WO2015125857A1 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

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WO2015125857A1
WO2015125857A1 PCT/JP2015/054596 JP2015054596W WO2015125857A1 WO 2015125857 A1 WO2015125857 A1 WO 2015125857A1 JP 2015054596 W JP2015054596 W JP 2015054596W WO 2015125857 A1 WO2015125857 A1 WO 2015125857A1
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quantization
control information
unit
signal
threshold
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PCT/JP2015/054596
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淳悟 後藤
中村　理
泰弘 浜口
信介 衣斐
政一 三瓶
伸一 宮本
阪口　啓
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シャープ株式会社
国立大学法人大阪大学
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    • H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication apparatus and a wireless communication method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2014-029744 filed in Japan on February 19, 2014, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the received signal-to-noise power ratio (SNR: “Signal” to “Noise” power “Ratio”) in the base station apparatus of the destination node decreases, and the communication quality deteriorates. Therefore, cooperative relay transmission is effective in which a relay node is arranged between the terminal device and the base station device to increase the reception SNR of the base station device.
  • relay transmission data is exchanged through a terminal device that is a transmission node, a base station device that is a destination node, and a relay station device that is a node existing between the nodes.
  • the relay transmission method is roughly classified into a non-regenerative relay and a regenerative relay.
  • One non-regenerative relay is the AF (Amplify-and-Forward) method.
  • the AF method the waveform of a signal arriving at a relay node is maintained and power is amplified and transmitted.
  • this method has a simple repeater configuration, there is a problem that a noise component is also amplified when a received signal component is amplified.
  • the DF (Decode-and-Forward) method uses forward error correction (FEC: Forward Error Correction) by channel coding to decode the signal at the relay node in order to mitigate the effects on noise and fading at the relay node. After that, information is once reproduced, encoded and modulated again, and transmitted.
  • FEC Forward Error Correction
  • this method avoids the noise enhancement problem that occurs in the AF method, a determination error may occur during reproduction, and this error propagates to the destination node.
  • the decision error in the relay node is greatly reduced by using a low density parity check code (LDPC code: Low Low Density Parity Check Code) that is a channel code close to the Shannon limit in error correction technology. Is possible.
  • LDPC code Low Low Density Parity Check Code
  • the decoder output external or a posteriori log likelihood ratio (LLR: Log Likelihood Ratio) obtained in the decoding process of the relay node is hard-decided to 1 bit and transferred to the destination node.
  • LLR Log Likelihood Ratio
  • a DAF (Decode-Amplify-and-Forward) method for efficiently transferring the decoder output external LLR, which is an analog value, to the destination node has been proposed (see Non-Patent Document 1). .
  • an LLR that is an analog value or a soft transmission symbol corresponding to the reliability of the LLR is transferred to a destination node.
  • Gaussian noise is added to the transfer signal that is an analog value at the destination node, so that the expression of the likelihood function of the received signal becomes complicated and analysis becomes difficult.
  • PAPR Peak to Average power Ratio
  • a regenerative quantization relay DQF (Decode-Quantize-and-Forward) method that transfers a sequence obtained by quantizing the LLR into several bits instead of transferring an external LLR that is an analog value It has been proposed (see Non-Patent Document 2). Since the DQF method uses a multi-bit hard decision value, a bit error rate (BER: Bit Error Rate) lower than that of DF transmission can be achieved unless all bits cause a decision error.
  • BER Bit Error Rate
  • the degree of improvement of the BER characteristics by the DQF method greatly depends on the setting of the threshold value for quantizing to multiple bits, there is a problem that the BER characteristics deteriorate unless the threshold value is set appropriately.
  • the present invention has been made in view of the above points, and adaptively sets a threshold value used for quantization in the DQF method in accordance with the channel condition.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and one aspect of the present invention is a communication apparatus that relays a received data signal, and a reception quality measurement unit that calculates propagation characteristics; And a quantization compression encoding unit that performs quantization compression on the log likelihood ratio obtained from the received signal based on a threshold value.
  • the quantization compression encoding unit is used for quantization. You may comprise so that it may have multiple said threshold values, and you may comprise so that it may switch.
  • the quantization compression encoding unit may be configured to switch the plurality of threshold values used for quantization based on the propagation characteristics.
  • the quantization compression encoding unit may be configured to determine the threshold used for quantization based on a value of an equivalent amplitude gain.
  • the quantization compression encoding unit preliminarily sets an error rate characteristic when a value obtained by multiplying an equivalent amplitude gain by a weighting factor as the threshold used for quantization is a logical table.
  • the threshold value used for quantization may be determined based on the logical table.
  • the quantization compression encoding unit may perform an error for each combination of an equivalent amplitude gain and a hard decision value of the log likelihood ratio obtained by the relay signal receiver.
  • the rate may be converted into a logical table, and the threshold used for quantization may be determined based on the logical table.
  • the communication device generates a control information generation unit that generates the threshold and equivalent amplitude gain used for the quantization compression as control information, and the control information generation unit generates A transmission processing unit that transmits the control information may be included.
  • control information generation unit may be configured to group a plurality of subcarriers into one or a plurality of groups and generate a threshold corresponding to the group.
  • a base station apparatus that receives a relay signal generated from a bit string obtained by quantizing a log likelihood ratio into a plurality of bits from a communication apparatus, and at least the communication apparatus
  • a control information detector that receives a threshold used for quantization as control information, a signal quantized by the threshold set according to the reception quality of the communication device, and a log likelihood ratio from the received signal. You may comprise so that it may have the received signal detection part to calculate, and the quantization decoding part which estimates the bit sequence of a transmitter from the said log likelihood ratio.
  • control information detection unit may receive an equivalent amplitude gain obtained by the communication device as control information.
  • LLR quantization for relay is efficiently realized, and as a result, system throughput is improved.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a system according to the present invention.
  • the system includes a base station device (eNB: evolved Node B) 10, relay station devices (RS: Relay Station) 11, 12, and a terminal device (UE: User Equipment) 13.
  • eNB evolved Node B
  • RS Relay Station
  • UE User Equipment
  • the number of terminal devices is not limited to one, and the number of antennas of the terminal device may be one or plural.
  • the base station apparatus 10 and the relay station apparatuses 11 and 12 may have one or more antennas.
  • it is assumed that communication is performed wirelessly, but the terminal device and the relay station device, and the relay station device and the base station device may be connected by wire.
  • Relay station apparatuses 11 and 12 in the figure are communication apparatuses that relay signals transmitted from the terminal apparatus 13.
  • the relay station apparatuses 11 and 12 receive the transmission signal of the terminal apparatus 13 and detect the signal.
  • the signal detection is performed up to error correction decoding processing, and an external or posterior log likelihood ratio (LLR) after decoding is obtained.
  • the relay station apparatuses 11 and 12 quantize the LLR of the decoder output using a threshold corresponding to the propagation state, generate a transmission signal from the quantized bits, and transmit the transmission signal to the base station apparatus 10.
  • FIG. 2 shows an example of the configuration of the terminal device 13 according to the present invention. However, the minimum blocks necessary for the present invention are shown.
  • the terminal device 13 receives the control information transmitted from the base station device 10 or the relay station devices 11 and 12 by the reception antenna 104. This control information includes transmission parameters used for data transmission.
  • the control information receiving unit 105 down-converts the received signal to a baseband frequency, performs A / D (Analog / Digital) conversion, and removes CP (Cyclic Prefix) from the digital signal. Thereafter, the control information receiving unit 105 outputs the transmission parameter included in the detected control information to the transmission signal generating unit 101.
  • the transmission signal generation unit 101 receives a data bit string to be transmitted to the base station apparatus 10.
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the transmission signal generation unit 101 according to the present invention.
  • the transmission signal generation unit 101 inputs a data bit string to the encoding unit 201.
  • the encoding unit 201 encodes an error correction code on the input data bit string.
  • a turbo code, an LDPC (Low Density Parity Check) code, a convolutional code, or the like is used as the error correction code.
  • the type and coding rate of the error correction code applied by the encoding unit 201 may be determined in advance by the transmission / reception apparatus, or may be notified as control information for each transmission / reception opportunity. When the type and coding rate of error correction coding are notified as control information, these pieces of information are input from the control information receiving unit 105 to the coding unit 201.
  • the modulation unit 202 receives the modulation scheme information from the control information reception unit 105 and modulates the encoded bit sequence input from the encoding unit 201 to generate a modulation symbol sequence.
  • Examples of the modulation method include QPSK (Quaternary Phase Shift Keying), 16 QAM (16-ary Quadrature Amplitude Modulation), and 64 QAM.
  • Modulation section 202 outputs the generated modulation symbol sequence to signal allocation section 203.
  • the signal allocation unit 203 receives resource allocation information used for data transmission from the control information reception unit 105 and receives a signal sequence from the modulation unit 202.
  • the signal allocation unit 203 allocates a signal sequence to a resource based on the resource allocation information and outputs it.
  • the IFFT unit 204 converts the signal sequence from a frequency domain signal sequence to a time domain signal sequence by performing IFFT (Inverse Fast Fourier Transform).
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the transmission processing unit 102 inserts a CP into the time domain signal sequence, converts the signal into an analog signal by D / A (Digital / Analog) conversion, and increases the converted signal to a radio frequency used for transmission. Convert.
  • the transmission processing unit 102 amplifies the up-converted signal with a PA (Power Amplifier), and transmits the amplified signal via the transmission antenna 103.
  • the terminal device transmits an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal.
  • the signal transmitted by the terminal device may be a broadband single carrier.
  • the configuration example of the transmission signal generation unit 101 is as shown in FIG.
  • the difference between the configuration example of the transmission signal generation unit 101 in FIG. 4 and the configuration example in FIG. 3 is only the DFT unit 205, and the other processing is the same.
  • the present invention is also applicable to narrowband single carrier transmission, CDMA (Code Division Multiple Access), multicarrier transmission other than OFDM, and the like.
  • FIG. 5 shows an example of the configuration of the relay station apparatus according to the present invention.
  • the relay station apparatus receives control information including transmission parameters used by the terminal apparatus for data transmission by the receiving antenna 311 and inputs the control information to the control information receiving unit 312.
  • the control information receiving unit 312 down-converts the received signal to the baseband frequency, performs A / D conversion, and removes the CP from the digital signal.
  • the control information receiving unit 312 extracts the transmission parameter used by the terminal device from the control information after CP removal, and inputs it to the received signal detecting unit 303.
  • the control information receiving unit 312 extracts transmission parameters used for relay transmission and inputs them to the transmission signal generating unit 306.
  • the relay station device receives the data transmitted from the terminal device by the receiving antenna 301.
  • the reception processing unit 302 down-converts the received signal to a baseband frequency, performs A / D conversion, and removes CP from the digital signal. Further, the reception processing unit 302 inputs a signal obtained by removing CP from the digital signal to the reception signal detection unit 303.
  • FIG. 6 shows an example of the configuration of the received signal detector 303 according to the present invention.
  • the FFT unit 401 converts the input received signal sequence from a time domain signal sequence to a frequency domain signal sequence by fast Fourier transform, and inputs the frequency domain signal sequence to the signal extraction unit 402.
  • the signal extraction unit 402 receives resource allocation information used by the terminal device for data transmission from the control information reception unit 312 and extracts a data signal from the received signal. Further, the signal extraction unit 402 separates the reference signal multiplexed with the data signal and inputs it to the reception quality measurement unit 410.
  • the signal extraction unit 402 obtains a propagation path characteristic from the separated reference signal, and performs processing for compensating for the distortion of the wireless propagation path on the extracted reception signal.
  • Reception quality measuring section 410 measures reception quality from the reference signal sequence.
  • the reception quality to be measured is a signal-to-noise power ratio (SNR), a signal-to-interference plus noise power ratio (SINR), or the like.
  • Reception quality measurement section 410 inputs reception quality information to control information generation section 310.
  • Demodulation section 403 receives modulation scheme information from control information reception section 312, performs demodulation processing on the received signal sequence , and obtains LLR sequence ⁇ i, 1 of the transmitted data bit sequence.
  • the LLR sequence ⁇ i, 1 is expressed by the following equation.
  • ⁇ i, 1 is an equivalent amplitude gain
  • ⁇ i, 1 is an equivalent noise component
  • equations (2) to (4) each character is expressed by equations (2) to (4).
  • h i, 1 is the complex fading coefficient between the terminal device and the relay station device
  • Re [A] is the real part of the complex number A
  • n i, 1 is added by the relay station apparatus side
  • the decoding unit 404 is input to the coding rate information from the control information receiving unit 312 and performs a decoding process on the LLR sequence ⁇ i, 1 .
  • the decoding unit 404 inputs the LLR sequence ⁇ i, 1 of the decoder output to the quantization compression encoding unit 304.
  • the equivalent amplitude gain of the decoder output LLR sequence ⁇ i, 1 is expressed by the following equation.
  • the relay station apparatus receives a single carrier signal
  • a configuration example of the reception signal detection unit 303 is shown in FIG.
  • the difference between FIG. 6 and FIG. 6 is a signal extraction unit 402, an equalization unit 405, and an IDFT unit 406.
  • the signal extraction unit 402 When receiving a single carrier signal, the signal extraction unit 402 only extracts the data signal and the reference signal, and does not perform the process of compensating for the distortion of the radio propagation path.
  • the equalization unit 405 receives the reference signal multiplexed by the terminal device and transmitted with the data signal from the signal extraction unit 402, estimates the frequency response of the propagation path from the reference signal, and calculates the MMSE ( Minimum Mean Square Error) Generates equalization weight based on the norm, and multiplies the input frequency domain data signal sequence by the weight. As the equalization weight, another criterion such as a ZF (Zero Forcing) criterion may be applied.
  • the IDFT unit 406 converts the frequency domain signal sequence into a time domain signal sequence. Since other processes are the same, description thereof is omitted.
  • the control information generation unit 310 determines a threshold value ⁇ i used for quantization based on the reception quality information, and inputs the threshold value ⁇ i to the quantization compression encoding unit 304. Here, a method of determining ⁇ i will be described later. Further, although not shown, the control information generation unit 310 also receives the equivalent amplitude gain ⁇ i, 1 of Expression (5) from the received signal detection unit 303 , and controls the equivalent amplitude gain ⁇ i, 1 and ⁇ i . The information is converted into an information format and input to the control information multiplexing unit 307.
  • the received signal detection unit 303 inputs the LLR sequence ⁇ i, 1 of the decoder output to the quantization compression encoding unit 304.
  • the quantization compression encoding unit 304 inputs the bit string d i, 2 quantized to Q bits to the P / S unit 305.
  • P / S section 305 combines a plurality of bit strings and outputs them to transmission signal generation section 306.
  • the transmission signal generation unit 306 generates the same as the transmission signal generation unit 101 of the terminal device. However, the transmission parameter is input from the control information receiving unit 312. Note that different waveform generation methods may be used so that the terminal apparatus transmits an OFDM signal and the relay station apparatus transmits a single carrier signal. Control information multiplexing section 307 multiplexes the data signal and control information to be transmitted to the base station apparatus.
  • the transmission processing unit 308 performs the same processing as the transmission processing unit 102 of the terminal device. However, different transmission power control may be performed between the terminal device and the relay station device.
  • FIG. 8 shows an example of the configuration of the base station apparatus 10 according to the present invention.
  • Base station apparatus 10 receives relay signals from N RS relay station apparatuses.
  • the signals of the plurality of relay station devices received by the base station device 10 are transmitted using different frequency resources, transmitted using different time slots, or in different frequency bands (such as 2 GHz band and 3.5 GHz band). Assume that it has been sent.
  • the base station apparatus 10 receives the relay signal with the receiving antenna 501.
  • the reception processing unit 502 down-converts the received signal to a baseband frequency, performs A / D conversion, and removes the CP from the digital signal. Further, the reception processing unit 502 inputs a signal obtained by removing CP from the digital signal to the control signal separation unit 503.
  • the control signal separation unit 503 separates the control signal and the relay signal and inputs them to the control information detection unit 509 and the reception signal detection unit 504, respectively.
  • the control information detection unit 509 detects the equivalent amplitude gain ⁇ i, 1 and the quantization threshold value ⁇ i of the control information transmitted from the relay station apparatus, and inputs them to the quantization decoding unit 505.
  • the reception signal detection unit 504 detects a reception signal similar to the reception signal detection unit 303 of the relay station device. However, the reception signal detection unit 504 is different from the reception signal detection unit 303 in that the reception measurement unit 410 does not exist and that transmission parameters are input from the control information generation unit 506. Since other processes are the same, description thereof is omitted.
  • ⁇ 2 ] and P [d 0
  • ⁇ 2 ] is a probability density function of d conditioned to ⁇ 2 .
  • ⁇ 2 ] is given by the following equation.
  • a ⁇ B means that A is proportional to B. This is because P [d] is 1/2 and P [ ⁇ 2 ] is a constant, assuming that the probability of 0 or 1 of the data bit string transmitted by the terminal device is an equal probability. P [ ⁇ i, 2 (q)
  • d i, 2 (q)] is given by the following equation.
  • d i, 2 hat is a value calculated in the same manner as equation (4) to d i, 2, ⁇ i, 2 is an equivalent amplitude gain obtained in the base station apparatus.
  • d] in Expression (8) there is a method of Non-Patent Document 3.
  • N RS 2.
  • a correlation value ⁇ (q) is obtained by the following equation.
  • Equations (11) and (12) are obtained from Equation (10) when the received SNR of each relay station is approximately the same.
  • Equation (15) is obtained from the condition that the approximation of Equation (14) and the reception SNR of each relay station are approximately the same.
  • Equations (16) and (17) are obtained from Equations (11) to (15).
  • ⁇ is a coefficient that alleviates the influence of quantization rounding errors.
  • the calculation method is not limited to the calculation method of Expression (19), and another calculation method may be used.
  • the LLR sequence ⁇ i, 1 is a probability density function satisfying the consistency condition
  • a real Gaussian distribution with an average gain ⁇ i, 1 and variance 2 ⁇ i, 1 is obtained, and P [d i, 2
  • the quantization decoding unit 505 checks the obtained bit string for an error by cyclic redundancy check (CRC: Cyclic Redundancy Check), and if there is no error, obtains a data bit string transmitted by the terminal device.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • the quantization decoding unit 505 inputs information on the presence / absence of an error to the control information generation unit 506.
  • the control information generation unit 506 generates retransmission control information from the decoding result, and resource allocation to be used for next data transmission and relay transmission based on the frequency response (propagation path information) obtained by the received signal detection unit (not shown), Control information of transmission parameters such as coding rate and modulation method is generated and input to the transmission processing unit 507. The control information is transmitted to the relay station device and the terminal device via the transmission processing unit 507 and the transmission antenna 508.
  • the quantization threshold ⁇ [ ⁇ 1 , ⁇ 2 ,..., ⁇ NRS ].
  • the average gain [ ⁇ 1,1 , ⁇ 2,1 ,..., ⁇ NRS ] is control information notified from the relay station apparatus, and is input from the control information detection unit 509.
  • the average gain ⁇ is a value determined in accordance with the communication channel condition, whereas the quantization threshold ⁇ can be freely determined by the relay station apparatus. Therefore, it is important to use ⁇ that minimizes the error rate.
  • N RS 2
  • there are 121 possible combinations of ⁇ , and combinations of ⁇ corresponding to combinations of average gains ⁇ obtained in advance by computer simulation are tabulated, and the relay station apparatus determines based on this table. can do. In this case, it means that a value with which the error rate becomes low is determined from a plurality of predetermined quantization thresholds.
  • hat of d 2 refers to the following equation.
  • the left side of the following expression is a probability of expressing a hard decision error of ⁇ i, 2 (q), and is expressed by the following coupling probability.
  • the quantization threshold value ⁇ i that minimizes the error rate characteristic can be obtained using the above.
  • bit error rate is given by the following equation in a situation where no hard decision error occurs between the relay station device and the base station device.
  • the optimum value can be set without performing a prior computer simulation.
  • the relay station apparatus receives the signal of the terminal apparatus and performs quantization compression encoding.
  • the present invention is not limited to the relay station apparatus to perform this relay processing. Similar relay processing may be performed during multi-hop communication.
  • the hopping terminal apparatus determines the quantization threshold described in the present embodiment, and quantizes the LLR sequence based on the determined threshold.
  • the destination terminal device performs the reception process described in this embodiment.
  • 2 E S / N 0 BER (Bit Error Rate) characteristics of the present embodiment in which 8 dB,
  • 2 E S / N 0
  • 2 E S / N 0 30 dB.
  • RS1 and RS2 in the figure are BER characteristics between the terminal device and the base station device when the relay station device is relayed on either side.
  • MRC Maximum Ratio Combining
  • the threshold used for the quantization compression code can be set so that the error rate is minimized.
  • throughput can be improved in a system that performs relay transmission using the DQF method.
  • a decoding process with a small amount of computation can be performed by using a technique for simplifying the decoding process of the quantized compression code in the base station apparatus.
  • the signal allocation unit 203 included in the transmission signal generation unit 306 uses the transmission signal as a resource based on the resource allocation information input from the control information reception unit 312. assign.
  • this resource allocation information is the same in a plurality of relay station apparatuses, and is different from the previous embodiment in that a signal is transmitted by MIMO (Multiple Input Multiple Output) transmission. Others are the same as in the previous embodiment, and thus the description of the processing of the relay station apparatus is omitted.
  • the base station apparatus receives relay signals from a plurality of relay station apparatuses using N reception antennas.
  • the reception antennas 601-1 to 601-N, the reception processing units 602-2 to 602-N, and the control information separation units 603-1 to 603-N are respectively separated from the reception antenna 501 and the reception processing unit 502 of FIG.
  • the same processing as that of the unit 503 is performed.
  • the reception signal detection unit 604 receives the reception signal from which the control information is separated from the control information separation units 603-1 to 603-N.
  • FIG. 10 shows an example of the configuration of the received signal detector 604 according to the invention.
  • the reception signals input from the control information separation units 603-1 to 603-N are input to the FFT units 701-1 to 701-N, respectively.
  • the FFT units 701-1 to 701-N convert the input received signal sequence from the time domain signal sequence to the frequency domain signal sequence by fast Fourier transform, and the frequency domain signal sequences are respectively extracted from the signal extraction units 702-1 to 702-702. Enter in N.
  • the signal extraction units 702-1 to 702-N receive the resource allocation information used by the relay station device for data transmission from the control information generation unit 506, extract the data signal from the received signal, and input it to the MIMO separation unit 703 . Further, the signal extraction units 702-1 to 702-N separate the reference signal multiplexed with the data signal and input the reference signal to the MIMO separation unit 703.
  • MIMO demultiplexing section 703 receives a reference signal multiplexed by the relay station apparatus and transmitted from the data signal from signal extraction sections 702-1 to 702-N, and estimates the frequency response of the propagation path from the reference signal.
  • the MIMO separation unit 703 generates equalization weights based on the MMSE norm from frequency response estimation values, and separates the MIMO multiplexed signals by multiplying the input frequency domain data signal sequence by the weights.
  • the signal processing in the MIMO separation unit 703 may apply other standard spatial filtering such as a ZF standard or other detection methods such as MLD (Maximum Likelihood Detection). Signals transmitted from each separated relay station apparatus are input to demodulation sections 704-1 to 704-N RS , respectively.
  • the demodulating units 704-1 to 704-N RS and the decoding units 705-1 to 705-N RS are the same as those in the previous embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the equivalent amplitude gains ⁇ i, 2 obtained in the base station apparatus are different.
  • P / S section 706 combines a plurality of transmission data and outputs the combined data to quantization decoding section 505. Since the processing after the quantization decoding unit 505 is the same as that in the previous embodiment, the description thereof is omitted.
  • the program that operates in the base station apparatus and terminal apparatus related to the present invention is a program that controls the CPU or the like (a program that causes a computer to function) so as to realize the functions of the above-described embodiments related to the present invention.
  • Information handled by these devices is temporarily stored in the RAM at the time of processing, then stored in various ROMs and HDDs, read out by the CPU, and corrected and written as necessary.
  • a recording medium for storing the program a semiconductor medium (for example, ROM, nonvolatile memory card, etc.), an optical recording medium (for example, DVD, MO, MD, CD, BD, etc.), a magnetic recording medium (for example, magnetic tape, Any of a flexible disk etc. may be sufficient.
  • the processing is performed in cooperation with the operating system or other application programs.
  • the functions of the invention may be realized.
  • the program when distributing to the market, can be stored and distributed on a portable recording medium, or transferred to a server computer connected via a network such as the Internet.
  • the storage device of the server computer is also included in the present invention.
  • LSI which is typically an integrated circuit.
  • Each functional block of the base station apparatus and the terminal apparatus may be individually chipped, or a part or all of them may be integrated into a chip.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. When each functional block is integrated, an integrated circuit controller for controlling them is added.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • an integrated circuit based on the technology can also be used.
  • the terminal device of the present invention is not limited to application to a mobile station device, but is a stationary or non-movable electronic device installed indoors or outdoors, such as AV equipment, kitchen equipment, cleaning / washing equipment Needless to say, it can be applied to air conditioning equipment, office equipment, vending machines, and other daily life equipment.
  • the present invention can be used for office equipment and daily life equipment as well as communication devices such as mobile phones, smart phones, personal computers, tablet computers and other terminal devices, and base station devices.

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Abstract

受信したデータ信号を中継する通信装置であって、伝搬特性を算出する受信品質測定部と、受信信号より得られた対数尤度比を閾値に基づいて量子化圧縮する量子化圧縮符号化部とを有し、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を複数有し、切り替える。

Description

無線通信装置および無線通信方法
　本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。
　本願は、２０１４年２月１９日に、日本に出願された特願２０１４－０２９７４４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年では、スマートフォンに代表されるような無線通信機能を持った電子機器が多く普及し、複数の無線ノードが偏在するようなマルチノード環境が多く構築されている。また、伝送速度の高速大容量な通信の需要も年々増加しており、無線通信の広帯域化が必要となってきている。また、高速大容量化のために送信電力を増加することは端末装置の小型化の観点からは好ましくないが、送信電力を増加させなければ、無線通信環境下では距離減衰やフェージング、シャドウイング等の影響により、宛先ノードの基地局装置における受信信号対雑音電力比（SNR: Signal to Noise power Ratio）が低下し、通信品質が劣化してしまう。そこで、端末装置と基地局装置の間に中継ノードを配置し、基地局装置の受信SNRを高める、協力中継伝送が有効である。
　中継伝送では、送信ノードである端末装置、宛先ノードである基地局装置、ノード間に存在するノードである中継局装置を介してデータの授受を行う方式である。一般に、中継伝送法は非再生中継と再生中継に大別される。非再生中継のひとつとしてAF（Amplify-and-Forward）法が挙げられる。AF法では、中継ノードに到来した信号の波形を維持し電力を増幅し伝送する。この手法は、中継器構成は簡易であるものの、受信信号成分を増幅する際に雑音成分までも増幅する問題がある。
　一方、DF（Decode-and-Forward）法では中継ノードにおける雑音やフェージングに対する影響を緩和するため、通信路符号化による前方誤り訂正（FEC: Forward Error Correction）を利用し中継ノードにて信号を復号したのち一度情報を再生し、再び符号化と変調を施し伝送する。この手法ではAF法で発生する雑音の強調問題は回避されるものの、再生する際に判定誤りが発生する可能性があり、この誤りが宛先ノードまで伝搬する。このとき、誤り訂正技術においてShannon 限界に近い通信路符号である低密度パリティ検査符号（LDPC code: Low Density Parity Check code)やターボ符号などを用いることにより中継ノードにおける判定誤りを大幅に低減することが可能となる。しかしながら、強力な通信路符号化を採用したとしても、宛先ノードに至るまでに判定誤りが発生してしまうような非常に低SNRである状況では、判定誤り伝搬により宛先ノードでのビット誤り率特性に改善不可能なエラーフロアが発生してしまう。DF法では、中継ノードの復号過程で得られる復号器出力外部あるいは事後対数尤度比（LLR: Log Likelihood Ratio）を1ビットに硬判定し宛先ノードへと転送している。この硬判定という操作を行った結果判定誤りが発生してしまうことが、宛先ノードにおけるエラーフロアの要因となっている。
　このエラーフロアの要因を取り除くため、アナログ値である復号器出力外部LLRを効率的に宛先ノードへ転送するDAF（Decode-Amplify-and-Forward）法が提案されている（非特許文献１参照）。この手法は、アナログ値であるLLR、あるいはLLRの信頼性に応じた軟送信シンボルを宛先ノードへと転送する。しかしながら、DAF法ではアナログ値である転送信号に対して宛先ノードでガウス性雑音が付加されるため、受信信号の尤度関数の表現が複雑なものとなるため解析が困難となる。また、転送信号のPAPR（Peak to Average power Ratio）が高くなるため、効率的な中継方式であるとは言えない。
　このような問題を背景に、アナログ値である外部LLRを転送するのではなく、そのLLRを数ビットに量子化した系列を転送する再生量子化中継DQF（Decode-Quantize-and-Forward）法が提案されている（非特許文献２参照）。DQF法は、多ビットの硬判定値を活用するため、すべてのビットが判定誤りとならない限り、DF伝送よりも低いビット誤り率（BER: Bit Error Rate)を達成することができる。
X. Bao, and J. Li, "Efficient message relaying for wireless user cooperation : Decode-amplify-forward(DAF) and hybrid DAF and coded-cooperation," IEEE Trans. Commun., vol. 6, no. 11, pp. 3975-3984, Nov. 2007. Y. Nogawa, S. Ibi, and S. Sampei, "An iterative unified decoding for decode-quantize-forward relaying,"in Proc. VTC, Dresden, Germany, June 2013. J. Garcia-Frias, and Y. Zhao, "Near-Shannon/Slepian-Wolf performance for unknown correlated sources over AWGN channels,"IEEE Trans, Commun., vol. 53, no. 4, pp. 555-559, Apr. 2005.
　しかしながら、DQF法によるBER特性の改善度合いは多ビットに量子化するための閾値の設定に大きく依存することから、閾値を適切に設定しないとBER特性が劣化する問題があった。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、DQF法の量子化に用いる閾値を通信路状況に応じて適応的に設定する。
　（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、受信したデータ信号を中継する通信装置であって、伝搬特性を算出する受信品質測定部と、受信信号より得られた対数尤度比を閾値に基づいて量子化圧縮する量子化圧縮符号化部とを有するように構成してもよく、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を複数有するように構成してもよく、切り替えるように構成してもよい。
　（２）また、本発明の他の態様は、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記複数の閾値を、前記伝搬特性に基づいて切り替えるように構成してもよい。
　（３）また、本発明の他の態様は、前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を、等価振幅利得の値に基づいて決定するように構成してもよい。
　（４）また、本発明の他の態様は、前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得に重み係数を乗算した値を量子化に用いる前記閾値とした場合の誤り率特性を予め論理テーブル化し、該論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定するように構成してもよい。
　（５）また、本発明の他の態様は、前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得と、中継信号の受信装置で得られる前記対数尤度比の硬判定値との組合せ毎の誤り率を論理テーブル化し、前記論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定するように構成してもよい。
　（６）また、本発明の他の態様は、前記通信装置は、前記量子化圧縮に用いる前記閾値と等価振幅利得を制御情報として生成する制御情報生成部と、前記制御情報生成部が生成する前記制御情報を送信する送信処理部とを有するように構成してもよい。
　（７）また、本発明の他の態様は、前記制御情報生成部は複数のサブキャリアを１または複数のグループにグループ化し、該グループに対応する閾値を生成するように構成してもよい。
　（８）また、本発明の他の態様は、通信装置より対数尤度比を複数ビットに量子化されたビット列より生成された中継信号を受信する基地局装置であって、少なくとも前記通信装置で量子化に用いる閾値を制御情報として受信する制御情報検出部と、前記通信装置の受信品質に応じて設定される前記閾値により量子化された信号を受信し、前記受信信号から対数尤度比を算出する受信信号検出部と、前記対数尤度比より送信装置のビット列を推定する量子化復号部とを有するように構成してもよい。
　（９）また、本発明の他の態様は、前記制御情報検出部は、前記通信装置で得られる等価振幅利得を制御情報として受信するように構成してもよい。
　本発明によれば、DQF法を用いる中継伝送において、中継するLLRの量子化を効率的に実現し、その結果システムスループットが改善する。
本発明に係るシステムの構成の一例を示す図である。 本発明に係る端末装置１３の構成の一例を示す図である。 本発明に係る送信信号生成部１０１の構成の一例を示す図である。 本発明に係る送信信号生成部１０１の構成の一例を示す図である。 本発明に係る中継局装置の構成の一例を示す図である。 本発明に係る受信信号検出部３０３の構成の一例を示す図である。 本発明に係る受信信号検出部３０３の構成の一例を示す図である。 本発明に係る基地局装置１０の構成の一例を示す図である。 本発明に係る基地局装置１０の構成の一例を示す図である。 本発明に係る受信信号検出部６０４の構成の一例を示す図である。 ｜ｈ２，１｜２ＥＳ／Ｎ０＝８ｄＢの場合のシミュレーション特性の一例を示す図である。 ｜ｈ２，１｜２ＥＳ／Ｎ０＝４ｄＢの場合のシミュレーション特性の一例を示す図である。
（第１の実施形態）
　以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。図１は、本発明に係るシステムの構成の一例を示す。該システムは、基地局装置（eNB: evolved Node B）１０、中継局装置（RS: Relay Station）１１、１２、端末装置（UE: User Equipment）１３から構成される。なお、端末装置の数は１に限定されない他、端末装置のアンテナ数は１であっても良いし、複数あっても良い。また、基地局装置１０と中継局装置１１、１２のアンテナ数は、１であっても良いし、複数あっても良い。さらに、本実施形態の説明では、無線で通信を行うことを前提としているが、端末装置と中継局装置、中継局装置と基地局装置は有線によって接続されていてもよい。また、アップリンクの中継を例に説明を行うが、ダウンリンクの中継に適用してもよい。同図の中継局装置１１、１２は、端末装置１３より送信された信号を中継する通信装置である。中継局装置１１、１２は端末装置１３の送信信号をそれぞれ受信し、信号検出する。ここで、信号検出は、誤り訂正復号処理までを行い、復号後の外部あるいは事後対数尤度比（LLR: Log Likelihood Ratio）を得る。中継局装置１１、１２は、復号器出力のLLRを伝搬状況に応じた閾値を用いて量子化を行い、量子化したビットから送信信号を生成して、基地局装置１０へ送信する。
　図２に、本発明に係る端末装置１３の構成の一例を示す。ただし、本発明に必要な最低限のブロックを示している。端末装置１３は、基地局装置１０もしくは中継局装置１１、１２より送信された制御情報を受信アンテナ１０４で受信する。この制御情報には、データ伝送に用いる送信パラメータが含まれる。制御情報受信部１０５は、受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D（Analog/Digital；アナログ／ディジタル）変換し、ディジタル信号からCP（Cyclic Prefix）を除去する。その後、制御情報受信部１０５は、検出した制御情報に含まれる送信パラメータを送信信号生成部１０１に出力する。送信信号生成部１０１は、基地局装置１０へ送信するデータビット列が入力される。
　図３に、本発明に係る送信信号生成部１０１の構成の一例を示す。同図より、送信信号生成部１０１はデータビット列を符号化部２０１に入力する。符号化部２０１は、入力されたデータビット列に対し、誤り訂正符号の符号化を施す。誤り訂正符号には、例えば、ターボ符号やLDPC（Low Density Parity Check）符号、畳み込み符号などが用いられる。符号化部２０１で施す誤り訂正符号の種類や符号化率は、送受信装置で予め決められていても良いし、送受信機会毎に制御情報として通知されても良い。誤り訂正符号化の種類や符号化率が制御情報として通知される場合は、これらの情報が制御情報受信部１０５より符号化部２０１へ入力される。
　変調部２０２は、変調方式の情報が制御情報受信部１０５より入力され、符号化部２０１から入力された符号化ビット列に対して変調を施すことで、変調シンボル列を生成する。変調方式には、例えば、QPSK（Quaternary Phase Shift Keying；四相位相偏移変調）、16QAM（16-ary Quadrature Amplitude Modulation；１６直交振幅変調）や64QAMなどがある。変調部２０２は、生成した変調シンボル列を信号割当部２０３へ出力する。
　信号割当部２０３は、制御情報受信部１０５よりデータ伝送に用いるリソース割当情報が入力され、変調部２０２より信号列入力される。信号割当部２０３は、リソース割当情報に基づいて信号列をリソースに割当て、出力する。ＩＦＦＴ部２０４は、信号列をIFFT（Inverse Fast Fourier Transform）することで周波数領域信号列から時間領域信号列に変換する。ここで、端末装置は参照信号を生成し、データ信号と周波数もしくは時間で多重して送信する。
　送信処理部１０２は、時間領域信号列にCPを挿入し、D/A（Digital/Analog；ディジタル／アナログ）変換でアナログの信号に変換し、変換後の信号を伝送に使用する無線周波数にアップコンバートする。送信処理部１０２は、アップコンバートした信号を、PA（Power Amplifier）で増幅し、増幅後の信号を、送信アンテナ１０３を介して送信する。以上のように、端末装置は、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を送信する。ただし、端末装置が送信する信号は広帯域シングルキャリアとしても良く、その場合は送信信号生成部１０１の構成例は図４となる。図４の送信信号生成部１０１の構成例と図３の構成例の違いはＤＦＴ部２０５のみであり、それ以外は同一の処理となる。また狭帯域のシングルキャリア伝送やＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）、ＯＦＤＭ以外のマルチキャリア伝送等にも適用可能である。
　図５に、本発明に係る中継局装置の構成の一例を示す。端末装置のデータを中継する中継局装置はＮＲＳ個存在するが、本実施形態ではすべて同図の構成例とし、代表してｉ番目の中継局装置の構成例について説明する。中継局装置は、受信アンテナ３１１で端末装置がデータ伝送に用いる送信パラメータを含む制御情報を受信し、制御情報受信部３１２に入力する。制御情報受信部３１２は、受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D変換し、ディジタル信号からCPを除去する。制御情報受信部３１２はCP除去後の制御情報から端末装置が用いた送信パラメータを抽出し、受信信号検出部３０３に入力する。また、制御情報受信部３１２は中継伝送に用いる送信パラメータを抽出し、送信信号生成部３０６に入力する。
　中継局装置は、受信アンテナ３０１で端末装置から送信されたデータを受信する。ここで、同図の中継局装置のデータ受信に用いるアンテナ数は１としているが、複数存在しても良い。受信処理部３０２は受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D変換し、ディジタル信号からCPを除去する。さらに、受信処理部３０２はディジタル信号からCPを除去した信号を受信信号検出部３０３に入力する。
　図６に、本発明に係る受信信号検出部３０３の構成の一例を示す。ＦＦＴ部４０１は、入力された受信信号列を高速フーリエ変換により時間領域信号列から周波数領域信号列に変換し、周波数領域信号列を信号抽出部４０２に入力する。信号抽出部４０２は、制御情報受信部３１２より端末装置がデータ送信に用いたリソース割当情報が入力され、受信信号からデータ信号を抽出する。また、信号抽出部４０２は、データ信号と多重されている参照信号を分離し、受信品質測定部４１０に入力する。信号抽出部４０２は、分離した参照信号により伝搬路特性を求め、抽出した受信信号に対して無線伝搬路の歪みを補償する処理を施す。受信品質測定部４１０は、参照信号列より受信品質の測定を行う。ここで、測定する受信品質とは受信信号対雑音電力比（SNR: Signal to Noise power Ratio）やSINR（SINR: Signal to Interference plus Noise power Ratio）などである。受信品質測定部４１０は、受信品質情報を制御情報生成部３１０に入力する。復調部４０３は、制御情報受信部３１２より変調方式の情報が入力され、受信信号列に対して復調処理を施し、送信されたデータビット列のLLR列λｉ，１を得る。LLR列λｉ，１は次式で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ただし、μｉ，１は等価振幅利得であり、νｉ，１は等価雑音成分であり、BPSK(Binary Phase Shift Keying)の場合、各文字は式（２）～（４）で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ただし、ｈｉ，１は端末装置と中継局装置間の複素フェージング係数、Ｅｓは送信信号のエネルギー、Ｒｅ［Ａ］は複素数Ａの実部、ｎｉ，１は中継局装置側で付加される平均０、電力スペクトル密度Ｎ０の複素ガウス雑音の周波数成分、ｄｉ，１＝｛０，１｝は端末装置の送信ビット列である。
　復号部４０４は、制御情報受信部３１２より符号化率の情報に入力され、LLR列λｉ，１に対して復号処理を行う。復号部４０４は、復号器出力のLLR列γｉ，１を量子化圧縮符号化部３０４に入力する。復号器出力のLLR列γｉ，１の等価振幅利得は、次式で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、中継局装置がシングルキャリア信号を受信する場合は、受信信号検出部３０３の構成例は図７となる。同図と図６の違いは、信号抽出部４０２と等化部４０５とＩＤＦＴ部４０６である。シングルキャリア信号を受信時は、信号抽出部４０２は、データ信号と参照信号の抽出のみを行い、無線伝搬路の歪みを補償する処理は行わない。等化部４０５は、端末装置がデータ信号と多重して送信している参照信号が信号抽出部４０２より入力され、参照信号より伝搬路の周波数応答を推定し、周波数応答の推定値よりＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範に基づく等化重みを生成し、入力された周波数領域のデータ信号列に対して重みを乗算する。等化重みは、ＺＦ（Zero Forcing）基準等の他の基準を適用してもよい。ＩＤＦＴ部４０６は、周波数領域の信号列を時間領域の信号列へ変換する。それ以外の処理は同様であるため、説明を省略する。
　制御情報生成部３１０は、受信品質情報により、量子化に用いる閾値ηｉを決定し、量子化圧縮符号化部３０４に入力する。ここで、ηｉの決定方法は後述する。また、制御情報生成部３１０は、図示していないが受信信号検出部３０３より式（５）の等価振幅利得μｉ，１も入力されており、等価振幅利得μｉ，１とηｉを制御情報フォーマットに変換し、制御情報多重部３０７に入力する。また、等価振幅利得μｉ，１と閾値ηｉは、サブキャリア毎に存在し、すべて制御情報として基地局装置に送信しても良いし、一部またはすべてをグループ化して制御情報として基地局装置に送信しても良い。また、閾値ηｉ＝μｉ，１とすることで、いずれか一方のみを制御情報として通知しても良い。また、中継局装置から基地局装置へ通知する閾値ηｉは、複数の予め決められた値のみを通知できるようにし、閾値ηｉの送信に要する制御情報量を削減しても良い。また、端末装置と中継局装置間が広帯域シングルキャリア伝送等の周波数拡散を行う伝送方式であれば、使用する全サブキャリアで同一の等価振幅利得μｉ，１となり、制御情報量を削減できる。
　受信信号検出部３０３は、復号器出力のLLR列γｉ，１を量子化圧縮符号化部３０４に入力する。量子化圧縮符号化部３０４は、復号器出力の外部あるいは事後LLR列をQビットに量子化する。量子化の処理は、Q=2の場合に次式により行われる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　Qが3以上の場合には複数の閾値が存在し、その閾値に基づいて量子化が行われる。量子化圧縮符号化部３０４は、Qビットに量子化されたビット列ｄｉ，２をＰ／Ｓ部３０５に入力する。Ｐ／Ｓ部３０５は、複数のビット列を結合し、送信信号生成部３０６に出力する。
　送信信号生成部３０６は、端末装置の送信信号生成部１０１と同様に生成する。ただし、送信パラメータは制御情報受信部３１２より入力される。なお、端末装置がＯＦＤＭ信号を送信し、中継局装置がシングルキャリア信号を送信するように、異なる波形生成法を用いても良い。制御情報多重部３０７は、データ信号と基地局装置へ送信する制御情報を多重する。送信処理部３０８は、端末装置の送信処理部１０２と同様の処理を行う。ただし、端末装置と中継局装置で異なる送信電力制御を行っても良い。
　図８に、本発明に係る基地局装置１０の構成の一例を示す。基地局装置１０は、ＮＲＳ個の中継局装置より中継信号を受信する。基地局装置１０が受信する複数の中継局装置の信号は、異なる周波数リソースで送信されている、もしくは異なる時間スロットで送信されている、もしくは異なる周波数帯（２ＧＨｚ帯と３．５ＧＨｚ帯など）で送信されているものとする。基地局装置１０は、受信アンテナ５０１で中継信号を受信する。受信処理部５０２は、受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、A/D変換し、ディジタル信号からCPを除去する。さらに、受信処理部５０２はディジタル信号からCPを除去した信号を制御信号分離部５０３に入力する。制御信号分離部５０３は、制御信号と中継信号を分離し、それぞれ制御情報検出部５０９と受信信号検出部５０４に入力する。制御情報検出部５０９は、中継局装置より送信された制御情報の等価振幅利得μｉ，１と量子化の閾値ηｉを検出し、量子化復号部５０５に入力する。
　受信信号検出部５０４は、中継局装置の受信信号検出部３０３と同様の受信信号の検出を行う。ただし、受信信号検出部５０４は、受信測定部４１０が存在しないことと、送信パラメータは制御情報生成部５０６より入力される点が受信信号検出部３０３と異なる。それ以外の処理は同様であるため、説明を省略する。
　受信信号検出部５０４は、復号後のLLR列γｉ，２＝［γｉ，２（１），…，γｉ，２（Ｑ）］を量子化復号部５０５に入力する。量子化復号部５０５は、ＮＲＳ個の中継局装置より中継された信号の復号後のLLR列γ２＝［γ１，２，…，γＮＲＳ，２］が入力され、Ｐ［ｄ＝１｜γ２］とＰ［ｄ＝０｜γ２］の比較により、端末装置が送信したｄを得る。ただし、Ｐ［ｄ｜γ２］はγ２に条件づけられたｄの確率密度関数である。事後確率Ｐ［ｄ｜γ２］は次式で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ただし、ｄ２＝［ｄ１，２，…，ｄＮＲＳ，２］であり、式（７）はベイズ則により次式に変形できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ただし、Ａ∝ＢにＡはＢに比例することを意味する。これは、端末装置が送信したデータビット列の０もしくは１の確率が等確率であることを想定し、Ｐ［ｄ］は１／２、Ｐ［γ２］は定数のためである。Ｐ［γｉ，２（ｑ）｜ｄｉ，２（ｑ）］は次式で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ただし、ｄｉ，２のハットはｄｉ，２を式（４）と同様に算出した値であり、μｉ，２は基地局装置で得られた等価振幅利得である。式（８）のＰ［ｄｉ，２（ｑ）｜ｄ］の算出方法は、非特許文献３の方法がある。以下、説明を簡単にするため、ＮＲＳ＝２として説明する。まず、次式により相関値ρ（ｑ）を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ただし、ｄ１，２のハットとｄ２，２のハットは、それぞれγ１，２とγ２，２を１ビットに硬判定した値である。各中継局の受信SNRが同程度の条件の場合に式（１０）より式（１１）、（１２）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　次に、次式の結合確率を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ここで、式（１４）の近似と各中継局の受信SNRが同程度の条件から式（１５）を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　式（１１）～（１５）より式（１６）、（１７）を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　これらの同時確率を得ることで、次式を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　この従来手法を式（８）に適用したとしても、各中継局装置で得られる等価振幅利得μｉ，１（１≦ｉ≦ＮＲＳ）が同程度の場合にしか適用できず、μｉ，１が中継局装置毎に異なる場合には使用できない。
　ここで、各中継局装置で得られる等価振幅利得が異なり、量子化の閾値をηｉ＝μｉ，１の場合に、式（１８）の代わりに、次式を使用できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　ただし、λｉ，２のハットは次式で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　ただし、δは量子化の丸め誤差の影響を緩和する係数である。式（２１）で与えられるＰ［μｉ，１≦γｉ，１＜μｉ，１＋δ］＝０．２５とすることで、δは式（２２）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　本実施形態では、式（１９）の算出法に限定されるものではなく、別の算出法を用いても良い。例えば、LLR列γｉ，1が一貫性条件を満たす確率密度関数である場合に、平均利得μｉ，1、分散２μｉ，1の実数ガウス分布となり、Ｐ［ｄｉ，２｜ｄ］は閾値ηｉに応じて該当するｄｉ，２の範囲で積分すれば容易に求まる。そのため、Ｐ［ｄｉ，２｜ｄ］は式（２３）～（２６）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　量子化復号部５０５は、得られたビット列に対して巡回冗長検査（CRC：Cyclic Redundancy Check）より誤りの有無をチェックし、誤りがない場合は端末装置が送信したデータビット列を得る。量子化復号部５０５は、誤りの有無の情報を制御情報生成部５０６に入力する。
　制御情報生成部５０６は、復号結果より再送制御情報を生成し、図示していないが受信信号検出部で得られた周波数応答（伝搬路情報）により次回のデータ伝送、中継伝送に用いるリソース割当、符号化率、変調方式などの送信パラメータの制御情報を生成し、送信処理部５０７に入力する。制御情報は、送信処理部５０７、送信アンテナ５０８を介して、中継局装置や端末装置へ送信される。
　次に、ηｉの決定方法について説明する。式（８）の復号処理による誤り率は、平均利得μ＝［μ１，１，μ２，１，…，μＮＲＳ，１，μ１，２，μ２，２，…，μＮＲＳ，２］の組合せと量子化の閾値η＝［η１，η２，…，ηＮＲＳ］によって決まる。ここで、平均利得［μ１，１，μ２，１，…，μＮＲＳ］は中継局装置より通知される制御情報であり、制御情報検出部５０９より入力される。平均利得μは通信路状況に応じて決まる値であるのに対し、量子化の閾値ηは中継局装置が自由に決定することができる。そのため、誤り率を最小化するηを使用することが重要となる。
　まず、量子化の閾値ηの決定方法として、予め計算機シミュレーションにより平均利得μの組合せに対する最適な閾値ηの組合せを探索する方法について示す。その一例は、閾値をηｉ＝μｉ,1ｗｉとし、ｗｉ＝｛０，０．１，…，１．０｝は重み係数とする。ηの取りうる組合せはＮＲＳ＝２とすると１２１通りあり、予め計算機シミュレーションにより得られた平均利得μの組合せに応じたηの組合せをテーブル化しておき、中継局装置はこのテーブルに基づいて決定することができる。この場合、予め決められた複数の量子化の閾値から誤り率が低くなる値を決定することを意味する。
　上記の方法は、多くの平均利得μの組合せで最適値を計算機シミュレーションする必要がある。ここで、計算機シミュレーションの結果を必要としない別のηｉの決定方法について説明する。まず、基地局装置で得られるLLR列γｉ，２（ｑ）をアナログ値として圧縮符号の復号に利用する式（８）ではなく、LLR列γｉ，２（ｑ）を硬判定した値ｄｉ，２（ｑ）のハットを用いて、式（７）に近似を用いて次式にする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　ただし、ｄ２のハットは次式を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
　また、次式の左辺は、γｉ，２（ｑ）の硬判定誤りを表現する確率であり、以下の結合確率で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
　ビット判定の成功確率と誤り確率は、一貫性条件により式（３１）、（３１）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
　上記の式により、以下の判定を行い、ｄのハットが１か、０かを判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
　上記を用いて誤り率特性が最小となる量子化の閾値ηｉを求めることができる。ｄのハットの検出に必要な変数はμと、ＮＲＳ＝２かつＱ＝２の場合１６通りのｄ２のハットである。そのため、与えられたμにおいて、予め１６通りのｄ２のハットに対して論理テーブルを用意しても良い。この場合、LLR列γｉ，２の硬判定から得られるｄ２のハットに対応するテーブルの中のｄのハットを参照することで容易に復号でき、復号処理が低演算量となる。
　上記の近似復号処理を用いる場合、中継局装置と基地局装置間で硬判定誤りは生じない状況ではビット誤り率は次式で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
　式（３３）を評価関数として、次式の最適ηｏｐｔの探索を行うことで事前の計算機シミュレーションを行うことなく、最適値を設定することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
　本実施形態では、中継局装置が端末装置の信号を受信し、量子化圧縮符号化を行うとしたが、本発明はこの中継処理を行うのは中継局装置に限定されず、例えば、端末間通信のマルチホップの際に同様の中継処理を行っても良い。この場合、ホップを行う端末装置は本実施形態で説明した量子化の閾値の決定を行い、決定した閾値に基づいてLLR列を量子化する。また、宛先の端末装置は本実施形態で説明した受信処理を行う。
　図１１に，中継局装置（RS）の数ＮＲＳが２、Ｑ＝２、変調方式をグレイ符号化QPSK、通信路符号化を無符号化、｜ｈ２，１｜２ＥＳ／Ｎ０＝８ｄＢ、｜ｈ１，２｜２ＥＳ／Ｎ０＝｜ｈ２，２｜２ＥＳ／Ｎ０＝３０ｄＢの本実施形態のBER（Bit Error Rate）特性を示す。同図のＲＳ１とＲＳ２は、それぞれ中継局装置がいずれか一方で中継伝送された場合の端末装置と基地局装置間のBER特性である。また、同図のDQFは量子化の閾値を固定（η１＝η２＝８）の場合であり、DAQFは本実施形態の閾値を適応的に制御する場合である。また、MRC(Maximum Ratio Combining)は中継局装置で受信した信号を最大比合成した場合であり、同図のシミュレーションパラメータにおけるBER特性の下限を意味する。BER特性より、本実施形態のDAQF法はBER＝１０－４で従来のDQF法よりも１ｄＢ改善しおり、MRCの特性に近付くことがわかる。
　図１２に，｜ｈ２，１｜ＥＳ／Ｎ０＝４ｄＢのBER特性を示す。同図のその他のシミュレーションパラメータは、図１１と同様のため説明を省略する。図１２では、端末装置間と中継局装置間の受信SNRが図１１に比べて低い場合であり、従来のDQF法は中継局装置が１つのＲＳ１のBER特性からの改善がほとんど得られない。一方、本実施形態のDAQF法ではMRCに漸近しており、BER＝１０－４でMRCとの差が０．２ｄＢ程度であり、良好な特性を達成できることがわかる。
　以上のように本実施形態では、中継局装置がDQF法による中継伝送を行う際に、量子化圧縮符号に用いる閾値を誤り率が最小となるように設定することができる。その結果、DQF法による中継伝送を行うシステムでのスループット向上が可能となる。さらに、本実施形態では、基地局装置における量子化圧縮符号の復号処理を簡略化する手法を用いることで、低演算量での復号処理が可能となる。
（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態では、端末装置の送信信号を中継する複数の中継局装置が同一時刻、周波数で中継する場合について説明する。本実施形態の一例では、端末装置、中継局装置の構成例は第１の実施形態と同様であり、それぞれ図２と図５である。ただし、基地局装置の構成例は異なり、図９となる。
　まず、中継局装置の中継伝送方法は同一であるが、送信信号生成部３０６に含まれる信号割当部２０３は、制御情報受信部３１２より入力されるリソース割当情報に基づいて、送信信号をリソースに割り当てる。ただし、本実施形態ではこのリソース割当情報は複数の中継局装置で同一であり、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送で信号が送信される点が前実施形態と異なる。その他は、前実施形態と同様であるため、中継局装置の処理の説明は省略する。
　次に、図９に示す本実施形態の基地局装置の処理を説明する。基地局装置では、Ｎ本の受信アンテナで複数の中継局装置の中継信号を受信する。受信アンテナ６０１－１～６０１－Ｎと受信処理部６０２－２～６０２－Ｎと制御情報分離部６０３－１～６０３－Ｎは、それぞれ図８の受信アンテナ５０１と受信処理部５０２と制御情報分離部５０３と同様の処理を行う。受信信号検出部６０４は、制御情報が分離された受信信号が制御情報分離部６０３－１～６０３－Ｎより入力される。図１０に、発明に係る受信信号検出部６０４の構成の一例を示す。受信信号検出部６０４は、制御情報分離部６０３－１～６０３－Ｎより入力された受信信号は、それぞれＦＦＴ部７０１－１～７０１－Ｎに入力される。ＦＦＴ部７０１－１～７０１－Ｎは、入力された受信信号列を高速フーリエ変換により時間領域信号列から周波数領域信号列に変換し、周波数領域信号列をそれぞれ信号抽出部７０２－１～７０２－Ｎに入力する。信号抽出部７０２－１～７０２－Ｎは、御情報生成部５０６より中継局装置がデータ送信に用いたリソース割当情報が入力され、受信信号からデータ信号を抽出し、ＭＩＭＯ分離部７０３に入力する。また、信号抽出部７０２－１～７０２－Ｎは、データ信号と多重されている参照信号を分離し、ＭＩＭＯ分離部７０３に入力する。
　ＭＩＭＯ分離部７０３は、中継局装置がデータ信号と多重して送信している参照信号が信号抽出部７０２－１～７０２－Ｎより入力され、参照信号より伝搬路の周波数応答を推定する。ＭＩＭＯ分離部７０３は、周波数応答の推定値よりＭＭＳＥ規範に基づく等化重みを生成し、入力された周波数領域のデータ信号列に対して重みを乗算することでＭＩＭＯ多重された信号を分離する。ＭＩＭＯ分離部７０３での信号処理は、ＺＦ基準等の他の基準の空間フィルタリングや、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）等の他の検出法を適用してもよい。分離された各中継局装置より送信された信号は、それぞれ復調部７０４－１～７０４－ＮＲＳに入力される。復調部７０４－１～７０４－ＮＲＳと復号部７０５－１～７０５－ＮＲＳは、前実施形態と同様であるため、説明は省略する。ただし、複数の中継局装置より送信された信号をＭＩＭＯ伝送として受信する場合は、基地局装置で得られる等価振幅利得μｉ，２が異なる。Ｐ／Ｓ部７０６は複数の送信データを結合し、量子化復号部５０５へ出力する。量子化復号部５０５以降の処理は、前実施形態と同様のため、説明は省略する。
　以上のように本実施形態では、複数の中継局装置がＭＩＭＯ伝送として中継信号を送信するため、中継伝送に用いる周波数リソースを少なくすることが可能となり、周波数利用効率が向上する。
　本発明に関わる基地局装置および端末装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
　また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における基地局装置および端末装置の一部、又は全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。基地局装置および端末装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、又は全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。
　また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
　また、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明の端末装置は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、又は非可動型の電子機器、たとえば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。
　以上、この発明の実施形態に関して図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、本発明は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態に記載された要素であり、同様の効果を奏する要素同士を置換した構成も含まれる。
　本発明は、携帯電話、スマートフォン、パーソナル・コンピュータ、タブレット型コンピュータその他の端末装置、基地局装置などの通信装置の他、オフィス機器、生活機器に利用することができる。
　１０　基地局装置
　１１、１２　中継局装置
　１３　端末装置
　１０１　送信信号生成部
　１０２　送信処理部
　１０３　送信アンテナ
　１０４　受信アンテナ
　１０５　制御情報受信部
　２０１　符号化部
　２０２　変調部
　２０３　信号割当部
　２０４　ＩＦＦＴ部
　２０５　ＤＦＴ部
　３０１　受信アンテナ
　３０２　受信処理部
　３０３　受信信号検出部
　３０４　量子化圧縮符号化部
　３０５　Ｐ／Ｓ部
　３０６　送信信号生成部
　３０７　制御情報多重部
　３０８　送信処理部
　３０９　送信アンテナ
　３１０　制御情報生成部
　３１１　受信アンテナ
　３１２　制御情報受信部
　４０１　ＦＦＴ部
　４０２　信号抽出部
　４０３　復調部
　４０４　復号部
　４０５　等化部
　４０６　ＩＤＦＴ部
　４１０　受信品質測定部
　５０１　受信アンテナ
　５０２　受信処理部
　５０３　制御情報分離部
　５０４　受信信号検出部
　５０５　量子化復号部
　５０６　制御情報生成部
　５０７　送信処理部
　５０８　送信アンテナ
　　５０９　制御情報検出部
　６０１－１～６０１－Ｎ　受信アンテナ
　６０２－１～６０２－Ｎ　受信処理部
　６０３－１～６０３－Ｎ　制御情報分離部
　６０４　受信信号検出部
　７０１－１～７０１－Ｎ　ＦＦＴ部
　７０２－１～７０２－Ｎ　信号抽出部
　７０３　ＭＩＭＯ分離部
　７０４－１～７０４－ＮＲＳ　復調部
　７０５－１～７０５－ＮＲＳ　復号部
　７０６　Ｐ／Ｓ部

Claims (9)

  1. 　受信したデータ信号を中継する通信装置であって、
    　伝搬特性を算出する受信品質測定部と、
    　受信信号より得られた対数尤度比を閾値に基づいて量子化圧縮する量子化圧縮符号化部とを有し、
    　前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を複数有し、切り替える通信装置。
  2. 　前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記複数の閾値を、前記伝搬特性に基づいて切り替える請求項１記載の通信装置。
  3. 　前記量子化圧縮符号化部は、量子化に用いる前記閾値を、等価振幅利得の値に基づいて決定する請求項１記載の通信装置。
  4. 　前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得に重み係数を乗算した値を量子化に用いる前記閾値とした場合の誤り率特性を予め論理テーブル化し、該論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定する請求項１記載の通信装置。
  5. 　前記量子化圧縮符号化部は、等価振幅利得と、中継信号の受信装置で得られる前記対数尤度比の硬判定値との組合せ毎の誤り率を論理テーブル化し、前記論理テーブルに基づいて量子化に用いる前記閾値を決定する請求項１記載の通信装置。
  6. 　前記量子化圧縮に用いる前記閾値と等価振幅利得を制御情報として生成する制御情報生成部と、
    　前記制御情報生成部が生成する前記制御情報を送信する送信処理部とを有する請求項１記載の通信装置。
  7. 　前記制御情報生成部は、複数のサブキャリアを１または複数のグループにグループ化し、該グループに対応する閾値を生成する請求項６記載の通信装置。
  8. 　通信装置より対数尤度比を複数ビットに量子化されたビット列より生成された中継信号を受信する基地局装置であって、
    　少なくとも前記通信装置で量子化に用いる閾値を制御情報として受信する制御情報検出部と、
    　前記通信装置の受信品質に応じて設定される前記閾値により量子化された信号を受信し、前記受信信号から対数尤度比を算出する受信信号検出部と、
    　前記対数尤度比より送信装置のビット列を推定する量子化復号部とを有する基地局装置。
  9. 　前記制御情報検出部は、前記通信装置で得られる等価振幅利得を制御情報として受信する請求項８記載の基地局装置。
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