JPWO2011135615A1 - 無線中継装置、無線中継方法 - Google Patents

Abstract

無線中継システムにおいて、中継局RNは、基地局BTS（送信装置）から受信したデータ（第１データ）の優先度と、中継局RNのバッファに格納されているデータ（第２データ）の優先度とを比較する。そして、中継局RNは、データの優先度の比較結果に基づき、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないようにして、第１データを移動局UE（受信装置）宛てに送信する。これにより、一時的に中継対象のデータを格納するためのバッファの容量を低下させ、かつ優先度が高いデータの通信の遅延を生じにくくなる。

Description

本発明は、例えば基地局と移動局の間の無線通信の中継等、送信装置と受信装置の間の無線通信を中継するときの中継技術に関する。

100M〜1Gビット／秒の高速伝送が要求される次世代無線中継システムでは高い周波数帯域の割り当てが想定されているが、一般に高い周波数帯の信号は、低い周波数帯の信号に比べて直進性が強く、電波が到達しない不感地帯が多く発生することが知られている。そのため、基地局の送信電力が現在商用化されている無線中継システムと同一であると仮定した場合、高い周波数帯域の割り当てによりセルのカバレッジ（サービスエリア）が減少することになる。このことは、基地局の増加によるコスト上昇を招来する点だけでなく、頻繁なハンドオーバーが発生する点からも好ましくない。

そこで、基地局と移動局との無線通信を中継する無線中継装置としての中継局RN (Relay Node)を備えた無線中継システムが提案されている。一般に中継局RNは基地局BTS（Base Transceiver Station）よりも低コストであるため、中継局RNの導入により十分なカバレッジを確保しながら、システム全体を低コストで実現することが可能となる。

中継局RNとしては、いわゆるＡＦ(Amplify and Forward)型とＤＦ(Decode and Forward)型が知られている。ＡＦ型の中継局RNは、例えば基地局BTSからの受信信号をそのまま増幅して移動局UE（User Equipment）へ送信する。ＤＦ型の中継局RNは、例えば基地局BTSからの受信信号をいったん復調・復号した後、符号化・変調を行い、フレームフォーマット化し、増幅して移動局UEへ送信する。ＤＦ型の中継局RNでは、ＡＦ型の中継局RNと比較して、受信装置（基地局又は移動局）において良好な受信誤り率特性が得られる。

中継局RNから受信装置に対してデータの再送を可能とするために、中継局RNでは、例えば受信装置から受信完了を示す信号（ACK）を得るまで、送信したデータが再送バッファに格納される。受信装置から受信未完了を示す信号（NACK/DTX）がフィードバックされたときには、データが受信装置へ再送される。そのため、例えば基地局BTSから移動局UEに対する無線通信の中継を想定すると、中継先である移動局UE（受信装置）の数が多い場合には、多くの送信データを再送バッファ内に収容することになり、再送バッファがオーバーフローする虞がある。

再送バッファに相当するバッファメモリの制御に関し、バッファメモリの使用状態に応じて、バッファメモリ内のデータ、及びデータ送信を制御する技術が知られている。この技術では、バッファメモリのデータ蓄積量が所定レベル以上である場合は、バッファメモリのデータを解放（破棄）するように制御される。また、この技術では、バッファメモリのデータ蓄積量が所定レベルに満たない場合は、送信装置からの送信データ量を低下させて、バッファメモリにデータが蓄積されにくくするように制御される。

特開２００３−３１９４５８号公報

ところで、今後、中継局RNの普及に伴い、中継局RNの小型化を図るために再送バッファを低容量化することが要請されている。しかしながら、上述した公知の技術では、バッファメモリのデータ蓄積量が所定レベル以上であるか否かに基づいて制御が行われているに過ぎず、バッファの容量自体を低下させることが意図されていない。また、即時性の高いデータ等の優先度が高いデータがバッファメモリで破棄されると、そのデータは送信装置から再送されることになるため、データが受信装置に受信されるまでの遅延が問題となる。

よって、発明の１つの側面では、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継する場合に、一時的に中継対象のデータを格納するためのバッファの容量を低下させ、かつ優先度が高いデータの通信の遅延を生じにくくすることを可能にした無線中継装置、無線中継方法を提供することを目的とする。

第１の観点では、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継する無線中継装置が提供される。
この無線中継装置は、
（Ａ）中継対象のデータを一時的に格納するバッファ；
（Ｂ）送信装置から受信した第１データの優先度と、バッファに格納されている第２データの優先度との比較に基づき、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないようにバッファを制御するバッファ制御部；
を備える。

第２の観点では、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継し、中継対象のデータを一時的に格納するバッファを備えた無線中継装置、における無線中継方法が提供される。
この無線中継方法は、
（Ｃ）送信装置から第１データを受信すること；
（Ｄ）第１データの優先度と、バッファに格納されている第２データの優先度とを比較すること；
（Ｅ）上記比較の結果に応じて、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないようにバッファを制御すること；
（Ｆ）第１データを受信装置へ送信すること；
を含む。

開示の無線中継装置、無線中継方法によれば、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継する場合に、一時的に中継対象のデータを格納するためのバッファの容量を低下させ、かつ優先度が高いデータの通信の遅延を生じにくくすることができる。

第１の実施形態の無線中継システムの概略構成を示す図。 第１の実施形態において、基地局BTSからデータを再送しない場合の無線中継方法を示すフロー図。 第１の実施形態において、基地局BTSからデータを再送する場合の無線中継方法を示すフロー図。 第２の実施形態において、基地局BTSの内部構成の要部を示すブロック図。 第２の実施形態において、中継局RNの内部構成の要部を示すブロック図。 第２の実施形態において、移動局UEの内部構成の要部を示すブロック図。 第２の実施形態において、中継局RNの動作を示すフローチャート。 第２の実施形態の一変形例において、中継局RNの動作を示すフローチャート。 第３の実施形態において、中継局RNの動作を示すフローチャート。

（１）第１の実施形態
以下、第１の実施形態の無線中継システムについて説明する。

図１に示すように、本実施形態の無線中継システムは、基地局BTS（Base Transceiver Station）、無線中継装置としての中継局RN（Relay Node）、移動局UE（User Equipment）を含む。中継局RNは、基地局BTSと移動局UEの間の無線通信を中継する。また、本実施形態では、下りの無線信号の中継を例にとって説明する。すなわち、基地局BTSは送信装置に相当し、移動局UEは受信装置に相当する。

この無線中継システムにおいて、中継局RNは、例えば中継局RNと移動局UEの間の無線伝播路の環境が良好ではないために中継対象のデータが移動局UEで受信されない場合等に備えて、移動局UEへの送信データを一時的に保持するためのバッファ（図示せず）を備える。中継局RNは、移動局UEにおいて中継局RNが正しく受信されなかったことを、移動局UEからフィードバックされる再送制御信号（NACK/DTX）によって認識する。

本実施形態の中継局RNは、バッファに格納すべき中継対象のデータを適切に制限することによって有限のリソースであるバッファを有効に活用する目的で、バッファに格納すべき中継対象のデータを、データの優先度によって管理する。中継対象のデータの優先度は、例えばデータに付随する制御情報や、基地局BTSから中継局RNまでの下りの通信品質等に基づいて判断される。
制御情報には例えば、中継対象のデータの属性、中継対象のデータの再送回数、中継対象のデータを受信する受信装置の優先度、又は、中継対象のデータを送信する送信装置と中継装置との間の通信品質、などの種別の情報が含まれている。これらの情報の種別の内のいずれかが優先度の比較の基準となる。

中継局RNは、送信装置としての基地局BTSから受信したデータ（第１データ）の優先度と、バッファに格納されているデータ（第２データ）の優先度とを比較する。そして、中継局RNは、その比較結果に基づき、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないことを判断する。好ましくは、第１データの優先度が第２データの優先度よりも高い場合には、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納し、その逆の場合には、受信した第１データをバッファに格納しないようにする。その後に、第１データは受信装置としての移動局UE宛に送信される。このようなバッファ制御を行うことで、特定の優先度の比較の基準に基づき、優先度の高いデータがバッファに格納されるような態様でバッファを低容量化できる。そのため、優先度の高いデータに対して移動局UEから再送要求がなされた場合には直ちにバッファ内のデータを再送できるため、優先度の高いデータを移動局UE宛に送信するときの遅延時間を短くすることができる。

なお、バッファに格納されない優先度の低いデータに対して移動局UEから再送要求がなされた場合には、中継局RNは、バッファ内に再送用のデータが存在しないため、バッファ内のデータに基づいて移動局UE宛にデータの再送を行うことができない。そこで、中継局RNは、バッファ内に再送用のデータが存在しないときには、送信元の基地局BTSに対して再送要求を行うようにすることが好ましい。これにより、基地局BTSからデータが再送されるため、遅延時間が長くなるものの移動局UE宛にデータを送信することができる。

データの優先度は様々な観点から判定することができるが、表１にその一例を示す。

以下、表１を参照して、優先度の比較の基準となる情報の種別について説明する。なお、表１では、便宜上、優先度の比較の基準に応じたデータの優先度を高優先度と低優先度の２段階で判定される例を示したが、２以上の多段階で判定されうることは言うまでもない。

優先度の比較の基準が「中継対象のデータの属性」である場合には、データの属性がリアルタイム性を示す属性を示すデータは、優先度が高いと判定される。中継対象のデータが例えば動画再生のためのストリーミングデータである場合には、通信における遅延時間が短い方が好ましいためである。その他の例として、無線中継システム内で、いわゆる3Gとして知られるUMTS (Universal Mobile Telecommunications System)の通信方式に従って送信されるデータと、次世代の無線通信システムであるLTE(Long Term Evolution) の通信方式に従って送信されるデータとが混在する場合に、データが送信されたときの通信方式をデータの属性として捉えることもできる。この場合、例えば、データが基地局BTSから送信されたときのデータの通信方式に基づいて、適宜データの優先度を判断することができる。例えば、都市部ではLTEによるデータ通信が多くなされ、郊外ではUMTSによるデータ通信が多くなされているとすれば、都市部ではLTEの通信方式に従って送信されるデータの優先度が高いと判定し、郊外では逆にUMTSの通信方式に従って送信されるデータの優先度が高いと判定するようにしてもよい。

優先度の比較の基準が「中継対象のデータの再送回数」である場合には、再送回数が多いことを示すデータは、優先度が高いと判定される。再送回数が多いデータの通信には既に遅延が生じており、さらなる遅延を回避するためである。また、HARQ（Hybrid Auto Repeat reQuest）を前提とした場合、再送回数が多いデータの通信は、受信装置における受信データのHARQによる合成処理によって成功しやすいためでもある。

優先度の比較の基準が「中継対象のデータを受信する受信装置の優先度」である場合には、受信装置の優先度が高いことを示すデータは、優先度が高いと判定される。例えば、受信装置である移動局UEのユーザに対して特別な課金がなされている場合、そのユーザの移動局UEは、課金がなされていないユーザの移動局UE宛よりも優先度が高いと判定することができる。すなわち、優先度が高い移動局UE宛のデータの優先度が高いと判定される。

優先度の比較の基準が「中継対象のデータを送信する送信装置と中継装置との間の通信品質」である場合には、例えば下りSINRが小さい値を示すデータは、優先度が高いと判定される。下りSINRは、基地局BTSから送信される既知の参照信号に基づいて中継局RN内で測定される。中継局RNが複数の基地局BTSからの通信を中継する場合、各基地局BTSと中継局RNとの間の無線伝播路の環境は異なる。この場合、中継局RNでは、無線伝播路の環境が良好でない状況（つまり、下りSINRが小さい状況）で基地局BTSから送信されるデータは、優先度が高いと判定される。基地局BTSと中継局RNとの間の無線伝播路の環境が良好でない状況では、基地局BTSからのデータ再送に時間が掛かり、結果的に移動局UE宛にデータを送信するのに多大な遅延を生じさせる。そこで、そのような状況で送信されてきたデータは、基地局BTSに対してデータの再送要求をしなくても済むように、優先的に中継局RN内のバッファに保持しておくことが好ましい。

次に、本実施形態の無線中継方法について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、基地局BTSからデータを再送しない場合の無線中継方法を示すフロー図である。図３は、基地局BTSからデータを再送する場合の無線中継方法を示すフロー図である。なお、図２と図３では、ステップＳ１０，Ｓ１２が共通する。

先ず図２を参照すると、基地局BTSは移動局UE宛の新規のデータD1を中継局RNへ送信する（ステップＳ１０）。中継局RNはデータD1を受信すると、データD1と、既に再送バッファに格納されているデータとの優先度を比較する（ステップＳ１２）。ここで、優先度の比較の基準となる情報の種別は既定であってもよいし、適宜基地局BTSからの通知によって可変としてもよい。中継局RNは、データに付随する制御情報、又は自局で測定される基地局BTSとの間の下りの通信品質の値を参照して、データの優先度の比較を行う。その比較の結果、優先度がデータD1より低いデータとしてデータD2がバッファ内に存在すれば、そのデータD2をバッファから破棄して、ステップＳ１０で受信したデータD１をバッファ内に格納した後（ステップＳ１４）、データD1を移動局UE宛に送信する（ステップＳ１６）。移動局UEは、データD1の受信が正しくできた場合、再送制御信号として“ACK”を中継局RNへ送信する（ステップＳ１８）。

次に図３を参照すると、ステップＳ１０，Ｓ１２は図２と同一である。図３のステップＳ２０では、図２のステップＳ１４とは異なり、優先度がデータD1より低いデータとしてデータD2がバッファ内に存在しない場合が想定される。この場合には、ステップＳ１０で受信したデータD１をバッファ内に格納することなく（ステップＳ２０）、データD1を移動局UE宛に送信する（ステップＳ２２）。

図３のフローでは、図２のフローとは異なり、移動局UEにおいてデータD1の受信が正しくできなかった場合について示している。すなわち、図３のステップＳ２４で、移動局UEは、再送制御信号として“NACK”を中継局RNへ送信する（ステップＳ２４）。このとき、中継局RNは、自局のバッファにデータD1を格納していないため、送信元の基地局BTSからデータD1を再送することを要求する。すなわち、中継局RNは、移動局UEからの“NACK”を受けて、データの送信元の基地局BTSへ、データの再送要求として、再送制御信号の“NACK”を送信する（ステップＳ２６）。基地局BTSは、中継局RNからの“NACK”を受けて、データD1を中継局RNへ再送する（ステップＳ２８）。中継局RNは、基地局BTSから再送されたデータD1を元に、移動局UEへデータD1を再送する（ステップＳ３０）。

以上説明したように、本実施形態の無線中継システムでは、中継局RNにおいて、基地局BTS（送信装置）から受信したデータ（第１データ）の優先度と、中継局RNのバッファに格納されているデータ（第２データ）の優先度とを比較する。そして、中継局RNは、データの優先度の比較結果に基づき、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないようにして、第１データを移動局UE（受信装置）宛てに送信する。よって、無線通信により基地局BTS（送信装置）から移動局UE（受信装置）宛てのデータを中継する場合に、一時的に中継対象のデータを格納するためのバッファの容量を低下させることができる。そのため、中継局RN全体を小型化できる。
また、中継対象のデータの優先度が高い場合には、データの優先度が低い場合と比べて、そのデータが中継局RN内の再送バッファに保持されやすくなる。そのため、優先度の高いデータを移動局UE（受信装置）宛てに再送する場合に、基地局BTS（送信装置）に対してデータの再送要求を行わずに済み、優先度が高いデータの通信の遅延を生じにくくなる。

（２）第２の実施形態
以下、第２の実施形態の無線中継システムについて説明する。
本実施形態では、中継局RN及び移動局UEの具体的な構成例に基づいて説明する。また、LTE(Long Term Evolution)等では、下り信号にOFDMが適用されるが、このOFDMに基づく処理についても以下の各構成の説明において適宜言及される。

（２−１）基地局BTS、中継局RN及び移動局UEの構成例
以下、実施形態の無線中継システムにおける基地局BTS、中継局RN及び移動局UEの構成について、それぞれ図４〜図６を参照して説明する。図４は、基地局BTSの内部構成の要部を示すブロック図である。図５は、中継局RNの内部構成の要部を示すブロック図である。図６は、移動局UEの内部構成の要部を示すブロック図である。

（２−１−１）基地局BTSの構成
図４に示すように、基地局BTSは、受信アンテナ７１と、受信機７２と、分離部（DMUX）７３と、チャネル推定部７４と、HARQバッファ７５と、復調・復号部７６，７７と、スケジューラ７８と、優先度指示情報生成部７９と、データ生成部８０と、制御情報生成部８１と、再送バッファ８２と、送信バッファ８３と、符号化・変調部８４，８５と、参照信号生成部８６と、多重化部（MUX）８７と、送信機８８と、送信アンテナ８９とを備えている。

受信機７２は、受信アンテナ７１で受信した上りのRF信号をデジタルベースバンド信号に変換する。受信機７２は、帯域制限フィルタ、ローノイズアンプ（LNA: Low Noise Amplifier）、ローカル周波数発信器、直交復調器、AGC(Automatic Gain Control)アンプ、A/D(Analog to Digital)変換器などを含む。

分離部７３は、受信信号（ベースバンド信号）を、データ信号、制御信号及び参照信号に分離する。参照信号は、例えば既知のパイロットシンボル、プリアンブル等である。
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信方式を採る場合には、この分離部７３において、GI(Guard Interval)を除去した後、所定のFFT(Fast Fourier Transform)ウィンドウが設定された上でのFFT処理により各サブキャリアの符号化シンボル列が生成される。そして、所定のサブキャリアに挿入されているデータ信号、制御信号及び参照信号を分離する処理が行われる。

チャネル推定部７４は、分離された参照信号と、中継局RNで既知の参照信号とに基づいてチャネル推定処理を行う。チャネル推定処理では、受信して得られた参照信号と既知の参照信号との相関値を演算することで、中継局RNから基地局BTSへの上りリンクについてのチャネル状態情報（CSI：Channel Status Information）を算出する。このCSIは、復調・復号部７６，７７に与えられる。

復調・復号部７６，７７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行う。復調・復号処理に当たって、チャネル推定部７４により算出されたCSIを用いて、データ信号及び制御信号についてのチャネル補償が行われる。例えばOFDM通信方式を採る場合には、各サブキャリア及び各OFDMシンボルについてチャネル補償が行われ、伝播路で生じうる位相回転等が補償される。

HARQバッファ７５は、中継局RN宛のデータの再送時にHARQを実行するために設けられるバッファである。HARQでは、基地局BTSが情報ビットに誤り訂正符号化を施したデータブロックを中継局RNへ送信する。そして、中継局RNでそのデータブロックが正しく受信されなかった場合には、基地局BTSは、同一の情報ビットに基づいて作成した別のデータブロックを中継局RNへ送信する。中継局RNは、それらの複数のデータブロックから元の情報ビットを再生する。これにより、中継局RNでの復号化対象のデータブロックの符号化率を小さくし、復号化における誤り訂正能力を向上させる。
分離部７３で得られたデータ信号は、いったんHARQバッファ７５に格納され、HARQを実行する場合に復調・復号部７６へ供給される。
なお、HARQを実行することは、本実施形態において必須でないことを明記しておく。

スケジューラ７８は、リソースブロック単位で基地局BTSと接続している中継局RN及び移動局UE宛の下り信号のスケジューリング（無線リソースの割り当て）の決定、下り信号の変調符号化方式(MCS: Modulation and Coding Scheme)の決定、及び下り送信のタイミング制御等を行う。また、スケジューラ７８は、図４に示すように、上りのデータ信号及び制御信号を復調及び復号するときのMCSを復調・復号部７６，７７に通知する。

データ生成部８０は、スケジューラ７８からの指令を契機として、中継局RN宛に送信すべきデータを生成する。制御情報生成部８１は、スケジューラ７８からの指令を契機として、中継局RN宛に送信すべき制御情報を生成する。
制御情報生成部８１で生成される制御情報には、中継局RNにおいてデータの優先度の比較の基準となりうる様々な種別の情報が含まれる。例えば、例えば上位レイヤからの情報に基づき、中継局RN宛に送信されるデータの属性がリアルタイム性を示す属性であると分かれば、そのデータの制御情報には、データがリアルタイム性を示す属性であることを示す情報が含まれる。
また、制御情報には、優先度指示情報生成部７９によって生成される優先度指示情報が含まれうる。優先度指示情報は、中継局RNにおいてデータの優先度の比較の基準となりうる様々な種別の情報のうち、中継局RNにおいてデータの優先度の比較の基準とすべき情報の種別を中継局RNに対して指示するための情報である。

データ及び制御情報は、再送バッファ８２及び送信バッファ８３に順に格納された後、符号化・変調部８４，８５へ送られる。なお、再送バッファ８２は、中継局RNからデータの再送要求の通知を受けた場合に備えて、データを一時的に格納するバッファである。
符号化・変調部８４，８５はそれぞれ、送信対象のデータ及び制御情報に対して符号化・変調処理を行う。参照信号生成部８６は、スケジューラ７８からの指令を契機として、中継局RN宛に送信すべき参照信号を生成する。

多重化部８７は、符号化・変調処理により得られたデータ信号、制御信号、及び参照信号生成部８６で生成された参照信号を多重化して、送信すべきベースバンド信号を生成する。例えばOFDM通信方式を採る場合には、GI付加、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理による各サブキャリアの信号の時間領域信号への変換が行われる。
送信機８８は、D/A(Digital to Analog)変換器、ローカル周波数発信器、ミキサ、パワーアンプ、フィルタ等を備える。送信機８８は、多重化部８７からのベースバンド信号を、ベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等した後に、送信アンテナ８９から空間へ放射する。

（２−１−２）中継局RNの構成
図５に示すように、中継局RNは、受信アンテナ１１と、受信機１２と、分離部（DMUX）１３と、チャネル推定部１４と、HARQバッファ１５と、復調・復号部１６，１７と、再送バッファ１８と、送信バッファ１９と、符号化・変調部２０，２１と、参照信号生成部２２と、多重化部（MUX）２３と、送信機２４と、送信アンテナ２５、バッファ制御部２6とを備えている。

受信機１２は、受信アンテナ１１で受信した基地局BTSからの下りのRF信号をデジタルベースバンド信号に変換する。受信機１２は、帯域制限フィルタ、ローノイズアンプ（LNA: Low Noise Amplifier）、ローカル周波数発信器、直交復調器、AGC(Automatic Gain Control)アンプ、A/D(Analog to Digital)変換器などを含む。

分離部１３は、受信信号（ベースバンド信号）を、データ信号、制御信号及び参照信号に分離する。参照信号は、例えば既知のパイロットシンボル、プリアンブル等である。
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信方式を採る場合には、この分離部１３において、GI(Guard Interval)を除去した後、所定のFFT(Fast Fourier Transform)ウィンドウが設定された上でのFFT処理により各サブキャリアの符号化シンボル列が生成される。そして、所定のサブキャリアに挿入されているデータ信号、制御信号及び参照信号を分離する処理が行われる。

チャネル推定部１４は、分離された参照信号と、中継局RNで既知の参照信号とに基づいてチャネル推定処理を行う。チャネル推定処理では、受信して得られた参照信号と既知の参照信号との相関値を演算することで、基地局BTSから中継局RNへの下りリンクについてのチャネル状態情報（CSI：Channel Status Information）を算出する。このCSIは、復調・復号部１６，１７に与えられる。

復調・復号部１６，１７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行ってデータ及び制御情報を得る。復調・復号処理に当たって、チャネル推定部１４により算出されたCSIを用いて、データ信号及び制御信号についてのチャネル補償が行われる。例えばOFDM通信方式を採る場合には、各サブキャリア及び各OFDMシンボルについてチャネル補償が行われ、伝播路で生じうる位相回転等が補償される。

HARQバッファ１５は、移動局UE宛のデータの再送時にHARQを実行するために設けられるバッファである。HARQでは、中継局RNが情報ビットに誤り訂正符号化を施したデータブロックを受信装置（本実施形態では、移動局UE）へ送信する。そして、移動局UEでそのデータブロックが正しく受信されなかった場合には、中継局RNは、同一の情報ビットに基づいて作成した別のデータブロックを移動局UEへ送信する。移動局UEは、それらの複数のデータブロックから元の情報ビットを再生する。これにより、移動局UEでの復号化対象のデータブロックの符号化率を小さくし、復号化における誤り訂正能力を向上させる。
分離部１３で得られたデータ信号は、いったんHARQバッファ１５に格納され、HARQを実行する場合に復調・復号部１６へ供給される。
なお、HARQを実行することは、本実施形態において必須でないことを明記しておく。

復調・復号化により得られたデータ及び制御情報は、データの再送を行う場合に備え、いったん再送バッファ１８に格納されうる。新規に移動局UE宛にデータの送信を行う場合に、そのデータ及び制御情報を再送バッファ１８に格納するか否かについては、後述するように、バッファ制御部２７によって制御される。データ及び制御情報が再送バッファ１８に格納される場合には、再送バッファにデータを格納しつつ、同一の（又は、複製された）データ及び制御情報が送信バッファ１９へ送られる。
符号化・変調部２０，２１はそれぞれ、送信対象のデータ及び制御情報に対して符号化・変調処理を行う。

多重化部２３は、符号化・変調処理により得られたデータ信号、制御信号、及び参照信号生成部２２で生成された参照信号を多重化して、送信すべきベースバンド信号を生成する。例えばOFDM通信方式を採る場合には、GI付加、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理による各サブキャリアの信号の時間領域信号への変換が行われる。
送信機２４は、D/A(Digital to Analog)変換器、ローカル周波数発信器、ミキサ、パワーアンプ、フィルタ等を備える。送信機２４は、多重化部２３からのベースバンド信号を、ベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等した後に、送信アンテナ２５から空間へ放射する。

バッファ制御部２６は、優先度の高いデータが再送バッファ１８に格納され、優先度の低いデータが再送バッファ１８に格納されないように、再送バッファ１８を制御する。優先度の比較の基準となる情報の種別は、予め中継局RNに設定されているか、基地局BTSからの制御情報に含まれる優先度指示情報に基づいて設定されるか、又は中継局RN自身が作成した優先度指示情報に基づいて設定される。バッファ制御部２６は、データの優先度の比較の基準に対応する情報の内容について、各データに付随する制御情報を参照する。この制御情報の参照においては、新たに受信したデータの制御情報（復調・復号部１７で得られた制御情報）、及び再送バッファ１８内のデータの制御情報が対象となる。
バッファ制御部２６は、制御結果として、スケジューリング情報を再送バッファ１８に与える。スケジューリング情報は、再送バッファ１８に対して、新たに受信したデータを再送バッファ１８内に保持するか否かについての指示、新たに受信したデータを再送バッファ１８内の特定のデータと入れ替え処理をするための指示等を行うための情報である。
バッファ制御部２６の動作については後述する。

なお、中継局RNが移動局UEから受信する再送制御信号(ACK/NACK/DTX)は、分離部１３によって得られる制御信号に含まれている。この制御信号に含まれている再送制御信号に基づいて移動局UE宛にデータの再送を行う場合、再送バッファ１８内に再送用のデータが格納されていれば、そのデータが再送バッファ１８から読み出されて再送される。再送バッファ１８内に再送用のデータが格納されていなければ、データの再送を送信装置である基地局BTSに要求する。このデータの再送の要求を示す信号は、基地局BTS宛に送信される制御信号、つまり符号化・変調部２１により得られる制御信号に含まれる。すなわち、符号化・変調部２１は再送要求部の一態様である。

（２−１−３）移動局UEの構成
図６に示すように、移動局UEは、受信アンテナ５１と、受信機５２と、分離部（DMUX）５３と、チャネル推定部５４と、HARQバッファ５５と、復調・復号部５６，５７と、再送制御信号生成部５８と、制御信号生成部６０と、符号化・変調部６１と、多重化部（MUX）６２と、送信機６３と、送信アンテナ６４とを備えている。

受信機５２は、受信アンテナ５１で受信した中継局RNからの下りのRF信号をデジタルベースバンド信号に変換する。受信機５２は、帯域制限フィルタ、ローノイズアンプ（LNA）、ローカル周波数発信器、直交復調器、AGCアンプ、A/D変換器などを含む。
分離部５３は、受信信号（ベースバンド信号）を、データ信号、制御信号及び参照信号に分離する。参照信号は、例えば既知のパイロットシンボル、プリアンブル等である。

チャネル推定部５４は、分離された参照信号と、移動局UEで既知の参照信号と基づいてチャネル推定処理を行う。チャネル推定処理では、受信して得られた参照信号と既知の参照信号との相関値を演算することで、中継局RNから移動局UEへの下りリンクについてのチャネル状態情報（CSI：Channel Status Information）を算出する。このCSIは、復調・復号部５６，５７に与えられる。

復調・復号部５６，５７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行う。復調・復号処理に当たって、チャネル推定部５４により算出されたCSIを用いて、データ信号及び制御信号についてのチャネル補償が行われる。
HARQバッファ５５は、中継局RNからのデータの再送時にHARQを実行するために設けられる。なお、HARQを実行することは、本実施形態において必須でないことを明記しておく。

再送制御信号生成部５８は、データ信号及び制御信号の復号結果に基づき、正しくデータが受信できたか否かを判定する。そして、再送制御信号生成部５８は、その判定結果に応じて再送制御信号を生成して制御信号生成部６０へ供給する。再送制御信号は、例えば“ACK”、“NACK”又は“DTX”を含む。“ACK”は、データが正しく受信できたことを示す。“NACK”は、受信できたもののデータが正しくなかったことを示す。“DTX”は、受信データが得られなかったことを示す。

制御信号生成部６０は、再送制御信号(ACK/NACK/DTX)を含む制御信号を生成する。符号化・変調部６１は、制御信号生成部６０で生成された制御信号に対して符号化・変調処理を行う。

多重化部６２は、符号化・変調処理がなされたデータ信号、制御信号、及び参照信号を多重化して、送信すべきベースバンド信号を生成する。送信機６３は、多重化部６２からのベースバンド信号を、ベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等した後に、送信アンテナ６４から空間へ放射する。

（２−２）中継局RNの動作
次に、本実施形態の中継局RNの動作について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、中継局RNの動作の要部を示すフローチャートである。

図７を参照すると先ず、基地局BTSから特定の移動局UEに向けた下りデータを中継局RNが受信した場合が想定される（ステップＳ３０）。この受信信号は、受信機１２によりベースバンド信号に変換され、分離部１３によってデータ信号、制御信号及び参照信号に分離される。復調・復号部１６，１７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行ってデータ及び制御情報を得る。

バッファ制御部２６において、データの優先度の比較の基準となる情報の種別は、予め中継局RNに設定されているものとする。そして、バッファ制御部２６は、ステップＳ３０の受信データよりも優先度が低いデータが再送バッファ１８内に存在するか否か判断する（ステップＳ３２）。このとき、バッファ制御部２６は、新たに受信したデータの制御情報（復調・復号部１７で得られた制御情報）と再送バッファ１８内のデータの制御情報を参照して、予め設定されている優先度の比較の基準に基づいてデータの優先度を判定する。例えば、優先度の比較の基準が「データの属性」であって、データがリアルタイム性を示す属性であることを示す情報が制御情報に含まれていれば、そのデータの優先度がより高いと判断される（表１参照）。

ステップＳ３２の判定の結果、ステップＳ３０の受信データよりも優先度が低いデータが再送バッファ１８内に存在すると判断した場合、バッファ制御部２６は、その優先度が低いデータを再送バッファ１８から破棄して、受信データを再送バッファ１８に格納する（ステップＳ３４）。逆に、ステップＳ３２の判定の結果、ステップＳ３０の受信データよりも優先度が低いデータが再送バッファ１８内に存在しないと判断した場合、バッファ制御部２６は、受信データを再送バッファ１８に格納しない（ステップＳ３６）。ステップＳ３４及びＳ３６の再送バッファ１８内での処理は、バッファ制御部２６から再送バッファ１８に対して与えられるスケジューリング情報に基づいて行われる。
その後、受信データは、付随する制御情報と共に、移動局UE宛に送信される（ステップＳ３８）。

図８は、図７と同様のフローチャートであるが、バッファ制御部２６において、データの優先度の比較の基準となる情報の種別が、基地局BTSからの制御情報に含まれる優先度指示情報に基づいて設定される（ステップＳ４０）点が異なる。中継局RNにおけるデータの優先度の比較の基準を基地局BTSから通知することの利点は、適用されるシステムに応じて優先度の比較の基準を柔軟に設定できる点にある。例えば、マルチホップシステムでは、基地局BTSと中継局RNの間の無線伝播路の環境が重要となるため、基地局BTSと中継局RNとの間の通信品質を基準とすることが好ましい。一方、動画再生のためのストリーミングデータを配信することを主として動作する中継局RNでは、データがリアルタイム性を示す属性であるか否かが重要となるため、データの属性を基準とすることが好ましい。

（３）第３の実施形態
以下、第３の実施形態の無線中継システムについて説明する。本実施形態の無線中継システムにおいて、中継局RNの構成は、図５に示したものと同様の構成を採ることができるが、再送バッファ１８からバッファ制御部２６に対して新たに再送バッファ１８に格納可能なデータ量としてのバッファ残量が通知される点が図５と異なる。

本実施形態では、新たに再送バッファ１８に格納可能なデータ量としてのバッファ残量が所定量以下であることを条件として、図７に示した中継局RNの制御が行われる。本実施形態における中継局RNの動作のフローチャートを図９に示す。図９のフローチャートは、図７と比較してステップＳ５０が追加されている点が異なる。すなわち、ステップＳ５０では、再送バッファ１８のバッファ残量が所定量以下であるか否か判定される。そして、そのバッファ残量が所定量以下であることを条件として、図７を参照して説明したステップＳ３２〜Ｓ３６の処理が行われる。このような制御によれば、データの優先度に応じたバッファ制御は、バッファ残量が所定量以上の場合には行われない。よって、バッファ残量に余裕があるときには、優先度が低いデータもバッファ内に保持されて、優先度が低いデータの再送時の通信時間の遅延が短縮されることになる。

以上、本発明の複数の実施形態について詳細に説明したが、本発明の無線中継装置、無線中継方法は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのは勿論である。
例えば、以上の各実施形態では、基地局BTS（送信装置）から移動局UE（受信装置）への下りの無線通信を中継する場合を例にとって説明したが、これに限られない。移動局UE（送信装置）から基地局BTS（受信装置）への上りの無線通信を中継する場合にも適用できることは自明である。
また、基地局BTSを経由しない通信装置間の無線通信を中継する場合にも適用されうる。このような無線通信の例として、例えばアドホック通信、又はマルチホップ通信を挙げることができる。

ＢＴＳ…基地局
７１…受信アンテナ
７２…受信機
７３…分離部
７４…チャネル推定部
７５…HARQバッファ
７６…復調・復号部
７７…復調・復号部
７８…スケジューラ
７９…優先度指示情報生成部
８０…データ信号生成部
８１…制御信号生成部
８２…再送バッファ
８３…送信バッファ
８４…符号化・変調部
８５…符号化・変調部
８６…参照信号生成部
８７…多重化部
８８…送信機
８９…送信アンテナ
ＲＮ…中継局
１１…受信アンテナ
１２…受信機
１３…分離部
１４…チャネル推定部
１５…HARQバッファ
１６…復調・復号部
１７…復調・復号部
１８…再送バッファ
１９…送信バッファ
２０…符号化・変調部
２１…符号化・変調部
２２…参照信号生成部
２３…多重化部
２４…送信機
２５…送信アンテナ
２６…情報格納部
２７…バッファ制御部
３０…移動速度取得部
ＵＥ…移動局
５１…受信アンテナ
５２…受信機
５３…分離部
５４…チャネル推定部
５５…HARQバッファ
５６…復調・復号部
５７…復調・復号部
５８…再送制御信号生成部
５９…CQI生成部
６０…制御信号生成部
６１…符号化・変調部
６２…多重化部
６３…送信機
６４…送信アンテナ

Claims (9)

1. 無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継する無線中継装置であって、
   中継対象のデータを一時的に格納するバッファと、
   送信装置から受信した第１データの優先度と、バッファに格納されている第２データの優先度との比較に基づき、前記第２データをバッファから破棄して前記第１データをバッファに格納するか、又は前記第１データをバッファに格納しないようにバッファを制御するバッファ制御部と、
   を備えた、無線中継装置。
2. バッファに格納されていないデータを受信装置に再送する場合には、当該データの再送を送信装置に対して要求する再送要求部、をさらに備えた、
   請求項１に記載された無線中継装置。
3. バッファ制御部は、新たにバッファに格納可能なデータ量としてのバッファ残量が所定量以下であることを条件として、前記制御を行う、
   請求項１又は２に記載された無線中継装置。
4. バッファ制御部における優先度の比較の基準となる情報を送信装置から取得する、
   請求項１〜３のいずれかに記載された無線中継装置。
5. バッファ制御部において優先度の比較の基準となる情報の種別は、中継対象のデータの属性、中継対象のデータの再送回数、中継対象のデータを受信する受信装置の優先度、又は、中継対象のデータを送信する送信装置と中継装置との間の通信品質、のいずれかである、
   請求項１〜４のいずれかに記載された無線中継装置。
6. 無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継し、中継対象のデータを一時的に格納するバッファを備えた無線中継装置、における無線中継方法であって、
   送信装置から第１データを受信し、
   前記第１データの優先度と、バッファに格納されている第２データの優先度とを比較し、
   前記比較の結果に応じて、前記第２データをバッファから破棄して前記第１データをバッファに格納するか、又は前記第１データをバッファに格納しないようにバッファを制御し、
   前記第１データを受信装置へ送信すること、
   を含む、無線中継方法。
7. 前記バッファに格納されていないデータを受信装置に再送する場合には、当該データの再送を送信装置に対して要求すること、を含む、
   請求項６に記載された無線中継方法。
8. 前記制御することは、新たにバッファに格納可能なデータ量としてのバッファ残量が所定量以下であることを条件として行われる、
   請求項６又は７に記載された無線中継方法。
9. 前記比較することにおいて優先度の比較の基準となる情報を送信装置から取得すること、を含む、
   請求項６〜８のいずれかに記載された無線中継方法。
   

Images