JP5084054B2 - 無線中継装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線中継装置及び無線通信方法に関する。

第４世代のセルラ移動通信システムにおいては、静止時１Ｇｂｐｓ以上のデータ通信速度を実現する必要がある。伝送帯域幅は１００ＭＨｚまで増大し、搬送波周波数は５ＧＨｚ帯に移行するため、消費電力も伝搬路損失も大きくなる。送信電力を大きくして伝搬路損失を補うことは装置の温度上昇や消費電力増加につながり、特に人間が携帯する端末である移動通信端末においては端末の温度や電池容量の制限から実施が困難である。セルのサイズを小さくして伝搬路損失を小さくしたマイクロセル・ピコセルを用いる方法もあるが基地局の設置数が増加してインフラコストが増大するという問題がある。

このような問題を解決する一方法として移動通信端末と基地局間で信号を中継（リレー）する中継局の利用が有効である。特に、基地局・移動通信端末間の通信と基地局・中継局間の通信を共存させるインバンドリレーは新たに中継用の周波数を用意する必要が無く有効である。

しかし、インバンドリレーでは基地局・中継局間の通信（リレーリンク）と中継局・移動通信端末間の通信（アクセスリンク）の間でのリソース割り当てが問題となる。このリソース割り当てがうまくできない場合、リレーリンクとアクセスリンクが互いに干渉したり、通信に有効に使用できないリソースが生じたりする。

特許文献１には中継局が受信した信号を次の中継局または送信先となる受信局に送信する場合の送受信の切り替えギャップを調整するための方法が記載されている。特許文献１ではデータを配置するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交波周波数分割多重）のサブキャリアを一定間隔にすることによって、ＯＦＤＭ信号が繰り返し信号となるようにし、その一部のみを送受信する方法が示されている。

特開２００７−１６６６２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法は、送受信の切り替えギャップ前後のＯＦＤＭシンボルにおいて特定のサブキャリアのみ使用するような割り当てを行うようになっているため、信号割り当ての変更処理が必要になるとともに、伝送速度が低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、中継局を用いない場合の信号フォーマットに対して新たにリレー伝送のための信号フォーマットを定義することなく、従来規格と共通の信号フォーマットを用いて、互換性の高いリレー伝送を実現することができる無線中継装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行う際に、前記情報の通信を中継する無線中継装置における無線通信方法であって、前記情報は複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれ、前記無線中継装置から送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれることを特徴とする。

本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行う際に、前記情報の通信を中継する無線中継装置における無線通信方法であって、前記情報は複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれ、前記無線中継装置において前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信することを特徴とする。

本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行う際に、前記情報の通信を中継する無線中継装置における無線通信方法であって、前記情報は複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれ、前記無線中継装置から送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれ、前記無線中継装置において前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信することを特徴とする。

本発明は、前記第１の通信装置と前記無線中継装置間の伝搬路遅延が所定のしきい値より大きい場合に、前記無線中継装置は、前記第１の通信装置へ送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれ、前記第１の通信装置から前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信し、前記伝搬路遅延が所定のしきい値以下である場合に、前記無線中継装置は、前記第２の通信装置へ送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれ、前記第２の通信装置から前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信することを特徴とする。

本発明は、前記第１の通信装置は基地局装置であり、前記第２の通信装置は移動通信端末であることを特徴とする。

本発明は、前記信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＯＦＤＭシンボルであることを特徴とする。

本発明は、前記信号ブロックはブロック化されたシングルキャリア信号にサイクリックプレフィックスを付加したものであることを特徴とする。

本発明は、前記信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭシンボルであることを特徴とする。

本発明は、前記第１の通信装置から前記第２の通信装置へ送信するフレームの信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＯＦＤＭシンボルであり、前記第２の通信装置から前記第１の通信装置へ送信するフレームの信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭシンボルであることを特徴とする。

本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行うために、複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれる情報の通信を中継する無線中継装置であって、前記フレームを送信する際に、前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスを設定する送信手段を備えることを特徴とする。

本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行うために、複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれる情報の通信を中継する無線中継装置であって、前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックにおいては最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信する受信手段を備えたことを特徴とする。

本発明は、第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行うために、複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれる情報の通信を中継する無線中継装置であって、前記フレームを送信する際に、前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスを設定する送信手段と、前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックにおいては最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信する受信手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、中継局を用いない場合の信号フォーマットに対して新たにリレー伝送のための信号フォーマットを定義することなく、従来規格と共通の信号フォーマットを用いて、リレー伝送のためのオーバーヘッドを最小化して、効率のよい互換性の高いリレー伝送を実現することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す受信処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 中継局における上りリンクの信号を示す図である。 受信ブロックの切り出し処理の動作を示すフローチャートである。 図１に示す受信処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 サイクリックシフトを用いる場合の受信ブロック切り出し処理の動作を示すフローチャートである。 図１に示す送信処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 中継局における下りリンクの信号を示す図である。 ＣＰ生成処理の動作を示すフローチャートである。 図１に示す受信処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 図１に示す送信処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 図１に示す受信処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 図１に示す送信処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 ダウンリンク時のパラメータの設定動作を示すフローチャートである。 ダウンリンク時のパラメータ設定に関するタイミングを示す説明図である。 ダウンリンク時のパラメータ設定に関するタイミングを示す説明図である。 アップリンク時のパラメータの設定動作を示すフローチャートである。 アップリンク時のパラメータ設定に関するタイミングを示す説明図である。 アップリンク時のパラメータ設定に関するタイミングを示す説明図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態による無線通信中継装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、無線通信システムにおいて用いられる移動通信端末である。符号２は、通信サービスエリアを有し、移動通信端末１と無線通信の伝送路を確立する基地局装置（以下、基地局という）である。符号３は、基地局２の通信サービスエリアの遠端部や電波不感地帯に配置され、基地局２の通信サービスエリアの拡大や通信品質の向上などの目的で特定の通信サービスエリアを有する中継局装置（以下、中継局という）である。移動通信端末１と基地局２との間で無線通信を行う場合、中継局３を介してリレー通信を行うことにより、基地局２の通信サービスエリアの拡大や通信品質の向上を図る。符号４は、基地局２が接続されるコアネットワークである。コアネットワーク４には、基地局２が複数接続されるが図１においては省略されている。また、中継局３についても１つの基地局２の通信サービルエリアを拡大するために、複数の中継局３が設置される場合もあるが、図１においては省略されている。図１においては、中継局３が１つの場合でいわゆる２ホップの構成を示しているが、移動通信端末１と基地局２の間に複数の中継局３が存在して３ホップ以上のリレー通信を行う構成も可能であってもよい。

符号３１は、基地局向け送受信部であり、基地局２から送信された信号を受信処理する受信処理部３２と、基地局２に対して信号を送信処理する送信処理部３３とから構成する。符号３４は、移動通信端末向け送受信部であり、移動通信端末１に対して信号を送信処理する送信処理部３５と、移動通信端末１から送信された信号を受信処理する受信処理部３６とから構成する。符号３７は、中継局３の処理動作を統括して制御する制御部である。

制御部３７は、基地局向け送受信部３１と移動通信端末向け送受信部３４の処理動作を制御するが、ここでは受信信号の切り出しに関する制御動作およびＣＰ（Cyclic Prefix；サイクリックプレフィックス）生成に関する制御について説明する。受信処理部３６において、受信信号の切り出し区間（受信ウインドー）のシフトを行い、送信処理部３５において、送信信号のＣＰの短縮化を行う。これは、中継局３と移動通信端末１の間の伝搬距離が基地局２と中継局３の間の伝搬距離に比べて短く、ＣＰを短縮化しても遅延波がＣＰ区間を超えて次の信号ブロックに影響を与えることによる通信品質の劣化が起こりにくいためである。３ホップ以上のリレーシステムに適用する場合、基地局向け送受信部３１はより基地局２側に位置する別の中継局３に対して通信を行う可能性があり、移動通信端末向け送受信部３４はより移動通信端末１側に位置する別の中継局３に対して通信を行う可能性がある。この場合も受信信号の切り出しに関する制御およびＣＰ生成に関して中継局３の処理動作に変化はない。

なお、移動通信端末１、基地局２及び中継局３の構成を図１を参照して説明するに際して、移動通信端末１、基地局２及び中継局３が普通に有する公知の機能・構成については、本発明の説明に直接関わりがない限り、その説明及び構成の図示を省略する。また、図１においては基地局向け送受信部３１と移動通信端末向け送受信部３４をそれぞれ分けた構成を示しているが、送信処理部３３、３５または受信処理部３２、３６を基地局向けと移動通信端末向けで共有する構成とすることも可能であり、またアンテナについてもスイッチで切り替えるなどして共有化するようにしてもよい。また、基地局向け送受信部３１と移動局端末向け送受信部３４は互いに離れた位置に設置することで互いの信号の干渉を低減することができる。このような効果を得る為に、基地局向け送受信部３１、移動局向け送受信部３４、制御部３７のそれぞれを個別の装置として設けたり、それぞれ制御部の機能を含んだ基地局向けユニットと移動局向けユニットの２つに分けた構成の装置として設けるなどして、ケーブル又はワイヤレス回線でこれらを接続するようにしてもよい。

次に、図２を参照して、図１に示す受信処理部３２、３６の詳細な構成を説明する。図２は、多重化方式がＯＦＤＭである場合の受信処理部３２、３６の構成を示すブロック図である。受信処理部３２、３６は、同様の構成を備えているため、ここでは、受信処理部３６の構成を説明する。信号切り出し部３６１は、受信信号からＤＦＴ処理ブロックの切り出しを行う。このとき、制御部３７が出力する制御信号に基づいて、タイミング制御部３６２から出力するタイミング信号によってブロックの切り出し位置の制御を行う。

ＤＦＴ処理部３６３は、信号切り出し部３６１において切り出された信号に対してＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）処理を施して周波数領域の信号に変換する。ＯＦＤＭ信号にはパイロット信号が埋め込まれているため、チャネル推定部３６４は、ＤＦＴ処理部３６３においてＤＦＴ処理された信号からパイロット信号を抽出してチャネル推定を行う。パイロット信号の構成及びチャネル推定においては公知の技術を用いて行うことが可能である。復調処理部３６５は、チャネル推定値に位相回転の補正をすることによって本来のタイミングで切り出した場合と等価な復調結果を得るための復調処理を行う。復号処理部３６６は、復調された信号を誤り訂正して復号処理する。このように移動通信端末向けの受信処理部３６で受信処理された信号（データ）は基地局向けの送信処理部３３に送られ、送信信号が生成される。

ここで、図３を参照して、ブロックの切り出し位置の制御について説明する。図３に示す信号は上りリンクの信号であり、移動通信端末１から送信された信号が中継局３で受信され処理された後、基地局２に向けて送信される信号について、中継局３におけるタイミングで図示したものである。但し、中継局３での処理には一般に処理遅延が存在するので、図３中の受信信号が次の送信タイミングで直ちに基地局２に向けて送信されることを示しているわけではない。また、中継局３は受信信号をいったん復調し、復号処理した後に再度符号化、変調処理を行うので、受信信号と送信信号の符号化率や変調方法が異なることもある。

ここでは、１フレームごとに、送信と受信を交互に行うものとする。図３に示すように、１フレームは６つの信号ブロックからなり、各信号ブロックはＣＰ（Cyclic Prefix；サイクリックプレフィックス）の付加されたＯＦＤＭシンボルとなっている。受信される６ブロックのうちの最後の信号ブロック以外ではウインドー＃１のように信号ブロックの後側にあわせて受信ウインドーが設定される。一方、受信信号の最後のブロックではウインドー＃６のようにウインドーを前方にΔＴシフトさせることにより、送信のタイミングと重ならないようにする。このとき、ウインドーの幅は変化しない。受信ウインドーより後の信号は受信する必要が無いので、図点線部では上り信号があっても受信処理を行わない。ΔＴの決定方法については後述する。

受信ウインドーを前方にシフトさせても、最大遅延差が（ＣＰ長−ΔＴ）より小さければ、前の信号ブロックの成分が受信ウインドーに入ってこないため、ブロック間の干渉は発生しない。但し、ＤＦＴ後の信号の位相が変化するため復調時に補正が必要となる。受信ウインドー＃６で切り出した信号のＤＦＴ後の信号成分をＸ_０，Ｘ_１，…，Ｘ_Ｎ−１とし、本来のタイミングで切り出した信号をＤＦＴした信号成分をＹ_０，Ｙ_１，…，Ｙ_Ｎ−１とする。Ｘ、Ｙの添え字はサブキャリアを示す。またｋ＝ΔＴ／Ｔｓとする。ここに、Ｔｓはサンプル間隔である。このとき、ＸとＹの関係は以下の様になる。

すなわち、受信ウインドーをシフトさせた場合にはチャネル推定値に位相回転の補正をすることによって本来のタイミングで切り出した場合と等価な復調結果を得ることができる。

次に、図４を参照して、受信ブロック切り出し処理動作を説明する。制御ブロックからの情報により、受信しようとしているブロックがフレームの最後のブロックか否かを判定し（ステップＳ１）、最後のブロックの場合は受信ブロックの切り出しタイミングをΔＴシフトさせて、ウインドー＃６の位置で信号の切り出しを行う（ステップＳ２）。さらに、チャネル推定値の位相を変換し（ステップＳ３）、受信処理を行う（ステップＳ４）。受信しようとしているブロックがフレームの最後のブロックで無い場合は切り出しタイミングのシフトは行わず、ウインドー＃１のようにブロックの後に合わせて切り出しを行う。

次に、図５、図６を参照して、チャネル推定値の位相補正を行う代わりに、受信信号のサイクリックシフトによってＤＦＴ処理後の位相変化を避ける処理動作を説明する。図５は、図２に示す受信処理部３６を、チャネル推定値の位相補正を行う代わりに、受信信号のサイクリックシフトによってＤＦＴ処理後の位相変化を避ける処理を行うように変形した構成を示すブロック図である。図５に示す構成が、図２に示す構成と異なる点は、サイクリックシフト処理部３６７を設けた点である。図６は、図４に示す処理動作を、チャネル推定値の位相補正を行う代わりに、受信信号のサイクリックシフトによってＤＦＴ処理後の位相変化を避ける処理を行うように変形した処理動作を示すフローチャートである。図６に示す処理動作が、図４に示す処理動作と異なる点は、チャネル推定値の位相を変換する処理に代えて、サイクリックシフト処理（ステップＳ５）を行うようにした点である。

図３に示す受信ウインドー＃６で切り出した信号をＺ_０，Ｚ_１，…，Ｚ_Ｎ−１とすると、ＤＦＴ処理を行う前に、サイクリックシフト処理部３６７において、Ｚ_ｋ，Ｚ_ｋ＋１，…，Ｚ_Ｎ−１，Ｚ_０，…，Ｚ_ｋ−１のようにサイクリックシフトを行った後に、ＤＦＴ処理部３６３においてＤＦＴ処理を行えば、チャネル推定値の位相補正を行う必要がなくなる。受信しようとしているブロックがフレームの最後のブロックの場合は、信号切り出し部３６１において切り出された信号に対して、サイクリックシフト処理部３６７はサイクリックシフト処理を行い（ステップＳ５）、最後のブロックでない場合は、サイクリックシフト処理は行われない。

次に、図７を参照して、図１に示す送信処理部３３、３５の詳細な構成を説明する。図７は、多重化方式がＯＦＤＭである場合の送信処理部３３、３５の構成を示すブロック図である。送信処理部３３、３５は、同様の構成を備えているため、ここでは、送信処理部３５の構成を説明する。符号化処理部３５１は、受信処理部３２から出力されるデータに対して誤り訂正符号化処理を行う。変調処理部３５２は、誤り訂正符号化処理が行われた信号に対して、サブキャリア成分の変調処理を行う。変調処理部３５２において変調された信号はＤＦＴ単位ごとにブロック化し、ＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）処理部３５３はブロック化された信号を時間領域信号に変換する。そして、ＣＰ生成部３５４は、制御信号を入力し、この制御信号のタイミングに合わせて、信号ブロック後部の成分をＣＰとしてブロックの先頭に付与する処理を行い、送信信号として出力する。

ここで、図８を参照して、ＣＰ生成の制御動作を説明する。フレームの送信信号の最初の信号ブロック以外の信号ブロックではＣＰ＃２のように規定のＣＰ長が信号ブロック後部からコピーされて信号ブロックの先頭に付与される。送信信号の最初のブロックは、ＣＰ＃１のように受信信号のタイミングと重ならないように規定のＣＰ長より短い長さのＣＰを信号ブロック先頭に付与する。

次に、図９を参照して、図７に示すＣＰ生成部３５４の処理動作を説明する。送信しようとしているブロックがフレームの最初のブロックであるか否かを判定し（ステップＳ１１）、最初のブロックである場合には、規定のＣＰ長（Ｔ_ＣＰ）に対して、短縮化されたＣＰ長（Ｔ_ＣＰ−ΔＴ）をＣＰ長として設定し（ステップＳ１２）、送信処理を行う（ステップＳ１４）。一方、最初のブロックでない場合には規定のＣＰ長（Ｔ_ＣＰ）をＣＰ長として設定し（ステップＳ１３）、送信処理を行う（ステップＳ１４）。ここでの短縮化されたＣＰ長の設定については、基地局２からの制御信号を中継局３で受信して、その制御信号情報に従って中継局３においてＣＰ長を設定するようにしてもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、図１０、図１１を参照して、第２の実施形態による受信処理部、送信処理部の詳細な構成を説明する。図１０は、ＣＰを用いるシングルキャリア伝送で周波数領域等化（ＦＤＥ：Frequency Domain Equalization）を用いる場合の受信処理部３２、３６の構成を示すブロック図である。図１０に示す構成が、図２に示す構成と異なる点は、ＦＤＥ処理部３６８、ＩＤＦＴ処理部３６９を新たに設けた点である。

信号切り出し部３６１は、受信信号からＤＦＴ処理ブロックの切り出しを行う。このとき、信号切り出し部３６１は、タイミング制御部３６２からの制御信号によってブロックの切り出し位置の制御を行う。ブロックの切り出し位置の制御については前述したＯＦＤＭ信号の場合と同じである。ＤＦＴ処理部３６３は、切り出された信号を周波数領域信号に変換し、ＦＤＥ処理部３６８は、周波数領域信号を周波数領域等化する。周波数領域等化にはチャネル推定部３６４が出力するチャネル推定値を用いるが、受信ウインドーをシフトさせた場合には位相回転に対応する補正を行って、周波数領域等化処理を行う。これにより、本来のタイミングで切り出した場合と等価な信号を得ることができる。さらに、ＩＤＦＴ処理部３６９は、時間領域信号に変換し、復調処理部３５６においてサブキャリア変調に対する復調処理され、復号処理部３６６において誤り訂正復号処理される。

なお、信号切り出し部３６１とＤＦＴ処理部３６３の間にサイクリックシフト処理部３を設け、チャネル推定値の位相補正を行う代わりに、受信信号のサイクリックシフトによってＤＦＴ処理後の位相変化を避けるようにしてもよい。

次に、図１１を参照して、ＣＰを用いるシングルキャリア伝送の場合の送信処理部３３、３５の構成を説明する。送信処理部３３、３５は、同様の構成を備えているため、ここでは、送信処理部３５の構成を説明する。符号化処理部３５１は、受信処理部３２から出力されるデータに対して誤り訂正符号化処理を行う。変調処理部３５２は、誤り訂正符号化処理が行われた信号に対して、サブキャリア成分の変調処理を行う。さらに、ＣＰ生成部３５４は、ブロックの後部の成分をＣＰとしてブロックの先頭に付与する処理を行う。このとき、ＣＰ生成部３５４は、制御信号を入力し、この制御信号に基づいてＣＰ生成の制御を行う。ＣＰ生成の制御動作についてはＯＦＤＭ信号を用いる場合と同様である。

＜第３の実施形態＞
次に、図１２、図１３を参照して、第３の実施形態による受信処理部、送信処理部の詳細な構成を説明する。図１２はＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭを用いる場合の受信処理部３２、３６の構成を示すブロック図である。信号切り出し部３６１は、受信信号からＤＦＴ処理ブロックの切り出しを行う。このとき、信号切り出し部３６１は、タイミング制御部３６２からの制御信号によってブロックの切り出し位置の制御を行う。ブロックの切り出し位置の制御については前述したＯＦＤＭ信号の場合と同じである。ＤＦＴ処理部３６３は、切り出された信号を周波数領域信号に変換し、ＦＤＥ処理部３６８は、周波数領域信号を周波数領域等化する。周波数領域等化にはチャネル推定部３６４が出力するチャネル推定値を用いるが、受信ウインドーをシフトさせた場合には位相回転に対応する補正を行って、周波数領域等化処理を行う。これにより、本来のタイミングで切り出した場合と等価な信号を得ることができる。さらに、ＩＤＦＴ処理部３６９は、時間領域信号に変換し、復調処理部３６５においてサブキャリア変調に対する復調処理され、復号処理部３６６において誤り訂正復号処理される。

次に、図１３を参照して、ＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭの場合の送信処理部３３、３５の構成を説明する。送信処理部３３、３５は、同様の構成を備えているため、ここでは、送信処理部３５の構成を説明する。符号化処理部３５１は、受信処理部３２から出力されるデータに対して誤り訂正符号化処理を行う。変調処理部３５２は、誤り訂正符号化処理が行われた信号に対して、サブキャリア成分の変調処理を行う。ＤＦＴ処理部３５５は、変調された信号に対してＤＦＴ処理し、周波数領域に変換する。続いて、サブキャリアマッピング処理部３５６は、サブキャリア割り当てを行い、ＩＤＦＴ処理部は、ＩＤＦＴ処理により時間領域に変換する。さらに、ＣＰ生成部３５４は、信号ブロックの後部の成分をＣＰとしてブロックの先頭に付与する処理を行う。このとき、ＣＰ生成部３５４は、制御信号によってＣＰ生成の制御を行う。ＣＰ生成の制御についてはＯＦＤＭ信号を用いる場合と同様である。

＜第４の実施形態＞
次に、受信ウインドーのシフト量および、短縮化したＣＰ長の決定方法について説明する。図１４は、ダウンリンクの通信時の動作を示すフローチャートである。まず、基地局２は、基地局と中継局間の伝搬路遅延Ｔ１を測定する（ステップＳ２１）。そして、規定のサイクリックプレフィックス長Ｔ_ＣＰに最大ＣＰ短縮化率ｋを乗じたもの（ｋＴ_ＣＰ）と、測定したＴ１を比較する（ステップＳ２２）。最大ＣＰ短縮化率ｋはＣＰを短縮化する際の最大許容量を求めるための係数で、ＣＰ長Ｔ_ＣＰに対してｋが０．８であるとすると、ＣＰを最短で規定値の２０％にまで減少することができることを意味する。

比較の結果、Ｔ１がｋＴ_ＣＰ以下であれば、Ｔ１の値をΔＴに設定し（ステップＳ２３）、中継局３に通知する（ステップＳ２４）。中継局３はフレームの最初のブロックにおいてＣＰの短縮化（Ｔ_ＣＰ−ΔＴ）を行う方法を用いる（ステップＳ２５）。このときの送受信信号のタイミングは、図１５に示すように、中継局３はＣＰを短縮化することによって受信と送信のタイミングが重ならないようにする。

一方、比較の結果、Ｔ１がｋＴ_ＣＰより大きい場合にはｋＴ_ＣＰの値をΔＴに設定し（ステップＳ２６）、ΔＴの値とＴ１の値を中継局３に通知する（ステップＳ２７）。この場合は、図１６に示すように、ＣＰの短縮化と受信ウインドーのシフトの両方の処理を行う。すなわち、中継局３においてＴ１−ΔＴのウインドーシフトで受信区間を短縮し、ΔＴのＣＰ短縮化によって送信区間を短縮化する（ステップＳ２８）。この２つの方法の組み合わせることによってＴ１の伝搬路遅延によって送信信号と受信信号が重なることを回避する。このとき、ΔＴの値とＴ１の値を中継局３に通知するようにしたが、ｋの値を予め中継局３に通知しておくことにより、Ｔ１のみを中継局３に通知し、ΔＴの計算は中継局３で行ってもよい。あるいは、Ｔ１の測定を中継局３で行うことによって基地局２とのやりとりを削減するようにしてもよい。

次に、図１７を参照して、アップリンクの通信時の動作を説明する。まず、基地局２において基地局・中継局間の伝搬路遅延Ｔ１を測定する（ステップＳ３１）。そして、規定のサイクリックプレフィックス長Ｔ_ＣＰに最大ＣＰ短縮化率ｋを乗じたものと、測定したＴ１を比較する（ステップＳ３２）。

比較の結果、Ｔ１がｋＴ_ＣＰ以下であれば、Ｔ１の値をΔＴに設定し（ステップＳ３３）、中継局３に通知する（ステップＳ３４）。中継局３ではフレームの最後のブロックにおいて受信ウインドーシフト（Ｔ_ＣＰ−ΔＴ）の方法を適用する（ステップＳ３５）。このときの送受信信号のタイミングは、図１８に示すように、中継局３は受信ウインドーシフトを用いることによって受信と送信のタイミングが重ならないようにする。

一方、比較の結果、Ｔ１がｋＴ_ＣＰより大きい場合にはｋＴ_ＣＰの値をΔＴに設定し、ΔＴの値とＴ１の値を中継局３に通知する（ステップＳ３７）。この場合は、図１９に示すように、ＣＰの短縮化と受信ウインドーのシフトの両方の処理を行う。すなわち、中継局３においてΔＴのウインドーシフトで受信区間を短縮し、Ｔ１−ΔＴのＣＰ短縮化によって送信区間を短縮化する（ステップＳ３８）。この２つの方法の組み合わせることによってＴ１の伝搬路遅延によって送信信号と受信信号が重なることを回避する。

なお、ΔＴの値はアップリンクとダウンリンクでそれぞれ別の値を用いて制御することも可能であるが、値を共通にすることでΔＴの設定、中継局３への通知などの処理と通信量を削減することができる。

また、本実施形態に示した方法は受信ウインドーのシフト量および、短縮化したＣＰ長の決定方法の一例であって、実施形態１〜３において示したΔＴについて本実施形態の方法で決定することを限定するものではない。

前述した説明では、遅延量の測定値Ｔ１をΔＴに設定するとしているが、連続量であるＴ１に対して、ΔＴはサンプリング周期間隔の離散量であることが望ましい。すなわち、ΔＴはＴ１を量子化した値としてもよいし、テーブルを参照することで代表値を求めるようにしてもよい。また、ΔＴが頻繁に変動するのは好ましくないので、遅延量の平均値をＴ１とし一定の時間内は固定とすることが望ましい。

また、もう１つのしきい値Ｔ０を導入して、伝搬路遅延がＴ０より大きい場合にはＣＰ短縮化または受信ウインドーシフトを適用し、Ｔ０以下の場合には適用しないという制御を行うようにしてもよい。これは例えばフレーム間にあらかじめガード区間が設けられている場合などに有効である。伝搬路遅延がＴ０より大きい場合には伝搬路遅延からＴ０を引いた値をＴ１として前述した方法を適用すればよい。

なお、第１、第２、第３に実施形態の説明においては、下りリンクにおいて送信処理部３５がＣＰ生成の制御を行って送信と受信のタイミングが重複しないように調整を行ったが、送信処理部３５がＣＰ生成の制御を行うのと合わせて受信処理部３２が受信ウインドーのシフトを行って、下りリンクのタイミングの調整を行うようにしてもよい。また、上りリンクにおいて受信処理部３６が受信ウインドーシフトの処理を行って送信と受信のタイミングが重複しないように調整を行ったが、受信処理部３６で受信ウインドーのシフトを行うのとあわせて送信処理部３３がＣＰ生成の制御を行ってタイミングの調整を行うようにしてもよい。

また、中継局３において下りリンクと上りリンクをともに中継する方法について説明したが、例えば下りリンクは基地局２からの信号を直接移動通信端末１において受信し、移動通信端末１からの上り信号のみを中継局３により中継するようにしてもよい。このような中継方法を用いることにより、移動通信端末１の送信電力を抑制することで移動通信端末１が備える電池の消耗を抑えることができる。すなわち、移動通信端末１からの送信信号を中継局３で受信する際にフレームの最後のブロックで受信ウインドーのシフトを行って、基地局２への送信とタイミングが重複することを避けることが可能ある。または、中継局３から基地局２への送信の際にＣＰ生成の制御を行って、フレーム先頭のＣＰを短縮化し、受信とのタイミング重複を避けることが可能である。さらには、受信ウインドーのシフトとＣＰ生成の制御をあわせて行うようにしてもよい。

セルラネットワークの中継局においてはダウンリンクまたはアップリンクの周波数で送信と受信の両方を行わなければならない。時間分割多重を採用すると、送信区間と受信区間を区別することができるが、現行の規格では切替の際に必要となるガード区間が設けられていないため、短時間の送信と受信の重なりが生じる可能性がある。

このような問題を解決するために、ＯＦＤＭ信号およびＣＰ（サイクリックプレフィックス）を付加したシングルキャリア信号では、最大遅延がＣＰ長より短い場合にはＤＦＴ処理を行う信号の切り出し区間（受信ウインドー）をずらすことが可能であることを利用して、通常よりも受信を早く終わらせ、送信時には通常よりも短い長さのＣＰを用いることで通常よりも遅く送信を開始させるようにする。中継局において、受信から送信に移るときにこれらの方法を用いることによって信号の受信と受信が重なることが無いようにすることができる。

以上説明したように、本発明におけるフレームの最後の信号ブロックにおいて受信ウインドーをシフトすることによってフレームの受信を早く終わらせる方法は、サイクリックプレフィックスのある信号ブロックであればＯＦＤＭ、シングルキャリア、ＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭなどの様々な信号に適用可能である。これはＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄで検討されているＣｌｕｓｔｅｒｅｄ ＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭやＮｘ ＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭについても同様に適用可能である。また、フレームの最初の信号ブロックにおいてサイクリックプレフィックスを短くすることによってフレームの送信開始を遅らせる方法についてもサイクリックプレフィックスのある信号ブロックであれば様々な信号に適用可能であり、Ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ ＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭやＮｘ ＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭについても同様に適用可能である。

１・・・移動通信端末、２・・・基地局装置（基地局）、３・・・中継局装置（中継局）、３１・・・基地局向け送受信部、３２・・・受信処理部、３３・・・送信処理部、３４・・・移動通信端末向け送受信部、３５・・・送信処理部、３６・・・受信処理部、３７・・・制御部

Claims (12)

1. 第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行う際に、前記情報の通信を中継する無線中継装置における無線通信方法であって、
   前記情報は複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれ、前記無線中継装置から送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれることを特徴とする無線通信方法。
2. 第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行う際に、前記情報の通信を中継する無線中継装置における無線通信方法であって、
   前記情報は複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれ、前記無線中継装置において前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信することを特徴とする無線通信方法。
3. 第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行う際に、前記情報の通信を中継する無線中継装置における無線通信方法であって、
   前記情報は複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれ、
   前記無線中継装置から送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれ、
   前記無線中継装置において前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信することを特徴とする無線通信方法。
4. 前記第１の通信装置と前記無線中継装置間の伝搬路遅延が所定のしきい値より大きい場合に、前記無線中継装置は、前記第１の通信装置へ送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれ、前記第１の通信装置から前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信し、
   前記伝搬路遅延が所定のしきい値以下である場合に、前記無線中継装置は、前記第２の通信装置へ送信する前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスが含まれ、前記第２の通信装置から前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックでは最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信することを特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。
5. 前記第１の通信装置は基地局装置であり、前記第２の通信装置は移動通信端末であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線通信方法。
6. 前記信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＯＦＤＭシンボルであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線通信方法。
7. 前記信号ブロックはブロック化されたシングルキャリア信号にサイクリックプレフィックスを付加したものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線通信方法。
8. 前記信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭシンボルであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線通信方法。
9. 前記第１の通信装置から前記第２の通信装置へ送信するフレームの信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＯＦＤＭシンボルであり、前記第２の通信装置から前記第１の通信装置へ送信するフレームの信号ブロックはサイクリックプレフィックスの付加されたＤＦＴ Ｓｐｒｅａｄ−ＯＦＤＭシンボルであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線通信方法。
10. 第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行うために、複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれる情報の通信を中継する無線中継装置であって、
    前記フレームを送信する際に、前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスを設定する送信手段を備えることを特徴とする無線中継装置。
11. 第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行うために、複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれる情報の通信を中継する無線中継装置であって、
    前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックにおいては最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信する受信手段を備えたことを特徴とする無線中継装置。
12. 第１の通信装置と第２の通信装置の間で情報の通信を行うために、複数の情報ビットを含むフレームで伝送され、前記フレームは複数の信号ブロックから構成されており、前記複数の信号ブロックのそれぞれの先頭部には該信号ブロックの末尾と同じ信号であるサイクリックプレフィックスが含まれる情報の通信を中継する無線中継装置であって、
    前記フレームを送信する際に、前記フレームの最初の信号ブロックには最初でない信号ブロックのサイクリックプレフィックスより短い長さのサイクリックプレフィックスを設定する送信手段と、
    前記フレームを受信する際に、受信するフレームの最後の信号ブロックにおいては最後でない信号ブロックの受信タイミングより早い受信タイミングで受信する受信手段と
    を備えたことを特徴とする無線中継装置。

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