JP2005117168A - リピータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の干渉波を抑圧できるとともに、構成を簡素化したリピータ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 受信アンテナと、複数の送信アンテナと、該受信アンテナにおいて受信した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該ディジタル信号に含まれる複数の干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧装置と、該干渉信号抑圧装置から出力される信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器から出力される信号を分配する分配器と、該アナログ信号を増幅する前記送信アンテナに対応した複数の増幅器とを有することにより、複数の干渉波を抑圧できるとともに、構成を簡素化したリピータ装置を提供する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、無線通信に用いられ、同一周波数で再送する場合に発生する受信アンテナへの回り込みによる干渉信号を抑制する機能を備えたリピータ装置に関するものである。

従来、無線基地局の電波の届きにくいビル内部やトンネル内部若しくは山岳地帯での電波状況を改善するために、リピータ装置（中継装置あるいは無線中継ブースタとも呼ばれている）が用いられている。
こうしたリピータ装置は、基本的には受信アンテナにより受信した電波を増幅して送信アンテナを介して送信を行うものであるため、基地局のように専用回線を敷設する必要もなく、設備面でコストを低減できるというメリットがある。

ところが、リピータ装置における受信信号と送信信号とは同一の周波数であることから、送信アンテナから放射された送信信号が受信アンテナに回り込むと所望の信号に対して干渉信号となってしまい、結果として、リピータ装置の再送利得が大きな場合には発振を生じさせてしまうという問題がある。
このような場合、送信アンテナと受信アンテナを物理的に隔離させてアンテナ間の結合量を小さくする方法も考えられるが、こうした方法では、リピータ装置の設備規模が大きくなって、物理的に実施できない場合等があり、汎用性といった点で問題がある。

また、他の方法として，受信信号にＣＤＭＡ信号における1チップ以上の遅延に相当する所定の遅延量を付加し、遅延を付加した信号を送信信号として出力して、干渉波が到来する遅延において、受信信号と送信信号との相関演算を行って干渉波信号の残差成分を検出し、検出した残差成分に基いて、干渉波信号に対し、逆位相，同振幅そして同遅延となる様に生成した抑圧信号により、送信信号が受信アンテナに回り込むことにより生ずる干渉信号を打ち消すといった技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この方法によれば、再送された信号が干渉信号として付加された受信信号と送信信号の相関演算を行って干渉信号の残差成分を検出するが、この残差成分の検出の際に、再送する送信信号にＣＤＭＡ信号における１チップ以上の遅延が付加されているため、リファレンス信号となる送信信号と干渉信号の残差成分との相関以外の信号との相関が低くなり、残差成分を精度良く検出できるといったメリットがある。

一方、今後、扱う信号の周波数は、例えば、数ＧＨｚといった高周波になることが予想されているが、こうした高周波の信号を高い動作効率で増幅できる半導体デバイスは、現状では種類も少なく、サービスエリア内で所望の送信電力を得るためには、１台の増幅器で装置を構成することが困難であるといった問題がある。
こうした問題に対応するために、移動通信システムのサービスエリアをセクタに分割して、複数の増幅器とアンテナを用いて、サービスエリア内において所望の電力を得ることも考えられる。
特開２００１−１９６９９４号公報（第２−５頁、第３図）

しかし、アンテナ間の回りこみ干渉波は、装置の周囲の環境による影響を受けて、１つの送信アンテナから受信アンテナに対して、複数の経路を通って伝搬する可能性がある。こうした場合に、これらの干渉波を抑圧するための回路を従来のアナログ方式で構成すると、到来する干渉波の数に応じた抑圧回路を備える必要がある。
一方、干渉信号抑圧装置を単にデジタル化しても到来する干渉波の数に応じた抑圧回路が必要となる点については同様である。
また、従来のようにアナログ方式で回路を構成した場合、特に、所望の電力を得るためにサービスエリアのセクタ化を図ったシステムにおいては、信号を分割した際に生ずる分割損が発生し、この影響を抑制するために、例えば、電力補償回路といったような付加回路が新たに必要となるといった問題もある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の干渉波を抑圧できるとともに、分割損の生じないリピータ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、サービスエリアを複数のセクタに分割し、受信信号を増幅して送信するリピータ装置であって、受信アンテナと、複数の送信アンテナと、該受信アンテナにおいて受信した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該ディジタル信号に含まれる複数の干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧装置と、該干渉信号抑圧装置から出力される信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器から出力される信号を分配する分配器と、該アナログ信号を増幅する前記送信アンテナに対応した複数の増幅器とを有することを特徴とするリピータ装置を提案している。

この発明によれば、受信信号がデジタル信号に変換された後、干渉信号抑圧装置により複数の干渉信号が抑圧されるため、干渉信号の抑圧をすべてアナログ信号で処理する場合に比べて、リピータ装置の構成を簡素化することができる。

請求項２に係る発明は、サービスエリアを複数のセクタに分割し、受信信号を増幅して送信するリピータ装置であって、受信アンテナと、複数の送信アンテナと、該受信アンテナにおいて受信した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該ディジタル信号に含まれる複数の干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧装置と、該干渉信号抑圧装置から出力される信号を分配する分配器と、前記各送信アンテナの近傍に配置され、該分配器により分配された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、該アナログ信号を増幅する前記送信アンテナに対応した複数の増幅器とを有することを特徴とするリピータ装置を提案している。

この発明によれば、受信信号がデジタル信号に変換された後、干渉信号抑圧装置により複数の干渉信号が抑圧されるため、干渉信号の抑圧をすべてアナログ信号で処理する場合に比べて、リピータ装置の構成を簡素化することができる。
加えて、干渉抑圧されたデジタル信号が分配器により、送信アンテナ近傍に配置された各増幅器に分配され増幅されるため、信号分割に伴う分割損がほとんど生じない。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載されたリピータ装置について、前記干渉信号抑圧装置が、該Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に所定の遅延量を付加する遅延量付加手段と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号と該遅延量付加手段の出力信号との相関演算を行って、干渉信号を検出する少なくとも１つの干渉信号検出手段と、該それぞれの干渉信号検出手段において検出された干渉信号から該干渉信号と同振幅、同遅延でかつ、逆位相の抑圧信号を生成する少なくとも１つの抑圧信号生成手段と、該抑圧信号生成手段において生成された抑圧信号を合成する抑圧信号合成手段と、該抑圧合成手段において生成された信号と前記受信信号とを合成する信号合成手段とを備えたことを特徴とするリピータ装置を提案している。

この発明によれば、リピータ装置を構成する干渉信号抑圧装置の干渉信号検出手段には、所定の遅延量を付加されたデジタル信号とデジタル化された受信信号とが入力され、相関演算がなされて干渉信号が生成される。生成されたそれぞれの干渉信号は、抑圧信号生成手段に入力され、干渉信号と同振幅でかつ、逆位相の抑圧信号が生成される。生成された抑圧信号は、抑圧信号合成手段で合成された後、信号合成手段において、デジタル化された受信信号と合成される。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載されたリピータ装置について、前記分配器が前記干渉信号抑圧装置から出力されたデジタル信号のコピーを複数生成することにより、信号を前記増幅器に分配することを特徴とするリピータ装置を提案している。

この発明によれば、分配器が干渉信号抑圧装置から出力されたデジタル信号のコピーを複数生成することにより信号を増幅器に分配することから、回路をアナログ方式で構成した場合のように分割損が生じることがない。

本発明によれば、受信アンテナにより受信した信号をデジタル信号に変換して干渉波の抑圧を行うことから、複数の干渉波を抑圧できるとともに、分割損が生じないという効果がある。
また、分割損が生じないことから、電力補償回路等の新たな回路が不要であり、リピータ装置の回路構成を簡素化できるという効果がある。

以下、本発明の実施形態に係るリピータ装置について図１から図１１を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るリピータ装置を含む通信システムを、図２は、リピータ装置のサービスエリアを複数のセクタに分割した場合の通信システムの概要を示している。なお、これらの図は、下り回線を例にとったものである。
図１の通信システムは、基地局１と、リピータ装置２と、端末３とから構成されている。リピータ装置は、受信した電波をこれと同一の周波数で増幅した後、送信アンテナ５を介して放射する機能を有することから、リピータ装置２の送信アンテナ５から受信アンテナ４への回り込みによる干渉信号の発生が問題となる。
一方、図２の通信システムにおいては、複数の送信アンテナ５ａ、５ｂ、５ｃによりリピータ装置が構成されるため、これら複数の送信アンテナ５ａ、５ｂ、５ｃから受信アンテナ４への回り込みによる干渉信号の発生が問題となる。

本発明のリピータ装置における回り込み干渉信号とこれを抑圧する干渉信号抑圧装置との関係は図３に示すようになる。
すなわち、各送信アンテナ５ａ、５ｂ、５ｃから受信アンテナ４に各遅延時間間隔で到来する干渉信号をそれぞれＡ波、Ｂ波、Ｃ波とすると、干渉信号抑圧装置で観測される干渉信号の到来状況は図４になる。
図３に示す干渉信号抑圧装置では、例えば、干渉信号Ａ波に対しては、干渉信号抑圧回路Ａ´、Ｂ波に対しては干渉信号抑圧回路Ｂ´、Ｃ波に対しては干渉信号抑圧回路Ｃ´というように、これらの干渉信号をそれぞれ装置内の個別の干渉信号抑圧回路に割り当てて干渉信号を抑圧し、これを合成した信号を増幅して送信アンテナ５ａ、５ｂ、５ｃから放射を行っている。

一般に、リピータ装置で扱われる信号をアナログで処理する場合には、これらの干渉信号の遅延時間やレベルを検出し、これらと逆位相でかつ、同振幅の信号を上記の干渉信号に干渉信号と同じ遅延で足し合わせれば、干渉信号を打ち消すことができる。
しかし、信号の処理をデジタルで行おうとすると、デジタル信号処理部のサンプリング周波数の逆数である単位時間幅で遅延時間が決定されてしまうため、干渉信号の遅延時間を誤差なく正確に再現することは、極めて困難である。
そこで、1つの干渉信号を低減させるために、２つの異なる遅延量の抑圧信号を用いている。

図５は干渉抑圧機能を搭載したリピータ装置の概念図であり、基地局向けアンテナと、アンテナ共用器１２と、移動局向けアンテナ１３と、上り回線、下り回線用に、低雑音増幅器１４、１９と、干渉信号抑圧装置１５、１８と、高出力増幅器１６、１７とを備えている。

基地局向けアンテナ１１は、基地局との間で電波の送受信を行うためのアンテナであり、移動局向けアンテナ１３は、移動局との間で電波の送受信を行うためのアンテナである。アンテナ共用器１２は、基地局から受信した電波を下り回線に供給し、基地局に対して送信する上り回線からの信号を基地局向けアンテナ１１に供給するための装置であり、同様のアンテナ共用器１２が移動局向けアンテナ１３にも備えられている。

低雑音増幅器１４、１９は、基地局向けアンテナ１１または移動局向けアンテナ１３を介して受信した微弱な電波を増幅する低雑音の増幅器である。
干渉信号抑圧装置１５、１８は、送信アンテナから出力された信号が受信アンテナに回り込むことにより生ずる干渉信号を抑圧する。高出力増幅器１６、１７は、送信する電波を増幅する増幅器である。

図６は、第１の実施例に係るリピータ装置に関し、高周波の信号を分配して複数の移動局向けアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃから放射する場合の干渉抑圧機能を搭載した構成（下り回線）を示しており、リピータ装置は、基地局向けアンテナ１１と、移動局向けアンテナ１３と、低雑音増幅器１４と、Ａ／Ｄ変換器２２と、干渉信号抑圧装置１５と、Ｄ／Ａ変換器２５と、分配器２０と、高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、アンテナ共用貴１２ａ、１２ｂ、１２ｃとを備えている。
ここで、分配器２０は、干渉信号抑圧装置１５から出力され、アナログ信号に変換された信号を各送信アンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃに対応づけた高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃに分配する。
同様に、図７は、移動局からの信号を合成して基地局に放射する、上り回線の構成を示している。
第１の実施例にかかるリピータ装置においては、受信信号をデジタル信号に変換し、複数の干渉信号を干渉抑圧装置１５で抑圧できるため、リピータ装置の構成を簡素化することができる。ただし、干渉信号抑圧装置１５から出力された信号をアナログ信号に変換した後、分配器２０により分配して各高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃに信号を供給するため、分配損が問題となる。

図８は、信号をデジタル処理する本実施例に係るリピータ装置の概念図であり、その構成は、図８に示すように、基地局向けアンテナ１１と、低雑音増幅器１４、Ａ／Ｄ変換器２２と、干渉信号抑圧装置２３と、分配器２４と、Ｄ／Ａ変換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃと、高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、複数の移動局向けアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃとを備えている。
ここで、Ａ／Ｄ変換器２２は、基地局向けアンテナ１１から受信した信号をサンプリング周波数に応じて、デジタル信号に変換する。

干渉信号抑圧装置２３は、Ａ／Ｄ変換器２２から入力した信号に基づいて相関演算を行うことにより、干渉信号を抽出して、これをデジタル的に抑圧する。
分配器２４を干渉信号抑圧装置２３から出力されたデジタル信号を複数コピーしてＤ／Ａ変換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃに分配する。
したがって、アナログで構成されるリピータ装置のように、信号の分配時における分配損は問題とならない。
Ｄ／Ａ変換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、分配器２４により分配されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。
高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、送信する電波を増幅する増幅度の高い汎用増幅器である。

なお、分配器２４、Ｄ／Ａ変換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃは各移動局向けアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの近傍に配置されている。こうした構成をとることにより、信号の損失を最小限にすることができる。
図９は、高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃの増幅歪を補償するために、分配器２４とＤ／Ａ変換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃの間に増幅歪補償器２６ａ、２６ｂ、２６ｃを挿入したリピータ装置を示している。
このような回路を挿入することによって、通常、高出力増幅器１６ａ、１６ｂ、１６ｃ内に構成されるＡ／Ｄ変換器を省略することができ、変換による劣化を低減することができる。
また、図１０は、移動局からの信号をデジタル信号に変換して合成した後、干渉信号の抑圧を行って、基地局に放射する、上り回線の構成を示している。

また、本発明の実施形態に係るリピータ装置内の干渉信号抑圧装置は、図１１に示すように、チップ遅延器３２と、加算器３４と、位相振幅制御器３５ａ、３５ｂ、３５ｃと、相関積分器３６ａ、３６ｂ、３６ｃと、遅延器３７ａ、３７ｂ、３７ｃとを備えている。

チップ遅延器３２は、所望する受信信号と送信アンテナと受信アンテナの間を回り込む干渉信号の相関を減らすために、再送時にＣＤＭＡ（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）信号の1チップ以上の遅延を付加するための遅延回路である。
相関積分器３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、チップ遅延器３２を通過した信号をリファレンス信号とし、所望波と干渉波の合成された信号から干渉波の振幅と位相を検出するための演算回路である。
但し、演算を有効に機能させるためには，予め干渉波の遅延を知っておく必要があるため、各相関積分器３６ａ、３６ｂ、３６ｃおよび位相振幅制御器３５ａ、３５ｂ、３５ｃには、対応する遅延器３７ａ、３７ｂ、３７ｃが設けられており、この遅延器３７ａ、３７ｂ、３７ｃで干渉波の遅延に相当する遅延を与えられた信号が入力される。

位相振幅制御器３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、前述のリファレンス信号を干渉波と同振幅で、かつ逆位相となる抑圧信号を生成するための回路であり、抑圧信号を生成するための制御信号は相関積分器３６ａ、３６ｂ、３６ｃより作られる。
加算器３４は、干渉波を含んだ所望波に位相振幅制御器３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおいて生成された干渉抑圧信号を加算する回路である。

各相関積分器３６ａ、３６ｂ、３６ｃには、分配されたデジタル受信信号とチップ遅延器３２において遅延が付加されたデジタル信号が入力され、
分配されたデジタル受信信号から回りこみによる干渉信号のレベルと位相とが検出される。
なお、このとき個々の相関積分器３６ａ、３６ｂ、３６ｃの相関積分における遅延量は異なっており、こうすることによって、検出対象である干渉信号の遅延にあわせた遅延量で相関積分が行われる。

相関積分器３６ａ、３６ｂ、３６ｃで検出された干渉信号の位相および振幅に関する情報は、位相振幅制御器３５ａ、３５ｂ、３５ｃに入力され、干渉信号と逆位相でかつ同振幅の抑圧信号が生成され、これらの信号が加算器３４で合成された後、この合成された抑圧信号がさらに加算器３４においてデジタル化された受信信号と合成される。

以上、本実施例によれば、受信信号をデジタル信号に変換して干渉信号を抑圧するとともに、この信号をデジタル信号の状態で複数のアンテナに分配することから分割損が生じず、高周波信号用の汎用増幅器を用いても、所望の電力を有する送信信号を得ることができる。

リピータ装置を含む通信システムの概要を示した図である。 複数セクタシステムの概要を示した図である。 回りこみ干渉信号と抑圧回路との関係を示した図である。 干渉信号の到来状況を示した概念図である。 干渉信号抑圧機能を有するリピータ装置の構成図である。 高周波信号をアナログ処理で分配する場合の下り回線の構成図である。 高周波信号をアナログ処理で合成する場合の上り回線の構成図である。 高周波信号をデジタル処理で分配する場合の下り回線の構成図である。 高周波信号をデジタル処理で分配する下り回線に増幅歪補償器を挿入した場合の構成図である。 高周波信号をデジタル処理で合成する場合の上り回線の構成図である。 干渉信号抑圧装置の構成図である。

符号の説明

１・・・基地局、２・・・リピータ装置、３・・・端末、４・・・受信アンテナ、５、５ａ、５ｂ、５ｃ・・・送信アンテナ、１１・・・基地局向けアンテナ、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・アンテナ共用器、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・移動局向けアンテナ、１４、１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ・・・低雑音増幅器、１５、１８、２３・・・干渉信号抑圧装置、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１７・・・高出力増幅器、２０、２４・・・分配器、２１・・・合成器、２２、２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ・・・Ａ／Ｄ変換器、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２８・・・Ｄ／Ａ変換器、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ・・・増幅歪補償器、３２・・・チップ遅延器、３４・・・加算器、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・位相振幅制御器、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ・・・相関積分器、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ・・・遅延器、

Claims (4)

1. サービスエリアを複数のセクタに分割し、受信信号を増幅して送信するリピータ装置であって、
   受信アンテナと、
   複数の送信アンテナと、
   該受信アンテナにおいて受信した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   該ディジタル信号に含まれる複数の干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧装置と、
   該干渉信号抑圧装置から出力される信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
   該Ｄ／Ａ変換器から出力される信号を分配する分配器と、
   該アナログ信号を増幅する前記送信アンテナに対応した複数の増幅器と、
   を有することを特徴とするリピータ装置。
2. サービスエリアを複数のセクタに分割し、受信信号を増幅して送信するリピータ装置であって、
   受信アンテナと、
   複数の送信アンテナと、
   該受信アンテナにおいて受信した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   該ディジタル信号に含まれる複数の干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧装置と、
   該干渉信号抑圧装置から出力される信号を分配する分配器と、
   前記各送信アンテナの近傍に配置され、該分配器により分配された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
   該アナログ信号を増幅する前記送信アンテナに対応した複数の増幅器と、
   を有することを特徴とするリピータ装置。
3. 前記干渉信号抑圧装置が、該Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に所定の遅延量を付加する遅延量付加手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号と該遅延量付加手段の出力信号との相関演算を行って、干渉信号を検出する少なくとも１つの干渉信号検出手段と、
   該それぞれの干渉信号検出手段において検出された干渉信号から該干渉信号と同振幅、同遅延でかつ、逆位相の抑圧信号を生成する少なくとも１つの抑圧信号生成手段と、
   該抑圧信号生成手段において生成された抑圧信号を合成する抑圧信号合成手段と、
   該抑圧合成手段において生成された信号と前記受信信号とを合成する信号合成手段とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたリピータ装置。
4. 前記分配器が前記干渉信号抑圧装置から出力されたデジタル信号のコピーを複数生成することにより、信号を前記増幅器に分配することを特徴とする請求項２に記載されたリピータ装置。
   
   

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