JP5367545B2 - 無線中継装置 - Google Patents

Description

本発明は、受信した無線信号から既知信号に付加された雑音を除去して無線信号を転送する無線中継装置に関する。

無線通信システムでは、長い通信距離及び障害物等により正常な通信することができない状況を解消するために、中継装置が利用されている。従来の中継装置においては、デジタル信号処理を介さずに、第１の無線通信装置から受信された無線信号をそのまま増幅して第２の無線通信装置へ再送信している。このような、受信信号をそのまま増幅して中継する手法は、ＡＦ（Amplify and Forward）方式と呼ばれ、小さな処理遅延で信号を中継することができる。しかしながら、無線信号を受信する際に発生される雑音も同時に増幅するために、中継先である第２の無線通信装置では、このような中継時の雑音による誤り率の増加が起こる。

特許文献１には、受信信号をデジタル化し、復調し、誤り訂正することで、中継時に生じる雑音の影響を除去して転送する無線中継装置が開示されている。特許文献１に開示される手法は、ＤＦ（Decode and Forward）方式と呼ばれ、中継先での誤り率を低減することができる。

特開２００９−１０７８１号公報

上述のように、ＡＦ方式の中継装置は、処理遅延の少ない中継を実現することができる。しかしながら、ＡＦ方式では、中継装置を介することで生じる雑音も同時に増幅されるために、中継時に信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）が劣化され、その結果、中継先での誤り率特性が劣化される問題がある。ＤＦ方式の中継装置では、このような問題を緩和することができるが、データの復調及び誤り訂正等の処理量の増大に応じて処理遅延が増大する問題がある。増大するデータ処理としては、例えば、伝送路の影響を取り去る等化処理、信号点の復元処理、ビタビ復号及びターボ復号等が挙げられる。さらに、データ復調処理では、特定の時間（又は、特定の周波数帯、特定の拡散符号等）に送信される制御情報を復調し、復調された制御情報に応じてデータチャネルに使用されるパラメータ（例えば、変調方式等）を特定することから、多くの時間が必要とされる。

システムが中継を前提としていない、或いは、第１及び第２の無線通信装置間に中継装置が介在していることを認識していない場合、中継装置における処理遅延が許容されないことがある。さらに、復調及び誤り訂正処理のための回路規模の増大は、中継装置のコスト増を招くこととなる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、信号受信時に生じる雑音を低減し、短い処理時間で無線信号を転送することができる無線中継装置を提供することを目的とする。

本発明の無線中継装置は、第１無線装置から第２無線装置へ信号を中継する無線中継装置であって、前記第１無線装置から送信された電波を受信し、データ信号及び第１の既知信号を含む第１の受信信号を得る受信アンテナと、前記第１の受信信号をフィルタリングし、増幅し、ダウンコンバートして第２の受信信号を得る受信ＲＦ部と、前記第２の受信信号を第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記第１のデジタル信号に含まれる前記第１の既知信号に基づいて、前記第１無線装置で生成された既知信号と同一パターンを有する第２の既知信号を生成する既知信号生成部と、前記第２の既知信号を使用して、前記第１の既知信号から雑音成分を除去した信号と同一の信号となる第３の既知信号を再生する既知信号再生部と、前記第１のデジタル信号に含まれる前記第１の既知信号を前記第３の既知信号に置き換えて、前記データ信号及び前記第３の既知信号を含む第２のデジタル信号を得るマッピング部と、前記第２のデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、前記アナログ信号をアップコンバートし、増幅し、フィルタリングして送信信号を得る送信ＲＦ部と、前記送信信号を前記第２無線装置へ送信する送信アンテナと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、信号受信時に既知信号に生じた雑音を低減しながらも、短い処理時間で無線信号を中継することができる。

第１の実施の形態に係る無線中継装置を概略的に示すブロック図である。 図１に示した伝送路推定部を概略的に示すブロック図である。 第２の実施の形態に係る無線中継装置を概略的に示すブロック図である。 図３に示した既知信号パターン生成部を概略的に示すブロック図である。 図３に示した伝送路推定部を概略的に示すブロック図である。 図３に示した中継装置に採用される無線通信方式である３ＧＰＰ−ＬＴＥのフレームフォーマットを示す図である。 第３の実施の形態に係る無線中継装置を概略的に示すブロック図である。 第４の実施の形態に係る無線中継装置を概略的に示すブロック図である。 図８に示した同期信号生成部を概略的に示すブロック図である。 第５の実施の形態に係る無線中継装置を概略的に示すブロック図である。 図１０に示した伝送路推定部を概略的に示すブロック図である。 図１０に示した既知信号パターン生成部を概略的に示すブロック図である。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る無線中継装置を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る中継装置１００の構成を概略的に示している。この中継装置１００は、図１に示されるように、基地局１３０から送信された電波を受信アンテナ１０１で受信し、受信信号に含まれる既知信号（ＲＳ：Reference Signal）に対して電波受信時に生じた付加雑音を除去した後に、受信信号を電波として送信アンテナ１１６から無線端末１３１に送信する。本実施の形態では、複数の搬送波を利用するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式に従って通信する無線通信システムの例を説明する。

なお、図１には、中継元が基地局１３０であり、中継先が無線端末１３１である例が示されているが、これに限定されず、中継先及び中継元の各々は、所定の無線通信方式に従って通信するいかなる無線通信装置であってもよい。

基地局（第１無線装置ともいう）１３０から送信された電波は、中継装置１００の受信アンテナ１０１で受信される。受信アンテナ１０１で得られた、データ信号及び既知信号を含む受信信号は、受信ＲＦ（Radio Frequency）部１０２によって増幅され、フィルタリングされ、ダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた受信信号は、ＡＤ変換器１０３によってサンプリングされ、デジタル信号に変換される。ＡＤ変換器（Ａ／Ｄ）１０３から出力されるデジタル信号は、受信フィルタ１０４によって所定の帯域内の信号成分を抽出され、ダウンサンプリングされる。ダウンサンプリングされたデジタル信号は、タイミング同期部１０５及び高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）部１０６へ伝達される。

タイミング同期部１０５は、ダウンサンプリングされたデジタル信号を受信フィルタ１０４から受け取ると、このデジタル信号に基づいて同期タイミングを推定する。例えば、タイミング同期１０５は、受け取ったデジタル信号に含まれている特定パターンを有する信号（ＰＮ（Pseudo Noise）信号等）を利用して、同期タイミングを推定する。同期タイミングが確定されると、タイミング同期部１０５からは、タイミング信号がＦＦＴ部１０６へ伝達される。

ＦＦＴ部１０６は、タイミング同期部１０５からのタイミング信号に基づいて、ＯＦＤＭシンボルの区切りを認識することができる。受信フィルタ１０４によってダウンサンプリングされたデジタル信号は、ＦＦＴ部１０６によって、ガード・インターバルを除去され、さらに、高速フーリエ変換により時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換される。ＦＦＴ部１０６からは、搬送波の数の信号が既知信号抽出部１０７へ伝達されることとなる。既知信号抽出部１０７は、周波数領域の信号に変換されたデジタル信号から既知信号部分を受信既知信号として抽出する。本実施の形態における既知信号は、参照信号のような、伝送路推定に使用される信号を示す。既知信号抽出部１０７で抽出された受信既知信号は、伝送路推定部１０８に伝達される。伝送路推定部１０８では、後に説明されるように、既知信号抽出部１０７で抽出された受信既知信号と既知信号生成部１０９で生成された既知信号パターンとに基づいて、基地局１３０と中継装置１００との間の伝送路が推定される。伝送路推定部１０８で推定された伝送路値は、既知信号再生部１１０へ伝達される。

既知信号生成部１０９は、基地局１３０から送信される既知信号と同じ既知信号パターンを生成する。例えば、既知信号生成部１０９は、基地局１３０から送信される既知信号と同じ既知信号パターンを図示しないメモリに予め保持している。既知信号生成部１０９で生成された既知信号パターンは、伝送路推定部１０８及び既知信号再生部１１０へ伝達される。

既知信号再生部１１０は、伝送路推定部１０８で推定された伝送路値及び既知信号生成部１０９で生成された既知信号パターンから、中継すべき既知信号を送信既知信号として再生する。既知信号パターンは、基地局１３０により送信される既知信号と同一の信号であり、この既知信号パターンは、基地局１３０及び中継装置１００間の伝送路の影響を印加されて送信既知信号として再生される。従って、既知信号再生部１１０で再生された送信既知信号は、受信アンテナ１０１で受信された既知信号から付加雑音を取り除いた信号に相当する。既知信号再生部１１０で再生された送信既知信号は、マッピング部１１１へ伝達される。無線中継装置１００では、受信信号に含まれるデータを復調しない、即ち、受信信号のデータ部分は、基地局１３０から中継装置１００間の伝送路による影響を含む状態で端末１３１へ送信される。そのため、中継先の端末１３１において受信された信号を正確に復調するには、中継すべき既知信号も、基地局１３０及び中継装置１００間の伝送路による影響を含む状態で送信される必要がある。従って、既知信号再生部１１０において、伝送路推定部１０８で推定された伝送路値が既知信号生成部１０９で生成された既知信号パターンに印加される。

一方、既知信号抽出部１０７からは、周波数領域のデジタル信号がマッピング部１１１へ伝達される。このデジタル信号の既知信号部分は、マッピング部１１１によって既知信号再生部１１０で再生された送信既知信号にマッピングされる（置き換えられる）。送信既知信号をマッピングされたデジタル信号は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）部１１２によって逆高速フーリエ変換され、ガード・インターバルを付加される。周波数領域の信号に変換されたデジタル信号は、送信フィルタ１１３によって所定の帯域内に含まれる信号成分が抽出され、アップサンプリングされる。アップサンプリングされたデジタル信号は、ＤＡ変換器（Ｄ／Ａ）１１４によってアナログ信号に変換される。このアナログ信号は、送信ＲＦ部１１５によって所望の周波数帯にアップコンバートされ、増幅され、フィルタリングされて送信信号となり、電波として端末１３１（第２無線装置ともいう）へ送信アンテナ１１６によって送信される。このように、既知信号は、信号受信時に付加された雑音を取り除かれるが、データ信号は、復調せずに増幅して中継される。従って、中継装置１００においては、受信した信号に含まれる雑音を低減しながらも、短い処理時間で信号を中継することができる。

なお、受信アンテナ１０１及び送信アンテナ１１６は、図１に個別部品として示されるが、これに限定されず、通信システムによっては同一部品として共用されてもよい。

図２は、伝送路推定部１０８の構成を概略的に示している。伝送路推定部１０８は、図２に示されるように、既知信号抽出部１０７で抽出された複数の受信既知信号を保持するバッファ１２０、及びバッファされた複数の受信既知信号に対して重み付け平均を実行して伝送路値を算出する重み付け平均化部１２１を備えている。重み付け平均化部１２１においては、複数の受信既知信号に重みを付けて平均化することで、受信既知信号に付加された雑音成分を抑制することができる。この重み付け平均化では、既知信号生成部１０９で生成された既知信号パターンが乗算される。

以上のように、第１の実施の形態に係る無線中継装置においては、既知信号から付加雑音を除去して中継することで、中継先において、伝送路推定精度を向上させることができ、誤り率を低減することができる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る中継装置３００の構成を概略的に示している。本実施の形態では、無線通信方式として、３ＧＰＰ−ＬＴＥ（3^rd Generation Partnership Project - Long Term Evolution）を想定している。本実施の形態における既知信号は、伝送路推定に使用される参照信号を示す。なお、３ＧＰＰ−ＬＴＥでは、この参照信号をＲｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌと呼ぶため、本実施の形態では、ＲＳとは参照信号を表す。図３に示される中継装置３００は、図１に示される中継装置１００と同様に、基地局からの電波を端末に中継する。図３では、中継元（送信側ともいう）である基地局及び中継先（受信側ともいう）である端末の表示を省略している。３ＧＰＰ−ＬＴＥにおいては、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）が採用されているため、通常、中継装置は、受信系及び送信系の各々に関して複数の系統を備えている。図３に示される中継装置３００には、２つの受信系統３５０ａ及び３５０ｂ、並びに２つの送信系統３６０ａ及び３６０ｂが設けられている。第１及び第２の受信系統３５０ａ及び３５０ｂは、夫々、受信アンテナ３０１ａ及び受信アンテナ３０１ｂ、受信ＲＦ回路３０２ａ及び３０２ｂ、ＡＤ変換器３０３ａ及び３０３ｂ、受信フィルタ３０４ａ及び３０４ｂ、並びにＦＦＴ部３０６ａ及び３０６ｂを備えている。また、第１及び第２の送信系統３６０ａ及び３６０ｂは、夫々、ＩＦＦＴ部３１２ａ及び３１２ｂ、送信フィルタ３１３ａ及び３１３ｂ、ＤＡ変換器３１４ａ及び３１４ｂ、送信ＲＦ部３１５ａ及び３１５ｂ、並びに送信アンテナ３１６ａ及び３１６ｂを備えている。本実施の形態では、第２の受信系統３５０ｂ及び第２の送信系統３６０ｂは、第１の受信系統３５０ａ及び第１の送信系統３６０ａと同様に動作するために、その説明を省略する。

なお、本実施の形態では、基地局が２つの送信アンテナから電波を送信する例を説明するが、これに限定されず、基地局、端末及び中継装置３００の各々は、３以上の送信及び受信系統を備えてもよい。

図３に示される中継装置３００は、基地局から送信された電波を２つの受信アンテナ３０１ａ及び３０１ｂで受信し、受信アンテナ３０１ａ及び３０１ｂの各々からデータ信号及び既知信号を含む受信信号を得る。第１の受信系統３５０ａでは、受信アンテナ３０１ａからの受信信号は、受信ＲＦ部３０２ａによってフィルタリングされ、増幅され、ダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた受信信号は、ＡＤ変換器３０３ａによってサンプリングされ、デジタル信号に変換される。ＡＤ変換器３０３ａから出力されたデジタル信号は、受信フィルタ３０４ａによって所定の帯域幅内の信号成分を切り出され、ダウンサンプリングされる。ダウンサンプリングされたデジタル信号は、タイミング同期部３０５及びＦＦＴ部３０６へ伝達される。

タイミング同期部３０５は、受信フィルタ３０４ａ及び３０４ｂの各々からダウンサンプリングされたデジタル信号を受け取ると、これらのデジタル信号に基づいて同期タイミングを推定する。タイミングが確定されると、タイミング同期部３０５からは、タイミング信号がＦＦＴ部３０６ａ及び３０６ｂへ伝達される。本実施の形態に採用される３ＧＰＰ−ＬＴＥでは、後に説明されるＰｒｉｍａｒｙ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ（Ｐ−ＳＳ）を利用してタイミング同期が検出され、タイミング同期の取得時にＰ−ＳＳからセルグループ内ＩＤが取得される。取得されたセルグループ内ＩＤは、既知信号（ＲＳ）パターン生成部３０９に伝達され、既知信号パターン生成部３０９において既知信号パターンの生成に使用される。

受信フィルタ３０４ａでダウンサンプリングされたデジタル信号は、タイミング同期部３０５からのタイミング信号に従って、ＦＦＴ部１０６ａによってガード・インターバルを除去され、高速フーリエ変換により周波数領域の信号に変換される。周波数領域の信号に変換されたデジタル信号は、既知信号（ＲＳ）抽出部３０７及びＲＳ生成部３０９へ伝達される。

既知信号パターン生成部３０９は、タイミング同期部３０５からのセルグループ内ＩＤとＦＦＴ部３０６ａ及び３０６ｂからのデジタル信号とに基づいて既知信号パターンを生成する。生成された既知信号パターンは、伝送路推定部３０８及び既知信号再生部３１０へ伝達される。３ＧＰＰ−ＬＴＥの場合、３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１ ｖ８．４．０の６．１１節（以下、参照文献１と称す）に示されるように、既知信号パターンは、セルＩＤから決定される。参照文献１においてＮ_ＩＤ ^ｃｅｌｌと示されるセルＩＤは、基地局に割り当てられた固有ＩＤであって、２つのＩＤ、即ち、セルグループ内ＩＤ及びセルグループＩＤから決定される。参照文献１においてＮ_ＩＤ ^（２）と示されるセルグループ内ＩＤは、前述のように、Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ（Ｐ−ＳＳ）を使用するタイミング同期の取得時に取得される。参照文献１においてＮ_ＩＤ ^（１）と示されるセルグループＩＤは、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ（Ｓ−ＳＳ）から取得される。このように、Ｐ−ＳＳ及びＳ―ＳＳは、基地局から受信された信号に含まれ、これらＰ−ＳＳ及びＳ―ＳＳに基づいて基地局から送信される既知信号と同じ既知信号パターンが生成される。

既知信号パターン生成部３０９では、図４に示されるように、Ｓ−ＳＳ抽出部３３０は、ＦＦＴ部３０６ａ及び３０６ｂで周波数領域に変換されたデジタル信号からＳ−ＳＳを抽出する。グループ内ＩＤ検出部３３１は、Ｓ−ＳＳ抽出部３３０で抽出されたＳ−ＳＳ及びタイミング同期部３０５で取得されたセルグループ内ＩＤに基づいてセルグループＩＤを検出する。続いて、セルＩＤ検出部３３２は、タイミング同期部３０５で取得されたセルグループ内ＩＤ及びセルグループＩＤ検出部３３１で検出されたセルグループＩＤに基づいてセルＩＤを特定する。既知信号生成部３３３は、特定されたセルＩＤに対応する既知信号パターンを生成して出力する。

ＲＳ抽出部３０７では、ＦＦＴ部３０６ａ及び３０６ｂから出力されたデジタル信号の各々から既知信号部分が受信既知信号として抽出される。抽出された受信既知信号は、伝送路推定部３０８へ伝達される。伝達路推定部３０８は、既知信号抽出部３０７で抽出された受信既知信号及び既知信号パターン生成部３０９で生成された既知信号パターンに基づいて伝送路を推定する。具体的には、図５に示されるように、伝送路推定部３０８では、既知信号抽出部３０７で抽出された受信既知信号がバッファ３２０に一時的に格納され、重み付け平均化部３２１は、受信既知信号に適切に重みを付けて平均化した後に、既知信号パターン生成部３０９から受信した既知信号パターンを使用して伝送路値を算出する。重み付け平均化部３２１では、重みを付けて平均化によって受信既知信号に含まれる雑音が除去される。

本実施の形態に採用される３ＧＰＰ−ＬＴＥでは、既知信号は、特定のサブキャリアによって搬送され、図６に示されるように、時間軸及び周波数軸に間引いて挿入されている。そのため、重み付け平均化部３２１は、平均化処理のために、時間軸に沿って配列される既知信号を使用してもよく、周波数軸に沿って配列される既知信号を使用してもよく、或いは、時間軸及び周波数軸に２次元的に配列される既知信号を使用してもよい。

本実施の形態では、基地局の送信アンテナ数（アンテナポート数）が２であり、既知信号は、基地局の第１及び第２の送信アンテナから常に送信されていることを想定している。既知信号は、多重化して送信されるデータ信号と異なって、ＭＩＭＯ多重されないため、既知信号用に確保されたサブキャリアからは、基地局の第１及び第２の送信アンテナのいずれか一方からの既知信号が送信される。基地局の第１のアンテナポートから送信される既知信号ｐ_１，ｋと中継装置３００の受信アンテナ３０１ａ及び２０１ｂで受信される信号ｒ_１，ｋ及びｒ_２，ｋとの関係は、下記式１のような伝搬モデルで表わされる。

ここで、ｋはサブキャリア番号を表わす。また、行列要素ｈ_{１１，ｋ、}ｈ_{１２，ｋ、}ｈ_{２１，ｋ及び}ｈ_２２，ｋは、夫々基地局の第１の送信アンテナと中継装置３００の第１の受信アンテナ３０１ａとの間の伝送路、基地局の第２の送信アンテナと中継装置３００の第１の受信アンテナ３０１ａとの間の伝送路、基地局の第２の送信アンテナと中継装置３００の第２の受信アンテナ３０１ｂとの間の伝送路、及び基地局の第２の送信アンテナと中継装置３００の第２の受信アンテナ３０１ｂとの間の伝送路を表わす。さらに、ｎ_１，ｋ及びｎ_２，ｋは、中継装置３００の第１の受信アンテナ３０１ａに付随する受信系統の雑音、及び中継装置３００の第２の受信アンテナ３０１ｂに付随する受信系統の雑音を表わす。

一方、第２のアンテナポートから送信される既知信号ｐ_２，ｍと中継装置３００の受信アンテナ３０１ａ及び２０１ｂで受信される信号ｒ_１，ｋ及びｒ_２，ｋとの関係は、下記式２のような伝搬モデルで表わされる。

ここで、ｍはサブキャリア番号を表わす。

簡単にするためにサブキャリア番号の表示を省略すると、伝送路推定部３０８では、伝送路ｈ_１１、ｈ_１２、ｈ_２１及びｈ_２２が推定され、既知信号パターン生成部３０９では、既知信号ｐ_１及びｐ_２が生成される。また、既知信号再生部３１０では、式１及び式２に示される受信信号ｒ_１，ｋ及びｒ_２，ｋから雑音成分を除去した信号ｈ_１１×ｐ_１、ｈ_１２×ｐ_２、ｈ_２１×ｐ_１及びｈ_２２×ｐ_２が送信既知信号として再生される。

マッピング部３１１にバッファリングされているデジタル信号の既知信号部分は、既知信号再生部３１０で再生された送信既知信号にマッピングされる。マッピング部３１１からは、各受信系統で受信した信号に対応する信号を各送信系統で送信するように、送信既知信号をマッピングされたデジタル信号がＩＦＦＴ部３１２ａ及び３１２ｂへ伝達される。

第１の送信系統３６０ａでは、受信既知信号がマッピングされた送信デジタル信号は、ＩＦＦＴ部３１２ａによって逆高速フーリエ変換され、ガード・インターバルを付加される。ＩＦＦＴ部３１２ａから出力された送信デジタル信号は、送信フィルタ３１３ａによって所定の帯域幅内の部分を抽出され、ＤＡ変換器３１４ａによってアナログ信号に変換される。このアナログ信号は、送信ＲＦ部３１５ａによってアップコンバートされ、増幅され、フィルタリングされて送信信号となり、送信アンテナ３１６ａによって送信される。

以上のように、第２の実施の形態に係る中継装置においては、３ＧＰＰ−ＬＴＥのようなＯＦＤＭにＭＩＭＯが組み合わさったシステムに対して既知信号のＳＮＲを改善することができ、中継先における伝送路推定の精度を向上させることができ、誤り率を低減した中継を実現することができる。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係る中継装置７００の構成を概略的に示している。この中継装置７００は、図示しない基地局からの電波を図示しない端末へ中継する。本実施の形態では、無線通信方式として、３ＧＰＰ−ＬＴＥを想定している。また、本実施の形態における既知信号は、タイミング同期用の信号であるＰ−ＳＳを示す。

図７に示される中継装置７００は、第１及び第２の受信系統７５０ａ及び７５０ｂと、第１及び第２の送信系統７６０ａ及び７６０ｂを備えている。第１及び第２の受信系統７５０ａ及び７５０ｂは、夫々、受信アンテナ７０１ａ及び７０１ｂ、受信ＲＦ部７０２ａ及び７０２ｂ、ＡＤ変換器７０３ａ及び７０３ｂ、並びに受信フィルタ７０４ａ及び７０４ｂを備えている。また、第１及び第２の送信系統７６０ａ及び７６０ｂは、送信フィルタ７０８ａ及び７０８ｂ、ＤＡ変換器７０９ａ及び７０９ｂ、送信ＲＦ部７１０ａ及び７１０ｂ、並びに送信アンテナ７１１ａ及び７１１ｂを備えている。本実施の形態では、第２の受信系統７５０ｂ及び第２の送信系統７６０ｂは、第１の受信系統７５０ａ及び第１の送信系統７６０ａと同様に動作するために、その説明を省略する。

第１の受信系統７５０ａでは、受信アンテナ７０１ａは、基地局から送信された電波を受信して受信信号を得る。この受信信号は、受信ＲＦ部７０２ａによってフィルタリングされ、増幅され、ダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた受信信号は、ＡＤ変換器７０３ａによってサンプリングされ、デジタル信号に変換される。ＡＤ変換器７０３ａから出力されたデジタル信号は、受信フィルタ７０４ａによって所定の帯域幅内の信号成分を抽出され、ダウンサンプリングされる。ダウンサンプリングされたデジタル信号は、タイミング同期部７０５及びマッピング部３０６へ伝達される。

タイミング同期取得前であれば、タイミング同期部７０５は、受信フィルタ７０４ａ及び７０４ｂの各々からのダウンサンプリングされたデジタル信号に含まれるＰ−ＳＳを検出することで、同期タイミングを推定する。タイミングが確定されると、タイミング同期部７０５は、Ｐ−ＳＳ生成部７０６にセルグループ内ＩＤを送信して、基地局から送信されたＰ−ＳＳに同一パターンを有する送信Ｐ−ＳＳを生成するように指示する。Ｐ−ＳＳ生成部７０６は、タイミング同期部７０５の指示に従って所定のタイミングで送信Ｐ−ＳＳを生成してマッピング部７０７へ伝達する。

受信フィルタ７０４ａから出力されたデジタル信号のＰ−ＳＳ信号部分は、Ｐ−ＳＳ生成部７０６で生成された送信Ｐ−ＳＳに置き換えられる。このマッピング部７０７は、タイミング同期部７０５からのタイミング信号に従って動作される。既知信号がタイミング同期用の信号である場合、既知信号が中継先での伝送路推定に使用されないことから、既知信号には、基地局及び中継装置間の伝送路の影響が含まれる必要がない。このように、第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態で説明されたような伝送路推定を実行する必要がなく、その結果、中継すべき信号を作成するための処理時間を短縮することができる。さらに、中継先に送信される送信信号は、基地局から中継装置７００までの伝送路の影響、並びに付加雑音を含まない送信Ｐ−ＳＳを有するため、中継先の端末は、精度良く同期をとることができる。

マッピング部７０７で送信Ｐ−ＳＳをマッピングされたデジタル信号は、送信フィルタ７０８ａによって帯域制限され、ＤＡ変換器７０９ａによってアナログ信号に変換される。このアナログ信号は、送信ＲＦ部７１０ａによってアップコンバートされて送信信号となり、送信アンテナ７１１ａによって中継先の端末に送信される。

以上のように、本実施の形態に係る中継装置においては、既知信号に付加された雑音を除去して中継することで、中継先において、タイミング同期の精度を向上させることができ、誤り率を低減することができる。

（第４の実施の形態）
図８は、第４の実施の形態に係る中継装置８００の構造を概略的に示している。本実施の形態では、無線通信方式として、３ＧＰＰ−ＬＴＥを想定している。図８に示される中継装置８００は、第１から第３の実施の形態と同様に、基地局からの電波を端末に中継する。本実施の形態における既知信号は、タイミング同期用の信号であるＰ−ＳＳ及びＳ−ＳＳを示す。

図８に示される中継装置８００は、第１及び第２の受信系統８５０ａ及び８５０ｂと、第１及び第２の送信系統８６０ａ及び８６０ｂを備えている。第１及び第２の受信系統８５０ａ及び８５０ｂは、夫々、受信アンテナ８０１ａ及び８０１ｂ、受信ＲＦ部８０２ａ及び８０２ｂ、ＡＤ変換器８０３ａ及び８０３ｂ、受信フィルタ８０４ａ及び８０４ｂ、並びにＦＦＴ部８０６ａ及び８０６ｂを備えている。また、第１及び第２の送信系統８６０ａ及び８６０ｂは、ＩＦＦＴ部８０９ａ及び８０９ｂ、送信フィルタ８１０ａ及び８１０ｂ、ＤＡ変換器８１１ａ及び８１１ｂ、送信ＲＦ部８１２ａ及び８１２ｂ、並びに送信アンテナ８１３ａ及び８１３ｂを備えている。図８に示される受信系統８５０ａ及び８５０ｂ並びに送信系統８６０ａ及び８６０ｂは、図３に示される受信系統３５０ａ及び３５０ｂ並びに送信系統３６０ａ及び３６０ｂと同様に動作されるため、その説明を省略する。

タイミング同期部８０５は、受信フィルタ８０４ａ及び８０４ｂからのデジタル信号に含まれるＰ−ＳＳを検出することで、同期タイミング（即ち、ＯＦＤＭシンボルの境界）を推定する。タイミングが確定されると、タイミング同期部８０５は、タイミング信号をＦＦＴ部８０６ａ及び８０６ｂへ伝達する。さらに、タイミング同期部８０５では、第２の実施の形態と同様に、タイミング同期の取得時にセルグループ内ＩＤが取得され、このセルグループ内ＩＤが同期信号生成部８０７へ伝達される。

ＦＦＴ部８０６ａは、タイミング同期部８０５からのタイミング信号に従って、受信フィルタ８０４ａからのデジタル信号を高速フーリエ変換して周波数領域の信号に変換する。

同期信号生成部８０７は、タイミング同期部８０５からセルグループ内ＩＤを受け取り、ＦＦＴ部８０６ａ及び８０６ｂから周波数領域の信号に変換されたデジタル信号を受け取る。同期信号生成部８０７では、受け取ったセルグループ内ＩＤ及びデジタル信号に基づいてＳ−ＳＳ及びＰ−ＳＳを生成する。より詳細には、同期信号生成部８０７では、図９に示されるように、Ｓ−ＳＳ抽出部８２０は、ＦＦＴ部８０６ａ及び８０６ｂから周波数領域の信号に変換されたデジタル信号を受け取り、受け取ったデジタル信号からＳ−ＳＳを抽出する。セルグループＩＤ検出部８２１は、Ｓ−ＳＳ抽出部８２０で抽出されたＳ−ＳＳ及びタイミング同期部８０５で取得されたセルグループ内ＩＤに基づいてグループ内ＩＤを特定する。ただし、本実施の形態では、第２の実施の形態とは異なり、既知信号を再生しないため、セルグループＩＤ検出部８２１においては、参照文献１に示されるように、セルグループＩＤであるＮ_ＩＤ ^（１）を特定する途中で検出されるｍ_０及びｍ１が特定されれば十分である。

Ｓ−ＳＳ生成部８２２は、セルグループＩＤ検出部８２１で特定されたセルグループＩＤ及びタイミング同期部８０５で取得されたセルグループ内ＩＤに従って送信Ｓ−ＳＳを生成する。さらに、Ｐ−ＳＳ生成部８２３は、セルグループ内ＩＤに従って送信Ｐ−ＳＳを生成する。

マッピング部８０８では、ＦＦＴ部８０６ａ及び８０６ｂから周波数領域の信号に変換されたデジタル信号のＳ−ＳＳ及びＰ−ＳＳ部分が同期信号生成部８０７で生成された送信Ｓ−ＳＳ及びＰ−ＳＳに置き換えられる。続いて、同期信号生成部８０７で生成された送信Ｓ−ＳＳ及びＰ−ＳＳをマッピングされたデジタル信号は、第１及び第２の受信系統８６０ａ、８６０ｂへ伝達される。

第３の実施の形態に示したように、Ｐ−ＳＳに関しては、デジタル信号に変換された受信信号に対してＦＴＴを実行することなく置き換えすることができる。しかしながら、本実施の形態では、受信信号のＳ−ＳＳ部分に関してもマッピングするために、デジタル信号に変換された受信信号に対してＦＦＴが実行される。

以上のように、第４の実施の形態に係る無線中継装置においては、同期用の信号であるＰ−ＳＳ、及びＳ−ＳＳに対して雑音除去して中継元からの電波を中継することで、中継先におけるタイミング同期の精度を向上させることができ、誤り率を低減することができる。

（第５の実施の形態）
図１０は、第５の実施の形態に係る中継装置１０００の構造を概略的に示している。本実施の形態では、無線通信方式として、３ＧＰＰ−ＬＴＥを想定している。図１０に示される中継装置１０００は、第１から第４の実施の形態と同様に、基地局からの電波を端末に中継する。本実施の形態における既知信号は、同期信号及び参照信号を示す。本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、ＲＳが参照信号を示すものとする。

図１０に示される中継装置１０００は、第１及び第２の受信系統１０５０ａ及び１０５０ｂと、第１及び第２の送信系統１０６０ａ及び１０６０ｂを備えている。第１及び第２の受信系統１０５０ａ及び１０５０ｂは、夫々、受信アンテナ１００１ａ及び１００１ｂ、受信ＲＦ部１００２ａ及び１００２ｂ、ＡＤ変換器１００３ａ及び１００３ｂ、受信フィルタ１００４ａ及び１００４ｂ、並びにＦＦＴ部１００６ａ及び１００６ｂを備えている。また、第１及び第２の送信系統７６０ａ及び７６０ｂは、ＩＦＦＴ部１００９ａ及び１００９ｂ、送信フィルタ１０１０ａ及び１０１０ｂ、ＤＡ変換器１０１１ａ及び１０１１ｂ、送信ＲＦ部１０１２ａ及び１０１２ｂ、並びに送信アンテナ１０１３ａ及び１０１３ｂを備えている。図１０に示される受信系統１０５０ａ及び１０５０ｂ並びに送信系統１０６０ａ及び１０６０ｂは、図３に示される受信系統３５０ａ及び３５０ｂ並びに送信系統１０６０ａ及び１０６０ｂと同様に動作されるため、その説明を省略する。

タイミング同期部１００５は、受信フィルタ１００４ａ及び１００４ｂからのデジタル信号に含まれるＰ−ＳＳを検出することで、同期タイミングを推定する。タイミングが確定されると、タイミング同期部１００５は、タイミング信号をＦＦＴ部１００６ａ及び１００６ｂへ伝達する。さらに、タイミング同期部１００５では、第２の実施の形態と同様に、タイミング同期の検出時にセルグループ内ＩＤが取得され、このセルグループ内ＩＤが既知信号パターン生成部１００９へ伝達される。

既知信号抽出部１００７では、第１及び第２の受信系統１０５０ａ、１０５０ｂから出力された周波数領域に変換された受信信号から伝送路推定用の受信既知信号（即ち、受信参照信号）が抽出される。

伝送路推定部１００８では、図１１に示されるように、既知信号抽出部１００７で抽出された複数の受信参照信号がバッファ１０２０に一時的に格納される。伝送路推定部１００８内の重み付け平均化部１０２１では、これらの受信参照信号と、後に説明する既知信号パターン生成部１００９で生成された参照信号パターンとに基づいて伝送路を推定する。伝送路の推定は、第２の実施の形態と同様の方法で実行され、中継元の送信アンテナの数及び当該中継装置のアンテナの数に応じた数の伝送路が推定される。

図１０に示される既知信号パターン生成部１００９は、参照信号パターンと、送信Ｓ−ＳＳ及びＰ−ＳＳとを生成する。この既知信号パターン生成部１００９は、図１２に示されるように、ＲＳ生成部１０３２、Ｓ−ＳＳ抽出部１０３０、セルグループＩＤ検出部１０３１、セルＩＤ検出部１０３３、Ｓ−ＳＳ生成部１０３４及びＰ−ＳＳ生成部１０３５を備える。同期信号パターン生成部１００９において、送信Ｓ−ＳＳ及びＰ−ＳＳを生成する動作は、図９に示される同期信号生成部８０７と同様であり、参照信号パターンを生成する動作は、図５に示される既知信号（ＲＳ）パターン生成部３０９と同様である。即ち、Ｓ−ＳＳ抽出部１０３０によって、ＦＦＴ部１００６ａ及び１００６ｂで周波数領域の信号に変換されたデジタル信号からＳ−ＳＳが抽出され、セルグループＩＤ検出部１０２１によって、抽出されたＳ−ＳＳ及びタイミング同期部１００５からのセルグループ内ＩＤに基づいて、セルグループＩＤが特定される。Ｓ−ＳＳ生成部１０３４は、セルグループＩＤ及びセルグループ内ＩＤに対応する送信Ｓ−ＳＳを生成し、マッピング部１０１１へ伝達する。Ｐ−ＳＳ生成部１０３５は、セルグループ内ＩＤに対応する送信Ｐ−ＳＳを生成し、マッピング部１０１１へ伝達する。セルＩＤ検出部１０３３は、セルグループＩＤ及びセルグループ内ＩＤからセルＩＤを特定する。ＲＳ生成部１０３２は、セルＩＤに対応する参照信号パターンを生成し、伝送路推定部１００８及び既知信号再生部１０１０に伝達する。

既知信号再生部１０１０では、伝送路推定部１００８で算出された伝送路の推定値と、既知信号パターン生成部１００９で生成された参照信号パターンとから、端末に送信すべき送信参照信号が再生される。

マッピング部１０１１では、バッファリングされている周波数領域の受信信号の対応する既知信号部分が、既知信号再生部１０１０で再生された送信参照信号と既知信号パターン生成部１００９で生成された送信Ｓ−ＳＳ及びＰ−ＳＳとに置き換えられる。

以上のように、第５の実施の形態では、３ＧＰＰ−ＬＴＥのような、ＯＦＤＭにＭＩＭＯが組み合わされた通信システムにおいて、既知信号のＳＮＲが改善され、中継先での伝送路推定及び同期推定の精度が向上される。

なお、種々の実施の形態において示された機能は、例えば、チップ及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路によって実現することができる。例えば、図１に示されるように、第１の実施の形態において示された機能を実現する回路１５０は、ＡＤ変換器１０３、受信フィルタ１０４、タイミング同期部１０５、ＦＦＴ部１０６、既知信号抽出部１０７、伝送路推定部１０８、既知信号生成部１０９、既知信号再生部１１０、マッピング部１１１、ＩＦＦＴ部１１２、送信フィルタ１１３及びＤＡ変換器１１４を含む。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０１…受信アンテナ、１０２…受信ＲＦ部、１０３…ＡＤ変換器、１０４…受信フィルタ、１０５…タイミング同期部、１０６…高速フーリエ変換部、１０７…既知信号抽出部、１０８…伝送路推定部、１０９…既知信号生成部、１１０…既知信号再生部、１１０…既知信号再生部、１１１…マッピング部、１１２…逆高速フーリエ変換部、１１３…送信フィルタ、１１４…ＤＡ変換器、１１５…送信ＲＦ部、１１６…送信アンテナ、１２０…バッファ、１２１…重み付け平均化部、１３０…基地局、１３１…端末、

Claims (6)

1. 第１無線装置から第２無線装置へ信号を中継する無線中継装置であって、
   前記第１無線装置から送信された電波を受信し、データ信号及び第１の既知信号を含む第１の受信信号を得る受信アンテナと、
   前記第１の受信信号をフィルタリングし、増幅し、ダウンコンバートして第２の受信信号を得る受信ＲＦ部と、
   前記第２の受信信号を第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
   前記第１のデジタル信号に含まれる前記第１の既知信号に基づいて、前記第１無線装置で生成された既知信号と同一パターンを有する第２の既知信号を生成する既知信号生成部と、
   前記第２の既知信号を使用して、前記第１の既知信号から雑音成分を除去した信号と同一の信号となる第３の既知信号を再生する既知信号再生部と、
   前記第１のデジタル信号に含まれる前記第１の既知信号を前記第３の既知信号に置き換えて、前記データ信号及び前記第３の既知信号を含む第２のデジタル信号を得るマッピング部と、
   前記第２のデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、
   前記アナログ信号をアップコンバートし、増幅し、フィルタリングして送信信号を得る送信ＲＦ部と、
   前記送信信号を前記第２無線装置へ送信する送信アンテナと、
   を具備することを特徴とする無線中継装置。
2. 前記第１のデジタル信号から前記第１の既知信号を第４の既知信号として抽出する既知信号抽出部と、
   前記第２及び第４の既知信号に基づいて、前記第１無線装置と当該無線中継装置との間の伝送路の推定値を算出する伝送路推定部と、をさらに具備し、
   前記既知信号再生部は、前記伝送路の推定値及び前記第２の既知信号を使用して、前記第３の既知信号を再生することを特徴とする請求項１に記載の無線中継装置。
3. 前記既知信号は、タイミング同期用の信号であることを特徴とする請求項１に記載の無線中継装置。
4. 前記伝送路推定部は、前記第４の既知信号を重み付け平均化して、前記伝送路の推定値を算出することを特徴とする請求項２に記載の無線中継装置。
5. 第１無線装置から第２無線装置へ信号を中継する無線中継装置であって、
   前記第１無線装置から受信された、データ信号及び第１の既知信号を含む信号を第１のデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
   前記第１のデジタル信号に含まれる前記第１の既知信号に基づいて、前記第１無線装置で生成された既知信号と同一パターンを有する第２の既知信号を生成する既知信号生成部と、
   前記第２の既知信号を使用して、前記第１の既知信号から雑音成分を除去した信号と同一の信号となる第３の既知信号を再生する既知信号再生部と、
   前記第１のデジタル信号に含まれる前記第１の既知信号を前記第３の既知信号に置き換えて、前記データ信号及び前記第３の既知信号を含む第２のデジタル信号を得るマッピング部と、
   前記第２のデジタル信号をアナログ信号に変換して、前記第２無線装置用の送信信号を得るＤＡ変換器と、
   を具備することを特徴とする無線中継装置。
6. 前記第３の既知信号は、前記第１無線装置と当該無線中継装置との間の伝送路の影響を含む信号である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線中継装置。

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