JP5776551B2 - 中継局、中継方法、及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、中継局、中継方法、及び無線通信装置に関する。

無線通信システムにとって、どの程度の広さの地理的領域にサービスを提供できるかという点、即ちシステムのカバレッジの広さが、１つの重要な関心事となっている。無線通信のために用いられる電波は、伝搬距離、障害物の存在、又は反射若しくは散乱などの要因で空間的に減衰することから、システムのカバレッジを拡大するためには、電波の減衰による影響を克服することが鍵となる。

無線通信システムのカバレッジを拡大するための１つの手法は、中継局（Relay Station）を介して無線信号を中継すること、即ちリレー通信である。リレー通信では、直接無線信号を送受信することが不可能な（又は困難な）２つの通信装置の間に中継局が位置し、中継局により無線信号が中継される。例えば、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）において検討されている次世代セルラー通信規格であるＬＴＥ（Long Term Evolution）−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、中継局によるリレー通信を活用してセルエッジにおけるスループットを向上させることが提案されている。

リレー通信に関連する技術の例としては、例えば、下記特許文献１及び２が挙げられる。下記特許文献１には、リレー通信技術にフレームアグリゲーション技術を適用し、リレー通信の際のスループットを向上させる手法が記載されている。同様に、下記特許文献２には、中継局において複数のパケットを統合して中継することで、中継の際に発生する遅延時間及びパケットエラー率の増加を抑制する手法が記載されている。

ここで、リレー通信においては、一般的に、中継元のノード（source node）と中継局との間の第１のリンク、及び中継局と中継先のノード（destination node）との間の第２のリンクという２種類のリンクが存在する。そして、中継局は、第１のリンクを介して中継元のノードから送信された無線信号を受信し、受信した当該無線信号を第２のリンクを介して中継先のノードへ送信する。上記特許文献１又は２に記載された手法は、いずれも、かかる第１のリンクを介して受信される複数のＭＡＣ（Media Access Control）フレーム又はパケットを、１つのＭＡＣフレーム又はパケットに統合して第２のリンクへ中継するものである。

特開２００７−３１２２４４号公報 特開２００７−２２１５２７号公報

しかしながら、リレー通信における上記第１のリンクと上記第２のリンクのリンク品質は、それぞれ異なる可能性がある。これら２つのリンクのリンク品質が異なる場合に、第１のリンク及び第２のリンクに個々のリンク品質に応じた量の通信リソースをそれぞれ割当てることができれば、システム全体としての通信リソースの利用効率は向上する。かかる観点において、上記特許文献１又は２に記載されているアグリゲーション技術は、オーバーヘッドの削減によりスループットを向上させることができるものの、通信リソースの分割の単位に基づいてアグリゲーションがなされるものではないため、通信リソースの利用効率を向上させる余地を依然として残している。

一般的に、無線通信システムの通信リソースは、そのシステムの採用する多元接続方式に応じて、時間領域、周波数領域、符号領域又は空間領域などにおいて分割される。従って、このような通信リソースの分割の単位に適合されるように、リレー通信に用いられる通信リソースの量を動的に変化させることのできる中継局が望まれる。

そこで、本発明は、リレー通信の際に使用すべき通信リソースの量を動的に変化させることのできる、新規かつ改良された中継局、中継方法、及び無線通信装置を提供しようとするものである。

本発明のある実施形態によれば、基地局及び移動局の間で無線信号を中継する中継局であって、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で無線信号を送信し又は受信する無線通信部と、異なるブロック内で上記無線通信部によりそれぞれ受信された２つ以上の無線信号に含まれるデータを、１つのブロック内で上記無線通信部により送信させる通信制御部と、を備える中継局が提供される。

かかる構成によれば、基地局及び移動局の間での無線信号の中継の際に（即ちリレー通信の際に）、中継局は、中継元からの無線信号の受信時に使用されたブロックの数よりも少ない数のブロックを、当該無線信号に含まれるデータの中継先への送信時に使用し得る。

また、上記通信制御部は、異なるブロック内で上記無線通信部によりそれぞれ受信された無線信号のうち、中継先が共通する無線信号に含まれるデータを、上記１つのブロック内で上記無線通信部により送信させてもよい。

また、上記中継局は、上記基地局との間のリンク品質及び上記移動局との間のリンク品質を測定する測定部、をさらに備え、上記通信制御部は、中継元との間のリンク品質よりも中継先との間のリンク品質が良好である場合に、上記２つ以上の無線信号に含まれるデータを、上記１つのブロック内で上記無線通信部により送信させてもよい。

また、上記ブロックは、時間領域及び周波数領域の双方において個々に分割されていてもよい。

また、上記通信制御部は、各無線信号に関連するアプリケーションの種別に応じて、当該無線信号に含まれるデータを上記無線通信部により送信させる際に使用すべきブロックの数を変更してもよい。

また、上記通信制御部は、リアルタイム性を要求するアプリケーションに関連する無線信号に含まれるデータについては、受信時と同じ数のブロックを使用して当該データを上記無線通信部により送信させてもよい。

また、上記２つ以上の無線信号は、異なる中継元からそれぞれ送信された無線信号であってもよい。

また、上記通信制御部は、上記無線通信部により上記基地局から受信されるスケジューリング情報に基づいて、いずれのブロックを使用して上記無線通信部により上記２つ以上の無線信号に含まれるデータを送信させるかを決定してもよい。

また、上記通信制御部は、上記無線通信部により上記移動局から受信されるスケジューリング要求に基づいて、上記２つ以上の無線信号に含まれるデータを上記無線通信部により送信させる際に使用すべきブロックの数を決定してもよい。

また、上記無線通信部は、上記２つ以上の無線信号に含まれるデータを上記１つのブロック内で送信する際、上記２つ以上の無線信号を復調及び復号して得られたデータを、異なる符号化方式又は異なる変調方式に従って符号化及び変調して送信してもよい。

また、上記通信制御部は、上記スケジューリング情報を、移動局のために設けられる制御チャネル上で、又は中継局のために設けられる中継制御チャネル上で受信してもよい。

また、本発明の別の実施形態によれば、基地局及び移動局の間で中継局を用いて無線信号を中継するための中継方法であって、上記無線信号は、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で送信され、上記中継局において、異なるブロック内で２つ以上の無線信号をそれぞれ受信するステップと、受信された上記２つ以上の無線信号に含まれるデータを、１つのブロック内で送信するステップと、を含む中継方法が提供される。

また、本発明の別の実施形態によれば、中継局を介して１つ以上の他の無線通信装置との間で無線信号を送受信する無線通信装置であって、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で無線信号を送信し又は受信する無線通信部と、異なるブロック内で上記１つ以上の他の無線通信装置から上記中継局へそれぞれ送信された２つ以上の無線信号に含まれるデータであって、上記中継局により１つのブロック内で中継された無線信号に含まれる当該データを上記無線通信部により受信させる通信制御部と、を備える無線通信装置が提供される。

また、本発明の別の実施形態によれば、基地局及び移動局の間で無線信号を中継する中継局であって、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で無線信号を送信し又は受信する無線通信部と、１つのブロック内で上記無線通信部により受信された無線信号に含まれるデータを、それぞれ異なる２つ以上のブロック内で上記無線通信部により送信させる通信制御部と、を備える中継局が提供される。

かかる構成によれば、基地局及び移動局の間での無線信号の中継の際に（即ちリレー通信の際に）、中継局は、中継元からの無線信号の受信時に使用されたブロックの数よりも多い数のブロックを、当該無線信号に含まれるデータの中継先への送信時に使用し得る。

また、上記通信制御部は、１つのブロック内で上記無線通信部により受信された無線信号に含まれるデータが中継先の異なる２つ以上のデータを有している場合に、当該２つ以上のデータを上記それぞれ異なる２つ以上のブロック内で上記無線通信部により送信させてもよい。

また、上記中継局は、上記基地局との間のリンク品質及び上記移動局との間のリンク品質を測定する測定部、をさらに備え、上記通信制御部は、中継元との間のリンク品質よりも中継先との間のリンク品質が劣悪である場合に、上記１つのブロック内で受信された無線信号に含まれるデータを、上記２つ以上のブロック内で上記無線通信部により送信させてもよい。

また、上記ブロックは、時間領域及び周波数領域の双方において個々に分割されていてもよい。

また、本発明の別の実施形態によれば、基地局及び移動局の間で中継局を用いて無線信号を中継するための中継方法であって、上記無線信号は、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で送信され、上記中継局において、１つのブロック内で無線信号を受信するステップと、受信された上記無線信号に含まれるデータを、それぞれ異なる２つ以上のブロック内で送信するステップと、を含む中継方法が提供される。

また、本発明の別の実施形態によれば、中継局を介して１つ以上の他の無線通信装置との間で無線信号を送受信する無線通信装置であって、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で無線信号を送信し又は受信する無線通信部と、異なるブロック内で上記中継局により上記１つ以上の他の無線通信装置へそれぞれ中継されるべき２つ以上のデータを、１つのブロック内で上記無線通信部により上記中継局へ送信させる通信制御部と、を備える無線通信装置が提供される。

また、本発明の別の実施形態によれば、基地局及び移動局の間で無線信号を中継する中継局であって、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で無線信号を送信し又は受信する無線通信部と、第１の領域において互いに異なるブロック内で上記無線通信部によりそれぞれ受信された２つ以上の無線信号に含まれるデータを、上記第１の領域とは別の第２の領域において互いに異なる２つ以上のブロック内で上記無線通信部により送信させる通信制御部と、を備える中継局が提供される。

以上説明したように、本発明に係る中継局、中継方法、及び無線通信装置によれば、リレー通信の際に使用すべき通信リソースの量を動的に変化させることができる。

一実施形態に係る無線通信システムの概要について説明するための説明図である。 時間領域で分割される通信リソースの一例について説明するための説明図である。 時間領域及び周波数領域において分割されるリソースブロックを用いたリレー通信について説明するための説明図である。 一実施形態に係る中継局の構成の一例を示すブロック図である。 複数のリソースブロック内で受信されたデータフレームが１つのリソースブロック内に統合された場合のフレーム構造の一例を示す説明図である。 通信リソースの統合に関する第１のシナリオについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第１のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第１のシナリオにおいてＡＣＫ及びＮＡＣＫが返送される場合の通信の流れの一例を示す説明図である。 通信リソースの統合に関する第２のシナリオについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第２のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第３のシナリオについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第３のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第４のシナリオについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第４のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第４のシナリオにおいてアプリケーションの種別の識別のために使用され得る情報の一例を示す表である。 通信リソースの統合に関する第５のシナリオについて説明するための説明図である。 通信リソースの統合に関する第５のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 １つのリソースブロック内で受信されたデータフレームが複数のリソースブロック内に分離された場合のフレーム構造の一例を示す説明図である。 １つのリソースブロック内で受信されたデータフレームが複数のリソースブロック内に分離された場合のフレーム構造の他の例を示す説明図である。 通信リソースの分離に関する第１のシナリオについて説明するための説明図である。 通信リソースの分離に関する第１のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 通信リソースの分離に関する第２のシナリオについて説明するための説明図である。 通信リソースの分離に関する第２のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 通信リソースの配置変更に関するシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。 一実施形態に係る無線通信システムにおけるスケジューリング処理の流れの一例を示す説明図である。 一実施形態に係る無線通信システムにおけるスケジューリング処理の流れの他の例を示す説明図である。 一実施形態において使用され得るフレームフォーマットの一例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。

また、以下の順序にしたがって当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．一実施形態に係る無線通信システムの概要
２．一実施形態に係る中継局の構成例
２−１．装置の構成例
２−２．通信リソースの統合
２−３．通信リソースの分離
２−４．通信リソースの配置変更
３．スケジューリング処理の例
４．移動局及び基地局の構成例
５．まとめ

＜１．一実施形態に係る無線通信システムの概要＞
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概要を説明する。

（システムの構成例）
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１の概要について説明するための説明図である。図１を参照すると、無線通信システム１は、領域１２の内部に通信サービスを提供する基地局１０を含む。また、領域１２の内部には、基地局１０により提供される通信サービスを利用する複数の無線通信装置が示されている。それら複数の無線通信装置には、例えば、中継局１００ａ及び１００ｂが含まれる。さらに、領域１２の内部又は周辺部に、移動局２００ａ、２００ｂ及び２００ｃが示されている。

中継局１００ａ及び１００ｂは、基地局１０といずれかの移動局との間で無線信号を中継する役割（即ち、リレー通信を実行する役割）を有する無線通信装置である。中継局１００ａ又は１００ｂは、例えば、フェムトセルを形成するための小型の基地局若しくは無線アクセスポイントなどであってもよく、又は、無線信号を中継する機能が実装された携帯端末などの移動局であってもよい。

図１の例において、例えば、移動局２００ａは、領域１２の周辺部（即ち、セルエッジ）に位置しており、基地局１０との間の距離が遠いために、基地局１０との間で無線信号を直接送受信することが困難である。この場合、移動局２００ａと基地局１０との間に位置する中継局１００ａが、これら２つのノードの間で無線信号を中継する。それにより、移動局２００ａは、例えば、基地局１０により提供される通信サービスを利用して他の移動局との間で通信することができる。

また、図１の例において、例えば、移動局２００ｂは、障害物１４が基地局１０からの電波を遮っているために、基地局１０との間で無線信号を直接送受信することができない。この場合、障害物１４を迂回する経路に位置する中継局１００ｂが、これら２つのノードの間で無線信号を中継する。それにより、移動局２００ｂは、例えば、基地局１０により提供される通信サービスを利用して他の移動局との間で通信することができる。また、中継局は、複数の移動局から又は複数の移動局へ送信される無線信号を中継してもよい。図１の例では、中継局１００ｂは、基地局１０と移動局２００ｂ及び２００ｃとの間で無線信号を中継し得る。

（通信リソースの構成例）
ここで、一般的に、図１に例示したような複数の移動局が通信に参加する無線通信システムでは、システムの通信リソースは、そのシステムの採用する多元接続方式に応じて分割される。例えば、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式では、時間領域において個々に分割される複数の時間スロットが用意され、各移動局は、それら時間スロットのいずれかを用いて通信を行う。また、例えば、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）方式では、周波数領域において個々に分割される複数の周波数スロットが用意され、各移動局は、それら周波数スロットのいずれかを用いて通信を行う。また、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式は、ＦＤＭＡ方式の一種と考えることもでき、周波数領域において密に配置された互いに直交するサブキャリアを用いて多元接続が実現される。また、例えば、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式では、符号領域において用意される個々の符号（拡散符号又は周波数ホッピングパターン）が各移動局に割当てられ、各移動局は、割当てられた符号を用いて通信を行う。また、例えば、ＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access）方式では、空間領域において通信リソースが分割され、各移動局に向けられるアンテナの指向性の差によって多元接続が実現される。

図２は、時間領域で分割される通信リソースの一例として、ＯＦＤＭＡ方式を採用するＬＴＥにおいて規定されているフレーム構成について説明するための説明図である。

図２を参照すると、１０ｍｓｅｃの長さを有する１つのラジオフレーム（Radio Frame）は、１０個のサブフレームからなる。また、１つのサブフレームは、２つの０．５ｍｓｅｃスロットを有する。従って、１つのラジオフレームは、２０個の０．５ｍｓｅｃスロット＃０〜＃１９を含む。さらに、１つの０．５ｍｓｅｃスロットは、通常のサイクリックプレフィクスが用いられる場合には７個のＯＦＤＭシンボルを含む。従って、１つのサブフレームは１４個のＯＦＤＭシンボルを含む。

このような通信リソースの構成において、ＬＴＥでは、１つのサブフレーム（１４ＯＦＤＭシンボル）又は１つの０．５ｍｓｅｃスロット（７ＯＦＤＭシンボル）を通信リソースの割当ての１単位（リソースブロック）として、リソースの割当てが行われる。また、図示していないが、周波数領域において、１つのリソースブロックは、通常、１２本のＯＦＤＭサブキャリアを占める。

図１の例のように、１つのサブフレームを１つのリソースブロックとした場合、そこに含まれる１４個のＯＦＤＭシンボルは制御チャネル（control channel）又は共有チャネル（shared channel）に割当てられる。このうち、制御チャネルは、通信リソースの割当てを通知するスケジューリング情報、又は変調方式若しくは符号化方式に関する情報などの伝達のために使用される。そして、それら情報は、無線信号の受信、復調及び復号のために利用される。ＬＴＥにおいて、１つのリソースブロック内に含まれる制御チャネルのＯＦＤＭシンボル数は、１個から３個までのいずれかであってよい。例えば、制御チャネルを３シンボルとすると、残りの１１シンボルを含む共有チャネルには、データが格納される。より具体的には、共有チャネルには、上位レイヤから送出されたヘッダとペイロードからなるフレーム（例えばＭＡＣフレームなど）が格納される。そして、例えば、ＭＡＣペイロードには、複数のＭＡＣ制御エレメント（ＭＡＣ Control Element）、複数のＭＡＣ ＳＤＵ（ＭＡＣ Service Data Unit）、及びパディング部（任意）などが含まれる。

なお、ここでは、説明を単純にする観点から、同期チャネル、ブロードキャストチャネル、及びリファレンス信号についての説明は省略されている。実際には、１つのラジオフレーム内の特定の位置のＯＦＤＭシンボルは、これらチャネル又は信号のために使用され得る。

以上の説明から理解されるように、例えば、無線通信システム１がＬＴＥに準拠している場合、個々のノード（基地局、中継局又は移動局）間の通信は、時間領域及び周波数領域において分割されるいずれかのリソースブロック内でそれぞれ行われる。

（一般的なリレー通信）
図３は、時間領域及び周波数領域において分割されるリソースブロックを用いて行われる一般的なリレー通信について説明するための説明図である。

図３を参照すると、水平方向及び垂直方向に個々のマスが複数配列された格子状の図が示されている。ここで、水平方向の軸は時間軸、垂直方向の軸は周波数軸であり、各マスは時間領域及び周波数領域において分割された個々のリソースブロックに対応する。このような通信リソースの構成の下で、一般的なリレー通信を行う中継局は、例えば、リソースブロックＴ１において中継元ノードから無線信号を受信すると、中継処理に要する所定の時間が経過した後のリソースブロックＲ１において、当該信号を中継先ノードへ送信する。また、当該中継局は、例えば、リソースブロックＴ２において中継元ノードから無線信号を受信すると、中継処理に要する所定の時間が経過した後のリソースブロックＲ２において、当該信号を中継先ノードへ送信する。無線信号の受信又は送信のためにどのリソースブロックを使用すべきかは、典型的には、中継局が属する基地局により決定され、スケジューリング情報として通知される。

このような中継局によるリレー通信に際して、図３から理解されるように、中継局による１度の中継には、２種類の通信リンクが関与する。第１のリンクは、中継元ノードと中継局との間のリンクである。また、第２のリンクは、中継局と中継先ノードとの間のリンクである。例えば、図１の例において、基地局１０と移動局２００ａとの間には、リンクＬ１及びリンクＬ２が存在する。基地局１０と移動局２００ｂとの間には、リンクＬ３及びリンクＬ４が存在する。また、基地局１０と移動局２００ｃとの間には、リンクＬ３及びリンクＬ５が存在する。そして、これら通信リンクのリンク品質は、通常、ノード間の距離、ノードの位置する場所での雑音若しくは干渉の状況、又はフェージングなどの影響により、個々に異なる。これは、中継局による中継元ノードからの無線信号の受信のために最適な通信リソースの量と、中継局による中継先ノードへの無線信号の送信のために最適な通信リソースの量とが必ずしも同一でないことを意味している。従って、例えば、図３に示したようにリレー通信に際して中継の前後で同じ量の通信リソースを用いるのではなく、中継局が使用すべき通信リソースの量を動的に変化させることにより、システム全体としての通信リソースの利用効率を向上させることができる。

そこで、本発明の一実施形態として、中継局１００を用いてリレー通信に使用する通信リソースの量を動的に変化させる手法について、以下に詳細に説明する。

なお、本明細書のこれ以降の説明においては、特に中継局１００ａ及び１００ｂを相互に区別する必要がない場合には、符号の末尾のアルファベットを省略して中継局１００と総称する。また、移動局２００ａ、２００ｂ及び２００ｃ（移動局２００）についても同様とする。

また、本明細書では、主に時間領域及び周波数領域において通信リソースが分割される多元接続方式を前提として説明する。しかしながら、かかる例に限定されず、上述した符号領域又は空間領域において通信リソースが分割される場合についても本発明が適用され得ることは言うまでもない。

＜２．一実施形態に係る中継局の構成例＞
［２−１．装置の構成例］
図４は、本発明の一実施形態に係る中継局１００の構成の一例を示すブロック図である。図４を参照すると、中継局１００は、無線通信部１１０、復調部１２０、復号部１３０、記憶部１４０、符号化部１５０、変調部１６０、品質測定部１７０、及び通信制御部１８０を備える。また、無線通信部１１０は、アンテナ１１２及び１１４、無線受信部１１６、並びに無線送信部１１８を含む。

無線通信部１１０において、アンテナ１１２は、無線受信部１１６と接続され、無線信号を受信するために使用される。無線受信部１１６は、典型的にはＲＦ（Radio Frequency）回路及び同期回路を有する。無線受信部１１６は、アンテナ１１２から出力される受信信号を増幅し、周波数変換及びＡＤ（Analogue To Digital）変換した後、当該受信信号を復調部１２０へ出力する。また、無線受信部１１６は、受信信号に含まれるヘッダ又はプリアンブルのパターンを既知の信号パターンと比較することにより、同期を検出する。

復調部１２０は、例えば、受信信号に含まれる制御チャネルの情報から特定される変調方式に従って、受信信号を復調する。そして、復調部１２０は、復調後の受信信号を復号部１３０へ出力する。

復号部１３０は、例えば、受信信号に含まれる制御チャネルの情報から特定される符号化方式に従って、受信信号を復号する。それにより、受信信号からデータフレーム（例えば図２を用いて説明したＭＡＣフレーム）が取得される。そして、復号部１３０は、復号したデータフレームを記憶部１４０へ出力する。このとき、復号部１３０は、ビタビアルゴリズムなどに従った誤り訂正符号を用いて、受信信号についての誤り検出を行うこともできる。復号部１３０による受信信号についての誤り検出の結果、誤りが検出された場合には、中継局１００は、無線信号を中継することなく中継元ノードに再送を要求してもよい。そうすることで、中継局１００と中継先ノードとの間で通信リソースが無駄に消費されることを避けることができる。また、復号部１３０は、復号したデータフレームを上位レイヤ（ＭＡＣ層など）へ出力してもよい。

記憶部１４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体を用いて、復号部１３０から出力される中継されるべきデータフレームを一時的に記憶する。また、記憶部１４０は、通信制御部１８０からの制御に応じて、記憶媒体に記憶しているデータフレームを符号化部１５０へ出力する。

符号化部１５０は、通信制御部１８０からの制御に応じて、記憶部１４０から入力されるデータフレームを所定の符号化方式に従って符号化し、送信信号を生成する。そして、符号化部１５０は、生成した送信信号を変調部１６０へ出力する。また、符号化部１５０は、上位レイヤから入力されるデータフレームを符号化して送信信号を生成してもよい。

変調部は、通信制御部１８０からの制御に応じて、符号化部１５０から入力される送信信号を所定の変調方式に従って変調する。そして、変調部は、変調後の送信信号を無線送信部１１８へ出力する。

無線送信部１１８は、典型的にはＲＦ回路を有し、送信アンテナ１１４と接続される。無線送信部１１８は、変調部１６０から入力される送信信号をＤＡ（Digital To Analogue）変換し、周波数変換及び増幅した後、当該送信信号を無線信号として送信アンテナ１１４から送信させる。

品質測定部１７０は、中継局１００によるリレー通信における中継元ノード及び中継先ノード（例えば、図１における基地局１０及び移動局２００）との間の通信リンクのリンク品質をそれぞれ測定する。リンク品質は、例えば、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＩＮＲ（Signal to Noise and Interference Ratio）、ＲＳＳ（Received Signal Strength）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）又はＦＥＲ（Frame Error Rate）などの指標により表され得る。そして、品質測定部１７０は、測定した各通信リンクのリンク品質の値を、通信制御部１８０へ出力する。品質測定部１７０は、例えば、基地局１０と中継局１００との間のリンク品質を、基地局１０からの受信信号に基づいて測定してもよい。その代わりに、例えば、基地局１０と中継局１００との間のリンク品質を基地局１０が測定し、基地局１０により、当該測定値が中継局１００の品質測定部１７０へ通知されてもよい。同様に、品質測定部１７０は、例えば、中継局１００と移動局２００との間のリンク品質を、移動局２００からの受信信号に基づいて測定してもよい。その代わりに、例えば、中継局１００と移動局２００との間のリンク品質を移動局２００が測定し、移動局２００により、当該測定値が中継局１００の品質測定部１７０へ通知されてもよい。

通信制御部１８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの処理装置を用いて、中継局１００の機能全般を制御する。例えば、通信制御部１８０は、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック（例えば上述したリソースブロック）のうち、中継元ノードと中継局１００との間の通信リンクに割当てられたブロック内で、無線受信部１１６に無線信号を受信させる。また、通信制御部１８０は、中継局１００と中継先ノードとの間の通信リンクに割当てられたブロック内で、無線受信部１１６により受信された無線信号に含まれていたデータを、無線送信部１１８により送信させる。このとき、通信制御部１８０は、例えば、品質測定部１７０から入力される各通信リンクのリンク品質に応じて、データの送信（中継）の際に使用するブロックを動的に変更する。

より具体的には、通信制御部１８０は、異なるブロック内でそれぞれ受信された２つ以上の無線信号に含まれるデータを、１つのブロック内で無線送信部１１８により送信させてもよい。即ち、通信制御部１８０は、リレー通信に際して、通信リソースを統合的に使用し得る。例えば、通信制御部１８０は、異なるブロック内でそれぞれ受信された無線信号のうち、中継先ノードが共通する無線信号に含まれるデータを、１つのブロック内で無線送信部１１８により送信させることができる。特に、通信制御部１８０は、中継元ノードとの間のリンク品質よりも中継先ノードとの間のリンク品質が良好である場合には、受信信号の変調の際に使用された変調方式よりも高次の変調方式を用いて変調部１６０によりデータを変調させる。それにより、同じサイズのブロックに含めることのできるデータ容量が増加し、複数のブロックにそれぞれ含まれていたデータを１つのブロック内に統合的に配置することができる。このような通信リソースの統合に関する５つのシナリオについて、後に例を挙げて説明する。

また、通信制御部１８０は、１つのブロック内で受信された無線信号に含まれるデータを、それぞれ異なる２つ以上のブロック内で無線送信部１１８により送信させてもよい。即ち、通信制御部１８０は、リレー通信に際して、通信リソースを分離して多重的に使用し得る。例えば、通信制御部１８０は、１つのブロック内で受信された無線信号に中継先ノードが異なる複数のデータが含まれている場合には、それらを分離し、それぞれ異なるブロック内で無線送信部１１８により送信させることができる。特に、通信制御部１８０は、中継元ノードとの間のリンク品質よりも中継先ノードとの間のリンク品質が劣悪である場合には、受信信号の変調の際に使用された変調方式よりも低次の変調方式を用いて変調部１６０によりデータを変調させる。それにより、同じサイズのブロックを用いた通信の信頼性が向上し、リンク品質が相対的に悪い通信リンクを介して確実にデータを伝達することができる。このような通信リソースの分離に関する２つのシナリオについて、後に例を挙げて説明する。

また、通信制御部１８０は、リレー通信の際に、通信リソースを統合又は分離するのではなく、複数のデータについての通信リソースの配置を変更して各データを中継してもよい。この場合、第１の領域（例えば、周波数領域）において互いに異なるブロック内でそれぞれ受信された２つ以上の無線信号に含まれるデータが、第２の領域（例えば、時間領域）において互いに異なる２つ以上のブロック内で送信される。このような通信リソースの配置の変更に関する１つのシナリオについて、後に例を挙げて説明する。

［２−２．通信リソースの統合］
図５は、複数のリソースブロック内で受信されたデータフレームが１つのリソースブロック内に統合された場合の、統合後のフレーム構造の一例を示している。図５を参照すると、１つのリソースブロックに相当する１つのサブフレームは、図２の例と同様、制御チャネルのための３個のＯＦＤＭシンボル、及び共有チャネルのための１１個のＯＦＤＭシンボルを有する。なお、ここでは周波数領域の記述は省略されている。そして、図５の例における共有チャネルには、それぞれＭＡＣヘッダとＭＡＣペイロードとを有する、２つのＭＡＣフレーム１及び２が含まれる。このようなフレーム構造は、シンボル当たりのビット数が受信時の２倍となるような変調方式を送信時に選択することにより可能となる。例えば、受信時の変調方式がＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）であり、送信時の変調方式がＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying）である場合には、送信時のシンボル当たりのビット数は受信時の２倍となる。同様に、受信時の変調方式がＱＰＳＫであり、送信時の変調方式が１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）である場合にも、送信時のシンボル当たりのビット数は受信時の２倍となる。また、受信時の変調方式をＢＰＳＫ、送信時の変調方式を１６ＱＡＭとすることで、送信時のシンボル当たりのビット数は受信時の４倍となり、共有チャネルに４つのＭＡＣフレームを含めることもできる。しかしながら、より高次の変調方式を用いることで、ビットレートが向上する一方、雑音又は干渉などに対する耐性は低下する。そのため、中継局１００の通信制御部１８０は、中継元ノードとの間のリンク品質よりも中継先ノードとの間のリンク品質が良好である場合に、受信時の変調方式よりも高次の変調方式を送信時に用いる。

以下、通信リソースの統合に関する５つのシナリオについて説明する。

（第１のシナリオ）
図６Ａは、通信リソースの統合に関する第１のシナリオについて説明するための説明図である。また、図６Ｂは、図６Ａに示した第１のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図６Ａを参照すると、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へ、別々のリソースブロックを使用して、４つのデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が連続的に送信されている。これらデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、例えば、図６Ｂに示したように、互いに異なる４つのリソースブロックＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４においてそれぞれ送信される。ここで、例えば、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４の中継先ノードは共通していたとする。このようなケースは、例えば、図１の例における移動局２００ｂから基地局１０へのアップリンク信号の送信の際に生じ得る。図６Ａの例における中継先ノードは、中継先ノードＲｘＡである。

さらに、中継元ノードＴｘＡと中継局１００との間のリンク品質よりも中継局１００と中継先ノードＲｘＡとの間のリンク品質が良好であって、シンボルあたり４倍のビットレートを達成可能な変調方式を中継に使用できるものとする。その場合、中継局１００は、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を１つのリソースブロックの共有チャネルのＯＦＤＭシンボルに含めて、中継先ノードＲｘＡへ送信する。例えば、図６Ｂに示したように、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、１つのリソースブロックＲ１内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。

このように、通信リンクのリンク品質に応じてリレー通信の際に通信リソースを統合的に使用することで、通信リソースの利用効率は向上する。その結果、例えば、より多くのユーザが無線通信システム１に参加することが可能となる。

また、この場合、リレー通信の信頼性を確保するためには、中継先ノードＲｘＡが中継された各データを検証し、各データがそれぞれ正常に受信されたか否かを示す応答信号（即ち、ＡＣＫ（確認応答）又はＮＡＣＫ（否定確認応答））を返信することが望ましい。ここで、図６Ａの例では、中継局１００と中継先ノードＲｘＡとの間のリンク品質は良好であるため、中継先ノードＲｘＡは、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４に対するＡＣＫ又はＮＡＣＫを、１つのリソースブロックを使用して返送することができる。

図６Ｃは、通信リソースの統合に関する第１のシナリオにおいて、中継先ノードＲｘＡからＡＣＫ及びＮＡＣＫが返送される場合の通信の流れの一例を示す説明図である。

図６Ｃを参照すると、まず、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へ、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が、別々のリソースブロックを用いて順に送信される（ステップＳ６０２〜Ｓ６０８）。中継局１００は、これらデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４の中継先がいずれも中継先ノードＲｘＡであることを、事前に取得されるスケジューリング情報などに基づいて予め認識している。そして、中継局１００は、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を受信すると、各データを高次の変調方式を用いて１つのリソースブロック内の共有チャネルのＯＦＤＭシンボルに変調し、１つのリソースブロックを用いて中継先ノードＲｘＡへ中継する（ステップＳ６１０）。なお、通信リソースを統合する場合にも、元のデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４についてそれぞれ誤り検出用のＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）が付加されることが望ましい。この場合、統合前の各データに付加されていたＣＲＣがそのまま流用されてもよい。

そうすると、中継先ノードＲｘＡは、受信信号を復調及び復号し、各データの受信が成功したか否かを検証する。そして、受信に成功したデータについてはＡＣＫ、受信に失敗したデータについてはＮＡＣＫを生成する。例えば、図６Ｃの例では、中継先ノードＲｘＡは、データＤ１及びＤ２の受信には成功し、データＤ３及びＤ４の受信には失敗している。その場合、中継先ノードＲｘＡは、データＤ１及びＤ２についての２つのＡＣＫ、及びデータＤ３及びＤ４についての２つのＮＡＣＫを、１つのリソースブロックを用いて中継局１００へ返送する（ステップＳ６１２）。

中継局１００は、かかる２つのＡＣＫ及び２つのＮＡＣＫを受信すると、それらＡＣＫ又はＮＡＣＫを、別々のリソースブロックを用いて順に中継元ノードＴｘＡへ返送する。例えば、ステップＳ６１４ではデータＤ１についてのＡＣＫ、ステップＳ６１６ではデータＤ２についてのＡＣＫ、ステップＳ６１８ではデータＤ３についてのＮＡＣＫ、ステップＳ６２０ではデータＤ４についてのＮＡＣＫがそれぞれ返送されている。

このように、中継局１００により通信リソースを統合して中継されたデータについては、中継先ノードからのＡＣＫ又はＮＡＣＫも通信リソースを統合して返送させることで、通信リソースの利用効率がさらに向上すると共に、再送のための時間も短縮され得る。

（第２のシナリオ）
図７Ａは、通信リソースの統合に関する第２のシナリオについて説明するための説明図である。また、図７Ｂは、図７Ａに示した第２のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図７Ａを参照すると、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へ、別々のリソースブロックを使用して、４つのデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が連続的に送信されている。これらデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、例えば、図７Ｂに示したように、互いに異なる４つのリソースブロックＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４においてそれぞれ送信される。ここで、例えば、データＤ１及びＤ２の中継先ノードは共通していたとする。図７Ａの例におけるデータＤ１及びＤ２の中継先ノードは、中継先ノードＲｘＡである。さらに、データＤ３及びＤ４の中継先ノードもまた共通していたとする。図７Ａの例におけるデータＤ３及びＤ４の中継先ノードは、中継先ノードＲｘＢである。

また、中継元ノードＴｘＡと中継局１００の間のリンク品質よりも中継局１００と中継先ノードＲｘＡ及びＲｘＢとの間のリンク品質が良好であって、シンボルあたり２倍のビットレートを達成可能な変調方式を中継に使用できるものとする。その場合、中継局１００は、データＤ１及びＤ２を１つのリソースブロックの共有チャネルのＯＦＤＭシンボルに含めて、中継先ノードＲｘＡへ送信する。例えば、図７Ｂに示したように、データＤ１及びＤ２は、１つのリソースブロックＲ１内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。また、中継局１００は、データＤ３及びＤ４を１つのリソースブロックの共有チャネルのＯＦＤＭシンボルに含めて、中継先ノードＲｘＢへ送信する。例えば、図７Ｂに示したように、データＤ３及びＤ４は、１つのリソースブロックＲ２内で中継先ノードＲｘＢへ送信される。

このように、中継先ノードが共通する無線信号に含まれるデータを１つのブロック内で中継することで、中継先ノードごとに割当てられるリソースブロックの数を削減することができる。

（第３のシナリオ）
図８Ａは、通信リソースの統合に関する第３のシナリオについて説明するための説明図である。また、図８Ｂは、図８Ａに示した第３のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図８Ａを参照すると、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へデータＤ１が送信されている。また、中継元ノードＴｘＢから中継局１００へデータＤ２が送信されている。また、中継元ノードＴｘＣから中継局１００へデータＤ３が送信されている。また、中継元ノードＴｘＤから中継局１００へデータＤ４が送信されている。図８Ｂを参照すると、これら４つのデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、互いに異なる４つのリソースブロックＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４においてそれぞれ送信されている。ここで、例えば、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４の中継先ノードは共通していたとする。図８Ａの例における中継先ノードは、中継先ノードＲｘＡである。

さらに、中継元ノードＴｘＡ、ＴｘＢ、ＴｘＣ及びＴｘＤと中継局１００との間のリンク品質よりも中継局１００と中継先ノードＲｘＡとの間のリンク品質が良好であって、シンボルあたり４倍のビットレートを達成可能な変調方式を中継に使用できるものとする。その場合、中継局１００は、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を１つのリソースブロックの共有チャネルのＯＦＤＭシンボルに含めて、中継先ノードＲｘＡへ送信する。例えば、図８Ｂに示したように、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、１つのリソースブロックＲ１内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。

第３のシナリオの場合には、時間スロットの異なるリソースブロックではなく、周波数スロットの異なるリソースブロックにおいて送信された複数のデータが、１つのリソースブロックを統合的に使用して中継される。このような場合にも、通信リンクのリンク品質に応じてリレー通信の際に通信リソースを統合的に使用することで、通信リソースの利用効率は向上する。

（第４のシナリオ）
図９Ａは、通信リソースの統合に関する第４のシナリオについて説明するための説明図である。また、図９Ｂは、図９Ａに示した第４のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図９Ａを参照すると、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が送信されている。これらデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、例えば、図９Ｂに示したように、互いに異なる４つのリソースブロックＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４においてそれぞれ送信される。ここで、例えば、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４の中継先ノードは共通していたとする。図９Ａの例における中継先ノードは、中継先ノードＲｘＡである。

さらに、中継元ノードＴｘＡと中継局１００との間のリンク品質よりも中継局１００と中継先ノードＲｘＡとの間のリンク品質が良好であって、シンボルあたり２倍のビットレートを達成可能な変調方式を中継に使用できるものとする。また、データＤ１〜Ｄ４のうち、データＤ１及びＤ４は非リアルタイムアプリケーションに使用されるデータ、データＤ２及びＤ３はリアルタイムアプリケーションに使用されるデータであるとする。ここで、リアルタイムアプリケーションにとって、データを統合することによる遅延は許容されない可能性がある。そこで、中継局１００は、非リアルタイムアプリケーションに使用されるＤ１及びＤ４のみを１つのリソースブロック内に統合して中継先ノードＲｘＡへ送信する。例えば、図９Ｂに示したように、データＤ２は、リソースブロックＲ１内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。次に、データＤ３は、リソースブロックＲ２内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。その後、データＤ１及びＤ４は、１つのリソースブロックＲ３内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。

図９Ｃは、中継されるデータに関連するアプリケーションの種別を識別するために使用され得る情報の一例として、ＬＴＥにおいて定義されているＱＣＩ（QoS Class Identifier）情報を一覧化した表である。図９Ｃを参照すると、ＱＣＩ情報は、リソースタイプ、優先度（priority）、パケット遅延許容量（packet delay budget）及びパケットロス率（packet loss rate）の４つの項目を有する。また、図９Ｃの表には、各ＱＣＩに対応するアプリケーション例も記載されている。このうち、例えば、ＱＣＩ３は、リアルタイムゲームなどに適用されるＱＣＩであって、パケット遅延許容量が最も小さい５０ｍｓｅｃである。従って、ＱＣＩ３を示すデータについては、アプリケーションの要求するリアルタイム性が最も厳しいことが把握される。また、例えば、ＱＣＩ１（通話）ＱＣＩ５（ＩＰマルチメディアシステムシグナリング）、及びＱＣＩ７（双方向ゲーム）もまた、パケット遅延許容量は他のＱＣＩと比較して小さい１００ｍｓｅｃである。従って、ＱＣＩ１、５及び７を示すデータについても、アプリケーションの要求するリアルタイム性は厳しいことが把握される。

中継局１００の通信制御部１８０は、制御チャネルを介して取得されるこのようなＱＣＩ情報に基づいて、データごとに要求されるリアルタイム性を判定してもよい。そして、通信制御部１８０は、リアルタイム性を要求するアプリケーションに関連するデータについては、受信時と同じ数のリソースブロックを使用して各データを無線送信部１１８に中継させるのが好適である。そうすることで、リレー通信によりアプリケーションのリアルタイム性を損なうことなく、他のアプリケーションに関連するデータについてのみ通信リソースを動的に変更して通信リソースの利用効率の向上を図ることができる。

（第５のシナリオ）
図１０Ａは、通信リソースの統合に関する第５のシナリオについて説明するための説明図である。また、図１０Ｂは、図１０Ａに示した第５のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図１０Ａを参照すると、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へ、別々のリソースブロックを使用して、４つのデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が送信されている。これらデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、例えば、図１０Ｂに示したように、互いに異なる４つのリソースブロックＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４においてそれぞれ送信される。ここで、例えば、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４はブロードキャストデータであったとする。この場合、図１０Ａの例における中継先ノードは、中継先ノードＲｘＡ、ＲｘＢ及びＲｘＣである。

さらに、中継元ノードＴｘＡと中継局１００との間のリンク品質よりも中継局１００と中継先ノードＲｘＡ、ＲｘＢ及びＲｘＣとの間のリンク品質が良好であって、シンボルあたり４倍のビットレートを達成可能な変調方式を中継に使用できるものとする。その場合、中継局１００は、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を１つのリソースブロックの共有チャネルのＯＦＤＭシンボルに含めて、中継先ノードＲｘＡ、ＲｘＢ及びＲｘＣへ送信する。例えば、図１０Ｂに示したように、データＤ１〜Ｄ４は、１つのリソースブロックＲ１内で中継先ノードＲｘＡへ、１つのリソースブロックＲ２内で中継先ノードＲｘＢへ、１つのリソースブロックＲ３内で中継先ノードＲｘＣへそれぞれ送信される。

このように、中継局１００は、ユニキャストデータのみならず、ブロードキャストデータ又はマルチキャストデータについても、通信リンクのリンク品質に応じて通信リソースを統合的に使用して中継を行ってよい。

［２−３．通信リソースの分離］
図１１は、１つのリソースブロック内で受信されたデータフレームが複数のリソースブロック内に分離された場合の、分離後のフレーム構造の一例を示している。図１１を参照すると、１つのリソースブロックに相当する１つのサブフレームは、図２の例と同様、制御チャネルのための３個のＯＦＤＭシンボル、及び共有チャネルのための１１個のＯＦＤＭシンボルを有する。なお、ここでは周波数領域の記述は省略されている。そして、図１１の例では、２つのサブフレームの１１×２＝２２個の共有チャネルに、ＭＡＣヘッダとＭＡＣペイロードとを有する１つのＭＡＣフレームがマッピングされている。このようなフレーム構造は、シンボル当たりのビット数が受信時の１／２倍となるような変調方式を送信時に選択した場合に使用され得る。例えば、受信時の変調方式がＱＰＳＫであり、送信時の変調方式がＢＰＳＫである場合には、送信時のシンボル当たりのビット数は受信時の１／２倍となる。同様に、受信時の変調方式が１６ＱＡＭであり、送信時の変調方式がＱＰＳＫである場合にも、送信時のシンボル当たりのビット数は受信時の１／２倍となる。また、受信時の変調方式を１６ＱＡＭ、送信時の変調方式をＢＰＳＫとすることで、送信時のシンボル当たりのビット数は受信時の１／４倍となり、４つのサブフレームの共有チャネルに１つのＭＡＣフレームを含めることもできる。このようなフレーム構造は、中継元ノードとの間のリンク品質よりも中継先ノードとの間のリンク品質が劣悪である場合などに、中継局１００の通信制御部１８０により選択され得る。

なお、図１１の例では、ＭＡＣフレームの内容によらず、単純にＭＡＣフレームの占めるシンボル数が２倍に拡張され、その前半部が第１のサブフレーム、後半部が第２のサブフレームにマッピングされている。この場合、分離後の各サブフレーム内で余剰なビットが発生してビットのパディング処理が必要となる可能性は低い。

図１２は、１つのリソースブロック内で受信されたデータフレームが複数のリソースブロック内に分離された場合の、分離後のフレーム構造の他の例を示している。図１２を参照すると、１つのリソースブロックに相当する１つのサブフレームは、図１１の例と同様、制御チャネルのための３個のＯＦＤＭシンボル、及び共有チャネルのための１１個のＯＦＤＭシンボルを有する。なお、ここでも周波数領域の記述は省略されている。そして、図１２の例では、２つのサブフレームのうち第１のサブフレームの共有チャネルに、ＭＡＣヘッダ、及び、ＭＡＣペイロードのうちの２つのＭＡＣ制御エレメントがマッピングされている。また、第２のサブフレームの共有チャネルに、複数のＭＡＣ ＳＤＵがマッピングされている。この場合、ＭＡＣフレームの論理的な構造に合わせてマッピングが行われるが、分離後の各サブフレーム内で余剰なビットが発生してビットのパディング処理が必要となる可能性は高まる。このようなフレーム構造もまた、シンボル当たりのビット数が受信時の１／２倍、又は１／４倍などとなるような変調方式を送信時に選択した場合に使用され得る。

なお、図５を用いて説明した通信リソースの統合、又は図１１若しくは図１２を用いて説明した通信リソースの分離の際に、どのブロックとどのブロックとが関連しているかを示す情報が、各サブフレームの制御チャネルに記述されてもよい。例えば、通信リソースを分離して１つのＭＡＣフレームを２つのサブフレームで構成した場合には、各サブフレームの制御チャネルに、第１及び第２のサブフレームから１つのＭＡＣフレームを復元すべきことを示す情報を記述することができる。

以下、通信リソースの分離に関する２つのシナリオについて説明する。

（第１のシナリオ）
図１３Ａは、通信リソースの分離に関する第１のシナリオについて説明するための説明図である。また、図１３Ｂは、図１３Ａに示した第１のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図１３Ａを参照すると、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へ、１つのリソースブロックを使用して、データＤ１が送信されている。データＤ１は、例えば、図１３Ｂに示したように、リソースブロックＴ１において送信される。このデータＤ１の中継先ノードは、中継先ノードＲｘＡである。

ここで、中継元ノードＴｘＡと中継局１００との間のリンク品質よりも中継局１００と中継先ノードＲｘＡとの間のリンク品質が劣悪であって、中継先ノードＲｘＡへ確実にデータを伝達するためには、シンボルあたり１／４倍のビットレートしか使用できないものとする。その場合、中継局１００は、データＤ１を４つの部分データＤ１ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃ及びＤ１ｄに分離し、それぞれ別のリソースブロックを用いて中継先ノードＲｘＡへ送信する。例えば、図１３Ｂに示したように、部分データＤ１ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃ及びＤ１ｄは、それぞれ別のリソースブロックＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。

このように、通信リンクのリンク品質に応じて中継局が通信リソースを分離してリレー通信を行うことで、中継局との間のリンク品質の良好な中継元ノードは、データを１つのブロック内で送信することができる。その結果、システム全体としての通信リソースの利用効率は向上する。

（第２のシナリオ）
図１４Ａは、通信リソースの分離に関する第２のシナリオについて説明するための説明図である。また、図１４Ｂは、図１４Ａに示した第２のシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図１４Ａを参照すると、中継元ノードＴｘＡから中継局１００へ、１つのリソースブロックを使用して、データＤ１〜Ｄ４が送信されている。データＤ１〜Ｄ４は、例えば、図１４Ｂに示したように、リソースブロックＴ１において送信される。この場合、リソースブロックＴ１の共有チャネルに、データＤ１〜Ｄ４をそれぞれ有する４つのデータフレームが含まれる。このデータＤ１〜Ｄ４の中継先ノードは、中継先ノードＲｘＡである。

ここで、中継元ノードＴｘＡと中継局１００との間のリンク品質よりも中継局１００と中継先ノードＲｘＡとの間のリンク品質が劣悪であって、中継先ノードＲｘＡへ確実にデータを伝達するためには、シンボルあたり１／４倍のビットレートしか使用できないものとする。その場合、中継局１００は、データＤ１〜Ｄ４を互いに分離し、それぞれ別のリソースブロックを用いて中継先ノードＲｘＡへ送信する。例えば、図１４Ｂに示したように、データＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は、それぞれ別のリソースブロックＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４内で中継先ノードＲｘＡへ送信される。

この場合にも、通信リンクのリンク品質に応じて中継局が通信リソースを分離してリレー通信を行うことで、中継局との間のリンク品質の良好な中継元ノードは、複数のデータを１つのブロック内で送信することができる。その結果、システム全体としての通信リソースの利用効率は向上する。

［２−４．通信リソースの配置変更］
図１５は、通信リソースの配置変更に関するシナリオにおいて使用されるリソースブロックについて説明するための説明図である。

図１５を参照すると、中継元ノードから中継局１００へ、データＤ１がリソースブロックＴ１を用いて送信されている。中継局１００は、かかるデータＤ１を、リソースブロックＲ１を用いて中継先ノードへ送信する。また、中継元ノードから中継局１００へ、データＤ２がリソースブロックＴ２を用いて送信されている。中継局１００は、かかるデータＤ２を、リソースブロックＲ２を用いて中継先ノードへ送信する。また、中継元ノードから中継局１００へ、データＤ３がリソースブロックＴ３を用いて送信されている。中継局１００は、かかるデータＤ３を、リソースブロックＲ３を用いて中継先ノードへ送信する。また、中継元ノードから中継局１００へ、データＤ４がリソースブロックＴ４を用いて送信されている。中継局１００は、かかるデータＤ４を、リソースブロックＲ４を用いて中継先ノードへ送信する。

ここで、中継局１００がデータＤ１〜Ｄ４の受信に使用したソースブロックＴ１〜Ｔ４は、周波数領域において互いに異なるブロックである。一方、中継局１００がデータＤ１〜Ｄ４の送信に使用するリソースブロックＲ１〜Ｒ４は、周波数領域における位置は同じである一方、時間領域において互いに異なるブロックである。このように中継局１００が通信リソースの配置を変更した上でデータを中継することで、例えば、所定の周波数スロットが中継先ノードの特定の目的又は機能のために占有されている場合などに、当該周波数スロット避けてリレー通信を行うことができる。

＜３．スケジューリング処理の例＞
一般的に、セルラー方式を採用する無線通信システムでは、移動局からのデータ通信の許可の要求に基づいて、セルを管理する基地局（又は複数の基地局と接続されるネットワークコントローラなど）により、通信リソースの割当てが行われる。移動局からのデータ通信の許可の要求、基地局による通信リソースの割当て、及び基地局から移動局への通信リソースの割当ての通知を含む一連の処理を、本明細書では、スケジューリング処理と称する。ここで、移動局と基地局との間に中継局が介在する場合には、中継局は、基地局から配信されるスケジューリング情報（通信リソースの割当てを通知する情報）を受信し、当該スケジューリング情報を参照して、どのブロックをリレー通信に用いるかを決定する。中継局がデータを中継する際に用いるブロック（例えば、上述したリソースブロック）は、予め固定的に割当てられる複数のブロックから選択されてもよい。また、中継局は、データの中継に用いる通信リソースの割当てのための要求を自ら基地局へ送信し、動的に通信リソースの割当てを受けてもよい。

図１６は、無線通信システム１におけるスケジューリング処理の流れの一例を示す説明図である。図１６を参照すると、まず、移動局２００から基地局１０へ、スケジューリングの要求、即ちデータ通信の許可の要求が送信される（ステップＳ１６０２）。かかる要求は、例えば、中継局１００により基地局１０へ中継される。そうすると、基地局１０は、移動局２００によるデータ通信に、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるいずれかのブロックを割当てる（ステップＳ１６０４）。次に、基地局１０は、通信リソースの割当ての結果を通知するためのスケジューリング情報をセルの内部の中継局１００及び移動局２００へ送信する。中継局１００は、かかるスケジューリング情報を受信することにより、どの移動局２００がどのブロックにおいてデータを送信しようとしているかを知ることができる（ステップＳ１６０６）、また、スケジューリング情報は、中継局１００により中継された後、移動局２００により受信される（ステップＳ１６０８）。そして、中継局１００は、受信したスケジューリング情報を参照し、例えば移動局２００との間の通信リンク及び基地局との間の通信リンクのリンク品質に応じて、移動局２００からのデータの中継に使用するブロックを決定する（ステップＳ１６１０）。その後、移動局２００は、基地局１０により割当てられたブロックにおいてデータを中継局１００へ送信する（ステップＳ１６１２）。そうすると、中継局１００は、移動局２００から受信したデータを、ステップＳ１６１０において決定したブロック内で、基地局１０へ中継する（ステップＳ１６１４）。

図１６に例示したスケジューリング処理では、基地局１０が通信リソースの割当てを行う時点（ステップＳ１６０４）において、中継局１００がリレー通信に際しどのように通信リソースを統合又は分離するかは決定していない。即ち、中継局１００は、通信リソースの割当ての結果を通知するスケジューリング情報を受信した後のステップＳ１６１０において、中継に使用する通信リソースを決定する。この場合、基地局１０により割当てられたリソースが中継に必要なリソースよりも多かった場合には、中継局１００は、余ったリソースを有効活用するために、余ったそのリソースを再度他の通信のために割当てるように基地局１０へ要求してもよい。また、基地局１０により割当てられたリソースが中継に必要なリソースよりも少なかった場合には、中継局１００は、中継すべき一部のデータを例えば記憶部１４０を用いてバッファリングし、次回のリソースの割当て後に当該データを中継してもよい。

図１７は、無線通信システム１におけるスケジューリング処理の流れの他の例を示す説明図である。図１７を参照すると、まず、移動局２００から基地局１０へ、スケジューリングの要求が送信される（ステップＳ１７０２）。かかる要求は、例えば、中継局１００により基地局１０へ中継される。また、中継局１００は、ステップＳ１７０２においてスケジューリングの要求を受信することにより、移動局２００がデータを送信しようとしていることを知る。そうすると、中継局１００は、例えば移動局２００との間の通信リンク及び基地局との間の通信リンクのリンク品質に応じて、移動局２００からのデータの中継に必要な通信リソースの量（例えば、リソースブロックの数など）を決定する（ステップＳ１７０４）。そして、中継局１００は、移動局２００からのデータの中継のための通信リソースの割当てを、基地局１０へ要求する（ステップＳ１７０６）。そうすると、基地局１０は、移動局２００によるデータ通信、及び中継局１００によるリレー通信に、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるいずれかのブロックをそれぞれ割当てる（ステップＳ１７０８）。次に、基地局１０は、通信リソースの割当ての結果を通知するためのスケジューリング情報をセルの内部の中継局１００及び移動局２００へ送信する。中継局１００は、かかるスケジューリング情報を受信（及び中継）する（ステップＳ１７１０）。また、移動局２００は、中継局１００により中継されたスケジューリング情報を受信する（ステップＳ１７１２）。その後、移動局２００は、基地局１０により割当てられたブロックにおいてデータを中継局１００へ送信する（ステップＳ１７１４）。そうすると、中継局１００は、移動局２００から受信したデータを、基地局１０により割当てられたブロック内で、基地局１０へ中継する（ステップＳ１７１６）。

図１７に例示したスケジューリング処理では、基地局１０が通信リソースの割当てを行う時点（ステップＳ１７０８）において、中継局１００がリレー通信に際しどのように通信リソースを統合又は分離するかが決定している。そのため、基地局１０が通信リソースを割当てた後に余剰なリソース又はリソースの不足が発生する可能性は低減される。なお、中継局１００は、通信リンクの品質が経時的に変化している場合には、スケジューリング情報を受信した後にリレー通信に用いるリソースの配置を変更してもよい。それにより、リレー通信に際してのリソース利用効率をさらに高めることができる。

また、ここでは、リレー通信に際しどのように通信リソースを統合又は分離するかを中継局１００が決定する例について説明した。しかし、かかる例に限定されず、基地局１０（又は上述したネットワークコントローラなど）により、どのように通信リソースを統合又は分離するかが決定されてもよい。例えば、基地局１０は、スケジューリング処理に先立って、基地局１０と中継局１００との間のリンク品質、及び中継局１００と移動局２００との間のリンク品質に関する情報を収集しておいてもよい。そうすることにより、基地局１０は、通信リソースの割当ての段階で、中継局１００によるリレー通信のためにどのように通信リソースを統合又は分離させるかを決定することができる。この場合には、中継局１００は、基地局１０から配信されるスケジューリング情報に従ってリレー通信を行うことにより、システム全体としての通信リソースの利用効率を向上させることができる。

図１８は、本実施形態において使用され得るダウンリンクのフレームフォーマットの一例として、３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１において仕様化されたリレー通信のためのフレームフォーマットを示している。なお、図１８のフレームフォーマットは、例えばＯＦＤＭＡ方式のように、通信リソースが時間領域及び周波数領域で分割される場合に適用され得る。

図１８を参照すると、基地局１０から送信されるダウンリンクの１つのサブフレームは、その先頭部分に、主に移動局のための制御チャネルであるＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control CHannel）１９１を含む。ＰＤＣＣＨ１９１は、例えば、基地局１０が移動局２００へスケジューリング情報を送信するために使用される。このＰＤＣＣＨ１９１内のスケジューリング情報は、中継局１００により移動局２００へ中継され、移動局２００により受信される（例えば、図１６のステップＳ１６０８又は図１７のステップＳ１７１２）。

ＰＤＣＣＨ１９１に続く部分は、周波数又はサブキャリアに応じて、中継局のためのＲ−ＰＤＣＣＨ（Relay-PDCCH）１９２及びＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared CHannel）１９３、又は移動局のためのＰＤＳＣＨ１９４に分けられる。Ｒ−ＰＤＣＣＨ１９２は、中継局のための制御情報を含む中継制御チャネルである。図１６のステップＳ１６０６又は図１７のステップＳ１７１０における基地局１０から中継局１００へのスケジューリング情報の送信は、例えば、Ｒ−ＰＤＣＣＨ１９２上で行われてもよい。また、Ｒ−ＰＤＣＣＨ１９２に続くＰＤＳＣＨ１９３は、中継局１００が移動局２００へ中継すべきデータを基地局１０が中継局１００へ送信するために使用され得る。ＰＤＳＣＨ１９３内で中継局１００が基地局１０から受信したデータは、ＰＤＳＣＨ１９５内で移動局２００へ中継される。Ｒ−ＰＤＣＣＨ１９２及びＰＤＳＣＨ１９３は、例えば、バックホールリンク上で実現されてもよい。

ＰＤＳＣＨ１９４は、中継局１００による中継を経由することなく移動局２００が基地局１０から直接データを受信する場合の共有チャネルとして使用され得る。

中継局１０から移動局２００へのダウンリンクのサブフレームには、ＰＤＣＣＨ１９１の次及びＰＤＳＣＨ１９５の次に、ギャップ区間１９６ａ及び１９６ｂがそれぞれ設けられる。これらギャップ区間１９６ａ及び１９６ｂは、中継局１００においてハードウェアを共通的な制御チャネルの受信のための構成と中継動作のための構成との間で切り替えるために利用される。

このように、中継局のためのスケジューリング情報と移動局のためのスケジューリング情報とは、同じフレーム内の異なる区間において基地局から送信されてよい。その代わりに、これらスケジューリング情報は、異なるフレーム内でそれぞれ送信されてもよい。図１８に例示したようなフレームフォーマットを用いることで、例えば、一般的なセルラー通信と本明細書で説明したようなリレー通信とを好適に共存させることができる。

＜４．移動局及び基地局の構成例＞
ここまで、図１〜図１８を用いて、本実施形態に係る無線通信システム１について、特に中継局１００の構成を中心として具体的に説明した。一方、基地局１０及び移動局２００は、少なくとも無線信号の送信及び受信に関しては、中継局１００と同様の構成を有し得る。即ち、例えば、移動局２００は、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で無線信号を送信又は受信する無線通信部と、当該無線通信部による無線信号の送受信を制御する通信制御部とを備える。そして、移動局２００の通信制御部は、例えば、１つのブロック内で中継局１００により中継された複数のデータを無線通信部に受信させ、又は中継局１００により１つのブロック内で中継されるべき複数のデータを無線通信部に送信させることができる。

＜５．まとめ＞
本明細書で説明した実施形態に係る中継局１００によれば、リレー通信の際に、通信リソースが動的に統合され、分離され、又はその配置が変更される。例えば、中継先が共通する場合には、当該中継先を宛て先とする複数のデータの中継に使用される通信リソースは、統合され得る。また、中継先が異なる場合には、１つの通信リソース内で送信されたデータは、中継先ごとに分離された複数の通信リソース内でそれぞれ中継され得る。それにより、システム全体としての通信リソースの利用効率が向上される。

さらに、当該実施形態に係る中継局１００によれば、中継元との間のリンク品質よりも中継先との間のリンク品質が良好である場合に、リレー通信の際に使用される通信リソースが統合され得る。一方、中継元との間のリンク品質よりも中継先との間のリンク品質が劣悪である場合には、リレー通信の際に使用される通信リソースは複数の通信リソースに分離され得る。それにより、リンク品質が高い場合に必要以上の通信リソースが消費され、又はリンク品質が低い場合に通信リソースが不足するような事態が生じる可能性が低減される。

上述した実施形態では、通信リソースが時間領域及び周波数領域の双方において個々に分割される例について主に説明した。これは、従来のフレームアグリゲーション技術のようにデータフレーム長を時間方向に伸張し又は短縮する手法を単純に適用し難い（例えばＬＴＥにおける）リソースブロック単位でのリソースの割当てにも、本発明に係る手法を適用可能であることを意味している。但し、かかる例に限定されず、時間領域及び周波数領域以外の領域（例えば、符号領域又は空間領域）において通信リソースが分割される場合にも、本発明に係る手法は適用可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属すものと了解される。

１０ 基地局
１００ 中継局
１１０ 無線通信部
１２０ 復調部
１３０ 復号部
１４０ 記憶部
１５０ 符号化部
１６０ 変調部
１７０ 品質測定部
１８０ 通信制御部
２００ 移動局

Claims (15)

1. 基地局及び移動局の間で無線信号を中継する中継局であって：
   時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で無線信号を送信し又は受信する無線通信部と；
   各無線信号に関連するアプリケーションの種別に応じて、当該無線信号に含まれるデータを前記無線通信部により送信させる際に使用すべきブロックの数を判定する通信制御部と、
   を備え、
   前記通信制御部は、リアルタイム性を要求するアプリケーションに関連する無線信号に含まれるデータについては受信時と同じ数のブロックを送信時に使用すべきであると判定し、リアルタイム性を要求しないアプリケーションに関連する無線信号に含まれるデータについては受信時と異なる数のブロックを送信時に使用することを許容し、
   前記通信制御部は、送信時に使用すべきであると判定したブロックの数が受信時の数よりも少ない場合には、異なるブロック内で前記無線通信部によりそれぞれ受信された２つ以上の無線信号に含まれるデータを、１つのブロック内で前記無線通信部により送信させる、
   中継局。
2. 前記通信制御部は、異なるブロック内で前記無線通信部によりそれぞれ受信された無線信号のうち、中継先が共通する無線信号に含まれるデータを、前記１つのブロック内で前記無線通信部により送信させる、請求項１に記載の中継局。
3. 前記中継局は、前記基地局との間のリンク品質及び前記移動局との間のリンク品質を測定する測定部、をさらに備え、
   前記通信制御部は、中継元との間のリンク品質よりも中継先との間のリンク品質が良好である場合に、前記２つ以上の無線信号に含まれるデータを、前記１つのブロック内で前記無線通信部により送信させる、請求項１に記載の中継局。
4. 前記ブロックは、時間領域及び周波数領域の双方において個々に分割される、請求項１に記載の中継局。
5. 前記２つ以上の無線信号は、異なる中継元からそれぞれ送信された無線信号である、請求項１に記載の中継局。
6. 前記通信制御部は、前記無線通信部により前記基地局から受信されるスケジューリング情報に基づいて、いずれのブロックを使用して前記無線通信部により前記２つ以上の無線信号に含まれるデータを送信させるかを決定する、請求項１に記載の中継局。
7. 前記通信制御部は、前記無線通信部により前記移動局から受信されるスケジューリング要求に基づいて、前記２つ以上の無線信号に含まれるデータを前記無線通信部により送信させる際に使用すべきブロックの数を決定する、請求項１に記載の中継局。
8. 前記無線通信部は、前記２つ以上の無線信号に含まれるデータを前記１つのブロック内で送信する際、前記２つ以上の無線信号を復調及び復号して得られたデータを、異なる符号化方式又は異なる変調方式に従って符号化及び変調して送信する、請求項１に記載の中継局。
9. 前記通信制御部は、前記スケジューリング情報を、移動局のために設けられる制御チャネル上で、又は中継局のために設けられる中継制御チャネル上で受信する、請求項６に記載の中継局。
10. 基地局及び移動局の間で中継局を用いて無線信号を中継するための中継方法であって、
    前記無線信号は、時間領域、周波数領域、符号領域及び空間領域のうち少なくとも１つの領域において個々に分割されるブロック内で送信され：
    前記中継局において、
    異なるブロック内で２つ以上の無線信号をそれぞれ受信するステップと；
    各無線信号に関連するアプリケーションの種別に応じて、当該無線信号に含まれるデータを送信する際に使用すべきブロックの数を判定するステップと；
    を含み、
    リアルタイム性を要求するアプリケーションに関連する無線信号に含まれるデータについては受信時と同じ数のブロックを送信時に使用すべきであると判定され、リアルタイム性を要求しないアプリケーションに関連する無線信号に含まれるデータについては受信時と異なる数のブロックを送信時に使用することが許容され、
    前記中継方法は、
    送信時に使用すべきであると判定されたブロックの数が受信時の数よりも少ない場合に、受信された前記２つ以上の無線信号に含まれるデータを、１つのブロック内で送信するステップ；
    をさらに含む、中継方法。
11. 前記通信制御部は、送信時に使用すべきであると判定したブロックの数が受信時の数よりも多い場合には、１つのブロック内で前記無線通信部により受信された無線信号に含まれるデータを、それぞれ異なる２つ以上のブロック内で前記無線通信部により送信させる、請求項１に記載の中継局。
12. 前記通信制御部は、１つのブロック内で前記無線通信部により受信された無線信号に含まれるデータが中継先の異なる２つ以上のデータを有している場合に、当該２つ以上のデータを前記それぞれ異なる２つ以上のブロック内で前記無線通信部により送信させる、請求項１１に記載の中継局。
13. 前記中継局は、前記基地局との間のリンク品質及び前記移動局との間のリンク品質を測定する測定部、をさらに備え、
    前記通信制御部は、中継元との間のリンク品質よりも中継先との間のリンク品質が劣悪である場合に、前記１つのブロック内で受信された無線信号に含まれるデータを、前記２つ以上のブロック内で前記無線通信部により送信させる、請求項１１に記載の中継局。
14. 前記ブロックは、時間領域及び周波数領域の双方において個々に分割される、請求項１１に記載の中継局。
15. 前記中継方法は、
    送信時に使用すべきであると判定されたブロックの数が受信時の数よりも多い場合に、受信された前記無線信号に含まれるデータを、それぞれ異なる２つ以上のブロック内で送信するステップ；
    をさらに含む、請求項１０に記載の中継方法。
    

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