JP5394419B2

JP5394419B2 - 無線通信システム及び中継局

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Publication number: JP5394419B2
Application number: JP2011025331A
Authority: JP
Inventors: 暢朗大槻; 隆利杉山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: JP2012165275A

Description

本発明は、複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う無線通信システム、送受信局、及び中継局に関する。

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）を用いて、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、各宛先局において復号操作を行うことにより、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は、無線通信の同報性とネットワーク符号と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、同様に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（非特許文献１参照）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。ネットワーク符号化・復号には、排他的論理和を用いるものとする。

図４は、無線マルチホップトポロジを示す概念図である。該無線マルチホップトポロジにおいて、両端の送受信局（ノードｎ１、ノードｎ２）が互いにノードｎＲを介して情報のやり取りを行う場合について考える。以下、論理情報として定義されるフレームを情報フレーム、論理情報を無線信号へと変調されたフレームを無線フレームと記述する。また、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。すなわち、ある局が無線フレームの送信を行っている間、他の全ての局は、同時刻に無線フレームを送信しないものとする。

図５は、ネットワーク符号化を用いない場合の通信手順を示す概念図である。ネットワーク符号化を用いない場合の通信手順は、以下に示すようになる。
（１）時刻Ｔ１において、ノードｎ１が情報フレームａを無線フレームＡに変調し、ノードｎＲへと送信する。ノードｎＲは、無線フレームＡを受信し、情報フレームａに復調する。
（２）時刻Ｔ２において、ノードｎＲが情報フレームａを無線フレームＡに変調し、ノードｎ２へと送信する。ノードｎ２は、無線フレームＡを受信し、情報フレームａに復調する。

（３）時刻Ｔ３において、ノードｎ２が情報フレームｂを無線フレームＢに変調し、ノードｎＲへと送信する。ノードｎＲは、無線フレームＢを受信し、情報フレームｂに復調する。
（４）時刻Ｔ４において、ノードｎＲが情報フレームｂを無線フレームＢに変調し、ノードｎ１へと送信する。ノードｎ１は、無線フレームＢを受信し、情報フレームｂに復調する。

上述のように、ネットワーク符号化を用いない場合には、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、４つのタイムスロットが必要となる。

図６は、ネットワーク符号化を用いた場合の通信手順を示す概念図である。ネットワーク符号化を用いた場合の通信手順は、以下に示すようになる。
（１）時刻Ｔ１において、ノードｎ１が情報フレームａを無線フレームＡに変調し、ノードｎＲへと送信する。ノードｎＲは、無線フレームＡを受信し、情報フレームａに復調する。
（２）時刻Ｔ２において、ノードｎ２が情報フレームｂを無線フレームＢに変調し、ノードｎ２へと送信する。ノードｎＲは、無線フレームＢを受信し、情報フレームｂに復調する。
（３）時刻Ｔ３では、ノードｎＲが情報フレームａと情報フレームｂと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。情報フレームｘは、無線フレームＸに変調され、ノードｎ１及びノードｎ２に対して同報送信される。

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において受信した無線フレームＸの復調結果である情報フレーム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。ノードｎ２においても同様に、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において受信した無線フレームＸの復調結果である情報フレーム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。

以降、ネットワーク符号化される前の情報フレームのうち、宛先局において既知となり、他方の無線フレームを導出するためにネットワーク符号化された無線フレームとネットワーク復号される無線フレームとを、鍵フレームと呼ぶ。例えば、ノードｎ１においては、情報フレームｘから情報フレームｂを取得するために必要となる情報フレームａが鍵フレームとなる。

上述のように、ネットワーク符号化を用いた場合には、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ネットワーク符号化を用いた場合とを比較すると、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（以降、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。

図７は、従来手法における送受信局（ノードｎ１及びｎ２）の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、従来のノードｎ１及びｎ２の送受信局１００は、情報フレーム生成機能１０１と、送信バッファ１０２と、鍵フレーム記憶機能１０３と、変調機能１０４と、ＴＤＤスイッチ１０５と、送受信アンテナ１０６と、復調機能１０７と、ネットワーク復号機能１０８と、受信情報復元機能１０９とから構成される。以下に、送受信局１００がノードｎ１である場合について、その動作を説明する。

送信情報は、情報フレーム生成機能１０１により情報フレームに変換され、送信バッファ１０２に格納される。送信を行うタイミング、すなわち時刻Ｔ１において、送信バッファ１０２に格納されている先頭の情報フレームａは、変調機能１０４により無線フレームＡに変換され、送受信アンテナ１０６によりノードｎＲへと送信される。同時に、当該情報フレームａは、鍵フレーム記憶機能１０３に記憶される。

時刻Ｔ３において、ネットワーク符号化された無線フレームＸ（情報フレームａと、ノードｎ２から送信された情報フレームｂとをネットワーク符号化することにより生成される情報フレームｘを変調したもの）を送受信アンテナ１０６により受信し、復調機能１０７により情報フレームｘへと復調を行う。

ＴＤＤスイッチ１０５は、時刻Ｔ１において変調機能１０４の出力と送受信アンテナ１０６とを接続し、時刻Ｔ３においては送受信アンテナ１０６と復調機能１０７とを接続する。

送信情報フレームｘから情報フレームｂを取得するために、ネットワーク復号機能１０８では、情報フレームｘと、時刻Ｔ１において鍵フレーム記憶機能１０３に記憶された情報フレームａとの排他的論理和を取ることによりネットワーク復号操作を行い、情報フレームｂを取得する。情報フレームｂは、受信情報復元機能１０９により受信情報へと変換される。

図８は、従来手法における中継局（ノードｎＲ）の構成例を示すブロック図である。従来手法における中継局２００は、図８に示すように、送受信アンテナ２０１と、ＴＤＤスイッチ２０２と、復調機能２０３と、情報フレーム記憶装置２０４と、ネットワーク符号化器２０５と、変調機能２０６とから構成される。以下に、その動作を説明する。

時刻Ｔ１においては、ノードｎ１から送信された無線フレームＡを送受信アンテナ２０１により受信し、復調機能２０３により情報フレームａへと復調する。情報フレームａは、情報フレーム記憶装置２０４に記憶される。

時刻Ｔ２において、ノードｎ２から送信された無線フレームＢを送受信アンテナ２０１により受信し、復調機能２０３により情報フレームｂへと復調する。ネットワーク符号化器２０５において、情報フレームｂと、時刻Ｔ１において取得した情報フレーム記憶装置２０４により保持されている情報フレームａとの排他的論理和を取得し、ネットワーク符号化された情報フレームｘを生成する。

時刻Ｔ３において、情報フレームは変調機能２０６により無線フレームＸへと変換され、送受信アンテナ２０１によりノードｎ１及びノードｎ２に対して同報される。

なお、ＴＤＤスイッチ２０２は、時刻Ｔ１及びＴ２において送受信アンテナ２０１と復調機能２０３とを接続し、時刻Ｔ３においては、変調機能２０６と送受信アンテナ２０１とを接続する。

一方、ノードｎ１とノードｎＲの間で利用するチャネル（チャネルｃｈ１）とノードｎ２とノードｎＲとの間で利用するチャネル（チャネルｃｈ２）として互いに異なる周波数チャネル（例えば、ｃｈ１、ｃｈ２）が利用できる場合には、時刻Ｔ１において、無線フレームＡと無線フレームＢとが同時に送信されて、それをネットワーク符号化した無線フレームＸが時刻Ｔ２に送信されるという構成にすることも可能である。

Sachin Katti, Hariharan Rahul, et al "XORs in The Air: Practical Wireless Network Coding, "Proc. ACM SIGCOMM 2006, Pisa, ltaly, Sep.2006, pp.243-254 Rudolf Ahlswede, Ning Cai, Shuo-Yen Robert Li, and Raymond W. Yeung, "Network information flow, "IEEE Trans. inf. Theory, vol.46, no.4, pp.1204-1216, Ju1.2000)

上述したように、周波数チャネルｃｈ１と周波数チャネルｃｈ２とを同時に利用する場合には、ネットワーク符号化を使用しない場合であっても、ノードｎＲが各チャネルを利用して、そのまま無線フレームを送信することで、中継動作が可能である。すなわち、時刻Ｔ１において、周波数チャネルｃｈ１を用いてノードｎ１からノードｎＲへ無線フレームＡを送信し、同時に、周波数チャネルｃｈ２を用いてノードｎ２からノードｎＲへ無線フレームＢを送信する。

次に、時刻Ｔ２において、周波数チャネルｃｈ１を用いてノードｎＲからノードｎ１へ無線フレームＢを送信し、同時に、周波数チャネルｃｈ２を用いてノードｎＲからノードｎ２へ無線フレームＡを送信する。この動作によっても、時刻Ｔ２で無線フレームＡ、Ｂをノードｎ１とノードｎ２間で交換することが可能となる。しかし、この方法では、ノードｎＲは、２つの周波数チャネルｃｈ１、ｃｈ２を同時に使って各無線フレームを送信することになるため、ノードｎ１及びノードｎ２と比較して送信電力が大きくなるという問題がある。

従来、無線局は、電源に接続されていることを想定しており、省消費電力化は比較的重要とされていなかった。しかし、特に中継局は、その設置場所がトポロジ上の地理的制限等により制限されるため、その最適設置箇所に電源が備わっているとは限らない。また近年はモバイル無線ルータと呼ばれるモバイル端末型の中継器が用いられる。そのため、電池駆動や、太陽光発電等の電源容量の制限がある不安定な電源を中継局の電源として使用することが考えられる。このような電源の下では、中継局の消費電力を抑えることで、長時間駆動や安定動作を実現することが求められる。

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、複数の周波数チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う無線通信システムで、中継局の省電力化を実現することができる無線通信システム、送受信局、及び中継局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、第１及び第２の送受信局と、前記第１の送受信局からの情報フレームと前記第２の送受信局からの情報フレームとを中継する中継局とを有し、複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う無線通信システムであって、前記第１及び第２の送受信局は、情報フレームを変調した無線フレームを生成し、生成した無線フレームを、第１の無線チャネル、または第２の無線チャネルにより前記中継局に送信する送信手段と、前記中継局から第１の無線チャネルで送信された第１の無線フレームと、第２の無線チャネルで送信された第２の無線フレームとを同時に受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した、前記第１の無線フレームと前記第２の無線フレームとを合成して第３の無線フレームを生成する合成手段と、前記合成手段によって合成された前記第３の無線フレームから第３の情報フレームを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された、前記第３の情報フレームに対してネットワーク復号処理を行い、前記第２の送受信局、または前記第１の送受信局から前記中継局を介して送信されてきた情報フレームを取得する復号手段とを備え、前記中継局は、前記第１の送受信局及び前記第２の送受信局から２つの情報フレームを同時に受信した場合には、当該２つの情報フレームを用いてネットワーク符号化を行って第４の情報フレームを生成する符号化手段と、前記符号化手段によって符号化された前記第４の情報フレームをコピーする信号分離手段と、前記第１の送受信局又は前記第２の送受信局から１つの情報フレームを受信した場合には、当該情報フレームを第１の送信電力で中継し、前記第１の送受信局及び前記第２の送受信局から２つの情報フレームを同時に受信した場合には、前記信号分離手段によってコピーされた、それぞれの第４の情報フレームを、第１の無線チャネルと第２の無線チャネルとに割り当てて、前記第１の送信電力よりも低い第２の送信電力で送信する中継手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記中継局は、前記第２の送信電力として、前記第１の送信電力よりも３〜８ｄＢだけ低い送信電力を使用することを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、情報フレームを中継する中継局を介して、他の送受信局との間で複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う送受信局であって、情報フレームを変調した無線フレームを生成し、生成した無線フレームを、第１の無線チャネル、または第２の無線チャネルにより前記中継局に送信する送信手段と、前記中継局から第１の無線チャネルで送信された第１の無線フレームと、第２の無線チャネルで送信された第２の無線フレームとを同時に受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した、前記第１の無線フレームと前記第２の無線フレームとを合成して第３の無線フレームを生成する合成手段と、前記合成手段によって合成された前記第３の無線フレームから第３の情報フレームを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記第３の情報フレームに対してネットワーク復号処理を行い、前記第２の送受信局、または前記第１の送受信局から前記中継局を介して送信されてきた情報フレームを取得する復号手段とを備えることを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う第１及び第２の送受信局との間で、前記第１の送受信局からの情報フレームと前記第２の送受信局からの情報フレームとを中継する中継局であって、前記第１の送受信局及び前記第２の送受信局から２つの情報フレームを同時に受信した場合には、当該２つの情報フレームを用いてネットワーク符号化を行って第４の情報フレームを生成する符号化手段と、前記符号化手段によって符号化された前記第４の情報フレームをコピーする信号分離手段と、前記第１の送受信局又は前記第２の送受信局から１つの情報フレームを受信した場合には、当該情報フレームを第１の送信電力で中継し、前記第１の送受信局及び前記第２の送受信局から２つの情報フレームを同時に受信した場合には、前記信号分離手段によってコピーされた、それぞれの第４の情報フレームを、第１の無線チャネルと第２の無線チャネルとに割り当てて、前記第１の送信電力よりも低い第２の送信電力で送信する中継手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記第１の送受信局又は前記第２の送受信局から１つの無線フレームを受信した場合には、前記第１の送信電力を設定して前記中継手段に通知し、一方、前記第１の送受信局及び前記第２の送受信局から２つの情報フレームを同時に受信した場合には、前記第１の送信電力よりも低い第２の送信電力を設定して前記中継手段に通知する送信電力制御手段を更に備え、前記送信電力制御手段は、前記第２の送信電力として、前記第１の送信電力よりも３〜８ｄＢだけ低い送信電力を使用することを特徴とする。

この発明によれば、複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う無線通信システムにおいて、中継局の省電力化を実現することができるという効果が得られる。

本発明の実施形態による送受信局（Ａｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジにおけるノードｎ１及びｎ２）の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態による中継局（Ａｌｉｃｅ＆ＢｏｂトポロジにおけるノードｎＲ）の構成を示すブロック図である。本実施形態による省電力効果を示す概念図である。無線マルチホップトポロジを示す概念図である。ネットワーク符号化を用いない場合の通信手順を示す概念図である。ネットワーク符号化を用いた場合の通信手順を示す概念図である。従来手法における送受信局（ノードｎ１及びｎ２）の構成例を示すブロック図である。従来手法における中継局（ノードｎＲ）の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本発明は、無線通信、特に、ネットワーク符号化を使った無線通信システムにおける省電力を目的とした中継方式である。従来の無線中継局では、例えば、送受信局ｎ１、ｎ２と中継局ｎＲとが直線状に並んでいる場合に、それぞれの送受信局ｎ１、ｎ２が中継局ｎＲにデータを送信するために、それぞれ１タイムスロットずつ、中継局ｎＲが各送受信局ｎ１、ｎ２にデータを転送するために、それぞれ１タイムスロットずつ、計４タイムスロットを要して中継を行っていた。このとき、中継局ｎＲは、２回の送信を行うために、送受信局ｎ１、ｎ２と比較して２倍の電力を消費するという問題があった。

本発明では、この問題に対して、ネットワーク符号化を利用して、さらに送信電力を小さく抑えることによって省電力化の効果を得ることを目的としている。まず、ネットワーク符号化を行うことによって、中継局ｎＲは、１回の送信で済むため、消費電力を送受信局ｎ１、ｎ２と同程度まで下げることが可能となる。次に、２つの周波数チャネルを用いて同一のネットワーク符号化データを２つ同時に送信し、受信局において最大比合成することによるダイバーシチゲインまでを見込んだ低い送信電力とすることで、さらなる省電力効果を得る。

すなわち、単純に１つのネットワーク符号化データを送信することによる省電力効果だけでなく、あえて２つの周波数でコピーしたネットワーク符号化データを送信することによって、ダイバーシチゲインを得つつ、このダイバーシチゲイン分を送信側で省電力のために利用することが特徴である。

本実施形態の特徴は、中継局ｎＲが、無線フレームＸをコピーして、２つの周波数チャネルのそれぞれに割り当てるとともに、受信ダイバーシチ効果を考慮した低い送信電力で各無線フレームを送信することである。

図１は、本発明の実施形態による送受信局（Ａｌｉｃｅ＆Ｂｏｂトポロジにおけるノードｎ１及びｎ２）の構成を示すブロック図である。図１に示すように、送受信局３００は、情報フレーム生成機能１０１と、送信バッファ１０２と、鍵フレーム記憶機能１０３と、変調機能１０４と、ＴＤＤスイッチ１０５と、送受信アンテナ１０６と、フィルタ３０１と、合成機能３０２と、復調機能３０３と、ネットワーク復号機能１０８と、受信情報復元機能１０９とから構成される。なお、図７に対応する部分には同一の符号を付けている。

送信情報は、情報フレーム生成機能１０１により情報フレーム化され、送信バッファ１０２に格納される。当該ノードが送信する時刻において、送信バッファ１０２から情報フレームが出力され、鍵フレーム記憶機能１０３へと格納されると共に、変調機能１０４へと入力され、無線信号へと変換され、無線フレームとなる（ノードｎ１であれば、無線フレームＡ、ノードｎ２であれば、無線フレームＢ）。各無線フレームＡ、Ｂ、は、同時刻において、それぞれ周波数チャネルｃｈｌ、ｃｈ２を用いてノードｎＲへと送信される。

一方、ノードｎ１及びノードｎ２は、各々、ノードｎＲが各周波数チャネルｃｈ１及びｃｈ２で送信した無線フレームＸを受信して、ＴＤＤスイッチ１０５経由でフィルタ３０１に入力する。すなわち、後述するように、各ノードｎ１、ｎ２は、送信においてはそれぞれに割当てられた周波数チャネルのみで送信するが、受信においては２つの周波数チャネルで同時に受信する。

フィルタ３０１では、周波数チャネルｃｈ１及びｃｈ２のそれぞれの帯域ごとに無線信号を通過させることによって、合成機能３０２にそれぞれの周波数チャネルｃｈ１、ｃｈ２に対応する無線信号を出力する。２つの無線信号は合成機能３０２において最大比合成された後、復調機能３０３へ出力され、復調機能３０３により情報フレームｘを取り出す。取り出された情報フレームｘは、ネットワーク復号機能１０８によって情報フレームを取得する。

例えば、ノードｎ１の場合には、情報フレームＢを取得し、ノードｎ２の場合には、情報フレームＡを取得する。このように、２つの周波数チャネルｃｈ１、ｃｈ２でそれぞれ受信した無線信号を最大比合成することによって、周波数ダイバーシチ効果を得る構成である。無線信号の合成は、ｃｈ１、ｃｈ２それぞれの無線信号を独立に復調し得られた軟判定ビットに対して行ってもよい。

図２は、本発明の実施形態による中継局（Ａｌｉｃｅ＆ＢｏｂトポロジにおけるノードｎＲ）の構成を示すブロック図である。図２に示すように、中継局４００は、送受信アンテナ２０１と、ＴＤＤスイッチ２０２と、フィルタ４０１と、２つの復調機能４０２−１、４０２−２と、ネットワーク符号化器２０５と、変調機能２０６と、信号分離機能４０３と、２つの周波数変換機能４０４−１、４０４−２と、増幅機能４０５から構成される。なお、図８に対応する部分には同一の符号を付けている。

時刻Ｔ１において、中継局４００は、ノードｎ１からの周波数チャネルｃｈｌを用いて送信された無線フレームＡとノードｎ２からの周波数チャネルｃｈ２を用いて送信された無線フレームＢとをそれぞれ受信し、復調を行う。この際に、ＴＤＤスイッチ２０２は、送受信アンテナ２０１と復調機能４０２−１、４０２−２とを接続する。無線信号から、２つの周波数チャネルｃｈ１、ｃｈ２で受信された各無線フレームを抽出するため、フィルタ４０１により、周波数チャネルｃｈ１、ｃｈ２毎に無線信号が分離され、復調機能４０２−１、４０２−２へ無線フレームとして出力する。復調機能４０２−１、４０２−２は、各々、入力された無線フレームから情報フレームを抽出してネットワーク符号化器２０５へ出力する。

ノードｎ１及びノードｎ２の両方から無線フレームを受信した場合には、ネットワーク符号化器２０５には、２つの情報フレームが入力されることになる。一方、いずれかのノードからのみ無線フレームを受信した場合には、ネットワーク符号化器２０５には、１つの情報フレームしか入力されないから、その後の場合は、ネットワーク符号化を行わず，入力された情報フレームをそのまま出力する。

以下、ネットワーク符号化器２０５に、２つの情報フレームが入力されたものとして説明する。ネットワーク符号化器２０５では、２つの情報フレームの各情報ビットについて、順次、ネットワーク符号化を行い、ネットワーク符号化された情報フレームを生成する。ネットワーク符号化器２０５でネットワーク符号化された情報フレームは、変調機能２０６により変調された後に、信号分離機能４０３によってコピーされ、周波数変換機能４０４−１、４０４−２により周波数チャネルｃｈ１とｃｈ２のそれぞれにアップコンバートされ、増幅機能４０５により増幅されて無線フレームとして送信される。

ここで、増幅機能４０５は、従来のネットワーク符号化を行わない中継局と比較して半分以下の総送信電力となるよう各無線フレームの増幅処理を行う。

増幅機能４０５による出力電力のゲインは、ノードｎ１及びｎ２における周波数ダイバーシチ効果を考慮した分を低減したゲインを設定する。

すなわち、ネットワーク符号化を行う場合、１つの無線フレームで２つの無線フレームに相当する情報を送信することができることから、単純に周波数チャネルｃｈ１、または周波数チャネルｃｈ２において、情報フレームａとｂについてネットワーク符号化を行った無線フレームＸを送信すれば、それぞれを無線フレームＡ、Ｂとして送信するよりも中継局は半分の送信電力（増幅機能の消費電力）で済むことになる。

さらに、無線フレームＸを各周波数チャネルで同時に送信すれば、受信側で合成することによるダイバーシチ効果を期待できるため、その分を考慮して、さらに低い送信電力で送信することができる。したがって、さらに中継局における省電力効果が得られることになる。
また中継局は，複数の周波数チャネルを１つの周波数チャネルとして用いる（チャネルボンディング）ことで，所要周波数帯域は増加するが誤り耐性が向上する手法（誤り訂正符号化率の低下，変調多値数の減少等）を用いて，無線フレームＸを送信してもよい．

図３は、本実施形態による省電力効果を示す概念図である。図３には、ネットワーク符号化を使用しない従来の技術（従来法）、ネットワーク符号化を用いて１つの周波数チャネルで送信する技術（ＮＣのみ）、及び本発明によるネットワーク符号化を用いて２つの周波数チャネルで送信して周波数ダイバーシチを行う技術（ＮＣ＋ｄｉｖ）のそれぞれについて、中継総送信電力に対するＰＥＲ（Packet Error Rate）特性を屋内環境を想定し計算機シミュレーションにより評価したものを示している。

図３から、ＰＥＲ（パケットエラー率：Packet Error Ratio）＝１０^−２で所要ＳＮＲ（Signal-Noise Ratio）を比較すると、同一のＰＥＲとなるＳＮＲは、ネットワーク符号化により３ｄＢ低くなり、周波数ダイバーシチ効果により５ｄＢ低くなることが分かる。したがって、本発明による送信電力制御においては、ネットワーク符号化を行わない場合の第１の送信電力とネットワーク符号化を行う場合の第２の送信電力との関係として、第２の送信電力として第１の送信電力よりも８ｄＢ低い送信電力値を設定することで、従来の課題を解決して省電力効果を提供することができる。

複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行うことが不可欠な用途に適用できる。

３００送受信局
１０１情報フレーム生成機能
１０２送信バッファ
１０３鍵フレーム記憶機能
１０４変調機能
１０５ＴＤＤスイッチ
１０６送受信アンテナ
１０８ネットワーク復号機能
１０９受信情報復元機能
３０１フィルタ
３０２−１、３０２−２復調機能
３０３合成機能
４００中継局
２０１送受信アンテナ
２０２ＴＤＤスイッチ
２０５ネットワーク符号化器
２０６変調機能
４０１フィルタ
４０２−１、４０２−２信号検出機能
４０３−１、４０３−２復調機能
４０４信号分離機能
４０５周波数変換機能
４０６増幅機能
４０７送信電力制御機能

Claims

第１及び第２の送受信局と、前記第１の送受信局からの情報フレームと前記第２の送受信局からの情報フレームとを中継する中継局とを有し、複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う無線通信システムであって、
前記第１及び第２の送受信局は、
情報フレームを変調した無線フレームを生成し、生成した無線フレームを、第１の無線チャネル、または第２の無線チャネルにより第１の送信電力で前記中継局に送信する送信手段と、
前記中継局から第１の無線チャネルで送信された第１の無線フレームと、第２の無線チャネルで送信された第２の無線フレームとを同時に受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信した、前記第１の無線フレームと前記第２の無線フレームとを合成して第３の無線フレームを生成する合成手段と、
前記合成手段によって合成された前記第３の無線フレームから第３の情報フレームを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された、前記第３の情報フレームに対してネットワーク復号処理を行い、前記第２の送受信局、または前記第１の送受信局から前記中継局を介して送信されてきた情報フレームを取得する復号手段と
を備え、
前記中継局は、
前記第１の送受信局及び前記第２の送受信局から２つの情報フレームを同時に受信した場合には、当該２つの情報フレームを用いてネットワーク符号化を行って第４の情報フレームを生成する符号化手段と、
前記符号化手段によって符号化された前記第４の情報フレームをコピーする信号分離手段と、
前記信号分離手段によってコピーされた、それぞれの第４の情報フレームを、第１の無線チャネルと第２の無線チャネルとに割り当てて、前記第１の送信電力よりも受信する際の最大比合成することによるダイバーシチゲインを見込んだ分だけ低い第２の送信電力で送信する中継手段と
を備える
ことを特徴とする無線通信システム。
前記中継局は、前記第２の送信電力として、前記第１の送信電力よりも３〜８ｄＢだけ低い送信電力を使用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。
複数の無線チャネルによりネットワーク符号化を用いてマルチホップ無線通信を行う第１及び第２の送受信局との間で、前記第１の送受信局からの情報フレームと前記第２の送受信局からの情報フレームとを中継する中継局であって、
当該２つの情報フレームを用いてネットワーク符号化を行って第４の情報フレームを生成する符号化手段と、
前記符号化手段によって符号化された前記第４の情報フレームをコピーする信号分離手段と、
前記信号分離手段によってコピーされた、それぞれの第４の情報フレームを、第１の無線チャネルと第２の無線チャネルとに割り当てて、前記第１及び第２の送受信局が送信を行う際の第１の送信電力よりも受信する際の最大比合成することによるダイバーシチゲインを見込んだ分だけ低い第２の送信電力で送信する中継手段と
を備えることを特徴とする中継局。
前記第１の送受信局又は前記第２の送受信局から１つの無線フレームを受信した場合には、前記第１の送信電力を設定して前記中継手段に通知し、一方、前記第１の送受信局及び前記第２の送受信局から２つの情報フレームを同時に受信した場合には、前記第１の送信電力よりも低い第２の送信電力を設定して前記中継手段に通知する送信電力制御手段を更に備え、
前記送信電力制御手段は、前記第２の送信電力として、前記第１の送信電力よりも３〜８ｄＢだけ低い送信電力を使用することを特徴とする請求項３に記載の中継局。