JP4875504B2 - Ｏｆｄｍａ無線システム及び中継局 - Google Patents

Description

本発明は、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）方式の信号を中継するための中継局等に関する。

現在、Mobile WiMAXと称されるIEEE802.16e規格の実用化が進められている（例えば非特許文献１参照。）。またそのようなモバイル環境においてマルチホップを行うためのIEEE802.16jの規格化が検討されている（例えば非特許文献２及び４参照。）。

また、基地局からの第１無線周波数帯の電波を受信し、異なる第２無線周波数帯に変換して端末に送信するＯＦＤＭ方式の無線中継器が知られる（例えば特許文献１参照。）。

特開２００２−１１１５７１ IEEE Computer Society, IEEE Microwave Theory and Techniques Society、"IEEE Standard for Local and metropolitan area networks,Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems (IEEE802.16e-2005)"、[online]、2006年2月28日、IEEE、［平成18年12月21日検索］、インターネット＜URL：http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.16e-2005.pdf＞ Relay Task Group of IEEE 802.16、"Baseline Document for Draft Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems, Multihop Relay Specification（IEEE 802.16j-06/026r1）"、[online]、2006年12月1日、［平成18年12月21日検索］、インターネット＜URL：http://www.ieee802.org/16/relay/docs/80216j-06_026.pdf＞ Zou Wei, Jimin Liu, Shan Jin, Gang Shen, Kaibin Zhang、"Neighborhood Discovery and Topology Learning（IEEE C802.16j-06/287）"、[online]、2006年11月8日、IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group、［平成18年12月21日検索］、インターネット＜URL：http://www.ieee802.org/16/relay/contrib/C80216j-06_287.pdf＞ Hyukjoon Lee, Hyun Park, Yong-Hoon Choi, Young-uk Chung, Seung hyong Rhee, Yong Su Lee, Young-il Kim、"Link Adaptive Multi-hop Path Management for IEEE 802.16j（IEEE C802.16j-06/296）"、[online]、2006年11月8日、IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group、［平成18年12月21日検索］、インターネット＜URL：http://www.ieee802.org/16/relay/contrib/C80216j-06_296.pdf＞

しかしながら、従来の特許文献１の無線中継器では、基地局用に割当てられた第１無線周波数帯の帯域幅を維持し、周波数のみ変換して中継エリアに再送信するために、２つの搬送波が必要となる。従って、１搬送波の占有帯域幅が10MHz以上となりうる広帯域移動無線通信システムに用いると、周波数資源が有効利用できないという問題があった。

本発明は、上述した背景からなされたものであり、周波数資源が有効利用することができるＯＦＤＭＡ無線システム及び中継局等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかるＯＦＤＭＡ無線システム及び中継局は、
加入者局と、１乃至複数の中継局と、加入者局や中継局を収容する基地局とを備えるＯＦＤＭＡ無線システムにおいて、
前記中継局（ＲＳ）は、前記中継局が属する基地局（ＭＲ−ＢＳ）が使用する搬送波に含まれる複数のサブキャリアのうち、当該基地局が送信または受信しないサブキャリア上及び時間上の領域内において測定した雑音＋同一チャネル干渉電力の小さな一部のサブキャリアを、当該領域において当該中継局に属する加入者局との間の送信または受信に用い、
前記基地局は、搬送波に含まれるサブキャリアの全てを用いている状態で当該基地局の配下に初めて中継局が出現したときに、用いるサブキャリアの数を減らした時間を設けることを特徴とする。

また、加入者局と、１乃至複数の中継局と、加入者局や中継局を収容する基地局とを備えるＯＦＤＭＡ無線システムに用いられ、上流局となる基地局若しくは中継局と、下流局となる加入者局若しくは中継局との間の中継をＭＡＣ層で行う中継局であって、
夫々独立したアンテナを有し、ＯＦＤＭＡ無線システムの無線信号の送受信を行うとともに、ＲＳＳＩを測定する複数のレイヤ１処理部（１、２）と、
前記レイヤ１処理部の夫々に、上流局からの下り信号のＲＳＳＩを測定させて、当該ＲＳＳＩが最大のレイヤ１処理部を前記上流局との通信用に割当て、他のいずれかのレイヤ１処理部を下流局との通信用に割当てるとともに、
前記下流局との通信用に割当てられたレイヤ１処理部に、前記上流局が使用する搬送波に含まれる複数のサブキャリアセットの雑音＋同一チャネル干渉電力を、前記上流局が送信しないサブキャリア上及び時間上の領域内において測定させて、当該干渉電力の小さな１つのサブキャリアセットを、当該領域においてのみ前記下流局への送信に使用させるレイヤ２処理部（３）と、を備える。

本発明にかかるＯＦＤＭＡ無線システム及び中継局等によれば、移動機の受信端において、無線基地局の送信信号と無線中継局の送信信号が混信することなく、無線基地局と同じ搬送波を使用して、周波数資源が有効を利用することができる。

以下の説明は、IEEE802.16に規定されているＯＦＤＭＡ物理層を用いることを前提とし、本例の説明に用いる術語の定義は、特に断らない限り当該規定に従うものとする。
また、各実施例で説明する構成の全ての組み合わせが本発明に必須であるとは限らない。また各実施例の特徴の任意の組み合わせや、引用した従来技術との組み合わせも本発明に含まれうる。

先ず、本発明の理解を助けるために、ＯＦＤＭＡシステム、およびＯＦＤＭＡにおける副搬送波の棲み分けの類型について説明する。
図１は、ＯＦＤＭＡシステムの概略図である。ＯＦＤＭＡは、副搬送波毎、及びＯＦＤＭシンボル毎に異なるユーザに割当てることでユーザ多重を行ったアクセス方式である。ＯＦＤＭＡシステムは、無線基地局(ＢＳ)と、ＭＳと、無線中継局(ＲＳ)とから構成され、ＭＳを所持するユーザは、直接あるいは間接的にＢＳにアクセスすることで通信を行う。

有限の収容エリアを形成する無線基地局(ＢＳ)は、収容エリアに隙間が生じないような密度で設置されるのが理想であるが、バックボーンに接続されずにＢＳとＭＳの中継を行うＲＳを用いてエリアを展開したほうが、初期投資費用の点において優れている。
無線中継局(ＲＳ)を配下に従えてマルチホップリレーを行わせることができる無線基地局を特にＭＲ−ＢＳと称す。

図２は、無線基地局(ＭＲ−ＢＳ)と無線中継局(ＲＳ)とで物理層資源の棲み分けを行う際のフレーム構成を分類した図である。横軸はＯＦＤＭＡシンボル（つまり時間）、縦軸はサブチャネル(つまり周波数)を示している。１搬送波中に複数（例えば1024本）の副搬送波が存在し、その中から複数の副搬送波を連続あるいは不連続に取り出して束ねたものをサブチャネルとする。従って縦軸のサブチャネルは周波数上で必ずしも連続しているとは限らない。また図１ではＭＲ−ＢＳとＲＳとで送信フレームが同期している場合を示したが、これに限定するものではない。

図２(ａ)は、ＭＲ−ＢＳとＲＳとにおいて、サブチャネルを異ならせて棲み分けを行うフレームを示し、図２(ｂ)は、ＯＦＤＭＡシンボルを異ならせて棲み分けを行うフレームを示し、縦軸図２(ｃ)は、サブチャネルとＯＦＤＭＡシンボルとの組み合わせにより棲み分けを行うフレームを示している。
(ａ)から(ｃ)に共通することは、１つの搬送波の中で、ＭＲ−ＢＳとＲＳとで使用する資源が重複しないように、棲み分けがなされていることである。

以下、実施例１にかかるＯＦＤＭＡシステムを説明する。本例のＯＦＤＭＡシステムは、無線中継局(ＲＳ)が２つのアンテナを備え、一方を無線基地局(ＭＲ−ＢＳ)側、他方をＭＳ側に割り当て、また直属の上流局(ＭＲ−ＢＳ若しくはＲＳ)と異なる部分周波数（セグメント）を下流局(ＭＳ若しくはＲＳ)との通信に用いる点などを特徴とする。
実施例１のＯＦＤＭＡシステムの構成は、図１と同等とし、複信方式にはＴＤＤ（Time Division Duplex）若しくはＨＦＤＤ(Half Frequency Division Duplex)を用いる。

図３は、本実施例のＲＳの機能概略図である。本例のＲＳはレイヤ１処理部１と、レイヤ１処理部２と、レイヤ２処理部３とを備える。
レイヤ１処理部１及び２は、ほぼ同一の構成であって、それぞれアンテナ１１と２１、ＲＦ部１２と２２、ＰＨＹ信号処理部１３と２３を備える。レイヤ１は物理層（ＰＨＹ）を意味する。

アンテナ１１、２１は、ＭＲ−ＢＳとの伝播路若しくは伝播路特性が異なるような、互いに独立したアンテナであり、指向性を有しても有しなくてもよい。一例として偏波特性を異ならせても良い。特に見通し通信（ＬＯＳ：Line Of Site）が可能な場合、一方のアンテナを、直属の上流局(ＭＲ−ＢＳ若しくはＲＳ)の向きに対し利得が高くなる指向性アンテナにし、他方のアンテナを、当該ＲＳが収容するエリアに対し利得が高くなる指向性アンテナにするとよい。或いは、２つのアンテナ間に着脱可能な反射板を設け、ＲＳとして使用するときはアンテナ間の結合量を小さくし、ＢＳに転用したときは反射板を取り外してＭＩＭＯ動作できるようにしてもよい。
ＲＦ部１２、２２は、送信信号や受信信号の増幅や、周波数変換や、チャネル（キャリア）選択や、それらの制御等を行うフロントエンド部である。
ＰＨＹ信号処理部１３、２３は、後述するように送信信号に対しインターリブ処理、符号化処理、ＦＦＴ処理などの物理層の信号処理を行い、受信信号に対してはその逆の処理を行う。

レイヤ２処理部３は、ＭＡＣ（Medium Access Control）を行う部分であって、送信信号に対し、上位レイヤから入力されたパケットのヘッダを圧縮し、ＭＡＣ―ＰＤＵ（MAC-Protocol Data Units）を作成し、１乃至複数のＭＡＣ−ＰＤＵを結合してバースト（後述する）という単位で出力し、受信信号に対してはその逆の処理を行う。また、物理層のための適応リンク制御、ＱｏＳ制御、ネットワークへの参加や切断の制御を行い、それらに必要な情報信号（後述するＦＣＨ、ＭＡＰ、レインジング、ＭＡＣメッセージ、等）をレイヤ１処理部１並び２と入出力する。ＲＳにおいてはまた、一方のレイヤ１処理部から入力されたＭＡＰやバーストをレイヤ２レベルで再構成し、他方のレイヤ１処理部に中継する機能等を備える。レイヤ２処理部３の機能は、Network ProcessorやＭＰＵ（Micro Processing Unit）とそのソフトウェアで実現されることが多い。

図４は、ＰＨＹ信号処理部１３、２３の内部構成図である。図４は伝送データの流れを主に説明するものであって、通常備えうる制御線などは省略されている。
ランダマイザ１３１は、バースト誤り耐性を改善するために、レイヤ２処理部３から入力されたバーストをランダム化して出力する。
ＦＥＣエンコーダ１３２は、受信側で前方誤り訂正を行うために、ランダマイザ１３１からの入力信号を冗長符号化して出力する。符号化率はレイヤ２処理部３から与えられる。

マッパー１３３は、レイヤ２処理部３からの指示に従い、入力された符号を変調シンボルに変換し、対応するＯＦＤＭシンボル及び各サブチャネル（ビン）に割当てる。
ＩＦＦＴ１３４は、マッパー１３３から入力された変調シンボルを、ＩＦＦＴにより時間領域信号に変換し、ＯＦＤＭシンボルとして出力する。
ＣＰ付加器１３５は、ＩＦＦＴ１３４から入力されたＯＦＤＭシンボルに、ＣＰ（Cyclic Prefix）を付加し、送信信号としてＲＦ部１２等に出力する。

ＣＰ除去器１３７は、ＣＰの相関検出などによりＯＦＤＭシンボル同期を確立し、適切なＦＦＴサイズでＯＦＤＭシンボルを切り出して出力する。
ＦＦＴ１３８は、ＣＰ除去器１３７から入力されたＯＦＤＭシンボルを、ＦＦＴにより周波数領域信号に変換し、各副搬送波の変調シンボルを出力する。
回り込みキャンセラ１３６は、他方のレイヤ１処理部１又は２のマッパー１３３から入力された変調シンボルをトレーニング信号として、ＦＦＴ１３８から入力された各副搬送波の変調シンボルに重畳している回り込み信号の位相回転量、利得を副搬送波毎に算出し、この算出値とトレーニング信号から回り込み信号のレプリカを作り出し、ＦＦＴ１３８の変調シンボルから差し引くことで、他方のアンテナから回り込む送信信号を打ち消す。回り込みキャンセラ１３６の内部構成を図８に示す。図８の回り込みキャンセラ１３６では、回り込みは１セグメント（後述する）内で発生するものとして、キャンセルするセグメントの切り出しを行っている。

等化器１３９は、回り込みキャンセラ１３６から入力された各副搬送波の変調シンボルに対し、周波数領域の伝播路特性Ｈ(ω)をそれぞれ乗算することで、ＯＦＤＭシンボルの等化を行う。伝播路特性は、副搬送波中に周波数（及び時間）上で分散して存在する既知のパイロットキャリアを基準として推定し、パイロットキャリアが存在しない部分については補間する。この補間は、当該変調シンボルを送信した局毎に行い、位相回転も補償する（つまりＨ(ω)を複素数とする）場合は、位相の補間は遅延時間換算で行う。また、伝播路推定の結果により、ＯＦＤＭシンボル同期が修正されうる。また、ＭＩＭＯを行う場合は、送受信する複数のアンテナ間の伝播路に対応して、複数の伝播路特性が推定されうる。

ＲＳＳＩ測定部１４０は、ＦＦＴ１３８から入力された各副搬送波の変調シンボルであって、フレームの先頭に位置する既知のプリアンブルに対し、その電力等を測定し、（１シンボル当りの）ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）やＣＩＮＲ（Carrier toInterference-plus-Noise Ratio）を計算して出力する。
デマッパ１４１は、等化器１３９から入力された変調シンボルに対し、マッパー１３３と逆の処理を行って符号を出力する。
ＦＥＣデコーダ１４２は、デマッパ１４１から入力された符号を誤り訂正復号して出力する。
デランダマイザ１４３は、ＦＥＣデコーダ１４２から入力された信号に対し、ランダマイザ１３１と逆の処理を行って元のバーストデータをレイヤ２処理部３に出力する。

図４は、ＲＳのＰＨＹ信号処理部１３等として説明したが、回り込みキャンセラ１３６を備えた点を除けば、ＭＲ−ＢＳ、ＭＳと同等である。そのため、レイヤ２処理部３のファームウェアの変更により、ＭＲ−ＢＳとＲＳを切り替えることもできる。
ＰＨＹ信号処理部１３等は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で実現されることが多い。

次に、新たなＲＳの設置から中継動作を行うまでに、本例のＲＳ及びＭＲ−ＢＳのＭＡＣ層及び物理層で必要となる動作を順を追って説明する。
本例の動作では、ＲＳの電源投入後にＲＳが近隣のＭＲ−ＢＳ等を見つけて自己の存在を登録する過程１と、登録を受けたＭＲ−ＢＳ等が必要に応じ副搬送波のセットを変更する過程２と、過程２を受けてＲＳがＭＲ−ＢＳ等と適切なアンテナで無線及びＭＡＣリンクを再確立する過程３と、ＲＳが干渉を測定しＭＳ等との通信に用いる副搬送波のセットやフレーム長を決定する過程４と、中継動作を行う過程５とを行う。

まず、上記過程１の詳細を説明する。過程１の処理は主にＲＳ側で行われる。
最初に過程１０１として、ＲＳの電源を投入する。
次に過程１０２として、レイヤ１処理部１が、適宜ＭＡＣ層からの指示を受けて任意のＭＲ−ＢＳやＲＳが送信している搬送波を探す。例えば、受信周波数を掃引し、ＣＰ除去部１３７でＯＦＤＭシンボル同期が取得できた場合、その周波数に搬送波が存在すると推定する。
次に過程１０３として、レイヤ１処理部１は、過程１０３で見つかった搬送波においてシンボルタイミング及びフレームタイミング同期を行い、受信したフレームに定期的に含まれるＤＣＤ（Downlink Channel Descriptor）及びＵＣＤ（Uplink Channel Descriptor）を検出し、変調方式などのパラメータを取得し、当該ＭＲ−ＢＳ等の送信フレーム（後述する図６参照）を復調できる状態にする。復調できなければ過程１０１に戻って搬送波を探す。
次に過程１０４として、レイヤ１処理部１のＲＳＳＩ測定部１４０が、当該ＭＲ−ＢＳ等の送信フレームに含まれるプリアンブルのＲＳＳＩを測定してレイヤ２処理部に報告するとともに、レイヤ２処理部３はそのＲＳＳＩをＲＳＳＩ１として記憶する。
次に過程１０５として、他方のレイヤ１処理部２が、過程１０２から１０４と同様の処理を行い、レイヤ２処理部３がＲＳＳＩ２を記憶する。

次に過程１０６として、レイヤ２処理部３は、記憶しているＲＳＳＩ１とＲＳＳＩ２を比較し、値の大きい方に対応するレイヤ１処理部１又は２を上流局（ＭＲ−ＢＳ等）との通信に使用するレイヤ１処理部として決定する。決定されたレイヤ１処理部を以後、レイヤ１処理部（ＢＳ用）と称し、他方のレイヤ１処理部をレイヤ１処理部（ＭＳ用）と称す。この処理は、アンテナ１１等に指向性アンテナを用いたときに威力を発揮する。
次に過程１０７として、レイヤ１処理部（ＢＳ用）は、ＭＲ−ＢＳ等が送信しているフレームを受信し復調する。
最後に過程１０８として、レイヤ２処理部３は、レイヤ１処理部（ＢＳ用）を用いてＭＲ−ＢＳ等に自局（ＲＳ）の存在を登録する。具体的には、送信電力を徐々に上げながら初期レインジングメッセージを送信し、ＭＲ−ＢＳからレインジング成功の応答があったら、次に機能要求メッセージを送信し、ＭＲ−ＢＳから機能ネゴシエーション成功の応答があったら、ＭＲ−ＢＳと鍵交換による認証を行い、最後に登録要求メッセージを送信しＭＲ−ＢＳからの登録応答を確認する。
ＭＲ−ＢＳとＲＳ間の電波伝搬環境として見通し通信を想定すると、上述のような選択方式でも適切に選択することができる。

次に、上記過程２の詳細を説明する。過程２の処理は主にＭＲ−ＢＳ側で行われる。
最初に過程２０１として、過程１０８のメッセージを受信したＭＲ−ＢＳは、現在ＭＲ−ＢＳが使用可能な副搬送波（あるいはサブチャネル）の全て用いて送信している（例えば（Full usage of subchannels）ならば、副搬送波を複数（例えば３）のセットにセグメント化し、そのうちの１セットのみを用いてDLSub-frame（後述する図５参照）を送信する区間を設ける。もし既に１セットのみで送信を行っている場合は、変更は必要ない。送信に用いる１セットは、セル設計時に予め定めたものか、当該ＭＲ−ＢＳにおいてＣＩＮＲ等が最も良いものを用いる。

図５は、本例のサブチャネルのセグメント化を示す図であり、非特許文献１の8.4.4.4から抜粋したものである。セグメント化は、同一セル内でセクタを構成することを目的の１つとしている。横軸はＯＦＤＭＡシンボルインデックス、縦軸はサブチャネルインデックスである。複数のサブチャネルは３つのセグメントに分割されて割当てられ、各セグメントの先頭の１シンボル目には各セルＩＤ及び各セグメント固有のプリアンブルが設けられ、その次にＦＣＨ（FrameControl Header）が続く。各セグメントの間にはガードバンドが設けられる。または、各セグメントに割り当てられる副搬送波を複数のサブチャネルに分散させれば、周波数ダイバーシティや隣接セル干渉低減の効果が維持できる。

図６は、本例のＭＲ−ＢＳとＲＳ間、及びＲＳとＭＳ間の無線フレームの一構成例であり、非特許文献２からの抜粋である。図６(ａ)がＭＲ−ＢＳ等とＲＳの間で用いられる無線フレーム（MR-BS Frame）、図６(ｂ)がＲＳとＭＳ等の間で用いられる無線フレーム（RSFrame）であり、両方ともセグメント化後の１セグメント分を示している。図６(ａ)と(ｂ)は横軸（時間）をそろえて表記しており、本例ではフレーム及びサブフレームタイミングは、ＭＲ−ＢＳとその配下のＲＳの間で同期している。そのため、ＭＲ−ＢＳとＲＳの送信タイミングは重なりうる。

図６(ａ)のMR-BS Frameは、ＭＲ−ＢＳ等からＲＳへ向かうダウンリンクを実現するDL Sub-frameと、ＲＳからＭＲ−ＢＳ等へ向かうアップリンクを実現するUL Sub-frameと、それらの間に挿入されるＴＴＧ／ＲＴＧ（Transmit/Receive Transition Gap）とを備える。
DL Sub-frameは、ＭＳ宛てに送信されるDL Access Zoneと、ＲＳ宛てに送信されるDL Relay Zoneと、ＴＴＧとを備える。DL Sub-frameの最初の１シンボル目には全てプリアンブルに割当てられる。DL Access Zoneは当該プリアンブルに続き、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ、及びユーザ用バースト（図示せず）などのバーストが適宜配置される。バーストとは、同じ符号化率と変調方式で送信されるデータの単位であり、フレーム上ではサブチャネル及びＯＦＤＭＡシンボルが連続的に割り当てられる。またＺｏｎｅとは、使用用途別に区切られた２次元領域である。
ＦＣＨは、ＤＬ−ＭＡＰの符号化種別や長さを示す情報を運んでいる。ＤＬ−ＭＡＰは、DL Sub-frame内（本例では更にDL Access Zone内）の複数のバースト情報を含み、ＵＬ−ＭＡＰは、後続するUL Sub-frame（本例では更にUL Access Zone内）でのバースト情報をＭＳに伝える。
DL Relay Zoneは、プリアンブルを備えない点で異なるほかは、DL Access Zoneとほぼ同様の構成である。DL Relay Zoneには、当該ＭＲ−ＢＳに属する複数のＲＳに対応する複数のバーストが含まれうる。本例では、DL Access ZoneとDL Relay Zoneの少なくとも一方にセグメント化されたゾーンを有する必要がある。
UL Sub-frameは、直属のＭＳが送信を行うUL Access Zoneと、直属のＲＳが送信を行うUL Relay Zoneと、ＲＴＧとを備える。ULAccess ZoneやUL Relay Zoneには、ユーザ用バーストのほか、レインジング及び帯域要求用のサブチャネルや、高速フィードバック用のサブチャネルが適宜設けられる。
ＲＳのレイヤ１処理部（ＢＳ用）は、MR-BS FrameのDL Sub-frameを受信し、UL Sub-frameのUL Relay Zoneでバーストを送信する。

図６(ｂ)のRS Frameは、MR-BS Frameとほぼ同様であり、DL及びULの各Sub Frameは、直接ＭＳ宛てに送信されるAccess Zoneと、更に他のRSで中継されるRelay Zoneを備えうる。ＲＳのレイヤ１処理部（ＭＳ用）は、RS FrameのDL Sub-frameを送信し、ULSub-frameを受信する。つまり、レイヤ１処理部（ＢＳ用）とレイヤ１処理部（ＭＳ用）は、送信と受信を互い違いに行う。

次に、上記過程３の詳細を説明する。過程３の処理は主にＲＳ側で行われる。
最初に過程３０１として、ＲＳ自身の登録後に、ＭＲ−ＢＳがＭＲ−ＢＳフレームのセグメント番号の変化、若しくはセグメントを行っていない状態からセグメントを行う状態への変化の有無を判定し、変化があればレイヤ１処理部１、２の再設定のために以下の処理を続け、変化が無ければ過程３を終了する。変化の有無は、例えばプリアンブルのパターンの判定あるいはＭＲ−ＢＳからのメッセージの受信により行う。
次に過程３０２として、レイヤ１処理部１は、ＭＲ−ＢＳが送信しているフレームタイミングとシンボルタイミングへの再同期を試行し、ＤＣＤを適宜検出して、ＭＲ−ＢＳのフレームが受信できる状態にする。

次に過程３０３として、レイヤ１処理部１のＲＳＳＩ測定部１４０は、ＭＲ−ＢＳが送信しているプリアンブル（図６(ａ)参照）のＲＳＳＩを測定し、レイヤ２処理部３はそのＲＳＳＩをＲＳＳＩ１として記憶する。
次に過程３０４として、レイヤ１処理部２は過程３０３から３０４と同等の処理を行い、レイヤ２処理部３はＲＳＳＩ２を記憶する。
次に過程３０５として、レイヤ２処理部３は、ＲＳＳＩ１とＲＳＳＩ２を比較し、値の大きい方を、ＭＲ−ＢＳとの通信に使うレイヤ１処理部、つまりレイヤ１処理部（ＢＳ用）とし、小さいほうをレイヤ１処理部（ＭＳ用）とする。レイヤ１処理部（ＭＳ用）のフレームタイミングは（この時点では送信も受信もしないが）、レイヤ１処理部（ＢＳ用）のフレームタイミングと同期させる。

過程３の処理は、過程１の時点からセグメントが変更され副搬送波の周波数が異なるプリアンブルに基づきレイヤ１処理部（ＢＳ用）が選択されるので、過程１の選択とは必ずしも一致しない。

次に、上記過程４の詳細を説明する。過程４の処理はＲＳ、ＭＲ−ＢＳの双方で行われる。
最初に過程４０１として、ＲＳのレイヤ２処理部３は、ＭＲ−ＢＳが送信するMR-BS FrameのSegment番号と副搬送波の数が変わるＯＦＤＭＡシンボル位置を把握する。これらは、図６(ａ)のMR-BSFrameのＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰを受信することで、把握することができる。

次に過程４０２として、ＲＳのレイヤ１処理部（ＭＳ用）は、DL Sub-frame期間内であってＭＲ−ＢＳからDL Sub-frameが送信されていない領域において、セグメント毎にＲＳＳＩを測定し、当該セグメントの雑音＋同一チャネル干渉電力を算出する。「雑音＋同一チャネル干渉電力」は、通信を行うとするチャネルにおける、雑音や通信相手ではない他局からの信号電力であり、自局及び通信相手局の双方が送信を行っていない状態での受信電力（ＲＳＳＩ）として定義できる。本例のレイヤ１処理部（ＭＳ用）は厳密にはＭＲ−ＢＳを通信相手としないが、測定方法が同じであるため、雑音＋同一チャネル干渉電力と称する。測定するシンボルタイミングは、過程４０１で把握したシンボル位置に基づき、レイヤ２処理部３から与えられる。

図７は干渉電力の測定領域を示す図である。図７(ａ)は図２(ａ)に対応し、図７(ｂ)は図２(ｃ)に対応する。本例ではセグメント化を前提としており、図６のようにＭＲ−ＢＳとＲＳでDLSub-frameの開始タイミングが同じ場合を考えると、図２(ｂ)は必然的に図７(ｂ)に変更することになる。図７(ｂ)は、図６(ｂ)のRS FrameのDLSub-frameが図６(ａ)のMR-BS FrameのDL Sub-frameに比べて短く、MR-BS Frameの後半（例えばDL Relay Zoneやその後続Zone）において全副搬送波を使う場合に相当する。
図７において、干渉電力の測定領域は、ＭＲ−ＢＳが送信を行っていない各セグメントと同一の領域、つまり周波数の再利用を行わない場合におけるＲＳへの割り当て可能領域として図示したが、必ずしもセグメントの内部全てを測定する必要は無い。また干渉の開始を確認するためにセグメントの外側に当たる前後一定シンボルも測定し、規定の閾値以上の干渉電力が検出されたシンボルはＭＲ−ＢＳが送信を行っていたとして、測定領域から除外するようにしても良い。またUL Sub-frame期間においても同様に、その期間内であってＭＲ−ＢＳに直接属するＭＳからUL Sub-frameが全く送信されていない領域において、雑音＋同一チャネル干渉電力を測定しても良い。

次に過程４０３として、レイヤ２処理部３は、測定したセグメントのうち、測定した雑音＋同一チャネル干渉電力の低いセグメントを、下流局（ＭＳ等）とのDownlink及びUplink通信に使用することを決定する。これにより、隣接する他のＭＲ−ＢＳや既存のＲＳが使用しているセグメントとの競合を回避しながら、複数のＲＳでセグメントの再利用が期待できる。
また、ＯＦＤＭＡシンボル方向の時間領域については、レイヤ１処理部（ＢＳ用）が補足したＭＲ−ＢＳ等が送信するセグメント若しくはサブチャネルに干渉しない位置までとする。例えば図７(ａ)であれば、DL Sub-frameの全時間であり、図７(ｂ)であれば、DL Sub-frameの先頭から、セグメント化が解除される（全サブチャネルを用いる別のZoneに変わる）までの時間である。この領域は、ＦＣＨの情報から特定することもできるが、過程４０２の測定結果が優先され（閾値以上の干渉が測定されたシンボルは領域から除外される）、実環境に即して修正された領域がレイヤ２処理部３に通知される。この領域（サブチャネル方向とＯＦＤＭＡシンボル方向の２次元領域）をＭＳ用送信領域とする。図６(ｂ)のDL-Sub-frameは、このＭＳ用送信領域に設けられる。ＭＳ用送信領域はその後のゾーンサイズの変更等に適応するため、ＦＣＨに基づき更に修正されうる。

次に、上記過程５（中継を伴ったデータ通信）の詳細を説明する。過程５の処理はＲＳ、ＭＲ−ＢＳの双方で行われる。
最初に過程５０１として、下りデータがＭＲ−ＢＳ等からＲＳに送信された場合に、ＲＳのレイヤ１処理部（ＢＳ用）は、ＭＲ−ＢＳ等から図６(ａ)のDL Relay Zone内に存在するＲ−ＦＣＨ、ＤＬ Ｒ−ＭＡＰ、ＵＬ Ｒ−ＭＡＰ等や、このZone内のデータを受信し、これをレイヤ２処理部３に出力する。

次に過程５０２として、ＲＳのレイヤ２処理部３は、受信したDL Relay Zoneを処理し、先に決定したＭＳ用送信領域内にDL Sub-frameをマッピングしなおし、レイヤ１処理部（ＭＳ用）に出力する。つまり、受信したDLRelay Zoneに含まれるバーストのうち、当該ＲＳに直接属するＭＳ向けのバーストをDL Access Zoneに、当該ＲＳに直接属するＲＳ向けのバーストをDLRelay Zoneにマッピングし、ＤＬ―ＭＡＰ等を再作成する。このような中継経路の振り分けを、ルーティング機能と呼ぶ。レイヤ１処理部は、レイヤ２処理部３が行ったマッピングに従い、DLSub-frameを送信する。図６(ｂ)に示したように、ＲＳがＭＳ宛てにDownlinkのフレームを送信できる期間は、PreambleからRelay TTGまでの間である。

その後、過程５０３として、ＲＳに属するＭＳ等が出現し、ＵＬ−ＭＡＰによりＭＳ等にバーストが割り当てられ、当該ＭＳ等から図６(ｂ)に示したRS FrameのUL Access Zoneにおいて送信が行われた場合、ＲＳのレイヤ１処理部（ＭＳ用）がそれを受信し、レイヤ２処理部３がそれを処理して、レイヤ１処理部（ＢＳ用）がULRelay Zoneにて送信する。

本例に拠れば、無線中継器（ＲＳ）が無線基地局（ＭＲ−ＢＳ）に対する通信するレイヤ１処理部を選択するようにしたので、選択しない場合よりもＲＳとＭＲ−ＢＳ間の通信において高速な伝送が可能になる。特に、無線中継器において指向性アンテナが用いられ、片方がＭＲ−ＢＳ、もう片方が移動端末（MS）が多く存在する方向にアンテナの指向性が向いている場合には、大きな威力を発揮する。
また、ＭＲ−ＢＳが、その配下にはじめてＲＳが登録された時に全副搬送波を送信している状態であった場合、プログラム等により自動的にＭＲ−ＢＳがセグメントを行う状態に移行するようにしたので、無線基地局（MR-BS）の送信に関する再設定を人間が行う必要がなくなる。
また、ＲＳが、ＭＲ−ＢＳが送信していない領域の雑音＋同一チャネル干渉電力を測定し、その測定値に基づき、ＲＳとＭＳ間の通信を行うSegment番号とＭＳ用送信領域を選択することにより、ＲＳとＭＳ間のよりよい通信品質を確保することができる。特に、基地局ゾーン設計が行われているような状況では、大きな威力を発揮する。つまり、基地局ゾーン内で複数のＲＳが同一キャリア中の限られたセグメントを適切に再利用し、隣接基地局ゾーンとの干渉も抑えることができる。このようなゾーン設計は部分周波数繰り返し（FractionalFrequency Reuse）プランと呼ばれる。
ＲＳは電源を入れるだけで、ＭＳと通信するSegment番号やフレーム長などの物理層のパラメータを自立的に決定するので、ＲＳの立ち上げに関する工事時間を大幅に減少させることができる。

なお、本例のＲＳは、中継先としてＭＳに限らず固定局も含めたＳＳ（加入者局）に適用できることは明らかである。またレイヤ１処理部１及び２の選択基準として、ＲＳＳＩを用いるものに限らず、ＣＩＮＲやその他の受信品質を示す情報を用いてよい。

本実施例２のＯＦＤＭＡシステムは、ＭＲ−ＢＳが複数（例えば２）のセグメント若しくＦＵＳＣを用いて送受信を行い、配下の各ＲＳは特定の１セグメントのみを用いて送受信を行うようにした点などで、実施例１と異なり、他の言及しない点は実施例１と同等である。

本例は、実施例１の過程２０１の替わりに、過程２２１を行う。過程２２１において、ＭＲ−ＢＳは、例えば、初期起動時若しくは過程１０８のメッセージを受信した時に、副搬送波のセグメント化を行い、その中から干渉が最小のセグメント若しくは既定のセグメント（以下、第１セグメントという）と、第１セグメントを除いて干渉が最小のセグメント（以下第２セグメントという）を選択する。干渉は雑音＋同一チャネル干渉電力や、その他の公知の指標を用いて測定する。そして、当該選択された複数セグメントを用いてDL Sub-frameの送信及びUL Sub-frameの受信を行う。特に、第１セグメントでは図６(ａ)のようなRelay Zoneを有するフレームを用いて、当該ＭＲ−ＢＳからの距離が遠いＲＳやＭＳ向けのバーストを割り当て、第２セグメントでは、例えばRelayZoneを有しないフレームを用いて、当該ＭＲ−ＢＳからの距離が近いＭＳ向けのバーストを割り当てる。第２セグメントのバーストは比較的低電力で送信される。

また実施例１の過程４０２の替わりに、過程４２２を行う。過程４２２において、ＲＳのレイヤ１処理部（ＭＳ用）は、全セグメント毎にＲＳＳＩを測定し、単純にその値を当該セグメントの雑音＋同一チャネル干渉電力とする。測定の間、ＲＳのレイヤ１処理部（ＭＳ用）及び（ＢＳ用）はともに送信を行わない。測定するシンボルタイミングは、フレーム内において当該レイヤ１処理部（ＭＳ用）が送受信を行うことが予想される期間（例えばマルチリレーを行わない場合は、DL及びUL Sub-frameの前半）とする。
これにより、過程４０３では、もしレイヤ１処理部（ＢＳ用）が捕捉したＭＲ−ＢＳ以外の干渉が無ければ、当該ＢＲ−ＢＳが送信に用いていないセグメント（以下第３セグメントという）が選択されるが、第３セグメントを使用している他のＢＳ等が近くに存在する場合、第２セグメントが選択されることもある。

本例に拠れば、ＭＲ−ＢＳが複数のセグメントを用いるようにしたので、収容能力が向上する。また、ＲＳ付近のＭＳにおける、ＭＲ−ＢＳとＲＳとからのDL Sub-frameの干渉や、ＲＳにおける、ＲＳが中継するＭＳと中継しないＭＳとからのUL Sub-frameの干渉が、セグメントを異ならせることにより防ぐことができる。

ＯＦＤＭＡシステムの概略図 無線基地局(ＭＲ−ＢＳ)と無線中継局(ＲＳ)とで物理層資源の棲み分けを行う際のフレーム構成を分類した図 実施例１のＲＳの機能概略図 実施例１のＰＨＹ信号処理部１３、２３の内部構成図 実施例１のサブチャネルのセグメント化を示す図 実施例１のＭＲ−ＢＳとＲＳ間、及びＲＳとＭＳ間の無線フレームの構成図 実施例１のＲＳが行う干渉電力の測定領域を示す図 実施例１の回り込みキャンセラ１３６の内部構成図

符号の説明

１…レイヤ１処理部
２…レイヤ１処理部
３…レイヤ２処理部
１１、２１…アンテナ
１２、２２…ＲＦ部
１３、２３…ＰＨＹ信号処理部
１３０…ＭＡＣ−ＳＡＰ
１３１…ランダマイザ
１３２…ＦＥＣエンコーダ
１３３…マッパー
１３４…ＩＦＦＴ
１３５…ＣＰ付加器
１３６…回り込みキャンセラ
１３７…ＣＰ除去器
１３８…ＦＦＴ
１３９…等化器
１４０…ＲＳＳＩ測定部
１４１…デマッパ
１４２…ＦＥＣデコーダ
１４３…デランダマイザ

Claims (2)

1. 加入者局と、１乃至複数の中継局と、加入者局や中継局を収容する基地局とを備えるＯＦＤＭＡ無線システムにおいて、
   前記中継局は、前記中継局が属する基地局が使用する搬送波に含まれる複数のサブキャリアのうち、当該基地局が送信または受信しないサブキャリア上及び時間上の領域内において測定した雑音＋同一チャネル干渉電力の小さな一部のサブキャリアを、当該領域において当該中継局に属する加入者局との間の送信または受信に用い、
   前記基地局は、搬送波に含まれるサブキャリアの全てを用いている状態で当該基地局の配下に初めて中継局が出現したときに、用いるサブキャリアの数を減らした時間を設けることを特徴とする、ＯＦＤＭＡ無線システム。
2. 加入者局と、１乃至複数の中継局と、加入者局や中継局を収容する基地局とを備えるＯＦＤＭＡ無線システムに用いられ、上流局となる基地局若しくは中継局と、下流局となる加入者局若しくは中継局との間の中継をＭＡＣ層で行う中継局であって、
   夫々独立したアンテナを有し、ＯＦＤＭＡ無線システムの無線信号の送受信を行うとともに、ＲＳＳＩを測定する複数のレイヤ１処理部と、
   前記レイヤ１処理部の夫々に、上流局からの下り信号のＲＳＳＩを測定させて、当該ＲＳＳＩが最大のレイヤ１処理部を前記上流局との通信用に割当て、他のいずれかのレイヤ１処理部を下流局との通信用に割当てるとともに、
   前記下流局との通信用に割当てられたレイヤ１処理部に、前記上流局が使用する搬送波に含まれる複数のサブキャリアセットの雑音＋同一チャネル干渉電力を、前記上流局が送信しないサブキャリア上及び時間上の領域内において測定させて、当該干渉電力の小さな１つのサブキャリアセットを、当該領域において前記下流局への送信に使用させるレイヤ２処理部と、を備える中継局。

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