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、伝搬路状態が変動しても、スループットを低下させることなく、通信の中継を行うことができる。
なお、上記通信中継装置１００および基地局装置１５０の例では、中継をするか否かの判断を中継局と基地局とで分散して行うクローズド・ループ制御の場合を例にとって説明したが、回線品質の推定および閾値選択を通信中継装置で全て行うオープン・ループ制御であっても良い。これは、特にＴＤＤ（Time Division Duplex）等の通信システムにおいて有効である。図１１は、中継判定がオープン・ループ制御である場合の通信中継装置１００ａの主要な構成を示すブロック図である。この図に示すように、通信中継装置１００内に設置されていた回線品質推定部１５３および閾値選択部１５４が（図３参照）、通信中継装置１００ａ内に回線品質推定部１５３ａおよび閾値選択部１５４ａとして設置されている。
また、上記通信中継装置１００の例では、ＲＳ−ＢＳ間の通信を送受共用のアンテナ１０６を用いて行う場合を例にとって説明したが、送受で別のアンテナを用いてそれぞれ送信および受信を行っても良い。図１２は、かかる場合の通信中継装置１００ｂの主要な構成を示すブロック図である。通信中継装置１００ｂは、送信用アンテナ１０６および受信用アンテナ１０９を備えている。この構成を採ることにより、通信中継装置１００ｂは、送信および受信を同じタイミングで行うことができるようになる。
また、本実施の形態では、上り回線中継の場合を例にとって説明したが、本実施の形態は、下り回線中継の場合、すなわち、基地局から移動局宛に信号を送信する場合にも同様に適用することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態に係る通信システムは、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）、ＦＤＭ（Frequency Division Multiplexing）、ＣＤＭ（Code Division Multiplexing）、ＳＤＭ（Space Division Multiplexing）等の多重アクセス方式を採用しており、サブチャネルごとに実施の形態１で示した中継判定を行う。
図１３は、本発明の実施の形態２に係る通信中継装置２００の主要な構成を示すブロック図である。ここでは、本実施の形態に係る通信システムが、多重方式としてＦＤＭ（ＦＤＭＡ）方式、伝送方式としてＯＦＤＭ方式を採用している場合を例にとって説明する。よって、本実施の形態に係る通信システムは、サブキャリアごとに中継判定を行う。
なお、通信中継装置２００は、実施の形態１に示した通信中継装置１００（図３参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
通信中継装置２００は、伝送方式としてＯＦＤＭ方式を用いるので、時間領域信号を周波数領域信号に変換するＦＦＴ部２０１と、周波数領域信号を時間領域信号に戻すＩＦＦＴ部２０１と、を備える。また、通信中継装置２００は、サブキャリアごとに中継判定を行うので、各サブキャリアに対応する処理系統２０２−１〜２０２−Ｎを備える。そして、例えば、処理系統２０２−１では、回線品質推定部１０３−１、中継制御部１０４−１、およびスイッチ２０４−１というように、各処理系統は、回線品質推定部、中継制御部、およびスイッチを有する。
そして、通信中継装置２００は、受信した中継信号を、復調処理および復号処理を施した後のデータビット列に対し誤り判定を行い、誤りが含まれないと判定されたサブキャリアに対しては再生中継を行い、誤りが含まれると判定されたサブキャリアに対しては非再生中継に切り替えて中継を行う。
図１４は、本実施の形態に係る基地局装置２５０の主要な構成を示すブロック図である。
なお、基地局装置２５０も、実施の形態１に示した基地局装置１５０（図４参照）と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態に係る通信システムは、上述の通り、サブキャリアごとに中継判定を行うので、基地局装置２５０は、各サブキャリアに対応する処理系統２５２−１〜２５２−Ｎ、およびＦＦＴ部２５１、Ｐ／Ｓ変換部２５３を備える。そして、例えば、処理系統２５２−１では、回線品質推定部１５３−１および閾値選択部１５４−１というように、各処理系統は、回線品質推定部および閾値選択部を有する。
図１５は、サブキャリアの受信品質に基づいて、本実施の形態に係る中継判定が具体的にどのように行われるかを示す図である。ここで、図１５の上段は、ルート＃１における各サブキャリア、図１５の下段は、ルート＃２における各サブキャリアを示している。
例えば、図１５の上段に示すように、ルート＃１では、サブキャリア＃１、＃４に対しては閾値Ｔｈ１が設定されているのに対し、サブキャリア＃２、＃３に対しては異なる閾値Ｔｈ２が設定されている。また、図１５の下段に示すように、ルート＃２では、サブキャリア＃１、＃４に対して閾値Ｔｈ４が設定されているのに対し、サブキャリア＃２、＃３に対しては閾値Ｔｈ３が設定されている。すなわち、サブキャリア（周波数帯域）によって異なる閾値が設定されている。よって、ルート＃１ではサブキャリア＃３が閾値以上のＳＮＲを有していないため、サブキャリア＃３は中継対象から除外され、ルート＃２ではサブキャリア＃１が閾値以上のＳＮＲを有していないため、サブキャリア＃１は中継対象から除外される。
このように、本実施の形態によれば、サブチャネル毎に、適用する変調パラメータの所要品質に基づき、中継判定の閾値を決定するため、サブチャネル毎に回線品質の異なる環境下であっても、サブチャネル毎の品質に応じて中継制御し、品質の悪い非再生中継信号の発生を低減することができるため、基地局等の受信装置における受信特性を向上させることができる。特に、周波数選択性フェージング環境下であっても、サブチャネル毎の品質に応じて中継制御することができる。
なお、本実施の形態では、サブチャネルごとに中継判定を行う場合を例にとって説明したが、複数のサブキャリアをまとめて１つのグループにしたサブキャリアグループごとに中継判定を行っても良い。
また、本実施の形態では、サブチャネルがＯＦＤＭ方式のサブキャリアである場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば、多重方式がＳＤＭ（ＳＤＭＡ）方式の場合はサブストリームであっても良いし、多重方式がＣＤＭ（ＣＤＭＡ）方式の場合は拡散符号、多重方式がＴＤＭ（ＴＤＭＡ）方式の場合は時間フレームもしくは時間スロットであっても良い。
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
本発明に係る通信システム、通信中継装置、および通信中継方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
本発明に係る通信中継装置は、移動体通信システムにおける移動局装置等に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する移動局装置等を提供することができる。
なお、ここでは、回線品質推定部１０３、１５３で推定する回線品質、すなわち、伝搬路状態を表す指標として、ＳＮＲを用いた場合を例にとって説明したが、ＳＮＲの代わりにＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）、受信電力、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength
Indicator）、受信振幅等を用いても良い。また、セルラシステムのように雑音電力だけでなく干渉電力も回線品質情報として重要となる通信システムでは、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio）等を伝搬路状態を表す指標として用いても良い。あるいは、前述の指標で示された数値から算出されるローディングビット数、送信電力、または送信複素重み係数などの制御値を伝搬路状態を表す指標として用いても良い。あるいは、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）方式が採用されている場合は、特異値分解、固有値分解、もしくはＱＲ分解によって得られる行列、特異値、もしくは固有値等の値を伝搬路状態を表す指標として用いても良い。
また、ここでは、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、本発明をソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係る通信中継方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明の通信中継装置と同様の機能を実現することができる。
また、上記各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チップ化されていても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されていても良い。
また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等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、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
さらに、半導体技術の進歩また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良い。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
本明細書は、２００５年３月２９日出願の特願２００５−０９５３４３に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
本発明に係る通信中継装置、受信装置、通信中継方法及び受信方法は、移動体通信システムにおける移動局装置等の用途に適用できる。
実施の形態１に係る通信システムの概要を示す図 実施の形態１に係る通信中継方法の手順を示すフロー図 実施の形態１に係る通信中継装置（中継局装置）の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１に係る基地局装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１に係る通信システムの一連の動作を説明するためのシーケンス図 実施の形態１に係る中継制御用の閾値設定テーブル 実施の形態１に係る中継制御用の閾値設定曲線 実施の形態１に係る通信中継方法の具体例を示す図 実施の形態１に係るフレームフォーマットの一例を示す図 実施の形態１に係るフレームフォーマットの一例を示す図 オープン・ループ制御である場合の実施の形態１に係る通信中継装置の主要な構成を示すブロック図 送受で別のアンテナを用いる場合の実施の形態１に係る通信中継装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態２に係る通信中継装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態２に係る基地局装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態２に係る中継判定がどのように行われるかを示す図

Claims (16)

  1. 第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継装置であって、
    前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と前記通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する第１取得手段と、
    前記通信中継装置が中継をするか否かの判断に用いられる閾値を設定する設定手段と、
    前記第１伝搬路状態を前記閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記通信中継装置が中継をすると判断する判断手段と、
    を具備し、
    前記設定手段は、前記通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定する、
    通信中継装置。
  2. 前記設定手段は、
    前記第２伝搬路状態に加え、ＭＣＳパラメータにも基づいて前記閾値を設定する、
    請求項１記載の通信中継装置。
  3. 前記判断手段は、
    中継信号のサブチャネルごとに中継をするか否か判断する、
    請求項１記載の通信中継装置。
  4. 前記第２通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って前記第２伝搬路状態を取得する第２取得手段、
    をさらに具備する請求項１記載の通信中継装置。
  5. 前記第１伝搬路状態または前記第２伝搬路状態は、
    回線品質、チャネル推定値、受信電力、ローディングビット数、送信電力、送信複素重み係数、またはＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）方式で使用される行列、特異値、もしくは固有値、によって表される、
    請求項１記載の通信中継装置。
  6. 第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継装置であって、
    前記第１通信装置からの受信信号を中継するか否かの判断に用いられる閾値を、前記第２通信装置から受信する受信手段と、
    前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と当該通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する取得手段と、
    前記取得した第１伝搬路状態を前記受信した閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記受信信号を中継すると判断する判断手段と、
    を具備し、
    前記閾値は、当該通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど低く設定されている、
    通信中継装置。
  7. 前記判断手段は、
    中継信号のサブチャネルごとに中継をするか否か判断する、
    請求項６記載の通信中継装置。
  8. 第１通信装置から第２通信装置を中継して送信された信号を受信する受信装置であって、
    前記第２通信装置からの受信信号に対して回線品質の測定を行って、前記第２通信装置と当該受信装置との間の伝搬路状態を取得する取得手段と、
    前記第２通信装置において中継をするか否かの判断に用いられる閾値を前記伝搬路状態に基づいて設定する設定手段と、
    前記設定した閾値を前記第２通信装置に送信する送信手段と、
    を具備し、
    前記設定手段は、前記伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定する、
    受信装置。
  9. 前記設定手段は、
    前記伝搬路状態に加え、ＭＣＳパラメータにも基づいて前記閾値を設定する、
    請求項８記載の受信装置。
  10. 請求項１記載の通信中継装置を具備する通信端末装置。
  11. 請求項８記載の受信装置を具備する通信端末装置。
  12. 請求項８記載の受信装置を具備する基地局装置。
  13. 請求項６記載の通信中継装置を具備する通信端末装置。
  14. 第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継方法であって、
    前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と前記通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する第１取得ステップと、
    前記通信中継装置が中継をするか否かの判断に用いられる閾値を設定する設定ステップと、
    前記第１伝搬路状態を前記閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記通信中継装置が中継をすると判断する判断ステップと、
    を具備し、
    前記設定ステップは、前記通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定する、
    通信中継方法。
  15. 第１通信装置から第２通信装置への通信を中継する通信中継方法であって、
    前記第１通信装置からの受信信号を中継するか否かの判断に用いられる閾値を、前記第２通信装置から受信する受信ステップと、
    前記第１通信装置からの受信信号に対して回線品質の推定を行って、前記第１通信装置と当該通信中継装置との間の第１伝搬路状態を取得する取得ステップと、
    前記取得した第１伝搬路状態を前記受信した閾値と比較し、前記第１伝搬路状態が前記閾値以上の場合、前記受信信号を中継すると判断する判断ステップと、
    を具備し、
    前記閾値は、当該通信中継装置と前記第２通信装置との間の第２伝搬路状態が良好なほど低く設定されている、
    通信中継方法。
  16. 第１通信装置から第２通信装置を中継して送信された信号を受信する受信方法であって、
    前記第２通信装置からの受信信号に対して回線品質の測定を行って、前記第２通信装置と当該受信装置との間の伝搬路状態を取得する取得ステップと、
    前記第２通信装置において中継をするか否かの判断に用いられる閾値を前記伝搬路状態に基づいて設定する設定ステップと、
    前記閾値を前記第２通信装置に送信する送信ステップと、
    を具備し、
    前記設定ステップは、前記伝搬路状態が良好なほど前記閾値を低く設定する、
    受信方法。
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