JPWO2006088105A1 - 無線通信方法、中継局装置および無線送信装置 - Google Patents

無線通信方法、中継局装置および無線送信装置 Download PDF

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Abstract

システムスループットを向上させる無線通信方法等を提供する。本発明の無線通信方法は、基地局装置（ＢＳ）と中継局装置（ＲＳ）（１００）と移動局装置（ＭＳ）＃１とを有する移動体通信システムにおいて用いられる。第１の送信ステップでは、ＢＳからＲＳ（１００）に、ＭＳ＃１宛てのデータを含む第１の送信信号が送信される。第２の送信ステップでは、ＢＳから、ＢＳで生成されたパイロットを含む第２の送信信号が送信される。これと同時に、第２の送信ステップでは、ＲＳ（１００）からＭＳ＃１に、ＢＳで生成されたパイロットと特定の直交関係を有しＲＳ（１００）で生成されたパイロットを含む中継信号であってＭＳ＃１宛てのデータをさらに含む中継信号が送信される。

Description

本発明は、無線信号を送信装置から受信装置に中継する装置が設置された無線通信システムにおいて用いられる無線通信方法、中継局装置および無線送信装置に関する。
近年、携帯電話機などに代表されるセルラ移動体通信システムにおいて高周波の無線帯域を利用し、高伝送レートを実現するための技術的なアプローチが盛んに検討されている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、送信側で複数のアンテナから複数のデータ系列を送信し、受信側では複数のアンテナを用いて受信した信号から、各データ系列を分離して復号するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送等が検討されている。
しかし、高周波の無線帯域を利用した場合は、低周波の無線帯域を利用する場合に比べて伝送距離による減衰が大きくなり、また、電波の直進性が強くなる。つまり、ビルなどの障害物の裏に回り込む電波が弱くなるため、高伝送レートの実現が期待できる領域が比較的近距離の領域に限定される。よって、システム内により多くの基地局装置を設置する必要が生じる。基地局装置の設置には相応の費用がかかるため、基地局設置台数の増加を抑制しつつ高伝送レートを実現できる技術が強く求められている。
従来の移動体通信システムの一例では、無線信号を送信装置から受信装置に中継する中継局装置を用いることにより、基地局装置のカバーエリアを実質的に拡大している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３３０１１２号公報 「ＶＳＦ−ＯＦＣＤＭにおけるパイロットチャネル構成の検討」、電子情報通信学会、信学技報ＲＣＳ２００２−１６９
しかしながら、上記従来の移動体通信システムにおいては、中継局装置が中継した無線信号は、他の無線信号にとって干渉信号となり得る。例えば、下り回線において、中継局装置が特定の移動局装置に対して送信した無線信号が、中継局装置近傍で基地局装置と直接通信している他の移動局装置に対して干渉を与えることがある。この場合、基地局装置と直接通信する移動局装置の誤り率特性が劣化し、システムスループットが低下する。
本発明の目的は、システムスループットを向上させることができる無線通信方法、中継局装置および無線送信装置を提供することである。
本発明の無線通信方法は、送信装置と、中継局装置と、受信装置と、を有する無線通信システムにおいて用いられる無線通信方法であって、第１の送信期間において、送信装置から中継局装置に、受信装置宛ての信号を含む第１の送信信号を送信する第１の送信ステップと、第１の送信期間より後の第２の送信期間において、送信装置から、第１の既知信号を含む第２の送信信号を送信すると同時に、中継局装置から、第１の送信信号に含まれた受信装置宛ての信号を含む第３の送信信号であって第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号をさらに含む第３の送信信号を送信する第２の送信ステップと、を有するようにした。
本発明の中継局装置は、第１の既知信号が受信装置宛ての信号に付加された第１の送信信号を第１の送信期間において送信し且つ第１の既知信号を含む第２の送信信号を第１の送信期間より後の第２の送信期間において送信する送信装置から、第１の送信信号を受信する受信手段と、第１の送信信号のうち第１の既知信号を、第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号に置き換えて、第３の送信信号を生成する置換手段と、受信装置に対して第３の送信信号を第２の送信期間において送信する送信手段と、を有する構成を採る。
本発明の無線送信装置は、第１の既知信号を受信装置宛ての信号に付加して第１の送信信号を生成するとともに、第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号を含む第２の送信信号を生成する付加手段と、受信装置に対して第１の送信信号を第１の送信期間より後の第２の送信期間において送信する中継局装置に対して、第１の送信信号を第１の送信期間において送信するとともに、第２の送信信号を第２の送信期間において送信する送信手段と、を有する構成を採る。
本発明によれば、システムスループットを向上させることができる。
本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムの構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る中継局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムの動作例を説明するための図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号の他の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号のさらに他の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号のさらに他の例を示す図 本発明の実施の形態２に係る移動体通信システムの構成を示す図 本発明の実施の形態２に係る基地局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る移動体通信システムの動作例を説明するための図 本発明の実施の形態２に係るパイロット信号の例を示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る中継局装置が設けられた移動体通信システムの構成を示す図である。図１の移動体通信システムは、中継局装置（以下「ＲＳ」と言う）１００、無線送信装置としての基地局装置（以下「ＢＳ」と言う）、無線受信装置としての２つの移動局装置（以下、一方を「ＭＳ＃１」と言い、他方を「ＭＳ＃２」と言う）を有する。なお、本実施の形態では、便宜上、中継局数および移動局数をそれぞれ「１」「２」としているが、中継局数および移動局数はいずれもこれらの数に限定されるものではない。
ＢＳ、ＲＳ１００、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２は、所定の時間長（例えば０．５ｍｓ）を有するフレームを単位として互いに同期して送受信を行う。ＢＳは、フレーム＃１において、ＭＳ＃１宛てのデータを送信し、フレーム＃１の次のフレームであるフレーム＃２において、ＭＳ＃２宛てのデータを送信する。送信されるＭＳ＃１宛てのデータおよびＭＳ＃２宛てのデータには、同じパイロット信号（以下「パイロット」と言う）が時間多重によって付加されている。以下、パイロットが付加されたＭＳ＃１宛てのデータを第１の送信信号と言い、パイロットが付加されたＭＳ＃２宛てのデータを第２の送信信号と言う。なお、ＢＳで各データに付加されるパイロットは、例えばウォルシュ系列などのような直交系列を用いて生成される。
ＭＳ＃２はＢＳのカバーエリア内に位置しているため、第２の送信信号はＭＳ＃２に対して直接送信される。なお、ＭＳ＃２がＢＳのカバーエリア外に位置している場合は、第２の送信信号の送信先は他のＲＳであり得る。
ＭＳ＃１はＢＳのカバーエリア外に位置しているため、第１の送信信号はＲＳ１００に対して送信される。ＲＳ１００は、ＭＳ＃１宛てのデータを中継する。具体的には、ＢＳから受信した第１の送信信号から中継信号を生成し、フレーム＃２において中継信号をＭＳ＃１に送信する。このとき、中継信号は、フレーム＃２において第２の送信信号を受信するＭＳ＃２にとって干渉信号となる。
ＭＳ＃１、ＭＳ＃２はいずれも、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎｓ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）ダイバーシチ受信またはＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法を実行する受信機である。なお、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２がＭＩＭＯ受信機を備えている場合、ＢＳは、ＲＳ１００が送信を行うフレーム＃２においては１ストリームのみの送信を行う。システム全体の動作の詳細については後述する。
ＲＳ１００は、図２に示すように、アンテナ１０１、受信無線処理部１０２、ＧＩ（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）除去部１０３、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部１０４、分離部１０５、チャネル推定部１０６、復調部１０７、復号部１０８、符号化部１０９、変調部１１０、直交系列生成部１１１−１、…、１１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）、パイロット変調部１１２−１、…、１１２−Ｎ、多重部１１３、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部１１４、ＧＩ挿入部１１５および送信無線処理部１１６を有する。
受信無線処理部１０２は、アンテナ１０１を介して、ＢＳから送信された第１の送信信号を受信する。そして、受信した第１の送信信号に対して所定の受信無線処理（例えば、ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）を施す。受信無線処理後の第１の送信信号は、ＧＩ除去部１０３に出力される。ＧＩ除去部１０３は、受信無線処理後の第１の送信信号の所定位置に挿入されているＧＩを除去する。ＦＦＴ部１０４は、ＧＩ除去後の第１の送信信号に対してＦＦＴ処理を施す。ＦＦＴ処理後の第１の送信信号は分離部１０５に出力される。
分離部１０５は、ＦＦＴ部１０４から入力された第１の送信信号を、パイロットとＭＳ＃１宛てのデータとに分離する。分離されたパイロットはチャネル推定部１０６に出力され、分離されたＭＳ＃１宛てのデータは復調部１０７に出力される。
チャネル推定部１０６は、分離部１０５から入力されたパイロットを用いてチャネル推定を行ってチャネル推定値を得る。復調部１０７は、チャネル推定部１０６によって得られたチャネル推定値に基づいてチャネル補償を行った上で、分離部１０５から入力されたＭＳ＃１宛てのデータを復調する。復号部１０８は、復調部１０７によって復調されたＭＳ＃１宛てのデータを復号する。
したがって、ＢＳで符号化される前の状態のＭＳ＃１宛てのデータが、ＲＳにおいて再生される。つまり、本実施の形態に係るＲＳ１００は、データの中継に際してそのデータの再生を行う再生型の中継方式を採用した中継局装置である。
符号化部１０９は、復号部１０８によって復号されたＭＳ＃１宛てのデータを符号化する。変調部１１０は、符号化部１０９によって符号化されたＭＳ＃１宛てのデータを変調する。変調されたＭＳ＃１宛てのデータは多重部１１３に出力される。
直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎはそれぞれ、全通信帯域をＮ個に分割して得られるＮ個のサブバンドに対応する。直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎの各々には、ＢＳで用いられた直交系列（ＢＳ使用直交系列）が入力される。直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎの各々は、ＢＳ使用直交系列と特定の直交関係を有する系列を生成する。例えば、直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎの各々は、ウォルシュ系列などのＢＳ使用直交系列と直交する系列を生成する。
パイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎには、直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎによって生成された系列がそれぞれ入力される。パイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎは、入力された系列をＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調することにより、ＢＳで各データに付加されたパイロットと直交するパイロットを生成する。生成されたパイロットは多重部１１３に出力される。
すなわち、直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎおよびパイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎの組み合わせから成る構成は、パイロットを生成するパイロット生成部としての機能を有する。
多重部１１３は、変調部１１０から入力されたＭＳ＃１宛てのデータと、パイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎの各々から入力されたパイロットと、を多重して、中継信号を生成する。つまり、多重部１１３は、ＭＳ＃１宛てのデータに付加されていたパイロットをそのパイロットと直交するパイロットに置き換える置換部としての機能を有する。データとパイロットとの多重方法としては、ここでは時間多重を用いるが、周波数多重、コード多重など他の多重方法でも良い。
ＩＦＦＴ部１１４は、多重部１１３によって生成された中継信号に対してＩＦＦＴ処理を施す。ＧＩ挿入部１１５は、ＩＦＦＴ処理後の中継信号の所定位置にＧＩを挿入する。送信無線処理部１１６は、ＧＩ挿入後の中継信号に対して所定の送信無線処理（例えば、Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）を施す。そして、送信無線処理後の中継信号をアンテナ１０１からＭＳ＃１に対して送信する。
次いで、上記構成を有する移動体通信システムにおける動作の例について、図３を参照しながら説明する。
まず、フレーム＃１において、第１の送信信号１６０が、ＢＳからＲＳ１００に送信される。
そして、フレーム＃２において、第２の送信信号１６１が、ＢＳからＭＳ＃２に送信される。第２の送信信号１６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットは、第１の送信信号１６０においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットと同一である。
また、フレーム＃２において、中継信号１６２が、ＲＳ１００からＭＳ＃１に送信される。このとき、ＲＳ１００から送信された中継信号１６２は、干渉信号としてＭＳ＃２に到達する。しかし、中継信号１６２においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットは、第２の送信信号１６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットに対して直交している。このため、ＭＳ＃２は、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥダイバーシチ受信またはＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法により、受信した無線信号のうち干渉信号として到達した中継信号を除去し、ＢＳから送信された第２の送信信号１６１のみを所望信号として取り出すことができる。ただし、中継信号において付加されるパイロットは、予めＭＳ＃２に通知されているものとする。
ここで、ＲＳ１００で生成されるパイロットについて図４を用いて説明する。
図４に示されたパイロットは、ウォルシュ系列などの直交系列に対してＢＰＳＫ変調を施すことにより生成される。直交系列を用いてパイロットを生成することにより、パイロットの送信電力を減らすことなく直交パイロットを生成することができる。
ここで、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などのマルチキャリア伝送の場合には、周波数選択性フェージングの影響により、周波数ごとに伝搬路特性が異なる。このため、広帯域に対して単一の直交系列を用いると、受信時に直交性が崩れてしまう。よって、本実施の形態では、図４に示すように、サブバンド内でパイロットを直交化する。つまり、サブバンド内のパイロットシンボルごとに直交系列を用いる。これにより、周波数選択性フェージング環境下でもパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。図４の例では、８シンボルごとに系列長「８」の直交系列を用いている。直交性の崩れをより確実に防止するために、サブバンドの帯域幅は、移動体通信システムのコヒーレント帯域幅、つまり同一伝搬路とみなすことができる帯域幅に設定される。
なお、ＲＳ１００で生成されるパイロットは、図４に示されたものだけに限定されない。
例えば、図５に示すように、ＢＳのパイロットとＲＳ１００のパイロットとが互いに異なる時間つまり送信タイミングに割り当てられるように、ＢＳおよびＲＳ１００のパイロット生成部がそれぞれパイロットを生成する。この場合、伝搬路特性の経時変動が極めて激しい状況においてパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。
あるいは、図６に示すように、ＢＳのパイロットとＲＳ１００のパイロットとが、互いに異なる周波数にも割り当てられるように、ＢＳおよびＲＳ１００のパイロット生成部がそれぞれパイロットを生成する。この場合、遅延分散の大きい伝搬路つまり周波数ごとに伝搬路特性が大きく異なる状況においてパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。
あるいは、図７に示すように、ＢＳのパイロットとＲＳ１００のパイロットとが、互いに異なる時間に割り当てられるだけでなく、互いに異なる周波数にも割り当てられるように、ＢＳおよびＲＳ１００のパイロット生成部がそれぞれパイロットを生成する。この場合、伝搬路特性の経時変動が極めて激しい状況で、しかも、周波数ごとに伝搬路特性が異なる状況においてパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。
このように、本実施の形態によれば、ＭＳ＃２で中継信号を除去することができるため、ＭＳ＃２の受信誤り率を改善させることができ、システム全体のスループットを向上させることができる。
また、将来の高伝送レートの移動体通信システムにおいて想定されるＭＩＭＯ受信機を用いて干渉を除去できるため、移動局装置に複雑な受信回路を追加することなくスループットを向上させることが可能である。
なお、本実施の形態では、下り回線の無線通信を想定して説明した。ただし、本発明は上り回線の通信にも適用することができる。
また、ＲＳ１００は、前述のＢＳと異なる他のＢＳあるいは前述のＭＳ＃１、ＭＳ＃２と異なる他のＭＳに設けられたものであっても良い。
また、ＲＳ１００が送信するフレームはフレーム＃１と連続したフレーム＃２として説明したが、ＲＳ１００が送信するフレームは連続している必要はなく、ＲＳ１００での処理遅延を考慮し、フレーム＃２以降のフレーム、例えば、フレーム＃３であっても良い。この場合、ＲＳ１００はフレーム＃３で送信されるＢＳのパイロットと直交したパイロットを送信する。
また、伝送方式としてＯＦＤＭを用いた場合について説明したが、この限りではなく、シングルキャリア伝送、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡなど他の伝送方式を用いても良い。
また、ＲＳ１００が第１の送信信号に対して、復調および復号の処理を行った後のデータを中継送信する構成を説明したが、例えば復号前の信号や復調前の信号を中継送信するようにしても良い。
また、本実施の形態では、各装置から送信される信号のうちパイロット部のみが直交化されているが、データ部も直交化するような構成を採用しても良い。
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るＢＳが設けられた移動体通信システムの構成を示すブロック図である。図８の移動体通信システムは、無線送信装置としてのＢＳ２００、ＲＳ、無線受信装置としてのＭＳ＃１、ＭＳ＃２を有する。なお、本実施の形態では、便宜上、中継局数および移動局数をそれぞれ「１」「２」としているが、中継局数および移動局数はいずれもこれらの数に限定されるものではない。
ＢＳ２００、ＲＳ、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２は、実施の形態１と同様に、互いに同期して送受信を行う。ＢＳ２００は、フレーム＃１において、ＭＳ＃１宛てのデータを送信し、フレーム＃２において、ＭＳ＃２宛てのデータを送信する。送信されるＭＳ＃１宛てのデータおよびＭＳ＃２宛てのデータには、互いに異なるパイロットが時間多重によって付加されている。以下、パイロットが付加されたＭＳ＃１宛てのデータを第１の送信信号と言い、パイロットが付加されたＭＳ＃２宛てのデータを第２の送信信号と言う。なお、ＢＳ２００で各データに付加されるパイロットは、例えばウォルシュ系列などのような直交系列を用いて生成される。
ＭＳ＃２はＢＳ２００のカバーエリア内に位置しているため、第２の送信信号はＭＳ＃２に対して直接送信される。なお、ＭＳ＃２がＢＳ２００のカバーエリア外に位置している場合は、第２の送信信号の送信先は他のＲＳであり得る。
ＭＳ＃１はＢＳ２００のカバーエリア外に位置しているため、第１の送信信号はＲＳに対して送信される。ＲＳは、ＭＳ＃１宛てのデータを中継する。具体的には、ＢＳから受信した第１の送信信号から中継信号を生成し、フレーム＃２において中継信号をＭＳ＃１に送信する。このとき、中継信号は、フレーム＃２において第２の送信信号を受信するＭＳ＃２にとって干渉信号となる。ここで、本実施の形態のＲＳは、実施の形態１で説明したＲＳ１００と異なり、パイロットの置換を行わず、ＢＳ２００によって付加されたパイロットと同一のパイロットを送信する。
ＭＳ＃１、ＭＳ＃２はいずれも、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥダイバーシチ受信またはＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法を実行する受信機である。なお、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２がＭＩＭＯ受信機を備えている場合、ＢＳ２００は、ＲＳが送信を行うフレーム＃２においては１ストリームのみの送信を行う。システム全体の動作の詳細については後述する。
ＢＳ２００は、図９に示すように、符号化部２０２、変調部２０３、シリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換部２０４、直交系列生成部２０５−１、…、２０５−Ｎ、パイロット変調部２０６−１、…、２０６−Ｎ、多重部２０７、ＩＦＦＴ部２０８、ＧＩ挿入部２０９、送信無線処理部２１０およびアンテナ２１１を有する。
符号化部２０２は、送信データ（ＭＳ＃１またはＭＳ＃２宛てのデータ）を符号化する。変調部２０３は、符号化部２０２によって符号化されたデータを変調する。Ｓ／Ｐ変換部２０４は、変調されたデータをシリアルパラレル変換する。シリアルパラレル変換されたデータは多重部２０７に出力される。
直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎはそれぞれ、全通信帯域をＮ個に分割して得られるＮ個のサブバンドに対応する。直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎの各々には、フレーム番号が入力される。直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎの各々は、フレーム番号に応じた系列を生成する。連続する２つのフレームに対して生成される２つの系列は特定の直交関係を有する。例えば、生成される系列はフレーム間で直交している。
パイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎには、直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎによって生成された系列がそれぞれ入力される。パイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎは、入力された系列をＢＰＳＫ変調することにより、フレーム間で直交するパイロットを生成する。具体的には、フレーム＃１に対して生成されるパイロットとフレーム＃２に対して生成されるパイロットが互いに直交するように、パイロット生成が行われる。生成されたパイロットは多重部２０７に出力される。
すなわち、直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎおよびパイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎの組み合わせから成る構成は、パイロットを生成するパイロット生成部としての機能を有する。
パイロット生成部は、実施の形態１において図４を用いて説明したように、コヒーレント帯域幅を有するサブバンド内でパイロットを直交化する。
なお、パイロット生成部は、実施の形態１において説明した図５の例と同様に、ＭＳ＃１宛てのデータに付加するパイロットとＭＳ＃２宛てのデータに付加するパイロットとが互いに異なる時間つまり送信タイミングに割り当てられるように、パイロットを生成する。ここで、互いに異なる時間とは、該当するフレームの先頭からの間隔が異なることを意味する。
あるいは、実施の形態１において説明した図６の例と同様に、ＭＳ＃１宛てのデータに付加するパイロットとＭＳ＃２宛てのデータに付加するパイロットとが互いに異なる周波数に割り当てられるように、パイロットを生成する。
あるいは、パイロット生成部は、実施の形態１において説明した図７の例と同様に、ＭＳ＃１宛てのデータに付加するパイロットとＭＳ＃２宛てのデータに付加するパイロットとが互いに異なる時間に割り当てられるだけでなく、互いに異なる周波数にも割り当てられるように、パイロットを生成する。
多重部２０７は、Ｓ／Ｐ変換部２０４から入力されたデータと、パイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎから入力されたパイロットと、を多重して、送信信号（第１の送信信号または第２の送信信号）を生成する。つまり、多重部２０７は、あるフレームに対して生成されたパイロットをＭＳ＃１宛てのデータに付加して第１の送信信号を生成し、他のフレームに対して生成されたパイロットをＭＳ＃２宛てのデータに付加して第２の送信信号を生成する付加部としての機能を有する。
ＩＦＦＴ部２０８は、多重部２０７によって生成された送信信号に対してＩＦＦＴ処理を施す。ＧＩ挿入部２０９は、ＩＦＦＴ処理後の送信信号の所定位置にＧＩを挿入する。送信無線処理部２１０は、ＧＩ挿入後の送信信号に対して所定の送信無線処理（例えば、Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）を施す。そして、送信無線処理後の送信信号をアンテナ２１１からＲＳまたはＭＳ＃２に対して送信する。
次いで、上記構成を有する移動体通信システムにおける動作例について、図１０を参照しながら説明する。
まず、フレーム＃１において、第１の送信信号２６０が、ＢＳ２００からＲＳに送信される。
そして、フレーム＃２において、第２の送信信号２６１が、ＢＳ２００からＭＳ＃２に送信される。第２の送信信号２６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットは、第１の送信信号２６０においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットに対して直交している。
また、フレーム＃２において、中継信号２６２が、ＲＳからＭＳ＃１に送信される。中継信号２６２においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットは、第１の送信信号２６０においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットと同一である。
ＲＳから送信された中継信号２６２は、干渉信号としてＭＳ＃２に到達する。しかし、第２の送信信号２６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットは、中継信号２６２においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットに対して直交している。このため、ＭＳ＃２は、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥダイバーシチ受信またはＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法により、受信した無線信号のうち干渉信号として到達した中継信号を除去し、ＢＳから送信された第２の送信信号２６１のみを所望信号として取り出すことができる。この場合、ＢＳ２００が使用するパイロットはＭＳ＃２に既知であるため、ＲＳが使用するパイロットをＭＳ＃２に通知する必要がない。
ここで、ＢＳで生成されるパイロットについて図１１を用いて説明する。ここでは、フレーム間で直交するパイロットの生成について説明する。
図１１に示された例では、パイロット系列としてウォルシュ系列が用いられる。Ｗｋ （Ｊ）は系列長Ｊのウォルシュ系列のｋ番目の系列を表す。この例示ではＪ＝４とする。フレーム＃１ではＷ１ （４）を、フレーム＃２ではＷ２ （４）を、フレーム＃３ではＷ３ （４）を、フレーム＃４ではＷ４ （４）を、それぞれ用いてパイロットを生成する。つまり、４フレーム周期で直交系列を用いている。なお、Ｗ１ （４）は（１，１，１，１）であり、Ｗ２ （４）は（１，−１，１，−１）であり、Ｗ３ （４）は（１，１，−１，−１）であり、Ｗ４ （４）は（１，−１，−１，１）である。フレーム＃ｎに対して用いられる系列は、一般的な数式表現としては、次の式（１）によって表される。
Figure 2006088105
ここで、ＲＳがフレーム＃１で受信した信号をフレーム＃５で送信すると、フレーム＃５においてＢＳ２００が送信するパイロットとフレーム＃５においてＲＳが送信するパイロットとが同一となる。ＲＳでは一般に、中継を行うに際して数フレームの処理遅延が発生する可能性があるが、処理遅延が４フレーム以上となる場合には、直交系列の系列長Ｊを増大させることにより、ＢＳ２００が送信するパイロットとＲＳが送信するパイロットとを互いに直交化することができる。
このように、本実施の形態によれば、ＭＳ＃２で中継信号を除去することができるため、ＭＳ＃２の受信誤り率を改善させることができ、システム全体のスループットを向上させることができる。また、ＢＳ２００から送信されるパイロットをフレーム間で直交化するように、ＢＳ２００においてパイロットが生成され、ＲＳではパイロットの置換が行われないため、ＲＳが使用するパイロットのＭＳ＃２への事前通知が不要となる。よって、実施の形態１で説明した移動体通信システムと比較して、システム全体のスループットを向上させることができる。また、ＲＳが使用するパイロットの割り当て管理も不要であるため、簡易な移動体通信システムを実現することができる。
また、将来の高伝送レートの移動体通信システムにおいて想定されるＭＩＭＯ受信機を用いて干渉を除去できるため、移動局装置に複雑な受信回路を追加することなくスループットを向上させることが可能である。
なお、本実施の形態では、下り回線の無線通信を想定して説明した。ただし、本発明は上り回線の通信にも適用することができる。
また、本実施の形態のＲＳは、ＢＳ２００と異なる他のＢＳあるいは前述のＭＳ＃１、ＭＳ＃２と異なる他のＭＳに設けられたものであっても良い。
また、本実施の形態では、各装置から送信される信号のうちパイロット部のみが直交化されているが、データ部も直交化するような構成を採用しても良い。
また、ＲＳが送信するフレームはフレーム＃１と連続したフレーム＃２として説明したが、ＲＳが送信するフレームは連続している必要はなく、ＲＳでの処理遅延を考慮し、フレーム＃２以降のフレーム、例えば、フレーム＃３であっても良い。
また、伝送方式としてＯＦＤＭを用いた場合について説明したが、この限りではなく、シングルキャリア伝送、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡなど他の伝送方式を用いても良い。
また、ＲＳが第１の送信信号に対して、復調および復号の処理を行った後のデータを中継データとして送信する構成を説明したが、例えば復号前の信号や復調前の信号を中継データとして送信するようにしても良い。
また、パイロット信号はリファレンス信号（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）と呼ばれることもある。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００５年２月１８日出願の特願２００５−０４２２６４に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
本発明の無線通信方法、中継局装置および無線送信装置は、無線信号を送信装置から受信装置に中継する装置が設置された無線通信システムにおいて用いることができる。
本発明は、無線信号を送信装置から受信装置に中継する装置が設置された無線通信システムにおいて用いられる無線通信方法、中継局装置および無線送信装置に関する。
近年、携帯電話機などに代表されるセルラ移動体通信システムにおいて高周波の無線帯域を利用し、高伝送レートを実現するための技術的なアプローチが盛んに検討されている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、送信側で複数のアンテナから複数のデータ系列を送信し、受信側では複数のアンテナを用いて受信した信号から、各データ系列を分離して復号するＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送等が検討されている。
しかし、高周波の無線帯域を利用した場合は、低周波の無線帯域を利用する場合に比べて伝送距離による減衰が大きくなり、また、電波の直進性が強くなる。つまり、ビルなどの障害物の裏に回り込む電波が弱くなるため、高伝送レートの実現が期待できる領域が比較的近距離の領域に限定される。よって、システム内により多くの基地局装置を設置する必要が生じる。基地局装置の設置には相応の費用がかかるため、基地局設置台数の増加を抑制しつつ高伝送レートを実現できる技術が強く求められている。
従来の移動体通信システムの一例では、無線信号を送信装置から受信装置に中継する中継局装置を用いることにより、基地局装置のカバーエリアを実質的に拡大している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３３０１１２号公報 「ＶＳＦ−ＯＦＣＤＭにおけるパイロットチャネル構成の検討」、電子情報通信学会、信学技報ＲＣＳ２００２−１６９
しかしながら、上記従来の移動体通信システムにおいては、中継局装置が中継した無線信号は、他の無線信号にとって干渉信号となり得る。例えば、下り回線において、中継局装置が特定の移動局装置に対して送信した無線信号が、中継局装置近傍で基地局装置と直接通信している他の移動局装置に対して干渉を与えることがある。この場合、基地局装置と直接通信する移動局装置の誤り率特性が劣化し、システムスループットが低下する。
本発明の目的は、システムスループットを向上させることができる無線通信方法、中継局装置および無線送信装置を提供することである。
本発明の無線通信方法は、送信装置と、中継局装置と、受信装置と、を有する無線通信システムにおいて用いられる無線通信方法であって、第１の送信期間において、送信装置から中継局装置に、受信装置宛ての信号を含む第１の送信信号を送信する第１の送信ステップと、第１の送信期間より後の第２の送信期間において、送信装置から、第１の既知信号を含む第２の送信信号を送信すると同時に、中継局装置から、第１の送信信号に含まれた受信装置宛ての信号を含む第３の送信信号であって第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号をさらに含む第３の送信信号を送信する第２の送信ステップと、を有するようにした。
本発明の中継局装置は、第１の既知信号が受信装置宛ての信号に付加された第１の送信
信号を第１の送信期間において送信し且つ第１の既知信号を含む第２の送信信号を第１の送信期間より後の第２の送信期間において送信する送信装置から、第１の送信信号を受信する受信手段と、第１の送信信号のうち第１の既知信号を、第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号に置き換えて、第３の送信信号を生成する置換手段と、受信装置に対して第３の送信信号を第２の送信期間において送信する送信手段と、を有する構成を採る。
本発明の無線送信装置は、第１の既知信号を受信装置宛ての信号に付加して第１の送信信号を生成するとともに、第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号を含む第２の送信信号を生成する付加手段と、受信装置に対して第１の送信信号を第１の送信期間より後の第２の送信期間において送信する中継局装置に対して、第１の送信信号を第１の送信期間において送信するとともに、第２の送信信号を第２の送信期間において送信する送信手段と、を有する構成を採る。
本発明によれば、システムスループットを向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る中継局装置が設けられた移動体通信システムの構成を示す図である。図１の移動体通信システムは、中継局装置（以下「ＲＳ」と言う）１００、無線送信装置としての基地局装置（以下「ＢＳ」と言う）、無線受信装置としての２つの移動局装置（以下、一方を「ＭＳ＃１」と言い、他方を「ＭＳ＃２」と言う）を有する。なお、本実施の形態では、便宜上、中継局数および移動局数をそれぞれ「１」「２」としているが、中継局数および移動局数はいずれもこれらの数に限定されるものではない。
ＢＳ、ＲＳ１００、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２は、所定の時間長（例えば０.５ｍｓ）を有するフレームを単位として互いに同期して送受信を行う。ＢＳは、フレーム＃１において、ＭＳ＃１宛てのデータを送信し、フレーム＃１の次のフレームであるフレーム＃２において、ＭＳ＃２宛てのデータを送信する。送信されるＭＳ＃１宛てのデータおよびＭＳ＃２宛てのデータには、同じパイロット信号（以下「パイロット」と言う）が時間多重によって付加されている。以下、パイロットが付加されたＭＳ＃１宛てのデータを第１の送信信
号と言い、パイロットが付加されたＭＳ＃２宛てのデータを第２の送信信号と言う。なお、ＢＳで各データに付加されるパイロットは、例えばウォルシュ系列などのような直交系列を用いて生成される。
ＭＳ＃２はＢＳのカバーエリア内に位置しているため、第２の送信信号はＭＳ＃２に対して直接送信される。なお、ＭＳ＃２がＢＳのカバーエリア外に位置している場合は、第２の送信信号の送信先は他のＲＳであり得る。
ＭＳ＃１はＢＳのカバーエリア外に位置しているため、第１の送信信号はＲＳ１００に対して送信される。ＲＳ１００は、ＭＳ＃１宛てのデータを中継する。具体的には、ＢＳから受信した第１の送信信号から中継信号を生成し、フレーム＃２において中継信号をＭＳ＃１に送信する。このとき、中継信号は、フレーム＃２において第２の送信信号を受信するＭＳ＃２にとって干渉信号となる。
ＭＳ＃１、ＭＳ＃２はいずれも、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥ（Minimum Means Square Error）ダイバーシチ受信またはＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法を実行する受信機である。なお、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２がＭＩＭＯ受信機を備えている場合、ＢＳは、ＲＳ１００が送信を行うフレーム＃２においては１ストリームのみの送信を行う。システム全体の動作の詳細については後述する。
ＲＳ１００は、図２に示すように、アンテナ１０１、受信無線処理部１０２、ＧＩ（Guard Interval）除去部１０３、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１０４、分離部１０５、チャネル推定部１０６、復調部１０７、復号部１０８、符号化部１０９、変調部１１０、直交系列生成部１１１−１、…、１１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）、パイロット変調部１１２−１、…、１１２−Ｎ、多重部１１３、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１１４、ＧＩ挿入部１１５および送信無線処理部１１６を有する。
受信無線処理部１０２は、アンテナ１０１を介して、ＢＳから送信された第１の送信信号を受信する。そして、受信した第１の送信信号に対して所定の受信無線処理（例えば、ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）を施す。受信無線処理後の第１の送信信号は、ＧＩ除去部１０３に出力される。ＧＩ除去部１０３は、受信無線処理後の第１の送信信号の所定位置に挿入されているＧＩを除去する。ＦＦＴ部１０４は、ＧＩ除去後の第１の送信信号に対してＦＦＴ処理を施す。ＦＦＴ処理後の第１の送信信号は分離部１０５に出力される。
分離部１０５は、ＦＦＴ部１０４から入力された第１の送信信号を、パイロットとＭＳ＃１宛てのデータとに分離する。分離されたパイロットはチャネル推定部１０６に出力され、分離されたＭＳ＃１宛てのデータは復調部１０７に出力される。
チャネル推定部１０６は、分離部１０５から入力されたパイロットを用いてチャネル推定を行ってチャネル推定値を得る。復調部１０７は、チャネル推定部１０６によって得られたチャネル推定値に基づいてチャネル補償を行った上で、分離部１０５から入力されたＭＳ＃１宛てのデータを復調する。復号部１０８は、復調部１０７によって復調されたＭＳ＃１宛てのデータを復号する。
したがって、ＢＳで符号化される前の状態のＭＳ＃１宛てのデータが、ＲＳにおいて再生される。つまり、本実施の形態に係るＲＳ１００は、データの中継に際してそのデータの再生を行う再生型の中継方式を採用した中継局装置である。
符号化部１０９は、復号部１０８によって復号されたＭＳ＃１宛てのデータを符号化す
る。変調部１１０は、符号化部１０９によって符号化されたＭＳ＃１宛てのデータを変調する。変調されたＭＳ＃１宛てのデータは多重部１１３に出力される。
直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎはそれぞれ、全通信帯域をＮ個に分割して得られるＮ個のサブバンドに対応する。直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎの各々には、ＢＳで用いられた直交系列（ＢＳ使用直交系列）が入力される。直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎの各々は、ＢＳ使用直交系列と特定の直交関係を有する系列を生成する。例えば、直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎの各々は、ウォルシュ系列などのＢＳ使用直交系列と直交する系列を生成する。
パイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎには、直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎによって生成された系列がそれぞれ入力される。パイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎは、入力された系列をＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調することにより、ＢＳで各データに付加されたパイロットと直交するパイロットを生成する。生成されたパイロットは多重部１１３に出力される。
すなわち、直交系列生成部１１１−１〜１１１−Ｎおよびパイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎの組み合わせから成る構成は、パイロットを生成するパイロット生成部としての機能を有する。
多重部１１３は、変調部１１０から入力されたＭＳ＃１宛てのデータと、パイロット変調部１１２−１〜１１２−Ｎの各々から入力されたパイロットと、を多重して、中継信号を生成する。つまり、多重部１１３は、ＭＳ＃１宛てのデータに付加されていたパイロットをそのパイロットと直交するパイロットに置き換える置換部としての機能を有する。データとパイロットとの多重方法としては、ここでは時間多重を用いるが、周波数多重、コード多重など他の多重方法でも良い。
ＩＦＦＴ部１１４は、多重部１１３によって生成された中継信号に対してＩＦＦＴ処理を施す。ＧＩ挿入部１１５は、ＩＦＦＴ処理後の中継信号の所定位置にＧＩを挿入する。送信無線処理部１１６は、ＧＩ挿入後の中継信号に対して所定の送信無線処理（例えば、Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）を施す。そして、送信無線処理後の中継信号をアンテナ１０１からＭＳ＃１に対して送信する。
次いで、上記構成を有する移動体通信システムにおける動作の例について、図３を参照しながら説明する。
まず、フレーム＃１において、第１の送信信号１６０が、ＢＳからＲＳ１００に送信される。
そして、フレーム＃２において、第２の送信信号１６１が、ＢＳからＭＳ＃２に送信される。第２の送信信号１６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットは、第１の送信信号１６０においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットと同一である。
また、フレーム＃２において、中継信号１６２が、ＲＳ１００からＭＳ＃１に送信される。このとき、ＲＳ１００から送信された中継信号１６２は、干渉信号としてＭＳ＃２に到達する。しかし、中継信号１６２においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットは、第２の送信信号１６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットに対して直交している。このため、ＭＳ＃２は、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥダイバーシチ受信またはＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法
により、受信した無線信号のうち干渉信号として到達した中継信号を除去し、ＢＳから送信された第２の送信信号１６１のみを所望信号として取り出すことができる。ただし、中継信号において付加されるパイロットは、予めＭＳ＃２に通知されているものとする。
ここで、ＲＳ１００で生成されるパイロットについて図４を用いて説明する。
図４に示されたパイロットは、ウォルシュ系列などの直交系列に対してＢＰＳＫ変調を施すことにより生成される。直交系列を用いてパイロットを生成することにより、パイロットの送信電力を減らすことなく直交パイロットを生成することができる。
ここで、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などのマルチキャリア伝送の場合には、周波数選択性フェージングの影響により、周波数ごとに伝搬路特性が異なる。このため、広帯域に対して単一の直交系列を用いると、受信時に直交性が崩れてしまう。よって、本実施の形態では、図４に示すように、サブバンド内でパイロットを直交化する。つまり、サブバンド内のパイロットシンボルごとに直交系列を用いる。これにより、周波数選択性フェージング環境下でもパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。図４の例では、８シンボルごとに系列長「８」の直交系列を用いている。直交性の崩れをより確実に防止するために、サブバンドの帯域幅は、移動体通信システムのコヒーレント帯域幅、つまり同一伝搬路とみなすことができる帯域幅に設定される。
なお、ＲＳ１００で生成されるパイロットは、図４に示されたものだけに限定されない。
例えば、図５に示すように、ＢＳのパイロットとＲＳ１００のパイロットとが互いに異なる時間つまり送信タイミングに割り当てられるように、ＢＳおよびＲＳ１００のパイロット生成部がそれぞれパイロットを生成する。この場合、伝搬路特性の経時変動が極めて激しい状況においてパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。
あるいは、図６に示すように、ＢＳのパイロットとＲＳ１００のパイロットとが、互いに異なる周波数にも割り当てられるように、ＢＳおよびＲＳ１００のパイロット生成部がそれぞれパイロットを生成する。この場合、遅延分散の大きい伝搬路つまり周波数ごとに伝搬路特性が大きく異なる状況においてパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。
あるいは、図７に示すように、ＢＳのパイロットとＲＳ１００のパイロットとが、互いに異なる時間に割り当てられるだけでなく、互いに異なる周波数にも割り当てられるように、ＢＳおよびＲＳ１００のパイロット生成部がそれぞれパイロットを生成する。この場合、伝搬路特性の経時変動が極めて激しい状況で、しかも、周波数ごとに伝搬路特性が異なる状況においてパイロットの直交性が崩れるのを防止することができる。
このように、本実施の形態によれば、ＭＳ＃２で中継信号を除去することができるため、ＭＳ＃２の受信誤り率を改善させることができ、システム全体のスループットを向上させることができる。
また、将来の高伝送レートの移動体通信システムにおいて想定されるＭＩＭＯ受信機を用いて干渉を除去できるため、移動局装置に複雑な受信回路を追加することなくスループットを向上させることが可能である。
なお、本実施の形態では、下り回線の無線通信を想定して説明した。ただし、本発明は上り回線の通信にも適用することができる。
また、ＲＳ１００は、前述のＢＳと異なる他のＢＳあるいは前述のＭＳ＃１、ＭＳ＃２と異なる他のＭＳに設けられたものであっても良い。
また、ＲＳ１００が送信するフレームはフレーム＃１と連続したフレーム＃２として説明したが、ＲＳ１００が送信するフレームは連続している必要はなく、ＲＳ１００での処理遅延を考慮し、フレーム＃２以降のフレーム、例えば、フレーム＃３であっても良い。この場合、ＲＳ１００はフレーム＃３で送信されるＢＳのパイロットと直交したパイロットを送信する。
また、伝送方式としてＯＦＤＭを用いた場合について説明したが、この限りではなく、シングルキャリア伝送、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡなど他の伝送方式を用いても良い。
また、ＲＳ１００が第１の送信信号に対して、復調および復号の処理を行った後のデータを中継送信する構成を説明したが、例えば復号前の信号や復調前の信号を中継送信するようにしても良い。
また、本実施の形態では、各装置から送信される信号のうちパイロット部のみが直交化されているが、データ部も直交化するような構成を採用しても良い。
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るＢＳが設けられた移動体通信システムの構成を示すブロック図である。図８の移動体通信システムは、無線送信装置としてのＢＳ２００、ＲＳ、無線受信装置としてのＭＳ＃１、ＭＳ＃２を有する。なお、本実施の形態では、便宜上、中継局数および移動局数をそれぞれ「１」「２」としているが、中継局数および移動局数はいずれもこれらの数に限定されるものではない。
ＢＳ２００、ＲＳ、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２は、実施の形態１と同様に、互いに同期して送受信を行う。ＢＳ２００は、フレーム＃１において、ＭＳ＃１宛てのデータを送信し、フレーム＃２において、ＭＳ＃２宛てのデータを送信する。送信されるＭＳ＃１宛てのデータおよびＭＳ＃２宛てのデータには、互いに異なるパイロットが時間多重によって付加されている。以下、パイロットが付加されたＭＳ＃１宛てのデータを第１の送信信号と言い、パイロットが付加されたＭＳ＃２宛てのデータを第２の送信信号と言う。なお、ＢＳ２００で各データに付加されるパイロットは、例えばウォルシュ系列などのような直交系列を用いて生成される。
ＭＳ＃２はＢＳ２００のカバーエリア内に位置しているため、第２の送信信号はＭＳ＃２に対して直接送信される。なお、ＭＳ＃２がＢＳ２００のカバーエリア外に位置している場合は、第２の送信信号の送信先は他のＲＳであり得る。
ＭＳ＃１はＢＳ２００のカバーエリア外に位置しているため、第１の送信信号はＲＳに対して送信される。ＲＳは、ＭＳ＃１宛てのデータを中継する。具体的には、ＢＳから受信した第１の送信信号から中継信号を生成し、フレーム＃２において中継信号をＭＳ＃１に送信する。このとき、中継信号は、フレーム＃２において第２の送信信号を受信するＭＳ＃２にとって干渉信号となる。ここで、本実施の形態のＲＳは、実施の形態１で説明したＲＳ１００と異なり、パイロットの置換を行わず、ＢＳ２００によって付加されたパイロットと同一のパイロットを送信する。
ＭＳ＃１、ＭＳ＃２はいずれも、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥダイバーシチ受信また
はＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法を実行する受信機である。なお、ＭＳ＃１、ＭＳ＃２がＭＩＭＯ受信機を備えている場合、ＢＳ２００は、ＲＳが送信を行うフレーム＃２においては１ストリームのみの送信を行う。システム全体の動作の詳細については後述する。
ＢＳ２００は、図９に示すように、符号化部２０２、変調部２０３、シリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換部２０４、直交系列生成部２０５−１、…、２０５−Ｎ、パイロット変調部２０６−１、…、２０６−Ｎ、多重部２０７、ＩＦＦＴ部２０８、ＧＩ挿入部２０９、送信無線処理部２１０およびアンテナ２１１を有する。
符号化部２０２は、送信データ（ＭＳ＃１またはＭＳ＃２宛てのデータ）を符号化する。変調部２０３は、符号化部２０２によって符号化されたデータを変調する。Ｓ／Ｐ変換部２０４は、変調されたデータをシリアルパラレル変換する。シリアルパラレル変換されたデータは多重部２０７に出力される。
直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎはそれぞれ、全通信帯域をＮ個に分割して得られるＮ個のサブバンドに対応する。直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎの各々には、フレーム番号が入力される。直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎの各々は、フレーム番号に応じた系列を生成する。連続する２つのフレームに対して生成される２つの系列は特定の直交関係を有する。例えば、生成される系列はフレーム間で直交している。
パイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎには、直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎによって生成された系列がそれぞれ入力される。パイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎは、入力された系列をＢＰＳＫ変調することにより、フレーム間で直交するパイロットを生成する。具体的には、フレーム＃１に対して生成されるパイロットとフレーム＃２に対して生成されるパイロットが互いに直交するように、パイロット生成が行われる。生成されたパイロットは多重部２０７に出力される。
すなわち、直交系列生成部２０５−１〜２０５−Ｎおよびパイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎの組み合わせから成る構成は、パイロットを生成するパイロット生成部としての機能を有する。
パイロット生成部は、実施の形態１において図４を用いて説明したように、コヒーレント帯域幅を有するサブバンド内でパイロットを直交化する。
なお、パイロット生成部は、実施の形態１において説明した図５の例と同様に、ＭＳ＃１宛てのデータに付加するパイロットとＭＳ＃２宛てのデータに付加するパイロットとが互いに異なる時間つまり送信タイミングに割り当てられるように、パイロットを生成する。ここで、互いに異なる時間とは、該当するフレームの先頭からの間隔が異なることを意味する。
あるいは、実施の形態１において説明した図６の例と同様に、ＭＳ＃１宛てのデータに付加するパイロットとＭＳ＃２宛てのデータに付加するパイロットとが互いに異なる周波数に割り当てられるように、パイロットを生成する。
あるいは、パイロット生成部は、実施の形態１において説明した図７の例と同様に、ＭＳ＃１宛てのデータに付加するパイロットとＭＳ＃２宛てのデータに付加するパイロットとが互いに異なる時間に割り当てられるだけでなく、互いに異なる周波数にも割り当てられるように、パイロットを生成する。
多重部２０７は、Ｓ／Ｐ変換部２０４から入力されたデータと、パイロット変調部２０６−１〜２０６−Ｎから入力されたパイロットと、を多重して、送信信号（第１の送信信号または第２の送信信号）を生成する。つまり、多重部２０７は、あるフレームに対して生成されたパイロットをＭＳ＃１宛てのデータに付加して第１の送信信号を生成し、他のフレームに対して生成されたパイロットをＭＳ＃２宛てのデータに付加して第２の送信信号を生成する付加部としての機能を有する。
ＩＦＦＴ部２０８は、多重部２０７によって生成された送信信号に対してＩＦＦＴ処理を施す。ＧＩ挿入部２０９は、ＩＦＦＴ処理後の送信信号の所定位置にＧＩを挿入する。送信無線処理部２１０は、ＧＩ挿入後の送信信号に対して所定の送信無線処理（例えば、Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）を施す。そして、送信無線処理後の送信信号をアンテナ２１１からＲＳまたはＭＳ＃２に対して送信する。
次いで、上記構成を有する移動体通信システムにおける動作例について、図１０を参照しながら説明する。
まず、フレーム＃１において、第１の送信信号２６０が、ＢＳ２００からＲＳに送信される。
そして、フレーム＃２において、第２の送信信号２６１が、ＢＳ２００からＭＳ＃２に送信される。第２の送信信号２６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットは、第１の送信信号２６０においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットに対して直交している。
また、フレーム＃２において、中継信号２６２が、ＲＳからＭＳ＃１に送信される。中継信号２６２においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットは、第１の送信信号２６０においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットと同一である。
ＲＳから送信された中継信号２６２は、干渉信号としてＭＳ＃２に到達する。しかし、第２の送信信号２６１においてＭＳ＃２宛てのデータに付加されているパイロットは、中継信号２６２においてＭＳ＃１宛てのデータに付加されているパイロットに対して直交している。このため、ＭＳ＃２は、例えばＭＩＭＯ受信、ＭＭＳＥダイバーシチ受信またはＭＭＳＥシンボル合成受信などのように、干渉除去が可能な受信方法により、受信した無線信号のうち干渉信号として到達した中継信号を除去し、ＢＳから送信された第２の送信信号２６１のみを所望信号として取り出すことができる。この場合、ＢＳ２００が使用するパイロットはＭＳ＃２に既知であるため、ＲＳが使用するパイロットをＭＳ＃２に通知する必要がない。
ここで、ＢＳで生成されるパイロットについて図１１を用いて説明する。ここでは、フレーム間で直交するパイロットの生成について説明する。
図１１に示された例では、パイロット系列としてウォルシュ系列が用いられる。Ｗｋ （Ｊ）は系列長Ｊのウォルシュ系列のｋ番目の系列を表す。この例示ではＪ＝４とする。フレーム＃１ではＷ１ （４）を、フレーム＃２ではＷ２ （４）を、フレーム＃３ではＷ３ （４）を、フレーム＃４ではＷ４ （４）を、それぞれ用いてパイロットを生成する。つまり、４フレーム周期で直交系列を用いている。なお、Ｗ１ （４）は（１，１，１，１）であり、Ｗ２ （４）は（１，−１，１，−１）であり、Ｗ３ （４）は（１，１，−１，−１）であり、Ｗ４ （４）は（１，−１，−１，１）である。フレーム＃ｎに対して用いられる系列は、一般的な数式表現としては、次の式（１）によって表される。
Figure 2006088105
ここで、ＲＳがフレーム＃１で受信した信号をフレーム＃５で送信すると、フレーム＃５においてＢＳ２００が送信するパイロットとフレーム＃５においてＲＳが送信するパイロットとが同一となる。ＲＳでは一般に、中継を行うに際して数フレームの処理遅延が発生する可能性があるが、処理遅延が４フレーム以上となる場合には、直交系列の系列長Ｊを増大させることにより、ＢＳ２００が送信するパイロットとＲＳが送信するパイロットとを互いに直交化することができる。
このように、本実施の形態によれば、ＭＳ＃２で中継信号を除去することができるため、ＭＳ＃２の受信誤り率を改善させることができ、システム全体のスループットを向上させることができる。また、ＢＳ２００から送信されるパイロットをフレーム間で直交化するように、ＢＳ２００においてパイロットが生成され、ＲＳではパイロットの置換が行われないため、ＲＳが使用するパイロットのＭＳ＃２への事前通知が不要となる。よって、実施の形態１で説明した移動体通信システムと比較して、システム全体のスループットを向上させることができる。また、ＲＳが使用するパイロットの割り当て管理も不要であるため、簡易な移動体通信システムを実現することができる。
また、将来の高伝送レートの移動体通信システムにおいて想定されるＭＩＭＯ受信機を用いて干渉を除去できるため、移動局装置に複雑な受信回路を追加することなくスループットを向上させることが可能である。
なお、本実施の形態では、下り回線の無線通信を想定して説明した。ただし、本発明は上り回線の通信にも適用することができる。
また、本実施の形態のＲＳは、ＢＳ２００と異なる他のＢＳあるいは前述のＭＳ＃１、ＭＳ＃２と異なる他のＭＳに設けられたものであっても良い。
また、本実施の形態では、各装置から送信される信号のうちパイロット部のみが直交化されているが、データ部も直交化するような構成を採用しても良い。
また、ＲＳが送信するフレームはフレーム＃１と連続したフレーム＃２として説明したが、ＲＳが送信するフレームは連続している必要はなく、ＲＳでの処理遅延を考慮し、フレーム＃２以降のフレーム、例えば、フレーム＃３であっても良い。
また、伝送方式としてＯＦＤＭを用いた場合について説明したが、この限りではなく、シングルキャリア伝送、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡなど他の伝送方式を用いても良い。
また、ＲＳが第１の送信信号に対して、復調および復号の処理を行った後のデータを中継データとして送信する構成を説明したが、例えば復号前の信号や復調前の信号を中継データとして送信するようにしても良い。
また、パイロット信号はリファレンス信号（reference signal）と呼ばれることもある。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路である
ＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されても良い。
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００５年２月１８日出願の特願２００５−０４２２６４に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
本発明の無線通信方法、中継局装置および無線送信装置は、無線信号を送信装置から受信装置に中継する装置が設置された無線通信システムにおいて用いることができる。
本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムの構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る中継局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムの動作例を説明するための図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号の他の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号のさらに他の例を示す図 本発明の実施の形態１に係るパイロット信号のさらに他の例を示す図 本発明の実施の形態２に係る移動体通信システムの構成を示す図 本発明の実施の形態２に係る基地局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る移動体通信システムの動作例を説明するための図 本発明の実施の形態２に係るパイロット信号の例を示す図

Claims (15)

  1. 送信装置と、中継局装置と、受信装置と、を有する無線通信システムにおいて用いられる無線通信方法であって、
    第１の送信期間において、送信装置から中継局装置に、受信装置宛ての信号を含む第１の送信信号を送信する第１の送信ステップと、
    第１の送信期間より後の第２の送信期間において、送信装置から、第１の既知信号を含む第２の送信信号を送信すると同時に、中継局装置から、第１の送信信号に含まれた受信装置宛ての信号を含む第３の送信信号であって第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号をさらに含む第３の送信信号を送信する第２の送信ステップと、
    を有する無線通信方法。
  2. 前記第１の送信ステップは、
    第１の既知信号が受信装置宛ての信号に付加された信号を第１の送信信号として送信し、
    前記第２の送信ステップは、
    第１の送信信号のうち第１の既知信号が第２の既知信号に置き換えられた信号を第３の送信信号として送信する、
    請求項１記載の無線通信方法。
  3. 前記第１の送信ステップは、
    第２の既知信号が第１の受信装置宛ての信号に付加された信号を第１の送信信号として送信し、
    前記第２の送信ステップは、
    第１の送信信号を第３の送信信号として送信する、
    請求項１記載の無線通信方法。
  4. 第１の既知信号が受信装置宛ての信号に付加された第１の送信信号を第１の送信期間において送信し且つ第１の既知信号を含む第２の送信信号を第１の送信期間より後の第２の送信期間において送信する送信装置から、第１の送信信号を受信する受信手段と、
    第１の送信信号のうち第１の既知信号を、第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号に置き換えて、第３の送信信号を生成する置換手段と、
    受信装置に対して第３の送信信号を第２の送信期間において送信する送信手段と、
    を有する中継局装置。
  5. 第１の既知信号は、直交系列を用いて生成され、
    第１の既知信号の生成に用いられた直交系列を変調して、第２の既知信号を生成する生成手段をさらに有する、
    請求項４記載の中継局装置。
  6. 前記生成手段は、
    複数のサブバンドのうちいずれかのサブバンドに対応する第２の既知信号を生成する、
    請求項５記載の中継局装置。
  7. 前記生成手段は、
    コヒーレント帯域幅を有する第１のサブバンドに対応する第２の既知信号を生成する、
    請求項６記載の中継局装置。
  8. 第１の既知信号は、第１の送信タイミングに割り当てられ、
    第１の送信タイミングと異なる第２の送信タイミングに割り当てられた第２の既知信号を生成する生成手段をさらに有する、
    請求項４記載の中継局装置。
  9. 第１の既知信号は、第１の周波数に割り当てられ、
    第１の周波数と異なる第２の周波数に割り当てられた第２の既知信号を生成する生成手段をさらに有する、
    請求項４記載の中継局装置。
  10. 第１の既知信号を受信装置宛ての信号に付加して第１の送信信号を生成するとともに、第１の既知信号と特定の直交関係を有する第２の既知信号を含む第２の送信信号を生成する付加手段と、
    受信装置に対して第１の送信信号を第１の送信期間より後の第２の送信期間において送信する中継局装置に対して、第１の送信信号を第１の送信期間において送信するとともに、第２の送信信号を第２の送信期間において送信する送信手段と、
    を有する無線送信装置。
  11. 所定の直交系列を変調して、第１の既知信号および第２の既知信号を生成する生成手段をさらに有する、
    請求項１０記載の無線送信装置。
  12. 前記生成手段は、
    複数のサブバンドのうちいずれかのサブバンドに対応する第１の既知信号および第２の既知信号を生成する、
    請求項１１記載の無線送信装置。
  13. コヒーレント帯域幅を有するサブバンドに対応する第１の既知信号および第２の既知信号を生成する、
    請求項１２記載の無線送信装置。
  14. 第１の送信タイミングに割り当てられた第１の既知信号、および、第１の送信タイミングと異なる第２の送信タイミングに割り当てられた第２の既知信号を生成する生成手段をさらに有する、
    請求項１０記載の無線送信装置。
  15. 第１の周波数に割り当てられた第１の既知信号、および、第１の周波数と異なる第２の周波数に割り当てられた第２の既知信号を生成する生成手段をさらに有する、
    請求項１０記載の無線送信装置。
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