JP4868146B2

JP4868146B2 - 無線通信システム

Info

Publication number: JP4868146B2
Application number: JP2006298755A
Authority: JP
Inventors: 正司平部
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2008118337A

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信方法、及び、端末に関する。

一般に、無線通信システムには、送信側と受信側とが直接的に通信できない場合、他の中継装置を用いて通信を中継する構成を備えたマルチホップ無線通信システムがある。また、マルチホップ無線通信システムにおいて、固定的な基地局、中継局を設定せず、無線通信装置を備えた移動端末等を一時的に基地局、中継装置として機能させるアドホック無線通信ネットワークが用いられることもある。

図５を参照して、通信を中継する機能を備えた従来のマルチホップ無線通信システムを例にとって説明する。

図示された無線通信システムは、端末301、中継端末302、及び基地局4を含んでいる。図において、端末301と端末302との間の区間では、単一の搬送周波数(以下、単に周波数と呼ぶ)F1で送受信が行われており、端末302と基地局4との間の区間では、他の単一の周波数F3で送受信が行われている。この場合、伝送する全データはそのままの状態で、各区間を周波数F1、F3により伝送される。

この種無線通信システムにおいても、無線通信を高速化することが要求されており、高速無線通信を実現するために、通常、高速なシンボルレートで伝送するための広い周波数帯域や、多値数の多い変調方式を使うために大きな電力が必要になる。

したがって、図５に示された端末301と基地局4との間で高速なマルチホップ無線通信を実現するには、周波数帯域の広い信号や多値数の大きな信号を中継する機能を備えた中継端末302を持つ必要があり、中継端末302が複雑な構造となり、規模が大きくなってしまうと共に、中継端末302に加わる負荷が大きくなってしまう。しかしながら、通常、移動端末によって構成されることが多くなっている端末301、中継端末302の規模及び電力を大きくすることは、省電力化の面及び小型化の面等で望ましくない。

特表２００５−５３８６２７(特許文献１)には、送信側の第１無線局、受信側の第２無線局、及び、第１及び第２無線局との間に、少なくとも２つの中間局を備え、２つの中間局の間で、第２無線局への送信に関連する特性量をシグナリングする無線通信システムが提案されている。この場合、複数の中間局は同時に同じ信号(或いはデータ)を受信し、同時に且つ単一周波数を用いて、第２無線局或いは他の中間局に送信している。この構成では、中間局の一つが切断されているときでも、受信第２無線局への信号(或いはデータ)は、他のアクティブな中間局から転送されるため、信号(或いはデータ)伝送の信頼性を高めることができる。

一方、特開２００３-１９８４４２(特許文献２)及び特開２００６−６７３２６(特許文献３)は、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)通信方式を採用して、高速大容量伝送を実現できる無線伝送システムを提案している。

特許文献２は、移動局、基地局、及び、移動局と基地局との間に設けられた中継局とを備えた無線伝送システムを開示しており、当該無線通信システムではMIMO通信方式が適用されている。具体的に言えば、特許文献２に示されたMIMO通信方式は、送信データ列をM本の複数アンテナに分配して送信する送信機と、伝送路を介して到来した無線信号をN本の複数アンテナにより受信する受信機とを備え、受信機では、N本の受信信号からM本の送信信号を求めて受信データ列を得る方式である。MIMO方式によれば、１本のアンテナから送信データを送信する場合に比較して、M本のアンテナを用いて送信を行うため、原理的には、送信アンテナ数(M)倍のデータ量を送信することができる。したがって、無線周波帯域当りの通信容量を高くすることができる。

また、特許文献２は、複数のアンテナを備えた送信機と、複数のアンテナから送信された無線信号を中継する複数の中継器と、中継された無線信号を複数のアンテナで受信し、受信データを得る無線伝送システムを開示しており、各送信機、中継器、及び、受信機において、中継の要否を判定し、中継の要否を制御する制御信号を送信している。この場合、中継器は、無線信号を蓄えるバッファによって特徴付けられている。このように、複数の中継器を適宜利用することにより、見通し伝搬環境においてもフラットフェージングを生じさせ、これによって、見通し伝搬環境でMIMO方式における伝送効率が低下しないシステムを構成している。

一方、特許文献３は、送信装置、中継装置、及び、受信装置を備えたMIMO方式の無線中継伝送システムを開示している。特許文献３に示された送信装置、中継装置、及び、受信装置は、いずれも複数のアンテナを備えている。特に、中継装置は、送信装置から送信された無線信号を複数のアンテナで受け、受信した無線信号を互いに同期した局発信号を用いて同一周波数にそれぞれ変換する手段を有し、更に、周波数変換された無線信号を複数のアンテナから個別に再送信している。

いずれにしても、特許文献１〜３に記載されたMIMO通信方式は、受信側で伝送路推定を含む受信処理を行う必要がある通信方式である。

特表２００５−５３８６２７号公報特開２００３-１９８４４２号公報特開２００６−６７３２６号公報

特許文献１は、同時に同じ信号(或いはデータ)を受信し、同時且つ同周波数で単一周波数を用いて、送信する中間局を複数設けることにより、伝送の信頼性を上げることを提案している。また、MIMO方式を使用した場合、受信シンボル及びチャネル特性を知ることは、シグナリングコストがかかることを指摘している(0012段落)。換言すれば、特許文献１は、中間局を小型化すること、及び、省電力化することについて何等開示していない。

特許文献２は、送信機及び受信機に、それぞれ複数のアンテナを備えることによりMIMO方式の通信を可能にすると共に、中継器を使用するか否かを判断して、見通し伝搬環境でも中継器を用いてフラットフェージングを発生させている。ここでは、見通し伝搬環境においてもMIMO方式による効率を維持するために、伝搬路に選択的に中継器を挿入することが提案されており、これ以外の用途に中継器を利用することについて、特許文献２は何等示唆していない。したがって、特許文献２から、MIMO方式を適用した場合に生じる問題点、特に、中継器に伴う問題点を見出すことはできない。

特許文献３は、送信装置、中継装置、及び、受信装置全てにMIMO方式に必要な複数のアンテナを設けることを開示しているだけで、送信装置、中継装置、及び、受信装置の小型化、省電力化について指摘していない。具体的に言えば、受信側を構成する中継装置及び受信装置は、それぞれ複数のアンテナから受信された無線信号からアンテナ毎の伝搬路推定を行う構成を有している。特許文献３は、中継装置における負荷の軽減、及び、中継装置の小型化及び省電力化について何等考慮していない。

本発明の課題は、高速無線通信を実現出来ると共に、中継端末等を小型化及び省電力化できる無線通信システム及び無線通信方法を提供することである。

本発明の他の課題は、端末及び中継端末におけるアンテナの数を減少させることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することである。

本発明の更に他の課題は、中継端末の負荷を軽減しても、高速無線通信を行うことができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、端末と基地局との間の通信を複数の中継端末を介して行う無線通信システムの上り方向の通信において、前記複数の中継端末は、それぞれ、互いに異なる周波数の受信データ列を前記端末から受け、同じ単一周波数の信号に周波数変換し、受信データ列を再生する再生処理を行うことなく中継を行い、同時的に送信する手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記基地局は、前記複数の中継端末からの前記同じ単一周波数の信号を複数のアンテナを介して受信して、前記複数の中継端末からの前記同じ単一周波数の信号に対して、複数の中継端末とアンテナの組み合わせに対し、各々の伝送路推定を行い、各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段を有していることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様において、前記端末は、データ列を複数のデータ列に分割して、分割された複数のデータ列を互いに異なる周波数を用いて送信する手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第４の態様によれば、端末と基地局との間の通信を複数の中継端末を介して行う無線通信システムの下り方向の通信において、前記複数の中継端末は、基地局の複数のアンテナから同じ単一周波数で送信される異なる複数のデータ列を異なる複数の周波数変換し、受信データ列を再生する再生処理を行うことなく中継を行い、同時的に送信する手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第５の態様によれば、第４の態様において、前記複数の中継端末は、それぞれ、同じ単一周波数で送られてくる受信信号を受け、互いに異なる周波数に変換して、同時に送信する手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第６の態様によれば、第４の態様において、前記端末は、前記複数の中継端末から、互いに異なる周波数で送られてくる複数の信号を受信信号として受け、当該複数の信号を周波数毎に分割した後、複数の中継端末とアンテナの組み合わせに対し、各々の伝送路推定を行い、各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第７の態様によれば、基地局と端末との間の通信を複数の中継端末を介して行う無線通信システムにおいて、前記複数の中継端末は、前記複数の中継端末間を同一の周波数で送られてくる複数の信号を、受信データ列を再生をする再生処理を行うことなく中継を行い、それぞれ互いに異なる周波数に変換する手段を有し、他方、前記端末又は前記基地局は、異なる周波数で送信されてくる送信信号に対して、複数の中継端末の組み合わせに対し、各々の伝送路推定を行い、各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段を有していることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第８の態様によれば、第７の態様において、下り通信を行う場合に、前記基地局は、単一のデータ列を前記複数のデータ列に分割する手段と、前記複数のデータ列をそれぞれ前記複数の周波数で送信する複数の送信手段とを有していることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第９の態様によれば、第７の態様において、下り通信を行う場合に、前記端末は、前記複数の中継端末から、互いに異なる周波数で送られてくる複数の信号を受信信号として受け、当該複数の信号を周波数毎に分割した後、複数の中継端末とアンテナの組み合わせに対し、各々の伝送路推定を行い、各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第１０の態様によれば、第７の態様において、上り通信を行う場合に、前記端末は、単一のデータ列を前記複数のデータ列に分割する手段と、前記複数のデータ列をそれぞれ前記複数の周波数で送信する複数の送信手段とを有していることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第１１の態様によれば、第７の態様において、上り通信を行う場合に、前記基地局は、前記複数の中継端末から、互いに異なる周波数で送られてくる複数の信号を受信信号として受け、当該複数の信号を周波数毎に分割した後、複数の中継端末の組み合わせに対し、各々の伝送路推定を行い、各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第１２の態様によれば、第７の態様において、前記中継端末は、前記基地局と前記中継端末との間、及び前記端末と前記中継端末との間は複数の異なる周波数で通信を行い、前記中継端末で、受信データ列を再生する再生処理を行うことなく中継を行い、複数の周波数で送信される異なる複数のデータ列を単一の周波数変換し、中継端末間で通信を行う手段を備えていることを特徴とする無線通信システムが得られる。

本発明の第１３の態様によれば、基地局と端末との間の通信を複数の中継端末を介して行う無線通信方法において、前記複数の中継端末は、互いに異なる周波数で送信されてくる複数のデータ列を受け、前記互いに異なる周波数をそれぞれ同一の周波数に変換して、変換された同一の周波数により前記複数のデータ列を同時に送信し、前記基地局及び前記端末の少なくとも一方は、複数の中継端末からの受信信号に対して、伝送路推定を含む受信処理を行うことを特徴とする無線通信方法が得られる。

本発明の第１４の態様によれば、第１３の態様において、前記端末及び前記基地局の少なくとも一方は、前記複数の中継端末から同一の周波数で送られてくる信号に対して、伝送路推定を含む受信処理し、複数のデータ列を復元することを特徴とする無線通信方法が得られる。

本発明の第１５の態様によれば、第１３の態様において、前記複数の中継端末のほかに、別の複数の中継端末を備え、前記複数の中継端末から同一の周波数で送られてくる信号を、別の複数の中継端末では、受信データ列を再生する再生処理を行うことなく中継を行い、互いに異なる周波数に変換して送信することを特徴とする無線通信方法が得られる。

本発明の第１６の態様によれば、伝送路推定を行う通信方式に使用される端末において、第１及び第２の周波数をそれぞれ第２及び第１の周波数に変換する手段と、前記第１及び第２の周波数とは異なる特定の周波数の組み合わせのときに、前記伝送路推定を含む受信処理を行う手段を有していることを特徴とする端末が得られる。

本発明では、各中継端末において、単に、周波数変換を行うだけでよく、伝送路推定を行う必要がないため、各中継端末を小型化できると共に、中継に必要な電力を低減でき、省電力化が実現できる。更に、各中継端末は、送受信のためのアンテナを一つ備えるだけで良いため、複数のアンテナを備えた場合に比較して構成を簡略化でき、且つ、空間多重分離処理を伴う伝送(例えば、特許文献１〜３に記載されたMIMO伝送)において、中継端末に加わる負荷を複数の中継端末に分散させることにより軽減できる。

［第１の実施形態］
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを説明する。図１に示された無線通信システムは、端末101，２つの中継端末102，103、及び、基地局2によって構成されており、図示された端末101、中継端末102、103は、移動端末であるものとする。尚、端末101、中継端末102、103は互いに同一構成の移動端末によって構成されても良いし、場合によっては基地局2も移動端末によって構成されても良い。

尚、中継端末の数は例示的に２つだけの場合を示しているが、２つに限定されるものではなく、より多くの中継端末が設けられても良いことは云うまでも無く、更に、より多くの区間に亘って配置された中継端末を介して通信がおこなわれても良い。この場合、各区間に配置された中継端末は端末101と同様な構成を有していることが好ましい。

図１に示された端末101は、送信すべきデータ系列を2つのデータ列(ここでは、第１及び第２のデータ列と呼ぶ)に分割し、第１及び第２のデータ列をそれぞれ互いに異なる周波数F1,F2で送信する。したがって、端末101はデータ系列を分割する機能のほか、周波数分割多重する機能を有している。このように、周波数分割多重を行うため、端末101はアンテナを複数備える必要が無く、更に、受信側に設けられる無線部の構成を簡略化できる。また、このように、周波数分割多重を行う端末101は、アンテナ間における空間相関を考慮する必要も無い。

端末101で分割された第１及び第２のデータ列は中継端末102，103に送信される。中継端末102,103は端末101とそれぞれ周波数F1,F2で通信を行う機能を有すると共に、周波数F1,F2を互いに同一の周波数F3に変換する機能を有している。即ち、中継端末102,103は、端末101とそれぞれ異なる周波数F1,F2により送受信を行う一方、互いに異なるデータ列を同じ周波数F3で同時的に送信を行う機能を有している。この結果、第１及び第２のデータ列は中継端末102,103から共通の周波数F3で基地局2に送信される。このことは、それぞれ単一のアンテナを有する複数の中継端末102、103によって、等価的に高速伝送可能な空間多重分離処理を伴う伝送、例えば、MIMO方式による高速無線伝送を実現していることを意味している。尚、図からも明らかな通り、中継端末102、103は周波数F3をそれぞれ周波数F1,F2に変換する機能をも備えている。

このように、端末101と中継端末102、103との間で、周波数分割多重伝送が行われるため、各中継端末102、103では、伝送路推定を伴う受信処理を行う必要が無く、この結果、各中継端末102、103の負荷を軽減でき、構成を簡略化できる。また、各中継端末102、103では、単に、周波数変換を行うだけで良いため、各中継端末102、103を小型化できると共に、省電力化を図ることができる。即ち、各中継端末102、103は受信データ列を再生する再生処理を行うことなく、中継処理だけを行う構成を備えれば良い。

一方、基地局2は2つのアンテナ201，202を持ち、中継端末102，103から周波数F3で送信された第１及び第２のデータ列を、伝送路推定を伴う受信処理(以下では、MIMO受信処理と呼ぶ )で、端末101が送信したデータ系列を再生、復元する機能を備えている。

次に、図１において、基地局2から端末101へ送信する場合（下り通信を行う場合）について説明する。送信データ系列が図示されないインターネット回線、有線回線等を介して、基地局2に与えられると、基地局2は送信データ系列を第１及び第２のデータ列に分割し、更に、分割した各データ列を2つのアンテナ201，202から共通の周波数F3で送信する。

基地局2から周波数F3で同時的に送信されてきた第１及び第２のデータ列は図示された例では、2つの中継端末102,103に与えられる。中継端末のうち、中継端末102は基地局2との間の周波数F3を周波数F1に変換し、他方、中継端末103は周波数F3を周波数F2に変換する。しかしながら、中継端末102、103は、前述したように、基地局2と中継端末102、103との間の伝送路の推定は行わない。即ち、中継端末102,103はMIMO受信処理を行わない。このため、中継端末102から出力されるデータ列は、伝送路をあらわす伝送路行列h11,h21の影響を受けたものであり、他方、中継端末103から出力されるデータ列は、伝送路行列h22,h21の影響を受けたものである。

中継端末102、103から周波数F1,F2で送信されてくるデータ列は端末101で受信される。端末101は周波数F1，F2を受信する機能及びMIMO受信処理機能を持ち、周波数F1，F2で受信した第１及び第２のデータ列をMIMO受信処理により基地局2の送信したデータ系列を再生する。

このように、本発明の一実施形態に係る無線通信システムでは、データ系列を分割して複数の中継端末102,103で中継し、複数の中継端末102,103により、等価的にMIMO伝送を行うことにより、各中継端末102、103では周波数変換を行うだけで良い。したがって、各中継端末102、103に加わる負荷を軽減できる。

このように、各中継端末102,103は、それぞれ単一の周波数変換機能及び単一の送受信アンテナを備えるだけで良いため、各中継装置102,103の構成の複雑化を最小限に留めることができると共に、複数の中継端末102,103の組み合わせにより、基地局2との間で高速なMIMO通信を行うことができる。したがって、図1に示された無線通信システムに使用される各中継端末102,103は、狭い周波数帯域の周波数変換による中継機能をもつことにより高速なマルチホップ無線通信を実現することができる。

以下、図１に示された無線通信システムの動作を端末101から基地局2への上り通信動作と、基地局2から端末101への下り通信動作とに分けて、端末101、中端末102、103、及び、基地局2の構成を更に詳しく説明する。

図２は、端末101から基地局2への上り通信に必要な構成を示す機能ブロックである。ここで、端末101はデータ系列A,B,C,Dを第１及び第２のデータ列(AC:BD)に分割する直列／並列変換器10と、第１及び第２のデータ列を周波数F1，周波数F2で単一のアンテナを通して送信する送信機11，12を備えている。尚、図２では、データ系列A,B,C,Dが第１及び第２のデータ列(AC:BD)に分割されるため、単一のアンテナから出力される送信データ量が半分になることをあらわしている。また、送信データ量が半分になるため、実際には、データ変調後のシンボル長は倍になるが、ここでは、説明の簡略化のために、直並列変換の前後のシンボル長を便宜上同一としている。

中継端末102，103はそれぞれ単一の受信アンテナを備えると共に、周波数F1，F2を周波数F3に変換する周波数変換器13，14を有し、周波数変換された第１及び第２のデータ列はそれぞれ単一の送信アンテナを介して基地局2に送信される。ここで、各中継端末102,103に備えられた受信及び送信アンテナは、送受信に共用される単一の送受信アンテナであっても良い。

基地局2は2つのアンテナ201，202に入力された信号を受信する受信機30，31と、受信機30，31で受信した信号をMIMO受信処理するMIMO受信処理器32と、MIMO受信処理器32の出力を1つのデータ系列に変換する並列／直列変換器33を持っている。

更に、図２を参照して、無線通信システムの端末101から基地局2への上りリンク動作をより具体的に説明する。端末101は送信すべきデータ系列(A,B,C,D)を第１及び第２のデータ列に分割し、第１のデータ列(A,C)を送信機11に送ると共に、第２のデータ列(B,D)を送信機12に送る。送信機11は第１のデータ列を周波数F1で送信する一方、送信機12は第２のデータ列を周波数F2で送信する。第１及び第２のデータ列(A,C)と(B,D)は周波数多重化されて、単一のアンテナを介して送信される。

周波数F1の第１のデータ列は中継端末102で受信され、その周波数変換器13で周波数F3に変換された後、この例では、基地局2に送信される。他方、周波数F2の第２のデータ列は中継端末103で受信されて、周波数変換器14で周波数F3に変換された後、基地局2に送信され、これら周波数変換器13、14で周波数変換された同一周波数F3の第１及び第２のデータ列は基地局2の2つのアンテナ201、202で受信される。このことは、第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)は、伝送路の影響、即ち、伝送路行列h11,h21,h22,h12の影響を受けた状態でアンテナ201、202に受信されることを意味している。

ここで、第１及び第２のデータ列には、端末101でそれぞれ異なるパイロットパターンが挿入されている。このため、基地局2では、第１及び第２のデータ列(A,C)(B,D)のパイロットパターンを用いて、中継端末102，103と基地局2のアンテナ201，202の間の伝播路推定を行なうことができる。

図示された基地局2では、受信機30,31により、伝送路行列h11,h21,h22,h12を求めて、伝送路推定を行い、これらの伝送路行列h11,h21,h22,h12を用いてMIMO受信処理器32でMIMO受信処理を行い、端末102，103から送られた第１及び第２のデータ列(A,C)(B,D)を復元ことができる。この第１及び第２のデータ列(A,C)(B,D)を並列／直列変換器33によって、１つのデータ系列にすることにより端末101が送信したデータ系列(A,B,C,D)を復元することができる。

次に、図３を参照して、図1に示された無線通信システムにおける基地局2から端末101への下り送信における動作及び端末101、中継端末102、103、及び基地局2の構成を説明する。図示された基地局2はデータ系列(A,B,C,D)を第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)に分割する直列／並列変換器36と、2つの送信機34、35、及び2つのアンテナ201,202を備え、送信機34,35はアンテナ201，202を介して単一の周波数F3で第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)をそれぞれ送信する。図３においても、図２と同様に、データ系列A,B,C,Dを第１及び第２のデータ列(AC:BD)に分割することにより、各アンテナ201,202から送信される送信データ量が半分になることをあらわしており、この結果、各シンボルの長さは倍になるが、ここでは、説明の簡略化のために直並列変換の前後のシンボル長を便宜上同一としている。

中継端末102，103は、前述したように、周波数F3を周波数F1，F2にそれぞれ変換する周波数変換器19，20を個別に有しているだけで、周波数F3に関連した伝送路の推定及び受信データ列の再生は行わない。即ち、中継端末102,103は周波数F3で受信した信号をそのまま周波数F1,F2に変換して、端末101に送信する。換言すれば、各中継端末102、103では、F3からF1又はF2に周波数変換を行うだけで、MIMO受信処理等、受信データ列の再生動作は行わない。このため、中継端末102,103は構成を簡略化でき、且つ、中継端末102、103に加わる負荷を軽減できる。

中継端末102,103から異なる周波数F1,F2によって送信された信号は端末101に与えられる。端末101は周波数F1，F2を受信する受信機17，18、受信機17，18で受信した信号をMIMO受信処理して、第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)に対応した第１及び第２の受信データ列を出力するMIMO受信処理機16、MIMO受信処理機16の出力を１つの受信データ系列に変換する並列／直列変換器15を備えている。

図３を参照して、下り通信における動作をより具体的に説明すると、基地局2は、送信データ系列(A,B,C,D)を受信すると、直列／並列変換器36により当該送信データ系列を並列に変換する一方、第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)に分割して、送信機34,35に供給する。第１のデータ列(A,C)は送信機34からアンテナ201を介して周波数F3で送信され、第２のデータ列(B,D)は送信機35からアンテナ202を介して同一の周波数F3で送信される。

中継端末102では、基地局2の両アンテナ201，202から出力される信号を周波数F3から周波数Ｆ１に変換して端末101に送り、中継端末103では基地局2の両アンテナ201，202からの信号を周波数F3から周波数F2に変換して端末101に送る。ここで、2つのデータ列には、それぞれ異なるパイロットパターンが挿入されていることは、上り通信の場合と同様である。

端末101は周波数F1,F2で送られてくる周波数分割多重化された信号を単一のアンテナで受け、周波数F1の成分を受信機17で受信し、周波数F2の成分を受信機18で受信する。受信機17,18では、第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)にそれぞれ挿入されているパイロットパターンを用いて、基地局2のアンテナ201，202と端末102，103の間の伝送路推定を行う。この場合、受信機17,18では、伝送路行列h11,h12,h21,h22を求め、これらの伝播ベクトルを用いて、受信した信号に関する演算を行い、MIMO受信処理器15でMIMO受信処理を行う。この結果、端末102，103から送られた第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)を復元することができる。復元された第１及び第２のデータ列(A,C)及び(B,D)を並列／直列変換器15によって単一のデータ系列にすることにより基地局2が送信したデータ系列（A,B,C,D）を復元する。

また、上記した実施形態では、基地局２と端末103との間に、２つの中継端末を配置した場合について説明したが、各中継区間に配置する中継端末の数を３以上にしても良い。この場合、基地局2は中継端末の数以上のアンテナが必要になる。

［第２の実施形態］
図４を参照すると、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムが示されており、ここでは、2区間の中継端末102、103及び104、105を介して、端末101と基地局2との間で、通信を行うマルチホップ無線通信システムが例示されている。即ち、図4では、端末101と基地局2との通信に先立ち、中継端末102、103及び中継端末104、105が探索され、捕捉されたものとする。図示された端末101、中継端末102〜105は同様な移動端末(例えば、携帯電話)によって構成されても良いし、基地局2も他の端末と同様な移動端末によって構成されても良い。

このように、本実施形態では、基地局2と、当該基地局2と通信を行おうとする端末101とは、2段階の中継端末102，103及び中継端末104，105を介して通信が行われる。

図４を参照して上り通信動作を説明すると、端末101はデータ系列を2つに分割して互いに異なる周波数F1，F2により端末102，103と通信を行う。中継端末102及び103はそれぞれ周波数F1,F2を共通の単一周波数F3に変換して、2つのデータ系列を送信する。即ち、図4に示された中継端末102、103は図1〜3に示された中継端末102、103と同様な周波数変換機能を備えている。

中継端末102、103で単一周波数F3に変換された信号は、伝送路を介して中継端末104，105に与えられる。両中継端末104、105に与えられる単一周波数F3の信号は、中継端末102、103と中継端末104、105間の伝送路の影響(h11,h21,h22,h12)を受けている。しかしながら、中継端末104、105は、伝送路推定を行うことなく、周波数F3をそれぞれ互いに異なる周波数F4，F5に変換する。即ち、中継端末104は周波数F3を周波数F4に周波数変換する機能を備え、中継端末105は周波数F3を周波数F5に周波数変換する機能を備えている。尚、中継端末102〜105として使用される場合、これら中継端末には、伝送路推定を伴うMIMO受信処理機能及びデータ再生機能は不要であり、周波数変換機能だけが備えられていれば良い。

変換された周波数F4，F5の信号は、中継端末104,105から基地局2に送信される。図示された基地局２は、異なる周波数F4,F5で送信されてきた信号を単一のアンテナ201により受信する。基地局2は、図3に示された端末101と同様に、2つの受信機でそれぞれ周波数F4,F5の信号を受信し、受信信号をそれぞれMIMO受信処理器に出力し、MIMO受信処理によりデータ列を復元する。

具体的に動作を説明すると、端末101は送信するデータ系列を第１及び第２のデータ系列に分割する。この場合、端末101から周波数F1，F2で送信されるデータ列には異なるパイロットパターンが挿入されているため、基地局2では、端末104，105から周波数F4，F5かで受信した信号から中継端末102，103と中継端末104，105の間の伝送路行列h11,h12,h21,h22を求めることができ、MIMO受信処理を行って並列／直列変換することにより、端末101が送信したデータ系列を再生することができる。

基地局2から端末101への下り通信におけるデータ伝送動作も同様に行うことができる。この場合、基地局2は、送信データ列を2つのデータ列に分け、2つのデータ列を互いに異なる周波数F4,F5により中継端末104、105に送信する。中継端末104、105は周波数F4及びF5のデータ列を共通の単一周波数F3の信号に変換して中継端末102、103に送信する。更に、中継端末102、103は受信した周波数F3の信号をそれぞれ周波数F1,F2に変換して端末101に送信し、端末101は図３と同様な形式で基地局2からのデータ列を復元する。

したがって、図示された中継端末104、105は、周波数F4及びF5を周波数F3に変換する機能、及び、周波数F3を周波数F4及びF5に変換する機能をそれぞれ備えていれば良い。

図４に示された無線通信システムでは、上り通信におけるデータ伝送の場合、基地局２において、中継端末102,103と付加中継端末104,105間の伝搬路推定を伴うMIMO受信処理を行うことにより、データ系列を高速で伝送することができる。

また、図示されたように、複数段の中継端末102〜105が介在する場合、各中継端末はそれぞれ単一の周波数変換器を備えるだけでよく、且つ、基地局2は複数のアンテナを備えなくても良い。このため、図示されたシステムは、基地局2の構成を図１に示された基地局2よりも簡略化できる。

このように、複数の中継端末102及び103を用いて、同一の周波数により異なるデータを含む信号を中継することにより、中継端末の数に比例した伝送速度でデータを伝送できる。この場合、各中継端末は、MIMO方式に必要な伝送路推定処理を行う必要はなく、単に、周波数変換機能だけを備えていれば良いから、その構成を簡略化できると共に、省電力化を図ることができる。

ここで、移動端末が中継端末102〜105として利用される場合、複数の周波数変換機能、即ち、F1とF3,F2とF3,F4とF3,F5とF3を切り替えることができるように構成しておけば良い。

更に、移動端末が受信側の端末101、基地局2として使用される場合、特定の周波数の組み合わせ、例えば、F1とF2を受信した場合にのみ、伝送路推定を伴う受信処理、例えば、MIMO受信処理を行うように構成しておけば良い。即ち、このような端末は、図示された周波数変換して送受信を行う動作のほかに、伝送路推定を伴う受信処理をも行う必要がある。したがって、当該端末は、例えば、第１及び第２の周波数をそれぞれ第２及び第１の周波数に変換する回路を含むと共に、前記第１及び第２の周波数とは異なる特定の周波数の組み合わせのときに、前記伝送路推定を含む受信処理を行う回路を備えていれば良い。

第１及び第２の周波数をそれぞれ第２及び第１の周波数に変換する回路は、端末１０２に、図６に示す回路を実装すればよい。同図の端末１０２において、乗算器６２は、周波数Ｆ１もしくは周波数Ｆ３の入力信号と発振器６１から供給される周波数Ｆ１−Ｆ３の信号とを受けて乗算し、入力信号の周波数と発振器６１の周波数Ｆ１−Ｆ３との和又は差の周波数成分を含む出力を発生し、分岐器６３に供給する。分岐器６３は、入力を２分岐し、それぞれ中心周波数Ｆ３の帯域通過フィルタ６４及び中心周波数Ｆ１の帯域通過フィルタ６５に供給する。帯域通過フィルタ６４は、出力信号として周波数Ｆ３の信号を通過させる。他方、帯域通過フィルタ６５は、出力として周波数Ｆ１の信号を通過させる。即ち、周波数信号Ｆ１もしくは周波数信号Ｆ３を入力し、それぞれ周波数信号Ｆ３もしくは周波数信号Ｆ１に変換している。端末１０３についても、図６に示した回路と同様な回路構成を使用することができる。その場合、帯域通過フィルタ６５の中心周波数は、Ｆ２に設定する。入力信号はＦ１もしくはＦ２になり、発振器６１からは、Ｆ２−Ｆ３の周波数が出力する。したがって、帯域透過フィルタ６５からは、周波数Ｆ２が出力する。

また、上記した実施形態では、上り通信と下り通信で、同一の周波数を使用しているため、周波数利用効率を上げることができるが、本発明は、これに限定されることなく、上りと下りリンクで異なる周波数を用いた場合にも適用できる。

上記した実施の形態からも明らかな通り、本発明の特徴は、以下のように纏めることができる。即ち、本発明は、データ列を複数の中継端末により個別に同一の周波数に変換して中継することにある。この場合、データ列は、端末が送りたいデータ系列を分割した互いに異なるデータ列であってもよい。また、複数の中継端末で周波数変換された信号は、複数の中継端末から複数のアンテナを持つ基地局に送信され、基地局において、伝送路推定を含む受信処理を行う。この構成では、複数の中継端末と基地局との間で等価的に且つ実質的に空間多重分離処理を伴う伝送、例えば、MIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送が行なわれる。即ち、本発明では、各中継端末は単一の周波数のみを中継し、中継端末相互間、又は、複数の中継端末と基地局との間で、同一の周波数を使用した空間多重分離処理を伴う伝送を行う。この構成では、各中継端末は、単に、周波数変換だけを行えばよいため、各中継端末の小型化、省電力化を実現でき、且つ、高速伝送可能な空間多重分離処理を伴う区間を含んでいるため、高速な無線通信が可能である。

本発明は、固定局を含む無線通信システム、或いは、アドホック無線通信システム等に適用することができる。また、本発明では、単一の周波数変換機能を備えた複数の中継端末を組み合わせることにより、MIMO通信方式を等価的に実現することができるため、高速で無線通信を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムを説明するブロック図である。図１に示された無線通信システムの上りリンクにおける動作を説明するためのブロック図である。図１に示された無線通信システムの下りリンクにおける動作を説明するためのブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムを説明するブロック図である。従来の無線通信システムを説明するブロック図である。本発明の中継端末で使用する周波数変換回路のブロック図である。

符号の説明

１０１端末
１０２、１０３、１０４、１０５中継端末
２基地局
２０１、２０２アンテナ
１０，３６直列／並列変換器
３３，１５並列／直列変換器
１１，１２，３４，３５送信機
１３，１４，１９，２０周波数変換器
３０，３１，１７，１８受信機
３２，１６ＭＩＭＯ受信処理器
６１発振器
６２乗算器
６３分岐器
６４，６５帯域通過フィルタ

Claims

端末と基地局との間の通信を複数の中継端末を介して行う上り方向無線通信システムにおいて、
前記端末は、データ列を複数のデータ列に分割して、分割された複数のデータ列を互いに異なる周波数を用いて１個のアンテナから送信する手段を備え、
前記複数の中継端末は、それぞれ、１個のアンテナで互いに異なる周波数の受信データ列を前記端末から受け、前記複数の中継端末で共通の同じ単一周波数の信号に周波数変換し、受信データ列を再生する再生処理を行うことなく前記１個のアンテナから同時的に送信して中継する手段を備え、
前記基地局は、前記複数の中継端末からの前記同じ単一周波数の信号を複数のアンテナを介して受信し、前記複数のアンテナの各受信信号から複数の中継端末の各１個のアンテナと前記複数のアンテナの組み合わせに対し、前記複数のアンテナ毎に伝送路推定を行い、各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段を備え、
前記端末と前記中継端末は、同一構成の移動端末で、基地局との位置関係によって中継端末又は端末として動作することを特徴とする無線通信システム。
端末と基地局との間の通信を複数の中継端末を介して行う下り方向の無線通信システムにおいて、
基地局は、データを複数のデータ列に分割し、分割された複数のデータ列をそれぞれ複数のアンテナから同じ単一周波数にのせて送信し、
前記複数の中継端末は、それぞれ基地局の複数のアンテナから同じ単一周波数で送信される異なる複数のデータ列を１個のアンテナで受信し、前記同じ単一周波数とは異なる他の周波数であって前記複数の中継端末間で互いに異なる周波数に変換し、受信データ列を再生する再生処理を行うことなく前記１個のアンテナから同時的に送信して中継する手段を備え、
前記端末は、前記複数の中継端末から、互いに異なる周波数で送られてくる複数の信号を１個のアンテナで受信信号として受け、受信信号から当該複数の信号を周波数毎に分割した後、前記基地局の複数のアンテナと前記複数の中継端末の各１個のアンテナとの組み合わせに対し、前記複数の中継端末の各１個のアンテナ毎に対応して伝送路推定を行い、各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段とを備え、
前記端末と前記中継端末は、同一構成の移動端末で、基地局との位置関係によって中継端末又は端末として動作することを特徴とする無線通信システム。
基地局と端末との間の通信を複数の中継端末を介して行う上り方向の無線通信システムにおいて、
前記端末はデータ列を複数のデータ列に分割して、分割された複数のデータ列を互いに異なる周波数を用いて１個のアンテナから送信する手段を備え、
前記複数の中継端末は、それぞれ１個のアンテナを有し、前記複数の中継端末のうちの２以上の中継端末で構成される第１の中継端末群と、前記複数の中継端末のうち前記第１の中継端末群を構成する中継端末を含まない２以上の中継端末で構成される第２の中継端末群とを含み、前記第１の中継端末群を構成する各中継端末は前記端末から送られる互いに異なる周波数の信号を１個のアンテナで受信し、再生することなしに、前記１個のアンテナから各中継端末間で共通な同一の周波数に変換して、第２の中継端末群に中継し、前記第２の中継端末群を構成する各中継端末は前記第１の中継端末群から中継された同一周波数の信号を１個のアンテナで受信し、再生することなしに、前記同一の周波数とは異なり、各中継端末間で互いに異なる周波数に変換し前記１個のアンテナから送信して中継し、
前記基地局は、前記第２の中継端末群の各中継端末から、互いに異なる周波数で送られてくる複数の信号を１個のアンテナで受信信号として受け、当該複数の信号を周波数毎に分割した後、前記第１の中継端末群の各中継端末の前記各１個のアンテナと前記第２の中継端末群の各中継端末の前記各１個のアンテナの組合せに対して前記第２の中継端末群の各中継端末のアンテナ毎に対応して伝送路推定を行い、前記第２の中継端末群の各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段とを備え、
前記端末と前記中継端末は、同一構成の移動端末で、基地局との位置関係によって中継端末又は端末として動作することを特徴とする無線通信システム。
基地局と端末との間の通信を複数の中継端末を介して行う下り方向の無線通信システムにおいて、
前記基地局はデータ列を複数のデータ列に分割して、分割された複数のデータ列を互いに異なる周波数を用いて１個のアンテナから送信する手段を備え、
前記複数の中継端末は、それぞれ１個のアンテナを有し、前記複数の中継端末のうちの２以上の中継端末で構成される第１の中継端末群と、前記複数の中継端末のうち前記第１の中継端末群を構成する中継端末を含まない２以上の中継端末で構成される第２の中継端末群とを含み、前記第１の中継端末群を構成する各中継端末は前記基地局から送られる互いに異なる周波数の信号を１個のアンテナで受信し、再生することなしに、１個のアンテナから各中継端末間で共通な同一の周波数に変換して、第２の中継端末群に送信して中継し、前記第２の中継端末群を構成する各中継端末は前記第１の中継端末群から中継された同一周波数の信号を１個のアンテナで受信し、再生することなしに、前記同一の周波数とは異なり、各中継端末間で互いに異なる周波数に変換し、前記１個のアンテナから中継し、
前記端末は、前記第２の中継端末群の各中継端末から、互いに異なる周波数で送られてくる複数の信号を１個のアンテナで受信信号として受け、当該複数の信号を周波数毎に分割した後、前記第１の中継端末群の各中継端末の前記１個のアンテナと前記第２の中継端末群の各中継端末の前記１個のアンテナの組合せに対して前記第２の中継端末群の各中継端末の各１個のアンテナ毎に対応する伝送路推定を行い、前記第２の中継端末群の各中継端末からのデータ列を復元し、１つの情報データ列にする手段とを備え、
前記端末と前記中継端末は、同一構成の移動端末で、基地局との位置関係によって中継端末又は端末として動作することを特徴とする無線通信システム。