JP2007060212A - 無線通信システムおよびアップリンク用リピータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 送受信信号間の干渉を防止し、携帯端末の高速データ送信時の消費電力を軽減する無線通信システム及びこれに使用するリピータ装置を提供する。
【解決手段】 システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅の一部を用いて携帯端末からリピータへ装置の送信を行い、リピータ装置では携帯端末からのＯＦＤＭ信号をフィルタするバンドパスフィルタを備えたＯＦＤＭ信号受信部で抽出し、ＯＦＤＭ周波数変換部では携帯端末からの送信に用いた周波数領域以外の周波数領域に周波数変換するとともに帯域拡散を行い、周波数選択性フェージングに対して強いＯＦＤＭ信号を生成して基地局に送信する。これにより、携帯端末の送信電力を抑え、アップリンクの高速データ伝送を実現する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、情報端末から基地局への送信時の消費電力を低減する無線通信システム及びこれに使用するアップリンク用リピータ装置に関する。

情報端末（以下、「携帯端末」を例に説明する）と基地局間のデータ通信において、従来、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式は、携帯端末と基地局間のデータ通信において、マルチパス環境に強く、比較的簡単な信号処理で高速データ伝送を実現することが可能な通信方式である。

また、上記ＯＦＤＭ通信方式は、基地局から携帯端末への下りリンクのデータ伝送のための通信方式として有望視されている。

一方、携帯端末から基地局への上りリンクのデータ伝送に適用する場合、ＯＦＤＭ信号は、時間波形の振幅変動が大きく、ピーク・アベレージ・パワーレシオが大きくなるという欠点があり、電波伝搬条件の不良な通信環境、すなわち減衰の大きい条件や信号歪の大きい環境では、消費電力に対する制限の大きい携帯端末には、負担が大きくなるという懸念がある。

さらに、次世代セルラシステムではセルの半径を小さくすることなく、現在のシステムで得られている伝送速度の１００倍もの伝送速度を実現させるという要求があり、送信電力も大きくならざるをえない。

すなわち、携帯端末の送信時の消費電力を抑えつつ、電波伝搬条件の不良な通信環境においても、上りリンク（アップリンク）での高速伝送を実現するという要求に応える必要がある。

上述したような課題を解決する一方法として携帯端末と基地局間で信号を中継するリピータ装置の利用が有効である。

以下、従来のリピータ装置を組み入れた無線通信システムの概要及びそのリピータ装置の動作について簡単に説明する。

図９（ａ）は、従来のリピータ装置を組み入れた無線通信システムにおけるアップリンク伝送の概要を示す図である。

また、図９（ｂ）は、従来のリピータ装置で使用する送受信帯域を示す図である。

図９（ａ）に示すように、携帯端末８０１は、アップリンクのデータを伝送する場合、伝送路８０４を使用してリピータ装置８０２に送信し、受信したリピータ装置８０２は、伝送路８０５を使用して、基地局８０３に送信する。

また、図９（ｂ）に示すように、携帯端末８０１は、このアップリンク用の送信帯域幅８００の全周波数帯域を使用して、リピータ装置８０２にアップリンク信号を送信する。

そして、リピータ装置８０２は、そのまま全周波数帯域を使用して、同様に受信した信号を電力増幅して基地局８０３にアップリンク信号を送信している。

上述したように、携帯端末８０１からの送信信号を電力増幅し、基地局８０３に伝送する中継の役目を果たすリピータ装置８０２を導入することにより、携帯端末８０１とリピータ装置８０２の距離を短くすることが可能なため、携帯端末８０１の送信時の消費電力を抑えることができる。
前山他、「干渉抑圧機能を搭載したＣＤＭＡ用リピータ装置の開発」、電子情報通信学会技報ＳＳＴ２００１−１１０

しかしながら、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）のセルラシステムでは、図９（ｂ）に示すように、リピータ装置８０２は、送受信を同時に同じ周波数を用いて行う必要があるため、送受信の信号干渉により、出力信号が入力側に回り込んで動作が不安定になるという問題がある。

また、上記出力信号の入力側に回り込みを解決するためには、強い指向性アンテナなどを用いて信号を分離する方法があるが、根本的な対策を行うには技術的に困難な面がある。

さらに、上記記載の非特許文献１には、上記問題点を解決するための技術が開示されているが、この非特許文献に開示されている技術では、送受信信号間の干渉除去のための複雑な仕組みが必要である。

そこで、本願発明は、上記問題点に鑑みて提案されたものであって、複雑な構成を必要とせず、送受信号信間の干渉を防止し、携帯端末の送信時の消費電力を軽減するＯＦＤＭ信号を用いたアップリンク用のリピータ装置及び通信システムを提供するものである。

本発明は、上記目的を達成するために、以下に記載する構成を採用するとともに、以下の特徴を備えている。

本発明に係る通信システムは、電波伝搬条件の不良な通信環境において、情報端末からリピータ装置を介して基地局への高速伝送を行う無線通信システムであって、前記情報端末は、前記無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅の一部（第一のアップリンク周波数）または全部を使用して、前記リピータ装置及び前記基地局にアップリンク信号を送信するアップリンク送信手段を備え、また、前記リピータ装置は、前記情報端末の送信手段から送信されるＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ信号受信部と、前記所定の上りリンクの帯域幅のうち、前記情報端末の送信に用いた周波数帯域とは異なる周波数帯域（第二のアップリンク周波数）を使用してＯＦＤＭ信号を前記基地局に送信するアップリンク送信部とを備え、前記電波伝搬条件の不良な通信環境条件下において、前記情報端末が前記アップリンク送信手段により前記基地局に対して制御情報またはトラフィックデータを直接送信するための無線伝送路とは別に、前記リピータ装置に対して、ＯＦＤＭ信号を用いてアップリンクのトラフィックデータを送信するための無線伝送路（第一のアップリンク周波数に対応する無線伝送路）と、前記リピータ装置が、前記情報端末より送信されたＯＦＤＭ信号を周波数変換して、前記アップリンク送信部により、前記基地局に対してアップリンクのトラフィックデータを送信するための無線伝送路（第二のアップリンク周波数に対応する無線伝送路）を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムにおいて、前記第二のアップリンク周波数の帯域幅は前記第一のアップリンク周波数の帯域幅に比較して、広い周波数帯域幅とすることによって、リピータ装置の送信信号は、電波伝搬条件の不良な通信環境においても良好な伝送品質を持たせることを可能とすること特徴とする。

また、本発明に係る通信システムにおいて、前記情報端末は、前記基地局に対して、接続要求の制御情報を前記アップリンク送信手段によって送信し、送信された前記接続要求の制御情報を受信した前記基地局は、前記情報端末と前記基地局間の電波伝搬条件に応じて、前記リピータ装置を用いるアップリンク通信を行うか、あるいは前記情報端末と前記基地局の間で直接アップリンク通信を行うか、の判断を行い、前記リピータ装置を用いるアップリンク通信を行う場合には、前記第一のアップリンク周波数および前記第二のアップリンク周波数の割り当てを行い、前記情報端末に接続許可情報を送信するとともに、前記リピータ装置に対して、使用要求情報（中継要求）及び前記リピータ装置が前記情報端末の信号を中継するために必要な前記第一のアップリンク周波数および前記第二のアップリンク周波数等の制御パラメータを送信し、さらに、前記中継要求を受けた前記リピータ装置は、前記情報端末の信号を中継するために必要な制御パラメータを設定して、中継動作を行うための無線伝送路を確立することを特徴とする。

本発明に係るリピータ装置は、情報端末から基地局へのアップリンク伝送を行う際に用いられるリピータ装置であって、前記情報端末から送信される所定の帯域幅を有するＯＦＤＭ信号に対して不要なノイズ成分および干渉信号成分を除去するバンドパスフィルタを有するＯＦＤＭ信号受信部と、前記所定の帯域幅を有するＯＦＤＭ信号を異なる複数個の周波数領域にシフトして合成することにより、入力信号より広帯域なＯＦＤＭ信号を生成するＯＦＤＭ周波数変換部と、中継動作するために必要なパラメータを設定するとともに装置全体の制御を司る制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るリピータ装置は、前記基地局からの制御情報を受信するダウンリンク受信部と、前記制御情報から前記所定の帯域幅や前記複数個の周波数領域等のパラメータを抽出し、保存する、制御情報記録部を備え、前記制御部は、前記パラメータを前記ＯＦＤＭ信号受信部と前記ＯＦＤＭ周波数変換部に設定し、前記基地局からの制御情報の指示に従うことを特徴とする。

また、本発明に係るリピータ装置は、予め指定した前記情報端末に対して中継動作するために必要な前記パラメータを記録する制御情報記録部を備え、前記制御部は、動作開始時に、前記パラメータを前記ＯＦＤＭ信号受信部及び前記ＯＦＤＭ周波数変換部に設定して、前記予め指定した情報端末の送信信号に対する中継動作を行うことを特徴とする。

また、本発明に係るリピータ装置において、前記ＯＦＤＭ信号受信部で受信される周波数領域は、前記無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅を所定の数で等分割したもののうち、最下位の周波数領域であり、前記ＯＦＤＭ周波数変換部でシフトされる複数個の周波数領域は、第２番目から順に最上位までの周波数領域であることを特徴とする。

また、本発明に係るリピータ装置は、前記第一のアップリンク周波数帯域と前記第二のアップリンク周波数帯域の間に周波数ギャップを設け、受信側の周波数帯域と送信側の周波数帯域が重ならないようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係るリピータ装置において、前記ＯＦＤＭ信号受信部及び前記ＯＦＤＭ周波数変換部は、受信した前記ＯＦＤＭ信号をそのまま取り扱う構成の代わりに、ＦＦＴ及びＩＦＦＴを使用した離散系の構成要素を備え、前記受信したＯＦＤＭ信号を前記ＦＦＴにより各サブキャリア成分を抽出した後、無線伝送路での歪を修正する等化器を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明のアップリンク用リピータ装置によれば、リピータ装置の入力側の周波数である第一のアップリンク周波数と出力側の周波数である第二のアップリンク周波数をシステムで定められた所定の上りリンク帯域幅内で互いに異なるようにすることによって、送受信信号間の干渉を防ぎ、複雑な処理を行うことなくの安定性を向上することが可能となる。これにより、携帯端末の送信電力を低減し、携帯端末の電力消費を軽減することができる。さらに、第二のアップリンク周波数の帯域幅を第一のアップリンク周波数の帯域幅より広くすることによって、電波伝搬条件の良くない環境においてもダイバーシティ効果によって伝送品質を向上することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る通信システム及びこれに使用するリピータ装置の実施形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態の説明＞
図１は、本発明に係る第一の実施形態の無線通信システムにおいてアップリンク用リピータ装置を用いた動作の概要を示す概念図である。

また、図２〜図４は、本発明に係る第１の実施形態のリピータ装置であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表すものとする。

まず、本発明に係る無線通信システムの概念について、図１を用いて、以下に説明する。

図１に示すように、本無線通信システムは、例えば、携帯端末１０４がビル等の公共施設１０２の中にあり、外部の基地局１０１に対して、電波伝搬条件が悪く、携帯端末１０４の送信パワーでは高速のトラフィックデータをアップリンクで送信することが困難である場合において、当該施設内のリピータ装置１０３を経由することにより、携帯端末１０４から基地局１０１へのトラフィックデータの高速伝送を可能とし、また、携帯端末１０４の送信時の消費電力を低く抑えることを可能とするものである。

まず始めに、携帯端末１０４は、低速の制御チャネル信号を使用し、伝送路１０５を介して基地局１０１とのアクセス要求を基地局１０１に伝送する。アクセス要求を受けた基地局１０１は、全体の伝搬損失、トラフィック量から判断し、問題なければ、近隣の適切なリピータ装置１０３を選択し、この選択されたリピータ装置１０３に対して、下りリンクの伝送路１０８を利用して、携帯端末１０４に対する中継要求を伝送する。基地局１０１は、携帯端末１０４に対して伝送路１０６を利用してアクセス許可を送信する。

基地局１０１からのアクセス許可を受信した携帯端末１０４は、上記基地局１０１から制御情報を受信し、携帯端末１０４からリピータ装置１０３への送信に用いる第一のアップリンク周波数等のパラメータ抽出を行い、前記第一のアップリンク周波数を用いて、トラフィックデータのアップリンク伝送を行う。

また、中継要求を受けたリピータ装置１０３は、上記基地局１０１からの制御情報を受信し、携帯端末１０４からリピータ装置１０３への送信に用いる第一のアップリンク周波数およびリピータ装置１０３から基地局１０１への送信に用いる第二のアップリンク周波数等のパラメータ抽出及び設定を行い、携帯端末１０４から基地局１０１へのアップリンクの中継を行う。

このようにして、携帯端末１０４、リピータ装置１０３及び基地局１０１のアップリンクの伝送ルートが確立されて、携帯端末１０４のトラフィックデータは伝送路１０９および伝送路１０７を経て基地局に伝送することができる。

上記手順については、リピータ装置の詳細な動作フローで後述するものとする。

ここで、携帯端末１０４からリピータ装置１０３への伝送において、携帯端末１０４は、後述するように（図３参照）、無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅Ｗを等分割し（例えば、５分割する）、分割した周波数領域の１つ、中心周波数がｆｃ、帯域幅がＷ／５（ｆ₀）の最下位の周波数領域を使用してＯＦＤＭ信号によりデータ伝送を行う。

そして、リピータ装置１０３から基地局１０１への信号伝送において、リピータ装置１０３は、シフト周波数ｆ₁〜ｆ₄を使用して、上記所定の上りリンクの帯域幅Ｗの内、残りの各４つの周波数領域（全体の帯域幅は４／５×Ｗ）に周波数シフトし、それぞれ帯域幅ｆ₀ごとに離れた前記４つの周波数帯域を有する上記ＯＦＤＭ信号を生成し、生成された４つのＯＦＤＭ信号を合成・増幅して基地局１０１にデータ伝送する。

これにより、携帯端末１０４は高速なトラフィックデータを小さな送信電力でリピータ装置１０３に送信し、リピータ装置によって大きな送信電力とフェージング耐性を持った信号に変換して、基地局１０１に送信することができる。

また、本リピータ装置を用いるシステムでは、上記説明したように、携帯端末の送信帯域を従来技術のようにシステムで定められる所定の周波数帯域全体を使用せずに、リピータの入力側の周波数領域と送信側の周波数領域を異なるようにすることによって、送受信信号間の干渉を防ぐとともに、携帯端末１０４の送信帯域幅を許容の通信速度を確保する程度に狭めて送信時の電力消費の低減を図っている。さらに、リピータ装置１０３の送信帯域幅を携帯端末１０４の送信帯域幅より広くすることにより、リピータ装置１０３と基地局１０１の間の無線伝送路におけるフェージングへの耐性を高めることができる。

本実施形態では、無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅を、携帯端末１０４からリピータ装置１０３への送信に用いる第一のアップリンク周波数と、リピータ装置１０３から基地局１０１への送信に用いる第二のアップリンク周波数に分割したが、前記所定の上りリンクの帯域幅の全てが必ずしも前記携帯端末に関する第一のアップリンク周波数と第二のアップリンク周波数に割り当てられる必要はなく、前記帯域幅のうち別の部分は同時に他の情報端末に割り当てて使用することも可能である。

次に、本実施形態のリピータ装置１０３の構成および動作について説明する。

図２は、本実施形態のリピータ装置１０３のブロック図である。

また、図３は、本実施形態のリピータ装置で使用する入力側の周波数帯域幅及び出力側の周波数帯域幅の関係を示す図である。

図２によれば、本実施形態のリピータ装置１０３は、携帯端末１０４からの送信波を受ける受信アンテナ２００と、帯域幅が無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅Ｗを所定数に分割した帯域幅（上述したように、Ｗを５分割したもの、すなわちＷ／５）、中心周波数がｆｃであるバンドパスフィルタを備えるＯＦＤＭ信号受信部２０２と、残りの４Ｗ／５の帯域幅を使用して、ＯＦＤＭ信号から複数個の異なる周波数領域にシフトして合成するＯＦＤＭ周波数変換部２０３と、この変換されたＯＦＤＭ信号を増幅し送信するアップリンク送信部２０５と、増幅した信号を電波として送信するとともに基地局からの信号を受信する送受信アンテナ２０１と、基地局からの制御信号を受信するダウンリンク受信部２０８と、受信した制御信号から制御情報を抽出し保存する制御情報記録部２０６、制御情報記録部２０６に記録された前記第一のアップリンク周波数や前記第二のアップリンク周波数等のパラメータを前記ＯＦＤＭ信号受信部２０２やＯＦＤＭ周波数変換部２０３に供給するとともに、リピータ装置全体の制御を行う制御部２０７と、を備えて構成される。

次に、ＯＦＤＭ信号受信部２０２およびＯＦＤＭ周波数変換部２０３の動作について図２及び図３を用いて説明する。

図３に示すように、ＯＦＤＭ信号受信部２０２の入力側には、携帯端末１０４から、上述したように無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅Ｗの５分の１の受信帯域幅ｆ₀を使用して生成されたＯＦＤＭ信号が入力される。ＯＦＤＭ信号受信部２０２は、入力したＯＦＤＭ信号を一旦、受信帯域幅がｆ₀、中心周波数がｆｃであるバンドパスフィルタに通過させて、この帯域幅以外の余分な周波数成分を除去する。

さらに、ＯＦＤＭ周波数変換器２０３は、上記バンドパスフィルタを通過して得られる中心周波数がｆｃであるＯＦＤＭ信号（帯域幅ｆ₀）と中心周波数がｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆ₄であるキャリアとを乗算することによって、入力側の受信中心周波数ｆｃをそれぞれｆ₁＋ｆｃ、ｆ₂＋ｆｃ、ｆ₃＋ｆｃ、ｆ₄＋ｆｃに周波数シフトする。これら周波数シフトされた４つの帯域幅に含まれるＯＦＤＭ信号を合成器２０４により合成して、周波数変換されたＯＦＤＭ信号を生成する。

このように、入力側の受信帯域幅ｆ₀を有するＯＦＤＭ信号は、それぞれ周波数がｆ₀だけ離れた４つ周波数領域に振り分けられて合成されるため、高い周波数ダイバーシティ特性を持ち、周波数選択性フェージングに対して強い信号となる。

また、図３に示すように、入力側の受信帯域ｆ₀と最下位の中心周波数（シフト周波数）であるｆ₄による送信帯域間に、中心周波数ｆ₄を調節することによって、周波数ギャップＧｆを設け、送受信間の周波数分離を容易にすることもできる。

このように、上述したように、リピータ装置１０３より送信されるＯＦＤＭ信号は、周波数選択性フェージングに対して強い信号となり、リピータ装置に入力される信号と使用周波数を変えることにより、出力側から入力側への干渉による不安定性を解消することが可能となる。携帯端末１０４は少ない消費電力で高速のトラフィックデータをアップリンクで送信することが可能となる。

次に、図２で示した直接、ＯＦＤＭ信号をキャリア周波数によりシフトするように構成したリピータ装置１０３のＯＦＤＭ信号受信部２０２とＯＦＤＭ周波数変換部２０３に代わる構成例について図４を用いて説明する。

図４（ａ）は、ＯＦＤＭ信号受信部２０２に代わるブロック図であり、（ｂ）は、ＯＦＤＭ周波数変換部２０３に代わるブロック図である。

図４（ａ）及び（ｂ）は、通常のＯＦＤＭ信号を送受信する受信機，送信機の構成とほぼ同じであり、この構成を本実施形態のリピータ装置のＯＦＤＭ信号受信部２０２及びＯＦＤＭ周波数変換部２０３に応用したものである。

以下に、ＯＦＤＭ信号受信部２０２ａ及びＯＦＤＭ周波数変換部２０３ａの動作について簡単に説明する。

携帯端末１０４からのＯＦＤＭ信号を受信したＯＦＤＭ信号受信部２０２ａでは、「ＲｅｍｏｖｅＧＩ」ブロック４０１により、タイミング検出器４００の制御の下、ＯＦＤＭシンボルすなわちＦＦＴ処理単位の切り出しが行われ、切り出されたＯＦＤＭシンボルは、Ｓ／Ｐ変換器４０２によりシリアルデータからパラレルデータに変換された後、高速フーリエ変換部（以下、「ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）」と呼ぶ）４０３によって、ＦＦＴ処理されて各サブキャリア成分が抽出される。抽出された各サブキャリア成分は、等化器４０４により伝送路中で伝搬する際等で生じた周波数の歪が修正されて、ＯＦＤＭ周波数変換部２０３ａに入力される。

ＯＦＤＭ周波数変換部２０３ａでは、各サブキャリア成分に対応するバッファ４０５に蓄えられた後、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ））という）４０６により逆ＦＦＴされ、パラレル／シリアル変換部（Ｐａｒａｌｌｅｌ／Ｓｅｒｉａｌ）４０７によって時間信号列に変換される。さらに、「ＡｄｄＧＩ」ブロック４０８でガードインターバルＧＩが追加されて、ダイバーシティ効果を有するＯＦＤＭ信号となり、基地局１０１に対して送信される。

この場合、ＯＦＤＭ周波数変換部２０２ａの等化器４０４から出力されるキャリア成分は、２０３ａにおいて４つの異なる周波数領域ｆ₁〜ｆ₄に対応するバッファ４０５に入力されて、４０６においてまとめてＩＦＦＴ処理される。これにより、帯域幅ｆ₀の等化器出力信号はそれぞれの周波数領域にシフトされ、合成されてＩＦＦＴ処理された信号となる。ＩＦＦＦＴ処理された信号は、４０７においてＰ／Ｓ変換により時間系列の信号となり「ＡｄｄＧＩ」ブロック４０８でＧＩが追加されてＯＦＤＭ信号となる。

このようにして、前述したＯＦＤＭ周波数変換部２０３と同様に、入力側のＯＦＤＭ信号の周波数帯域と出力側のＯＦＤＭ信号の周波数帯域が異なるとともに、ダイバーシティ効果を持たせることが可能である。

また、図４の構成では、ＦＦＴ４０３とＩＦＦＴ４０６との間に等化器４０４およびバッファ４０５を入れることができるため、携帯端末とリピータ装置間の伝送路における歪を周波数領域で等化して広帯域に拡散することが可能であり、携帯端末と基地局間のトータルの通信路品質を高めることが可能となる。

次に、本実施形態に係るリピータ装置を含むアップリンク伝送の動作フローについて図５を用いて説明する。

携帯端末１０４は、アップリンク伝送路１０５を介して、上りリンクのアクセス要求を基地局１０１に対して送信する（ステップＳ１０）。

次に、携帯端末１０４からのアクセス要求を受けた基地局１０１は、伝搬損失等の測定を行い、携帯端末近隣の適切なリピータ装置を探して、選択し（ステップＳ１１）、アップリンクのアクセス許可を携帯端末１０４に対して、ダウンリンクの伝送路１０６を介して送信する（ステップＳ１２）。

さらに、基地局１０１は、選択したリピータ装置に対して、ダウンリンクの伝送路１０８を介して中継要求を送信する（ステップＳ１３）。

さらに、基地局１０１は、リピータ装置を用いるアップリンク伝送に使用されるパラメータを含む制御情報を送信し（ステップＳ１４）、携帯端末１０４およびリピータ装置１０３で受信する（ステップＳ１５、Ｓ１６）。

リピータ装置１０３は、受信した制御情報からリピータ動作に必要なタイムスロット、携帯端末１０４からリピータ装置１０３へのアップリンク伝送に使用する受信帯域幅ｆ₀、リピータ装置から基地局へのアップリンク伝送に使用するシフト周波数ｆ₁〜ｆ₄等の各パラメータを取得する（ステップＳ１６）。

このように、取得した各パラメータは、リピータ装置の制御部２０７によって、ＯＦＤＭ信号受信部２０２およびＯＦＤＭ周波数変換部２０３に設定されて、新たな伝送路１０７、１０９が使用可能となる。

携帯端末１０４は伝送路１０９を介して、アップリンクのトラフィックデータをリピータ装置１０３に送信し（ステップＳ１７）、リピータ装置１０３において周波数変換されたＯＦＤＭ信号が伝送路１０７を介して基地局１０１に送信される（ステップＳ１８）。リピータ装置１０３より送信されたアップリンク信号は基地局１０１によって受信され、トラフィックデータが再生される（ステップＳ１９）。

さらに、次のアップリンク伝送に使用されるパラメータを含む制御情報が基地局１０１から送信され（ステップＳ２０）、携帯端末１０４及びリピータ装置１０３で受信される（ステップＳ２１，Ｓ２２）。ここで、リピータ装置１０３は、受信された制御情報に基づいて、常時、適切な動作状態を保持する。

＜第２の実施形態の説明＞
図６は、本発明に係る第２の実施形態の無線通信システムにおいてアップリンク用リピータ装置を用いた動作の概要を示す概念図である。

図６に示される本実施形態のシステムでは、図１に示した基地局１０１からリピータ装置１０３へのダウンリンク伝送路１０８がない構成であり、それ以外のシステム構成要素は、第１の実施形態と同じである。

本実施形態のＯＦＤＭアップリンクのためのリピータ装置６００は、特定の携帯端末に対してのみ動作するように第１の実施形態のリピータ装置で行う制御情報の設定を事前に行うリピータ装置であり、基地局からの指令に基づかないノンインテリジェント・リピータ装置である。例えば、住宅内に設置され、個人的な用途に使用されるものと考えられる。また、第１の実施形態のリピータ装置と同様に、非常に電波の状況が悪く、低送信電力では、建物の内部からの高速データ伝送が困難である場合に適用することが考えられる。

図７は本実施形態のリピート装置６００のブロック図である。

図７に示される本実施形態のＯＦＤＭアップリンクのためのリピータ装置６００は、図２に示す構成から、基地局からの制御情報を受信するダウンリンク受信部２０８がない構成となっている。制御情報記録部２０６にはあらかじめ情報端末から送信される周波数および基地局に送信すべき周波数等に関する情報が保存されている。これらのパラメータは、必ずしも固定値である必要は無く、あらかじめ決められた規則に従って算出されるものであっても構わない。例えば、情報端末から送信されるプリアンブルパターンに応じて、第二のアップリンク周波数が決定されるかもしれない。これによって、基地局からの制御信号を受信するダウンリンク受信機能を省略することが可能となり、安価な装置を実現することが可能となる。さらに、アンテナ２０１ａは送信用となる。これら以外の構成要素は、全て同じである。

従って、本実施形態のリピータ装置６００は、上記したように基地局１０１からの指示を受けて動作するものではなく、あくまでも、上述したように特定の携帯端末１０４に対してのみ動作するものであり、特定の携帯端末に係わる制御情報等は予め制御情報記録部２０６に記憶されている。動作開始状態となった場合に、制御部２０７は、この事前に記録されている制御情報を読み出し、ＯＦＤＭ信号受信部２０２及びＯＦＤＭ周波数変換部２０３に対して、各パラメータを設定する。

次に、本実施形態に係るＯＦＤＭアップリンクのためのリピータ装置を含むアップリンク・システムの動作フローについて図８を用いて説明する。

まず、携帯端末１０４は、上りリンクのアクセス要求を送信するとともに、リピータ装置６００を使用する旨の通知を行う（ステップＳ５１）。上りリンクのアクセス要求を受けた基地局１０１は、携帯端末１０４にアクセス許可、その他制御情報であるタイムスロット、サブキャリア割当て等の情報を携帯端末１０４に通知する（ステップＳ５２）。

携帯端末１０４は、アクセス許可および制御情報を受信しリピータを用いたアップリンク伝送の準備を行う（ステップＳ５３）。

一方、リピータ装置６００は、例えば、電源投入と同時に、特定の携帯端末の設定、端末固有のプリアンブルの設定を行い、ＯＦＤＭ信号から周波数変換ＯＦＤＭ信号の変換を行う準備を行う（ステップＳ５０）。

このようにして、アップリンクのデータ伝送路１０７および１０９が確立される。

携帯端末１０４は伝送路１０９を介して、アップリンクのトラフィックデータをリピータ装置６００に送信し（ステップＳ５４）、リピータ装置６００において周波数変換されたＯＦＤＭ信号が伝送路１０７を介して基地局１０１に送信される（ステップＳ５０）。リピータ装置６００より送信されたアップリンク信号は基地局１０１で受信され、トラフィックデータが再生される（ステップＳ５５）。

さらに、次のアップリンク伝送のためのパラメータを含む制御情報が基地局１０１より送信され（ステップＳ５６）、携帯端末１０４は、制御情報を受信して次のアップリンク伝送の準備を行う（ステップＳ５７）。

以上説明したように、携帯端末の送信時の消費電力を抑え、高速伝送を確保しつつ、周波数選択性フェージングに強いアップリンクの伝送を可能とするシステム及び本システムを構築することが可能なリピータ装置を提供することができる。

尚、本発明のアップリンク用リピータ装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

また、本発明はアップリンクの伝送に用いるリピータ装置に関連するものであるが、これはダウンリンクにはリピータを用いないということを意味するものではない。本発明のアップリンクのリピータ機能に加えて、ダウンリンクのリピータ機能を併せ持ったリピータ装置も実現可能である。また双方向のリピータ機能を持ったリピータ装置を用いるシステムに対しても、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

第１の実施形態に係るアップリンク用リピータ装置を用いた無線通信システムの概要を示す概念図である。 第１の実施形態に係るリピータ装置のブロック図である。 第１の実施形態に係るリピータ装置で使用する入出力の帯域幅の関係を示す図である。 ＯＦＤＭ信号受信部２０２に代わるブロック図であり、（ｂ）は、ＯＦＤＭ周波数変換部２０３に代わるブロック図である。 第１の実施形態に係るアップリンク用リピータ装置を用いた無線通信システムの動作を示すフロー図である。 第２の実施形態に係るアップリンク用リピータ装置を用いた無線通信システムの概要を示す概念図である。 第２の実施形態に係るリピータ装置のブロック図である。 第２の実施形態に係るアップリンク用リピータ装置を用いた無線通信システムの動作を示すフロー図である。 （ａ）は、従来のリピータ装置を組み入れた通信システムの概要を示す図である。（ｂ）は、従来のリピータで使用する送受信帯域を示す図である。

符号の説明

１００ 公衆網
１０１ 基地局
１０２ 公共内施設
１０３、６００ リピータ装置
１０４ 携帯端末
１０５ 携帯端末から基地局へのアップリンク伝送路
１０６ 基地局から携帯端末へのダウンリンク伝送路
１０７ リピータ装置から基地局へのアップリンク伝送路
１０８ 基地局からリピータ装置への制御情報のダウンリンク伝送路
１０９ 携帯端末からリピータ装置への伝送路
２００ 受信アンテナ
２０１ 送受信アンテナ
２０１ａ 送信アンテナ
２０２，２０２ａ ＯＦＤＭ信号受信部
２０３，２０３ａ ＯＦＤＭ周波数変換部
２０４ 合成器
２０５ アップリンク送信部
２０６ 制御情報記録部
２０７ 制御部
２０８ ダウンリンク受信部
４００ タイミング検出器
４０１ ＧＩ除去部
４０２ Ｓ／Ｐ
４０３ ＦＦＴ
４０４ 等化器
４０５ バッファ
４０６ ＩＦＦＴ
４０７ Ｐ／Ｓ
４０８ ＧＩ付加部
６０１ 住宅
８００ アップリンクに割り当てられる周波数帯域幅
８０１ 携帯端末
８０２ リピータ装置
８０３ 基地局
８０４ 携帯端末からリピータ装置へのアップリンク伝送路
８０５ リピータ装置から基地局へのアップリンク伝送路

Claims (9)

1. 電波伝搬条件の不良な通信環境において、情報端末からリピータ装置を介して基地局への高速データ伝送を行う無線通信システムであって、
   前記情報端末は、前記無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅の一部または全部を使用して、前記リピータ装置及び前記基地局にアップリンク信号を送信するするアップリンク送信手段を備え、
   また、前記リピータ装置は、前記情報端末の送信手段から送信されるＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ信号受信部と、前記所定の上りリンクの帯域幅のうち、前記情報端末の送信に用いた周波数帯域とは異なる周波数帯域を使用してＯＦＤＭ信号を前記基地局に送信するアップリンク送信部とを備え、
   前記電波伝搬条件の不良な通信環境条件下において、さらに、前記情報端末が、前記アップリンク送信手段により前記基地局に対して制御情報またはトラフィックデータを直接送信するための無線伝送路とは別に、前記リピータ装置に対して、ＯＦＤＭ信号を用いてアップリンクのトラフィックデータを送信するための無線伝送路と、
   前記リピータ装置が、前記情報端末より送信されたＯＦＤＭ信号を周波数変換して、前記アップリンク送信部により、前記基地局に対して、アップリンクのトラフィックデータを送信するための無線伝送路と、
   を設けたことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記リピータ装置のアップリンク送信部から送信される信号の周波数帯域幅は、前記リピータ装置のＯＦＤＭ信号受信部で受信する信号の周波数帯域幅より広いことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記情報端末は、前記基地局に対して、接続要求の制御情報を前記アップリンク送信手段によって送信し、
   送信された前記接続要求の制御情報を受信した前記基地局は、前記情報端末と前記基地局間の電波伝搬条件に応じて、前記リピータ装置を用いるアップリンク通信を行う場合には、前記情報端末に接続許可情報を送信するとともに、前記リピータ装置に対して、使用要求情報及び前記リピータ装置で中継動作するために必要な制御パラメータを送信し、
   さらに、前記使用要求情報を受けた前記リピータ装置は、前記中継動作するために必要な制御パラメータを設定することによって、前記情報端末からの信号を受信して前記基地局に対して送信する無線伝送路を確立すること特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
4. 情報端末から基地局へのアップリンク伝送を行う際に用いられるリピータ装置であって、
   前記情報端末から送信される所定の帯域幅を有するＯＦＤＭ信号に対して不要なノイズ成分および干渉信号成分を除去するバンドパスフィルタを有するＯＦＤＭ信号受信部と、
   前記所定の帯域幅を有するＯＦＤＭ信号を異なる複数個の周波数領域にシフトして合成することにより、入力信号より広帯域なＯＦＤＭ信号を生成するＯＦＤＭ周波数変換部と、
   中継動作するために必要なパラメータを設定するとともに装置全体の制御を司る制御部と、
   を備えたことを特徴とするリピータ装置。
5. 前記基地局からの制御情報を受信するダウンリンク受信部と、
   前記制御情報から前記所定の帯域幅や前記複数個の周波数領域等のパラメータを抽出し、保存する、制御情報記録部と、を備え、
   前記制御部は、前記パラメータを前記ＯＦＤＭ信号受信部と前記ＯＦＤＭ周波数変換部に設定し、前記基地局からの制御情報の指示に従うことを特徴とする請求項４に記載のリピータ装置。
6. 予め指定した前記情報端末に対して中継動作するために必要な前記パラメータを記録する制御情報記録部を備え、
   前記制御部は、動作開始時に、前記パラメータを前記ＯＦＤＭ信号受信部及び前記ＯＦＤＭ周波数変換部に設定して、前記予め指定した情報端末の送信信号に対する中継動作を行うことを特徴とする請求項４に記載のリピータ装置。
7. 前記ＯＦＤＭ信号受信部で受信処理される周波数領域は、前記無線通信システムで定められる所定の上りリンクの帯域幅を所定の数で等分割したもののうち、最下位の周波数領域であり、
   前記ＯＦＤＭ周波数変換部でシフトされる複数個の周波数領域は、第２番目から順に最上位までの周波数領域であることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のリピータ装置。
8. 前記ＯＦＤＭ信号受信部で受信される周波数帯域と、前記ＯＦＤＭ周波数変換部でシフトされる周波数帯域との間に周波数ギャップを設け、受信側の周波数帯域と送信側の周波数帯域が重ならないようにしたことを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のリピータ装置。
9. 前記ＯＦＤＭ信号受信部及び前記ＯＦＤＭ周波数変換部は、受信した前記ＯＦＤＭ信号をそのまま取り扱う構成の代わりに、ＦＦＴ及びＩＦＦＴを使用した離散系の構成要素を備え、
   前記受信したＯＦＤＭ信号を前記ＦＦＴにより各サブキャリア成分を抽出した後、無線伝送路での歪を修正する等化器を備えたことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載のリピータ装置。

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