JP5072932B2 - 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

Description

本発明は、ネットワーク符号化を用いたマルチホップ無線通信を行なう無線中継システム、中継局装置、端末局装置、及び、無線中継方法に関する。

近年、マルチホップ通信のスループットの向上を目的とした、ネットワーク符号化（ＮＣ）技術が注目されている。ネットワーク符号化技術は、マルチホップ中継を行うネットワーク上の中継局において複数の情報系列を線形符号化（代表的な例として、排他的論理和が挙げられる）し、複数のマルチキャスト通信やユニキャスト通信を多重化した上で複数の宛先局に送信し、各宛先局において復号操作を行う。これにより、ネットワーク符号化を用いない場合に比べてスループットの向上を図ることができる。

ネットワーク符号化を用いたマルチホップ無線ネットワークでは、無線通信の同報性とネットワーク符号を活用することにより、スループットの向上を実現する。中継局の役割を果たすノードは、複数の送信局ノードから受信したフレームを線形符号によって符号化し、受信局に中継する。受信局は、他のノードから受信したフレームあるいは自身が保持しているフレームを用いて、符号化されたパケットを同様の線形符号によって復号し、元の情報を得ることができる（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

以下では具体例として、ネットワーク符号化技術が適用できる代表的なマルチホップ無線トポロジである、Alice & Bobトポロジを挙げて、従来の無線によるネットワーク符号化技術を説明する。なお、ネットワーク符号化及び復号には、排他的論理和を用いるものとする。

図１６は、Alice & Bobトポロジの構成を示す図である。同図に示す無線マルチホップトポロジにおいて、両端の端末局であるノードＮ１（node-N1）とノードＮ２（node-N2）が、互いに中継局であるノードＲ（node-R）を介して情報のやり取りを行う場合について考える。本トポロジの目的は、ノードＮ１およびノードＮ２が、自身の保持する情報を情報フレームとして無線チャネルを用いて送信するとともに、相手方としての端末局から情報フレームを受信することである。なお、単一の周波数チャネルを全ての局で共有することを前提とする。即ち、ある局が情報フレームの送信を行っている間、他の全ての局は同時刻に情報フレームを送信しないものとする。

図１７は、ネットワーク符号化を用いない場合のAlice & Bobトポロジにおける通信手順を示す。ネットワーク符号化を用いない場合の通信手順は、以下のようになる。

（１）時刻Ｔ１において、ノードＮ１が情報フレームＡをノードＲに送信する。ノードＲは情報フレームＡを受信する。
（２）時刻Ｔ２において、ノードＲが情報フレームＡをノードＮ２に送信する。ノードＮ２は情報フレームＡを受信する。
（３）時刻Ｔ３において、ノードＮ２が情報フレームＢをノードＲに送信する。ノードＲは情報フレームＢを受信する。
（４）時刻Ｔ４において、ノードＲが情報フレームＢをノードＮ１に送信する。ノードＮ１は情報フレームＢを受信する。

上述のような手順が必要であるため、ノードＮ１とノードＮ２が互いに情報をやり取りするためには４つのタイムスロットが必要となる。

一方、図１８は、ネットワーク符号化を用いた場合のAlice & Bobトポロジにおける通信手順を示す。ネットワーク符号化を用いた場合の通信手順は、以下のようになる。

（１）時刻Ｔ１において、ノードＮ１が情報フレームＡをノードＲに送信する。ノードＲは情報フレームＡを受信する。
（２）時刻Ｔ２において、ノードＮ２が情報フレームＢをノードＲに送信する。ノードＲは情報フレームＢを受信する。

（３）時刻Ｔ３において、ノードＲが情報フレームＡと情報フレームＢに対してネットワーク符号化を行い、情報フレームＸを生成する。このネットワーク符号化により生成された情報フレームを符号化情報フレームと呼ぶ。なお、ネットワーク符号化には、情報フレーム同士のビット毎の排他的論理和がよく用いられる。ノードＲは、符号化情報フレームＸをノードＮ１およびノードＮ２に対して同報送信する。ノードＮ１は、自身が時刻Ｔ１において送信した情報フレームＡと時刻Ｔ３において受信した符号化情報フレームＸとを用いてネットワーク復号を行うことにより、情報フレームＢを取得する。同様に、ノードＮ２においても、自身が時刻Ｔ２において送信した情報フレームＢと時刻Ｔ３において受信した符号化情報フレームＸとを用いてネットワーク復号を行うことにより、情報フレームＡを取得する。ネットワーク復号には、ネットワーク符号化同様、情報フレーム同士の排他的論理和が用いられる。

上記の手順を行なうことにより、必要となるタイムスロット数が３となる。ネットワーク符号化を用いない場合と用いた場合を比較すると、ネットワーク符号化を適用することにより、ノードＮ１とノードＮ２が情報のやり取りを行うために消費するタイムスロット数が３／４になる。すなわち、ネットワーク符号化の適用によるスループット増大効果（これを「ネットワーク符号化利得」と呼ぶ。また、「ＮＣ利得」と略記する。）はその逆数の４／３となる。

また、符号化情報フレームに対してネットワーク復号処理を行う際に用いる情報フレームを鍵情報フレームと呼ぶ。たとえば、ノードＮ１においては、符号化情報フレームＸから情報フレームＢを取得するために用いる情報フレームＡが鍵情報フレームとなり、ノードＮ２においては、符号化情報フレームＸから情報フレームＡを取得するために用いる情報フレームＢが鍵情報フレームとなる。

図１９は、上記において説明した従来のネットワーク符号化を用いたマルチホップシステムにおけるノードＮ１、ノードＮ２としての端末局８の構成を示すブロック図である。端末局８は、情報フレーム生成部８−１、鍵情報フレーム記憶部８−２、変調部８−３、ＴＤＤスイッチ８−４、送受信アンテナ８−５、復調部８−６、ネットワーク復号部８−７、情報フレーム選択部８−８、及び、誤り検出部８−９を備えて構成される。

図２０は、上記において説明した従来のネットワーク符号化を用いたマルチホップシステムにおけるノードＲとしての中継局９の構成を示すブロック図である。中継局９は、送受信アンテナ９−１、ＴＤＤスイッチ９−２、復調部９−３、誤り検出部９−４、情報フレーム記憶部９−５、ネットワーク符号化部９−６、情報フレーム選択部９−７、変調部９−８を含んで構成される。

いま、２台の端末局８がそれぞれノードＮ１およびノードＮ２であり、ノードＲが中継局９であるとし、図１８に示される通信手順を行った場合における各機能ブロックの動作を以下に説明する。

時刻Ｔ１において、ノードＮ１としての端末局８には、送信すべき情報が存在し、情報フレーム生成部８−１は、送信データと制御情報、誤り検出用のフレームチェック系列（以下、「ＦＣＳ」と略記）から構成される情報フレームＡを生成する。情報フレームＡは、変調部８−３において無線信号に変調が行われると同時に、鍵情報フレーム記憶部８−２に鍵情報フレームとして記憶される。この記憶された鍵情報フレームは、後述する通り時刻Ｔ３においてネットワーク復号を行う際に用いられる。ＴＤＤスイッチ８−４は、変調部８−３と送受信アンテナ８−５とを接続し、変調部８−３によって変調が行われた情報フレームＡは、送受信アンテナ８−５により無線信号として中継局９へと送信される。

中継局９においては、ノードＮ１としての端末局８から送信された情報フレームＡを送受信アンテナ９−１により受信する。ＴＤＤスイッチ９−２は、送受信アンテナ９−１と復調部９−３を接続する。復調部９−３は、無線信号として受信した情報フレームＡを復調して情報系列へと復元し、誤り検出部９−４は、ＦＣＳを用いて情報系列が正しく復号されたかを判定する誤り検出処理を行なう。正しく復号された情報フレームＡについては、情報フレーム記憶部９−５に記憶される。正しく復号されなかった場合は、破棄される。

時刻Ｔ２において、ノードＮ２としての端末局８についても、時刻Ｔ１におけるノードＮ１としての端末局８と同様の動作を行う。ここでは、情報フレームＢが無線信号として送信され、鍵情報フレーム記憶部８−２に保持されることを除けば同一の動作となる。また、中継局９の動作についても同様であり、情報フレームＢの受信、復調及び誤り検出を行う。時刻Ｔ１、Ｔ２のそれぞれにおいて正しく復調が行われると、中継局９は、ネットワーク符号化を行うための二つの情報フレームを取得したこととなる。ネットワーク符号化部９−６は、情報フレーム記憶部９−５の出力である情報フレームＡと、誤り検出部９−４の出力である情報フレームＢに対して、ビット毎に排他的論理和演算を行い、符号化情報フレームＸを生成する。

時刻Ｔ３において、中継局９の情報フレーム選択部９−７は、ネットワーク符号化部９−６においてネットワーク符号化が行なわれた符号化情報フレームＸを変調部９−８に出力する。変調部９−８は、情報フレーム選択部９−７から出力された符号化情報フレームＸを無線信号に変調する。ＴＤＤスイッチ９−２が、変調部９−８と送受信アンテナ９−１とを接続すると、変調された符号化情報フレームＸは送受信アンテナ９−１により、ノードＮ１としての端末局８と、ノードＮ２としての端末局８とに同報送信される。

以下、ノードＮ１としての端末局８について説明を行う。端末局８は、中継局９から無線信号により送信された符号化情報フレームＸを、送受信アンテナ８−５を用いて受信する。時刻Ｔ３において、ＴＤＤスイッチ８−４は、送受信アンテナ８−５と復調部８−６とを接続する。受信された符号化情報フレームＸは、復調部８−６により、無線信号から情報系列へと復調される。ネットワーク復号部８−７は、復調後の符号化情報フレームＸと、鍵情報フレーム記憶部８−２に鍵情報フレームとして保持されている情報フレームＡとを用いてビット毎の排他的論理和演算を行い、ネットワーク復号する。情報フレーム選択部８−８には、復調部８−６の出力となる情報フレームと、ネットワーク復号部８−７の出力となる情報フレームの双方が入力されるが、ネットワーク復号部８−７において符号化情報フレームＸをネットワーク復号することにより情報フレームＢが得られるため、ネットワーク復号部８−７からの入力を誤り検出部８−９に出力する。誤り検出部８−９は、情報フレーム選択部８−８の出力となる情報フレームＢに対して誤り検出処理を行い、正しく復号が行われていれば受信情報として出力する。時刻Ｔ３におけるノードＮ２としての端末局８についても同様の動作となる。但し、鍵情報フレームＡは鍵情報フレームＢに、情報フレームＢは情報フレームＡに読みかえる。

上記のように時刻Ｔ３において、ノードＲが符号化情報フレームＸを生成し、送信するためには、それより前にノードＮ１とノードＮ２それぞれが情報フレームＡ、Ｂを送信していること、すなわち、各ノードＮ１、Ｎ２が時刻Ｔ１、Ｔ２において送信機会を得た際、送信バッファに情報フレームＡ、Ｂが格納されていなければならない。ノードＮ１およびノードＮ２が送信すべき情報が常に存在する状態であれば、送信機会を得た際に必ず情報フレームを送信するため、常に時刻Ｔ３において符号化情報フレームを生成することができる。

しかしながら、アクセス制御方式として、図１８において示したような固定的なチャネル割当を行うのではなく、ＡＬＯＨＡ方式やＣＳＭＡ方式といったランダムアクセス系プロトコルを想定すると、ノードＲが送信機会を得たときに、符号化情報フレームＸを生成するための情報フレームＡ及びＢの双方を必ずしも得ているとは限らない。さらに、ノードＮ１およびノードＮ２において送信機会を得たときに、送信すべき情報フレームが送信バッファに格納されていない場合や、ノードＲが無線チャネルの影響等により情報フレームの受信に失敗した場合についても、時刻Ｔ３においてネットワーク符号化を行う情報フレームＡ及びＢの双方が得られていない状態が発生する。この場合、ノードＲが、符号化情報フレームを生成するために必要となるもう一つの情報フレームが正しく受信されるまで待機したのちに符号化情報フレームＸを生成し、送信する手法も考えられるが、これは、遅延特性・スループット特性の低下をまねいてしまう。

そのような場合において、遅延特性・スループット特性の低下を抑止するために、ノードＲが送信機会を得た際に、正しく受信された情報フレームについてはネットワーク符号化を行わずそのまま送信する、という手法がある（例えば、非特許文献１参照）。

一例として、図２１は、ノードＲが、時刻Ｔ２においてノードＮ２から送信された情報フレームＢの受信に失敗した場合の送受信手順を示す。
この場合、時刻Ｔ３において、ノードＲは、時刻Ｔ１において受信した情報フレームＡを送信する。これにより、時刻Ｔ１〜Ｔ３の間に情報フレームＡの送信のみではあるが、送信処理を行うことができるため、スループット特性の低下を抑制することができる。

図２２は、ノードＲが、時刻Ｔ１においてノードＮ１から送信された情報フレームＡ、および、時刻Ｔ２においてノードＮ２から送信された情報フレームＢ双方の受信を失敗した場合の送受信手順を示す。
この場合、ノードＲは自身が送信すべき情報フレームを保持していないので、時刻Ｔ３では何も送信しない。あるいは、時刻Ｔ３のタイミングを用いて、他のノードとの通信を行ってもよい。ここでは、各ノードＮ１、Ｎ２およびノードＲが情報フレームを送信する時刻は固定的に割り当てられている例を考える。

無線区間における誤りを考慮すると、時刻Ｔ２までにおいてノードＲとしての中継局９が取りうる状態は、以下の４種類となる。
（ケース１）情報フレームＡ、情報フレームＢ双方の復調に成功する。
（ケース２）情報フレームＡの復調に成功し、情報フレームＢの復調に失敗する。
（ケース３）情報フレームＡの復調に失敗し、情報フレームＢの復調に成功する。
（ケース４）情報フレームＡ、情報フレームＢ双方の復調に失敗する。

（ケース１）については、符号化情報フレームＸを生成することができるので、上記で説明したように、情報フレーム選択部９−７は、ネットワーク符号化部９−６の出力である符号化情報フレームＸを変調部９−８に出力する。
（ケース２）については、情報フレームＡのみが正しく復調されているので、情報フレーム選択部９−７は、情報フレーム記憶部９−５の出力である情報フレームＡを変調部９−８に出力する。
（ケース３）については、情報フレームＢのみが正しく復調されているので、情報フレーム選択部９−７は、誤り検出部９−４の出力である情報フレームＢを変調部９−８に出力する。
（ケース４）については、正しく復調された情報フレームが存在しないため、情報フレーム選択部９−７は何も出力を行わない。

以上の動作により、符号化情報フレームが生成できない場合においても正しく復調された情報フレームを送信することにより、スループット特性の低下を抑制する。

時刻Ｔ３において、中継局９の変調部９−８は、（ケース１）〜（ケース３）のように情報フレーム選択部９−７からの出力が存在する場合、その出力である情報フレーム（符号化情報フレーム含む）を無線信号に変調し、ＴＤＤスイッチ９−２は、変調部９−８と送受信アンテナ９−１とを接続する。変調された情報フレームは、送受信アンテナ９−１により、ノードＮ１としての端末局８と、ノードＮ２としての端末局８とに同報送信される。

以下、ノードＮ１としての端末局８の説明を行う。端末局８は、上述した図１８における処理と同様の処理を行い、情報フレーム選択部８−８には、復調部８−６の出力となる情報フレームと、ネットワーク復号部８−７の出力となる情報フレームの双方が入力される。時刻Ｔ２の中継局９の動作において説明した（ケース１）の場合、符号化情報フレームＸをネットワーク復号することにより情報フレームＢが得られるため、ネットワーク復号部８−７からの入力である符号化情報フレームＸを誤り検出部８−９に出力する。一方、（ケース３）では、情報フレームＢを受信するため、復調部８−６からの入力を誤り検出部８−９に出力する。（ケース２）、（ケース４）については、情報フレームＢが取得できないため、処理を終了する。情報フレーム選択部８−８の出力となる情報フレームＢに対しては、誤り検出部８−９により誤りチェックが行われ、正しく復号が行われていれば受信情報として出力される。ノードＮ２としての端末局８についても同様の動作となる。

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.120２−１216, Jul.2000

中継局の送信タイミングにおいてネットワーク符号化が行えないときに、符号化されていない情報フレームを送信し、スループットの低下を抑制する図２１に示したような手法を用いる場合、中継局は、ネットワーク符号化が行える場合は符号化情報フレームを送信し、行えない場合はネットワーク符号化されていない情報フレームを送信する、あるいは何も送信しない、という制御を行うことにより伝送効率の低下を防いでいる。この場合、端末局は、中継局より符号化情報フレームと情報フレームのいずれかを受信する。いま、ノードＮ２として動作する端末局に着目すると、受信した情報フレームが符号化情報フレームＸであれば、自身が送信した情報フレームＢを用いてネットワーク復号を行う必要があるが、ネットワーク符号化されていない情報フレームＡであれば、ネットワーク復号の処理を行ってはならない。
上記の場合分け処理を適切に行うために、端末局は、受信したフレーム毎に符号化情報フレームと情報フレームのどちらであるかを予め知っておく必要がある。

例えば、ＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）／時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）フレームを用いてスケジューリングが行われるシステムであれば、時間的に棲み分けが行われているため、端末局は、ネットワーク符号化された情報フレームが送信されるタイミングを予め知っており、識別が可能となる。しかし、符号化フレームが送信されるタイミングが不確かである場合、すなわち、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムのように、ネットワーク符号化を行うペアとしての端末局と、ネットワーク符号化を行わない端末局とが無線チャネルを共有するような場合、あるいは、中継局が常にネットワーク符号化を行うわけではなく、ネットワーク符号化可能なフレームが対となってバッファ内に格納されている場合においてのみネットワーク符号化を行うような無線中継システムにおいては、ある時刻において中継局から送信された情報フレームがネットワーク符号化されているかどうかを、宛先としての端末局に対して通知する必要がある。

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、端末局において中継局から受信した情報フレームがネットワーク符号化を用いているか否かを判断し、情報フレームを復号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、前記中継局無線部により受信した信号を復調して情報フレームを得る中継局復調部と、前記中継局復調部により得られた複数の前記情報フレームをネットワーク符号化するネットワーク符号化部と、前記ネットワーク符号化部によりネットワーク符号化された前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報を設定する情報設定部と、前記情報設定部によりネットワーク符号化されていることを示す前記情報が付加された前記情報フレーム、または、前記中継局復調部により得られた前記情報フレームを変調した信号を前記中継局無線部により送信する変調部と、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、前記端末局無線部により前記中継局装置から受信した信号を復調して情報フレームを得る端末局復調部と、前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されている場合に、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームを、ネットワーク復号用の情報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、前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定され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、前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記ペイロード内のデータ誤り検出用情報を用いて設定されることを特徴とする。

また、本発明は、上述した無線中継システムであって、前記情報設定部は、ネットワーク符号化された前記情報フレームに基づいて得られたデータ誤り検出用の値に所定の演算を行なった結果を、前記情報フレームのペイロード内の前記データ誤り検出用情報に設定し、前記端末局装置は、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームに設定されている前記データ誤り検出用情報に基づいて、前記情報フレームの誤り検出を行なう誤り検出部と、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームに設定されている前記データ誤り検出用情報が前記所定の演算を行った結果の値であるとして、前記情報フレームの誤り検出を行なう改変誤り検出部と、前記誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームを出力し、前記改変誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記ネットワーク復号部によりネットワーク復号された前記情報フレームを出力する情報フレーム選択出力部と、をさらに備える、ことを特徴とする。

また、本発明は、上述した無線中継システムであって、前記情報設定部は、ネットワーク符号化された前記情報フレームのデータ誤り検出用情報を、ネットワーク符号化されていない情報フレームのデータ誤り検出用情報の前記ペイロード内における設定位置とは異なる設定位置に設定し、前記端末局装置は、ネットワーク符号化されていない情報フレームのデータ誤り検出用情報の設定位置に設定されている値を用いて、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームの誤り検出を行なう誤り検出部と、ネットワーク符号化されている情報フレームのデータ誤り検出用情報の設定位置に設定されている値を用いて、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームの誤り検出を行なう改変誤り検出部と、前記誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームを出力し、前記改変誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記ネットワーク復号部によりネットワーク復号された前記情報フレームを出力する情報フレーム選択出力部と、をさらに備える、ことを特徴とする。

また、本発明は、無線信号の送受信を行う無線部と、前記無線部により受信した信号を復調して情報フレームを得る復調部と、前記復調部により得られた複数の前記情報フレームをネットワーク符号化するネットワーク符号化部と、前記ネットワーク符号化部によりネットワーク符号化された前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報を設定する情報設定部と、前記情報設定部によりネットワーク符号化されていることを示す前記情報が付加された前記情報フレーム、または、前記復調部により得られた前記情報フレームを変調した信号を前記無線部により複数の端末局に送信する変調部と、を備え、前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定されることを特徴とする中継局装置である。

また、本発明は、無線信号の送受信を行う無線部と、前記無線部により中継局装置から受信した信号を復調して情報フレームを得る復調部と、前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されている場合に、前記復調部により得られた前記情報フレームを、ネットワーク復号用の情報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、前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定されることを特徴とする端末局装置である。

また、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受信した信号を復調して情報フレームを得る中継局復調過程と、前記中継局復調過程において得られた複数の前記情報フレームをネットワーク符号化するネットワーク符号化過程と、前記ネットワーク符号化過程においてネットワーク符号化された前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報を設定する情報設定過程と、前記情報設定過程においてネットワーク符号化されていることを示す前記情報が付加された前記情報フレーム、または、前記中継局復調過程において復調された前記情報フレームを変調した信号を前記中継局無線部により送信する送信過程と、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受信した信号を復調して情報フレームを得る端末局復調過程と、前記端末局復調過程において復調された前記情報フレームを、ネットワーク復号用の情報を用いてネットワーク復号するネットワーク復号過程と、前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されていない場合に、前記端末局復調過程において得られた前記情報フレームを出力し、ネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されている場合に、前記ネットワーク復号過程においてネットワーク復号された前記情報フレームを出力する情報フレーム選択出力過程と、を有し、前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定され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、中継局から情報フレームを受信した端末局において、受信した情報フレームがネットワーク符号化されているか否かを判断し、所望の情報フレームを得ることができる。このとき、ネットワーク符号化されていることを示す情報をペイロード内に設定することにより、ネットワーク符号化をサポートしていない端末局に影響を与えないようにすることができる。

本発明の第１の実施形態による無線フレーム例を示す図である。 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。 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。 同実施形態による処理フローを示す図である。 同実施形態を適用可能なトポロジを示す図である。 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。 同実施形態による処理フローを示す図である。 本発明の第３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。 本発明の第４の実施形態による無線フレーム例を示す図である。 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。 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。 同実施形態による処理フローを示す図である。 本発明の第５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。 同実施形態による処理フローを示す図である。 本発明の第６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。 Alice & Bobトポロジの構成を示す図である。 従来技術によるネットワーク符号化を用いない場合のAlice & Bobトポロジにおける通信手順を示す。 従来技術によるネットワーク符号化を用いた場合のAlice & Bobトポロジにおける通信手順を示す。 従来技術による端末局の構成を示すブロック図である。 従来技術による中継局の構成を示すブロック図である。 従来技術による中継局における情報フレーム受信失敗時の通信手順を示す。 従来技術による中継局における情報フレーム受信失敗時の通信手順を示す。

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１は、本発明の第１の実施形態による無線中継システムにおいて情報フレームの送信に用いられる無線フレームを示す図である。本実施形態の無線中継システムでは、中継局と端末局はＩＥＥＥ８０２．１１ａに準拠した無線ＬＡＮにより通信を行う。図１（ａ）に示すように、本実施形態の情報フレームに用いられる無線フレームは、ＳＴＦ、ＬＴＦ１、ＬＴＦ２、Ｓｉｇからなり、復調に必要な情報が設定される物理ヘッダと、ＭＡＣ(Medium Access Control)フレームであるＭＰＤＵ（MAC layer Protocol Data Unit）が設定されるペイロードとから構成される。ペイロードには、情報フレームのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）値であるＦＣＳ（Frame Check Sequence）が含まれる。ネットワーク符号化は、ペイロード、つまり、ＭＰＤＵに対して行なわれ、ＭＰＤＵにはＭＡＣヘッダも含まれる。なお、このネットワーク符号化の範囲は一例であり、例えば、ＭＡＣヘッダについてはネットワーク符号化を行なわず、ＭＡＣ層への入力であるＩＰペイロード（ＩＰフレーム）に対してネットワーク符号化を行なう場合もある。

本発明の第１の実施形態による無線中継システムでは、中継局において、ネットワーク符号化により生成された情報フレーム、つまり、符号化情報フレームに含まれるＦＣＳに対して、所定のルールにのっとったビット演算による改変を行った後、端末局へ送信を行う。図１（ｂ）は、この改変されたＦＣＳが設定されている無線フレームを示しており、改変されたＦＣＳをＦＣＳ’としている。端末局では、受信した情報フレームがネットワーク符号化されている符号化情報フレームかネットワーク符号化されていない情報フレームのいずれであるかを判定するために、情報フレームのＦＣＳに対して誤り検出演算を行うとともに、中継局において行った既定のビット演算と逆の操作を行なったＦＣＳに対しても同様に通常の誤り検出演算を行う。
そして、ＦＣＳを用いた通常の誤り検出結果が「正しい」との判定である場合にはネットワーク符号化されていない情報フレームを受信したとみなし、受信処理を行う。一方、既定のビット演算を行ったＦＣＳを用いた誤り検出結果が「正しい」との判定である場合には、ネットワーク符号化が施された符号化情報フレームを受信したとみなし、自身が保有する鍵情報フレームを用いて符号化情報フレームをネットワーク復号し、所望の情報フレームを取得する処理を行う。

以下、図１６に示すAlice & BobモデルにおけるノードＮ１およびノードＮ２として本実施形態の端末局装置１（以下、単に「端末局１」と記載）を用い、ノードＲとして本実施形態の中継局装置２（以下、単に「中継局２」と記載）を用いた場合について説明する。

図２は、本実施形態による端末局１の構成を示すブロック図である。端末局１は、情報フレーム生成部１−１、鍵情報フレーム記憶部１−２、変調部１−３、ＴＤＤスイッチ１−４、送受信アンテナ１−５、復調部１−６、誤り検出部１−７、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８、ネットワーク復号部１−９、及び、情報フレーム選択出力部１−１０を含んで構成される。同図に示す端末局１の情報フレーム生成部１−１、鍵情報フレーム記憶部１−２、変調部１−３、ＴＤＤスイッチ１−４、送受信アンテナ１−５、復調部１−６はそれぞれ、図１９に示す従来技術の端末局８の情報フレーム生成部８−１、鍵情報フレーム記憶部８−２、変調部８−３、ＴＤＤスイッチ８−４、送受信アンテナ８−５、復調部８−６と同様の機能を有する。

情報フレーム生成部１−１は、送信すべき情報フレームを生成する。鍵情報フレーム記憶部１−２は、情報フレーム生成部１−１により生成された情報フレームを鍵フレームとして記憶する。変調部１−３は、情報フレーム生成部１−１により生成された情報フレームの変調を行なう。ＴＤＤスイッチ１−４は、時分割によって送受信アンテナ１−５の接続を変調部１−３と復調部１−６との間で切り替える。

復調部１−６は、送受信アンテナ１−５により受信した無線信号を復調する。誤り検出部１−７は、復調部１−６において復調された情報フレームのＦＣＳを用いて、ＣＲＣ符号による情報フレームの誤り検出処理を行い、誤り検出結果及び情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０に出力する。

改変ＦＣＳ誤り検出部１−８は、復調部１−６において復調された情報フレームのＦＣＳ値に対して中継局２において行なった規定の演算の逆演算を行ない、逆演算したＦＣＳ値を用いて、ＣＲＣ符号による情報フレームの誤り検出処理を行なう。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８は、誤り検出結果をネットワーク復号部１−９または情報フレーム選択出力部１−１０に、情報フレームをネットワーク復号部１−９に出力する。

ネットワーク復号部１−９は、鍵情報フレーム記憶部１−２から読み出した鍵フレームを用いて、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８から入力された情報フレームをネットワーク復号し、ネットワーク復号により得られた情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０に出力する。なお、誤り検出結果が入力された場合は、復号した情報フレームとともに情報フレーム選択出力部１−１０に出力する。

情報フレーム選択出力部１−１０は、誤り検出部１−７において誤りが検出されなかった場合は、誤り検出部１−７から入力された情報フレームを選択し、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８において誤りが検出されなかった場合は、ネットワーク復号部１−９から出力された情報フレームを選択し、受信情報として出力する。

図３は、本実施形態による中継局２の構成を示すブロック図である。中継局２は、送受信アンテナ２−１、ＴＤＤスイッチ２−２、復調部２−３、誤り検出部２−４、情報フレーム記憶部２−５、ネットワーク符号化部２−６、情報フレーム選択部２−７、ＦＣＳ改変部２−８、変調部２−９を含んで構成される。同図に示す中継局２の送受信アンテナ２−１、ＴＤＤスイッチ２−２、復調部２−３、誤り検出部２−４、情報フレーム記憶部２−５、ネットワーク符号化部２−６、情報フレーム選択部２−７、変調部２−９はそれぞれ、図２０に示す従来技術の中継局９の送受信アンテナ９−１、ＴＤＤスイッチ９−２、復調部９−３、誤り検出部９−４、情報フレーム記憶部９−５、ネットワーク符号化部９−６、情報フレーム選択部９−７、変調部９−８と同様の機能を有する。

ＴＤＤスイッチ２−２は、時分割によって送受信アンテナ２−１の接続を復調部２−３と変調部２−９との間で切り替える。復調部２−３は、無線信号を復調し、情報フレームを得る。誤り検出部２−４は、復調部２−３により復調された情報フレームに対する誤り検出処理を行なう。情報フレーム記憶部２−５は、誤り検出部２−４によって誤りが検出されなかった情報フレームを記憶する。ネットワーク符号化部２−６は、復調部２−３により復調された情報フレームと、この情報フレームより先に復調され、情報フレーム記憶部２−５に記憶されていた情報フレームをネットワーク符号化して符号化情報フレームを生成する。生成された符号化情報フレームには、ＣＲＣ符号によるＦＣＳが含まれる。

情報フレーム選択部２−７は、ネットワーク符号化部２−６によりネットワーク符号化された符号化情報フレーム、復調部２−３により復調され、誤り検出部２−４によって誤りが検出されなかった情報フレーム、情報フレーム記憶部２−５に記憶されている情報フレームのいずれかを選択する。ＦＣＳ改変部２−８は、情報フレーム選択部２−７がネットワーク符号化部２−６によりネットワーク符号化された符号化情報フレームを選択した場合、ペイロードに含まれるＦＣＳに規定の演算を行ない、この演算結果によりを行なった結果により、当該ペイロードに含まれるＦＣＳを書き換える。変調部２−９は、情報フレーム選択部２−７から出力された情報フレームの変調を行う。変調部２−９により変調された情報フレームは、送受信アンテナ２−１から無線信号として送信される。

続いて、端末局１がノードＮ１およびノードＮ２であり、ノードＲが中継局２であるときに、図１８、図２１及び図２２に示される通信手順を行った場合の各機能ブロックの動作を以下に説明する。

時刻Ｔ１において、端末局１には、送信すべき情報が存在し、情報フレーム生成部１−１は、送信データと制御情報、誤り検出用のＦＣＳから構成される情報フレームＡを生成する。情報フレームＡは、変調部１−３において無線信号に変調が行われると同時に、鍵情報フレーム記憶部１−２に鍵情報フレームとして記憶される。この記憶された情報フレームは、後述する通り、時刻Ｔ３においてネットワーク復号を行う際に用いられる。ＴＤＤスイッチ１−４は、変調部１−３と送受信アンテナ１−５とを接続し、変調部１−３によって変調が行われた情報フレームＡは、送受信アンテナ１−５により無線信号として中継局２へと送信される。

中継局２においては、ノードＮ１としての端末局１から送信された情報フレームＡを送受信アンテナ２−１により受信する。ＴＤＤスイッチ２−２は送受信アンテナ２−１と復調部２−３を接続する。復調部２−３は、無線信号として受信した情報フレームＡを復調して情報系列へと復元し、誤り検出部２−４は、ＦＣＳを用いて、情報フレームＡの情報系列が正しく復号されたかを判定する誤り検出処理を行なう。正しく復号された情報フレームＡについては、情報フレーム記憶部２−５に記憶される。正しく復号されなかった場合は、破棄される。

時刻Ｔ２において、ノードＮ２としての端末局１についても、時刻Ｔ１におけるノードＮ１としての端末局１と同様の動作を行う。ここでは、情報フレームＢが無線信号として送信され、鍵情報フレーム記憶部１−２に保持されることを除けば同一の動作となる。また、中継局２の動作についても同様であり、情報フレームＢの受信、復調及び誤り検出を行う。時刻Ｔ１、Ｔ２のそれぞれにおいて正しく復調が行われると、中継局２は、ネットワーク符号化を行ための二つの情報フレームを取得したこととなる。ネットワーク符号化部２−６は、情報フレーム記憶部２−５の出力である情報フレームＡと、誤り検出部２−４の出力である情報フレームＢに対して、ビット毎に排他的論理和演算を行い、ＦＣＳを設定した符号化情報フレームＸを生成し、情報フレーム選択部２−７に出力する。

時刻Ｔ２において符号化情報フレームＸが生成された場合、時刻Ｔ３において、中継局２の情報フレーム選択部２−７は、ネットワーク符号化部２−６から入力された符号化情報フレームＸをＦＣＳ改変部２−８に出力する。ＦＣＳ改変部２−８では、符号化情報フレームに含まれるＦＣＳ部分についてのみ、規定の演算、ここでは、ビット反転を行う。ＦＣＳ改変部２−８は、ＦＣＳ部分にビット反転が行われた符号化情報フレームＸを変調部２−９に出力する。変調部２−９は、ＦＣＳ改変部２−８から入力された符号化情報フレームを変調する。

時刻Ｔ３においては、ＴＤＤスイッチ２−２により変調部２−９と送受信アンテナ２−１とが接続されているため、変調部２−９によって変調された符号化情報フレームは、送受信アンテナ２−１から無線信号として、ノードＮ１としての端末局１ならびにノードＮ２としての端末局１に送信される。

上記のように時刻Ｔ３において、中継局２が符号化情報フレームＸを生成し、送信するためには、それより前にノードＮ１とノードＮ２それぞれが情報フレームＡ、Ｂを送信していること、すなわち、各ノードＮ１、Ｎ２が時刻Ｔ１、Ｔ２において送信機会を得た際に、送信バッファである鍵情報フレーム記憶部１−２にノードＮ１の場合は情報フレームＡが、ノードＮ２の場合は情報フレームＢが格納されていなければならない。ノードＮ１およびノードＮ２が送信すべき情報が常に存在する状態であれば、送信機会を得た際に必ず情報フレームを送信するため、常に時刻Ｔ３において中継局２において符号化情報フレームを生成することができる。

時刻Ｔ２において符号化情報フレームＸが生成されない場合の中継局２の動作について説明する。符号化情報フレームＸが生成されない場合とは、すなわち、従来技術において説明したように、ランダムアクセス系プロトコルを用いた場合や、情報フレームの受信が誤った場合である。このような場合、正しく復号された情報フレーム、すなわち、情報フレーム記憶部２−５から出力される情報フレームＡ、あるいは、時刻Ｔ２において誤り検出部２−４から出力される情報フレームＢを情報フレーム選択部２−７において選択し、ネットワーク符号化を行わずに送信を行う。ＦＣＳ改変部２−８は、ＦＣＳの反転を行わずに、情報フレーム選択部２−７が選択した情報フレームをＡまたはＢを変調部２−９に出力し、変調部２−９によって変調された情報フレームＡまたはＢは、送受信アンテナ２−１から無線信号としてノードＮ１としての端末局１ならびにノードＮ２としての端末局１に送信される。つまり端末局１において設定された情報フレームＡまたはＢに含まれるＦＣＳは変更されずに送信される。

続いて、時刻Ｔ３における、ノードＮ１としての端末局１の動作を説明する。
図４は、時刻Ｔ３における端末局１の処理フローを示す図である。時刻Ｔ３において、端末局１のＴＤＤスイッチ１−４は、送受信アンテナ１−５と復調部１−６を接続する。中継局２から送信された情報フレームは、送受信アンテナ１−５により受信され（ステップＳ１１）、復調部１−６により復調され、誤り検出部１−７と改変ＦＣＳ誤り検出部１−８の双方に出力される（ステップＳ１２）。誤り検出部１−７は、受信した情報フレームに含まれるＦＣＳをそのまま用いて誤り検出処理を行う。具体的には、復調された情報フレームからＣＲＣ符号によるＦＣＳ値を算出し、算出したＦＣＳ値と情報フレームに含まれるＦＣＳ値とを照合して、情報フレームの誤りを検出する。誤り検出部１−７は、誤り検出結果と情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０に出力する。
一方、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８は、まず、復調された情報フレームに含まれるＦＣＳ部分をビット反転し、その後、このビット反転されたＦＣＳを用いて誤り検出処理を行う。具体的には、復調された情報フレームからＣＲＣ符号によるＦＣＳ値を算出し、算出したＦＣＳ値と、ビット反転されたＦＣＳ値とを照合して、情報フレームの誤りを検出する。

上述のように、中継局２のＦＣＳ改変部２−８においては、符号化情報フレームに対してＦＣＳ部分のビット反転を行うが、ネットワーク符号化されていない情報フレームについてはＦＣＳ部分のビット反転を行わない。そのため、誤り検出部１−７の誤り検出結果と、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８の誤り検出結果を参照することにより、受信された情報フレームが符号化情報フレームか、ネットワーク符号化されていない情報フレームのいずれかであるかが判別される。

すなわち、誤り検出部１−７の誤り検出結果が「誤り」との判定であり、かつ、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８の誤り検出結果が「正しい」との判定である場合（ステップＳ１３：ＮＯ、ステップＳ１４：ＹＥＳ）、受信した情報フレームは符号化情報フレームＸであると判断し、ネットワーク復号部１−９は、時刻Ｔ１において鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶していた情報フレームＡを鍵情報フレームとして、符号化情報フレームＸのネットワーク復号を行い、情報フレームＢを復元する（ステップＳ１５）。情報フレーム選択出力部１−１０は、ネットワーク復号部１−９から入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ１６）。

一方、誤り検出部１−７の誤り検出結果が「正しい」との判定であり、かつ、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８の誤り検出結果が「誤り」との判定である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、受信した情報フレームは情報フレームＢであると判断する。このとき、情報フレーム選択出力部１−１０は、誤り検出部１−７から入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ１７）。
また、誤り検出部１−７の誤り検出結果と、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８の誤り検出結果との双方が「誤り」との判定の場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、情報フレームが正しく受信されなかったと判断して情報フレームを破棄し、それ以降の処理は行わない（ステップＳ１８）。

なお、時刻Ｔ３における、ノードＮ２としての端末局１の動作も、ノードＮ１としての端末局１の動作と同様である。ただし、情報フレームＡを情報フレームＢに読み代え、情報フレームＢを情報フレームＡに読み代える。

なお、上記においては、端末局１の改変ＦＣＳ誤り検出部１−８、中継局２の情報ＦＣＳ改変部２−８においてＦＣＳに対して行なう規定の演算をビット反転としているが、規定の演算を、ＦＣＳのビット列を既定の数だけシフトさせる演算としてもよく、ＦＣＳのビット列を反転シフトさせる演算でもよい。あるいは、ＦＣＳのビット列を既定のハッシュ関数に入力したときの出力を規定の演算結果としてもよい。なお、規定の演算や関数が一方向性である場合、端末局１の改変ＦＣＳ誤り検出部１−８は、復調部１−６において復調された情報フレームからＣＲＣ符号によるＦＣＳ値を算出し、算出したＦＣＳ値に規定の演算を行った結果と、この情報フレームに設定されているＦＣＳ値とを照合して、情報フレームの誤りを検出する。

図５は、本実施形態を適用可能な他のトポロジの無線中継システムを示す図である。
時刻Ｔ１において、送信局であるノードＳ１（node-S1）は、情報フレームＡを変調し、無線により送信する。ノードＲとしての中継局２は、上記と同様に受信した無線信号を復調し、復調した情報フレームＡを情報フレーム記憶部２−５に記憶する。受信局であるノードＤ１（node-D1）としての端末局１は、中継局２宛に送信された無線信号を受信し、受信した無線信号から情報フレームＡを復調して、鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶する。

次に、時刻Ｔ２において、送信局であるノードＳ２（node-S2）は、情報フレームＢを変調し、無線により送信する。中継局２は、上記と同様に受信した無線信号を復調する。受信局であるノードＤ２（node-D2）としての端末局１は、ノードＤ１としての端末局１が無線信号を受信した際の上述の動作と同様に、ノードＳ２が中継局２に向けて送信した無線信号を受信し、受信した無線信号から情報フレームＢを復調して、鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶する。

時刻Ｔ３において、中継局２は、上記のAlice & Bobトポロジの場合と同様に、符号化情報フレームＸ、情報フレームＡ、情報フレームＢのいずれかを無線により、ノードＤ１としての端末局１、及び、ノードＤ２としての端末局１に送信する。ノードＤ１としての端末局１、ノードＤ２としての端末局１は、Alice & BobトポロジにおけるノードＮ１としての端末局１、ノードＮ２としての端末局１と同様の処理を行なう。ただし、ネットワーク復号に用いる鍵フレームは、自身が送信した情報フレームではなく、鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶されている受信した情報フレーム、つまり、ノードＤ１としての端末局１についてはノードＳ１から受信した情報フレームＡ、ノードＤ２としての端末局１についてはノードＳ２から受信した情報フレームＢである。

[第２の実施形態]
上述した第１の実施形態においては、端末局１は、図２に示すように、誤り検出部１−７及び改変ＦＣＳ誤り検出部１−８を並列に備え、復調部１−６によって復調された情報フレームを誤り検出部１−７及び改変ＦＣＳ誤り検出部１−８に出力している。本発明の第２の実施形態においては、誤り検出部と改変ＦＣＳ誤り検出部を直列に備える。以下の第１の実施形態との差分を説明する。

図６は、第２の実施形態による端末局装置１ａ（以下、単に「端末局１ａ」と記載）の構成を示すブロック図である。同図において、図２に示す第１の実施形態の端末局１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。図６に示す端末局１ａと図２に示す第１の実施形態の端末局１とが異なる点は、誤り検出部１−７、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８、ネットワーク復号部１−９、情報フレーム選択出力部１−１０に代えて、誤り検出部１−７ａ、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａ、ネットワーク復号部１−９ａ、情報フレーム選択出力部１−１０ａを備える点である。

誤り検出部１−７ａは、復調部１−６において復調された情報フレームに対して第１の実施形態による誤り検出部１−７と同様に誤り検出処理を行ない、誤り検出結果と情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ａに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａは、第１の実施形態による改変ＦＣＳ誤り検出部１−８と同様に誤り検出処理を行ない、誤り検出結果をネットワーク復号部１−９ａまたは情報フレーム選択出力部１−１０ａに出力し、情報フレームをネットワーク復号部１−９ａに出力する。ネットワーク復号部１−９ａは、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａから入力された情報フレームに第１の実施形態によるネットワーク復号部１−９と同様のネットワーク復号を行い、復号した情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ａに出力する。なお、誤り検出結果が入力された場合は、復号した情報フレームとともに情報フレーム選択出力部１−１０ａに出力する。

情報フレーム選択出力部１−１０ａは、誤り検出部１−７ａにおいて誤りが検出されなかった場合は、誤り検出部１−７ａから入力された情報フレームを選択して受信情報として出力し、誤りが検出された場合は、情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａに出力する。また、情報フレーム選択出力部１−１０ａは、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａにおいて誤りが検出されなかった場合は、ネットワーク復号部１−９ａによりネットワーク復号された情報フレームを選択し、受信情報として出力する。

続いて、端末局１ｂがノードＮ１およびノードＮ２であるときに、図１８、図２１及び図２２に示される通信手順を行った場合の各機能ブロックの動作を以下に説明する。

時刻Ｔ１におけるノードＮ１としての端末局１ａの動作、及び、時刻Ｔ２におけるノードＮ２としての端末局１ａの動作は、第１の実施形態における端末局１の動作と同様である。

時刻Ｔ３におけるノードＮ１としての端末局１ａの動作を説明する。
図７は、時刻Ｔ３における端末局１ａの処理フローを示す図である。時刻Ｔ３において、ノードＮ１としての端末局１ａのＴＤＤスイッチ１−４は、送受信アンテナ１−５と復調部１−６を接続する。中継局２から送信された情報フレームは、送受信アンテナ１−５により受信され（ステップＳ２１）、復調部１−６により復調されて誤り検出部１−７ａに出力される（ステップＳ２２）。誤り検出部１−７ａは、受信した情報フレームに含まれるＦＣＳをそのまま用いてＣＲＣ符号による誤り検出処理を行うと、誤り検出結果と情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ａに出力する。誤り検出部１−７ａの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、情報フレーム選択出力部１−１０ａは、受信した情報フレームは情報フレームＢであると判断し、誤り検出部１−７ａから入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ２４）。

一方、誤り検出部１−７ａの誤り検出結果が「誤り」との判定である場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、情報フレーム選択出力部１−１０ａは、誤り検出部１−７ａから入力された情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａは、復調された情報フレームに含まれるＦＣＳ部分をビット反転させた後、このビット反転されたＦＣＳを用いてＣＲＣ符号による誤り検出処理を行う。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、受信した情報フレームは符号化情報フレームＸであると判断し、ネットワーク復号部１−９ａは、時刻Ｔ１において鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶していた情報フレームＡを鍵情報フレームとして、符号化情報フレームＸのネットワーク復号を行い、情報フレームＢを復元する（ステップＳ２６）。情報フレーム選択出力部１−１０ａは、ネットワーク復号部１−９ａから入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ２７）。

なお、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａの誤り検出結果が「誤り」との判定である場合は（ステップＳ２５：ＮＯ）、情報フレームが正しく受信されなかったと判断して情報フレームを破棄し、それ以降の処理は行わない（ステップＳ２８）。

なお、時刻Ｔ３における、ノードＮ２としての端末局１ａの動作も、ノードＮ１としての端末局１ａの動作と同様である。ただし、情報フレームＡを情報フレームＢに読み代え、情報フレームＢを情報フレームＡに読み代える。

なお、以下のように動作することで、端末局１ａに、情報フレーム選択出力部１−１０ａが不要となる。すなわち、誤り検出部１−７ａは、誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、復調部１−６から入力された情報フレームを受信情報として出力し、「誤り」との判定である場合に、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａに情報フレームを出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａは、誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、誤り検出部１−７ａから入力された情報フレームが符号化情報フレームであるとしてネットワーク復号部１−９ａに出力し、「誤り」との判定である場合に、情報フレームを破棄する。ネットワーク復号部１−９ａは、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａから受信した符号化情報フレームをネットワーク復号して得られた情報フレームを受信情報として出力する。

[第３の実施形態]
上述した第２の実施形態においては、端末局１は、図６に示すように、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ａによる符号化情報フレーム用の誤り判定処理を行なったのち、ネットワーク復号部１−９ａにおいてネットワーク復号を行なっている。本発明の第３の実施形態においては、ネットワーク復号を行なった後、符号化情報フレーム用の誤り判定処理を行なう。

図８は、第３の実施形態による端末局装置１ｂ（以下、単に「端末局１ｂ」と記載）の構成を示すブロック図である。同図において、図６に示す第２の実施形態の端末局１ａと同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。図８に示す端末局１ｂと図６に示す第２の実施形態の端末局１ａとが異なる点は、ネットワーク復号部１−９ｂの後段に改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｂを備え、情報フレーム選択出力部１−１０ａに代えて情報フレーム選択出力部１−１０ｂを備える点である。
以下、第２の実施形態との差分について説明する。

時刻Ｔ３におけるノードＮ１としての端末局１ｂの動作を説明する。
時刻Ｔ３において、ノードＮ１としての端末局１ｂのＴＤＤスイッチ１−４は、送受信アンテナ１−５と復調部１−６を接続する。中継局２から送信された情報フレームは、送受信アンテナ１−５により受信され、復調部１−６により復調されて誤り検出部１−７ａに出力される。誤り検出部１−７ａは、受信した情報フレームに含まれるＦＣＳをそのまま用いてＣＲＣ符号による誤り検出処理を行うと、誤り検出結果と情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ｂに出力する。誤り検出部１−７ａの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合、情報フレーム選択出力部１−１０ｂは、受信した情報フレームは情報フレームＢであると判断し、誤り検出部１−７ａから入力された情報フレームＢを受信情報として出力する。

一方、誤り検出部１−７ａの誤り検出結果が「誤り」との判定である場合、情報フレーム選択出力部１−１０ｂは、誤り検出部１−７ａから入力された情報フレームが符号化情報フレームＸの可能性があると判断し、ネットワーク復号部１−９ｂへ出力する。ネットワーク復号部１−９ｂは、時刻Ｔ１において鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶していた情報フレームＡを鍵情報フレームとして、入力された情報フレームのネットワーク復号を行い、情報フレームを復元すると、ネットワーク復号前の情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｂに出力し、ネットワーク復号した情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ｂに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｂは、ネットワーク復号部１−９ｂから受信した情報フレームに含まれるＦＣＳ部分をビット反転させた後、このビット反転されたＦＣＳを用いて誤り検出処理を行う。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｂは、誤り検出結果を情報フレーム選択出力部１−１０ｂに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｂの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合、情報フレーム選択出力部１−１０ｂは、中継局２から受信した情報フレームは符号化情報フレームＸであり、ネットワーク復号部１−９ｂから入力された情報フレームは情報フレームＢであると判断し、当該情報フレームＢを受信情報として出力する。

なお、時刻Ｔ３における、ノードＮ２としての端末局１ｂの動作も、ノードＮ１としての端末局１ｂの動作と同様である。ただし、情報フレームＡを情報フレームＢに読み代え、情報フレームＢを情報フレームＡに読み代える。

なお、以下のように動作することで、端末局１ｂに、情報フレーム選択出力部１−１０ｂが不要となる。すなわち、誤り検出部１−７ａは、誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、復調部１−６から入力された情報フレームを受信情報として出力し、「誤り」との判定である場合に、ネットワーク復号部１−９ｂに情報フレームを出力する。ネットワーク復号部１−９ｂは、誤り検出部１−７ｂから受信した情報フレームをネットワーク復号して得られた情報フレームと、ネットワーク復号前の情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｂに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｂは、ネットワーク復号前の情報フレームの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、ネットワーク復号により得られた情報フレームを受信情報として出力し、「誤り」との判定である場合に、情報フレームを破棄する。

[第４の実施形態]
上述した第１の実施形態においては、ネットワーク符号化を行わなかった情報フレームには通常のＦＣＳを、ネットワーク符号化を行なった情報フレームには所定の演算を行ったＦＣＳを設定している。一方、本実施形態では、ネットワーク符号化を行わなかった情報フレームについてはＦＣＳを通常の定められた位置に設定し、ネットワーク符号化を行なった情報フレームについてはＦＣＳを通常の定められた位置とは異なる位置に設定する。なお、ネットワーク符号化を行なった情報フレームのＦＣＳが設定される、通常の定められた位置と異なる位置は、中継局、端末局とも事前にわかっているものとする。
以下、第１の実施形態との差分を説明する。

図９は、本発明の第２の実施形態による無線中継システムにおいて用いられる無線フレームを示す図である。図９（ａ）に示すように、ネットワーク符号化を行なわなかった場合、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに準拠した無線フレームに定められるように、ペイロード内の最後尾にＦＣＳが設定される。一方、ネットワーク符号化を行った場合、図９（ｂ）に示すように、ペイロード内において標準により定められた位置とは異なる位置、同図においては、ペイロードの先頭にＦＣＳが設定される。

図１０は、本実施形態による端末局装置１ｃ（以下、単に「端末局１ｃ」と記載）の構成を示すブロック図である。同図において、図２に示す第１の実施形態の端末局１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０に示す端末局１ｃと図２に示す第１の実施形態の端末局１とが異なる点は、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８に代えて、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃを備える点である。
改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃは、復調部１−６により復調された情報フレームからネットワーク符号化用のＦＣＳ位置に設定されているＦＣＳ値を読み出すと、当該情報フレームに対し、ＣＲＣ符号による誤り検出処理を行なう。

図１１は、本実施形態による中継局装置２ｃ（以下、単に「中継局２ｃ」と記載）の構成を示すブロック図である。同図において、図３に示す第１の実施形態の中継局２と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１１に示す中継局２ｃと図３に示す第１の実施形態の中継局２とが異なる点は、ＦＣＳ改変部２−８に代えて、ＦＣＳ改変部２−８ｃを備える点である。
ＦＣＳ改変部２−８ｃは、情報フレーム選択部２−７がネットワーク符号化部２−６によりネットワーク符号化された符号化情報フレームを選択した場合、ペイロードに含まれるＦＣＳを、通常のＦＣＳの位置からネットワーク符号化用のＦＣＳの位置に移動する。

続いて、端末局１ｃがノードＮ１およびノードＮ２であり、ノードＲが中継局２ｃであるときに、図１８、図２１及び図２２に示される通信手順を行った場合の各機能ブロックの動作を以下に説明する。

時刻Ｔ１におけるノードＮ１としての端末局１ｃ及び中継局２ｃの動作、及び、時刻Ｔ２におけるノードＮ２としての端末局１ｃ及び中継局２ｃの動作は、第１の実施形態における端末局１、中継局２の動作と同様である。

時刻Ｔ２において、中継局２ｃのネットワーク符号化部２−６が、情報フレームＡと情報フレームＢと用いてビット毎に排他的論理和演算を行い、符号化情報フレームＸを生成した場合、時刻Ｔ３において、情報フレーム選択部２−７は、ネットワーク符号化部２−６から入力された符号化情報フレームＸをＦＣＳ改変部２−８ｃに出力する。ＦＣＳ改変部２−８ｃでは、符号化情報フレームに含まれるＦＣＳを、ＩＥＥＥ８０２．１１ａにより定められた位置、すなわち、ペイロードの最後尾から、ネットワーク符号化用の位置、ここでは、ペイロードの先頭部分に移動する。ＦＣＳ改変部２−８ｃは、ＦＣＳ位置が変更された符号化情報フレームＸを変調部２−９に出力する。変調部２−９は、ＦＣＳ改変部２−８ｃから入力された符号化情報フレームを変調する。

時刻Ｔ３においては、ＴＤＤスイッチ２−２により変調部２−９と送受信アンテナ２−１とが接続されているため、変調部２−９によって変調された符号化情報フレームは、送受信アンテナ２−１から無線信号としてノードＮ１となる端末局１ならびにノードＮ２となる端末局１に送信される。

なお、時刻Ｔ２において符号化情報フレームＸが生成されない場合の中継局２ｃの動作については、第１の実施形態の中継局２の動作と同じである。つまり、情報フレーム記憶部２−５から出力される情報フレームＡ、あるいは、時刻Ｔ２において誤り検出部２−４から出力される情報フレームＢを情報フレーム選択部２−７において選択し、ＦＣＳ改変部２−８ｃは、ＦＣＳ位置の移動を行わずに、情報フレーム選択部２−７が選択した情報フレームをＡまたはＢを変調部２−９に出力し、変調部２−９によって変調された情報フレームＡまたはＢは、送受信アンテナ２−１から無線信号としてノードＮ１となる端末局１ならびにノードＮ２となる端末局１に送信される。

続いて、時刻Ｔ３における、ノードＮ１としての端末局１ｃの動作を説明する。
図１２は、時刻Ｔ３における端末局１ｃの処理フローを示す図である。時刻Ｔ３において、端末局１ｃのＴＤＤスイッチ１−４は、送受信アンテナ１−５と復調部１−６を接続する。中継局２ｃから送信された情報フレームは、送受信アンテナ１−５により受信され（ステップＳ３１）、復調部１−６により復調されて、誤り検出部１−７と改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃの双方に出力される（ステップＳ３２）。誤り検出部１−７は、情報フレームにおける通常のＦＣＳ位置、つまり、ペイロードの最後尾に設定されているＦＣＳを用いてＣＲＣ符号による誤り検出処理を行う。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃは、情報フレームにおけるネットワーク符号化用のＦＣＳ位置、ここでは、ペイロードの先頭に設定されているＦＣＳを用いてＣＲＣ符号による誤り判定処理を行い、情報フレームの誤りを検出する。

上述のように、端末局１ｃは、符号化情報フレームに対してはネットワーク符号化用のＦＣＳ位置からＦＣＳ値を読み出し、ネットワーク符号化されていない情報フレームについては通常のＦＣＳ位置、つまり、ペイロードの最後尾からＦＣＳ値を読み出す。そのため、誤り検出部１−７の誤り検出結果と、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃの誤り検出結果を参照することにより、受信された情報フレームが符号化情報フレームＸか、ネットワーク符号化された情報フレームのいずれかであるかが判別される。

すなわち、誤り検出部１−７の誤り検出結果が「誤り」との判定であり、かつ、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合（ステップＳ３３：ＮＯ、ステップＳ３４：ＹＥＳ）、受信した情報フレームは符号化情報フレームＸであると判断し、ネットワーク復号部１−９は、時刻Ｔ１において鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶していた情報フレームＡを鍵情報フレームとして、符号化情報フレームＸのネットワーク復号を行い、情報フレームＢを復元する（ステップＳ３５）。情報フレーム選択出力部１−１０は、ネットワーク復号部１−９から入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ３６）。

一方、誤り検出部１−７の誤り検出結果が「正しい」との判定であり、かつ、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃの誤り検出結果が「誤り」との判定である場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、受信した情報フレームは情報フレームＢであると判断する。情報フレーム選択出力部１−１０ｃは、誤り検出部１−７から入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ３７）。
また、誤り検出部１−７の誤り検出結果と、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃの誤り検出結果の双方が誤りであるとの判定の場合は（ステップＳ３４：ＮＯ）、情報フレームが正しく受信されなかったと判断して情報フレームを破棄し、それ以降の処理は行わない（ステップＳ３８）。

なお、時刻Ｔ３における、ノードＮ２としての端末局１ｃの動作も、ノードＮ１としての端末局１ｃの動作と同様である。ただし、情報フレームＡを情報フレームＢに読み代え、情報フレームＢを情報フレームＡに読み代える。

なお、上記においては、ペイロードの先頭位置をネットワーク符号化用のＦＣＳ位置としているが、ペイロード中の最後尾以外の任意の位置としてもよい。

[第５の実施形態]
上述した第４の実施形態においては、端末局１ｃは、図１０に示すように、誤り検出部１−７及び改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃを並列に備え、復調部１−６によって復調された情報フレームを誤り検出部１−７及び改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃに出力している。本発明の第５の実施形態においては、誤り検出部と改変ＦＣＳ誤り検出部を直列に備える。以下、第４の実施形態との差分を説明する。

図１３は、第４の実施形態による端末局装置１ｄ（以下、単に「端末局１ｄ」と記載）の構成を示すブロック図である。同図において、図１０に示す第４の実施形態の端末局１ｃと同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１３に示す端末局１ｄと図１０に示す第４の実施形態の端末局１ｃとが異なる点は、誤り検出部１−７、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃ、ネットワーク復号部１−９、情報フレーム選択出力部１−１０に代えて、誤り検出部１−７ｄ、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄ、ネットワーク復号部１−９ｄ、情報フレーム選択出力部１−１０ｄを備える点である。

誤り検出部１−７ｄは、図６に示す第２の実施形態による端末局１ａの誤り検出部１−７ａと同様の機能を有する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄは、第４の実施形態による改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｃと同様に誤り検出処理を行ない、誤り検出結果をネットワーク復号部１−９ｄまたは情報フレーム選択出力部１−１０ｄに出力し、情報フレームをネットワーク復号部１−９ｄに出力する。ネットワーク復号部１−９ｄは、第２の実施形態による端末局１ａのネットワーク復号部１−９ａと同様の機能を有する。

情報フレーム選択出力部１−１０ｄは、誤り検出部１−７ｄにおいて誤りが検出されなかった場合は、誤り検出部１−７ｄから入力された情報フレームを選択して受信情報として出力し、誤りが検出された場合は、情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄに出力する。また、情報フレーム選択出力部１−１０ｄは、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄにおいて誤りが検出されなかった場合は、ネットワーク復号部１−９ｄによりネットワーク復号された情報フレームを選択し、受信情報として出力する。

続いて、端末局１ｄがノードＮ１およびノードＮ２であるときに、図１８、図２１及び図２２に示される通信手順を行った場合の各機能ブロックの動作を以下に説明する。

時刻Ｔ１におけるノードＮ１としての端末局１ｄの動作、及び、時刻Ｔ２におけるノードＮ２としての端末局１ｄの動作は、第４の実施形態における端末局１ｃの動作と同様である。

時刻Ｔ３におけるノードＮ１としての端末局１ｄの動作を説明する。
図１４は、時刻Ｔ３における端末局１ｄの処理フローを示す図である。時刻Ｔ３において、ノードＮ１としての端末局１ｄのＴＤＤスイッチ１−４は、送受信アンテナ１−５と復調部１−６を接続する。中継局２ｃから送信された情報フレームは、送受信アンテナ１−５により受信され（ステップＳ４１）、復調部１−６により復調されて誤り検出部１−７ｄに出力される（ステップＳ４２）。誤り検出部１−７ｄは、受信した情報フレームにおける通常の位置、つまり、ペイロードの最後尾に設定されているＦＣＳを用いてＣＲＣ符号による誤り検出処理を行うと、誤り検出結果と情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ｄに出力する。誤り検出部１−７ｄの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、情報フレーム選択出力部１−１０ｄは、受信した情報フレームは情報フレームＢであると判断し、誤り検出部１−７ｄから入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ４４）。

一方、誤り検出部１−７ｄの誤り検出結果が「誤り」との判定である場合（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、情報フレーム選択出力部１−１０ｄは、誤り検出部１−７ｄから入力された情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄは、復調された情報フレームからネットワーク符号化用のＦＣＳ位置、つまり、ペイロードの先頭に設定されているＦＣＳ値を読み出すと、情報フレームにＣＲＣ符号による誤り検出処理を行なう。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、中継局２ｃから受信した情報フレームは符号化情報フレームＸであると判断し、ネットワーク復号部１−９ｄは、時刻Ｔ１において鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶していた情報フレームＡを鍵情報フレームとして、符号化情報フレームＸのネットワーク復号を行い、情報フレームＢを復元する（ステップＳ４６）。情報フレーム選択出力部１−１０ｄは、ネットワーク復号部１−９ｄから入力された情報フレームＢを受信情報として出力する（ステップＳ４７）。

なお、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄの誤り検出結果が「誤り」との判定である場合は（ステップＳ４７：ＮＯ）、情報フレームが正しく受信されなかったと判断して情報フレームを破棄し、それ以降の処理は行わない（ステップＳ４８）。

なお、時刻Ｔ３における、ノードＮ２としての端末局１ｄの動作も、ノードＮ１としての端末局１ｄの動作と同様である。ただし、情報フレームＡを情報フレームＢに読み代え、情報フレームＢを情報フレームＡに読み代える。

なお、以下のように動作することで、端末局１ｄに、情報フレーム選択出力部１−１０ｄが不要となる。すなわち、誤り検出部１−７ｄは、誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、復調部１−６から入力された情報フレームを受信情報として出力し、「誤り」との判定である場合に、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄに情報フレームを出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄは、誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、誤り検出部１−７ｄから入力された情報フレームが符号化情報フレームであるとしてネットワーク復号部１−９ｄに出力し、「誤り」との判定である場合に、情報フレームを破棄する。ネットワーク復号部１−９ｄは、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄから受信した符号化情報フレームをネットワーク復号して得られた情報フレームを受信情報として出力する。

[第６の実施形態]
上述した第５の実施形態においては、端末局１ｄは、図１３に示すように、改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｄによる符号化情報フレーム用の誤り判定処理を行なったのち、ネットワーク復号部１−９ｄにおいてネットワーク復号を行なっている。本発明の第６の実施形態においては、ネットワーク復号を行なった後、符号化情報フレーム用の誤り判定処理を行なう。

図１５は、第５の実施形態による端末局装置１ｅ（以下、単に「端末局１ｅ」と記載）の構成を示すブロック図である。同図において、図１３に示す第５の実施形態の端末局１ｄと同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１５に示す端末局１ｅと１３２に示す第５の実施形態の端末局１とが異なる点は、ネットワーク復号部１−９ｅの後段に改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｅを備え、情報フレーム選択出力部１−１０ｄに代えて情報フレーム選択出力部１−１０ｅを備える点である。
以下、第５の実施形態との差分について説明する。

時刻Ｔ３におけるノードＮ１としての端末局１ｅの動作を説明する。
時刻Ｔ３において、ノードＮ１としての端末局１ｅのＴＤＤスイッチ１−４は、送受信アンテナ１−５と復調部１−６を接続する。中継局２ｃから送信された情報フレームは、送受信アンテナ１−５により受信され、復調部１−６により復調されて誤り検出部１−７ｄに出力される。誤り検出部１−７ｄは、受信した情報フレームにおける通常の位置、つまり、ペイロードの最後尾に設定されているＦＣＳを用いてＣＲＣ符号による誤り検出処理を行うと、誤り検出結果と情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ｅに出力する。誤り検出部１−７ｄの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合、情報フレーム選択出力部１−１０ｅは、受信した情報フレームは情報フレームＢであると判断する。よって、情報フレーム選択出力部１−１０ｅは、誤り検出部１−７ａから入力された情報フレームＢを受信情報として出力する。

一方、誤り検出部１−７ｄの誤り検出結果が「誤り」との判定である場合、情報フレーム選択出力部１−１０ｅは、誤り検出部１−７ｄから入力された情報フレームが符号化情報フレームＸの可能性があると判断し、ネットワーク復号部１−９ｅに出力する。ネットワーク復号部１−９ｅは、時刻Ｔ１において鍵情報フレーム記憶部１−２に記憶していた情報フレームＡを鍵情報フレームとして、入力された情報フレームのネットワーク復号を行い、情報フレームを復元すると、ネットワーク復号前の情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｅに出力し、ネットワーク復号した情報フレームを情報フレーム選択出力部１−１０ｅに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｅは、ネットワーク復号部１−９ｅから受信した情報フレームに対し、ネットワーク符号化用のＦＣＳ位置、ここでは、ペイロードの先頭に設定されているＦＣＳを用いてＣＲＣ符号による誤り判定処理を行う。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｅは、誤り検出結果を情報フレーム選択出力部１−１０ｅに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｅの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合、情報フレーム選択出力部１−１０ｅは、中継局２ｃから受信した情報フレームは符号化情報フレームＸであり、ネットワーク復号部１−９ｅから入力された情報フレームは情報フレームＢであると判断し、当該情報フレームＢを受信情報として出力する。

なお、時刻Ｔ３における、ノードＮ２としての端末局１ｅの動作も、ノードＮ１としての端末局１ｅの動作と同様である。ただし、情報フレームＡを情報フレームＢに読み代え、情報フレームＢを情報フレームＡに読み代える。

なお、以下のように動作することで、端末局１ｅに、情報フレーム選択出力部１−１０ｅが不要となる。すなわち、誤り検出部１−７ｄは、誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、復調部１−６から入力された情報フレームを受信情報として出力し、「誤り」との判定である場合に、ネットワーク復号部１−９ｅに情報フレームを出力する。ネットワーク復号部１−９ｅは、誤り検出部１−７ｅから受信した情報フレームをネットワーク復号して得られた情報フレームと、ネットワーク復号前の情報フレームを改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｅに出力する。改変ＦＣＳ誤り検出部１−８ｅは、ネットワーク復号前の情報フレームの誤り検出結果が「正しい」との判定である場合に、ネットワーク復号により得られた情報フレームを受信情報として出力し、「誤り」との判定である場合に、情報フレームを破棄する。

上述した本発明の第１〜第６の実施形態によれば、中継局から情報フレームを受信した端末局は、ネットワーク符号化をサポートしているか否かにかかわらず、通常通りの受信操作の後、ＭＡＣ層における通常の位置からＦＣＳを切り出してＣＲＣ符号による誤り検出処理を行う。ネットワーク符号化をサポートしていない端末局の場合、受信した情報フレームが符号化情報フレームであれば、この誤り検出処理によって誤りである、すなわち、自端末局では意味のある情報フレームを得ることができないと認識されるため、そのまま破棄することができる。一方、ネットワーク符号化をサポートしている端末局の場合、通常のＣＲＣ符号による誤り検出処理によって受信情報フレームが「誤り」であると判定すると、その情報フレームがネットワーク符号化された情報フレームであると判定し、通常の位置から切り出したＦＣＳに中継局における所定の演算の逆演算を行なった値、あるいは、あらかじめ規定してあるネットワーク符号化用の位置から切り出したＦＣＳを用いて、再度ＣＲＣ符号による誤り検出処理を行う。その結果「正しい」と判定された情報フレームは、ネットワーク符号化された誤りのない情報フレームであると認識できるため、ネットワーク復号を行い所望の情報フレームを得ることができる。なお、この２回目の誤り検出処理の結果「誤り」と判定された場合には、ネットワーク符号化された情報フレームか否かの判定はできないが、誤りが含まれた、復調が失敗した情報フレームとであることが少なくとも認識できるため、破棄することができる。

中継局から送信された情報フレームがネットワーク符号化されているかどうかを、宛先としての端末局に対して通知する場合、制御情報フレームを送受信して通知を行う手法も考えられる。しかしこれは、オーバヘッド増加を招くため適切でない。また、システムのオーバヘッド削減のため、ネットワーク符号化情報フレーム自体に制御信号を新たに埋め込むと、既存システムに対して影響を及ぼすため、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ標準のような、既存システムに対して後方互換性を持たせるシステムには望ましくない。つまり、既存システムにネットワーク符号化を実現する端末局を混在させること事を考えると、既存の情報フレームに新しい制御情報を追加しても、既存端末局が解釈できないことになり、これにより、既存の端末局が予測していない動作を行ってしまう等の悪影響が懸念される。

例えば、ネットワーク符号化された情報フレームかどうかを中継局が端末局に通知するために、プリアンブルに通知ビットを挿入することを想定したとしても、既存の標準規格に準拠した無線システムにネットワーク符号化を適用することを考えた場合、プリアンブルには通知ビットを挿入するための余裕がなく、挿入は不可能である。

また、ネットワーク符号化用のヘッダ情報の増加を避けるため、データ部のみではなくＭＡＣヘッダまでまとめてネットワーク符号化を行うような無線中継システムの場合、中継局がネットワーク符号化をサポートしている端末局向けの情報フレームをネットワーク符号化した結果、宛先局のＭＡＣアドレスがネットワーク符号化をサポートしていない端末局のアドレスになってしまい、誤動作を招く可能性がある。

具体的に例を挙げると、ノードＮ１のＭＡＣアドレスが「D8-AB-E2-A2-7B-4E」、ノードＮ２のＭＡＣアドレスが「85-5C-5C-5C-50-ED」の場合、ＸＯＲの結果がネットワーク符号化をサポートしていないノードＮ３のＭＡＣアドレス「5D-F7-BE-FE-2B-A3」と一致し、ノードＮ３は符号化情報フレームを自分宛の情報フレームと誤認識を起こしてしまう。ここで、プリアンブルに通知ビットを埋め込む手法を行った場合、ネットワーク符号化をサポートするノードＮ１、Ｎ２は正常に動作するが、ネットワーク符号化をサポートしていないノードＮ３では、プリアンブルによる通知ビットの解釈を行なうことができないため、通常通りに復調、ＣＲＣによる誤り検出処理を行い、この誤り検出処理では復調に失敗しない限り「正しい」と判定される。しかしながらそのＭＳＤＵ（データの中身）は意味をなさないものであるため、上位層に動作に影響を与えてしまう。

このように、既存端末局が解釈できないような形式を用いてネットワーク符号化された情報フレームであることを通知した場合は、ネットワーク符号化をサポートしていない端末局に誤ってネットワーク符号化された情報フレームが送信され、誤った宛先に意味のないデータを届けてしまったり、ＩＰ（Internet Protocol）ネットワーク上での宛先が不明となり、ネットワーク上のトラヒックを増加させてしまったりする問題があるが、本実施形態では、このような問題が発生しない。

なお、上述した本発明の実施形態においては、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに準拠した例について説明したが、他の標準（通信プロトコル）についても適用可能である。また、上記実施形態においては、ネットワークコーディングされている情報フレームであることを示す情報をＦＣＳにより示しているが、他の通信プロトコルにより端末局と中継局とが通信する場合は、その通信プロトコルに適用される通信フレームにおいてデータ誤り検出に用いられる情報、例えば、パリティビットなどを用いて示してもよい。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、中継局から端末局へ送信する情報フレームに通知ビットを追加することなく、ネットワーク符号化をサポートしている端末局に対して、中継局から送信する情報フレームがネットワーク符号化された情報フレームであることを通知することが可能となる。また、ネットワーク符号化をサポートしない端末局では、ＣＲＣ符号による誤り検出処理の結果、符号化情報フレームは「誤り」と判断され、破棄されるため、通常の端末局に影響を与えることがない。従って、追加のオーバヘッドが不要であり、かつ、既存システムに対して悪影響を与えることなく、中継局から送信される情報フレームが符号化情報フレームであるか否かの識別を通知することが可能となり、ネットワーク符号化を効率よく行うことができる。また、本発明は上記実施形態を適用する対象となる中継局、端末局のみに、軽微なソフトウェア変更を行なうことで実現することができる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ…端末局
１−１…情報フレーム生成部
１−２…鍵情報フレーム記憶部
１−３…変調部
１−４…ＴＤＤスイッチ
１−５…送受信アンテナ
１−６…復調部
１−７、１−７ａ、１−７ｃ、１−７ｄ…誤り検出部
１−８、１−８ａ、１−８ｂ、１−８ｃ、１−８ｄ、１−８ｅ…改変ＦＣＳ誤り検出部
１−９、１−９ａ、１−９ｂ、１−９ｃ、１−９ｄ、１−９ｅ…ネットワーク復号部
１−１０、１−１０ａ、１−１０ｂ、１−１０ｃ、１−１０ｄ、１−１０ｅ…情報フレーム選択出力部
２、２ｃ…中継局
２…中継局
２−１…送受信アンテナ
２−２…ＴＤＤスイッチ
２−３…復調部
２−４…誤り検出部
２−５…情報フレーム記憶部
２−６…ネットワーク符号化部
２−７…情報フレーム選択部
２−８、２−８ｃ…ＦＣＳ改変部（情報設定部）
２−９…変調部

Claims (7)

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、
   前記中継局無線部により受信した信号を復調して情報フレームを得る中継局復調部と、
   前記中継局復調部により得られた複数の前記情報フレームをネットワーク符号化するネットワーク符号化部と、
   前記ネットワーク符号化部によりネットワーク符号化された前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報を設定する情報設定部と、
   前記情報設定部によりネットワーク符号化されていることを示す前記情報が付加された前記情報フレーム、または、前記中継局復調部により得られた前記情報フレームを変調した信号を前記中継局無線部により送信する変調部と、
   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、
   前記端末局無線部により前記中継局装置から受信した信号を復調して情報フレームを得る端末局復調部と、
   前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されている場合に、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームを、ネットワーク復号用の情報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、
   前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定されることを特徴とする無線中継システム。
2. 前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記ペイロード内のデータ誤り検出用情報を用いて設定され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. 前記情報設定部は、ネットワーク符号化された前記情報フレームに基づいて得られたデータ誤り検出用の値に所定の演算を行なった結果を、前記情報フレームのペイロード内の前記データ誤り検出用情報に設定し、
   前記端末局装置は、
   前記端末局復調部により得られた前記情報フレームに設定されている前記データ誤り検出用情報に基づいて、前記情報フレームの誤り検出を行なう誤り検出部と、
   前記端末局復調部により得られた前記情報フレームに設定されている前記データ誤り検出用情報が前記所定の演算を行った結果の値であるとして、前記情報フレームの誤り検出を行なう改変誤り検出部と、
   前記誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームを出力し、前記改変誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記ネットワーク復号部によりネットワーク復号された前記情報フレームを出力する情報フレーム選択出力部と、
   をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線中継システム。
4. 前記情報設定部は、ネットワーク符号化された前記情報フレームのデータ誤り検出用情報を、ネットワーク符号化されていない情報フレームのデータ誤り検出用情報の前記ペイロード内における設定位置とは異なる設定位置に設定し、
   前記端末局装置は、
   ネットワーク符号化されていない情報フレームのデータ誤り検出用情報の設定位置に設定されている値を用いて、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームの誤り検出を行なう誤り検出部と、
   ネットワーク符号化されている情報フレームのデータ誤り検出用情報の設定位置に設定されている値を用いて、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームの誤り検出を行なう改変誤り検出部と、
   前記誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記端末局復調部により得られた前記情報フレームを出力し、前記改変誤り検出部により誤りが検出されなかった場合は、前記ネットワーク復号部によりネットワーク復号された前記情報フレームを出力する情報フレーム選択出力部と、
   をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線中継システム。
5. 無線信号の送受信を行う無線部と、
   前記無線部により受信した信号を復調して情報フレームを得る復調部と、
   前記復調部により得られた複数の前記情報フレームをネットワーク符号化するネットワーク符号化部と、
   前記ネットワーク符号化部によりネットワーク符号化された前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報を設定する情報設定部と、
   前記情報設定部によりネットワーク符号化されていることを示す前記情報が付加された前記情報フレーム、または、前記復調部により得られた前記情報フレームを変調した信号を前記無線部により複数の端末局に送信する変調部と、
   を備え、
   前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定されることを特徴とする中継局装置。
6. 無線信号の送受信を行う無線部と、
   前記無線部により中継局装置から受信した信号を復調して情報フレームを得る復調部と、
   前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されている場合に、前記復調部により得られた前記情報フレームを、ネットワーク復号用の情報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、
   前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定されることを特徴とする端末局装置。
7. 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受信した信号を復調して情報フレームを得る中継局復調過程と、
   前記中継局復調過程において得られた複数の前記情報フレームをネットワーク符号化するネットワーク符号化過程と、
   前記ネットワーク符号化過程においてネットワーク符号化された前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報を設定する情報設定過程と、
   前記情報設定過程においてネットワーク符号化されていることを示す前記情報が付加された前記情報フレーム、または、前記中継局復調過程において復調された前記情報フレームを変調した信号を前記中継局無線部により送信する送信過程と、
   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受信した信号を復調して情報フレームを得る端末局復調過程と、
   前記端末局復調過程において復調された前記情報フレームを、ネットワーク復号用の情報を用いてネットワーク復号するネットワーク復号過程と、
   前記情報フレームにネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されていない場合に、前記端末局復調過程において得られた前記情報フレームを出力し、ネットワーク符号化されていることを示す情報が付加されている場合に、前記ネットワーク復号過程においてネットワーク復号された前記情報フレームを出力する情報フレーム選択出力過程と、
   を有し、
   前記ネットワーク符号化されていることを示す情報は、前記情報フレームのペイロードに設定されることを特徴とする無線中継方法。

Images