JP4398752B2 - 無線中継システム、無線中継装置及び無線中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、単一又は複数の無線中継装置を介して、送受信装置と無線通信する無線中継システム、無線中継装置及び無線中継方法に関する。

近年、同一周波数帯を用いて、送信装置と受信装置間の中継を、無線中継装置（＝中継器）により行う方法が検討されているが、このような無線中継装置では、送信アンテナから受信アンテナヘの回り込み波によって生じる発振の抑圧が重要となる。すなわち、発振が生じて特性が劣化することが大きな問題となる。

また、これらの中継は、主に放送での方法として検討されているため、回り込み波の抑圧は比較的容易であった。しかし、移動通信システムのように、無線中継装置が通常の移動端末と同様の環境(鉄塔やビルの上ではなく)にあることを想定した場合、無線中継装置の移動や、周辺の環境の変化により、回り込み波のチャンネルの変動が大きくなる。したがって、回り込み波の急激な変動にも高速に追従する高度な回り込み波のキャンセル技術が必要になる等の問題があった。

そこで、このような問題を解決すべく従来の無線中継装置において回り込みをキャンセルする方法が種々提案されている。

例えば、送信装置で挿入されたパイロット信号を使用して上記の回り込みをキャンセルする方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１記載の公報によれば、予め振幅および位相が既知のパイロット信号が挿入されていることに着目し、そのパイロット信号を用いて全信号帯域にわたる周波数特性を検出することによって誤差信号を求め、親局または他の中継局からの送信信号のマルチパス成分および回り込み波のレプリカ信号を生成し、そのレプリカ信号を受信信号から減算する構成とすることにより、多数の回り込み波が存在する伝搬環境や親局送信信号のマルチパス成分が存在する伝搬環境であっても、その両者の影響を除去することができる旨が記載されている。

また、特許文献２記載の公報によれば、入力信号から回り込み信号の複製を減じる減算器と、回り込み信号の複製を生成するＦＩＲフィルタと、減算器の出力からＦＩＲフィルタの係数を生成するフィルタ係数生成部とを備え、フィルタ係数生成部では、データキャリアを硬判定し再変調したものをリファレンスとして伝送路特性を算出し、伝送路特性からキャンセル残差を算出し、これをＩＦＦＴした結果に基づきＦＩＲフィルタの係数を更新する構成とすることにより、回り込みキャンセラにおいて追従性の向上とキャンセル可能な遅延時間の拡大とを両立させることが可能となる旨が記載されている。

ここで、送信装置で挿入されたパイロット信号を使用して回り込みをキャンセルする方法を用いた場合の従来の無線中継装置の構成について説明する。

図１５は、従来の無線中継装置の構成を示す図である。同図に示されるように、この無線中継装置は、入力信号から回り込み信号の複製を減じる減算器２０１と、回り込み信号の複製を生成するＦＩＲフィルタ２０２と、ＦＩＲフィルタの係数を生成する係数更新部２０３と、振幅と位相が既知であるパイロット信号を発生するパイロット信号生成部２０４と、増幅器２０５とから構成される。

この従来の無線中継装置では、係数更新部２０３において、伝送路特性が求められ、その伝送路特性からキャンセル残差を算出し、ＦＩＲフィルタ２０２の係数を更新する。これにより、追従性の向上とキャンセル可能な遅延時間の拡大との両立を実現するというものである。

また、上記した方法の他に、無線中継装置で中継する信号に対してパイロット信号（弱い電力で、比較的長いＰＮ系列とする）を加算して回り込みを推定する方法（例えば、特許文献３参照）や無線中継装置からのパイロット信号を別周波数帯で送信し回り込み波を推定する方法（例えば、特許文献４参照）、中継を一時停止し、回り込み波を推定する方法（例えば、特許文献５参照）等が提案されている。
特開２００３−１７４３９２号公報 特開２００３−２９８５４８号公報 特開２００１−１８６０７３号公報 特開平８−３３１０１６号公報 特開２０００−２４４３８２号公報

しかしながら、上記した特開２００３−１７４３９２号公報に開示された回り込みキャンセル方法では、受信機での雑音が大きくなるといった問題がある。

また、特開２００３−２９８５４８号公報に開示された回り込みキャンセル方法では、無線中継装置で弱く受信される信号ほど、強く増幅されて送信されるため、一部のサブキャリアの雑音電力を過度に増幅して送信する可能性が大きくなる。このため、回り込みによる発振を小さく抑えることが難しい。

また、特開２００１−１８６０７３号公報に開示された回り込みキャンセル方法では、本来伝送すべき信号に対して、擾乱を与えることで、受信装置での誤り率が高くなる可能性が大きくなるという問題が生じる。

また、特開平８−３３１０１６号公報に開示された回り込みキャンセル方法では、チャネル推定値は使用される周波数に依存するため、回り込み波のチャネル推定制度が劣化するという問題に加え、回り込み波推定用の周波数帯域を用意しなければならない。

また、特開２０００−２４４３８２号公報に開示された回り込みキャンセル方法では、送信装置−受信装置間の通信が送信装置の予期しないタイミングで一時中断するという問題があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、同一周波数で信号の中継を行う場合の回り込みによる発振を高精度に回避することのできる無線中継システム、無線中継装置及び無線中継方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明によれば、
第１の無線局からの無線信号を無線中継装置により中継して第２の無線局に送信する無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局は、
ヌル信号を含むフレームを生成するフレーム生成手段と、
前記フレーム生成手段により生成されたフレームを送信する送信手段と
を有し、
前記無線中継装置は、
前記第１の無線局から送信されたフレームを受信する受信手段と、
該受信手段により受信されたフレームに挿入されたヌル信号の挿入位置を検出するヌル信号挿入位置検出手段と、
前記ヌル信号挿入位置検出手段により検出されたヌル信号の挿入位置にパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と、
前記パイロット信号挿入手段によりパイロット信号が挿入された信号の中継を行う中継制御手段と、
前記中継制御手段により中継される信号に含まれるパイロット信号に基づいて回り込み波を推定する回り込み波推定手段と、
前記受信手段により受信された信号から前記回り込み波推定手段より推定された回り込み波の信号を減算することにより回り込み波をキャンセルする回り込み波キャンセル手段と、
を備える。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記中継制御手段は、前記第１の無線局から送信されたフレームのうち、前記ヌル信号挿入位置検出手段により検出されたヌル信号の挿入位置より前の受信信号の中継を行わない。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記送信手段は、前記フレーム生成手段により生成されたフレームに含まれるヌル信号の挿入位置に関する情報を前記フレームに多重して送信し、
前記ヌル信号挿入位置検出手段は、前記ヌル信号の挿入位置に関する情報に基づいて、ヌル信号の挿入位置を検出する。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記無線中継装置は、フレームの先頭から２シンボル目にヌル情報が挿入されたフレームを受信し、
前記中継制御手段は、前記第１の無線局から送信されたシンボルを、Ｎ（Ｎは１以上の整数）シンボル遅延させて中継する。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記無線中継装置は、
ＯＦＤＭ伝送方式により信号を中継し、
送信信号に対してＩＦＦＴ処理を行うＩＦＦＴ手段と、
前記受信手段により受信された信号に対してＦＦＴ処理を行うＦＦＴ手段と
を備え、
前記フレーム生成手段は、時間領域、周波数領域により表されるシンボルの一部にヌル信号を挿入したフレームを生成する。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記フレーム生成手段は、前記ヌル信号を挿入するサブキャリア間隔を、
ｃｅｉｌ（ｘ）＝ｃｅｉｌ{（ＦＦＴポイント数）／（ＧＩポイント数）}
ｃｅｉｌ（ｘ）：ｘより大きい最小の整数値を返す数値関数
ＦＦＴ：高速フーリエ変換
ＧＩ：ガードインターバル
にしたがって算出する。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記フレーム生成手段は、ヌル信号が挿入されたシンボル以外のシンボルに、パイロット信号を挿入し、
前記無線中継装置は、
前記パイロット信号を受信し、該パイロット信号に基づいてチャネルを推定するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定結果に基づき、受信信号の振幅を制御して中継信号を送信する信号振幅制御手段と
を備える。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記信号振幅制御手段は、注水定理に基づいて、受信信号の振幅を制御する。

また、本発明によれば、前記無線中継システムにおいて、
前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記無線中継装置は、各々複数のアンテナ
を備え、
前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記無線中継装置は、前記複数のアンテナを用いてＭＩＭＯチャネルを構成し、ＭＩＭＯチャネル信号を伝送する。

本願発明によれば、パイロット挿入により回り込み波を抑圧し、かつパイロット挿入位置を送信側の無線局が送信するフレームに用意することで、データの中継漏れを防ぎつつ高品質なデータ中継を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る無線中継装置を含む無線中継システムは、例えば、図１に示すように構成される。同図において、この無線中継システムは、送信装置１と、無線中継装置２と、受信装置３とから構成される。

本実施形態では、送信装置１と受信装置３は、それぞれ移動通信システムにおける基地局（送信装置１）と移動局（受信装置３）の関係にあると仮定し、以下、説明を進める。

受信装置３で受信される信号は、送信装置１から直接受信する信号と、無線中継装置２を介して受信する信号とがある。無線中継装置２は、送信装置１から送信された信号を、一旦受信し、同一周波数で受信装置３に向けて再送信する。また、本実施形態における無線中継システムは、シングルキャリア伝送方式または、マルチキャリア伝送方式（例：ＯＦＤＭ伝送方式）により信号の中継が行われるものとする。

図２は、図１に示す無線中継装置の構成例を示す図である。

同図において、この無線中継装置は、受信アンテナ１１と、受信部１２と、減算器１３と、ＦＩＲフィルタ１４と、係数決定部１５と、パイロット信号生成部１６と、パイロット挿入タイミング検出部１７と、スイッチ回路１８と、増幅器１９と、送信アンテナ２０から構成される。
本実施形態では、図１に示す送信装置１においてヌル信号が送信フレームに挿入される。まず、このことについて、図３及び図４を参照して説明する。図３は、従来の送信装置の構成例と本発明による送信装置の構成例を示す図であり、図４は、本実施形態における送信フレーム構成例を示す図である。

図３（ａ）に示すように、従来の送信装置は、情報ビットを入力し、データシンボルを生成するデータシンボル生成部と２１、既知のパイロット信号を生成するパイロット信号生成部２２と、送信フレームを生成するフレーム生成部２３から構成される。フレーム生成部２３は、データシンボル生成部２１から出力されるデータシンボルと、パイロット信号生成部２２から出力されるパイロット信号を用いて送信フレームを構成する。このとき、データシンボルとパイロット信号は固定的に送信フレーム内に挿入される。

これに対し、本発明による送信装置では、図３（ｂ）に示されるように、従来の送信装置と基本的構成を同様にするが、フレーム生成部３３でのフレーム生成処理が異なる。すなわち、本実施形態における送信装置のフレーム生成部３３は、送信フレーム内にヌル信号を挿入し、そのヌル信号の挿入位置に関する情報を含むヌル信号位置信号をフレームに多重して送信する（図３（ｂ）参照）。上記ヌル位置信号には、例えば、ヌル信号の数、あるいは時間、周波数方向のヌル信号の挿入間隔を示す情報が含められる。

図４は、上記のようにしてフレーム生成部３３で生成される送信フレームの構成例を示す図である。同図に示すように、本実施形態では、フレーム生成部３３は、Ｎシンボル区間（斜線部参照）ごとに、mシンボル（例えば、ｍ＝１）のヌル信号（ヌルシンボル）を挿入する（白抜き部参照）。このヌル信号挿入区間には、パイロット信号が無線中継装置２で挿入されるが、その説明は後述する。

本実施形態では、ｍ個のヌルシンボルがNシンボル区間ごとに挿入される場合を例示したが、ｍ個のヌルシンボルの値は、必要とする回り込み波の推定精度に応じて定めればよい。例えば、より高い回り込み波の推定精度が必要な場合は、ｍを大きな値に設定する。例えば、ｍ＞２に設定した場合、２つのパイロット信号から得られるチャネル推定値の平均と、各チャネル推定値の差分をとることで、チャネル推定精度を高めることができる。

また、上記ｍ個のヌルシンボルの値は、上記のような固定的に設定する形態に限らず、適応的に変更することも可能である。例えば、回り込み波の推定精度が悪い場合、受信装置３で受信電力が確保できていても、ビット誤り率が増えることから、受信装置３での受信電力とビット誤り率に応じて、ｍ個のヌルシンボルを制御すればよい。この場合、送信装置１は、受信装置３から送られてくる受信電力とビット誤り率を表す情報に基づいて、ｍ個のヌルシンボルの値を変更する。

また、回り込み波の推定精度が悪い場合、回り込み波が無線中継装置２で受信されることになるので、受信した信号の受信波形と、所定時間前の無線中継装置２で受信された受信信号の時間波形との相関をとることで、回り込み波のチャネル推定精度の低下を検出することも可能である。

一方で、上記Ｎはフレームサイズとしてもよいが、無線中継装置２の回り込み波の変動速度（無線中継装置、送信装置及び受信装置の移動速度（例：ドップラー周波数）に応じて回り込み波の変動速度が変動する場合の変動速度のことをいう）に応じて、設定することができる。その場合、例えば、Ｎ＜（フレームサイズ）とし、１フレーム内の複数箇所にｍ個のヌルシンボルを挿入するようにすればよい。

一般に回り込み波の変動量は、ある時刻ｔ１とｔ１＋Δｔの２つの時点での回り込み波のインパルス応答の差の大きさで示されるので、インパルス応答について前回の回り込み波のチャネル推定値との差分をとり、これらの２乗和を指標とすることにより、回り込み波の変動速度を検出することが可能である。

したがって、無線中継装置２が、上記のようにして回り込み波の変動速度を検出し、検出結果を送信装置１に通知することで、上記Nの値を回り込み波の変動速度に応じて適応的に可変することができる。

図２に戻り、無線中継装置２の動作を説明する。無線中継装置２は、送信装置１から送られてくる中継信号を、受信アンテナ１１を介して受信部１２で受信する。受信部１２で受信された中継信号は、パイロット挿入タイミング検出部１７に入力され、同部１７においてヌル信号位置信号が抽出されてヌル信号の挿入位置が検出される。パイロット挿入タイミング検出部１７は、検出されたヌル信号の挿入位置、すなわちヌル信号が挿入された区間では、受信信号の変わりに、パイロット信号生成部１６で生成されるパイロット信号を送信するため、ヌル信号の挿入区間ではスイッチ回路１８のスイッチｂ接点をＯＮに切り替える制御を行う。

パイロット信号生成部１６では、振幅と位相が既知のパイロット信号が生成され、生成されたパイロット信号がヌル信号の挿入区間に挿入されて増幅器１９に入力される。上記パイロット信号は、その後、増幅器１９で所望の電力値まで増幅され、送信アンテナ２０を介して送信される。

また、係数決定部１５は、上記動作と同時に、上記パイロット信号に対する受信信号により、周辺の環境の変化等により変動している回り込み波のチャネル（伝送路特性）を推定し、このチャネルを表現するＦＩＲフィルタの係数、すなわち
回り込み波がキャンセル可能なようなフィルタ係数を決定する。ＦＩＲフィルタ１４は、上記のようにして係数決定部１５で決定されたフィルタ係数を設定する。つまり、ＦＩＲフィルタ１４には回り込み波と同じ伝達関数を持つように係数が設定される。

減算器１３は、ＦＩＲフィルタ１４により生成された回り込み波（回り込み波のレプリカ）を、受信信号から差引くことにより、回り込みをキャンセルする。その後、スイッチ回路１８のスイッチａ接点がＯＮに切り替えられ、減算後の受信信号が増幅器１９に入力され、所望の電力値に増幅されて送信アンテナ２０より送信される。

このように本実施形態では、無線中継装置は、ヌル信号が挿入された区間でパイロット信号を送信すると同時にこのパイロット信号に対する受信信号により回り込み波のチャネル推定をするので、送受信装置間の通信を中断させることなく回り込み波を推定することができる。

また、上記のようにして推定された回り込み波がＦＩＲフィルタにより擬似的に生成され、減算器により無線中継装置で受信した信号からＦＩＲフィルタ１４の出力（回り込み波の擬似出力）を減じることで回り込み波をキャンセルするので、回り込み波による発振を高精度に回避することができる。これにより、中継信号のビット誤り率の劣化を防ぐことができ、中継信号の受信品質を向上させることが可能となる。

なお、最初のヌルシンボル以前の信号については、回り込み波のキャンセルができないことから、これらの信号は無線中継装置への事前通知用として用い、中継は行わないようにしても良い。

（第２の実施形態）
ＯＦＤＭ通信を行うシステムにおいては、必ずしもある時点での送信信号を全てヌル信号とせずに、ある一部のサブキャリアのみのシンボルをヌル信号とすればよい。

図５は第２の実施形態に係る無線中継装置の構成例を示す図であり、図６は、本実施形態において送信装置の送信フレーム生成部で生成される送信フレームの構成例を示す図である。

図５に示す無線中継装置は、図２に示す第１の実施形態における無線中継装置の構成に、受信信号に対してＦＦＴ処理を行うＦＦＴ部５１と、送信信号に対してＩＦＦＴ処理を行うＩＦＦＴ部５９を加えて構成され、これらがサブキャリア毎に具備５０_１〜５０_ｎされる。ここでは、第１の実施形態と異なる点について詳述する。

同図において、ＩＦＦＴ部５９では複数のシンボルデータに対するＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）処理が行われ、時間領域の信号（ＯＦＤＭ送信信号）に変換される。一方、ＦＦＴ部５１では、受信データに対するＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理が行われ、周波数領域の信号に変換（ＯＦＤＭ受信信号）される。

次に、図６を参照しながら、本実施形態における送信フレームの構成について説明する。同図は、ＦＦＴ後のＯＦＤＭ信号を周波数軸上（縦軸）および時間軸上（横軸）に２次元的に配置したものであり、複数キャリア（サブキャリア）が周波数軸上に並列に配置される。また、図中の斜線部分がデータシンボルを示し、白抜き部分がヌルシンボルを示す。

ここで、サブキャリアの周波数間隔は、例えば、次式にしたがって決定すればよい。

ｃｅｉｌ{（サブキャリア数）／（ＧＩポイント数）}
ここで、「ｃｅｉｌ」は、より大きな最小整数を返す数値関数を表す。

上記ｃｅｉｌ{（サブキャリア数）／（ＧＩポイント数）}間隔でのチャネル推定値が得られた場合、理想的にはこれらを補完することで、全てのサブキャリアのチャネル推定が可能である。しかし、補完方法によっては、補完により得られるチャネル推定精度の劣化を招くため、適宜、より短い周波数間隔でヌル信号を挿入してもよい。

このように本実施形態では、ある一部のサブキャリアのみのシンボルをヌル信号とすることで、本発明を、ＯＦＤＭ通信を行うシステムに容易に適用することができ、第１の実施形態で得られる効果と同様の効果を同システムにおいて得ることが可能である。

（第３の実施形態）
上記実施形態では、ＯＦＤＭ伝送を用いた場合の各サブキャリアの電力増幅率を一定と仮定し説明したが、本実施形態では、より良好な通信品質を得るために、無線中継装置における電力増幅率をサブキャリアごとに変化させる。すなわち、本実施形態における無線中継装置は、電力増幅率をサブキャリアごとに制御する機能を備える。

本実施形態における無線中継装置は、図７に示されるように、図５に示す実施形態の構成に、送信装置で挿入される送信装置挿入パイロット信号生成部６２と、チャネル推定部６３と、電力制御量決定部６３と、この電力制御量決定部６３にて決定された電力制御量と受信信号との乗算を行う乗算器６９が加えられて構成される。以下、図５に示す実施形態と異なる点について説明する。

同図において、まず、送信装置で挿入されたパイロット信号が送信装置挿入パイロット信号生成部６２で発生させられる。チャネル推定部６３は、その発生させられたパイロット信号と対応する受信信号から、送信装置−無線中継装置間のチャネルを推定し、推定結果を電力制御量決定部６４に出力する。電力制御量決定部６４では、チャネル推定部６３から得られる各サブキャリアのチャネル状態に基づき、各サブキャリアの電力制御量を決定する。この電力制御量の決定は、例えば、注水定理を適用して決定すれば好適な結果が得られる。この注水定理を用いた場合の電力制御量は次式で表すことができる。
電力制御量＝（各サブキャリアの受信電力）^０．５×（定数）
ここで、定数は全帯域での中継利得を一定とするという条件より決定される値である。また、この値は、受信装置での受信品質に基づいて伝達される受信装置からのフィードバック信号により制御されてもよい。

上記式にしたがって決定された電力制御量は、乗算部６９にて受信信号と乗算され、増幅器７１に入力される。これ以後は、前述した動作と同様である。

このように本実施形態では、ＯＦＤＭ通信を行うシステムにおいて、無線中継装置における電力増幅率をサブキャリアごとに変化させるようにしたので、受信側における中継信号の受信品質を向上させることができる。

（第４の実施形態）
上記各実施形態では、無線中継装置において常時中継を行わないときでも、送信装置が常時ヌル信号を送信フレームに挿入する態様を例示したが、本発明はこのような態様に限らず、必要に応じてヌル信号を挿入するようにしてもよい。

例えば、図８のシーケンス図に示されるように、受信装置ａが送信装置からの制御信号を受信できない（ａ）場合において、受信装置ａ予め規定されている中継要求信号を、無線中継装置に送信（ｂ）する。さらに、受信装置ａが通信を開始する以前に、制御信号を用いて、これから開始する通信が無線中継装置を介して行うことを送信装置に伝える（ｃ）。このようにすることにより、送信装置は、受信装置ａが無線中継装置を介しての中継を依頼しているのか否かを知ることが可能となる。

一方で、受信装置ｂは、送信装置からの制御信号を受信できる（ａ´）ため、上記の中継要求信号は送信しない。送信装置は、上記制御信号に対する応答を受信することで、当該受信装置ｂが無線中継装置を介しての中継を依頼していないことを知ることができる。

送信装置では、各受信装置毎に無線中継装置を介しての中継が必要であるかを管理（例えば、テーブルで管理）し（ｅ）、無線中継装置を介して通信を要求する受信装置にのみ（本例では、受信装置ａ）、ヌル信号を挿入した送信フレーム構成を用い（ｆ、ｇ）、送信装置と直接通信を行っている受信装置（本例では、受信装置ｂ）に対しては、ヌル信号を挿入しない送信フレームで送信（ｈ、ｉ）する。

これにより、無線中継装置を介さずに通信を行っている受信装置に対して、ヌル信号の挿入によるスループットの減少を回避させることが可能となる。

また、本実施形態においても、制御信号の中継フレームには、常時ヌル信号を挿入しておく、あるいは、他の手段を用いて回り込みのキャンセルを行うようにする必要がある。

図９は、本実施形態における送信装置の構成例を示す図である。本実施形態における送信装置は、その基本構成を図３に示す送信装置と同一とするが、フレーム生成規則決定部７７を付加する点が異なる。このフレーム生成規則決定部７７は、前述した、ヌル信号の挿入／挿入なしを決定する機能を備える。

フレーム生成規則決定部７７は、前述したシーケンスに示されるように、各受信装置からの中継要求信号（ここでは、受信装置からのフィードバック信号と呼ぶ）をモニタし、各受信装置毎にヌル信号の挿入／挿入なしを決定し、決定結果を、例えば、テーブルにて管理する。また、上記決定結果を、フレーム生成部７８が送信フレームを生成する際に、所定のタイミングで出力する。フレーム生成部７８では、フレーム生成規則決定部７７からの決定出力にしたがい、フレームにヌル信号を挿入したり、ヌル信号を挿入しなかったり制御をする。

このように本実施形態によれば、必要に応じてヌル信号を挿入することにより、無線中継装置を介さずに通信を行っている受信装置に対して、ヌル信号の挿入によるオーバヘッドを減少させ、スループットを向上させることができる。

（第５の実施形態）
本実施形態では、無線中継装置は、中継信号をＮシンボル遅延させて中継し、フレームの先頭から２シンボル目をヌル信号とする。以下、無線中継装置が２シンボル遅延で中継を行う場合のフレームを構成する実施形態を説明する。また、本実施形態では、フレーム構成としては、フレームの先頭から２シンボル目をヌル信号としておけばよい。

図１０は、本実施形態における無線中継装置の構成例を示す図である。
同図において、この無線中継装置は、受信アンテナ８１と、受信部８２と、２シンボル遅延素子８３と、減算器８４と、ＦＩＲフィルタ８５と、係数決定部８６と、パイロット信号生成部８７と、パイロット挿入タイミング検出部８８と、スイッチ回路８９と、増幅器９０から構成される。

ここでは、上記各実施形態と異なる２シンボル遅延素子８３による遅延動作を、図１１を参照しながら説明する。同図中、記号Ｄは、遅延素子（Delay Line）を表す。本実施形態では、２シンボル遅延素子であるため、Ｄが直列に２段並べられて構成される。

同図（ａ）はシンボルが２シンボル遅延素子８３に入力される前の初期状態を示している。まず、次のタイミングの１シンボル目の受信をトリガ（同図（ｂ））に、２シンボル遅延素子８３でシンボルが２シンボル遅延させられ、２シンボル目が受信されるタイミングで、パイロット信号生成部８７で生成されるパイロット信号（記号Ｐ）を送信する（同図（ｃ））。

このようにしてパイロット信号を送信することで、無線中継装置では、２シンボル目が受信されるタイミング（この場合、２シンボル目をヌル信号としている）で、送信したパイロット信号に対する受信信号が受信される（同図（ｄ）。無線中継装置の係数決定部８６では、受信部８２で３シンボル目の受信を行っている間に、上記の受信信号とパイロット信号により、回り込み波のチャネルを推定し、ＦＩＲフィルタ８５の係数を決定し、ＦＩＲフィルタ８５に回り込み波をキャンセルできる係数をセットする。このとき、無線中継装置からは１シンボル目が送信され、無線中継装置の受信アンテナ８１では、３シンボル目と、１シンボル目の回り込み波が受信される。次に、２シンボル目が送信されるタイミング（同図（ｅ））では、３シンボル目の受信信号に加算されている１シンボル目の回り込み波をキャンセルし、次のタイミングで３シンボル目を送信する（同図（ｆ）。

このように本実施形態では、送信装置から、受信装置への直接波が受信されない、あるいは、非常に小さい場合に有効であり、無線中継装置においてデジタル信号処理を伴うため、無線中継装置による処理遅延が大きい場合に対しても有効である。

（第６の実施形態）
本実施形態は、本発明に係る無線中継装置をＭＩＭＯ（多入力多出力）チャネル信号伝送に適用した場合である。ＭＩＭＯチャネル信号伝送方式とは、送信装置より同一周波数帯を用いて、複数の情報系列を無線送信し、受信装置でこれら同一周波数帯の無線信号を受信して、各情報系列に分離する信号伝送方式のことをいう。

まず、従来のＭＩＭＯチャネル信号伝送方式の動作について説明する。図１２は、従来のＭＩＭＯチャネル信号伝送方式による多地点中継伝送システムの構成例を示す図である。

同図に示すように、この多値点中継伝送システムでは、送信装置１００において、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の情報系列Ｓ_１，・・・，Ｓ_Ｍが、送信アンテナＡｓ１，・・・，ＡｓＭより、同一周波数帯の垂直偏波無線信号としてそれぞれ送信され、これらＭ個の無線信号が、Ｌ個（Ｌは１以上の整数）の無線中継装置１１０_１，・・・，１１０_Ｌでそれぞれ受信され、一旦蓄積される。そして、送信装置１００より１通話分、１バーストなどの送信終了で送信が停止すると、蓄積された無線信号が増幅され、垂直偏波無線信号として受信装置１２０に送信される。受信装置１２０ではＮ個（ＮはＭ以上の整数）の直線偏波受信アンテナＡｒ１，・・・ＡｒＮで受信し、受信信号に対し、ＭＩＭＯ等化処理してＭ個の情報系列Ｓ_１，・・・，Ｓ_Ｍに分離される。

図１３は、上記のようなＭＩＭＯチャネル構成で用いられる無線中継装置の構成例を示す図である。本実施形態では、無線中継装置は、異偏波面中継機能を備えていてもよい。

同図において、この無線中継装置は、第１偏波受信アンテナをＵ個これと偏波特性が直交化した第２偏波受信アンテナをＶ個（Ｕ、Ｖはそれぞれ１以上の整数）備え、第１偏波受信アンテナ及び第２偏波受信アンテナとそれぞれ偏波特性が直交化したＵ個の第２偏波送信アンテナ及びＶ個の第１偏波送信アンテナを備える。

本例では、Ｕ＝Ｖ＝１の場合を示し、偏波特性が互いに直交化した２つのアンテナの一方を縦線の上に頂点を下とした三角形（逆三角形）を付けて表示し、他方を縦線の上に頂点を上とした三角形を付けて表示する。

第１偏波受信アンテナ１５０_１及び第２偏波受信アンテナ１５０_２が設けられ、これら第１偏波受信アンテナ１５０_１及び第２偏波受信アンテナ１５０_２でそれぞれ受信された無線信号は、それぞれ回り込み抑圧部１５４_１及び１５４_２で回り込み信号が抑圧されて増幅器１５３_１及び１５３_２へ供給される。増幅器１５３_１及び１５３_２でそれぞれ増幅された無線信号は、第２偏波及び第１偏波送信アンテナ１５１_１及び１５１_２により送信される。

上記のような異偏波面中継機能を備える無線中継装置に本発明を適用した場合、
上記した回り込み抑圧部１５４_１及び１５４_２の構成を、図２に示す構成とすればよい（ただし、増幅器１９は除く）。これにより、同一周波数で中継を行う際に、より高精度に回り込み波による発振を回避することができると共に、偏波が互いに直交化した同一周波数帯の複数の無線信号をそれぞれ比較的高い利得で同時に中継増幅することができる。

図１４は、本発明に係る無線中継装置をＭＩＭＯチャネル信号伝送に適用した場合の他の実施形態を示す図である。

本実施形態では、第２偏波受信アンテナ１５０_２の受信無線信号が第１偏波送信アンテナ１５１_２、より送信され回り込み信号として第１偏波受信アンテナ１５０_１で受信された時に、その回り込み信号を抑圧する。つまり回り込み信号が前記閉ループに入ると、増幅器を通過する前に抑圧する。このため第１偏波送信アンテナ１５１_２から送信され、第１偏波受信アンテナ１５０_１に受信される回り込み伝送路１７０の伝送路特性（インパルス応答、チャネル特性ともいわれる）が回り込みチャネル推定部１８０_１で推定される。

第２偏波受信アンテナ１５０_２で受信された信号、この例では、増幅器１５３_２の入力信号に対しＦＩＲフィルタ１８２_１において、回り込みチャネル推定部１８０_１で推定した回り込み伝送路１７０の特性を畳み込み、回り込み伝送路１７０の回り込み信号のレプリカを生成する。この回り込み信号レプリカを、第１偏波受信アンテナ１５０_１の受信無線信号から減算部１８３_１で差し引き、減算部１８３_１の出力信号を増幅器１５３_１に入力する。

このようにして第１偏波受信アンテナ１５０_１の受信無線信号中の、第２偏波受信アンテナ１５０_２の受信無線信号が回り込み伝送路１７０を通じて第１偏波受信アンテナ１５０_１に受信された回り込み信号が、ＦＩＲフィルタ１８２_１からの回り込み信号レプリカにより抑圧され、つまり、第２偏波受信アンテナ１５０_２の受信無線信号が第１偏波送信アンテナ１５１_２から回り込み伝送路１７０を通じて回り込み信号として前記閉路に入力される部分で抑圧され回り込み信号が増幅器により増幅され雑音が加算される問題は生じない。

このように本実施形態によれば、本発明を、ＭＩＭＯチャネル信号伝送を行うシステムに適用することで、回り込み波による発振を高精度に回避することができると共に、ＭＩＭＯチャネル構成により送受信装置間のチャネル容量を増大させることができる。

第1の実施形態に係る無線中継装置を含む無線中継システムの構成例を示す図である。 図１に示す無線中継装置の構成例を示す図である。 従来の送信装置の構成例と本発明による送信装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態における送信フレームの構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る無線中継装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態における送信フレームの構成例を示す図である。 第３の実施形態に係る無線中継装置の構成例を示す図である。 第４の実施形態におけるヌル信号の挿入制御を示すシーケンス図である。 第４の実施形態における送信装置の構成例を示す図である。 第５の実施形態に係る無線中継装置の構成例を示す図である。 第５の実施形態における２シンボル遅延素子による遅延動作を説明するための図である。 従来のＭＩＭＯチャネル信号伝送方式による多地点中継伝送システムの構成例を示す図である。 ＭＩＭＯチャネル構成で用いられる無線中継装置の構成例を示す図である。 図１３に示す無線中継装置の回り込み抑圧部及びの構成例を示す図である。 従来の無線中継装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 送信装置
２，１１０_１〜１１０_Ｌ 無線中継装置
３ 受信装置
１１，８１ 受信アンテナ
１２，８２ 受信部
１３，５２，６５，８４，１８３_１，１８３_２，２０１ 減算器
１４，５３，６６，８５，１８２_１，１８２_２，２０２ ＦＩＲフィルタ
１５，５４，６７，８６，２０３ 係数決定部
１６，２２，３２，５５，６８，７６，８７，２０４ パイロット信号生成部
１７，５６，７０，８８ パイロット挿入タイミング検出部
１８，５７，７１，８９ スイッチ回路
１９，５８，７２，９０，１５３_１，１５３_２，２０５ 増幅器
２０ 送信アンテナ
２１，３１，７５ データシンボル生成部
２３，３３，７８ フレーム生成部
５０_１〜５０_ｎ，６０_１〜６０_ｎ 各サブキャリア毎の無線中継装置の機能ブロック
５１，６１ ＦＦＴ部
５９，７３ ＩＦＦＴ部
６２ 送信装置挿入パイロット信号生成部
６３ チャネル推定部
６４ 電力制御量決定部
６９ 乗算器
７７ フレーム生成規則決定部
８３ ２シンボル遅延素子
１００ 送信装置
１２０ 受信装置
１５０_１ 第１偏波受信アンテナ
１５０_２ 第２偏波受信アンテナ
１５１_１ 第２偏波送信アンテナ
１５１_２ 第１偏波送信アンテナ
１５２ 筐体
１５４_１，１５４_２ 回り込み抑圧部
１６０，１７０ 回りこみ伝送路
１８０_１，１８０_２ 回り込みチャネル推定部
１８１_１，１８１_２ パイロット発生器

Claims (11)

1. 第１の無線局からの無線信号を無線中継装置により中継して第２の無線局に送信する無線中継システムにおいて、
   前記第１の無線局は、
   ヌル信号を含むフレームを生成するフレーム生成手段と、
   前記フレーム生成手段により生成されたフレームを送信する送信手段と
   を有し、
   前記無線中継装置は、
   前記第１の無線局から送信されたフレームを受信する受信手段と、
   該受信手段により受信されたフレームに挿入されたヌル信号の挿入位置を検出するヌル信号挿入位置検出手段と、
   前記ヌル信号挿入位置検出手段により検出されたヌル信号の挿入位置にパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と、
   前記パイロット信号挿入手段によりパイロット信号が挿入された信号の中継を行う中継制御手段と、
   前記中継制御手段により中継される信号に含まれるパイロット信号に基づいて回り込み波を推定する回り込み波推定手段と、
   前記受信手段により受信された信号から前記回り込み波推定手段より推定された回り込み波の信号を減算することにより回り込み波をキャンセルする回り込み波キャンセル手段と、
   を備えることを特徴とする無線中継システム。
2. 請求項１に記載の無線中継システムにおいて、
   前記中継制御手段は、前記第１の無線局から送信されたフレームのうち、前記ヌル信号挿入位置検出手段により検出されたヌル信号の挿入位置より前の受信信号の中継を行わないことを特徴とする無線中継システム。
3. 請求項１に記載の無線中継システムにおいて、
   前記送信手段は、前記フレーム生成手段により生成されたフレームに含まれるヌル信号の挿入位置に関する情報を前記フレームに多重して送信し、
   前記ヌル信号挿入位置検出手段は、前記ヌル信号の挿入位置に関する情報に基づいて、ヌル信号の挿入位置を検出する
   ことを特徴とする無線中継システム。
4. 請求項１に記載の無線中継システムにおいて、
   前記無線中継装置は、フレームの先頭から２シンボル目にヌル情報が挿入されたフレームを受信し、
   前記中継制御手段は、前記第１の無線局から送信されたシンボルを、Ｎ（Ｎは１以上の整数）シンボル遅延させて中継することを特徴とする無線中継システム。
5. 請求項１に記載の無線中継システムにおいて、
   前記無線中継装置は、
   ＯＦＤＭ伝送方式により信号を中継し、
   送信信号に対してＩＦＦＴ処理を行うＩＦＦＴ手段と、
   前記受信手段により受信された信号に対してＦＦＴ処理を行うＦＦＴ手段と
   を備え、
   前記フレーム生成手段は、時間領域、周波数領域により表されるシンボルの一部にヌル信号を挿入したフレームを生成することを特徴とする無線中継システム。
6. 請求項５に記載の無線中継システムにおいて、
   前記フレーム生成手段は、前記ヌル信号を挿入するサブキャリア間隔を、
   ｃｅｉｌ（ｘ）＝ｃｅｉｌ{（ＦＦＴポイント数）／（ＧＩポイント数）}
   ｃｅｉｌ（ｘ）：ｘより大きい最小の整数値を返す数値関数
   ＦＦＴ：高速フーリエ変換
   ＧＩ：ガードインターバル
   にしたがって算出することを特徴とする無線中継システム。
7. 請求項５に記載の無線中継システムにおいて、
   前記フレーム生成手段は、ヌル信号が挿入されたシンボル以外のシンボルに、パイロット信号を挿入し、
   前記無線中継装置は、
   前記パイロット信号を受信し、該パイロット信号に基づいてチャネルを推定するチャネル推定手段と、
   前記チャネル推定結果に基づき、受信信号の振幅を制御して中継信号を送信する信号振幅制御手段と
   を備えることを特徴とする無線中継システム。
8. 請求項７に記載の無線中継システムにおいて、
   前記信号振幅制御手段は、注水定理に基づいて、受信信号の振幅を制御することを特徴とする無線中継システム。
9. 請求項１乃至８いずれか１項に記載の無線中継システムにおいて、
   前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記無線中継装置は、各々複数のアンテナ
   を備え、
   前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記無線中継装置は、前記複数のアンテナを用いてＭＩＭＯチャネルを構成し、ＭＩＭＯチャネル信号を伝送することを特徴とする無線中継システム。
10. 第１の無線局と第２の無線局間で送受信される無線信号を中継する無線中継装置において、
    前記第１の無線局から送信されたフレームを受信する受信手段と、
    該受信手段により受信されたフレームに挿入されたヌル信号の挿入位置を検出するヌル信号挿入位置検出手段と、
    前記ヌル信号挿入位置検出手段により検出されたヌル信号の挿入位置にパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と、
    前記パイロット信号挿入手段によりパイロット信号が挿入された信号の中継を行う中継制御手段と、
    前記中継制御手段により中継される信号に含まれるパイロット信号に基づいて回り込み波を推定する回り込み波推定手段と、
    前記受信手段により受信された信号から前記回り込み波推定手段より推定された回り込み波の信号を減算することにより回り込み波をキャンセルする回り込み波キャンセル手段と、
    を備え、
    前記第１の無線局は、
    ヌル信号を含むフレームを生成し、送信することを特徴とする無線中継装置。
11. 第１の無線局と第２の無線局間で送受信される無線信号を中継する無線中継方法において、
    前記第１の無線局から送信されたフレームを受信する受信ステップと、
    該受信ステップにより受信されたフレームに挿入されたヌル信号の挿入位置を検出するヌル信号挿入位置検出ステップと、
    前記ヌル信号挿入位置検出ステップにより検出されたヌル信号の挿入位置にパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入ステップと、
    前記パイロット信号挿入ステップによりパイロット信号が挿入された信号の中継を行う中継制御ステップと、
    前記中継制御ステップにより中継される信号に含まれるパイロット信号に基づいて回り込み波を推定する回り込み波推定ステップと、
    前記受信ステップにより受信された信号から前記回り込み波推定ステップにより推定された回り込み波の信号を減算することにより回り込み波をキャンセルする回り込み波キャンセルステップと
    を有することを特徴とする無線中継方法。

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