JP2007074304A - 中継局選択装置及び中継局選択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムの通信容量を従来よりも向上させる中継局選択装置を提供すること。
【解決手段】 中継局選択装置は、ソースノード及び中継局間の後方チャネルのパスロス係数並びに中継局及び目的ノード間の前方チャネルのパスロス係数を示す信号を複数の中継局から受信する手段と、複数のチャネル行列をそれぞれ含む第1及び第２の複合行列（Ｈ，Ｇ）を生成する手段と、第１，第２の複合行列及び複合行列の共役転置行列から導出される正方行列（ＧＧ ^Ｈ，（ＧＨ）（ＧＨ）^Ｈ等）を含む行列の行列式を算出する手段と、１以上の中継局の候補を含む組み合わせの各々についての行列式に基づいて算出された通信容量を比較し、１つの組み合わせ(I₁,…,I_opt)を選択する手段と、選択された組み合わせに含まれる中継局及び中継局数を示す信号を１以上の中継局に送信する手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般に無線通信の技術分野に関し、特に複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送するための中継局選択装置及び中継局選択方法に関連する。

セルラシステム、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の無線リンクを含む通信システムでは、送信局及び受信局間のチャネル状態が良好でなかったならばシステムの通信容量は激減してしまう。マルチホップ方式はこの問題に対処する１つの手法であり、この手法は送信局及び受信局の間に中継局を設けることで、受信局での受信信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を向上させようとする（従来のマルチホップ方式については特許文献１，２参照。）。

マルチホップ法ではホップ数を増やすほど受信局でのＳＮＲを向上させることができそうであるが、ホップ数を増やすとその分だけ伝送遅延が生じてしまう。これに対処する従来の手法の１つは様々な中継局の中から最適な中継局を選択することで１つの最適な信号伝送ルートを決定するものである。最適な中継局はホップ数や通信路のＳＮＲ等のような特定の基準に基づいて選択される。しかしながら受信局での信号品質が特定の１つの経路に依存するので、通信状況によっては充分な信号品質を確保できないことが懸念される。この点に関し、特定の１つではなく並列的に複数の中継局を経由させることも考えられる（この種の技術については例えば特許文献３参照。）。
特開２００１−２９２０９３号公報 特開２００５−６５２６７号公報 特開２００４−５６７８７号公報

しかしながら非特許文献３記載発明を含む従来技術では、複数の中継局を選択する際に各経路のＳＮＲやホップ数等により個々の経路を最適化しているに過ぎない。したがって従来の手法では複数の中継局が同時に使用された場合のシステム全体の利得や通信容量は最適化されないかもしれない。個々に最適化された経路の通信容量の総和が必ずしもシステム全体の最適な通信容量にはならないからである。

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムの通信容量を従来よりも向上させる中継局選択装置及び中継局選択方法を提供することである。

本発明では、複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムで使用される中継局選択装置が使用される。本装置は、ソースノード及び中継局間の後方チャネルのパスロス係数並びに中継局及び目的ノード間の前方チャネルのパスロス係数を示す信号を複数の中継局から受信する手段と、複数のチャネル行列をそれぞれ含む第1及び第２の複合行列を生成する手段と、第１，第２の複合行列及び複合行列の共役転置行列から導出される正方行列を含む行列の行列式を算出する手段と、１以上の中継局の候補を含む組み合わせの各々についての行列式に基づいて算出された通信容量を比較し、１つの組み合わせを選択する手段と、選択された組み合わせに含まれる中継局及び中継局数を示す信号を１以上の中継局に送信する手段とを備える。

本発明によれば、複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムの通信容量を従来よりも向上させることができる。

本発明の一態様によれば、複数のチャネル行列をそれぞれ含む第1及び第２の複合行列（Ｈ，Ｇ）が生成され、第１，第２の複合行列及び複合行列の共役転置行列から導出される正方行列（ＧＧ ^Ｈ，（ＧＨ）（ＧＨ）^Ｈ等）を含む行列の行列式が算出され、１以上の中継局の候補を含む組み合わせの各々についての行列式に基づいて算出された通信容量Ｃ_(I1,…,IL)を比較することで、中継ノードの１つの組み合わせ(I₁,…,I_opt)が選択される。

複合行列を用いてシステム全体の通信容量の上限を適切に把握することで、システム全体の通信容量を従来よりも確実に増やすことができる。

複合行列の第1のものは、後方チャネルのチャネル行列及びパスロス係数の積を複数個含み、複合行列の第２のものは、前方チャネルのチャネル行列及びパスロス係数の積を複数個含んでもよい。

中継局選択装置は、後方及び前方チャネルのチャネル行列を示す信号も中継局の候補から受信してもよいし、しなくてもよい。受信する場合は正確なチャネル行列に基づいて、より正確に通信容量を評価することができる。受信しない場合は、その分だけトラフィック量や処理負担が少なくて済む。チャネル行列に関する事前の知識を用いることでチャネル行列が適切に導出されてもよい。

中継局選択装置は、前方及び後方チャネルのパスロス係数の積の関数で表現される統合されたパスロス係数を中継局の候補の各々について算出する手段を更に有してもよい。所定の数値範囲に属する統合されたパスロス係数に対応する中継局の候補を選択する選択手段が更に備わってもよい。中継局と中継局数と通信容量との対応関係を示すテーブルを格納する記憶手段が更に備わってもよい。組み合わせに含まれる中継局の候補が、選択手段で選択された中継局の候補に限定されることで、演算効率を大幅に向上させることができる。

中継局と中継局数と通信容量との対応関係を示すテーブルが参照され、ある中継局数に対応する通信容量を比較して１つの中継局が選択され、より多くの中継局数に対応する通信容量を比較して別の中継局を選択されてもよい。そして、選択された前記１つの中継局に対応する通信容量が選択された前記別の中継局に対応する通信容量より多かったならば、前記より多くの中継局数及び前記別の中継局は無線信号の伝送に採用しないことが決定されてもよい。これにより、所与の中継候補の中で中継局の最適な組み合わせを効率的且つ確実に導出することができる。

図１は本発明の一実施例による通信システムを示す。通信システムはソースノード１１と、複数個（Ｋ個）の中継局１２−１〜Ｋと、目的ノード１３とを有する。ソースノードは送信元とよんでもよいし、目的ノードはターゲットノード又は宛先ノードと呼んでもよい。各通信ノードの区別は便宜的なものであり、全てのノードが同様な機能を備えていてもよい。通信システムは無線アドホックネットワークを形成し、典型的には全ての通信ノードは移動局であるが、本発明はそのような態様に限定されない。ソースノード１１は情報を送信する通信ノードであり、送信元とも呼ばれる。中継局１２−１〜Ｋはソースノードから送信された信号を中継して目的ノードに送信する通信ノードである。目的ノード１３はソースノード１１による情報伝送の宛先となる通信ノードであり、１以上の中継局から送信された中継信号を受信する。一般的なアドホックネットワークでは１以上の中継局を経由して１以上のホップ数でソースから目的ノードへ情報が伝送される。本実施例ではホップ数は１に限定され、どの中継局もソースノード及び目的ノードと直接的に通信できるものとする。ホップ数が少なく維持されるのでホッピングによる伝送遅延を抑制することができる。同時に複数の中継局が信号を中継するので、特定の経路のチャネル状態に起因する信号品質劣化に対処できる。説明の便宜上、ソースノード１１及び中継局１２−１〜Ｋの間の伝搬路（チャネル）は「バックワードチャネル」又は「後方チャネル」(BC: Backward Channel)と呼ばれる。ソースノード１１と特定の中継局１２−ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）との間の後方チャネルの伝達特性はチャネル行列Ｈ_ｉで表現される。同様に、中継局１２−１〜Ｋ及び目的ノードの間のチャネルは「フォワードチャネル」又は「前方チャネル」(FC: Forward Channel)と呼ばれる。特定の中継局１２−ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）と目的ノードの間の前方チャネルの伝達特性はチャネル行列Ｇ_ｉで表現される。

図２は中継局選択装置の機能ブロック図を示す。中継局選択装置はＫ個の中継局の全部又は一部を選択し、その選択された中継局がソースノードから送信された信号を目的ノードに実際に中継する。非選択の中継局は別の信号の中継に使用されてもよい。中継局選択装置２０は典型的には本実施例のようにソースノードに設けられるが、他の装置に設けられてもよい。中継局選択装置２０は、パターン生成部２２、通信容量算出部２３及びパターン選択部２６を有する。

パターン生成部２２は各中継局（図１の１２−１〜Ｋ）から受信したパスロス及びチャネル行列に基づいて、可能な中継局の組み合わせを指定し、組み合わせの内容（並列的に中継信号を同時に送信する中継局数(L)や中継局の識別情報(Ii)等）を出力する。出力される組み合わせ（I₁,I₂,…,I_L）は最適なものであるとは限らず、想定されている中継局の中で可能な選択肢に過ぎない。パスロスはチャネルの平均的な伝搬損失であり、距離変動やシャドーイング等によって主に決定され、瞬時的なフェージングの影響には依存しない。例えばパスロスは一定期間にわたるパイロットチャネルの送信電力及び受信電力の差分に基づいて算出されてもよい。上述したように各中継局に関連する伝搬路は後方チャネル及び前方チャネルの２種類がある。従って中継局選択装置は各中継局から、後方チャネルに関するパスロス係数λ^ＢＣ _ｋ及びチャネル行列Ｈ_ｋに加えて前方チャネルに関するパスロス係数λ^ＦＣ _ｋ及びチャネル行列Ｇ_ｋも受信する（ｋ＝１〜Ｋ）。

通信容量算出部２３は、複合行列生成部２４及び容量計算部２５を有する。複合行列生成部２４は、パターン生成部２２から通知された中継局の組み合わせ(I₁,…,I_L)及びパスロスに基づいて、次式（１）で表現されるような２つの複合行列Ｈ，Ｇを作成する。

即ち、組み合わせに含まれる全ての中継局の各々（Ｉ_ｉ）について、後方チャネルに関するパスロス係数λ^ＢＣ _Ｉｉとチャネル行列Ｈ_Ｉｉとの積を算出し、Ｌ個の積を列方向に並べることで後方チャネルの複合行列Ｈが導出される。同様に、組み合わせに含まれる全ての中継局の各々（Ｉ_ｉ）について、前方チャネルに関するパスロス係数λ^ＦＣ _Ｉｉとチャネル行列Ｇ_Ｉｉとの積を算出し、Ｌ個の積を列方向に並べることで前方チャネルの複合行列Ｇが導出される。説明の便宜上、複合行列中のチャネル行列は列方向に並べられているが、このことは本発明に必須ではない。

容量計算部２５は指定された中継局の組み合わせ(I₁,…,I_L)について、システム全体の通信容量Ｃ_(I1,…,IL)を次式（２）に従って推定する。

ここで、上付き文字の「Ｈ」は共役転置をとる操作を表し、σ^２は中継局や目的ノードでのノイズ電力を表し、Ｉは単位行列を表し、Ｅ（・）はカッコ内の変数のアンサンブル平均値を表し、ｄｅｔ（・）はカッコ内の行列の行列式を表す。ノイズ電力は厳密には装置毎に異なるが、本実施例では簡明化のため全ての通信ノードでノイズ電力は等しいことが仮定されている。（２）式は、（３）式で表現される量について、（１）式で表現される複合行列を適用することで導出することができる。

ここで、Ａｓ＝Ｅ（ｓｓ^Ｈ）であり、Ａｒ＝Ｅ（ｒｒ^Ｈ）であり、Ａｕ＝Ｅ（ｕｕ^Ｈ）であり。ｓはソースノードからの送信信号を表わすベクトルであり、ｒは目的ノードでの受信信号を表すベクトルである。ｕはｓとｒを合成したベクトルの複素共役を表し、ｕ＝（ｓ，ｒ）^＊で定義される量である。例えば、ｓ，ｒが共に１行４列のベクトルであったとすると、ｕは１行８列のベクトルになる。

パターン選択部２６は、中継局の組み合わせ毎に算出された通信容量｛Ｃ_(I1,…,IL)｝(I₁,I₂,…,I_L∈(1,2,…,K))を比較し、最も大きな容量を与える中継局の組み合わせ(I₁,I₂,…,I_opt)を判別し、判別した内容を出力する（（４）式参照）。出力される内容は、最適な中継局数及び最適な中継局の識別情報を含む。

図３は図1に示されるような通信システムで行われる通信方法を示すフローチャートである。ステップＳ３１ではソースノードが目的ノードに通信要求信号及びパイロット信号を直接的に送信する。即ち目的ノードは中継局からではなくソースノードから送信された信号を直接的に受信する。

ステップＳ３２では目的ノードが通信要求応答信号及びパイロット信号をソースノードに直接的に返送する。

ステップＳ３３では、受信したパイロット信号の受信品質が測定される。受信品質は例えば本実施例のように信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）で測定されてもよいし、ＳＩＲその他のチャネル状態を評価できる量で測定されてもよい。ＳＮＲが所定の閾値より良好であったならば、ソースノード及び目的ノード間のチャネル状態は良好である。この場合、目的ノードはソースノードから送信された信号を直接的に受信する。一方、ＳＮＲが所定の閾値より良好で無かったならば、チャネル状態は直接通信できる程度に良好ではない。この場合は中継局を介して通信が行われる。この場合フローはステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４ではソースノードが1以上の中継局に中継要求信号及びパイロット信号を報知する（この報知はブロードキャストと呼んでもよい。）。

ステップＳ３５では中継局の各々がソースノードからの中継要求信号及びパイロット信号を受信し、後方チャネルについてのチャネル推定、パスロス係数の測定等を行う。

ステップＳ３６ではソースノードが目的ノードにパイロット信号の送信を要求し、これに応じて目的ノードはパイロット信号を各中継局に報知する。

ステップＳ３７では中継局の各々が目的ノードからのパイロット信号を受信し、前方チャネルについてのチャネル推定、パスロス係数の測定等を行う。

ステップＳ３８では各中継局がソースノードに後方及び前方チャネルのパスロス係数等を通知する。本実施例では各中継局は後方チャネル及び前方チャネルのチャネル行列Ｈ_ｉ，Ｇ_ｉについての情報もソースノードに通知する。なお説明の便宜上ステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７の処理は順に行われるように説明されたが、そのことは本発明に必須ではない。前方チャネルに関する情報が得られた後に前方チャネルに関する情報が得られてもよいし、それらの全部また配置部の情報が同時に得られてもよい。

ステップＳ３９ではソースノードに設けられている中継局選択装置（図２）により適切な中継局の組み合わせ(I₁,I₂,…,I_opt)が決定される。先ず、Ｌ個の中継局数を含む中継局の組み合わせ(I₁,I₂,…,I_L)が生成される。Ｌは１乃至Ｋの範囲内の値をとるパラメータである。中継局から報告されたパスロス係数及びチャネル行列に基づいて、（１）式に示されるような後方チャネルの複合行列Ｈ及び前方チャネルの複合行列Ｇが算出される。この中継局の組み合わせの各々について通信容量が（２）式に従って算出される。例えば、中継局12-1,12-2,12-3が中継局の候補としてソースノードに通知されたとする。この場合、可能な組み合わせは、中継局数が１の場合には(12-1), (12-2), (12-3)の３通り、中継局数が２の場合には(12-1, 12-2), (12-2, 12-3), (12-3, 12-1)の３通り、そして中継局数が３の場合には(12-1, 12-2, 12-3)の１通りである。これらの可能な組み合わせ全てについて（２）式の通信容量が算出される。一般にＫ個の中継局が中継候補である場合には、（２^Ｋ−１）通りの組み合わせが存在する。算出された通信容量の中で最大の容量を与える組み合わせが判別され、それが最適な組み合わせ(I₁,…,I_opt)として決定される。

なお、最大の通信容量の値によっては、やはり直接通信を行った方がよいと判断される場合もある。その場合は目的ノードはソースノードからの信号を直接的に受信する。

ステップＳ４０では選択された最適な組み合わせに含まれる中継局を指定する情報（Ｉ_ｉ）や中継局数が各中継局に報知される。以後ステップＳ４１に示されるように、ソースノードから信号が送信され、選択された1以上の中継局で受信され、各中継局から中継信号が送信され、それらが目的ノードで受信される。

（２）式はシステム全体の容量を適切に表現し、それは個々の中継局に関する個々の通信容量の単なる総和ではない。従ってシステム全体の通信容量を更に適切に評価することができ、通信容量を向上させることができる。

第1実施例では各中継局でチャネル行列が算出され、それらがソースノードに通知されていたが、本発明の第２実施例では中継局はチャネル行列を通知しない。本実施例では、後方チャネル及び前方チャネルのチャネル行列は、ソースノードで自ら推定される。例えば、ソースノード、目的ノードから中継ノードにパイロット信号を送ることによって、中継ノードが前方及び後方チャネルの推定を行うことが可能である。推定したチャネル行列を（２）式に代入され、全サンプルについての平均値が算出され、最適な通信容量が判定される。

また、後方チャネル及び前方チャネルのチャネル行列は、共分散行列(covariance matrix)で表現されてもよい。これは平均的な相関値による統計的性質に基づいてチャネル行列を適切に推定する観点から望ましい。

上述したように中継局の候補数がＫ個であった場合に、可能な組み合わせ総数は２^Ｋ−１個に及び、非常に大きな数になる可能性がある。従って候補数が大きい場合に中継局の適切な組み合わせを導出することが困難になるおそれがある。本発明の第３実施例はこのような懸念に対処できる。

図４は本発明の一実施例による中継局選択装置を示す。中継局選択装置４０は中継局分類部４１と、クラスター選択部４２と、ルックアップテーブル４４と、中継局選択部４５とを有する。

中継局分類部４１は各中継局から通知されたパスロス係数に基づいて、候補となる中継局を１以上のクラスターに分ける。具体的には、次式（５）に示されるような統合されたパスロス係数（統合パスロス係数）λ_ｋが算出される。

ここで、Ｐは送信電力を表し、ｋは中継ノードを指定するパラメータを表し（ｋ＝１，．．．，Ｋ）、σ^２はノイズ電力を表す。（５）式から明らかなように統合パスロス係数は、前方及び後方チャネル双方のパスロス係数の積の関数であるので双方のチャネル状態に依存する。中継局の各々について統合パスロス係数λ_ｋが算出される。中継局分類部４１は、算出された統合パスロス係数λ_ｋを１以上のクラスターに分類する。例えば統合パスロス係数λ_ｋが閾値ν_１より小さい場合にはそれは第1クラスターに分類され、閾値ν_１以上ν_２未満ならばそれは第２クラスターに分類され、閾値ν_２以上ν_３未満ならばそれは第３クラスターに分類され、以下同様にして適切なクラスターに統合パスロス係数が分類される。図５はこのようにして分類された統合パスロス係数の一例を示す。

図４のクラスター選択部４２は最も小さな数の数値範囲内のクラスター（第1クラスタ）に属する１以上の中継局を選択し、他の中継局は中継候補から除外する。

ルックアップテーブル４４は中継局数Ｌと中継局ρ（λ_ｋ）と通信容量Ｃ_ｋ ^ρとの対応関係を表す。ルックアップテーブルに用意される様々な値はクラスター選択部４２で選択された中継局に関するものに限定される。従って、中継候補から除外された中継局を含む組み合わせについて通信容量等の計算は不要であり、演算の効率化を図ることができる。本実施例におけるルックアップテーブルでは、ｋ番目の中継局は、前方及び後方チャネルのパスロス係数の比率ρで指定される。

ρ＝ρ（ｋ）＝（λ^ＢＣ _ｋ）／（λ^ＦＣ _ｋ）
ルックアップテーブルの具体例は図６に示される。

図４の中継局選択部４５はルックアップテーブルを参照しながら最適な中継局数及び中継局の組み合わせを決定し、組み合わせの内容を出力する。

図７は本発明の一実施例による中継ノード選択方法のフローチャートを示す。フローはステップＳ７１から始まるが、この時点で既に統合パスロス係数の算出、クラスター分類、最適クラスターの選択が完了しているものとする。従って以下に説明される手順は主に中継局選択部４５（図４）でなされる。説明の便宜上、図５に示されるような第1クラスターが選択され、図６に示されるようなルックアップテーブルが作成済みであるものとする。この場合において、パスロス係数は次のように仮定されている。

ｋ＝２：（λ^ＢＣ _２，λ^ＦＣ _２）＝（０．１，１．０），ρ（２）＝０．１
ｋ＝７：（λ^ＢＣ _７，λ^ＦＣ _７）＝（０．２，１．０），ρ（７）＝０．２
ｋ＝５：（λ^ＢＣ _５，λ^ＦＣ _５）＝（０．３，１．０），ρ（５）＝０．３
ｋ＝４：（λ^ＢＣ _４，λ^ＦＣ _４）＝（１．０，０．１），ρ（４）＝１０
これらの条件の下で、中継候補の全ての可能な組み合わせについて（２）式に示されるようなシステム全体の通信容量Ｃ_ｋ ^ρがそれぞれ算出され、ルックアップテーブルに用意される。

ステップＳ７２では中継局数Ｌ及び中継局パラメータｉがそれぞれ１に初期設定される。

ステップＳ７３では中継局数Ｌ＝１に対応する通信容量Ｃ_ｋ ^ρを比較し、最大の容量ＭＡＸ｛Ｃ_ｋ ^ρ｝に関連する中継局が選択される。図６の例ではＬ＝１に対応する容量値のうち、６．３が最も大きいので、６．３に対応する中継局ρ＝０．３（ｋ＝５）が選択される。

ステップＳ７４では選択された中継局に番号Ｉ_１が関連付けられ、その番号の中継局は実際に中継する中継局に決定され、更に中継局を選ぶための中継候補からは除外される。図６の例では、Ｉ_１＝５であり、ｋ＝５の中継局が実際に信号を中継する中継局に決定され、中継候補からは除外される。

ステップＳ７５では中継局数Ｌ＋１に対する通信容量Ｃ_ｋ＋１ ^ρを比較し、最大の容量ＭＡＸ｛Ｃ_ｋ＋１ ^ρ｝に関連する中継局が見出される。図６の例では、中継局数Ｌ＋１＝２に対応する通信容量の中で、選択済みのρ＝０．３以外の中継局の通信容量に着目し、その中で最大の容量６．８が見出される。

ステップＳ７６では前回の最大容量Ｃ_ｋ ^ρと今回の最大容量ＭＡＸ｛Ｃ_ｋ＋１ ^ρ｝とが比較される。今回の最大容量がより大きければ、フローはステップＳ７７に進む。図６の例ではＬ＝１のときの最大容量６．３とＬ＝２のときの最大容量６．８とが比較される。

ステップＳ７７ではＭＡＸ｛Ｃ_ｋ＋１ ^ρ｝に対応する中継局が選択され、それに番号Ｉ_ｉ＋１が関連付けられ、その中継局は実際に信号を中継する中継局に決定される。そして、それは中継候補からは除外される。図６の例ではＬ＝２に対応する最大容量６．８に対応する中継局ρ＝０．２（ｋ＝７）に番号Ｉ_２が関連付けられ、実際の中継局に決定される。

ステップＳ７８では中継局数Ｌ及びパラメータｉが１つインクリメントされ、ステップＳ７５に戻り、説明済みの動作が再び行われる。目下の図６の例では、中継局数Ｌ＋１＝３に対応する通信容量の中で、選択済みのρ＝０．３及び０．２以外の中継局の通信容量に着目し、その中で最大の容量７．４が見出される。

次のステップＳ７６ではＬ＝２のときの最大容量６．８とＬ＝３のときの最大容量７．４とが比較される。

次のステップＳ７７ではＬ＝３に対応する最大容量７．４に対応する中継局ρ＝１０（ｋ＝４）に番号Ｉ_３が関連付けられ、実際の中継局に決定される。

次のステップＳ７８では中継局数Ｌ及びパラメータｉが１つインクリメントされ、ステップＳ７５に戻り、説明済みの動作が再び行われる。今回は、中継局数Ｌ＋１＝４に対応する通信容量の中で、選択済みのρ＝０．３，０．２及び１０以外の中継局の通信容量に着目し、その中で最大の容量６．５が見出される。

次のステップＳ７６では前回の最大容量Ｃ_ｋ ^ρと今回の最大容量ＭＡＸ｛Ｃ_ｋ＋１ ^ρ｝とが比較される。今回の最大容量がより大きければ、フローはステップＳ７７に進むが、そうでなければフローはステップＳ７９に進んで終了する。図６の例ではＬ＝３のときの最大容量７．４とＬ＝４のときの最大容量６．５とが比較される。前者は後者より大きいので、フローは終了する。

図６の例ではシステム全体の通信容量は、中継局数を１，２，３のように増やすとそれに応じて増えてゆくが、中継局数を４に増やすとそれが３の場合よりも減ってしまう。従って中継局の最適な組み合わせは(I₁,I₂,I₃)=(12-5,12-7,12-4)であり、中継局数Lは３である。このように本実施例によれば、クラスターに分けることで中継候補数を減らすことができ、最適な組み合わせを確実且つ効率的に導出することができる。

本発明の一実施例による通信システムを示す図である。 本発明の一実施例による中継局選択装置の機能ブロック図を示す図である。 本発明の一実施例による通信方法のフローチャートを示す図である。 本発明の一実施例による中継局選択装置の機能ブロック図を示す図である。 本発明の一実施例による統合パスロス係数のクラスター分類例を示す図である。 本発明の一実施例で使用されるルックアップテーブルの一例を示す図である。 本発明の一実施例による中継局選択方法のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１１ ソースノード
１２−１〜Ｋ 中継局
１３ 目的ノード
２０ 中継局選択装置
２２ パターン生成部
２３ 通信容量算出部
２４ 複合行列生成部
２５ 容量計算部
２６ パターン選択部
４０ 中継局選択装置
４１ 中継局分類部
４２ クラスター選択部
４４ ルックアップテーブル
４５ 中継局選択部
Ｈ_ｋ 後方チャネルのチャネル行列
Ｇ_ｋ 前方チャネルのチャネル行列
λ^ＢＣ _ｋ 後方チャネルのパスロス係数
λ^ＦＣ _ｋ 前方チャネルのパスロス係数
Ｈ，Ｇ 複合行列
λ_ｋ 統合パスロス係数

Claims (12)

1. 複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムで使用される中継局選択装置であって、
   ソースノード及び中継局間の後方チャネルのパスロス係数並びに中継局及び目的ノード間の前方チャネルのパスロス係数を示す信号を複数の中継局から受信する手段と、
   複数のチャネル行列をそれぞれ含む第1及び第２の複合行列を生成する手段と、
   第１，第２の複合行列及び複合行列の共役転置行列から導出される正方行列を含む行列の行列式を算出する手段と、
   １以上の中継局の候補を含む組み合わせの各々についての行列式に基づいて算出された通信容量を比較し、１つの組み合わせを選択する手段と、
   選択された組み合わせに含まれる中継局及び中継局数を示す信号を１以上の中継局に送信する手段と、
   を備えることを特徴とする中継局選択装置。
2. ソースノードに設けられることを特徴とする請求項１記載の中継局選択装置。
3. 前記複合行列を生成する手段が、後方チャネルのチャネル行列及びパスロス係数の積を複数個含む第1の複合行列と、前方チャネルのチャネル行列及びパスロス係数の積を複数個含む第２の複合行列とを生成する
   ことを特徴とする請求項１記載の中継局選択装置。
4. 前記受信する手段が、後方及び前方チャネルのチャネル行列を示す信号も中継局の候補から受信する
   ことを特徴とする請求項１記載の中継局選択装置。
5. 前方及び後方チャネルのパスロス係数の積の関数で表現される統合されたパスロス係数を中継局の候補の各々について算出する手段を更に有する
   ことを特徴とする請求項１記載の中継局選択装置。
6. 所定の数値範囲に属する統合されたパスロス係数に対応する中継局の候補を選択する選択手段を更に有する
   ことを特徴とする請求項５記載の中継局選択装置。
7. 前記組み合わせに含まれる中継局の候補が、前記選択手段で選択された中継局の候補に限定される
   ことを特徴とする請求項６記載の中継局選択装置。
8. 中継局と中継局数と通信容量との対応関係を示すテーブルを格納する記憶手段を更に有する
   ことを特徴とする請求項１記載の中継局選択装置。
9. 複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムで使用される中継局選択方法であって、
   ソースノード及び中継局間の後方チャネルのパスロス係数並びに中継局及び目的ノード間の前方チャネルのパスロス係数を示す信号を複数の中継局から受信するステップと、
   複数のチャネル行列をそれぞれ含む第1及び第２の複合行列を生成するステップと、
   第１，第２の複合行列及び複合行列の共役転置行列から導出される正方行列を含む行列の行列式を算出するステップと、
   １以上の中継局の候補を含む組み合わせの各々についての行列式に基づいて算出された通信容量を比較し、１つの組み合わせを選択するステップと、
   選択された組み合わせに含まれる中継局及び中継局数を示す信号を１以上の中継局に送信するステップと、
   を有することを特徴とする中継局選択方法。
10. 前記１つの組み合わせを選択するステップが、
    中継局と中継局数と通信容量との対応関係を示すテーブルを参照し、ある中継局数に対応する通信容量を比較して１つの中継局を選択し、より多くの中継局数に対応する通信容量を比較して別の中継局を選択するステップと、
    選択された前記１つの中継局に対応する通信容量が選択された前記別の中継局に対応する通信容量より多かったならば、前記より多くの中継局数及び前記別の中継局は無線信号の伝送に採用しないことを決定するステップと、
    を有することを特徴とする請求項９記載の中継局選択方法。
11. 複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムで使用される中継局選択方法であって、
    各中継局がソースノード及び中継局間の後方チャネルのチャネル行列並びに中継局及び目的ノード間の前方チャネルのチャネル行列を推定するステップと、
    上記の複数のチャネル行列をそれぞれ含む第1及び第２の複合行列を生成するステップと、
    第１，第２の複合行列及び複合行列の共役転置行列から導出される正方行列を含む行列の行列式を算出するステップと、
    １以上の中継局の候補を含む組み合わせの各々についてのチャネル行列式の推定値に基づいて算出された通信容量を比較し、１つの組み合わせを選択するステップと、
    選択された組み合わせに含まれる中継局及び中継局数を示す信号を１以上の中継局に送信するステップと、
    を有することを特徴とする中継局選択方法。
12. 複数の中継局を通じてソースノードから目的ノードへ無線信号を伝送する通信システムで使用される中継局選択方法であって、
    ソースノードが各中継局との間の後方チャネルの共分散行列を各中継局に送信するステップと
    目的ノードが各中継局との間の前方チャネルの共分散行列を各中継局に送信するステップと、
    上記の複数のチャネル行列をそれぞれ含む第1及び第２の複合行列を生成するステップと、
    第１，第２の複合行列及び複合行列の共役転置行列から導出される正方行列を含む行列の行列式を算出するステップと、
    １以上の中継局の候補を含む組み合わせの各々についてのチャネル行列式の推定値に基づいて算出された通信容量を比較し、１つの組み合わせを選択するステップと、
    選択された組み合わせに含まれる中継局及び中継局数を示す信号を１以上の中継局に送信するステップと、
    を有することを特徴とする中継局選択方法。

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