JPWO2009104515A1

JPWO2009104515A1 - 中継装置、通信システム、及び通信方法

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Publication number: JPWO2009104515A1
Application number: JP2009554284A
Authority: JP
Inventors: 中村　理; 理中村; 智造野上; 良太山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-06-23
Also published as: US20110007784A1; WO2009104515A1; EP2247011A1; CN101946436A

Abstract

通信システムの上りリンクにおいて、端末−中継装置間をシングルキャリア伝送とし、中継装置−基地局間をマルチキャリア伝送とすることで、増幅器の線形領域が比較的狭い端末であっても、伝送特性の劣化を極力抑えられるようにする。中継局１は、端末からシングルキャリア信号を受信して信号処理を行うシングルキャリア信号受信部１２と、シングルキャリア信号受信部１２が出力する時間領域のシンボルを周波数領域のシンボルに変換する変換部１３と、変換部１３が変換したシンボルをマルチキャリア信号にして基地局に送信するマルチキャリア信号送信部１４とを備える。

Description

本発明は、中継装置、通信システム、及び通信方法に関し、端末からのシングルキャリア信号をマルチキャリア信号に変換出力する中継装置、該中継装置を備えた通信システム、及び通信方法に関する。

近年、無線通信において、多数の直交した狭帯域キャリアを並列伝送することでマルチパス環境においても良好な伝送特性を得ることができるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）やＭＣ−ＣＤＭＡ（Multi-Carrier Code Division Multiple Access）等のマルチキャリア伝送が注目されている。
しかしマルチキャリア信号はＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio）が高く、増幅器の非線形性が問題となる。一方、シングルキャリア伝送はＰＡＰＲが低いため、上りリンク（端末から基地局への伝達）の伝送方式として注目されている。

また次世代の移動通信では搬送波周波数が高くなる可能性が高く、端末から基地局まで（あるいは基地局から端末まで）電波が届かない可能性がある。そこで端末と基地局の間に中継局を設置することで、広範囲にわたってセルラサービスを展開することができる。

従来、中継局においては、受信したＯＦＤＭ信号を等化処理し、等化処理後のキャリアデータをそのまま離散逆フーリエ変換することで得られるＯＦＤＭ信号を送信していた。
図１５は、特許文献１に示すＯＦＤＭ信号中継装置の構成を示すブロック図で、図中、１００は受信部、２００はダイバーシティ合成部、３００は送信部、４００は同期回路部、５００はキャリアデータ合成係数演算部を示す。さらに、受信部１００は、入力された１以上の系統の受信信号を中間周波数に変換する周波数変換回路であるダウンコンバータ１０１と、ダウンコンバータ１０１から出力された中間周波数の受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０２と、Ａ／Ｄ変換器１０２から出力されたデジタル信号を直交検波する直交検波器１０３と、直交検波器１０３から出力された検波出力信号を離散フーリエ変換するＦＦＴ部１０４とを備える。

ダイバーシティ合成部２００は、キャリアデータ合成回路２０１を備える。
送信部３００は、キャリアデータ合成回路２０１からの出力信号を逆離散フーリエ変換するＩＦＦＴ部３０１と、ＩＦＦＴ部３０１の出力信号を直交変調する直交変調器３０２と、直交変調器３０２の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器３０３と、Ｄ／Ａ変換器３０３の出力信号を再びＯＦＤＭ波信号に変換して出力するアップコンバータ３０４とを備える。

同期回路部４００は、周波数変換のためのローカル信号とデジタルサンプリングのためのクロック信号とを発生する。
キャリアデータ合成係数演算部５００は、１以上の系統の各受信信号に対応した周波数応答を計算する伝送路応答演算回路５０１と、ダイバーシティ合成のための重み付け係数を計算する周波数重み付係数演算回路５０２とを備える。

すなわち、特許文献１に記載のＯＦＤＭ信号中継装置の場合、受信部１００は、複数の受信アンテナで受信された複数系統の受信信号の各々をベースバンドデジタル信号に変換し、直交検波してから離散フーリエ変換する。ダイバーシティ合成部２００は、これら複数系統のベースバンドデジタル信号をダイバーシティ合成する。送信部３００は、ダイバーシティ合成後のキャリアデータを離散逆フーリエ変換してから直交変調し、所望の周波数のＯＦＤＭ信号に変換する。キャリアデータ合成係数演算部５００は、系統毎のキャリアデータから系統毎の伝送路の周波数応答を計算し、この周波数応答からダイバーシティ合成に使用するキャリア毎の重み付け係数を計算する。

図１６は、特許文献２に示すＯＦＤＭ信号中継装置の構成を示すブロック図で、図中、１００は受信部、２００はダイバーシティ合成部、３００は送信部、４００は同期回路部、５００はキャリアデータ合成係数演算部、６００は中継処理部を示す。前述の特許文献１の構成と異なる点は、中継処理部６００を備える点であり、この中継処理部６００は、判定回路６０１、パイロット挿入回路６０２を備える。
このように、特許文献１に記載のＯＦＤＭ信号中継装置の場合、受信データに対して重み付けのみを行って送信しているのに対して、特許文献２に記載のＯＦＤＭ信号中継装置の場合、受信データに正規のパイロットを挿入することができる。
特開２００２−２７１２９１号公報特開２００２−３３０１１２号公報 D. Falconer、S. L. Ariyavisitakul、A. Benyamin-Seeyar、B. Eidson "Frequency domain equalization for single‐carrier broadband wireless systems"IEEE Communication Magazine、 Vol.40、No.4、pp.58-66、April 2002.

上記特許文献１，２に記載の従来技術の場合、テレビ放送を対象としており、送信機（テレビ塔）から中継局、及び中継局から受信機（端末）への通信にＯＦＤＭを用いている。これは送信機や中継局に線形領域の広い高価な増幅器を搭載できることを前提としているため、増幅器の線形領域については特に問題にならない。
これに対して、上りリンク（端末から基地局への伝送）にＯＦＤＭを用いた場合、ＯＦＤＭ伝送はシングルキャリア伝送と比較してＰＡＰＲが高いため、端末が備える増幅器の線形領域が問題となる。端末においては、コストや小型化の面から、通常、線形領域の狭い安価な増幅器が用いられているため、ＯＦＤＭを送信すると、信号波形が歪んでしまい、伝送レートの低下など、伝送特性を劣化させてしまう。

一方、シングルキャリア伝送では、増幅器の線形領域が狭いことに起因する特性劣化は発生しないが、マルチパスによるシンボル間干渉が存在するため、ＯＦＤＭ伝送に比べて誤り訂正符号による符号化利得が低い。
例えば、非特許文献１によると、符号化レートが低い場合、シングルキャリアの伝送特性はＯＦＤＭ伝送よりも伝送特性が劣化する場合がある。従って、端末から中継局、および中継局から基地局にシングルキャリア伝送を用いると、ＯＦＤＭ伝送を用いた場合よりも伝送特性が劣化する可能性がある。

しかしながら、従来の通信システムの上りリンクでは、端末側に線形領域の広い高価な増幅器を搭載することは難しいため、通信システムによっては、伝送特性の劣化はあるものの、シングルキャリア伝送が採用されている場合がある。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、端末、中継装置、基地局を備えた通信システムの上りリンクにおいて、端末−中継装置間をシングルキャリア伝送とし、中継装置−基地局間をマルチキャリア伝送とすることで、増幅器の線形領域が比較的狭い端末であっても、伝送特性の劣化を極力抑えられるようにすること、を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、送信装置が送信した伝送信号を受信装置に中継する中継装置であって、前記中継装置は、シングルキャリア信号受信部と、変換部と、マルチキャリア信号送信部とを備え、前記シングルキャリア信号受信部は、前記送信装置から送信されたシングルキャリア信号の受信信号処理を行い、前記変換部は、前記シングルキャリア信号受信部の出力信号をサブキャリアに割り当てて周波数領域のシンボルに変換し、前記マルチキャリア信号送信部は、前記周波数領域のシンボルをマルチキャリア信号にして前記受信装置に送信することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記変換部は、前記シングルキャリア信号受信部が出力する信号を並び替えてから周波数領域のシンボルに変換することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１の技術手段において、前記変換部は、ビットへの復調を行う復調部と、該復調したビット系列からシンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成部とを備えることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記シンボルレプリカ生成部は、少なくとも１つのサブキャリアにおいて受信した変調方式とは異なる変調方式を用いてシンボルレプリカを生成することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１の技術手段において、前記変換部は、ビットへの復調を行う復調部と、誤り訂正復号処理を行う誤り訂正復号部と、該復号したビット系列からシンボルへの変調を行うシンボルレプリカ生成部とを備えることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１の技術手段において、前記変換部は、ビットへの復調を行う復調部と、誤り訂正復号処理を行う誤り訂正復号部と、再符号化を行う誤り訂正符号化部と、シンボルへの変調を行う変調部とを備えることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、送信装置と受信装置とが中継装置を介して通信する通信システムであって、前記送信装置は、シングルキャリア信号を送信するシングルキャリア信号送信部を備え、前記中継装置は、前記送信装置からシングルキャリア信号を受信して信号処理を行うシングルキャリア信号受信部と、該シングルキャリア信号受信部が出力する時間領域のシンボルを周波数領域のシンボルに変換する変換部と、該変換部が変換したシンボルをマルチキャリア信号にして前記受信装置に送信するマルチキャリア信号送信部とを備え、前記受信装置は、前記中継装置からマルチキャリア信号を受信するマルチキャリア信号受信部を備えることを特徴としたものである。

第８の技術手段は、送信装置が送信した伝送信号を受信装置に中継する中継装置による通信方法であって、前記中継装置が、前記送信装置からシングルキャリア信号を受信して信号処理を行うステップと、該信号処理された時間領域のシンボルを周波数領域のシンボルに変換するステップと、該変換されたシンボルをマルチキャリア信号にして前記受信装置に送信するステップとを備えることを特徴としたものである。

本発明によれば、端末、中継装置、基地局を備えた通信システムの上りリンクにおいて、端末から中継装置へシングルキャリア信号（低いＰＡＰＲ）を送信し、中継装置ではシングルキャリア信号をマルチキャリア信号（高いＰＡＰＲ）に変換して基地局に送信することにより、増幅器の線形領域が比較的狭い端末であっても、伝送特性の劣化を極力抑えることができる。
また、端末に線形領域の広い高価な増幅器を備える必要がないために、端末の小型化やコスト削減を図ることができる。

シングルキャリア信号の波形とマルチキャリア信号の波形とを比較するための図である。送信装置の増幅器と中継装置の増幅器における線形領域を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る端末の構成例を示すブロック図である。フレーム構成部において、Ｎ_ｄ個のデータ信号の前に、ＣＲＣ等の制御信号とＮ_ｐ個のパイロット信号を挿入したフレームの一例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る中継局の構成例を示すブロック図である。端末がＱＰＳＫ変調を行い、Ｎ_ＳＣ＝１６の場合のＩＤＦＴ後の信号を示す図である。図７に示す歪んだ信号を各サブキャリアに乗せ送信を行った場合に送信されるスペクトルの一例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基地局の構成例を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る中継局の構成例を示すブロック図である。端末が送信した変調方式に基づいて、シンボルレプリカ生成部により生成されるＮ_ＳＣデータシンボルレプリカの一例を示す図である。シンボルレプリカ生成部により生成される硬判定シンボルレプリカの一例を示す図である。シンボルレプリカ生成部により生成される軟判定シンボルレプリカの一例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る中継局の構成例を示すブロック図である。特許文献１に示すＯＦＤＭ信号中継装置の構成を示すブロック図である。特許文献２に示すＯＦＤＭ信号中継装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…中継装置（中継局）、２…送信装置（端末）、３…受信装置（基地局）、１１，１５，２９，３１…アンテナ、１２…シングルキャリア信号受信部、１３，１６，１７…変換部、１４…マルチキャリア信号送信部、２１，１７６…誤り訂正符号化部、２２，１７７…パンクチャ部、２３，１７８…インタリーブ部、２４，１７９…変調部、２５…フレーム構成部、２６，１４２…パイロット信号生成部、２７，１４４…ＧＩ付加部、２８，１４５…無線送信部、３２，１２１…無線受信部、３３，１２２…ＧＩ除去部、３４，１２３…ＤＦＴ部、３５，１２４…パイロット信号抽出部、３６…同期検波部、３７…伝搬路推定部、３８，１６１，１７１…復調部、３９，１７２…デインタリーブ部、４０，１７３…デパンクチャ部、４１，１７４…誤り訂正復号部、４２，１７５…誤り検出部、１００…受信部、１２５…等化部、１２６…重み算出部、１２７，１４３…ＩＤＦＴ部、１４１…フレーム構成部、１６２…シンボルレプリカ生成部、２００…ダイバーシティ合成部、３００…送信部、４００…同期回路部、５００…キャリアデータ合成係数演算部、６００…中継処理部。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の中継装置、通信システム、及び通信方法に係る好適な実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、シングルキャリア信号の波形とマルチキャリア信号の波形とを比較するための図である。図１（Ａ）はシングルキャリア信号の波形図を示し、図１（Ｂ）はマルチキャリア信号の波形図を示す。
ＯＦＤＭやＭＣ−ＣＤＭＡ等のマルチキャリア伝送は、独立に変調された搬送波が重畳されているために、サブキャリア数が多くなるとＰＡＰＲが高くなる。したがって線形増幅領域の狭い増幅器を用いた場合、図１（Ａ）に示すように、シングルキャリア信号は無歪みで増幅できるのに対して、マルチキャリア信号は図１（Ｂ）の点線の丸で示しているように、線形増幅可能な領域を超えた信号を線形増幅できなくなるため、マルチキャリア信号が歪んでしまう。

増幅器によって歪んだ信号を伝送すると、伝送特性が劣化してしまう。そこで線形領域の広い増幅器を利用しようとすると、送信装置である端末の大型化やコストの増大を招いてしまう。一方、シングルキャリア伝送はマルチキャリア伝送と比較してＰＡＰＲが低いため、線形領域の広い増幅器を用いる必要はない。よって、本実施形態では端末からシングルキャリア信号を送信する。

図２は、送信装置の増幅器と中継装置の増幅器における線形領域を説明するための図である。端末（送信装置）から基地局（受信装置）へ伝送を行う上りリンクでは、端末が送信した信号が、基地局まで届かない可能性がある。そこで端末と基地局の間に中継装置を設置することが考えられる。しかしながら、前述の非特許文献１に記載されているように、シングルキャリア伝送は誤り訂正符号化の符号化率が低い場合、ＯＦＤＭ伝送と比較して伝送特性が劣化することが問題となる。ここで、図２に示すように、中継装置の増幅器は、端末の増幅器と比較して線形領域が広く、マルチキャリア信号を増幅するのに十分な線形増幅領域を持っていることが多い。

図３は、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示す図で、図中、１は中継装置に相当する中継局、２は送信装置に相当する端末、３は受信装置に相当する基地局を示す。このように、端末２から中継局１へはシングルキャリア伝送を行い、中継局１はシングルキャリア信号を受信し、受信したシングルキャリア信号をマルチキャリア信号に変換して基地局３に送信する。基地局３はマルチキャリア信号を復調する。

本実施形態では、中継局１においてシングルキャリア信号をマルチキャリア信号に変換する通信システムの構成例について説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る端末２の構成例を示すブロック図である。端末２はシングルキャリア信号を送信する。図４に示すように、端末２は、誤り訂正符号化部２１、パンクチャ部２２、インタリーブ部２３、変調部２４、フレーム構成部２５、パイロット信号生成部２６、ＧＩ付加部２７、無線送信部２８、及びアンテナ２９を備えている。なお、増幅器は無線送信部２８内に存在する。

端末２は、情報ビット系列を誤り訂正符号化部２１に入力する。誤り訂正符号化部２１では誤り訂正符号化が行われる。誤り訂正符号化部２１において生成された符号化ビット系列はパンクチャ部２２に入力され、所望の符号化率へのパンクチャリングが行われる。パンクチャ部２２の出力はインタリーブ部２３に入力され、ビット毎にインタリーブが行われる。次に、インタリーブされたビット系列は変調部２４に入力され、変調部２４において、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等のＮ_ＳＣ個のデータシンボルへの変調が行なわれる。パイロット信号生成部２６において送信するパイロット信号系列を決定し、フレーム構成部２５において例えば図５に示すよう、Ｎ_ｄ個のデータ信号の前に、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）等の制御信号とＮ_ｐ個のパイロット信号を挿入するといったフレーム化が行なわれる。その後、ＧＩ付加部２７にてＮ_ＳＣシンボルの後部をＮ_ＧＩ個だけコピーし、Ｎ_ＳＣシンボルの先頭に貼り付ける。そして、無線送信部２８を介してアンテナ２９で送信する。なお、上記では拡散およびコード多重を行わない場合について説明したが、拡散および多重を行ってもよい。

ここで、無線送信部２８では、信号を増幅して送信するが、一般的に端末２の増幅器の線形領域は比較的狭いため、ＰＡＰＲの大きい伝送方式を用いると非線形性による歪みが生じる。本実施形態における端末２はシングルキャリアフレーム構成部（すなわちフレーム構成部２５）を有し、ＰＡＰＲの低いシングルキャリア伝送を用いて信号を送信することで、増幅時の非線形性による歪みを抑制することができる。

図４に示す端末２から送信されたシングルキャリア信号は、伝搬路を通って中継局１で受信される。中継局１は、端末２から受信したシングルキャリア信号をマルチキャリア信号に変換し、このマルチキャリア信号を基地局３へ送信する。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る中継局１の構成例を示すブロック図である。図中、中継局１は、アンテナ１１，１５、シングルキャリア信号受信部１２、変換部１３、及びマルチキャリア信号送信部１４を備えている。さらに、シングルキャリア信号受信部１２は、無線受信部１２１、ＧＩ除去部１２２、ＤＦＴ部１２３、パイロット信号抽出部１２４、等化部１２５、重み算出部１２６、及びＩＤＦＴ部１２７で構成され、マルチキャリア信号送信部１４は、フレーム構成部１４１、パイロット信号生成部１４２、ＩＤＦＴ部１４３、ＧＩ付加部１４４、及び無線送信部１４５で構成される。なお、増幅器は無線送信部１４５内に存在する。また、２つのアンテナ１１，１５は同一のアンテナであってもよい。

中継局１において、アンテナ１１を介して無線受信部１２１で受信された信号は、ＧＩ除去部１２２でＮ_ＧＩ個のガードインターバルを除去した後、ＤＦＴ部１２３に入力され、Ｎ_ＳＣポイントのＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）が行われる。ＤＦＴ部１２３の出力はパイロット信号抽出部１２４に入力される。パイロット信号抽出部１２４においてＮ_ｐ個のパイロット信号は重み算出部１２６に出力され、Ｎ_ｄ個のデータ信号は等化部１２５へ出力される。重み算出部１２６ではＮ_ｐ個のパイロット信号を用いてＮ_ＳＣポイント毎に伝搬路推定を行ない、得られたＮ_ＳＣポイントの伝搬路推定値を用いて、ＺＦ重みやＭＭＳＥ重み等のＮ_ＳＣポイントの重みを算出し、等化部１２５へ出力する。等化部１２５ではパイロット信号抽出部１２４から入力されたデータ信号に、重み算出部１２６から入力された重みを乗算することによって等化を行い、結果をＩＤＦＴ部１２７へ出力する。ＩＤＦＴ部１２７では入力されたＮ_ＳＣポイントの等化後の信号に対してＮ_ＳＣポイントＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）を行う。

ここで端末２がＱＰＳＫ変調を行い、Ｎ_ＳＣ＝１６とした時のＩＤＦＴ後の信号を図７に示す。図７に示すように、ＩＤＦＴ後の信号は、端末２が送信した信号点配置により伝搬路や雑音等の影響を受け、歪んだ信号となる。このＩＤＦＴの出力結果が変換部１３に出力される。変換部１３では、ＩＤＦＴの出力結果である時間領域の信号を周波数領域の信号に並べ替える。例えば、時刻が古い信号から新しい信号の順に、低い周波数のサブキャリアから高い周波数のサブキャリアへと割り当てていく方法、あるいはその逆順など、任意の割り当て方法を用いて変換することができる。

変換部１３において、変換された信号は、フレーム構成部１４１に入力される。フレーム構成部１４１では例えば前述の図５に示したように、入力されたＮ_ｄ個のＮ_ＳＣシンボルのデータ信号の前に、パイロット信号生成部１４２から入力されるＮ_ｐ個のＮ_ＳＣパイロットシンボルを挿入し、これを１フレームとし、ＩＤＦＴ部１４３へ出力する。ＩＤＦＴ部１４３に入力されたフレームはＮ_ＳＣシンボル毎にＮ_ＭＣポイントのＩＤＦＴが行われる。つまり、図７に示すような歪んだ信号を各サブキャリアに乗せ送信を行う。したがって図８に示すようなスペクトルを送信することになる。

ＩＤＦＴ部１４３の出力はＮ_ＭＣシンボル毎にＧＩ付加部１４４に出力される。ＧＩ付加部１４４にてＮ_ＭＣシンボルの後部をＮ_ＧＩ個だけコピーし、Ｎ_ＭＣシンボルの先頭に貼り付ける。そして、無線送信部１４５を介してアンテナ１５で送信する。なお、本実施形態では中継局１においてパイロット信号を新しく送信しなおしたが、伝搬路の変動や、重みを乗算したことによって歪んだ影響を考慮したパイロットを送信してもよい。また、上記では拡散および多重を行わない場合について説明したが、拡散および多重を行ってもよい。

ここで、無線送信部１４５では、信号を増幅して送信するが、一般的に中継局における増幅器は、端末の増幅器に比べて広い線形領域を持つため、ＰＡＰＲの大きい伝送方式を用いた場合に非線形性による歪みは小さい。本実施形態における中継局１は、シングルキャリア信号受信部１２（無線受信部１２１、ＧＩ除去部１２２、ＤＦＴ部１２３、パイロット信号抽出部１２４、等化部１２５、重み算出部１２６、およびＩＤＦＴ部１２７）と、変換部１３と、マルチキャリアフレーム構成部（すなわちフレーム構成部１４１）とを有し、伝送特性が良好なマルチキャリア伝送を用いて信号を送信することで、周波数利用効率を向上することができる。

図９は、本発明の第１の実施形態に係る基地局３の構成例を示すブロック図である。図６に示した中継局１から送信されたマルチキャリア信号は、伝搬路を通って基地局３で受信される。図９に示すように、基地局３は、アンテナ３１、無線受信部３２、ＧＩ除去部３３、ＤＦＴ部３４、パイロット信号抽出部３５、同期検波部３６、伝搬路推定部３７、復調部３８、デインタリーブ部３９、デパンクチャ部４０、誤り訂正復号部４１、及び誤り検出部４２を備えている。なお、基地局３は端末２から中継局１を介さずに到達するシングルキャリア信号を復調するシングルキャリア復調部を具備してもよい。

基地局３において、アンテナ３１を介して無線受信部３２で受信された信号は、ＧＩ除去部３３でＮ_ＧＩ個のガードインターバルを除去した後、ＤＦＴ部３４に入力され、Ｎ_ＭＣポイントのＤＦＴが行われる。ＤＦＴ部３４の出力はパイロット信号抽出部３５に入力される。パイロット信号抽出部３５においてＮ_ｐ個のパイロット信号は伝搬路推定部３７に出力され、Ｎ_ｄ個のデータ信号は同期検波部３６へ出力される。伝搬路推定部３７ではＮ_ｐ個のパイロット信号を用いてＮ_ＳＣサブキャリア毎に伝搬路推定を行ない、得られたＮ_ＳＣサブキャリアの伝搬路推定値を同期検波部３６へ出力する。

同期検波部３６ではパイロット信号抽出部３５から入力されたデータ信号に伝搬路推定値の複素共役をデータ信号毎に乗算し、復調部３８へ出力する。復調部３８では端末２で行った変調を基にビット系列に戻し、デインタリーブ部３９へ出力する。デインタリーブ部３９では端末２で行ったインタリーブを基に、デインタリーブを行い、デパンクチャ部４０へ出力する。デパンクチャ部４０では、受信していないビットをデパンクチャリングし、誤り訂正復号部４１へ出力する。誤り訂正復号部４１では入力されたビット系列に対して誤り訂正復号処理を行い、誤り検出部４２に出力する。誤り検出部４２では受信したＣＲＣを用いてデータ信号の誤りを検出し、誤りがなければ入力されたデータ信号を情報データとして出力する。

このように、第１の実施形態に係る通信システムによれば、端末はＰＡＰＲの低いシングルキャリア伝送を行うため、増幅器の線形領域の問題を回避することができる。その結果、端末の小型化やコスト削減に貢献することができる。また中継局では、端末が送信したシングルキャリア信号を受信し、受信したシングルキャリア信号をマルチキャリア信号に変換し、これを基地局へ送信する。中継局は得られたシンボル系列をマルチキャリア信号に変換して送信するため、基地局での誤り訂正復号処理により、良好な伝送特性を得ることができる。

（第２の実施形態）
上述の第１の実施形態では中継局１において、ビットへの復調を行わない場合について説明したが、中継局１においてシンボルからビットへの復調を行う構成としてもよい。本実施形態では、シンボルからビットへの復調を行い、シンボルレプリカを生成し、送信する場合の通信システムの構成例について説明する。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る中継局１の構成例を示すブロック図である。図中、中継局１は、アンテナ１１，１５、シングルキャリア信号受信部１２、変換部１６、及びマルチキャリア信号送信部１４を備えている。シングルキャリア信号送信部１２は、無線受信部１２１、ＧＩ除去部１２２、ＤＦＴ部１２３、パイロット信号抽出部１２４、等化部１２５、重み算出部１２６、及びＩＤＦＴ部１２７で構成され、マルチキャリア信号送信部１４は、フレーム構成部１４１、パイロット信号生成部１４２、ＩＤＦＴ部１４３、ＧＩ付加部１４４、及び無線送信部１４５で構成される。また、変換部１６は、復調部１６１、シンボルレプリカ生成部１６２を備えている。なお、増幅器は無線送信部１４５内に存在するものとする。

第１の実施形態における図４と同様の端末２から送信されたシングルキャリア信号は、中継局１にて受信される。中継局１において、シングルキャリア信号受信部１２での処理は第１の実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。
シングルキャリア信号受信部１２のＩＤＦＴ部１２７の出力は復調部１６１へ入力される。復調部１６１では端末２で行った変調方式に基づいてＮ_ＳＣ個のシンボルをビット系列に戻し、シンボルレプリカ生成部１６２に入力する。シンボルレプリカ生成部１６２では、図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、復調部の出力したビット系列を硬判定し、硬判定ビット系列を得る。次に端末２が送信した変調方式に基づいて、Ｎ_ＳＣ個のデータシンボルレプリカを生成し、フレーム構成部１４１に出力する。またシンボルレプリカ生成部では、端末２が送信した変調方式とは異なる変調方式を用いて基地局に送信することもできる。

これについて、図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を例に説明する。図１２では復調部の出力したビット系列を硬判定し、硬判定ビット系列を得る。次に送信した変調方式（ここではＱＰＳＫ）とは異なる変調方式（ここでは１６ＱＡＭ）を用いて基地局に送信する。このように中継局が変調方式を変更することによって、周波数利用効率を向上させることができる。

また、図１１では硬判定のシンボルレプリカ生成を例示したが、軟判定シンボルレプリカを生成してもよい。図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、復調部が出力する軟判定ビット系列を用いて、同相成分、直交成分ともに振幅がα以下になるようなＱＰＳＫのシンボルレプリカを生成した例である。シンボルレプリカを生成する具体的な例としては、復調部が出力する第ｋビットの軟判定ビット系列ｂ（ｋ）を用いることができる。

上記式（１）で得られた系列を同相成分と直交成分に交互に割りあてることで、ＱＰＳＫのシンボルレプリカを生成する。なお、必ずしも上式を適用しなくても良く、軟判定ビット系列ｂ（ｋ）を用いればどのようなものであってもよい。

シンボルレプリカ生成部１６２の出力はフレーム構成部１４１に入力される。フレーム構成部１４１では例えば前述の図５に示したように、入力されたＮ_ｄ個のＮ_ＳＣシンボルのデータ信号の前に、パイロット信号生成部１４２から入力されるＮ_ｐ個のＮ_ＳＣパイロットシンボルを挿入し、これを１フレームとし、ＩＤＦＴ部１４３へ出力する。

なお、パイロット信号生成部１４２では振幅が一定のパイロットを生成しなおしてもよいし、レプリカの尤度、伝搬路の変動や、重みを乗算したことによって歪んだ影響を考慮したパイロットを送信してもよい。ＩＤＦＴ部１４３に入力されたフレームはＮ_ＳＣシンボル毎にＮ_ＭＣポイントのＩＤＦＴが行われ、Ｎ_ＭＣシンボル毎にＧＩ付加部１４４に出力される。ＧＩ付加部１４４では、各Ｎ_ＭＣシンボルの後部をＮ_ＧＩ個だけコピーし、Ｎ_ＭＣシンボルの先頭に貼り付ける。そして、無線送信部１４５を介してアンテナ１５で送信し、この伝送信号が第１の実施形態の図９に示した基地局３にて受信される。

このように、第２の実施形態に係る通信システムによれば、端末はＰＡＰＲの低いシングルキャリア伝送を行うため、増幅器の線形領域の問題を回避することができる。その結果、端末の小型化やコスト削減に貢献できる。また中継局では、端末が送信したシングルキャリア信号を受信し、受信したシングルキャリア信号をマルチキャリア信号に変換し、これを基地局へ送信する。中継局において端末が送信した変調方式以外の変調方式への変更も可能となるため、周波数利用効率を向上させることができる。さらに中継局は得られたビット系列をマルチキャリア信号に変換して送信するため、基地局での誤り訂正復号処理により、良好な伝送特性を得ることができる。

（第３の実施形態）
中継局と基地局との間の伝搬路環境が劣悪な場合、中継局において誤り訂正復号処理を行なう構成としてもよい。本実施形態では、中継局において誤り訂正復号を行う場合における通信システムの構成例について説明する。

図１４は、本発明の第３の実施形態に係る中継局の構成例を示すブロック図である。図中、中継局１は、アンテナ１１，１５、シングルキャリア信号受信部１２、変換部１７、及びマルチキャリア信号送信部１４を備えている。シングルキャリア信号受信部１２は、無線受信部１２１、ＧＩ除去部１２２、ＤＦＴ部１２３、パイロット信号抽出部１２４、等化部１２５、重み算出部１２６、及びＩＤＦＴ部１２７で構成され、マルチキャリア信号送信部１４は、フレーム構成部１４１、パイロット信号生成部１４２、ＩＤＦＴ部１４３、ＧＩ付加部１４４、及び無線送信部１４５で構成される。また、変換部１７は、復調部１７１、デインタリーブ部１７２、デパンクチャ部１７３、誤り訂正復号部１７４、誤り検出部１７５、誤り訂正符号化部１７６、パンクチャ部１７７、インタリーブ部１７８、及び変調部１７９を備えている。

第１の実施形態における図４と同様の端末２から送信されたシングルキャリア信号は、中継局１にて受信される。中継局１において、シングルキャリア信号受信部１２での処理は第１の実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。
シングルキャリア信号受信部１２のＩＤＦＴ部１２７の出力は復調部１７１へ入力される。復調部１７１では端末２で行った変調方式を基にＮ_ＳＣデータシンボルをビット系列に戻し、デインタリーブ部１７２へ出力する。デインタリーブ部１７２では端末２で行ったインタリーブを基に、デインタリーブを行い、デパンクチャ部１７３へ出力する。デパンクチャ部１７３では、受信していないビットをデパンクチャリングし、誤り訂正復号部１７４へ出力する。誤り訂正復号部１７４では入力されたビット系列を用いて誤り訂正復号処理が行われる。誤り訂正復号部１７４は誤り訂正復号の軟判定ビット系列をパンクチャ部１７７に出力する。

パンクチャ部１７７では、所望の符号化率へのパンクチャリングが行われる。なお、この時のパンクチャリングパターンは端末２におけるパンクチャリングパターンと異なってもよい。パンクチャ部１７７の出力はインタリーブ部１７８へ入力される。パンクチャリングされたビット系列は、インタリーブ部１７８において、ビット毎にインタリーブが行われる。次に、インタリーブされた軟判定ビット系列は、図示しないシンボルレプリカ生成部に入力され、入力されたビット系列を用いてＱＰＳＫや１６ＱＡＭ等のＮ_ＳＣ個のデータシンボルレプリカが生成され、フレーム構成部１４１に出力される。なお、本実施例では誤り訂正復号部の出力をパンクチャ部１７７に入力したが、誤り訂正復号部１７４の出力を用いて誤り検出部１７５が誤りを検出し、誤りが検出されない場合、硬判定情報ビット系列を端末２と同様に誤り訂正符号化部１７６で誤り訂正符号化した後、パンクチャ部１７７へ入力してもよい。また、変調方式は端末２が送信した変調方式と異なってもよい。また、中継局１と基地局３との間の伝搬路の状態に基づいて変調方式や符号化率を制御してもよい。

以下、マルチキャリア信号送信部１４における処理は、第２の実施形態の図１０における処理と同様であるため、ここでの説明は省略する。

このように、第３の実施形態に係る通信システムによれば、端末はＰＡＰＲの低いシングルキャリア伝送を行うため、増幅器の線形領域の問題を回避することができる。その結果、端末の小型化やコスト削減に貢献できる。また中継局では、端末が送信したシングルキャリア信号を受信し、受信したシングルキャリア信号をマルチキャリア信号に変換し、これを基地局へ送信する。中継局において誤り訂正復号を行うため、中継局において符号化利得を得ることができる。さらに中継局は得られたビット系列をマルチキャリア信号に変換して送信するため、基地局での誤り訂正復号処理により、良好な伝送特性を得ることができる。

Claims

送信装置が送信した伝送信号を受信装置に中継する中継装置であって、
前記中継装置は、シングルキャリア信号受信部と、変換部と、マルチキャリア信号送信部とを備え、
前記シングルキャリア信号受信部は、前記送信装置から送信されたシングルキャリア信号の受信信号処理を行い、
前記変換部は、前記シングルキャリア信号受信部の出力信号をサブキャリアに割り当てて周波数領域のシンボルに変換し、
前記マルチキャリア信号送信部は、前記周波数領域のシンボルをマルチキャリア信号にして前記受信装置に送信することを特徴とする中継装置。
前記変換部は、前記シングルキャリア信号受信部が出力する信号を並び替えてから周波数領域のシンボルに変換することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
前記変換部は、ビットへの復調を行う復調部と、該復調したビット系列からシンボルレプリカを生成するシンボルレプリカ生成部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
前記シンボルレプリカ生成部は、少なくとも１つのサブキャリアにおいて受信した変調方式とは異なる変調方式を用いてシンボルレプリカを生成することを特徴とする請求項３に記載の中継装置。
前記変換部は、ビットへの復調を行う復調部と、誤り訂正復号処理を行う誤り訂正復号部と、該復号したビット系列からシンボルへの変調を行うシンボルレプリカ生成部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
前記変換部は、ビットへの復調を行う復調部と、誤り訂正復号処理を行う誤り訂正復号部と、再符号化を行う誤り訂正符号化部と、シンボルへの変調を行う変調部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
送信装置と受信装置とが中継装置を介して通信する通信システムであって、
前記送信装置は、シングルキャリア信号を送信するシングルキャリア信号送信部を備え、
前記中継装置は、前記送信装置からシングルキャリア信号を受信して信号処理を行うシングルキャリア信号受信部と、該シングルキャリア信号受信部が出力する時間領域のシンボルを周波数領域のシンボルに変換する変換部と、該変換部が変換したシンボルをマルチキャリア信号にして前記受信装置に送信するマルチキャリア信号送信部とを備え、
前記受信装置は、前記中継装置からマルチキャリア信号を受信するマルチキャリア信号受信部を備えることを特徴とする通信システム。
送信装置が送信した伝送信号を受信装置に中継する中継装置による通信方法であって、
前記中継装置が、前記送信装置からシングルキャリア信号を受信して信号処理を行うステップと、該信号処理された時間領域のシンボルを周波数領域のシンボルに変換するステップと、該変換されたシンボルをマルチキャリア信号にして前記受信装置に送信するステップとを備えることを特徴とする通信方法。