JP4933416B2 - 無線通信方法、無線通信システム、および中継局 - Google Patents

Description

本発明は、送信局から送信された無線パケットを、中継局を介して宛先局へ中継する無線通信方法、無線通信システム、および中継局に関する。

従来、基地局間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、送信局から宛先局へ無線パケットを送信する際、雑音等の影響のために、無線パケットを受信した宛先局が無線パケットを正しく復調できず、受信誤りとなる場合がある。そこで近年、このような受信誤りを防ぐために、送信局と宛先局の間に中継局を設置して行う協調伝送方式が提案されている。このような協調伝送方式では、無線パケットを受信する宛先局は、送信局から宛先局へ送信される無線パケットを受信するとともに、送信局から送信された無線パケットが中継局によって受信され中継送信される無線パケットを受信する。そして、宛先局は、送信局から送信されて直接到来する無線パケットと中継局から中継送信されて到来する無線パケットとを合成して復調することにより、ダイバーシチ利得を得て受信誤り率を低減する協調伝送方式が提案されている。

このような協調伝送方式の中継方法には、非再生中継方式と再生中継方式の２種類がある。図８は、従来技術による非再生中継方式の概念を示す図である。従来技術による非再生中継方式では、中継局は送信局からの無線パケットを復調せずに、単に無線信号を増幅して宛先局へ中継する。

一方、図９に示される再生中継方式では、中継局は送信局から送信される無線信号に基づいて無線パケットを復調し、復調したデータから無線パケットを再生成し、宛先局へ中継する。また、図１０に示されるように、上述の再生中継方式において、中継局による無線パケットの受信で受信誤りが発生した場合には、送信局は、受信誤りの発生した無線パケットを再送する（例えば、非特許文献１参照）。
Aggelos Bletsas 他、「Cooperative Diversity with opportunistic Relaying」、（米国）、Massachusetts lnstitute of Technology、IEEE WCNC2006 proceeding、２００６

しかしながら、従来の非再生中継方式では、図８に示されるように、送信局と中継局間の通信で加わった雑音成分も信号成分と共に増幅されて中継されるため、宛先局での協調伝送による受信誤り率の低減効果が小さくなる。
一方、従来の再生中継方式では、図９に示されるように、送信局と中継局間の通信で加わった雑音成分が中継局で除去されるため、従来の非再生中継装置と比べて受信誤り率の低減効果が大きくなるが、送信局からの無線パケットを復調してから中継するため、無線パケットが宛先局に到達するまでに無線パケット長分の遅延時間が生じる。また、従来の再生中継方式の場合には、図１０に示されるように、中継局が送信局から送信される無線パケットを正しく復調できなかった場合には、無線信号を中継することができず、送信局からの再送を待って、再度復調を試みており、さらに遅延時間が増加する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、無線パケットの受信誤り率の低減、及び遅延時間の低減を可能とする無線通信方法、無線通信システム、中継局を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明は、送信局から送信される無線信号を、中継局を介して宛先局へ中継する無線通信方法であって、送信局が、複数のスロットで構成された無線パケットを無線信号として送信するステップと、中継局の、無線信号受信部が、送信局から送信される無線信号を受信するステップと、復調判定部が、無線信号受信部が受信する無線信号をスロット毎に復調できるか否かを判定するステップと、再生中継部が、復調判定部によって、スロットが復調できると判定された場合に、無線信号をスロット毎に復調して、スロット毎に無線信号として宛先局へ送信するステップと、非再生中継部が、復調判定部によって、スロットが復調できないと判定された場合に、無線信号受信部が受信した無線信号をスロット毎に増幅して、宛先局へ送信するステップと、宛先局が、送信局から送信された無線信号と、中継局から中継して送信された無線信号とを合成して、無線パケットを復調するステップと、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、上述の中継局の中継部および非再生中継部が、送信局が送信する無線信号とは異なる周波数によって、無線信号を送信することを特徴とする。

また、本発明は、送信局から送信される無線信号を、中継局を介して宛先局へ中継する無線通信システムであって、送信局は、複数のスロットで構成された無線パケットを無線信号として送信する無線パケット送信部を備え、中継局は、送信局から送信される無線信号を受信する無線信号受信部と、無線信号受信部が受信する無線信号をスロット毎に復調できるか否かを判定する復調判定部と、復調判定部によって、スロットが復調できると判定された場合に、無線信号をスロット毎に復調して、スロット毎に無線信号として宛先局へ送信する再生中継部と、復調判定部によって、スロットが復調できないと判定された場合に、無線信号受信部が受信した無線信号をスロット毎に増幅して、宛先局へ送信する非再生中継部と、を備え、宛先局は、送信局から送信された無線信号と、中継局から中継して送信された無線信号とを合成して、無線パケットを復調する無線パケット復調部を備えることを特徴とする。

また、本発明は、送信局から送信される複数のスロットで構成された無線パケットである無線信号を、宛先局へ中継する中継局であって、送信局から送信される無線信号を受信する無線信号受信部と、無線信号受信部が受信する無線信号をスロット毎に復調できるか否かを判定する復調判定部と、復調判定部によって、スロットが復調できると判定された場合に、無線信号をスロット毎に復調して、スロット毎に無線信号として宛先局へ送信する再生中継部と、復調判定部によって、スロットが復調できないと判定された場合に、無線信号受信部が受信した無線信号をスロット毎に増幅して、宛先局へ送信する非再生中継部と、を備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、中継局が、無線パケットの復調を行い、正しく復調された場合は再生中継し、正しく復調されなかった場合は非再生中継するようにしたので、中継局にて復調が正しく行えるか否かに関わらず、再送を待つことなく無線パケットの中継を行うことができ、宛先局に無線パケットが到来する遅延時間を低減できる。さらに、復調できる場合は復調されて再生中継されるために、中継局で復調を行わない従来の非再生中継方式に比べて受信誤り率を低減できる。

さらに、本発明によれば、中継局は、スロット毎に送信される無線パケットを、順次復調して中継するようにしたので、送信局から宛先局への無線パケットの送信の遅延時間を、スロットの受信時間とすることができる。これによれば、宛先局が無線パケットを受信する遅延時間を、従来の無線パケットの受信時間よりも短い時間とすることができる。

また、中継局は、送信局が送信する無線信号とは異なる周波数によって、無線信号を送信するようにしたので、宛先局は、中継局から中継された無線信号と、送信局から直接受信した無線信号とを、互いに干渉することなく受信でき、受信誤り率を低減することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態による無線通信システムは、中継局１０と、送信局２０と、宛先局３０とを備えている。ここで、送信局２０と宛先局３０との間、および送信局２０と中継局１０との間の無線回線は周波数ｆ１を利用しており、中継局１０と宛先局３０との間の無線回線は、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２を利用しており、互いの周波数は干渉しないものとする。なお、本実施形態では、中継局１０、送信局２０、宛先局３０のそれぞれ一局を例にして説明するが、それぞれの局は複数局が存在して良い。

送信局２０は、中継局１０を介して宛先局３０に無線パケットを送信し、無線パケット送信部２１と、無線パケット生成部２２とを備えている。送信局２０は、例えば、電話、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、モバイルＰＣなどの情報端末から送信される情報の無線通信を行う基地局である。
無線パケット生成部２２は、宛先局３０へ送信する無線パケットを生成する。無線パケット生成部２２が生成する無線パケットは、例えば、上述の情報端末から送信される情報である。無線パケット送信部２１は、宛先局３０へ送信する無線パケットを、無線信号として送信する。ここで、送信局２０が無線信号を送信するために利用する無線回線は、周波数ｆ１による無線回線である。

中継局１０は、送信局２０から送信される無線パケットを受信して宛先局３０に中継して送信し、無線パケット復調部１１と、無線パケット中継部１２と、無線パケット受信部１３とを備えている。
無線パケット受信部１３は、送信局２０から送信される無線パケットを、スロット時間毎に受信する。ここで、スロットは、無線搬送波上に一定時間間隔で区切られた最小通信単位となる信号区間であり、このようなスロット時間は、無線パケットを送信した情報端末または送信局２０、無線回線の混雑状況、中継局１０の処理速度などに基づいて定められる。無線パケット復調部１１は、無線パケット受信部１３が受信する無線信号に基づいて、無線パケットを正常に復調できるか否かを判定し、復調可能であれば、復調する。ここで、無線パケット復調部１１は、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）などの誤り検出符号により、無線信号をスロット毎に正常に復元できるか否かを判定する。

無線パケット中継部１２は、無線パケット復調部１１が無線パケットを復調した場合に、復調された無線パケットを、無線信号として宛先局３０へ送信する。また、無線パケット中継部１２は、無線パケット復調部１１が無線パケットを復調できないと判定した場合に、無線パケット受信部１３が受信した無線信号を増幅して、宛先局３０へ送信する。ここで、無線パケット中継部１２が無線信号を送信するために利用する無線回線は、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２である。

宛先局３０は、中継局１０を介して送信局２０から送信される無線パケットを受信し、第１の無線パケット受信部３１と、第２の無線パケット受信部３２と、無線パケット復調部３３とを備えている。
第１の無線パケット受信部３１は、送信局２０から送信される周波数ｆ１の無線信号による無線パケットを受信する。宛先局３０の第２の無線パケット受信部３２は、中継局１０から送信される周波数ｆ２の無線信号による無線パケットを受信する。無線パケット復調部３３は、第１の無線パケット受信部３１が受信する無線パケットと、第２の無線パケット受信部３２が受信する無線パケットとを合成して、無線パケットを復調する。ここで、無線パケット復調部３３は、例えば、送信局２０から到来する無線信号と、中継局１０から到来する無線信号とは、別経路を通って伝搬するため位相がずれて受信されるが、この位相のずれを合わせて合成することにより、信号成分を強めることができる。

図２は、送信局２０の動作を示すフローチャートである。
まず、送信局２０は、ユーザから送信データが入力されると（ステップＳ１）、無線パケット生成部２２が、複数のスロットで構成された無線パケットを生成し（ステップＳ２）、無線パケット送信部２１は、無線パケットに基づいた無線信号を中継局１０に送信する（ステップＳ３）。

図３は、中継局１０が無線パケットを中継する動作を示すフローチャートである。ここで、中継局１０の無線パケット受信部１３が、送信局２０から送信される無線パケットを受信すると（ステップＳ１１）、無線パケット復調部１１が、スロット毎に復調を行う（ステップＳ１２）。中継局１０の無線パケット復調部１１が、無線パケットを正常に復調できた場合は（ステップＳ１３−ＹＥＳ）、無線パケット中継部１２が、当該スロットを再生中継する（ステップＳ１５）。中継局１０の無線パケット復調部１１が、無線パケットを正常に復調できなかった場合は（ステップＳ１３−ＮＯ）、無線パケット中継部１２は、当該スロットを非再生中継する（ステップＳ１４）。中継局１０は、復調したスロットが、無線パケットの最終スロットでなければ、ステップＳ１１の処理に戻る。一方、中継局１０は、復調したスロットが、無線パケットの最終スロットである場合は、中継処理を終了する。

図４は、宛先局３０が無線パケットを受信する動作を示すフローチャートである。宛先局３０の第１の無線パケット受信部３１は、送信局２０から送信される周波数ｆ１の無線パケットを受信する（ステップＳ２１）。また、宛先局３０の第２の無線パケット受信部３２は、中継局１０から送信される周波数ｆ２の無線パケットを受信する（ステップＳ２２）。宛先局３０の無線パケット復調部３３は、第１の無線パケット受信部３１が受信した無線パケットと、第２の無線パケット受信部３２が受信した無線パケットとを合成して復調する（ステップＳ２３）。
ここで、中継局１０から宛先局３０に到来する無線パケットは、送信局２０から直接到来する無線パケットに比べて、スロット長分遅延するため、宛先局３０は合成する際、送信局からの無線パケットをスロット長分遅延させて合成する。また、中継局１０から到来する無線パケットと、送信局２０から直接到来する無線パケットは、無線回線の周波数が異なるため、ベースバンドに周波数を変換してから合成する。

＜第１の動作例＞
図５は、送信局２０が送信する無線パケットが、宛先局３０に中継される動作例を示すタイムチャートである。本動作例では、３スロット（第１のスロット、第２のスロット、第３のスロット）にわたる無線パケットが送信局２０から送信され、中継局１０は、第１のスロットと第３のスロットの無線パケットを正常に復調でき、第２のスロットの無線パケットを正常に復調できなかった場合のタイムチャートを示す。

送信局２０の無線パケット送信部２１は、周波数ｆ１の無線パケットを送信する（図２ではステップＳ３）。中継局１０は、送信局２０から送信された無線パケットの受信を開始する（図３ではステップＳ１１）と、第１のスロットを受信完了した時点で、第１のスロット間に受信した無線パケットを復調する。中継局１０の無線パケット復調部１１が、第１のスロットを正常に復調すると、無線パケット中継部１２は、宛先局３０へ、周波数ｆ２の第１のスロット間に受信した無線パケットを再生中継する（図３ではステップＳ１５）。次に、無線パケット受信部１３が、第２のスロットを受信完了すると、無線パケット復調部１１が、第２のスロット間に受信した無線パケットを復調する。無線パケット復調部１１が、第２のスロット間に受信した無線パケットを正常に復調できなければ、中継局１０の無線パケット中継部１２は、宛先局３０へ、周波数ｆ２の無線パケットを非再生中継する。そして、中継局１０は、第３のスロットを受信完了した時点で、第３のスロット間に受信した無線パケットを復調する。中継局１０は、第３のスロット間に受信した無線パケットを正常に復調すると、宛先局３０へ周波数ｆ２の無線信号によって再生中継する。宛先局３０は、中継局１０から周波数ｆ２で送信される無線信号を受信する（図４ではステップＳ２２）。

ここで、第３のスロットは無線パケットの最終スロットであるため、中継局１０は、中継処理を終了する（図３ではステップＳ１６）。ここで、中継局１０は、無線パケットの受信を開始すると、受信する無線パケットの波形信号をメモリに一時的に記憶し、スロット毎の非再生中継をする際に、当該スロット部分の波形信号を読み出して非再生中継し、無線パケットの中継完了時点でメモリから波形信号を廃棄するようにしてもよい。

また、宛先局３０は、送信局２０から周波数ｆ１で送信される無線パケットを受信する（図４ではステップＳ２１）。宛先局３０は、周波数ｆ１の無線回線で送信局２０から直接到来する無線パケットと、周波数ｆ２の無線回線で中継局１０から到来する無線パケットとを合成して復調する。
ここで、中継局１０から宛先局３０に到来する無線パケットは、送信局２０から宛先局３０に直接到来する無線パケットに比べて、スロット長分遅延するため、宛先局３０は、合成する際、送信局２０から受信する無線パケットをスロット長分遅延させて合成する。

このように、本実施形態では、スロット毎に無線パケットを中継するようにしたので、無線パケット単位で中継処理を行っていた従来の再生中継方式に比べて、遅延時間を削減できる。また、第１のスロットと第３のスロットは、再生中継が行われるため、従来の非再生中継方式のように送信局と中継局間の通信で生じる雑音成分は加わらず、宛先局における無線パケットの受信誤り率を低減できる。また、送信局から受信した無線パケットと、中継局から中継された無線パケットとを合成して復調することにより、サイトダイバーシチ効果により受信誤り率を低減することができる。

＜第２の動作例＞
図６は、送信局２０が送信する無線パケットが、宛先局３０に中継されるタイムチャートである。ここでは、送信局２０が、第１スロット間のみの無線パケットを送信し、中継局１０が正しく復調できなかった場合の動作例を示している。
中継局１０は、送信局２０から受信する無線パケットを正常に復調できなければ、宛先局３０へ非再生中継する。送信局２０は、送信局２０から直接到来する無線パケットと、中継局１０から到来する無線パケットを合成して復調する。
ここで、中継局１０から到来する無線パケットは、送信局２０から直接到来する無線パケットに比べて、パケット長分（＝スロット長分）遅延するため、宛先局３０は、合成する際、送信局２０からの無線パケットをパケット長分遅延させて合成する。
このように、本実施形態では、従来の再生中継方式に比べて、送信局からの再送待ちに起因する遅延時間を削減できる。

＜第３の動作例＞
図７は、送信局２０が送信する無線パケットが、宛先局３０に中継されるタイムチャートである。ここでは、送信局２０が、第１スロット間のみの無線パケットを送信し、中継局１０が正しく復調できた場合の動作例を示している。
図７に示されるように、送信局２０が無線パケットを送信し、中継局１０が、送信局２０から送信される無線パケットを正常に復調できた場合、受信した無線パケットを宛先局３０へ再生中継する。

以上説明したように、本実施形態によれば、スロット毎に再生中継と非再生中継を切り替えて中継することで、宛先局への高信頼な通信を実現する無線リレーネットワークシステムを構築することが可能である。
すなわち、本発明によれば、中継局は、無線パケットを正しく復調できた場合は再生中継し、正しく復調できなかった場合は非再生中継するため、従来の再生中継方式に比べて、正しく復調できなかった場合の再送待ちに起因する遅延時間を削減できる。また、中継局はスロット毎に順次復調して中継するため、遅延時間はスロット長分に抑制でき、従来の再生中継方式における遅延時間が無線パケット長分であることに比べて、遅延時間を削減できる。

また、正しく復調できたスロット部分については再生中継するため、従来の非再生中継方式に比べて、スロット長分の遅延時間が生じるものの、宛先局における受信誤り率を低減できる。また、宛先局は、送信局から受信した無線パケットと、中継局から中継された無線パケットとを合成して復調することにより、サイトダイバーシチ効果により受信誤り率を低減することができる。

また、中継局が宛先局へ再生中継又は非再生中継するときに、送信局と宛先局間の無線回線と異なる無線回線を用いて中継することにより、宛先局は、中継局から中継された無線パケットと、送信局から直接受信した無線パケットを、互いに干渉することなく受信でき、受信誤り率を低減することができる。すなわち、これらの効果により、無線パケット通信の平均遅延時間、スループットの向上が図れる。

なお、本発明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通信を行ってもよい。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、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。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良い。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）であっても良い。

本発明の一実施形態による無線通信システムの端末構成を示す図である。 本発明の一実施形態による送信局の動作例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による中継局の動作例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による宛先局の動作例を示すフローチャートである。 本発明の第１の動作例による無線パケットの転送の様子を示すタイムチャートである。 本発明の第２の動作例による無線パケットの転送の様子を示すタイムチャートである。 本発明の第３の動作例による無線パケットの転送の様子を示すタイムチャートである。 従来技術による無線パケットの転送の様子を示すタイムチャートである。 従来技術による無線パケットの転送の様子を示すタイムチャートである。 従来技術による無線パケットの転送の様子を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 中継局
１１ 無線パケット復調部
１２ 無線パケット中継部
１３ 無線パケット受信部
２０ 送信局
２１ 無線パケット送信部
２２ 無線パケット生成部
３０ 宛先局
３１ 第１の無線パケット受信部
３２ 第２の無線パケット受信部
３３ 無線パケット復調部

Claims (4)

1. 送信局から送信される無線信号を、中継局を介して宛先局へ中継する無線通信方法であって、
   前記送信局が、複数のスロットで構成された無線パケットを無線信号として送信するステップと、
   前記中継局の、
   無線信号受信部が、前記送信局から送信される前記無線信号を受信するステップと、
   復調判定部が、前記無線信号受信部が受信する前記無線信号を前記スロット毎に復調できるか否かを判定するステップと、
   再生中継部が、前記復調判定部によって、前記スロットが復調できると判定された場合に、前記無線信号を前記スロット毎に復調して、前記スロット毎に無線信号として前記宛先局へ送信するステップと、
   非再生中継部が、前記復調判定部によって、前記スロットが復調できないと判定された場合に、無線信号受信部が受信した前記無線信号を前記スロット毎に増幅して、前記宛先局へ送信するステップと、
   前記宛先局が、前記送信局から送信された前記無線信号と、前記中継局から中継して送信された前記無線信号とを合成して、前記無線パケットを復調するステップと、
   を備えることを特徴とする無線通信方法。
2. 前記中継局の前記中継部および前記非再生中継部は、前記送信局が送信する前記無線信号とは異なる周波数によって、前記無線信号を送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 送信局から送信される無線信号を、中継局を介して宛先局へ中継する無線通信システムであって、
   前記送信局は、
   複数のスロットで構成された無線パケットを無線信号として送信する無線パケット送信部を備え、
   前記中継局は、
   前記送信局から送信される前記無線信号を受信する無線信号受信部と、
   前記無線信号受信部が受信する前記無線信号を前記スロット毎に復調できるか否かを判定する復調判定部と、
   前記復調判定部によって、前記スロットが復調できると判定された場合に、前記無線信号を前記スロット毎に復調して、前記スロット毎に無線信号として前記宛先局へ送信する再生中継部と、
   前記復調判定部によって、前記スロットが復調できないと判定された場合に、無線信号受信部が受信した前記無線信号を前記スロット毎に増幅して、前記宛先局へ送信する非再生中継部と、を備え、
   前記宛先局は、
   前記送信局から送信された前記無線信号と、前記中継局から中継して送信された前記無線信号とを合成して、前記無線パケットを復調する無線パケット復調部を備える
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 送信局から送信される複数のスロットで構成された無線パケットである無線信号を、宛先局へ中継する中継局であって、
   前記送信局から送信される前記無線信号を受信する無線信号受信部と、
   前記無線信号受信部が受信する前記無線信号を前記スロット毎に復調できるか否かを判定する復調判定部と、
   前記復調判定部によって、前記スロットが復調できると判定された場合に、前記無線信号を前記スロット毎に復調して、前記スロット毎に無線信号として前記宛先局へ送信する再生中継部と、
   前記復調判定部によって、前記スロットが復調できないと判定された場合に、無線信号受信部が受信した前記無線信号を前記スロット毎に増幅して、前記宛先局へ送信する非再生中継部と、
   を備えることを特徴とする中継局。

Images