JP2007068192A - 無線中継増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中継すべき信号が存在しない場合に信号中継を停止することが可能であり、かつ、増幅器の利得変更制御を必須とせず、中継すべき無線信号の有無の判定精度を向上させる。
【解決手段】リピータ装置１は、基地局の送信信号を基地局側アンテナ１０によって受信し、アンテナ１０による受信信号を増幅器１４によって増幅した後に移動局側アンテナ１１から移動局に向けて出力する。信号検出部１７は、基地局側アンテナ１０によって受信された信号中に基地局が送出するダウンリンク信号（中継対象信号）が含まれるか否かを、増幅器１４の出力信号に基づいて検出する。スイッチ１６は、信号検出部１７が出力する制御信号Ｓ１に応じて動作し、ダウンリンク信号が検出された場合に増幅器１４とアンテナ１１の間を電気的に接続し、ダウンリンク信号が検出されない場合に増幅器１４とアンテナ１１の間を電気的に切断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＳ−ＣＤＭＡ方式の移動体通信システムなどで使用され、受信した無線信号の中継増幅を行う無線中継増幅装置に関する。

無線通信システムでは、中継元の無線通信局から信号を受信し、受信した信号を増幅して中継先の無線通信局に送信する無線中継増幅装置（以下、リピータ装置と呼ぶ）が用いられている。例えば、移動体通信システムでは、基地局（ＢＳ：Base station）と移動局（ＭＳ：Mobile Station）の間で無線信号を中継増幅するリピータ装置を設置することによって、基地局からの電波が届きにくい地域（いわゆる不感地域）の通信環境を改善し、新規に基地局を建設することなく基地局のカバーエリアを拡大することができる。

一般的なリピータ装置は、近くに基地局が存在しない場合などの中継すべき無線信号が存在しない場合においても中継増幅動作を継続しており、バックグラウンドノイズを増幅して送信アンテナから送信している。このため、リピータ装置の送出する無線信号が、リピータ装置の近辺に存在する他の無線システムの妨害波となるおそれがある。例えば、基地局建設前にリピータを設置する場合や、基地局の送信装置の故障などにより正常な信号が送信されない場合に問題となる。

特許文献１には、リピータ装置の消費電力の削減を目的として、中継すべき信号が存在しないときには増幅器の動作電力を減少させるリピータ装置が開示されている。具体的には、特許文献1に開示されたリピータ装置は、中継元の無線通信局から送信された無線信号を受信し、受信信号を増幅器によって増幅した後に中継先の無線通信局に送信するものであり、増幅器に入力される前の受信信号の信号電力が所定の閾値レベルに比べて小さい場合に、信号増幅用の増幅器の動作電力を減少させたり、動作電力をゼロにしたりする。つまり、特許文献１に開示されたリピータ装置は、増幅器への入力信号の信号電力に応じて、増幅器の利得を変更する構成を採用している。
特開２０００−８２９８３号公報

上述したように、特許文献１に開示されたリピータ装置は、増幅器に対する入力信号の信号電力に応じて、増幅器の利得を変更する構成を採用する。しかしながら、このような構成には以下に述べる問題がある。第１に、増幅器の利得を変更する制御機構が必ず必要であるため、リピータ装置の低コスト化を図ることが困難である。第２に、増幅前の受信信号に基づいて中継すべき信号の有無を判定するため、リピータ装置が基地局から受信する受信信号の信号電力が小さい場合に、中継すべき信号の有無を誤判定しやすいことが懸念される。

本発明は、上述した問題を考慮してなされたものであり、中継すべき信号が存在しない場合に信号中継を停止することが可能であり、かつ、増幅器の利得変更制御を必須とせず、中継すべき無線信号の有無の判定精度を向上させたリピータ装置を提供することを目的とする。

本発明にかかるリピータ装置は、無線信号を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナによって受信された信号を増幅する増幅器と、前記増幅器によって増幅された信号を中継先の無線通信局に向けて出力する送信アンテナと、前記受信アンテナによって受信された信号に中継元の無線通信局より送信された中継対象信号が含まれるか否かを、前記増幅器の出力信号に基づいて検出する検出部と、前記検出部の検出結果に応じて前記増幅器と前記送信アンテナの間の電気的な接続を制御する制御手段とを備える。さらに、前記制御手段は、前記中継対象信号が検出されない場合には、前記中継対象信号が検出される場合に比べて前記増幅器から前記送信アンテナに入力される信号の信号電力を減衰させるものである。

このような構成により、前記中継対象信号が検出された場合には前記増幅器によって増幅された信号を前記送信アンテナから出力し、前記中継対象信号が検出されない場合には前記送信アンテナからの前記増幅された信号の出力を停止することができる。

さらに、上述した本発明にかかるリピータ装置は、前記増幅器によって増幅された信号に基づいて前記中継対象信号の存在を検出するため、前記受信アンテナにより受信される受信信号の信号電力が非常に小さい場合にも、前記中継対象信号の有無の判定に必要な信号電力を得ることができる。このため、増幅前の受信信号の信号レベルによって前記中継対象信号の有無を判定する構成に比べて、前記中継対象信号の有無の判定精度を向上させることができる。

さらに、上述した本発明にかかるリピータ装置は、前記増幅器と前記送信アンテナとの間の電気的な接続を制御することによって信号中継を停止することができるため、前記増幅器の利得変更制御を行うことは必須ではない。したがって、例えば、前記増幅器を利得が実質的に一定である固定利得増幅器とすることができ、利得変更制御が不要な簡易な構成を採用することができる。

上述した本発明にかかるリピータ装置において、前記制御手段は、前記増幅器と前記送信アンテナの間の配線上に設けられ、前記検出部から出力される制御信号に応じて前記増幅器と前記送信アンテナの間を電気的に接続又は切断するスイッチ回路を備えてもよい。

上述した本発明にかかるリピータ装置において、前記検出部は、前記増幅器の出力信号電力が所定の閾値を上回る場合に、前記受信アンテナによって受信された信号に前記中継対象信号が含まれると判定するよう構成してもよい。

さらに、上述した本発明にかかるリピータ装置において、前記中継対象信号が直接拡散方式によって拡散変調されたパイロット信号を含む場合には、前記検出部は、前記パイロット信号に対応する逆拡散処理を前記増幅部の出力信号に対して実行し、逆拡散後の信号にパイロット信号が含まれるか否かによって前記中継対象信号の検出を行うよう構成してもよい。このような構成により、逆拡散処理による処理利得が得られるため、前記中継対象信号の周波数帯域に妨害波が存在する場合における前記検出部の誤検出を抑制することができる。

本発明により、中継すべき無線信号が存在しない場合に信号中継を停止することが可能であり、かつ、無線信号の増幅を行う増幅器の利得変更制御を必須とせず、中継すべき無線信号の有無の判定精度を向上させたリピータ装置を提供することができる。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。

発明の実施の形態１．
本実施の形態にかかるリピータ装置１は、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の無線通信システムにおいて、基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）の間の信号中継を行う装置である。リピータ装置１の構成を図１に示す。基地局から移動局に向かうダウンリンクの信号中継を行う場合、リピータ装置１は、基地局の送信信号を基地局側アンテナ１０によって受信し、受信した信号を増幅器１４によって増幅した後に移動局側アンテナ１１より送信する。一方、移動局から基地局に向かうアップリンクの信号中継を行う場合、リピータ装置１は、移動局の送信信号を移動局側アンテナ１１によって受信し、受信した信号を増幅器１５によって増幅した後に基地局側アンテナ１０より送信する。以下では、図１に示した各構成要素について説明する。

図１において、基地局側アンテナ１０は、基地局から送信された信号の受信と、基地局への信号送信を行うアンテナである。また、移動局側アンテナ１１は、移動局への信号送信と、移動局から送信された信号の受信を行うアンテナである。

デュプレクサ１２は、基地局側アンテナ１０を送信及び受信で共用するために設けられている。具体的には、基地局側アンテナ１０によって受信されたダウンリンクの周波数帯域（Ｗ−ＣＤＭＡでは２．１ＧＨｚ帯）の信号を増幅器１４へ分配する。また、増幅器１５から入力されるアップリンクの周波数帯域（Ｗ−ＣＤＭＡでは１．９ＧＨｚ帯）の信号を基地局側アンテナ１０に出力する。

デュプレクサ１３は、移動局側アンテナ１１を送信及び受信で共用するために設けられている。具体的には、移動局側アンテナ１１によって受信されたアップリンクの周波数帯域の信号を増幅器１５へ分配する。また、増幅器１４からスイッチ１６を介して入力されるダウンリンクの周波数帯域の信号を移動局側アンテナ１１に出力する。

増幅器１４は、ダウンリンクの周波数帯域において電力増幅を行う増幅器であり、デュプレクサ１２から入力される信号の信号電力を増幅して出力する。また、増幅器１５は、アップリンクの周波数帯域において電力増幅を行う増幅器であり、デュプレクサ１３から入力される信号の信号電力を増幅して出力する。

スイッチ１６は、増幅器１４とデュプレクサ１３の間を接続するための配線上に設けられており、後述する信号検出部１７から出力されるスイッチ制御信号Ｓ１に応じて増幅器１４と移動局側アンテナ１１の間を電気的に接続又は切断する回路である。つまり、スイッチ１６は、増幅器１４と移動局側アンテナ１１の間の電気的な接続状態を制御する回路である。

信号検出部１７は、移動局に向けて中継すべき信号、つまり基地局から送信されるダウンリンク信号の有無を増幅器１４の出力信号を用いて判定し、中継すべきダウンリンク信号が存在しない場合には、増幅器１４の出力信号が移動局側アンテナ１１から送出されないようにスイッチ１６を開放する。なお、信号検出部１７によるスイッチ１６の制御は、スイッチ制御信号Ｓ１により行われる。

ダウンリンク信号の有無を増幅器１４の出力信号によって判定する簡便な構成の１つは、増幅器１４を利得が実質的に一定である固定利得増幅器とし、増幅器１４の出力信号の信号電力を所定の閾値レベルと比較する構成である。このような構成において、増幅器１４の出力信号電力が所定の閾値より大きい場合には、スイッチ１６を閉じて増幅器１４の出力信号をデュプレクサ１３及び移動局側アンテナ１１に出力し、増幅器１４の出力信号電力が所定の閾値より小さい場合には、スイッチ１６を開放して増幅器１４とデュプレクサ１３の接続を遮断すればよい。

しかしながら、上述した簡便な構成では、中継すべきダウンリンク信号の有無の判定精度が低いという問題がある。例えば、ダウンリンクの周波数帯域に妨害波が存在する場合には、妨害波が増幅されることによって増幅器１４の出力信号電力が閾値レベルを超えて大きくなり、中継すべきダウンリンク信号が存在しないにもかかわらず中継処理を実行してしまう可能性がある。このような誤動作を防止するため、基地局から送信される信号に対応した逆拡散処理を増幅器１４の出力信号に行った後に、逆拡散後の信号を用いてダウンリンク信号の有無を判定することが望ましい。具体的には、基地局から常時送信されているパイロット信号を復調するための逆拡散処理を行えばよい。

図２は、基地局から送信されるパイロット信号を用いてダウンリンク信号の有無を判定するための信号検出部１４の構成例を示している。図２において、ミキサ１４０、局部発振器１４１及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４２は、増幅器１４から入力されたＲＦ（Radio Frequency）信号をＩＦ（Intermediate Frequency）信号にダウンコンバートするために設けられている。つまり、入力されたＲＦ信号とローカル発振器１４１によって生成される信号とがミキサ１４０によって乗算され、ミキサ１４０の出力信号がＬＰＦ１４２によって帯域選択されて出力される。

ＣＰＩＣＨ逆拡散部１４３は、ＬＰＦ１４２からＩＦ信号を入力し、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ：Common Pilot Channel）に対応した逆拡散処理を実行する。なお、ＣＰＩＣＨは、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の基地局から送信されるパイロット信号である。ＣＰＩＣＨ逆拡散部１４３には、例えば、アナログマッチドフィルタを使用することができ、又は、Ａ／Ｄ変換後のＩＦ信号を入力することによってデジタルマッチフィルタを使用することができる。拡散符号発生部１４４は、基地局においてＣＰＩＣＨの拡散処理に使用される拡散符号（具体的には、チャネライゼーションコード及びスクランブルコード）と共通の拡散符号をＣＰＩＣＨ逆拡散部１４３に出力する。

信号レベル判定部１４５は、ＣＰＩＣＨ逆拡散部１４３における逆拡散処理によって狭帯域化された信号の信号電力を所定の閾値と比較し、比較結果に応じてスイッチ制御信号Ｓ１を出力する。具体的には、逆拡散処理後の信号電力が所定の閾値より大きい場合にスイッチ１６を閉じ、所定の閾値より小さい場合にスイッチ１６を開放するようスイッチ制御信号Ｓ１を出力する。

なお、信号レベル判定部１４５に適用する閾値は、ＣＰＩＣＨの逆拡散による処理利得を考慮した電力レベルに設定することが望ましい。つまり、ＣＰＩＣＨに対応する拡散符号を用いた逆拡散を行うことで、ＣＰＩＣＨ以外の妨害波の信号電力は平均的に拡散率（Spread Factor）分の１に低減される。このため、中継すべきダウンリンク信号の有無を逆拡散後のＣＰＩＣＨの有無によって判定することにより、ダウンリンクの周波数帯域に妨害波が存在する場合の誤判定を抑制することができる。

上述したように、本実施の形態にかかるリピータ装置１は、増幅器１４によって増幅された信号を用いて中継すべきダウンリンク信号の有無を判定している。これにより、リピータ装置１が基地局から受信する受信信号の信号電力が非常に小さい場合にも、ダウンリンク信号の有無の判定に必要な信号電力を得ることができる。このため、増幅前の受信信号の信号レベルによって中継すべき信号の有無を判定する構成に比べて、中継すべき信号の有無の判定精度を向上させることができる。

また、リピータ装置１は、中継すべき信号が存在しない場合に、増幅器１４と移動局側アンテナ１１との間の接続を遮断する構成としたため、増幅器１４の動作を停止せずにダウンリンク方向の信号中継を停止することができる。つまり、リピータ装置１は、増幅器１４の利得変更制御を必須としていないため、一定利得の増幅器を用いた簡便な構成を採用して低コスト化を図ることができる。また、特許文献１に開示されたリピータ装置のように、受信信号の信号レベルに応じて増幅器の利得変更を行う構成を採用すると、受信信号の信号レベル変動が頻繁に発生した場合に増幅器の動作が不安定になることや、増幅器の利得変更が受信信号の信号レベル変動に十分に追随できないことが懸念されるが、一定利得の増幅器を用いた簡便な構成を採用することにより、このような問題を解消できる。

その他の実施の形態．
上述したリピータ装置１は、増幅器１４と移動局側アンテナ１１の間の電気的な接続状態を制御する回路として、制御信号Ｓ１に応じて動作するスイッチ１６を用いたが、増幅器１４と移動局側アンテナ１１の間の電気的な接続状態を制御する手段はスイッチ１６に限られない。例えば、減衰量を変更可能な可変減衰器を増幅器１４と移動局側アンテナ１１の間の配線上に設け、ＣＰＩＣＨが検出されない場合に可変減衰器の減衰量を増大させ、ＣＰＩＣＨが検出される場合に可変減衰器の減衰量を減少させればよい。

上述したリピータ装置１が備える増幅器１４は利得が実質的に一定である固定利得増幅器として説明した。しかしながら、増幅器１４は利得一定でなくてもよい。例えば、増幅器１４を可変利得増幅器とし、増幅器１４の出力信号電力が一定となるような利得制御、いわゆるＡＧＣ（Automatic Gain Control）を行ってもよい。

上述したリピータ装置１は、アップリンクとダウンリンクの双方向の中継を行う構成であるが、どちらか片方向の中継を行う構成としてもよい。

上述したリピータ装置１は、ダウンリンク方向のみを中継すべき信号の有無に応じて信号中継を停止する構成としたが、アップリンク方向も中継すべき信号の有無に応じて信号中継を停止する構成としてもよい。

上述したリピータ装置１は、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の無線通信システムにおいて使用されるものとして説明したが、本発明は、ｃｄｍａ２０００方式などの他のＤＳ−ＣＤＭＡ方式にも適用可能である。また、ＤＳ−ＣＤＭＡ方式に限らず、他の直接拡散方式の無線通信システムやその他の無線通信システムにも適用可能である。

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明にかかるリピータ装置の構成図である。 本発明にかかるリピータ装置が備える信号検出部の構成図である。

符号の説明

１ リピータ装置
１０ 基地局側アンテナ
１１ 移動局側アンテナ
１２、１３ デュプレクサ
１４、１５ 増幅器
１６ スイッチ
１７ 信号検出部
１４０ ミキサ
１４１ 局部発振器
１４２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４３ ＣＰＩＣＨ逆拡散部
１４４ 拡散符号発生部
１４５ 信号レベル判定部

Claims (5)

1. 無線信号を受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナによって受信された信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器によって増幅された信号を中継先の無線通信局に向けて出力する送信アンテナと、
   前記受信アンテナによって受信された信号に中継元の無線通信局より送信された中継対象信号が含まれるか否かを、前記増幅器の出力信号に基づいて検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に応じて前記増幅器と前記送信アンテナの間の電気的な接続を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記中継対象信号が検出されない場合には、前記中継対象信号が検出される場合に比べて前記増幅器から前記送信アンテナに入力される信号の信号電力を減衰させる、無線中継増幅装置。
2. 前記増幅器の利得が実質的に一定である請求項１に記載の無線中継増幅装置。
3. 前記制御手段は、前記増幅器と前記送信アンテナの間の配線上に設けられ、前記検出部から出力される制御信号に応じて前記増幅器と前記送信アンテナの間を電気的に接続又は切断するスイッチ回路を備える請求項１又は２に記載の無線中継増幅装置。
4. 前記検出部は、前記増幅器の出力信号電力が所定の閾値を上回る場合に、前記受信アンテナによって受信された信号に前記中継対象信号が含まれると判定する請求項１又は２に記載の無線中継増幅装置。
5. 前記中継対象信号は、直接拡散方式によって拡散変調されたパイロット信号を含んでおり、
   前記検出部は、前記パイロット信号に対応する逆拡散処理を前記増幅部の出力信号に対して実行し、逆拡散後の信号にパイロット信号が含まれるか否かによって前記中継対象信号の検出を行う請求項１又は２に記載の無線中継増幅装置。

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