WO2011135615A1 - 無線中継装置、無線中継方法 - Google Patents

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WO2011135615A1
WO2011135615A1 PCT/JP2010/003014 JP2010003014W WO2011135615A1 WO 2011135615 A1 WO2011135615 A1 WO 2011135615A1 JP 2010003014 W JP2010003014 W JP 2010003014W WO 2011135615 A1 WO2011135615 A1 WO 2011135615A1
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WO
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data
buffer
priority
wireless relay
relay
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PCT/JP2010/003014
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English (en)
French (fr)
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椎▲崎▼耕太郎
関宏之
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富士通株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H04B7/15507—Relay station based processing for cell extension or control of coverage area
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H04B7/15557—Selecting relay station operation mode, e.g. between amplify and forward mode, decode and forward mode or FDD - and TDD mode

Definitions

  • the present invention relates to a relay technology for relaying wireless communication between a transmission device and a reception device, such as relaying wireless communication between a base station and a mobile station.
  • next-generation wireless relay systems that require high-speed transmission of 100 M to 1 Gbit / s, high frequency band allocation is assumed, but generally high frequency band signals are straight ahead compared to low frequency band signals. It is known that there are many dead zones that are strong and do not reach radio waves. Therefore, when it is assumed that the transmission power of the base station is the same as that of a radio relay system that is currently commercialized, cell coverage (service area) is reduced due to allocation of a high frequency band. This is not preferable not only from the viewpoint of increasing the cost due to the increase in the number of base stations, but also from the point that frequent handover occurs.
  • a radio relay system including a relay station RN (Relay Node) as a radio relay device that relays radio communication between a base station and a mobile station has been proposed.
  • the relay station RN is lower in cost than the base station BTS (Base Transceiver Station)
  • the entire system can be realized at low cost while ensuring sufficient coverage by introducing the relay station RN.
  • the relay station RN As the relay station RN, a so-called AF (Amplify and Forward) type and DF (Decode and Forward) type are known.
  • the AF type relay station RN for example, amplifies the received signal from the base station BTS as it is and transmits it to the mobile station UE (User Equipment).
  • the DF type relay station RN for example, once demodulates and decodes a received signal from the base station BTS, performs encoding / modulation, frame format, amplifies, and transmits to the mobile station UE.
  • a better reception error rate characteristic can be obtained in the receiving device (base station or mobile station) than in the AF type relay station RN.
  • the relay station RN stores the transmitted data in the retransmission buffer until a signal (ACK) indicating reception completion is obtained from the receiving apparatus, for example. .
  • ACK signal indicating incomplete reception
  • NACK / DTX signal indicating incomplete reception
  • the data is retransmitted to the receiving device. Therefore, for example, assuming that wireless communication is relayed from the base station BTS to the mobile station UE, a large amount of transmission data is accommodated in the retransmission buffer when the number of mobile stations UE (receiving devices) that are relay destinations is large. And the retransmission buffer may overflow.
  • a technique for controlling data in the buffer memory and data transmission according to the use state of the buffer memory is known.
  • control is performed to release (discard) the data in the buffer memory.
  • the transmission data amount from the transmission device is reduced so that the data is not easily stored in the buffer memory.
  • control is merely performed based on whether or not the amount of data stored in the buffer memory is equal to or higher than a predetermined level, and is not intended to reduce the capacity of the buffer itself. .
  • data with high priority such as highly immediate data
  • the buffer memory when data with high priority, such as highly immediate data, is discarded in the buffer memory, the data is retransmitted from the transmitting device, so there is a problem in delay until the data is received by the receiving device. It becomes.
  • a wireless relay device that relays data addressed to a receiving device from a transmitting device by wireless communication.
  • This wireless relay device (A) a buffer for temporarily storing data to be relayed; (B) Based on the comparison between the priority of the first data received from the transmitting device and the priority of the second data stored in the buffer, the second data is discarded from the buffer and the first data is stored in the buffer.
  • a buffer control unit for controlling the buffer so as not to store the first data in the buffer; Is provided.
  • a radio relay method in a radio relay apparatus including a buffer that relays data addressed to a reception apparatus from a transmission apparatus by wireless communication and temporarily stores data to be relayed.
  • This wireless relay method is (C) receiving first data from a transmitting device; (D) comparing the priority of the first data with the priority of the second data stored in the buffer; (E) Depending on the result of the comparison, discarding the second data from the buffer and storing the first data in the buffer, or controlling the buffer so as not to store the first data in the buffer; (F) transmitting the first data to the receiving device; including.
  • the disclosed wireless relay device and wireless relay method when relaying data addressed to a receiving device from a transmitting device by wireless communication, the capacity of a buffer for temporarily storing data to be relayed is reduced, and It is possible to make it difficult to cause a delay in communication of data with high priority.
  • 9 is a flowchart showing an operation of a relay station RN in the second embodiment.
  • movement of the relay station RN in the modification of 2nd Embodiment. 9 is a flowchart showing the operation of a relay station RN in the third embodiment.
  • the wireless relay system of this embodiment includes a base station BTS (Base Transceiver Station), a relay station RN (Relay Node) as a wireless relay device, and a mobile station UE (User Equipment).
  • the relay station RN relays radio communication between the base station BTS and the mobile station UE.
  • a description will be given by taking an example of relaying a downlink radio signal. That is, the base station BTS corresponds to a transmission device, and the mobile station UE corresponds to a reception device.
  • the relay station RN is prepared for a case where data to be relayed is not received by the mobile station UE because the environment of the wireless propagation path between the relay station RN and the mobile station UE is not good, for example.
  • a buffer (not shown) is provided for temporarily holding transmission data to the mobile station UE.
  • the relay station RN recognizes from the retransmission control signal (NACK / DTX) fed back from the mobile station UE that the relay station RN has not been correctly received at the mobile station UE.
  • the relay station RN of the present embodiment for the purpose of effectively using a buffer that is a finite resource by appropriately limiting the data to be relayed to be stored in the buffer, the data to be relayed to be stored in the buffer, Manage by data priority.
  • the priority of data to be relayed is determined based on, for example, control information associated with the data, downlink communication quality from the base station BTS to the relay station RN, and the like.
  • the control information includes, for example, the attributes of the data to be relayed, the number of retransmissions of the data to be relayed, the priority of the receiving device that receives the data to be relayed, or between the transmitting device and the relay device that transmits the data to be relayed
  • the information of the type such as the communication quality between them is included. Any one of these types of information is a reference for priority comparison.
  • the relay station RN compares the priority of the data (first data) received from the base station BTS as the transmission device with the priority of the data (second data) stored in the buffer. Then, based on the comparison result, the relay station RN determines whether to discard the second data from the buffer and store the first data in the buffer, or not to store the first data in the buffer. Preferably, if the priority of the first data is higher than the priority of the second data, the second data is discarded from the buffer and the first data is stored in the buffer, and vice versa. The first data is not stored in the buffer. Thereafter, the first data is transmitted to the mobile station UE as a receiving device.
  • the capacity of the buffer can be reduced in such a manner that high priority data is stored in the buffer based on a specific priority comparison criterion. Therefore, when a retransmission request is made from the mobile station UE for data with high priority, the data in the buffer can be immediately retransmitted, so the delay time when transmitting data with high priority to the mobile station UE is reduced. Can be shortened.
  • the relay station RN when a retransmission request is made from the mobile station UE for low priority data that is not stored in the buffer, the relay station RN has no data for retransmission in the buffer, and therefore, based on the data in the buffer. Thus, data cannot be retransmitted to the mobile station UE. Therefore, it is preferable that the relay station RN makes a retransmission request to the transmission source base station BTS when there is no data for retransmission in the buffer. Thereby, since the data is retransmitted from the base station BTS, the data can be transmitted to the mobile station UE although the delay time becomes long.
  • Table 1 shows an example.
  • the priority comparison criterion is “attribute of data to be relayed”, it is determined that the data indicating the attribute indicating the real-time property has high priority. This is because when the relay target data is, for example, streaming data for reproducing a moving image, it is preferable that the delay time in communication is short.
  • the UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • LTE Long Term Evolution
  • the priority of the data can be appropriately determined based on the data communication method when the data is transmitted from the base station BTS. For example, if there is a lot of LTE data communication in urban areas and UMTS data communication in the suburbs, it is determined that the priority of data transmitted according to the LTE communication method is high in the urban areas. Then, conversely, it may be determined that the priority of data transmitted according to the UMTS communication method is high.
  • the priority comparison criterion is “the number of retransmissions of relay target data”
  • data indicating that the number of retransmissions is large is determined to have a high priority. This is because a delay has already occurred in communication of data having a large number of retransmissions, and further delay is avoided.
  • HARQ Hybrid Auto Repeat reQuest
  • the priority comparison criterion is “priority of a receiving device that receives data to be relayed”
  • data indicating that the priority of the receiving device is high is determined to have high priority. For example, when a special charge is made for a user of a mobile station UE that is a receiving device, the user's mobile station UE is determined to have a higher priority than the user's mobile station UE that is not charged. can do. That is, it is determined that the priority of data addressed to the mobile station UE having a high priority is high.
  • the priority comparison criterion is “communication quality between the transmission device that transmits data to be relayed and the relay device”, for example, data indicating a low downlink SINR value is determined to have a high priority. Is done.
  • the downlink SINR is measured in the relay station RN based on a known reference signal transmitted from the base station BTS.
  • the relay station RN relays communications from a plurality of base stations BTS, the environment of the radio propagation path between each base station BTS and the relay station RN is different. In this case, the relay station RN determines that the data transmitted from the base station BTS in a situation where the environment of the radio propagation path is not good (that is, a situation where the downlink SINR is small) has a high priority.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a radio relay method when data is not retransmitted from the base station BTS.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a radio relay method when data is retransmitted from the base station BTS.
  • steps S10 and S12 are common.
  • the base station BTS transmits new data D1 addressed to the mobile station UE to the relay station RN (step S10).
  • the relay station RN compares the priority of the data D1 with the data already stored in the retransmission buffer (step S12).
  • the type of information used as a reference for comparison of priorities may be predetermined, or may be changed as appropriate by notification from the base station BTS.
  • the relay station RN compares the priority of data with reference to the control information associated with the data or the value of the downlink communication quality with the base station BTS measured by itself.
  • step S10 data D1 is transmitted to the mobile station UE (step S16).
  • the mobile station UE successfully receives the data D1
  • the mobile station UE transmits “ACK” as a retransmission control signal to the relay station RN (step S18).
  • steps S10 and S12 are the same as FIG.
  • step S20 of FIG. 3 unlike step S14 of FIG. 2, it is assumed that data D2 does not exist in the buffer as data having a lower priority than data D1.
  • the data D1 is transmitted to the mobile station UE (step S22).
  • step S24 of FIG. 3 the mobile station UE transmits “NACK” as a retransmission control signal to the relay station RN (step S24).
  • the relay station RN requests to retransmit the data D1 from the transmission source base station BTS. That is, the relay station RN receives “NACK” from the mobile station UE and transmits “NACK” of the retransmission control signal as a data retransmission request to the base station BTS that is the data transmission source (step S26).
  • the base station BTS receives “NACK” from the relay station RN and retransmits the data D1 to the relay station RN (step S28).
  • the relay station RN retransmits the data D1 to the mobile station UE based on the data D1 retransmitted from the base station BTS (step S30).
  • the relay station RN stores the priority of data (first data) received from the base station BTS (transmitting apparatus) and the buffer of the relay station RN.
  • the priority of the existing data (second data) is compared.
  • the relay station RN discards the second data from the buffer and stores the first data in the buffer based on the comparison result of the priority of the data, or stores the first data in the buffer, and stores the first data in the buffer.
  • One data is transmitted to the mobile station UE (receiving device). Therefore, when relaying data addressed to the mobile station UE (receiving device) from the base station BTS (transmitting device) by wireless communication, the capacity of the buffer for temporarily storing data to be relayed can be reduced.
  • the entire relay station RN can be reduced in size. Also, when the priority of data to be relayed is high, the data is more easily held in the retransmission buffer in the relay station RN than when the priority of data is low. Therefore, when retransmitting high-priority data to the mobile station UE (receiving device), it is not necessary to send a data retransmission request to the base station BTS (transmitting device), and data communication with high priority is not required. Delay is less likely to occur.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a main part of the internal configuration of the base station BTS.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the main part of the internal configuration of relay station RN.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a main part of the internal configuration of the mobile station UE.
  • the base station BTS includes a reception antenna 71, a receiver 72, a separation unit (DMUX) 73, a channel estimation unit 74, a HARQ buffer. 75, demodulation / decoding units 76 and 77, scheduler 78, priority instruction information generation unit 79, data generation unit 80, control information generation unit 81, retransmission buffer 82, transmission buffer 83, encoding A modulation unit 84, 85, a reference signal generation unit 86, a multiplexing unit (MUX) 87, a transmitter 88, and a transmission antenna 89 are provided.
  • DMUX separation unit
  • MUX multiplexing unit
  • the receiver 72 converts the upstream RF signal received by the receiving antenna 71 into a digital baseband signal.
  • the receiver 72 includes a band limiting filter, a low noise amplifier (LNA: Low Noise Amplifier), a local frequency oscillator, a quadrature demodulator, an AGC (Automatic Gain Control) amplifier, an A / D (Analog to Digital) converter, and the like.
  • LNA Low Noise Amplifier
  • AGC Automatic Gain Control
  • a / D Analog to Digital
  • the separation unit 73 separates the received signal (baseband signal) into a data signal, a control signal, and a reference signal.
  • the reference signal is, for example, a known pilot symbol or preamble.
  • the separation unit 73 removes GI (Guard Interval), and then performs FFT processing after a predetermined FFT (Fast Fourier Transform) window is set. An encoded symbol sequence for each subcarrier is generated. And the process which isolate
  • the channel estimation unit 74 performs channel estimation processing based on the separated reference signal and the reference signal known by the relay station RN.
  • the channel state information (CSI: Channel Status Information) about the uplink from the relay station RN to the base station BTS is calculated by calculating the correlation value between the received reference signal and the known reference signal. ) Is calculated. This CSI is given to the demodulation / decoding units 76 and 77.
  • the demodulation / decoding units 76 and 77 perform demodulation / decoding processing on the data signal and the control signal, respectively.
  • channel compensation is performed on the data signal and the control signal using the CSI calculated by the channel estimation unit 74. For example, when the OFDM communication system is adopted, channel compensation is performed for each subcarrier and each OFDM symbol, and phase rotation or the like that may occur in the propagation path is compensated.
  • the HARQ buffer 75 is a buffer provided for executing HARQ when data destined for the relay station RN is retransmitted.
  • the base station BTS transmits a data block obtained by performing error correction coding on information bits to the relay station RN.
  • the base station BTS transmits another data block created based on the same information bits to the relay station RN.
  • the relay station RN recovers the original information bits from these multiple data blocks. This reduces the coding rate of the data block to be decoded at the relay station RN, and improves the error correction capability in decoding.
  • the data signal obtained by the separation unit 73 is once stored in the HARQ buffer 75 and supplied to the demodulation / decoding unit 76 when HARQ is executed. Note that executing HARQ is not essential in the present embodiment.
  • the scheduler 78 determines downlink signal scheduling (radio resource allocation) addressed to the relay station RN and the mobile station UE connected to the base station BTS in resource block units, and modulation modulation scheme (MCS: Modulation and MCS). Coding Scheme) and downlink transmission timing control, etc. Further, as shown in FIG. 4, the scheduler 78 notifies the demodulation / decoding units 76 and 77 of MCS when demodulating and decoding the uplink data signal and control signal.
  • MCS Modulation and MCS
  • the data generation unit 80 generates data to be transmitted to the relay station RN in response to an instruction from the scheduler 78.
  • the control information generation unit 81 generates control information to be transmitted to the relay station RN in response to a command from the scheduler 78.
  • the control information generated by the control information generation unit 81 includes various types of information that can serve as a basis for comparing data priorities in the relay station RN. For example, if it is known that the attribute of data transmitted to the relay station RN is an attribute indicating real-time property based on information from the upper layer, for example, the control information of the data includes an attribute indicating the real-time property. Information indicating that it exists is included.
  • the control information may include priority instruction information generated by the priority instruction information generating unit 79.
  • the priority indication information indicates the type of information to be used as a reference for data priority comparison at the relay station RN among various types of information that can be a reference for data priority comparison at the relay station RN. This is information for instructing.
  • Data and control information are sequentially stored in the retransmission buffer 82 and the transmission buffer 83, and then sent to the encoding / modulation units 84 and 85.
  • the retransmission buffer 82 is a buffer for temporarily storing data in preparation for receiving a data retransmission request notification from the relay station RN.
  • Each of the encoding / modulation units 84 and 85 performs encoding / modulation processing on data to be transmitted and control information.
  • the reference signal generation unit 86 generates a reference signal to be transmitted to the relay station RN in response to an instruction from the scheduler 78.
  • the multiplexing unit 87 multiplexes the data signal obtained by the encoding / modulation process, the control signal, and the reference signal generated by the reference signal generation unit 86 to generate a baseband signal to be transmitted. For example, when the OFDM communication method is adopted, conversion of each subcarrier signal into a time domain signal is performed by GI addition and IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) processing.
  • the transmitter 88 includes a D / A (Digital to Analog) converter, a local frequency transmitter, a mixer, a power amplifier, a filter, and the like. The transmitter 88 radiates the baseband signal from the multiplexer 87 from the transmission antenna 89 to space after up-converting the baseband signal from the baseband frequency to the radio frequency.
  • the relay station RN includes a reception antenna 11, a receiver 12, a separation unit (DMUX) 13, a channel estimation unit 14, a HARQ buffer. 15, demodulation / decoding units 16 and 17, retransmission buffer 18, transmission buffer 19, encoding / modulation units 20 and 21, reference signal generation unit 22, multiplexing unit (MUX) 23, transmitter 24, a transmission antenna 25, and a buffer control unit 26.
  • DMUX separation unit
  • HARQ buffer HARQ buffer
  • the receiver 12 converts the downlink RF signal received from the base station BTS received by the receiving antenna 11 into a digital baseband signal.
  • the receiver 12 includes a band limiting filter, a low noise amplifier (LNA: Low Noise Amplifier), a local frequency transmitter, a quadrature demodulator, an AGC (Automatic Gain Control) amplifier, an A / D (Analog to Digital) converter, and the like.
  • LNA Low Noise Amplifier
  • AGC Automatic Gain Control
  • a / D Analog to Digital
  • the separation unit 13 separates the received signal (baseband signal) into a data signal, a control signal, and a reference signal.
  • the reference signal is, for example, a known pilot symbol or preamble.
  • the separation unit 13 removes GI (Guard Interval), and then performs FFT processing after a predetermined FFT (Fast Fourier Transform) window is set. An encoded symbol sequence for each subcarrier is generated. And the process which isolate
  • the channel estimation unit 14 performs channel estimation processing based on the separated reference signal and the reference signal known by the relay station RN.
  • the channel state information (CSI: Channel Status Information) about the downlink from the base station BTS to the relay station RN is calculated by calculating the correlation value between the received reference signal and the known reference signal. ) Is calculated. This CSI is given to the demodulation / decoding units 16 and 17.
  • the demodulator / decoders 16 and 17 perform data demodulation and decoding on the data signal and the control signal, respectively, to obtain data and control information.
  • channel compensation is performed on the data signal and the control signal using the CSI calculated by the channel estimation unit 14. For example, when the OFDM communication system is adopted, channel compensation is performed for each subcarrier and each OFDM symbol, and phase rotation or the like that may occur in the propagation path is compensated.
  • the HARQ buffer 15 is a buffer provided for executing HARQ when data destined for the mobile station UE is retransmitted.
  • the relay station RN transmits a data block obtained by performing error correction coding on information bits to a receiving device (in this embodiment, a mobile station UE). If the data block is not correctly received by the mobile station UE, the relay station RN transmits another data block created based on the same information bit to the mobile station UE. The mobile station UE reproduces the original information bits from the plurality of data blocks. Thereby, the coding rate of the decoding target data block in the mobile station UE is reduced, and the error correction capability in decoding is improved.
  • the data signal obtained by the separation unit 13 is temporarily stored in the HARQ buffer 15 and supplied to the demodulation / decoding unit 16 when HARQ is executed. Note that executing HARQ is not essential in the present embodiment.
  • Data and control information obtained by demodulation and decoding can be temporarily stored in the retransmission buffer 18 in preparation for data retransmission.
  • whether to store the data and control information in the retransmission buffer 18 is controlled by the buffer control unit 27 as described later.
  • the buffer control unit 27 When data and control information are stored in the retransmission buffer 18, the same (or duplicated) data and control information is sent to the transmission buffer 19 while storing the data in the retransmission buffer.
  • Each of the encoding / modulation units 20 and 21 performs encoding / modulation processing on transmission target data and control information.
  • the multiplexing unit 23 multiplexes the data signal obtained by the encoding / modulation process, the control signal, and the reference signal generated by the reference signal generation unit 22 to generate a baseband signal to be transmitted. For example, when the OFDM communication method is adopted, conversion of each subcarrier signal into a time domain signal is performed by GI addition and IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) processing.
  • the transmitter 24 includes a D / A (Digital to Analog) converter, a local frequency transmitter, a mixer, a power amplifier, a filter, and the like. The transmitter 24 radiates the baseband signal from the multiplexing unit 23 to the space from the transmission antenna 25 after up-converting the baseband frequency to the radio frequency.
  • the buffer control unit 26 controls the retransmission buffer 18 so that high priority data is stored in the retransmission buffer 18 and low priority data is not stored in the retransmission buffer 18.
  • the type of information used as a reference for priority comparison is set in advance in the relay station RN, set based on the priority indication information included in the control information from the base station BTS, or the relay station RN itself Is set based on the priority instruction information created.
  • the buffer control unit 26 refers to the control information accompanying each data for the content of the information corresponding to the data priority comparison criterion.
  • the reference of the control information is targeted for the control information of the newly received data (control information obtained by the demodulation / decoding unit 17) and the control information of the data in the retransmission buffer 18.
  • the buffer control unit 26 gives scheduling information to the retransmission buffer 18 as a control result.
  • the scheduling information instructs the retransmission buffer 18 as to whether or not the newly received data is held in the retransmission buffer 18 and replaces the newly received data with specific data in the retransmission buffer 18. This is information for giving instructions and the like. The operation of the buffer control unit 26 will be described later.
  • the retransmission control signal (ACK / NACK / DTX) received by the relay station RN from the mobile station UE is included in the control signal obtained by the separation unit 13.
  • the control signal obtained by the separation unit 13 When retransmitting data addressed to the mobile station UE based on the retransmission control signal included in this control signal, if data for retransmission is stored in the retransmission buffer 18, the data is read from the retransmission buffer 18. To be resent. If retransmission data is not stored in the retransmission buffer 18, a retransmission of the data is requested to the base station BTS which is a transmission apparatus.
  • the signal indicating the request for retransmission of data is included in a control signal transmitted to the base station BTS, that is, a control signal obtained by the encoding / modulation unit 21. That is, the encoding / modulation unit 21 is an aspect of the retransmission request unit.
  • the mobile station UE includes a receiving antenna 51, a receiver 52, a demultiplexing unit (DMUX) 53, a channel estimation unit 54, a HARQ buffer. 55, demodulation / decoding units 56 and 57, retransmission control signal generation unit 58, control signal generation unit 60, encoding / modulation unit 61, multiplexing unit (MUX) 62, transmitter 63, and transmission And an antenna 64.
  • DMUX demultiplexing unit
  • the receiver 52 converts the downstream RF signal received from the relay station RN received by the receiving antenna 51 into a digital baseband signal.
  • the receiver 52 includes a band limiting filter, a low noise amplifier (LNA), a local frequency oscillator, a quadrature demodulator, an AGC amplifier, an A / D converter, and the like.
  • the separation unit 53 separates the received signal (baseband signal) into a data signal, a control signal, and a reference signal.
  • the reference signal is, for example, a known pilot symbol or preamble.
  • the channel estimation unit 54 performs channel estimation processing based on the separated reference signal and the reference signal known by the mobile station UE.
  • the channel state information (CSI: Channel ⁇ Status ⁇ Information) about the downlink from the relay station RN to the mobile station UE is calculated by calculating the correlation value between the received reference signal and the known reference signal. ) Is calculated. This CSI is given to the demodulation / decoding units 56 and 57.
  • the demodulation / decoding units 56 and 57 perform demodulation / decoding processing on the data signal and the control signal, respectively.
  • channel compensation is performed on the data signal and the control signal using the CSI calculated by the channel estimation unit 54.
  • the HARQ buffer 55 is provided for executing HARQ when data is retransmitted from the relay station RN. Note that executing HARQ is not essential in the present embodiment.
  • the retransmission control signal generation unit 58 determines whether data has been correctly received based on the data signal and the decoding result of the control signal. Then, retransmission control signal generation section 58 generates a retransmission control signal according to the determination result and supplies it to control signal generation section 60.
  • the retransmission control signal includes, for example, “ACK”, “NACK”, or “DTX”. “ACK” indicates that data was received correctly. “NACK” indicates that data could be received but the data was not correct. “DTX” indicates that received data could not be obtained.
  • the control signal generator 60 generates a control signal including a retransmission control signal (ACK / NACK / DTX).
  • the encoding / modulating unit 61 performs encoding / modulation processing on the control signal generated by the control signal generating unit 60.
  • the multiplexing unit 62 multiplexes the encoded data signal, the control signal, and the reference signal to generate a baseband signal to be transmitted.
  • the transmitter 63 radiates the baseband signal from the multiplexing unit 62 from the transmission antenna 64 to the space after up-converting the baseband frequency to the radio frequency.
  • FIG. 7 and FIG. 7 and 8 are flowcharts showing a main part of the operation of the relay station RN.
  • the relay station RN receives downlink data from the base station BTS toward a specific mobile station UE (step S30).
  • the received signal is converted into a baseband signal by the receiver 12 and separated into a data signal, a control signal, and a reference signal by the separation unit 13.
  • Each of the demodulation / decoding units 16 and 17 performs data demodulation and decoding processing on the data signal and the control signal to obtain data and control information.
  • the buffer control unit 26 determines whether data having a lower priority than the received data in step S30 exists in the retransmission buffer 18 (step S32). At this time, the buffer control unit 26 is set in advance with reference to the control information of the newly received data (control information obtained by the demodulation / decoding unit 17) and the control information of the data in the retransmission buffer 18. Data priority is determined based on a priority comparison criterion. For example, if the priority comparison criterion is “data attribute” and information indicating that the data is an attribute indicating real-time property is included in the control information, the priority of the data is higher. Judgment is made (see Table 1).
  • step S32 when it is determined that data having a lower priority than the received data in step S30 exists in the retransmission buffer 18, the buffer control unit 26 discards the lower priority data from the retransmission buffer 18.
  • the received data is stored in the retransmission buffer 18 (step S34).
  • step S36 If it is determined in step S32 that data having a lower priority than the received data in step S30 does not exist in the retransmission buffer 18, the buffer control unit 26 does not store the received data in the retransmission buffer 18.
  • Step S36 The processing in the retransmission buffer 18 in steps S34 and S36 is performed based on scheduling information given from the buffer control unit 26 to the retransmission buffer 18. Thereafter, the received data is transmitted to the mobile station UE together with accompanying control information (step S38).
  • FIG. 8 is a flowchart similar to FIG. 7, but in the buffer control unit 26, the type of information serving as a reference for data priority comparison is the priority instruction information included in the control information from the base station BTS.
  • the point set based on this (step S40) differs.
  • the advantage of notifying the base station BTS of the data priority comparison standard in the relay station RN is that the priority comparison standard can be flexibly set according to the system to which it is applied. For example, in a multi-hop system, since the environment of the radio propagation path between the base station BTS and the relay station RN is important, it is preferable to use the communication quality between the base station BTS and the relay station RN as a reference. On the other hand, in the relay station RN that mainly operates to distribute streaming data for video playback, it is important whether or not the data is an attribute indicating real-time characteristics, and therefore it is preferable to use the data attribute as a reference. .
  • the configuration of the relay station RN can adopt the same configuration as that shown in FIG. 5, but the retransmission buffer 18 newly adds the retransmission buffer 18 to the buffer control unit 26.
  • the difference from FIG. 5 is that the remaining buffer capacity is reported as the amount of data that can be stored.
  • the relay station RN shown in FIG. 7 is controlled on condition that the remaining amount of buffer as the amount of data that can be newly stored in the retransmission buffer 18 is not more than a predetermined amount.
  • FIG. 9 shows a flowchart of the operation of the relay station RN in this embodiment. The flowchart of FIG. 9 differs from FIG. 7 in that step S50 is added. That is, in step S50, it is determined whether or not the remaining buffer capacity of the retransmission buffer 18 is a predetermined amount or less. Then, the processing of steps S32 to S36 described with reference to FIG. 7 is performed on condition that the remaining amount of the buffer is equal to or less than the predetermined amount.
  • the buffer control according to the priority of the data is not performed when the remaining amount of the buffer is a predetermined amount or more. Therefore, when there is a sufficient remaining capacity in the buffer, data with low priority is also held in the buffer, and the delay of communication time when retransmitting data with low priority is shortened.
  • the wireless relay device and the wireless relay method of the present invention are not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, you may do.
  • the present invention can also be applied when relaying uplink wireless communication from the mobile station UE (transmitting apparatus) to the base station BTS (receiving apparatus).
  • the present invention can also be applied to relaying wireless communication between communication devices that do not pass through the base station BTS. Examples of such wireless communication include ad hoc communication or multi-hop communication.
  • BTS ... Base station 71 ... Receive antenna 72 ... Receiver 73 ... Separation unit 74 ... Channel estimation unit 75 ... HARQ buffer 76 ... Demodulation / decoding unit 77 ... Demodulation / decoding unit 78 ... Scheduler 79 ... Priority instruction information generating unit 80 ... Data signal generation unit 81 ... Control signal generation unit 82 ... Retransmission buffer 83 ... Transmission buffer 84 ... Encoding / modulation unit 85 ... Encoding / modulation unit 86 ... Reference signal generation unit 87 ... Multiplexing unit 88 ... Transmitter 89 ... Transmission Antenna RN ... Relay station 11 ... Receiving antenna 12 ... Receiver 13 ... Separation unit 14 ...

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Abstract

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

Description

無線中継装置、無線中継方法
　本発明は、例えば基地局と移動局の間の無線通信の中継等、送信装置と受信装置の間の無線通信を中継するときの中継技術に関する。
　100M～1Gビット／秒の高速伝送が要求される次世代無線中継システムでは高い周波数帯域の割り当てが想定されているが、一般に高い周波数帯の信号は、低い周波数帯の信号に比べて直進性が強く、電波が到達しない不感地帯が多く発生することが知られている。そのため、基地局の送信電力が現在商用化されている無線中継システムと同一であると仮定した場合、高い周波数帯域の割り当てによりセルのカバレッジ（サービスエリア）が減少することになる。このことは、基地局の増加によるコスト上昇を招来する点だけでなく、頻繁なハンドオーバーが発生する点からも好ましくない。
　そこで、基地局と移動局との無線通信を中継する無線中継装置としての中継局RN (Relay Node)を備えた無線中継システムが提案されている。一般に中継局RNは基地局BTS（Base Transceiver Station）よりも低コストであるため、中継局RNの導入により十分なカバレッジを確保しながら、システム全体を低コストで実現することが可能となる。
　中継局RNとしては、いわゆるＡＦ(Amplify and Forward)型とＤＦ(Decode and Forward)型が知られている。ＡＦ型の中継局RNは、例えば基地局BTSからの受信信号をそのまま増幅して移動局UE（User Equipment）へ送信する。ＤＦ型の中継局RNは、例えば基地局BTSからの受信信号をいったん復調・復号した後、符号化・変調を行い、フレームフォーマット化し、増幅して移動局UEへ送信する。ＤＦ型の中継局RNでは、ＡＦ型の中継局RNと比較して、受信装置（基地局又は移動局）において良好な受信誤り率特性が得られる。
　中継局RNから受信装置に対してデータの再送を可能とするために、中継局RNでは、例えば受信装置から受信完了を示す信号（ACK）を得るまで、送信したデータが再送バッファに格納される。受信装置から受信未完了を示す信号（NACK/DTX）がフィードバックされたときには、データが受信装置へ再送される。そのため、例えば基地局BTSから移動局UEに対する無線通信の中継を想定すると、中継先である移動局UE（受信装置）の数が多い場合には、多くの送信データを再送バッファ内に収容することになり、再送バッファがオーバーフローする虞がある。
　再送バッファに相当するバッファメモリの制御に関し、バッファメモリの使用状態に応じて、バッファメモリ内のデータ、及びデータ送信を制御する技術が知られている。この技術では、バッファメモリのデータ蓄積量が所定レベル以上である場合は、バッファメモリのデータを解放（破棄）するように制御される。また、この技術では、バッファメモリのデータ蓄積量が所定レベルに満たない場合は、送信装置からの送信データ量を低下させて、バッファメモリにデータが蓄積されにくくするように制御される。
特開２００３－３１９４５８号公報
　ところで、今後、中継局RNの普及に伴い、中継局RNの小型化を図るために再送バッファを低容量化することが要請されている。しかしながら、上述した公知の技術では、バッファメモリのデータ蓄積量が所定レベル以上であるか否かに基づいて制御が行われているに過ぎず、バッファの容量自体を低下させることが意図されていない。また、即時性の高いデータ等の優先度が高いデータがバッファメモリで破棄されると、そのデータは送信装置から再送されることになるため、データが受信装置に受信されるまでの遅延が問題となる。
　よって、発明の１つの側面では、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継する場合に、一時的に中継対象のデータを格納するためのバッファの容量を低下させ、かつ優先度が高いデータの通信の遅延を生じにくくすることを可能にした無線中継装置、無線中継方法を提供することを目的とする。
　第１の観点では、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継する無線中継装置が提供される。
　この無線中継装置は、
　（Ａ）中継対象のデータを一時的に格納するバッファ；
　（Ｂ）送信装置から受信した第１データの優先度と、バッファに格納されている第２データの優先度との比較に基づき、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないようにバッファを制御するバッファ制御部；
を備える。
　第２の観点では、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継し、中継対象のデータを一時的に格納するバッファを備えた無線中継装置、における無線中継方法が提供される。
　この無線中継方法は、
　（Ｃ）送信装置から第１データを受信すること；
　（Ｄ）第１データの優先度と、バッファに格納されている第２データの優先度とを比較すること；
　（Ｅ）上記比較の結果に応じて、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないようにバッファを制御すること；
　（Ｆ）第１データを受信装置へ送信すること；
を含む。
　開示の無線中継装置、無線中継方法によれば、無線通信により送信装置から受信装置宛のデータを中継する場合に、一時的に中継対象のデータを格納するためのバッファの容量を低下させ、かつ優先度が高いデータの通信の遅延を生じにくくすることができる。
第１の実施形態の無線中継システムの概略構成を示す図。 第１の実施形態において、基地局BTSからデータを再送しない場合の無線中継方法を示すフロー図。 第１の実施形態において、基地局BTSからデータを再送する場合の無線中継方法を示すフロー図。 第２の実施形態において、基地局BTSの内部構成の要部を示すブロック図。 第２の実施形態において、中継局RNの内部構成の要部を示すブロック図。 第２の実施形態において、移動局UEの内部構成の要部を示すブロック図。 第２の実施形態において、中継局RNの動作を示すフローチャート。 第２の実施形態の一変形例において、中継局RNの動作を示すフローチャート。 第３の実施形態において、中継局RNの動作を示すフローチャート。
　（１）第１の実施形態
　以下、第１の実施形態の無線中継システムについて説明する。
　図１に示すように、本実施形態の無線中継システムは、基地局BTS（Base Transceiver Station）、無線中継装置としての中継局RN（Relay Node）、移動局UE（User Equipment）を含む。中継局RNは、基地局BTSと移動局UEの間の無線通信を中継する。また、本実施形態では、下りの無線信号の中継を例にとって説明する。すなわち、基地局BTSは送信装置に相当し、移動局UEは受信装置に相当する。
　この無線中継システムにおいて、中継局RNは、例えば中継局RNと移動局UEの間の無線伝播路の環境が良好ではないために中継対象のデータが移動局UEで受信されない場合等に備えて、移動局UEへの送信データを一時的に保持するためのバッファ（図示せず）を備える。中継局RNは、移動局UEにおいて中継局RNが正しく受信されなかったことを、移動局UEからフィードバックされる再送制御信号（NACK/DTX）によって認識する。
　本実施形態の中継局RNは、バッファに格納すべき中継対象のデータを適切に制限することによって有限のリソースであるバッファを有効に活用する目的で、バッファに格納すべき中継対象のデータを、データの優先度によって管理する。中継対象のデータの優先度は、例えばデータに付随する制御情報や、基地局BTSから中継局RNまでの下りの通信品質等に基づいて判断される。
　制御情報には例えば、中継対象のデータの属性、中継対象のデータの再送回数、中継対象のデータを受信する受信装置の優先度、又は、中継対象のデータを送信する送信装置と中継装置との間の通信品質、などの種別の情報が含まれている。これらの情報の種別の内のいずれかが優先度の比較の基準となる。
　中継局RNは、送信装置としての基地局BTSから受信したデータ（第１データ）の優先度と、バッファに格納されているデータ（第２データ）の優先度とを比較する。そして、中継局RNは、その比較結果に基づき、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないことを判断する。好ましくは、第１データの優先度が第２データの優先度よりも高い場合には、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納し、その逆の場合には、受信した第１データをバッファに格納しないようにする。その後に、第１データは受信装置としての移動局UE宛に送信される。このようなバッファ制御を行うことで、特定の優先度の比較の基準に基づき、優先度の高いデータがバッファに格納されるような態様でバッファを低容量化できる。そのため、優先度の高いデータに対して移動局UEから再送要求がなされた場合には直ちにバッファ内のデータを再送できるため、優先度の高いデータを移動局UE宛に送信するときの遅延時間を短くすることができる。
　なお、バッファに格納されない優先度の低いデータに対して移動局UEから再送要求がなされた場合には、中継局RNは、バッファ内に再送用のデータが存在しないため、バッファ内のデータに基づいて移動局UE宛にデータの再送を行うことができない。そこで、中継局RNは、バッファ内に再送用のデータが存在しないときには、送信元の基地局BTSに対して再送要求を行うようにすることが好ましい。これにより、基地局BTSからデータが再送されるため、遅延時間が長くなるものの移動局UE宛にデータを送信することができる。
　データの優先度は様々な観点から判定することができるが、表１にその一例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以下、表１を参照して、優先度の比較の基準となる情報の種別について説明する。なお、表１では、便宜上、優先度の比較の基準に応じたデータの優先度を高優先度と低優先度の２段階で判定される例を示したが、２以上の多段階で判定されうることは言うまでもない。
　優先度の比較の基準が「中継対象のデータの属性」である場合には、データの属性がリアルタイム性を示す属性を示すデータは、優先度が高いと判定される。中継対象のデータが例えば動画再生のためのストリーミングデータである場合には、通信における遅延時間が短い方が好ましいためである。その他の例として、無線中継システム内で、いわゆる3Gとして知られるUMTS (Universal Mobile Telecommunications System)の通信方式に従って送信されるデータと、次世代の無線通信システムであるLTE(Long Term Evolution) の通信方式に従って送信されるデータとが混在する場合に、データが送信されたときの通信方式をデータの属性として捉えることもできる。この場合、例えば、データが基地局BTSから送信されたときのデータの通信方式に基づいて、適宜データの優先度を判断することができる。例えば、都市部ではLTEによるデータ通信が多くなされ、郊外ではUMTSによるデータ通信が多くなされているとすれば、都市部ではLTEの通信方式に従って送信されるデータの優先度が高いと判定し、郊外では逆にUMTSの通信方式に従って送信されるデータの優先度が高いと判定するようにしてもよい。
　優先度の比較の基準が「中継対象のデータの再送回数」である場合には、再送回数が多いことを示すデータは、優先度が高いと判定される。再送回数が多いデータの通信には既に遅延が生じており、さらなる遅延を回避するためである。また、HARQ（Hybrid Auto Repeat reQuest）を前提とした場合、再送回数が多いデータの通信は、受信装置における受信データのHARQによる合成処理によって成功しやすいためでもある。
　優先度の比較の基準が「中継対象のデータを受信する受信装置の優先度」である場合には、受信装置の優先度が高いことを示すデータは、優先度が高いと判定される。例えば、受信装置である移動局UEのユーザに対して特別な課金がなされている場合、そのユーザの移動局UEは、課金がなされていないユーザの移動局UE宛よりも優先度が高いと判定することができる。すなわち、優先度が高い移動局UE宛のデータの優先度が高いと判定される。
　優先度の比較の基準が「中継対象のデータを送信する送信装置と中継装置との間の通信品質」である場合には、例えば下りSINRが小さい値を示すデータは、優先度が高いと判定される。下りSINRは、基地局BTSから送信される既知の参照信号に基づいて中継局RN内で測定される。中継局RNが複数の基地局BTSからの通信を中継する場合、各基地局BTSと中継局RNとの間の無線伝播路の環境は異なる。この場合、中継局RNでは、無線伝播路の環境が良好でない状況（つまり、下りSINRが小さい状況）で基地局BTSから送信されるデータは、優先度が高いと判定される。基地局BTSと中継局RNとの間の無線伝播路の環境が良好でない状況では、基地局BTSからのデータ再送に時間が掛かり、結果的に移動局UE宛にデータを送信するのに多大な遅延を生じさせる。そこで、そのような状況で送信されてきたデータは、基地局BTSに対してデータの再送要求をしなくても済むように、優先的に中継局RN内のバッファに保持しておくことが好ましい。
　次に、本実施形態の無線中継方法について、図２及び図３を参照して説明する。
　図２は、基地局BTSからデータを再送しない場合の無線中継方法を示すフロー図である。図３は、基地局BTSからデータを再送する場合の無線中継方法を示すフロー図である。なお、図２と図３では、ステップＳ１０，Ｓ１２が共通する。
　先ず図２を参照すると、基地局BTSは移動局UE宛の新規のデータD1を中継局RNへ送信する（ステップＳ１０）。中継局RNはデータD1を受信すると、データD1と、既に再送バッファに格納されているデータとの優先度を比較する（ステップＳ１２）。ここで、優先度の比較の基準となる情報の種別は既定であってもよいし、適宜基地局BTSからの通知によって可変としてもよい。中継局RNは、データに付随する制御情報、又は自局で測定される基地局BTSとの間の下りの通信品質の値を参照して、データの優先度の比較を行う。その比較の結果、優先度がデータD1より低いデータとしてデータD2がバッファ内に存在すれば、そのデータD2をバッファから破棄して、ステップＳ１０で受信したデータD１をバッファ内に格納した後（ステップＳ１４）、データD1を移動局UE宛に送信する（ステップＳ１６）。移動局UEは、データD1の受信が正しくできた場合、再送制御信号として“ACK”を中継局RNへ送信する（ステップＳ１８）。
　次に図３を参照すると、ステップＳ１０，Ｓ１２は図２と同一である。図３のステップＳ２０では、図２のステップＳ１４とは異なり、優先度がデータD1より低いデータとしてデータD2がバッファ内に存在しない場合が想定される。この場合には、ステップＳ１０で受信したデータD１をバッファ内に格納することなく（ステップＳ２０）、データD1を移動局UE宛に送信する（ステップＳ２２）。
　図３のフローでは、図２のフローとは異なり、移動局UEにおいてデータD1の受信が正しくできなかった場合について示している。すなわち、図３のステップＳ２４で、移動局UEは、再送制御信号として“NACK”を中継局RNへ送信する（ステップＳ２４）。このとき、中継局RNは、自局のバッファにデータD1を格納していないため、送信元の基地局BTSからデータD1を再送することを要求する。すなわち、中継局RNは、移動局UEからの“NACK”を受けて、データの送信元の基地局BTSへ、データの再送要求として、再送制御信号の“NACK”を送信する（ステップＳ２６）。基地局BTSは、中継局RNからの“NACK”を受けて、データD1を中継局RNへ再送する（ステップＳ２８）。中継局RNは、基地局BTSから再送されたデータD1を元に、移動局UEへデータD1を再送する（ステップＳ３０）。
　以上説明したように、本実施形態の無線中継システムでは、中継局RNにおいて、基地局BTS（送信装置）から受信したデータ（第１データ）の優先度と、中継局RNのバッファに格納されているデータ（第２データ）の優先度とを比較する。そして、中継局RNは、データの優先度の比較結果に基づき、第２データをバッファから破棄して第１データをバッファに格納するか、又は第１データをバッファに格納しないようにして、第１データを移動局UE（受信装置）宛てに送信する。よって、無線通信により基地局BTS（送信装置）から移動局UE（受信装置）宛てのデータを中継する場合に、一時的に中継対象のデータを格納するためのバッファの容量を低下させることができる。そのため、中継局RN全体を小型化できる。
　また、中継対象のデータの優先度が高い場合には、データの優先度が低い場合と比べて、そのデータが中継局RN内の再送バッファに保持されやすくなる。そのため、優先度の高いデータを移動局UE（受信装置）宛てに再送する場合に、基地局BTS（送信装置）に対してデータの再送要求を行わずに済み、優先度が高いデータの通信の遅延を生じにくくなる。
　（２）第２の実施形態
　以下、第２の実施形態の無線中継システムについて説明する。
　本実施形態では、中継局RN及び移動局UEの具体的な構成例に基づいて説明する。また、LTE(Long Term Evolution)等では、下り信号にOFDMが適用されるが、このOFDMに基づく処理についても以下の各構成の説明において適宜言及される。
　（２－１）基地局BTS、中継局RN及び移動局UEの構成例
　以下、実施形態の無線中継システムにおける基地局BTS、中継局RN及び移動局UEの構成について、それぞれ図４～図６を参照して説明する。図４は、基地局BTSの内部構成の要部を示すブロック図である。図５は、中継局RNの内部構成の要部を示すブロック図である。図６は、移動局UEの内部構成の要部を示すブロック図である。
　（２－１－１）基地局BTSの構成
　図４に示すように、基地局BTSは、受信アンテナ７１と、受信機７２と、分離部（DMUX）７３と、チャネル推定部７４と、HARQバッファ７５と、復調・復号部７６，７７と、スケジューラ７８と、優先度指示情報生成部７９と、データ生成部８０と、制御情報生成部８１と、再送バッファ８２と、送信バッファ８３と、符号化・変調部８４，８５と、参照信号生成部８６と、多重化部（MUX）８７と、送信機８８と、送信アンテナ８９とを備えている。
　受信機７２は、受信アンテナ７１で受信した上りのRF信号をデジタルベースバンド信号に変換する。受信機７２は、帯域制限フィルタ、ローノイズアンプ（LNA: Low Noise Amplifier）、ローカル周波数発信器、直交復調器、AGC(Automatic Gain Control)アンプ、A/D(Analog to Digital)変換器などを含む。
　分離部７３は、受信信号（ベースバンド信号）を、データ信号、制御信号及び参照信号に分離する。参照信号は、例えば既知のパイロットシンボル、プリアンブル等である。
　OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信方式を採る場合には、この分離部７３において、GI(Guard Interval)を除去した後、所定のFFT(Fast Fourier Transform)ウィンドウが設定された上でのFFT処理により各サブキャリアの符号化シンボル列が生成される。そして、所定のサブキャリアに挿入されているデータ信号、制御信号及び参照信号を分離する処理が行われる。
　チャネル推定部７４は、分離された参照信号と、中継局RNで既知の参照信号とに基づいてチャネル推定処理を行う。チャネル推定処理では、受信して得られた参照信号と既知の参照信号との相関値を演算することで、中継局RNから基地局BTSへの上りリンクについてのチャネル状態情報（CSI：Channel Status Information）を算出する。このCSIは、復調・復号部７６，７７に与えられる。
　復調・復号部７６，７７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行う。復調・復号処理に当たって、チャネル推定部７４により算出されたCSIを用いて、データ信号及び制御信号についてのチャネル補償が行われる。例えばOFDM通信方式を採る場合には、各サブキャリア及び各OFDMシンボルについてチャネル補償が行われ、伝播路で生じうる位相回転等が補償される。
　HARQバッファ７５は、中継局RN宛のデータの再送時にHARQを実行するために設けられるバッファである。HARQでは、基地局BTSが情報ビットに誤り訂正符号化を施したデータブロックを中継局RNへ送信する。そして、中継局RNでそのデータブロックが正しく受信されなかった場合には、基地局BTSは、同一の情報ビットに基づいて作成した別のデータブロックを中継局RNへ送信する。中継局RNは、それらの複数のデータブロックから元の情報ビットを再生する。これにより、中継局RNでの復号化対象のデータブロックの符号化率を小さくし、復号化における誤り訂正能力を向上させる。
　分離部７３で得られたデータ信号は、いったんHARQバッファ７５に格納され、HARQを実行する場合に復調・復号部７６へ供給される。
　なお、HARQを実行することは、本実施形態において必須でないことを明記しておく。
　スケジューラ７８は、リソースブロック単位で基地局BTSと接続している中継局RN及び移動局UE宛の下り信号のスケジューリング（無線リソースの割り当て）の決定、下り信号の変調符号化方式(MCS: Modulation and Coding Scheme)の決定、及び下り送信のタイミング制御等を行う。また、スケジューラ７８は、図４に示すように、上りのデータ信号及び制御信号を復調及び復号するときのMCSを復調・復号部７６，７７に通知する。
　データ生成部８０は、スケジューラ７８からの指令を契機として、中継局RN宛に送信すべきデータを生成する。制御情報生成部８１は、スケジューラ７８からの指令を契機として、中継局RN宛に送信すべき制御情報を生成する。
　制御情報生成部８１で生成される制御情報には、中継局RNにおいてデータの優先度の比較の基準となりうる様々な種別の情報が含まれる。例えば、例えば上位レイヤからの情報に基づき、中継局RN宛に送信されるデータの属性がリアルタイム性を示す属性であると分かれば、そのデータの制御情報には、データがリアルタイム性を示す属性であることを示す情報が含まれる。
　また、制御情報には、優先度指示情報生成部７９によって生成される優先度指示情報が含まれうる。優先度指示情報は、中継局RNにおいてデータの優先度の比較の基準となりうる様々な種別の情報のうち、中継局RNにおいてデータの優先度の比較の基準とすべき情報の種別を中継局RNに対して指示するための情報である。
　データ及び制御情報は、再送バッファ８２及び送信バッファ８３に順に格納された後、符号化・変調部８４，８５へ送られる。なお、再送バッファ８２は、中継局RNからデータの再送要求の通知を受けた場合に備えて、データを一時的に格納するバッファである。
　符号化・変調部８４，８５はそれぞれ、送信対象のデータ及び制御情報に対して符号化・変調処理を行う。参照信号生成部８６は、スケジューラ７８からの指令を契機として、中継局RN宛に送信すべき参照信号を生成する。
　多重化部８７は、符号化・変調処理により得られたデータ信号、制御信号、及び参照信号生成部８６で生成された参照信号を多重化して、送信すべきベースバンド信号を生成する。例えばOFDM通信方式を採る場合には、GI付加、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理による各サブキャリアの信号の時間領域信号への変換が行われる。
　送信機８８は、D/A(Digital to Analog)変換器、ローカル周波数発信器、ミキサ、パワーアンプ、フィルタ等を備える。送信機８８は、多重化部８７からのベースバンド信号を、ベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等した後に、送信アンテナ８９から空間へ放射する。
　（２－１－２）中継局RNの構成
　図５に示すように、中継局RNは、受信アンテナ１１と、受信機１２と、分離部（DMUX）１３と、チャネル推定部１４と、HARQバッファ１５と、復調・復号部１６，１７と、再送バッファ１８と、送信バッファ１９と、符号化・変調部２０，２１と、参照信号生成部２２と、多重化部（MUX）２３と、送信機２４と、送信アンテナ２５、バッファ制御部２6とを備えている。
　受信機１２は、受信アンテナ１１で受信した基地局BTSからの下りのRF信号をデジタルベースバンド信号に変換する。受信機１２は、帯域制限フィルタ、ローノイズアンプ（LNA: Low Noise Amplifier）、ローカル周波数発信器、直交復調器、AGC(Automatic Gain Control)アンプ、A/D(Analog to Digital)変換器などを含む。
　分離部１３は、受信信号（ベースバンド信号）を、データ信号、制御信号及び参照信号に分離する。参照信号は、例えば既知のパイロットシンボル、プリアンブル等である。
　OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信方式を採る場合には、この分離部１３において、GI(Guard Interval)を除去した後、所定のFFT(Fast Fourier Transform)ウィンドウが設定された上でのFFT処理により各サブキャリアの符号化シンボル列が生成される。そして、所定のサブキャリアに挿入されているデータ信号、制御信号及び参照信号を分離する処理が行われる。
　チャネル推定部１４は、分離された参照信号と、中継局RNで既知の参照信号とに基づいてチャネル推定処理を行う。チャネル推定処理では、受信して得られた参照信号と既知の参照信号との相関値を演算することで、基地局BTSから中継局RNへの下りリンクについてのチャネル状態情報（CSI：Channel Status Information）を算出する。このCSIは、復調・復号部１６，１７に与えられる。
　復調・復号部１６，１７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行ってデータ及び制御情報を得る。復調・復号処理に当たって、チャネル推定部１４により算出されたCSIを用いて、データ信号及び制御信号についてのチャネル補償が行われる。例えばOFDM通信方式を採る場合には、各サブキャリア及び各OFDMシンボルについてチャネル補償が行われ、伝播路で生じうる位相回転等が補償される。
　HARQバッファ１５は、移動局UE宛のデータの再送時にHARQを実行するために設けられるバッファである。HARQでは、中継局RNが情報ビットに誤り訂正符号化を施したデータブロックを受信装置（本実施形態では、移動局UE）へ送信する。そして、移動局UEでそのデータブロックが正しく受信されなかった場合には、中継局RNは、同一の情報ビットに基づいて作成した別のデータブロックを移動局UEへ送信する。移動局UEは、それらの複数のデータブロックから元の情報ビットを再生する。これにより、移動局UEでの復号化対象のデータブロックの符号化率を小さくし、復号化における誤り訂正能力を向上させる。
　分離部１３で得られたデータ信号は、いったんHARQバッファ１５に格納され、HARQを実行する場合に復調・復号部１６へ供給される。
　なお、HARQを実行することは、本実施形態において必須でないことを明記しておく。
　復調・復号化により得られたデータ及び制御情報は、データの再送を行う場合に備え、いったん再送バッファ１８に格納されうる。新規に移動局UE宛にデータの送信を行う場合に、そのデータ及び制御情報を再送バッファ１８に格納するか否かについては、後述するように、バッファ制御部２７によって制御される。データ及び制御情報が再送バッファ１８に格納される場合には、再送バッファにデータを格納しつつ、同一の（又は、複製された）データ及び制御情報が送信バッファ１９へ送られる。
　符号化・変調部２０，２１はそれぞれ、送信対象のデータ及び制御情報に対して符号化・変調処理を行う。
　多重化部２３は、符号化・変調処理により得られたデータ信号、制御信号、及び参照信号生成部２２で生成された参照信号を多重化して、送信すべきベースバンド信号を生成する。例えばOFDM通信方式を採る場合には、GI付加、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理による各サブキャリアの信号の時間領域信号への変換が行われる。
　送信機２４は、D/A(Digital to Analog)変換器、ローカル周波数発信器、ミキサ、パワーアンプ、フィルタ等を備える。送信機２４は、多重化部２３からのベースバンド信号を、ベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等した後に、送信アンテナ２５から空間へ放射する。
　バッファ制御部２６は、優先度の高いデータが再送バッファ１８に格納され、優先度の低いデータが再送バッファ１８に格納されないように、再送バッファ１８を制御する。優先度の比較の基準となる情報の種別は、予め中継局RNに設定されているか、基地局BTSからの制御情報に含まれる優先度指示情報に基づいて設定されるか、又は中継局RN自身が作成した優先度指示情報に基づいて設定される。バッファ制御部２６は、データの優先度の比較の基準に対応する情報の内容について、各データに付随する制御情報を参照する。この制御情報の参照においては、新たに受信したデータの制御情報（復調・復号部１７で得られた制御情報）、及び再送バッファ１８内のデータの制御情報が対象となる。
　バッファ制御部２６は、制御結果として、スケジューリング情報を再送バッファ１８に与える。スケジューリング情報は、再送バッファ１８に対して、新たに受信したデータを再送バッファ１８内に保持するか否かについての指示、新たに受信したデータを再送バッファ１８内の特定のデータと入れ替え処理をするための指示等を行うための情報である。
　バッファ制御部２６の動作については後述する。
　なお、中継局RNが移動局UEから受信する再送制御信号(ACK/NACK/DTX)は、分離部１３によって得られる制御信号に含まれている。この制御信号に含まれている再送制御信号に基づいて移動局UE宛にデータの再送を行う場合、再送バッファ１８内に再送用のデータが格納されていれば、そのデータが再送バッファ１８から読み出されて再送される。再送バッファ１８内に再送用のデータが格納されていなければ、データの再送を送信装置である基地局BTSに要求する。このデータの再送の要求を示す信号は、基地局BTS宛に送信される制御信号、つまり符号化・変調部２１により得られる制御信号に含まれる。すなわち、符号化・変調部２１は再送要求部の一態様である。
　（２－１－３）移動局UEの構成
　図６に示すように、移動局UEは、受信アンテナ５１と、受信機５２と、分離部（DMUX）５３と、チャネル推定部５４と、HARQバッファ５５と、復調・復号部５６，５７と、再送制御信号生成部５８と、制御信号生成部６０と、符号化・変調部６１と、多重化部（MUX）６２と、送信機６３と、送信アンテナ６４とを備えている。
　受信機５２は、受信アンテナ５１で受信した中継局RNからの下りのRF信号をデジタルベースバンド信号に変換する。受信機５２は、帯域制限フィルタ、ローノイズアンプ（LNA）、ローカル周波数発信器、直交復調器、AGCアンプ、A/D変換器などを含む。
　分離部５３は、受信信号（ベースバンド信号）を、データ信号、制御信号及び参照信号に分離する。参照信号は、例えば既知のパイロットシンボル、プリアンブル等である。
　チャネル推定部５４は、分離された参照信号と、移動局UEで既知の参照信号と基づいてチャネル推定処理を行う。チャネル推定処理では、受信して得られた参照信号と既知の参照信号との相関値を演算することで、中継局RNから移動局UEへの下りリンクについてのチャネル状態情報（CSI：Channel Status Information）を算出する。このCSIは、復調・復号部５６，５７に与えられる。
　復調・復号部５６，５７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行う。復調・復号処理に当たって、チャネル推定部５４により算出されたCSIを用いて、データ信号及び制御信号についてのチャネル補償が行われる。
　HARQバッファ５５は、中継局RNからのデータの再送時にHARQを実行するために設けられる。なお、HARQを実行することは、本実施形態において必須でないことを明記しておく。
　再送制御信号生成部５８は、データ信号及び制御信号の復号結果に基づき、正しくデータが受信できたか否かを判定する。そして、再送制御信号生成部５８は、その判定結果に応じて再送制御信号を生成して制御信号生成部６０へ供給する。再送制御信号は、例えば“ACK”、“NACK”又は“DTX”を含む。“ACK”は、データが正しく受信できたことを示す。“NACK”は、受信できたもののデータが正しくなかったことを示す。“DTX”は、受信データが得られなかったことを示す。
　制御信号生成部６０は、再送制御信号(ACK/NACK/DTX)を含む制御信号を生成する。符号化・変調部６１は、制御信号生成部６０で生成された制御信号に対して符号化・変調処理を行う。
　多重化部６２は、符号化・変調処理がなされたデータ信号、制御信号、及び参照信号を多重化して、送信すべきベースバンド信号を生成する。送信機６３は、多重化部６２からのベースバンド信号を、ベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等した後に、送信アンテナ６４から空間へ放射する。
　（２－２）中継局RNの動作
　次に、本実施形態の中継局RNの動作について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、中継局RNの動作の要部を示すフローチャートである。
　図７を参照すると先ず、基地局BTSから特定の移動局UEに向けた下りデータを中継局RNが受信した場合が想定される（ステップＳ３０）。この受信信号は、受信機１２によりベースバンド信号に変換され、分離部１３によってデータ信号、制御信号及び参照信号に分離される。復調・復号部１６，１７はそれぞれ、データ信号及び制御信号に対して復調・復号処理を行ってデータ及び制御情報を得る。
　バッファ制御部２６において、データの優先度の比較の基準となる情報の種別は、予め中継局RNに設定されているものとする。そして、バッファ制御部２６は、ステップＳ３０の受信データよりも優先度が低いデータが再送バッファ１８内に存在するか否か判断する（ステップＳ３２）。このとき、バッファ制御部２６は、新たに受信したデータの制御情報（復調・復号部１７で得られた制御情報）と再送バッファ１８内のデータの制御情報を参照して、予め設定されている優先度の比較の基準に基づいてデータの優先度を判定する。例えば、優先度の比較の基準が「データの属性」であって、データがリアルタイム性を示す属性であることを示す情報が制御情報に含まれていれば、そのデータの優先度がより高いと判断される（表１参照）。
　ステップＳ３２の判定の結果、ステップＳ３０の受信データよりも優先度が低いデータが再送バッファ１８内に存在すると判断した場合、バッファ制御部２６は、その優先度が低いデータを再送バッファ１８から破棄して、受信データを再送バッファ１８に格納する（ステップＳ３４）。逆に、ステップＳ３２の判定の結果、ステップＳ３０の受信データよりも優先度が低いデータが再送バッファ１８内に存在しないと判断した場合、バッファ制御部２６は、受信データを再送バッファ１８に格納しない（ステップＳ３６）。ステップＳ３４及びＳ３６の再送バッファ１８内での処理は、バッファ制御部２６から再送バッファ１８に対して与えられるスケジューリング情報に基づいて行われる。
　その後、受信データは、付随する制御情報と共に、移動局UE宛に送信される（ステップＳ３８）。
　図８は、図７と同様のフローチャートであるが、バッファ制御部２６において、データの優先度の比較の基準となる情報の種別が、基地局BTSからの制御情報に含まれる優先度指示情報に基づいて設定される（ステップＳ４０）点が異なる。中継局RNにおけるデータの優先度の比較の基準を基地局BTSから通知することの利点は、適用されるシステムに応じて優先度の比較の基準を柔軟に設定できる点にある。例えば、マルチホップシステムでは、基地局BTSと中継局RNの間の無線伝播路の環境が重要となるため、基地局BTSと中継局RNとの間の通信品質を基準とすることが好ましい。一方、動画再生のためのストリーミングデータを配信することを主として動作する中継局RNでは、データがリアルタイム性を示す属性であるか否かが重要となるため、データの属性を基準とすることが好ましい。
　（３）第３の実施形態
　以下、第３の実施形態の無線中継システムについて説明する。本実施形態の無線中継システムにおいて、中継局RNの構成は、図５に示したものと同様の構成を採ることができるが、再送バッファ１８からバッファ制御部２６に対して新たに再送バッファ１８に格納可能なデータ量としてのバッファ残量が通知される点が図５と異なる。
　本実施形態では、新たに再送バッファ１８に格納可能なデータ量としてのバッファ残量が所定量以下であることを条件として、図７に示した中継局RNの制御が行われる。本実施形態における中継局RNの動作のフローチャートを図９に示す。図９のフローチャートは、図７と比較してステップＳ５０が追加されている点が異なる。すなわち、ステップＳ５０では、再送バッファ１８のバッファ残量が所定量以下であるか否か判定される。そして、そのバッファ残量が所定量以下であることを条件として、図７を参照して説明したステップＳ３２～Ｓ３６の処理が行われる。このような制御によれば、データの優先度に応じたバッファ制御は、バッファ残量が所定量以上の場合には行われない。よって、バッファ残量に余裕があるときには、優先度が低いデータもバッファ内に保持されて、優先度が低いデータの再送時の通信時間の遅延が短縮されることになる。
　以上、本発明の複数の実施形態について詳細に説明したが、本発明の無線中継装置、無線中継方法は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのは勿論である。
　例えば、以上の各実施形態では、基地局BTS（送信装置）から移動局UE（受信装置）への下りの無線通信を中継する場合を例にとって説明したが、これに限られない。移動局UE（送信装置）から基地局BTS（受信装置）への上りの無線通信を中継する場合にも適用できることは自明である。
　また、基地局BTSを経由しない通信装置間の無線通信を中継する場合にも適用されうる。このような無線通信の例として、例えばアドホック通信、又はマルチホップ通信を挙げることができる。
　ＢＴＳ…基地局
　　７１…受信アンテナ
　　７２…受信機
　　７３…分離部
　　７４…チャネル推定部
　　７５…HARQバッファ
　　７６…復調・復号部
　　７７…復調・復号部
　　７８…スケジューラ
　　７９…優先度指示情報生成部
　　８０…データ信号生成部
　　８１…制御信号生成部
　　８２…再送バッファ
　　８３…送信バッファ
　　８４…符号化・変調部
　　８５…符号化・変調部
　　８６…参照信号生成部
　　８７…多重化部
　　８８…送信機
　　８９…送信アンテナ
　ＲＮ…中継局
　　１１…受信アンテナ
　　１２…受信機
　　１３…分離部
　　１４…チャネル推定部
　　１５…HARQバッファ
　　１６…復調・復号部
　　１７…復調・復号部
　　１８…再送バッファ
　　１９…送信バッファ
　　２０…符号化・変調部
　　２１…符号化・変調部
　　２２…参照信号生成部
　　２３…多重化部
　　２４…送信機
　　２５…送信アンテナ
　　２６…情報格納部
　　２７…バッファ制御部
　　３０…移動速度取得部
　ＵＥ…移動局
　　５１…受信アンテナ
　　５２…受信機
　　５３…分離部
　　５４…チャネル推定部
　　５５…HARQバッファ
　　５６…復調・復号部
　　５７…復調・復号部
　　５８…再送制御信号生成部
　　５９…CQI生成部
　　６０…制御信号生成部
　　６１…符号化・変調部
　　６２…多重化部
　　６３…送信機
　　６４…送信アンテナ

Claims (9)

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