WO2009107314A1

WO2009107314A1 - マルチホップ無線通信システム

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Publication number: WO2009107314A1
Application number: PCT/JP2008/073676
Authority: WO
Inventors: 島田修作; 小野文枝; 阪口啓; タンザカン
Original assignee: 横河電機株式会社; 国立大学法人横浜国立大学; 国立大学法人東京工業大学
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2009-09-03
Also published as: US8576765B2; JP2009232440A; JP5358807B2; US20110149835A1

Abstract

ＭＩＭＯネットワークコーディングを用い、高効率・高信頼な双方向無線中継伝送を簡易に実現した、マルチホップ無線通信システムを提供する。中継機能を有する複数のノード装置を有し、各ノード装置は複数本のＭＩＭＯアンテナを搭載するとともに、各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムにおいて、ネットワークコーディングの送受信方式に多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式を適用し、更に時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）方式を適用し、具体的に、ＳＴＢＣブロードキャストとＭＩＭＯマルチプルアクセスを、ネットワークコーディングに組み合わせることにより、全ての無線リンクにおいて前向きリンクと後ろ向きリンクを多重化した双方向無線中継伝送を簡易に実現し、各ノード装置は、送受信処理を行い、データを中継伝送する。

Description

マルチホップ無線通信システム技術分里チ

本発明は、送信元ノードと宛先ノードとの間に、他の中継ノードを経明

由して情報（データ）を無線伝送するマルチホップ無線通信技術に関する。

書背景技術

時間や場所に拘束されることなく、社会生活に関するあらゆる情報の取得を可能にするュビキタスネットワーク社会への期待が膨らんでいる。ュビキタスネットワーク社会の実現には、通信事業者が提供する公衆系無線ネットワークのみならず、家庭 · オフィスなどのプライべ一トな空間でユーザ自らが設置 · 運営する無線ネットワーク（プライべ一ト無線ネットワーク）が構築され、それらの相互補完が必要となる。多種多様な無線ノード（以下、単に「ノード」と言う。）が遍在する環境でのネットワークを実現する手法の 1 つとして、ノード間の直接通信だけでなく、他のノードを経由して情報（データ）を伝送するマルチホップ無線通信システム（マルチホップ無線ネットワーク）が注目されている。

マルチホップ無線ネットワークは、ネットワークトポロジーを柔軟に構成可能であり、基地局やバックボーン回線などのインフラに依存することなく、広範囲に亘る情報の伝送を可能とするという特徴を有する。ちなみに、マルチホップ無線ネットワークにおいて中継ノードの中継方法としては、増幅転送法（ Amp l i f y- a nd - Forward ) と復号転送法（ Decode- and- Forward) の 2種類に大別される。なお、復号転送法とは、中継ノードが、 5 信信号を復号し、そして、復号した '乂 i 信に対して再度符号化を行つてから、中継（再送）する方法である。

マルチホップハ、、線ネットワークでは、送信元ノードから送信されたデータを、隣接ノ一 Kが中継しながら、宛先ノードまで伝送するようにしており、各ノー K間には、送受信のための無線リンクが構築され、ドラヒックやネットフク構成により、ブロードキャスト、マルチキャスト

、ュニキャストの卜ラヒックが発生する（非特許文献 1 を参照）。したがって、同時にすベての無線リンクを利用することで、伝送特性 (スループット特性）が向上することになる（非特許文献 2 を参照する

しかしながらヽマルチホップ無線ネットワークでは、同一チヤネルを同時に利用し送信してレヽるノ一ド間に、無線リンクを構築することは困難なため、無線 V ンク構築率及び利用率が低いという問題点や、同一チャネルの無線リンクを同時に利用することにより、隣接ノ一ドからの干渉問題が生じるとレ、う問題点を有しており、高効率なマノレチホップ無線ネットワークを実現することができなレ、。

上記問題点を解決するために、本発明の発明者らは、無線リンク構築率及び利用率を高めるとともに、隣接ノードの与干渉 ' 被干渉回避をも実現する無線ネットワークとして、双方向伝送する M I M Oマルチホップ Zメッシュネットワークを提案した（非特許文献 6 を参照）。

非特許文献 6 に開示された M I M Oマルチホップ/メッシュネットヮークは、送信ノードと受信ノードが交互に存在し、各ノードは中継機能を有しており、前向きリンクと後向きリンクを同時に送受信するものである。非特許文献 6 に開示された M I M Oマルチホップメッシュネットワークは、前向きリンクと後向きリンクの信号を空間的に多重し、ァンテナの送受信ウェイトにより、隣接ノードの干渉回避を実現している計算機による数値シミュレーションに基づいた解析により、非特許文献 6 に開示された M I M Oマルチホップノメッシュネットワークは、従来の M I M Oアルゴリズムを適用したマルチホップ無線ネットワークよりも、伝送容量を改善できることが明らかにされている。

ここで、非特許文献 6 に開示された M I M Oマルチホップメッシュネットワークについて簡単に説明する。

非特許文献 6 に記載ざれた M I M Oマルチホップ/メッシュネットヮークのモデルを第 1 図に模式的に示す。第 1 図の中の下部は、隣接リンクに着目したネットワークの信号モデルを示している。

第 1 図に示す M I M Oマルチホップメッシュネットワークのモデ /レでは、 3素子の M I M Oアンテナを用いて、前向きリンク 1 ストリームと後向きリンク 1 ストリームを多重化し、 1 つのノードが送信又は受信する総ストリーム数 Kは、 2 ストリームとなる。したがって、 1 つの所望信号に対して、 3つの干渉信号が存在することになる。

ここで、前向きリンクのストリーム数を K ^F、後向きリンクへのストリーム数を K ^Bとすると、第 1 図の M I M Oマルチホップメッシュネットワークでは、下記数 1 で示す条件を満たす場合に、線形アルゴリズム及び非線形アルゴリズムを一般的なトポロジーに適用することができる。

【数 1 】

換言すれば、第 1 図の M I M Oマルチホップ Zメッシュネットワークにおいて、前向きリンク 1 ストリームと後向きリンク 1 ストリムを多重化する双方向伝送では、最低 3素子（M = 3 ) の M I Μ Οァンテナ（つまり、最低 3本のアンテナ）が必要とな

ところで、近年、ネットワークコ一ディングが検討されてレ、る。ネットワークコーディングは、送信データの符号化を行うことによ、ネットワークのリソースを節約することが可能となるとレ、うメリク hを有する（非特許文献 3及び非特許文献 4 を参照 ) 。例えば、ネッ卜フークコ一ディングにより、送信ノ一ドが前向きリンクと後向きリンクへの送信信号を符号化して、 1 つの送信信号とすることで、同時に同一のデータ

(送信データ）として送信することが可能となり、よって、同一送信ノ一ドからの与干渉回避を実現することがでさる。

肓リ述したように、非特許文献 6 に開示された Μ I Μ Οマルチホップ / メッシュネットワークによれば、リンク多重及び隣接ノ一ドの干渉回避を実現することができる。

しかしながら、非特許文献 6 に開示された M I M Oマルチホップメッシュネットワークは、

(ィ）リンク多重と隣接ノードの干渉回避を実現するために、. 必要なノードあたりのアンテナ本数が最低 3本であり、リンクの多重数よりもァンテナ本数が多いとの問題点、及び

(口）各ノードのアンテナの送受信ウェイトを決定するためには、送受信ノード両方がチャネル情報を必要とするため、処理が複雑になるとの問題点を有している。発明の開示

本発明は、上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、上記の問題点（ィ）、問題点（口）を解決するために、 M I MOネットワークコーディング技術（ 1 次元 M I MOネットワークコーディング及び 2次元 M I MOネットワークコーディング）を用い、高効率 ' 高信頼な双方向無線中継伝送を簡易に実現した、マルチホップ無線通信システムを提供することにある。

本発明は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数本の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムに関し、本発明の上記目的は、ネットヮークコーディングの送受信方式に、多入力多出力（M I MO) 方式を適用し、更に、時空間ブロック符号化（S T B C)方式を適用し、具体的に、 S T B Cブロードキャストと M I MOマノレチプルアクセスを、ネットヮークコーディングに組み合わせることにより、全ての無線リンクにおいて前向きリンクと後向きリンクを多重化した双方向無線中継伝送を簡易に実現し、前記各ノード装置は、送受信処理を行い、データを中継伝送することにより、或いは、ネットワークコーディングの送受信方式に、多入力多出力（M I MO) 方式を適用することにより、全ての無線リンクにおいて前向きリンクと後向きリンクを多重化した双方向無線中継伝送を簡易に実現し、前記各ノード装置は、送受信処理を行い、データを中継伝送することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数本の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に、前向きリンク又は後向きリンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、ネットワークコーディングの受信方式に、多入力多出力（M l MO) 方式を適用し、更に、時空間ブロック符号化（S T B C)方式を適用し.、前記ノード装置は、前記アンテナにて無線受信した無線受信信号から、 S T B C受信データ生成処理を行い、 S T B C受信データを生成する、 S T B C受信データ生成手段と、前記アンテナにて無線受信したトレーニング信号から推定されたチャネル情報から、 S T B Cチャネル行列生成処理を行い、 S T B C等価チャネル行列を生成する、 S T B C チャネル行列生成手段と、生成された S T B C等価チャネル行列と、生成された S T B C受信データとから、 M I MO検波処理を行い、推定シンボルを推定する M I MO検波手段と、推定された推定シンボルから、ネットワーク復号処理を行い、前向きリンク及び後向きリンクへの連続する 2 シンボルの中継信号を生成するネットワーク復号手段と、宛先制御処理を行う中継制御手段と、生成された中継信号から、連続する 2つの送信シンボルのネットワーク符号化処理を行い、連続する 2つの送信信号を生成する、ネットワーク符号化手段と、前記ネットワーク符号化手段で生成された送信信号から、 S T B C送信データ生成処理を行い、 S T B C送信データを生成する、 S T B C送信データ生成手段と、生成された S T B C送信データに、トレーニング信号を付加して、トレー二ング信号付加処理を行うトレーニング信号付加手段とを備え、トレー二ング信号が付加された S T B C送信データを、無線送信信号として送信することによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記中継制御手段は、生成された中継信号が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する前記宛先制御処理を行い、生成された中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、前記ノード装置の処理は終了し、一方、生成された中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合、生成された中継信号を前タイムスロット送信データとして、次のタイムス口ットのネットワーク復号処理を行うために、保存することによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記 M I MO検波処理では、 M I MO受信に Z Fアルゴリズム又は M M S Eアルゴリズムを用いることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記マルチホップ無線通信システムでは、第（ k 一 1 ) ノードと第（ k + 1 ) ノードが送信状態の場合、第（ k — 1 ) ノードの連続する 2つの送信信号は次の 2つの数式を用いて、モデル化され、

ん一¹ = 5 , ¹ + s^~^x mod q

si~^{X =s}vi ^+sm ^m。d q

また、第（ k + 1 ) ノードの連続する 2つの送信信号 ⁺¹, ^+|は次の 2つの式を用いて、モデル化され、

ただし、 — ",^— ¹は第（ k — l ) ノードの前向きリンクへの連続する 2つの送信シンボルであり、 s^,;^¹は第（ k — l ) ノードの後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボルであり、 4^+|，4⁺¹は第（ k + 1 ) ノードの前向きリンクへの連続する 2つの送信シンボルであり、 ^^¹は第（ k + 1 ) ノードの後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボル（送信信号）であり、 qはラテイス符号化の格子サイズであることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記 S T B C送信データ生成手段では、第（ k — l ) ノードについて、連続する 2つの送信信号^-¹, — ¹を用いて \

に基づき、 2時刻にわたる 4つの送信シンボルを含む S T B C送信データ（ 1 時刻、 2時刻にわたる送信信号行列 X—¹) を生成し、また、第（ k + 1 ) ノードについて、連続する 2つの送信信号を用いて、

-ん +1 k+\、

S に基づき、 2時刻にわたる 4つの送信シンボルを含む S T B C送信デ一タ（ 1 時刻、 2時刻にわたる送信信号行列 Xⁱ⁺¹) を生成することによつてより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 k ノードが受信状態の場合に、前記 S T B C受信データ生成手段では、第（ k _ l ) ノード及び第（ k + 1 ) ノードの S T B C送信データを前記アンテナにて受信し、次の数式に基づき、 S T B C受信データを生成し、

y二 H s + n

ただし、 y eC⁴は第 k ノードの時刻 1 と時刻 2 にわたる等価受信信号べクトノレであり、 y ヌ u,ァ ₁₂,ァ₂₁， 22 で表し、 seC⁴は送信信号べクトル k-\ ―.んー 1 k+\ k+\

であり、 s = S、， ,S, ，で表し、 n e は時刻 1 と時刻 2 の等価加法性雑音ベクトルであり、 n η_{Χ λ},η ,η₁ ,η₂₂ で表し、また H_e e C^4x4は第 k ノードの S T B C等価チャネル行列であり、ブロック直交行列となっていることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記 M I MO検波手段では、第 k ノードについて、次の数式に基づき、 M I MO受信により、推定シンボル Sを推定する M I MO検波処理を行い、ー 1 +1 H

S - s, ' ,5 '；2 sr s ただし、 \^ e C^4x4は第 k ノードの受信ウェイト行列であり、 yは第 k ノ一ドの S T B C受信データであり、 M I MO受信に Z Fアルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ウェイト行列 W _Aは、次の数式によつて計算され、

ただし、 H_eは第 k ノードの S T B C等価チャネル行列であり、また、 M I MO受信に MM S Eアルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ウェイト行列 W_Aは、次の数式によって計算され、

ただし、 Pはノードあたりの総送信電力であり、 σ ²は受信アンテナあたりの雑音電力であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、 2本の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に、前向きリンク又は後向きリンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであつて、前記ノード装置は、前記アンテナにて無線受信したトレーニング 0

信号から推定されたチャネル情報と、前記アンテナにて無線受信した無線受信信号とから、 M I M O検波処理を行い、推定シンボルを推定する M I M O検波手段と、推定された推定シンボルから、ネットワーク復号処理を行い、中継信号を生成するネットワーク復号手段と、宛先制御処理を行う中継制御手段と、生成された中継信号から、ネットワーク符号化処理を行い、送信信号を生成する、ネットワーク符号化手段と、前記ネットワーク符号化手段で生成された送信信号にトレーニング信号を付加して、トレーニング信号付加処理を行うトレーニング信号付加手段とを備え、トレーニング信号が付加された送信信号を、無線送信信号として送信することによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、 2 つの経路が 1 つのノード装置で交差するクロス型 2次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、前記各ノード装置は

、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになつており、送受信処理を行い、データを中継伝送し、交差点ノード装置及び当該交差点ノード装置に隣接する隣接ノード装置に、 2次元 M I M Oネットワークコーデイングを適用することにより、単一チャネルで 2次元の双方向フローのマルチホップ中継を実現することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置'間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が 4 つのノード装置を介して交差するロータリー型 2次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、前記各ノード装置は、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになつており、送受信処理を行い、データを中継伝送し、ロータリーノード装置及び当該ロータリーノード装置に隣接する隣接ノード装置に、 2次元 M I M O ネットワークコーディングを適用することにより、単一チャネルで 2次元のロータリ一型の双方向フローのマルチホップ中継を実現することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が部分的に結合し、部分的に結合した経路が共通経路を構成するツリー型 2 次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、前記各ノード装置は、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになっており、送受信処理を行い、データを中継伝送し、前記共通経路上のノード装置及びそれに隣接する隣接ノード装置に、 2次元 M I M Oネットワークコーディングを適用することにより、単一チャネルで 2次元のッリー型の双方向フローのマルチホップ中継を実現することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記 2つの経路は経路 Hと経路 Vであり、前記 2次元 M I M Oネットワークコーディングが適用されたノード装置は、前記アンテナにて無線受信したトレーニング信号から推定されたチャネル情報と、前記アンテナにて無線受信した無線受信信号とから、 M I M O検波処理を行い、推定シンボルを推定する M I M O検波手段と、前記 M I M O検波手段にて推定された前向きリンク及び後向きリンクの推定シンボルから、経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行い、経路 Hの中継信号を生成する、経路 Hにおけるネットワーク復号手段と、 2

経路 Hにおける宛先制御処理を行う、経路 Hにおける中継制御手段と、生成された経路 Hの中継信号から、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理を行い、経路 Hの送信信号を生成する、経路 Hにおけるネットヮーク符号化手段と、前記経路 Hにおけるネットワーク符号化手段にて生成された経路 Hの送信信号に、経路 Hにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Hにおけるトレーニング信号付加手段と、前記 M I M O検波手段にて推定された上向きリンク及び下向きリンクの推定シンボルから、経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行い、経路 Vの中継信号を生成する、経路 Vにおけるネットワーク復号手段と、経路 Vにおける宛先制御処理を行う、経路 Vにおける中継制御手段と、生成された経路 Vの中継信号から、経路 V におけるネットワーク符号化処理を行い、経路 Vの送信信号を生成する、経路 Vにおけるネットワーク符号化手段と、前記経路 Vにおけるネットワーク符号化手段にて生成された経路 Vの送信信号に、経路 Vにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Vにおけるトレーニング信号付加手段とを備え、経路 Hにおけるトレーニング信号が付加された経路 Hにおけるネットワーク符号化された送信データと、経路 Vにおけるトレーニング信号が付加された経路 Vにおけるネットワーク符号化された送信データに対し、 M l M O空間多重処理を行ってから無線送信信号として送信することによつて効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記複数のノード装置から、前記 2次元 M I M Oネットワークコーディングが適用されたノード装置を除いて残つたノード装置に、 1 次元 M I M Oネットワークコーディングを適用することによつて効果的に達成される。また、本発明の上記目的は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノ一装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに

、前記各ノ一ド装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が 1 つのノード装置で交差するク口ス型 2次元マ/レチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、前記各ノード装置は

、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになっており、送受信処理を行い、デ一タを中継伝送し、交差点ノード装置及び当該交差点ノード装置に隣接する隣接ノード装置に、 2次元 S T B C—M I M Oネットヮークコーディングを適用することにより、単一チャネルで 2次元の S T

B C処理された双方向フローのマノレチホップ中継を実現することによつて効果的に達成される。

また、本発明の上記 g的は、中継機能を有する複のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに

、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることによゝ 2つの経路が 4 つのノード装置を介して交差するロータリー型 2次元マルチホッフ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであつて、 iu記各ノ一ド装置は、受信状 Reと达 1目状態を交互に繰り返すよラになつており、送受信処理を行い、データを中継伝送し、ロータリーノード装置及び当該ロータリーノード装置に隣接する隣接ノード装置に、 2次元 S T B C — M I M Oネットワークコーディングを適用することにより、単一チヤネルで 2次元の口ータリ一型の S T B C処理された双方向フ口一のマルチホップ中継を実現することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が部 4

分的に結合し、部分的に結合した経路が共通経路を構成するツリー型 2 次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、前記各ノード装置は、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになっており、送受信処理を行い、データを中継伝送し、前記共通経路上のノード装置及びそれに隣接する隣接ノード装置に、 2次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを適用することにより、単一チャネルで 2次元のッリ一型の S T B C処理された双方向フローのマルチホップ中継を実現することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記 2つの経路は経路 Hと経路 Vであり、前記 2次元 S T B C—M I MOネットワークコーディングが適用されたノード装置は、前記アンテナにて無線受信した無線受信信号から、 S T B C受信データ生成処理を行い、 S T B C受信データを生成する、 S T B C受信データ生成手段と、前記アンテナにて無線受信したトレー二ング信号から推定されたチャネル情報から、 S T B Cチャネル行列生成処理を行い、 S T B C等価チャネル行列を生成する、 S T B Cチャネル行列生成手段と、生成された S T B C等価チャネル行列と、生成された S T B C受信データとから、 M I MO検波処理を行い、推定シンボルを推定する M I MO検波手段と、前記 M I MO検波手段にて推定された前向きリンク及び後向きリンクの推定シンボルから、経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行い、前向きリンク及び後向きリンクへの連続する 2 シンボルの経路 Hの中継信号を生成する、経路 Hにおけるネットヮーク復号手段と、経路 Hにおける宛先制御処理を行う、経路 Hにおける中継制御手段と、生成された経路 Hの中継信号から、連続する 2つの送信シンボルの経路 Hにおけるネットワーク符号化処理を行い、連続する 2 つの経路 Hの送信信号を生成する、経路 Hにおけるネットワーク符号化 5

手段と、前記経路 Hにおけるネットワーク符号化手段にて生成された経路 Hの送信信号から、経路 Hにおける S T B C送信データ生成処理を行い、経哆 Hにおける S T B C送信データを生成する、経路 Hにおける S T B C送信データ生成手段と、生成された経路 Hにおける S T B C送信データに、経路 Hにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Hにおけるトレーニング信号付加手段と、前記 M I M O検波手段にて推定された上向きリンク及び下向きリンクの推定シンボルから、経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行い、上向きリンク及び下向きリンクへの連続する 2 シンボルの経路 Vの中継信号を生成する、経路 Vにおけるネットワーク復号手段と、経路 Vにおける宛先制御処理を行う、経路 Vにおける中継制御手段と、生成された経路 Vの中継信号から、連続する 2 つの送信シンボルの経路 V におけるネットワーク符号化処理を行い、連続する 2 つの経路 Vの送信信号を生成する、経路 Vにおけるネットワーク符号化手段と、前記経路 Vにおけるネットワーク符号化手段にて生成された経路 Vの送信信号から、経路 Vにおける S T B C送信データ生成処理を行い、経路 Vにおける S T B C送信データを生成する、経路 Vにおける S T B C送信データ生成手段と、生成された経路 Vにおける S T B C送信データに、経路 V におけるトレーニング信号を付加して、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Vにおけるトレーニング信号付加手段とを備え、経路 Hにおけるトレーニング信号が付加された経路 Hにおける S T B C送信データと、経路 Vにおけるトレーニング信号が付加された経路 V における S T B C送信データに対し、 M I M O空間多重処理を行ってから無線送信信号として送信することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記複数のノード装置から、前記 2次元 S T B C— M I MOネットヮークコーティンクが適用されたノを除いて残ったノード装置に、 1 次元 S T B C - M I M Oネッ

コーディングを適用することにぶつて効果的に達成され図面の簡単な説明

第 1 図は、既存の M I MOマルチホップ Zメッシュネットワークを説明するための模式図である。

第 2図は、本発明に係るマルチホップ無線通信システムを説明するための模式図である。

第 3図は、時空間ブロック符号を適用した M I M Oネットワークコーディングを用いた本発明のマルチ無線通信システムにおいて、第 k ノードにおける送受信処理を説明するための模式図である。

第 4図は、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置（ノード装置 1 ) の構成を示すブロック図である第 5図は、第 4図に示すノード装置 1 の動作手順を示すフローチヤ一トである。

第 6図は、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置（ノード装置 2 ) の構成を示すブロック図である第 7図は第 6 図のノ一ド装置 2 の動作手順を示すフローチヤ一トである。

第 8図は数値シミュレーション用のシナリオ（A) ，（ B ) , ( C ) , (D ) ( E ) , ( F ) , (G) を示す模式図である。

第 9図はモンテカルロシミュレーションにより計算した各シナリオの S N Rに対する平均総キャパシティを示すグラフである。

第 1 0図は、クロス型や口一タリー型トポロジーを有する無線メッシュネットワーク及びネットワーク内の情報フローを説明するための模式図である。

第 1 1 図は、本発明の 2 D M N C 1 及び 2 D M N C 2 を説明するための模式図である。

第 1 2図は、タイムスロット nにおいて、本発明の第 3実施形態に係るマルチホップ無線通信システム（クロス型 2次元マルチホップ通信システム）の情報伝達を説明するための模式図である。

第 1 3 図は、タイムスッ卜 Π + 1 において、本発明の第 3実施形態に係るマルチホップ無線通信システム (クロス型 2次元マルチホップ通信システム）の情報伝達を説明するための模式図である。

第 1 4図はゝタイムス口ッ卜 nにおいて、本発明の第 3実施形態に係るマノレチップ無線通信システム (クロス（左折 · 右折）型 2次元マルチホップ通 1目システム）の情報伝達を説明するための模式図である。第 1 5図は、タイムス P ッ卜（ n + 1 ) において、本発明の第 3実施形態に係るマルチホップハ、、線通 1S システム（クロス（左折 · 右折）型 2 次元マルチホクプ通信システム）の情報伝達を説明するための模式図でめ。

第 1 6図は、本発明に係る 2次元 M I M Oネットワークコーディングを用いる 2次元マ/レチホクプ通信システムにおけるノード装置の一構成例を示すブ口クク図である o

芎 1 7 図は、第 1 6 図に示すノ一ド装置の動作手順を示すフローチヤトである。

第 1 8 図は、本発明に係る 2次元 M I M Oネットヮ 8

を用いる 2次元マルチホ Vプ通信システムにおけるノード装置の一構成例を示すブック図である

第 1 9図は、第 1 8図に示すノード装置の動作手順を示すフ口一チヤートである

第 2 0図は、タィムス Π ッ卜 nにおいて、本発明の第 5実施形態に係るマノレチホプノ teハ、、線通信システム（ロータリ一型 2次元マルチホップ通信システム ) の情報伝を説明するための模式図である。

第 2 1 図は、タィムス Π ッ卜 ( n + 1 ) において、本発明の ¾ 5実施形態に係るマルチホップハ、、線通信システム（ロータリー型 2次元マルチホップ通 (gシステム ) の情報伝達を説明するための模式図であ

第 2 2 図は、タィムスット nにおいて、本発明の第 7実施形態に係るマノレチホ -yプ無線通信システム（ツリー型 2次元マ/レチホソプ通信システム ) の情報伝を明するための模式図である。

第 2 3図は、タィムス口ット n + 1 において、本発明の第 7実施形態に係るマノレチホッハ、、線通信システム（ッリ一型 2次元マルチホップ通信システム ) の情報伝達を説明するための模式図である。

第 2 4 図は、本発明の A型干渉低減方法（最小固有値ビ一ムフォヽング · ァルコリズム ) を明するための模式図である。

第 2 5図は、本発明の Β型干渉低減方法（ B型協力ヌルビムフォ一ミング . ァルゴリズム ) を説明するための模式図である。

第 2 6図は、本発明の C型干渉低減方法 ( C型協力ヌルビムフォ一ミング • ァルゴリズム ) を説明するための模式図である。

第 2 7 図は、第 1 6 図に示すノード装置に協力ヌルビームフォ一ミング機能を加えて構成されたノード装置の構成を示すブロック図である。第 2 8図は 2 7図に示すノード装置の動作手順を示すフ一チヤ一トである。

第 2 9図は、遠距離干渉が存在しない場合の S N Rに対する平均ェンド . ツー . エンドキャパシティを示すグフである。

第 3 0図は、遠距離干渉が存在した場合の S N Rに対する平均エンド • ツー · ェンドキャパシティを示すグラフである。符号の説明

1、 2、 3、 4、 5 ノード装置

1 0、 1 0 0 R F トランシーバ

1 5、 1 5 0 フレーム処理部

2 0、 2 0 0 S T B C受信データ生成部

3 0、 3 0 0 チャネル推定部

4 0、 4 0 0 M I MO検波部

5 0、 5 ひ 0 S T B Cチャネル行列生成部

6 0 ネットワーク復号部

7 0 中継制御部

9 0 ネットヮーク符号化部

1 0 0 S T B C送信データ生成部

1 1 0 トレー二ング信号付加部

3 5 0 ヌノレビ一ムウェイト生成部

4 1 0 受信ヌルビーム形成機能を有する M I MO検波部

6 0 1 経路 Hにおけるネットワーク復号部

6 0 2 経路 Vにおけるネットワーク復号部

7 0 1 経路 Hにおける中継制御部

7 0 2 経路 Vにおける中継制御部 9 0 1 経路 Hにおけるネットワーク符号化部

9 0 2 経路 Vにおけるネットワーク符号化部

9 5 1 経路 Hにおける送信ヌルビーム形成部

9 5 2 経路 Vにおける送信ヌルビーム形成部

1 0 0 1 経路 Hにおける S T B C送信データ生成部

1 0 0 2 経路 Vにおける S T B C送信データ生成部

1 1 0 1 経路 Hにおけるトレーニング信号付加部

1 1 0 2 経路 Vにおけるトレーニング信号付加部

発明を実施するための最良の形態

本発明に係るマルチホップ無線通信システムは、送信元ノード（以下、「送信元ノード装置」とも言う。）と宛先ノード（以下、「宛先ノード装置」とも言う。）との間に、少なくとも 1 つのノード（以下、「ノード装置」とも言う。）を経由してデータ（情報）を無線伝送するものであり、各ノードが中継機能を有するとともに、 M本の M I M Oアンテナ（M 子のァレアンテナ）を搭載しており、各ノード間に無線リンクを張ることによ、マルチホップ無線通信システムを構築する。

本発明のマルチホップ無線通信システムにおいて、ノードの中継方法として復号転达法 ( Decode- and- Forward) を用いる。

本発明に係るマルチホップ無線通信システムは、 M I M Oネットヮークコーティング技術 < 1 次元 M I M Oネットヮークディング及び 2 次元 M I M Oネッ卜ワークコーディング〉（詳細に後述する）を用いることによ Ό 、全てのリンクにおいて、前向きリンクと後向きリンク、又は/及び、上向き y ンクと下向きリンクを多重化した高効率 · 高信頼な双方向無線中継伝送を簡易に実現した。本発明で言う「 1 次元 M I M Oネットワークコーディング」は、 2種類のものに分けることができる。

1 つは、ネットワークコーディングの送受信方式に、多入力多出力（ Multiple Input Multiple Output ；以下、「M I M O J と称する。 ) 方式を適用し、更に、時空間ブロック符号化（Space Time Block Coding ；以下、「 S T B C」と称する。）方式を適用したものであり、以下、「 S T B Cを適用した M I MOネットワークコーディング」又は「 1 次元 S T B C— M I MOネットワークコ一デイング」とも言う。

より詳細に説明すると、 S T B Cを適用した M I MOネットワークコーデイングは、 S T B Cブロードキャストと M I M Oマルチプルァクセスを、ネットワークコーディングに組み合わせたものである。

もう 1 つは、ネットワークコーディングの送受信方式に M I MO方式を適用したものであり、以下、「 S T B Cを適用しない M I MOネットワークコーディング」とも言う。

なお、時空間ブロック符号ィヒ（ S T B C )方式は、 Siavash . Alamouti や Vahid Tarokh らによつて提案されたものである（非特許文献 5 を参照）。時空間ブロック符号化（S T B C)方式は、送信ダイバーシティ技術の 1 つであり、送信ノードでは、同一の送信シンボルついて時間的に直交するように符号化し、複数のアンテナを用いて送信し、そして、受信ノードでは、チャネル推定値を用いて受信信号を分離 · 合成することで、ダイバーシチ利得を得られるとの特徴を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面及び数式を参照して詳細に説明する。

なお、ここで、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システム及び本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムを説明するために、使用される数式において、使用する数学記号について説明する。 [ · ] *は [ · ] の複素共役を表す。 [ · ] — ¹は [ · ] の一般逆行列を表す。 [ · ] Hは [ · ] の複素共役転置を表す。 [ · ] ^T は [ · ] の転置を表す。

< 1 >本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムまず、本発明の第 1実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、「 S T B Cを適用しない Μ Ι ΜΟネットワークコーディング」を用いる。

< 1 _ 1 〉信号モ -ノレ

本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムのモテノレを第 2図に模式的に示す。第 2図の中の下部は、隣接リンクに着巨した "、線通信システムの信号モアルを示している。第 2図に示されたように各ノードは送受信（送受信処理）を行い、データを中継伝送する以下では、本発明の第 1 実施形態に係るマ/レチホップ無線通信システムにおいて、あるノードに隣接する 2つのリンク（前向きリンク及び後向きリンク）に着目して、各ノードが複数本の M I M Oアンテナを搭載した場合の信号モテルを定式化する

まず、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは第（ k 一 1 ) ノードと第（ k + 1 ) ノ一ドが送信状態の場合ゝそれぞれの送信信号 —', +'は、下記数 2 、数 3 を用いて、モデル化することができる。

【数 2 】 — ' = + — ¹ mod q

【数 3 】

+¹二 mod q

ここで、 ^， —¹は第（ k — 1 ) ノードの前向きリンク及び後向きリンクへの送信シンボル（送信信号）であり、は第（ k + 1 ) ノードの前向きリンク及び後向きリンクへの送信シンボル（送信信号）である

。また、 qはラテイス符号化の格子サイズである。

つまり、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、第（ k 一 1 ) ノードと第（ k + 1 ) ノードが送信状態の場合において、上記数 2、数 3 に基づいて、ネットワーク符号化処理（ネットヮークエンコード処理）がそれぞれ行われ、第（ k — 1 ) ノードにも、第

( k + 1 ) ノードにも、前向きリンク及び後向きリンクへの 2つの送信シンボルを含む 1 つの送信信号が生成される。

次に、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、第 k ノードが受信状態の場合に、第（ k _ l ) ノード及び第（ k + 1 ) ノードの送信信号 —¹, ^+|を受信する第 k ノードの受信信号は、下記数 4 を用いて、モデル化することができる。

【数 4 】

ここで、 h" ¹) e C²は第（ k 一 1 ) ノードから第 k ノードへのチャネルべクトルであり、 h"ⁱ⁺¹) eC²は第（ k + 1 ) ノードから第 k ノードへのチャネルべクトルである。また、 n e C²は加法性雑音べクトルである。つまり、「 S T B Cを適用しない M I MOネットワークコーディング」を用いた本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、第 k ノードが受信状態の場合に、第 k ノードの前向きリンクでは、が所望信号であり、 +¹が干渉信号となり、また、第 k ノードの後向きリンクでは、 +¹が所望信号であり、 ¹が干渉信号となる。

そして、本発明では、 < 1 — 2 〉で詳述する「M I MO受信方式」により、干渉回避を行い、前向きリンク及び後向きリンクの信号を同時に受信復号する。

< 1 - 2 > M I MO検波処理における M I MO受信方式

く 1 - 1 >で述べたように、「 S T B Cを適用しなレヽ M I MOネットワークコーディング」を用いた本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、あるノードには、隣接ノードからの送信信号により、 1 つの干渉信号が発生する。

一般に、 M素子のアレーアンテナ（M本の M I MOアンテナ）を用いた線形アルゴリズムでは、（ M _ 1 ) の干渉信号をキャンセルすることができる。

そこで、 S T B Cを適用しない M I MOネットワークコーディングを用いた本発明のマルチホップ無線通信システムでは、受信ウェイトのみを用いて、干渉信号をキャンセルする。

本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、第（ k 一 1 ) ノード及び第（ k + 1 ) ノードの送信信号を受信する第 k ノードでは、下記数 5 に基づき、 M I M O受信により、推定シンボル ^を推定する M I MO検波処理を行う。

【数 5 】

S

、 +1

S ここで、 W _λ e C^2x2は第 k ノードの受信ウェイト行列である。また、 ^一¹は、第（ k — 1 ) ノードの送信信号 /—¹の推定値であり、 +¹は第 ( k + 1 ) ノードの送信信号 +¹の推定値である。また、は、第 k ノードの受信信号である。

例えば、 M I M O受信にゼロフォーシング（ Z F ) アルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ウェイト行列 W _tは、下記数 6 によって計算される。

【数 6 】

W HfH^H ただし、 Ηは第（ k — 1 ) ノードから第 k ノードへのチャネルべタトル ("）と、第（ k + 1 ) ノード力ら第 k ノードへのチャネルベクトル h^k(k+lの 2つのチヤネノレべクトルをまとめたチャネル行列である。

また、例えば、 M I M O受信に M M S Eアルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ウェイト行列 W _tは、下記数 7 によって計算される

【数 7 】

V*

ノ

ただし、 Ρはノードあたりの総送信電力である。また、 σ ²は受信ァンテナあたりの雑音電力である。

上記数 6及び数 7から分かるように、 S T B Cを適用しない Μ Ι ΜΟ ネットワークコーディングを用いた本発明のマルチホップ無線通信システムでは、あるノードが受信状態の場合（例えば、第 k ノードが受信状態の場合）に、当該ノードの受信ウェイト（受信ウェイト行列）を計算するために、隣接ノード間のチャネル情報（チャネル行列）が必要となる。

< 1 一 3 〉ネットワーク復号処理及び中継制御処理

本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、く 1 — 1 > と < 1 — 2 〉で述べたように、第 k ノードが受信状態の場合に、第 k ノードの後向きリンクは第（ k + 1 ) ノードの送信信号を、第 k ノードの前向きリンクは第（ k — 1 ) ノードの送信信号を、 M I M O受信方式により干渉回避を行いながら同時に受信復号する。

M I M O検波処理により得られた推定シンボル -¹, に基づき、第 k ノードは、ネットワーク復号処理を行い、中継信号を生成し、そして、生成した中継信号が自ノード宛の信号（データ）である力又は、他ノード宛の信号（データ）であるかを判断する「中継（宛先）制御処理」を行う。つまり、第 k ノードが中継状態になり、以下、中継状態にある第 k ノードを中継ノードとも言う。

中継ノードである第 k ノードでは、下記数 8及び数 9が成り立つ。【数 8 】

0) = ("-ι)ョ 4

【数 9 】

ただし、 — 1)，4("— 1)は、前タイムスロット（ n— 1 ) に、第 k ノードの前向きリンク及び後向きリンクに送信した信号（シンボル）である。 4— '(")は、タイムスロット（ n — ) に、第（ k — 1 ) ノードの後向きリンクに送信した信号（シンボル）である。は、タイムスロット ( n ) に、第（ k + 1 ) ノードの前向きリンクに送信した信号（シンポル）である。また、 sい^k 4は、第 k ノードがネッワーク復号処理のために、メモリに保存しておいた前タイムスロットに送信した前向きリンクおよび後向きリンクへの送信信号である。

本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、第 k ノードでは、下記数 1 0、数 1 1 に基づき、ネットワーク復号処理（ネットワークデコード処理）を行い、中継信号 4— ",·^¹ を生成する

【数 1 0 】

5·ρ^_1 -- s^k~^l一 ^moa q

【数 1 1 】

s_B ^k+l = s^k+l - s_F ^k mod q

非特許文献 3及び非特許文献 4 に記載された従来のネットワークコ一ディングを用いた無線通信システムでは、各ノードが 1本のアンテナにより信号を受信し、復号するようにしている。

それに対して、「 S T B Cを適用しない M I MOネットワークコーデイング」を用いた本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、各ノードが複数のアンテナ（複数の M I MOアンテナ）により信号を受信し、復号するようにしている。

このように、本発明では、複数のアンテナ（複数の M I MOアンテナ ) を利用することにより、 < 2 >で詳述する本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、更に時空間ブロック符号化 ( S T B C ) 方式を適用することが可能になり、無線通信システムの性能を更に改善することができる。

< 2 〉本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システム次に、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 2実施形態に係るマルチホソプ無線信システムでは、「 S T B Cを週用した M I M Oネッ卜ヮ一ク一ァィング

J を用いる。

つまり、本発明の第 1 実施形態に係るノレチホソプ挺メ、、、線通信システムの通信品質を更に向上させるために、本発明の発明者らは、本発明の第

1 実施形態に係るマルチホップ無線通 1sシステムに、更に時空間ブクク符号化（ S T B C )を用することにより、「 S T B Cを適用した Μ I

M Oネットワークコーティング」を用いた本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムを発明した。

< 2 — 1 〉信号モデル

第 2図を用いて、本発明の第 2実施形態に係るマルチホクプ無線通信システムのモデノレを模式的に示すことができる。第 2図の中の下部は、隣接リンクに着目した無線通信システムの信号モアルを示している。第

2図に示されたように、各ノ一ドは送受信（送受信処理）を行い、データを中継伝送する。

また、第 3 図は、本発明の第 2実施形態に係るマ/レチホクプ無線通信システムにおいて、第 k ノ一ドにおける送受信処理の主な流れを説明するための模式図である。

以下では、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、あるノードに隣接する 2つのリンク（前向きジンク及び後向きリンク）に着目して、各ノードが複数本の M I M Oァンテナを搭載し、そして、時空間プロック符号化（ S T B C )に A.l amout i 符号を用いた場合の信号モデルを定式化する。なお、 A l amout i 符号の詳細については、非特許文献 7 に記載されている。

まず、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、第（ k 一 1 ) ノードと第（ k + 1 ) ノードが送信状態の場合、第（ k - 1 ) ノードの連続する 2つの送信信号 —' —¹は、下記数 1 2、数 1 3 を用いて、モデル化することができる。また、第（ k + 1 ) ノードの連続する 2つの送信信号 5 ¹，5₂ ⁱ⁺¹は、下記数 1 4、数 5 を用いて、モデル化することができる。

【数 1 2】

k—l

s +s Bl mod a

【数 1 3 】

°F2 ⁺ °B2 mod q

【数 1 4 】

k+\ 一 k+l , k+l

S\ 一 ^Fl 十 ^JB1 mod q

【数 1 5 】

k+l k+\

SF2 十 ^SB2 mod q

ここで、 ^"，， —¹は第（ k — l ) ノードの前向きリンクへの連続する 2 つの送信シンボル（送信信号）である。 ¹は第（ k _ l ) ノードの後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボル（送信信号）である。 s_F ^k s_F ^{k ]}は第（ k + 1 ) ノードの前向きリンクへの連続する 2つの送信シンボル（送信信号）である。 'は第（ k + 1 ) ノードの後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボル（送信信号）である。また、 q はラテイス符号化の格子サイズである。

つまり、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、第（ k — l ) ノードと第（ k + 1 ) ノードが送信状態の場合において、上記数 1 2 、数 1 3、数 1 4、数 1 5 に基づいて、連続する 2つの送信シンボルのネットワーク符号化処理（ネットワークエンコード処理）がそれぞれ行われ、第（ k 一 1 ) ノードに、前向きリンクへの連続する 2つの送信シンボル及び後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボルを含む、連続する 2つの送信信号 ¹, ¹が生成され、そして、第（ k + 1 ) ノードにも、前向きリンクへの連続する 2つの送信シンボル及び後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボルを含む、連続する 2つの送信信号 +'，4⁺¹が生成される。

次に、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、第（ k — 1 ) ノードでは、上記数 1 2 、数 1 3 により生成された連続する 2つの送信信号 —¹を用いて、下記数 1 6 に基づき、 S T B C 符号化処理（ S T B C送信データ生成処理）を行い、 2時刻にわたる 4 つの送信シンボルを含む S T B C送信データ（ 1 時刻、 2時刻にわたる送信信号行列 X") を生成する。

【数 1 6 】

また、第（ k + 1 ) ノードでは、上記数 1 4、数 1 5 により生成された連続する 2つの送信信号を用いて、下記数 1 7 に基づき、 S T B C符号化処理（ S T B C送信データ生成処理）を行い、 2時刻にわたる 4つの送信シンボルを含む S T B C送信データ（ 1 時刻、 2時刻にわたる送信信号行列 Χ^λ+1) を生成する。

【数 1 7 】 3 l

上記数 1 6及び数 1 7 から分かるように、本発明の「 S T B Cを適用した M I M Oネットワークコーディング」は、非特許文献 5及び非特許文献 7 に記載された従来の時空間ブロック符号化（S T B C)方式とは異なる。

つまり、「 s T B Cを適用した M I M Oネットワークコーディング」を用いた本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、各ノ一ドが 2時刻で（ n時刻と n + 1 時刻で）、前向きリンク及び後向きジンクへ 4つの送信シンボノレを送信していることになる。

次にゝ本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムでは、第 k ノードが受信状態の場合に、第（ k _ l ) ノード及び第（ k +

1 ) ノ一ドの S T B C送信データ（ 2時刻にわたる送信信号行列）を受信する、第 k ノードの受信信号（ 2時刻にわたる受信信号行列）は、下記数 1 8 を用いて、モデル化することができる。

【数 1 8 】ただし、 YeC^Mは第 k ノードの時刻 n と時刻 n + 1 の受信信号行列である。 N e C^2x2は時刻 n と時刻 n + 1 の加法性雑音行列である。また、 H*⁽ⁱ— ')eC^2x2は第（ k _ l ) ノードから第 k ノードへのチヤネル行列であり、 H^w+l)eC^2x2は第（ k + 1 ) ノードから第 k ノードへのチャネル行列である。 X^A— ¹€ ^2x2は第（ k 一 1 ) ノードの時空間ブロック符号化された送信信号行列（第（ k 一 1 ) ノードの S T B C送信データ）である。 X^4+l _eC^Mは第（ k + l ) ノードの時空間ブロック符号化された送信信号行列（第（ k + 1 ) ノードの S T B C送信データ）である。

ここで、第 k ノードの 2 時刻にわたる受信信号行列 YeC^2x2をべクトル化することにより、上記数 1 8の等価表現である下記数 1 9 が成立する。

【数 1 9 】

y = H_es + n

ただし、 yeC⁴は第 k ノードの時刻 1 と時刻 2 にわたる等価受信信号ベクトルであり、下記数 2 0 で表す。 s e C⁴は送信信号ベクトルであり、下記数 2 1 で表す。 n e C⁴は時刻 1 と時刻 2 の等価加法性雑音べタトルであり、下記数 2 2 で表す。また、 H_e e C^Mは第 k ノードの S T B C 等価チャネル行列であり、ブロック直交行列となっており、下記数 2 3 で表す。

【数 2 0 】

"ァ 22

【数 2 1 】 k-\

S = S, ， 5, ,s₂

【数 2 2 】

つ τ

【数 2 3 】 ¾2

+1

Hi

+l Ϊ

〔 12 [Hi 1 J

He =

22 H.

22 22 J

ただし、 H 'は第（ k — 1 - 2 ) 2 ノードの第 1送信アンテナから第 k ノードの第 1 受信アンテナへのチャネル係数である。 H ¹は第（ k + 1 ) ノ一ドの第 1送信アンテナから第 k ノードの第 1 受信アンテナへのチヤネ

+

ル係数である。、は第 ( k 一 1 ) ノードの第 2送信アンテナから第 k ノードの第 1 受信アンテナへのチャネル係数である。 Hf₂ ⁺¹は第（ k + 1 ) ノードの第 2送信アンテナから第 k ノードの第 1 受信アンテナへのチャネル係数である。 H₂ は第（ k — 1 ) ノードの第 1 送信アンテナから第 k ノードの第 2受信アンテナへのチャネル係数である。は第（ k + 1 ) ノードの第 1 送信アンテナから第 k ノードの第 2受信アンテナへのチャネル係数である。 /^は第 ( k 一 1 ) ノードの第 2送信アンテナから第 k ノードの第 2受信アンテナへのチャネル係数である。 H₂*₂ は第 ( k + 1 ) ノードの第 2送信アンテナから第 k ノードの第 2受信アンテナヘのチャネル係数である。

< 2 — 2 > S T B C復号処理（ S T B C受信データ生成処理）及び M l MO検波処理

本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、第 k ノードが受信状態の場合、第 k ノードは、第（ k 一 1 ) ノード及び第（ k + 1 ) ノードの S T B C送信データを受信し、上記数 1 9 に基づき、 S T B C復号処理（ S T B C受信データ生成処理）を行い、 S T B C受信データを生成する。

次に、 S T B C復号処理（ S T B C受信データ生成処理）により、第 k ノードの S T B C受信データが生成された後に、第 k ノードでは、下記数 2 4 に基づき、 M I M O受信により、推定シンボル Sを推定する M

I MO検波処理を行う。

【数 2 4 】 k-\ k+l -ん +1

S = tSつ , 2

ここで、 W_t eC^4x4は第 k ノードの受信ウェイト行列である。また、 y は第 k ノードの S T B C受信データである。

例えば、 M I M O受信にゼロフォーシング（ Z F ) アルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ゥヱイト行列 W ₄は、下記数 2 5 によつて計算される。

【数 2 5 】

ただし、 H_eは上記数 2 3 により生成された第 k ノードの S T B C等価チヤネル行列である。

また、例えば、 M I M O受信に M M S Eアルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ウェイト行列 W _λは、下記数 2 6 によって計算される。

【数 2 6 】

P ノ

ただし、 Pはノードあたりの総送信電力である。また、 σ ²は受信ァンテナあたりの雑音電力である。

< 2 — 3 >ネットワーク復号処理及び中継制御処理

本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、 < 2 一 2 〉で述べた M I MO検波処理により得られた推定シンボル S に基づき、第 k ノードは、ネットワーク復号処理を行い、中継信号を生成し、そして、生成した中継信号が自ノード宛の信号（データ）であるか、又は、他ノード宛の信号（データ）であるかを判断する「中継（宛先）制御処理」を行う。つまり、第 k ノードが中継状態になり、以下、中継状態にある第 k ノードを中継ノードとも言う。

「 S T B Cを適用した M I MOネットワークコーディング」を用いた本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、中継ノードである第 k ノードでは、下記数 2 7 、数 2 8 、数 2 9及び数 3 0が成り立つ。

【数 2 7 】

【数 2 8 】

s_B ^k ₂ ¹(n) = s_B ^k ₂(n-l)≡s_B ^k ₂

【数 2 9 】

【数 3 0 】

s^₂ ^+l(n) = s_F ^k ₂(n-l)≡s_F ^k ₂

ただし、 s_f ^k, (n - 1), s_F ^k ₂ (n - 1), s_m ^k (n - 1), ^₂ (n - 1)は、前タイムスロット ( n - 1 ) に、第 k ノードの前向きリンク及び後向きリンクに送信した連続する 2つの信号（シンボル）である。（"),4;'(")は、タイムスロット（ n ) に、第（ k 一 1 ) ノードの後向きリンクに送信した連続する 2つの信号

(シンボル）である。 ¹ は、タイムス口ッ卜（ n ) に、第（ k

口

+ 1 ) ノードの前向きリンクに送信した連続する 2 つの信 (シンボノレ

) である。また、 4,4， ,4₂は、第 k ノードがネットヮ一ク復号処理のために、メモリに保存しておいた前タイムスロットに送信した前向きリンクおよび後向きリンクへの連続する 2 つの送信シンボルであ

本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通 1§システムにおいて

、第 k ノードでは、下記数 3 1 、数 3 2、数 3 3及び数 3 4 に基づき、ネットワーク復号^理（ネットワークデコード処理）を行レ、、前向きリンク及び後向きリンクへの連続する 2 シンボルの中継信号 (ネットヮ一ク復号したデータ ) "¹ , ¹ , 1¹，を生成する。

【数 3 1 】

k-\ _ 一 1 _ k

^SV\ ~ ^S\ _ ^SB\ mod q

【数 3 2 】

k-\ _； k - 1一 k

"F2 — ^ύ2 ^{_ S}B2 mod q

【数 3 3 】

^Bl ― ^S\ ⁵F1 mod q

【数 3 4 】

k+\ _ ^k+\ k

！?つ mod q

< 2 - 4 >チャネル推定処理

本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいて、また、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおいても、各ノードが受信状態の場合、当該ノードでは、チャネル情報を推定するチャネル推定処理を行う必要がある。ここで、本発明におけるチャネル推定処理の一具体例を示す。

第（ k — 1 ) ノードは、下記数 3 5 で表すように、トレーニング信号行列 -¹を第 k ノードに送信する。ただし、 —¹の各行（各送信アンテナに相当）は、互いに直交している系列である。

【数 3 5 】

^k(k-l)— Hん -¹) ^Α一¹ +Νん

ただし、 Y^{k k}-、)は、第（ k _ 1 ) ノードからのトレーニング信号に相当する第 k ノードの受信信号行列である。 H ⁽ⁱ— ^υは、第（ k — 1 ) ノードから第 k ノードへのチャネル行列である。また、は第 k ノードの加法性雑音行列である。

次に、本発明では、下記数 3 6に基づき、等価なチャネルベクトルを推定する。

【数 3 6 】

Yん ( — 1) ただし、 ή"*— ')は、第（ k ) ノードから第 k ノードへのチャネル行列の推定値である。

< 3 >本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置

ここで、本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置について説明する。

第 4図は本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置（以下、「ノード装置 1 」とも言う。）の一構成例を示すプロック図である。第 5図は第 4図に示すノ一ド装置 1 の動作手順を示すフローチヤ一トである。

第 4図に示すように、ノード装置 1 は、複数本の M I MOアンテナと、 R F トランシーバ 1 0 と、フレーム処理部 1 5 と、 S T B C受信データ生成処理（ S 1 0 ) を行う S T B C受信データ生成部 2 0 と、チヤネル推定処理（ S 2 0 ) を行うチャネル推定部 3 0 と、 S T B Cチャネル行列生成処理（ S 3 0 ) を行う S T B Cチャネル行列生成部 5 0 と、 M I MO検波処理（ S 4 0 ) を行う M I MO検波部 4 0 と、ネットワーク復号処理（ S 4 5 ) を行うネットワーク復号部 6 0 と、宛先（中継）制御処理（ S 5 0 ) を行う中継制御部 7 0 と、ネットワーク符号化処理（ S 6 0 ) を行うネットワーク符号化部 9 0 と、 S T B C送信データ生成処理（ S 7 0 ) を行う S T B C送信データ生成部 1 0 0 と、トレーニング信号付加処理（ S 8 0 ) を行うトレーニング信号付加部 1 1 0 とを備える。なお、図示されていないが、ノード装置 1 は、データ信号等を格納 · 保存するための記憶手段（メモリ）を備える。

第 4図に示すように、ノード装置 1 は、トレーニング信号付加部 1 1 0から出力された無線送信信号を、 R F トランシーバ 1 0 を経由して M I MOアンテナにて無線送信するとともに、 R F トランシーバ 1 0 とフレーム処理部 1 5 を経由して M I MOアンテナにて無線受信した無線受信信号を S T B C受信データ生成部 2 0に入力し、無線受信したトレーニング信号をチャネル推定部 3 0に入力する。

第 4図に示すように、 R F トランシーノく 1 0は、ノード装置 1 が受信状態のときは、アンテナで受信したアナログ信号をダウンコンバートし、デジタル信号として、受信処理部（フレーム処理部 1 5 ) に出力し、また、逆にノード装置 1 が送信状態のときは、デジタル送信信号（トレ一二ング信号付加部 1 1 0から出力された無線送信信号）をアップコンバートし、アナログ信号としてアンテナより出力（送信）する機能を有する。また、受信処理部（フレーム処理部 1 5 ) からは、デジタル信号である無線受信信号とトレーニング信号が出力される。

第 5図に示すように、ノード装置 1 において、無線受信した無線受信信号から、数 1 9 に基づき、 S T B C受信データ生成処理を行い、 S T B C受信データを生成する（ S 1 0 ) 。無線受信したトレーニング信号から、数 3 6 に基づき、チャネル推定処理を行い、チャネル情報を推定する（ S 2 0 ) 。 S 2 0で推定されたチャネル情報から、数 2 3 に基づき、 S T B Cチャネル行列生成処理を行い、 S T B C等価チャネル行列を生成する（ S 3 0 ) 。

S 3 0で生成された S T B C等価チャネル行列と、 S 1 0で生成された S T B C受信データとから、例えば、 M I M O受信にゼロフォーシング（ Z F ) アルゴリズムを用いる場合に、数 2 4 と数 2 5に基づき、また、 M I MO受信に MM S Eアルゴリズムを用いる場合に、数 2 4 と数

2 6 に基づき、 M I MO検波処理を行い、推定シンボルを推定する（ S 4 0 ) 。

S 4 0で推定された推定シンボルから、数 3 1 、数 3 2、数 3 3、数

3 4 に基づき、ネットワーク復号処理を行い、前向きリンク及び後向きリンクの連続する 2 シンボルの中継信号を生成する（ S 4 5 ) 。そして、生成された中継信号（ネットワーク復号したデータ）が自ノード宛の信号である力又は、他ノード宛の信号であるかを判断する中継（宛先 ) 制御処理（ S 5 0 ) を行い、生成された中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、ノード装置 1 自身（自ノード）が宛先ノードであるため、ノード装置 1 の処理は終了する。

一方、 S 5 0で生成された中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、自ノードが中継ノードである場合に、数 2 7、数 2 8、数 2 9及び数 3 0 に示すように、生成された中継信号（ネットワーク復号したデータ）を前タイムスロット送信データとして、次のタィムス口ットのネットワーク復号処理を行うために、メモリに保存する次に、送信処理においては、 S 5 0で生成された中継信号から、数 1 2 、数 1 3、数 1 4、数 1 5 に基づき、連続する 2つの送信シンボルのネットワーク符号化処理を行い、連続する 2つの送信信号を生成する（ S 6 0 ) 。

S 6 0で生成された送信信号（ネットワーク符号化された送信データ ) から、数 1 6、数 1 7 に基づき、 S T B C送信データ生成処理を行い、 S T B C送信データを生成する（ S 7 0 ) 。 S 7 0で生成された S T B C送信データに、数 3 6 に基づくチャネル推定処理のためのトレー二ング信号を付加して、トレーニング信号付加処理を行う（ S 8 0 ) 。最後に、 S 8 0でトレーニング信号が付加された S T B C送信データを、無線送信信号として送信する。

以上のように、ノード装置 1 は、送受信処理を行い、データ（信号）を中継伝送する。

< 4 >本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置

ここで、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置について説明する。

第 6図は本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システムにおけるノード装置（以下、「ノード装置 2」とも言う。）の一構成例 4

を示すプロック図である。第 7図は第 6図に示すノード装置 2の動作手順を示すフローチヤ.一トである。

第 6 図に示すように、ノード装置 2 は、複数本の M I MOアンテナと、 R F トランシーノく 1 0 と、フレーム処理部 1 5 と、チャネル推定処理

( S 2 0 ) を行うチャネル推定部 3 0 と、 M I MO検波処理（ S 4 0 ) を行う M I MO検波部 4 0 と、ネットワーク復号処理（ S 4 5 ) を行うネットワーク復号部 6 0 と、宛先（中継）制御処理（ S 5 0 ) を行う中継制御部 7 0 と、ネットワーク符号化処理（ S 6 0 ) を行うネットヮーク符号化部 9 0 と、トレー二ング信号付加処理（ S 8 0 ) を行うトレーニング信号付加部 1 1 0 とを備える。なお、図示されていないが、ノード装置 2 は、データ信号等を格納 · 保存するための記憶手段（メモリ）を備える。

第 6 図に示すように、ノード装置 2 は、トレーニング信号付加部 1 1 0から出力された無線送信信号を、 R F トランシーバ 1 0 を経由して M I MOアンテナにて無線送信するとともに、 R F トランシーバ 1 0 とフレーム処理部 1 5 を経由して M I MOアンテナにて無線受信した無線受信信号を M I MO検波部 4 0に入力し、無線受信したトレーニング信号をチャネル推定部 3 0に入力する。

第 6 図に示すように、 R F トランシーバ 1 0 は、ノード装置 2が受信状態のときは、アンテナで受信したアナログ信号をダウンコンパ一トし、デジタル信号として、受信処理部（フレーム処理部 1 5 ) に出力し、また、逆にノード装置 2が送信状態のときは、デジタル送信信号（トレ一二ング信号付加部 1 1 0から出力された無線送信信号）をアップコンバートし、アナログ信号としてアンテナより出力（送信）する機能を有する。また、受信処理部（フレーム処理部 1 5 ) からは、デジタル信号である無線受信信号とトレーニング信号が出力される。

第 7 図に示すように、ノード装置 2 において、無線受信したトレー二ング信号から、数 3 6 に基づき、チャネル推定処理を行い、チャネル情報を推定する（ S 2 0 ) 。 S 2 0で推定されたチャネル情報と、無線受信した無線受信信号とから、例えば、 M I M O受信にゼロフォーシング

( Z F ) アルゴリズムを用いる場合に、数 5及び数 6 に基づき、また、 M I M O受信に M M S Eアルゴリズムを用いる場合に、数 5及び数 7 に基づき、 M I M O検波処理を行い、推定シンボルを推定する（ S 4 0 )

S 4 0で推定された推定シンボルから、数 1 0、数 1 1 に基づき、ネットワーク復号処理を行い、中継信号を生成する（ S 4 5 ) 。そして、生成された中継信号（ネットワーク復号したデータ）が自ノード宛の信号である力又は、他ノード宛の信号であるかを判断する中継（宛先）制御処理（ S 5 0 ) を行い、生成された中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、ノード装置 2 自身（自ノード）が宛先ノードであるため、ノード装置 2の処理は終了する。

一方、 S 5 0で生成された中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、自ノードが中継ノードである場合に、数 8及び数 9 に示すように、生成された中継信号（ネットワーク復号したデータ ) を前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットのネットワーク復号処理を行うために、メモリに保存する。

次に、送信処理においては、 S 5 0で生成された中継信号から、数 2 、数 3 に基づき、ネットワーク符号化処理を行い、送信信号を生成する ( S 6 0 ) 。

S 6 0 で生成された送信信号（ネットワーク符号化された送信データ ) に、数 3 6 にづくチャネル推定処理のための卜レ一ニング信号を付加して、卜レ一二ング信号付加処理を行 ( s 8 0 ) 取後に、 S 8 0 でトレー二ング信号が付加されたネッ卜フ一ク符号化された送信データを、無線送信信号として送信する。

以上のよラに、ノード装置 2 は、ズ信処理を行い、テ一タ (信号）を中継伝送する以上では、本発明の第 1 施形態及び第 2実施形態に係るマルチホクプ無線通信システムにっレヽて詳細に説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されることはな < 、本発明では、各ノ一ドの送信アンテナ数が 2本の場、 Α丄 amout S T B Cを用いるが、例えば、各ノードの送信アンテナ数が 3本以上の場合（各ノードは 3素子以上のァレーアンテナを搭載してレ、る場合）は、例えば、非特許文献 8及び非特許文献 9 に記載されたよラな任意の時間ブ口ック符号化 ( S T B C ) 方式を本発明に適用するとが可能であ

また、上述した本発明の実施形態では、 M I M O検波処理において、具体例として、 M I M O受信にゼロフォ一シング（ Z F ) アルゴリズムと M M S Eァノレゴリズムを使用したが、本発明はそれに限定されることはなく、例えば、非特許文献 1 0 に記載されたような任意の M I M O検波方式 ( M I M O検波処理）を適用することも可能である。

更に、上述した本発明の実施形態では、数 1 2、数 1 3 、数 1 4 、数

1 5に基づき、又は数 2 、数 3 に基づき、ネットヮーク符号化処理を行うようにしているが、本発明におけるネク卜ヮーク符号化処理は、それらの数式に基づく演算操作に限定されることはなく、他の演算操作によるネットヮーク符号化処理を本発明に適用することも勿論可能であるまた更に、上述した本発明の実施形態では、数 3 1 、数 3 2、数 3 3

、数 3 4 に基づき、又は、数 1 0、数 1 1 に基づき、ネットワーク復号処理を行うようにしているが、本発明におけるネットワーク復号処理はそれらの数式に基づく演算操作に限定されることはなく、他の演算操作によるネッ卜ヮ一ク復号処理を本発明に用することも勿論可能である ο

また更に、上述した 2種類の本発明の Γ 1 次元 M I M Oネットワークコーディング」に O F D M方式を適用することにより、「M I M O— O

F D Mネッ卜ヮ一クコーディング」を構成し、本発明に係るマルチホップ無線通信システムは、その「 M I M O ― O F D Mネットワークコーディング J を用いるとが可能である。

具体的に、例えば、第 4図及び第 6 図において、トレーニング信号付加部 1 1 0の後に、即ち、トレーニング信号付加部 1 1 0 と R F トランシーバ 1 0 との間に、「 O F DM変調部」を備え、また、フレーム処理部 1 5 (受信処理部）の前に、即ち、 R F トランシーバ 1 0 とフレーム処理部 1 5 との間に、「 O F DM復調部」を備えることにより、「M I M O _ O F D Mネットワークコーディング」を用いた本発明に係るマルチホップ無線通信システムのノード装置を構成することができる。

このような「M I MO— O F DMネットワークコーディング」を用いた本発明に係るマルチホップ無線通信システムのノード装置において、上述した「M I MO方式」、「ネットワークコーディング送受信方式」、「 S T B C方式」は、 O F DMの各サブキャリア単位で処理する。

< 5 >計算機シミュレーシヨンによる性能評価

ここでは、本発明の有効性（性能）を検証するために、計算機シミュレーションによる理論解析により、本発明に係るマルチホップ無線通信システムの一具体実施例であるマルチホップ無線ネットワークの伝送容量の数値解析を行い、本発明のマルチホップ無線通信システムは従来の無線ネットワークより性能改善が改善されたことを確認した。く 5— 1 〉シミュレーション条件

計算機による数値シミュレ一ションを行う条件は、以下の通りである

条件 1 ：

1次元マルチホップ無線ネットワークを構成し、そして.、ネットヮーク内のノード数は 8 ノードである。条件 2 ：

数値シミュレーション用のシナリオを第 8図に示す。第 8図に示す（ A) , ( B ) , ( C ) , (D) , ( E ) ，（ F ) , (G) の 7通りのシナリオの分類である。条件 3 ：

M I MOマルチホップ Zメッシュネットワークにおける各ノードのァンテナ本数は 3本とする。また、スマートアンテナメッシュネットヮーク、及びリンク毎 M I MOメッシュネットワークは、各ノードのアンテナ本数は 2本とする。条件 4 隣接ノードとの距離は、全て等しく d とする。条件 5 _:

隣接する任意のノードにおける任意の送受信アンテナ間のチャネルは、互レヽ ίこ独立で同一の分布 ( Independently Identical Distributed,

I I D) のフラットレイリーフェージングチャネルに従うものとする。また、それらの電力は、距離により減衰するものとし、パスロス定数は

3. 5である。全てのチャネルは、見通し外（Non Line Of Sight, N L O S ) 環境を想定した人工的な環境である。条件 6 ：

シナリオ（D ) 、即ち、リンク毎 M I MOメッシュネットワークでは、それぞれのリンク（こおレヽて固有モード（Singular Value Decompositon 、 S V D)M I MO伝送する。固有モード M I MO伝送では、各リンクのチャネル行列の右及び左特異行列を、それぞれ送信ウェイト及び受信ウェイトとして用いる。条件 7 ：

ネットワークチャネルキャパシティを表す値として、第 4 ノードの総チャネルキャパシティを評価する。条件 8 ：

ノードあたりの合計送信電力は Pであり、受信アンテナあたりの雑音電力は σ ²である。したがって、仮にチャネルゲインが 1 であったとすると、各チャネルの Ρ / σ ²は、各リンクのアンテナあたりの信号対雑音電力 (Signal to Noise Ratio, S N R ) である。

< 5 - 2 >数値解析結果

第 9図にモンテ力ノレ口シミュレ一ションにより計算した各シナリオの

S N Rに対する平均総キャパシティを示す。第 9 図は、本発明に係るマルチホクプ無線通信システム (マノレチホップ無線ネットワーク ) の基礎解析のために、距離 3 d以上のノ一ドからの干渉信号は無視している。

Λ

第 9図より、シナリオ (D ) 、即ち、リンク毎 M I MOメッシュネットヮークの性能は、 2ス卜 y一ム伝送することでそれぞれのリンク内で多重利得が得られるため、 s I s oメッシュネットワーク（デユアル · チヤネル ) の約 2倍となり、スマ一トアンテナメッシュネットワークは

、 1 チャネルで干渉回避できることから、 S I S Oメッシュネットヮ一ク（デュァノレ . チヤノレの 2倍以上となる。

一方、 3本のアンテナを用レ、て実現される M I MOマノレチホップ /メッシュネットワークは、リンク多重と同時に干渉除去を実現し最大化ゥニイ卜によりアレイ利得とダィノ ~シチ利得を得ているために、 S I S oメッシュネットワーク (デュアル • チャネル）の 4倍を達成できるが

、送信ダィバーシチ利得だけをいる本発明に係るマルチホップ無線ネットワークでも約 3. 5倍を達成することができる。

以上では、「 1 次元 M I M Oネットワークコーディング」を利用した、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システム、及び本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて詳細に述べた。

上述した本発明のマルチホップ無線通信システム（第 1 実施形態及び第 2実施形態）では、 1 次元 M I M Oネットワークコーディングを利用することにより、双方向のマルチホップ中継を単一チャネルで高効率に実現しているので、以下、本発明の第 1 実施形態に係るマルチホップ無線通信システム、と本発明の第 2実施形態に係るマルチホップ無線通信システムを、「 1 次元 M I MOネットワークコーディングを用いた単一チャネルによる双方向 M I MOメッシュネットワーク（ 1 DMN C ) J とも称する。

一般的に、 2次元トポ πシ一を有する 2次元メッシュネットワークでは、複数のデータフローが存在するため、 1 次元 M I MOネットワークコーディング（ 1 D M N C ) の技術を 2次元に拡張することは大変重要

。、ある。 1 次元 M I M Oネクトワークコーディングの技術をレ、くつかの交差する経路が存在する卜ポ口ジーを含む 2次元メッシュネットワークに適用する場合（第 1 0図 ( b ) 参照）に、 1 次元 M I MOネットヮーク符号化された複数の経路 (ルート）が 2次元的に展開され、互いに交差しているので、同一チャネル干渉を回避するために、それぞれの経路は異なるチャネルが割り当てられなければならない。

そこで、本発明の発明者らは、研究を重ねた結果として、 1 次元 M l

M Oネッ h ワークコーディングの技術に基づいて拡張して得られた 2次元 M I M oネットワークコデイングを用い、単一チャネルによる 2次元双方向 M I M Oメッシュネットワーク（後述する本発明の第 3実施形態〜第 8実施形態に係るマルチホップ無線通信システム）（例えば、第

1 0図（ c ) 、第 1 0図 ( d ) を参照すること。 ) を発明した。本発明の単一チャネルによる 2次兀双方向 M I MOメッシュネットワークの各ノードは 4本のアンテナを持つ。

本発明で言う「 2次元 M I M Oネットワークコーディング」は、大きく 2種類のものに分けることができる。 1 つは S T B Cを適用した 2次元 M I MOネットワークコーディングであり、以下、「 2次元 S T B C — M I MOネットワークコーディング」とも称する。

もう 1 つは、 S T B Cを適用しない 2次元 M I MOネットワークコーデイングであり、以下、「 2次元 M I M Oネットワークコーディング」とも称する。

なお、ここで、本発明の第 3実施形態〜第 8実施形態に係るマルチホップ無線通信システムを説明するために、使用される数式において、使用する数学記号について説明する。 X はスカラー変数を表す。 Xはべクトル変数を表す。 Xはマトリックス変数を表す。 [ · ] τは [ · ] の転置を表す。 [ · ] "は [ · ] のエルミート転置を表す。 E [ · ] はランダムプロセスのサンプル平均を表す。 X^wは Xの i 番目の列を表す。 x^w は Xの i 番目の成分を表す。また、記号∑は k + 1 と k — 1 の成分を加算することを意味する。

< 6 >本発明の第 3実施形態に係るマルチホップ無線通信システム（ 2 次元 M I M Oネットワークコーディングを用いたクロス型（Cross type ) 2次元マルチホップ通信システム（2 DMN C 1 ))

本発明の 2次元 M I MOネットワークコーディングは、第 1 0図及び第 1 1 図に示すような二つの経路（ route) が交差するようなネットヮークトポロジーを有する無線メッシュネットワークに適用する。

本発明では、このような無線メッシュネットワークにおいて、交差する二つの経路を経路 Vと経路 Hにする。経路が交差する位置に存在するノードを交差点ノード C とし、経路 V及び経路 H上には、交差点ノードを含む e{l，...， - 1， ,ん + 1，···， }個のノードがそれぞれ存在する。本発明では、ノード番号に経路を識別する記号（H、 V)を付加して標記する。例えば、経路 Vの（ k 一 1 ) 番目のノードは V ( k _ 1 ) となる。 2次元 M I MOネットワークコーディングを用いる本発明のマルチホップ無線通信システムでは、それぞれのノ一ドは 4本の M I M oアンテナ（M= 4 ) を搭載していることを前提とす •D。た、第 1 1 図（A

) に示すクロス型 2次元 M I MOメッシュネクトワーク（ 2 D M N C 1

) では、 C = V ( k ) = H ( k ) である。

第 1 0図及び第 1 1 図に示すようなトポロジ一を有する無線メッシュネットワーク内には、前向き、後向き、下向さ、上向きの四つの情報のフローが存在する。前向きフロー（F )は経路 H上のノード H ( 1 ) からノード H (K) へ、後向きフロー（B )は経路 H上のノード H ( K ) からノード H ( 1 ) へ、下向きフロー（D)は経路 V上のノード V ( K ) から

V ( 1 ) へ、上向きフロー（U)は経路 V上のノード V ( 1 ) から V ( K

) へ流れるものである。

本発明の 2次元 M I MOネットワークコーティングを用いるとにより、単一チャネルだけを用いて、これら四つのフローが同時にネッ卜ヮ一ク内を流れる情報伝達法を実現することがでさる。

第 1 2図と第 1 3図に示すように、本発明では、ネットヮーク内にあるノードは、受信状態（R X )と送信状態（T X )を交互に繰り返すとなるものとする。

例えば、第 1 2図では、タイムスロット nにおいて、経路 H上のノード H ( k ± l ) 及び経路 V上のノード V ( k 土 1 ) が送信状態にあり、その他のノードは受信状態にある。また、タイムスロット n + 1 において、交差点ノード C、経路 H上のノード H ( k ± 2 ) 及び経路 V上のノード V ( k ± 2 ) が送信状態にあり、その他の.ノードは受信状態にある 5

本発明では、交差点ノード C及びその隣接ノード以外のノードは、実施形態 1及び実施形態 2 に詳細に説明した 1 次元 M I M Oネットワークコーディングを行う。

よって、以下では、交差点ノード及びその隣接ノードの送受信ァルゴリズム（即ち、 2次元ネットワークコーディング）について述べる。

本発明では、以下の標記を用いる。ノード Wのタイムスロット nのときのフロー Lは、 ( と表す。例えば、ノード Cのタイムスロット n のときの前向きフローは、後向きフローは、下向きフローは、上向きフローはとそれぞれ表わす。

また、送信ノードが一つのアンテナ（二つのアンテナ）で信号を送信するとき、送信ノード（T )と受信ノード（R )の間のチャネル応答べタトル（行列）は、 h^RT e C^M ( H^RT€ C^Mxl )と表す。そして、ノード Rにおける平均 0、分散び ²1の雑音べクトルは n^R e C^mと表す。

さらに、情報フロー L上のノード { W ( 1 ) , W ( 2 ) , · · · , W ( Ν ) } では、情報はノード W ( k - 1 ) から W ( k ) へ流れるため、下記数式が成り立つ。

【数 3 7 】

本発明では、上記数 3 7 で表す関係を「フロー不変の法則」と呼ぶ。フローとそのフローに一致するノードのセットを表 1 に示す。

【表 1 】モデル 2DMNC1 2DMNC2

Η ( -2), H(k-\), C, Η ( +1), Η(Λ+2), H(k+3) H (ん -2 H{k-\), V (ん -1), H(k+\),攀 2), H(k+3)

H(k+2), U(k+\), C, H(A-l), H(A-2), H(k-3) H(k+2), H (ん +1), V(A-l), H ( -1), H ( -2), H(k-3)

V(k+2), V ( +1), C, V(A-l), V(k-2), V(k-3) V(A+2), V(k+\), H ( -1), V(k-\), V(i-2), V(k-3)

V (ん -2 V(/t-l), C, V(A+1 V(k+2), V(k+3) V(jt-2), V ( -1), H(k-\), V ( +1), {k+2), V(k+3) 以下、本発明の第 3実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 3実施形態に係るマルチホップ無線通信システムとは、 2次兀 M I M Oネクヮ一クコディングを用いたク口ス型 ( Cros s type) 2次元マルチホソプ通信システム（ 2 DMN C 1 )であ

第 1 2図に、タイムスロット nにレ、て、本発明の第 3実施形態に係. るク口ス型 2次元マ/レチホップ通信システム（ 2 DMN C 1 )の情報伝達を説明するための模式図を示す第 1 3図に、タイムスロット（ n + 1

) におレヽて本発明の第 3実施形に係るクロス型 2次元マノレチホップ通信システム ( 2 DMN C 1 )の情報伝を説明するための模式図を示すまた、第 1 4図に、タイムス Π ソ卜 nにおいて、本発明の第 3実施形に係るクス（左折 · 右折）型 2次元マルチホップ通信システムの情報伝達を説明するための模式図を示す。第 1 5図に、タイムスロット（ n + 1 ) において、本発明の第 3実施形態に係るクロス（左折 · 右折）型 2次元マルチホップ通信システムの情報伝達を説明するための模式図を示す。

第 1 6 図は、本発明に係る 2次元 M I M Oネットワークコーディングを用いる 2次元マルチホップ通信システムにおけるノード装置（以下、「ノード装置 3」とも言う。）の一構成例を示すブロック図である。第 1 7図は第 1 6図に示すノード装置 3の動作手順を示すフローチャートである。

以下では、第 1 2 図及び第 1 3図に示すクロス型マルチホップ通信システムについて、第 1 6 図及び第 1 7図を参照した上で、 2 DMN C 1 におけるノード（ノード装置）の送受信アルゴリズム（ 2次元 M I M O ネットワークコーディング）を詳細に説明する。

なお、第 1 4図と第 1 5 図に示すクロス（左折 · 右折）型マルチホップ通信システムについては、第 1 2図及び第 1 3 図に示すクロス（直線 ) 型マルチホップ通信システムと全く同様の処理（送受信アルゴリズム ) で、 2次元 M I M Oネットワークコーディングを行うことが可能である。従って、その説明は省略するが、直線的に交差する以外に、 2種類の左折 · 右折型のクロス形態があり、これら 3種類を使い分けたり、切り替えてマルチホップ通信システムを構成することが可能であるのは明らかである。

第 1 6 図に示すように、ノード装置 3は、複数本（ 4本）の M I MO アンテナと、 R F トランシーノく 1 0 0 と、フレーム処理部 1 5 0 と、チャネル推定処理（ S 2 0 0 ) を行うチャネル推定部 3 0 0 と、 M I MO 検波処理（ S 4 0 0 ) を行う M I MO検波部 4 0 0 と、経路 Hにおけるネットワーク復号処理（ S 4 5 1 ) を行う経路 Hにおけるネットワーク復号部 6 0 1 と、経路 Hにおける宛先（中継）制御処理（ S 5 0 1 ) を行う経路 Hにおける中継制御部 7 0 1 と、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理（ S 6 0 1 ) を行う経路 Hにおけるネットワーク符号化部 9 0 1 と、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理（ S 8 0 1 ) を行う経路 Hにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 1 と、経路 Vにおけるネットワーク復号処理（ S 4 5 2 ) を行う経路 Vにおけるネットワーク復号部 6 0 2 と、経路 Vにおける宛先（中継）制御処理（ S 5 0 2 ) を行う経路 Vにおける中継制御部 7 0 2 と、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理（ S 6 0 2 ) を行う経路 Vにおけるネットワーク符号化部 9 0 2 と、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理（ S 8 0 2 ) を行う経路 Vにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 2 とを備える。なお、図示されていないが、ノード装置 3 は、データ信号等を格納 · 保存するための記憶手段（メモリ）を備える。

第 1 6 図に示すように、ノー装置 3は、経路 Hにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 1 から出力された経路 Hの無耩送信信号と、経路 V におけるトレーニング信号付加部 1 1 0 2から出力された経路 Vの無線送信信号を、 R F トランシーバ 1 0 0 を経由して M I M Oアンテナにて無線送信するとともに、 R F トランシーノく 1 0 0 とフレーム処理部 1 5

0 を経由して M I M〇アンテナにて無線受信した無線受信信号を M I M

O検波部 4 0 0に入力し、無線受信した卜レニング信号をチャネル推定部 3 0 0に入力する。

第 1 6 図に示すように、 R F 卜ランシ一ノく 1 0 0は、ノード装置 3が受信状態のときは、アンテナで受信したァナ口グ信号をダウンコンバートし、デジタル信号として、受信処理部 (フレーム処理部 1 5 0 ) に出力し、また、逆にノード装置 3が达 1目状態のときは、デジタル送信信号

(経路 Hにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 1 から出力された経路

Hの無線送信信号と、経路 Vにねけるトレ一二ング信号付加部 1 1 0 2 から出力された経路 Vの無線送信信号）をァクプコンバートし、アナ口グ信号としてアンテナより出力 (送信）する機能を有する。また、受信処理部（フレーム処理部 1 5 0 ) からはゝデジタル信号である無線受信信号とトレー二ング信号が出力される。

1 7図に示すように、ノード装置 3 において、無線受信したトレー二ング信号から、チャネル推定処理を行い、チャネル情報を推定する（

S 2 0 0 ) 。 S 2 0 0で推定されたチャネル情報と、無線受信した無線受信信号（デ一タ ) とから、 M I M O検波処理を行い、推定シンボルを推定する（ S 4 0 0 ) o

S 4 0 0で推定された前向きリンク及び後向きリンクの推定シンボルから、経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行い、経路 Hの中継信号を生成する（ S 4 5 1 ) 。そして、生成された経路 Hの中継信号（ネッ卜ヮ一ク復号したテータ）が自ノード宛の信号である力、又は、他ノー mの信号であるかを判断する経路 Hにおける中継（宛先）制御処理（

S 5 0 1 ) を行い、生成された経路 Hの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された +曰合に、つまり、ノード装置 3 自身（自ノード）が宛先ノドで.あるため、ノード装置 3 の処理は終了する。

一方、 S 5 0 1 で生成された経路 Hの中継信号が他ノード宛の信号であると判断された +日合に、つまり、自ノードが中継ノードである場合に

、生成された中継信号（ネットワーク復号したデータ）を経路 Hにおける前タィムス D 、ソ送信データとして、次のタイムスロットの経路 Hにおけるネットヮ一ク復号処理を行うために、メモリに保存する。

また、 S 4 0 0で推定された上向きリンク及び下向きリンクの推定シンボルから、経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行い、経路 Vの中継信号を生成する（ S 4 5 2 ) 。そして、生成された経路 Vの中継信号

(ネットワーク復号したデータ）が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する経路 Vにおける中継（宛先）制御処理（ S 5 0 2 ) を行い、生成された経路 Vの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、ノード装置 3 自身（自ノード ) が宛先ノードであるため、ノード装置 3 の処理は終了する。

一方、 S 5 0 2で生成された経路 Vの中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、自ノードが中継ノードである場合に、生成された中継信号（ネットワーク復号したデータ）を経路 Vにおける前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットの経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行うために、メモリに保存する。

次に、送信処理においては、 S 5 0 1 で生成された経路 Hの中継信号から、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理を行い、経路 Hの送信信号を生成する（ S 6 0 1 ) 。

S 6 0 1 で生成された経路 Hの送信信号（経路 Hにおけるネットヮーク符号化された送信データ）に、チャネル推定処理のための経路 Hにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理を行う（ S 8 0 1 ) 。

また、送信処理においては、 S 5 0 2で生成された経路 Vの中継信号から、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理を行い、経路 Vの送信信号を生成する（ S 6 0 2 ) 。

S 6 0 2で生成された経路 Vの送信信号（経路 Vにおけるネットヮーク符号化された送信データ）に、チャネル推定処理のための経路 Vにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理を行う（ S 8 Q 2 ) 。

最後に、 S 8 0 1 でトレーニング信号が付加された経路 Hにおけるネットワーク符号化された送信データと、 S 8 0 2でトレーニング信号が付加された経路 Vにおけるネットワーク符号化された送信データに対し、 M I M O空間多重処理（ S 1 0 0 0 ) を行ってから無線送信信号として送信する。

以上のように、ノード装置 3 は、送受信処理を行い、データ（信号）を中継伝送する。

< 6 — 1 〉タイムスロット n

第 1 2図に示すように、タイムスロット nにおいて、ノード H ( k 土 1 ) とノード V ( k ± 1 ) は送信ノードであり、それぞれの送信信号 s^^k±]\ "は下記数式で表される。

つまり、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 3 8 に基づき行われる。

【数 3 8】

= (ん土 (") + ^ik±1) (") mod q

また、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 3 9 に基づき行われる。

【数 3 9】

Γ) + ") mod

ただし、 q は送信電力を制限するためのラテイス符号の格子サイズである。

これらの送信信号は、送信ノードの 4つのアンテナの一つを用いて送信される。そして、交差点ノード Cにおける受信信号 y^eは下記数 4 0 で表される。

つまり、 4 ストリームの受信信号は、数 4 0によって表される。

【数 4 0】

y ^c = h^CH(A±1) り +∑ h^cv( V ( ') + n^c = H^cs^c + ii^c 【数 4 1 】 hCH ( - l)hCH (ん +l)hCV (ん-り hCV(4+l)

【数 4 2 】 c iT

H(4- 1) H ( +1) V (ん -1) V("l)

^FB "^FB ^UD ^UD ノード Cは、 4つのアンテナを有しているため、送信された 4つのィ1 号は、下記の線形アルゴリズムにより、推定することが可能である。

つまり、 4ストリームの M I MO検波処理は、下記数 4 3 に基づき、行われる。

【数 4 3 】 ' C

ここで、 M M S E受信ウェイトは下記数 4 4 となる。

【数 4 4 】 w^c=r C 4 5 】

また、 Z F受信ウェイトは下記数 4 6 となる

【数 4 6 】

W_r ^L=r_zF[H c

【数 4 7 】 Γ_Ζ Η) = Η(Η )_ ただし、 Pはノードあたりの総送信電力である。また、 σ ²は受信ァンテナあたりの雑音電力である。

(—')("）、、、 —')("）はネットワーク復号とフロー不変の法則により、下記数 4 8〜数 5 1 のように推定することができる。つまり、経路 Ηにおけるネットワーク復号処理は、数 4 8 と数 4 9に基づき、行われる。

【数 4 8 】

【数 4 9 】また、経路 Vにおけるネットワーク復号処理は、数 5 0 と数 5 1 に基づき、行われる。

【数 5 0 】

【数 5 1 】

d ") = ⁺¹⁾ - — "mod?

以上の処理（アルゴリズム）により、ノード cは周囲のノードから送信された四つのフロー（ノード H ( k - 1 ) からの前向きフロー、ノード H ( k + 1 ) からの後向きフロー、ノード V ( k + 1 ) からの下向きフロー、ノード V ( k - 1 ) からの上向きフロー）を受信した。

最後に、ノード Cは受信した信号の宛先を確認し、自ノード宛でない場合は、以下の中継制御を行う。

つまり、経路 Hにおける中継制御処理は、数 5 2 と数 5 3 に基づき、行われる。

【数 5 2 】 ("+ι) ^ (")(")

【数 5 3 】

また、経路 Vにおける中継制御処理は、数 5 4 と数 5 5 に基づき、行われる。

【数 5 4 】 (" +

【数 5 5 】 (" + l)=i ⁺¹)(")

< 6 — 2 >タイムスロット（ n + 1 )

第 1 3図に示すように、次のタイムスロット（ n + 1 ) では、ノード Cは送信ノードになる。送信ノードは、周囲のノードからタイムスロット nで受信した信号をネットワークコーディングする。経路 H上のノードは経路 V上の信号についての情報を有しておらず、経路 V上のノードも経路 H上の信号についての情報を有していない。

そこで、ノード Cにおいて、前向きと後向きフロー及び下向きと上向きフローが、それぞれ下記数 5 6 、数 5 7のように、ネットワークコーディングされる。 6

つまり、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 5 6 に基づき、行われる。

【数 5 6 】

5pn = 5p (« + 1) + s {n + 1) mod q

また、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 5 7 に基づき、行われる。

【数 5 7 】

= s^ in + X) -^ s^ n + \) mod q

ノード Cは複数アンテナ（ 4本）をもっているため、経路 H上のネットワークコーディングされた信号と経路 V上のネットワークコーディングされた信号を、任意の二つのアンテナから空間多重送信することがでさる。

つまり、 2 ストリーム空間多重送信処理は、下記数 5 8 に基づき、行われる。

【数 5 8 】

さらに、同じタイムスロットにおいて、ノード H ( k ± 2 ) とノード V ( k ± 2 ) は送信ノードであり、それらのネットワークコーディングされた送信信号は、下記数 5 9 、数 6 0で与えられる。

つまり、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 5 9 に基づき、 ί亍われる。

【数 5 9 】

S^^k±2) = 5_Ρ ^{Η( Λ±2)} (" + 1) + ^±2) (" + 1) mod q

また、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 6 0 に基づき、行われる。

【数 6 0 】

±^2> = ^ik±2) (" +り + ( ²) (n + \)modq

ノード H ( k ± l ) (同様に V ( k ± l ) )の受信信号は、下記数 6 で与えられる。

つまり、 3ストリームの受信信号は下記数 6 1 で表す。

【数 6 1 】

yH(A±l) _ H^h ( ±1 H (ん ±1) _+nH ( ±1)

【数 6 2 】

H H(t±l)

【数 6 3 】

H (ん ±1) C „ ±2) 数 6 1 では、送信信号は線形受信ウェイトを用いることで検出できる検出された信号は下記数 6 4 で与えられる。

つまり、 M I MO検波処理は、下記数 6 4 に基づき、行われる。

【数 6 4 】

'Η(Α±1) «C «C ( ±2) ^r ₌ i_W り _Η ( 1) ただし、 MM S Εの場合は \\ ^Η(^ω) = Γ_ΜΜ5Ε( ^Η( );)であり、 Z Fの場合は ^^Η(Α±') ₌ Γ_ΖΡ ^Η( ))である。

s,sと ^H(*^±2)から、ノード H ( k ± l ) は所望の前向きと後向きフローの情報を復号することができる。

つまり、経路 Hにおけるネットワーク復号処理は、下記数 6 5 〜数 6 8 に基づき、行われる。

【数 6 5 】

s^c _F(n + l) = s^c _FB-s^^k+ (n)modq

【数 6 6 】

【数 6 7 】

【数 6 8 】

^( -²)(" + 1) = ²⁾ Γ— ') (") mod

ここで、は経路 H上のフローではないため、ノード H ( k ± 1 ) で復号処理は行わない。

最後に、ノード H ( k ± l ) は受信した信号の宛先を確認し、自ノード宛でない場合は以下の中継制御を行う。

つまり、経路 Hにおける中継制御処理は、下記数 6 9〜数 7 2 に基づき、行われる。

【数 6 9 】 (ん +')(" + 2) +1) 【数 7 0 】

【数 7 1 】 - ')(" + 2)二 +1)

【数 7 2 】

同様に、 f 5_Dと ^^±2)から、ノード V ( k ± l ) は所望の下向きフローと上向きフローの情報を復号および中継制御することができる。

本発明では、上述した処理を偶数および奇数のタイムスロットで繰り返すことにより、単一チャネルで二次元の双方向フローのマルチホップ中継を実現する。

< 7 〉本発明の第 4実施形態に係るマルチホップ無線通信システム（ 2 次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを用いたクロス型（ Cross type) 2次元マノレチホップ通信システム（ 2 D S T B C M N C 1 ) )

以下、本発明の第 4実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 4実施形態に係るマルチホップ無線通信システムとは、 2次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを用いたクロス型（Cross type) 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B CMN C 1 )である。

つまり、本発明の第 4実施形態に係るクロス型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B C MN C 1 )では、本発明の第 3実施形態に係るクロス型 2次元マルチホップ通信システム（2 DMN C 1 )に、 S T B C 処理（ S T B C機能）を組合わせることで、より信頼性の高いマルチホップ中継を実現することが可能となる。

ただし、 2 D S T B C M N C 1 では、交差点ノードとそれに隣接するノード以外のノードは、実施形態 2 に詳細に説明した 1 次元 S T B C _ M I MOネットワークコーディングを行ってレ、るとする。第 1 8図は、本発明に係る 2次元 M I M Oネットヮークコ一ディングを用いる 2次元マノレチホップ通 1aシステムにおけるノード装置（以下、

「ノードお置 4」とも言う ) の一構成例を示すブロック図である。第

1 9図は第 1 8図に示すノド装置 4 の動作手順を示すフ口一チャートである。

第 1 6 図に示すノ一ド装置 3 と比較すれば分かるように、ノ一ド装置

4は、ノ一装置 3 に S Τ Β C機能を追加して構成され S T B C機能を除いて、ノード装置 4の構成や動作は、基本的にノ一ド装置 3 と同じである

以下では、第 1 2図及び第 1 3図に示すクロス型マノレチホップ通信システムにつレ、て、第 1 8 図及び第 1 9 図を参照した上で、 2 D S T B C

M N C 1 にけるノ一ド（ノ一ド装置 ) の送受信ァルゴリズム（ 2次元

S T B C ― Μ I Μ Οネットフ一クコ ' ~デイング）を詳細に明する。第 1 8 図に示すように、ノ一ド装置 4は、複数本（ 4本）の M I M O アンテナと、 R F トランシ一ノく 1 0 0 と、フレーム処理部 1 5 0 と、 S

T B C受信テータ生成処理 ( S 1 0 0 ) を行う S T B C受信データ生成部 2 0 0 と、チャネル推定処理（ S 2 0 0 ) を行うチャネル推定部 3 0 0 と、 S T B Cチャネル行列生成処理（ S 3 0 0 ) を行う S T B Cチヤネル行列生成部 5 0 0 と、 M I MO検波処理（ S 4 0 0 ) を行う M I M O検波部 4 0 0 と、経路 Hにおけるネットワーク復号処理（ S 4 5 1 ) を行う経路 Hにおけるネットワーク復号部 6 0 1 と、経路 Hにおける宛先（中継）制御処理（ S 5 0 1 ) を行う経路 Hにおける中継制御部 7 0 1 と、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理（ S 6 0 1 ) を行う経路 Hにおけるネットワーク符号化部 9 0 1 と、経路 Hにおける S T B C送信データ生成処理（ S 7 0 1 ) を行う経路 Hにおける S T B C送信データ生成部 1 0 0 1 と、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理（ S 8 0 1 ) を行う経路 Hにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 1 と、経路 Vにおけるネットワーク復号処理（ S 4 5 2 ) を行う経路 Vにおけるネットワーク復号部 6 0 2 と、経路 Vにおける宛先（中継）制御処理（ S 5 0 2 ) を行う経路 Vにおける中継制御部 7 0 2 と、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理（ S 6 0 2 ) を行う経路 Vにおけるネットワーク符号化部 9 0 2 と、経路 Vにおける S T B C送信データ生成処理（ S 7 0 2 ) を行う経路 Vにおける S T B C送信データ生成部 1 0 0 2 と、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理（ S 8 0 2 ) を行う経路 Vにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 2 とを備える。なお、図示されていないが、ノード装置 4は、データ信号等を格納 · 保存するための記憶手段（メモリ）を備える。

第 1 8 図に示すように、ノード装置 4は、経路 Hにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 1 から出力された経路 Hの無線送信信号と、経路 V におけるトレーニング信号付加部 1 1 0 2から出力された経路 Vの無線送信信号を、 R F トランシーバ 1 0 0 を経由して M I MOアンテナにて無線送信するとともに、 R F トランシーバ 1 0 0 とフレーム処理部 1 5 0 を経由して M I MOアンテナにて無線受信した無線受信信号を S T B C受信データ生成部 2 0 0 に入力し、無線受信したトレーニング信号をチャネル推定部 3 0 0 に入力する。

第 1 8 図に示すように、 R F トランシーノく 1 0 0は、ノード装置 4が受信状態のときは、アンテナで受信したアナログ信号をダウンコンパ一トし、デジタル信号として、受信処理部（フレーム処理部 1 5 0 ) に出力し、また、逆にノード装置 4が送信状態のときは、デジタル送信信号 (経路 Hにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 1 から出力された経路 Hの無線送信信号と、経路 Vにおけるトレーニング信号付加部 1 1 0 2 から出力された経路 Vの無線送信信号）をアップコンバートし、アナ口グ信号としてアンテナより出力（送信）する機能を有する。また、受信処理部（フレーム処理部 1 5 0 ) からは、デジタル信号である無線受信信号とトレーニング信号が出力される。

第 1 9図に示すように、ノード装置 4 において、無線受信した無線受信信号（データ）から、 S T B C受信データ生成処理を行い、 S T B C 受信データを生成する（ S 1 0 0 ) 。無線受信したトレーニング信号から、チャネル推定処理を行い、チャネル情報を推定する（ S 2 0 0 ) 。 S 2 0 0で推定されたチャネル情報から、 S T B Cチャネル行列生成処理を行い、 S T B C等価チャネル行列を生成する（ S 3 0 0 ) 。

S 3 0 0で生成された S T B C等価チャネル行列と、 S 1 0 0で生成された S T B C受信データとから、 M I MO検波処理を行い、推定シンボルを推定する（ S 4 0 0 ) 。

S 4 0 0で推定された前向きリンク及び後向きリンクの推定シンボルから、経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行い、前向きリンク及び後向きリンクの連続する 2 シンボルの経路 Hの中継信号を生成する（ S 4 5 1 ) 。そして、生成された経路 Hの中継信号（ネットワーク復号したデータ）が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する経路 Hにおける中継（宛先）制御処理（ S 5 0 1 ) を行い、生成された経路 Hの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、ノード装置 4 自身（自ノード）が宛先ノードであるため、ノード装置 4 の処理は終了する。

一方、 S 5 0 1 で生成された経路 Hの中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、自ノードが中継ノードである場合に、生成された経路 Hの中継信号（ネットワーク復号したデータ）を経路 Hにおける前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットの経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行うために、メモリに保存するまた、 S 4 0 0 で推定された上向きリンク及び下向きリンクの推定シンボルから、経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行い、上向きリンク及び下向きリンクの連続する 2 シンボルの経路 Vの中継信号を生成する（ S 4 5 2 ) 。そして、生成された経路 Vの中継信号（ネットワーク復号したデータ）が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する経路 Vにおける中継（宛先）制御処理（ S 5 0 2 ) を行い、生成された経路 Vの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、ノード装置 4 自身（自ノード）が宛先ノードであるため、ノード装置 4 の処理は終了する。

一方、 S 5 0 2で生成された経路 Vの中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合に、つまり、自ノードが中継ノードである場合に、生成された経路 Vの中継信号（ネットワーク復号したデータ）を経路 Vにおける前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットの経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行うために、メモリに保存する次に、送信処理においては、 S 5 0 1 で生成された経路 Hの中継信号から、連続する 2 つの送信シンボルの経路 Hにおけるネットワーク符号化処理を行い、連続する 2 つの経路 Hの送信信号を生成する（ S 6 0 1

) o

S 6 0 1 で生成された経路 Hの送信信号（経路 Hにおけるネットヮーク符号化された送信データ）から、経路 Hにおける S T B C送信データ生成処理を行い、経路 Hにおける S T B C送信データを生成する（ S 7 0 1 ) 。 S 7 0 1 で生成された経路 Hにおける S T B C送信データに、チャネル推定処理のためのトレーニング信号を付加して、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理を行う（ S 8 0 1 ) 。

また、送信処理においては、 S 5 0 2で生成された経路 Vの中継信号から、連続する 2つの送信シンボルの経路 Vにおけるネットワーク符号化処理を行い、連続する 2つの経路 Vの送信信号を生成する（ S 6 0 2

S 6 0 2で生成された経路 Vの送信信号（経路 Vにおけるネットヮーク符号化された送信データ）から、経路 Vにおける S T B C送信データ生成処理を行い、経路 Vにおける S T B C送信データを生成する（ S 7 0 2 ) 。 S 7 0 2で生成された経路 Vにおける S T B C送信データに、チャネル推定処理のためのトレーニング信号を付加して、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理を行う（ S 8 0 2 ) 。

最後に、 S 8 0 1 でトレーニング信号が付加された経路 Hにおける S T B C送信データと、 S 8 0 2でトレーニング信号が付加された経路 V における S T B C送信データに対し、 M I MO空間多重処理（ S 1 0 0 0 ) を行ってから無線送信信号として送信する。

以上のように、ノード装置 4は、送受信処理を行い、データ（信号）を中継伝送する。

< 7 — 1 >タイムスロット n

第 1 2図に示すように、タイムスロット nにおいて、ノード H ( k 土 1 ) 及びノード V ( k ± 1 ) が送信ノードになり、ノード Cが受信ノードになる。ノード H ( k ± l ) 及びノード V ( k ± l ) の連続する 2つの送信シンボルは、下記数 7 3〜数 7 6で表される。

つまり、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 7 3、数 7 4に基づき行われる。

【数 7 3】

【数 7 4】

= ) (") + 士¹) (n) mod q

また、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 7 5 、数 7 6 に基づき行われる。

【数 7 5】

【数 7 6】ただし、 ^ はそれぞれ前向きフロー（前向きリンク）と後向きフロー（後向きリンク）の第 1 シンボルであり、 , ί ⁾はそれぞれ上向きフロー（上向きリンク）と下向きフロー（下向きリンク）の第 1 シンボルである。また、 4^(ί ，はそれぞれ前向きフローと後向きフローの第 2 シンボルであり、 ^^ ， ^"はそれぞれ上向きフローと下向きフローの第 2 シンボルである。

ノード H ( k ± l ) 及びノード V ( k ± l ) において、 S T B C処理された送信信号は下記数 7 7 、数 7 8 となる。

つまり、経路 Hにおける S T B C送信データ生成処理は、下記数 7 7 に基づき、行われる。

【数 7 7】、H ±1) H (ん ±1)

'FBI S

X H(k±l) _ FB2

H ±1) — f_pH ±1)

S FB2 S FBI また、経路 Vにおける S T B C送信データ生成処理は、下記数 7 8 基づき、行われる。

【数 7 8 】

、V ( ±1) V ( ±1)

'UDl S UD2

X V(A±1) .

，V (ん ±1) V ( ±1)

'UD2 S UDl そして、受信ノード Cの 2 シンボルにわたる受信信号行列 Y^cは、下記数 7 9 で表される。

つまり、 S T B C処理された 4ストリームの受信信号は、数 7 9 によつて表される。

【数 7 9 】

Λ C _ヽ JJHAH( ±1)^H(/C±1)十、 _xrHkV(k+l)^V( :±l) ₊ j C 次に、受信信号行列を下記数 8 0 に基づき、ベクトル化する。

つまり、 S T B C受信データ生成処理は、下記数 8 0に基づき、行われる。

【数 8 0 】

C 、/C(' v^c

ただし、 y, である上記数 8 0 で表す受信信号べクトルは、 S T B C等価チャネル行列を用いて、下記数 8 1 によって表現できる 72

【数 8 1

y H +

ただし、下記数 8 2〜数 8 6が成立する。

つまり、 S T B Cチャネル行列生成処理は、下記数 8 2〜数 8 6 に基づき、行われる。

【数 8 2 】

(ん- 1)

(A- 1) (ん一¹)

(ん -り Hcv +i)

"e41

【数 8 3 】

【数 8 4 】

eC— J" H (んー 1) H ( - 1) H (ん +1) H ( +1) V ( - 1) V(4- l) V ( +1) V ( +1)"|7"

*e ^— L^FBl ^Λ?Β2 ^FBl ^Λ¥Β2 "^UDl ^ΛυΌ2 ^UDl ^ύυϋ2 」

【数 8 5 】

【数 8 6 】

ノード Cは S T B Cにより等価的に八つのアンテナを有しているため、送信された 2 シンボルにわたる八つの信号は、下記の線形アルゴリズムにより推定することが可能である。つまり、 M I MO検波処理は、下記数 8 7 に基づき、行われる

【数 8 7 】

C —「 AH ( — 1) _ΛΗ(Α-1) _ΛΗ (ん +1) vH (ん +1) _Λ V — 1) -V(A-l) V(k+V) ^V(k+l)-,T

S e - 2 5 FBI ^FB2 ^UDl ^UD2 S JO\ S JO2 J

M M S E受信ウェイト W は下記数 8 8 となる

【数 8 8 】

【数 8 9 】

「_eMMSE ( ^H、 ⁼

また、 Z F受信ウェイトは下記数 9 0 となる

【数 9 0 】

W ^VTr =Γ ¹ eZF Η

【数 9 1 】 r_eZFiH ただし、 Pはノードあたりの総送信電力である。また、 σ ²は受信ァンテナあたりの雑音電力である。

推定されたシンボルから、 2 D M N C 1 と同様に、各フローの'信号を復号することができる。

つまり、経路 Ηにおけるネットワーク復号処理は、下記数 9 2〜数 9 5 に基づき、行われる。【数 9 2 】

【数 9 3 】

= s^₂-^l) - 4 (n - 1) mod q

【数 9 4 】

【数 9 5 】

= - ("- l)mod

また、経路 Vにおけるネットワーク復号処理は、下記数 9 6〜数 9 9 に基づき、行われる。

【数 9 6 】

【数 9 7 】

【数 9 8 】

^⁺¹⁾(") = i¾⁺¹⁾- l)mod

【数 9 9 】

= s i^k ₂ ^+l)― s_m ^c {n― 1) mod q

つまり、経路 Hにおける中継制御処理は、下記数 1 0 0〜数 1 0 3に基づき、行われる。

【数 1 0 0 】

4(" +1)= ')("）【数 1 0 1 】 2("+ι) ^ ")(")

【数 1 0 2 】

4("+ι) ^ ί"')(")

【数 1 0 3 】

また、経路 Vにおける中継制御処理は、下記数 1 0 4〜数 1 0 7 に基づき、行われる。

【数 1 0 4 】

4 ("+ι)=

【数 1 0 5 】

【数 1 0 6 】

【数 1 0 7 】 ("+1)=^(₂"')(")

< 7 — 2 〉タイムスロット（ η + 1 ) 第 1 3 図に示すように、次のタイムスロット（ n + 1 ) では、ノード H ( k ± 2 ) 、ノード V ( k ± 2 ) 及びノード Cが送信ノードになり、ノード H ( k ± l ) 及びノード V ( k ± l ) が受信ノードになる。ノード Cにおいて、前向きフローと後向きフローおよび上向きフローと下向きフローの連続する 2つの送信シンボルは、下記数 1 0 8〜数 1 1 1 に基づきそれぞれネットワークコーディングされる。

つまり、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 1 0 8、数 1 0 9 に基づき、行われる。

【数 1 0 8 】

5p_B1 二 5p, ^ + 1) + s_Bl (n + 1) mod q

【数 1 0 9 】

广

2 - s_m \ i + 1) mod q

また、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 1 1 0、数 1 1 1 に基づき、行われる。

【数 1 1 0】

= ^SDI (" + 1) + (" + 1) mod q

【数 1 1 1 】

5^_D2 = 5p₂ n + \) + s_m(n + 1) moa a

また、ノード H ( k ± 2 ) 及びノード V ( k ± 2 ) の連続する 2つの送信 2 シンボルも、下記数 1 1 2〜数 1 1 5 に基づき、それぞれネットワークコーディングされる。

つまり、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 1 1 2、数 1 1 3 に基づき、行われる。

【数 1 1 2 】 FBI^±2> -― ^JF1 ²) (" + + i^k±2) (" + 1) mod q

【数 1 1 3.】

s ^±2) = ^±2) + + ¾^{H ±2)} (" + 1) mod q

また、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理は、下記数 1 1 4 、数 1 1 5 に基づき、行われる。

【数 1 1 4 】

= ^^±2) (" +り + ^k±2) (" + 1) mod q

【数 1 1 5 】

) = ¾Γ²⁾ (" + 1) + 2^±2) (" + 1) mod q

ノード Cでは、ネットワーク符号化された経路 Hおよび経路 Vの信号が、下記数 1 1 6 、数 1 1 7 に基づき、それぞれ S T B C処理される。つまり、経路 Hにおける S T B C送信データ生成処理は、下記数 1 1

6 に基づき、行われる。

【数 1 1 6 】

I また、経路 Vにおける S T B C送信データ生成処理は、下記数に基づき、行われる。

【数 1 1 7 】

ノード Cでは、 S T B C処理された経路 Hおよび経路 Vの 2 ストリームの信号を 4つのアンテナを用いて空間多重送信する。つまり、 S T B C処理された 2ストリームの空間多重送信処理は、下記数 1 1 8 に基づき、行われる。

【数 1 1 8】

また、ノード H ( k ± 2 ) 及びノード V ( k ± 2 ) でも、下記数 9、数 1 2 0 に基づき、それぞれ S T B C処理が行われる。

つまり、経路 Hにおける S T B C送信データ生成処理は、下記数 9 に基づき、行われる。

【数 1 1 9 】

H ( ±2) H ( ±2)

S FBI S

}1(ん±2) FB2

X

H ±2) „Η(Λ±2)

'FB2 ^FBl また、経路 Vにおける S T B C送信データ生成処理は、下記数 1 2 0 に基づき、行われる。

【数 1 2 0】

V ( ±2) V(4±2)

S UD1 S

V ( ±2) UD2

X

V ( ±2) V(t±2)

S UD2 S UD1 受信ノード H ( k ± 1 ) の 2 シンボルにわたる受信信号行列は下記数 1 2 1 で表される。また、ノード V ( k ± l ) も同様に与えられる。つまり、 S T B C処理された 3 ストリームの受信信号は、下記数 1 2 1 で表される。

【数 1 2 1 】

γΗ ( ±1) _ JJH(A±1)C^C十 H^H (ん ±1)H (ん ±2)yH (ん ±2) +

次に、受信信号行列を下記数 1 2 2 に基づき、ベクトル化する。

つまり、 S T B C受信データ生成処理は、下記数 1 2 2に基づき、われる。

【数 1 2 2 】〔y H (ん ±1)

ただし、下記数 1 2 3が成立する

【数 1 2 3 】 (ん ±1)

上記数 1 2 2で表す受信信号べクトルは、 S T B C等価チャネル行列 Η^_±1)を用いて、下記数 1 2 4 によって表現できる。

【数 1 2 4 】

yH ±1) _ ±1)_SH ±1) ( ±1) ただし、下記数 1 2 5〜数 1 2 9 が成立する。

つまり、 S T B Cチャネル行列生成処理は、下記数 1 2 5〜数 1 2 9 行に基づき、行われる。

【数 1 2 5 】

rrH(A±l)C UB(k+\)C HH ±1)H ±2)

nell ⁿel3 ⁿell

JJH(A±1)C JJH(4±1)C H^H ( 土¹) ^Η(Α^±2)

H(A±1)

H

JJH(4±1)C JJH ( ±1)C JJH ±1)H ( ±2)

JJH ( ±1)C JJH ( ±1)C H^H (ん土り ^H(4土²)

【数 1 2 6 】 80

【数 1 2 7 】

eH(/t±l)一

Se ―

【数 1 2 8 】 n H(*±l) n H(A±1)Y„ nH(Ar±l)Y f _nH(Ar±l) )ゾ „ nH(i±l) )

【数 1 2 9 】

ノード H ( k ± l ) は S T B Cにより等価的に八つのアンテナを有しているため、送信されたシンボルにわたる六つの信号は、下記の線形ァルゴリズムにより推定することが可能である。

つまり、 M I MO検波処理は、下記数 1 3 0 に基づき、行われる。【数 1 3 0 】

H(A H

±1)〗"、，H()t±l)

= W_r ^m¾±u y ここで、 MM S E受信ウェイト \^^Η( )は下記数

【数 1 3 1 】

_WH (ん ±1) _ _Γ

T^, r — 1 eMMSE

また、 Z F受信ウェイトは下記数 1 3 2 となる。

【数 1 3 2 】 8

推定されたシンボルから、 2 D M N C 1 と同様に、各フローの信号を復号することができる。

つまり、経路 Hにおけるネットワーク復号処理は、下記数 1 3 3〜数 1 4 0に基づき、行われる。

【数 1 3 3】

^ + l) = ^_B1-5^⁺¹⁾(^)mod_¾

【数 1 3 4 】

【数 1 3 5】

= ⁺²)- ⁺¹)(")m。

【数 1 3 6 】

^⁺²)(" +1) = ⁺²)- )(")mod

【数 1 3 7】

5BI(" + 1)-5FBI- ') (") mod q

【数 1 3 8 】

sm{n + 1) = _B2— ^_1) (") mod q

【数 1 3 9】

【数 1 4 0】

mod q

ここで、 5_D1, _D2は経路 H上のフローではないため、ノード H ( k 土 1 ) で復号処理は行わない。

つまり、経路 Hにおける中継制御処理は、下記数 1 4 1 〜数 1 4 8 基づき、行われる。

【数 1 4 1

0 + 2二

【数 1 4 2

H ( +1)

S F2 0 + 2二 ₂(" + 1)

【数 1 4 3

H ( +1) 0 + 2二

【数 1 4 4

0 + 2二 O i)

【数 1 4 5

H 一 1)

S B1 0 + 2

【数 1 4 6

H — 1)

S B2 0 + 2

【数 1 4 7

0 + 2 -Η(λ-2)

二 S Fl

【数 1 4 8

同様に、 _D1， SD₂と iT²⁾J^^±2)から、ノード v ( k ± i ) は所望の下向きフローと上向きフローの情報を復号および中継制御することができる

本発明では、上述した処理を偶数および奇数のタイムスロットで繰り返すことにより、単一チャネルで二次元の S T B C処理された双方向フローのマルチホップ中継を実現する。

< 8 〉本発明の第 5実施形態に係るマルチホップ無線通信システム（ 2 次元 M I MOネットワークコーディングを用いたロータリ一型（Rotary type) 2次元マノレチホップ通信システム（ 2 DMN C 2 ))

以下、本発明の第 5実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 5実施形態に係るマルチホップ無線通信システムとは、 2次元 M I MOネットワークコーディングを用いたロータリー型（Rotary type) 2次元マルチホップ通信システム（2 DMN C 2 )である。

本発明の第 5実施形態に係るロータリー型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 DMN C 2 )では、第 2 0図と第 2 1 図に示すロータリー型のネットワークトポロジーを有する。第 2 0図と第 2 1 図から分かるよう ^;. に、交差点ノード Cは存在しないため、周囲の 4つのノードが経路 Hと経路 Vの情報フローの中継を行う。

例えば、ノード V ( k + 1 ) は、タイムスロット nで経路 Hと経路 V のどちらの情報も受信し、タイムスロット（ n + 1 ) で、経路 V と経路 Hの二つのストリームをブロードキャストする。ノード H ( k - 1 ) も同様であ o また、経路 Hの情報フローの中継には、ノード V ( k + 1

) または V ( k 一 1 ) のどちらか品質の良い一方を用いることができる

。同様に、また経路 Vの情報フローの中継には、ノード H ( k + 1 ) または H ( k 一 1 ) のどちらか P

PP質の良い一方を用いることがでさここでは、ノード V ( k + 1 ) および H ( k - 1 ) が中継に用レ、られる場合の説明をする。このとさの伝送サイクルは、次のようにな。

2 0 図に示すように、タィムスロット nでは、ノード H ( k ± 1 ) 、ノ一 ( k 士 3 ) 、ノ一ド V ( k ± 2 ) は送信ノードであり、その他のノードは受信ノードである ο

次のタィムスロット ( n + 1 ) では、第 2 1 図に示すように、送信ノ一ドは受信ノ一ドにな、信ノ一ドは送信ノードとなる。

ただし、 2 D M N C 2 では、ロータリーノードおよびその隣接ノード以外のノ一ドは、実施形態 1及び実施形態 2 に詳細に説明した 1 次元 Μ

I M Oネッ卜ワークコ一ァィングを行っているとする。

以下では、 2 D M N C 2 におけるロータリーノードおよびその隣接ノ一ドの送ス aアルゴリズム ( 2次元 M I M Oネットワークコー Vィング

) について述ベる。

< 8 — 1 >タィムス口ッ卜 n

第 2 0図に示すように、タィムスロット nのとき、ノード H ( k - 1

) は、経路 Hの前向きフ口及び後向きフローをネットワーク符号化し

、送信信号 _Β ^(Α_1)を生成する。また、ノード Η ( k - 1 ) は、同時に、経路 Vの上向きフロー及び下向きフローをネットワーク符号化し、送信信号 ^ ^ = を生成する。次に、ノード H ( k - 1 ) は、生成された *— "とりの 2ストリームを空間多重送信する。同時に、ノード H ( k + 1 ) は、経路 Hの前向きフロー及び後向きフローをネットワーク符号化して、送信信号を生成する。同様に、ノード H ( k — 3 ) は 5_F ^H _B( — ³)を生成し送信する。また、ノード V ( k 土 2 ) は、上向きフロー及び下向きフローをそれぞれネットワーク符号化して ^^ ^±2)を生成して送信する。

このとき、ノード V ( k + 1 ) は、ノード H ( k ― 1 ) から 2 ストリ一ム、ノード H ( k + 1 ) から 1 ストリ一ム、ノ一 K V ( k + 2 ) 力ら

1 ス卜 y一ムの計 4 ストリ一ムを受信し、 M I M O検波処理を行い、ネク卜ヮク復号処理を行い、中継制御処理を行ラことで、次のタイムス

D ッ卜の前向き · 後向きおよび上向き · 下向きの 4 つのフを生成す一方、ノード V ( k — 1 ) は、同様に、ノ ¹— K H ( k一 1 ) から 2 ストリーム、ノード H ( k + 1 ) から 1 ストリム、ノ一ド V ( k 一 2 ) から 1 ストリームの計 4 ス h Vームを受信し、 M I M O検波処理を行うが、経路 Hの信号は破棄し、経路 Vの信号のみに対してネッ卜ワーク復号処理 · 中継制御処理を行レ、、次のタイムスクの上向さ · 下向きの

2 つのフ口一を生成する。

また、ノード H ( k - 2 ) は、ノード H ( k ― 1 ) から 2 ストリーム

、ノード H ( k一 3 ) 力ら 1 ストリームの計 3 ス卜リ一ムを受信し、 M

I M O検波処理を行う力経路 Vの信号は破棄し、経路 Hの信号のみに対してネットワーク復号処理 • 中継制御処理を行い、次のタィムスロットの前向き ' 後向きの 2つのフ口一を生成する o

< 8 - 2 〉タイムスロット ( n + 1 )

第 2 1 図に示すように、タィムスロット（ n + 1 ) のとさ、ノード V ( k + 1 ) は、経路 Vの上向き及び下向きフローをネットワーク符号化し、送信信号 ^ を生成する。また、ノード V ( k + 1 ) は、同時に、経路 Hの前向き及び後向きフローをネットワーク符号化し、送信信号 = ^^⁺¹)を生成する。次に、ノード V ( k + 1 ) は、生成された ^ との 2 ストリームを空間多重送信する。

同時に、ノード V ( k - 1 ) は、経路 Vの上向きフロー及び下向きフローをネットワーク符号化して、送信信号を生成する。同様に、ノード V ( k + 3 ) は s^ⁱ⁺³⁾を生成し送信する。また、ノード H ( k 土 2 ) は、前向きフロー及び後向きフローをそれぞれネットワーク符号化して ^(4±2)を生成して送信する。

このとき、ノード H ( k — 1 ) は、ノ一ド V ( k + 1 ) から 2 ストリ一ム、ノード V ( k _ 1 ) から 1 ストリーム、ノ一ド H ( k一 2 ) 力ら

1 ストリームの計 4 ス卜ームを受信し、 M I M o検波処理を行い、ネクトヮーク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタイムス口ットの前向き · 後向きおよび上向き · 下向きの 4つのフロ一を生成する。

一方、ノード H ( k + 1 ) は、同様に、ノード V ( k + 1 ) から 2 ストリーム、ノード V ( k - 1. ) 力ら 1 ストリーム、ノード H ( k + 2 ) から 1 ストリームの計 4 ストリームを受信し、 M I M O検波を行うが、経路 Vの信号は破棄し、経路 Hの信号のみに対してネットワーク復号処理 ' 中継制御処理を行い、次のタイムスロットの前向き · 後向きの 2つのフローを生成する。

また、ノード V ( k + 2 ) は、ノード V ( k + 1 ) から 2 ストリーム、ノード V ( k + 3 ) から 1 ストリームの計 3 ストリームを受信し、 M I M O検波処理を行うが、経路 Hの信号は破棄し、経路 Vの信号のみに対してネットワーク復号処理 · 中継制御処理を行い、次のタイムスロットの上向き ' 下向きの 2つのフローを生成する。

本発明では、以上の処理を偶数および奇数のタイムスロットで繰り返すことにより、単一チャネルで二次元のロータリー型の双方向フローのマルチホップ中継を実現する。

なお、第 1 6 図に示すノード装置 3 を、本発明の第 5実施形態に係るロータリー型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 DMN C 2 )におけるノード（ノード装置）として利用できることは、言うまでも無い。

< 9 >本発明の第 6実施形態に係るマルチホップ無線通信システム（ 2 次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを用いたロータリー型（Rotary type) 2次元マルチホップ通信システム（2 D S T B CMN C 2 ))

以下、本発明の第 6実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 6実施形態に係るマルチホップ無線通信システムとは、 2次元 S T B C—M I MOネットワークコーディングを用いたロータリー型（Rotary type) 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B CMN C 2 )である。

つまり、本発明の第 6実施形態に係るロータリ一型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B C MN C 2 )では、本発明の第 5実施形態に係るロータリー型 2次元マルチホップ通信システム（2 DMN C 2 )に、 S T B C処理（ S T B C機能）を組合わせることで、より信頼性の高いマルチホップ中継を実現することが可能となる。

ただし、 2 D S T B CMN C 2では、ロータリーノードとそれに隣接するノード以外のノードは、実施形態 2 に詳細に説明した 1 次元 S T B C - M I M Oネットワークコーディングを行っているとする。

< 9 - 1 >タイムスロット n

第 2 0図に示すように、タイムスロット nのとき、ノード H ( k - 1 ) は、経路 Hの前向きフロー及び後向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信号 *_Β ⁽ί— と ^—"を計算し、計算した 5 — ^υとを用いて経路 Ηの S T B C送信データを生成する。また、ノード Η ( k - 1 ) は、同時に、経路 Vの上向きフロー及び下向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信 CV ( ― _CH(*-1) „V(*)一 H(A-l) き +筲 1 き"筲 1 ナ' (り一 _C ^H(*-D _c ^v (り― _CH(*-1) 田 6UD1 ^_ ^UDl ^Λυθ2 ^{_ Λ}υϋ2 i_ml - <_ — ^Λυθ2 ^ ^m いて経路 Vの S T B C送信データを生成する。次に、ノード H ( k - 1 ) は、生成された 2つの S T B C送信データを 4つのアンテナを用いて空間多重送信する。

同時に、ノード H ( k + 1 ) は、経路 Hの前向きフロー及び後向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信号

5_F ^H _B ⁽i^+,)と ⁽ ₂ ⁺¹⁾を計算し、計算したと ⁽ ₂*⁺¹⁾を用いて経路 Hの S T B C 送信データを生成して送信する。同様に、ノード H ( k - 3 ) は ^一 ³⁾ と ^— ³⁾を計算し、計算した — ³⁾と 5_F^—³⁾を用いて経路 Hの S T B C送信データを生成して送信する。また、ノード V ( k ± 2 ) は、上向き及び下向きフローの連続する 2 シンボルをそれぞれネットワーク符号化することで、と d^±2)を計算し、計算した s ^±2)と )を用いて経路 V の S T B C送信データを生成して送信する。

このとき、ノード V ( k + 1 ) は、ノード H ( k - 1 ) 力、ら S T B C 処理された 2 ストリーム、ノード H ( k + 1 ) 力、ら S T B C処理された 1 ストリーム、ノード V ( k + 2 ) 力ら S T B C処理された 1 ストリームの計 4 ストリームを受信し、 S T B C受信データと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I M o検波処理を行い、ネッ卜ヮ一ク復号処理を行い、中継制御処理を行ラことで、次のタイムスッ卜の前向き · 後向きおよび上向き · 下向さの 4つのフロ ^■の連 i る 2 シンボ /レを生成する。

一方、ノード V ( k - 1 ) は、同様に、ノード H ( k一 1 ) 力、ら S T

B C処理された 2 ストリ一ムゝノド H ( k + 1 ) から S T B C処理された 1 ストリーム、ノ一ド、 V ( k一 2 ) 力ら S T B C処理された 1 ストリームの計 4 ストリームを受信し、 S T B C受信テ一タと S T B Cチヤネル行列を生成することでゝ M I M o検波処理を行うが、経路 Hの信号は破棄し、経路 Vの信号のみに対してネットヮーク復号処理 • 中継制御処理を行い、次のタイムスクの上向き · 下向きの 2つのフローの連続する 2 シンボルを生成する

また、ノード H ( k - 2 ) は、ノード H ( k — 1 ) から S T B C処理された 2 ストリーム、ノ K H ( k — 3 ) 力、ら S T B C処理された 1 ストリームの計 3 ストリームを受信し、 S T B C受信データと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I M O検波処理を行ラ力 ^s、経路 Vの信号は破棄し、経路 Hの信号のみに対してネットヮ一ク復号処理 · 中継制御処理を行い、次のタイムスク卜の前向き · 後向きの 2つのフローの連続する 2 シンポルを生成する

< 9一 2 〉タイムスロッ卜 ( n + 1 )

第 2 1 図に示すように、タィムスロット、 n + 1 ) のとき、ノード V

( k + 1 ) は、経路 V上の上向さ及び下向きフロ一の連続する 2 シンポルをネットワーク符号化することで、と _s ')を計算し、計算したと ^₂ ^+|)を用いて経路 Vの S T B C送信データを生成する。また、ノード V ( k + 1 ) は、同時に、経路 H上の前向き及び後向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、 = ⁺¹⁾と = 5_F ^V^⁺¹⁾を計算し、計算した = と ^ = を用いて経路 Hの S T B C送信データを生成する。次に、ノード V ( k + 1 ) は、生成された 2つの S T B C送信データを 4つのアンテナを用いて空間多重送信する。

同時に、ノード V ( k - 1 ) は、経路 Vの上向き及び下向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、 s ')とを計算し、計算した ^^ "と ^^ を用いて経路 Vの S T B C送信データを生成して送信する。同様に、ノード V ( k + 3 ) は ^^ ⁺³⁾と ^₂ ⁺³⁾を計算し、計算した 5 ⁺³⁾と ^i₂ ⁺³⁾を用いて経路 Vの S T B C送信データを生成して送信する。また、ノード H ( k ± 2 ) は、前向き及び後向きフローの連続する 2 シンボルをそれぞれネットワーク符号化することで、 s^^±2)と ₂"²⁾を計算し、計算した ^^±2)と ²⁾を用いて経路 Hの S T B C送信データを生成して送信する。

このとき、ノード H ( k - 1 ) は、ノード V ( k + 1 ) 力ら S T B C 処理された 2 ストリーム、ノード V ( k - 1 ) 力、ら S T B C処理された 1 ストリーム、ノード H ( k - 2 ) 力ら S T B C処理された 1 ストリームの計 4 ストリームを受信し、 S T B C受信データと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I MO検波処理を行い、ネットワーク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタイムスロットの前向き ' 後向きおよび上向き · 下向きの 4つのフローの連続する 2 シンボルを生成する。

一方、ノード H ( k + 1 ) は、同様に、ノード V ( k + 1 ) 力、ら S T B C処理された 2スト y ―ム、ノ一 V ( k 一 1 ) から S T B C処理された 1 ストリーム、ノド H ( k + 2 ) から S T B C処理された 1 ストリームの計 4 ストリームを受信し、 S T B C受信データと S T B Cチヤネル行列を生成することで、 M I M o検波処理を行うが、経路 Vの信号は破棄し、経路 Hの信口のみに対してネッ卜ヮーク復号処理 • 中継制御処理を行い、次のタイムス口ッ卜の向き · 後向きの 2つのフローの連続する 2 シンボルを生成する。

また、ノード V ( k + 2 ) は、ノド V ( k + 1 ) から S T B C処理された 2ストリ一ム、ノ一ド V ( k + 3 ) から S T B C処理された 1 ストリームの計 3ストリ一ムを受信し、 S T B C受信デタと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I M o検波処理を行ラが、経路 Hの信号は破棄し、経路 Vの信号のみに対してネッ卜ワーク復号処理 • 中継制御処理を行い、次のタィムス口、ソ卜の上向さ · 下向きの 2つのフローの連続する 2 シンボルを生成す

本発明では、以上の処理を偶数および奇数のタイムス π ク卜で繰り返すことにより、単一チヤネノレで二次元の口一タリ一型の S T B C処理された双方向フローのマルチホップ中継を実現する。

なお、第 1 8図に示すノード装置 4 を、本発明の第 6実施形態に係るロータリ一型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B CMN C 2 ) におけるノード（ノード装置）として利用できることは、言うまでも無レ、。

< 1 0 >本発明の第 7実施形態に係るマルチホップ無線通信システム（ 2 次元 M I M Oネットワークコーディングを用いたツリー型（ Tree type) M I MOメッシュネットワーク（ 2 DMN C 3 )) 以下、本発明の第 7実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 7実施形態に係るマルチホップ無線通信システムとは、 2次元 M I MOネットワークコーディングを用いたツリー型（Tree type) 2次元マルチホップ通信システム（ 2 DMN C 3 )である。

本発明の第 7実施形態に係るツリー型 2次元マルチホップ通信システム（2 DMN C 3 )では、第 2 2図と第 2 3図に示すツリー型のネットヮークトポロジーを有する。第 2 2図と第 2 3 図から分かるように、ッリ一型の卜ポジ一は、ク口ス型のトポロジーの経路 Hと経路 Vの一部が

1 つの経路に縮退したものである。

例えばノ一ド（ k一 3 ) 二 H ( k 一 3 ) = V ( k — 3 ) 、 ( k - 2

) = H ( k 一 2 ) = V ( k - 2 ) 、 ( k - 1 ) = H ( k - 1 ) = V ( k 一 1 ) 、 ( k ) ( k ) = V ( k ) までは、経路が 1 つであり（共通経路）、ノ一ド H ( k ) = V ( k ) で、経路 Hと経路 Vに分岐する。

よつて、ノ一ド（ k一 3 ) 、 ( k一 2 ) 、 ( k ― 1 ) 、（ k ) では、経路 Hと経路 Vの区別なく両経路の中継を行ラ o つまり、共通経路とは

、 2ス卜ジ一ムを多重化した 1 次元の M I M Oネクトワークコーディングである o このときの伝送サィクルは次のようにな

第 2 2図に示すように、タィムスロッ卜 nでは、ノード（ k — 3 ) 、ノード ( k ― 1 ) 、ノ一ド H ( k + 1 ) 、ノ一ド V ( k + 1 ) は送信ノ一ドであり、その他のノ一ドは受信ノードである o 次のタイムスロット

( n + 1 ) では、第 2 3 図に示すように、送信ノ一ドは受信ノードになり、受信ノドは送信ノ一ドとなる ο

ただし、 2 D M N C 3 では、共通経路上のノ一 κとそれに隣接するノード以外のノ一ドは宝施形態 1 及び実施形態 2 に詳細に説明した 1 次元 M I MOネットワークコーディングを行つているとする。

以下では、 2 D MN C 3 における共通経路上のノードとそれに隣接するノードの送受信アルゴリズム（ 2次元 M I MOネットワークコーディング）について述べる。

< 1 0 — 1 〉タイムスロット n

第 2 2図に示すように、タイムスロット nのとき、ノード（ k 一 1 ) は、経路 Hの前向き及び後向きフローをネットワーク符号化し、送信信号を生成する。また、ノード（ k 一 1 ) は、同時に、経路 V 上の上向き及び下向きフローをネットワーク符号化し、送信信号

^^ ^^を生成する。

次に、ノード（ k — 1 ) は、生成された ¹ Dと、)の 2つのストリームを空間多重送信する。同様に、ノード（ k 一 3 ) は、 — ³⁾と _S -³⁾ を空間多重送信している。ただし、共通経路上のノードでは、経路 Hと経路 Vの区別はないため、ネットワーク符号の組合せは限定されるものではない。

このとき、ノード（ k — 2 ) は、ノード（ k _ 3 ) 力らの 2ストリ一ムと、ノード（ k _ l ) からの 2ストリームの計 4 ストリームを受信し、 M I MO検波処理を行い、ネットワーク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタイムスロットの前向き · 後向きおよび上向き · 下向きの 4つのフローを生成する。ただし、前向きと上向きおよび後向きと下向きの 4つのフローは、それぞれ共通経路で伝送されることとなる。

また、ノード（ k ) は、ノード（ k — 1 ) 力、らの 2 ストリームと、ノード H ( k + 1 ) 力、らの 1 ストリームと、ノード V ( k + 1 ) 力らの 1 ストリームを受信し、 M I M O検波処理を行い、ネットワーク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタイムスロットの前向き ' 後向きおよび上向き · 下向きの 4つのフローを生成する。ただし、後向きと下向きの二つのフローは共通経路で伝送されることとなる。

< 1 0 — 2 >タイムスロット（ n + 1 )

第 2 3図に示すように、タイムスロット（ n + 1 ) のとき、ノード（ k - 2 ) は、経路 Hの前向き及び後向きフローをネットワーク符号化し、送信信号 _B ⁽ⁱ— ²⁾= ⁴— ²⁾を生成する。また、ノード（ k — 2 ) は同時に、経路 V上の上向き及び下向きフローをネットワーク符号化し、送信信号 s _²) =s —²)を生成する。

次に、ノード（ k 一 2 ) は、生成された -²)と ²)の 2つのストリームを空間多重送信する。ただし、共通経路上のノードでは、経路 Hと経路 Vの区別はないため、ネットワーク符号の組合せは限定されるものではない。

ノード（ k ) では、経路 Hの前向き及び後向きフローをネットワーク符号化し、送信信号^¹ _B ^w =s_F ^v _B ⁽"を生成する。また、ノード（ k ) は、同時に、経路 V上の上向き及び下向きフローをネットワーク符号化し、送信信号 ^^ =5 》を生成する。次に、ノード（ k ) は、生成された 5_F ^H _B ⁽ "と ^の 2つのストリームを空間多重送信する。ただし、ノード（ k ) では経路 Hと経路 Vのフローは分岐するため、ネットワーク符号の組合せは、前向きと後向きおよび上向きと下向きに限定される。

このとき、ノード（ k — 1 ) は、ノード（ k — 2 ) 力、らの 2 ストリームと、ノード（ k ) からの 2 ストリームの計 4 ストリームを受信し、 M I M O検波処理を行い、ネットワーク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタイムスロットの前向き · 後向きおよび上向き · 下向きの 4つのフローを生成する。ただし、前向きと上向きおよび後向きと下向きの四つのフローは、それぞれ共通経路で伝送されることとなる。

また、ノード H ( k + 1 ) は、ノード（ k ) 力らの 2 ストリームと、ノード H ( k + 2 ) からの 1 ストリームの計 3 ストリームを受信し、 M I MO検波処理を行うが、経路 Vの信号は破棄し、経路 Hの信号のみネットワーク復号処理 · 中継制御処理を行い、次のタイムスロットの前向き ' 後向きの 2つのフローを生成する。

同様に、ノード V ( k + 1 ) は、ノード（ k ) からの 2ストリームと、ノード V ( k + 2 ) からの 1 ストリームの計 3 ストリームを受信し、 M I MO検波処理を行うが、経路 Hの信号は破棄し、経路 Vの信号のみネットワーク復号処理 · 中継制御処理を行い、次のタイムスロットの上向き · 下向きの 2つのフローを生成する。

本発明では、以上の処理を偶数および奇数のタイムスロットで繰り返すことにより、単一チャネルで二次元のッリー型の双方向フローのマルチホップ中継を実現する。

なお、第 1 6図に示すノード装置 3 を、本発明の第 7実施形態に係るッリー型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 DMN C 3 )におけるノ一ド（ノード装置）として利用できることは、言うまでも無い。

< 1 1 >本発明の第 8実施形態に係るマルチホップ無線通信システム（ 2次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを用いたツリー型 (Tree type) 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B C MN C 3 ))

以下、本発明の第 8実施形態に係るマルチホップ無線通信システムについて説明する。本発明の第 8実施形態に係るマルチホップ無線通信システムとは、 2次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを用いたツリー型（Tree type) 2次元マルチホップ通信システム（2 D S T B CMN C 3 )である。

つまり、本発明の第 8実施形態に係るツリー型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B CMN C 3 )では、本発明の第 7実施形態に係るツリー型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 DMN C 3 )に、 S T B C 処理（ S T B C機能）を組合わせることで、より信頼性の高いマルチホップ中継を実現することが可能となる。

ただし、 2 D S T B C MN C 3では、共通経路上のノードとそれに隣接するノ一ド以外のノ一ドは、実施形態 2 に詳細に説明した 1 次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを行っているとする。

< 1 1 — 1 >タイムスロット n

第 2 2 図に示すように、タイムスロット nのとき、ノード（ k — 1 ) は、経路 Hの前向き及び後向きフローの連続する 2 シンボルをネットヮーク符号化することで、送信信号 ^ί— " = ⁽ί^_,)と ₂ ^Α— ^υ = ^を計算し、計算した ^ '）と (₂")=^ )を用いて経路 Ηの S T B C送信データを生成する。

また、ノード（ k _ l ) は、同時に、経路 V上の上向き及び下向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信号 cV(i-l) _ „H(A-1) (k-\) _ H(i-l) き+售 1 き+售 1 „V(i-l) _ H(*-l) „V(*-1) _ H(A-I) -t, ^UDl — ^ύυϋΙ <- ^Λυϋ2 " ^VDl 口 I 弁レ、口 I 弁レ / ^yp, - - _UD1 C - JuD2 ^ 用いて経路 Vの S T B C送信データを生成する。

次に、ノード（ k 一 1 ) は、生成された 2つの S T B C送信データを 4つのアンテナを用いて空間多重送信する。同様に、ノード（ k .一 3 ) は ^—3)と —³)及びと ³⁾を計算し、計算した ^— ³⁾と —³⁾及び s -³)と s —³⁾を用いて経路 Hと経路 Vの S T B C送信データを生成し、生成された 2つの S T B C送信データを 4つのアンテナを用いて空間多重送信している。ただし、共通経路上のノードでは、経路 Hと経路 Vの区別はないため、ネットワーク符号の組合せは限定されるものではない。

このとき、ノード（ k 一 2 ) は、ノード（ k _ 3 ) 力、らの S T B C処理された 2ストリームと、ノード（ k 一 1 ) からの S T B C処理された 2 ストリームの計 4ストリームを受信し、 S T B C受信データと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I M O検波処理を行い、ネットヮ一ク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタイムスロットの前向き ' 後向きおよび上向き ' 下向きの 4つのフローの連続する 2 シンボルを生成する。ただし、前向きと上向きおよび後向きと下向きの四つのフローは、それぞれ共通経路で伝送されることとなる。

また、ノード（ k ) は、ノード（ k _ l ) からの S T B C処理された 2 ストリームと、ノード H ( k + 1 ) 力、らの S T B C処理された 1 ストリームと、ノード V ( k + 1 ) からの S T B C処理された 1 ストリームを受信し、 S T B C受信データと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I MO検波処理を行い、ネットワーク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタイムスロットの前向き · 後向きおよび上向き ' 下向きの 4つのフローの連続する 2 シンボルを生成する。ただし、後向きと下向きは共通経路で伝送されることとなる。

< 1 1 一 2 >タイムスロット（ n + 1 )

第 2 3 図に示すように、タイムスロット（ n + 1 ) のとき、ノード（ k 一 2 ) は、経路 Hの前向き及び後向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信号 "_Β ⁽ί— ²⁾ = ⁽ί'²⁾と — ²⁾ = ⁽2^_2)を計算し、計算した ⁽ " = ^{( 2)}と ₂*— = ^—²⁾を用いて経路 Ηの S T B C 送信データを生成する。

また、ノード（ k 一 2 ) は、同時に、経路 V上の上向き及び下向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信号 _cV(*-2) _ H(*-2) „V(i-2) _ H(*-2) =4- 1 き+ 售 1 于' _cV(i-2) _ {k-2) „V(*-2) _ H(A-2) ^UDl ^— ^UDl ^ΛΜΐ>2 ~ ^JUD2 I p i ύ_υΌ _ ^JUD1 ⁰UD2 一¹⁵ UD2 を用いて経路 Vの S T B C送信データを生成する。

次に、ノード（ k _ 2 ) は、生成された 2つの S T B C送信データを 4つのアンテナを用いて空間多重送信する。ただし、共通経路上のノードでは、経路 Hと経路 Vの区別はないため、ネットワーク符号の組合せは限定されるものではなレ、。

ノード（ k ) は、経路 Hの前向き及び後向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信号ニ^^と ^=s_F ^v _B ⁽ ₂"を計算し、計算した ^)=^^)と ^)=^^>を用いて経路 H S T B C送信データを生成する。

また、ノード（ k ) は、同時に、経路 V上の上向き及び下向きフローの連続する 2 シンボルをネットワーク符号化することで、送信信号 _cV(i) _ H(Ar) „V (り _ H{k) L | „V(i) _ H(A) „V (り _ (k) 田し、て

•^UDl - ^UD! こ ^Λυϋ2一 ^Λυθ2 " ^ 口丁弁し、口 I 弁し / ^_UD1 - C - i_UD2 川 ^v TEh 路 Vの S T B C送信データを生成する。

次に、ノード（ k ) は、生成された 2つの S T B C送信データを 4つのアンテナを用いて空間多重送信する。ただし、ノード（ k ) では、経路 Hと経路 Vのフローは分岐するため、ネットワーク符号の組合せは、前向きと後向きおよび上向きと下向きに限定される。

このとき、ノード（ k 一.1 ) は、ノード（ k — 2 ) 力らの S T B C処理された 2 ストリームと、ノ一ド ( k ) からの S T B C処理された 2 ストリ一ムの計 4ストリームを党 ΊΘ し、 S T B C受信 '丁タと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I M O検波処理を行レ、、ネットワーク復号処理を行い、中継制御処理を行うことで、次のタィムスロッ卜の前向き · 後向きおよび上向き · 下向きの 4つのフローの連続する 2 シンポルを生成する。ただし、前向きと上向きおよび後向さと下向きの四つのフローは、それぞれ共通経路で伝送されることとなる o

また、ノード H ( k + 1 ) は、ノード（ k ) 力らの S T B C処理された 2 ストリームと、ノード H ( k + 2 ) からの S T B C処理された 1 ストリームの計 3 ストリームを受信し、 S T B C受信テ一タと S T B Cチャネル行列を生成することで、 M I M O検波処理を行ラが、経路 Vの信号は破棄し、経路 Hの信号のみネットヮ一ク復号処理 • 中継制御処理を行い、次のタイムス口ットの HU向き · 後向きの 2 つのフ口一の連続する

2 シンポルを生成する。

同に、ノード V ( k + 1 ) は、ノード ( k ) からの S T B C処理された 2 ストリームと、ノ一ド V ( k + 2 ) からの S T B C処理された 1 ストリームの計 3 ストリ一ムを受信し、 s T B C受信 τータと S T B C チャネル行列を生成することで、 M I M O検波処理を行うが、経路 Hの信号は破棄し、経路 Vの信号のみネットワーク復号処理 · 中継制御処理を行い、次のタイムスロットの上向き · 下向きの 2つのフローの連続する 2 シンボルを生成する。

本発明では、以上の処理を偶数および奇数のタイムスロットで繰り返すことにより、単一チャネルで二次元のッリ一型の S T B C処理された双方向フローのマルチホップ中継を実現する。

なお、だおい 1 8 に示すノード装置 4 を、本発明の第 8実施形態に係るツリー型 2次元マルチホップ通信システム（ 2 D S T B C M N C 3 )におけるノード（ノード装置）として利用できることは、言うまでも無い

< 1 2 > 2 D M N C 1 における干渉を考慮した協力ヌルビームフォーミノ、ヮ \ cooperat i ve null beamr orming)

無線通信路のブロードキャスト性のため、受信ノードは、所望信号以外に周りの送信ノ一ドからの干渉波を受ける。干渉源が受信ノ一ドの近くにある程、信号対干渉雑音比（ S I N R ) 特性が劣化する。

そこで、本発明の発明者らは、クロス型のネットワークトポロジーを有する 2次元マルチホップ通信システムにおける干渉を考慮した協力ヌルビームフォーミングの各アルゴリズム、即ち、 2 D M N C 1 に対する干渉低減方法（A型， B型， C型）を以下のように提案する。

受信ノードは、距離 d離れた送信ノードからの信号だけを所望信号とし、他の信号を干渉信号とする。本発明では、同経路上のノードからの干渉を同経路干渉（intra— route interference) と言レヽ、そうでなレヽ干渉を経路間干涉、 ( inter-route interference) と言ラ。

2 D MN C 1 では、同経路干渉の最少干渉距離が 3 dであり、 1 DM N Cの最少干渉距離と同程度で無視することができる。しかし、特にノ一ド Cの受信時に、全てのアンテナが四つの所望信号の受信に使われ、ダイバシチオーダーの劣化に加え、ノード H ( k ± 3 ) とノード V ( k ± 3 ) からの距離 3 d干渉を受けるため、ノード Cはネットワークのボトルネックとなる。また、 1 次元から 2次元へ拡張した 2 D MN C 1 は、経路間干渉の最少干渉距離がとなり、通常の干渉距離 3 d よりも短くなる。従って、ネットワークの特性を向上するために、上述した同経路干渉及び経路間干渉を低減する必要がある。以下では、上述した干渉の低減方法を具体的に述る。

本発明では、干渉低減方法（A型， B型， C型）を 2 D M N C 1 に適用する際に、送受信ノードが送受信時に全ての四本のアンテナを用いることを前提とする。送信ノード T とその受信ノード R に対して、 W_t ^T e C^mx （ w_T = lの場合 w_T )は送信ノード T の送信ウェイトを表し、 W_r ^R e C^mx^は受信ノード Rの受信ウェイトを表し、 H^RT e C^mxmは送信ノード T と受信ノード Rの間の伝搬チャネル行列を表す。

ただし、 _τは送信ノード Tの送信ストリーム数を表し、 w_Rは受信ノード Rの所望信号の数を表す。また、下記で詳述する協力ヌルビームフォーミングに参加しない送信ノードの送信ウェイトは、一般に W,^T = i_mx;¾T になる。

< 1 2 — 1 〉 A型干渉低減方法

まず、 A型干渉低減方法について説明する。 A型干渉低減方法とは、タイムスロット n におけるノード Cに対する距離 3 d干渉を低減するための干渉低減方法であり、即ち、ノード Cに対する距離 3 d干渉を低減するための最小固有値ビームフォーミング · アルゴリズムである。

第 2 4 図に示すように、タイムスロット nにおいて、ノード Cは、四つの所望信号を受信しながら、ノード H ( k ± 3 ) とノード V ( k ± 3 ) からの四つの距離 3 d干渉を受けるため、ネットワークのボトルネックとなる。

本発明の A型干渉低減方法（最小固有値ビームフォーミング · ァルゴリズム）では、ノード H ( k ± 3 ) とノード V ( k ± 3 ) で適切に送信ビームフォーミングを行う（適切な送信ウェイトを選択する）ことにより、距離 3 d干渉を低減する。

ここで、ノード H ( k — 3 ) に関して、送信ビームの選択方法（送信ウェイトの計算方法）について説明する。なお、ノード H ( k + 3 ) とノード V ( k ± 3 ) は、ノード H ( k - 3 ) と同様な方法で、送信ビームの選択を行うことができるので、それらノードの送信ビームの選択方法は省略する。

受信ウェイトを含むノード C とノード H ( k _ 3 ) の間の実効伝搬チャネル行列 i¾^GH(i— ³⁾は、特異値分解を用いて、下記数 1 4 9 に表現することができる。

【数 1 4 9 】 cWuCH(4- 3) _

= U∑V H ただし、 ∑ = diag{ ん… ,7^}であり、 (Λ≥Λ₊₁)は 0^CH(*— ³⁾の第 i 特異値である。また、ュニタリ行列 U,VeC^mxmは、それぞれ ³⁾の左特異行列及び右特異行列である。

A型干渉低減方法では、ノード H ( k - 3 ) の送信ウェイトを行列 V の最後の列ベクトルとする。つまり、 w_t ^H(*_³⁾=V^(m)である。これにより、ノード H ( k - 3 ) からノード Cへの干渉電力 ^H(—³)は、下記数 1 5 0 により計算される。

【数 1 5 0 】

H^CH(i_3)がフルランクである場合に、干渉電力 ^^H(i— ³⁾は i¾^CH(i— ³⁾の最少特異の二乗に相当する。逆に、 "^—³⁾がフルランクでない場合に、干渉電力 ⁽*_³⁾はゼロの値になる。

< 1 2 — 2 > B型干渉低減方法

次に、 B型干渉低減方法について説明する。 B型干渉低減方法とは、タイムスロット（ n + 1 ) における距離干渉を除去するための協力ヌルビームフォーミング · アルゴリズムである。

第 2 5 図に示すように、タイムスロット（ n + 1 ) において、ノード H ( k - 1 ) は、ノード H ( k — 2 ) 及びノード Cから三つの所望信号以外に、ノード V ( k ± 2 ) からの二つの距離 V^i/干渉を受ける。 4本のアンテナしか持っていないノード Η ( k - 1 ) は、全ての干渉信号を除去することができない。

そこで、本発明の B型干渉低減方法では、ノード H ( k — 1 ) におけるノード V ( k - 2 ) からの距離 ^/干渉に対する受信ヌルビームフォ一ミング、及びノード V ( k + 2 ) におけるノード H ( k - 1 ) への距離 V^J干渉を除去する送信ヌルビームフォーミングの協力ヌルビームフォーミング ' アルゴリズムを適用することにより、距離干渉を除去する。

なお、ノード H ( k + 1 ) においても、この B型干渉低減方法（上記協力ヌルビームフォーミング · アルゴリズム）を適応できることは、言うまでも無い。

ここで、ノード H ( k ± 1 ) における受信ヌルビームフォーミングのための受信ウェイトと、ノード V ( k ± 2 ) における送信ヌルビームフォーミングのための送信ウェイトが互いに影響しあうため、逐次的に求める必要がある。

ここで、 w^v(*— ²⁾をノード V ( k - 2 ) におけるノード H ( k + 1 ) へ 04

の干渉を除去するための送信ウェイトとする。その時、ノード V ( 2 ) からの干渉を部分的に除去するために、ノード H ( k — 1 ) は記数 1 5 1 に基づき、 MM S E受信ウェイト W¹ —¹)を計算する。

【数 1 5 1 】

ここで、 y^H -¹)は _Wl ^v(⁴— ²)に依存するノード Η ( k — 1 ) の受信信号べクトルである。上記数 1 5 1 により計算された MM S E受信ウェイトは、 Wiener解である。

具体的に、 [H^— " ¾₍ —'扉-²)]は、ノード H ( k - 1 ) の所望信号の期待値である。また、 E H(Ar-l) H(i は、受信信号の共分散行列であり

、次のように干渉チャネル行列で表現することができる

【数 1 5 2 】

E yH — l)_yH 一り/ _HH(.-,)T_wT_wT//_HH(,__1)T// _{+ a2}

transmit node T 次に、ノード H ( k - 1 ) への干渉を除去するためのノード V

2 ) の送信ウェイト w_t ^v( ²)は、下記数 1 5 3 により計算される。

【数 1 5 3 】 w^V(A+2) =null \v^H(—¹ ん— ^{1)v +2)} 計算したノード V ( k + 2 ) の送信ウェイト w_t ^v(*⁺²⁾を用いて、同様

、ノード H ( k + 1 ) の MM S E变信ウェイト W_r ^H(*⁺¹)は、下記数 1 5 に基づき、計算される。

【数 1 5 4 】 05 A+l)H( :+2)

そして、ノード V ( k - 2 ) の送信ウェイト w -²)は、下記数 1 5 5 により、計算される。

【数 1 5 5 】

本発明の B型協力ヌルビームフォーミング . アルゴリズム（ B型干渉低減方法）では、上記の送受信ウェイトを逐次的な手順で計算する。つまり、 B型協力ヌルビームフォーミング ' アルゴリズムは、ステップ B 1 〜ステップ B 4から構成される。ステップ B 1 (初期化処理）

ノード V ( k - 2 ) の送信ウェイト w_t ^v(A— ²)及び閾値 Δの初期値を設定する。ただし、 Δは計算ループ（繰り返す処理）を停止するための適切の閾値である。ステップ B 2 (協力ヌリング (Cooperative nulling) )

ノード H ( k - 1 ) の MM S E受信ウェイト W_r ^H -¹)、ノード V ( k + 2 ) の送信ウェイト w +²)、ノード H ( k + 1 ) の MM S E受信ウェイト W_r ^H(w)、及びノード V ( k - 2 ) の送信ウェイト w — ²)は、下記数式に基づき、算出される。

【数 1 5 6 】

W. Η(Α-1) Ε yH ( — l)yH 一 1)〃 TrH(k-l)CTTH(k-l)CxrH(k-l)H(k-2)

η(ι) ^η(2) ^η(ι) 【数 1 5 7 】 w ⁺²⁾ = null(W_r ^H(^^1}//H^H(^^1)V(^²⁾)

【数 1 5 8 】 +l)CTTH(k+l)H(k+2)

【数 1 5 9 】

_WV(A— 2) = _NULL ( _WH (ん +1₎//_HH₍4₊1₎V(4— 2) λ

ステップ B 3 (干渉電力 (Interference power) の算出）

ノード V ( k ± 2 ) 力らノード H ( k ) への干渉電力 —¹)と、ノード V ( k ± 2 ) からノード H ( k + への干渉電力 ^H(*⁺¹⁾は、下記数式に基づき、それぞれ算出される。

【数 1 6 0】

【数 1 6 1 】

^H(k+1) ^H(k+\)H、 JJH (ん +l)^v (ん ±2)_WV ( ±2)

ステップ B 4

S ^k±])≤Δが成立するまでに、ステップ Β 2〜ステップ Β 3の処理を操り返す。なお、ノード v ( k ± l ) における距離干渉を除去するために、ノード H ( k ± 2 ) 及びノード V ( k ± l ) に対して、上述した B型協力ヌルビームフォーミング · アルゴリズムを適応すれば良い。

< 1 2 — 3 > C型干渉低減方法

次に、 C型干渉低減方法について説明する。 C型干渉低減方法とは、タイムス口ット nにおける距離 Vi/干渉を除去するための協力ヌルビームフォーミング ' アルゴリズムである。

第 2 6 図に示すように、タイムスロット ηにおいて、ノード V ( k + 2 ) は、ノード V ( k + 1 ) 及びノード V ( k + 3 ) からの所望信号以外に、ノード H ( k + 1 ) からの距離 ^ 干渉を受ける。 4本のアンテナを持っているノード V ( k + 2 ) は、自分で干渉信号を除去できるが、所望信号のダイバシチオーダーが劣化してしまう問題が発生する。そこで、本発明の C型干渉低減方法では、上述した B型協力ヌルビームフォーミング ' アルゴリズムの原理を、ノード H ( k ± l ) 及びノード V ( k ± 2 ) に適応することにより、上述したノード V ( k + 2 ) における所望信号のダイバシチオーダーの劣化問題を解決する。

本発明の C型協力ヌルビームフォーミング · アルゴリズム（ C型干渉低減方法）では、ノード H ( k ± l ) 及びノード V ( k ± 2 ) の送受信ウェイトを逐次的な手順で計算する。つまり、 C型協力ヌルビームフォ一ミング · アルゴリズムは、ステップ C 1 〜ステップ C 4から構成される。ステップ C 1 (初期化処理）

ノード H ( k - 1 ) の送信ウェイト及び閾値 Δの初期値を設定 08

する。ただし、 Δは計算ループ（繰り返す処理）を停止するための適切の閾値である。ステップ C 2 (協力ヌリング (Cooperative nulling) )

ノード V ( k + 2 ) の MM S E受信ウェイト W_r ^v("²)、ノード H ( k 1 ) の送信ウェイト、ノード V ( k - 2 ) の MM S E受信ゥヱト W_r ^v(4—^2>、及びノード H ( k - 1 ) の送信ウェイト w (— ')は、下記数に基づき、算出される。

【数 1 6 2 】 k+2)V(k+3)

【数 1 6 3 】 w^H (ん ⁺¹⁾ = nulliw^{V +2) /}H^V(*⁺²⁾'^H(A+,)

【数 1 6 4 】

-1,

W^V 一 ²⁾ E _yV(i-2)_yV(^-2)^ TTV(k-2)V(k-l)TTV(k-2)V(k-3)

【数 1 6 5 】 w_t ^H(A-り = nulli W V ( ー 2) JJ^V ( 一²), ^H (ん一¹)

ステップ C 3 (干渉電力 (Interference power) の算出）

ノード H ( k ± l ) からノード V ( k + 2 ) への干渉電力 <^( ²⁾と、ノード H ( k ± l ) 力、らノード V ( k - 2 ) への干渉電力 δ -¹、は、下記数式に基づき、それぞれ算出される。 0 9

【数 1 6 6 】 !^ν( 2)，Η (ん ±I)_WH ±1)

【数 1 6 7 】

ステップ C 4

v^(k±2)≤Aが成立するまでステップ C 2〜ステップ C 3 の処理を繰り返す。なお、ノード H ( k + 2 ) における所望信号のダイノくシチォーダ一の劣化問題を解決するために、ノ一ド- V ( k 土 1 ) 及びノード H ( k 士 2

) に対して、上述した C型協カヌルビームフォーミング • アルゴリズムを適応すれば良レ、。

< 1 2 一 4 >協力ヌルビームフォーミング機能を備えたノード装置こでゝクロス型のネットワークトポロジ一を有する本発明に係る 2 次元マルチホップ通信システムに利用できる、本発明の協力ヌルビームフォ一、ング機能を備えたノード装置について説明す。第 2 7 図は、第 1 6図に示すノード装置に本発明の協力ヌルビームフォ一、ング機能を加 X.て構成されたノード装置の構成を示すブロック図であるまた、第 2 8図は第 2 7図に示すノ一ド装置の動作手順を示すフ口チャトである。第 2 7図に示すノ一ド装置 5 は、クロス型のネッ卜フクポ口ジを有する本発明に係る 2次元マルチホップ通信システムに利用できる。

ノ一ド衣置 5は、ノ一ド装 3 に、 < 1 2 一 2 >及び < 1 2 — 3 >で述ベた本発明の協力ヌルビ一ムフォ一、ング機能を追加して構成されるノ一ド装置である第 1 6 図に示すノ一ド、装置 3 と比較すれば分かるよに、ノ一ド装置 5 は、協力ヌルビムフォへング機能を除いて、その構成や動作は、基本的にノド装置 3 とじであ

ノ一ド衣置 5における協力ヌルビ一ムフォへング機能、即ち、ヌノレビ一ムゥェィ卜生成処理、受信ヌノレビム形成処理、経路 Hにおける送信ヌルビ一ム形成処理、及び経路 Vにおける送信ヌルビーム形成処理につレ、ては、上述した B型協力ヌルビ一ムフ才、ング . アルゴリズム、又は C型協カヌルビ一ムフォミングァルコズムに基づいて行われ

< 1 2 - 5 >協カヌルビームフォ一ミング • ァルゴリズムの更なる検討上述した本発明の協力ヌルビ一ムフォ一、ング . ァルコリズムでは、ノ一ド間の伝搬路情報及び送受信ゥイ卜の交換を必要としそいの作業をリアルタィム的に実現するのは困難なところもある

しかし、バククボンネッ卜フークにおレ、てゝ伝搬チャネルの時間変動が激しくないこと、ゃシミュレーション口果で分かつた逐次的な送受信ゥェイト計算の速レ、収束性の性質を用レ、て、協カヌルビ一ムフォーミング · ァルゴ y ズムを実現するため、大さ < 2つの段階に分けれる。

< 1 2 - 5 - 1 〉初期段階

初期段階において、ネットワークを展開する時に、伝搬チャネルが静的であると仮定する。つまり、下記で説明する作業を行う間に、全ての伝搬チャネルの時間変動が生じないことにする。また、初期段階に各ノードの送受信ウェイトを確立するために、データ伝送を行わず伝搬チヤネルを推定するためのプリアンブルだけの送受信を行う。また、各ノードを区別するため、全てのプリアンブル信号が直交するとする。

一般性を失わず、ネクトワークの最初の送受信状態は、第 2 6 図で示すタイムス C3 ッ卜 Πであると仮定する。各送信ノ一ドの初期送信ゥユイトは、単位行列の第一列目とする。ここで、ノード H ( k 土 1 ) 及びノード V ( k ± 2 ) に着巨して説明する。周りの信号を受信するノード V

( k ± 2 ) は、プジァンブル信号から伝搬チャネルを推定し、仮の受信ウェイトを計算する。

次のタイムスロット（ n + 1 ) にノード V ( k ± l ) は、送信ノードになり、自分のプリアンブルの後ろ、仮の受信ウェイトを乗じたブリアンブルを付加して送信する。この時、ノード H ( k ± 1 ) は受信状態となり、第 2 5図で示すように、協調ヌルビームフォーミングが成立したとしても、ノード H ( k + 1 ) (また H ( k - 1 ) ) は、ノード V ( k + 2 ) (また V ( k - 2 ) ) からの信号を受信することができる。

受信したプリアンブル信号から、ノード H ( k + 1 ) (またノード H ( k - 1 ) ) は、上記数 1 6 3 (また上記数 1 6 5 )のように、ノード V ( k + 1 ) (またノード V ( k - 1 ) ) へ干渉を与えないように送信ゥエイトを更新し、プリアンブルに乗算して送信する。このループを数回実行することにより、送受信ノードの協力ヌルビームフォーミングゥェィトが成立する。

< 1 2 - 5 - 2 〉運用段階

運用段階においても、伝搬チャネルの変動性が低いと仮定する。伝搬 2

チャンネルの微変動に対する協調ヌルビームフォ、ングを保持するために、 2つの方法がある。

1 つの方法とは、初期段階のような作業を常に行ラことである。ただし、伝送するデータがプリアンブルの後方に付加される o もう 1 つの方法とは協調ヌ /レビームフォーミングに参加するノ Kに対して、タイムス口クトの一部分を、干渉を監視するために使レ、干渉量を送信ノドへフィドノくックする。送受信の周期性から、のフィ K ノくックの実現は難しくない。送信ノードでは、フィードバククに基づいて適応信号処理を行い、準最適の送信ウェイトを保持する o この技術をトラッキングと o

< 1 3 〉数値解析

本発明の発明者らは数値計算を行い、本発明の二次元 M I M Oネットワークディング各方式の有効性を検証した。シミュレーションでは

、全ての隣接ノード間のストリーム当たりの平均信号対雑音比（ S N R ) が同じように設定される。つまり、全ての信号ストリームが等電力で送信される。

また、ネットワークにおいて信号ストリームの数及びノードの数が異なるため、公平な比較を行うために、ストリーム毎の送信電力 α _;は、下記数 1 6 8 によりに正規化される。

【数 1 6 8 】

4K + 1

(2DMNC1)

4K + 2

",(v ) =

4K

(2DMNC2)

[4K + 2 ただし、上記数 1 6 8 の分子及び分母がそれぞれ二時刻周期におけるノードの数やストリーム数を表す。そして、伝搬チャネルは、フラットレイリーフェージングに従うと仮定する。また、伝搬環境は準静的であり、つまり、時刻毎の伝搬チャネルが不変であると仮定する。

本明の二次元 M I MOネットワークコーディング各方式の比較対象として、次の方式 1 ,方式 2 ,方式 3 を検討した。

<方式 1 > ：

経路毎に 4チャネルを使うマルチチャネル単一方向 S I S Oメッシュネットワーク（j8 = l Z 8 、第 1 0 図（ a )、ノード当りのアンテナ本数： 1 )、即ち、従来のマノレチチャネル SIS0 (8 channel)

<方式 2 〉：

経路毎に 4チャネルを使うマルチチャネル M I M Oメッシュネットヮーク（]3 = 1 8 、第 1 0 図（ a )、ノード当りのアンテナ本数： 4 )、即ち、従来のマノレチチヤネノレ M I M O link— by— link MIM0 (8 channel) く方式 3 > ：

経路毎に 1 チャネルを使い、且つ一次元 M I MOネットワークコーデイングを利用する双方向 M I MOメッシュネットワーク（ = 1 / 2 、第 1 0図（b )、ノード当りのアンテナ本数： 4 )、即ち、本発明の一次元 M I MOネットワークコーディング 1 DMN C (2 channel) また、評価に使う値として、ネットワークのエンド · ツー ' エンド伝送容量を用いる。エンド · ツー ' エンド伝送容量は、次のように計算される。

まず、受信ノード Rの特定の所望信号のインデックスを p とする。ただし、インデックス p は、受信ノード Rが受信状態となる時刻におけるネットワーク全体の信号ストリームの中のグローバルインデックスである。伝搬チャネル行列、各送信ノードの送信ウェイト及び受信ノード R 自体の受信ウェイトから、簡易に所望信号の瞬時伝送容量 C_p ^Rを計算することができる。ノード Rは表 1 における Ω_Ηに属すれば、 ^ がノード Rの [·]の所望信号となるようなグローバルィンデックスが存在する。ただし、 [·]は F , Β， D , Uをまとめて表現した記号である。

従って、 C_P ^R を計算できる。このように、前向きフロー、後向きフロ一、下向きフロー、上向きフローのエンド ' ツー ' エンド伝送容量は、下記数 1 6 9〜数 1 7 2 により計算することができる。

【数 1 6 9 】

C Ρ^Rΐ

【数 1 7 0 】 e = mm C PB

【数 1 7 1 】

【数 1 7 2 】

mⁱⁿReQ„ E Pu つまり、あるフローのエンド ' ツー ' エンド伝送容量は、そのフロ上にあるノードの平均伝送容量の最小値であることを意味する。

上記各フローのェンド · ッ一 · ェンド伝送容量.に基づいて、フローりの平均エンド . ツー . エンド伝送容量 c^e2eは、下記数 1 7 3 により算される。 5

【数 1 7 3 】 2eニ

< 1 3 - 1 〉遠距離干渉が存在しない場合

各従来方式及び本発明のフロー当りの平均ェンド · ツー · ェンド伝送容量を第 2 9図に示す。第 2 9図から、時間あるいは周波数（資源）利用効率が悪いため、マルチチャネル S I S Oの特性が一番悪レ、ことが分かる。また、第 2 9図から、リンク毎に M I MOを導入することで空間多重の効果により、マルチチャネル S I S Oの低い資源利用効率を改善できることが分かる。さらに、第 2 9図力ら、マルチチャネル S I S O と比べて、マルチチャネル M I MOの特性の方が四倍以上改善したことが確認できる。

ネットワークコーディングを導入することも資源利用効率をよくする一つの手段である。第 2 9図から分かるように、一次元 M I MOネットワークコーディングを利用する本発明の二次元メッシュネットワークでは、マノレチチャネル M I MOよりも、フロー当り l b p s ZH z の改善を実現する。

そして、本発明の二次元 M I MOネットワークコーディング各方式の伝送容量特性が最も良いことは、第 2 9図から一目瞭然である。

本発明の二次元 M I M Oネットワークコーディング各方式では、空間 . 時間 ' 周波数資源を効率よく使えるため、マルチチャネル S I S Oよりも 8倍近くの伝送容量増大まで達成している。ただし、 2 DMN C 1 及び 2 DMN C 2 の小さな特性の差は、上記数 1 6 8で与えられる正規化電力の差によるものである。全体の帯域幅 5 MH z のシステムを考えると、 S N R = 3 0 d Bにおいて、ネットワーク伝送容量の等価値は、それぞれ 2 4 M b p s (マルチチャネル S I S O)、 8 8 M b p s (マルチチャネル M I MO)、 1 0 4 M b p s (一次元 M I MOネットヮ一クコーデイング）、 1 6 4 M b p s (二次元 M I MOネットワークコーディング）である。

< 1 3 — 2 〉遠距離干渉が存在する場合

遮蔽物の少ない等の特性の伝搬環境において、遠距離干渉の影響を無視することができない。減衰係数 γ = 3. 5 の伝搬環境におけるエンド • ツー ' エンド伝送容量特性を第 3 0図に表す。

第 3 0図より、遠距離干渉の影響を無視できない時に、全ての方式の伝送容量特性が劣化することが分かる。しかし、このような環境の中でも、本発明の伝送容量特性が他の方式と比べて優れていることは確認できる。

第 3 0図に基づき、 2 DMN C 1 に対して協力ヌルビームフォーミングの各アルゴリズムを導入した後の結果について説明する。

まず、ノード Cに対する距離 3 d干渉を低減するための最小固有値ビームフォーミング ' アルゴリズム（A型干渉低減方法）を導入することで、高い S N Rエリアでは、伝送容量が前と比べてフロー当り 1 b p s /H z程度改善する。

また、距離 7^/干渉を除去するための協力ヌルビームフォーミング · ァルゴ！；ズム（ Β型干渉低減方法及び C型干渉低減方法）を更に導入する効果として、本発明では、最終的にエンド · ツー · エンド伝送容量がフロー当り 5 b p s H z 近くまで達成できる。 7

以上では、 2次元 M I M Oネットフクコーティングを用いた本発明に係る 2次元マルチホップ通信システムについて、上述した複数の具体的な実施形態を用いて詳細に説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されることはない。

上述した本発明の実施形態では、 M I M O検波処理におレヽてゝ具体例として、 M I M O受信にゼロフォ一シング（ Z F ) アルゴリズムと M M

S Eアルゴリズムを使用したが、本発明はそれに限定されることはなくゝ例えば、非特許文献 1 0 に記載されたような任意の M I M O検波方式

( M I M O検波処理）を適用することも可能である。

また、上述した本発明の実施形態では、特定な数式に基づき、ネットフーク符号化処理を行ラようにしてレ、るが、本発明におけるネクトヮーク符号化処理は、それらの数式に基づ < 演算操作に限定されることはな

< 、他の演算操作によるネットヮク符号化処理を本発明に適用することも勿論可能である。

また更に、上述した A

本発明の実施形 ¾匕¾では、特定の数式に基づき、ネクトワーク復号処理を行うようにしてレ、るが、本発明におけるネッ卜ヮ一ク復号処理はそれらの数式に基づ < 演算操作に限定されることはなく

、他の演算操作によるネットヮ一ク復号処理を本発明に適用することち勿論可能である。産業上の利用可能性

1 次元 M I M Oネッ卜 9一タコーティングを用いる本発明のマルチホップ無線通信システムによれば、 S T B cブロードキャストと M I M O マノレチプノレアクセスを、ネットヮ一クコティングに組み合わせることにより、全てのリンクにいて前向ぎンクと後向きリンクを多重化し 8

た高効率 • 高信頼な双方向無線中継伝送を簡易に実現できるという優れた効果を奏する。

本発明の 1 次元 M I M Oネットヮークコーディングでは、送信ノード

(ノ一 Kが送信状態の場合）がノード内の信号に対する与干渉回避、受信ノ一 K (ノ一ドが受信状態の場合）がノード間の被干渉回避を行うことにより、隣接ノ一ドからの干渉なく通信することが可能となる。

つま、 1 次元 M I M Oネットヮークコーディングを用いる本発明に係るマルチホップ無線通信システムによれば、従来のマルチホップ無線ネッ卜フークの問題点である同一チヤネル干渉を回避するとともに、双方向伝送を 2本のアンテナで実現するという顕著な作用効果を奏する。

リンク多重と隣接ノードの干渉回避を実現するために、非特許文献 6 に開示された M I M Oマルチホップ Zメッシュネットワークでは、前述のように必要なノードあたりのアンテナ本数が最低 3本である必要があるのに対して、本発明のマルチホップ無線通信システムでは、 2本のァンテナで十分である。 1 次元 M I M Oネットワークコーディングを用いる本発明によれば、アンテナ本数を減少することができる。

また、非特許文献 6 に開示された M I M Oマルチホップ Zメッシュネク卜ヮ一クでは、送受信ノードでチヤネル情報が必要で、チャネル情報のフィ一ドバックが必要で、そのため、処理が複雑になるのに対して、本発明のマルチホップ無線通信システムでは、ノードが受信状態の場合に、即ち、受信ノードだけは、チヤネル情報が必要で、チャネル情報のフィ一 Kバックが不要で、そのため、処理が複雑にならない。

特に、本発明によれば、各中継ノードにおいて、ネットワークコ一ディングされた送信信号に、更に時空間ブロック符号化（ S T B C ) 方式を適用することにより、ブラインドの M I M O送信ダイバーシチも実現され、大容量 · 高信頼なマルチノード通信を実現したという優れた効果をも奏する。

また、本発明の発明者らは、更に研究を重ね 1 次元トホロンを有する無線メクシュネットフクに適用する Γ 1 次元 M I M oネットヮータコーディング J 技術を拡張することにより、 2次元メッシュトホロンを有する線メッシュネットヮクに適用する Γ 2次元 M I M oネットワークディング J 技術を発明した。

-クロス型ロータリー开、ツリー型とレヽつた 2次元メッシュトホロン

—に、本発明の 2次元 M I M Oネットヮーク 3 ティングを週用したマノレチホップ線通信システム（M I M O無線メソシュネットヮーク）によれば、 4 子以上のァンテナ素子を搭載する M I M Oノードを配置することで単チャネルによる高効率な 2次元双方向マノレチホッブネットワークを実現するとい非常に優れた効果を奏する

また、クス型に適用した本発明の 2次元 M I M Oネットヮータコーデイングを適用したマルチホップ無線通 1Sシステム ( 2 D M N C 1 ) によれば、交差点付近の中継ノードの余剰アンテナを用いて、経路間及び交差点への与 ' 被干渉を回避する協力ヌルビームフォーミングも合わせて適用することが可能になり、更なる効率の改善を実現するという本願独自な顕著な作用効果を奏する。

シミュレ一ションによる数値解析でも、本発明の二次元 M I M Oネットワークコーディング各方式の有効性が検証された。シミュレーション結果から、本発明の二次元 M I M Oネットワークコーディング各方式によれば、従来方式に比べて、ネットワークのエンド ' ツー ' エンド伝送容量が大幅に増加されたことは良く分かる。

また、遠距離干渉を無視できない環境においても、本発明の協力ヌルビームフォーミング · アルゴリズムを適用することにより、エンド ' ッ一 · エンド伝送容量を大幅に改善することができる。

ぐ参考文献一覧〉

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Claims

請求の範囲

1 . 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数本の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

ネットワークコーディングの送受信方式に、多入力多出力（M I MO ) 方式を適用し、更に、時空間ブロック符号化（S T B C)方式を適用し具体的に、 S T B Cブロードキャストと M I MOマルチプルアクセスを、ネットワークコーディングに組み合わせることにより、全ての無線リンクにおいて前向きリンクと後向きリンクを多重化した双方向無線中継伝送を簡易に実現し、

前記各ノード装置は、送受信処理を行い、データを中継伝送することを特徴とするマルチホップ無線通信システム。

2. 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数本の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

ネットワークコーディングの送受信方式に、多入力多出力（M I MO ) 方式を適用することにより、全ての無線リンクにおいて前向きリンクと後向きリンクを多重化した双方向無線中継伝送を簡易に実現し、前記各ノード装置は、送受信処理を行い、データを中継伝送することを特徴とするマルチホップ無線通信システム。

3. 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数本の M I MOアンテナを搭载するとともに、前記各ノード装置間に、前向きリンク又は後向きリンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

ネットワークコーディング'の受信方式に、多入力多出力（M I MO) 方式を適用し、更に、時空間ブロック符号化（ S T B C )方式を適用し、前記ノ一ド装置は、

前記アンテナにて無線受信した無線受信信号から、 S T B C受信データ生成処理を行い、 S T B C受信データを生成する、 S T B C受信データ生成手段と、

前記アンテナにて無線受信したトレーニング信号から推定されたチヤネル情報から、 S T B Cチャネル行列生成処理を行い、 S T B C等価チャネル行列を生成する、 S T B Cチャネル行列生成手段と、

生成された S T B C等価チャネル行列と、生成された S T B C受信データとから、 M I MO検波処理を行い、推定シンボルを推定する M I M O検波手段と、

推定された推定シンボルから、ネットワーク復号処理を行い、前向きリンク及び後向きリンクへの連続する 2 シンボルの中継信号を生成するネットワーク復号手段と、

宛先制御処理を行う中継制御手段と、

生成された中継信号から、連続する 2つの送信シンボルのネットヮーク符号化処理を行い、連続する 2つの送信信号を生成する、ネットヮーク符号化手段と、

前記ネットワーク符号化手段で生成された送信信号から、 S T B C送 2 6

信データ生成処理を行い、 S T B C送信データを生成する、 S T B C送信データ生成手段と、

生成された S T B C送信データに、トレーニング信号を付加して、トレーニング信号付加処理を行うトレーニング信号付加手段と、

を備え、

トレーニング信号が付加された S T B C送信データを、無線送信信号として送信することを特徴とするマルチホップ無線通信システム。

4 . 前記中継制御手段は、生成された中継信号が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する前記宛先制御処理を行い、生成された中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、前記ノード装置の処理は終了し、一方、生成された中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合、生成された中継信号を前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットのネットワーク復号処理を行うために、保存十る請求の範囲第 3項に記載のマルチホップ無線通信システム。

5 . 前記 M I M O検波処理では、 M I M O受信に Z F アルゴリズム又は M M S Eアルゴリズムを用いる請求の範囲第 4項に記載のマルチホップ無線通信システム。

6 . 前記マルチホップ無線通信システムでは、第（ k 一 1 ) ノードと第 ( k + 1 ) ノードが送信状態の場合、第（ k 一 1 ) ノードの連続する 2 つの送信信号 ^-'， —'は次の 2つの数式を用いて、モデル化され、 ^{= 5}FI ⁺¾ ^m()d q

ー¹ - ^sv2 + ¹ mod q

また、第（ k + 1 ) ノードの連続する 2つの送信信号は次の 2 つの式を用いて、モデル化され、

s₂ = s_F2 + s_B2 mod q

ただし、 — ¹は第（ k 一 1 ) ノードの前向きリンクへの連続する 2 つの送信シンボルであり、は第（ k — 1 ) ノードの後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボルであり、 s^,4;'は第（ k + 1 ) ノードの前向きリンクへの連続する 2つの送信シンボルであり、 ¹, 'は第（ k + 1 ) ノードの後向きリンクへの連続する 2つの送信シンボル（送信信号）であり、 qはラテイス符号化の格子サイズである請求の範囲第 5 項に記載のマルチホップ無線通信システム。

7 . 前記 S T B C送信データ生成手段では、

第（ k 一 1 ) ノードについて、連続する 2つの送信信号 —^{1 1}を用いて、

に基づき、 2時刻にわたる 4つの送信シンボルを含む S T B C送信データ（ 1 時刻、 2時刻にわたる送信信号行列 — を生成し、

また、第（ k + 1 ) ノードについて、連続する 2つの送信信号を用いて、 28 l

に基づき、 2時刻にわたる 4つの送信シンボルを含む S T B C送信データ（ 1 時刻、 2時刻にわたる送信信号行列 X^A+1) を生成する請求の範囲第 6項に記載のマルチホップ無線通信システム。

8. 第 k ノードが受信状態の場合に、前記 S T B C受信データ生成手段では、第（ k — 1 ) ノード及び第（ k + l ) ノードの S T B C送信データを前記アンテナにて受信し、次の数式に基づき、 S T B C受信データを生成し、

y = H_es + n

ただし、 yeC⁴は第 k ノードの時刻 1 と時刻 2 にわたる等価受信信号ベクトノレであり、 y ァ n， ₁₂,ァ₂₁， ₂₂ で表し、 seC⁴は送信信号べタト - 1 k-\ k+\ k+\

ルであり、 S Ί ^S2 ，"2 で表し、 n e C⁴は時刻 1 と時刻 2 の等つ τ

価加法性雑音べクトルであり、 n = "11，"12，"21，"22 で表し、また、

H_e e C^4x4は第 k ノ一ドの S T B C等価チャネル行列であり、ブロック直交行列となっている請求の範囲第 7項に記載のマルチホップ無線通信システム。

9. 前記 M I MO検波手段では、第 k ノードについて、次の数式に基づき、 M I MO受信により、推定シンボル Sを推定する M I MO検波処理を行い、

ただし、 W_{t e} C^4x4は第 k ノードの受信ウェイト行列であり、 yは第 k ノードの S T B C受信データであり、

M I MO受信に Z Fアルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ウェイト行列 W _Αは、次の数式によって計算され、

ただし、 H_eは第 k ノードの S T B C等価チャネル行列であり、また、 M I MO受信に MM S Eアルゴリズムを用いる場合に、第 k ノードの受信ウェイト行列 W _tは、次の数式によって計算され、

ただし、 Pはノードあたりの総送信電力であり、ひ ²は受信アンテナあたりの雑音電力である請求の範囲第 8項に記載のマルチホップ無線通信システム。

1 0. 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数本の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に、前向きリンク又は後向きリンクを張ることにより、無線通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

前記ノ一ド装置は、

前記アンテナにて無線受信したトレーニング信号から推定されたチヤネル情報と、前記アンテナにて無線受信した無線受信信号とから、 M l M O検波処理を行い、推定シンボルを推定する M I M O検波手段と、推定された推定シンボルから、ネットワーク復号処理を行い、中継信号を生成するネットワーク復号手段と、

宛先制御処理を行う中継制御手段と、

生成された中継信号から、ネットワーク符号化処理を行い、送信信号を生成する、ネットワーク符号化手段と、

前記ネットワーク符号化手段で生成された送信信号にトレーニング信号を付加して、トレーニング信号付加処理を行うトレーニング信号付加手段と、

を備え、

トレーニング信号が付加された送信信号を、無線送信信号として送信することを特徴とするマルチホップ無線通信システム。

1 1 . 前記中継制御手段は、生成された中継信号が自ノード宛の信号である力又は、他ノード宛の信号であるかを判断する前記宛先制御処理を行い、生成された中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、前記ノード装置の処理は終了し、一方、生成された中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合、生成された中継信号を前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットのネットヮ一ク復号処理を行うために、保存する請求の範囲第 1 0項に記載のマルチホップ無線通信システム。

1 2 . 前記 M I M O検波処理では、 M I M O受信に Z Fアルゴリズム又は M M S Eアルゴリズムを用いる請求の範囲第 1 1項に記載のマルチホップ無線通信システム。

1 3 . 中継機能を有する複数のノ一ド装置を有し、前記各ノード装置は

、複数の M I M Oァンテナを搭載するとともに、前記各ノ一ド装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が 1 つのノード装置で交差するクロス型 2次元マ/レチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

前記各ノド装置は、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになつており、送受信処理を行い、データを中継伝送し、

交差点ノド装置及び当該交差点ノ一ド装置に隣接する隣接ノ一ド装置に、 2次元 M I M Oネットワークディングを適用することにより

、単一チヤネルで 2次元の双方向フ π一のマノレチホップ中継を実現することを特徴とするマルチホップ無線通 ί' システム

1 4 . 中継機能を有する複数のノ一ド装置を有し、前記各ノード装置は

、複数の M I M Oァンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路カ S 4つのノード装置を介して交差する口タリー型 2次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

前記各ノード装置は、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになつており、送受信処理を行い、データを中継伝送し、

ロータリーノード装置及び当該口一タリーノード装置に隣接する隣接ノード装置に、 2次元 Μ Ι Μ Οネットワークコーディングを適用することにより、単一チヤネノレで 2次元のロータリ一型の双方向フローのマノレチホップ中継を実現することを特徴とするマルチホップ無線通信システム。

1 5 . 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が部分的に結合し、部分的に結合した経路が共通経路を構成するツリー型 2次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

前記共通経路上のノード装置及びそれに隣接する隣接ノード装置に、 2次元 M I M Oネットワークコーディングを適用することにより、単一チャネルで 2次元のッリ一型の双方向フローのマルチホップ中継を実現することを特徴とするマルチホップ無線通信システム。

1 6 . 前記 2つの経路は経路 Hと経路 Vであり、

前記 2次元 M I M Oネットワークコーディングが適用されたノード装置は、

前記アンテナにて無線受信したトレーニング信号から推定されたチヤネル情報と、前記アンテナにて無線受信した無線受信信号とから、 M l M O検波処理を行い、推定シンボルを推定する M I M O検波手段と、前記 M I M O検波手段にて推定された前向きリンク及び後向きリンクの推定シンボルから、経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行い、経路 Hの中継信号を生成する、経路 Hにおけるネットワーク復号手段と、経路 Hにおける宛先制御処理を行う、経路 Hにおける中継制御手段と生成された経路 Hの中継信号から、経路 Hにおけるネットワーク符号化処理を行い、経路 Hの送信信号を生成する、経路 Hにおけるネットヮーク符号化手段と、

前記経路 Hにおけるネットワーク符号化手段にて生成された経路 Hの送信信号に、経路 Hにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Hにおけるトレーニング信号付加手段と、

前記 M I M O検波手段にて推定された上向きリンク及び下向きリンクの推定シンボルから、経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行い、経路 Vの中継信号を生成する、経路 Vにおけるネットワーク復号手段と、経路 Vにおける宛先制御処理を行う、経路 Vにおける中継制御手段と生成された経路 Vの中継信号から、経路 Vにおけるネットワーク符号化処理を行い、経路 Vの送信信号を生成する、経路 Vにおけるネットヮーク符号化手段と、

前記経路 Vにおけるネットワーク符号化手段にて生成された経路 Vの送信信号に、経路 Vにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Vにおけるトレーニング信号付加手段と、

を備え、

経路 Hにおけるトレーニング信号が付加された経路 Hにおけるネットワーク符号化された送信データと、経路 Vにおける小レーニング信号が付加された経路 Vにおけるネットワーク符号化された送信データに対し、 M I M O空間多重処理を行ってから無線送信信号として送信する請求の範囲第 1 3項乃至請求の範囲第 1 5項の何れかに記載のマルチホップ無線通信システム。

1 7 . 前記経路 Hにおける中継制御手段は、生成された経路 Hの中継信号が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する前記経路 Hにおける宛先制御処理を行い、生成された経路 Hの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、前記ノード装置の処理は終了し、一方、生成された経路 Hの中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合、生成された経路 Hの中継信号を、経路 Hにおける前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットの経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行うために、保存し、

前記経路 Vにおける中継制御手段は、生成された経路 Vの中継信号が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する前記経路 Vにおける宛先制御処理を行い、生成された経路 Vの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、前記ノード装置の処理は終了し、一方、生成された経路 Vの中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合、生成された経路 Vの中継信号を、経路 Vにおける前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットの経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行うために、保存する請求の範囲第 1 6 項に記載のマルチホップ無線通信システム。

1 8 . 前記 M I M O検波処理では、 M I M O受信に Z F アルゴリズム又は M M S Eアルゴリズムを用いる請求の範囲第 1 7項に記載のマルチホップ無線通信システム。

1 9 . 前記複数のノード装置から、前記 2次元 M I M Oネットワークコ —ディングが適用されたノード装置を除いて残ったノード装置に、 1 次 3 5

元 M I M Oネットワークコーディングを適用する請求の範囲第 1 3項乃至請求の範囲第 1 8項の何れかに記載のマルチホップ無線通信システム

2 0 . 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の M I M Oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が 1 つのノード装置で交差するクロス型 2次元マルチホッフ通信システムを構築するマルチホップ無線通 Ί§システムであって、

刖記谷ノ一ド装置は、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになつており、送受信処理を行い、デ一タを中継伝送し、

交差点ノ一ド装置及び当該交差点ノ一ド装置に隣接する隣接ノ一ド装置に、 2次元 S T B C— Μ I Μ Οネットワークコーディングを適用することにより、単一チヤネルで 2次元の S T B C処理された双方向フローのマ/レチホップ中継を実現することを特徴とするマルチホップ無線通 15 システム。

2 1 . 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は、複数の Μ Ι Μ Οアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることにより、 2つの経路が 4つのノード装置を介して交差するロータリー型 2次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホップ無線通信システムであって、

ロータリーノード装置及び当該ロータリーノード装置に隣接する隣接ノード装置に、 2次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングを適用することにより、単一チャネルで 2次元のロータリー型の S T B C 処理された双方向フローのマルチホップ中継を実現することを特徴とするマルチホップ無線通信システム。

2 2. 中継機能を有する複数のノード装置を有し、前記各ノード装置は

、複数の M I M oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード装置間に無線リンクを張ることによ、 2つの経路が部分的に結合し、部分的に結合した経路が it通経路を構成するッリ一型 2次元マルチホップ通信システムを構築するマルチホクプ無線通信システムであって、

前記各ノ一 K装置は、受信状態と送信状態を交互に繰り返すようになつており、送受信処理を行レ、、データを中継伝送し、

前記共通経路上のノードお置及びそれに隣接する隣接ノ一ド装置に、

2次元 S T B C ― M I M Oネットワークコーディングを適用することにより、単一チャネルで 2次元のツリー型の S T B C処理された双方向フローのマノレチホクプ中継を実現することを特徴とするマルチホップ無線通信システム

2 3. 前記 2つの経路は経路 Hと経路 Vであり、

前記 2次元 S T B C— M I MOネットワークコーディングが適用されたノード装置は、

前記 M I M O検波手段にて推定された前向さリンク及び後向きリンクの推定シンボルから、経路 Hにおけるネットフ一ク復号処理を行い、前向きリンク及び後向きリンクへの連続する 2 シンボルの経路 Hの中継信号を生成する、経路 Hにおけるネットワーク復号手段と、

経路 Hにおける宛先制御処理を行う、経路 Hにおける中継制御手段と生成された経路 Hの中継信号から、連続する 2つの送信シンボルの経路 Hにおけるネットワーク符号化処理を行い、連続する 2つの経路 Hの送信信号を生成する、経路 Hにおけるネッ卜ワーク符号化手段と、

前記経路 Hにおけるネットワーク符号化手段にて生成された経路 Hの送信信号から、経路 Hにおける S T B C送信データ生成処理を行い、経路 Hにおける S T B C送信データを生成する、経路 Hにおける S T B C 送信データ生成手段と、

生成された経路 Hにおける S T B C送信データに、経路 Hにおけるトレーニング信号を付加して、経路 Hにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Hにおけるトレーニング信号付加手段と、

前記 M I MO検波手段にて推定された上向きリンク及び下向きリンクの推定シンボルから、経路 Vにおけるネットワーク復号処理を行い、上向きリンク及び下向きリンクへの連続する 2 シンボルの経路 Vの中継信号を生成する、経路 Vにおけるネットワーク復号手段と、経路 Vにおける宛先制御処理を行う、経路 Vにおける中継制御手段と生成された経路 Vの中継信号から、連続する 2 つの送信シンボルの経路 Vにおけるネットワーク符号化処理を行い、連続する 2 つの経路 Vの s'信号を生成する、経路 Vにおけるネットワーク符号化手段と、

BU記経路 Vにおけるネッ卜ヮ一ク符号化手段にて生成された経路 Vの达 1目信号から、経路 Vにおける S T B C送信データ生成処理を行い、経路 Vにおける S T B C送信テ一タを生成する、経路 Vにおける S T B C 达 f Tータ生成手段と、

生成された経路 Vにおける S T B C送信データに、経路 Vにおけるトレー二ング信号を付加して、経路 Vにおけるトレーニング信号付加処理を行う、経路 Vにおける卜レ一二ング信号付加手段と、

を備え、

経路 Hにおけるトレー二ング信号が付加された経路 Hにおける S T B

C送信データと、経路 Vにおけるトレーニング信号が付加された経路 V における S T B C送信デ一タに対し、 M I M O空間多重処理を行ってから無線送信信号として送信する 5 求の範囲第 2 0項乃至請求の範囲第 2

2項の何れ力に記載のマルチホソプ無線通信システム。

2 4 . 前記経路 Hにおける中継制御手段は、生成された経路 Hの中継信号が自ノード宛の信号であるか、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する前記経路 Hにおける宛先制御処理を行い、生成された経路 Hの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、前記ノード装置の処理は終了し、一方、生成された経路 Hの中継信号が他ノード宛の信号であると判断された場合、生成された経路 Hの中継信号を、経路 Hにおける前タイムスロット送信データとして、次のタイムスロットの経路 Hにおけるネットワーク復号処理を行うために、保存し、

前記経路 Vにおける中継制御手段は、生成された経路 Vの中継信号が自ノード宛の信号である力、又は、他ノード宛の信号であるかを判断する前記経路 Vにおける宛先制御処理を行い、生成された経路 Vの中継信号が自ノード宛の信号であると判断された場合に、前記ノード装置の処理は終了し、一方、生成された経路 Vの中継信号が他ノド宛の信号であると判断された場合、生成された経路 Vの中継信号をゝ経路 Vにおける前タイムス口クト送信データとして、次のタイムス口クトの経路 Vにおけるネットヮ一ク復号処理を行うために、保存する請求の範囲第 2 3 項に記載のマルチホップ無線通信システム。

2 5 '. HU記 M I M o検波処理では、 M I M O受信に Z Fァノレ：π リズム又は M M S Eァルゴリズムを用い Ό f冃求の範囲第 2 4項に記載のマルチホップ無線通信システム。

2 6 . 前記複数の、，

ノード装置から、記 2次元 S T B C一 Μ I Μ Οネットワークコーディングが適用されたノ一ド装置を除いて残つたノ一ド装置に、 1 次元 S T B C - M I M oネク卜ワークコ一ディングを適用する請求の範囲第 2 0項乃至請求の範囲第 2 5項の何れかに記載のマルチホップ無線通信システム。