通信中继装置、通信装置和通信中继方法

专利名称：通信中继装置、通信装置和通信中继方法
技术领域：
本发明涉及通信中继装置、通信装置和通信中继方法。
背景技术：
近年来，随着对一般家庭的宽带通信服务的普及，在蜂窝方式的移动通信系统中 也积极地进行着以提供大容量数据通信服务为目的的研究开发。然而，由于作为有限的资 源的无线频率处于紧张的状态，所以为了实现大容量数据的传输，正在积极地展开着使用 高频带而实现高传输速率的方法的研究。在使用高频的无线频带的情况下，在近距离能够期待较高的传输速率，但是由传 输距离造成的衰减较大。于是，例如将高频的无线频带适用于实际系统时，基站所覆盖的区 域变小而需要设置更多的基站。由于设置基站需要相应的费用，因此，强烈期望在提供上述 通信服务的同时抑制基站数目的增加的技术。因此，为了即使位于蜂窝范围外的移动台也能够与基站进行通信，在研究使该移 动台与基站之间存在的其它移动台(中继站)进行通信的中继，由此实现蜂窝范围外的移 动台与基站之间的通信的技术。例如，已出现了综合地判断从范围外的移动台到各个中继站之间的线路质量，以 及从各个中继站到基站之间的线路质量的多种线路质量，基站从多个中继站中决定实际进 行中继的中继站，并向多个中继站发送关于是否使其进行中继的控制信号，由此决定中继 路径的技术(例如，参见专利文献1和2)。专利文献1 日本专利申请特开平7-321722号公报专利文献2 日本专利申请特开2004-254308号公报

发明内容
发明要解决的问题然而，在上述的技术中，由于基于传播路径环境的时间性变动，即根据传播路径的 状态进行中继路径的更新，所以在每次更新时，基站都需要获取从移动台到中继站之间以 及从中继站到基站之间的双方的线路质量。由此，线路质量的时间性变动较快时，在基站与 移动台之间发生频繁的质量报告以及用于路径控制的控制信号的交换，会导致通信系统的 吞吐量降低的问题。另外，在线路质量的变动比路径控制的频度快时，在基站装置等的接收 特性大幅恶化，由此引起通信系统吞吐量的降低。因此，本发明的目的在于提供通信系统、通信中继装置以及通信中继方法，即使传 播路径的状态变动，也能够不使吞吐量降低地进行通信的中继。解决问题的方案
本发明的通信中继装置，对从第一通信装置到第二通信装置的发送进行中继，该 通信中继装置包括第一获取单元，获取所述第一通信装置与所述通信中继装置之间的第 一传播路径状态；判断指标接收单元，接收是否进行中继的判断指标；以及判断单元，基于 所述第一传播路径状态和所述判断指标，判断是否进行中继。本发明的通信中继方法，用于对从第一通信装置到第二通信装置的发送进行中 继，该通信中继方法包括以下步骤获取所述第一通信装置与所述通信中继装置之间的第 一传播路径状态；接收是否进行中继的判断指标；以及基于所述第一传播路径状态和所述 判断指标，判断是否进行中继。本发明的通信装置，由通信中继装置对从其他通信装置到本通信装置的发送进行 中继，该通信装置包括第二获取单元，获取所述通信中继装置与本通信装置之间的第二传 播路径状态；设定单元，基于所述第二传播路径状态，设定所述通信中继装置是否进行中继 的判断指标；以及发送单元，将所述判断指标发送到所述通信中继装置。本发明的通信中继方法，用于由通信中继装置对从其他通信装置到本通信装置的 发送进行中继，该通信中继方法包括以下步骤获取所述通信中继装置与本通信装置之间 的第二传播路径状态；基于所述第二传播路径状态，设定所述通信中继装置是否进行中继 的判断指标；以及将所述判断指标发送到所述通信中继装置。发明效果根据本发明，即使传播路径变动，也能够不使吞吐量降低地进行通信的中继。


图1是表示实施方式1的通信系统的概要的图；图2是表示实施方式1的通信中继方法的步骤的流程图；图3是表示实施方式1的通信中继装置(中继站装置)的主要结构的方框图；图4是表示实施方式1的基站装置的主要结构的方框图；图5是用于说明实施方式1的通信系统的一系列的动作的时序图；图6是实施方式1的用于中继控制的阈值设定表；图7是实施方式1的用于中继控制的阈值设定曲线；图8是表示实施方式1的通信中继方法的具体例子的图；图9是表示实施方式1的帧格式的一个例子的图；图10是表示实施方式1的帧格式的一个例子的图；图11是表示在开环控制时的实施方式1的通信中继装置的主要结构的方框图；图12是表示在发送和接收中使用不同天线时的实施方式1的通信中继装置的主 要结构的方框图；图13是表示实施方式2的通信中继装置的主要结构的方框图；图14是表示实施方式2的基站装置的主要结构的方框图；以及图15是表示如何进行实施方式2的中继判定的图。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)图1是表示实施方式1的通信系统的概要的图。这里，以希望从移动台MSl向基 站BSl发送信号的情况，即通过上行线路的通信为例，进行说明。本实施方式的通信系统中，包括移动台MS1、中继站(Relay Station)RSU RS2以 及基站BS1。而且，移动台MSl希望向基站BSl发送信号。然而，由于移动台MSl位于蜂窝 范围外，或者由于移动台MSl的发送功率小于基站BSl的发送功率，所以移动台MSl处于无 法直接向基站BSl发送信号的状态。因此，移动台MSl向在移动台MSl与基站BSl之间存 在的中继站RSl和中继站RS2请求发送信号的中继。图2是表示在这样的情况下的本实施方式的通信系统的通信中继方法的步骤的 流程图。另外，为了简化说明，将通过中继站RSl进行中继时的中继路线称为路线#1，而将 通过中继站RS2进行中继时的中继路线称为路线#2。在本实施方式的通信系统中，首先，掌握各个中继站与基站之间(RS-BS间)的传 播路径状态(ST1010)，基于该传播路径状态，设定在判断各个中继站是否进行中继时所使 用的判断指标(ST1020)。具体而言，在本实施方式的通信系统中，对于RS-BS间的传播路径 状态较差的中继路线，设定严格的是否进行中继的判断指标，而对于RS-BS间的传播路径 状态较好的中继路线，设定宽松的是否进行中继的判断指标。另一方面，在本实施方式的通信系统中，还掌握请求了中继的移动台和中继站之 间的传播路径状态，即MS-RS间的传播路径状态(ST1030)。然后，在ST1020和ST1030都完 成时，在ST1040，将MS-RS间的传播路径状态与在ST1020所设定的判断指标对照，作出各个 中继站是否进行中继的最终判断。也就是说，在本实施方式的通信系统中，各个中继站基于周围的传播路径状态，自 主地(autonomously)判断是否进行中继。基站等的高层站不进行从移动台MSl到基站BSl 的中继路线的路由处理。于是，在本实施方式的通信系统中，由于不存在由基站判断在各个 中继站有无中继的步骤，以及对各个中继站指示判断结果的步骤，因此能够迅速进行中继 处理本身。另外，在本实施方式的通信系统中，对于RS-BS间的传播路径状态较差的中继路 线，设定严格的判断指标。也就是说，RS-BS间的传播路径状态较差，意味着即使通过该中继 路线进行中继，基站最终无差错地接收其中继信号的几率也较低。于是，在本实施方式的通 信系统中，对于这样的中继路线一开始就使用严格的判断指标，进行是否中继的判定(中 继判定)。由此，即使不由基站等的高层站进行路由处理，也自动地选择更好的中继路线，从 而提高通信系统的吞吐量。而且，还能够迅速进行中继路线的选择。这里，传播路径的状态例如是SNR(Signal to Noise power Ratio，信噪比)、 BER(Bit Error Rate，比特差错率)等的线路质量，或者是用于线路变动补偿的信道估计 值。例如在图1的例子中，MS-RS间的线路质量在路线#1和#2都是SNR = 12dB。而且， 在路线#1，RS-BS间的线路质量为SNR = 15dB，而在路线#2，RS-BS间的线路质量为SNR = 8dB。因此，在本实施方式的通信系统中，与路线#1相比，在路线#2中将是否进行中继的判 断指标设定得更严格。例如，如果在路线#1设定成MS-RS间的线路质量为IOdB以上时判断为进行中继， 则在路线#2设定成MS-RS间的线路质量不到15dB时不进行中继。因此，在图1的例子中，本实施方式的通信系统只使用路线#1进行中继。另外，在图1的例子中，表示了只有通过中继站RSl的中继路线满足本实施方式的 通信系统的中继条件，通过该中继路线进行中继的情况。但是，在其它环境下，也有可能中 继站RSl和中继站RS2的双方的中继路线都满足本实施方式的通信系统的中继条件。此时， 在本实施方式中，通过双方的中继路线发送信号。也就是说，也有可能存在有多个中继路线 的情况。在这样的情况下，在基站BSl对来自各个中继路线的接收信号进行合成，通过空间 分集增益，进一步提高接收性能。另外，这里以在移动台MSl和基站BSl之间存在中继站RSI、RS2的多个中继站的 情况为例进行了说明。但是，即使只有一个中继站，本实施方式的通信中继方法也起作用。 也就是说，在这样的情况下，在判断为只存在一个的中继站中不进行中继时，该通信系统中 不进行移动台MSl的通信数据的中继，移动台MSl无法与基站BSl进行通信。另外，这里以中继的请求源(中继请求站)为移动台的情况为例进行了说明。但 是，中继请求站也可以是笔记本电脑等的移动通信终端。接下来，在构成上述通信系统的各个通信装置中，对体现本发明特征的中继站 RSl (RS2)和基站BSl的具体内部结构及其动作进行说明。这里，以作为表示传播路径状态 的指标使用线路质量的情况为例进行说明。图3是表示上述中继站RSl (RS2)的具体装置结构，即本实施方式的通信中继装置 (中继站装置)100的主要结构的方框图。这里只说明进行上行线路中继处理的功能。在本实施方式中，可以适用将在图2说明的判断是否进行中继的各个步骤作为都 由中继站进行的开环控制，或作为由中继站和基站分散进行的闭环控制。于是，首先对作为 闭环控制的情况进行说明。通信中继装置100包括天线101、接收RF处理单元102、线路质量估计单元103、中 继控制单元104、发送RF处理单元105、天线106、解调单元107以及接收RF处理单元108。通信中继装置100的各个单元进行以下动作。接收RF处理单元102对通过天线101接收到的信号进行滤波处理、正交检波等的 为非再生中继所需的处理。这里，再生中继是指再生接收比特串，也就是将二进制数据变换成实际数据的处 理。也就是说，再生中继中，在对接收数据施加纠错处理之后进行再调制处理，然后进行 中继数据的发送。相对于此，非再生中继是指不进行接收比特串的再生，对接收信号只施 加功率放大等简单的处理之后发送的处理。也就是说，在非再生中继中，对接收信号只进 行物理层级的处理，然后迅速地转移到发送处理。于是，由于在非再生中继中不进行应用 (application)层等的非物理层级的处理，因此与再生中继的情况相比，能够快速进行中继 处理。线路估计单元103对从接收RF处理单元102输出的来自移动台MSl的接收信号 进行线路质量的估计。通过该线路质量的估计，线路质量估计单元103能够获取MS-RS间 的线路质量。另外，关于线路质量的具体估计方法，将在后面叙述。中继控制单元104对从线路质量估计单元103输出的线路质量信息与由基站BSl 指示的阈值进行比较，基于比较结果决定是否进行中继，并将表示是否进行中继的0N/0FF 控制信号输出到发送RF处理单元105。
发送RF处理单元105对从接收RF处理单元102输出的中继信号施加正交调制、 功率放大及滤波处理等的为非再生中继所需的处理，并通过天线106发送该中继信号。另一方面，接收RF处理单元108对接收信号施加滤波处理、下变频及A/D变换等 的规定的无线接收处理，并将所得到的信号输出到解调单元107。解调单元107对接收信号进行解调、解码等的从接收信号提取数据的处理。在所 解调的接收数据中，将用于中继控制的阈值信息输出到中继控制单元104。图4是表示上述基站BS1，即本实施方式的基站装置150的主要结构的方框图。这 里也只说明进行上行线路中继处理的功能。基站装置150包括天线151、接收RF处理单元152、线路质量估计单元153、阈值选 择单元154、调制单元155、发送RF处理单元156以及天线157。基站装置150的各个单元进行以下动作。接收RF处理单元152对通过天线151接收到的信号进行滤波处理、下变频及A/D 变换等的规定的无线接收处理，将其变换为基带信号，并输出到解调单元(未图示)和线路 质量估计单元153。线路质量估计单元153对来自中继站RSl (RS2)的接收信号进行线路质量的估计。 该线路质量的估计处理为与通信中继装置100内的线路质量估计单元103中所进行的线路 质量的估计处理同样的处理，通过该处理，线路质量估计单元153能够获取RS-BS间的线路质量。阈值选择单元154基于有关作为对象的移动台的上行线路(上行链路)的调制参 数(MCS参数)的信息和从线路质量估计单元153输出的RS-BS间的线路质量估计结果，决 定通信中继装置100的中继判定上所使用的阈值。在实际的通信系统中存在多个通信中继 装置，阈值选择单元154对每个通信中继装置设定阈值。调制单元155对所决定的阈值的信息施加QPSK等的规定的调制处理，并输出到发 送RF处理单元156。发送RF处理单元156对从调制单元155输出的发送基带信号施加D/A变换、上变 频、功率放大及滤波处理等的规定的无线发送处理，通过天线157进行发送。图5是用于说明由上述通信中继装置100和基站装置150构成的通信系统的一系 列的动作的时序图。首先，基站对RS-BS间的线路质量进行估计(ST1110)。基于该线路质量和有 关作为对象的移动台的上行链路的MCS参数的信息，选择用于中继站的中继判定的阈 值(ST1120)。关于该阈值的信息被发送到中继站(ST1130)。中继站接收该阈值信息 (ST1210)。另外，中继站估计MS-RS间的线路质量(ST1220)，并将所得到的线路质量与 在ST1210得到的阈值比较(ST1230)。然后，在线路质量为阈值以上时，中继站进行中继 (ST1240)，基站接收中继信号(ST1114)。另外，在存在多个中继站时，ST1140成为合成接 收。另一方面，在ST1230中线路质量小于阈值时，中继站不进行中继(S T1250)。如上所述，在本实施方式中，基于RS-BS间的线路质量，决定用于由中继站判定中 继的实施/中止的阈值(用于与MS-RS间的接收信号质量进行比较和判定的阈值)。而且， 在RS-BS间的线路质量状态较好时，将用于判定MS-RS间的质量的阈值设定得较低。也就 是说，在RS-BS间的线路质量较好时，即使MS-RS间的线路质量稍差也判断为进行中继。另一方面，在RS-BS间的线路质量状态较差时，将基于MS-RS间的线路质量的中继判定的阈值 设定得较高。各个中继站基于该所设定的阈值判断是否进行中继。由此，由于中继路径基于各个中继路径的瞬时的质量自适应地切换，因此即使在 传输路径特性的变动较快时也能够跟随。而且，由于减少质量较差的非再生中继信号的发 生而且能够在基站BSl等的接收装置利用空间分集增益，因此提高接收特性而提高整个通 信系统的吞吐量。接下来，详细说明在ST1120的阈值选择处理。图6表示在基于MCS参数进行是否中继的判断时所使用的判断指标的表，即用于 中继控制的阈值设定表。以使用SNR作为线路质量的情况为例进行说明。该表中，基于RS-BS间的SNR的程度，对每个MCS参数的所需质量设定了在通信中 继装置100内的中继控制单元104所使用的判定阈值。假设MCS参数已经基于MS-RS间及 RS-BS间的线路质量测定值等另行选择。阈值选择单元154接收从线路质量估计单元153 输出的估计SNR值和对中继请求站MSl的MCS参数(例如，16QAM)，从该阈值设定表中选择 在中继站RS1 (RS2)所使用的用于中继判定的阈值。如果使用由该表所设定的阈值进行中继判定，则例如在RS-BS间的SNR较好时， MS-RS间的判定阈值被设定得较低，使此中继判定较宽松。另一方面，在RS-BS间的SNR较 差时，MS-RS间的判定阈值被设定得较高而使中继判定较严格。而且，与此同时，来自移动台 MSl的信号满足MCS的所需质量。例如，在MCS为16QAM而且RS-BS间的估计SNR为15dB 的情况下，判定阈值被设定为10dB。另外，在MCS为16QAM而且RS-BS间的估计SNR为8dB 的情况下，判定阈值被决定为15dB。在MCS为QPSK时，也同样基于RS-BS间的SNR决定 MS-RS间的判定阈值。另外，在RS-BS间的SNR不满足MCS的所需质量时，MS-RS间的判定阈值被设定为 无限大等，成为实际上无法进行中继的设定。或者，也可以一开始就输出表示中继中止的控 制信号。如上所述，在本实施方式，除了各个RS-BS间的线路质量之外，还基于MCS参数的 所需质量决定上述阈值。于是，由于能够决定适合于MCS参数的阈值，因此能够实施更适当 的中继控制，能够提高通信系统的吞吐量。而且，在各个中继站中，与各个移动台分别对应地独立实施以上动作，由此在一个 中继站中能够实现对应于各个移动台的分散的中继控制，从而能够提高通信系统的吞吐量。而且，在中继站为固定时，或者在移动速度较慢的移动台作为中继站动作时，与 MS-RS间的线路质量相比，RS-BS间的线路质量的变动十分地缓慢。于是，由于能够将基站 BSl向中继站RS1(RS2)通知阈值的间隔设定得较大，因此能够降低信令(signaling)的开 销(overhead) 0另外，也可以例如使用图7所示的阈值设定曲线决定阈值，来取代图6所示的表。 该曲线具有对于每个MCS参数，在RS-BS间的SNR较小时阈值的值较大，而在RS-BS间的 SNR值较大时阈值的值较小的特征，而且由下式所示的函数来表现。阈值=f (MCS 参数、RS-BS 间的 SNR) 图8是表示本实施方式的通信中继方法的具体例子的图。具体条件与图1相同。
在该图的例子中，假设用于移动台MSl所发送的数据的调制的MCS被设为16QAM 时，由于路线#1的RS-BS间的估计SNR为15dB，所以基于图6的阈值设定表，MS-RS间的判 定阈值被决定为10dB。另一方面，路线#2的RS-BS间的估计SNR为8dB时，判定阈值被决 定为15dB。因此，假设路线#1和路线#2的MS-RS间的SNR = 12dB时，路线#1在阈值以上 而进行中继，但由于路线#2低于阈值而不进行中继，即中止中继。例如MCS为QPSK时，也同样基于RS-BS间的SNR，参照图6的阈值设定表决定 MS-RS间的判定阈值。接下来说明SNR估计方法。首先，基站装置150内的线路质量估计单元153基于在从中继站发送的信号中所 包含的导频码元及数据码元等估计RS-BS间的SIR。作为SIR估计方法，假设在所接收的数 据码元之前连续发送了 N个导频码元ρη(η = 1,2,…，N)时，基于与基站内的导频码元串 的复数乘法运算结果的平均值，由下式(1)来估计传输路径的信道响应。
1 wh=—^rnPn
ly "=1 ... ( 1 )再有，由下式(2)计算rn。rn = pnh+nn · · · (2)另外，N为导频码元总数，pn为第η个导频码元，rn为第η个接收导频码元，h为实际 传输路径的信道响应，~为接收第η个导频码元时的加法性高斯噪声(additive Gaussian noise)0这里，假设pn满足下式(3)，而且对于连续的N个导频码元的长度，信道响应的变 化量充分小。IpnI2=I . . . (3)于是，式(1)成为下式(4)。
权利要求
1.一种通信中继装置，对从第一通信装置到第二通信装置的发送进行中继，该通信中 继装置包括第一获取单元，获取所述第一通信装置与所述通信中继装置之间的第一传播路径状态；判断指标接收单元，接收是否进行中继的判断指标；以及 判断单元，基于所述第一传播路径状态和所述判断指标，判断是否进行中继。
2.如权利要求1所述的通信中继装置，所述判断单元判断是否对中继信号的每个子信道进行中继。
3.如权利要求1所述的通信中继装置，还包括 设定单元，设定阈值作为所述判断指标， 所述判断单元通过所述阈值判断是否进行中继。
4.如权利要求3所述的通信中继装置，所述判断单元将所述第一传播路径状态与所述阈值比较，并在所述第一传播路径状态 为阈值以上时，判断为进行中继。
5.如权利要求1所述的通信中继装置，所述第一传播路径状态通过线路质量、信道估计值、接收功率、填充比特数、发送功率、 发送复数加权系数、或者在多入多出方式中所使用的矩阵、奇异值、或特征值来表示。
6.如权利要求1所述的通信中继装置，还包括第二获取单元，获取所述通信中继装置与所述第二通信装置之间的第二传播路径状 态；以及设定单元，基于所述第二传播路径状态，设定是否进行中继的判断指标。
7.一种通信中继方法，用于对从第一通信装置到第二通信装置的发送进行中继，该通 信中继方法包括以下步骤获取所述第一通信装置与所述通信中继装置之间的第一传播路径状态； 接收是否进行中继的判断指标；以及基于所述第一传播路径状态和所述判断指标，判断是否进行中继。
8.一种通信装置，由通信中继装置对从其他通信装置到本通信装置的发送进行中继， 该通信装置包括第二获取单元，获取所述通信中继装置与本通信装置之间的第二传播路径状态； 设定单元，基于所述第二传播路径状态，设定所述通信中继装置是否进行中继的判断 指标；以及发送单元，将所述判断指标发送到所述通信中继装置。
9.如权利要求8所述的通信装置，所述设定单元除了所述第二传播路径状态之外，还基于调制编码方式参数设定所述判 断指标。
10.如权利要求8所述的通信装置，所述设定单元设定阈值作为所述判断指标。
11.如权利要求10所述的通信装置，所述第二传播路径状态越好，所述设定单元将所述阈值设定得越低。
12.如权利要求8所述的通信装置，所述第二传播路径状态通过线路质量、信道估计值、接收功率、填充比特数、发送功率、 发送复数加权系数、或者在多入多出方式中所使用的矩阵、奇异值、或特征值来表示。
13.—种通信中继方法，用于由通信中继装置对从其他通信装置到本通信装置的发送 进行中继，该通信中继方法包括以下步骤获取所述通信中继装置与本通信装置之间的第二传播路径状态； 基于所述第二传播路径状态，设定所述通信中继装置是否进行中继的判断指标；以及 将所述判断指标发送到所述通信中继装置。
全文摘要
公开了通信中继方法等，即使传播路径的状态变动，也能够不使通信系统的吞吐量降低地进行通信的中继。在该方法中，掌握RS-BS间的传播路径状态(S T1010)，基于该传播路径状态，设定在判断是否进行中继时所使用的判断指标(S T1020)。具体而言，对于RS-BS间的传播路径状态较差的中继路线，设定严格的判断指标，而对于RS-BS间的传播路径状态较好的中继路线，设定宽松的判断指标。另一方面，同时掌握MS-RS间的传播路径状态(S T1030)。然后，在(ST1020)和(ST1030)都完成时，在(ST1040)中，将MS-RS间的传播路径状态与在(ST1020)所设定的判断指标对照，作出是否进行中继的最终判断。
文档编号H04W16/26GK102123402SQ201110022028
公开日2011年7月13日 申请日期2006年3月27日 优先权日2005年3月29日
发明者今村大地, 堀内绫子 申请人:松下电器产业株式会社