JP5501229B2 - 中継装置、通信システムおよび中継方法 - Google Patents

中継装置、通信システムおよび中継方法 Download PDF

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Description

本発明は、送信装置と受信装置との無線通信を中継する中継装置、通信システムおよび中継方法に関する。
従来から、次世代の移動通信では、高速なデータ伝送が求められており、高速なデータ伝送を行なうには、より広い周波数帯域が必要となる。しかしながら、より広帯域な伝送を行うと、受信信号をサンプリングする時間間隔が短くなるため、従来の技術では検出できなかった異なる経路（パス）を経由して受信機に到達するマルチパスが分離され、その影響を無視することができなくなる。マルチパス環境では、受信信号を周波数領域で観測した場合に信号のスペクトルが歪んでしまう周波数選択性フェージングの影響が大きくなる。
その結果、従来の第２世代携帯電話などで用いられてきたシングルキャリア伝送を、そのまま広帯域化して信号を送信すると、信号が大きく歪んでしまうため、伝送特性が著しく劣化してしまう。これに対しては信号の歪みを元に戻す適応等化技術というものが存在したが、当時の適応等化技術はマルチパス数が多くなるとマルチパス数に対して指数的に演算量が増大してしまうことから、受信装置となりうる小型の携帯電話などでは適用可能なものとはならなかった。
そこで第３世代携帯電話の方式であるＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）では、自己相関特性と相互相関特性に優れた拡散符号を用いて相関を計算することにより各マルチパスを分離し、エネルギー的に合成を行なうｒａｋｅ合成によってパスダイバーシチ効果を得ることで周波数選択性フェージング環境においても良好な伝送特性を得ることができるようになった。その結果、ＣＤＭＡ技術は広く普及した。
しかしながら、さらなる広帯域化に伴い、受信装置におけるパス数が多くなりすぎてしまうと、自己相関特性と相互相関特性に優れているとしても相関値は０でないため、検出したいパスに他の多くのパスの残留干渉が累積してしまう。結果的に、パス間干渉によって伝送特性が著しく劣化してしまう。そこで、多数の直交周波数間隔に配置された狭帯域サブキャリアを用いて周波数領域で並列に大容量伝送する直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing;ＯＦＤＭ）や、マルチキャリアＣＤＭＡ（Multi-Carrier CDMA; ＭＣ−ＣＤＭＡ）のようなマルチキャリア伝送が注目を集めている。
マルチキャリア伝送は、ＯＦＤＭシンボル区間の後方の波形をガードインターバル（Guard Interval;ＧＩ）として前方に付加することでＯＦＤＭシンボルの周期性を維持することができるため、サブキャリア間の直交性を維持したまま周波数選択性フェージング環境下においても各サブキャリアでマルチパスの影響が存在せず、パス数に依存しない信号処理が可能となる。このため、地上ディジタル放送、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等にＯＦＤＭが用いられている。
一方、移動通信の上りリンク（移動局から基地局への送信）においては、移動端末の増幅器の線形性の問題から、ＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）の高いＯＦＤＭ伝送を用いるのは難しく、シングルキャリア伝送を用いることが望まれている。そこで、ＯＦＤＭと同様の考え方を用いてシングルキャリア伝送にＧＩを付加し、周波数領域で１回の乗算で信号の歪みを補償する等化を行なえば、パス間干渉を抑圧しつつ周波数ダイバーシチ効果を得ることができる。 また、各ユーザがシステム帯域全体を複数のサブキャリアで構成されるサブチャネルに分割し、任意のサブチャネルに柔軟にスペクトルを配置できるＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）において採用されることが決まっている。さらに、周波数スペクトルを割り当てる際、伝搬路状態のよい周波数に離散スペクトルを割り当てる、ダイナミックスペクトル制御（Dynamic Spectrum Control;ＤＳＣ）も提案されている。
また、次世代の移動通信では広帯域な周波数を用いるために、搬送波周波数が高くなることが確実視されている。搬送波周波数が高くなると電波の直進性が強くなるため、屋内やビル影では電波が届かなくなり、カバレッジエリアが縮小してしまう。このため、基地局を多く建てなければこれまでのようにシームレスな接続を実現するために端末を収容することが困難になってくる。
そこで、基地局と移動局との間に中継局を設置することが提案されている。中継局を設置することで基地局から電波が届かないエリアにも中継という手段で情報を伝送することができるため、基地局がカバーするエリアを拡大でき、基地局の設置台数の増加を抑えることができる。また、これと共に、送信局は遠く離れた受信局と通信する必要がなくなるため、送信電力を下げることができるというメリットがある。
例えば、特許文献１では、図１５に示すような構成を採る中継局が開示されている。この中継局１５００が、基地局（送信局）１５０１と中継局１５００の間のチャネル（第１のチャネルＡ）と、中継局１５００と移動局（受信局）１５０２の間のチャネル（第２のチャネルＢ）の両方のチャネルの伝達関数を推定し、さらに第１および第２のチャネルのサブキャリアの間で最適な結合が起こるようにＯＦＤＭパケットごとにサブキャリアを並べ替えることによって、従来のＯＦＤＭ中継と比べて大きな利得を実現している。
特開２００７−０４３６９０号公報
近年の移動通信の発展は目覚しく、現在も市場においてＰＤＣ（Personal Digital Cellular）やＧＳＭ（Global System for Mobile communication）等の第２世代（２Ｇ）、Ｗ−ＣＤＭＡやＣＤＭＡ２０００ １ｘ等の第３世代（３Ｇ）、ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）やＣＤＭＡ２０００ １ｘ ＥＶ−ＤＯ（Evolution Data Only）等の３．５世代（３．５Ｇ）の携帯電話が混在している。今後、さらにＬＴＥ（Long Term Evolution）等の３．９世代（３．９Ｇ）や第４世代（４Ｇ）の携帯電話が市場に普及すると考えられる。
しかしながら、基地局等のインフラを３．９Ｇや４Ｇまで対応するものに置き換えるには、時間とコストがかかってしまうため、携帯端末のみならず基地局も様々な世代の基地局が混在することが考えられる。さらに、３．９Ｇのための基地局をこれから新設する際に、このことを考慮して２Ｇまで対応するような基地局を建設するにはコストがかかってしまう。
また、３Ｇよりも３．９Ｇや４Ｇといった世代の新しい移動通信方式の方が周波数利用効率に優れているため、できるだけ新しい世代の通信方式を用いて通信を行なった方がよいが、基地局と移動局の通信では、基地局か移動局のうちどちらかが新しい世代の通信方式に対応していない場合には通信をすることができない。また、例えば、移動局が３Ｇのみに対応する一方、中継局と基地局が３Ｇだけでなく３．５Ｇと３．９Ｇまで対応する場合、中継局と基地局間の通信には、対応している伝送方式の中で最も周波数利用効率の高い３．９Ｇを用いた方が良いが、現状の考え方では３Ｇの伝送方式で伝送するため、周波数利用効率が下がってしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、中継によって、送信装置のカバレッジエリアを拡大すると共に、周波数利用効率（セルスループット）を向上させることができる中継装置、通信システムおよび中継方法を提供することを目的とする。
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の中継装置は、送信装置から受信した信号を受信装置に対して送信する中継装置であって、前記送信装置から受信した信号を復調する受信信号処理部と、複数の伝送方式から前記受信装置が復調可能な伝送方式を選択する選択部と、前記受信信号処理部によって復調された信号に基づいて、前記選択部によって選択された伝送方式で用いられる信号を生成する信号生成部と、を備えることを特徴としている。
このように、複数の伝送方式から受信装置が復調可能な伝送方式を選択し、復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられる信号を生成するので、送信装置と受信装置とが対応している伝送方式が異なる場合においても、通信を行なうことができる。また、送信装置は、受信装置の性能を考慮することなく、より周波数利用効率の高い伝送方式で送信を行なうことができると共に、受信装置は、送信装置の性能を考慮することなく中継装置からの信号を受信することができる。その結果、中継によってカバレッジエリアを拡大することができると共に、周波数利用効率（セルスループット）も向上させることができる。
（２）また、本発明の中継装置において、前記選択部は、前記受信装置が復調可能な複数の伝送方式のうち、周波数利用効率が最も高い伝送方式を選択することを特徴としている。
このように、選択部は、受信装置が復調可能な複数の伝送方式のうち、周波数利用効率が最も高い伝送方式を選択するので、システム全体の周波数利用効率を向上させることが可能となる。例えば、送信装置が３Ｇのみに対応し、受信装置が３．９Ｇに対応する場合、中継装置が、送信装置から３Ｇの伝送方式で送信された信号を復調し、受信装置に対して、３．９Ｇの伝送方式で信号を送信することができる。
（３）また、本発明の中継装置において、前記受信信号処理部は、前記送信装置から連続した周波数を用いて送信されたシングルキャリア信号を復調し、前記送信信号生成部は、シングルキャリアの周波数スペクトルを割り当て可能な任意の周波数に配置した送信信号を生成することを特徴としている。
このように、送信装置から連続した周波数を用いて送信されたシングルキャリア信号を復調し、シングルキャリアの周波数スペクトルを割り当て可能な任意の周波数に配置した送信信号を生成するので、ＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）特性の良好な通信を行なうことが可能となる。
（４）また、本発明の中継装置において、前記信号生成部は、前記複数の伝送方式にそれぞれ対応する複数の送信信号生成部を備えることを特徴としている。
このように、複数の伝送方式にそれぞれ対応する複数の送信信号生成部を備えるので、複数の伝送方式から受信装置が復調可能な伝送方式を選択し、復調された信号に基づいて、個々に選択された伝送方式で用いられる信号を生成することが可能となる。
（５）また、本発明の通信システムは、基地局装置と移動局装置とが中継装置を介して無線通信を行なう通信システムであって、送信装置としての基地局装置または移動局装置のいずれか一方が、前記中継装置に対して信号を送信し、前記中継装置は、送信装置としての基地局装置または移動局装置のいずれか一方から受信した信号を復調し、複数の伝送方式から受信装置としての基地局装置または移動局装置のいずれか他方が復調可能な伝送方式を選択し、前記復調した信号に基づいて、前記選択した伝送方式で用いられる信号を生成し、生成した信号を受信装置としての基地局装置または移動局装置のいずれか他方に送信し、受信装置としての基地局装置または移動局装置のいずれか他方が、前記中継装置から信号を受信することを特徴としている。
このように、複数の伝送方式から受信装置が復調可能な伝送方式を選択し、復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられる信号を生成するので、送信装置と受信装置とが対応している伝送方式が異なる場合においても、通信を行なうことができる。また、送信装置は、受信装置の性能を考慮することなく、より周波数利用効率の高い伝送方式で送信を行なうことができると共に、受信装置は、送信装置の性能を考慮することなく中継装置からの信号を受信することができる。その結果、中継によってカバレッジエリアを拡大することができると共に、周波数利用効率（セルスループット）も向上させることができる。
（６）また、本発明の通信システムは、請求項１から請求項４のいずれかに記載の中継装置と、基地局装置と、移動局装置と、から構成され、前記基地局装置と前記移動局装置とが前記中継装置を介して無線通信を行なうことを特徴としている。
このように、複数の伝送方式から受信装置が復調可能な伝送方式を選択し、復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられる信号を生成するので、送信装置と受信装置とが対応している伝送方式が異なる場合においても、通信を行なうことができる。また、送信装置は、受信装置の性能を考慮することなく、より周波数利用効率の高い伝送方式で送信を行なうことができると共に、受信装置は、送信装置の性能を考慮することなく中継装置からの信号を受信することができる。その結果、中継によってカバレッジエリアを拡大することができると共に、周波数利用効率（セルスループット）も向上させることができる。
（７）また、本発明の中継方法は、送信装置から受信した信号を受信装置に対して送信する中継装置の中継方法であって、前記送信装置から信号を受信するステップと、前記受信した信号を復調するステップと、複数の伝送方式から前記受信装置が復調可能な伝送方式を選択するステップと、前記復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられる信号を生成するステップと、前記生成した信号を前記受信装置へ送信するステップと、を少なくとも含むことを特徴としている。
このように、複数の伝送方式から受信装置が復調可能な伝送方式を選択し、復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられる信号を生成するので、送信装置と受信装置とが対応している伝送方式が異なる場合においても、通信を行なうことができる。また、送信装置は、受信装置の性能を考慮することなく、より周波数利用効率の高い伝送方式で送信を行なうことができると共に、受信装置は、送信装置の性能を考慮することなく中継装置からの信号を受信することができる。その結果、中継によってカバレッジエリアを拡大することができると共に、周波数利用効率（セルスループット）も向上させることができる。
本発明によれば、複数の伝送方式から受信装置が復調可能な伝送方式を選択し、復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられる信号を生成するので、送信装置と受信装置とが対応している伝送方式が異なる場合においても、通信を行なうことができる。また、送信装置は、受信装置の性能を考慮することなく、より周波数利用効率の高い伝送方式で送信を行なうことができると共に、受信装置は、送信装置の性能を考慮することなく中継装置からの信号を受信することができる。その結果、中継によってカバレッジエリアを拡大することができると共に、周波数利用効率（セルスループット）も向上させることができる。
第１の実施形態に係る通信システムの概略構成を示す図である。 送信装置の概略構成を示すブロック図である。 中継装置の概略構成を示すブロック図である。 ３Ｇ受信信号処理部の概略構成を示すブロック図である。 ３．９Ｇ送信信号生成部の概略構成を示すブロック図である。 ６個のサブチャネルのうち、伝搬路状態の良いサブチャネルを割り当てた時の例を示す図である。 受信装置の概略構成を示すブロック図である。 ３．９Ｇ受信信号処理部の概略構成を示すブロック図である。 送信装置の概略構成を示すブロック図である。 中継装置の概略構成を示すブロック図である。 ＤＳＣ送信信号生成部の概略構成を示すブロック図である。 ６個のサブチャネルのうち、伝搬路状態の良いサブチャネルを割り当てた時の例を示す図である。 受信装置の概略構成を示すブロック図である。 受信装置におけるＤＳＣ受信信号処理部の概略構成を示すブロック図である。 中継局の概略構成を示す図である。
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、３Ｇのみに対応する送信装置（移動局）と、３Ｇおよび３．９Ｇに対応する受信装置（基地局装置）とからなる通信システムに適用される中継装置および中継方法について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る通信システムの概略構成を示す図である。まず、データ通信を行なう前に、送信装置１は、３Ｇの伝送方式で信号を送信することを中継装置２に通知する。また、受信装置３も３Ｇおよび３．９Ｇの復調が可能であることを中継装置２に予め通知しておく。送信装置１は、３Ｇの伝送方式で信号を送信することを中継装置２に通知しているため、図１に示すように、中継装置２に３Ｇの伝送方式によって送信を行なう。中継装置２は、送信装置１からの信号を受信し、受信した信号を復号し、変換可能な信号にする。その後、中継装置２は、受信装置３および中継装置２の両方が対応可能な伝送方式の中で、最も周波数利用効率の高い周波数利用効率の高い３．９Ｇの伝送方式を選択し、受信装置３に信号を送信する。
なお、本実施形態では、中継装置２が上りリンクの信号を中継する場合を示しているが、本発明は、これに限定されるわけではなく、下り回線でも同様の手法を行うことが可能である。
次に、送信装置について説明する。図２は、送信装置の概略構成を示すブロック図である。入力された情報ビット系列に対して、誤り訂正符号化部２０で畳み込み符号やターボ符号等の誤り訂正符号化を行い、得られた符号化ビット系列をインタリーブ部２１に入力する。インタリーブ部２１では、伝搬路による歪みの影響をランダム化するために符号化ビットの並びを並び変え、変調部２２へ出力する。変調部２２では、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の変調シンボルを生成し、拡散部２３へ出力する。
拡散部２３では、変調シンボルをＰＮ（Pseudo Noise）符号等の拡散符号によって拡散し、拡散チップ系列を生成し、ＤＡ（Digital to Analog）変換部２４に出力する。ＤＡ変換部２４は、ディジタル信号をアナログ信号に変換し、無線送信部２５は、帯域制限フィルタリング処理やアップコンバージョンを行ない、アンテナ部２６を用いて信号を送信する。
図３は、中継装置の概略構成を示すブロック図である。アンテナ部３０を介して受信された信号は、無線受信部３１においてダウンコンバージョン、フィルタリング等の処理が行なわれた後、ＡＤ変換部３２においてＡＤ変換され、３Ｇ受信信号処理部３３へ出力される。
３Ｇ受信信号処理部３３は、図４に示すような構成を採る。すなわち、３Ｇ受信信号処理部３３に入力された信号は、ｒａｋｅ合成部４１へ入力される。ｒａｋｅ合成部４１は、異なる経路（パス）を経由して受信された信号を、送信装置１で用いられた拡散符号から相関を計算することでパスを分離し、合成した後、復調部４２へ出力する。復調部４２は、ｒａｋｅ合成部４１から入力された信号から、送信装置１で行われた変調に基づいて対数尤度比（Log Likelihood Ratio;ＬＬＲ）を算出し、デ・インタリーブ部４３へ出力する。
デ・インタリーブ部４３は、送信装置１で行なったインタリーブに対応するデ・インタリーブを行うことで符号化ビットのＬＬＲの並びを元に戻し、誤り訂正復号部４４へ出力する。誤り訂正復号部４４は、送信装置１で行なわれた符号化に対応する誤り訂正復号処理を行い、得られたビット系列を出力する。
なお、本実施形態では、ｒａｋｅ合成を用いた例を示したが、マルチパスの影響を補償する技術であれば、最尤推定や周波数領域等化等、どのようなものであってもよい。
次に、図３において、３Ｇ受信信号処理部３３の出力は、伝送方式選択部３４に入力される。伝送方式選択部３４は、受信装置３が復調可能な伝送方式の中から、最も周波数利用効率の高い伝送方式を選択する。なお、上記のように、受信装置が復調可能な伝送方式は、予め受信装置３から通知されている。例えば、受信装置３が、３Ｇと３．９Ｇの伝送方式について復調が可能な場合、伝送方式選択部３４は、入力された信号を３．９Ｇ送信信号生成部３５ｂに出力する。一方、受信装置３が、３Ｇのみに対応する場合は、入力された信号を３Ｇ送信信号生成部３５ａに出力する。以降、本実施形態では、３．９Ｇ送信信号生成部３５ｂが選択された場合について説明する。
伝送方式選択部３４から出力されたビット系列は、３．９Ｇ送信信号生成部３５ｂに入力される。図５は、３．９Ｇ送信信号生成部の概略構成を示すブロック図である。入力された情報ビット系列に対して、誤り訂正符号化部５１は、畳み込み符号、ターボ符号あるいはＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号等の誤り訂正符号化を行い、得られた符号化ビット系列を、インタリーブ部５２に出力する。インタリーブ部５２は、ビットインタリーブを適用して、符号化ビットを並び変えた後、変調部５３へ出力する。変調部５３は、符号化ビットからＱＰＳＫや１６ＱＡＭ等の変調シンボルを生成し、ＤＦＴ部５４へ出力する。なお、変調部５３で行う変調方式は、送信装置１と異なる変調方式を用いてもよい。
ＤＦＴ部５４は、ＮＤＦＴ個の変調シンボルに対してＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を適用し、周波数信号に変換する。得られたＮＤＦＴ個の周波数スペクトルはスペクトル割当て部５５に出力される。スペクトル割当て部５５は、入力されたＮＤＦＴ個の周波数スペクトルを、基地局からの割り当て情報により、ＮＦＦＴ／ＮＤＦＴ個の連続周波数帯域（サブチャネル）のいずれかにに割り当てる。その後、割り当てられなかった周波数帯域には０を挿入し、ＮＦＦＴポイントのＩＦＦＴ部５６に出力する。例えば、図６では、６個のサブチャネルのうち、伝搬路状態の良い４番目のサブチャネルを割り当てた時の例を示している。第ｉサブチャネルの伝搬路品質Ｃ（ｉ）としては、例えば、以下の式に示されるように、各サブチャネルに含まれる伝搬路の電力和や、他の干渉を考慮した品質等どのようなものであってもよい。
Figure 0005501229
 ここでＨ（ｋ）は、第ｋ周波数の複素伝搬路利得、ｉ番目のサブチャネルを構成する周波数群をＮｓｅｇ（ｉ）としている。
ＩＦＦＴ部５６は、ＮＦＦＴポイントのＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を適用し、時間領域の信号に変換して出力する。ＩＦＦＴ部５６の出力は、ＧＩ挿入部５７に入力され、ＮＦＦＴ個の信号の後方ＮＧＩ点のサンプルをＮＦＦＴ個の信号の前に付加するＧＩの挿入処理が行なわれ、ＮＦＦＴ＋ＮＧＩ個の信号系列が出力される。
図３において、３．９Ｇ送信信号生成部３５ｂの出力は、ＤＡ変換部３６に入力される。ＤＡ変換部３６は、ディジタル信号からアナログ信号に変換し、無線送信部３７は、フィルタリング処理やアップコンバージョンを行ない、アンテナ部３８を用いて信号の送信を行なう。
図７は、受信装置の概略構成を示すブロック図である。受信装置は、アンテナ部７０を介して信号を受信する。受信された信号は、無線受信部７１においてダウンコンバージョン、フィルタリング等の処理が行なわれた後、ＡＤ変換部７２においてディジタル信号に変換され、３．９Ｇ受信信号処理部７３へ入力される。
図８は、３．９Ｇ受信信号処理部の概略構成を示すブロック図である。３．９Ｇ受信信号処理部７３に入力された信号は、ＧＩ除去部８１に入力される。ＧＩ除去部８１では、送信側で挿入したＮＧＩポイントのＧＩが除去され、ＧＩが取り除かれた信号は、パイロット信号分離部８２に出力される。パイロット信号分離部８２は、パイロット信号と受信信号（受信データ信号）とを分離する。パイロット信号分離部８２は、パイロット信号を等化重み生成部８３に出力し、パイロット信号が取り除かれた受信信号（受信データ信号）をＦＦＴ部８４に出力する。
等化重み生成部８３は、入力された受信パイロット信号を用いて、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）重みやＺＦ（Zero Forcing）重み等の等化重みを生成し、等化部８６へ出力する。一方、ＦＦＴ部８４に入力された受信信号は、ＮＦＦＴポイントのＦＦＴが適用され、周波数領域の信号に変換された後、スペクトル抽出部８５に出力される。スペクトル抽出部８５は、送信側のスペクトル割当て部の割当て情報に基づいて、ＮＤＦＴ個のスペクトルを選択・抽出し、受信信号として等化部８６へ出力する。等化部８６は、ＦＦＴ部８４から出力された周波数領域の信号に対して、等化重み生成部８３から入力された等化重みを乗算することで等化処理を行い、ＩＤＦＴ部８７へ出力する。
ＩＤＦＴ部８７に入力された信号は、ＩＤＦＴが適用され、復調部８８へ出力される。復調部８８は、送信装置で行われた変調に基づいてＬＬＲを算出し、デ・インタリーブ部８９へ出力する。デ・インタリーブ部８９は、送信装置で行なったビットインタリーブに対応するデ・インタリーブによりＬＬＲを送信装置における符号化ビットの並びと同一の並びに戻し、誤り訂正復号部９０へ出力する。誤り訂正復号部９０は、送信装置で行なった符号化に対応する誤り訂正復号処理を行い、得られたビット系列を出力する。なお、誤り訂正復号部９０への入力をＬＬＲとしているが、本発明は、これに限定されるわけではなく、ＬＬＲを用いずに復号することも可能である。
このように、送信装置１が３Ｇのみ対応であっても、中継装置２が、送信装置１が送信した信号を復調し、３．９Ｇの伝送方式で受信装置３へ送信することができるので、システム全体の周波数利用効率を向上させることができる。
なお、第１の実施形態では、中継装置２が、一旦送信装置１からのデータを復号して、後述するように再生成する例を示しているが、３．９Ｇの伝送方式に従って送信されていれば問題ないので、伝搬路を補償した受信信号を３．９Ｇの波形に変換してもよい。さらに、２Ｇから３Ｇや、３Ｇから４Ｇなど世代の異なる伝送方式に変換するという処理と本質的には同一である。また、時間周波数変換および周波数時間変換の際にＤＦＴとＦＦＴを使い分けているが、元の信号の時間および周波数信号の変換とスペクトルを配置した後の時間および周波数信号の変換を区別するためであり、どちらの変換も数学的な結果は同一であることから、ＦＦＴのみで行ってもＤＦＴのみで行ってもよいし、本実施例とＤＦＴとＦＦＴが逆であってもよい。
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、３．９Ｇのみに対応する送信装置（移動局）と、ダイナミックスペクトル制御（ＤＳＣ）を用いる４Ｇに対応する受信装置（基地局装置）とからなる通信システムに適用される中継装置および中継方法について説明する。
図９は、送信装置の概略構成を示すブロック図である。まず、データ通信を行なう前に、送信装置は、３．９Ｇの信号を送信することを中継装置に通知する。また、受信装置もＤＳＣの復調が可能であることを中継装置に予め通知しておく。図９において、情報ビット系列は、３．９Ｇ送信信号生成部９１に入力される。３．９Ｇ送信信号生成部９１は、第１の実施形態において、図５を用いて説明した構成と同様である。３．９Ｇ送信信号生成部９１が出力する信号系列は、ＤＡ変換部９２に入力される。ＤＡ変換部９２は、ディジタル信号をアナログ信号に変換する。無線送信部９３は、帯域制限フィルタリング処理やアップコンバージョンを行ない、アンテナ部９４を用いて信号を送信する。
図１０は、中継装置の概略構成を示すブロック図である。アンテナ部１０１を介して受信された信号は、無線受信部１０２においてダウンコンバージョン、フィルタリング等の処理が行なわれた後、ＡＤ変換部１０３においてディジタル信号に変換され、３．９Ｇ受信信号処理部１０４へ入力される。中継装置における３．９Ｇ受信信号処理部１０４は、第１の実施形態において、図８を用いて説明した構成と同様であるため、説明を省略する。３．９Ｇ受信信号処理部１０４から出力されたビット系列は、ＤＳＣ送信信号生成部１０５に入力される。
図１１は、ＤＳＣ送信信号生成部の概略構成を示すブロック図である。図１１において、入力された情報ビット系列に対して、誤り訂正符号化部１１１で畳み込み符号、ターボ符号あるいはＬＤＰＣ符号等の誤り訂正符号化を行い、得られた符号化ビット系列を、インタリーブ部１１２に入力する。インタリーブ部１１２は、伝搬路による歪みの影響をランダム化するために順番を並び変え、変調部１１３へ出力する。変調部１１３は、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭ等の変調シンボルを生成し、ＤＦＴ部１１４へ出力する。なお、変調部１１３で行う変調方式として、送信装置と異なる変調方式を用いてもよい。
ＤＦＴ部１１４は、ＮＤＦＴ個の変調シンボルに対してＤＦＴを適用し、周波数信号に変換する。得られたＮＤＦＴ個の周波数スペクトルは、ＤＳＣ部１１５に出力される。ＤＳＣ部１１５は、入力されたＮＤＦＴ個の周波数スペクトルを、離散スペクトル単位でＮＦＦＴポイントのいずれかに、自由に割り当てる。図１２は、割り当ての例を示す図である。図１２に示すように、例えば、６個のスペクトルを伝搬路状態の良い任意の周波数に割り当てる。つまり、割り当てパターンとしては、「ＮＦＦＴＣＮＤＦＴ」通りの組み合わせが存在し、その中から１パターンが選択されることになる。なお、通常のＤＳＣでは、伝搬路の良好な離散周波数の上位ＮＦＦＴ個を選択することが多い。
このとき、割り当てられなかった周波数には０を挿入し、ＩＦＦＴ部１１６に入力する。また、他の中継装置や送信装置がある周波数を使用していることをＤＳＣ部１１５が検知している場合は、その周波数を避けた上で状態のよい周波数にスペクトルの割り当てを行なう。第１の実施形態と同様に、伝搬路の電力を基準としたものであってもよいし、他の干渉を考慮した受信品質等どのようなものであってもよい。
ＩＦＦＴ部１１６は、ＤＳＣ部１１５により得られた割当て後の周波数信号に対してＮＦＦＴポイントのＩＦＦＴを適用し、時間領域の信号に変換して出力する。ＩＦＦＴ部１１６の出力は、ＧＩ挿入部１１７に入力され、ＮＦＦＴ個の信号の後部ＮＧＩ個をＮＦＦＴ個の信号の前に付加する処理が行なわれ、ＮＦＦＴ＋ＮＧＩ個の信号系列が出力される。
図１０において、ＤＳＣ送信信号生成部１０５の出力は、ＤＡ変換部１０６に入力され、ＤＡ変換部１０６において、ディジタル信号をアナログ信号に変換し、無線送信部１０７で帯域制限フィルタリング処理やアップコンバージョンを行ない、アンテナ部１０８を用いて信号を送信する。
図１３は、受信装置の概略構成を示すブロック図である。アンテナ部１３１を介して受信された信号は、無線受信部１３２においてダウンコンバージョン、フィルタリング等の処理が行なわれた後、ＡＤ変換部１３３においてディジタル信号に変換され、ＤＳＣ受信信号処理部１３４へ入力される。図１４は、受信装置におけるＤＳＣ受信信号処理部の概略構成を示すブロック図である。ＤＳＣ受信信号処理部１３４に入力された信号は、ＧＩ除去部１４１へ入力される。ＧＩ除去部１４１は、送信側で挿入したＮＧＩポイントのＧＩが受信信号から除去され、ＧＩが除去された信号は、パイロット信号分離部１４２に出力される。
パイロット信号分離部１４２は、パイロット信号と受信信号（受信データ信号）とを分離する。パイロット信号分離部１４２は、パイロット信号を等化重み生成部１４３に出力し、受信信号（受信データ信号）をＦＦＴ部１４４に出力する。等化重み生成部１４３は、入力されたパイロット信号から伝搬路特性を推定した後、ＭＭＳＥ重みやＺＦ重み等の等化重みを生成し、等化部１４６へ出力する。
一方、ＦＦＴ部１４４に入力された信号は、ＮＦＦＴポイントのＦＦＴが適用され、周波数領域の信号に変換され、スペクトル抽出部１４５に出力される。スペクトル抽出部１４５は、中継装置におけるＤＳＣ部の割当てに基づいてスペクトルを選択・抽出し、抽出したＮＤＦＴ個のスペクトルを等化部１４６へ出力する。等化部１４６は、ＦＦＴ部１４４から出力された抽出後の周波数信号に対して、等化重み生成部１４３から入力された等化重みを乗算することによって、伝搬路の周波数変動を補償し、ＩＤＦＴ部１４７へ出力する。
ＩＤＦＴ部１４７は、入力された周波数信号に対して、ＩＤＦＴを適用し、時間信号に変換した後、復調部１４８へ出力する。復調部１４８は、送信装置で行われた変調方式に基づいてＬＬＲを算出し、デ・インタリーブ部１４９へ出力する。デ・インタリーブ部１４９は、送信装置で行なったインタリーブに対応するデ・インタリーブを行い、誤り訂正復号部１５０へ出力する。誤り訂正復号部１５０は、送信装置で行なった符号化に対応する誤り訂正復号処理を行い、復号されたビット系列を出力する。
このように、送信装置が３．９Ｇのみ対応であっても、中継装置が、送信装置が送信した信号を復号し、ＤＳＣを行なって受信装置へ送信するので、より利得の高い周波数を選択できるようになる。このため、通信品質の向上を図ることができると共に、より高い多値変調を用いることができ、システム全体の周波数利用効率を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態として、公衆移動通信システムの世代間の伝送方式を変更する中継について説明した。本発明は、これに限定されず、当然、屋内のプライベート空間など、オフィスやホームネットワークなどのために企業などが開発した独自の伝送方式を、公衆移動通信網や外部のネットワークからのデータを中継する際にプライベート空間内の伝送方式に対応させるような場合にも適用することが可能である。すなわち、公衆移動通信網のデータを、免許不要なＩＳＭ（Industry-Science-Medical）帯などの信号に変換すれば本発明を利用することが可能である。
また、以上の説明では、送信装置と受信装置との伝送方式が異なる場合に用いられる中継装置を示したが、例えば、送信装置が非ＭＩＭＯで、受信装置がＭＩＭＯである場合や、その逆の場合も、中継装置がこの相違を吸収して、送信装置と受信装置との通信を中継することが可能である。
１ 送信装置
２ 中継装置
３ 受信装置
２０ 誤り訂正符号化部
２１ インタリーブ部
２２ 変調部
２３ 拡散部
２４ ＤＡ変換部
２５ 無線送信部
２６ アンテナ部
３０ アンテナ部
３１ 無線受信部
３２ ＡＤ変換部
３３ ３Ｇ受信信号処理部
３４ 伝送方式選択部
３５ａ ３Ｇ送信信号生成部
３５ｂ ３．９Ｇ送信信号生成部
３６ ＤＡ変換部
３７ 無線送信部
３８ アンテナ部
４１ ｒａｋｅ合成部
４２ 復調部
４３ デ・インタリーブ部
４４ 誤り訂正復号部
５１ 誤り訂正符号化部
５２ インタリーブ部
５３ 変調部
５４ ＤＦＴ部
５５ スペクトル割当て部
５６ ＩＦＦＴ部
５７ ＧＩ挿入部
７０ アンテナ部
７１ 無線受信部
７２ ＡＤ変換部
７３ ３．９Ｇ受信信号処理部
８１ ＧＩ除去部
８２ パイロット信号分離部
８３ 等化重み生成部
８４ ＦＦＴ部
８５ スペクトル抽出部
８６ 等化部
８７ ＩＤＦＴ部
８８ 復調部
８９ デ・インタリーブ部
９０ 誤り訂正復号部
９１ ３．９Ｇ送信信号生成部
９２ ＤＡ変換部
９３ 無線送信部
９４ アンテナ部
１０１ アンテナ部
１０２ 無線受信部
１０３ ＡＤ変換部
１０４ ３．９Ｇ受信信号処理部
１０５ ＤＳＣ送信信号生成部
１０６ ＤＡ変換部
１０７ 無線送信部
１０８ アンテナ部
１１１ 誤り訂正符号化部
１１２ インタリーブ部
１１３ 変調部
１１４ ＤＦＴ部
１１５ ＤＳＣ部
１１６ ＩＦＦＴ部
１１７ ＧＩ挿入部
１３１ アンテナ部
１３２ 無線受信部
１３３ ＡＤ変換部
１３４ ＤＳＣ受信信号処理部
１４１ ＧＩ除去部
１４２ パイロット信号分離部
１４３ 等化重み生成部
１４４ ＦＦＴ部
１４５ スペクトル抽出部
１４６ 等化部
１４７ ＩＤＦＴ部
１４８ 復調部
１４９ デ・インタリーブ部
１５０ 誤り訂正復号部

Claims (5)

  1. 移動局装置から受信した信号を基地局装置に対して送信する中継装置であって、
    前記移動局装置から連続した複数のサブキャリアを用いて送信されたシングルキャリア信号を復調する受信信号処理部と、
    前記受信信号処理部が出力する信号を周波数スペクトルに変換するＤＦＴ部と、
    前記周波数スペクトルを分割し、非連続なサブキャリアに配置した信号を生成するスペクトル制御部と、
    複数の伝送方式から前記基地局装置が復調可能な伝送方式を選択する選択部と、
    前記受信信号処理部によって復調された信号に基づいて、前記選択部によって選択された伝送方式で用いられる信号を生成する信号生成部と、を備え、
    前記信号生成部は、シングルキャリアの周波数スペクトルを割り当て可能な任意の周波数に配置した送信信号を生成することを特徴とする中継装置。
  2. 前記選択部は、前記基地局装置が前記非連続なサブキャリアに配置した信号を復調可能であるか否かによって、前記周波数スペクトルを分割するか否かを選択することを特徴とする請求項１記載の中継装置。
  3. 前記スペクトル制御部は、前記基地局装置との間の伝搬路利得または干渉量の少なくとも一つに基づいて、前記周波数スペクトルを配置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の中継装置。
  4. 移動局装置と基地局装置とが中継装置を介して無線通信を行なう通信システムであって、
    前記移動局装置が、連続した複数のサブキャリアを用いたシングルキャリア信号を送信し、
    前記中継装置が、受信信号処理部において前記移動局装置から受信した前記シングルキャリア信号を復調し、ＤＦＴ部において前記受信信号処理部で復調された信号を周波数スペクトルに変換し、スペクトル制御部において前記周波数スペクトルを分割し、非連続なサブキャリアに配置した信号を生成し、選択部において複数の伝送方式から前記基地局装置が復調可能な伝送方式を選択し、信号生成部において前記復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられ、シングルキャリアの周波数スペクトルを割り当て可能な任意の周波数に配置した送信信号を生成し、
    前記基地局装置が、前記中継装置から前記非連続なサブキャリアに配置した信号を受信することを特徴とする通信システム。
  5. 移動局装置から受信した信号を基地局装置に対して送信する中継方法であって、
    前記移動局装置から連続した複数のサブキャリアを用いて送信されたシングルキャリア信号を復調し、
    前記復調された信号を周波数スペクトルに変換し、
    前記周波数スペクトルを分割し、非連続なサブキャリアに配置した信号を生成し、
    複数の伝送方式から前記基地局装置が復調可能な伝送方式を選択し、
    前記復調された信号に基づいて、前記選択された伝送方式で用いられ、シングルキャリアの周波数スペクトルを割り当て可能な任意の周波数に配置した送信信号を生成することを特徴とする中継方法。
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