無線通信システム、送信装置、受信装置、通信方法、送信方法及び受信方法
【課題】中継装置を多数配置しなくても送信装置と受信装置との間で良好な特性が得られる無線通信システム等を提供すること。
【解決手段】送信装置１０１は、受信装置１０３に対して送信ストリームを送信し、中継装置１０２に対しては受信装置１０３に送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、中継装置１０２は、送信装置１０１が送信したストリームを含む信号を受信し、受信した信号を増幅し、増幅された信号を受信装置に送信し、受信装置１０３は、中継装置１０２及び送信装置１０１から受信装置１０３宛に送信された総てのストリームを受信して、送信ストリームを復号する。
【解決手段】送信装置１０１は、受信装置１０３に対して送信ストリームを送信し、中継装置１０２に対しては受信装置１０３に送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、中継装置１０２は、送信装置１０１が送信したストリームを含む信号を受信し、受信した信号を増幅し、増幅された信号を受信装置に送信し、受信装置１０３は、中継装置１０２及び送信装置１０１から受信装置１０３宛に送信された総てのストリームを受信して、送信ストリームを復号する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信の分野では、高速伝送を実現する技術として、複数の送受信アンテナを用いて、複数の独立した送信信号を、同じ周波数、同一タイミングで無線送信装置から無線受信装置に送信することにより、周波数帯域幅を広げずに伝送レートを増大できるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が注目されている。
【０００３】
しかしながら、ＭＩＭＯ伝送で良好な受信特性を得るためには、送信装置と受信装置の間に建物などの散乱体が多く、様々な経路を経て受信する環境のように、空間相関が低い必要がある。散乱体が少ない場合には、空間相関が高くなり、空間多重されたＭＩＭＯ信号を分離するのが難しくなるため、伝送特性が大幅に劣化してしまう問題がある。
【０００４】
このような課題に対して、例えば特許文献１では、図１２に示しているように、複数のアンテナを備える送信装置５００１から送信された信号を、複数の中継装置５００２−１〜５００２−２を経由して、複数のアンテナを備える受信装置５００３で受信する技術が開示されている。これは複数の中継装置を散乱体とみなすことで、空間相関の小さいＭＩＭＯ伝送技術を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９８４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている技術では、送信装置と１つの中継装置との間の空間相関が高い場合には、空間相関を低くするために多数の中継装置が必要となってしまうという問題があった。
【０００７】
上述した課題に鑑み、本発明の目的は、中継装置を多数配置しなくても送信装置と受信装置との間で良好な特性が得られる無線通信システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題に鑑み、本発明の無線通信システムは、送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数のストリームを送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信し、当該受信された信号を増幅して受信装置に送信する中継部を備え、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信されたストリームを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記送信部から、前記受信装置と、前記中継装置とに少なくとも１つ同じストリームを送信することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置及び／又は前記受信装置に送信するストリーム数は１であることを特徴とする。
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、
前記中継装置に送信するストリームと前記受信装置に送信するストリームとを分けるようなプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に前記プレコーディング後のストリームを送信することを特徴とする。
【００１１】
本発明の送信装置は、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信装置であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信する送信部と、
前記中継装置及び前記受信装置から受信される報告情報を用いて、少なくとも１つのストリームを前記中継装置と前記受信装置との両方に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の送信装置は、
前記報告情報に基づいて、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とに送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を更に備えることを特徴とする。
また、本発明の送信装置において、
前記プレコーディング部は、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とが互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の受信装置は、
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームとが空間多重された信号を受信する受信装置であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比を求める復号部と、
伝搬路推定を行って伝搬路推定値を求める伝搬路推定部と、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を求める信号検出部と、
を備え、
前記信号検出部は、一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームとの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の受信装置において、
前記信号検出部は、初回処理の場合、前記第２のストリームよりも前記第１のストリームを先に検出することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の受信装置において、
前記信号検出部は、初回処理でない場合、前記第１のストリームよりも前記第２のストリームを先に検出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の通信方法は、
送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける通信方法であって、
前記送信装置は、前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信して増幅し、増幅された信号を受信装置に送信し、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信された総てのストリームを受信して、送信ストリームを復号することを特徴とする。
【００１７】
本発明の送信方法は、
少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置及び／又は前記受信装置から受信される報告情報を用いて、異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置とのそれぞれに送信するようなプレコーディングを行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の受信方法は、
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームが空間多重された信号を受信する受信方法であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比と、伝搬路推定を行って伝搬路推定値とを求め、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を更に求め、
一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、送信装置から受信装置にストリームを送信する場合に、各中継装置に異なるストリームを送信するようにすることにより、中継装置を多数配置することなく、ＭＩＭＯ分離性能を向上させることが可能となる。したがって、無線通信システムにおいて少ない中継装置であっても、適切な通信を行うことが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図２】第１実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図３】第１実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図４】第１実施形態における信号検出部の機能構成を説明するための図である。
【図５】第１実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図６】第２実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図７】第２実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図８】第２実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図９】第２実施形態における信号検出部の機能構成を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態における送信処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における受信処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１２】従来技術における無線通信システムの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。本実施形態においては、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を利用した場合について説明するが、本発明が適用可能な範囲はこれに限らず、その他のマルチキャリア伝送やシングルキャリア伝送にも適用することができる。
【００２２】
［１．第１実施形態］
［１．１ システム構成］
図１は、第１実施形態における無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、送信装置１０１、中継装置１０２（中継装置１０２−１、中継装置１０２−２）、受信装置１０３を備えて構成される。また、送信装置１０１から２つのストリームを受信装置１０３に送信する場合について説明する。
【００２３】
ここで、送信装置１０１、受信装置１０３はそれぞれ複数のアンテナを備えている。また中継装置１０２−１、１０２−２は１本以上のアンテナ数を備えている。なお、特に断ることがない限り、中継装置１０２は受信した信号を増幅して再送信する、例えばリピータ（Repeater）やＡｍｐｌｉｆｙ−ａｎｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ型のリレーの場合を説明する。
【００２４】
このとき、受信装置１０３は、送信装置１０１から送信された信号と、中継装置１０２で中継された信号を同一リソースで受信できることになる。送信装置１０１は、中継装置１０２−１に向けて送信するストリームと、中継装置１０２−２に向けて送信するストリームを分けて送信する。
【００２５】
ここで、ストリームとは送信装置が空間多重する独立な信号系列を表す。例えば、送信装置１０１がＳ＝［ｘ１ ｘ２］Ｔというそれぞれ独立なストリームを送信するとする。
【００２６】
また、Ｔは行列の転置を表す。中継装置１０２は、安定して良好な受信性能が得られるため、送信装置１０１と見通し環境に置かれる場合がある。この場合、送信装置１０１と１つの中継装置１０２との間の空間相関は高くなってしまい、中継装置１０２は空間相関の高い信号を中継してしまい、中継装置１０２の数が少ないと空間相関が低くならずにＭＩＭＯ分離性能が劣化してしまう。
【００２７】
従って、本実施形態の送信装置１０１は、例えば、中継装置１０２−１にはＳ１＝［ｘ１］Ｔ、中継装置１０２−２にはＳ２＝［ｘ２］Ｔのように中継装置毎に異なるストリームを送信し、受信装置１０３にはＳ３＝［ｘ１ ｘ２］Ｔを空間多重で送信する。
【００２８】
中継装置１０２では中継処理による遅延があるため、受信装置１０３には、送信装置１０１から送信されたＳに対して、中継装置１０２−１、１０２−２で中継されたＳ１、Ｓ２が遅延波として受信される。
【００２９】
［１．２ 装置構成］
ここで、各装置の構成について図を用いて説明する。
【００３０】
［１．２．１ 送信装置］
まず、送信装置１０１の構成について説明する。図２は、２ストリームを４本の送信アンテナを用いて送信する場合の送信装置１０１の構成を示すブロック図である。送信装置１０１は、符号部２１０−１、２０１−２、変調部２０２−１、２０２−２、割り当て部２０３−１、２０３−２、パイロット生成部２０４、プレコーディング部２０５、ＩＦＦＴ（高速逆フーリエ変換：Inverse Fast Fourier Transform）部２０６−１〜２０６−４、ＧＩ（ガードインターバル：Guard Interval）挿入部２０７−１〜２０７−４、無線送信部２０８−１〜２０８−４、送信アンテナ２０９−１〜２０９−４を備える。
【００３１】
送信ビットは符号部２０１−１、２０１−２で畳込み符号、ターボ符号、ＬＤＰＣ（低密度パリティチェック：Low Density Parity Check）符号等の誤り訂正符号を用いて符号化し、符号化ビットは変調部２０２−１〜２０２−２でＰＳＫ（位相遷移変調：Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（直交振幅変調：Quadrature Amplitude Modulation）などの変調シンボルにマッピングする。
【００３２】
変調シンボルは、割り当て部２０３−１、２０３−２で、パイロット生成部２０４で生成された送受信側で既知のパイロット信号と共に、時間／周波数リソースに割り当てられる。プレコーディング部２０５では、中継装置１０２−１、１０２−２及び受信装置１０３に所望のストリームが送信されるようにプレコーディングを行う。
【００３３】
プレコーディング後の信号は、ＩＦＦＴ部２０６−１〜２０６−４で周波数時間変換し、ＧＩ挿入部２０７−１〜２０７−４でガードインターバルが挿入され、無線送信部２０８−１〜２０８−４でＤ／Ａ変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ２０９−１〜２０９−４から送信される。
ここで、プレコーディング部２０５の詳細を説明する。送信装置１０１がｘ１、ｘ２という２つのストリームを４本の送信アンテナから送信する場合を例に説明する。中継装置１０２−１にはＳ１＝［ｘ１］、中継装置１０２−２にはＳ２＝［ｘ２］、受信装置１０３にはＳ３＝［ｘ１ ｘ２］Ｔを送信するものとする。
【００３４】
送信装置１０１と中継装置１０２−１との間のチャネルをＨ１、送信装置１０１と中継装置１０２−２との間のチャネルをＨ２、送信装置１０１と受信装置１０３との間のチャネルをＨ３とする。本実施形態では一例として中継装置１０２−１、１０２−２の送受信アンテナ数はそれぞれ１本、受信装置の受信アンテナ数は２本として説明するが、この本数に限られないことは勿論である。このとき、Ｈ１、Ｈ２は１行４列の行列、Ｈ３は２行４列の行列となる。
【００３５】
なお、送信装置１０１は、Ｈ１、Ｈ２は中継装置１０２−１、１０２−２からの報告情報で知っている（記憶している）か、予め知っているものとする。Ｈ３は受信装置１０３からの報告情報であり、送信装置１０１は知っている（記憶している）ものとする。
【００３６】
まず、複数の中継装置１０２−１、１０２−２と受信装置１０３をブロック対角化する。次式のように送信装置と中継装置との間のチャネルＨＲＳ、とＨ３を特異値分解する。
【数１】
【数２】
【００３７】
ただし、ＵＲＳは２行２列のユニタリ行列、ＤＲＳは特異値を対角要素にもつ２行４列対角行列、ＶＲＳは４行４列ユニタリ行列である。また、Ｕ３は２行２列のユニタリ行列、Ｄ３は特異値を対角要素にもつ２行４列対角行列、Ｖ３は４行４列ユニタリ行列である。また、上付きのＨは行列の複素共役転置を表す。送信重みＷは、例えば、中継装置と受信装置に送信する信号が互いに干渉しないように次のようにすることができる。
【数３】
【数４】
【数５】
【００３８】
なお、ｖ３，３、ｖ３，４はそれぞれＶ３の第３列ベクトル、第４列ベクトルであり、ｖＲＳ，３、ｖＲＳ，４はそれぞれＶＲＳの第３列ベクトル、第４列ベクトルである。Ｈ＝［ＨＲＳＴ Ｈ３］Ｔとすると、Ｗを乗算して送信した場合の等価チャネルは次のようになる。
【数６】
【００３９】
式（６）は複数の中継装置と受信装置に互いに干渉なく送信できることを示している。ここで改めてＨＲＳ’＝ＨＲＳＷＲＳ，１とし、また、Ｈ１’＝［Ｈ１ｖ３，３ Ｈ１ｖ３，４］、Ｈ２’＝［Ｈ２ｖ３，３ Ｈ２ｖ３，４］と置きなおす。ＨＲＳ’に重みを乗算することで、複数の中継装置に所望の信号を送信する。次式のようにＨ１’、Ｈ２’を特異値分解する。
【数７】
【数８】
【００４０】
ただし、Ｕ１は１行１列のユニタリ行列、Ｄ１は特異値を対角要素にもつ１行２列の対角行列、Ｖ１は２行２列のユニタリ行列であり、Ｕ２は１行１列のユニタリ行列、Ｄ２は特異値を対角要素にもつ１行２列の対角行列、Ｖ２は２行２列のユニタリ行列である。中継装置１０２−１、１０２−２に所望のストリームを送信するために、次のような重みを用いる。
【数９】
【００４１】
ＨＲＳ’に式（９）の重みを乗算すると次のようになる。
【数１０】
【００４２】
従って全体の重みＷ’は次のようになる。
【数１１】
【００４３】
Ｗ’でプレコーディングする信号をＳ＝［Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３］Ｔとし、中継装置１０２−１で受信する信号をＹ１、中継装置１０２−２で受信する信号をＹ２、受信装置１０３で受信する送信装置１０３からの信号をＹ３とすると、
【数１２】
となり、送信装置１０３から中継装置１０２−１にはＳ１、送信装置１０３から中継装置１０２−２にはＳ２、送信装置１０３から受信装置１０３にはＳ３が送信されていることがわかる。
【００４４】
［１．２．２ 受信装置］
つづいて、受信装置１０３の構成について説明する。図３は受信装置１０３の構成を示すブロック図である。受信アンテナ３０１−１、３０１−２、無線受信部３０２−１、３０２−２、伝搬路推定部３０３、信号検出部３０４、復号部３０５−１、３０５−２、報告情報生成部３０６を備えて構成される。
【００４５】
受信アンテナ３０１−１、３０１−２で受信した受信波は、無線受信部３０２−１、３０２−２で無線周波数からベースバンドへの変換、Ａ／Ｄ変換を行って、受信信号として出力する。
【００４６】
伝搬路推定部３０３は受信信号とパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、伝搬路推定値を信号検出部３０４、報告情報生成部３０６に出力する。報告情報生成部３０６は、伝搬路推定値から送信装置１０１への報告情報を生成する。報告情報は、プレコーディングに必要な情報であり、例えば送信装置１０１と受信装置１０３との間の伝搬路を示す情報である。
【００４７】
受信装置１０３は送信装置１０１からＳ３＝［ｘ１ ｘ２］、中継装置１０２−１、１０２−２からそれぞれＳ１＝［ｘ１］、Ｓ２＝［ｘ２］を同一リソースで受信するので、受信装置１０３で検出すべきストリーム［ｘ１ ｘ２］は大きな遅延時間差を持ったＭＩＭＯ信号として受信される。ここで遅延時間差とは、受信装置が推定したパスの中で、最初に到来しているパスと最後に到来するパスの時間差とする。
【００４８】
特に、ガードインターバル長を超えるような遅延時間差がある場合、隣接ＯＦＤＭシンボルからのシンボル間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference）やサブキャリア間の干渉であるＩＣＩ（キャリア間干渉：Inter Symbol Interference）が生じてしまい、伝送特性が劣化してしまう。このため、信号検出部３０４は、ＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧、及び、ＭＩＭＯ分離を行い、符号化ビットＬＬＲ（対数尤度比：Log Likelihood Ratio）を計算して出力する。
【００４９】
復号部３０５−１〜復号部３０５−２は入力された符号化ビットＬＬＲに対して、誤り訂正復号を行い、復号結果に誤りがなければ復号した送信ビットを出力し、復号結果に誤りがある場合は、復号した符号化ビットＬＬＲを信号検出部３０４に出力する。
【００５０】
復号結果の誤り検出にはＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号を用いればよい。また、信号検出部３０４と復号部３０５−１、３０５−２の最大繰り返し回数はあらかじめ決められているものとする。繰り返し回数のチェックは復号部３０５−１、３０５−２が行えばよい。
【００５１】
ここで、信号検出部３０４について更に図４を用いて更に詳細に説明する。信号検出部３０４は、干渉レプリカ生成部４０１、干渉除去部４０２、ＧＩ除去部４０３−１、４０３−２、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform)部４０４−１、４０４−２、ＭＩＭＯ分離部４０５を備えて構成される。
【００５２】
干渉レプリカ生成部４０１は復号部３０５−１〜３０５−２から得られる符号化ビットＬＬＲと伝搬路推定部３０３から得られる伝搬路推定値から干渉信号のレプリカである干渉レプリカを生成する。ここで、干渉信号とは、ＩＳＩ、ＩＣＩ及びＭＩＭＯ空間多重によるストリーム間干渉（ＭＳＩ：Multi-Stream Interference）である。
【００５３】
干渉レプリカ生成部４０１はＩＳＩ、ＩＣＩ、ＭＳＩの全てのレプリカを生成する必要はなく、少なくとも１つの干渉レプリカを生成すればよい。また、ＭＳＩのレプリカは、干渉レプリカ生成部４０１で生成せず、後述するＭＩＭＯ分離部４０５で生成してもよい。
【００５４】
干渉レプリカ生成部４０１で生成した干渉レプリカは干渉除去部４０２で受信信号から減算され、干渉の抑圧が行われる。なお、１度も復号が行われていない場合は干渉レプリカが生成できないので、干渉除去部４０２は受信信号をそのまま出力することになる。
【００５５】
干渉除去後の信号は、ＧＩ除去部４０３−１、４０３−２でガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部４０４−１、４０４−２で時間周波数変換が行われ、ＭＩＭＯ分離部４０５でＭＩＭＯ分離を行って符号化ビットＬＬＲを求める。
【００５６】
ＭＩＭＯ分離の手法としては、従来技術であるＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差：Minimum Mean Square Error）検出、ＭＬＤ（最尤検出：Maximum Likelihood Detection）等を用いればよい。
【００５７】
干渉除去後の信号の第ｋサブキャリアをＲ（ｋ）、第ｋサブキャリアのチャネル行列をＨ（ｋ）、受信装置１０３で検出するストリームの第ｋサブキャリアをＳ（ｋ）とする。ＭＭＳＥ検出を行う場合は次のようにすればよい。
【数１３】
【００５８】
なお、Ｓ＾（ｋ）は検出後のＳ（ｋ）を表し、Ｍ（ｋ）は次式に示すようなＭＭＳＥ重みである。
【数１４】
【００５９】
もしくは
【数１５】
【００６０】
なお、σｎ２は平均雑音電力、Ｉは単位行列を表す。検出したＳ＾（ｋ）を復調して符号化ビットＬＬＲを求める。また、ＭＬＤは次のように符号化ビットＬＬＲを求める。
【数１６】
【００６１】
なお、第ｔストリームの第ｑビットｂｔ，ｑのＬＬＲをλ（ｂｔ，ｑ）とした。また、β＋はＳ（ｋ）を構成し得るビット系列のうちｂｔ，ｑ＝０（もしくは＋１）となる系列、β−はＳ（ｋ）を構成し得るビット系列のうちｂｔ，ｑ＝１（もしくは−１）となる系列を表している。
【００６２】
［１．２．３ 中継装置］
続いて中継装置１０２について説明する。中継装置は、中継部として信号を受信する受信部と、受信した信号を増幅する増幅部と、増幅した信号を再度送信する送信部とを備えた装置である。
【００６３】
いわゆる、中継装置１０２は、従来から知られているリレー局装置等により構成されており、受信した信号を増幅して再送信する中継部を有する装置であり、その詳細は説明は省略する。
【００６４】
［１．３ 処理の流れ］
図５は本実施形態における送信処理のフローチャートである。まずステップｓ５０１で、送信ビットに対して誤り訂正符号化が行われ、ステップｓ５０２で変調が行われる。ステップｓ５０３では、変調シンボルが時間／周波数リソースに割り当てられる。ステップｓ５０４は、各中継装置、受信装置に所望のストリームが送信されるようにプレコーディングを行う。ステップｓ５０５で周波数時間変換し、ステップｓ５０６でガードインターバルを挿入し、ステップｓ５０７で送信する。
【００６５】
このように本実施形態では、各中継装置に異なるストリームを送信するようにした。これにより、中継装置を多数配置することなく、ＭＩＭＯ分離性能を向上させることが可能となる。
【００６６】
［２．第２実施形態］
続いて、第２実施形態について説明する。
【００６７】
［２．１ システム構成］
図６は第２実施形態の無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、送信装置６０１、中継装置６０２、受信装置６０３を備えて構成されている。第１実施形態では全ストリームが中継による大きな遅延時間差のある信号として受信装置で受信されたが、本実施形態では、一部のストリームが中継による大きな遅延時間差のある信号として受信装置で受信される。例えば、送信装置６０１は２つのストリームｘ１、ｘ２を送信するものとし、Ｓ１＝［ｘ１］、Ｓ２＝［ｘ１ ｘ２］としたとき、Ｓ１は中継装置６０２に送信し、Ｓ２は受信装置６０３に送信する。
【００６８】
［２．２ 装置構成］
続いて、本実施形態における装置構成について説明する。
【００６９】
［２．２．１ 送信装置］
図７は送信装置６０１の構成を示すブロック図である。送信装置６０１は、ストリーム選択部７０１、符号化・変調選択部７０２、符号部７０３−１〜７０３−２、変調部７０４−１〜７０４−２、パイロット生成部７０５、割り当て部７０６−１〜７０６−２、プレコーディング部７０７、ＩＦＦＴ部７０８−１〜７０８−３、ＧＩ挿入部７０９−１〜７０９−３、無線送信部７１０−１〜７１０−３、送信アンテナ７１１−１〜７１１−３を備えて構成される。
【００７０】
ストリーム選択部７０１は中継装置６０２、受信装置６０３から報告される報告情報から、中継装置６０２、受信装置６０３に送信するストリームを選択し、符号化・変調選択部７０２、プレコーディング部７０７に出力する。
【００７１】
符号化・変調選択部７０２は、各ストリームの符号化率や変調方式を選択する。本実施形態では、一部のストリームが送信装置６０１と中継装置６０２とから送信される。従って、遅延による干渉はあるものの、その他のストリームよりも受信電力が大きくなるので、送信装置６０１と中継装置６０２の両方から送信されるストリームの伝送レートがその他のストリームの伝送レートよりも高くなるように符号化率、変調方式を決めることもできる。
【００７２】
本実施形態の例ではストリームｘ２よりもストリームｘ１の方が伝送レートを高くする。符号化・変調選択部７０２が選択した符号化率、変調方式に従って、符号部７０３−１、７０３−２、変調部７０４−１、７０４−２で誤り訂正符号化、変調を行う。
【００７３】
割り当て部７０６−１、７０６−２は、パイロット生成部７０５で生成されたパイロット信号と変調シンボルを時間／周波数リソースに割り当てる。プレコーディング部７０７は、第１実施形態と同様に所望のストリームを中継装置６０２、受信装置６０３に送信するようにプレコーディングを行う。
【００７４】
プレコーディングは第１実施形態と同様に、中継装置６０２と受信装置６０３をブロック対角化し、プレコーディングする信号をＳ＝［Ｓ１ Ｓ２］Ｔとすればよい。プレコーディング後の信号はＩＦＦＴ部７０８−１〜７０８−３で周波数時間変換し、ＧＩ挿入部７０９−１〜７０９−３でガードインターバルを挿入し、無線送信部７１０−１〜７１０−３でＤ／Ａ変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ７１１−１〜７１１−３から送信される。
【００７５】
［２．２．２ 受信装置］
続いて、受信装置６０３の構成について説明する。図８は受信装置６０３の構成を示すブロック図である。受信装置６０３は、受信アンテナ部８０１−１、８０１−２、無線受信部８０２−１、８０２−２、伝搬路推定部８０３、信号検出部８０４、復号部８０５−１、８０５−２、報告情報生成部８０６を備えて構成される。
【００７６】
受信アンテナ８０１−１、８０１−２で受信した受信波は、無線受信部８０２−１、８０２−２で無線周波数からベースバンドへの変換、Ａ／Ｄ変換を行って、受信信号として出力する。
【００７７】
伝搬路推定部８０３は受信信号とパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、伝搬路推定値を信号検出部８０４、報告情報生成部８０６に出力する。
【００７８】
報告情報生成部８０６は、伝搬路推定値から送信装置６０１への報告情報を生成する。受信装置６０３は送信装置６０１からＳ２＝［ｘ１ ｘ２］、中継装置６０２からそれぞれＳ１＝［ｘ１］を同一リソースで受信するので、受信装置６０３で検出すべきストリーム［ｘ１ ｘ２］のうち、ｘ１は大きな遅延時間差を持った信号として受信される。
【００７９】
信号検出部８０４は、ｘ１に関してＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧、及び、ｘ１とｘ２のＭＩＭＯ分離を行い、符号化ビットＬＬＲ（対数尤度比：Log Likelihood Ratio）を計算して出力する。
【００８０】
復号部８０５−１、８０５−２は入力された符号化ビットＬＬＲに対して、誤り訂正復号を行い、復号結果に誤りがなければ復号した送信ビットを出力し、復号結果に誤りがある場合は、復号した符号化ビットＬＬＲを信号検出部８０４に出力する。信号検出部８０４は、第１実施形態の信号検出部３０４と同様の処理を行うことが可能であるが、第２実施形態では、ストリーム間で遅延時間差に偏りがあるので、これを利用した場合を説明する。
【００８１】
本実施形態の受信信号には、中継されないストリーム（これを第１のストリームと呼ぶ）と中継によってＧＩを超えるような大きな遅延時間差を持つストリーム（これを第２のストリームと呼ぶ）が存在する。
【００８２】
ここでの例では、ｘ２が第１のストリーム、ｘ１が第２のストリームとなる。第２のストリームは第１のストリームよりも受信電力は大きいが、ＩＳＩとＩＣＩが存在している。これは、受信方式の違い、つまりＩＳＩ、ＩＣＩを抑圧するかしないかで、第２のストリームの受信品質は大きく変わることになる。
【００８３】
これを利用して信号検出部８０４は、ＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセル（ＳＩＣ：Successive Interference Cancellation）を行う。ＳＩＣは受信品質の良い順に検出及び除去を行うことで良い特性が得られる。
【００８４】
このため、ＩＳＩ、ＩＣＩのレプリカを生成できない初回処理では第１のストリームの方が第２のストリームよりも受信品質が良いとして第１のストリームから検出・除去を行う。ＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧ができる２回目以降の場合は、第２のストリームの方が第１のストリームよりも受信品質が良いとして、第２のストリームから検出・除去を行う。
【００８５】
図９は信号検出部８０４の構成を示すブロック図である。信号検出部８０４は、干渉レプリカ生成部９０１、干渉除去部９０２、ＧＩ除去部９０３−１、９０３−２、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２、ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５、減算部９０６、ＭＩＭＯ分離部９０７を備えて構成される。
【００８６】
まず初回処理の説明をする。初回処理ではまだ１度も復号が行われていないので、受信信号に対して、ＧＩ除去部９０３−１、９０３−２でガードインターバル除去、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２で時間周波数変換が行われる。
【００８７】
ここでも、まだ復号が行われていないので、ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５でストリーム間干渉レプリカを生成できないので、ＭＩＭＯ分離部９０７はＦＦＴ部９０４−１、９０４−２の出力をＭＩＭＯ分離する。
【００８８】
ＭＩＭＯ分離方式には第１実施形態で説明したＭＭＳＥ検出を行えばよい。検出したストリームのうち、第１のストリームの符号化ビットＬＬＲを復号部へ出力する。ストリーム間干渉レプリカ生成部は、復号後の第１のストリームの符号化ビットＬＬＲからストリーム間干渉レプリカとして第１のストリームの受信レプリカを生成し、減算部９０６はＦＦＴ部９０４−１、９０４−２が出力した信号からストリーム間干渉レプリカを減算する。第１のストリームが抑圧された信号に対し、ＭＩＭＯ分離部９０７はＭＭＳＥ検出を行い、検出した第２のストリームの符号化ビットＬＬＲを復号部へ出力する。ここまでが初回処理である。
【００８９】
次に２回目以降の場合を説明する。２回目以降は、復号が行われているので、干渉レプリカ生成部９０１でＩＳＩ、ＩＣＩのレプリカを生成し、干渉除去部９０２で受信信号からＩＳＩ、ＩＣＩのレプリカを減算することで、ＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧を行う。干渉除去部９０２の出力信号は、ＧＩ除去部９０３−１、９０３−２でガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２で時間周波数変換される。
【００９０】
２回目以降の場合は、ＩＳＩやＩＣＩが抑圧されているので、第２のストリームから検出を行う。ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５は第１のストリームの符号化ビットＬＬＲから、ストリーム間干渉レプリカとして第１のストリーム間干渉レプリカを生成し、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２の出力から除去し、ＭＭＳＥ基準のＭＩＭＯ分離を行う。
【００９１】
検出後の第２のストリームの符号化ビットＬＬＲは、復号部に出力されて誤り訂正復号される。この新たに復号された第２のストリームの符号化ビットＬＬＲは再度信号検出部８０４に入力される。
【００９２】
ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５は、第２のストリームの符号化ビットＬＬＲを用いて、ストリーム間干渉レプリカとして第２のストリームの受信レプリカを生成し、ストリーム間干渉レプリカは、減算部９０６で、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２の出力から減算される。
【００９３】
ＭＩＭＯ分離部９０７は減算部９０６の出力信号に対してＭＭＳＥ基準のＭＩＭＯ分離を行い、第１のストリームの符号化ビットＬＬＲを復号部へ出力する。
【００９４】
［２．３ 処理の流れ］
［２．３．１ 送信処理］
図１０は送信装置６０１の送信処理のフローチャートである。ステップｓ１００１は、送信装置６０１で把握している中継装置６０２及び受信装置６０３からの報告情報に基づいて、中継装置６０２に送信するストリームと、受信装置に送信するストリームを、少なくとも一部が重なるように選択する。ステップｓ１００２は、中継装置と受信装置の両方に送信するストリームをその他のストリームよりも伝送レートが高くなるように符号化率、変調方式を選択する。
【００９５】
ステップｓ１００３は、ステップｓ１００２で選択された符号率、変調方式に従って符号化、変調を行う。ステップｓ１００４は、変調シンボルを時間／周波数リソースに割り当てる。ステップｓ１００５は、ステップｓ１００１で選択されたストリームが中継装置や受信装置に送信されるようにプレコーディングされる。プレコーディング後の信号は、ステップｓ１００６で、周波数時間変換され、ステップｓ１００７でガードインターバルが挿入され、ステップｓ１００８で送信される。
【００９６】
［２．３．２ 受信処理］
図１１は受信装置６０３の受信処理のフローチャートである。ステップｓ１１０１で初回処理かどうかを判断する。
【００９７】
初回処理と判断された場合には、ステップｓ１１０２に進む。ステップｓ１１０２は、受信信号からガードインターバル（ＧＩ）を除去し、ステップｓ１１０３は、周波数時間変換（ＦＦＴ）を行う。
【００９８】
そして、ステップｓ１１０４では、まずＭＩＭＯ分離を行って第１のストリームの検出を行って符号化ビットＬＬＲを求める。第１のストリームの符号化ビットＬＬＲを誤り訂正復号し、得られた符号化ビットＬＬＲから第１のストリームの受信レプリカを生成して、受信信号から除去する。
【００９９】
ステップｓ１１０５では、第１のストリームが抑圧された信号に対してＭＩＭＯ分離を行い、第２のストリームを検出して符号化ビットＬＬＲを求め、第２のストリームの符号化ビットＬＬＲに対して誤り訂正復号を行う。
【０１００】
ステップｓ１１０６では、第１のストリーム、第２のストリームの誤り訂正復号結果に誤りがないか、もしくは、既定の回数の処理が行われたかを判断し、復号結果に誤りがない、もしくは、既定回数の処理が行われた場合は、復号によって得られた送信ビットを出力して処理を終了する。
【０１０１】
復号結果に誤りがあり、かつ、既定回数の処理が行われていない場合はステップｓ１１０１に移る。
【０１０２】
次にステップｓ１１０１で初回処理ではない場合について説明する。ステップｓ１１０７では、１つ前の処理で得られた第１のストリーム及び第２のストリームの符号化ビットＬＬＲから、ＩＳＩ及びＩＣＩの干渉レプリカを生成する。
【０１０３】
ステップｓ１１０８では、受信信号からＩＳＩ及びＩＣＩの干渉レプリカを減算して、ＩＳＩとＩＣＩの抑圧を行う。そして、ステップｓ１１０９でガードインターバル（ＧＩ）の除去、ステップｓ１１１０で時間周波数変換（ＦＦＴ）が行われる。
【０１０４】
ステップｓ１１１１では、１つ前の処理で得られた第１のストリームの符号化ビットＬＬＲから第１のストリームの受信レプリカを生成し、ステップｓ１１１０で得られた信号から除去する。
【０１０５】
この第１のストリームを抑圧した信号に対してＭＩＭＯ分離を行い、第２のストリームを検出して符号化ビットＬＬＲを求める。検出後の符号化ビットＬＬＲに対して誤り訂正復号を行い、符号化ビットＬＬＲを求める。復号後の第２ストリームの符号化ビットＬＬＲから受信レプリカを生成し、ステップｓ１１１０で得られた信号から除去する。
【０１０６】
ステップｓ１１１２では、ステップｓ１１１１で得られた第２のストリームが抑圧された信号に対してＭＩＭＯ分離を行って符号化ビットＬＬＲを求め、ステップｓ１１０６に移る。
【０１０７】
このように、本実施形態では、送信装置６０１は一部のストリームを中継装置６０２と受信装置６０３に送るようにした。このため、受信環境が異なるストリームが生じ、この違いを利用した処理を行うことで、より効率的な通信を行うことができる。
【０１０８】
［３．変形例］
以上、この発明の実施形態につい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等も特許請求の範囲に含まれる。
【０１０９】
なお、上記第１、２実施形態では、中継装置に１つのストリームを送信する場合を例に説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、送信装置が受信装置宛に送信するストリーム数よりも少ないストリーム数であれば、中継装置に複数ストリームを送ることも可能である。
【０１１０】
また、上記第２実施形態では、第１のストリーム、第２のストリーム共にストリーム数が１の場合を説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、第１のストリームも第２のストリームも複数ストリームであってもよい。
【０１１１】
また、上記第１、２実施形態では、送信装置は、送信する総てのストリームを受信装置に送信した場合を説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、送信装置と受信装置の間で直接通信せず、中継装置経由のみのストリームもあってもよい。
【０１１２】
また、上記第１、２実施形態では送信装置は受信装置に対して複数のストリームを送信していたが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、受信装置に対して１つのストリームを送信しても良い。
【０１１３】
また、本発明に係る送信装置、受信装置、中継装置で動作するプログラムは、本発明に係る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。
【０１１４】
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移動局装置及び基地局装置の一部、また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。送信装置、受信装置及び中継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、または全部を集積してチップ化してもよい。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。
【０１１５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。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。
【符号の説明】
【０１１６】
１０１ 送信装置
２０１−１〜２０１−２ 符号部
２０２−１〜２０２−２ 変調部
２０３−１〜２０３−２ 割り当て部
２０４ パイロット生成部
２０５ プレコーディング部
２０６−１〜２０６−４ ＩＦＦＴ部
２０７−１〜２０７−４ ＧＩ挿入部
２０８−１〜２０８−４ 無線送信部
２０９−１〜２０９−４ 送信アンテナ
１０２，１０２−１，１０２−２ 中継装置
１０３ 受信装置
３０１−１〜３０１−２ 受信アンテナ
３０２−１〜３０２−２ 無線受信部
３０３ 伝搬路推定部
３０４ 信号検出部
４０１ 干渉レプリカ生成部
４０２ 干渉除去部
４０３−１〜４０３−２ ＧＩ除去部
４０４−１〜４０４−２ ＦＦＴ部
４０５ ＭＩＭＯ分離部
３０５−１〜３０５−２ 復号部
３０６ 報告情報生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信の分野では、高速伝送を実現する技術として、複数の送受信アンテナを用いて、複数の独立した送信信号を、同じ周波数、同一タイミングで無線送信装置から無線受信装置に送信することにより、周波数帯域幅を広げずに伝送レートを増大できるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が注目されている。
【０００３】
しかしながら、ＭＩＭＯ伝送で良好な受信特性を得るためには、送信装置と受信装置の間に建物などの散乱体が多く、様々な経路を経て受信する環境のように、空間相関が低い必要がある。散乱体が少ない場合には、空間相関が高くなり、空間多重されたＭＩＭＯ信号を分離するのが難しくなるため、伝送特性が大幅に劣化してしまう問題がある。
【０００４】
このような課題に対して、例えば特許文献１では、図１２に示しているように、複数のアンテナを備える送信装置５００１から送信された信号を、複数の中継装置５００２−１〜５００２−２を経由して、複数のアンテナを備える受信装置５００３で受信する技術が開示されている。これは複数の中継装置を散乱体とみなすことで、空間相関の小さいＭＩＭＯ伝送技術を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９８４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている技術では、送信装置と１つの中継装置との間の空間相関が高い場合には、空間相関を低くするために多数の中継装置が必要となってしまうという問題があった。
【０００７】
上述した課題に鑑み、本発明の目的は、中継装置を多数配置しなくても送信装置と受信装置との間で良好な特性が得られる無線通信システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題に鑑み、本発明の無線通信システムは、送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数のストリームを送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信し、当該受信された信号を増幅して受信装置に送信する中継部を備え、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信されたストリームを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記送信部から、前記受信装置と、前記中継装置とに少なくとも１つ同じストリームを送信することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置及び／又は前記受信装置に送信するストリーム数は１であることを特徴とする。
また、本発明の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、
前記中継装置に送信するストリームと前記受信装置に送信するストリームとを分けるようなプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に前記プレコーディング後のストリームを送信することを特徴とする。
【００１１】
本発明の送信装置は、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信装置であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信する送信部と、
前記中継装置及び前記受信装置から受信される報告情報を用いて、少なくとも１つのストリームを前記中継装置と前記受信装置との両方に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の送信装置は、
前記報告情報に基づいて、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とに送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を更に備えることを特徴とする。
また、本発明の送信装置において、
前記プレコーディング部は、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とが互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の受信装置は、
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームとが空間多重された信号を受信する受信装置であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比を求める復号部と、
伝搬路推定を行って伝搬路推定値を求める伝搬路推定部と、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を求める信号検出部と、
を備え、
前記信号検出部は、一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームとの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の受信装置において、
前記信号検出部は、初回処理の場合、前記第２のストリームよりも前記第１のストリームを先に検出することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の受信装置において、
前記信号検出部は、初回処理でない場合、前記第１のストリームよりも前記第２のストリームを先に検出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の通信方法は、
送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける通信方法であって、
前記送信装置は、前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信して増幅し、増幅された信号を受信装置に送信し、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信された総てのストリームを受信して、送信ストリームを復号することを特徴とする。
【００１７】
本発明の送信方法は、
少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置及び／又は前記受信装置から受信される報告情報を用いて、異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置とのそれぞれに送信するようなプレコーディングを行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の受信方法は、
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームが空間多重された信号を受信する受信方法であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比と、伝搬路推定を行って伝搬路推定値とを求め、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を更に求め、
一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、送信装置から受信装置にストリームを送信する場合に、各中継装置に異なるストリームを送信するようにすることにより、中継装置を多数配置することなく、ＭＩＭＯ分離性能を向上させることが可能となる。したがって、無線通信システムにおいて少ない中継装置であっても、適切な通信を行うことが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図２】第１実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図３】第１実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図４】第１実施形態における信号検出部の機能構成を説明するための図である。
【図５】第１実施形態における処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図６】第２実施形態における無線通信システムの全体図である。
【図７】第２実施形態における送信装置の機能構成を説明するための図である。
【図８】第２実施形態における受信装置の機能構成を説明するための図である。
【図９】第２実施形態における信号検出部の機能構成を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態における送信処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における受信処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１２】従来技術における無線通信システムの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。本実施形態においては、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を利用した場合について説明するが、本発明が適用可能な範囲はこれに限らず、その他のマルチキャリア伝送やシングルキャリア伝送にも適用することができる。
【００２２】
［１．第１実施形態］
［１．１ システム構成］
図１は、第１実施形態における無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、送信装置１０１、中継装置１０２（中継装置１０２−１、中継装置１０２−２）、受信装置１０３を備えて構成される。また、送信装置１０１から２つのストリームを受信装置１０３に送信する場合について説明する。
【００２３】
ここで、送信装置１０１、受信装置１０３はそれぞれ複数のアンテナを備えている。また中継装置１０２−１、１０２−２は１本以上のアンテナ数を備えている。なお、特に断ることがない限り、中継装置１０２は受信した信号を増幅して再送信する、例えばリピータ（Repeater）やＡｍｐｌｉｆｙ−ａｎｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ型のリレーの場合を説明する。
【００２４】
このとき、受信装置１０３は、送信装置１０１から送信された信号と、中継装置１０２で中継された信号を同一リソースで受信できることになる。送信装置１０１は、中継装置１０２−１に向けて送信するストリームと、中継装置１０２−２に向けて送信するストリームを分けて送信する。
【００２５】
ここで、ストリームとは送信装置が空間多重する独立な信号系列を表す。例えば、送信装置１０１がＳ＝［ｘ１ ｘ２］Ｔというそれぞれ独立なストリームを送信するとする。
【００２６】
また、Ｔは行列の転置を表す。中継装置１０２は、安定して良好な受信性能が得られるため、送信装置１０１と見通し環境に置かれる場合がある。この場合、送信装置１０１と１つの中継装置１０２との間の空間相関は高くなってしまい、中継装置１０２は空間相関の高い信号を中継してしまい、中継装置１０２の数が少ないと空間相関が低くならずにＭＩＭＯ分離性能が劣化してしまう。
【００２７】
従って、本実施形態の送信装置１０１は、例えば、中継装置１０２−１にはＳ１＝［ｘ１］Ｔ、中継装置１０２−２にはＳ２＝［ｘ２］Ｔのように中継装置毎に異なるストリームを送信し、受信装置１０３にはＳ３＝［ｘ１ ｘ２］Ｔを空間多重で送信する。
【００２８】
中継装置１０２では中継処理による遅延があるため、受信装置１０３には、送信装置１０１から送信されたＳに対して、中継装置１０２−１、１０２−２で中継されたＳ１、Ｓ２が遅延波として受信される。
【００２９】
［１．２ 装置構成］
ここで、各装置の構成について図を用いて説明する。
【００３０】
［１．２．１ 送信装置］
まず、送信装置１０１の構成について説明する。図２は、２ストリームを４本の送信アンテナを用いて送信する場合の送信装置１０１の構成を示すブロック図である。送信装置１０１は、符号部２１０−１、２０１−２、変調部２０２−１、２０２−２、割り当て部２０３−１、２０３−２、パイロット生成部２０４、プレコーディング部２０５、ＩＦＦＴ（高速逆フーリエ変換：Inverse Fast Fourier Transform）部２０６−１〜２０６−４、ＧＩ（ガードインターバル：Guard Interval）挿入部２０７−１〜２０７−４、無線送信部２０８−１〜２０８−４、送信アンテナ２０９−１〜２０９−４を備える。
【００３１】
送信ビットは符号部２０１−１、２０１−２で畳込み符号、ターボ符号、ＬＤＰＣ（低密度パリティチェック：Low Density Parity Check）符号等の誤り訂正符号を用いて符号化し、符号化ビットは変調部２０２−１〜２０２−２でＰＳＫ（位相遷移変調：Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（直交振幅変調：Quadrature Amplitude Modulation）などの変調シンボルにマッピングする。
【００３２】
変調シンボルは、割り当て部２０３−１、２０３−２で、パイロット生成部２０４で生成された送受信側で既知のパイロット信号と共に、時間／周波数リソースに割り当てられる。プレコーディング部２０５では、中継装置１０２−１、１０２−２及び受信装置１０３に所望のストリームが送信されるようにプレコーディングを行う。
【００３３】
プレコーディング後の信号は、ＩＦＦＴ部２０６−１〜２０６−４で周波数時間変換し、ＧＩ挿入部２０７−１〜２０７−４でガードインターバルが挿入され、無線送信部２０８−１〜２０８−４でＤ／Ａ変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ２０９−１〜２０９−４から送信される。
ここで、プレコーディング部２０５の詳細を説明する。送信装置１０１がｘ１、ｘ２という２つのストリームを４本の送信アンテナから送信する場合を例に説明する。中継装置１０２−１にはＳ１＝［ｘ１］、中継装置１０２−２にはＳ２＝［ｘ２］、受信装置１０３にはＳ３＝［ｘ１ ｘ２］Ｔを送信するものとする。
【００３４】
送信装置１０１と中継装置１０２−１との間のチャネルをＨ１、送信装置１０１と中継装置１０２−２との間のチャネルをＨ２、送信装置１０１と受信装置１０３との間のチャネルをＨ３とする。本実施形態では一例として中継装置１０２−１、１０２−２の送受信アンテナ数はそれぞれ１本、受信装置の受信アンテナ数は２本として説明するが、この本数に限られないことは勿論である。このとき、Ｈ１、Ｈ２は１行４列の行列、Ｈ３は２行４列の行列となる。
【００３５】
なお、送信装置１０１は、Ｈ１、Ｈ２は中継装置１０２−１、１０２−２からの報告情報で知っている（記憶している）か、予め知っているものとする。Ｈ３は受信装置１０３からの報告情報であり、送信装置１０１は知っている（記憶している）ものとする。
【００３６】
まず、複数の中継装置１０２−１、１０２−２と受信装置１０３をブロック対角化する。次式のように送信装置と中継装置との間のチャネルＨＲＳ、とＨ３を特異値分解する。
【数１】
【数２】
【００３７】
ただし、ＵＲＳは２行２列のユニタリ行列、ＤＲＳは特異値を対角要素にもつ２行４列対角行列、ＶＲＳは４行４列ユニタリ行列である。また、Ｕ３は２行２列のユニタリ行列、Ｄ３は特異値を対角要素にもつ２行４列対角行列、Ｖ３は４行４列ユニタリ行列である。また、上付きのＨは行列の複素共役転置を表す。送信重みＷは、例えば、中継装置と受信装置に送信する信号が互いに干渉しないように次のようにすることができる。
【数３】
【数４】
【数５】
【００３８】
なお、ｖ３，３、ｖ３，４はそれぞれＶ３の第３列ベクトル、第４列ベクトルであり、ｖＲＳ，３、ｖＲＳ，４はそれぞれＶＲＳの第３列ベクトル、第４列ベクトルである。Ｈ＝［ＨＲＳＴ Ｈ３］Ｔとすると、Ｗを乗算して送信した場合の等価チャネルは次のようになる。
【数６】
【００３９】
式（６）は複数の中継装置と受信装置に互いに干渉なく送信できることを示している。ここで改めてＨＲＳ’＝ＨＲＳＷＲＳ，１とし、また、Ｈ１’＝［Ｈ１ｖ３，３ Ｈ１ｖ３，４］、Ｈ２’＝［Ｈ２ｖ３，３ Ｈ２ｖ３，４］と置きなおす。ＨＲＳ’に重みを乗算することで、複数の中継装置に所望の信号を送信する。次式のようにＨ１’、Ｈ２’を特異値分解する。
【数７】
【数８】
【００４０】
ただし、Ｕ１は１行１列のユニタリ行列、Ｄ１は特異値を対角要素にもつ１行２列の対角行列、Ｖ１は２行２列のユニタリ行列であり、Ｕ２は１行１列のユニタリ行列、Ｄ２は特異値を対角要素にもつ１行２列の対角行列、Ｖ２は２行２列のユニタリ行列である。中継装置１０２−１、１０２−２に所望のストリームを送信するために、次のような重みを用いる。
【数９】
【００４１】
ＨＲＳ’に式（９）の重みを乗算すると次のようになる。
【数１０】
【００４２】
従って全体の重みＷ’は次のようになる。
【数１１】
【００４３】
Ｗ’でプレコーディングする信号をＳ＝［Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３］Ｔとし、中継装置１０２−１で受信する信号をＹ１、中継装置１０２−２で受信する信号をＹ２、受信装置１０３で受信する送信装置１０３からの信号をＹ３とすると、
【数１２】
となり、送信装置１０３から中継装置１０２−１にはＳ１、送信装置１０３から中継装置１０２−２にはＳ２、送信装置１０３から受信装置１０３にはＳ３が送信されていることがわかる。
【００４４】
［１．２．２ 受信装置］
つづいて、受信装置１０３の構成について説明する。図３は受信装置１０３の構成を示すブロック図である。受信アンテナ３０１−１、３０１−２、無線受信部３０２−１、３０２−２、伝搬路推定部３０３、信号検出部３０４、復号部３０５−１、３０５−２、報告情報生成部３０６を備えて構成される。
【００４５】
受信アンテナ３０１−１、３０１−２で受信した受信波は、無線受信部３０２−１、３０２−２で無線周波数からベースバンドへの変換、Ａ／Ｄ変換を行って、受信信号として出力する。
【００４６】
伝搬路推定部３０３は受信信号とパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、伝搬路推定値を信号検出部３０４、報告情報生成部３０６に出力する。報告情報生成部３０６は、伝搬路推定値から送信装置１０１への報告情報を生成する。報告情報は、プレコーディングに必要な情報であり、例えば送信装置１０１と受信装置１０３との間の伝搬路を示す情報である。
【００４７】
受信装置１０３は送信装置１０１からＳ３＝［ｘ１ ｘ２］、中継装置１０２−１、１０２−２からそれぞれＳ１＝［ｘ１］、Ｓ２＝［ｘ２］を同一リソースで受信するので、受信装置１０３で検出すべきストリーム［ｘ１ ｘ２］は大きな遅延時間差を持ったＭＩＭＯ信号として受信される。ここで遅延時間差とは、受信装置が推定したパスの中で、最初に到来しているパスと最後に到来するパスの時間差とする。
【００４８】
特に、ガードインターバル長を超えるような遅延時間差がある場合、隣接ＯＦＤＭシンボルからのシンボル間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference）やサブキャリア間の干渉であるＩＣＩ（キャリア間干渉：Inter Symbol Interference）が生じてしまい、伝送特性が劣化してしまう。このため、信号検出部３０４は、ＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧、及び、ＭＩＭＯ分離を行い、符号化ビットＬＬＲ（対数尤度比：Log Likelihood Ratio）を計算して出力する。
【００４９】
復号部３０５−１〜復号部３０５−２は入力された符号化ビットＬＬＲに対して、誤り訂正復号を行い、復号結果に誤りがなければ復号した送信ビットを出力し、復号結果に誤りがある場合は、復号した符号化ビットＬＬＲを信号検出部３０４に出力する。
【００５０】
復号結果の誤り検出にはＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号を用いればよい。また、信号検出部３０４と復号部３０５−１、３０５−２の最大繰り返し回数はあらかじめ決められているものとする。繰り返し回数のチェックは復号部３０５−１、３０５−２が行えばよい。
【００５１】
ここで、信号検出部３０４について更に図４を用いて更に詳細に説明する。信号検出部３０４は、干渉レプリカ生成部４０１、干渉除去部４０２、ＧＩ除去部４０３−１、４０３−２、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform)部４０４−１、４０４−２、ＭＩＭＯ分離部４０５を備えて構成される。
【００５２】
干渉レプリカ生成部４０１は復号部３０５−１〜３０５−２から得られる符号化ビットＬＬＲと伝搬路推定部３０３から得られる伝搬路推定値から干渉信号のレプリカである干渉レプリカを生成する。ここで、干渉信号とは、ＩＳＩ、ＩＣＩ及びＭＩＭＯ空間多重によるストリーム間干渉（ＭＳＩ：Multi-Stream Interference）である。
【００５３】
干渉レプリカ生成部４０１はＩＳＩ、ＩＣＩ、ＭＳＩの全てのレプリカを生成する必要はなく、少なくとも１つの干渉レプリカを生成すればよい。また、ＭＳＩのレプリカは、干渉レプリカ生成部４０１で生成せず、後述するＭＩＭＯ分離部４０５で生成してもよい。
【００５４】
干渉レプリカ生成部４０１で生成した干渉レプリカは干渉除去部４０２で受信信号から減算され、干渉の抑圧が行われる。なお、１度も復号が行われていない場合は干渉レプリカが生成できないので、干渉除去部４０２は受信信号をそのまま出力することになる。
【００５５】
干渉除去後の信号は、ＧＩ除去部４０３−１、４０３−２でガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部４０４−１、４０４−２で時間周波数変換が行われ、ＭＩＭＯ分離部４０５でＭＩＭＯ分離を行って符号化ビットＬＬＲを求める。
【００５６】
ＭＩＭＯ分離の手法としては、従来技術であるＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差：Minimum Mean Square Error）検出、ＭＬＤ（最尤検出：Maximum Likelihood Detection）等を用いればよい。
【００５７】
干渉除去後の信号の第ｋサブキャリアをＲ（ｋ）、第ｋサブキャリアのチャネル行列をＨ（ｋ）、受信装置１０３で検出するストリームの第ｋサブキャリアをＳ（ｋ）とする。ＭＭＳＥ検出を行う場合は次のようにすればよい。
【数１３】
【００５８】
なお、Ｓ＾（ｋ）は検出後のＳ（ｋ）を表し、Ｍ（ｋ）は次式に示すようなＭＭＳＥ重みである。
【数１４】
【００５９】
もしくは
【数１５】
【００６０】
なお、σｎ２は平均雑音電力、Ｉは単位行列を表す。検出したＳ＾（ｋ）を復調して符号化ビットＬＬＲを求める。また、ＭＬＤは次のように符号化ビットＬＬＲを求める。
【数１６】
【００６１】
なお、第ｔストリームの第ｑビットｂｔ，ｑのＬＬＲをλ（ｂｔ，ｑ）とした。また、β＋はＳ（ｋ）を構成し得るビット系列のうちｂｔ，ｑ＝０（もしくは＋１）となる系列、β−はＳ（ｋ）を構成し得るビット系列のうちｂｔ，ｑ＝１（もしくは−１）となる系列を表している。
【００６２】
［１．２．３ 中継装置］
続いて中継装置１０２について説明する。中継装置は、中継部として信号を受信する受信部と、受信した信号を増幅する増幅部と、増幅した信号を再度送信する送信部とを備えた装置である。
【００６３】
いわゆる、中継装置１０２は、従来から知られているリレー局装置等により構成されており、受信した信号を増幅して再送信する中継部を有する装置であり、その詳細は説明は省略する。
【００６４】
［１．３ 処理の流れ］
図５は本実施形態における送信処理のフローチャートである。まずステップｓ５０１で、送信ビットに対して誤り訂正符号化が行われ、ステップｓ５０２で変調が行われる。ステップｓ５０３では、変調シンボルが時間／周波数リソースに割り当てられる。ステップｓ５０４は、各中継装置、受信装置に所望のストリームが送信されるようにプレコーディングを行う。ステップｓ５０５で周波数時間変換し、ステップｓ５０６でガードインターバルを挿入し、ステップｓ５０７で送信する。
【００６５】
このように本実施形態では、各中継装置に異なるストリームを送信するようにした。これにより、中継装置を多数配置することなく、ＭＩＭＯ分離性能を向上させることが可能となる。
【００６６】
［２．第２実施形態］
続いて、第２実施形態について説明する。
【００６７】
［２．１ システム構成］
図６は第２実施形態の無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、送信装置６０１、中継装置６０２、受信装置６０３を備えて構成されている。第１実施形態では全ストリームが中継による大きな遅延時間差のある信号として受信装置で受信されたが、本実施形態では、一部のストリームが中継による大きな遅延時間差のある信号として受信装置で受信される。例えば、送信装置６０１は２つのストリームｘ１、ｘ２を送信するものとし、Ｓ１＝［ｘ１］、Ｓ２＝［ｘ１ ｘ２］としたとき、Ｓ１は中継装置６０２に送信し、Ｓ２は受信装置６０３に送信する。
【００６８】
［２．２ 装置構成］
続いて、本実施形態における装置構成について説明する。
【００６９】
［２．２．１ 送信装置］
図７は送信装置６０１の構成を示すブロック図である。送信装置６０１は、ストリーム選択部７０１、符号化・変調選択部７０２、符号部７０３−１〜７０３−２、変調部７０４−１〜７０４−２、パイロット生成部７０５、割り当て部７０６−１〜７０６−２、プレコーディング部７０７、ＩＦＦＴ部７０８−１〜７０８−３、ＧＩ挿入部７０９−１〜７０９−３、無線送信部７１０−１〜７１０−３、送信アンテナ７１１−１〜７１１−３を備えて構成される。
【００７０】
ストリーム選択部７０１は中継装置６０２、受信装置６０３から報告される報告情報から、中継装置６０２、受信装置６０３に送信するストリームを選択し、符号化・変調選択部７０２、プレコーディング部７０７に出力する。
【００７１】
符号化・変調選択部７０２は、各ストリームの符号化率や変調方式を選択する。本実施形態では、一部のストリームが送信装置６０１と中継装置６０２とから送信される。従って、遅延による干渉はあるものの、その他のストリームよりも受信電力が大きくなるので、送信装置６０１と中継装置６０２の両方から送信されるストリームの伝送レートがその他のストリームの伝送レートよりも高くなるように符号化率、変調方式を決めることもできる。
【００７２】
本実施形態の例ではストリームｘ２よりもストリームｘ１の方が伝送レートを高くする。符号化・変調選択部７０２が選択した符号化率、変調方式に従って、符号部７０３−１、７０３−２、変調部７０４−１、７０４−２で誤り訂正符号化、変調を行う。
【００７３】
割り当て部７０６−１、７０６−２は、パイロット生成部７０５で生成されたパイロット信号と変調シンボルを時間／周波数リソースに割り当てる。プレコーディング部７０７は、第１実施形態と同様に所望のストリームを中継装置６０２、受信装置６０３に送信するようにプレコーディングを行う。
【００７４】
プレコーディングは第１実施形態と同様に、中継装置６０２と受信装置６０３をブロック対角化し、プレコーディングする信号をＳ＝［Ｓ１ Ｓ２］Ｔとすればよい。プレコーディング後の信号はＩＦＦＴ部７０８−１〜７０８−３で周波数時間変換し、ＧＩ挿入部７０９−１〜７０９−３でガードインターバルを挿入し、無線送信部７１０−１〜７１０−３でＤ／Ａ変換、無線周波数への変換が行われ、送信アンテナ７１１−１〜７１１−３から送信される。
【００７５】
［２．２．２ 受信装置］
続いて、受信装置６０３の構成について説明する。図８は受信装置６０３の構成を示すブロック図である。受信装置６０３は、受信アンテナ部８０１−１、８０１−２、無線受信部８０２−１、８０２−２、伝搬路推定部８０３、信号検出部８０４、復号部８０５−１、８０５−２、報告情報生成部８０６を備えて構成される。
【００７６】
受信アンテナ８０１−１、８０１−２で受信した受信波は、無線受信部８０２−１、８０２−２で無線周波数からベースバンドへの変換、Ａ／Ｄ変換を行って、受信信号として出力する。
【００７７】
伝搬路推定部８０３は受信信号とパイロット信号に基づいて伝搬路推定を行い、伝搬路推定値を信号検出部８０４、報告情報生成部８０６に出力する。
【００７８】
報告情報生成部８０６は、伝搬路推定値から送信装置６０１への報告情報を生成する。受信装置６０３は送信装置６０１からＳ２＝［ｘ１ ｘ２］、中継装置６０２からそれぞれＳ１＝［ｘ１］を同一リソースで受信するので、受信装置６０３で検出すべきストリーム［ｘ１ ｘ２］のうち、ｘ１は大きな遅延時間差を持った信号として受信される。
【００７９】
信号検出部８０４は、ｘ１に関してＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧、及び、ｘ１とｘ２のＭＩＭＯ分離を行い、符号化ビットＬＬＲ（対数尤度比：Log Likelihood Ratio）を計算して出力する。
【００８０】
復号部８０５−１、８０５−２は入力された符号化ビットＬＬＲに対して、誤り訂正復号を行い、復号結果に誤りがなければ復号した送信ビットを出力し、復号結果に誤りがある場合は、復号した符号化ビットＬＬＲを信号検出部８０４に出力する。信号検出部８０４は、第１実施形態の信号検出部３０４と同様の処理を行うことが可能であるが、第２実施形態では、ストリーム間で遅延時間差に偏りがあるので、これを利用した場合を説明する。
【００８１】
本実施形態の受信信号には、中継されないストリーム（これを第１のストリームと呼ぶ）と中継によってＧＩを超えるような大きな遅延時間差を持つストリーム（これを第２のストリームと呼ぶ）が存在する。
【００８２】
ここでの例では、ｘ２が第１のストリーム、ｘ１が第２のストリームとなる。第２のストリームは第１のストリームよりも受信電力は大きいが、ＩＳＩとＩＣＩが存在している。これは、受信方式の違い、つまりＩＳＩ、ＩＣＩを抑圧するかしないかで、第２のストリームの受信品質は大きく変わることになる。
【００８３】
これを利用して信号検出部８０４は、ＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセル（ＳＩＣ：Successive Interference Cancellation）を行う。ＳＩＣは受信品質の良い順に検出及び除去を行うことで良い特性が得られる。
【００８４】
このため、ＩＳＩ、ＩＣＩのレプリカを生成できない初回処理では第１のストリームの方が第２のストリームよりも受信品質が良いとして第１のストリームから検出・除去を行う。ＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧ができる２回目以降の場合は、第２のストリームの方が第１のストリームよりも受信品質が良いとして、第２のストリームから検出・除去を行う。
【００８５】
図９は信号検出部８０４の構成を示すブロック図である。信号検出部８０４は、干渉レプリカ生成部９０１、干渉除去部９０２、ＧＩ除去部９０３−１、９０３−２、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２、ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５、減算部９０６、ＭＩＭＯ分離部９０７を備えて構成される。
【００８６】
まず初回処理の説明をする。初回処理ではまだ１度も復号が行われていないので、受信信号に対して、ＧＩ除去部９０３−１、９０３−２でガードインターバル除去、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２で時間周波数変換が行われる。
【００８７】
ここでも、まだ復号が行われていないので、ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５でストリーム間干渉レプリカを生成できないので、ＭＩＭＯ分離部９０７はＦＦＴ部９０４−１、９０４−２の出力をＭＩＭＯ分離する。
【００８８】
ＭＩＭＯ分離方式には第１実施形態で説明したＭＭＳＥ検出を行えばよい。検出したストリームのうち、第１のストリームの符号化ビットＬＬＲを復号部へ出力する。ストリーム間干渉レプリカ生成部は、復号後の第１のストリームの符号化ビットＬＬＲからストリーム間干渉レプリカとして第１のストリームの受信レプリカを生成し、減算部９０６はＦＦＴ部９０４−１、９０４−２が出力した信号からストリーム間干渉レプリカを減算する。第１のストリームが抑圧された信号に対し、ＭＩＭＯ分離部９０７はＭＭＳＥ検出を行い、検出した第２のストリームの符号化ビットＬＬＲを復号部へ出力する。ここまでが初回処理である。
【００８９】
次に２回目以降の場合を説明する。２回目以降は、復号が行われているので、干渉レプリカ生成部９０１でＩＳＩ、ＩＣＩのレプリカを生成し、干渉除去部９０２で受信信号からＩＳＩ、ＩＣＩのレプリカを減算することで、ＩＳＩ、ＩＣＩの抑圧を行う。干渉除去部９０２の出力信号は、ＧＩ除去部９０３−１、９０３−２でガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２で時間周波数変換される。
【００９０】
２回目以降の場合は、ＩＳＩやＩＣＩが抑圧されているので、第２のストリームから検出を行う。ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５は第１のストリームの符号化ビットＬＬＲから、ストリーム間干渉レプリカとして第１のストリーム間干渉レプリカを生成し、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２の出力から除去し、ＭＭＳＥ基準のＭＩＭＯ分離を行う。
【００９１】
検出後の第２のストリームの符号化ビットＬＬＲは、復号部に出力されて誤り訂正復号される。この新たに復号された第２のストリームの符号化ビットＬＬＲは再度信号検出部８０４に入力される。
【００９２】
ストリーム間干渉レプリカ生成部９０５は、第２のストリームの符号化ビットＬＬＲを用いて、ストリーム間干渉レプリカとして第２のストリームの受信レプリカを生成し、ストリーム間干渉レプリカは、減算部９０６で、ＦＦＴ部９０４−１、９０４−２の出力から減算される。
【００９３】
ＭＩＭＯ分離部９０７は減算部９０６の出力信号に対してＭＭＳＥ基準のＭＩＭＯ分離を行い、第１のストリームの符号化ビットＬＬＲを復号部へ出力する。
【００９４】
［２．３ 処理の流れ］
［２．３．１ 送信処理］
図１０は送信装置６０１の送信処理のフローチャートである。ステップｓ１００１は、送信装置６０１で把握している中継装置６０２及び受信装置６０３からの報告情報に基づいて、中継装置６０２に送信するストリームと、受信装置に送信するストリームを、少なくとも一部が重なるように選択する。ステップｓ１００２は、中継装置と受信装置の両方に送信するストリームをその他のストリームよりも伝送レートが高くなるように符号化率、変調方式を選択する。
【００９５】
ステップｓ１００３は、ステップｓ１００２で選択された符号率、変調方式に従って符号化、変調を行う。ステップｓ１００４は、変調シンボルを時間／周波数リソースに割り当てる。ステップｓ１００５は、ステップｓ１００１で選択されたストリームが中継装置や受信装置に送信されるようにプレコーディングされる。プレコーディング後の信号は、ステップｓ１００６で、周波数時間変換され、ステップｓ１００７でガードインターバルが挿入され、ステップｓ１００８で送信される。
【００９６】
［２．３．２ 受信処理］
図１１は受信装置６０３の受信処理のフローチャートである。ステップｓ１１０１で初回処理かどうかを判断する。
【００９７】
初回処理と判断された場合には、ステップｓ１１０２に進む。ステップｓ１１０２は、受信信号からガードインターバル（ＧＩ）を除去し、ステップｓ１１０３は、周波数時間変換（ＦＦＴ）を行う。
【００９８】
そして、ステップｓ１１０４では、まずＭＩＭＯ分離を行って第１のストリームの検出を行って符号化ビットＬＬＲを求める。第１のストリームの符号化ビットＬＬＲを誤り訂正復号し、得られた符号化ビットＬＬＲから第１のストリームの受信レプリカを生成して、受信信号から除去する。
【００９９】
ステップｓ１１０５では、第１のストリームが抑圧された信号に対してＭＩＭＯ分離を行い、第２のストリームを検出して符号化ビットＬＬＲを求め、第２のストリームの符号化ビットＬＬＲに対して誤り訂正復号を行う。
【０１００】
ステップｓ１１０６では、第１のストリーム、第２のストリームの誤り訂正復号結果に誤りがないか、もしくは、既定の回数の処理が行われたかを判断し、復号結果に誤りがない、もしくは、既定回数の処理が行われた場合は、復号によって得られた送信ビットを出力して処理を終了する。
【０１０１】
復号結果に誤りがあり、かつ、既定回数の処理が行われていない場合はステップｓ１１０１に移る。
【０１０２】
次にステップｓ１１０１で初回処理ではない場合について説明する。ステップｓ１１０７では、１つ前の処理で得られた第１のストリーム及び第２のストリームの符号化ビットＬＬＲから、ＩＳＩ及びＩＣＩの干渉レプリカを生成する。
【０１０３】
ステップｓ１１０８では、受信信号からＩＳＩ及びＩＣＩの干渉レプリカを減算して、ＩＳＩとＩＣＩの抑圧を行う。そして、ステップｓ１１０９でガードインターバル（ＧＩ）の除去、ステップｓ１１１０で時間周波数変換（ＦＦＴ）が行われる。
【０１０４】
ステップｓ１１１１では、１つ前の処理で得られた第１のストリームの符号化ビットＬＬＲから第１のストリームの受信レプリカを生成し、ステップｓ１１１０で得られた信号から除去する。
【０１０５】
この第１のストリームを抑圧した信号に対してＭＩＭＯ分離を行い、第２のストリームを検出して符号化ビットＬＬＲを求める。検出後の符号化ビットＬＬＲに対して誤り訂正復号を行い、符号化ビットＬＬＲを求める。復号後の第２ストリームの符号化ビットＬＬＲから受信レプリカを生成し、ステップｓ１１１０で得られた信号から除去する。
【０１０６】
ステップｓ１１１２では、ステップｓ１１１１で得られた第２のストリームが抑圧された信号に対してＭＩＭＯ分離を行って符号化ビットＬＬＲを求め、ステップｓ１１０６に移る。
【０１０７】
このように、本実施形態では、送信装置６０１は一部のストリームを中継装置６０２と受信装置６０３に送るようにした。このため、受信環境が異なるストリームが生じ、この違いを利用した処理を行うことで、より効率的な通信を行うことができる。
【０１０８】
［３．変形例］
以上、この発明の実施形態につい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等も特許請求の範囲に含まれる。
【０１０９】
なお、上記第１、２実施形態では、中継装置に１つのストリームを送信する場合を例に説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、送信装置が受信装置宛に送信するストリーム数よりも少ないストリーム数であれば、中継装置に複数ストリームを送ることも可能である。
【０１１０】
また、上記第２実施形態では、第１のストリーム、第２のストリーム共にストリーム数が１の場合を説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、第１のストリームも第２のストリームも複数ストリームであってもよい。
【０１１１】
また、上記第１、２実施形態では、送信装置は、送信する総てのストリームを受信装置に送信した場合を説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、送信装置と受信装置の間で直接通信せず、中継装置経由のみのストリームもあってもよい。
【０１１２】
また、上記第１、２実施形態では送信装置は受信装置に対して複数のストリームを送信していたが、本発明が適用可能な実施形態はこれに限らず、受信装置に対して１つのストリームを送信しても良い。
【０１１３】
また、本発明に係る送信装置、受信装置、中継装置で動作するプログラムは、本発明に係る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。
【０１１４】
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移動局装置及び基地局装置の一部、また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。送信装置、受信装置及び中継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、または全部を集積してチップ化してもよい。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。
【０１１５】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。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。
【符号の説明】
【０１１６】
１０１ 送信装置
２０１−１〜２０１−２ 符号部
２０２−１〜２０２−２ 変調部
２０３−１〜２０３−２ 割り当て部
２０４ パイロット生成部
２０５ プレコーディング部
２０６−１〜２０６−４ ＩＦＦＴ部
２０７−１〜２０７−４ ＧＩ挿入部
２０８−１〜２０８−４ 無線送信部
２０９−１〜２０９−４ 送信アンテナ
１０２，１０２−１，１０２−２ 中継装置
１０３ 受信装置
３０１−１〜３０１−２ 受信アンテナ
３０２−１〜３０２−２ 無線受信部
３０３ 伝搬路推定部
３０４ 信号検出部
４０１ 干渉レプリカ生成部
４０２ 干渉除去部
４０３−１〜４０３−２ ＧＩ除去部
４０４−１〜４０４−２ ＦＦＴ部
４０５ ＭＩＭＯ分離部
３０５−１〜３０５−２ 復号部
３０６ 報告情報生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数のストリームを送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信し、当該受信された信号を増幅して受信装置に送信する中継部を備え、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信されたストリームを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記送信装置は、前記送信部から、前記受信装置と、前記中継装置とに少なくとも１つ同じストリームを送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置及び／又は前記受信装置に送信するストリーム数は１であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記送信装置は、
前記中継装置に送信するストリームと前記受信装置に送信するストリームとを分けるようなプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に前記プレコーディング後のストリームを送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信装置であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信する送信部と、
前記中継装置及び前記受信装置から受信される報告情報を用いて、少なくとも１つのストリームを前記中継装置と前記受信装置との両方に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項６】
前記報告情報に基づいて、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とに送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の送信装置。
【請求項７】
前記プレコーディング部は、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とが互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の送信装置。
【請求項８】
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームとが空間多重された信号を受信する受信装置であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比を求める復号部と、
伝搬路推定を行って伝搬路推定値を求める伝搬路推定部と、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を求める信号検出部と、
を備え、
前記信号検出部は、一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームとの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする受信装置。
【請求項９】
前記信号検出部は、初回処理の場合、前記第２のストリームよりも前記第１のストリームを先に検出することを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
【請求項１０】
前記信号検出部は、初回処理でない場合、前記第１のストリームよりも前記第２のストリームを先に検出することを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
【請求項１１】
送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける通信方法であって、
前記送信装置は、前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信して増幅し、増幅された信号を受信装置に送信し、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信された総てのストリームを受信して、送信ストリームを復号することを特徴とする通信方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置及び／又は前記受信装置から受信される報告情報を用いて、異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置とのそれぞれに送信するようなプレコーディングを行うことを特徴とする送信方法。
【請求項１３】
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームが空間多重された信号を受信する受信方法であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比と、伝搬路推定を行って伝搬路推定値とを求め、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を更に求め、
一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする受信方法。
【請求項１】
送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムであって、
前記送信装置は、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数のストリームを送信する送信部を備え、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信し、当該受信された信号を増幅して受信装置に送信する中継部を備え、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信されたストリームを受信して、該受信したストリームに対して信号検出を行う信号検出部を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記送信装置は、前記送信部から、前記受信装置と、前記中継装置とに少なくとも１つ同じストリームを送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記送信装置は、前記送信部において、前記中継装置及び／又は前記受信装置に送信するストリーム数は１であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記送信装置は、
前記中継装置に送信するストリームと前記受信装置に送信するストリームとを分けるようなプレコーディングを行うプレコーディング部を更に備え、
前記送信部は、前記中継装置又は前記受信装置に前記プレコーディング後のストリームを送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信装置であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信する送信部と、
前記中継装置及び前記受信装置から受信される報告情報を用いて、少なくとも１つのストリームを前記中継装置と前記受信装置との両方に送信するようなプレコーディングを行うプレコーディング部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項６】
前記報告情報に基づいて、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とに送信するストリーム数を選択するストリーム選択部を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の送信装置。
【請求項７】
前記プレコーディング部は、前記中継装置のそれぞれと、前記受信装置とが互いに干渉を起こさないようにプレコーディングを行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の送信装置。
【請求項８】
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームとが空間多重された信号を受信する受信装置であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比を求める復号部と、
伝搬路推定を行って伝搬路推定値を求める伝搬路推定部と、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を求める信号検出部と、
を備え、
前記信号検出部は、一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームとの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする受信装置。
【請求項９】
前記信号検出部は、初回処理の場合、前記第２のストリームよりも前記第１のストリームを先に検出することを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
【請求項１０】
前記信号検出部は、初回処理でない場合、前記第１のストリームよりも前記第２のストリームを先に検出することを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
【請求項１１】
送信装置と、少なくとも１つの中継装置と、受信装置とを含むＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける通信方法であって、
前記送信装置は、前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置は、
前記送信装置が送信したストリームを含む信号を受信して増幅し、増幅された信号を受信装置に送信し、
前記受信装置は、前記中継装置及び前記送信装置から受信装置に送信された総てのストリームを受信して、送信ストリームを復号することを特徴とする通信方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの中継装置と、受信装置とに、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムを介してストリームを送信する送信方法であって、
前記中継装置及び前記受信装置に対してストリームを送信し、前記中継装置に対しては前記送信装置が送信するストリーム数より少ないストリーム数の送信ストリームを送信し、
前記中継装置及び／又は前記受信装置から受信される報告情報を用いて、異なるストリームを前記中継装置と前記受信装置とのそれぞれに送信するようなプレコーディングを行うことを特徴とする送信方法。
【請求項１３】
遅延時間差がガードインターバル長以内の第１のストリームと遅延時間差がガードインターバルを超える第２のストリームが空間多重された信号を受信する受信方法であって、
誤り訂正復号を行ってビット対数尤度比と、伝搬路推定を行って伝搬路推定値とを求め、
受信信号、ビット対数尤度比及び伝搬路推定値からＭＩＭＯ分離を行ってビット対数尤度比を更に求め、
一度も復号が行われていない初回処理か否かによって、前記第１のストリームと前記第２のストリームの検出順を変えてＭＩＭＯ分離に逐次型干渉キャンセルを行うことを特徴とする受信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４４０６３（Ｐ２０１１−２４４０６３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１１９８４（Ｐ２０１０−１１１９８４）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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