通信システム、中継機および通信方法
【課題】高性能な伝送を実現することができる通信システムを得ること。
【解決手段】ＢＳと、ＭＳと、ＢＳとＭＳとの間の通信を中継する２機以上のＡＦと、を備える通信システムであって、ＢＳは、送信信号Ｓ１，Ｓ２を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化して２つの送信アンテナから送信し、ＡＦは、受信アンテナ２１−１，２１−２と、送信アンテナ２４−１，２４−２と、受信した送信信号に対して所定の処理を実施することにより送信アンテナ２４−１，２４−２から送信する中継送信信号を生成する信号処理部２２と、を備え、信号処理部２２は、２機以上のＡＦからＭＳに送信される中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ送信信号行列の要素がそれぞれＳ１またはＳ２のみを含むよう所定の処理を実施する。
【解決手段】ＢＳと、ＭＳと、ＢＳとＭＳとの間の通信を中継する２機以上のＡＦと、を備える通信システムであって、ＢＳは、送信信号Ｓ１，Ｓ２を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化して２つの送信アンテナから送信し、ＡＦは、受信アンテナ２１−１，２１−２と、送信アンテナ２４−１，２４−２と、受信した送信信号に対して所定の処理を実施することにより送信アンテナ２４−１，２４−２から送信する中継送信信号を生成する信号処理部２２と、を備え、信号処理部２２は、２機以上のＡＦからＭＳに送信される中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ送信信号行列の要素がそれぞれＳ１またはＳ２のみを含むよう所定の処理を実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が行なわれる通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスブロードバンドにおける高速大容量化の要求は日増しに大きくなっている。このような状況により、伝送容量を飛躍的に向上させるために、移動体通信、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等にＭＩＭＯ伝送方式が導入されている。さらに柔軟なリソース制御が可能であり周波数選択性フェージングに対する耐性が強いという特徴を持つＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing／Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式に、上記ＭＩＭＯ伝送方式を組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ／ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ方式の検討が近年急速に進められている。ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ方式では、システム帯域全体を複数周波数ブロックに分割し、各ブロックに対してデータを割り当てる。
【０００３】
ＭＩＭＯ伝送は、２つの通信方式に分類される。１つは、使用無線リソース数よりも送信信号数が多い通信方式であり、伝送レートを効率的に向上できる。もう１つは、送信信号数が使用無線リソース数と等しいか使用無線リソース数以下であるＲａｔｅ＝１とよばれる伝送を行なう通信方式であり、複数アンテナ送信の利点を活かして、時空間ダイバーシチを得ることができる。
【０００４】
このような背景のなか、連続信号送信またはＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）におけるロバーストなＭＩＭＯ伝送方式として、ＳＩＣＣ（Self-Interference Cancellation Coding）伝送方式が下記特許文献１で提案されている。ＳＩＣＣ方式は、自己干渉可能なＲａｔｅ＝１のＭＩＭＯ信号伝送またはＨＡＲＱ伝送方式として適用可能であり、自己干渉除去可能であるため、従来の方法であるChase Combiningと比較すると、その性能改善能力は大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０８４２０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のＳＩＣＣ伝送の技術によれば、送信機は、送信機と受信機との間で実現する空間ダイバーシチオーダーの数分送信アンテナを備える必要がある。そのため、高性能な伝送を実現するために空間ダイバーシチオーダーを増やすと、送信アンテナ設置スペースやＲＦ（Radio Frequency）ポート数の増加に伴うコストの増大が発生し、低コストで高性能なＳＩＣＣ伝送方式を実現することは困難である、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信アンテナ数の増加を抑えつつ、高性能な伝送を実現することができる通信システム、中継機および通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムであって、前記送信機は、２本以上の送信アンテナと、送信信号を前記送信アンテナの本数に分割した分割送信信号を生成し、前記分割送信信号を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化してブロック化信号として前記送信アンテナへそれぞれ出力するデータ分割部と、を備え、前記中継機は、１本以上の中継受信アンテナと、１本以上の中継送信アンテナと、前記中継受信アンテナから受信した前記ブロック化信号に対して所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、送信アンテナ数の増加を抑えつつ、高性能な伝送を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、ＢＳが備える送信機の機能構成例を示す図である。
【図３】図３は、ＡＦの機能構成例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる通信システム、中継機および通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態の通信システムは、本実施の形態の送信機として機能するＢＳ（Base Station）１と、ＢＳ１から送信された信号を中継する中継機であるＡＦ（Amplifier and Forward）２−１，２−２と、ＡＦ２−１，２−２により中継されたＢＳ１から送信された信号を受信する受信機であるＭＳ（Mobile Station）３と、で構成される。なお、本実施の形態では、送信機を基地局（ＢＳ）とし、受信機を移動局（ＭＳ）として説明するが、送信機は基地局に限定されず、受信機も移動局に限定されない。
【００１３】
図１に示すように、ＢＳ１は２本の送信アンテナを備え、各送信アンテナから互いに異なる信号を送信することができる。なお、本実施の形態では、ＢＳ１が備える送信アンテナを２本とする場合について説明するが、送信アンテナ数は３本以上であってもよい。
【００１４】
ＡＦ２−１，２−２は、それぞれ送信アンテナおよび受信アンテナを２本ずつ備える。なお、ここでは送信アンテナおよび受信アンテナの例について説明するが、ＡＦ２−１，２−２が備える送信アンテナおよび受信アンテナの数は３本以上であってもよい。
【００１５】
ＭＳ３は、１本の受信アンテナを備え、受信した信号に対して所定の復調処理を実施し、送信されたデータを取得する。なお、本実施の形態では、ＭＳ３が備える受信アンテナの数を１本とするが、２本以上であってもよい。
【００１６】
図２は、ＢＳ１が備える送信機１０の機能構成例を示す図である。送信機１０は、ＦＥＣ（Forward Error Correction）エンコード部１１と、変調部１２と、データ分配部１３と、リソースマッピング部１４−１，１４−２と、ベースバンド／ＲＦ処理部１５−１，１５−２と、送信アンテナ１６−１，１６−２と、で構成される。
【００１７】
ＦＥＣエンコード部１１は、例えばコアネットワーク経由等で上位機器等から入力されるデータであるユーザデータに対して、本実施の形態の通信システムで規定された（本実施の形態の通信システムで用いることがあらかじめ規定された）ＦＥＣ種別に基づいてＦＥＣエンコードを実施し、エンコード結果をＦＥＣブロックとして変調部１２へ出力する。
【００１８】
変調部１２は、ＦＥＣブロックに対して、本実施の形態の通信システムで規定されたＭＣＳＭ（Modulation and Coding Scheme）レベルの１次変調を行うことにより、信号コンスタレーションにマッピングされた変調データを生成してデータ分配部１３へ出力する。
【００１９】
データ分配部１３は、変調データを、本実施の形態の通信システムで規定された方式に従ってシリアル−パラレル変換して、複数の変調データ（送信ストリーム）を生成する。ここでは、送信機１０の送信アンテナが２本であることから、データ分配部１３は、２つの変調データを生成し、一方をリソースマッピング部１４−１へ、他方をリソースマッピング部１４−２へ、それぞれ出力する。
【００２０】
リソースマッピング部１４−ｍ（ｍ＝１，２）は、入力される変調データを無線リースに対して割当て（マッピングし）、マッピングの変調データ（マッピングデータ）をベースバンド／ＲＦ処理部１５−ｍへ出力する。このマッピングの方法はどのような方法としてもよいが、例えば、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ伝送方式を用いる場合は、周波数方向と時間方向に連続な無線リソース領域に対して変調データが連続的に割当てられるような割当て方法が一般的に用いられる。
【００２１】
ベースバンド／ＲＦ処理部１５−ｍは、入力されたマッピングデータに対して所定の無線信号処理を施し、処理後の信号をＲＦ帯に変換して送信アンテナ１６−ｍを介して空中線として空間へ放射する。例えば、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ伝送方式の場合、この所定の無線信号処理として、マッピングデータに対してＩＦＦＴ変換によって周波数軸信号から時間軸信号への変換が行なわれ、さらにＧＩ（Guard Interval）信号を付加する処理等が実施される。
【００２２】
なお、ＢＳ１の送信アンテナを３本以上とする場合には、データ分配部１３は送信アンテナの数の変調データ（送信ストリーム）を生成することとし、リソースマッピング部およびベースバンド／ＲＦ処理部を送信アンテナごとに備えるようにする。
【００２３】
図３は、本実施の形態のＡＦ２−１，２−２が備える中継機２０の機能構成例を示す図である。ＡＦ２−１，２−２が備える中継機２０は、図３に示すように、それぞれ、受信アンテナ（中継受信アンテナ）２１−１，２１−２と、信号処理部２２と、電力増幅部２３−１，２３−２と、送信アンテナ（中継送信アンテナ）２４−１，２４−２と、で構成される。
【００２４】
ＡＦ２−１，２−２では、信号処理部２２が、受信アンテナ２１−１，２１−２にて受信した受信信号に対して所定のアナログ信号処理を施すことにより２つの送信信号を生成する。そして、電力増幅部２３−ｍ（ｍ＝１，２）が、信号処理部２２が生成した２つの信号をそれぞれ電力増幅し、電力増幅した信号を送信アンテナ２４−ｍ経由で、それぞれ空中線に放射する。
【００２５】
なお、図３の構成例では、受信信号であるＲＦ（Radio Frequency）信号に対して周波数変換を行なわずに、電力増幅およびアナログ信号処理を実施する方式であるが、ＲＦ信号をダウンコンバートして、ＩＦ信号やベースバンド信号に変換し、変換後の信号に対して電力増幅およびアナログ信号処理を施してもよい。また、ＡＦ２−１，２−２では変調信号を復調しないが、信号処理部２２に入力される信号をＡＤ（Analog−Digital）変換器によりデジタル信号に変換し、信号処理部２２は、入力されたデジタル信号に対して所定の信号処理を行ってもよい。
【００２６】
つぎに、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態のＢＳ１では、データ分配部１３が、送信アンテナ１６−１，１６−２からそれぞれ送信する送信信号を生成する。本実施の形態のＢＳ１が送信する送信信号のベースバンド表現を、以下の式（１）に送信信号行列として示す。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、上記式（１）の行列Ｓ（太字）BSにおいて、行方向は送信アンテナ番号（例えば、送信アンテナ１６−ｍのｍを送信アンテナ番号とする）であり、列方向は、時間軸上に送信信号シンボルを割当てる場合には送信シンボル単位の時間方向、またはＯＦＤＭＡ／ＯＦＤＭ伝送を用いる場合は周波数方向（サブキャリア番号）でもよい。以降、列方向を送信信号シンボル方向とよぶこととする。また、*は、複素共役を表す。なお、上記式（１）は、ベースバンド信号の等価低域系であるため、Ｓiは変調部１２で一次変調された変調度に応じた信号コンスタレーションシンボルである。ｉは、送信信号コンスタレーションシンボル番号である。
【００２９】
本実施の形態では、ＢＳ１は、上記式（１）に示すように、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ：Space Time Block Coding）または空間周波数ブロック符号化（ＳＦＢＣ：Space Frequency Block Coding）を用いて、Ｌ個の送信シンボルに基づいてＬ個（Ｌ列）の並列伝送信号を生成する。ここでは、Ｌ＝２であり２つの送信シンボルＳ1，Ｓ2に基づいて、上記式（１）の行列Ｓ（太字）BSに示すような並列送信信号を生成する。ＢＳ１が備える送信アンテナの数が３本以上（Ｌ本）である場合には、同様に、ＳＴＢＣまたはＳＦＢＣを用いて、Ｌ個の送信シンボルに基づいてＬ個の並列伝送信号を生成する。
【００３０】
ＢＳ１から送信された信号はＡＦ２−１，２−２でそれぞれ受信される。ＢＳ１とＡＦ２−１，２−２間のチャネル行列（伝送路行列）は、以下の式（２）で表すことができる。
【００３１】
【数２】
【００３２】
なお、Ｈ（太字）1は、ＢＳ１からＡＦ２−１までのチャネル行列を表し、Ｈ（太字）2は、ＢＳ１からＡＦ２−２までのチャネル行列を表す。また、行列Ｈ（太字）1内のｈ1＿ijはＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２−１のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、行列Ｈ（太字）2内のｈ2＿ijはＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２−２のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００３３】
上記式（１）および式（２）より、ＡＦ２−１，２−２が受信する受信信号は以下の式（３）のようになる。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ここで、Ｒ（太字）iは、ＡＦ２−ｉの受信信号行列を表し、Ｒ（太字）iの行方向は受信アンテナ番号を示し、列方向は送信シンボル方向を示す。また、ｒi＿j(k)はＡＦ２−ｉの受信アンテナ２１−ｊのｋ番目の受信シンボル（例えばＯＦＤＭＡシンボル）を示す。
【００３６】
つぎに、図３に示したＡＦ２−１，２−２の信号処理部２２が実施する信号処理ついて説明する。ＡＦ２−１，２−２では、信号処理部２２が受信信号に対して信号処理を施して各送信アンテナ２４−１，２４−２から送信する送信信号を生成し、それぞれ送信アンテナ２４−１，２４−２から送信する。また、ＢＳ１では、上記（１）で示したとおり送信シンボル方向に２回の再送が行なわれる（Ｓ1，Ｓ2を含む情報がそれぞれ２回または２つの周波数で送信される）が、ＡＦ２−１，２−２では、再送回数を４回とする。ＡＦ２−１のアンテナ２４−１から送信する送信信号は、以下の式（４）で表すことができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
なお、ｗi＿j(k)（）は、信号処理部２２が受信信号に対して、ＡＦ２−ｉの送信アンテナ２４−ｊから送信するｋ番目のシンボルを生成するために施す処理を示す信号処理関数である。
【００３９】
同様に、ＡＦ２−１のアンテナ２４−２から送信する送信信号は以下の式（５）で、ＡＦ２−２のアンテナ２４−１から送信する送信信号は以下の式（６）で、ＡＦ２−１のアンテナ２４−２から送信する送信信号は以下の式（７）で、それぞれ表すことができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
【数６】
【００４２】
【数７】
【００４３】
なお、信号処理部２２が実施する信号処理により生成する第１送目信号は、ＢＳ１から２送目の送信信号として送信された信号を用いるため、上記式（４）〜式（７）の１送目の信号は、ＢＳ１の２送目のシンボルを受信してから生成されるが、上記式（４）〜式（７）の２送目以降の送信信号もＢＳ１の２送目のシンボルを受信した時点から生成可能である。
【００４４】
以上の式（４）〜式（７）を全ＡＦ（ＡＦ２−１およびＡＦ２−２）の送信信号行列として表すと式（８）のようになる。
【００４５】
【数８】
【００４６】
ここで、全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFの行方向は、ＡＦ２−１，２−２の各送信アンテナの番号に対応し、１行目と２行目はＡＦ２−１の送信アンテナ２４−１，２４−２にそれぞれ対応し、３行目と４行目はＡＦ２−２の送信アンテナ２４−１，２４−２にそれぞれ対応する。また、列方向は送信信号シンボル方向である。
【００４７】
式（８）からわかるように、全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFは直交行列となる。言い換えると、本実施の形態では、式（８）で示したように全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFが直交行列となるように、ｗi＿j(k)（）を定めておく。なお、式（８）で示すように、全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFの各要素は、それぞれＳ1またはＳ2のみを含んでいる（Ｓ1とＳ2の両方を含む要素は無い）。したがって、ｗi＿j(k)（）としては、Ｓ（太字）BSをデコードするための関数（Ｓ1，Ｓ2を分離するための関数）を用いることができる。まとめると、ｗi＿j(k)（）は、Ｓ1，Ｓ2を分離するための関数であり、かつ全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFが直交行列となるような関数であればよい。ｗi＿＿j(k)（）は、送信信号上記の式（４）〜式（７）で示した関数に限らず、このような条件を満たす関数であればどのような関数を用いてもよい。
【００４８】
つぎに、ＭＳ３の受信処理について説明する。ＡＦ２−１，２−２からＭＳ３までのチャネル行列は、以下の式（９）で表すことができる。
【００４９】
【数９】
【００５０】
なおＨ（太字）AF1はＡＦ２−１からＭＳ３までのチャネル行列であり、Ｈ（太字）AF2はＡＦ２−２からＭＳ３までのチャネル行列である。また、Ｈ（太字）AF1内のｈAF1＿ijはＡＦ２−１の送信アンテナ２４−ｊからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、Ｈ（太字）AF2内のｈAF2＿ijはＡＦ２−２の送信アンテナ２４−ｊからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００５１】
上記式（８）および（９）により、ＡＦ２−１，２−２からの送信信号をＭＳ３が受信した場合の受信信号は、以下の式（１０）に示すようになる。なお、簡単のために、ここではＭＳ３内部で付加される雑音項を無視する。なお、ＯＦＤＭ伝送方式の場合、時間方向ではなく周波数方向にシンボルが割当てられる場合があるため、括弧内では周波数軸方向に割当てられた場合のＯＦＤＭのシンボル番号を示している。また、ｒMS＿i(j)は、ＭＳ３のｉ番目の受信アンテナが受信したｊ番目（時間または周波数方向の番号）の信号である。
【００５２】
【数１０】
【００５３】
ＭＳ３は、送信信号Ｓ1の復調するための復調処理として、上記の式（１０）で示した受信信号を用いて、以下の式（１１）〜式（１３）に示す処理を実施する。
【００５４】
【数１１】
【００５５】
【数１２】
【００５６】
【数１３】
【００５７】
また、ＭＳ３は、送信信号Ｓ1の復調するための復調処理として、上記の式（１０）で示した受信信号を用いて、以下の式（１４）〜式（１６）に示す処理を実施する。
【００５８】
【数１４】
【００５９】
【数１５】
【００６０】
【数１６】
【００６１】
上記の式（１３）と式（１６）を用いると、下記式（１７）に示すように、ＢＳ１からの送信信号Ｓ1を復調処理することができる。
【００６２】
【数１７】
【００６３】
さらに、送信信号Ｓ2を復調処理するために、上記式（１１）と式（１２）を用いて、式（１８）に示すように受信信号を処理する。
【００６４】
【数１８】
【００６５】
また、式（１４）と式（１５）を用いて、式（１９）に示すように受信信号を処理する。
【００６６】
【数１９】
【００６７】
上記の式（１８）と式（１９）を用いると、式（２０）に示すようにＢＳ１からの送信信号Ｓ2を復調処理できる。
【００６８】
【数２０】
【００６９】
上記の式（１７），式（２０）に示すように、ＭＳ３は、ＢＳ１の送信信号Ｓ1，Ｓ2を復調処理することができ、ダイバーシチオーダー数４の利得を得ることができる。
【００７０】
なお、ここではＭＳ３の受信アンテナが１つの場合について説明したが、ＭＳ３が複数の受信アンテナを有する場合は、受信アンテナごとに上記と同様の処理を実施する。これにより、受信アンテナごとにＭＳ１からの送信信号Ｓ1，Ｓ2を復調可能であり、さらに受信アンテナごとの復調結果を線形合成することで、最大比合成を行なうことができ、さらなる受信利得をえることができる。
【００７１】
このように、本実施の形態では、ＢＳ１がＳＴＢＣまたはＳＦＢＣ符号化した送信信号を送信し、ＡＦ２−１，２−２の信号処理部２２が、ＢＳ１から受信した信号に対して、ＡＦ２−１，２−２から送信される信号についての送信信号行列が直交行列となるように送信信号を生成するようにした。そのため、送信機１０を備えるＢＳ１のアンテナ数の増加を抑えて、高性能な伝送を実現することができる。
【００７２】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかる実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、実施の形態１のＡＦ２−１，２−２をそれぞれＡＦ２ａ−１，２ａ−２に代える以外は実施の形態１と同様である。
【００７３】
実施の形態１では、ＡＦ２−１，２−２がそれぞれ２本の送信アンテナおよび受信アンテナを備えたが、本実施の形態のＡＦ２ａ−１，２ａ−２は、それぞれ１本の送信アンテナおよび受信アンテナを備える。また、本実施の形態のＡＦ２ａ−１，２ａ−２は、それぞれ信号処理部と電力増幅部とを備える。ＡＦ２ａ−１，２ａ−２では、信号処理部がＢＳ１から受信した信号に対して所定の信号処理を実施する。そして、電力増幅部が、信号処理後の信号を送信アンテナから送信する。
【００７４】
つぎに、本実施の形態の動作について説明する。ＢＳ１の構成および動作は、実施の形態１と同様であり、ＢＳ１が送信する送信信号は実施の形態１と同様である。
【００７５】
ＢＳ１とＡＦ２ａ−１，２ａ−２間の伝送路行列（チャネル行列）は、それぞれ以下の式（２１）で表すことができる。なお、Ｈ（太字）1は、ＢＳ１から２ａ−１までのチャネル行列を表し、Ｈ（太字）2は、ＢＳ１から２ａ−２までのチャネル行列を表す。また、Ｈ（太字）1内のｈ1＿ijは、ＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２ａ−１のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、Ｈ（太字）2内のｈ2＿ijは、ＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２ａ−２のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００７６】
【数２１】
【００７７】
したがって、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２での受信信号は以下の式（２２）で表すことがでできる。なお、Ｒ（太字）jは、ＡＦ２ａ−ｉの受信信号行列であり、行方向は受信アンテナ番号であり、列方向は送信シンボル方向である。また、ｒi＿j(k)はＡＦ２ａ−ｉのｊ番目の受信アンテナ（この場合は１つ）のｋ番目の受信シンボル（例えばＯＦＤＭＡシンボル）を示す。
【００７８】
【数２２】
【００７９】
つぎに、本実施の形態のＡＦ２ａ−１，２ａ−２の信号処理部が実施する信号処理について説明する。本実施の形態の信号処理部は、以下の式（２３）および式（２４）に示すように、送信信号を生成して送信する。式（２３）は、ＡＦ２ａ−１が送信する送信信号を示し、式（２４）は、ＡＦ２ａ−２が送信する送信信号を示す。なお、信号処理関数ｗi＿j(k)（）は、本実施の形態の信号処理部が受信信号に基づいて送信信号を生成するための信号処理を示す関数であり、ＡＦ２ａ−ｉのｊ番目の送信アンテナから送信するｋ番目のシンボルを生成するために施す処理を示す信号処理関数である。
【００８０】
【数２３】
【００８１】
【数２４】
【００８２】
以上の信号処理後の送信信号を、全ＡＦ（ＡＦ２ａ−１およびＡＦ２ａ−２）の送信信号行列Ｓ（太字）AFとすると、Ｓ（太字）AFは、式（２５）で表すことができる。なお、送信信号行列Ｓ（太字）AFの行方向はＡＦ２ａ−１，２ａ−２の送信アンテナ番号であり、１行目はＡＦ２ａ−１の送信アンテナ１番に対応し、２行目はＡＦ２ａ−３の送信アンテナ１番に対応する。また、列方向は送信信号シンボル方向である。
【００８３】
【数２５】
【００８４】
上記式（２５）からわかるように、Ｓ（太字）AFは、直交行列となっている。また、式（２３），式（２４）からわかるように、ＡＦ２ａ−１では、Ｓ1を含む項のみ（Ｓ2を含まない）の送信信号を生成し、ＡＦ２ａ−２では、Ｓ2を含む項のみ（Ｓ1を含まない）の送信信号を生成している。言い換えると、ＡＦ２ａ−１，ＡＦ２ａ−２では、復号と再符号化を行なっていることになる。なお、上記の例と逆に、ＡＦ２ａ−１が、Ｓ2を含む項のみの送信信号を生成し、ＡＦ２ａ−２が、Ｓ1を含む項のみの送信信号を生成してもよい。すなわち、ｗi＿j(k)（）は、式（２３），式（２４）に示した関数に限らず、Ｓ（太字）AFが直交行列が直交行列となり、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２の一方が、Ｓ1を含まない送信信号を生成し、他方がＳ2を含まない送信信号を生成するように定めておけばよい。
【００８５】
つぎに、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２からのＭＳ３までの伝送路は、以下の式（２６）で表すことができる。なお、Ｈ（太字）AF1はＡＦ２ａ−１からＭＳ３までのチャネル行列を示し、Ｈ（太字）AF2はＡＦ２ａ−２からＭＳ３までのチャネル行列を示す。また、Ｈ（太字）AF1内のｈAF1＿ijはＡＦ２ａ−１のｊ番目の送信アンテナからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、Ｈ（太字）AF2内のｈAF＿ijはＡＦ２ａ−２のｊ番目の送信アンテナからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００８６】
【数２６】
【００８７】
以上の式（２５）と式（２６）を用いると、ＡＦ２ａ−１とＡＦ２ａ−２からの送信信号に対するＭＳ３の受信アンテナでの受信信号は、以下の式（２７）で表すことができる。なお、簡単のために、ここではＭＳ３の内部で付加される雑音項を無視する。ｒMS＿i(j)は、ＭＳ３のｉ番目の受信アンテナのｊ番目の受信信号である。
【００８８】
【数２７】
【００８９】
ＭＳ３では、送信信号Ｓ1とＳ2を復調処理するために、上記式（２７）に示した受信信号を用いて、以下の式（２８），式（２９）に示すような処理を実施する。
【００９０】
【数２８】
【００９１】
【数２９】
【００９２】
このようにして、ＭＳ３では、上記式（２８），式２９に示すように、ＢＳ１からの送信信号Ｓ1とＳ2を復調することができる。本実施の形態では、実施の形態１のようなダイバーシチ次数の改善はないが、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２での信号処理（復号と再符号化）により、信号間干渉を除去することができ、高性能な伝送を実現できる。また、これにより、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２の電力増幅部における入力電力量を削減でき、電力増幅部に求められる要求性能を緩和できる。
【００９３】
なお、実施の形態１と同様に、ＭＳ３が複数の受信アンテナを備える場合は、受信アンテナごとに上記と同様の処理をして、受信信号ごとに送信信号Ｓ1，Ｓ2を復調することができる。そして、受信アンテナごとの復調結果を線形合成することで最大比合成となり、さらなる受信利得をえることができる。
【００９４】
このように、本実施の形態では、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２で、２種類の送信信号のうち一方を復号し、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２の全体の送信信号行列が直交行列となるよう再符号化を行なうようにした。そのため、アンテナ数の増加を抑えて、信号間干渉を除去することができ、高性能な伝送を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明にかかる通信システム、中継機および通信方法は、ＭＩＭＯ伝送が行なわれる通信システムに有用であり、特に、中継機を備える通信システムに適している。
【符号の説明】
【００９６】
１ ＢＳ
２−１，２−２，２ａ−１，２ａ−２ ＡＦ
３ ＭＳ
１０ 送信機
２０ 中継機
１１ ＦＥＣエンコード部
１２ 変調部
１３ データ分配部
１４−１，１４−２ リソースマッピング部
１５−１，１５−２ ベースバンド／ＲＦ処理部
１６−１，１６−２ 送信アンテナ
２１−１，２１−２ 受信アンテナ
２２ 信号処理部
２３−１，２３−２ 電力増幅部
２４−１，２４−２ 送信アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が行なわれる通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスブロードバンドにおける高速大容量化の要求は日増しに大きくなっている。このような状況により、伝送容量を飛躍的に向上させるために、移動体通信、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等にＭＩＭＯ伝送方式が導入されている。さらに柔軟なリソース制御が可能であり周波数選択性フェージングに対する耐性が強いという特徴を持つＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing／Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式に、上記ＭＩＭＯ伝送方式を組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ／ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ方式の検討が近年急速に進められている。ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ方式では、システム帯域全体を複数周波数ブロックに分割し、各ブロックに対してデータを割り当てる。
【０００３】
ＭＩＭＯ伝送は、２つの通信方式に分類される。１つは、使用無線リソース数よりも送信信号数が多い通信方式であり、伝送レートを効率的に向上できる。もう１つは、送信信号数が使用無線リソース数と等しいか使用無線リソース数以下であるＲａｔｅ＝１とよばれる伝送を行なう通信方式であり、複数アンテナ送信の利点を活かして、時空間ダイバーシチを得ることができる。
【０００４】
このような背景のなか、連続信号送信またはＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）におけるロバーストなＭＩＭＯ伝送方式として、ＳＩＣＣ（Self-Interference Cancellation Coding）伝送方式が下記特許文献１で提案されている。ＳＩＣＣ方式は、自己干渉可能なＲａｔｅ＝１のＭＩＭＯ信号伝送またはＨＡＲＱ伝送方式として適用可能であり、自己干渉除去可能であるため、従来の方法であるChase Combiningと比較すると、その性能改善能力は大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０８４２０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のＳＩＣＣ伝送の技術によれば、送信機は、送信機と受信機との間で実現する空間ダイバーシチオーダーの数分送信アンテナを備える必要がある。そのため、高性能な伝送を実現するために空間ダイバーシチオーダーを増やすと、送信アンテナ設置スペースやＲＦ（Radio Frequency）ポート数の増加に伴うコストの増大が発生し、低コストで高性能なＳＩＣＣ伝送方式を実現することは困難である、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信アンテナ数の増加を抑えつつ、高性能な伝送を実現することができる通信システム、中継機および通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムであって、前記送信機は、２本以上の送信アンテナと、送信信号を前記送信アンテナの本数に分割した分割送信信号を生成し、前記分割送信信号を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化してブロック化信号として前記送信アンテナへそれぞれ出力するデータ分割部と、を備え、前記中継機は、１本以上の中継受信アンテナと、１本以上の中継送信アンテナと、前記中継受信アンテナから受信した前記ブロック化信号に対して所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、送信アンテナ数の増加を抑えつつ、高性能な伝送を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、ＢＳが備える送信機の機能構成例を示す図である。
【図３】図３は、ＡＦの機能構成例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる通信システム、中継機および通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる実施の形態１の通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態の通信システムは、本実施の形態の送信機として機能するＢＳ（Base Station）１と、ＢＳ１から送信された信号を中継する中継機であるＡＦ（Amplifier and Forward）２−１，２−２と、ＡＦ２−１，２−２により中継されたＢＳ１から送信された信号を受信する受信機であるＭＳ（Mobile Station）３と、で構成される。なお、本実施の形態では、送信機を基地局（ＢＳ）とし、受信機を移動局（ＭＳ）として説明するが、送信機は基地局に限定されず、受信機も移動局に限定されない。
【００１３】
図１に示すように、ＢＳ１は２本の送信アンテナを備え、各送信アンテナから互いに異なる信号を送信することができる。なお、本実施の形態では、ＢＳ１が備える送信アンテナを２本とする場合について説明するが、送信アンテナ数は３本以上であってもよい。
【００１４】
ＡＦ２−１，２−２は、それぞれ送信アンテナおよび受信アンテナを２本ずつ備える。なお、ここでは送信アンテナおよび受信アンテナの例について説明するが、ＡＦ２−１，２−２が備える送信アンテナおよび受信アンテナの数は３本以上であってもよい。
【００１５】
ＭＳ３は、１本の受信アンテナを備え、受信した信号に対して所定の復調処理を実施し、送信されたデータを取得する。なお、本実施の形態では、ＭＳ３が備える受信アンテナの数を１本とするが、２本以上であってもよい。
【００１６】
図２は、ＢＳ１が備える送信機１０の機能構成例を示す図である。送信機１０は、ＦＥＣ（Forward Error Correction）エンコード部１１と、変調部１２と、データ分配部１３と、リソースマッピング部１４−１，１４−２と、ベースバンド／ＲＦ処理部１５−１，１５−２と、送信アンテナ１６−１，１６−２と、で構成される。
【００１７】
ＦＥＣエンコード部１１は、例えばコアネットワーク経由等で上位機器等から入力されるデータであるユーザデータに対して、本実施の形態の通信システムで規定された（本実施の形態の通信システムで用いることがあらかじめ規定された）ＦＥＣ種別に基づいてＦＥＣエンコードを実施し、エンコード結果をＦＥＣブロックとして変調部１２へ出力する。
【００１８】
変調部１２は、ＦＥＣブロックに対して、本実施の形態の通信システムで規定されたＭＣＳＭ（Modulation and Coding Scheme）レベルの１次変調を行うことにより、信号コンスタレーションにマッピングされた変調データを生成してデータ分配部１３へ出力する。
【００１９】
データ分配部１３は、変調データを、本実施の形態の通信システムで規定された方式に従ってシリアル−パラレル変換して、複数の変調データ（送信ストリーム）を生成する。ここでは、送信機１０の送信アンテナが２本であることから、データ分配部１３は、２つの変調データを生成し、一方をリソースマッピング部１４−１へ、他方をリソースマッピング部１４−２へ、それぞれ出力する。
【００２０】
リソースマッピング部１４−ｍ（ｍ＝１，２）は、入力される変調データを無線リースに対して割当て（マッピングし）、マッピングの変調データ（マッピングデータ）をベースバンド／ＲＦ処理部１５−ｍへ出力する。このマッピングの方法はどのような方法としてもよいが、例えば、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ伝送方式を用いる場合は、周波数方向と時間方向に連続な無線リソース領域に対して変調データが連続的に割当てられるような割当て方法が一般的に用いられる。
【００２１】
ベースバンド／ＲＦ処理部１５−ｍは、入力されたマッピングデータに対して所定の無線信号処理を施し、処理後の信号をＲＦ帯に変換して送信アンテナ１６−ｍを介して空中線として空間へ放射する。例えば、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ伝送方式の場合、この所定の無線信号処理として、マッピングデータに対してＩＦＦＴ変換によって周波数軸信号から時間軸信号への変換が行なわれ、さらにＧＩ（Guard Interval）信号を付加する処理等が実施される。
【００２２】
なお、ＢＳ１の送信アンテナを３本以上とする場合には、データ分配部１３は送信アンテナの数の変調データ（送信ストリーム）を生成することとし、リソースマッピング部およびベースバンド／ＲＦ処理部を送信アンテナごとに備えるようにする。
【００２３】
図３は、本実施の形態のＡＦ２−１，２−２が備える中継機２０の機能構成例を示す図である。ＡＦ２−１，２−２が備える中継機２０は、図３に示すように、それぞれ、受信アンテナ（中継受信アンテナ）２１−１，２１−２と、信号処理部２２と、電力増幅部２３−１，２３−２と、送信アンテナ（中継送信アンテナ）２４−１，２４−２と、で構成される。
【００２４】
ＡＦ２−１，２−２では、信号処理部２２が、受信アンテナ２１−１，２１−２にて受信した受信信号に対して所定のアナログ信号処理を施すことにより２つの送信信号を生成する。そして、電力増幅部２３−ｍ（ｍ＝１，２）が、信号処理部２２が生成した２つの信号をそれぞれ電力増幅し、電力増幅した信号を送信アンテナ２４−ｍ経由で、それぞれ空中線に放射する。
【００２５】
なお、図３の構成例では、受信信号であるＲＦ（Radio Frequency）信号に対して周波数変換を行なわずに、電力増幅およびアナログ信号処理を実施する方式であるが、ＲＦ信号をダウンコンバートして、ＩＦ信号やベースバンド信号に変換し、変換後の信号に対して電力増幅およびアナログ信号処理を施してもよい。また、ＡＦ２−１，２−２では変調信号を復調しないが、信号処理部２２に入力される信号をＡＤ（Analog−Digital）変換器によりデジタル信号に変換し、信号処理部２２は、入力されたデジタル信号に対して所定の信号処理を行ってもよい。
【００２６】
つぎに、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態のＢＳ１では、データ分配部１３が、送信アンテナ１６−１，１６−２からそれぞれ送信する送信信号を生成する。本実施の形態のＢＳ１が送信する送信信号のベースバンド表現を、以下の式（１）に送信信号行列として示す。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、上記式（１）の行列Ｓ（太字）BSにおいて、行方向は送信アンテナ番号（例えば、送信アンテナ１６−ｍのｍを送信アンテナ番号とする）であり、列方向は、時間軸上に送信信号シンボルを割当てる場合には送信シンボル単位の時間方向、またはＯＦＤＭＡ／ＯＦＤＭ伝送を用いる場合は周波数方向（サブキャリア番号）でもよい。以降、列方向を送信信号シンボル方向とよぶこととする。また、*は、複素共役を表す。なお、上記式（１）は、ベースバンド信号の等価低域系であるため、Ｓiは変調部１２で一次変調された変調度に応じた信号コンスタレーションシンボルである。ｉは、送信信号コンスタレーションシンボル番号である。
【００２９】
本実施の形態では、ＢＳ１は、上記式（１）に示すように、時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ：Space Time Block Coding）または空間周波数ブロック符号化（ＳＦＢＣ：Space Frequency Block Coding）を用いて、Ｌ個の送信シンボルに基づいてＬ個（Ｌ列）の並列伝送信号を生成する。ここでは、Ｌ＝２であり２つの送信シンボルＳ1，Ｓ2に基づいて、上記式（１）の行列Ｓ（太字）BSに示すような並列送信信号を生成する。ＢＳ１が備える送信アンテナの数が３本以上（Ｌ本）である場合には、同様に、ＳＴＢＣまたはＳＦＢＣを用いて、Ｌ個の送信シンボルに基づいてＬ個の並列伝送信号を生成する。
【００３０】
ＢＳ１から送信された信号はＡＦ２−１，２−２でそれぞれ受信される。ＢＳ１とＡＦ２−１，２−２間のチャネル行列（伝送路行列）は、以下の式（２）で表すことができる。
【００３１】
【数２】
【００３２】
なお、Ｈ（太字）1は、ＢＳ１からＡＦ２−１までのチャネル行列を表し、Ｈ（太字）2は、ＢＳ１からＡＦ２−２までのチャネル行列を表す。また、行列Ｈ（太字）1内のｈ1＿ijはＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２−１のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、行列Ｈ（太字）2内のｈ2＿ijはＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２−２のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００３３】
上記式（１）および式（２）より、ＡＦ２−１，２−２が受信する受信信号は以下の式（３）のようになる。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ここで、Ｒ（太字）iは、ＡＦ２−ｉの受信信号行列を表し、Ｒ（太字）iの行方向は受信アンテナ番号を示し、列方向は送信シンボル方向を示す。また、ｒi＿j(k)はＡＦ２−ｉの受信アンテナ２１−ｊのｋ番目の受信シンボル（例えばＯＦＤＭＡシンボル）を示す。
【００３６】
つぎに、図３に示したＡＦ２−１，２−２の信号処理部２２が実施する信号処理ついて説明する。ＡＦ２−１，２−２では、信号処理部２２が受信信号に対して信号処理を施して各送信アンテナ２４−１，２４−２から送信する送信信号を生成し、それぞれ送信アンテナ２４−１，２４−２から送信する。また、ＢＳ１では、上記（１）で示したとおり送信シンボル方向に２回の再送が行なわれる（Ｓ1，Ｓ2を含む情報がそれぞれ２回または２つの周波数で送信される）が、ＡＦ２−１，２−２では、再送回数を４回とする。ＡＦ２−１のアンテナ２４−１から送信する送信信号は、以下の式（４）で表すことができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
なお、ｗi＿j(k)（）は、信号処理部２２が受信信号に対して、ＡＦ２−ｉの送信アンテナ２４−ｊから送信するｋ番目のシンボルを生成するために施す処理を示す信号処理関数である。
【００３９】
同様に、ＡＦ２−１のアンテナ２４−２から送信する送信信号は以下の式（５）で、ＡＦ２−２のアンテナ２４−１から送信する送信信号は以下の式（６）で、ＡＦ２−１のアンテナ２４−２から送信する送信信号は以下の式（７）で、それぞれ表すことができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
【数６】
【００４２】
【数７】
【００４３】
なお、信号処理部２２が実施する信号処理により生成する第１送目信号は、ＢＳ１から２送目の送信信号として送信された信号を用いるため、上記式（４）〜式（７）の１送目の信号は、ＢＳ１の２送目のシンボルを受信してから生成されるが、上記式（４）〜式（７）の２送目以降の送信信号もＢＳ１の２送目のシンボルを受信した時点から生成可能である。
【００４４】
以上の式（４）〜式（７）を全ＡＦ（ＡＦ２−１およびＡＦ２−２）の送信信号行列として表すと式（８）のようになる。
【００４５】
【数８】
【００４６】
ここで、全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFの行方向は、ＡＦ２−１，２−２の各送信アンテナの番号に対応し、１行目と２行目はＡＦ２−１の送信アンテナ２４−１，２４−２にそれぞれ対応し、３行目と４行目はＡＦ２−２の送信アンテナ２４−１，２４−２にそれぞれ対応する。また、列方向は送信信号シンボル方向である。
【００４７】
式（８）からわかるように、全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFは直交行列となる。言い換えると、本実施の形態では、式（８）で示したように全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFが直交行列となるように、ｗi＿j(k)（）を定めておく。なお、式（８）で示すように、全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFの各要素は、それぞれＳ1またはＳ2のみを含んでいる（Ｓ1とＳ2の両方を含む要素は無い）。したがって、ｗi＿j(k)（）としては、Ｓ（太字）BSをデコードするための関数（Ｓ1，Ｓ2を分離するための関数）を用いることができる。まとめると、ｗi＿j(k)（）は、Ｓ1，Ｓ2を分離するための関数であり、かつ全ＡＦの送信信号行列Ｓ（太字）AFが直交行列となるような関数であればよい。ｗi＿＿j(k)（）は、送信信号上記の式（４）〜式（７）で示した関数に限らず、このような条件を満たす関数であればどのような関数を用いてもよい。
【００４８】
つぎに、ＭＳ３の受信処理について説明する。ＡＦ２−１，２−２からＭＳ３までのチャネル行列は、以下の式（９）で表すことができる。
【００４９】
【数９】
【００５０】
なおＨ（太字）AF1はＡＦ２−１からＭＳ３までのチャネル行列であり、Ｈ（太字）AF2はＡＦ２−２からＭＳ３までのチャネル行列である。また、Ｈ（太字）AF1内のｈAF1＿ijはＡＦ２−１の送信アンテナ２４−ｊからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、Ｈ（太字）AF2内のｈAF2＿ijはＡＦ２−２の送信アンテナ２４−ｊからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００５１】
上記式（８）および（９）により、ＡＦ２−１，２−２からの送信信号をＭＳ３が受信した場合の受信信号は、以下の式（１０）に示すようになる。なお、簡単のために、ここではＭＳ３内部で付加される雑音項を無視する。なお、ＯＦＤＭ伝送方式の場合、時間方向ではなく周波数方向にシンボルが割当てられる場合があるため、括弧内では周波数軸方向に割当てられた場合のＯＦＤＭのシンボル番号を示している。また、ｒMS＿i(j)は、ＭＳ３のｉ番目の受信アンテナが受信したｊ番目（時間または周波数方向の番号）の信号である。
【００５２】
【数１０】
【００５３】
ＭＳ３は、送信信号Ｓ1の復調するための復調処理として、上記の式（１０）で示した受信信号を用いて、以下の式（１１）〜式（１３）に示す処理を実施する。
【００５４】
【数１１】
【００５５】
【数１２】
【００５６】
【数１３】
【００５７】
また、ＭＳ３は、送信信号Ｓ1の復調するための復調処理として、上記の式（１０）で示した受信信号を用いて、以下の式（１４）〜式（１６）に示す処理を実施する。
【００５８】
【数１４】
【００５９】
【数１５】
【００６０】
【数１６】
【００６１】
上記の式（１３）と式（１６）を用いると、下記式（１７）に示すように、ＢＳ１からの送信信号Ｓ1を復調処理することができる。
【００６２】
【数１７】
【００６３】
さらに、送信信号Ｓ2を復調処理するために、上記式（１１）と式（１２）を用いて、式（１８）に示すように受信信号を処理する。
【００６４】
【数１８】
【００６５】
また、式（１４）と式（１５）を用いて、式（１９）に示すように受信信号を処理する。
【００６６】
【数１９】
【００６７】
上記の式（１８）と式（１９）を用いると、式（２０）に示すようにＢＳ１からの送信信号Ｓ2を復調処理できる。
【００６８】
【数２０】
【００６９】
上記の式（１７），式（２０）に示すように、ＭＳ３は、ＢＳ１の送信信号Ｓ1，Ｓ2を復調処理することができ、ダイバーシチオーダー数４の利得を得ることができる。
【００７０】
なお、ここではＭＳ３の受信アンテナが１つの場合について説明したが、ＭＳ３が複数の受信アンテナを有する場合は、受信アンテナごとに上記と同様の処理を実施する。これにより、受信アンテナごとにＭＳ１からの送信信号Ｓ1，Ｓ2を復調可能であり、さらに受信アンテナごとの復調結果を線形合成することで、最大比合成を行なうことができ、さらなる受信利得をえることができる。
【００７１】
このように、本実施の形態では、ＢＳ１がＳＴＢＣまたはＳＦＢＣ符号化した送信信号を送信し、ＡＦ２−１，２−２の信号処理部２２が、ＢＳ１から受信した信号に対して、ＡＦ２−１，２−２から送信される信号についての送信信号行列が直交行列となるように送信信号を生成するようにした。そのため、送信機１０を備えるＢＳ１のアンテナ数の増加を抑えて、高性能な伝送を実現することができる。
【００７２】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかる実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、実施の形態１のＡＦ２−１，２−２をそれぞれＡＦ２ａ−１，２ａ−２に代える以外は実施の形態１と同様である。
【００７３】
実施の形態１では、ＡＦ２−１，２−２がそれぞれ２本の送信アンテナおよび受信アンテナを備えたが、本実施の形態のＡＦ２ａ−１，２ａ−２は、それぞれ１本の送信アンテナおよび受信アンテナを備える。また、本実施の形態のＡＦ２ａ−１，２ａ−２は、それぞれ信号処理部と電力増幅部とを備える。ＡＦ２ａ−１，２ａ−２では、信号処理部がＢＳ１から受信した信号に対して所定の信号処理を実施する。そして、電力増幅部が、信号処理後の信号を送信アンテナから送信する。
【００７４】
つぎに、本実施の形態の動作について説明する。ＢＳ１の構成および動作は、実施の形態１と同様であり、ＢＳ１が送信する送信信号は実施の形態１と同様である。
【００７５】
ＢＳ１とＡＦ２ａ−１，２ａ−２間の伝送路行列（チャネル行列）は、それぞれ以下の式（２１）で表すことができる。なお、Ｈ（太字）1は、ＢＳ１から２ａ−１までのチャネル行列を表し、Ｈ（太字）2は、ＢＳ１から２ａ−２までのチャネル行列を表す。また、Ｈ（太字）1内のｈ1＿ijは、ＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２ａ−１のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、Ｈ（太字）2内のｈ2＿ijは、ＢＳ１のｊ番目の送信アンテナからＡＦ２ａ−２のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００７６】
【数２１】
【００７７】
したがって、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２での受信信号は以下の式（２２）で表すことがでできる。なお、Ｒ（太字）jは、ＡＦ２ａ−ｉの受信信号行列であり、行方向は受信アンテナ番号であり、列方向は送信シンボル方向である。また、ｒi＿j(k)はＡＦ２ａ−ｉのｊ番目の受信アンテナ（この場合は１つ）のｋ番目の受信シンボル（例えばＯＦＤＭＡシンボル）を示す。
【００７８】
【数２２】
【００７９】
つぎに、本実施の形態のＡＦ２ａ−１，２ａ−２の信号処理部が実施する信号処理について説明する。本実施の形態の信号処理部は、以下の式（２３）および式（２４）に示すように、送信信号を生成して送信する。式（２３）は、ＡＦ２ａ−１が送信する送信信号を示し、式（２４）は、ＡＦ２ａ−２が送信する送信信号を示す。なお、信号処理関数ｗi＿j(k)（）は、本実施の形態の信号処理部が受信信号に基づいて送信信号を生成するための信号処理を示す関数であり、ＡＦ２ａ−ｉのｊ番目の送信アンテナから送信するｋ番目のシンボルを生成するために施す処理を示す信号処理関数である。
【００８０】
【数２３】
【００８１】
【数２４】
【００８２】
以上の信号処理後の送信信号を、全ＡＦ（ＡＦ２ａ−１およびＡＦ２ａ−２）の送信信号行列Ｓ（太字）AFとすると、Ｓ（太字）AFは、式（２５）で表すことができる。なお、送信信号行列Ｓ（太字）AFの行方向はＡＦ２ａ−１，２ａ−２の送信アンテナ番号であり、１行目はＡＦ２ａ−１の送信アンテナ１番に対応し、２行目はＡＦ２ａ−３の送信アンテナ１番に対応する。また、列方向は送信信号シンボル方向である。
【００８３】
【数２５】
【００８４】
上記式（２５）からわかるように、Ｓ（太字）AFは、直交行列となっている。また、式（２３），式（２４）からわかるように、ＡＦ２ａ−１では、Ｓ1を含む項のみ（Ｓ2を含まない）の送信信号を生成し、ＡＦ２ａ−２では、Ｓ2を含む項のみ（Ｓ1を含まない）の送信信号を生成している。言い換えると、ＡＦ２ａ−１，ＡＦ２ａ−２では、復号と再符号化を行なっていることになる。なお、上記の例と逆に、ＡＦ２ａ−１が、Ｓ2を含む項のみの送信信号を生成し、ＡＦ２ａ−２が、Ｓ1を含む項のみの送信信号を生成してもよい。すなわち、ｗi＿j(k)（）は、式（２３），式（２４）に示した関数に限らず、Ｓ（太字）AFが直交行列が直交行列となり、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２の一方が、Ｓ1を含まない送信信号を生成し、他方がＳ2を含まない送信信号を生成するように定めておけばよい。
【００８５】
つぎに、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２からのＭＳ３までの伝送路は、以下の式（２６）で表すことができる。なお、Ｈ（太字）AF1はＡＦ２ａ−１からＭＳ３までのチャネル行列を示し、Ｈ（太字）AF2はＡＦ２ａ−２からＭＳ３までのチャネル行列を示す。また、Ｈ（太字）AF1内のｈAF1＿ijはＡＦ２ａ−１のｊ番目の送信アンテナからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数であり、Ｈ（太字）AF2内のｈAF＿ijはＡＦ２ａ−２のｊ番目の送信アンテナからＭＳ３のｉ番目の受信アンテナまでの伝送路係数である。
【００８６】
【数２６】
【００８７】
以上の式（２５）と式（２６）を用いると、ＡＦ２ａ−１とＡＦ２ａ−２からの送信信号に対するＭＳ３の受信アンテナでの受信信号は、以下の式（２７）で表すことができる。なお、簡単のために、ここではＭＳ３の内部で付加される雑音項を無視する。ｒMS＿i(j)は、ＭＳ３のｉ番目の受信アンテナのｊ番目の受信信号である。
【００８８】
【数２７】
【００８９】
ＭＳ３では、送信信号Ｓ1とＳ2を復調処理するために、上記式（２７）に示した受信信号を用いて、以下の式（２８），式（２９）に示すような処理を実施する。
【００９０】
【数２８】
【００９１】
【数２９】
【００９２】
このようにして、ＭＳ３では、上記式（２８），式２９に示すように、ＢＳ１からの送信信号Ｓ1とＳ2を復調することができる。本実施の形態では、実施の形態１のようなダイバーシチ次数の改善はないが、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２での信号処理（復号と再符号化）により、信号間干渉を除去することができ、高性能な伝送を実現できる。また、これにより、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２の電力増幅部における入力電力量を削減でき、電力増幅部に求められる要求性能を緩和できる。
【００９３】
なお、実施の形態１と同様に、ＭＳ３が複数の受信アンテナを備える場合は、受信アンテナごとに上記と同様の処理をして、受信信号ごとに送信信号Ｓ1，Ｓ2を復調することができる。そして、受信アンテナごとの復調結果を線形合成することで最大比合成となり、さらなる受信利得をえることができる。
【００９４】
このように、本実施の形態では、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２で、２種類の送信信号のうち一方を復号し、ＡＦ２ａ−１，２ａ−２の全体の送信信号行列が直交行列となるよう再符号化を行なうようにした。そのため、アンテナ数の増加を抑えて、信号間干渉を除去することができ、高性能な伝送を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明にかかる通信システム、中継機および通信方法は、ＭＩＭＯ伝送が行なわれる通信システムに有用であり、特に、中継機を備える通信システムに適している。
【符号の説明】
【００９６】
１ ＢＳ
２−１，２−２，２ａ−１，２ａ−２ ＡＦ
３ ＭＳ
１０ 送信機
２０ 中継機
１１ ＦＥＣエンコード部
１２ 変調部
１３ データ分配部
１４−１，１４−２ リソースマッピング部
１５−１，１５−２ ベースバンド／ＲＦ処理部
１６−１，１６−２ 送信アンテナ
２１−１，２１−２ 受信アンテナ
２２ 信号処理部
２３−１，２３−２ 電力増幅部
２４−１，２４−２ 送信アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムであって、
前記送信機は、
２本以上の送信アンテナと、
送信信号を前記送信アンテナの本数に分割した分割送信信号を生成し、前記分割送信信号を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化してブロック化信号として前記送信アンテナへそれぞれ出力するデータ分割部と、
を備え、
前記中継機は、
１本以上の中継受信アンテナと、
１本以上の中継送信アンテナと、
前記中継受信アンテナから受信した前記ブロック化信号に対して所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記中継機は、
前記中継送信信号を増幅し、増幅後の信号を対応する前記送信アンテナへ出力する増幅部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記中継受信アンテナの本数を２本とし、前記中継送信アンテナの本数を２本とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記中継受信アンテナの本数を１本とし、前記中継送信アンテナの本数を１本とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項５】
前記受信機は、
複数の受信アンテナ、
を備え、
前記受信アンテナごとに、前記送信信号を復調し、前記受信アンテナごとの復調結果を用いて最大比合成を行なう、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項６】
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムにおける前記中継機であって、
１本以上の中継受信アンテナと、
１本以上の中継送信アンテナと、
前記中継受信アンテナで受信した、時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化して送信されたブロック化信号に対して、所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、
ことを特徴とする中継機。
【請求項７】
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムにおける通信方法であって、
前記送信機が、送信信号を前記送信アンテナの本数に分割した分割送信信号を生成し、前記分割送信信号を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化してブロック化信号として前記送信アンテナへそれぞれ出力するデータ送信ステップと、
前記中継機が、中継受信アンテナから受信した前記ブロック化信号に対して所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理ステップと、
を含み、
前記信号処理ステップでは、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、
ことを特徴とする通信方法。
【請求項１】
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムであって、
前記送信機は、
２本以上の送信アンテナと、
送信信号を前記送信アンテナの本数に分割した分割送信信号を生成し、前記分割送信信号を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化してブロック化信号として前記送信アンテナへそれぞれ出力するデータ分割部と、
を備え、
前記中継機は、
１本以上の中継受信アンテナと、
１本以上の中継送信アンテナと、
前記中継受信アンテナから受信した前記ブロック化信号に対して所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記中継機は、
前記中継送信信号を増幅し、増幅後の信号を対応する前記送信アンテナへ出力する増幅部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記中継受信アンテナの本数を２本とし、前記中継送信アンテナの本数を２本とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記中継受信アンテナの本数を１本とし、前記中継送信アンテナの本数を１本とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
【請求項５】
前記受信機は、
複数の受信アンテナ、
を備え、
前記受信アンテナごとに、前記送信信号を復調し、前記受信アンテナごとの復調結果を用いて最大比合成を行なう、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項６】
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムにおける前記中継機であって、
１本以上の中継受信アンテナと、
１本以上の中継送信アンテナと、
前記中継受信アンテナで受信した、時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化して送信されたブロック化信号に対して、所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、
ことを特徴とする中継機。
【請求項７】
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との間の通信を中継する２機以上の中継機と、を備える通信システムにおける通信方法であって、
前記送信機が、送信信号を前記送信アンテナの本数に分割した分割送信信号を生成し、前記分割送信信号を時空間ブロック符号化または周波数空間ブロック符号化してブロック化信号として前記送信アンテナへそれぞれ出力するデータ送信ステップと、
前記中継機が、中継受信アンテナから受信した前記ブロック化信号に対して所定の処理を実施することにより前記中継送信アンテナから送信する中継送信信号を生成する信号処理ステップと、
を含み、
前記信号処理ステップでは、前記２機以上の中継装置から前記受信機に送信される前記中継送信信号を表す送信信号行列を直交行列とし、かつ前記送信信号行列の要素がそれぞれ単一の前記分割送信信号を含むよう前記所定の処理を実施する、
ことを特徴とする通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５０４６（Ｐ２０１２−５０４６Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４０６４２（Ｐ２０１０−１４０６４２）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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