JP5036870B2 - 通信装置および無線通信システム - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態の無線通信システムの構成例および基本的な信号伝送動作を示す図である。図1に示した無線通信システムは、送信側の通信装置である端末Tと、受信側の通信装置である基地局BSと、端末Tから送信させた信号を基地局BSへリレー伝送する複数のリレー装置(リレー装置R1,R2,R3)により構成される。なお、端末Tおよび各リレー装置Rは、無線装置であれば移動端末、常時電源に接続された端末、パーソナルコンピュータのいずれであっでも構わない。図1では、端末Tから送信された信号をリレー装置R1がリレー伝送する場合を示している。
つづいて、実施の形態2について説明する。実施の形態1では、主に、単一のリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明したが、本実施の形態では、複数のリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明する。なお、各リレー装置の構成は実施の形態1で示したリレー装置(図4参照)と同じである。
つづいて、実施の形態3について説明する。実施の形態2では、複数のリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明したが、本実施の形態では、複数のアンテナ(複数の送受信系)を有するリレー装置を利用して行うリレー伝送について説明する。なお、本実施の形態のリレー装置の構成は、複数のアンテナを有する点を除いて実施の形態1のリレー装置と同様である。たとえば、図4に示した送信/受信系をアンテナと同じ数だけ備える。
つづいて、実施の形態4について説明する。本実施の形態では、上述した実施の形態1〜3のリレー伝送を行うにあたって、端末およびリレー装置が信号送信に使用する周波数を効率的に割り当てる方法について示す。
つづいて、実施の形態5について説明する。本実施の形態では、上述した実施の形態1〜4のリレー伝送において、基地局が端末およびリレー装置へ無線リソースの割り当て結果を通知するための制御信号に関して説明する。
つづいて、実施の形態6について説明する。近年、移動体通信システムではスケジューリング機能を備えたOFDMA方式の適用が広く検討されている。一方、今後の移動体通信システム(無線通信システム)では、この従来仕様のインタフェースに大きな変更を求めることなく、リレー伝送を適用できる構成が求められる。そのため、本実施の形態では、マルチキャリア伝送方式においてスケジューリングを行う既存規格のインタフェースに大きな変更を求めることなく導入可能なリレー伝送について説明する。
6−2)基地局BSは、時間スロット1の周波数f0での受信信号と時間スロット2の周波数f1での受信信号に含まれるサウンディング信号を用いて各端末Tkが信号を送信した場合の受信状態を測定する。
6−3)基地局BSは、所定のスケジューリングアルゴリズムを使用し、上記測定結果である受信状態に基づいて、上記サウンディング信号を送信した端末Tkの中からデータ送信に適した端末Tk(送信端末)を選定する。さらに、選定した送信端末がデータ送信時に使用する変調・符号化率(MCS:Modulation&Coding Scheme)を選定する。また、スケジューリング結果(選定した送信端末とMCSの情報を含んだスケジューリング情報)を下りリンクで各端末Tkおよびリレー装置R1に送信する。なお、使用するスケジューリングアルゴリズムについては特に規定しない(既存のどのアルゴリズムを用いてもよい)。
6−4)上記スケジューリング結果が示す端末Tk(選定された端末Tk)は、時間スロットnの周波数f0でデータ信号を送信する。リレー装置R1は、上記スケジューリング結果に従い、端末Tkからの受信信号を時間スロットn+1の周波数f1で増幅送信する。また、基地局BSは、時間スロットn,n+1での受信信号を合成して信号の復調を行う。
以上が本実施の形態のスケジューリング制御を適用した場合のリレー伝送制御手順である。
つづいて、実施の形態7について説明する。本実施の形態では、実施の形態6で示したリレー伝送におけるスケジューリング動作に適用するスケジューリングアルゴリズムの具体例について示す。
k=argk0maxγk0
つづいて、実施の形態8について説明する。リレー伝送では、通常、1つのデータ信号の伝送に複数の時間スロット又は無線リソース単位を必要とする。そのため、リレー伝送はカバレッジをあげるためには有効であるが、無線リソースを効率的に利用しているとは言いがたく、かえってシステム全体として周波数利用効率を低下させている場合も少なくない。そこで、本実施の形態では、このような問題点を解決するリレー伝送について説明する。
Rz≡E[z(q)z(q)H]
=diag[ZB0,G(1)|hRB (1)|2ZR (1)+ZB1 (1),…,G(J)|hRB (J)|2ZR (J)+ZB1 (J)]
である。
Γk=Pkhk HRZ -1hk …(3)
また、hk1 Hhk2=0(k1≠k2)の場合も同様に、次式(4)が成り立つ。
(ケースA:従来のリレー伝送)
端末Tk(k=1,…,K)のうち1つが送信電力Pkで信号を送信し、リレー装置Rが受信信号を基地局BSへ増幅送信する。
(ケースB:本実施の形態のリレー伝送)
端末Tk(k=1,…,K)が同時に送信電力Pkで信号を送信し、リレー装置Rが受信信号を基地局BSへ増幅送信する。
つづいて、実施の形態9について説明する。本実施の形態では、実施の形態8で示したものとは異なる構成のマルチユーザリレー伝送について示す。
つづいて、実施の形態10について説明する。本実施の形態では、上述したマルチユーザリレー伝送にて使用可能なスケジューリング方法を示す。
10−2)基地局BSは、時間スロット1の周波数f0での受信信号と時間スロット2の周波数fjでの受信信号に含まれるサウンディング信号を用いて各端末Tkが信号を送信した場合の受信状態を測定する。
10−3)基地局BSは、所定のスケジューリングアルゴリズムを使用し、上記測定結果である受信状態に基づいて、上記サウンディング信号を送信した端末Tkの中からデータ送信に適した端末Tk(送信端末)の組み合わせを選定する。さらに、選定した送信端末がデータ送信時に使用するMCSを選定する。また、スケジューリング結果(選定した送信端末とMCSの情報を含んだスケジューリング情報)を下りリンクで各端末Tkおよび各リレー装置Rjに送信する。なお、使用するスケジューリングアルゴリズムについては特に規定しない。
10−4)上記スケジューリング結果が示す端末Tk(選定された端末Tk)は、時間スロットnの周波数f0でデータ信号を送信する。リレー装置Rjは、上記スケジューリング結果に従い、端末Tkからの受信信号を時間スロットn+1の周波数fjで増幅送信する。また、基地局BSは、時間スロットnの周波数f0での受信信号と時間スロットn+1の周波数fjでの受信信号を合成して信号の復調を行う。
以上が本実施の形態のスケジューリング制御を適用した場合のマルチユーザリレー伝送制御手順である。
つづいて、実施の形態11について説明する。本実施の形態では、上述したマルチユーザリレー伝送のスケジューリングにおいて送信端末を選定する制御動作の具体例について示す。
11−2)選定されていない全端末Tk(k=1,…,K)を対象として、次式に基づいて送信端末を選定する。具体的には、次式で示した受信SINRΓk|mが最大となる端末Tkを送信端末Tk(m)に選定する。なお、aHはベクトルaの転置共役である。
11−4)m<Mの場合は手順11−2)に戻る。それ以外はmmax=Mとして処理を終了する。ここで、Mは最大可能多重信号数である。
以上の処理により、送信端末Tk(m)(m=1,…,mmax)を順次決定する。
つづいて、実施の形態12について説明する。本実施の形態では、実施の形態8などで示したリレー伝送の有効性、具体的には、複数の端末から同時に送信された信号をリレー伝送するマルチユーザリレー伝送の有効性について説明する。
つづいて、実施の形態13について説明する。本実施の形態では、上述したマルチユーザリレー伝送の変形例について説明する。図29は、実施の形態13のリレー伝送の一例を示す図であり、マルチユーザ伝送の一形態を示している。
つづいて、実施の形態14について説明する。本実施の形態では、上述した実施の形態13の変形例について示す。図32は、実施の形態14のリレー伝送の一例を示す図であり、マルチユーザ伝送の一形態を示している。また、図33は、実施の形態14のリレー伝送を適用した無線通信システムにおける信号伝送動作の一例を示す図である。
つづいて、実施の形態15について説明する。本実施の形態では、リレー装置が増幅送信する際に使用する増幅率の制御方法について説明する。
15−2)基地局は、リレー装置から送信された信号の電力である雑音電力GZR|hRB|2を推定する。
15−3)基地局は、次式(10)とcを比較し、比較結果に基づいて増幅率を決定し、増幅率Gの増減を指示する制御信号をリレー装置へ送信する。
以上の制御により、基地局は各リレー装置が使用する増幅率Gを決定し、各リレー装置は、基地局により決定された増幅率Gを使用することができる。
15−2’)基地局は、リレー装置から送信されたパイロット信号の電力を測定し、その測定電力の1/Fを雑音電力GZR|hRB|2の推定値とする。
2 AD変換部(A/D)
3 FFT部
4 制御部
5 信号変換部
6 IFFT部
7 DA変換部(D/A)
8 ハイパワーアンプ(HPA)
51 バッファ
52 周波数変換部
Claims (32)
- 基地局および端末局とともにマルチキャリア通信対応の無線通信システムを構成し、当該基地局と当該端末局との間で連続する複数の時間スロットを使用して送受信される信号を中継転送する通信装置であって、
連続する所定数のサブキャリアを1つの処理対象として、他の通信装置と協調して転送処理を実行することとし、
前記基地局または前記端末局から送信された信号を、協調して動作する他の通信装置とは異なる時間スロットで受信し、受信した際の周波数とは異なる周波数を利用し、当該受信信号を増幅した上で、当該他の通信装置とは異なる時間スロットで転送することを特徴とする通信装置。 - 前記受信信号を転送する際に使用する周波数は、前記他の通信装置が受信信号を転送する際に使用する周波数と同一であることを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
- 前記受信信号を転送する際に使用する周波数は、前記他の通信装置が受信信号を転送する際に使用する周波数とは異なることを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
- 基地局、端末局、および当該基地局と当該端末局との間で連続する複数の時間スロットを使用して送受信される信号を中継転送するリレー装置により構成されたマルチキャリア通信対応の無線通信システムであって、
前記リレー装置は、
連続する所定数のサブキャリアを1つの処理対象として、他のリレー装置と協調して転送処理を実行することとし、
前記端末局または前記基地局である第1の通信装置から送信された信号を、協調して動作する他のリレー装置とは異なる時間スロットで受信し、受信した際の周波数とは異なる周波数を利用し、当該受信信号を増幅した上で、当該他の通信装置とは異なる時間スロットで第2の通信装置へ転送することを特徴とする無線通信システム。 - 協調して転送処理を行う各リレー装置は、前記第1の通信装置から特定の周波数で連続送信された信号を時間スロットごとに順番に受信し、信号を受信した時間スロットを基準として一定時間後の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項4に記載の無線通信システム。
- 前記各リレー装置は、
前記信号を受信した時間スロットの後続の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 前記各リレー装置は、
前記信号転送処理で共通の送信周波数を利用することを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 前記各リレー装置は、
前記信号転送処理でそれぞれ異なる送信周波数を利用することを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 協調して転送処理を行うリレー装置の中の第1のリレー装置は、前記第1の通信装置から所定の時間スロットである第1の時間スロットで送信された信号を当該第1の時間スロットの後続の時間スロットである第2の時間スロットにて転送し、
協調して転送処理を行うリレー装置の中の前記第1のリレー装置とは異なる第2のリレー装置は、前記第1の通信装置から前記第2の時間スロットで送信された信号を当該第2の時間スロットの後続の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項4に記載の無線通信システム。 - 前記第1のリレー装置および前記第2のリレー装置の少なくとも一方を複数備えることを特徴とする請求項9に記載の無線通信システム。
- 協調して転送処理を行う各リレー装置が使用する周波数の割り当てパターンを予め規定し、各リレー装置および基地局がこれを保持しておき、
基地局は、前記各リレー装置に使用周波数を割り当てる場合、特定リレー装置に対する周波数割り当て結果を各リレー装置に対して通知し、
前記各リレー装置の中の前記特定リレー装置以外のリレー装置は、前記特定リレー装置に対する周波数割り当て結果に基づいて自身に割り当てられた周波数を特定することを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 前記基地局を複数備える場合、
各基地局が管理するセルごとに異なる周波数割り当てパターンを適用することを特徴とする請求項11に記載の無線通信システム。 - 基地局、端末局、および当該基地局と当該端末局との間で連続する複数の時間スロットを使用して送受信される信号を複数のアンテナを使用して中継転送するリレー装置により構成されたマルチキャリア通信対応の無線通信システムであって、
前記リレー装置は、
連続する所定数のサブキャリアを1つの処理対象として転送処理を実行することとし、
前記端末局または前記基地局である第1の通信装置から送信された信号を時間スロットごとに異なるアンテナを使用して受信し、その後、受信した際の周波数とは異なる周波数を利用し、当該受信信号を増幅した上で、時間スロットごとに異なるアンテナを使用して第2の通信装置へ転送することを特徴とする無線通信システム。 - 前記リレー装置は、
各アンテナを利用して、前記第1の通信装置から特定の周波数で連続送信された信号を時間スロットごとに順番に受信し、信号を受信した時間スロットを基準として一定時間後の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項13に記載の無線通信システム。 - 前記リレー装置は、
前記信号を受信した時間スロットの後続の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項14に記載の無線通信システム。 - 前記リレー装置は、
前記各アンテナにて共通の送信周波数を利用することを特徴とする請求項14に記載の無線通信システム。 - 前記リレー装置は、
前記各アンテナにてそれぞれ異なる送信周波数を利用することを特徴とする請求項14に記載の無線通信システム。 - 前記リレー装置は、複数のアンテナの中の第1のアンテナを使用し、前記第1の通信装置から所定の時間スロットである第1の時間スロットで送信された信号を当該第1の時間スロットの後続の時間スロットである第2の時間スロットにて転送し、また、前記複数のアンテナの中の前記第1のアンテナとは異なる第2のアンテナを使用し、前記第1の通信装置から前記第2の時間スロットで送信された信号を当該第2の時間スロットの後続の時間スロットにて転送することを特徴とする請求項13に記載の無線通信システム。
- 前記第1のアンテナおよび前記第2のアンテナの少なくとも一方を複数備えることを特徴とする請求項18に記載の無線通信システム。
- リレー装置が備えている複数のアンテナを同時に利用して行う転送動作において各アンテナで使用する周波数の割り当てパターンを予め規定し、リレー装置および基地局がこれを保持しておき、
基地局は、前記リレー装置に使用周波数を割り当てる場合、特定アンテナに対する周波数割り当て結果を通知し、
前記リレー装置は、前記特定アンテナに対する周波数割り当て結果に基づいて他のアンテナに割り当てられた周波数を特定することを特徴とする請求項14に記載の無線通信システム。 - 前記基地局を複数備える場合、
各基地局が管理するセルごとに異なる周波数割り当てパターンを適用することを特徴とする請求項20に記載の無線通信システム。 - 前記第1の通信装置は、同一時間スロットの同一周波数を利用して、既知信号成分を含んだ複数の信号を多重送信し、
前記リレー装置は、前記第1の通信装置からの受信信号を前記第2の通信装置へ転送し、
前記第2の通信装置は、前記リレー装置からの受信信号に含まれる既知信号成分に基づいて、多重化されている各信号を分離することを特徴とする請求項13に記載の無線通信システム。 - 前記第1の通信装置は、同一時間スロットの異なる周波数を利用して、既知信号成分を含んだ複数の信号を送信し、
前記リレー装置は、前記第1の通信装置からの各受信信号を合成し、得られた多重化信号を前記第2の通信装置へ送信し、
前記第2の通信装置は、前記リレー装置からの受信信号に含まれる既知信号成分に基づいて、多重化されている各信号を分離することを特徴とする請求項13に記載の無線通信システム。 - 前記第1の通信装置が独占的に使用する第1の周波数帯、および前記リレー装置が独占的に使用する第2の周波数帯により構成された帯域をシステム帯域とし、
前記基地局が、前記第1の周波数帯および前記第2の周波数帯を個別に管理することを特徴とする請求項13に記載の無線通信システム。 - 前記基地局を複数備える場合、
各セルに割り当てる利用周波数の繰り返しパターンを、前記第1の周波数帯と前記第2の周波数帯とで異なるパターンとすることを特徴とする請求項24に記載の無線通信システム。 - 前記第2の周波数帯に適用する利用周波数の繰り返しパターンにおける同一周波数の利用頻度を、前記第1の周波数帯に適用する繰り返しパターンにおける同一周波数の利用頻度よりも高くすることを特徴とする請求項14に記載の無線通信システム。
- 前記端末局を複数備える場合、
前記基地局は、各時間スロットで送信を許可する端末局を前記複数の端末局の中から選定し、
前記送信を許可する端末局を選定する際のスケジューリング処理においては、
前記各端末局が、互いに直交するサウンディング信号を同一時間スロットの同一周波数にて送信し、
前記リレー装置が、前記サウンディング信号を前記基地局へ転送し、
前記基地局が、前記リレー装置により転送されたサウンディング信号に基づいて、送信を許可する端末局の選定および選定した端末局への無線リソース割り当てを行うことを特徴とする請求項4または13に記載の無線通信システム。 - 前記基地局は、前記サウンディング信号の受信SINRに基づいて、送信を許可する端末局を選定し、さらに、選定した端末局が送信時に使用するMCSを当該端末局が送信したサウンディング信号の受信SINRに基づいて決定することを特徴とする請求項27に記載の無線通信システム。
- 前記基地局は、前記サウンディング信号の受信SINRが大きい端末局から順番に、システムスループットが最大となる数の端末局を、送信を許可する端末局として選定することを特徴とする請求項28に記載の無線通信システム。
- 複数のリレー装置が協調して転送処理を行う無線通信システムの場合、
各リレー装置は、前記各端末局から受信したサウンディング信号を、それぞれ異なる周波数を利用し、同一時間スロットにて転送することを特徴とする請求項27に記載の無線通信システム。 - 前記リレー装置が複数のアンテナを使用して単独で転送処理を行う無線通信システムの場合、
前記リレー装置は、各アンテナにて前記各端末局から受信したサウンディング信号を、それぞれ異なる周波数を利用し、同一時間スロットにて転送することを特徴とする請求項27に記載の無線通信システム。 - 前記リレー装置は、前記信号転送処理では前記基地局から指示された増幅率を使用し、
前記基地局が前記リレー装置による信号転送処理で使用する増幅率を制御する処理においては、
前記リレー装置が、自身が有する雑音成分または既知成分を前記基地局からの指示に従った増幅率で増幅し、得られた増幅後の信号を前記基地局へ送信し、
前記基地局が、前記リレー装置から送信された前記増幅後の信号の受信SINRに基づいて、前記リレー装置へ次回通知する増幅率を決定することを特徴とする請求項4〜31のいずれか一つに記載の無線通信システム。
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