JP7425366B2

JP7425366B2 - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法

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Publication number: JP7425366B2
Application number: JP2022524788A
Authority: JP
Inventors: 大介五藤; 喜代彦糸川; 康義小島; 史洋山下
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2024-01-31
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Description

本発明は、無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

従来技術の無線通信においては、送信側の無線通信装置が、誤り訂正符号化したデータをインタリーブして送信する（例えば、非特許文献１、２参照）。これにより、送信された無線信号に誤りなどが発生した場合でも、受信側の無線通信装置において正常にデータを復元できる。

Jens Baltersee，Gunnar Fock，Heinrich Meyr， "Achievable Rate of MIMO ChannelsWith Data-Aided Channel Estimation and Perfect Interleaving"，IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.19，No.12，2001，p.2358-2368 Dominik Seethaler，Gerald Matz，Franz Hlawatsch，"An Efficient MMSE-Based Demodulator for MIMO Bit-Interleaved Coded Modulation"，IEEE Global Telecommunications Conference, 2004, GLOBECOM'04. ，Vol.4，2004,p.2455-2459

インタリーブを行った場合、受信側の無線通信装置は、誤り訂正符号化を行った単位のデータブロックをすべて受信してから復号を行うため、レイテンシが発生する。そこで、従来は、数ビットの短区間でインタリーブを行っていた。しかし、比較的長い時間でＢＥＲ（Bit Error Rate：ビット誤り率）が変動する無線通信システムの場合、ブロックエラーが発生し、長い従来のような短区間のインタリーブでは、受信側の無線通信装置においてデータを復元できないことがある。

上記事情に鑑み、本発明は、無線区間において発生するエラーの割合が長い時間で変動する場合にも、受信側でデータを復元しやすくすることができる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、前記第一無線通信装置は、所定期間において送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化部と、一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理部と、前記インタリーブ処理部により生成された前記送信ビット列を変調する変調部と、前記変調部により変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記第二無線通信装置へ無線により送信する送信部と、を備え、前記第二無線通信装置は、前記第一無線通信装置から送信された前記無線フレームを受信する受信部と、前記受信部が受信した前記無線フレームを復調する復調部と、前記所定期間において受信された複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調部により復調した結果を並べたビット列にデインタリーブを行うデインタリーブ処理部と、前記デインタリーブ処理部によりデインタリーブされたビット列を復号する復号部と、を備える、無線通信システムである。

本発明の一態様は、所定期間において通信先の無線通信装置である通信先装置に送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化部と、一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理部と、前記インタリーブ処理部により生成された前記送信ビット列を変調する変調部と、前記変調部により変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記通信先装置へ無線により送信する送信部と、を備える無線通信装置である。

本発明の一態様は、通信先の無線通信装置である通信先装置から無線により送信された無線フレームを受信する受信部と、前記受信部が受信した前記無線フレームを復調する復調部と、所定期間において受信された複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調部により復調した結果を並べたビット列に、前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散して前記通信先装置から送信されたビットが一つの復号処理単位のブロックに含まれるようにデインタリーブを行うデインタリーブ処理部と、前記デインタリーブ処理部によりデインタリーブされたビット列を、前記ブロック毎に復号する復号部と、を備える無線通信装置である。

本発明の一態様は、第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、所定期間において送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化ステップと、一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理ステップと、前記インタリーブ処理ステップにより生成された前記送信ビット列を変調する変調ステップと、前記変調ステップにより変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記第二無線通信装置へ無線により送信する送信ステップと、前記第二無線通信装置は、前記第一無線通信装置から送信された前記無線フレームを受信する受信ステップと、前記受信ステップにより受信した前記無線フレームを復調する復調ステップと、前記所定期間において受信した複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調ステップにより復調した結果を並べたビット列にデインタリーブを行うデインタリーブ処理ステップと、前記デインタリーブ処理ステップによりデインタリーブされたビット列を復号する復号ステップと、を有する無線通信方法である。

本発明の一態様は、所定期間において通信先の無線通信装置である通信先装置に送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化ステップと、一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理ステップと、前記インタリーブ処理ステップにより生成された前記送信ビット列を変調する変調ステップと、前記変調ステップにより変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記通信先装置へ無線により送信する送信ステップと、を有する無線通信方法である。

本発明の一態様は、通信先の無線通信装置である通信先装置から無線により送信された無線フレームを受信する受信ステップと、前記受信ステップにより受信した前記無線フレームを復調する復調ステップと、所定期間において受信された複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調ステップにより復調した結果を並べたビット列に、前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散して前記通信先装置から送信されたビットが一つの復号処理単位のブロックに含まれるようにデインタリーブを行うデインタリーブ処理ステップと、前記デインタリーブ処理ステップによりデインタリーブされたビット列を、前記ブロック毎に復号する復号ステップと、を有する無線通信方法である。

本発明により、無線区間において発生するエラーの割合が長い時間で変動する場合にも、受信側でデータを復元しやすくすることが可能となる。

本発明の第１の実施形態による無線通信システムの構成図である。同実施形態による移動中継局と基地局との間のＳＩＮＲの時間変化を示す図である。同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。同実施形態による移動中継局における送信処理及び基地局の受信処理を説明するための図である。第２の実施形態による複数パスのＳＩＮＲの変化を示す図である。第３の実施形態による無線通信システムの構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による無線通信システム１の構成図である。無線通信システム１は、移動中継局２と、端末局３と、基地局４とを有する。無線通信システム１が有する移動中継局２、端末局３及び基地局４それぞれの数は任意であるが、端末局３の数は多数であることが想定される。

移動中継局２は、移動体に搭載される無線通信装置の一例である。移動中継局２は、例えば、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）衛星に備えられる。ＬＥＯ衛星の高度は２０００ｋｍ以下であり、地球の上空を１周約１．５時間程度で周回する。端末局３及び基地局４は、地上や海上など地球上に設置される。端末局３は、例えば、ＩｏＴ端末である。端末局３は、センサが検出した環境データ等のデータを収集し、移動中継局２へ無線により送信する。同図では、２台の端末局３のみを示している。移動中継局２は、地球の上空を移動しながら、複数の端末局３それぞれから送信されたデータを無線信号により受信し、受信したこれらのデータを基地局４へ無線送信する。基地局４は、端末局３が収集したデータを移動中継局２から受信する。

移動中継局として、静止衛星や、ドローン、ＨＡＰＳ（High Altitude Platform Station）などの無人航空機に搭載された中継局を用いることが考えられる。しかし、静止衛星に搭載された中継局の場合、地上のカバーエリア（フットプリント）は広いものの、高度が高いために、地上に設置されたＩｏＴ端末に対するリンクバジェットは非常に小さい。一方、ドローンやＨＡＰＳに搭載された中継局の場合、リンクバジェットは高いものの、カバーエリアが狭い。さらには、ドローンにはバッテリーが、ＨＡＰＳには太陽光パネルが必要である。本実施形態では、ＬＥＯ衛星に移動中継局２を搭載する。よって、リンクバジェットは限界内に収まることに加え、ＬＥＯ衛星は、大気圏外を周回するために空気抵抗がなく、燃料消費も少ない。また、ドローンやＨＡＰＳに中継局を搭載する場合と比較して、フットプリントも大きい。

しかしながら、ＬＥＯに搭載された移動中継局２は、高速で移動しながら通信を行う。具体的には、地上で見ると、移動中継局２は、１０分程度で上空を通り過ぎる。移動中継局２と基地局４との間の通信に注目した場合、移動中継局２と地上の基地局４との間の無線の通信品質は、移動中継局２が基地局４からの見通しにあるときには良好であり、移動中継局２が基地局４からの見通しにないときには低下する。移動中継局２は地球の上空を周回していることから、この通信品質は周期的に変動する。すなわち、移動中継局２と基地局４間の無線のＢＥＲ特性は時間によって異なっており、移動中継局２が基地局４からの見通しがない時間帯においては、移動中継局２から送信された信号が基地局４においてブロックエラーになる可能性がある。

本実施形態の移動中継局２は、複数の端末局３から受信した多くの情報を蓄積した後に基地局４に送信する。よって、移動中継局２は、蓄積している情報を表すビット列に逐一送信処理を行うことなく、ある程度長い期間内において送信するビット列をまとめた単位で送信処理を行うことが可能である。そこで、移動中継局２は、この長い期間内において送信する情報を表すビット列を複数のブロックに分割し、ブロック毎に誤り訂正符号化を行う。そして、移動中継局２は、一つのブロックから生成された符号化データのビットが所定よりも高い通信品質の期間と低い通信品質の期間とに分散されて送信されるように、符号化データ全体にビット単位でインタリーブを行って、基地局４に送信する。基地局４は、低い通信品質の期間に受信した信号にブロックエラーが発生し、移動中継局２から送信されたビット列の一部が復元できなかった場合でも、復元できたビット列をデインタリーブすることによりエラーが分散されたビット列が得られる。従って、ＢＥＲ率が全体的に同様に近くなり、全体のブロックエラーレートが低下する。エラーが分散されるため、基地局４は、元の情報を復号できる。

各装置の構成を説明する。
同図に示す移動中継局２は、１以上のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４と、複数のアンテナ２５とを備える。

端末通信部２２は、受信部２２１と、端末信号受信処理部２２２と、データ記録部２２３とを有する。受信部２２１は、各端末局３が送信した端末アップリンク信号をアンテナ２１により受信する。端末信号受信処理部２２２は、端末アップリンク信号の受信処理を行う。受信処理では、受信部２２１が受信した端末アップリンク信号の復調及び復号を行い、端末局３が送信した端末送信データを得る。データ記録部２２３は、受信処理により得られた端末送信データをデータ記憶部２３に書き込む。

基地局通信部２４は、データ記憶部２３に記憶されている端末送信データをＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）により基地局４へ送信する。基地局通信部２４は、制御部２４１と、符号化部２４２と、インタリーブ処理部２４３と、送信ビット列記憶部２４４と、変調部２４５と、ＭＩＭＯ送信部２４６とを備える。

制御部２４１は、基地局通信部２４内の各部を制御する。制御部２４１は、インタリーブ長設定部２４１１と、符号化設定部２４１２と、変調設定部２４１３とを有する。

インタリーブ長設定部２４１１は、インタリーブ長を符号化部２４２に設定する。インタリーブ長は、インタリーブを行う単位となる期間の長さである。

符号化設定部２４１２は、使用する誤り訂正符号の種類を符号化部２４２に設定する。誤り訂正符号の種類は、例えば、ハミング符号、リードソロモン符号、低密度パリティ検査（LDPC: Low Density Parity Check）符号、ターボ符号などのＦＥＣ（forward error correction：前方誤り訂正）であるが、これらに限定されない。また、符号化設定部２４１２は、誤り訂正符号化の符号化率を符号化部２４２に設定する。符号化設定部２４１２は、誤り訂正符号化を行うブロック毎に、誤り訂正符号の種類や符号化率を設定してもよい。

変調設定部２４１３は、使用する変調方式を変調部２４５に設定する。例えば、変調設定部２４１３は、送信時刻における予測の通信品質に応じた多値数の変調方式を指示する。なお、予測の通信品質は、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて予め計算される。ＬＥＯの軌道情報は、任意の時刻におけるＬＥＯ衛星の位置、速度、移動方向などを得ることが可能な情報である。変調設定部２４１３は、例えば、予測の通信品質が低いほど低い多値数の変調方式を指示し、予測の通信品質が高いほど高い多値数の変調方式を指示する。

符号化部２４２は、インタリーブ長設定部２４１１により設定されたインタリーブ長の期間において送信する端末送信データを、データ記憶部２３から読み出す。符号化部２４２は、読み出した端末送信データを表すビット列を複数の符号化ブロックに区切る。本実施形態では、各符号化ブロックが隣接したビット列で構成される場合を例に説明するが、隣接していないビットが一つの符号化ブロックに含まれてもよい。符号化部２４２は、符号化ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する。このとき、符号化部２４２は、符号化設定部２４１２により設定された誤り訂正符号及び符号化率を用いて誤り訂正符号化を行う。

インタリーブ処理部２４３は、符号化部２４２が生成した符号化データに対して、ビット毎のインタリーブを行う。このとき、インタリーブ処理部２４３は、一部又は全ての符号化ブロックについて、一つの符号化ブロックから生成された符号化データのビットが、インタリーブ長の期間において所定よりも高い通信品質の期間と低い通信品質の期間とに分散されて送信されるようにインタリーブを行う。送信ビット列記憶部２４４は、インタリーブ処理部２４３が符号化データ列にインタリーブを行って生成した送信ビット列を記憶する。

変調部２４５は、送信ビット列記憶部２４４に記憶される送信ビット列を先頭から順に読み出し、読み出したビット列をパラレル信号に変換した後、変調設定部２４１３により設定された変調方式により変調する。ＭＩＭＯ送信部２４６は、変調部２４５により変調されたパラレル信号を設定した無線フレームに、制御部２４１から指示されたウェイトにより重み付けを行い、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号を生成する。なお、ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて予め計算される。ＭＩＭＯ送信部２４６は、生成した基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する。

端末局３は、データ記憶部３１と、送信部３２と、１本または複数本のアンテナ３３とを備える。データ記憶部３１は、センサデータなどを記憶する。送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出し、読み出した端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線により送信する。送信部３２は、例えば、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）により信号を送信する。また、送信部３２は、他の端末局３と時分割多重、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）、ＭＩＭＯなどにより送信を行ってもよい。

基地局４は、複数のアンテナ局４１と、ＭＩＭＯ受信部４２と、基地局信号受信処理部４３とを備える。

アンテナ局４１は、移動中継局２の複数のアンテナ２５それぞれからの信号の到来角差が大きくなるように他のアンテナ局４１と離れた位置に配置される。各アンテナ局４１は、移動中継局２から受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換してＭＩＭＯ受信部４２に出力する。

ＭＩＭＯ受信部４２は、複数のアンテナ局４１から受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。ＭＩＭＯ受信部４２は、各アンテナ局４１から入力した基地局ダウンリンク信号に対して、ウェイトを乗算し、ウェイトが乗算された受信信号を合成する。ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて予め計算される。

基地局信号受信処理部４３は、ＭＩＭＯ受信部４２により合成された受信信号に受信処理を行って、端末局３から送信された端末送信データを得る。基地局信号受信処理部４３は、復調部４３１と、復調データ記憶部４３２と、デインタリーブ処理部４３３と、復号部４３４とを有する。復調部４３１は、ＭＩＭＯ受信部４２により合成された受信信号を復調する。復調データ記憶部４３２は、復調部３４が受信信号を復調することにより得られた復調データを記憶する。デインタリーブ処理部４３３は、インタリーブ長の期間の復調データを復調データ記憶部４３２から読み出し、デインタリーブを行う。このとき、デインタリーブ処理部４３３は、インタリーブ長の期間において通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散して移動中継局２から送信されたビットが、一つの復号処理ブロックに含まれるようにデインタリーブを行う。復号処理ブロックは、復号処理を行う単位となるビット列である。復号部４３４は、デインタリーブされた復調データを復号処理ブロック毎に復号して、端末送信データを得る。

図２は、移動中継局２と基地局４との間のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio：信号対干渉雑音比）の時間変化を示す図である。ＳＩＮＲは、通信品質を表す指標の一つである。移動中継局２は、地球の上空を周回するため、基地局４との間のＳＩＮＲは周期的に変動する。これに伴い、移動中継局２と基地局４との間の伝送容量も、ＳＩＮＲと同様に周期的に変動する。すなわち、ＳＩＮＲが高いほど伝送容量は大きく、ＳＩＮＲが低いほど伝送容量は小さくなる。この変動の周期を、パスと記載する。

ＳＩＮＲが低い時間に移動中継局２から送信されたデータのＢＥＲは劣化する。そこで、移動中継局２は、基地局４に送信するビット列を区切った符号化ブロック毎に誤り訂正符号化し、ある程度長いインタリーブ長の期間において送信する符号化データのビット列をインタリーブした後、基地局４に送信する。そのため、低い通信品質の期間に受信した信号にブロックエラーが発生し、基地局４において、ビット列Ｄａの一部が復元できなかった場合でも、ビット列Ｄａをデインタリーブすることによりエラーが分散されたビット列Ｄｂが得られる。これにより、低い通信品質のＢＥＲのビットが分散されるため、基地局４は、移動中継局２が送信したデータを復元することができる。

一方で、移動中継局２におけるインタリーブ長が長すぎると遅延が増大する。さらには、移動中継局２においても、基地局４においてもデータを記憶しておくためのストレージ量が増加するため、装置コストが増加する。そこで、以下のように、インタリーブ長を決定することにより、インタリーブ長をなるべく短くしながらも、効果的にＢＥＲ特性を向上させる。

復調後のＳＩＮＲは、図２に示すように周期的に変動する。このＳＩＮＲの変動は、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４との位置から予測可能である。そこで、ＳＩＮＲが最も低いタイミングを時刻ｔ_０として定める。なお、ＳＩＮＲが最も高いタイミングを時刻ｔ_０と定めてもよい。そして、時刻ｔ_０を中心として両側に期間を広げる。すなわち、時間は、時刻ｔ_０－ｋから時刻ｔ_０＋ｋまでである（ｋは実数）。そして、ＳＩＮＲの変動を表すグラフにおいて、閾値ＴＨを超える部分の面積Ｓ_ａ（＝Ｓ_ａ１＋Ｓ_ａ２）と、閾値ＴＨを下回る部分の面積Ｓ_ｂとが所定の割合になるときの期間Ｐを、インタリーブ長として定める。例えば、所定の割合を１対１とする。これより、最小限のインタリーブ長で、効果を得ることができる。

無線通信システム１の動作を説明する。
図３は、端末局３からアップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。端末局３は、外部又は内部に備えられた図示しないセンサが検出したデータを随時取得し、取得したデータをデータ記憶部３１に書き込む。送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出す。送信部３２は、端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線送信する（ステップＳ１１２）。端末局３は、ステップＳ１１１からの処理を繰り返す。

移動中継局２の受信部２２１は、端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信する（ステップＳ１２１）。端末信号受信処理部２２２は、ステップＳ１２１において受信された端末アップリンク信号の復調及び復号を行って、端末送信データを得る（ステップＳ１２２）。データ記録部２２３は、端末送信データをデータ記憶部２３に書き込む（ステップＳ１２３）。移動中継局２は、ステップＳ１２１からの処理を繰り返す。

図４は、移動中継局２から基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。無線通信システム１は、インタリーブ長の各期間について、図４に示す処理を行う。

移動中継局２の符号化部２４２は、インタリーブ長の期間において送信する端末送信データをデータ記憶部２３から読み出す（ステップＳ２１１）。符号化部２４２は、読み出した端末送信データを表すビット列を複数の符号化ブロックに区切り、符号化ブロック毎に誤り訂正符号化を行って、符号化データを生成する（ステップＳ２１２）。インタリーブ処理部２４３は、ステップＳ２１２において生成された符号化データのビット列をインタリーブし、インタリーブにより得られた送信ビット列を送信ビット列記憶部２４４に書き込む（ステップＳ２１３）。

変調部２４５は、送信ビット列記憶部２４４から送信ビット列を先頭から順に読み出し、読み出した送信ビット列をパラレル信号に変換した後、変調する（ステップＳ２１４）。ＭＩＭＯ送信部２４６は、変調されたパラレル信号を設定した無線フレームに重み付けを行って、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号を生成する。ＭＩＭＯ送信部２４６は、生成した基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ２１５）。

基地局４の各アンテナ局４１は、移動中継局２から基地局ダウンリンク信号を受信する（ステップＳ２２１）。各アンテナ局４１は、受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号をＭＩＭＯ受信部４２に出力する。ＭＩＭＯ受信部４２は、各アンテナ局４１から受信した受信信号のタイミングを同期させる。ＭＩＭＯ受信部４２は、各アンテナ局４１が受信した受信信号にウェイトを乗算して加算する。基地局信号受信処理部４３の復調部４３１は、加算された受信信号を復調し、復調により得られた復調データを復調データ記憶部４３２に書き込む（ステップＳ２２２）。基地局４は、インタリーブ長の期間の受信信号を受信するまで、ステップＳ２２１からの処理を繰り返す（ステップＳ２２３：ＮＯ）。

基地局４が、インタリーブ長の期間分の受信信号を復調した場合（ステップＳ２２３：ＹＥＳ）、デインタリーブ処理部４３３は、復調データ記憶部４３２からインタリーブ長の期間の復調データを読み出し、読み出した復調データをデインタリーブする（ステップＳ２２４）。復号部４３４は、デインタリーブされた復調データを復号処理ブロック毎に復号し、端末送信データを得る（ステップＳ２２５）。基地局４は、ステップＳ２２１からの処理を繰り返す。

図５は、移動中継局２における基地局ダウンリンク信号の送信処理及び基地局４における基地局ダウンリンク信号の受信処理を説明するための図である。簡単のため、図５では、図２及び後述する図６と同様に、インタリーブ長の期間に送信されるデータのビット数を少なく記載している。

符号化部２４２は、インタリーブ長の期間において送信する端末送信データＤ１をデータ記憶部２３から読み出す（図４のステップＳ２１１）。符号化部２４２は、端末送信データＤ１を先頭から符号化ブロックＢ１、Ｂ２、…、Ｂｎに分割し、各符号化ブロックＢｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）に符号化設定部２４１２により設定された誤り訂正符号の種類及び符号化率で誤り訂正符号化を行い、符号化データＤ２を生成する（図４のステップＳ２１２）。各符号化ブロックＢｉの長さは、誤り訂正符号の種類等により任意とすることができる。

インタリーブ処理部２４３は、符号化データＤ２にビット毎のインタリーブを行い、送信ビット列Ｄ３を得る（図４のステップＳ２１３）。変調部２４５は、送信ビット列Ｄ３の先頭から順に、ビット列Ｅ１、Ｅ２、…、Ｅｍを読み出す。各ビット列Ｅｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）の長さは、そのビット列Ｅｊが送信される時刻における予測の通信品質に基づいて変調設定部２４１３が変調部２４５に設定した変調方式や、無線フレームの長さに応じたビット長である。変調部２４５は、読み出したビット列Ｅｊを各アンテナ２５に対応したパラレル信号に変換し、各パラレル信号を変調設定部２４１３により設定された変調方式により変調する（図４のステップＳ２１４）。例えば、閾値ＴＨ１よりも閾値ＴＨ２のほうが低い通信品質を表す場合、変調設定部２４１３は、閾値ＴＨ１より低く閾値ＴＨ２より良い通信品質が予測される期間はＱＰＳＫを設定し、閾値ＴＨ２よりも通信品質が低いことが予測される期間はＢＰＳＫを設定する。

ＭＩＭＯ送信部２４６は、変調されたパラレル信号を設定した無線フレームに重み付けを行い、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号を生成する。ＭＩＭＯ送信部２４６は、生成した基地局ダウンリンク信号を、対応する各アンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（図４のステップＳ２１５）。これにより、インタリーブ長の期間において、ビット列Ｅ１～Ｅｍが、基地局ダウンリンク信号により送信される。

基地局４の復調部４３１は、ビット列Ｅｊが設定された受信信号を復調した復調データＦｊを、復調データ記憶部４３２に書き込む（図４のステップＳ２２２）。例えば、図２に示す時刻ｔ_０付近において受信した受信信号は通信品質が低いため、正常に復調できない場合がある。デインタリーブ処理部４３３は、インタリーブ長の期間における受信信号の復調結果Ｆ１～Ｆｍが復調データ記憶部４３２に書き込まれると、復調結果Ｆ１～Ｆｍを並べた復調データＤ４をデインタリーブして、ビット列Ｄ５を得る（図４のステップＳ２２４）。復号部４３４は、ビット列Ｄ５を復号処理ブロックＧ１、Ｇ２、…、Ｇｎ毎に復号し、復号により得られたビット列を並べたデータＤ６を得る（図４のステップＳ２２５）。データＤ６は、端末送信データを表す。

既存のインタリーブ手法は、数ビットの短区間で行っていたため、長い区間内にＢＥＲが劣化する場合には訂正能力が劣化することは避けられなかった。本実施形態では、ＢＥＲ劣化の変動が分～時間単位で生じるような、信号のフレーム長に比べて比較的長い変動周期のチャネルにおいて、訂正能力の劣化を抑えることができる。

なお、符号化部２４２が行う誤り訂正符号の種類及び符号化率が固定である場合、制御部２４１は、符号化設定部２４１２を有さなくてもよい。また、変調部２４５における復調方式が固定である場合、制御部２４１は、変調設定部２４１３を有さなくてもよい。また、移動中継局２は、使用されている誤り訂正符号の種類や符号化率、変調方式を、基地局ダウンリンク信号に設定して基地局４に通知してもよい。

また、インタリーブ長設定部２４１１は、基地局４へ送信する端末送信データのデータ量が、常時ダウンリンク伝送する必要がない程度に小さいと判断した場合、インタリーブを行わないようにインタリーブ処理部２４３に指示してもよい。インタリーブ長設定部２４１１は、伝送容量特性の高い期間において端末送信データを送信するよう変調部２４５及びＭＩＭＯ送信部２４６に指示する。一方、インタリーブ長設定部２４１１は、基地局４へ送信する端末送信データのデータ量が、通信品質が所定よりも低下する期間に及んでダウンリンク伝送を行う必要がある場合に、インタリーブを行うようインタリーブ処理部２４３に指示する。

（第２の実施形態）
本実施形態では、インタリーブ長をパスによって定める。図６は、複数パスのＳＩＮＲの変化を示す図である。移動中継局２は、インタリーブ長を、１パスの期間Ｐ１または複数パスの期間Ｐ２とすることができる。インタリーブ長を複数パスの期間Ｐ２とした場合、各パスの低い通信品質の期間に基地局４が受信した信号にブロックエラーが発生し、ビット列Ｄａが一部復調できなかった場合でも、ビット列Ｄａをデインタリーブすることにより複数パスに渡ってエラーが分散されたビット列Ｄｂが得られる。このように、インタリーブ長がＬＥＯ衛星の複数周回の期間に及ぶことで、インタリーブ長を１パスの期間とする場合よりも、ＢＥＲ劣化の分散が可能になる。これにより、ＬＥＯ衛星の軌道によってはＳＩＮＲの改善が見込みにくいパスが含まれる場合でも、特性改善を可能にすることができる。また、インタリーブ長は、複数の移動中継局２のパスの期間を加えた長さでもよい。

（第３の実施形態）
本実施形態では、移動中継局２は１本のアンテナにより、基地局４と無線通信する。以下では、第１及び第２の実施形態との差分を中心に説明する。

図７は、第３の実施形態による無線通信システム１ａの構成図である。同図において、図１に示す第１の実施形態における無線通信システム１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。無線通信システム１ａは、移動中継局２ａと、端末局３と、基地局４ａとを有する。

移動中継局２ａは、１以上のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４ａと、１本のアンテナ２５とを備える。基地局通信部２４ａは、制御部２４１と、符号化部２４２と、インタリーブ処理部２４３と、送信ビット列記憶部２４４と、変調部２４５ａと、送信部２４６ａとを備える。変調部２４５ａは、送信ビット列記憶部２４４に記憶される送信ビット列を先頭から順に読み出し、読み出したビット列を、変調設定部２４１３により設定された変調方式により変調する。送信部２４６ａは、変調部２４５ａにより変調された信号を設定した無線フレームを電気信号から無線信号に変換して、アンテナ２５から送信する。

基地局４ａは、アンテナ４１ａと、受信部４２ａと、基地局信号受信処理部４３とを備える。受信部４２ａは、アンテナ４１ａにより受信した端末ダウンリンク信号を、電気信号に変換し、復調部４３１に出力する。

なお、上述した実施形態では、移動中継局２がインタリーブを行い、基地局４がデインタリーブを行う場合を説明したが、端末局３がインタリーブを行い、移動中継局２がデインタリーブを行ってもよい。この場合、端末局３の送信部３２が制御部２４１、符号化部２４２、インタリーブ処理部２４３、送信ビット列記憶部２４４、変調部２４５及びＭＩＭＯ送信部２４６を備え、移動中継局２の端末信号受信処理部２２２が、復調部４３１、復調データ記憶部４３２、デインタリーブ処理部４３３及び復号部４３４を備える。そして、移動中継局２の受信部２２１は、ＭＩＭＯ受信部４２と同様の処理を行う。あるいは、移動中継局２の送信部３２が制御部２４１、符号化部２４２、インタリーブ処理部２４３、送信ビット列記憶部２４４、変調部２４５ａ及び送信部２４６ａを備え、移動中継局２の端末信号受信処理部２２２が、復調部４３１、復調データ記憶部４３２、デインタリーブ処理部４３３及び復号部４３４を備える。そして、移動中継局２の受信部２２１は、受信部４２ａと同様の処理を行う。

また、上記実施形態において、移動中継局が搭載される移動体は、ＬＥＯ衛星である場合を説明したが、ドローンやＨＡＰＳなど上空を飛行する他の飛行体であってもよい。

上述した実施形態によれば、無線通信システムは、第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する。例えば、第一無線通信装置は、実施形態の移動中継局２、２ａであり、第二無線通信装置は、実施形態の基地局４、４ａである。第一無線通信装置は、符号化部と、インタリーブ処理部と、変調部と、送信部と、を備える。例えば、送信部は、ＭＩＭＯ送信部２４６、送信部２４６ａである。符号化部は、所定期間において送信するビット列を複数のブロックに区切り、ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する。インタリーブ処理部は、一つのブロックから生成された符号化データのビットが上記の所定期間において第一無線通信装置と第二無線通信装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散されて送信されるように、符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成する。変調部は、インタリーブ処理部によりインタリーブされたデータ列を変調する。送信部は、変調部により変調された送信ビット列を、所定期間において複数の無線フレームに分割して第二無線通信装置へ無線により送信する。

また、第二無線通信装置は、受信部と、復調部と、デインタリーブ処理部と、復号部と、を備える。受信部は、例えば、実施形態のＭＩＭＯ受信部４２、受信部４２ａである。受信部は、第一無線通信装置から送信された無線フレームを受信する。復調部は、受信部が受信した無線フレームを復調する。デインタリーブ処理部は、所定期間において受信された複数の無線フレームそれぞれを復調部により復調した結果を並べたビット列に、前述の所定期間において通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに分散して第一無線通信装置から送信されたビットが一つの復号処理単位のブロックに含まれるようにデインタリーブを行う。復号部は、デインタリーブ処理部によりデインタリーブされたビット列をブロック毎に復号する。

第一無線通信装置は、符号化設定部をさらに備えてもよい。符号化設定部は、符号化部に、誤り訂正符号化の符号化率を設定してもよく、誤り訂正符号化に用いる誤り訂正符号の種類を設定してもよい。また、第一無線通信装置は、変調設定部をさらに備えてもよい。変調設定部は、変調部に、送信ビット列の変調に用いる変調方式を設定する。

通信品質が周期的に変化する場合、上記の所定期間を、一又は複数の周期としてもよい。また、所定期間は、通信品質と時間との関係を表す平面上のグラフにおいて通信品質が閾値よりも高い領域の面積と、通信品質が閾値よりも低い面積とが所定の割合になるように決定されてもよい。

また、第一無線通信装置は、移動体に備えられてもよい。例えば、第一無線通信装置は、低軌道衛星などの上空を飛行する飛行体に備えられてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、１ａ…無線通信システム，
２、２ａ…移動中継局，
３…端末局，
４、４ａ…基地局，
２１、２５、３３、４１ａ…アンテナ，
２２…端末通信部，
２３、３１…データ記憶部，
２４、２４ａ基地局通信部，
３２、２４６ａ…送信部，
３４、４３１…復調部，
４１…アンテナ局，
４２…ＭＩＭＯ受信部，
４２ａ…受信部，
４３…基地局信号受信処理部，
２２１…受信部，
２２２…端末信号受信処理部，
２２３…データ記録部，
２４１…制御部，
２４２…符号化部，
２４３…インタリーブ処理部，
２４４…送信ビット列記憶部，
２４５、２４５ａ…変調部，
２４６…ＭＩＭＯ送信部，
４３２…復調データ記憶部，
４３３…デインタリーブ処理部，
４３４…復号部，
２４１１…インタリーブ長設定部，
２４１２…符号化設定部，
２４１３…変調設定部

Claims

第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
所定期間において送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化部と、
一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに時間的に分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理部と、
前記インタリーブ処理部により生成された前記送信ビット列を変調する変調部と、
前記変調部により変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記第二無線通信装置へ無線により送信する送信部と、
を備え、
前記第二無線通信装置は、
前記第一無線通信装置から送信された前記無線フレームを受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記無線フレームを復調する復調部と、
前記所定期間において受信された複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調部により復調した結果を並べたビット列にデインタリーブを行うデインタリーブ処理部と、
前記デインタリーブ処理部によりデインタリーブされたビット列を復号する復号部と、
を備える、
無線通信システム。
前記第一無線通信装置は、
前記符号化部に、誤り訂正符号化の符号化率を設定する符号化設定部をさらに備える、
請求項１に記載の無線通信システム。
前記第一無線通信装置は、
前記符号化部に、誤り訂正符号化に用いる誤り訂正符号の種類を設定する符号化設定部をさらに備える、
請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
前記第一無線通信装置は、
前記変調部に、前記送信ビット列の変調に用いる変調方式を設定する変調設定部をさらに備える、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
前記通信品質が周期的に変化する場合、前記所定期間は、一又は複数の周期である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
前記所定期間は、前記通信品質と時間との関係を表す平面上のグラフにおいて前記通信品質が閾値よりも高い領域の面積と、前記通信品質が前記閾値よりも低い面積とが所定の割合になるように決定される、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
前記第一無線通信装置は、移動体に備えられる、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の無線通信システム。
前記第一無線通信装置は、低軌道衛星に備えられ、
前記第二無線通信装置は、地球上に設置される、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の無線通信システム。
所定期間において通信先の無線通信装置である通信先装置に送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化部と、
一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに時間的に分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理部と、
前記インタリーブ処理部により生成された前記送信ビット列を変調する変調部と、
前記変調部により変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記通信先装置へ無線により送信する送信部と、
を備える無線通信装置。
通信先の無線通信装置である通信先装置から無線により送信された無線フレームを受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記無線フレームを復調する復調部と、
所定期間において受信された複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調部により復調した結果を並べたビット列に、前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに時間的に分散して前記通信先装置から送信されたビットが一つの復号処理単位のブロックに含まれるようにデインタリーブを行うデインタリーブ処理部と、
前記デインタリーブ処理部によりデインタリーブされたビット列を、前記ブロック毎に復号する復号部と、
を備える無線通信装置。
第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第一無線通信装置が、
所定期間において送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化ステップと、
一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに時間的に分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理ステップと、
前記インタリーブ処理ステップにより生成された前記送信ビット列を変調する変調ステップと、
前記変調ステップにより変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記第二無線通信装置へ無線により送信する送信ステップと、
前記第二無線通信装置は、
前記第一無線通信装置から送信された前記無線フレームを受信する受信ステップと、
前記受信ステップにより受信した前記無線フレームを復調する復調ステップと、
前記所定期間において受信した複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調ステップにより復調した結果を並べたビット列にデインタリーブを行うデインタリーブ処理ステップと、
前記デインタリーブ処理ステップによりデインタリーブされたビット列を復号する復号ステップと、
を有する無線通信方法。
所定期間において通信先の無線通信装置である通信先装置に送信するビット列を複数のブロックに区切り、前記ブロック毎に誤り訂正符号化を行って符号化データを生成する符号化ステップと、
一つの前記ブロックから生成された前記符号化データのビットが前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに時間的に分散されて送信されるように、前記符号化データにインタリーブを行って送信ビット列を生成するインタリーブ処理ステップと、
前記インタリーブ処理ステップにより生成された前記送信ビット列を変調する変調ステップと、
前記変調ステップにより変調された前記送信ビット列を、前記所定期間において複数の無線フレームに分割して前記通信先装置へ無線により送信する送信ステップと、
を有する無線通信方法。
通信先の無線通信装置である通信先装置から無線により送信された無線フレームを受信する受信ステップと、
前記受信ステップにより受信した前記無線フレームを復調する復調ステップと、
所定期間において受信された複数の前記無線フレームそれぞれを前記復調ステップにより復調した結果を並べたビット列に、前記所定期間において前記通信先装置との間の通信品質が所定よりも高い期間と低い期間とに時間的に分散して前記通信先装置から送信されたビットが一つの復号処理単位のブロックに含まれるようにデインタリーブを行うデインタリーブ処理ステップと、
前記デインタリーブ処理ステップによりデインタリーブされたビット列を、前記ブロック毎に復号する復号ステップと、
を有する無線通信方法。