JP5559786B2

JP5559786B2 - 基地局、無線通信システム、無線リソース割り当て方法、ならびに無線通信方法

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Description

基地局、端末、及び中継装置を有する無線通信システムに関し、特に、基地局と端末間のデータ通信のための通信リソース割り当て技術に関する。

移動体無線通信システムにおいて、固定局（基地局）は移動局（端末）の移動範囲を想定して配置される。具体的には、各基地局が端末と通信可能なエリア（セル）を、複数基地局を並べることでオーバーラップさせて、端末が想定範囲内のどこに位置してもいずれかの基地局との通信が可能となるよう基地局を配置する。ただし実際は、基地局配置の位置に対する制約や、建物などの遮蔽物の影響で端末が基地局と通信できなくなるエリア（不感地帯）が生じる。不感地帯を減らすために、基地局と端末との間の無線通信を中継する中継装置が導入されている。この中継装置はＡｍｐｌｉｆｙ＆Ｆｏｒｗａｒｄタイプ（ＡＦタイプ）の中継装置であり、受信した信号を増幅送信する機能を有する。

ＡＦタイプの中継装置は、ベースバンド信号処理を行わないため装置構成が簡易になるものの、受信端の雑音も増幅するため、中継された信号の信号電力対雑音電力比（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ，ＳＮＲ）が、中継装置の受信端でのＳＮＲより高くなることはない。これに対し、中継装置内でベースバンド信号処理を行い、受信信号を一旦復号してデータビット系列に戻し、同データビット系列を再度符号化することで、中継装置が送信する段階で雑音成分を除去できるＤｅｃｏｄｅ＆Ｆｏｒｗａｒｄタイプ（ＤＦタイプ）の中継装置が知られている。これにより、中継装置の送信端におけるＳＮＲを、受信端におけるＳＮＲよりも高くすることができる。

ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄに向けて、移動通信の規格化団体である３ＧＰＰ（３ｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ）はＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）の後継規格であるＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（以下ＬＴＥ−Ａと略記する）の標準化を進めている。ＬＴＥ−Ａではセル平均周波数利用効率およびセルエッジ周波数利用効率の向上を図るため、ＤＦタイプの中継装置の導入が検討されている。

３ＧＰＰにおいて、中継装置はドナー基地局との無線バックホール回線を有するノードとして定義されている（〔非特許文献１〕）。非特許文献１によると、無線バックホール回線としてはＩｎｂａｎｄｂａｃｋｈａｕｌとＯｕｔｂａｎｄｂａｃｋｈａｕｌの２種類が検討の俎上にあり、前者はデータ通信で使用する無線通信リソースの一部でバックホール回線用の無線通信リソースを確保し、後者はデータ通信で使用する無線通信リソースとは別に、バックホール回線用の無線通信リソースを確保する。後者の方が無線通信リソースの管理は容易であるが、極端な例としてバックホール回線を一切使用する必要が無い場合、バックホール回線用として割り当てている無線通信リソースをデータ通信に転用できないため、周波数利用効率が低下しやすいという性質を持つ。

また、中継装置を導入すると、基地局と端末とが直接通信するルートと、中継装置経由で通信するルートと複数のルートが基地局−端末間で発生する。このとき、どのルートで実際に通信するかを決定するルーティングの技術は、例えば特許文献１で開示されている。さらに、中継装置が基地局−端末間に複数存在する場合のルーティング技術に関しては特許文献２で開示されている。

さらに３ＧＰＰにおいて、中継装置の使用方法としてＣｏｏｒｐｅｒａｔｉｖｅＲｅｌａｙが非特許文献５で提案されている。基地局が送信するデータ信号を中継装置がデコードして保持し、端末が受信に失敗したことを示すＮＡＫを基地局へフィードバックする際に中継装置がこのフィードバックを傍受し、基地局が再送パケットを送信する際に、中継装置も上記保持結果を元に同時に同再送パケットを送信する方法で、ＨｙｂｒｉｄＡＲＱの再送回数を低減できる技術として知られている。

特開２００８−０４８２０２号ＷＯ２００６／１０４１０５号

３ＧＰＰ，"ＦｕｒｔｈｅｒａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓｆｏｒＥ−ＵＴＲＡＰｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒａｓｐｅｃｔｓ"，ＴＲ３６．８１４，ｖ１．０．０，２００９／０２．３ＧＰＰ，"ＰｈｙｓｉｃａｌＣｈａｎｎｅｌａｎｄＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ（Ｒｅｌｅａｓｅ８）"，ＴＳ３６．２１１，ｖ８．４．０，２００８／０９．３ＧＰＰ，"Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇａｎｄｃｈａｎｎｅｌｃｏｄｉｎｇ（Ｒｅｌｅａｓｅ８）"，ＴＳ３６．２１２，ｖ８．４．０，２００８／０９．３ＧＰＰ，"Ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ（Ｒｅｌｅａｓｅ８）"，ＴＳ３６．２１３，ｖ８．４．０，２００８／０９．Ｖｏｄａｆｏｎｅ，"ＦｕｒｔｈｅｒｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｏｎＬ２ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｒｅｌａｙ"，Ｒ１−０９１４０３，３ＧＰＰＴＳＧ−ＲＡＮＷＧ１，２００８／０６．

中継装置を導入した無線通信システムを図１Ａに示す。基地局１０１と端末１０２とがデータ通信する無線通信システムに中継装置１０３を導入すると、基地局−端末間の無線通信路（第一無線通信路）１０４に加えて、中継装置−端末間の無線通信路（第二無線通信路）１０５および基地局−中継装置間の無線通信路（第三無線通信路）１０６が発生する。つまり、基地局−端末間の無線通信ルートとしては、第一無線通信路１０４を使用する第一のルートと、第二無線通信路１０５と第三無線通信路１０６とを使用する第二のルートと二つのルートが発生する。

中継装置を導入した無線通信システムにおける、無線通信リソースの分割例を図１Ｂに示す。第一無線通信路１０４に割り当てられた無線通信リソース１０７、第二無線通信路１０５に割り当てられた無線通信リソース１０８、第三無線通信路１０６に割り当てられた無線通信リソース１０９に分割される。

特許文献１では、前記第一無線通信路の通信品質と、前記第二無線通信路の通信品質とを考慮し、中継装置経由の通信とするか否かを制御する技術が開示されているが、第三無線通信路の通信品質が考慮されていない。つまり、第二無線通信路で通信することを仮に選択したときに、第三無線通信路で大量の無線通信リソースを使用してしまう場合が発生し、結果として第一無線通信路で通信するよりも大量の無線通信リソースを消費することがある。

特許文献２では、前記第二無線通信路の通信品質と、前記第三無線通信路の通信品質とを比較し、第三無線通信路の通信品質が第二無線通信路の通信品質と比較して十分大きければ中継通信を行う技術が開示されているが、第一無線通信路の通信品質との比較が為されていないため、結果として第一無線通信路で通信するよりも中継通信により大量の無線通信リソースを消費することがある。

以上２つの特許文献に共通して言えることは、中継通信を実施する前記第二のルートで消費する合計の無線通信リソース量と、中継通信を実施しない前記第一のルートで消費する無線通信リソース量との比較がなされていないため、中継装置導入によるシステムロス発生の可能性が考慮されていない点である。

また、非特許文献５で示されているＣｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＲｅｌａｙは、図１９に示すように、基地局が送信するデータ信号を中継装置がデコードして保持し、端末が受信に失敗したことを示すＮＡＫを基地局へフィードバックする際に中継装置がこのフィードバックを傍受し、基地局が再送データを送信する際に、中継装置も上記保持結果を元に同時に同再送データを送信する方法である。この方法は、いくら第二無線通信路の通信品質が第一無線通信路の通信品質より高くても、一度目のデータ送信では必ず第一無線通信路を使用することになるため、第二無線通信路の通信品質の高さを十分に活用できない問題がある。

上記課題の少なくとも一を解決するために、本発明の一態様では、無線通信システムにおいて、基地局と端末との通信路と、基地局と中継装置との通信路と、中継装置と端末との通信路との、３つの通信路の通信品質を比較して、端末と基地局間のデータ通信を行うための通信路を、選択する、構成とする。

また別の態様では、端末と基地局間のデータ通信に割り当てる無線リソース割り当て方法であって、前記端末と前記基地局との通信路の第一の通信品質と、前記端末と、前記端末と前記基地局間の前記データ通信を中継可能な中継装置との通信路の第二の通信品質と、前記基地局と前記中継装置との通信路の第三の通信品質と、を比較し、前記比較結果に応じて、前記データ通信を、前記中継装置を介する通信路か前記中継装置を介さない通信路かに無線リソースを割り当てる、構成とする。

中継装置を有する無線通信システムにおいて、無線通信リソース利用効率を高めることができる。

中継装置を導入した無線通信システムを示す図である。中継装置を導入した無線通信システムの無線通信リソース分割を示す図である。中継装置導入によりシステムゲインが得られるかどうかの境界を示すグラフを示す図である。本実施例を実現するためのシステム全体の動作の流れを示す図である。本実施例を実現するための下り動作フローの第一実施例を示す図である。本実施例を実現するための上り動作フローの第一実施例を示す図である。本実施例における基地局からの参照信号シンボル送信方法の第一実施例を示す図である。本実施例における中継装置からの参照信号シンボル送信方法の実施例を示す図である。本実施例における基地局からの参照信号シンボル送信方法の第二実施例を示す図である。本実施例における基地局からの参照信号シンボルと中継装置からの参照信号シンボルとをオーバーラップ送信する実施例を示す図である。本実施例における参照信号シンボル系列生成方法の実施例を示す図である。本実施例による下り通信路品質の端末から基地局へのフォーマット例を示す図である。本実施例による下り通信路品質の中継装置から基地局へのフォーマット例を示す図である。本実施例による上り通信路品質の中継装置から基地局へのフォーマット例を示す図である。本実施例による中継要否判定結果の通知情報の第一実施例を示す図である。本実施例による中継要否判定結果の通知情報の第二実施例を示す図である。本実施例による中継要否判定の実施例を示す図である。中継要否判定における端末毎の状態管理テーブルの一例を示す図である。中継要否判定における端末毎の状態管理テーブルの一例を示す図である。基地局の構成例を示す図である。中継装置の構成例を示す図である。中継装置の下り通信に関する機能ブロック構成例を示す図である。中継装置の上り通信に関する機能ブロック構成例を示す図である。端末の実施例を示す図である。同一時間周波数にオーバーラップしている複数の参照信号を用いて複数無線通信路の伝搬路応答推定を実現する装置の実施例を示す図である。基地局と中継装置との連携通信タイミング例を示す図である。中継装置を有さない無線通信システムにおける基地局への通信路品質フィードバックのタイミング例を示す図である。中継装置を有する無線通信システムにおける基地局への通信路品質フィードバックのタイミング第一例を示す図である。中継装置を有する無線通信システムにおける基地局への通信路品質フィードバックのタイミング第二例を示す図である。中継装置を有する無線通信システムにおける基地局への通信路品質フィードバックのタイミング第三例を示す図である。無線通信路品質（ＣＱＩ）からキャパシティへの変換テーブル例を示す図である。下り動作フローの変形例を示す図である。下り動作フローの変形例を示す図である。上り動作フローの変形例を示す図である。上り動作フローの変形例を示す図である。フィードバックイネーブルコマンド例を示す図である。基地局の装置構成例を示す図である。中継装置の装置構成例を示す図である。端末の装置構成例を示す図である。１基地局に対して複数の中継装置が存在する場合の実施例を示す図である。本発明で複数中継装置を導入した場合のシステム全体の動作の流れを示す図である。１基地局に対して複数の中継装置が存在する無線通信システム下り通信の実施例を示す図である。１基地局に対して複数の中継装置が存在する無線通信システムにおける端末からのフィードバックフォーマット例を示す図である。１基地局に対して複数の中継装置が存在する無線通信システム上り通信の実施例を示す図である。本発明において複数の中継装置の存在を想定した場合の基地局構成例を示す図である。本発明において複数の中継装置の存在を想定した場合の基地局装置構成例を示す図である。本発明において複数の中継装置から端末に一つの中継装置を割り当てるフローチャートの第一実施例を示す図である。本発明において複数の中継装置から端末に一つの中継装置を割り当てるフローチャートの第二実施例を示す図である。本発明で複数中継装置を導入した場合のシステム全体の動作の流れ第二例を示す図である。複数の中継装置の存在を想定した場合の基地局構成第二例を示す図である。本発明において複数の中継装置から端末毎の中継候補を絞り込むフローチャートの第一実施例を示す図である。本発明において複数の中継装置から端末毎の中継候補を絞り込むフローチャートの第二実施例を示す図である。

まず、本発明を実施するための形態の実施例における目的、課題について説明する。本実施例では、背景技術で述べたＩｎｂａｎｄＢａｃｋｈａｕｌを適用する場合、基地局が送受信する無線通信リソースは、第一無線通信路１０４と第三無線通信路１０６とでシェアされる。つまり、中継通信を多用して第二無線通信路１０５で沢山のデータ通信を行うと、これに比例して第三無線通信路１０６でも同量のデータ通信を行うことになり、結果として第一無線通信路１０４に振り分ける無線通信リソースが減ることになる。

これは、第一無線通信路１０４に振り分ける無線通信リソースが減るだけでなく、あるデータを基地局−端末間で伝送する際に、第一のルートで伝送した場合と第二のルートで伝送した場合とで各々占有する周波数リソースの量は、通信路の通信品質に応じて一般的に異なり、この現象により中継装置導入が周波数利用効率低下を招く場合がある。具体的には、あるデータを伝送するために第二のルートで占有する周波数リソースの量が、第一のルートで占有する周波数リソースの量に対して大きくなると、中継装置導入により当該データ伝送で使用する周波数リソースの量が増加するため、却って周波数利用効率が低下する。

ここで、前記第一のルートで占有する無線通信リソースは前記第一無線通信路の通信品質に反比例する。前記第二のルートで占有する無線通信リソースは、前記第二無線通信路の通信品質に反比例して消費される無線通信リソースと、第三無線通信路の通信品質に反比例して消費される無線通信リソースとの和となる。

以下、数式を交えて課題を説明する。第一無線通信路１０４、第二無線通信路１０５、第三無線通信路１０６の通信品質であるキャパシティをそれぞれＣ_Ｄ、Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂ（単位は[bit/s/Hz]）と表す。一方、それぞれの無線通信路が占有する無線リソースの割合をＰ_Ｄ、Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂとする。システム全体の有効な平均キャパシティＣは次の式で表すことができる。

この式で留意すべき点は、第三無線通信路１０６はあくまで第二無線通信路１０５でデータ通信するためのバックホール回線であり、第二無線通信路１０５でデータ通信するためのオーバヘッドに過ぎない点である。

次に、第一無線通信路１０４、第二無線通信路１０５、第三無線通信路１０６が無線通信リソースをシェアしている点から、次の制約条件を導入できる。

さらに中継通信であることから、第二無線通信路１０５で伝送するデータ量と、第三無線通信路１０６で伝送するデータ量は等しくなり、次の制約条件を導入できる。

数式２と数式３から、次の関係を得ることができる。

数式４を数式１に代入すると、次の不等式が得られる。

この式において、仮にＰ_Ａ＝０とすると第一無線通信路１０４のキャパシティＣ_Ｄのみが残る。つまり、中継装置を導入しない場合のシステム全体平均キャパシティである。ここで中継装置導入によりＰ_Ａ＞０となると、右辺の第一項は減少し、右辺の第二項は増加する。つまり、中継装置導入のシステムロスとシステムゲインが混在している状況で、第一無線通信路１０４、第二無線通信路１０５、第三無線通信路１０６それぞれのキャパシティＣ_Ｄ、Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂの相互関係によりシステムロスの方が大きいかシステムゲインの方が大きいかが分かれる。Ｐ_Ａ増加に伴いシステムゲインを増やす、すなわち中継装置導入によりシステムゲインを増やすための必要条件は次式となる。

変形すると次の式となる。

この数式７が、中継装置導入によりシステムゲインを増やすための各キャパシティＣ_Ｄ、Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂ間相互関係の必要条件である。このとき、中継装置導入によるシステムゲインは数式５から次の通り導かれる。

ただし、数式２から導かれるＰ_Ａ＋Ｐ_Ｂ≦１（等号はＰ_Ｄ＝０のとき成立）、および数式３から、以下の制約条件が導かれる。

図２に、数式７が等号となるよう線を描いたグラフを示す。横軸が第二無線通信路１０５のキャパシティＣ_Ａ、縦軸が第一無線通信路１０４のキャパシティＣ_Ｄで、第三無線通信路１０６のキャパシティＣ_Ｂをパラメータとして複数本の線を描いている。数式７から、この線より下側の領域が中継装置導入によりシステムゲインが得られる領域、線より上側の領域は中継装置導入によりシステムロスが発生する領域である。

図２から、システムゲインを増やすための定性的な条件が以下の通り導かれる。
（１）第二無線通信路１０５のキャパシティＣ_Ａが第一無線通信路１０４のキャパシティＣ_Ｄと比較して十分に大きい。
（２）第三無線通信路１０６のキャパシティＣ_Ｂが大きいほど(1)の条件は緩和される。

極端な例を挙げる。第三無線通信路１０６のキャパシティＣ_Ｂが無限大に漸近すると、数式７のＣ_Ｂ／（Ｃ_Ａ＋Ｃ_Ｂ）が１に漸近し、システムゲインとシステムロスとの境界線はＣ_Ｄ＝Ｃ_Ａの直線に漸近する。特許文献１は、この直線を境界線として考えていると思われるが、実際は、数式３で示したように第二無線通信路１０５で伝送するデータ量の分だけ、第三無線通信路１０６でのデータ伝送も必要であり、第三無線通信路１０６のキャパシティに反比例する無線通信リソースを余分に消費することになる。この第三無線通信路１０６における無線通信リソースの余分な消費が、システムゲインとシステムロスとの境界線をＣ_Ｄ＝Ｃ_Ａの直線から遠ざけている原因である。

以上から、中継装置を導入することでシステムゲインが得られず、却ってシステムロスが発生してしまう場合があることが明らかとなった。本実施例が解決しようとする課題の一つである。

より具体的には、前記第一無線通信路品質、第二無線通信路品質、第三無線通信路品質から計算される該中継装置導入による性能のロスとゲインとを比較し、比較結果に基づき基地局と端末との間のデータ通信に対する中継要否判定を実施する無線通信システムにより課題を解決できる。

さらに、該基地局から該端末の方向に通信を行う下り通信と、該端末から該基地局の方向に通信を行う上り通信とでは各無線通信路のキャパシティの相互関係が変化するため、下り通信と上り通信各々に対して基地局と端末との間のデータ通信の中継要否判定を実施する無線通信システムにより、上り通信と下り通信の双方で課題を解決できる。

また、前記中継要否判定の判定結果を中継装置で収集し、中継装置が同判定結果に基づいてデータ通信を中継するか、中継せずに受信データを破棄するかを制御することで、第一無線通信路で通信すべきデータを破棄し、第二無線通信路および第三無線通信路で通信すべきデータのみ選択的に中継することができる。

基地局が前記第一無線通信路品質、第二無線通信路品質、第三無線通信路品質を収集して前記中継要否判定を実施することで、基地局は３種類の無線通信路品質を元に中継要否判定結果を発行することができる。基地局が前記第一無線通信路品質、第二無線通信路品質、第三無線通信路品質を収集することは、第一無線通信路品質を端末または基地局が推定し、第二無線通信路品質を端末または中継装置が推定し、第三無線通信路品質を基地局または中継装置が推定し、端末および中継装置が推定した結果を基地局へ無線でフィードバックすることで実現できる。

さらに、前記第一無線通信路品質、第二無線通信路品質、第三無線通信路品質のうち２つを測定するために、基地局、端末のいずれかの装置が参照信号を送信し、中継装置を含めた残り２種類の装置が同参照信号を各々受信して異なる無線通信路の品質を推定することで、各種無線通信路品質を推定するための参照信号のオーバーヘッドを減らすことができる。

その上で、下り通信で基地局が送信する参照信号に中継装置が送信する参照信号をオーバーラップさせる、および上り通信で端末が送信する参照信号に中継装置が送信する参照信号をオーバーラップさせることで、さらに参照信号のオーバーヘッドを減らすことができる。

以下、本発明を実施するための形態について実施例を示す。図３に、本実施例におけるシステム全体の動作の流れを示す。

まず、ステップ１００１で基地局−各端末間の第一無線通信路の通信品質を収集し、ステップ１００２で中継装置−各端末間の第二無線通信路の通信品質を収集し、ステップ１００３で基地局−中継装置間の第三無線通信路の通信品質を収集する。ステップ１００１からステップ１００３の順番や時間間隔は任意で良いが、ステップ１００４までにステップ１００１からステップ１００３の全てを終わらせる必要がある。ここでは、各種通信品質を収集する主体として基地局、通信品質を測定する主体として基地局、端末、中継装置を想定している。より詳しい実施例については後述する。

ステップ１００４では、ステップ１００１からステップ１００３で収集した第一無線通信路の通信品質、第二無線通信路の通信品質、第三無線通信路の通信品質から、端末毎の中継要否判定を実施する。

ステップ１００５では、ステップ１００４出力である端末毎の中継要否判定結果に基づき、中継すべき端末の無線信号を中継し、中継すべきでない端末の無線信号を中継しないよう制御する。

図４に、無線通信システムにおける基地局１０１、中継装置１０３及び端末１０２における、下り通信動作フローの第一実施例を示す。

まず、基地局１０１は端末１０２に対し、第一無線通信路（基地局−端末間）の通信路品質を推定するための参照信号２０１を送信し、中継装置１０３に対し第三無線通信路（基地局−中継装置間）の通信路品質を推定するための参照信号２０３を送信する。中継装置１０３は、第二無線通信路（中継装置−端末間）の通信路品質を推定するための参照信号２０２を送信する。

端末１０２は、参照信号２０１を受信し、その参照信号２０１を使用して第一無線通信路の通信路品質推定２０４を行う。端末１０２は、参照信号２０２を受信し、参照信号２０２を使用して第二無線通信路の通信路品質推定２０５を実施する。中継装置１０３は、参照信号２０３を受信し、その参照信号２０３を使用して第三無線通信路の通信路品質推定２０６を実施する。

端末１０２は、通信路品質推定２０４または２０６による通信路品質の推定結果をＭＡＣ（ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）レイヤ（Ｌａｙｅｒ２）で無線により基地局１０１にフィードバックする。ここでフィードバックするのは、第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８である。

同様に、中継装置１０３は、通信路品質推定２０６により、第三無線通信路の通信路品質推定結果２０９を基地局へＭＡＣレイヤで無線によりフィードバックする。

基地局１０１は、端末１０２から第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８とを無線ネットワークを介して受信する。基地局１０１は、中継装置１０３から、第三無線通信路の通信路品質推定結果２０９を無線ネットワークを介して受信する。

基地局１０１は、端末１０２と中継装置１０３から無線でフィードバックされた第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８と、第三無線通信路の通信路品質推定結果２０９とを用いて、端末１０２毎に中継装置１０３による中継通信を実施するか否かを判定する（２１０）。中継要否判定結果２１１は、ＭＡＣレイヤ、またはＲＲＣ（ＲａｄｉｏＲｅｓｏｕｒｃｅＣｏｎｔｒｏｌ）レイヤ（Ｌａｙｅｒ３）で、無線ネットワークを介して中継装置１０３に転送される。

基地局１０１は、端末１０２と中継装置１０３から無線でフィードバックされた第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８と、第三無線通信路の通信路品質推定結果２０９とを用いて、どの端末と通信するかを決定する（２１２）。これは、いわゆるパケットスケジューラに相当する。

基地局１０１は、２１２で通信相手の端末を選択した後に、当該端末への伝送データ系列を生成し、当該端末に割り当てられた無線通信リソースを示す制御パケットを生成する。そして、基地局１０１がカバーするエリア（セル）内に、生成したデータ系列と制御パケットを無線ネットワークへ送信する（２１３）。

中継装置１０３及び端末１０２は、２１３でブロードキャストされたデータ系列と制御パケットを含む基地局送信信号２１４を受信する。中継装置１０３と端末１０２とのそれぞれで基地局信号の受信処理２１５を行う。基地局信号の受信処理２１５は、ベースバンド信号処理を実施し、データ系列のビット系列と、前記制御パケットのビット系列とを取り出す。前記制御パケットに中継要否判定結果２１１を埋め込んで、中継装置１０３で取り出しても良い。

中継装置１０３は、基地局信号受信処理２１５で取り出されたデータ系列のビット系列と、制御パケットのビット系列とを再度符号化して中継装置から改めて送信する（２１７）。このとき、基地局１０１から受信した中継要否判定結果２１１に基づき、中継しない場合は中継装置１０３内で前記データ系列と制御パケットのビット系列とを破棄し、再符号化および再送信は行わない。

中継装置１０３からの再送信信号２１８は端末１０２で受信され、基地局信号受信処理２１５と同様にベースバンド信号処理を実施し（２１９）、前記データ系列のビット系列と、前記制御パケットのビット系列とを取り出す。

図２２及び図２３に、下り通信動作フローの変形例を示す。

図２２は、図４の処理の前に、動作フロー先頭に、中継装置１０３が無線通信路品質のフィードバックを開始するためのコマンド２２０が、基地局１０１から中継装置１０３に送信される。また、端末１０２が無線通信路品質のフィードバックを停止するためのコマンド２２３が、基地局１０１から端末１０２に送信される。一方、図４における、これに伴い端末１０２から基地局１０１に対する第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８とのフィードバック処理がない。このとき、基地局１０１の中継要否判定２１０は、端末１０２からフィードバックされる第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８に関して、過去に収集した結果を参照する。もし基地局１０１が起動直後で過去に収集した結果を持たない場合は、通信対象の端末１０２に対して中継不要と判断してもよい。その他の動作は図４と同じである。

図２３に、下り通信動作フローの第二の変形例である。図４との違いは、動作フロー先頭に、中継装置が無線通信路品質のフィードバックを停止するためのコマンド２２１が、基地局１０１から中継装置１０３に送信される。端末１０２が無線通信路品質のフィードバックを開始するためのコマンド２２２が、端末１０２に基地局１０１から送信される。

一方、図４における、中継装置１０３から基地局１０１に対する第三無線通信路の通信路品質推定結果２０９のフィードバック処理は、図２３では行わない。この場合、基地局１０１の中継要否判定２１０は、中継装置１０３からフィードバックされる第三無線通信路の通信路品質推定結果２０９に関して、過去に収集した結果を参照する。もし基地局１０１が起動直後で過去に収集した結果を持たない場合は、通信対象の端末１０２に対して中継不要と判断する。その他の動作は図４と同じである。

以上により、基地局１０１が、端末１０２や中継装置１０３における通信路品質の基地局１０１へのフィードバックの開始や停止を制御する。

図５に、上り通信動作フローの第一実施例を示す。

端末１０２は、基地局１０１に対し、第一無線通信路の通信路品質を推定するための参照信号３０１を送信し、中継装置１０３に対し第二無線通信路の通信路品質を推定するための参照信号３０２を送信する。

中継装置１０３は、第三無線通信路の通信路品質を推定するための参照信号３０３を基地局１０１に送信する。中継装置１０３は、端末１０２から参照信号３０２を受信し、その参照信号３０２を使用して第二無線通信路の通信路品質推定３０５を実施する。中継装置１０３は、第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８を基地局１０１へＭＡＣレイヤで無線によりフィードバックする。

基地局１０１は、参照信号３０１を受信し、その参照信号３０１を使用して第一無線通信路の通信路品質推定３０４を行う。また、基地局１０１は、参照信号３０３を受信し、その参照信号３０３を使用して第三無線通信路の通信路品質推定３０６を実施する。また、基地局１０１は、中継装置１０３からフィードバックされた第二無線通信路品質推定結果３０８を無線ネットワークを介して受信する。

そして、基地局１０１は、３０４と３０６で推定した第一無線通信路の通信路品質と、第三無線通信路の通信路品質と、第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８とを用いて、端末１０２毎に中継装置１０３による中継通信を実施するか否かを判定する中継要否判定処理（３１０）を実施する。中継要否判定結果３１１は、ＭＡＣレイヤかＲＲＣレイヤで無線により中継装置１０３に転送される。

さらに、基地局１０１は、第一無線通信路の通信路品質と、第二無線通信路の通信路品質と、第三無線通信路の通信路品質とに基づいて上り通信を許可する端末１０２を選択（３１２）し、許可した端末１０２に対する割当て情報をＭＡＣレイヤにて端末１０２宛に送信する（３１３）。

端末１０２は、基地局１０１から送信された割当て情報３１３を参照し、当該端末に上り通信の無線通信リソースが割り当てられていることを確認したら、データ系列と制御パケットを生成して上り信号を送信する（３１４）。

端末１０２が送信した上り無線信号３１５は、基地局１０１と中継装置１０３がそれぞれ受信し、端末送信信号に対する受信処理（３１６）を実施する。

中継装置１０３は、端末信号受信処理３１６で取り出された前記データ系列のビット系列と、制御パケットのビット系列とを再度符号化して中継装置から改めて送信する（３１８）。このとき、中継装置１０３は、基地局１０１から受信した中継要否判定結果３１１に基づき、中継しない場合は中継装置１０３内で前記データ系列と制御パケットのビット系列とを破棄し、再符号化および再送信は行わない。

中継装置１０３からの再送信信号３１９は基地局１０１で受信され、端末信号受信処理３１６と同様にベースバンド信号処理を実施し（３２０）、前記データ系列のビット系列と、前記制御パケットのビット系列とを取り出す。

以上の図４と図５を並列実行することで、上り通信と下り通信の中継要否判定、ならびに選択中継制御を同時並行で実施してもよい。具体的には、ＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＤｕｐｌｅｘ）無線通信システムでは時分割で図４と図５を交互に実施、ＦＤＤ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｏｍａｉｎＤｕｐｌｅｘ）無線通信システムでは、無線区間を周波数分割多重し、基地局、中継装置、端末各装置内の処理は時分割または並列処理する。

図２４及び図２５に、図５の上り通信動作フローの変形例を示す。

図２４は、動作フロー先頭に、中継装置１０３が無線通信路品質のフィードバックを開始するためのコマンド２２０が、基地局１０１から中継装置１０３に送信される。中継装置は、このコマンド２２０を受けると、上り第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８を返す。その他の動作は図５と同じである。

図２５に、上り通信動作フローの第二の変形例を示す。

図５との違いは、動作フロー先頭に、中継装置１０３が無線通信路品質のフィードバックを停止するためのコマンド２２１が、基地局１０１から中継装置１０３に送信される。一方、図４における上り第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８の通知処理を不要となる。

中継装置１０３はこのコマンド２２１を受けると、上り第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８の基地局への送信を停止する。このとき、基地局１０１の中継要否判定３１０は、中継装置１０３からフィードバックされる上り第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８に関して、過去に収集した結果を参照することになる。もし基地局１０１が起動直後で過去に収集した結果を持たない場合は、通信対象の端末１０２に対して中継不要と判断する。その他の動作は図５と同じである。

図２５の変形例で中継装置１０３からの無線通信路品質のフィードバックを停止している状態の場合、図２４における中継装置１０３は上記コマンド２２０受信をトリガにフィードバックを開始する。したがって、図２５と図２４の変形例は、互いに切り替えて実施してもよい。以上により、基地局１０１が、端末１０２や中継装置１０３における通信路品質の基地局１０１へのフィードバックの開始や停止を制御する。

上述した図２２ないし図２５の無線通信システムでは、中継装置が推定した結果をフィードバックするタイムフレームと、該端末が推定した結果をフィードバックするタイムフレームとを互いにずらして、同一のタイムフレームで中継装置と端末が同時にフィードバックしない制御を行う。

また、中継装置が推定した結果をフィードバックするタイムフレームと、該端末が推定した結果をフィードバックするタイムフレームとを、基地局が指示する。図２２から図２５に示したフィードバックを開始または停止するコマンドは、基地局により、制御信号に含めて、支配下の中継装置や端末にブロードキャストされる。図２６に、中継装置や端末へブロードキャストされるコマンドの一例である、フィードバックイネーブラのフォーマット２６１０を示す。

情報量としては２ｂｉｔｓである。第一ビットは、端末が推定した通信路品質情報を基地局へフィードバックしても良いかどうかを示すインジケータである。第二ビットは、中継装置が推定した通信路品質情報を基地局へフィードバックしても良いかどうかを示すインジケータである。インジケータが０の場合はフィードバック禁止、１の場合はフィードバック許可を示す。２ｂｉｔｓの値が００の場合はフィードバックを一切禁止する状態である。２ｂｉｔｓの値が０１または１０の場合は、中継装置または端末のいずれかがフィードバックを許可されている状態である。２ｂｉｔｓの値が１１の場合は中継装置と端末の双方にフィードバックが許可されている状態である。

２ｂｉｔｓの１ビット目が０の場合がコマンド２２３、１ビット目が１の場合がコマンド２２２、２ビット目が０の場合はコマンド２２１、２ビット目が１の場合がコマンド２２０に相当し、２ビット送信することは、これらのコマンドを２個同時にブロードキャストすることに相当する。

図６Ａから図６Ｄは、各種参照信号の送信方法に関する実施例である。ここでは下り通信を例として説明するが、上り通信へも適用可能である。

図６Ａは、本実施例における基地局１０１からの参照信号（より具体的には参照信号シンボル系列）送信方法の第一例である。４０１で示している斜線のシンボルは、基地局から端末へ送信する第一無線通信路の通信路品質推定用の参照信号シンボルを表す。４０３で示している逆方向の斜線のシンボルは、基地局から中継装置へ送信する第三無線通信路の通信路品質推定用の参照信号シンボルを表す。４０４の黒塗りのシンボルはヌルシンボルを表す。４０５の白塗りのシンボルは、データシンボルを表す。図６Ａでは、４０１の第一無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルと、４０３の第三無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルとが、受信側（端末および中継装置）で識別できるよう、同一時間周波数とならないよう配置している点である。

端末１０３は、基地局１０１から受信した第一無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボル４０１と、端末自身が保持する同参照信号シンボルとを比較し、同シンボル４０１が受けた伝搬路ゲインを推定する。中継装置は、基地局から受信した４０３の第三無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルと、中継装置自身が保持する同参照信号シンボルとの比較し、同シンボル４０３が受けた伝搬路ゲインを推定する。

なお、上り通信の場合、図６Ａにおける４０１は端末が送信する第一無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルに、及び４０３は端末が送信する第二無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルに、それぞれ対応し、４０４と４０５は下り通信と同様である。

図６Ｂは、本実施例における中継装置１０３からの参照信号シンボル送信方法の一例である。４０２は、中継装置１０３が端末１０２へ送信する第二無線通信路の品質推定用参照信号シンボルである。図６Ａで、４０１と４０３に割り当てられていたシンボルには、ヌルシンボル４０４を配置し、基地局が送信する参照信号シンボルと干渉しないように時間と周波数をずらしている。端末１０２は、中継装置１０３から受信した第二無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボル４０２と、端末自身が保持する同参照信号シンボルとの比較から、同シンボル４０２が受けた伝搬路ゲインを推定する。上り通信の場合は、４０２が中継装置が基地局へ送信する第三無線通信路の品質推定用参照信号シンボル系列に相当する。

図６Ｃは、本実施例における基地局からの参照信号シンボル送信方法の第二例である。シンボル４０６は、４０１と４０３との２つの役割を担う参照信号シンボルとして定義されたシンボルである。このように、２つの役割を担う参照信号シンボルを１種類にマージすることで、参照信号シンボルの数、およびシステム全体から見た参照信号シンボルのオーバヘッドを減らすことができ、システムの周波数利用効率を高めることができる。４０６は、中継装置１０３で受信する場合は、第三無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルとして、端末１０２で受信する場合は、第一無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルとして扱う。

なお、上り通信の場合、４０６は端末が送信する。４０６を中継装置１０２で受信する場合は第二無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルとして、基地局１０１で受信する場合は第一無線通信路の通信路品質推定用参照信号シンボルとして扱う。

図６Ｄは、本実施例における基地局からの参照信号シンボルと中継装置からの参照信号シンボルとをオーバーラップ送信する実施例である。基地局から送信する参照信号シンボル４０６と、中継装置から送信する参照信号シンボル４０２とが、同一時間（ＯＦＤＭシンボル）、同一周波数（サブキャリア）にオーバーラップしている。この参照信号シンボル送信方法は、図６Ｃの例と比較して更に参照信号シンボルの数、およびシステム全体から見た参照信号シンボルのオーバヘッドを減らすことができ、結果としてシステムの周波数利用効率を高めることができる。

図６Ｄの例では４箇所で参照信号シンボル系列がオーバーラップしているが、これら４箇所の間で伝搬路応答が等しいと見なせれば、参照信号シンボル系列として例えばウォルシュ系列を使用することで２種類の参照信号シンボルを受信側で弁別でき、各参照信号シンボルに対する伝搬路応答や通信品質を推定できる。さらに、基地局が送信した参照信号シンボル４０６は、図６Ｃの例の通り中継装置と端末で別々に観測することでそれぞれ第三無線通信路と第一無線通信路の通信品質を推定できる。

図７は、参照信号シンボル系列の生成方法の例である。

ここでは、非特許文献２記載の方法に沿って説明する。参照信号シンボル系列は、線形帰還シフトレジスタを用いて得られた０と１のビット系列を元にＱＰＳＫコンスタレーションにマッピングする。このとき、ビット系列の偶数番目をＩ成分、奇数番目をＱ成分に配置する。０の場合は該当するＩ成分またはＱ成分が正（１／ｓｑｒｔ（２）、ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根を表す）、１の場合は該当するＩ成分またはＱ成分が負（−１／ｓｑｒｔ（２）））にマッピングされる。

線形帰還シフトレジスタを用いる際、シフトレジスタの中身を初期化する必要があるが、非特許文献２によると、スロット番号（スロットは６または７ＯＦＤＭシンボルで構成される。２０スロットを１フレームと呼び、スロット番号とは１フレーム内のスロット番号を示す。従って値域は０から１９である。）、スロット内の参照信号シンボルを挿入するＯＦＤＭシンボル番号、セル固有の識別番号（セルＩＤ）、およびＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘのモード（非特許文献２ではＮｏｒｍａｌモードとＥｘｔｅｎｄモードがあり、両者でスロット内のＯＦＤＭシンボル数がそれぞれ７、６と変化するため区別している。システム稼動中は変化しない値。）の４点に依存した初期値を設定する。つまり、最も更新頻度の高いＯＦＤＭシンボル毎に初期化されることになる。これらの値は基地局、中継装置、端末で共有される値である。

なお、非特許文献２では図７の通り２つのＭ系列生成シフトレジスタ８０４、８０５の出力を合成した結果を参照信号シンボル系列を生成する元のビット系列としている。８０４はＯＦＤＭシンボルが変更されるたびに最も左上のレジスタ８０６に１を、その他のレジスタにはすべて０を初期値として設定する。Ｍ系列シフトレジスタ８０５は、上記４点に依存した初期値をバイナリ表示し、各ビットの値を各レジスタ８０６に格納する。

各レジスタに対し０または１の値が初期値として設定されたあと、矢印の方向にレジスタの内容をシフトさせながら出力ビット系列（参照信号シンボル系列の元となるビット系列）を生成する。８０７は排他的論理和である。

図８Ａから図８Ｃは、無線通信路の通信路品質推定結果を示す各種無線通信路品質の基地局へのフィードバックフォーマットの例である。これらはＭＡＣレイヤでフィードバックする例で記述しているが、基地局との無線通信プロトコル上で規定されていれば、同様の情報をＲＲＣレイヤでフィードバックしても良い。

図８Ａは、下り通信における各種無線通信路品質の端末１０２から基地局１０１へのフィードバックフォーマット例である。図８Ａは、図４の２０７や２０８に相当する。各端末が基地局にフィードバックされる情報は、基地局がどの端末からのフィードバックかを特定するための端末ＩＤ８２０と、端末が測定した第一無線通信路のＣＱＩ８３０と、第二無線通信路のＣＱＩ８４０である。

例えばＬＴＥであれば、ＰＵＣＣＨ（ＰｈｙｓｉｃａｌＵｐｌｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ、非特許文献２参照）のフィードバックフィールドを拡張するか、フィードバックフォーマットを追加すればよい。

図８Ｂは、下り通信における各種無線通信路品質の中継装置から基地局へのフィードバックフォーマット例である。図８Ｂは、図４の２０９に対応する。各中継装置が基地局にフィードバックされる情報は、基地局がどの中継装置からのフィードバックかを特定するための中継装置ＩＤ８５０と、中継装置が測定した第三無線通信路のＣＱＩ８６０である。例えばＬＴＥであれば、ＰＵＣＣＨのフィードバックフィールドを拡張するか、フィードバックフォーマットを追加すればよい。基地局−中継装置間のバックホール回線向け専用のチャネル、例えばＲ−ＰＵＣＣＨ（Ｒｅｌａｙ−ＰｈｙｓｉｃａｌＵｐｌｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）を新たに定義しても良い。

図８Ｃは、上り通信における各種無線通信路品質の中継装置から基地局へのフィードバックフォーマット例である。図８Ｃは、図５の３０１、３０３及び３０８に対応する。各中継装置が基地局にフィードバックすべきは、基地局がどの中継装置からのフィードバックかを特定するための中継装置ＩＤと、中継装置が測定した第二無線通信路の端末ＩＤ８２０と、端末ＩＤ毎のＣＱＩ８４０である。実現方法は図８Ｂと同様である。

図２０Ａから図２０Ｄは、無線通信路の通信路品質推定結果を示す各種無線通信路品質の基地局へのフィードバックタイミングの例を示している。

図２０Ａは、中継装置を有さない無線通信システムにおけるタイミングチャートである。１マスが１サブフレームを表す。黒いマスは端末から下り第一無線通信路の通信品質をフィードバックするサブフレーム９０１を示す。フィードバックする間隔は、Ｎｐサブフレームとしている。フィードバックする内容は、図８ＡのＣＱＩ（第二無線通信路）を除いたものである。

図２０Ｂは、中継装置を有する無線通信システムにおけるタイミングチャートの第一例である。９０１は端末から下り第一無線通信路および下り第二無線通信路の通信品質をフィードバックするサブフレームを示す。フィードバック内容は図８Ａと同じである。９０２は中継装置から下り第三無線通信路および上り第二無線通信路の通信品質をフィードバックするサブフレームを示す。フィードバック内容は図８Ｂおよび図８Ｃに示す通りである。

図２０Ａと比較すると、無線通信路品質のフィードバック回数はシステム全体で変化していないが、フィードバックの機会を端末と中継装置でシェアするため、各通信品質のフィードバック周期は図２０Ａと比較して倍となる。つまり、フィードバックの量は従来水準のままだが、フィードバック周期が従来比で倍となる。フィードバック周期が伸びることで、同周期の間で無線伝搬路の通信品質はフェージングなどにより変化する量が一般的に大きくなるため、フィードバック情報の精度が低下しやすくなり、その結果無線通信路の伝送能力（キャパシティ）を活かしきれなくなる一方、フィードバック回数を抑えているため、フィードバック回数に比例して消費される無線通信リソースを節約できるため、その分無線通信路の伝送能力を高めることができる。

図２０Ｃは、中継装置を有する無線通信システムにおけるタイミングチャートの第二例である。９０１と９０２は図２０Ｂと同様である。

図２０Ａと比較すると、無線通信路品質のフィードバック回数は２倍となり、端末によるフィードバックと中継装置によるフィードバックの回数はそれぞれ図２０Ａと同じである。図２０Ａと同一頻度のフィードバックを実施しているため、フィードバック周期に依存する無線伝送能力の活用度合いは図２０Ａと同等となるが、フィードバック回数を倍としているため、フィードバック回数に比例して無線通信リソースを図２０Ａと比較して余分に消費するため、その分無線通信路の伝送能力を低くすることになる。

図２０Ｄは、中継装置を有する無線通信システムにおけるタイミングチャートの第三例である。９０１と９０２は図２０Ｂと同様である。

フィードバックの総量は図２０Ａと同じであるが、端末からのフィードバック周期および中継装置からのフィードバック周期は不定となる。フィードバック周期が伸びる部分では、図２０Ｂの例でも示した通りフィードバック情報の精度が低下しやすくなるが、移動しない中継装置の場合、基地局−中継装置間の第三無線通信路の通信品質は時間に対する変化量が小さくなると考えられる。従って、より時間に対する通信品質の変化量が大きい端末に対し多めのフィードバック機会を与えることで、図２０Ｂの例で示した通りフィードバック情報の精度低下が発生しにくくなり、無線通信路の伝送能力を活かしやすくなる利点がある。ただし、基地局が中継装置と端末に対してフィードバックの開始または停止を報知する必要がある。この報知方法は、図２２から図２６の実施例で説明済みである。

図９は、基地局から中継装置に通知される中継要否判定結果のフォーマット例である。このフォーマットはＭＡＣレイヤでの例である。

図９は、ＬＴＥのＤＣＩ（ＤｏｗｎｌｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、非特許文献３参照）に相当する下りデータチャネルの送信方法を示す制御信号である。この制御信号は、基地局からデータ信号と共に送信され、端末と中継装置が各々受信する。第一フィールドは端末ＩＤ９１０であり、この制御信号および当制御信号が関連付けられているデータ信号の宛先端末ＩＤである。第二フィールド９２０は、当該端末に割り当てられた無線通信リソースの位置を示すビットフラグで、”１”が示す部分リソースを当該端末に割り当てられていることを示す。例えば、システム周波数を１２分割した場合、図９の例では左から５個目と６個目に”１”が立っているため、５個目と６個目の分割周波数が当該端末に割り当てられていることを示す。第三フィールド９３０はＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＆ＣｏｄｉｎｇＳｃｈｅｍｅ）で、変調方式や符号化率を一意に示すインジケータである。第４フィールド９４０は、中継要否判定結果を示すフラグである。このフラグは、当制御信号および当制御信号と関連付けられているデータ信号を中継するか否かを示す中継要否フラグである。図９の例では、基地局１０１による中継要否判定の結果、要の場合は、中継要否フラグ９４０の値は１で、否の場合は、中継要否フラグの値は０である。中継装置がフラグ値が”１”を検出した場合は当該制御信号と関連データ信号を中継し、”０”の場合は当該制御信号およびデータ信号を中継装置内で破棄する。

図１０は、基地局が中継装置に通知される中継要否判定結果の例である。図１０では、ＲＲＣレイヤでのフォーマット例である。

第一フィールド１０１０は、中継要否判定結果を通知する宛先の中継装置ＩＤである。第二フィールド１０２０は、当該中継装置で中継すべき端末ＩＤを示す、中継要否フラグビットマップである。この図の例では、左側１２個に”１”（中継する）が立ち、右側１２個に”０”（中継しない）が立てられている。左側から順に端末ＩＤ０，１，２・・・と対応させることを基地局−中継装置間でルール化しておくことで、この結果から端末ＩＤ０から１１は当該中継装置で中継し、端末ＩＤ１２から２３は当該端末装置で中継しないことが分かる。実際に中継装置へ到来した制御信号およびデータ信号のうちどれを中継するかは、図９に示すデータ信号に付随する参照信号の中身を解析し、上記ビットフラグによる端末ＩＤ毎の中継要否判定結果と照合することで選択的な中継処理を実現する。

図２１は、非特許文献４に記載されているＣＱＩ（ＣｈａｎｎｅｌＱｕａｌｉｔｙＩｎｄｉｃａｔｏｒ）から無線通信路キャパシティに変換するためのテーブル例を示す。

左から数えて一列目２１１０は、ＣＱＩのインデックスである。２１１０は、４ｂｉｔｓＣＱＩの例であり、計１６個のインデックスを表している。左から２列目２１２０は、各ＣＱＩインデックスにおいて使用する変調方式である。左から３列目２１３０は、ビット列から符号語を生成する際に、パリティビットを含む生成全ビット数を１０２４としたときに、元のビット列であるシステマティックビット（組織ビット）の割合を示している。つまり、ｘ／１０２４は符号化率を表す。左から４列目２１４０は、再送が発生しなかった場合の周波数利用効率［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］であり、すなわちキャパシティである。図１１のステップ１１０２で実施されるＣＱＩ（無線通信路品質）からキャパシティへの変換は、図２１のような表に従い実施される。なお、ＣＱＩインデックスが０の場合のＯｕｔｏｆＲａｎｇｅは、当該端末または中継装置がＣＱＩをフィードバックする時点でデータ通信が不可能な状態を表す。

図１１は、基地局１０１における中継要否判定処理の実施例である。上り通信と下り通信で共通のアルゴリズムを使用する。図３の１００４、図４の２１０、図５の３１０の処理の詳細である。

ステップ１１０１では、基地局に所属する全端末に関する中継フラグを０とする。ステップ１１０２では、図４や図５に示した手順に従い、各端末に関する第一無線通信路および第二無線通信路の通信品質、および中継装置に関する第三無線通信路の通信品質を収集し、変換テーブルを用いてＣＱＩからキャパシティに変換する。ステップ１１０３では、各端末ｋに関する評価関数を計算する。評価関数Ｆ（k）は次の式で表される。

ここで、Ｃ_Ａ（ｋ）は端末ｋに関する第二無線通信路の通信品質であるキャパシティ、Ｃ_Ｄ（ｋ）は端末ｋに関する第一無線通信路の通信品質であるキャパシティ、Ｃ_Ｂは第三無線通信路の通信品質であるキャパシティを表す。

ステップ１１０４では、全ての端末を一旦グループ１に所属させる。グループ１は、第一無線通信路を使用する端末のグループを表す。以降、端末を順次グループ２（第二無線通信路を使用する端末のグループ）に仮に所属させ、グループ１からグループ２に移動することでシステムキャパシティゲインが得られるかどうかを評価する。

ステップ１１０５では、グループ１に所属する端末の中で、評価関数Ｆ（ｋ）が最大値となる端末のインデックスと評価関数最大値を取得する。ステップ１１０６でこの評価関数最大値が非負か負かを判定する。判定結果、負の場合は、これ以上第二無線通信路に端末を割り振ると、システムキャパシティが減少するとして、中継要否判定処理を終了する。一方、負でない（非負）の場合は、ステップ１１０７に進む。

ステップ１１０７では、ステップ１１０５でインデックス指定された端末がグループ２に移動する前の、グループ１に所属する端末の第一無線通信路に関する平均キャパシティＣ_Ｄを計算する。ステップ１１０８で、ステップ１１０５でインデックス指定された端末をグループ２に移動させ、ステップ１１０９でグループ２に所属する端末の第二無線通信路に関する平均キャパシティＣ_Ａを計算する。

ステップ１１１０では、ステップ１１０７のＣ_Ｄ、ステップ１１０９のＣ_Ａ、および第三無線通信路のキャパシティＣ_Ｂから評価関数Ｇを求める。評価関数Ｇは次の式で表される。

ステップ１１１１では、評価関数Ｇが非負か負かを判定する。負であれば、システムキャパシティゲインが得られないとして、中継要否判定を終了する。一方、非負であれば、ステップ１１０８でグループ２に移動させた端末の中継フラグを”１”とし、この端末がグループ２に移動した条件の下、次の端末をグループ２に移動させるべきかどうかを判断するため、ステップ１１０５に戻る。

図１２Ａと図１２Ｂは、図１１の中継要否判定における端末毎の状態管理テーブル例である。

図１２Ａの例は、図１１のステップ１１０４が完了した状態である。この例にステップ１１０５を適用すると、端末３に関して最大評価関数値＋３．０が得られる。この最大評価関数値は非負のため、ステップ１１０７でＣ_Ｄ＝（１＋５＋１）／３≒２．３が計算され、ステップ１１０８で端末３がグループ２へ移動し、ステップ１１０９ではＣ_Ａ＝５が得られる。ステップ１１１０でこれらＣ_Ａ，Ｃ_ＤとＣ_Ｂ＝５を使用し、評価関数値Ｇを計算する。Ｇ＝（５／２．３）−（５／５）−１≒０．１７となる。従って、評価関数値Ｇは非負のため、端末３の中継フラグに１が立つ。この時点での状態を図１２Ｂに示す。この状態でステップ１１０５に戻るが、グループ２に移動した端末３を除けば、評価関数値が最大でも０未満のため、中継要否判定処理を終了する。以上の図１１のフローチャートでは、基地局は、第一無線通信路品質、第二無線通信路品質、第三無線通信路品質から計算される、中継装置を利用する場合の、通信性能のロスと通信性能のゲインとを比較し、比較結果に基づき中継要否判定を実施する。

図１３から図１７を用いて、無線通信システムが有する基地局、中継装置、端末の構成を説明する。

図１３は基地局の構成例である。

無線フロントエンド５０１は、アンテナ、デュプレクサ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、アップコンバータ、ダウンコンバータ、アナログデジタル変換、デジタルアナログ変換で構成される。無線フロントエンド部５０１は、無線周波数信号の送受信を行う。上り受信ベースバンド信号に対し、５０２でＦＦＴ処理を実施し、５０３でデータシンボルと参照信号シンボルとの分離を行う。

５０３で分離した参照信号シンボルに対し、伝播路応答推定部５０４は、上り第一無線通信路および上り第三無線通信路の応答推定を行う。伝搬路応答の推定には、送受信側両方（端末と基地局、中継装置と基地局）において既知の参照信号シンボルを使用する。参照信号シンボルが時間と共に変化しないのであれば、伝播路応答推定部５０４は、固定かつ既知の参照信号シンボル系列をメモリ（例えば、図２７のメモリ２７３０）に保持しておき、時間と共に変化する場合は、伝播路応答推定部５０４は、送信側と受信側で共有された参照信号シンボル系列のルールに従い、参照信号シンボル系列を生成する。

また、同一の時間周波数に相互相関の低い複数の参照信号シンボル系列が多重されている場合、つまり端末と中継装置が異なる参照信号シンボル系列を同一の時間周波数に重ねている場合、図１８に示すように、受信した参照信号シンボル系列を中段のレジスタ８１０に右側から順番に詰め込み、同様に複素共役をとった既知の第一参照信号シンボル系列を上段のレジスタ８０１に右側から順番に詰め、複素共役をとった既知の第二参照信号シンボル系列を下段のシフトレジスタ８２０の右側から順番に詰める。

その状態で、図示の通り、加算機８０３と乗算器８０２とが、乗算と加算を実施することで、第一参照信号シンボルに対する伝搬路応答と、第二参照信号シンボルに対する伝搬路応答とを取り出すことができる。ここで、受信参照信号シンボル系列は５０３から入力され、既知の第一参照信号シンボルおよび第二参照信号シンボルは、５０４内の固定パタンを記録するためのメモリから、または５０４内で送信側と受信側で共有された参照信号シンボル系列のルールに従って、例えば図７の実施例のように生成した結果を入力する。

通信品質推定処理部５０５は、５０４の伝搬路推定結果に基づいて通信品質を推定する。図１１の３０４や３０６に対応し、通信品質推定処理部５０５は、上り第一無線通信路と上り第三無線通信路と各々の通信品質を推定する。通信品質推定の最も簡単な方法は、雑音電力と干渉電力を固定値と仮定し、５０４で推定した伝搬路推定結果の２乗を所望信号電力とし、所望信号電力を固定値で割った値をＳＩＮＲ（ＳｉｇｎａｌｔｏＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｌｕｓＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）として扱い、これをシャノン容量に換算する方法が挙げられる。ただし、このままでは仮定が実際とずれていた場合に通信品質の見積りを誤るため、アウターループ制御を実施することが考えられる。例えば、ある固定値を仮定した状態でデータ通信を繰り返し、データ系列のパケット誤り率がしきい値（例えば１％や０．１％に設定する）より大きい場合は、実際の雑音電力と干渉電力の和が固定値より大きいと考えられるため固定値を大きくし、データ系列のパケット誤り率がしきい値より小さい場合は、実際の雑音電力と干渉電力の和が固定値より小さいと考えられるため固定値を小さくする、という制御である。

そして、通信品質推定部５０５は、上りの第一無線通信路品質と、第三無線通信路品質とを推定し、基地局制御ブロック５１１に入力する。

５０６は、５０４の伝搬路推定結果を用いた受信ウェイトの計算である。受信ウェイトの目的は、受信した複数空間レイヤの分離と、各空間レイヤの位相補正である。受信ウェイト計算のアルゴリズムとしてはＺＦ（ＺｅｒｏＦｏｒｃｉｎｇ）やＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ）が知られている。

５０７は、５０３で分離した複数空間レイヤのデータシンボルベクトルに対し、５０６で計算した受信ウェイト行列を乗算して、空間レイヤの分離と、各空間レイヤの位相補正を行う。

５０８は、５０７で空間レイヤ分割されたデータシンボルをコードワード単位にまとめ、ビット毎の対数尤度比を求め、Ｔｕｒｂｏ復号またはビタビ復号を実施する。復号された結果のうち、データ部分は受信データバッファ５０９に格納され、制御情報は基地局制御ブロック５１１に入力される。本発明における制御情報としては、端末がフィードバックした下りの第一無線通信路品質と第二無線通信路品質、ならびに中継装置がフィードバックした下りの第三無線通信路品質と上りの第二無線通信路品質とがこのルートで基地局制御ブロック５１１へ入力される。なお、データと制御情報の区別は、当該無線通信システムが準拠する規格団体が発行する無線Ｉ／Ｆのプロトコルに従う。

バックホールネットワークI/F５１０は、基地局より上位のノード、例えばアクセスゲートウェイ、と有線接続されているバックホールネットワークに対するＩ／Ｆである。バックホールネットワークI/F５１０は、受信データバッファ５０７の上位ノードへの転送と、上位ノードから転送されるデータを送信データバッファ５１２に格納する。

基地局制御ブロック５１１は、５０５で得られた通信品質推定結果、および５０８で得られた中継装置や端末からのフィードバック情報を元に、上りパケットスケジュール、下りパケットスケジュール、および図１１のフローチャートに対応する中継要否判定を実施する。パケットスケジュールのアルゴリズムとしてはプロポーショナルフェアネスが知られている。本実施例にプロポーショナルフェアネスを適用する場合、中継を要する端末に対しては第二無線通信路の通信品質、中継を要しない端末に対しては第一無線通信路の通信品質を元に瞬時伝送レートを算出する。パケットスケジュール結果、本実施例による中継要否判定結果および図２６に示す中継装置や端末に対するフィードバックイネーブラ２６１０は、下り制御信号として符号化変調処理部５１３に入力される。フィードバックイネーブラは、中継装置や端末からのフィードバック量の調整に使用する。また、下りパケットスケジュール結果に従い、送信データバッファ５１２からデータ系列を取り込むよう符号化変調５１３に指示する。

符号化変調処理部５１３は、送信データバッファ５１２からのデータ系列、基地局制御ブロック５１１からの制御情報系列をそれぞれ符号化、変調を実施する。符号化としては、たとえば原符号化率１／３の畳み込み符号器を使用する。変調は符号化出力を２ビット束ねてＱＰＳＫ、４ビット束ねて１６ＱＡＭ、６ビット束ねて６４ＱＡＭのコンスタレーションにマッピングする。何ビット束ねるかは、５１１から得られる下りスケジューリング結果、およびプロトコルの規定に従う。

レイヤマップ５１４は、５１３内の符号化で出力される一連のビット系列をコードワードと呼ぶが、コードワードを形成する５１３出力の変調シンボル系列を複数の空間レイヤにマッピングする処理である。各変調シンボルは、特定のＯＦＤＭシンボル、サブキャリア、空間レイヤに配置される。配置のルールは、プロコトルで規定されているため、同規定に従った配置位置を一通り格納したメモリ（例えば、図２８のメモリ２８３０）を参照するか、配置ルールをアルゴリズム化した論理回路により配置先を特定する。以上の配置により、参照信号シンボルが格納されるＯＦＤＭシンボル、サブキャリア、空間レイヤは空白シンボルとなっている。空白シンボルはＩ成分Ｑ成分共に０のシンボルである。

プレコーディング処理部５１５は、５１４のレイヤマップ出力を複数空間レイヤ分をベクトルとして扱い、プレコーディング行列を送信重み行列として乗算する処理である。プレコーディング処理部５１５は、これを全てのＯＦＤＭシンボルおよびサブキャリアに関して実行する。

５１６は、下り参照信号シンボル系列を生成するブロックである。参照信号シンボル系列としては、参照信号シンボル系列間の相互相関が低いＭ系列、ＰＮ系列、ウォルシュ系列を元に生成したＢＰＳＫシンボル系列やＱＰＳＫシンボル系列、またはＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列を用いるのが望ましい。各種系列生成アルゴリズムは広く知られているため、その生成アルゴリズムを論理回路（例えば図７）で実現するか、予め生成される系列全通りの出力をメモリに格納しておき、テーブル引きすることで実現できる。

参照シンボル挿入処理部５１７は、５１５のプレコーディング出力において空白シンボルとなっている部分に、５１６で生成した参照信号シンボル系列を挿入する。図６Ａから図６Ｄに示した例に従い、参照シンボル挿入処理部５１７は、参照信号シンボル系列を挿入する。この挿入処理が完了したらＯＦＤＭシンボル毎に５１８でＩＦＦＴ処理を実施し、無線フロントエンド５０１に出力する。

以上の５０１、５１０を除いた部分は、基地局が有するハードウェアである論理回路や、ＤＳＰ、ＭＰＵなどのプロセッサが実行してもよい。

図２７は、基地局１０１の装置構成例である。基地局１０１は、プロセッサ２７１０と、データバッファ２７２０と、メモリ２７３０を有し、ぞれぞれ内部バス２７５０で接続されている。さらに、ネットワークＩ／Ｆとして、バックホールネットワークＩ／Ｆ５０１、無線フロントエンド５０１を有する。プログラムやテーブルを格納する記憶装置２７６０を有する。

記憶装置２７６０には、中継要否判定プログラム２７６２、通信路品質推定プログラム２７６４、参照信号処理プログラム２７６６、変換テーブル２７６９及び状態管理テーブル２７６８が格納されている。なお、本願明細書で開示される基地局における処理に対応されるプログラムは、図示されていないものも格納されている。

中継要否判定プログラム２７６２は、図１１のフローチャートに示される処理が定義され、図１３の基地局制御ブロックが実行する処理に対応する。

通信路品質推定プログラム２７６４は、図５の３０４及び３０５に対応し、また図１３の通信品質推定部５０５に対応する。

参照信号処理プログラム２７６６は、図１の参照シンボル系列生成部５１６及び参照シンボル挿入部５１７で行う処理に対応する。

状態管理テーブル２７６８は、図１２Ａ、図１２Ｂに示されるテーブルであり、端末ごとに、通信路品質と中継装置の要否とが管理されている。

変換テーブル２７６９は、通信路品質を求めるときに参照される図２１に示される変換テーブルである。

プロセッサ２７１０は、記憶装置２７６０に格納されているプログラムを実行する。また、プロセッサ２７１０は、図１３の基地局制御ブロックに対応する処理等を実行し、テーブルを参照し、無線通信を制御する。

データバッファ２７２０は、図１３の５０９や５１２に対応する。メモリ２７３０は、プロセッサ２７１０が処理するプログラムが展開され、処理に必要なデータを保持する。

無線フロントエンド５０１は、図１３と同様で、中継装置や端末装置との無線信号の送受信を行うインターフェースである。バックホールネットワークＩ／Ｆは、図１３と同様で、他の基地局間や基地局の上位のノードに接続されるネットワークに接続するインターフェースである。

図１４は、中継装置の構成例である。

６０１は基地局側の無線フロントエンド、６０２は端末側の無線フロントエンドである。構成部品は５０１と同じである。

下りベースバンド処理部６０３は、６０１から入力された下りベースバンド信号を一旦復号し、再度符号化して端末側無線フロントエンド６０２へ出力する。ベースバンド信号処理の途中段階で、中継装置制御ブロック６０４と制御情報をやり取りする。

上りベースバンド信号処理部６０５は、端末側無線フロントエンド６０２から入力された上りベースバンド信号を一旦復号し、再度符号化して基地局側フロントエンド６０１へ出力する。ベースバンド信号処理の途中段階で、中継装置制御ブロック６０４と制御情報をやり取りする。

中継装置制御ブロック６０４とベースバンド処理部６０３、６０５との間では、通信品質情報と中継要否判定結果をやりとりする。

図１５は、本実施例による中継装置における下り通信に関する機能ブロック構成例である。

基地局側無線フロントエンド６０１から入力された下り受信ベースバンド信号に対し、６０６でＦＦＴ処理を実施し、データ参照信号分離部６０７は、データシンボルと参照信号シンボルとの分離を行う。

データ参照信号分離部６０７で分離した参照信号シンボルに対し、伝搬路応答指定部６０８で下り第三無線通信路の応答推定を行う。図１３の基地局における５０４と同様、伝搬路応答の推定には、送受信側両方（基地局と中継装置）において既知の参照信号シンボルを使用する。参照信号シンボルが時間と共に変化しないのであれば、固定かつ既知の参照信号シンボル系列をメモリに保持しておき、時間と共に変化する場合は、送信側と受信側で共有された参照信号シンボル系列のルールに従い、参照信号シンボル系列を生成する。

通信品質推定部６０９は、６０８の伝搬路推定結果に基づいて下り第三無線通信路の通信品質を推定する。具体的な通信品質推定方法は５０５と同じである。ここで得られた推定結果は、中継装置制御ブロック６０４へ入力される。図４の２０６に対応する。

６１０と６１１は、それぞれ５０６と５０７と同様である。

６１２は、６１１で空間レイヤ分割されたデータシンボルをコードワード単位にまとめ、ビット毎の対数尤度比を求め、Ｔｕｒｂｏ復号またはビタビ復号を実施する。復号された結果のうち、データ部分は下り受信データバッファ６１３に格納され、制御情報は中継装置制御ブロック６０４に入力される。本発明における制御情報としては、基地局が５１１で生成した中継要否判定結果およびフィードバックイネーブラがこのルートで中継装置制御ブロック６０４へ入力される。なお、データと制御情報の区別は、当該無線通信システムが準拠する規格団体が発行する無線Ｉ／Ｆのプロトコルに従う。

中継装置制御ブロック６０４は、下り通信に関連する処理としては、通信品質指定６０９で推定された下り第三無線通信路の通信品質を入力し、上り制御信号に埋め込む処理と、６１２から基地局が生成した中継要否判定結果とフィードバックイネーブラを入力し、中継要否判定結果に従い６１４に中継するデータ系列のみ符号化などを実施するよう指示する中継制御処理を行う。図４の２１５、２１６及び２１７に対応する。

中継制御処理は、図１０のフォーマットの中継要否フラグビットマップ１０２０を用いて中継要否判定結果から分かる端末毎の中継実施／不実施の区別と、下りデータ系列毎固有に付加される制御情報（パケット毎の符号化率、変調方式や周波数リソースの割当て情報が格納されている）の宛先端末とを照合し、中継を実施する端末宛のデータ系列のみを再度符号化以降の処理を実施するよう制御する。一方、図９のフォーマットの場合、中継制御処理は、データ系列毎固有に付加される制御情報の中に中継要否判定結果を示す中継要否フラグ９４０が埋め込まれているため、これが１であれば中継を実施し、０であれば中継を実施しない。なお、中継を実施しないデータ系列は、下り受信データバッファ６１３からクリアする。

符号化変調部６１４は、下り受信データバッファ６１３からのデータ系列を、同データ系列固有の制御情報に従い符号化、変調を実施する。本実施例では、この対象となるデータ系列は、中継装置制御ブロック６０４から指示されたものを例にしている。

レイヤマップ６１５は、処理内容は５１４と同様であるが、さらに、上記データ系列固有の制御情報が示すサブキャリアやＯＦＤＭシンボルに変調シンボルを配置する。

プレコーディング部６１６は、６１５のレイヤマップ出力を複数空間レイヤ分をベクトルとして扱い、プレコーディング行列を送信重み行列として乗算する処理を行う。プレコーディング部６１６は、これを送信対象のＯＦＤＭシンボルおよびサブキャリアに関して実行する。

参照シンボル系列生成部６１７は、下り参照信号シンボル系列を生成するブロックである。５１６で生成した参照信号シンボル系列と同じでも別でも良いが、基地局の参照信号シンボル系列と同じＯＦＤＭシンボル、サブキャリアに参照信号シンボル同士をオーバーラップさせる場合は、可能な限り相互相関が低い別の系列を使用する。参照信号シンボル系列の生成方法は５１６と同様である。

参照シンボル挿入部６１８は、プレコーディング部６１６のプレコーディング出力において空白シンボルとなっている部分に、参照シンボル系列生成部６１７で生成した参照信号シンボル系列を挿入する処理を行う。図６Ａから図６Ｄ、ならびに図７Ａから図７Ｃに示した実施例に従い参照信号シンボル系列を挿入する。この挿入処理が完了したらＯＦＤＭシンボル毎に６１９でＩＦＦＴ処理を実施し、端末側無線フロントエンド６０２に出力する。

以上の６０１、６０２を除いた機能ブロック６０２ないし６１９は、中継装置のハードウェアである論理回路や、ＤＳＰ、ＭＰＵなどのプロセッサが実行してもよい。

図１６は、中継装置の上り通信の実施例である。

６０２から入力された上り受信ベースバンド信号に対し、６２０でＦＦＴ処理を実施し、６２１でデータシンボルと参照信号シンボルとの分離を行う。

６２１で分離した参照信号シンボルに対し、６２２で上り第二無線通信路の応答推定を行う。５０４と同様、伝搬路応答の推定には、送受信側両方（端末と中継装置）において既知の参照信号シンボルを使用する。参照信号シンボルが時間と共に変化しないのであれば、固定かつ既知の参照信号シンボル系列をメモリに保持しておき、時間と共に変化する場合は、送信側と受信側で共有された参照信号シンボル系列のルールに従い、参照信号シンボル系列を生成する。

６２３は６２２の伝搬路推定結果に基づいて上り第二無線通信路の通信品質を推定する。図５の３０５に対応する。具体的な通信品質推定方法は５０５と同じである。ここで得られた推定結果は、中継装置制御ブロック６０４へ入力される。

６２４と６２５は、それぞれ５０６と５０７と同様である。

６２６は、６２５で空間レイヤ分割されたデータシンボルをコードワード単位にまとめ、ビット毎の対数尤度比を求め、Ｔｕｒｂｏ復号またはビタビ復号を実施する。復号された結果のうち、データ部分は上り受信データバッファ６２７に格納され、制御情報は中継装置制御ブロック６０４に入力される。なお、データと制御情報の区別は、当該無線通信システムが準拠する規格団体が発行する無線Ｉ／Ｆのプロトコルに従う。

中継装置制御ブロック６０４は、上り通信に関連する処理として、６２３から入力された上り第二無線通信路の通信品質と、６０９で推定された下り第三無線通信路の通信品質とを、図８Ｂや図８Ｃの実施例のように上り制御信号に埋め込む処理を行う。図１５で示した下り通信において６０４に入力されたフィードバックイネーブラの指示が、中継装置からのフィードバック禁止を示している場合、実施しない。つまり上り制御信号への埋め込み処理は行わない。

また、中継装置制御ブロック６０４は、６１２から入力された基地局からの中継要否判定結果に従い６２８に中継するデータ系列のみ符号化などを実施するよう指示する処理がある。後者の処理は、図１０の実施例に従うと、中継要否判定結果から分かる端末毎の中継実施／不実施の区別と、上りデータ系列毎固有に付加される制御情報の発信元端末とを照合し、中継を実施する端末宛のデータ系列のみを再度符号化以降の処理を実施するよう制御する。なお、中継を実施しないデータ系列は、上り受信データバッファ６２７からクリアする。図５の３１６、３１７及び３１８が対応する。

６２８は、上り受信データバッファ６２７からのデータ系列を、同データ系列固有の制御情報に従い符号化、変調を実施する。ただし、この処理を実施するデータ系列は６０４から指示されたものに限定する。

レイヤマップ６２９は、処理内容は５１４と同様であるが、さらに上記データ系列固有の制御情報が示すサブキャリアやＯＦＤＭシンボルに変調シンボルを配置する。

プレコーディング部６３０は、６２９のレイヤマップ出力を複数空間レイヤ分をベクトルとして扱い、プレコーディング行列を送信重み行列として乗算する処理である。これを全てのＯＦＤＭシンボルおよびサブキャリアに関して実行する。

参照シンボル挿入部６３１は、上り参照信号シンボル系列を生成するブロックである。図１７の７１６で生成する参照信号シンボル系列と同じでも別でも良いが、基地局の参照信号シンボル系列と同じＯＦＤＭシンボル、サブキャリアに参照信号シンボル同士をオーバーラップさせる場合は、可能な限り相互相関が低い別の系列を使用する。参照信号シンボル系列の生成方法は５１６と同様である。

６３２は、６３０のプレコーディング出力において空白シンボルとなっている部分に、６３１で生成した参照信号シンボル系列を挿入する処理である。図６Ａから図６Ｄ、ならびに図７Ａから図７Ｃに示した実施例に従い参照信号シンボル系列を挿入する。この挿入処理が完了したらＯＦＤＭシンボル毎に６３３でＩＦＦＴ処理を実施し、６０１の基地局側無線フロントエンドに出力する。

以上の６０１、６０２を除いた部分は、論理回路や、ＤＳＰ、ＭＰＵなどのプロセッサで実現することができる。

図２８は、中継装置１０３の装置構成例である。中継装置１０３は、プロセッサ２８１０と、データバッファ２８２０と、メモリ２８３０を有し、ぞれぞれ内部バス２８５０で接続されている。さらに、ネットワークＩ／Ｆとして、基地局無線フロントエンド６０１及び端末側無線フロントエンド６０２を有する。また、中継装置１０３は、プログラムやテーブルを格納する記憶装置２８６０を有する。

記憶装置２８６０には、中継制御プログラム２８６２、通信路品質推定プログラム２８６４、参照信号処理プログラム２８６６及び中継要否情報２８６８が格納されている。なお、本願明細書で開示される中継装置１０３における処理に対応されるプログラムは、図示されていないものも格納されている。

中継制御プログラム２８６２は、図４の２１５、２１６及び２１７に対応し、図５の３１７、３１８及び３１９に対応する処理が定義されるプログラムである。また、中継制御プログラム２８６２がプロセッサ２８１０に読み込まれることにより、図１５や図１６の中継装置制御ブロック６０４に対応する。通信路品質推定プログラム２８６４は、図４の２０６、図５の３０５に対応し、また図１５や図１６の通信品質推定部6０９、６２３に対応する。

参照信号処理プログラム２８６６は、図１４や図１５の参照シンボル系列生成部６１７、６３１及び参照シンボル挿入部６１８、６３２で行う処理に対応する。また、参照信号処理プログラム２８６６は、図４の２０２や図５の３０３のコマンドを送る処理に対応する。

中継要否情報２８６８は、図９や図１０に示されるような基地局と端末間の通信について、中継装置による中継要否が管理されている。

プロセッサ２８１０は、記憶装置２８６０に格納されているプログラムを実行する。また、プロセッサ２８１０は、プログラムを実行し、中継装置制御ブロック６０４に対応する処理等を実行し、中継要否情報２８６８を参照し、無線通信を制御する。

データバッファ２８２０は、図１５の６１３や図１６の６２７に対応する。メモリ２８３０は、プロセッサ２８１０が処理するプログラムが展開され、処理に必要なデータを保持する。

無線フロントエンド６０１及び６０２は、図１４と同様で、基地局や端末装置との無線信号の送受信を行うインターフェースである。

図１７は、端末における機能ブロック構成例を示す。

無線フロントエンド７０１は、構成部品は５０１の構成に対応する。

下り受信ベースバンド信号に対し、７０２でＦＦＴ処理を実施し、データ参照信号分離部７０３は、データシンボルと参照信号シンボルとの分離を行う。

データ参照信号分離部７０３で分離した参照信号シンボルに対し、伝搬路応答推定部７０４は、下り第一無線通信路および下り第二無線通信路の応答推定を行う。伝搬路応答の推定には、送受信側両方（端末と基地局、中継装置と端末）において既知の参照信号シンボルを使用する。参照信号シンボルが時間と共に変化しないのであれば、固定かつ既知の参照信号シンボル系列をメモリに保持しておき、時間と共に変化する場合は、送信側と受信側で共有された参照信号シンボル系列のルールに従い、参照信号シンボル系列を生成する。

また、同一の時間周波数に相互相関の低い複数の参照信号シンボル系列が多重されている場合、つまり基地局と中継装置が異なる参照信号シンボル系列を同一の時間周波数に重ねている場合、図１８に示すように、受信した参照信号シンボル系列を中段のシフトレジスタ８１０に右側から順番に詰め込み、同様に複素共役をとった既知の第一参照信号シンボル系列を上段のレジスタ８０１に右側から順番に詰め、複素共役をとった既知の第二参照信号シンボル系列を、下段のレジスタ８２０に右側から順番に詰める。

その状態で、図示の通り、加算機８０３と乗算器８０２とが、乗算と加算を実施することで、第一参照信号シンボルに対する伝搬路応答と、第二参照信号シンボルに対する伝搬路応答とを得る。ここで、受信参照信号シンボル系列は、データ参照信号分離部７０３から入力され、既知の第一参照信号シンボルおよび第二参照信号シンボルは、伝搬路応答推定部７０４内の固定パタンを記録するためのメモリ（図２９のメモリ２９３０）から、または伝搬路応答推定部７０４内で送信側と受信側で共有された参照信号シンボル系列のルールに従って生成した結果を入力する。

通信品質推定部７０５は、伝搬路応答推定部７０４の伝搬路推定結果に基づいて通信品質を推定する。下り第一無線通信路と下り第二無線通信路と各々の通信品質を推定する。通信品質推定の方法は５０５と同じである。図４の２０４及び２０５に対応する。

伝搬路応答推定部７０５で推定された上りの下り第一無線通信路品質と、下り第二無線通信路品質は、端末制御ブロック７１１に入力される。

７０６と７０７は、それぞれ５０６、５０７と同様である。

７０８は、７０７で空間レイヤ分割されたデータシンボルをコードワード単位にまとめ、ビット毎の対数尤度比を求め、Ｔｕｒｂｏ復号またはビタビ復号を実施する。復号された結果のうち、データ部分は受信データバッファ７０９に格納され、制御情報は基地局制御ブロック７１１に入力される。制御情報としては、基地局における制御ブロック５１１が発行するフィードバックイネーブラ（図２６）が７１１へ入力される。なお、データと制御情報の区別は、当該無線通信システムが準拠する規格団体が発行する無線Ｉ／Ｆのプロトコルに従う。

アプリケーション７１０は、端末で使用するウェブやメールなどのアプリケーションを操作させるためのプロセッサおよび画面やキーボードなどのユーザインターフェースである。アプリケーションから入力されるデータは送信データバッファ７１２に格納され、基地局が生成したスケジューリング情報に従って送信される。

端末制御ブロック７１１は、７０５で得られた通信品質推定結果、および７０８で得られた上りパケットスケジュール情報に従った符号化変調７１３の駆動、および７０５から入力された通信品質推定結果と、７０８から入力された中継要否判定結果を上り制御情報として７１３に入力する処理、さらには、アプリケーション７１０により上りデータ系列が生成され、送信データバッファ７１２にデータがある場合に、基地局に上りスケジューリング情報を送ってもらうためのスケジューリングリクエストも制御情報として符号化変調７１３に入力する。ただし、７０８から入力されたフィードバックイネーブラ（図２６の２６１０）が、端末からのフィードバック禁止を示している場合、７０５から入力された通信品質推定結果の上り制御情報として７１３に入力する処理は実施しない。

符号化変調７１３は、送信データバッファ７１２からのデータ系列、端末制御ブロック７１１からの制御情報系列をそれぞれ符号化、変調を実施する。符号化方法や変調方法は５１３と同様である。

７１４と７１５は、それぞれ５１４と５１５と同様である。

参照シンボル系列生成部７１６は、上り参照信号シンボル系列を生成するブロックである。参照信号シンボル系列の生成方法は５１６と同様である。

参照シンボル挿入部７１７は、プレコーディング部７１５のプレコーディング出力において空白シンボルとなっている部分に、７１６で生成した参照信号シンボル系列を挿入する処理である。図６Ａから図６Ｄに示した実施例に従い参照信号シンボル系列を挿入する。この挿入処理が完了したらＯＦＤＭシンボル毎に７１８でＩＦＦＴ処理を実施し、７０１の無線フロントエンドに出力する。

以上の７０１、７１０を除いた部分は、論理回路や、ＤＳＰ、ＭＰＵなどのプロセッサで実現することができる。

図２９は、端末１０２の装置構成例である。

端末１０２は、プロセッサ２９１０と、データバッファ２９２０と、メモリ２９３０を有し、ぞれぞれ内部バス２９５０で接続されている。さらに、ネットワークＩ／Ｆとして、端末１０２は、無線フロントエンド７０１を有する。また、端末１０２は、プログラムやテーブルを格納する記憶装置２９６０を有する。

記憶装置２９６０には、通信路品質推定プログラム２９６４、参照信号処理プログラム２９６６が格納されている。また、端末１０２は、図４の基地局信号受信処理２１５や中継装置信号受信処理２１９で、受信したデータを記憶装置２９６０またはメモリ２９３０に格納してもよい。なお、本願明細書で開示される端末１０２における処理に対応されるプログラムは、図示されていないものも格納されている。

通信路品質推定プログラム２９６４は、図４の２０４及び２０５に対応し、また図１７の通信品質推定部７０５に対応する。

参照信号処理プログラム２９６６は、図１７の参照シンボル系列生成部７１６及び参照シンボル挿入部７１７で行う処理に対応する。また、参照信号処理プログラム２９６６は、図５の３０１や３０２のコマンドを送る処理に対応する。

プロセッサ２９１０は、記憶装置２９６０に格納されているプログラムを実行する。また、プロセッサ２９１０は、プログラムを実行し、端末制御ブロック７１１に対応する処理等を実行し、無線通信を制御する。

データバッファ２９２０は、６２７や図１７の７０９，７１２に対応する。メモリ２９３０は、プロセッサ２９１０が処理するプログラムが展開され、処理に必要なデータを保持する。

無線フロントエンド７０１は、図１４と同様で、基地局や端末装置との無線信号の送受信を行うインターフェースである。

以上の実施例により、中継装置を導入することによるシステム全体の性能のロスを抑え、性能のゲインを高めることができる。例えば、セルの平均周波数利用効率を高めることができる。

上述の実施例の変形例１として、以下、１基地局に対して複数の中継装置が存在する場合の例を示す。

図３０は、１基地局１０１と、複数の中継装置１０３−１，１０３−２とを有する無線通信システムの構成例を示す。基地局１０１に対し、中継装置１０３が複数接続し、さらに各中継装置１０３との通信が可能な端末１０２が複数台存在する。各端末１０２は基地局１０１との直接通信も可能である。この時、基地局１０１−端末１０２との間の第一無線通信路１０４は、中継装置１０３の数が１台の場合と変わらず存在するが、中継装置１０３−端末１０２との間の第二無線通信路１０５は、中継装置１０３個別に各端末（１０２−１から１０２−４）との間に定義される。同様に、基地局１０１−中継装置１０３との間の第三無線通信路１０６は、中継装置１０３毎に定義される。つまり、基地局１０１と各端末１０２との間の無線通信ルートとして、基地局１０１−端末１０２間の直接的なルートと、中継装置１０３毎の中継ルートが存在することとなり、中継装置１０３が複数存在する場合は、端末１０２毎に３種類以上のルートからなルートを選択する必要がある。

このような１基地局に対して複数の中継装置が存在する無線通信システムにおいては、中継装置の運用方法として２種類あり、一つ目は、各中継装置を個別に制御する例である。二つ目は、複数の中継装置を論理的に１台の中継装置とみなし、全ての中継装置に対して同一の制御をする方法である。以下、本変形例の処理の詳細を述べる。

図３１は、複数中継装置を導入した場合のシステム全体の処理フローである。ステップ１００１からステップ１００５までは図３の実施例と同じステップなので説明を省略する。ステップ１００３とステップ１００４との間に、端末毎に中継装置を選択するステップ１００６を挿入している。ステップ１００５では端末毎に、ステップ１００６で選択した中継装置を使用した中継通信を行うか、基地局と端末が直接通信するかを判定する。ステップ１００６による中継装置判定方法の詳細は、図３７及び図３８を用いて後述する。

図３２は、１基地局に対して複数の中継装置が存在する無線通信システム下り通信の実施例である。

まず、基地局１０１は、端末１０２に対し、第一無線通信路（基地局−端末間）の通信路品質を推定するための参照信号２０１を送信し、中継装置１０３に対し第三無線通信路（基地局−中継装置間）の通信路品質を推定するための参照信号２０３を送信する。参照信号２０３は、基地局１０１がブロードキャストする信号であり、複数の中継装置１０３間で共通の参照信号とする。

中継装置１及び２（１０３）は、上記参照信号２０３を用いて中継装置個別の第三無線通信路の通信品質推定で品質推定を行い（２０６）、推定結果を基地局へフィードバックする（２０９）。このとき、フィードバックの送信元となる中継装置を特定できるよう、図８Ｂに示すフィードバックフォーマットに従って、例えば、ＣＱＩ８６０の値を含む推定結果を、中継装置それぞれから基地局に送信し、フィードバックする。また、中継装置１０３は、中継装置１０３個別の参照信号２０３を、端末１０２に向け、第二無線通信路の通信路品質を推定するためにブロードキャストする。中継装置固有の参照信号生成方法としては、図７で示した実施例に従い、セル固有の識別番号を中継装置毎に変えれば良い。同じく参照信号の配置方法としては、図６Ｄに示した方法で、複数の中継装置が送信する参照信号をオーバーラップさせればよい。ただし、プロトコルとして規定すれば、各中継装置が送信する参照信号を必ずしもオーバーラップさせる必要は無く、かつオーバーラップさせていない状態であれば中継装置毎に異なる参照信号を生成する必要も無く、同一の参照信号を使用してもよい。

端末１０２は、参照信号２０１を受信し、その参照信号２０１を使用して第一無線通信路の通信路品質推定２０４を行う。さらに端末１０２は、中継装置１及び２それぞれから固有の参照信号２０２−１及び２０２−２を受信し、中継装置それぞれに対応する参照信号２０２用いて、中継装置ごとに第二無線通信路の通信路品質推定２０５を行う。端末１０２は、通信路品質推定２０４または２０６による通信路品質の推定結果をＭＡＣレイヤで、無線により基地局１０１にフィードバックする。ここでフィードバックするのは、第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、中継装置個別の第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８である。

基地局１０１は、端末１０２と中継装置１０３から無線でフィードバックされた第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８と、第三無線通信路の通信路品質推定結果２０９とを用いて、まず端末１０２毎に中継装置の選択を行う（２２４）。

基地局１０１は端末毎に中継装置を選択した後に、同選択結果に基づき端末１０２毎に中継装置１０３による中継通信を実施するか否かを判定する（２１０）。中継要否判定結果２１１は、ＭＡＣレイヤ、またはＲＲＣレイヤで、無線ネットワークを介して中継装置１０３に転送される。以降の動作は図４と同様のため説明を省略する。

図３３に、第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７と第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８のフィードバックフォーマットの例を示す。第一無線通信路の通信路品質推定結果２０７については図８Ａと同様だが、第二無線通信路の通信路品質推定結果２０８は中継装置毎に生成されるため、通信路品質推定結果毎に、その通信路品質推定結果に対応する中継装置のＩＤが付加され、通信路品質推定結果と中継装置ＩＤとが対応付けられる。

図３２の中継装置選択２２４の処理について詳細に説明する。具体的には次の式（数１２）に示す評価関数が最大となる中継装置rを選択する。

ｋは端末のインデックス、ｒは中継装置のインデックスである。Ｃ_Ａ（ｋ，ｒ）は端末ｋと中継装置ｒとの間の第二無線通信路のキャパシティ、Ｃ_Ｄ（ｋ）は基地局と端末ｋとの間の第一無線通信路のキャパシティ、Ｃ_Ｂ（ｒ）は基地局と中継装置ｒとの間の第三無線通信路のキャパシティをそれぞれ表す。

中継装置選択２２４の詳細について、端末毎の中継装置選択方法の第一例を示す図３７を用いて説明する。図３７は、基地局１０１が行う中継装置選択２２４の詳細を示したフローチャートである。ステップ１２０１では数１２が最大となる中継装置のインデックスＲｍａｘを探索する。中継装置に関するループが完了した時点のＲｍａｘが示す中継装置を、当該端末ｋが中継通信で使用する中継装置として選択する（ステップ１２０２）。中継装置選択の後段に続く中継要否判定を実施する際、端末毎にそれぞれ１つの第一無線通信路品質、第二無線通信路品質、および第三無線通信路品質を参照するが、基地局は第二無線通信路品質と第三無線通信路品質は中継装置毎に持っている。この中継装置選択により、端末毎に第二無線通信路品質と第三無線通信路品質の代表値を、選択した中継装置に関する第二無線通信路品質と第三無線通信路品質の値とする。

次に、基地局１０１が行う、中継装置選択方法の第二例を示す図３８を用いて、基地局１０１が行う中継装置選択２２４の詳細を説明する。ステップ１２０３では、数１２の評価関数が正になるかどうかを判定している。もし評価関数値が０または負の場合は次の中継装置ｒに関して同様の判定を行う。評価関数値が正の場合は、当該中継装置ｒが当該端末ｋにとって、基地局と直接通信するよりも、中継装置ｒ経由で通信した方がシステム性能のゲインが得られると判定されたことに相当する。ステップ１２０３で評価関数値が正となった中継装置のグループの中から、ステップ１２０４で当該端末ｋにとってな中継装置Ｒｍａｘを選択する。Ｒｍａｘは数１３が最大値となるｒである。

数１３の分母Ｎ（ｒ）は、当該端末ｋが中継装置ｒを選択すると仮定した上で当該中継装置ｒを選択している端末の総数である。同じく分子Ｃ_Ａ（ｋ，ｒ）は端末ｋが中継装置ｒを使用したときの第二無線通信路の通信品質である。つまり、数１３の評価関数は、端末ｋが中継装置ｒを使用したときの第二無線通信路の通信品質を、中継装置ｒを使用すると見込まれる端末数で除算したものであり、端末ｋに按分されると見込まれる実質的な第二無線通信路の通信品質である。言い換えると、中継装置を使用する端末が多いほど、端末あたりに期待されるスループットが低下するため、数１３の評価関数は端末当りに期待されるスループットを示し、これが最大値となる中継装置を選択するということは、端末にとって最もスループットを確保しやすい中継装置を選択することに相当する。

なお、複数の中継装置を論理的に１台の中継装置とみなし、全ての中継装置に対して、基地局が同一の制御をする場合は、以下の点が図３２と異なる。

相違点一点目は、中継装置固有の参照信号２０２−１と２０２−２が、同一の参照信号となる点である。端末１０２は、第二無線通信路の通信路品質を推定する際（２０５）、複数の中継装置１０３が送信する同一の参照信号２０２−１と２０２−２の重畳信号に対する通信路品質推定となる。よって、端末１０２からの第二無線通信路品質フィードバック２０８は、第一無線通信路品質フィードバック２０７も併せて図８Ａの形式に従って、フィードバック２０７が行われる。

相違点二点目は、中継装置選択２２４の処理が異なることである。基地局１０１が中継装置選択２２４を実施する際、端末１０２からフィードバックされる第二無線通信路品質はどの中継装置を経由しているかが不明のため、中継装置１０３からフィードバックされる第三無線通信路品質と数１２のように結び付けることができない。具体的には、数１２のＣ_Ａ（ｋ，ｒ）について、ｒ毎の値がフィードバックされないため、数１２の第二項であるＣ_Ａ（ｋ，ｒ）／Ｃ_Ｂ（ｒ）が正しく計算できない。このとき、数１２に相当する評価関数値は次の式（数１４）の通りとなる。

この式の第二項は、端末毎のキャパシティであるＣ_Ａ（ｋ）を中継装置毎のキャパシティであるＣ_Ｂ（ｒ）を除算する形となっているが、端末ｋがどの中継装置ｒで通信するかが不明のため、第三無線通信路に対する第二無線通信路のキャパシティ比率、つまり第二無線通信路でデータ通信する際に第三無線通信路でどの程度無線通信リソースを余分に消費するかを示す本項が正しく計算できない。従ってこの場合、端末がどの中継装置経由で通信しても最低限保証される第三無線通信路の通信路品質を参照することにする。具体的には次の式（数１５）の通りである。

この式の第二項の分母は、基地局と接続する全中継装置に関する第三無線通信路のキャパシティの最小値を示す。つまり、端末毎の中継装置選択の方法は、全ての端末に関して各中継装置毎に推定された第三無線通信路品質が最小値となる中継装置を選択することに相当する。実際は全ての中継装置が、中継要否判定により中継が必要と判断された全ての端末に関する中継通信を行う。

相違点三点目は、中継要否判定結果２１１−１と２１１−２がある複数の中継装置に対して共通となる点である。これに伴い、各中継装置が再送信する下り信号２１８−１と２１８−２も同一となる。

図３４は、１基地局に対して複数の中継装置が存在する無線通信システム上り通信の例である。

端末１０２は、基地局１０１に対し、第一無線通信路の通信路品質を推定するための参照信号３０１を送信し、複数の中継装置１０３に対し第二無線通信路の通信路品質を推定するための参照信号３０２を送信する。端末１０２は、参照信号３０２を複数の中継装置１０３に対してブロードキャストしてもよい。

中継装置１０３それぞれは、第三無線通信路の通信路品質を推定するための中継装置個別の参照信号３０３−１、３０３−２を基地局１０１に送信する。中継装置１０３は、端末１０２から参照信号３０２を受信し、その参照信号３０２を使用して第二無線通信路の通信路品質推定３０５−１、３０５−２を実施する。中継装置１及び２（１０３）は、第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８−１、３０８−２を基地局１０１へＭＡＣレイヤで無線によりフィードバックする。中継装置１０３がフィードバックする際、基地局１０１がどの中継装置からのフィードバックかを識別するために、図８Ｃのようにフィードバックフォーマットに従って、推定結果に中継装置のＩＤ８２０を付加したものを、中継装置それぞれから基地局に送信する。

基地局１０１は、参照信号３０１を受信し、その参照信号３０１を使用して第一無線通信路の通信路品質推定３０４を行う。また、基地局１０１は、中継装置１及び２それぞれから中継装置固有の参照信号３０３−１、３０３−２を受信し、その参照信号３０３−１、３０３−２をそれぞれ使用して中継装置毎の第三無線通信路の通信路品質推定３０６を実施する。また、基地局１０１は、中継装置１０３それぞれからフィードバックされた第二無線通信路品質推定結果３０８−１、３０８−２を無線ネットワークを介して受信する。

そして、基地局１０１は、３０４と３０６で推定した第一無線通信路の通信路品質と、第三無線通信路の通信路品質と、第二無線通信路の通信路品質推定結果３０８とを用いて、端末１０２毎に中継装置の選択を行う（３２１）。中継装置の選択方法は図３２の実施例で説明した通りである。

基地局１０１は、端末毎に中継装置を選択した後に、同選択結果に基づき端末１０２毎に中継装置１０３による中継通信を実施するか否かを判定する（３１０）。中継要否判定結果３１１は、ＭＡＣレイヤ、またはＲＲＣレイヤで、無線ネットワークを介して中継装置１０３に転送される。以降の動作は図５と同様のため説明を省略する。

なお、図３４に示す実施例で、複数の中継装置を論理的に１台の中継装置とみなし、全ての中継装置に対して同一の制御をする場合、以下の点が図３４の実施例と異なる。

相違点は、中継要否判定結果３１１−１と３１１−２が複数の中継装置に対して共通となる点である。基地局１０１は、中継装置選択３２１で端末毎に中継装置を選択し、選択された中継装置１０２を使用すること前提に３１０で端末毎の中継要否判定を実施する。ただし、ある端末の無線通信を実際に中継する場合は、全ての中継装置で当該端末に対する中継を実施する。この方法は、中継装置個別に中継制御を実施する場合と比較し、中継要否判定結果の通知に伴うオーバーヘッドを低減できる。なお、中継要否判定結果３１１−１と３１１−２が全中継装置に対して共通とすることに伴い、中継装置が再送信する上り信号３１９−１と３１９−２は、全中継装置が中継すべき端末からの上り信号を全てデコードできた理想的な場合を仮定すると、同一の信号となる。ただし実際は、中継装置毎にデコードに失敗する端末の信号が存在するため、全ての中継装置が必ずしも同一信号を出力するとは限らない。

図３５は、複数の中継装置が１台の基地局に所属する場合の、基地局の構成例である。図１３の実施例と大部分が共通するため、図１３との相違点についてのみ説明する。

伝播路応答推定部５０４は、５０３で分離した参照信号シンボルに対し上り第一無線通信路および上り第三無線通信路の応答推定を行う。上り第三無線通信路については中継装置毎に推定を実施する。

通信品質推定処理部５０５は、５０４の伝搬路推定結果に基づいて通信品質を推定する。図１１の３０４や３０６に対応し、通信品質推定処理部５０５は、上り第一無線通信路と上り第三無線通信路と各々の通信品質を推定する。上り第三無線通信路の通信品質推定は中継装置個別に実施され、上り第一無線通信路の通信品質と共に基地局制御ブロック５１１に入力する。

復調復号処理部５０８は、５０７で空間レイヤ分割されたデータシンボルをコードワード単位にまとめ、ビット毎の対数尤度比を求め、Ｔｕｒｂｏ復号またはビタビ復号を実施する。復号された結果のうち、データ部分を受信データバッファ５０９に格納し、制御情報を基地局制御ブロック５１１に入力する。制御情報としては、例えば、端末がフィードバックした下りの第一無線通信路品質と、中継装置毎端末毎の下り第二無線通信路品質（図３３）、ならびに中継装置がフィードバックした中継装置個別の通信路品質のうち下りの第三無線通信路品質（図８Ｂ）と、中継装置毎端末毎の上りの第二無線通信路品質（図８Ｃ）とである。これらの制御情報が、基地局制御ブロック５１１へ入力される。

基地局制御ブロック５１１は、５０５で得られた通信品質推定結果、および５０８で得られた中継装置や端末からのフィードバック情報を元に、上りパケットスケジュール、下りパケットスケジュール、および図１１のフローチャートに対応する中継要否判定を実施する。ただし、図３１に示した通り、中継要否判定を実施する前に、端末毎にな中継装置を選択する（５１９）。５１９における端末毎に、中継装置を選択する選択方法は図３２の実施例に記載している。５１９はファームウェアとしてＤＳＰやＭＰＵなどで実現することができる。５１３に渡す中継要否判定結果は、中継装置ごとに対応する結果であっても複数の中継装置共通の結果としても良い。

図３６は、本発明による無線通信システムにおいて、複数の中継装置が１台の基地局に所属する場合の、基地局１０１の装置構成例である。図２７の実施例と大部分が共通であるが、さらに、図３２の中継装置選択２２４や図３２の中継装置選択３２１に対応する、記憶装置２７６０に、端末毎に、複数の中継装置からいずれかの中継装置を選択するためのプログラム２７７０が格納される。

以上、１基地局に対して複数の中継装置が存在する場合の実施例を示した。以下、端末毎に継装置を選択する前に、中継装置の絞込みを行う実施例について説明する。中継装置の絞込みを中継装置選択前に行うことで、中継装置選択に伴う演算量削減の効果がある。

図３９は、中継装置選択前に中継装置の絞込み処理を行うフローである。ステップ１００１からステップ１００６までは図３および図３１の実施例と同じステップなので説明を省略する。ステップ１００３とステップ１００６との間に、端末毎に選択する中継装置の絞り込み処理を行うステップ１００７を挿入している。ここでは、端末と中継装置それぞれの位置情報、または位置情報に準ずる基準で、しきい値判定により端末毎に選択される中継装置の候補を絞り込む。ステップ１００６では、端末毎にステップ１００７で絞り込まれて生き残った中継装置を対象に、図３２、図３７、または図３８に示す方法で端末毎にな中継装置の選択を行う。

図４０は、無線通信システムにおいて、複数の中継装置が１台の基地局に所属し、かつ中継装置選択前に中継装置を絞り込む場合の、基地局の構成例である。図１３および図３５の実施例と大部分が共通するため、図１３および図３５との相違点についてのみ説明する。

相違点は、中継装置選択５１９の前に中継装置絞込５２０のブロックを挿入した点と、中継装置絞込ブロック５２０が、参照する中継装置位置情報バッファ５２１を追加した点である。中継装置絞込ブロック５２０は、端末と中継装置との位置情報に基づく中継装置絞込と、端末が送信する無線信号の中継装置での受信強度に基づく中継装置絞込との２通りの実現方法があるため、以下で各々の場合について説明する。

第一の絞込処理実現方法である端末と中継装置との位置情報に基づく中継装置絞込は、端末の位置情報と中継装置の位置情報から端末と中継装置との間の地理的な距離を計算し、同距離に対するしきい値判定により中継装置選択の候補に残すか外すかを決定する。例えば、距離が２００ｍを下回れば候補に残し、下回らなければ候補から外す。

この絞込処理で必要な情報は、判定用のしきい値と、端末の位置情報と、中継装置の位置情報である。これらのうち、判定用のしきい値と中継装置の位置情報は基地局起動時の初期設定により取得する。中継装置の位置情報は中継装置位置情報バッファ５２１に格納する。端末の位置情報は、例えば端末に搭載されたＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）により取得し、図３２の端末からのフィードバック情報２０７または２０８、または図３４の端末からのフィードバック情報と共に、図１７の位置測定のアプリケーション７１０が生成するデータ信号として基地局に通知し、図４０の受信データバッファ５０９から上りデータチャネルに含まれていた端末の位置情報を、基地局制御部５１１が中継装置絞込ブロック５２０に入力することで取得できる。この絞込方法の実施例を図４１に示す。ステップ１３０１で中継装置と端末との間の距離を計算し、ステップ１３０２で計算した距離に対するしきい値判定を行い、計算した距離がしきい値を下回る場合は当該中継装置を当該端末の選択する中継装置候補として残し（ステップ１３０３）、下回らない場合は当該中継装置を当該端末の選択する中継装置候補から外す（ステップ１３０４）。

第二の絞込処理実現方法である端末が送信する無線信号の中継装置での受信強度に基づく中継装置絞込は、図３４で中継装置から基地局にフィードバックする第二無線通信路品質３０８を元に実現できる。３０８の実体は、図２１に示すＣＱＩインデックス２１１０であり、図示の通り周波数利用効率２１４０にマッピングされる。周波数利用効率２１４０は端末が送信する無線信号の中継装置での受信強度に対し単調増加の関係にあるため、ＣＱＩインデックスに対するしきい値を判定を実施することで目的を達成できる。例えば、しきい値としてＣＱＩインデックス６を設定した場合、ＣＱＩインデックスが６以上の場合は当該中継装置を選択候補として残し、６未満の場合は当該中継装置を選択候補から外すという動作になる。しきい値の取得方法は、上記位置情報ベースの絞込方法と同様、基地局起動時の初期設定による。この絞込方法の実施例を図４２に示す。ステップ１３０５で中継装置ｒからフィードバックされた端末ｋに関する上り第二無線通信路の無線通信品質を表すＣＱＩインデックスを変数Ａと定義し、ステップ１３０６で定義した変数Ａに対するしきい値判定を行い、変数Ａがしきい値を上回る場合は当該中継装置を当該端末の選択する中継装置候補として残し（ステップ１３０３）、上回らない場合は当該中継装置を当該端末の選択する中継装置候補から外す（ステップ１３０４）。

なお、図３６の記憶装置２７６０に、端末毎に選択する中継装置の絞込みを実施するためのプログラム２７７１と、中継装置の位置情報テーブル２７７２が格納される。

基地局、端末、及び中継装置を有する無線通信システムに関し、特に、基地局と端末間のデータ通信のための通信リソース割り当て技術に利用可能である。

１０１基地局
１０２端末
１０３中継装置
１０４基地局−端末間の第一無線通信路
１０５中継装置−端末間の第二無線通信路
１０６基地局−中継装置間の第三無線通信路
１０７第一無線通信路に割り当てられた無線通信リソース
１０８第二無線通信路に割り当てられた無線通信リソース
１０９第三無線通信路に割り当てられた無線通信リソース
２０１第一無線通信路の下り通信品質測定のための参照信号
２０２第二無線通信路の下り通信品質測定のための参照信号
２０３第三無線通信路の下り通信品質測定のための参照信号
４０１第一無線通信路の通信路品質推定用の参照信号シンボル
４０２第二無線通信路の通信路品質推定用の参照信号シンボル
４０３第三無線通信路の通信路品質推定用の参照信号シンボル
４０４ヌルシンボル
４０５データシンボル
４０６第一無線通信路および第三無線通信路兼用の通信路品質推定用の参照信号シンボル
４０７符号領域で多重される参照信号シンボル系列が配置されるシンボル位置
４０８基地局および中継装置が送信する符号領域多重後の参照信号シンボル系列
４０９符号領域で多重化する参照信号シンボル系列の具体例
５０１基地局の無線フロントエンド
５０２基地局の上りＦＦＴ処理
５０３基地局のデータシンボル・参照信号シンボル分離
５０４基地局の伝搬路応答推定
５０５基地局の上り通信品質推定
５０６基地局の受信ウェイト計算
５０７基地局の検波・レイヤ分離
５０８基地局の上り復調・復号
５０９基地局の上り受信データバッファ
５１０基地局の有線バックホールネットワークに対するＩ／Ｆ
５１１基地局制御部
５１２基地局の下り送信データバッファ
５１３基地局の符号化・変調
５１４基地局のレイヤマップ処理
５１５基地局のプレコーディング処理
５１６基地局の下り参照信号シンボル系列生成
５１７基地局の下り参照信号シンボル挿入処理
５１８基地局の下りＩＦＦＴ処理
５１９基地局による端末毎の中継装置選択処理
５２０基地局による端末毎の中継装置選択候補を絞り込む処理
５２１基地局が保持する中継装置位置情報のバッファ
６０１中継装置の基地局側無線フロントエンド
６０２中継装置の端末側無線フロントエンド
６０３中継装置の下りベースバンド信号処理
６０４中継装置制御
６０５中継装置の上りベースバンド信号処理
６０６中継装置の下りＦＦＴ処理
６０７中継装置の下りデータシンボル・参照信号シンボル分離
６０８中継装置の下り伝搬路応答推定
６０９中継装置の下り通信品質推定
６１０中継装置の下り受信ウェイト計算
６１１中継装置の下り検波・レイヤ分離
６１２中継装置の下り復調・復号
６１３中継装置の下り受信データバッファ
６１４中継装置の下り符号化・変調
６１５中継装置の下りレイヤマップ処理
６１６中継装置の下りプレコーディング処理
６１７中継装置の下り参照信号シンボル系列生成
６１８中継装置の下り参照信号シンボル挿入処理
６１９中継装置の下りＩＦＦＴ処理
６２０中継装置の上りＦＦＴ処理
６２１中継装置の上りデータシンボル・参照信号シンボル分離
６２２中継装置の上り伝搬路応答推定
６２３中継装置の上り通信品質推定
６２４中継装置の上り受信ウェイト計算
６２５中継装置の上り検波・レイヤ分離
６２６中継装置の上り復調・復号
６２７中継装置の上り受信データバッファ
６２８中継装置の上り符号化・変調
６２９中継装置の上りレイヤマップ処理
６３０中継装置の上りプレコーディング処理
６３１中継装置の上り参照信号シンボル系列生成
６３２中継装置の上り参照信号シンボル挿入処理
６３３中継装置の上りＩＦＦＴ処理
７０１端末の無線フロントエンド
７０２端末の下りＦＦＴ処理
７０３端末のデータシンボル・参照信号シンボル分離
７０４端末の伝搬路応答推定
７０５端末の下り通信品質推定
７０６端末の受信ウェイト計算
７０７端末の検波・レイヤ分離
７０８端末の下り復調・復号
７０９端末の下り受信データバッファ
７１０端末でアプリケーションを動作させる装置
７１１端末制御部
７１２端末の上り送信データバッファ
７１３端末の符号化・変調
７１４端末のレイヤマップ処理
７１５端末のプレコーディング処理
７１６端末の上り参照信号シンボル系列生成
７１７端末の上り参照信号シンボル挿入処理
７１８端末の上りＩＦＦＴ処理

Claims

無線通信システムであって、
基地局と、
前記基地局と、第一の通信路を介して通信する端末と、
前記端末と、第二の通信路を介して通信し、前記基地局と第三の通信路を介して通信する中継装置と、を備え、
前記基地局は、前記第一の通信路の通信品質と前記第二の通信路の通信品質と前記第三の通信路の通信品質とを比較し、比較結果に応じて端末と基地局間のデータ通信を行う通信路を設定し、
前記基地局は、各通信路を使用する端末の各グループを表す通信リソースグループから、前記第一の通信路、前記第二の通信路及び前記第三の通信路に対して前記データ通信を行うための通信リソースを割り当てるものであり、
さらに、前記基地局は、前記比較結果に基づいて中継装置が中継すべきかを判定する判定部と、前記判定結果を前記中継装置に通知する通知部とを、有し、
前記中継装置は、前記判定結果を受け、前記判定結果に応じて、前記基地局から前記端末宛のデータを受信した場合、前記端末に送信すべきか否かを判定する中継制御部を、有することを特徴とする無線通信システム。
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記基地局は、前記端末から送信される第一の参照信号を用いて、前記第一の通信路の通信品質を推定し、前記中継装置から送信される第二の参照信号を用いて、前記第三の通信路の通信品質を推定する第一の推定部をさらに有し、
前記中継装置は、前記端末から送信される第三の参照信号を用いて、前記第二の通信路の通信品質を推定する第二の推定部をさらに有し、
前記基地局が有する判定部は、前記推定された通信路の通信品質を参照し、前記端末から前記基地局への上り通信における中継装置の中継要否を判定し、
前記基地局は、前記第一の推定部及び前記第二の推定部により推定された通信路の品質それぞれが前記基地局に送信されるタイミングを制御する、ことを特徴とする無線通信システム。
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記端末は、前記基地局から送信される第四の参照信号を用いて、前記第一の通信路の通信品質を推定し、前記中継装置から送信される第五の参照信号を用いて、前記第二の通信路の通信品質を推定する第三の推定部をさらに有し、
前記中継装置は、前記基地局から送信される第六の参照信号を用いて、前記第三の通信路の通信品質を推定する第四の推定部をさらに有し、
前記基地局が有する判定部は、前記推定された通信路の品質を参照し、前記基地局から前記端末への下り通信における中継装置の中継要否を判定する、ことを特徴とする無線通信システム。
請求項２記載の無線通信システムであって、
前記基地局は、前記端末または前記中継装置に対し、前記推定された通信路の通信品質が送信される処理を停止する制御を行うことを特徴とする無線通信システム。
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記基地局あるいは端末が参照信号を送信し、参照信号を受信する中継装置と、前記参照信号を受信する前記基地局あるいは前記端末とが、通信路の通信品質を推定し、
下り通信において基地局が送信する参照信号と、中継装置が送信する参照信号とを、同一時間および周波数で多重送信し、
上り通信において端末が送信する参照信号と、中継装置が送信する参照信号とを、同一時間および周波数で多重送信することを特徴とする無線通信システム。
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記第一の通信路の通信品質、第二の通信路の通信品質、及び第三の通信路の通信品質に基づいて中継装置を介する通信路を利用した場合の通信性能のロスと通信性能のゲインとを比較し、比較結果に基づき前記中継要否判定を実施することを特徴とする無線通信システム。
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記第一の通信路の通信品質と前記第二の通信路の通信品質と前記第三の通信路の通信品質のうち、少なくとも１つを変数とした評価関数により、前記端末毎に中継通信で使用する前記中継装置を１台選択し、
前記第一の通信路の通信品質と前記第二の通信路の通信品質と前記第三の通信路の通信品質のうち少なくとも１つと、中継装置を選択している端末数とを変数とした評価関数により、前記端末毎に中継通信で使用する前記中継装置を１台選択することを特徴とする無線通信システム。
請求項７記載の無線通信システムであって、
端末と前記第二の通信路を介して通信する中継装置の候補を、端末と中継装置との間の距離、または距離に相当する指標に対するしきい値判定により絞り込むことを特徴とする無線通信システム。
請求項８記載の無線通信システムであって、
前記指標が中継装置の位置情報と、端末の位置情報とに基づいて決定されることを特徴とする無線通信システム。
請求項８記載の無線通信システムであって、
前記指標が、端末が送信する無線信号の、中継装置での受信強度に基づいて決定されることを特徴とする無線通信システム。
端末と基地局間のデータ通信に割り当てる無線リソース割り当て方法であって、
前記端末と前記基地局との通信路の第一の通信品質と、前記端末と、前記端末と前記基地局間の前記データ通信を中継可能な中継装置との通信路の第二の通信品質と、前記基地局と前記中継装置との通信路の第三の通信品質と、を比較し、
前記比較結果に応じて、前記データ通信を、前記中継装置を介する通信路か前記中継装置を介さない通信路かに無線リソースを割り当て、
前記第一、第二及び第三の通信品質は、前記基地局、前記中継装置及び前記端末いずれかから送信される参照信号を用いて、前記基地局、前記中継装置及び前記端末いずれかが推定するものであり、
さらに、前記基地局は、前記比較結果に基づいて中継装置が中継すべきかを判定し、前記判定結果を前記中継装置に通知し、
前記中継装置は、前記判定結果を受け、前記判定結果に応じて、前記基地局から前記端末宛のデータを受信した場合、前記端末に送信すべきか否かを判定することを特徴とする無線リソース割り当て方法。
基地局であって、
前記基地局と端末との間の第一の通信路の通信品質と、
中継装置と前記端末との間の第二の通信路の通信品質と、
前記基地局と前記中継装置との間の第三の通信路の通信品質と、を比較する比較部と、
比較結果に応じて端末と基地局間のデータ通信を行う通信路を設定する設定部と、を有し、
各通信路を使用する端末の各グループを表す通信リソースグループから、前記第一の通信路、前記第二の通信路及び前記第三の通信路に対して前記データ通信を行うための通信リソースを割り当てるものであり、
さらに、前記比較結果に基づいて中継装置が中継すべきかを判定する判定部と、前記判定結果を前記中継装置に通知する通知部とを、有し、
前記判定部は少なくとも一つの中継装置で中継すべきかを判定し、前記通知部は、複数の中継装置に対して、前記判定結果を通知することを特徴とする基地局。
無線通信方法であって、
基地局から、端末に第四の参照信号を送信し、
中継装置から前記端末に第五の参照信号を送信し、
前記基地局から前記中継装置に第六の参照信号を送信し、
前記第四の参照信号に対応する基地局と端末との間の第一の通信路の通信品質の推定結果を、前記端末から取得し、
前記第五の参照信号に対応する中継装置と前記端末との間の第二の通信路の通信品質の推定結果を前記端末から取得し、
前記第六の参照信号に対応する前記基地局と前記中継装置との間の第三の通信路の通信品質の推定結果を前記中継装置から取得し、
さらに、
前記第一の通信路の通信品質の推定結果と、前記第二の通信路の通信品質の推定結果と、前記第三の通信路の通信品質の推定結果と、を用いて前記基地局から前記端末への下りのデータ通信を行うための通信路を設定するものであり、
さらに、前記基地局は、前記通信路を設定する際に中継装置が中継すべきかを判定し、前記判定結果を前記中継装置に通知し、
前記中継装置は、前記判定結果を受け、前記判定結果に応じて、前記基地局から前記端末宛のデータを受信した場合、前記端末に送信すべきか否かを判定することを特徴とする無線通信方法。