JP5186229B2 - 無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明の実施形態について説明するに先立ち、当該実施形態に係る技術の理解を助けるため、無線中継局による信号転送方式について簡単に説明する。ここでは、無線中継局における信号の転送方式として、次の2つの方式について説明する。
ここで言うAF方式とは、従来のブースタとは異なり、デジタル領域で信号に比較的簡単な信号処理を施した後に無線基地局に対して転送する方式である。以下の説明において、このAF方式のことを非再生中継と呼ぶ場合がある。尚、従来のブースタは、アナログ領域で信号を増幅した後に無線基地局に対して転送する方式を採用している。
一方、DF方式とは、デジタル領域において、復調、誤り訂正復号、CRC検査、誤り訂正符号化、及び再変調等の処理を実行した後に信号を転送する方式である。以下の説明において、このDF方式のことを再生中継と呼ぶ場合がある。このように、DF方式では、受信した信号を復調して誤り訂正処理を施し、その上で再変調して転送するため、AF方式に比べて高い信号品質を得られるものの、その転送処理に長い時間を要してしまう。
次に、本発明の実施形態に係る無線通信システムとの間の相違点を明確にするため、ここで、図1、図2、及び図3を参照しながら、一般的な無線通信システムの構成例について簡単に説明する。図1は、マルチユーザMIMOに係る無線通信システム1のシステム構成例を示す説明図である。図2は、協調ダイバーシチに係る無線通信システム2のシステム構成例を示す説明図である。図3は、多中継システムに係る無線通信システム3のシステム構成例を示す説明図である。
まず、図1を参照する。図1に示すように、マルチユーザMIMOに係る無線通信システム1は、複数の無線端末10a、10b、10c、及び無線基地局20により構成されており、無線基地局20が備える複数のアンテナを介して複数の無線端末10a、10b、10cが同じ周波数帯を利用して同じタイミングで信号を送信することができる。
次に、図2を参照する。図2に示すように、協調ダイバーシチに係る無線通信システム2は、無線端末10と、無線基地局20と、複数の無線中継局30a、30bとを含んでいる。但し、無線端末10は、複数の無線中継局30a、30bの通信可能エリアA2、A3内に位置しているものとする。この無線通信システム2において、無線端末10から送信された信号は、複数の無線中継局30a、30bに受信され、無線中継局30a、30bのそれぞれで再生中継された後で同じタイミングで無線基地局20に転送される。
次に、図3を参照する。図3に示すように、多中継システムに係る無線通信システム3は、無線端末10と、無線基地局20と、無線端末10及び無線基地局20の間を中継する複数の無線中継局30a、30bとにより構成される。但し、無線端末10は、無線基地局20の通信可能エリアA1の外であり、且つ、無線中継局30bの通信可能エリアA3内に位置する。また、無線中継局30bは、無線中継局30aとの間で通信可能である。
以下、本発明に係る第1実施形態について説明する。本実施形態は、複数の無線中継局を含み、協調ダイバーシチシステム、及び多中継システムの構成を組み合わせつつも、時間、空間、及び周波数のいずれのリソースをも無駄にしない無線通信システムの構成を提案するものである。
まず、図4を参照しながら、本実施形態に係る無線通信システム4のシステム構成について説明する。図4は、本実施形態に係る無線通信システム4のシステム構成を示す説明図である。以下の説明において、無線端末10から送信された信号を端末信号と呼び、端末信号以外の信号(特に、無線基地局40の通信可能エリアA1の外から送信された信号)を中継信号と呼ぶことにする。
ここで、図5を参照しながら、本実施形態に係る第1の無線中継局50a、50bの機能構成について説明する。図5は、本実施形態に係る第1の無線中継局50a、50bの機能構成を示す説明図である。尚、図5には、説明の都合上、無線端末10の機能構成についても簡単に示した。図5に示すように、無線端末10において、伝送データが符号化部102により符号化され、その符号化データが変調部104により変調マッピングされ、その変調信号がIFFT部106により時間領域の変調信号に変換されて、端末信号としてアンテナ108から送信される。尚、ガードインターバルの付加等、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)に係る基本的な処理については詳細な説明を省略する。
後述するように、合成部504により合成された合成信号XRは、無線基地局40により分離される。その際、中継信号XDFに対する端末信号Xsの電力比率が大きいと、合成信号XRから中継信号XDFを復号する際の復号精度が低下してしまうという問題が発生する。この問題に鑑み、例えば、図10に示すように、端末信号Xsを中継信号XDFに対して少ない電力に制限する方法を提案する。
次に、図6を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局40の機能構成について説明する。図6は、本実施形態に係る無線基地局40の機能構成を示す説明図である。
次に、本発明に係る第2実施形態について説明する。本実施形態と上記の第1実施形態との間の相違点は、無線基地局40における最尤検出の実現方法にある。以下、この相違点を中心に説明する。
まず、図7を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局40の機能構成について説明する。図7は、本実施形態に係る無線基地局40の機能構成を示す説明図である。但し、以下では、上記の第1実施形態に係る無線基地局40と実質的に同一の構成要素については同一の符号を付することにより説明を省略し、相違点についてのみ詳細に説明する。
次に、本発明に係る第3実施形態について説明する。上記の第1及び第2実施形態は、協調ダイバーシチを実現するための構成について主に説明した。本実施形態は、無線基地局から遠方に位置する無線中継局を考慮した多中継伝送に関する提案である。通常、MIMO通信は、干渉に対して脆弱である。そのため、干渉が発生しやすい環境にMIMO通信を適用することは避けるべきである。また、この干渉に対する脆弱性について何らかの対策を講じる必要がある。こうした問題に対し、一つの解決策を提示するのが本実施形態の目的である。
20、40 無線基地局
30、30a、30b、30c、50a、50b 無線中継局
102 符号化部
104 変調部
106 IFFT部
108 アンテナ
402 アンテナ
404 MMSE空間フィルタ
406、412、458 最尤検出部
408、414、426 誤り訂正復号部
410、416、442、444、446、460 減算器
418、424、456、462 加算器
420 遅延出力部
430 レプリカ信号生成ブロック
432 符号化部
434 変調部
436 空間多重部
438 IFFT部
440 ゲイン調整部
452、454 ユークリッド距離測定部
502 アンテナ
504 合成部
506 記憶部
510 AF処理ブロック
550 DF処理ブロック
512、552 FFT部
514 同期検波部
516、556 IFFT部
554 DF処理部
A1、A2、A3、A4 通信可能エリア
R1、R2 エリア
Claims (8)
- 複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第1の無線中継局と、当該第1の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第2の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第1の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とを含む無線通信システムであって、
前記各第1の無線中継局は、
任意の前記第2の無線中継局から送信された前記無線基地局に中継すべき中継信号を受信し、その中継信号に対して誤り訂正復号、再度の誤り訂正符号化、及び再変調を施す復号中継処理部と、
前記無線端末から受信した前記送信信号に位相補正を施して間接送信信号を生成する位相補正部と、
前記位相補正部により生成された間接送信信号と、前記復号中継処理部により出力された中継信号とを合成して合成信号を生成する信号合成部と、
前記信号合成部により生成された前記合成信号を前記無線基地局に送信する信号送信部と、
を備え、
前記無線基地局は、
前記無線端末から送信された送信信号と、当該送信信号と同一時間帯及び同一周波数で各前記第1の無線中継局から送信された合成信号とを各前記アンテナを介して受信する信号受信部と、
前記信号受信部により受信された前記各合成信号と前記無線端末から直接受信した直接送信信号とを分離する第1の信号分離部と、
前記第1の信号分離部により分離された前記各合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出を施すことで前記間接送信信号と前記中継信号とに分離する第2の信号分離部と、
前記第1の信号分離部により分離された直接送信信号と前記第2の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する送信信号加算部と、
前記第1の信号分離部により分離された中継信号、及び前記送信信号加算部により出力された加算後の送信信号に基づき、前記信号受信部により前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成するレプリカ信号生成部と、
前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する減算信号生成部と、
を備え、
前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び第1信号分離部に入力し、前記第1及び第2の信号分離部、前記送信信号加算部、前記レプリカ信号生成部及び前記減算信号生成部による一連の処理を反復実行することを特徴とする、無線通信システム。 - 前記信号合成部は、前記中継信号の信号点配置図内の最内郭に対応する電力まで前記間接送信信号の電力を制限した上で、当該間接送信信号と前記中継信号とを合成することを特徴とする、請求項1に記載の無線通信システム。
- 前記第1の無線中継局が前記中継信号を受信する際に利用する第1の周波数帯と、前記第1の無線中継局、前記無線基地局、及び前記無線端末の間で通信する際に利用される第2の周波数帯とが分けられており、前記第2の周波数帯の幅は、前記第1の周波数帯の幅よりも広いことを特徴とする、請求項1又は2に記載の無線通信システム。
- 前記第1の無線中継局は、複数のアンテナを有し、
前記位相補正部は、前記複数のアンテナを介して受信した前記間接送信信号の位相を揃えて合成することを特徴とする、請求項1〜3に記載の無線通信システム。 - 前記信号合成部は、前記中継信号に要求される品質に応じて前記中継信号に合成される前記間接送信信号の比率を低減又は零にすることを特徴とする、請求項1〜4に記載の無線通信システム。
- 前記第1の無線中継局は、
前記中継信号に対して誤り訂正復号を施す誤り訂正復号部と、
前記誤り訂正復号部により正しく復号された場合に生成された誤り訂正復号後の前記中継信号を所定の記録装置に記録する信号記録部と
をさらに備え、
前記無線基地局から前記無線端末に前記直接送信信号の再送が要求された場合に、当該要求に応じて前記信号記録部により記録された前記中継信号を前記無線基地局に再送することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の無線通信システム。 - 複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第1の無線中継局と、当該第1の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第2の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第1の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とにより構成される無線通信システムの前記無線基地局内の無線通信装置であって、
前記無線端末から直接受信した直接送信信号、及び、前記第1の無線中継局を経由して前記無線端末から間接的に受信した間接送信信号と前記第2の無線中継局から受信した中継信号とが合成された合成信号を同一時間帯及び同一周波数で各前記アンテナを介して受信する信号受信部と、
前記信号受信部により受信された前記合成信号と前記直接送信信号とを分離する第1の信号分離部と、
前記第1の信号分離部により分離された前記合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出を施すことで前記間接送信信号と前記中継信号とを分離する第2の信号分離部と、
前記第1の信号分離部により分離された直接送信信号と前記第2の信号分離部により分離された間接送信信号とを加算する信号加算部と、
前記第1の信号分離部により分離された中継信号、及び前記信号加算部により出力された加算後の送信信号に基づいて前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカを生成するレプリカ信号生成部と、
前記レプリカ信号生成部により生成されたレプリカ信号を前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算して減算信号を生成する減算信号生成部と、
を備え、
前記減算信号生成部により生成された減算信号を再び前記第1の信号分離部に入力し、前記第1及び第2の信号分離部、前記信号加算部、前記レプリカ信号生成部及び前記減算信号生成部による一連の処理を反復実行することを特徴とする、無線通信装置。 - 複数のアンテナを有する無線基地局と、複数の第1の無線中継局と、当該第1の無線中継局よりも、前記無線基地局より遠方に位置する複数の第2の無線中継局と、前記無線基地局及び前記第1の無線中継局に送信信号を送信する無線端末とにより実現される無線通信方法であって、
前記各第1の無線中継局により、
任意の前記第2の無線中継局から送信された前記無線基地局に中継すべき中継信号が受信され、その中継信号に対して誤り訂正復号、再度の誤り訂正符号化、及び再変調が施される復号中継処理工程と、
前記無線端末から受信された前記送信信号に位相補正が施されて間接送信信号が生成される位相補正工程と、
前記位相補正工程で生成された間接送信信号と前記復号中継処理工程で処理された中継信号とが合成されて合成信号が生成される信号合成工程と、
前記信号合成工程において生成された前記合成信号が前記無線基地局に送信される信号送信工程と、
前記無線基地局により、
前記無線端末から送信された送信信号と、当該送信信号と同一時間帯及び同一周波数で各前記第1の無線中継局から送信された合成信号とが各前記アンテナを介して受信される信号受信工程と、
前記信号受信工程において受信された前記各合成信号と前記無線端末から直接受信された直接送信信号とが分離される第1の信号分離工程と、
前記第1の信号分離工程において分離された前記各合成信号に対し、前記中継信号に対する最尤検出が施され、前記間接送信信号と前記中継信号とに分離される第2の信号分離工程と、
前記第1の信号分離工程において分離された直接送信信号と前記第2の信号分離工程において分離された間接送信信号とが加算される送信信号加算工程と、
前記第1の信号分離工程において分離された中継信号、及び前記送信信号加算工程における加算処理後の送信信号に基づいて、前記信号受信工程において前記各アンテナを介して受信された空間多重信号のレプリカが生成されるレプリカ信号生成工程と、
前記レプリカ信号生成工程において生成されたレプリカ信号が前記各アンテナを介して受信された空間多重信号から減算されて減算信号が生成される減算信号生成工程と、
前記無線基地局により、
前記減算信号生成工程において生成された減算信号が再び第1信号分離部に入力され、前記第1及び第2の信号分離工程、前記送信信号加算工程、前記レプリカ信号生成工程及び前記減算信号生成工程による一連の処理における処理が反復実行されることを特徴とする、無線通信方法。
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