JP5025705B2 - 無線中継システム、中継局装置、端末局装置、及び、無線中継方法 - Google Patents

無線中継システム、中継局装置、端末局装置、及び、無線中継方法 Download PDF

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Description

本発明は、ネットワークコーディングを用いた無線中継システム、中継局装置、端末局装置、及び、無線中継方法に関する。
アドホックネットワークなどのマルチホップ通信では、使用可能チャネルが１つしかなく、かつ複数の通信フローが一つの中継局を共有する時、中継局がそれぞれの通信を交互に中継するため、中継局がシステムスループットのボトルネックとなる。それを解決する手段として、中継局が各通信フローを一度復調してビット信号まで戻し、そのビット系列同士を事前に定めておいた生成式に則り線形符号化することで各通信フロー（パケット）を重ね合わせ、宛先局に一括送信をするネットワークコーディング（ＮＣ）技術が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。宛先局は、生成式に則り、中継局から受信した中継信号のパケットを、あらかじめ取得しておいた所望パケット以外の多重化されたパケットを用いて線形復号することによって、所望のパケットを取得する。このように中継局が複数の通信フローを一括送信して中継するため、中継局の送信回数を減らすことができ、システムの通信が終了するまでの時間が短くなる。これによりシステムスループットを向上させることが可能となる。
以下、あるパケットに対し、ネットワークコーディングの符号化を施すことをＮＣ符号化と記載し、ネットワークコーディングにより符号化されたパケットを復号することをＮＣ復号と記載する。
従来のＮＣ技術を、最も簡単なマルチホップ通信のトポロジであるAlice & Bobトポロジを具体例として挙げて説明する。なお、ネットワークコーディングされたパケットをＮＣパケットと記載し、ネットワークコーディングされる前のパケット、及び、ネットワークコーディングされていないパケットをネイティブパケットと記載する。また、線形符号化には１例として排他的論理和（ＸＯＲ）を用いる。
図５は、Alice & Bobトポロジの概要図である。このトポロジは両端の端末局であるノードＡ、Ｂが、互いに中継局であるノードＲを介して双方向の通信を行うものである。各ノードの送信タイミングはタイムスロットにより区切られていて、互いに干渉することがないことを前提とする。この時の通信の手順を説明する。なお、パケットとは、あるノードが持つビット情報のことであり、変調シンボルとは、ビット情報をベースバンドで変調（マッピング）した後の信号のことであり、ＲＦ（RadioFre‐quency）信号とは、変調シンボルをＲＦ帯にアップコンバートした信号である。
まず、時刻Ｔ１において、ノードＡがネイティブパケットであるパケットαのＲＦ信号αをノードＲに送信する。ノードＡは、同時に変調シンボルαを記憶する。ノードＲは、ＲＦ信号αを受信及び復調し、パケットαを記憶する。
続いて、時刻Ｔ２において、ノードＢがネイティブパケットであるパケットβのＲＦ信号βをノードＲに送信する。ノードＢは、同時に変調シンボルβを記憶する。ノードＲは、ＲＦ信号βを受信及び復調し、パケットβを記憶する。
次に、時刻Ｔ３において、ノードＲはパケットαのパケット長Ｌαとパケットβのパケット長Ｌβとを比較し、短い方のパケットに対し、その情報ビット系列の末尾に｜Ｌα−Ｌβ｜の長さのゼロパッティングを付加する。その後、排他的論理和によってパケットαとβをＮＣ符号化し、１つのＮＣパケットχを生成する。ＮＣパケットχを変調した変調シンボルχは、アップコンバートされ、ＲＦ信号χとしてノードα及びβに同報送信される。同報送信とは、無線の同報性を利用して同時に同じ情報を複数の宛先局に対して送信することである。同報送信では、ヘッダ情報に宛先局として複数のノードを指定するが、閉じられたフレームワーク内における同報送信であるなど、通信を行なう相手先が予め決まっている場合には、宛先局の情報を設定しなくともよい。それぞれのパケット長は、宛先とともにヘッダ情報に格納されることにより、ノードＡとノードＢに通知される。
ＲＦ信号χを受信したノードＡは、ＲＦ信号χをダウンコンバートして（ＡＧＣによる出力レベルの調整も含む）復調し、ＮＣパケットχを得る。ＮＣパケットχのパケット長が記憶しておいたパケットαより長い場合、パケットαに差分のゼロパッティングをすることにより長さを揃えた後、ＮＣパケットχとの排他的論理和を取ってＮＣ復号する。これにより、ノードＡはパケットβを得ることができる。なお、符号化パケットがパケットαと同じ長さの場合は、そのままＮＣパケットχとの排他的論理和を取ることによりＮＣ復号を行い、仮の所望パケットであるパケットβ’を得る。その後、所望パケットβのパケット長をヘッダ情報より参照する。ノードＡは、参照されたパケットβのパケット長分をパケットβ’より切り出すことにより、パケットβを得ることができる。
ノードＢも同様に、ＲＦ信号χをダウンコンバートして（ＡＧＣによる出力レベルの調整も含む）復調し、ＮＣパケットχを得る。ＮＣパケットχのパケット長が記憶しておいたパケットβより長い場合は、パケットβに差分のゼロパッティングをすることにより長さを揃えた後、ＮＣパケットχとの排他的論理和を取ってＮＣ復号する。これにより、ノードＢは、パケットαを得ることができる。ＮＣパケットがパケットβと同じ長さの場合は、そのままＮＣパケットχとの排他的論理和を取ることによりＮＣ復号を行い仮の所望パケットであるパケットα’を得る。その後、所望パケットαのパケット長をヘッダ情報より参照する。参照されたパケットαのパケット長分をパケットα’より切り出すことにより、パケットαを得ることができる。
上記手順を経ることにより、ノードＡとＢの双方向の通信が完了する。この通信に必要なタイムスロット数は３である。
Sachin Katti, Hariharan Rahul, et al, "XORs in The Air: Practical Wireless Network Coding,'' Proc. ACM SIGCOMM 2006, Pisa, Italy, Sep.2006, pp.243-254 R.Ahlswede, S.Li, and R. Yeung, "Network information flow,’’ IEEE Trans. Inf. Theory, vol.46, no.4, pp.1204-1216, Jul.2000
図５に示した例のように、中継局で受信信号を復調し、ビット系列にまで戻した複数のパケットを、ビットに対する線形符号化によって１つに集約するＮＣ（以下、便宜上「ＸＯＲ−ＮＣ」と記載）では、中継局において受信したパケットのいずれか、もしくは全てに誤りがあった場合、ＮＣを行うことによって正しく受信した（誤りがない）パケットにも誤り伝播が発生し、全ての端末局において必ず誤りが発生する。またオーバーリーチ信号を活用したダイバーシチ合成も提案されているが、ＸＯＲ−ＮＣにおいてダイバーシチ合成が効果を発揮するのは、中継局において誤りがない場合においてのみであり、誤りを含んだパケットをＮＣしてしまうと、ダイバーシチ合成の効果はほとんど得られないという問題がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ネットワークコーディングを用いた無線通信において、中継局装置が受信した複数のパケットのいずれかにエラーがあった場合でも、正常なパケットに影響を及ぼすことなく端末局装置にパケットを送信することができる無線中継システム、中継局装置、端末局装置、及び、無線中継方法を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明は、中継局装置及び端末局装置からなる無線中継システムであって、前記中継局装置は、無線信号の送受信を行う中継局無線部と、前記中継局無線部が異なるタイミングで前記端末局装置から受信した複数の信号を復調する中継局復調部と、前記中継局復調部により復調された複数の前記信号の誤り検出を行う誤り検出部と、前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号のいずれにも誤りが検出されなかった場合、復調された複数の前記信号を線形符号化するネットワークコーディング部と、前記ネットワークコーディング部が線形符号化した前記信号を変調し、前記中継局無線部により送信する第１の中継局変調部と、前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号の１以上に誤りが検出された場合、誤りが検出されなかった前記復調された信号を再変調する第２の中継局変調部と、誤りが検出された前記信号については前記中継局無線部により受信した前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については前記第２の中継局変調部により再変調された前記信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記中継局無線部により送信する重畳部と、を備え、前記端末局装置は、無線信号の送受信を行う端末局無線部と、ネットワーク復号に用いる信号を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている信号を変調する端末局変調部と、前記端末局無線部により前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、受信した前記信号から前記端末局変調部により変調された信号を除去した変調信号を抽出する所望波抽出部と、受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記端末局無線部により受信した前記信号を復調し、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記所望波抽出部が抽出した前記信号を復調する端末局復調部と、受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記端末局復調部により復調された信号を、前記記憶部に記憶されている前記信号を用いてネットワーク復号するネットワーク復号部と、を備える、ことを特徴とする無線中継システムである。
また、本発明は、上述した無線中継システムであって、前記中継局装置は、前記端末局装置へ送信した信号が、複数の信号を線形符号化した信号であるか、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号であるかの情報を前記端末局装置へ送信する、ことを特徴とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、無線信号の送受信を行う無線部と、前記無線部が異なるタイミングで端末局装置から受信した複数の信号を復調する復調部と、前記復調部により復調された複数の前記信号の誤り検出を行う誤り検出部と、前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号のいずれにも誤りが検出されなかった場合、復調された複数の前記信号を線形符号化するネットワークコーディング部と、前記ネットワークコーディング部が線形符号化した前記信号を変調し、前記無線部により送信する第１の変調部と、前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号の１以上に誤りが検出された場合、誤りが検出されなかった前記復調された信号を再変調する第２の変調部と、誤りが検出された前記信号については前記無線部により受信した前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については前記第２の変調部により再変調された前記信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記無線部により送信する重畳部と、を備えることを特徴とする中継局装置である。
また、本発明は、上述した中継局装置であって、前記無線部が受信した複数の前記信号を等化する等化部をさらに備え、前記復調部は、前記等化部により等化された複数の前記信号を復調し、前記重畳部は、誤りが検出された前記信号については前記等化部により等化された前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については前記第２の変調部により再変調された前記信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記無線部により送信する、ことを特徴とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、無線信号の送受信を行う無線部と、ネットワーク復号に用いる信号を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている信号を変調する変調部と、前記無線部により中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、受信した前記信号から前記変調部により変調された信号を除去した変調信号を抽出する所望波抽出部と、受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記無線部により受信した前記信号を復調し、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記所望波抽出部が抽出した前記信号を復調する復調部と、受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記復調部により復調された信号を、前記記憶部に記憶されている前記信号を用いてネットワーク復号するネットワーク復号部と、を備えることを特徴とする端末局装置である。
また、本発明は、上述した端末局装置であって、前記復調部は、前記無線部により受信した他装置宛の信号を復調し、前記ネットワーク復号部によりネットワーク復号で得られた軟判定結果と、前記復調部により前記他装置宛の信号の復調で得られた軟判定結果とを合成する尤度合成部と、前記尤度合成部によって合成された軟判定結果から前記信号を復号する復号部とをさらに備える、ことを特徴とする。
また、本発明は、上述した端末局装置であって、前記所望波抽出部により抽出した信号と、前記無線部により受信した他装置宛の信号とを合成する合成部をさらに備え、前記復調部は、前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記合成部が合成した信号を復調する、ことを特徴とする。
また、本発明は、上述した端末局装置であって、前記無線部が受信した信号を等化する等化部をさらに備え、前記所望波抽出部は、前記無線部により前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記等化部により等化された前記信号から前記変調部により変調された信号を除去した変調信号を抽出し、前記合成部は、前記所望波抽出部により抽出した信号と、前記無線部により受信され、前記等化部によって等化した他装置宛の信号とを合成し、前記復調部は、前記無線部により受信され、前記等化部によって等化した他装置宛の信号を復調するとともに、前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記等化部が等化した前記信号を復調し、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記合成部が合成した信号を復調する、ことを特徴とする。
また、本発明は、上述した端末局装置であって、前記端末局装置および中継局装置における２地点間の伝搬路係数を推定するチャネル推定部をさらに備え、前記合成部は、前記チャネル推定部により推定される伝搬路係数に基づいて、前記所望波抽出部により抽出された信号と、前記無線部により受信され、前記等化部によって等化した他装置宛の信号とを、重み付けして最大比合成する、ことを特徴とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、中継局装置及び端末局装置からなる無線中継システムに用いられる無線中継方法であって、前記中継局装置は、無線信号の送受信を行う中継局無線部を備え、前記端末局装置は、無線信号の送受信を行う端末局無線部と、ネットワーク復号に用いる信号を記憶する記憶部とを備えており、前記中継局装置が、前記中継局無線部により異なるタイミングに前記端末局装置から受信した複数の信号を復調し、復調された複数の前記信号の誤り検出を行い、誤り検出の結果、複数の前記信号のいずれにも誤りが検出されなかった場合、復調された複数の前記信号を線形符号化し、線形符号化した信号を変調して前記中継局無線部により送信し、誤り検出の結果、複数の前記信号の１以上に誤りが検出された場合、誤りが検出された前記信号については前記中継局無線部により受信した前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については復調された前記信号を再変調した信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記中継局無線部により送信し、前記端末局装置が、前記端末局無線部により前記中継局装置から信号を受信し、受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、受信した前記信号を復調し、復調された前記信号を前記記憶部に記憶されている信号を用いてネットワーク復号し、受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、受信した前記信号から、前記記憶部に記憶されている信号を変調した信号を除去して変調信号を抽出し、抽出した前記信号を復調する、ことを特徴とする無線中継方法である。
本発明によれば、ネットワークコーディングを行なう無線中継システムにおいて、中継局が複数の端末局から受信したネイティブパケットの１つ以上に誤りがある場合でも、端末局への誤り伝播を防止することが可能となる。また、端末局において、誤り伝播の存在下では不可能であったオーバーリーチ信号を活用したダイバーシチ合成が可能となる。よって、生起局から宛先局に送信される通信信号の伝送品質を向上させることができる。またネイティブパケットに誤りが全く含まれない場合においはＸＯＲ−ＮＣを用い、中継局の送信電力の有効活用が可能となる。そして、ＸＯＲ−ＮＣを用いた場合も、端末局において、オーバーリーチ信号を活用して伝送品質を向上させることができる。
本発明の第１の実施形態による中継局の動作概要を示すブロック図である。 同実施形態による中継局の構成例を示すブロック図である。 同実施形態による端末局の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による端末局の構成例を示すブロック図である。 従来の線形符号化によるネットワークコーディングを用いた無線中継を示す図である。 従来の変調シンボル重畳によるネットワークコーディングを用いた無線中継を示す図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図６は、変調シンボル重畳によるネットワークコーディングを説明する図である。
ＮＣ（ネットワークコーディング）は２種類に分類が可能である。１つは、従来技術の図５に示した例のように、時刻Ｔ１、Ｔ２において、中継局で復調し、ビット系列にまで戻したパケットに対し、時刻Ｔ３において、ビットに対する線形符号化によって複数のパケットを１つに集約するＮＣ（以下、便宜上「ＸＯＲ−ＮＣ」と記載）である。もう一方は、図６に示すように、ビットではなく、時刻Ｔ１、Ｔ２において中継局で受信したそれぞれの変調シンボルを、時刻Ｔ３において、スペクトル上で重畳することによって複数のパケットの変調シンボルを一つの変調シンボルに集約するＮＣである。以下、変調シンボル重畳によるネットワークコーディングを、便宜上「ＰＨＹ−ＮＣ」と記載する。
ＰＨＹ−ＮＣでは、中継局において復調の結果パケットが誤っていることがわかった場合は、復調する前の非再生の変調シンボルを重畳することが可能となる。そのため誤り伝搬は発生せず、よって、中継局における受信状況、つまり、受信パケットの正誤状況に関わらず、オーバーリーチ信号を活用したダイバーシチ合成が可能となる。
そこで、本実施形態では、中継局においてＮＣを行う各受信パケットに誤り判定を行い、全てのパケットが正しい場合にはＸＯＲ−ＮＣを用い、１つ以上のパケットが誤った場合にはＰＨＹ−ＮＣを用いる。このような中継局の受信状況に応じたハイブリッド動作を行うことで、中継局における受信パケットに誤りがない場合には、ＸＯＲ−ＮＣによって中継局の送信電力を有効活用でき、中継局における受信パケットに誤りがある場合には、ＰＨＹ−ＮＣによって誤り伝搬を防止することが可能となる。誤り伝搬が防止できれば、中継局の受信状況に関わらずダイバーシチ合成が有効となる。ＰＨＹ−ＮＣでは、複数の変調シンボルを重畳させて同時に送信するために、変調シンボル１つ当たり配分される中継局の送信電力が小さくなってしまうが、ダイバーシチ合成と併用することにより、ＰＨＹ−ＮＣを行うことによる所望パケットの受信ＳＮＲの減少を防ぐことも可能となる。
以下では、本実施形態を最も簡単なマルチホップ通信のトポロジであるAlice & Bobトポロジに適用した場合を例にして説明する。本実施の形態による無線中継システムは、複数の端末局装置２（以下、単に「端末局２」と記載）と、端末局２と無線により通信する中継局装置１（以下、単に「中継局１」と記載）とから構成される。同図においては、２台の端末局２があるものとし、一方を端末局２ａ、もう一方を端末局２ｂと記載する。
本実施形態では、ＮＣの線形符号化の一例として排他的論理和（ＸＯＲ）を用い、ダイバーシチ合成技術を併用する場合を考える。
以下、ＸＯＲ−ＮＣ、ＰＨＹ−ＮＣにかかわらず、ネットワークコーディングされたパケットをＮＣパケットと記載し、ＸＯＲ−ＮＣによりネットワークコーディングされたＮＣパケットをＸＯＲ−ＮＣパケット、ＰＨＹ−ＮＣによりネットワークコーディングされたＮＣパケットをＰＨＹ−ＮＣパケットと記載する。また、ネットワークコーディングされる前のパケット、及び、ネットワークコーディングされていないパケットをネイティブパケットと記載する。また、所望パケットとは、最終宛先が自局であるパケットである。
また、本実施形態では、あるパケットに対し、ＸＯＲ−ＮＣによってネットワークコーディングの符号化を施すことをＮＣ符号化と記載し、ネットワークコーディングにより符号化されたパケットであるＸＯＲ−ＮＣパケットを復号することをＮＣ復号と記載する。
図１は、本発明の第１の実施形態による中継局１の動作概要を示す図である。
時刻Ｔ１において、中継局１は、端末局２ａから受信したＲＦ信号α（Ｓα）を等化及び復調して得られたパケットαに対して、ＣＲＣ符号を用いた誤り判定を行う。同様に、時刻Ｔ２において、中継局１は、端末局２ｂから受信したＲＦ信号β（Ｓβ）を等化及び復調して得られたパケットβに対して、ＣＲＣ符号を用いた誤り判定を行う。中継局１は、これらのパケットの誤り判定結果により、（パターン１）〜（パターン４）の処理を行う。
（パターン１）パケットα、βとも誤りが検出されなかった場合、中継局１は、選択回路のスイッチをＸＯＲ−ＮＣを行なうＮＣ回路側へ切り替える。そして、復調したパケットα、βをＸＯＲ−ＮＣによりＸＯＲ−ＮＣパケットχに集約し、このＸＯＲ−ＮＣパケットχを変調した変調シンボルχをＲＦ信号（Ｓα＋β）により端末局２ａ及び２ｂに送信する。
（パターン２）：パケットαに誤りが検出されず、パケットβには誤りが検出された場合、中継局１は、切替回路のスイッチを、ＲＦ信号αについては変調回路側へ、ＲＦ信号βについては等化回路側へ切り替えるとともに、選択回路のスイッチを重畳回路側へ切り替える。これにより、中継局１は、パケットαについては、復調したビット系列を再変調した再生変調シンボルを用い、パケットβについては、復調する前の等化だけ行った非再生変調シンボルを用いてＰＨＹ−ＮＣにより重畳し、パケットαとパケットβのＰＨＹ−ＮＣパケットである変調シンボルχを生成する。中継局１は、重畳された変調シンボルχをＲＦ信号（Ｓα＋β）により端末局２ａ及び２ｂに送信する。
（パターン３）：パケットαに誤りが検出され、パケットβには誤りが検出されなかった場合、中継局１は、切替回路のスイッチを、ＲＦ信号αについては等化回路側へ、ＲＦ信号βについては変調回路側へ切り替えるとともに、選択回路のスイッチを重畳回路側へ切り替える。これにより、中継局１は、パケットαについては、復調する前の等化だけ行った非再生変調シンボルを用い、パケットβについては、復調したビット系列を再変調した再生変調シンボルを用いてＰＨＹ−ＮＣにより重畳し、パケットαとパケットβのＰＨＹ−ＮＣパケットである変調シンボルχを生成する。中継局１は、重畳された変調シンボルχをＲＦ信号（Ｓα＋β）により端末局２ａ及び２ｂに送信する。
（パターン４）：パケットα及びβともに誤りが検出された場合、中継局１は、切替回路のスイッチを、ＲＦ信号α、βとも等化回路側へ切り替え、選択回路のスイッチを重畳回路側へ切り替える。これにより、中継局１は、パケットα、βとも復調する前の等化だけ行った非再生変調シンボルを用いてＰＨＹ−ＮＣにより重畳し、パケットαとパケットβのＰＨＹ−ＮＣパケットである変調シンボルχを生成する。中継局１は、重畳された変調シンボルχをＲＦ信号（Ｓα＋β）により端末局２ａ及び２ｂに送信する。
なお、上記のパターン１〜４のいずれにより信号が生成されたかについては、何らかの方法により中継局１から端末局２に通知される必要があるが、ビット情報にして２ビット程度であるため、例えば、変調シンボルのヘッダ情報として埋め込むことが可能である。
端末局２においては、生起局、つまり、他の端末局２からの信号を中継局１が受信するのと同じタイミングで、オーバーリーチする信号を適時聴取しているものとする。適時聴取とは、オーバーリーチした自分宛ではない直接信号を受信し、記憶しておくことをいう。ＲＦ信号（Ｓα＋β）により変調シンボルχを受信した端末局２は、ＮＣのパターンを読みだし、それに応じたＮＣ復号を行う。以下、端末局２ａにおける処理概要を記載する。
（パターン１）：端末局２ａがパターン１を得た場合、変調シンボルχをビット単位の軟判定値へ変換し、記憶していた自送信ネイティブパケットであるパケットαのビット情報を用いてＸＯＲによりＮＣ復号を行い、所望パケットβの軟判定値を得る。さらに、保持してある変調シンボルβのオーバーリーチ信号もビット単位の軟判定値へ変換する。その後、これら２つのパケットβのビット単位軟判定値を合成し、誤り訂正復号を行うことで所望パケットβの情報ビット系列を得る。なお、中継局１において誤り訂正を行なっていない場合は、合成したビット単位軟判定値に対して硬判定を行うことで所望パケットβの情報ビット系列を得る。
（パターン２）〜（パターン４）：端末局２ａがパターン２〜４のいずれかを得た場合、変調シンボルχから自局が送信したパケットαの変調シンボルαを減算することにより、所望パケットβの変調シンボルβを取得する。その後、保持してある変調シンボルβのオーバーリーチ信号と最大比合成して復調することにより、所望パケットβを得る。
なお、端末局２ｂでは、端末局２ａとパケットαとβに関して対称の操作を行う。
上記により、中継局１が受信したネイティブパケット１つ以上に誤りがある場合には、端末局２への誤り伝播を防止することが可能となり、誤り伝播の存在下では不可能であったオーバーリーチ信号を活用したダイバーシチ合成が可能となる。またネイティブパケットに誤りが全く含まれない場合においは、ＸＯＲ−ＮＣによる中継局１の送信電力の有効活用が可能となる。
図２は、第１の実施形態による無線中継システムにおける中継局１の内部構成を示す概略ブロック図である。
この図に示すように、中継局１は、無線部１０１、信号検出回路１０２、等化回路１０３、第１記憶回路１０４、チャネル推定回路１０５、復調回路１０６、誤り検出回路１０７、第２記憶回路１０８、重畳方法判別回路１０９、切替回路１１０、ＮＣ回路１１１、第１変調回路１１２、選択回路１１３、第２変調回路１１４、及び、重畳回路１１５を備えて構成される。
無線部１０１は、送受信する信号を所望の周波数の信号にアップコンバート、またダウンコンバートする回路であり、同期回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を有している。この無線部１０１は、入力される信号を送信すると共に、受信信号から所望の信号を検出し出力する。
信号検出回路１０２は、受信信号から変調シンボルの信号を検出し出力する。等化回路１０３は、信号検出回路１０２により検出された変調シンボルに対して等化処理を行う。等化回路１０３により等化処理された変調シンボルは、第１記憶回路１０４に記憶されるとともに、復調回路１０６に出力される。
チャネル推定回路１０５は、端末局２と中継局１との間の伝送路の状態（伝搬路係数）を推定する。このチャネル推定回路１０５により推定された伝搬路係数を基に、復調回路１０６において復調を行う際の重み係数が算出される。復調回路１０６は、等化回路１０３から出力される変調シンボルの信号を復調する。復調回路１０６における復調は、誤り訂正復号処理を含む。
誤り検出回路１０７は、復調回路１０６により復調したパケットについて、パケット内の誤りビットの存在を検出する。誤り検出回路１０７において、誤りがないと判定された場合は、そのパケットのビット信号を第２記憶回路１０８に書き込む。また、誤り検出の結果を重畳方法判別回路１０９に通知する。
重畳方法判別回路１０９は、誤り検出回路１０７においてＮＣ符号化対象となる２つのパケットの誤り検出結果に応じて、切替回路１１０及び選択回路１１３へ切替指示信号を出力する。
具体的には、誤り検出回路１０７においてＮＣ符号化対象となる２つのパケットに誤りが検出されなかった場合、切替回路１１０にＮＣ回路１１１側への切替指示信号を、選択回路１１３に第１変調回路１１２側への切替指示信号を出力する。また、重畳方法判別回路１０９は、いずれかのパケットに誤りが検出された場合、切替回路１１０に第２変調回路１１４への切替指示信号を、選択回路１１３に重畳回路１１５側への切替指示信号を出力する。また、両パケットに誤りが検出された場合、切替回路１１０に、第２変調回路１１４及びＮＣ回路１１１のいずれにも接続しないよう指示する切替指示信号を、選択回路１１３に重畳回路１１５側への切替指示信号を出力する。
切替回路１１０は、重畳方法判別回路１０９からの切替指示信号により、第２記憶回路１０８に記憶された信号の出力先をＮＣ回路１１１または第２変調回路１１４に切り替える。選択回路１１３は、重畳方法判別回路１０９からの切替指示信号により、無線部１０１により送信すべき信号の出力元を第１変調回路１１２または重畳回路１１５のいずれかに切り替える。
ＮＣ回路１１１は、第２記憶回路１０８に記憶されているＮＣ対象の２つのパケットを読み出し、ＮＣにより重畳してＮＣ符号化を行なう。第１変調回路１１２は、ＮＣ回路１１１によりＮＣ符号化されたＸＯＲ−ＮＣパケットを、予め定められた方式を用いて変調する。第１変調回路１１２における変調は、誤り訂正符号化処理を含む。変調された信号のヘッダ情報には、両パケットに誤りが検出されなかったことを示す情報が設定される。
第２変調回路１１４は、誤りが検出されなかったパケットのビット信号を第２記憶回路１０８から読み出し、予め定められた方式を用いて変調する。第２変調回路１１４における変調は、誤り訂正符号化処理を含む。重畳回路１１５は、いずれかのパケットに誤りが検出された場合、誤りが検出されなかったパケットについては第２変調回路１１４により変調された変調シンボルを、誤りが検出されたパケットについては等化回路１０３による等化処理の後、第１記憶回路１０４に記憶された変調シンボルを用いて足し合わせ、一つの多重化信号に合成する。この多重化信号のヘッダ情報には、誤りが検出されなかったパケット（あるいは誤りが検出されたパケット）を特定する情報が設定される。また、重畳回路１１５は、両パケットに誤りが検出された場合、第１記憶回路１０４に記憶された２つの変調シンボルを足し合わせ、一つの多重化信号を合成する。この多重化信号のヘッダ情報には、両パケットに誤りが検出されたことを示す情報が設定される。
図３は、第１の実施形態による端末局２の内部構成を示す概略ブロック図である。この図に示すように、端末局２は、第１記憶回路２０１、誤り訂正符号化回路２０２、第１切替回路２０３、変調回路２０４、第２切替回路２０５、無線部２０６、重畳判定回路２０７、チャネル推定回路２０８、信号検出回路２０９、等化回路２１０、第３切替回路２１１、第２記憶回路２１２、第１復調回路２１３、第４切替回路２１４、ＮＣ復号回路２１５、第５切替回路２１６、第２復調回路２１７、尤度合成回路２１８、誤り訂正復号回路２１９、所望波抽出回路２２０、及び、合成回路２２１を備えて構成される。
第１記憶回路２０１は、送信信号のビット情報であるパケットを記憶する。誤り訂正符号化回路は、第１記憶回路２０１に記憶されているパケットに誤り訂正符号化処理を行なう。第１切替回路２０３は、送信タイミングである場合に、誤り訂正符号化回路２０２からの出力先を変調回路２０４に切り替えるとともに、重畳判定回路２０７からの切替指示信号を受信した場合に、切替指示信号に従って、誤り訂正符号化回路２０２からの出力先を変調回路２０４、または、ＮＣ復号回路２１５に切り替える。変調回路２０４は、誤り訂正符号化回路２０２により誤り訂正符号化されたパケットを変調する。第２切替回路２０５は、送信タイミングである場合に、変調回路２０４からの出力先を無線部２０６に切り替えるとともに、重畳判定回路２０７からの切替指示信号を受信した場合に、切替指示信号に従って、変調回路２０４からの出力先を所望波抽出回路２２０に切り替える。
無線部２０６は、送受信する信号を所望の周波数の信号にアップコンバート、またダウンコンバートする回路であり、同期回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を有している。送受信は、送信タイミングであるか、受信タイミングであるかによって切替える。この無線部２０６は、入力される信号を送信すると共に、受信信号から所望の信号を検出し出力する。
重畳判定回路２０７は、中継局１から受信した中継信号のヘッダ情報に基づいて中継局１における誤り情報を判定した結果により、第３切替回路２１１、第４切替回路２１４、及び、第５切替回路２１６へ切替指示信号を出力する。
具体的には、両パケットに誤りがないことを示している場合、第１切替回路２０３にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に第１復調回路２１３側への切替指示信号を、第４切替回路２１４にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を、第５切替回路２１６に第２復調回路２１７側への切替指示信号を出力する。また、いずれかのパケットに誤りがあった、あるいは、両パケットに誤りがあったことを示している場合、第１切替回路２０３に変調回路２０４側への切替指示信号を、第２切替回路２０５に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第４切替回路２１４に誤り訂正復号回路２１９側への切替指示信号を、第５切替回路２１６に合成回路２２１側への切替指示信号を出力する。
また、重畳判定回路２０７は、オーバーリーチ信号を受信した場合、第３切替回路２１１に出力先を第２記憶回路２１２へ切り替えるよう指示する切替指示信号を出力する。
チャネル推定回路２０８は、中継局１と自局、生起局と自局、および、生起局と中継局１との間の伝送路の状態を推定し、伝搬路係数を算出する。算出した伝搬路係数は等化回路２１０、第１復調回路２１３、合成回路２２１、および、第２復調回路２１７に出力される。
信号検出回路２０９は、受信信号から所望の変調シンボル信号を検出し出力する。等化回路２１０は、信号検出回路２０９により検出された変調シンボルに対して等化処理を行う。第３切替回路２１１は、重畳判定回路２０７からの切替指示信号により、等化回路２１０の出力先を第１復調回路２１３、所望波抽出回路２２０または第２記憶回路２１２に切り替える。第２記憶回路２１２は、等化回路２１０により等化されたオーバーリーチ信号の変調シンボルを記憶する。
第１復調回路２１３は、等化回路２１０から出力される変調シンボルの信号、または、合成回路２２１から出力される変調シンボルの信号を復調し、軟判定値を得る。第４切替回路２１４は、重畳判定回路２０７からの切替指示信号により、第１復調回路２１３により復調された信号の出力先をＮＣ復号回路２１５または誤り訂正復号回路２１９へ切り替える。
ＮＣ復号回路２１５は、第１記憶回路２０１に記憶されていたパケットにより、第１復調回路２１３により復調されたＸＯＲ−ＮＣパケットのＮＣ復号処理を行ない、所望パケットの軟判定値を得る。
第５切替回路２１６は、重畳判定回路２０７からの切替指示信号により、第２記憶回路２１２からの出力先を第２復調回路２１７または合成回路２２１に切り替える。第２復調回路２１７は、第２記憶回路２１２に記憶されている等化されたオーバーリーチ信号の変調シンボルを復調し、所望パケットの軟判定値を得る。
尤度合成回路２１８は、第１復調回路２１３により得られた所望パケットの軟判定値と、第２復調回路２１７において復調により得られた所望パケットの軟判定値とを合成する。誤り訂正復号回路２１９は、尤度合成回路２１８により合成された軟判定値に対して誤り訂正復号処理を行って所望パケットを得るか、あるいは、第１復調回路２１３により復調された信号の軟判定値に対して誤り訂正復号処理を行って所望パケットを得る。
所望波抽出回路２２０は、第１記憶回路２０１に記憶されているパケットを誤り訂正符号化回路２０２により誤り訂正符号化した後、変調回路２０４により変調した変調シンボルを、等化回路２１０により等化処理された変調シンボルから減算することにより、所望信号以外のシンボルを除去し、所望信号のシンボルを抽出する。
合成回路２２１は、所望波抽出回路２２０により抽出された所望信号のシンボルと、第２記憶回路２１２に記憶されているオーバーリーチした所望信号の変調シンボルとを、重み係数を用いて最大比合成する。この重み係数は、チャネル推定回路２０８から出力される伝搬路係数の情報を基に決定される。
続いて、本実施形態による端末局２と中継局１をAlice & Bobトポロジに適用した場合の処理を説明する。
まず、時刻Ｔ１において、端末局２ａは、第１切替回路２０３の出力先を変調回路２０４側に切り替え、第２切替回路２０５の出力先を無線部２０６側に切替える。端末局２ａは、第１記憶回路２０１に中継局１へ送信すべきパケットαを記憶し、誤り訂正符号化回路２０２は、第１記憶回路２０１から出力されたパケットαの誤り訂正符号化処理を行う。変調回路２０４は、誤り訂正符号化回路２０２により誤り訂正符号化処理されたパケットαを変調シンボルαに変調し、無線部２０６は、ＲＦ信号αにより変調シンボルαを中継局１に送信する。
同時に端末局２ｂの無線部２０６が、端末局２ａからのＦＲ信号αを中継局１が受信するのと同じタイミングで、宛先局までオーバーリーチするＲＦ信号αを直接受信により適時聴取する。端末局２ｂの重畳判定回路２０７は、第３切替回路２１１に切替指示信号を出力し、第３切替回路２１１は切替指示信号に従って出力先を第２記憶回路２１２へ切り替える。信号検出回路２０９は、受信したＲＦ信号αから変調シンボルαを切り出し、等化回路２１０は、信号検出回路２０９により切り出された変調シンボルαに対して等化処理を行う。第２記憶回路２１２は、等化回路２１０が等化処理された変調シンボルαを記憶する。
一方、中継局１においては、端末局２ａからのＲＦ信号αを無線部１０１により受信し、信号検出回路１０２は、受信したＲＦ信号αから変調シンボルαを切り出し、等化回路１０３は、信号検出回路１０２により切り出された変調シンボルαに対して等化処理を行う。第１記憶回路１０４は、等化回路１０３により等化処理された変調シンボルαを記憶する。
復調回路１０６は、チャネル推定回路１０５が端末局２ａと中継局１との間の伝送路の状態から推定した伝搬路係数に基づく重み係数を用いて、等化回路１０３から出力される等化処理された変調シンボルαを復調し、復調したパケットαを得る。誤り検出回路１０７は、復調回路１０６により復調したパケットαに対し、ＣＲＣ符号を用いた誤り判定を行なう。誤りがないと判定された場合、第２記憶回路１０８は復調したパケットαのビット情報を記憶する。また、誤り検出回路１０７による誤り検出の結果は、重畳方法判別回路１０９に出力される。
続いて、時刻Ｔ２において、端末局２ｂは時刻Ｔ１における端末局２ａと、端末局２ａは時刻Ｔ１における端末局２ｂと同様の処理を行なう。ただし、端末局２ｂは、送信すべきパケットであるパケットβを変調した変調シンボルβをＲＦ信号βにより中継局１に送信し、端末局２ａは、オーバーリーチするＲＦ信号βから切り出され、等化処理が行われた変調シンボルβを記憶する。
また、中継局１においては、信号検出回路１０２が、無線部１０１により受信したＲＦ信号βから変調シンボルβを切り出し、等化回路１０３が、切り出された変調シンボルβに等化処理を行い、第１記憶回路１０４には、等化処理された変調シンボルβが記憶される。さらに、チャネル推定回路１０５において端末局２ｂと中継局１との間の伝送路の状態から推定した伝搬路係数に基づく重み係数を用い、復調回路１０６が、等化処理された変調シンボルβを復調してパケットβを得る。誤り検出回路１０７が、復調されたパケットβに対して誤り判定を行ない、誤りがないと判定された場合、第２記憶回路１０８は復調したパケットβのビット信号を記憶する。誤り検出回路１０７による誤り検出の結果は、重畳方法判別回路１０９に出力される。
次に、時刻Ｔ３において、中継局１の重畳方法判別回路１０９は、誤り検出回路１０７において復調したパケットα及びβの誤り検出結果に応じて、切替回路１１０及び選択回路１１３へ切替指示信号を出力する。誤り検出結果に応じた中継局１の処理を以下に示す。
（パターン１）：パケットα、βとも誤りが検出されなかった場合、重畳方法判別回路１０９は、切替回路１１０にＮＣ回路１１１側への切替指示信号を出力し、選択回路１１３に第１変調回路１１２側への切替指示信号を出力する。切替回路１１０及び選択回路１１３は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。ＮＣ回路１１１は、第２記憶回路１０８に記憶されているパケットα及びパケットβを読み出し、ネットワークコーディングにより重畳してＸＯＲ−ＮＣパケットχを生成する。第１変調回路１１２は、ＮＣ回路１１１により生成されたＸＯＲ−ＮＣパケットχを変調して変調シンボルχを生成する。ヘッダ情報には、両パケットとも誤りが検出されなかったことを示す情報が設定される。無線部１０１は、第１変調回路１１２により生成された変調シンボルχをＲＦ信号により端末局２ａ及び２ｂに同報送信する。
（パターン２）：パケットαに誤りが検出されず、パケットβには誤りが検出された場合、重畳方法判別回路１０９は、切替回路１１０に第２変調回路１１４側への切替指示信号を出力し、選択回路１１３に重畳回路１１５側への切替指示信号を出力する。切替回路１１０及び選択回路１１３は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。第２変調回路１１４は、パケットαのビット信号を第２記憶回路１０８から読み出して変調し、重畳回路１１５は、第２変調回路１１４により生成されたパケットαの変調シンボルと、第１記憶回路１０４に記憶されているパケットβの変調シンボルとを足し合わせ、ＰＨＹ−ＮＣによって変調シンボルχを生成する。ヘッダ情報には、パケットαのみが正常に復号できたことを示す情報が設定される。無線部１０１は、重畳回路１１５により合成された変調シンボルχをＲＦ信号により端末局２ａ及び２ｂに同報送信する。
（パターン３）：パケットαに誤りが検出され、パケットβには誤りが検出されなかった場合、重畳方法判別回路１０９は、切替回路１１０に第２変調回路１１４側への切替指示信号を出力し、選択回路１１３に重畳回路１１５側への切替指示信号を出力する。切替回路１１０及び選択回路１１３は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。第２変調回路１１４は、パケットβのビット信号を第２記憶回路１０８から読み出して変調し、重畳回路１１５は、第２変調回路１１４により生成されたパケットβの変調シンボルと、第１記憶回路１０４に記憶されているパケットαの変調シンボルとを足し合わせ、ＰＨＹ−ＮＣによって変調シンボルχを生成する。ヘッダ情報には、パケットβのみが正常に復号できたことを示す情報が設定される。無線部１０１は、重畳回路１１５により合成された変調シンボルχをＲＦ信号により端末局２ａ及び２ｂに同報送信する。
（パターン４）：パケットα及びパケットβともに誤りが検出された場合、重畳方法判別回路１０９は、切替回路１１０に、第２変調回路１１４及びＮＣ回路１１１のいずれにも接続しないよう指示する切替指示信号を出力し、選択回路１１３に重畳回路１１５側への切替指示信号を出力する。切替回路１１０及び選択回路１１３は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。重畳回路１１５は、第１記憶回路１０４に記憶されているパケットαの変調シンボルとパケットβの変調シンボルを足し合わせ、ＰＨＹ−ＮＣによって変調シンボルχを生成する。変調シンボルχのヘッダ情報には、パケットα及びβとも正常に復号できなかったことを示す情報が設定される。無線部１０１は、重畳回路１１５により合成された変調シンボルχをＲＦ信号により端末局２ａ及び２ｂに同報送信する。
端末局２ａ、２ｂは、変調シンボルχのＲＦ信号を受信する。以下、端末局２ａにおける処理を記載する。
端末局２ａが無線部２０６により変調シンボルχのＲＦ信号を受信すると、重畳判定回路２０７は、ヘッダ情報により中継局１における誤り状況を判定する。また、チャネル推定回路２０８は、伝送路の状態を推定し、伝搬路係数を算出する。
端末局２ａは、判定した誤り状況によって、下記のように動作する。
（パターン１）：パケットα、βとも誤りが検出されなかった場合、重畳判定回路２０７は、第１切替回路２０３にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に第１復調回路２１３側への切替指示信号を、第４切替回路２１４にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を、第５切替回路２１６に第２復調回路２１７側への切替指示信号を出力する。第１切替回路２０３、第３切替回路２１１、第４切替回路２１４、第５切替回路２１６は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。
信号検出回路２０９は、受信信号から変調シンボルχを検出し、等化回路２１０は、信号検出回路２０９により検出された変調シンボルχに対して等化処理を行う。第１復調回路２１３は、チャネル推定回路２０８により推定された伝搬路係数を用いて、等化回路２１０から出力された変調シンボルχを復調し、ＸＯＲ−ＮＣパケットχを得る。ＮＣ復号回路２１５は、第１記憶回路２０１に記憶されているパケットαのビット情報を用いて、第１復調回路２１３により復調されたＸＯＲ−ＮＣパケットχのビット情報とのＸＯＲを算出することによりＮＣ復号を行ない、パケットβの軟判定値を得る。
第２復調回路２１７は、チャネル推定回路２０８により推定された伝搬路係数を用いて、第２記憶回路２１２に記憶されているオーバーリーチ信号の変調シンボルβを復調し、パケットβのビット単位の軟判定値を得る。尤度合成回路２１８は、ＮＣ復号回路２１５により得られたパケットβのビット単位の軟判定値と、第２復調回路２１７により得られたパケットβのビット単位の軟判定値とを合成する。誤り訂正復号回路２１９は、尤度合成回路２１８により合成されたパケットβのビット単位の軟判定値に対して誤り訂正復号を行いパケットβの情報ビット系列を得ると、後段に出力する。
（パターン２）、（パターン３）、（パターン４）：パケットαに誤りが検出されず、パケットβには誤りが検出された場合、または、パケットαに誤りが検出され、パケットβには誤りが検出されなかった場合、あるいは、パケットα及びβともに誤りが検出された場合、重畳判定回路２０７は、第１切替回路２０３に変調回路２０４側への切替指示信号を、第２切替回路２０５に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第４切替回路２１４に誤り訂正復号回路２１９側への切替指示信号を、第５切替回路２１６に合成回路２２１側への切替指示信号を出力する。第１切替回路２０３、第２切替回路２０５、第３切替回路２１１、第４切替回路２１４、第５切替回路２１６は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。
信号検出回路２０９は、受信信号から変調シンボルχを検出し、等化回路２１０は、信号検出回路２０９により検出された変調シンボルχに対して等化処理を行う。所望波抽出回路２２０は、第１記憶回路２０１に記憶されているパケットαを誤り訂正符号化回路２０２により誤り符号化した後、変調回路２０４により変調された変調シンボルαを得ると、等化回路２１０により等化処理された変調シンボルχから変調シンボルαを減算し、変調シンボルβを抽出する。
合成回路２２１は、所望波抽出回路２２０により抽出された変調シンボルβと、第２記憶回路２１２に記憶されているオーバーリーチ信号の変調シンボルβとを、重み係数を用いて最大比合成する。この重み係数は、チャネル推定回路２０８から出力される伝搬路係数の情報を基に決定される。第１復調回路２１３は、チャネル推定回路２０８によって推定された伝搬路係数を用いて、合成回路２２１により合成された変調シンボルβを復調し、パケットβのビット単位の軟判定値を得る。誤り訂正復号回路２１９は、第１復調回路２１３によって復調されたパケットβのビット単位の軟判定値に対して誤り訂正復号を行い、パケットβの情報ビット系列を得ると、後段に出力する。
なお、端末局２ｂについては、パケットαとパケットβについて、端末局２ａと対称の処理を行なう。すなわち、端末局２ｂは、上述した端末局２ａと同じ処理を行なうが、パケットα、変調シンボルα、パケットβ、変調シンボルβをそれぞれ、パケットβ、変調シンボルβ、パケットα、変調シンボルαに読み替える。
なお、上述した第１の実施形態においては、誤り訂正を行なう場合について説明したが、誤り訂正を行なわない場合、端末局２は誤り訂正符号化回路２０２を備えず、誤り訂正復号回路２１９に代えて硬判定回路（復号部）を備える。また、中継局１の復調回路１０６は、誤り訂正復号処理を行わず、第１変調回路１１２及び第２変調回路１１４は、誤り訂正符号化処理を行なわない。そして、（ケース１）の場合、端末局２の硬判定回路は、尤度合成回路２１８により合成された軟判定値に対して硬判定を行って所望パケットを得、（ケース２）、（ケース３）、（ケース４）の場合、第１復調回路２１３により復調された信号の軟判定値に対して硬判定を行って所望パケットを得る。
[第２の実施形態]
第２の実施形態では、第１の実施形態による端末局２に変えて、端末局２’を用いる。なお、中継局１は、第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態との差分を説明する。
図４は、本発明の他の実施形態による端末局２’の内部構成を示す概略ブロック図である。同図において、図３に示す端末局２と同一の構成と同じ機能ブロックには同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す端末局２’が、図３に示す端末局２と異なる点は、第５切替回路２１６及び第２復調回路２１７を備えていない点、第３記憶回路２２２を備える点、重畳判定回路２０７、チャネル推定回路２０８、第１復調回路２１３、第４切替回路２１４、尤度合成回路２１８に代えて重畳判定回路２０７’、チャネル推定回路２０８’、復調回路２１３’、第４切替回路２１４’、尤度合成回路２１８’を備える点である。
重畳判定回路２０７’は、中継局１から受信した中継信号のヘッダ情報に基づいて中継局１における誤り情報を判定した結果により、第１切替回路２０３、第２切替回路２０５、第３切替回路２１１、第４切替回路２１４’へ切替指示信号を出力する。
具体的には、両パケットに誤りがないことを示している場合、第１切替回路２０３にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に第１復調回路２１３側への切替指示信号を、第４切替回路２１４’にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を出力する。また、いずれかのパケットに誤りがあった、あるいは、両パケットに誤りがあったことを示している場合、第１切替回路２０３に変調回路２０４側への切替指示信号を、第２切替回路２０５に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第４切替回路２１４’に誤り訂正復号回路２１９側への切替指示信号を出力する。
チャネル推定回路２０８’は、中継局１と自局、生起局と自局、および、生起局と中継局１との間の伝送路の状態を推定し、伝搬路係数を算出する。算出した伝搬路係数は、を等化回路２１０、復調回路２１３’、及び、合成回路２２１に出力される。
復調回路２１３’は、等化回路２１０から出力される変調シンボルの信号、または、合成回路２２１から出力される変調シンボルの信号を復調し、軟判定値を得る。第３記憶回路２２２は、オーバーリーチ信号を復調した所望パケットの軟判定値を記憶する。尤度合成回路２１８’は、ＮＣ復号回路２１５により得られた所望パケットの軟判定値と、第３記憶回路２２２に記憶されている所望パケットの軟判定値とを合成する。
図４に示す構成の端末局２’の動作を説明する。なお、２台の端末局２’のうち、一方を端末局２ａ’、もう一方を端末局２ｂ’と記載する。
時刻Ｔ１において、端末局２ａ’は、第１の実施形態の端末局２ａと同様に動作する。
一方、端末局２ｂ’の無線部２０６は、端末局２ａ’からの信号を中継局１が受信するのと同じタイミングで、宛先局までオーバーリーチするＲＦ信号αを直接受信により適時聴取する。端末局２ｂ’の重畳判定回路２０７’は、第４切替回路２１４’に切替指示信号を出力し、第４切替回路２１４’は切替指示信号に従って出力先を第３記憶回路２２２へ切り替える。信号検出回路２０９は、受信したＲＦ信号αから変調シンボルαを切り出し、等化回路２１０は、信号検出回路２０９により切り出された変調シンボルαに対して等化処理を行う。復調回路２１３’は、チャネル推定回路２０８’により推定された伝搬路係数を用いて、等化回路２１０が等化処理を行なった変調シンボルαを復調し、パケットαのビット単位の軟判定値を得る。パケットαのビット単位の軟判定値は、第３記憶回路２２２に記憶される。
続く時刻Ｔ２において、端末局２ｂ’の動作は、第１の実施形態の端末局２ｂと同様に動作する。
一方、端末局２ａ’は、時刻Ｔ１における端末局２ｂ’と同様の処理を行なう。ただし、端末局２ａ’は、オーバーリーチするＲＦ信号βから切り出され、等化処理を行った変調シンボルβを復調し、復調の結果得られたパケットβのビット単位の軟判定値を記憶する。
次に、時刻Ｔ３における端末局２ａ’の処理について説明する。
端末局２ａ’が無線部２０６により中継局１から送信された変調シンボルχのＲＦ信号を受信すると、重畳判定回路２０７’は、ヘッダ情報により中継局１における誤り状況を判定する。また、チャネル推定回路２０８’は、伝送路の状態を推定し、伝搬路係数を算出する。
端末局２ａ’は、判定した誤り状況によって、下記のように動作する。
（パターン１）：パケットα、βとも誤りが検出されなかった場合、重畳判定回路２０７’は、第１切替回路２０３にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に第１復調回路２１３側への切替指示信号を、第４切替回路２１４’にＮＣ復号回路２１５側への切替指示信号を出力する。第１切替回路２０３、第３切替回路２１１、第４切替回路２１４’は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。
信号検出回路２０９は、受信信号から変調シンボルχを検出し、等化回路２１０は、信号検出回路２０９により検出された変調シンボルχに対して等化処理を行う。第１復調回路２１３は、チャネル推定回路２０８’により推定された伝搬路係数を用いて、等化回路２１０から出力された変調シンボルχを復調し、ＸＯＲ−ＮＣパケットχを得る。ＮＣ復号回路２１５は、第１記憶回路２０１に記憶されているパケットαのビット情報を用いて、第１復調回路２１３により復調されたＸＯＲ−ＮＣパケットχのビット情報とのＸＯＲを算出することによりＮＣ復号を行ない、パケットβの軟判定値を得る。
尤度合成回路２１８’は、ＮＣ復号回路２１５により得られたパケットβのビット単位の軟判定値と、第３記憶回路２２２に記憶されているパケットβのビット単位の軟判定値とを合成する。誤り訂正復号回路２１９は、尤度合成回路２１８’により合成されたパケットβのビット単位の軟判定値に対して誤り訂正を行い、パケットβの情報ビット系列を得ると、後段に出力する。
（パターン２）、（パターン３）、（パターン４）：パケットαに誤りが検出されず、パケットβには誤りが検出された場合、または、パケットαに誤りが検出され、パケットβには誤りが検出されなかった場合、あるいは、パケットα及びβともに誤りが検出された場合、重畳判定回路２０７’は、第１切替回路２０３に変調回路２０４側への切替指示信号を、第２切替回路２０５に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第３切替回路２１１に所望波抽出回路２２０側への切替指示信号を、第４切替回路２１４’に誤り訂正復号回路２１９側への切替指示信号を出力する。第１切替回路２０３、第２切替回路２０５、第３切替回路２１１、第４切替回路２１４’は、受信した切替指示信号に従って切替えを行なう。以降、端末局２ａ’は、第１の実施形態の端末局２ａと同様の処理を行なう。
つまり、信号検出回路２０９は、受信信号から変調シンボルχを検出し、等化回路２１０は、変調シンボルχに対して等化処理を行う。所望波抽出回路２２０は、第１記憶回路２０１に記憶されているパケットαより生成された変調シンボルαを、等化処理された変調シンボルχから減算し、変調シンボルβを抽出する。合成回路２２１は、所望波抽出回路２２０により抽出された変調シンボルβと、第２記憶回路２１２に記憶されているオーバーリーチ信号の変調シンボルβとを、重み係数を用いて最大比合成し、第１復調回路２１３は、合成回路２２１により合成された変調シンボルβを復調し、パケットβの軟判定値を得る。誤り訂正復号回路２１９は、第１復調回路２１３によって復調されたパケットβの軟判定値に対して誤り訂正復号を行い、正しく得られたパケットβを後段に出力する。
なお、端末局２ｂ’については、パケットαとパケットβについて、端末局２ａ’と対称の処理を行なう。すなわち、端末局２ｂ’は、上述した端末局１ａ’と同じ処理を行なうが、パケットα、変調シンボルα、パケットβ、変調シンボルβをそれぞれ、パケットβ、変調シンボルβ、パケットα、変調シンボルαに読み替える。
なお、上述した第２の実施形態においては、誤り訂正を行なう場合について説明したが、誤り訂正を行なわない場合、端末局２’は誤り訂正符号化回路２０２を備えず、誤り訂正復号回路２１９に代えて硬判定回路（復号部）を備える。そして、（ケース１）の場合、端末局２の硬判定回路は、尤度合成回路２１８’により合成された軟判定値に対して硬判定を行って所望パケットを得、（ケース２）、（ケース３）、（ケース４）の場合、第１復調回路２１３’により復調された信号の軟判定値に対して硬判定を行って所望パケットを得る。
以上説明した本発明の実施形態の無線中継システムによれば、中継局が端末局から受信したネイティブパケットの１つ以上に誤りがある場合に、端末局への誤り伝播を防止することが可能となり、誤り伝播の存在下では不可能であったオーバーリーチ信号を活用したダイバーシチ合成が可能となる。よって、生起局から宛先局に送信される通信信号の伝送品質を向上させることができる。またネイティブパケットに誤りが全く含まれない場合においはＸＯＲ−ＮＣを用い、中継局の送信電力の有効活用が可能となる。そして、ＸＯＲ−ＮＣを用いた場合も、オーバーリーチ信号を活用して伝送品質を向上させることができる。
１…中継局（中継局装置）
１０１…無線部
１０２…信号検出回路
１０３…等化回路
１０４…第１記憶回路
１０５…チャネル推定回路
１０６…復調回路
１０７…誤り検出回路
１０８…第２記憶回路
１０９…重畳方法判別回路
１１０…切替回路
１１１…ＮＣ回路
１１２…第１変調回路
１１３…選択回路
１１４…第２変調回路
１１５…重畳回路
２…端末局（端末局装置）
２０１…第１記憶回路
２０２…誤り訂正符号化回路
２０３…第１切替回路
２０４…変調回路
２０５…第２切替回路
２０６…無線部
２０７…重畳判定回路
２０８…チャネル推定回路
２０９…信号検出回路
２１０…等化回路
２１１…第３切替回路
２１２…第２記憶回路
２１３…第１復調回路
２１４…第４切替回路
２１５…ＮＣ復号回路
２１６…第５切替回路
２１７…第２復調回路
２１８…尤度合成回路
２１９…誤り訂正復号回路（復号部）
２２０…所望波抽出回路
２２１…合成回路

Claims (10)

  1. 中継局装置及び端末局装置からなる無線中継システムであって、
    前記中継局装置は、
    無線信号の送受信を行う中継局無線部と、
    前記中継局無線部が異なるタイミングで前記端末局装置から受信した複数の信号を復調する中継局復調部と、
    前記中継局復調部により復調された複数の前記信号の誤り検出を行う誤り検出部と、
    前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号のいずれにも誤りが検出されなかった場合、復調された複数の前記信号を線形符号化するネットワークコーディング部と、
    前記ネットワークコーディング部が線形符号化した前記信号を変調し、前記中継局無線部により送信する第１の中継局変調部と、
    前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号の１以上に誤りが検出された場合、誤りが検出されなかった前記復調された信号を再変調する第２の中継局変調部と、
    誤りが検出された前記信号については前記中継局無線部により受信した前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については前記第２の中継局変調部により再変調された前記信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記中継局無線部により送信する重畳部と、
    を備え、
    前記端末局装置は、
    無線信号の送受信を行う端末局無線部と、
    ネットワーク復号に用いる信号を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶されている信号を変調する端末局変調部と、
    前記端末局無線部により前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、受信した前記信号から前記端末局変調部により変調された信号を除去した変調信号を抽出する所望波抽出部と、
    受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記端末局無線部により受信した前記信号を復調し、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記所望波抽出部が抽出した前記信号を復調する端末局復調部と、
    受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記端末局復調部により復調された信号を、前記記憶部に記憶されている前記信号を用いてネットワーク復号するネットワーク復号部と、
    を備える、
    ことを特徴とする無線中継システム。
  2. 前記中継局装置は、前記端末局装置へ送信した信号が、複数の信号を線形符号化した信号であるか、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号であるかの情報を前記端末局装置へ送信する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の無線中継システム。
  3. 無線信号の送受信を行う無線部と、
    前記無線部が異なるタイミングで端末局装置から受信した複数の信号を復調する復調部と、
    前記復調部により復調された複数の前記信号の誤り検出を行う誤り検出部と、
    前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号のいずれにも誤りが検出されなかった場合、復調された複数の前記信号を線形符号化するネットワークコーディング部と、
    前記ネットワークコーディング部が線形符号化した前記信号を変調し、前記無線部により送信する第１の変調部と、
    前記誤り検出部による誤り検出の結果、複数の前記信号の１以上に誤りが検出された場合、誤りが検出されなかった前記復調された信号を再変調する第２の変調部と、
    誤りが検出された前記信号については前記無線部により受信した前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については前記第２の変調部により再変調された前記信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記無線部により送信する重畳部と、
    を備えることを特徴とする中継局装置。
  4. 前記無線部が受信した複数の前記信号を等化する等化部をさらに備え、
    前記復調部は、前記等化部により等化された複数の前記信号を復調し、
    前記重畳部は、誤りが検出された前記信号については前記等化部により等化された前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については前記第２の変調部により再変調された前記信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記無線部により送信する、
    ことを特徴とする請求項３に記載の中継局装置。
  5. 無線信号の送受信を行う無線部と、
    ネットワーク復号に用いる信号を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶されている信号を変調する変調部と、
    前記無線部により中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、受信した前記信号から前記変調部により変調された信号を除去した変調信号を抽出する所望波抽出部と、
    受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記無線部により受信した前記信号を復調し、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記所望波抽出部が抽出した前記信号を復調する復調部と、
    受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記復調部により復調された信号を、前記記憶部に記憶されている前記信号を用いてネットワーク復号するネットワーク復号部と、
    を備えることを特徴とする端末局装置。
  6. 前記復調部は、前記無線部により受信した他装置宛の信号を復調し、
    前記ネットワーク復号部によりネットワーク復号で得られた軟判定結果と、前記復調部により前記他装置宛の信号の復調で得られた軟判定結果とを合成する尤度合成部と、
    前記尤度合成部によって合成された軟判定結果から前記信号を復号する復号部とをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項５に記載の端末局装置。
  7. 前記所望波抽出部により抽出した信号と、前記無線部により受信した他装置宛の信号とを合成する合成部をさらに備え、
    前記復調部は、前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記合成部が合成した信号を復調する、
    ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の端末局装置。
  8. 前記無線部が受信した信号を等化する等化部をさらに備え、
    前記所望波抽出部は、前記無線部により前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記等化部により等化された前記信号から前記変調部により変調された信号を除去した変調信号を抽出し、
    前記合成部は、前記所望波抽出部により抽出した信号と、前記無線部により受信され、前記等化部によって等化した他装置宛の信号とを合成し、
    前記復調部は、前記無線部により受信され、前記等化部によって等化した他装置宛の信号を復調するとともに、前記中継局装置から受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、前記等化部が等化した前記信号を復調し、複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、前記合成部が合成した信号を復調する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の端末局装置。
  9. 前記端末局装置および中継局装置における２地点間の伝搬路係数を推定するチャネル推定部をさらに備え、
    前記合成部は、前記チャネル推定部により推定される伝搬路係数に基づいて、前記所望波抽出部により抽出された信号と、前記無線部により受信され、前記等化部によって等化した他装置宛の信号とを、重み付けして最大比合成する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の端末局装置。
  10. 中継局装置及び端末局装置からなる無線中継システムに用いられる無線中継方法であって、
    前記中継局装置は、
    無線信号の送受信を行う中継局無線部を備え、
    前記端末局装置は、
    無線信号の送受信を行う端末局無線部と、
    ネットワーク復号に用いる信号を記憶する記憶部とを備えており、
    前記中継局装置が、
    前記中継局無線部により異なるタイミングに前記端末局装置から受信した複数の信号を復調し、
    復調された複数の前記信号の誤り検出を行い、
    誤り検出の結果、複数の前記信号のいずれにも誤りが検出されなかった場合、復調された複数の前記信号を線形符号化し、線形符号化した信号を変調して前記中継局無線部により送信し、
    誤り検出の結果、複数の前記信号の１以上に誤りが検出された場合、誤りが検出された前記信号については前記中継局無線部により受信した前記信号を用い、誤りが検出されなかった前記信号については復調された前記信号を再変調した信号を用いてスペクトル上で重畳し、重畳した信号を前記中継局無線部により送信し、
    前記端末局装置が、
    前記端末局無線部により前記中継局装置から信号を受信し、
    受信した前記信号が複数の信号を線形符号化により重畳した信号である場合、受信した前記信号を復調し、復調された前記信号を前記記憶部に記憶されている信号を用いてネットワーク復号し、
    受信した前記信号が複数の信号をスペクトル上で重畳した信号である場合、受信した前記信号から、前記記憶部に記憶されている信号を変調した信号を除去して変調信号を抽出し、抽出した前記信号を復調する、
    ことを特徴とする無線中継方法。
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