JP4771952B2 - 無線中継ネットワークにおける干渉除去 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は概して、通信ネットワークに関し、特に複数のユーザが共通通信媒体を共有するマルチホップ、アドホック、及び多段中継ネットワークのような無線ネットワークに関し、本発明はこのようなネットワークにおける性能向上を目標とする。

背景技術
無線媒体を効果的に複数ユーザの間で共有するためのプロトコルは、通常、多重アクセスプロトコル、チャネルアクセス方式、又はメディアアクセス方式と呼ばれる。無線媒体を効果的に（多くの場合均等に）共有するために、特にマルチホップ及び／又はアドホックネットワークのような分散ネットワーク用の種々のチャネルアクセス方式がここ数年間に開発された。
従来の多重アクセスプロトコルは２つの主要なカテゴリー、すなわち衝突回避（ｃｏｎｆｌｉｃｔ−ｆｒｅｅ）プロトコル及び競合ベース（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ）プロトコルに分類することができる。

衝突回避多重アクセスプロトコル
スケジューリングされたチャネルアクセスプロトコルと呼ばれることがある衝突回避プロトコルは、送信がいつ行なわれても確実に無事に行われる、すなわち他の送信によって干渉されないプロトコルである。衝突回避送信は、チャネルをユーザに静的又は動的に割り当てることにより行なうことができる。これは、それぞれ固定スケジューリング又は動的スケジューリングと呼ばれることもある。局間の調整を正確に行なうことの利点は、高い効率が実現すると考えられることであるが、複雑さが増し、且つ時に大量の制御トラフィックが交換されるという不利を伴う。
参考文献［１］の中で、Ｋｌｅｉｎｒｏｃｋ及びＳｙｌｖｅｓｔｅｒは、ＴＤＭＡタイムスロットを空間的にスケジューリングし、再使用することを提案している。この考えでは、互いに有害な干渉を起こすことなく、同時に使用することができるリンク群から成るグループ（衝突回避ベクトル又はクリーク（ｃｌｉｑｕｅｓ）とも呼ぶ）を構築する。多くのこのようなグループは識別することができ、次にこれらのグループはＴＤＭＡフレームのように繰り返される。この方式は、通常、ＳＴＤＭＡと呼ばれ、空間ＴＤＭＡを表わす。

競合ベース多重アクセスプロトコル
競合ベースプロトコルは、送信が無事に行なわれることが保証されない点で衝突回避プロトコルと原理的に異なる。従って、このプロトコルは、競合が生じるとこれらの競合を解消して全てのメッセージが最終的に無事に送信されるようにする手順を定めている。
パケット無線ネットワーク又はアドホックネットワークにおける従来の問題は、所謂隠れ端末の存在である。図１によれば、隠れ端末問題とは、ノードＢに送信を行なうノードＡが、ノードＡのノードＢへの送信に干渉する別のノードＣのノードＤに対する送信（又はノードＢに対する送信の場合もある）を認識しないことを指す。その結果、明らかにノードＢにおいて衝突が生じ、この衝突によって全ての局面（スループット、遅延など）で性能が悪化する。この問題に対処する手段が１９７０年代半ば以降提案されてきており、本明細書では結果的に従来の「解決方法」に注目する。しかしながらまず、ＣＳＭＡ（参考文献［１］）は、定義によればノードＣ及びノードＡは互いの送信をオーバーヒアしないのでこの問題を扱っていないことに留意されたい。従って、キャリア検知はパケット無線ネットワーク（参考文献［３］）には適さないと考えられる。最悪の場合、ＣＳＭＡの性能はＡＬＯＨＡ（参考文献［１］）の性能にまで劣化する。
隠れ端末問題を扱う種々の競合ベースについて次に説明する。

衝突回避多重アクセス（ＭＡＣＡ）
Ｋａｒｎ（参考文献［４］）により考案されたＭＡＣＡと呼ばれる方式は、送信要求（ＲＴＳ）及び送信許可（ＣＴＳ）を送信することにより、ノードＢの隣接ノードに、どのノードが送信を行なうのかを確実に認識させるという考えに基づく。ノードＡがＲＴＳを発行すると仮定した場合、ノードＢはＲＴＳを受信するとＣＴＳで応答する。ノードＡはＣＴＳメッセージを受信し、データ送信を開始する。他方、ノードＣは、ノードＢからＣＴＳを受信すると送信を全て保留する。同様に、ＲＴＳメッセージを受信する、ノードＡ近傍のノード群は、ノードＡがＣＴＳメッセージを待っているときに送信を全て保留する。バックオフ方式を用いてＲＴＳメッセージの衝突再発の影響を軽減する。

ＭＡＣＡＷ
参考文献［５］で、Ｂｈａｒｇａｗａｎらは、ＭＡＣＡプロトコルを改善し、このプロトコルの呼び名をＭＡＣＡＷに変更した。彼らはリンクレイヤＡｃｋｓだけでなくＣＳＭＡをＲＴＳメッセージに関して導入した。また、Ｂｈａｒｇａｗａｎらは、ノードではなく送信元−宛先ペアに基づいてバックオフ方式を用いることにより均等性（ｆａｉｒｎｅｓｓ）を改善した。さらに輻輳制御手段も設けている。現在、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格は、ＤＦＷＭＡＣと呼ばれる非常に類似したＲＴＳ−ＣＴＳ方式をこの規格の動作モードの一つに用いている。

ビジートーン多重アクセス（ＢＴＭＡ）
どちらかと言えばＭＡＣＡに類似する手法は、ビジートーン多重アクセス方式、ＢＴＭＡ（参考文献［６］）である。ＣＴＳメッセージを送信するのではなく、ノードＢは、ノードＢがビジーであることを或るパラレルチャネルを通してトーンで通知する（他の周波数を読み出す）。この操作は、ノードＢがそのアドレスコンテンツを受信した場合に行なうことができる。しかしながら、別の、有用性にかなり劣る代替的方法では、パケット送信を検出する全てのノードがビジートーンを送出する。後者の代替法は、広い領域に深刻な通信障害を生じる。いずれの方式も実際に使用することはかなり稀であり、ほとんどが学術論文で話題を集めたものである。

他の従来の多重アクセスプロトコル
別のメディアアクセス技術はダイレクトシーケンスＣＤＭＡ（ＤＳ−ＣＤＭＡ）に基づくものである。基本的に、２つの手法が可能である。
例えば、再度図１を参照すると、ノードＡ及びＣが直交コードを使用し、従って互いに干渉しないことを保証することを目標とするメカニズムを用いることができる。
別の手法では、受信側に向けられる拡散コードを利用する。後者の手法では、ノードＣがそのデータをノードＤに向けて送信すると仮定する。ここで、直交コードを使用することにより、利用可能な帯域リソースを送信側が分割することに注目されたい。

マルチユーザ指向の多重アクセスプロトコル
参考文献［７］では、ＳＴＤＭＡ及びマルチユーザ検出を組み合わせた多重アクセスプロトコルが記載されている。この方法では、送信は、時間、空間、並びに受信電力に関してスケジューリングされる。送信電力レベルは、複数の送信を同時に受信することができ、マルチユーザ検出器を使用して復号化できるように選択される。これによる利点は、ネットワークスループットが従来のチャネル方式よりも向上することである。

課題を解決するための手段
本発明は、先行技術による構成のこれらの不具合及び他の不具合を解決する。
本発明の一般的な目的は、複数のユーザが共通の通信媒体を共有するマルチホップネットワーク、アドホックネットワーク、多段中継ネットワーク、及びリピータネットワークのような無線中継ネットワークの性能を向上させることにある。

特に、スループット及び遅延に関してネットワーク性能を向上させることが望ましい。
本発明の更に別の目的は、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法及び構成を改良することである。
これらの目的及び他の目的は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明により達成される。

本発明は、ほとんどの干渉が、特にマルチホップネットワーク、多段中継ネットワーク、及びリピータネットワークのような無線中継ネットワークにおいて、少なくとも一つのリンク、通常は複数のリンクを通して、複数回に渡って送信されるパケットによって生じるという考察に基づく。マルチホップネットワークでは、例えば、情報は、送信元と宛先との間で複数のホップ又はセグメントを介して送信することができる。複数の送信は再送信に起因するが、主要な理由は、同じパケット又は情報が宛先に達するまでノードからノードに転送されることである。
既に利用可能になっている情報を信号検出プロセスにおいて利用することを目的とする本発明によれば、少なくとも一つのリンクを通して合計で複数回に渡って送信される少なくとも一つのデータユニットを含む第１組の情報を表わす信号情報を既知の信号情報として保存する。この信号情報は、ノードにおいて、既に受信された情報及び／又は検出された情報、固有に送信される情報（転送される情報を含む）、又は利用可能な関連信号情報とすることができる。続いて、第２組の情報を表わす信号情報を受信し、その際、第１組の情報のデータユニットの内の一つ以上のデータユニットの送信が第２組の情報の受信に干渉する。干渉にも拘らず、第２組の情報の少なくとも一部は、受信信号情報と、既に保存している既知の信号情報の少なくとも一部とを利用することにより無事に検出することができる。情報は、受信信号情報と、既知の情報の関連部分とに基づく干渉除去により検出することが好ましい。

例えば、保存している既知の信号情報は、固有に送信される情報、既に受信及び検出した情報を含み、更には既にオーバーヒアした情報も含むことができる。
多くのアプリケーションにおいて、第１組の情報は、複数のリンクを通して合計で複数回に渡って送信される一又は複数のデータユニットを含む。
一連の既知の信号情報を、好ましくは新規に検出される情報を取り入れ、期限切れの情報を除去することにより継続的に更新すると有利である。

従って、本発明は、既知の情報を保存及び利用する新規のメカニズムを通してチャネルアクセス問題に新規の次元を取り込むので、ネットワーク性能を向上させ、従来の隠れ端末問題を効果的に解決することができる。更に詳細には、本発明によってスループットが高くなり、遅延が小さくなることが判明している。
検出は、シングルユーザ又はマルチユーザに関して、ビット又はシンボル毎に、或いは一連のビット又は一連のシンボル毎に行なうことができる。検出は、符号化情報に対して、又は情報ビットに対して行なうことができる。これは、検出情報が実際には、復調された符号化情報及び／又は復調且つ復号化された情報とすることができることを意味する。
上に示したように、本発明は、マルチホップネットワーク、多段中継ネットワーク、及びリピータネットワークのような無線中継ネットワークに広く適用することができる。

ここで、明示的干渉除去技術及び暗示的干渉除去技術の両方を含む多くの異なるタイプの干渉除去を本発明に使用することができることを理解されたい。例えば、検出プロセスでは、受信信号情報から既知の信号情報を取り除いて残留信号を生成することができ、次に残留信号を復号化する。別の構成として、情報は、既に受信しているベースバンド信号情報の形を採る既知の情報を、現時点で受信するベースバンド信号情報と一緒に一括処理することにより検出することができる。
検出プロセスは更に、送信スケジュール情報に基づいて実行することができ、これにより、既知の信号情報の利用率を、干渉信号情報の通信インスタンスに更に正確に相関させることができる。

本発明により次の利点が得られる。
・ネットワーク性能が向上する。
・スループットが高くなり、遅延が小さくなる。
・従来の隠れ端末問題が効果的に解決される。
・信号が無事に検出される確率が高くなる。
・特殊な形で構成されるＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコル、ルーティング方法、性能を更に向上させることができるＲＲＭ（無線リソース管理）方式の利用が活発になる。
本発明が提供する他の利点は、本発明の実施形態の説明を一読することにより明らかになる。

本発明は、並びに本発明の更なる目的及び利点は、添付図面と共に以下の記述を参照することによって最も深く理解される。
発明の実施形態の詳細な説明
図全体を通じて、同じ参照記号を同一又は同様な構成要素に使用する。

前に述べたように、現在の方法は、スループット及び遅延に関して最適ではない。本発明は、特にマルチホップネットワーク、多段中継ネットワーク、及びリピータネットワークのような無線中継ネットワークにおいて、ほとんどの干渉が、一つ以上のリンクを通して、複数回に渡って送信されるパケットにより生じるという考察に基づく。
本発明は、信号検出プロセスにおいて既に利用可能になっている情報を利用することを目的とし、好ましくは以下に基づく。
・少なくとも一つの（多くの場合複数の）リンクを介して複数回送信される少なくとも一つのデータユニットを含む第１組の情報を表わす信号情報を、既知の信号情報として保存する。
・第２組の情報を表わす信号情報を受信する際、第１組の情報のデータユニットの内の一つ以上のデータユニットの送信が、第２組の情報の受信に干渉する。
・受信信号情報及び以前に保存した既知の信号情報の一部に基づく干渉除去により、第２組の情報の少なくとも一部を検出する。

第１組及び第２組の情報はそれぞれ、一つ以上のデータユニットを含み、シングルユーザ検出及びマルチユーザ検出は共に、アプリケーション選択及び構成選択に従って選択することができる可能な検出手段の候補である。ここで、明示的干渉除去方法及び暗示的干渉除去方法の両方を含む多くの異なるタイプの干渉除去を本発明に使用することができることを理解されたい。
このように、既知の信号情報を維持及び利用することにより、従来の隠れ端末問題を効果的に解決することができ、その結果総合的なネットワーク性能が向上する。

従って、本発明は、複数の送信が生じる利点を生かす受信機及び／又は信号検出モジュール（デコーダ）を提供する。またこれにより、特殊構成のＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコル、ルーティング方法、ＲＲＭ（無線リソース管理）技術などの開発が活発化して性能が更に向上する。
従来のマルチユーザ検出手法は、最大スループットが選択される場合には良好な取り組み法であるが、この手法は利用可能な情報を活用していない。
ここでまた、ハイブリッドＡＲＱ（自動再送要求）方式は、以前に送信された古い情報を活用することができることに注目されたい。しかしながらハイブリッドＡＲＱでは、以前に送信された情報及び次に再送信される情報が異なるタイムスロットで同じノードに同じリンクを介して送信され、この方式は、単に効率的なＡＲＱに使用されるものであって、干渉除去には使用されない。

ここで、後述ではマルチホップネットワーク及び所謂多段中継ネットワークを中心に説明を行うが、本発明は広く無線中継ネットワークに適用することができ、この無線中継ネットワークでは、リピータネットワークも含む複数のリンクを介して複数回に渡って同じ情報を送信することができる。
後述では、２つの例示的基本コンセプトについて記載する。第１のコンセプトは、検出パケットを利用する実用的な手法に着目する。これは、主題の導入及び動機部分である。第２のコンセプトはさらに広く、多くの情報が保持及び利用されることで必然的に良好に機能するが、複雑さが増している。次に、第１のコンセプトの低い複雑さと、第２のコンセプトが提供する高性能との均衡をとった第３のハイブリッド版コンセプトを提示する。

例示的コンセプト１
前述のように、マルチホップネットワークにおける一部の干渉は、以前に受信及び転送されるパケットによって生じるか、又は他の通信ノードからオーバーヒアし、再度送信されるパケットだけでも生じる。この情報はある意味で既知なので、受信信号から取り除き、復号化される残留信号を残すことができる。従って、信号対雑音及び干渉比（ＳＩＮＲ）が改善されるので、システム性能が向上する。このような性能向上には、受信時のスループット増大、遅延低減及び／又は堅牢性向上が含まれる。

本発明の好適な実施形態による基本原理の概要を、既知のデータを利用する検出器に関する図２のフロー図に示す。ステップＳ１では、信号を受信し、該信号に関連する既知のデータの有無、及び既知のデータが該信号にどの程度関連しているかを判断する。ステップ２Ａでは、既知の情報に基づいて信号検出を行なう。これは、既知のデータによって生じる干渉を受信信号から除去（差し引く）して残留信号を生成することにより行われるが、これについては後で詳細に説明する。ここで、データは普通、パケット、すなわち１と０の文字により表示されるが、受信信号から差し引かれるデータは通常、変調済みの既知のデータ列の一つ以上のコピーであることに注目されたい。しかしながら、幾つかの検出方法を想定することができる（後で更に説明する）。続いて、残留信号を復号化し、その有効性を、例えばＣＲＣ（サイクリックリダンダンシーチェック）を利用してチェックする。チェックに合格すると、ステップＳ３において、新規の検出データ又は復号化データを前の検出データ列又は復号化データ列と一緒に保存し、既知の信号情報を継続的に更新する。情報は、応答性を考慮して、変調済みの列として保存する（後述する干渉除去方法を使用する場合）ことが好ましいが、記憶容量が小さく、且つ速度が問題とならない場合には、１と０の純粋なデータ列として保存する。ステップＳ４では、復号化データは、通常、高位レイヤである次の適切な機能にも転送される。データを高位レイヤに送信した後、データを別のノードにルーティングすることができるか、又はノード内のアプリケーションによって使用することができる。別の構成として、レイヤ１転送を、例えば再生リピータ機能に用いる場合、復号化データをレイヤ１のバッファに送信し、続いて送信することができる。再生を行なわないリピータ機能を用いる別のレイヤ１転送例では、残留信号（すなわち、既知列の干渉を除去した後の）をレイヤ１のバッファに送信し、続いて送信することができる。ここで、復号化データの明示的な使用はここでは重要ではないことに留意されたい。データを保存し、次のレイヤに転送する順番は任意である。最後に、或るデータがどんどん離れて行き、従って考察対象の受信機において有害な干渉を全く生じさせないか、又は最終的に宛先ノードに到達し、従ってそれ以上の送信が行なわれとき、このようなデータの影響を除去する意味は無い。従って、ステップＳ５では、このデータは検出済みのデータ列から除去することができる。除去は、例えばタイマーを使用して開始する（非常に古いメッセージは、必ずという訳ではないが期限切れの可能性がある）、又は明示的な信号を送信することにより開始する。

上述の方式は、図３に示すように、マルチユーザ検出の場合に適合及び／又は拡張することができる。一般的構成の検出器はマルチユーザ検出器（ＭＵＤ）であり、受信信号から複数のパケットを同時に受信し、特定数のメッセージ、又は出来る限り多くのメッセージを検出しようとする。好適な実施形態によれば、マルチユーザ検出は、ステップＳ２Ｂに示すように、既知の検出パケット又は復号化パケットを考慮に入れることにより行なわれる。続いて、一連の検出パケット又は復号化パケットを更新して新規の検出パケット又は復号化パケットを格納する。

図４は、本発明の好適な実施形態による、既知の情報に基づく干渉除去の構成を取り入れたネットワークノードを示す模式ブロック図である。ネットワークノード１００は、受信部分及び送信部分に論理的に分割され、基本的に、従来型受信チェーン１０に接続されるアンテナ、検出ユニット２０、既知の信号情報を保存する記憶ユニット３０、送信スケジュール情報ユニット４０、他の（高位レイヤの）機能５０、更新制御ユニット６０、送信キュー７０、カプセルユニット８０、変調兼符号化ユニット９０、及びアンテナに接続される送信チェーン９５を備える。
本発明は、主として、ネットワークノード１００の受信機構造に関するものであり、主たる新規性は、既知の信号情報を記憶ユニット３０に維持し、この情報を、検出ユニット２０が実行するビット及び／又は列検出（復調及び／又は復号化）プロセスにおいて利用することにある。検出ユニット２０は、シングルユーザ検出器又はマルチユーザ検出器とすることができ、受信チェーン１０からの信号情報、及び記憶ユニット３０からの既知の信号情報に基づく干渉除去によって信号情報を検出する。例えば、検出プロセスでは、受信信号情報から既知の信号情報を除去して残留信号を生成することができ、その後残留信号を復号化する。別の構成として、既に受信しているベースバンド信号情報の形を採る既知の情報を、現時点で受信するベースバンド信号情報と一緒に一括処理することにより信号情報を検出することができる。検出プロセスは更に、ユニット４０からの送信スケジュール情報に基づいて実行することができ、これについては後で更に詳細に説明する。

検出の後、検出データ又は復号化データは通常、一般に高位レイヤに駐在する次の適切な機能５０に転送される。データを高位レイヤに送信した後、このデータは別のノードにルーティングすることができるか、又はノード内のアプリケーションによって使用することができる。データを別のノードに送信する場合、このデータは送信キュー７０に置かれる。このキューから、データはカプセル化及びアドレス指定を行なうカプセルユニット８０に転送される。次に、カプセル化データはユニット９０によって変調及び符号化され、最終的に送信チェーン９５及びアンテナを介して送信される。
この特定の実施例では、ノードはマルチホップパケット無線ネットワークにおける使用に適合させている。しかしながら、多段中継及び一部のマルチホップ形態は、必ずしもパケットヘッダの使用を必要としないことを理解されたい。再生を行わない中継動作に基づく多段中継方式、つまり変調のような上述の動作の幾つかを省略する中継動作も存在する。
本発明に対する理解を深めるために、本発明を使用することができる幾つかの例示的シナリオを示すことが有用である。まず、固有の転送データの干渉除去を行なう全体的な方式について、図５及び６を参照しながら記載し、次に、既にオーバーヒアしているデータの干渉除去について、図７Ａ〜Ｃを参照しながら記載する。

固有の転送／送信データ：
例示を目的として、タイムスロット化メディアアクセス方式を想定する。図５のメッセージ列を参照すると、時間Ｔ_１では、信号Ｓ_１に符号化されたデータがノードＡからノードＢに送信され、この場合、この信号が正しく復号化されると仮定する。時間Ｔ_２では、Ｓ_１がノードＢからノードＣに送信され、この場合も、この信号が正しく復号化されると仮定する。時間Ｔ_３では、Ｓ_１及びＳ_２にそれぞれ符号化された２個のデータパケットが送信される。先行技術においては、ノードＢによるノードＡからの受信はノードＣによる送信の干渉を受ける。しかしながら本発明では、信号Ｓ_１の影響を除去するので、信号Ｓ_２の受信及び検出、シンボル検出又は列検出は無事に行なわれる。
時間Ｔ_３での干渉は、本発明を用いない場合に深刻になり得る。説明を目的とする単純な実施例を、時間Ｔ_３におけるノードＡからノードＢへのパケット送信にＳｈａｎｎｏｎによるチャネル容量を考慮に入れることにより示す。本発明の場合、ノードＢは信号対雑音比ＳＮＲ＝Ｐ・Ｇ／Ｎを有し、ここで、Ｐは送信電力であり、ＧはノードＡからノードＢまでのパス利得であり、Ｎは雑音電力である。しかしながら、本発明を使用しない場合、ノードＣが電力Ｐで送信を行ない、ノードＢまでのパス利得もＧであるとすると、実効的な信号対雑音比は上の式ではなく、ＳＮＲ_ｅｆｆ＝ＳＮＲ／（ＳＮＲ＋１）となる。
Ｓｈａｎｎｏｎによる容量限界を図６に示し、提案する干渉除去方法を用いる場合及び用いない場合のスループット性能の例を示す。実際のマルチホップシステムでは、スループット性能は重大な懸案事項であるので、再利用可能距離を大きくしてこの有害な干渉効果が生じないようにする必要がある。これにより今度はスループットが低下する。

オーバーヒアしたデータ：
図５に示す例に加えて、異なるシナリオの複数の実施例を図７Ａ〜Ｄに示す。これらの場合には、オーバーヒアしたデータが後続の干渉除去に使用されている。
具体的には、図７Ａでは、信号Ｓ_１及びＳ_２に符号化された２つのデータ列を、異なるが隣接するパスに沿って送信する。時間Ｔ_１では、ノードＦは、ノードＡからノードＢのリンクを通して送信される信号Ｓ_１をオーバーヒアする（正しく復号化する）。信号Ｓ_１はノードＦに既知の情報として保存される。時間Ｔ_２では、ノードＢは、信号Ｓ_１をノードＣに至る別のリンクを通して送信し、ノードＦに対する干渉を生じさせる。ノードＦは、ノードＥから送信される信号Ｓ_２を受信し、ノードＢからノードＣに送信される干渉送信Ｓ_１を除去することにより復号化する。
性能改善を解析的に判断するのは困難であるが、初期シミュレーションから、既知の信号を上手く抑制して総合スループットを向上させることができることが判明している。しかしながら、性能は、通常、受信先、送信元、送信内容、及び送信時期のスケジューリングによって変わる。通常、本発明によって通信忠実度が向上することを理論的に保証且つ定量化することができることが分かっている。それでもなお、マルチホップ構成における利得は、通常複数のメッセージが除去されるために、普通はさらに高いこと、及び最近オーバーヒアしたか、又は転送されたトラフィックは、通常局所的に有害な干渉を生じさせることが予測される。

図７Ｂは、時間Ｔ_１において信号Ｓ_１をいずれかの他のノード、この場合はノードＢに送信する所謂マルチキャストノードＡのシナリオを示している。この信号は、信号Ｓ_１を既知の信号情報として保存する隣接ノードＦによってオーバーヒアされる（正しく復号化される）。時間Ｔ_２では、ノードＡは信号Ｓ_１を更に別のノード、この場合はノードＣに送信するので、ノードＦがノードＥから送信される信号Ｓ_２を受信すると、ノードＦに対する干渉が生じる。ノードＦは、干渉送信Ｓ_１を除去することにより、ノードＥから送信される信号Ｓ_２を正しく復号化する。
図７Ｃは更に別のシナリオを示し、このシナリオでは、ノードＡは信号Ｓ_１を、ノードＤに至る２つの並列パスに沿って送信する。時間Ｔ_１において、ノードＡはノードＢ及びＣに信号Ｓ_１を送信し、時間Ｔ_２では、ノードＢ及びＣは信号Ｓ_１をノードＤに中継する。時間Ｔ_１では、信号Ｓ_１は隣接ノードＦによってオーバーヒアされ、このノードＦは信号Ｓ_１を既知の信号情報として保存する。時間Ｔ_２では、ノードＦは、ノードＢ及びＣからノードＤに送信される干渉送信Ｓ_１を除去することにより、ノードＥから送信される信号Ｓ_２を受信し、復号化する。
図７Ｄは例示的シナリオを示し、このシナリオでは、信号Ｓ_１は、２つの異なる時間Ｔ_１及びＴ_２において、ノードＡとノードＢの間の同じリンクを介して送信される。時間Ｔ_１では、信号は隣接ノードＦによってオーバーヒアされ（正しく復号化され）、このノードは信号Ｓ_１を既知の信号情報として保存する。時間Ｔ_２では、ノードＡは信号Ｓ_１をノードＢに再度送信するので、ノードＦがノードＥから送信される信号Ｓ_２を受信すると、ノードＦに対する干渉が生じる。ノードＦは、干渉送信Ｓ_１を除去することにより、ノードＥから送信される信号Ｓ_２を正しく復号化する。

中継：双方向トラフィック
中継チャネルは情報理論（参考文献［９］）における従来からの問題である。特に、３つのノードを有する普通のシナリオが研究課題とされてきた。ここで、３つのノードを有する中継チャネルに関し、具体的には、ノードＣを２つの送信元ノードの間に配置した、２つのノードＡとＢの間の双方向トラフィック（従来の中継チャネルに関しては通常は取り扱われない）に関して本発明を例示する。図８は、５つの例示的方式ａ〜ｅに関する２ホップ中継チャネルにおける既知の情報の干渉除去を模式的に示し、ここで、方式ａ、ｂ及びｅは本発明を用いており、残りの方式ｃ及びｄは参考のための方式と考える。ここで、本発明の方式ａ、ｂ及びｅでは、ノードＣは、利用可能な送信電力を情報Ｓ_１とＳ_２に配分することに注意されたい。マルチユーザ検出は必要な場合には必ず用いる。信号交換は、方式ａ及びｅでは２つのフェーズにおいて行われ、方式ｂ及びｃでは３つのフェーズにおいて行われ、方式ｄでは４つのフェーズにおいて行われる。本発明の例示的実施形態によれば、ノードＡはその固有の送信信号Ｓ_１を保存し、ノードＢはその固有の送信信号Ｓ_２又はその信号の適切な表示を保存する。これによって、中間中継ノードＣは、受信信号Ｓ_１及びＳ_２をノードＡ及びノードＢに同時に送信することができる（別々に送信するのではなく）。というのは、ノードＡは、同時に送信される信号Ｓ_１及びＳ_２から信号Ｓ_１を除去し、ノードＢは、同時に送信される信号Ｓ_１及びＳ_２から信号Ｓ_２を除去するからである。このようにして、ノードＡは信号Ｓ_２を正しく復号化し、ノードＢは信号Ｓ_１を正しく復号化する。方式ａでは、全手順は２つのフェーズのみ、すなわち中間中継ノードへの同時送信、及び中間中継ノードからの同時送信の両方を、中間中継ノードＣにおけるマルチユーザ検出を使用して行なうフェーズ、並びにノードＡ及びＢにおいて干渉除去を行なうフェーズを含む。
更に細かく分析すると、既知の情報の干渉除去の使用は、情報理論における中継チャネルの、これまでには無かった、新規の拡張版であることが分かる。

要約すると、中間中継ノードは、通信ノードから受信する信号情報を同時に転送するように構成され、通信ノードの各々は、当該通信ノード固有の送信信号情報を既知の情報として使用する干渉除去によって、他のノードからの信号情報を検出するように構成される。
また、本発明を種々の公知の拡張版と組み合わせることができることに留意されたい。例えば、方式ｂでは、ノードＡ及びＢはそれぞれ、ノードＢ及びＡからの一回分の送信による受信エネルギーを保存し、後で利用する。しかしながら、このようにすることによりもたらされる利点は通常極めて小さく、且つ労力をつぎ込むほどのものではない。

ノードＡからＣまでの距離、及びノードＢからＣまでの距離が等しく、且つ各ノードが合計送信電力Ｐで送信を行ない、伝播指数α＝４を有する、べき法則パス損失モデル及びＳｈａｎｎｏｎの容量定理を使用すると仮定すると、総合システムスループットは図９に示すグラフに従う。他の詳細については付録Ａを参照されたい。
方式ａ）及びｅ）が、異なるＳＮＲ範囲においてではあるが、最高のスループットを示すことが分かる。１ｂ／Ｈｚ／ｓを超えるチャネル効率で見ると、本発明を利用する最良の方式（ａ、ｂ及びｅ）の利得は、従来の最良の方式（ｃ又はｄ）よりも２〜８ｄＢだけ良好である。これよりも低い伝搬損失定数の場合、例えばα＝２の場合、利得は低くなり、着目するＳＮＲ範囲及びレート範囲は１．５〜３ｄＢである。利得は全体的に明白ではないが、それでも明らかに先行技術よりも性能が向上していることを示唆している。しかしながら、方式ａ）及びｅ）はさらに広いＳＮＲ範囲に渡って最も有望であるように思われる。

これらの方式を比較する場合に、固定平均電力（又はサイクル当たりの等価的なエネルギー排出量）などの、固定送信電力レベル以外の他の条件を用いることができる。これを行なうと、図８の２フェーズ方式に比べて、方式ｂ）の性能は

だけ向上し、方式ｃ）の性能は
（文字２）
だけ劣化する。

多段中継：
既知の情報に基づく干渉除去コンセプトは、多段中継ネットワークにも使用できる。
多段中継に関する最新のコンセプトは、ある意味で２つのホップしか含まないマルチホップ動作の劣化版と見なすことができるが、同時に、並列パスと信号処理とに一般化してそれを利用することができる。更に、多段中継には、基本的リピータ（非再生式の）機能のような種々の形態の中継情報か、又はマルチホップネットワークにおいて常套的に行われてきた「復号化及び転送」（再生式）を利用することができる。
多段中継に関する更なる情報は、例えば参考文献［１０］に記載されている。

図１０Ａ−Ｂは、多段中継のコンセプトの一実施例の概略図であり、本実施例では多段中継は双方向（同時）トラフィックとして例示されている。図１０Ａでは、基地局（ＢＳ）１００−１及び移動端末（ＭＴ）１００−２の両方が並列パスに沿ってスロットｎで同時に送信を行ない、各パスは少なくとも一つの中間ノードを有する。次いで受信信号は、図１０Ｂに示すように、中間局によってスロットｎ＋１で再送信される前に処理される。この処理では、限定するものではないが、ＭＵＤを利用する、Ａｌａｍｏｕｔｉダイバーシチ、遅延ダイバーシチのような種々のダイバーシチ方式を導入する、共役、否認、データ再配列、異なる増幅率、及び任意の位相係数を使用する、といった操作を組み合わせることができる。
ＭＴ及びＢＳは共に、ＭＴ及びＢＳ並びに他の局が生成する重複情報を受信する。ここで重要な点は、各局が何を送信したかについての既知情報に基づいて、これらの局がそれぞれの影響を除去することができることである。この基本原理を図１１に示す。この図は、多段中継の場合における本発明の一の実施形態による干渉除去を示すシーケンス図である。図１１は、中間中継ノードＣ、Ｄ、及びＥにより互いに通信する２つのノードＡ及びＢのケースを示している。各中間ノードは、上述の処理動作のいずれかを含む「処理ブロック」を有する。タイムスロットｎ＋１において受信を行なうと、ノードＡ及びＢの各々は、各局がタイムスロットｎで送信した内容の既知情報に基づいて干渉影響を除去することができる。
ここに記載する方法を拡張して、中継局の集団を介して通信する３つ以上の局を含むことができることに注目されたい。また、この方法を一連の複数のマルチホップ多段中継セットに拡張し、干渉除去を利用するマルチホップ多段中継ハイブリッドを形成することができる。

多段中継：「同時」上りリンク及び下りリンクトラフィック
多段中継に基づくネットワークにおける既知の情報の干渉除去の別の使用方法を図１２Ａ−Ｂ及び図１３に示す。この考え方では、上りリンク及び下りリンクでの「同時」送信が可能になり、２つのメッセージが、これらの宛先局に２つのタイムスロットで到達するので、利用率１を達成する、すなわち２タイムスロット毎に２パケットを送信することができる。これにより、トラフィックが一方向に２ホップで転送される場合に比べて、効率が２倍になる。
タイムスロットＮでの送信を示す図１２Ａでは、第１移動端末（ＭＴ）２００−１は、多数の中継ノードに対して基地局（ＢＳ）１００の方向に送信を行なう。基地局１００は、多数の中間中継ノードに対して第２移動端末（ＭＴ）２００−２の方向に送信を行なう。

タイムスロットＮ＋１での送信を示す図１２Ｂでは、第１移動端末２００−１から信号情報を受信した中間中継ノードは、基地局１００に対して送信を行なう。信号情報を基地局１００から受信した中継ノードは、第２移動端末２００−２に対して送信を行なうと同時に、基地局１００に対して干渉を生じさせる。ＭＴ_１２００−１から、ＭＴ_２２００−２に近接する中継ノードに向かう干渉は、通常微小であり、ほとんど問題を生じることがない。しかしながら、この干渉が非常に大きくなる場合には、適切なＲＲＭ及びスケジューリングステップを実行する必要がある。
図１３に示すように、基地局ノードＥにおいて除去される干渉は、中間中継ノードからノードＡに送信される途中の信号Ｓ_１によるものである。図１３に示す処理は、前述の方式のいずれかに関するものである。ここで、１２Ａ−Ｂ及び図１３において記載したものと同じ方法をマルチホップ構成にも適用できることに注目されたい。

干渉除去
この節の目的は、本発明に適用することができる多くの実用的な干渉除去技術を例示することである。しかしながら、他の公知の干渉除去方法、又はこれから開発される干渉除去方法を使用してもよいことを理解されたい。
まず、例示的システムモデルが必要となる。例えば、説明を簡単にするために、システムは同期するものとし、且つＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）を使用することにより過度に正確な（タイミング）同期の問題及びシンボル間干渉（ＩＳＩ）の問題に関する不必要に詳細な議論は行わない。この考え方は十分に一般的であるので、各々が特殊な考察を必要とする他の変調方法及び完全非同期システムに拡張することができる。

ここで、ネットワークに合計ｄ_ｍａｘ個のデータパケットを有し、各データパケットＤ^ｄは、インデックスｄ＝｛１，．．．，ｄ_ｍａｘ｝によって固有に識別されると仮定する。全てのパケットから成る全集合はＤ_Σ＝｛Ｄ^ｄ；ｄ＝｛１，．．．，ｄ_ｍａｘ｝｝により示す。
更に、Ｓ^ｄ＝ｆ_ｍｏｄ（Ｄ^ｄ）に従ってデータパケットを変調シンボルにマッピングする固有関数ｆ_ｍｏｄを仮定する。特定ノードν_ｊがパケットＤ^ｄを送信する場合、パケットと送信ノードは、（符号化／生）データパケットに対して記号

を、対応する（符号化）変調信号に対して記号

を使用することにより、相関させられる。更に、集合Ｖ＝｛ν_ｊ；ｊ＝｛１，．．．，ｊ_ｍａｘ｝｝は、タイムスロットｎで送信を行なう全てのノードを含む。

次に、着目するタイムスロットにおいて、ノードν_ｉが信号Ｒ_ｉを受信すると仮定し、信号Ｒ_ｉは次式に従って計算される。

上の式において、Ｈ_ｉｊは、ノードν_ｊとノードν_ｉとの間の複素チャネル利得であり、Ｐ_ｊはノードν_ｊが使用する送信電力である。
同時に、記憶バッファは既に変調された、及び／又は復号化された（且つ推定される）パケット

から成る集合を含む。この集合を次式で表わす。

上の式において、δはインデックスとして使用され、δ_ｍａｘは保存データパケットの数である。

別の構成として、復号化パケットに対応する信号は保存できる、すなわち

又は上の式と等価な次式で表わされる信号として保存することができる。

本発明による検出（シンボル検出又は列検出）を利用する場合、既知の情報が利用される。検出プロセスは基本的に受信信号Ｒ_ｉ及び既知の情報

を含み、次式に従って復号化データパケットから成る集合を生成する。

従って、目的関数ｆを用いて、Ｒ_ｉ及び

から

への最適なマッピングが行なわれる。この等式は、最も一般的な形で次式により表現される。

次の記述では、種々の方法を使用して復号化を行なうことができることを明らかにするが、コンセプト１に関しては、主として、検出プロセスが２つのステップ、即ち、まず既知の情報による干渉を除去又は消去するステップと、次に従来のＭＵＤ／ＳＵＤ（マルチユーザ検出又はシングルユーザ検出）を実行するステップに分割される場合に焦点を当てる。
次に、時間が明示的に示される次式

を使用して新規に復号化されるデータを取り入れることにより保存データが更新される。

例示的方法１−未知の送信パケット及び未知のチャネル
ここで、複数のチャネルが未知であると仮定する。どのパケット（既に復号化された）が送信されるも未知である。
関数ｆ_１及び目的関数ｆ_１ｏｐｔにより表わされる最適化条件の下で得られる一連の重み付けパラメータ

により残留信号が生成される。
この場合、既に復号化されたパケットによる影響は残留信号において最小化される。この信号の最も一般的な形では、信号は次式のように表わすことができる。

上式において、

である。

関数ｆ_１の特殊ケースでは、全てのインデックスに対して次式が成り立つ。

目的関数ｆ_１ｏｐｔは、

の変数の期待値（の最小値）として定義することができる。或いは、次式

又は次式

で表わされる。
この式の解は、

の各要素が次式のように表わされるので、比較的簡単である。

ここで、上の式は、データメッセージＤ^δを送信したノードν_ｊのチャネル

及び送信振幅

の積の推定値と同じであることに注目されたい。データメッセージＤ^δが送信されなかった場合、項ａ^δはほぼゼロでなければならない。ここで、上記の式における主要な前提は、これらのデータメッセージは、一般的にそうであるように相関を有さず、且つスクランブリングにより統計的に保証できるということであることに留意されたい。

例示的方法２−未知の送信パケット及び既知のチャネル
例えばパイロットに基づくチャネル推定によりチャネルが既知である場合、別の手法を使用して残留信号を推定することができる。最も一般的な形では、これは関数ｆ_２及び最適化目的関数ｆ_２ｏｐｔを使用して次式のように公式化することができる。

上の式では、

が成り立ち、

は、集合

の濃度ｊ_ｍａｘの複数の部分集合から成る、べき集合である。
関数ｆ_２の特殊ケースは、求めた既に復号化された列の直接減算である。

及び目的関数ｆ_２ｏｐｔは、次式で表される残留信号の自乗和（ｋで示すサンプル）（の最小化）

又は、更に明示的には次式である。

追加の構成
送信スケジュールのような更に別の情報と、パケットが現時点でどこに存在するかについての情報とを利用して干渉除去手順を改善し、恐らくは簡素化することができる。これは、回路交換式マルチホップネットワークにおけるように正確な送信スケジュールを認識することができ、よって幾つかのパケットを一部のタイムスロットで送信しない場合、これらのパケットは、既に受信されている場合も考慮に入れる必要がないことを意味する。更に、平均パス損失（の少なくとも推定値）についての機知の情報をある程度持つことができる。送信スケジュールの使用方法は、前述の図２及び３においても示されている。
チャネル識別を行なう場合、パイロット（別名、トレーニングシンボル）に基づく推定などの標準的チャネル推定技術だけでなく、変調又は類似の操作の構造を利用してブラインドチャネル推定を展開することができる。

コンセプト例２
本発明の第２のコンセプトでは、既に受信している信号情報の形をとる既知の情報と、現時点で受信する信号情報とに基づく一括処理手順を用いることを提案する。受信信号情報は通常、ベースバンド信号の形をとり、これらの各々は通常、重複した複数の送信を含む。受信ベースバンド信号情報は、主として多数のタイムスロットに関連するものとして例示されるが、さらに一般的には、周波数は通信毎に変化し得るため、受信情報は通信インスタンスに関連付けることができる。

実現可能な実施形態の例について、マルチホップネットワークを参照しながら説明する。しかしながら、マルチホップネットワークにおける複数送信の例示的受信モデルから始めると有用である。
複数の送信が複数のタイムスロットで行なわれ、且つ周波数フラットチャネルについて考察する（例えば、ＯＦＤＭにおける狭帯域信号又はサブキャリアの信号を使用して）と仮定する。まず、全てのデータパケットは時間的に連続した列であり、ネットワークにおいてパケットを固有に識別するインデックスｄを付けると仮定する。次の記述では、タイムインデックスは表記を簡単にする意味から使用しない。タイムスロットｎにおいて、パケットＤ^ｄは送信することができるか、又は送信できない。パケットを送信するノード（群）はインデックスｊにより識別され、パケットを受信するノードはインデックスｉにより識別される。この場合、パケットＤ^ｄが送信されると、それに対応する変調済み信号には係数Χ_ｉ ^（ｄ）（ｎ）が乗算され、この係数にはとりわけ、ノードｉとノードｊとの間の複素（準静的）チャネル利得Ｈ_ｉｊ（ｎ）を取り入れ、取り入れないときは、この係数は送信が全く行なわれない場合にゼロとなる。係数Χ_ｉ ^（ｄ）（ｎ）はまた、ノードｉが、例えばスリープモードにあるか、又は送信を行なっているために受信を行なっていない場合に値がゼロになるものとする。データパケットＤ^ｄは、列Ｓ^（ｄ）（ｎ，ｉ，ｊ，ｃｎｔ_ｒｅｔ，ｃｎｔ_ｔｏｔ）に変調される。この列は、パケットＤ^ｄの識別情報、どのノード（ｊ）が送信を行なっているのか、どのノード（ｉ）にパケットが送信されるのか、どのタイムスロット（ｎ）でパケットが送信されるのか、のような一連の要素により、恐らくは再送信カウンターｃｎｔ_ｒｅｔ（パケット及びノード当たり）の関数として、又は列が送信された合計回数ｃｎｔ_ｔｏｔによって、送信の度に変化する。本実施例は、受信側で拡散コードを使用する場合である。しかしながら、次の記述では、データパケットＤ^ｄの信号波形は常に同じであり、その例外は、

を満たすＣ（ｎ，ｄ，ｉ，ｊ，ｃｎｔ_ｒｅｔ，ｃｎｔ_ｔｏｔ）で示される複素数乗算シーケンスと仮定する。

この乗算シーケンスを使用して、周波数ホッピング、ＤＳ−ＣＤＭＡ拡散、ｎによって変化する複素定数、又は単なる固定値１を取り入れることができる。例えば、複素定数変化を使用して、パケットが同じ局から再送信される場合、一種の簡単な線形時間−空間コーディングを生成することができる。ここで、最も一般的なケースでは、同じパケットは、複数の局によって同じタイムスロットで送信できることに注目されたい。この操作は、参考文献[８]に例示されているように実際には可能であるが、ユニキャストルーティングを行なう従来のマルチホップルーティング方法においては一般的でなく、しかしフラッディングしたブロードキャストトラフィック又はマルチキャストトラフィックには一般的に使用される。米国国防総省高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）のＰＲｎｅｔでは、複数バージョンのパケットルーティングが、幾つかの場合において行なわれる。ノードｉのタイムスロットｎでの受信信号を次式に従って、全ての利用可能なパケットに関してパケットｄ_ｍａｘまで合算する。

上の式では、次式が成り立つ。

これらの式は、タイムスロットｎ−ｍ〜タイムスロットｎの行列形の等式系として次式のように表現することができる。

又は、等価的に次式により表わすことができる。

上の式では、バーはベクトルであることを示し、バーが付いていないものは行列である。単一ノードｉに関しては観察されないが、マルチホップシステム全体の全ての送信、すなわち全てのＶ個のノードの受信ベクトルは、次式のように表わすことができる。

或いは、もっと簡単な行列形で次式のように表わすことができる。

ここで基本事項を繰り返すと、すなわち、上述のこの等式系（ノードｉ且つシステム全体に関する）はデータパケットを中心にした公式化であり、所与のデータパケットによって、異なるホップに関して干渉が多数回に渡って生じることを示している。従って、情報に関するこの更に完全な表現を照合及び利用することにより、従来の検出／復号化に比べて検出プロセスを強化することができる。
本発明の例示的第２コンセプトでは、ノードｉの検出モジュールは、

（直近に受信した信号を含む）を一括処理し、着目するデータを復号化する。ゼロフォーシング（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ：ＺＦ）、最尤検出（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）−マルチユーザ検出法（ＭＬＤ−ＭＵＤ）、及び線形最小自乗誤差（Ｌｉｎｅａｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ：ＬＭＭＳＥ）のような、どのような汎用検出アルゴリズムも本発明において使用することができ、これにより変調列

を検出することができる。純粋な信号処理の観点から、この操作は、空間−時間符号化通信システム（ＭＩＭＯのような）におけるようなマルチセンサ情報の処理に類似するので、当該分野の幾つかの例に見られる検出手法又は復号化手法を用いることができる。ここで、図１４のフロー図では、情報は、ステップＳ２Ｃに示すように、一括処理手段により検出されることに注目されたい。また、既知の情報の記憶バッファは、通常、ステップＳ３Ｃに示すように、既に受信しているベースバンド信号情報を保持する。図１４から、シングルユーザ検出又は更に一般的なケースのマルチユーザ検出を用いることができることも分かる。

コンセプト１及び２の例示的複合
図１５に模式的に示すこの別の実施形態では、コンセプト２のように全ての情報を保持し、コンセプト１のように情報を出来得る限り復号化して復号化情報の適切な表示を保存するというように、コンセプト１及び２を組み合わせる。この利点は、保存される残留信号に情報を保持しながら復号化の複雑さを減らす（コンセプト２に比べて）ことである。図１５は、既知のデータ及び既知の残留ベースバンド信号を利用する複合コンセプトの実施例を示す。

補足情報
既知の情報の程度に関する注釈
用いるルーティング方法に応じて、ヘッダ及び／又はＣＲＣ等の重要ではない部分は、リンクに依存しても、しなくてもよい。例えば、ルーティング方法において、パケットが転送ノードを使用する必要がある場合、送信側ＩＤ及び受信側ＩＤはホップごとに異なる。しかしながら、ルート、従ってＩＤは、予め求める必要があるか、又は求める必要が全くない（例えば、テーブル駆動型プロトコルを使用する場合は、フローＩＤのみが必要である）。従って、前もって認識することができないデータは、全データ（ヘッダ又はトレイラーに格納される）の最大５％に達する可能性がある。５％の場合、何らかのインターリーバー構成と連動して符号化を良好に行なうことによって、幾つかの誤差を処理することになる。またここで、回路交換式マルチホップネットワークにおいて、フィールドは各ホップに関して変更する必要がないので、１００％の干渉除去が可能になることを理解されたい。多くの場合、パスは既知なので、ＩＤ及びＣＲＣのような種々のフィールドが、認識情報が転送されるときにどのように見えるのかを判断することができる。更に、パスが前もって認識されない場合も、各ノードは多くのバージョンの既に正しく復号化されたパケットを計算することができ、この計算は、パケットがそれ自体の近傍のいずれかのノード対の間で送信され、続いて干渉除去プロセスにおいて最適なパケットを使用するという仮定の下に行われる。この場合、正しいバージョンが使用されるとすると、干渉の１００％を除去することもできる。
またここで、パケット交換データ（変更フィールドを有する）の場合、別の非衝突制御チャネルを使用してパケットに関する情報を送信することもでき、且つ別の非衝突制御チャネルはパケットがルーティングされると変えることができる。例えば、アドレスフィールド及びＣＲＣは、このような制御チャネルで送信することができる。これは通常データに関する少量の情報を含むので、必ずしも相対的に非常に大きなエネルギーを消費する訳ではないことに注目されたい。従って、衝突回避プロトコルの利用率は効率の観点からすると、データ送信の場合ほどには重要ではない。

要約すると、本発明の第１の態様は、少なくとも一つの受信局及び少なくとも一つの送信局を備える通信システムに関するものであり、受信局は、そこから既に送信されたデータ、固有の受信から得られる復号化データ、及び／又は全てのオーバーヒア時の通信から得られる復号化データを保存する。保存データは、保存データのいずれかが少なくとも一つの他の局によって送信される場合に生じる干渉を除去するために後続の受信に利用される。これは、既に復号化しているデータを除去する基本的な考えである。
好適には、保存データは期限が過ぎると取り除かれる。この操作はタイマーを使用して行うか、又は宛先ノードからの通知、又はデータが遠く離れてしまって大きな干渉を生じるほどのものではなくなっているという通知によって制御することができる。

特に、少なくとも一つのデータユニットは、複数の送信が重複した構成の受信信号から、所与の既知の保存データを利用して復号化することができる。
保存された既知の信号情報は、例えば、送信される（転送される）固有の情報、既に受信し、且つ検出された情報、更にはオーバーヒアした情報を含むことができる。

従って、本発明は、既知の情報を保存して利用する新規の機構により、チャネル接続問題に新規の次元を追加する。本発明は、ネットワーク性能を明らかに向上させ、従来の隠れ端末問題を効果的に解決する。
前に述べたように、検出はビット又はシンボル毎に、或いはビット列又はシンボル列毎に、シングルユーザ又はマルチユーザについて行なうことができる。検出は、符号化情報又は情報ビットに対して行なうことができる。

既に示したように、本発明は通常、マルチホップネットワーク、多段中継ネットワーク、及びリピータネットワークのような無線中継ネットワークに適用することができる。
例示的実施形態では、無線中継通信システムは、少なくとも２つの「双方向」通信ノード又は局、及び少なくとも一つの中継ノード又は局を備え、少なくとも２つの「双方向」通信局は、第１フェーズで送信を同時に行なうか、又は２つのフェーズで少なくとも一つの中継局に対して連続して送信を行なう。更に別のフェーズでは、中継局又は複数の中継局は、受信信号を少なくとも２つの双方向通信局（現在受信を行なっている）に対して同時に再送信する。各双方向通信局は、中間中継ノードからの同時送信信号情報及び当該通信局固有の送信信号情報に基づく干渉除去によって、他の通信ノードからの信号情報を検出するように構成される。

好適には、受信信号は、中継局による再送信の前に処理され、この処理によって、受信ノードにおいてＳＮＲが確実に向上し、及び／又はダイバーシチ合成が確実に行われるという利点が生じる。
本発明の更に別の例示的実施形態は、データを送信及び受信する（互いの操作の後に）局、データを受信する局、及びデータを送信する局、更には中継局として機能する多数の局を備える通信システムに関するものであり、データを送信及び受信する局は、当該局固有の送信データの影響を除去する。これは、例えば、上りリンク及び下りリンク通信が同時に行われる多段中継ケースに関連するが、マルチホッピングに使用することもできる。

ここで、明示的干渉除去技術及び暗示的干渉除去技術の両方を含む多くの異なるタイプの干渉除去を本発明に使用することができることを理解されたい。
本発明の第２の態様では、信号情報は、既に受信したベースバンド信号情報の形式の既知の情報を現時点において受信しているベースバンド信号情報と一緒に一括処理することにより検出することができる。これは、受信局が、既に受信した全てのベースバンド情報を、直近に受信したベースバンド信号の復号化プロセスにおいて利用することを意味する。

ここで、第１及び第２の態様を組み合わせて、ベースバンドデータ及び復号化データの両方の保存を含むハイブリッド版コンセプトとすることができる。
要約すると、本発明は、ネットワークがマルチホップネットワーク、多段中継ネットワーク、又はリピータネットワークのいずれであるかに拘らず、例えば、検出された（復調及び／又は復号化された）形式又はベースバンド形式の既知の情報を「除去」することによって、受信における改善を実現する。

本発明の利点として例えば次の項目を挙げることができる。
・既知の情報は干渉を全く生じさせないので、スループット、エンドツーエンド遅延、通信堅牢性、及びこれらの組合せが本質的に改善される。
・興味深いことに、本発明により、従来の「隠れ端末問題」の、殆どでないにせよ、非常に多くが解決されることを強調する。これは上に挙げたポイントに含まれるが、これ自体が強調するに値する。
主として無指向アンテナの使用を暗に仮定して本発明を説明したが、例えば、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）のようなアンテナアレイを用いるチャネル接続方式を使用することも可能である。更に、本発明は、ビームフォーミング又はＭＩＭＯのような種々の最先端アンテナ技術を用いて使用することができる。

上に記載した実施形態は単に例として示したに過ぎず、本発明はこれらの実施形態には限定されないことを理解されたい。本明細書において開示され、特許請求される重要な基本原理に従った更なる変形、変更及び改善は、本発明の技術範囲に含まれる。

付録Ａ
コンセプト１に関するチャネル容量計算
図９の曲線を求めるため、次の数学的関係を使用した。
１ホップ転送によるＳＮＲは次式により定義される。

上の式において、Ｐは送信電力であり、Ｇは１ホップパス利得であり、Ｎは受信機での雑音電力である。
伝播指数αを有するべき法則パス損失モデルにおいて、パス損失を下げて、等距離の２ホップに渡って利用すると仮定すると、ノードＣでのＳＮＲは次式により与えられる。
ＳＮＲ’＝ＳＮＲ・２^α
３つの基本タイプの送信にまず着目する。まず、シングル送信は次式で与えられるレートを有する。
Ｒ_１＝ｌｇ_２（１＋ＳＮＲ’）
ＭＵＤ受信は、等レート伝送ケースに関して、各送信機の最大レートＲ_２を与える次式により表わすことができる。
２Ｒ_２＝ｌｇ_２（１＋２・ＳＮＲ’）
既知の信号が除去される構成において、２つの重なり信号を送信することにより、各メッセージ（半分の電力を有する）のレートＲ_３は次式に従って与えられる。
Ｒ_３＝ｌｇ_２（１＋ＳＮＲ’／２）
上式が与えられ、且つ送信と、サイクルに使用するスロットの数との両方を考慮に入れると、図８の方式ａ）〜ｄ）の最大スループットは次式で与えられる。

図９の方式ｅ）の最大スループットを求めるため、受信信号及び雑音を送信前の送信電力Ｐに対して正規化する。干渉除去を行った後のノードＡ及びＢ両方の結果として得られるＳＮＲは次式で与えられる。

各情報フローのレートはＲ_{Ａｎａｌｏｇ}＝ｌｇ_２（１＋ＳＮＲ_{Ａｎａｌｏｇ}）となるので、スループットは
Ｔ_{ａｎａｌｏｇ}＝２Ｒ_{Ａｎａｌｏｇ}／２
と表わすことができる。

参考文献
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［９］． Ａ． Ｅｌ Ｇａｍａｌ， “Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｕｓｅｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ"， Ｐｒｏｃ． Ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ， Ｖｏｌ． ６８， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９８０．

［１０］． Ｐ． Ｌａｒｓｓｏｎ， “Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｒｅｌａｙｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｒｅｌａｙ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ"， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００３．

従来の隠れ端末問題を示す。 本発明の好適な実施形態によって、本発明の基本原理を示す模式フロー図である。 本発明の好適な実施形態による、特にマルチユーザ検出に基づく本発明の基本原理を示す模式フロー図である。 本発明の好適な実施形態による、既知の情報に基づく干渉除去の構成を取り入れたネットワークノードを示す模式ブロック図である。 固有の転送データにより生じる干渉を除去する実施例を示す模式的なシーケンス図である。 本発明の干渉除去方法を用いる場合と用いない場合の、図５のシステムのスループット性能の例を、信号対雑音比を関数として示すグラフである。 オーバーヒアしたデータによって生じた干渉を除去する一実施例を示す模式的シーケンス図である。 オーバーヒアしたデータによって生じた干渉を除去する別の実施例を示す模式的シーケンス図である。 オーバーヒアしたデータによって生じた干渉を除去する別の実施例を示す模式的シーケンス図である。 オーバーヒアしたデータによって生じた干渉を除去する別の実施例を示す模式的シーケンス図である。 ２つの参照方式を含む、５つの例示的方式に関し、２ホップ中継チャネルにおける既知の情報の干渉除去を示す模式的シーケンス図である。 図８の５つの例示的方式に関し、信号対雑音比を関数としてスループット性能を例示するグラフである。 多段中継のコンセプトの一実施例を示す模式図である。 多段中継のコンセプトの別の実施例を示す模式図である。 多段中継の場合の、本発明の一実施形態による干渉除去を示すシーケンス図である。 上りリンク及び下りリンクにおいて同時送信されるトラフィックを有する多段中継のコンセプトを示す模式図である。 上りリンク及び下りリンクにおいて同時送信されるトラフィックを有する多段中継の別のコンセプトを示す模式図である。 上りリンク及び下りリンクにおいて同時送信されるトラフィックを有する多段中継の場合の、本発明の一実施形態による干渉除去を示すシーケンス図である。 本発明の好適な実施形態による、特に一括処理手順に基づく本発明の基本原理を示す模式フロー図である。 本発明の好適な実施形態による、明示的な干渉除去を、残りの復号化を行ない、残留ベースバンド信号を既知の情報として保存する操作と組み合わせる基本原理を示す模式フロー図である。

Claims (31)

1. マルチホップ、アドホック、多段中継ネットワークおよびリピータネットワークの何れかである無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法であって、
   − 既知の信号情報として、少なくとも一つのリンクを介して合計で複数回に渡って送信される少なくとも一つのデータユニットを含む第１組の情報を表わす信号情報を保存するステップ、
   − 続いて第２組の情報を表わす信号情報を受信し、その際前記少なくとも一つのデータユニットの送信が前記第２組の情報の受信に干渉するステップ、及び
   − 受信信号情報と、既に保存している既知の信号情報の少なくとも一部とに基づく干渉除去により、前記第２組の情報の少なくとも一部を検出するステップ
   を含む方法。
2. 前記干渉除去は明示的な干渉除去及び暗示的な干渉除去の内の少なくとも一つを含む、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
3. 前記少なくとも一つのデータユニットは、複数のリンクを介して合計で複数回に渡って送信される、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
4. 前記無線中継ネットワークは、無線マルチホップネットワーク、多段中継ネットワーク、及びリピータネットワークの内の少なくとも一つを含む、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
5. 前記無線中継ネットワークは無線マルチホップネットワークである、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
6. 前記検出するステップでは、シングルユーザ検出及びマルチユーザ検出の内の一つを行なう、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
7. 前記第２組の情報の少なくとも一部を検出するステップは、次式
   

   

   によって表わされる、既に検出されたデータパケットを表わす集合
   

   

   及び受信信号情報Ｒ_ｉを処理するステップを含み、上の式において、ｆは所定の目的関数であり、
   

   

   は、結果として得られる一連の検出データパケットである、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
8. 前記第２組の情報の少なくとも一部を検出するステップは、
   − 受信信号情報から既知の信号情報を除去して残留信号を生成するステップ、及び
   − 前記残留信号を処理して前記第２組の情報の少なくとも一部を検出するステップ
   を含む、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
9. 前記既知の信号情報は既に受信したベースバンド信号情報を含み、前記第２組の情報の少なくとも一部を検出するステップは、前記既に受信したベースバンド信号情報と、次に受信するベースバンド信号情報を一括処理して前記第２組の情報の少なくとも一部を検出するステップを含む、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
10. 前記既に受信したベースバンド信号情報は多数の以前の通信インスタンスに関連し、次に受信するベースバンド信号情報は現在の通信インスタンスに関連し、前記既に受信したベースバンド信号情報及び前記次に受信するベースバンド信号情報を複素チャネル利得情報と一緒に処理して、少なくとも一つの検出データパケットの推定値を求める、請求項９記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
11. 前記既知の信号情報は、既に受信され、且つ検出された情報を含む、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
12. 既に受信され、且つ検出された前記情報は、既にオーバーヒアした情報を含む、請求項１１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
13. 前記第２組の情報の少なくとも一部を検出するステップは送信スケジュール情報に基づく、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
14. 前記第１組の情報は多数のデータパケットを含み、前記送信スケジュール情報は、前記第２組の情報を表わす信号情報を受信するとき、データパケットの内どのデータパケットを送信すればよいのかについての情報を含み、よって既に保存されている既知の信号情報の適切な部分が、前記検出するステップにおいて利用される、請求項１３記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
15. 更に、前記既知の信号情報を継続的に更新するステップを含む、請求項１記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する方法。
16. マルチホップ、アドホック、多段中継ネットワークおよびリピータネットワークの何れかである無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成であって、
    − 既知の信号情報として、少なくとも一つのリンクを介して合計で複数回に渡って送信される少なくとも一つのデータユニットを含む第１組の情報を表わす信号情報を保存する手段、
    − 第２組の情報を表わす信号情報を受信する手段であって、その際前記少なくとも一つのデータユニットの送信が前記第２組の情報の受信に干渉する構成の手段、及び
    − 前記第２組の情報を表す受信信号情報と、既に保存している前記既知の信号情報の少なくとも一部とに基づく干渉除去により、前記第２組の情報の少なくとも一部を検出する手段
    を備える構成。
17. 前記干渉除去は明示的な干渉除去及び暗示的な干渉除去の内の少なくとも一つを含む、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
18. 前記少なくとも一つのデータユニットは、複数のリンクを介して合計で複数回に渡って送信される、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
19. 前記無線中継ネットワークは、無線マルチホップネットワーク、多段中継ネットワーク、及びリピータネットワークの内の少なくとも一つを含む、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
20. 前記無線中継ネットワークは無線マルチホップネットワークである、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
21. 前記検出する手段は、シングルユーザ検出及びマルチユーザ検出の内の少なくとも一つを行なうように動作する、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
22. 前記第２組の情報の少なくとも一部を検出する手段は、次式
    

    

    によって表わされる、既に検出されたデータパケットを表わす集合
    

    

    及び受信信号情報Ｒ_ｉを処理する手段を含み、上の式において、ｆは所定の目的関数であり、
    

    

    は結果として得られる一連の検出データパケットである、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
23. 前記第２組の情報の少なくとも一部を検出する手段は、
    − 受信信号情報から既知の信号情報を除去して残留信号を生成する手段、及び
    − 前記残留信号を処理して前記第２組の情報の少なくとも一部を検出する手段
    を備える、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
24. 前記既知の信号情報は既に受信したベースバンド信号情報を含み、前記第２組の情報の少なくとも一部を検出する手段は、前記既に受信したベースバンド信号情報と、次に受信するベースバンド信号情報を一括処理して前記第２組の情報の少なくとも一部を検出する手段を含む、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
25. 前記既に受信したベースバンド信号情報は多数の以前の通信インスタンスに関連し、次に受信するベースバンド信号情報は現在の通信インスタンスに関連し、前記一括処理する手段は、前記既に受信したベースバンド信号情報及び前記次に受信するベースバンド信号情報を複素チャネル利得情報と一緒に処理して、少なくとも一つの検出データパケットの推定値を求めるように動作する、請求項２４記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
26. 前記既知の信号情報は、既に受信され、且つ検出された情報を含む、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
27. 前記既に受信され、且つ検出された情報は、既にオーバーヒアした情報を含む、請求項２６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
28. 前記第２組の情報の少なくとも一部を検出する手段は送信スケジュール情報に基づいて動作する、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
29. 前記第１組の情報は多数のデータパケットを含み、前記送信スケジュール情報は、前記第２組の情報を表わす信号情報を受信するとき、データパケットの内どのデータパケットを送信すればよいのかについての情報を含み、前記検出する手段は、前記送信スケジュール情報に基づいて、前記既に保存した既知の信号情報の適切な部分を選択して前記第２組の情報の少なくとも一部の検出に使用する手段を含む、請求項２８記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
30. 更に、新規に検出される情報を取り入れ、期限切れの信号情報を取り除くことにより、前記既知の信号情報を継続的に更新する手段を含む、請求項１６記載の、無線中継ネットワークにおいて信号情報を検出する構成。
31. マルチホップ、アドホック、多段中継ネットワークおよびリピータネットワークの何れかで無線中継を行なう通信システムであって、少なくとも２つの双方向通信ノード及び少なくとも一つの中間中継ノードを備え、
    前記少なくとも２つの双方向通信ノードの各々は、前記少なくとも一つの中継ノードに信号情報を送信し、且つ当該通信ノード固有の送信信号情報を既知の信号情報として保存するように構成され、
    前記少なくとも一つの中継ノードは、前記少なくとも２つの双方向通信ノードに対して受信信号情報を同時に送信するように構成され、
    前記少なくとも２つの双方向通信ノードの各々は、中継ノードからの同時送信信号情報及び当該通信ノード固有の保存された既知の信号情報に基づく干渉除去により、他の通信ノードからの信号情報を検出するように構成される、
    通信システム。

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