JP4865655B2 - 無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線パケット通信に利用し、送信局が中継局と協調して宛先局への信頼性の高い通信を実現する無線通信装置及び無線通信方法に関する。

送信局から宛先局へ、無線パケットを通信するシステムでは、雑音等の影響のために、宛先局が無線パケットを正しく復調できず、受信誤りとなる場合がある。
このため、近年、新たに中継局をシステムに加えた通信システムがある。図９は、中継局を加えた通信システムの構成図である。通信システムは、送信局５０３、宛先局５０５、中継局５０７から構成される。中継局５０７は、送信局５０３が宛先局５０５へ送信する無線パケットを受信して宛先局５０５へ中継し、宛先局５０５は、送信局５０３から直接到来する無線パケットと、中継局５０７から到来する無線パケットとを合成して復調する。これにより、宛先局５０５における受信誤り率を低減する協調方式が提案されている。
協調伝送方式において、中継局５０７による中継方法には非再生中継方式と再生中継方式の２種類がある。
図１０は、非再生中継方式による無線パケット（無線信号）を示す図である。非再生中継方式では、中継局５０７は送信局５０３からの無線パケットを復調せずに、無線信号を増幅して、宛先局５０５に送信する。
図１１は、再生中継方式による無線パケット（無線信号）を示す図である。再生中継方式では、中継局５０７は、送信局５０３からの無線パケットを復調し、復調したデータから無線パケットを再生成し、再生成した無線パケットを宛先局５０５に送信する。（非特許文献１参照）

Aggelos Bletsas 他、「Cooperative Diversity with Opportunistic Relaying」、IEEE WCNC 2006 Proceeding)

しかしながら、従来の非再生中継方式では、送信局５０３と中継局５０７の間の通信で加わった雑音成分も、信号成分と共に中継局５０７で増幅されて中継されるため、宛先局５０５での協調伝送による受信誤り率の低減効果が小さくなるという問題があった。
一方、従来の再生中継方式では、送信局５０３から中継局５０７の間の通信で加わった雑音成分は除去される。しかしながら、中継局５０７は、送信局５０３からの無線パケットを復調してから中継するため、図１１に示すように、宛先局５０５に中継されるまでの遅延時間が大きくなるという問題があった。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、宛先局における無線パケットの受信誤り率、及び遅延時間の低減を実現し、無線パケットを効率よく通信する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する。

前述した目的を達成するために本発明は、送信局から送信された無線パケットを、１又は複数の中継局を利用して宛先局に中継する無線通信方法であって、前記送信局が、第１の無線パケットを送信するステップと、前記第１の無線パケットのデータを記憶するステップと、前記宛先局により発信された応答信号を受信した場合に、記憶した前記第１の無線パケットのデータから前記第１の無線パケットと同じ第２の無線パケットを生成し、宛先局に送信するステップと、前記中継局が、前記送信局から第１の無線パケットを受信し、前記宛先局に非再生中継により送信するステップと、前記第１の無線パケットを復調し、正しく復調された場合には当該復調された第１の無線パケットのデータをメモリに記憶し、正しく復調されなかった場合には当該第１の無線パケットの信号波形をメモリに記憶する第１の復調ステップと、前記宛先局により発信された応答信号を受信した場合に、メモリに無線パケットのデータが記憶されているときは、当該データから第３の無線パケットを生成し、当該第３の無線パケットを前記宛先局に送信し、一方、メモリに信号波形が記憶されているときは、前記送信局から送信された前記第２の無線パケットを非再生中継により送信し、かつ、当該第２の無線パケットと前記第１復調ステップで記憶した信号波形との合成波を復調し、正しく復調された場合にはデータとして記憶するステップと、前記宛先局が、前記送信局から送信された無線パケットと、前記中継局から送信された無線パケットとが空間上で合成された合成波を復調するステップと、前記合成波が正しく復調されない場合、決められた応答信号を発信するステップと、を有する。

このように、本発明では、無線パケットの再送時以外は、非再生中継で無線パケットを中継するため、従来の再生中継方式のように遅延時間が増加することがない。また、宛先局で正しく復調されず、無線パケットを再送する場合においても、中継局で復調され、記憶されたデータを用いるため、誤り受信率を低減することが可能となる。
また、本発明では、無線パケットの変調方式として、ＯＦＤＭを用いる。ここで、ＯＦＤＭとは、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）と呼ばれ、変調方式の一つである。即ち、複数の無線局が同時に同じＯＦＤＭシンボルを送信しても干渉とはならず、ダイバーシチ効果により宛先局における受信誤り率を低減することが可能である。

本発明によれば、宛先局における無線パケットの受信誤り率、及び遅延時間の低減を実現し、効率のよい無線パケット通信を提供することが可能である。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明に係る無線通信装置及び無線通信方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明および添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

図１は無線通信システムの構成図である。無線通信システムは、送信局３、宛先局５、中継局７から構成される。尚、本実施の形態では、中継局７は１局としているが、複数局存在する場合もある。

送信局３は、無線パケットを生成して送信する送信部３１と、生起した送信データを記憶する記憶部３２と、宛先局５から送信される応答信号（ＡＣＫ（Acknowledgements）信号またはＮＡＣＫ（Negative Acknowledgements）信号）を受信する応答信号受信部３３とを有する。

宛先局５は、送信局３から送信される無線パケットの受信と中継局７を中継して送信された無線パケットの受信を行う受信部５１と、無線パケットを復調する復調部５２と、復調部５２にて正常に復調できたか否かに応じた応答信号（ＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号）を送信する送信部５３を有する。

中継局７は、送信局３から無線パケットを受信する機能および宛先局５から応答信号（ＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号）を受信する機能を有する受信部７１と、無線パケットを宛先局５に中継する中継部７２と、無線パケットを復調する復調部７３と、無線パケットと復調部によって復調されたデータとを記憶する記憶部７４と、を有する。

次に、図１の構成における無線通信システムの動作について、送信局３、宛先局５、中継局７について順次説明する。
図２は、送信局３の動作を示すフローチャートである。送信局３は、送信データを生起し（ステップＳ１０１）、無線パケットを生成し（ステップＳ１０２）、無線パケットを送信する（ステップＳ１０３）とともに、無線パケットのデータを自身のメモリに記憶する（ステップＳ１０４）。送信局３は、無線パケット送信後、宛先局５からの応答信号を待つ（ステップＳ１０５）。

送信局３は、宛先局５からＡＣＫ信号を受信した場合、即ち、無線パケットが宛先局５により正常に復調された場合は、メモリに記憶した無線パケットのデータを廃棄する（ステップＳ１０６）。また、ステップＳ１０５において、送信局３が宛先局５からＮＡＣＫ信号を受信した場合、即ち、無線パケットが宛先局５により正常に復調されなかった場合は、メモリに記憶した無線パケットのデータから無線パケットを生成し（ステップＳ１０７）、無線パケットを送信する（ステップＳ１０８）。

図３は、宛先局５の動作を示すフローチャートである。宛先局５は、送信局３から送信された無線パケットと中継局７を中継して送信された無線パケットとの合成波を受信し（ステップＳ２０１）、無線パケットを復調する（ステップＳ２０２）。ここで、無線パケットを正常に復調できた場合（ステップＳ２０３）は、宛先局５はＡＣＫ信号を送信する（ステップＳ２０４）。また、ステップ２０３において、無線パケットを正常に復調できなかった場合（ステップＳ２０３）は、宛先局５はＮＡＣＫ信号を送信する（ステップＳ２０５）。

図４は、中継局７の動作を示すフローチャートである。中継局７は、送信局３から送信された無線パケットを受信し（ステップＳ３０１）、無線パケットを非再生中継して（ステップＳ３０２）、無線パケットを復調し（ステップＳ３０３）、正常に復調したかどうかを判定する（ステップＳ３０４）。

無線パケットが正常に復調された場合、中継局７は、復調されたデータをメモリに記憶し（ステップＳ３１１）、宛先局５からの応答信号を待つ（ステップＳ３１２）。宛先局５からＡＣＫ信号を受信した場合（ステップＳ３１２）、中継局７はメモリに記憶したデータを廃棄して（ステップＳ３１３）、処理を終了する。ステップＳ３１２において宛先局５からＮＡＣＫ信号を受信した場合、中継局７は、メモリに記憶したデータから無線パケットを再度生成し（ステップＳ３１４）、生成した無線パケットを宛先局５に送信し（ステップＳ３１５）、更に宛先局５からの応答を待つ（ステップＳ３１２）。

ステップＳ３０４において、無線パケットが正常に復調されなかった場合、中継局７は、無線パケット信号の無線信号波形をメモリに記憶し（ステップＳ３２１）、宛先局５からの応答信号を待つ（ステップＳ３２２）。宛先局５からＡＣＫ信号を受信した場合（ステップＳ３２２）、中継局７はメモリに記憶した無線パケットを廃棄して（ステップＳ３２３）、処理を終了する。

ステップＳ３２２において、宛先局５からＮＡＣＫ信号を受信した場合（ステップＳ３２２）、中継局７は、送信局３から送信された無線パケットを再度受信し（ステップＳ３２４）、再度受信した無線パケットを非再生中継し（ステップＳ３２５）、メモリに記憶した無線信号波形と再度受信した無線パケットの信号波形とを合成し、その合成波を復調し（ステップＳ３２６）、ステップＳ３０４に戻り、合成波が正しく復調されたかどうかを判定する。こうして、正しく復調された場合は、復調されたデータはメモリに記憶され、次回宛先局から応答信号が送られる場合に備える。

尚、中継局７が複数のメモリを有する場合、中継局７は複数の無線パケットの無線信号波形をメモリに記憶し、復調時に利用することが可能である。メモリが一つの場合は、中継局７は、再度受信した無線パケットを現在記憶している無線パケットに上書きして記憶してもいいし、再度受信した無線パケットを記憶しなくてもよい。

図５、図６、図７は、本実施の形態の無線通信装置による無線パケット転送の様子を示すタイムチャートである。図５、図６、図７の横軸は時間を表す。
図５は、宛先局５からＮＡＣＫ信号が発信されず、送信局３から無線パケットが再送されない場合の各局における無線パケット転送の様子を示すタイムチャートである。中継局７は、送信局３から受信した無線パケットの非再生中継を行う。宛先局５は、送信局３から直接到来する無線パケットと、中継局７からほぼ同時に非再生中継された無線パケットの合成波を受信することができる。このため、従来の再生中継方式のような中継による遅延時間が生じない。

図６は、宛先局５からＮＡＣＫ信号が送信され、図４に示すステップＳ３０４において、中継局７が中継時に無線パケットを正しく復調できた場合の各局における無線パケット転送の様子を示すタイムチャートである。中継局７は、復調した無線パケットから取得したデータを自身のメモリに記憶する。宛先局５は、送信局３から直接到来する無線パケットと、中継局７から非再生中継された無線パケットとの合成波を正しく復調できなかった場合、ＮＡＣＫ信号を送信する。

送信局３は、図２に示すステップＳ１０７に示すように、無線パケットを再送する。中継局７は、宛先局５からＮＡＣＫ信号を受信すると、送信局３から再送された無線パケットの非再生中継は行わず、図４に示すステップＳ３１４にあるように、メモリに記憶したデータを読み出して無線パケットを再生成し、宛先局５に再送する。
このように本実施の形態によれば、従来の非再生中継方式のように、送信局と中継局間の通信で生じる雑音成分が加わらないため、宛先局７における無線パケットの受信誤り率を低減できる。

図７は、宛先局５からＮＡＣＫ信号が送信され、図４に示すステップＳ３０４において、中継局７が中継時に無線パケットを正しく復調できなかった場合の各局における無線パケット転送の様子を示すタイムチャートである。宛先局５は、送信局３から直接到来する無線パケットと、中継局７から非再生中継された無線パケットとの合成波を正しく復調できなかった場合、ＮＡＣＫ信号を送信する。

送信局３は、ＮＡＣＫ信号を受信すると、図２に示すステップＳ１０７に示すように無線パケットを再送する。中継局７は、宛先局５からＮＡＣＫ信号を受信すると、送信局３が再送する無線パケット非再生中継し、図４のステップＳ３２６に示すように、メモリに記憶した無線パケットと、再送された無線パケットとを合成し、その合成波を復調する。こうして、正しく復調された場合、ステップＳ３１１に示すように、中継局７は復調したデータをメモリに記憶し、再々送に備える。

図８は、無線パケットとＯＦＤＭシンボルの関係図である。ＯＦＤＭとは、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）と呼ばれ、周波数多重の一つである。無線パケットの変調方式として、ＯＦＤＭを用いると、送るべき無線パケットは複数のＯＦＤＭシンボルに分けられて送信される。このとき、図８に示されるように、送信局３からのＯＦＤＭシンボルと、中継局７からのＯＦＤＭシンボルの受信タイミングが、ガードインターバル（G.I.）の範囲内でずれても互いに干渉せず、宛先局５で正常に受信できるという特性がガードインターバル（G.I.）が付加されたＯＦＤＭシンボルにはある。このとき、ダイバーシチ効果により宛先局５での受信誤り率は低減する。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る無線通信装置及び無線通信方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

このように、本発明によれば、中継局は無線パケットを非再生中継することにより、従来の再生中継方式のような遅延時間の増加を防止することができる。また、中継局は先に非再生中継した無線パケットを復調してデータをメモリに記憶しておき、再送時にはこれを読み出して無線パケットを再生成して再送することにより、再送時において従来の非再生中継形式のように、送信局と中継局との間の通信で生じる雑音成分の影響を少なくし、宛先局の受信誤り率を低減する。
このため、本発明によれば、無線パケット通信の平均遅延時間が減少し、精度の高い無線パケット通信が提供されることとなる。

無線通信ネットワークシステムの構成図 送信局３の動作を示すフローチャート 宛先局５の動作を示すフローチャート 中継局７の動作を示すフローチャート 本実施の形態の無線通信装置による無線パケット転送の様子を示すタイムチャート 本実施の形態の無線通信装置による無線パケット転送の様子を示すタイムチャート 本実施の形態の無線通信装置による無線パケット転送の様子を示すタイムチャート 無線パケットとＯＦＤＭシンボルの関係図 従来の通信システムの構成図 非再生中継方式のデータ転送の様子を示すタイムチャート 再生中継方式のデータ転送の様子を示すタイムチャート

符号の説明

３………送信局
５………宛先局
７………中継局

Claims (2)

1. 送信局から送信された無線パケットを、１又は複数の中継局を利用して宛先局に中継する無線通信方法であって、
   前記送信局が、
   第１の無線パケットを送信するステップと、
   前記第１の無線パケットのデータを記憶するステップと、
   前記宛先局により発信された応答信号を受信した場合に、記憶した前記第１の無線パケットのデータから前記第１の無線パケットと同じ第２の無線パケットを生成し、宛先局に送信するステップと、
   前記中継局が、
   前記送信局から第１の無線パケットを受信し、前記宛先局に非再生中継により送信するステップと、
   前記第１の無線パケットを復調し、正しく復調された場合には当該復調された第１の無線パケットのデータをメモリに記憶し、正しく復調されなかった場合には当該第１の無線パケットの信号波形をメモリに記憶する第１の復調ステップと、
   前記宛先局により発信された応答信号を受信した場合に、メモリに無線パケットのデータが記憶されているときは、当該データから第３の無線パケットを生成し、当該第３の無線パケットを前記宛先局に送信し、一方、メモリに信号波形が記憶されているときは、前記送信局から送信された前記第２の無線パケットを非再生中継により送信し、かつ、当該第２の無線パケットと前記第１復調ステップで記憶した信号波形との合成波を復調し、正しく復調された場合にはデータとして記憶するステップと、
   前記宛先局が、
   前記送信局から送信された無線パケットと、前記中継局から送信された無線パケットとが空間上で合成された合成波を復調するステップと、
   前記合成波が正しく復調されない場合、決められた応答信号を発信するステップと、
   を有する無線通信方法。
2. 前記無線パケットの変調方式として、ＯＦＤＭを用いる請求項１に記載の無線通信方法。

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