JP2008085871A - 中継装置および干渉除去方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 送受信回路間での干渉を避け小型化できる無線の中継装置および干渉除去方法を提供する。
【解決手段】 送信信号処理部1から出力されるデジタルの送信信号XTを干渉処理部3へ入力し、干渉処理部3は、予め取得した送信信号が干渉信号XNを生じさせる伝達関数f(i)と送信信号XTから干渉成分xnを生成し、干渉処理部3に入力されるデジタルの受信信号YRから干渉成分xnを減算するデジタルの演算処理を行うことにより、干渉を打ち消す。
【選択図】 図1

Description

本発明は、無線中継を行う中継装置および干渉除去方法に関する。
無線中継システムでは、受信波と送信波との間で、送信波が受信波に回り込み、干渉信号の影響を防ぐため、送信器と受信器との間の干渉波の回り込み成分のレプリカを生成し、その生成したレプリカを受信器の受信信号から減算する(例えば、特許文献1。)方法があった。
しかし、この方法は、無線電波が行き交う自由空間での干渉を防ぐものであって中継装置の内部、例えば、送受信基板で用いられるものではない。
無線中継装置の一例として、携帯電話の基地局から携帯電話端末との間で無線電波を中継する小出力、小型のマイクロ基地局が無線中継装置として活用されている。この無線中継装置の内部では、特に微少な受信電力信号を扱う受信処理への干渉を避けて中間周波数処理を行うため、送信周波数と受信周波数とを離れた周波数にする、また送受信の中間処理回路部分を引き離して配置する等の対策が必要であり、中継装置の回路規模の小型化が困難である問題が有った。
特開2003−174392号公報 (第8頁、第1図)
従来の無線中継装置の内部では、特に受信処理への干渉を避けて中間周波数処理を行うため、送信周波数と受信周波数とを離れた中間周波数にする、また送受信の中間処理回路部分を引き離して配置する等の対策が必要であり、中継装置の回路規模の小型化が困難である問題が有った。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、送受信回路間での干渉を避け小型化できる無線の中継装置および干渉除去方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の中継装置は、親局と、無線端末との間の通信の中継をする中継装置において、前記無線端末との間でアンテナを介して送受信する上り、下りの信号の無線電波を周波数変換し、デジタル信号で送信及び受信信号処理手段と入出力する変換手段と、前記親局から入力され前記無線端末へ送信されるデジタルの下り信号をアンテナへ向けて出力する送信信号処理手段と、前記アンテナを介して受信する上り信号のデジタル信号を前記親局へ向けて出力する受信信号処理手段と、前記変換手段と前記両信号処理手段との間に設置されて、一方の入力端子へ前記デジタルの下り信号が入力され、予め取得された前記デジタルの下り信号が前記受信信号処理手段への干渉信号となる伝達関数から前記受信処理部へ入力される干渉成分を算出し、他方の入力端子へ前記変換手段を介して入力される上り信号のデジタル信号から前記干渉成分を減算し、前記受信信号処理手段へ前記干渉信号が除去されたデジタルの上り信号にして出力する干渉処理部とを備えることを特徴とする。
また、本発明の中継装置の干渉除去方法は、無線端末との間でアンテナを介して送受信する上り、下りの信号の無線電波を周波数変換してデジタル信号で送信及び受信信号処理手段と入出力する変換手段と、親局から入力され前記無線端末へ送信されるデジタルの下り信号をアンテナへ向けて出力する送信信号処理手段と、前記アンテナを介して受信する上り信号のデジタル信号を前記親局へ向けて出力する受信信号処理手段と、干渉除去手段とを備え、親局と前記無線端末との間で通信の中継をする中継装置の干渉除去方法において、前記干渉除去手段は、前記変換手段に接続されて前記デジタルの下り信号が入力され、前記デジタルの下り信号が前記受信信号処理手段への干渉信号となる予め取得された伝達関数より前記受信処理部へ入力される干渉成分を算出し、前記変換手段を介して入力される上り信号のデジタル信号から前記算出された干渉成分を減算し、前記受信信号処理手段へ前記干渉信号が除去されたデジタルの上り信号にして出力することを特徴とする。
本発明によれば、送受信回路間での干渉を避け、小型化した無線の中継装置および干渉除去方法を提供することが出来る。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明の実施例に関わる中継装置の機能ブロック図である。
図1において、中継装置は、親局(基地局)と端末との間に設置され、送信信号処理部1、受信信号処理部2、干渉処理部3、DAC(デジタル−アナログコンバータ)4、ADC(アナログ−デジタルコンバータ)5、周波数変換部6、周波数変換部7、局部発振器8、PA(電力増幅器)9、LNA(低雑音増幅器)10、ハイブリッド11と、アンテナ12とを備える。ここでは、携帯電話の様な移動通信システムの無線中継装置を例に説明する。中継装置は、いわば、マイクロセル基地局として動作し、室内、又は屋外の小ゾーンを対象とした無線中継装置である。
送信信号処理部1、受信信号処理部2は、親局との間で所要の信号フォーマットや信号送受信に関わる物理的条件を整合する機能回路である。
親局(基地局)から端末への下り信号は、送信信号処理部1へ入力され、例えば、光−電気信号の変換の様な信号インタフェース手段を介してベースバンドデジタル信号に変換される。そして、所定のデジタルフィルタ処理などの後、送信信号XTがDAC4へ出力され、DAC4で、例えば、中間周波数fd100MHzのアナログ信号に変換される。中間周波数の送信信号は、更に周波数変換部6によって、例えば、2GHzの様な無線周波数に更に変換されて、PA9、ハイブリッド11を介してアンテナ12から端末へ向けて電波が送信される。
一方端末からアンテナ12を介して受信した無線信号は、LNA10で増幅後、従来であれば、周波数変換部7で中間周波数fu150MHzに周波数変換され、ADC5に入力される。そして、デジタル信号に変換され、干渉処理部3は準備されていないので受信信号処理部2へ出力される。そして、必要に応じてフィルタ処理、電気−光信号変換等の処理が行われて親局へ向けて送出された。
マイクロセル基地局、即ち、中継装置は、屋内へ設置される場合など特に小型化が必要であるが、受信する端末からの信号電力レベルは低いにも拘わらず、送信信号の成分、DAC4からの出力信号、また周波数変換部6や、PA9からの新合成分がADC5へ干渉信号XNとなって入力される。従来は、この干渉を避けるため、例えば、送受信の中間周波数を、高調波やイメージ妨害が生じにくい周波数の関係にすること、また、送信回路と受信回路とが干渉しない様、互いに離したり、別の基板に設けていた。その結果、小型化に支障が在るのみならず、送信回路と受信回路が別の周波数であるため、例えば、局部発振回路8が別の周波数を出力する2つの回路となる、図示しないフィルタ回路の定数が異なるなど、部品等も多種になり、コスト圧迫要因となっていた。
本発明の実施例では、受信回路で送信回路からの干渉を打ち消すことにより、回路が接近しても良く、また更に送信と受信の回路の各中間周波数fdと中間周波数fuとを同一周波数にしても動作可能な小型の中継装置を実現している。
以下、中継装置の干渉処理部の動作処理について説明する。
図1において送信信号処理部1からDAC4へ下りの送信信号XTを出力する。DAC4に入力された信号は、アナログ信号に変換後、回路基板上の部品配置等により受信回路との電磁的結合により干渉信号XNが発生し、送信信号XTと基板内で伝達関数f(i)の関係のADC5への干渉信号となって入力する。ADC5には、アンテナ12で受信した無線信号XRが周波数変換部7で中間周波数の信号に変換されて入力される。
従ってADC5に入力される信号は、受信信号YR=無線信号XR+干渉信号XN=無線信号XR+送信信号XT・f(i)である。一般に、送信信号と受信信号の中間周波数が同じであると、この伝達関数は、密な関係になるので干渉波の受信信号成分は、非常に大きい。また、干渉信号XNは、部品配置の影響や、部品の個体差により影響が左右され、また発生の因果関係が特定しにくいので従来は、干渉が起きない様に送受信回路を分離配置するのが主な対策であった。
さて、本実施例の中継装置の送受信回路は、デジタル化された信号を扱っているので、回路間で生じている干渉の伝達関数f(i)が求まれば、ADC5に入力される信号を伝達関数で打ち消し、除去するデジタル演算処理演算により干渉を除去、抑圧することが可能である。
以下に伝達関数を求める手順を説明する。
最初に、送信系統の電源を切断するなどの手段により送信停止状態にする。そして、例えば、LNA10も同様に電源を切断するなどによりLNA10からの出力を遮断し、受信信号XRを受信しない状態にする。この状態で被験信号測定ポイントQで受信処理帯域に亘る受信信号を無信号データrd1として、例えば、記憶手段を有するスペクトラムアナライザに保存記憶する。
続いて、受信信号XRを受信しない状態のまま、伝達関数を求めるための基準信号として、例えば、DAC4出力で受信処理帯域に亘り一定の振幅のテスト信号、又は、ホワイトノイズをテスト信号t1として送信信号処理部1へ入力させる。そして、この状態で被験信号測定ポイントQでの受信信号を干渉波データrd2として、記憶手段を有するスペクトラムアナライザに保存記憶する。
送信信号処理部1は、デジタル化された信号を処理するので、予め準備されたテスト信号のパタンデータpdをパタンジェネレータ等から送信信号処理部1へ供給するか、予め送信信号処理部1、又は、干渉処理部3でパタンデータを記憶させたものを読み出すようにして送信信号をXTを生成すればよい。
干渉波データrd2は、ここでは、スペクトラムアナライザの記憶手段にデジタルデータとして記憶されている。スペクトラムアナライザは、この記憶したデータをFFT処理により周波数と振幅成分に分析する。
スペクトラムアナライザは、無信号データrd1と干渉波データrd2とを比較照合し、伝達関数f(i)を求める。この伝達関数の求め方には、スペクトラムアナライザ等で活用されている方法を利用すれば良いので詳細については省略する。
なお、伝達関数分析手段は、無信号データrd1と干渉波データrd2をスペクトラムアナライザ以外にデジタルの取得データとしてデータロガー等の記憶手段に記憶し、例えば、パーソナルコンピュータが上記取得データを記憶手段から読み出して予め定められた演算プログラムによって伝達関数を求めるもので良い。また、伝達関数分析手段は、これらの演算処理を行うCPUやメモリ等の機能回路を中継装置内に設けるものであっても良い。
図2は、本発明の実施例に関わる中継装置の干渉処理部3の動作処理を説明する機能ブロック図である。
図2において、干渉処理部3は、入力される送信信号XTと伝達関数XTとから干渉成分xnを生成して出力する演算部31、伝達関数XTを記憶して演算部31へ出力するメモリ32、ADC5から入力される受信信号YRから干渉成分xnを減算することにより、言い換えれば、受信信号YRとに入力される干渉信号と逆相の干渉信号を加えることにより干渉信号が打ち消された受信信号を出力する演算部33とからなる。
上記の手順にて求められた伝達関数f(i)はメモリ33に、例えば、伝達関数f(i)を書き込んだメモリを差し込むか、メモリデータの書込ポートからのデータ書込等のデータ入力手段により入力されて記憶保存される。
そして、中継装置として動作する時に干渉処理部3の演算部31は、送信信号処理部1から入力される送信信号XTとこの伝達関数f(i)とから干渉信号XNと等価的な干渉成分xn生成し、ADC5から入力される受信信号YRから干渉成分xnを減算することにより干渉信号を除去または減衰させて受信信号処理部2へ出力する。
この干渉打ち消し方法は、従来のアナログ信号処理では干渉を定量的に補償する回路設計が困難であったが、本発明の実施例では、干渉を伝達関数によって周波数と干渉量を定量的に解析出来る。そしてデジタル信号処理をしているので、干渉周波数や干渉レベルが従来より大きくても干渉打ち消しが容易なので送受信の回路を接近して配置出来、小型化出来る。更に、送信と受信が同一の中間周波数を用いていても干渉除去が容易なので、局部発振器8が共用でき、また周波数変換部6、周波数変換部7が同一仕様に揃えることができ、コスト対策も効果がある。
また、伝達関数f(i)は、製造する中継装置毎に測定取得すれば、精確なデータをそれぞれに設定(記憶)することが出来るが、共通設計で複数台が製造されるような場合、1台で代表的なデータを取得し、それを全台で共通に設定(記憶)するようにしても良い。
図3は本発明の実施例の第1の応用例における干渉処理部の機能ブロック図である。
図3において、干渉処理部3は、FIRフィルタで構成され、図2の干渉処理部3と異なり、送信信号XTが入力されていない。そして、図2のメモリ32が、フィルタ定数設定部321に置き換えられる。また、図2の演算部31、33が1つに纏められてフィルタ定数設定部321のデータに従ってデジタルフィルタ処理を行うフィルタ処理部311に置き換えられている。
中継装置の伝達関数f(i)は、構成回路の物理的条件で決定され、常時変動するものではないので、一度測定すればそれを繰り返して利用すれば良い。言い換えれば、伝達関数f(i)をFIRフィルタのタップ定数に変換したデータがメモリであるフィルタ定数設定部321に書込記憶される。この方法は、図2の干渉処理部3に比べて回路構成が簡単になり、更に小型化が可能であり中継装置の量産にも好ましい方法である。
図4は、本発明の実施例の第2の応用例における干渉処理部の機能ブロック図である。
図4に示される干渉処理部は、伝達関数をアダプティブに求める場合の構成である。量産される中継装置それぞれの信号処理周波数が多岐にわたる場合であっても、電気回路を共通にしたままでも個別の条件に対応しやすくなる。また、干渉状況の変動の要素として配置以外の温度等の物理的条件変更が有っても補償出来る。
図4において、干渉処理部3は、図2の干渉処理部3の構成に加えて、伝達関数を求める手段として干渉処理部3の各構成の制御を行う制御部34、ADC5が出力するデータを書込記憶する受信データメモリ34、受信データメモリ34から読み出されたデータにより伝達関数を所定のアルゴリズムで算出する伝達関数計算部36、ホワイトノイズ、又は、所定の周波数スペクトラムのテスト信号を出力するテスト信号発生部37を備えている。
また、演算部31〜テスト信号発生部37は、それぞれの間が内部のバスライン等で接続されデータが相互の構成間で授受される。なお、これらの演算部31〜テスト信号発生部37の構成は、制御信号やデータを伝送する内部バス等を介して送信信号処理部1、受信信号処理部2と接続されるものであっても良く、またこれらの構成の機能は、送信信号処理部1、受信信号処理部2、又はメモリ32等が兼ねるものであっても良い。
また、制御部34に制御される構成として送信信号処理部1に入力される信号をテスト信号発生部37か、又は親局(基地局)からのいずれかからを選択するスイッチ38と、無線信号の入力を遮断する、例えばLNAをon/offする制御を行うスイッチ39とを備えている。
アダプティブに伝達関数を求める処理手順を、以下に示す。
図5は、本発明の実施例の第2の応用例に関わる干渉処理部の動作手順を説明するフローチャートである。
制御部34は、図示されないボタンスイッチ等の入力手段により、オペレータによって伝達関数取得のスタートコマンドが入力される(ステップs1)。制御部34は、このコマンドを受信すると、送信処理部1からPA9までの送信系統を送信停止状態にする(ステップs2)。そして、例えば、スイッチ39がLNA10をoffとすることによりのLNA10からの出力を遮断し、受信信号XRを受信しない状態にする(ステップs3)。
この状態で、制御部34は、ADC5が出力する無信号データrd1として受信データメモリ35に書込記憶する(ステップs4)。
続いて、送信信号処理部1に下り信号の代わりにテスト信号発生部37からの信号が入力されるようにスイッチ38を切り換え、擬似的にPA9から電波を送信する場合と同じ様に送信系統をアクティブにする(ステップs5)。そして、受信信号XRを受信しない状態のまま、伝達関数を求めるための基準信号として、例えば、DAC4出力で受信処理帯域に亘り一定の振幅のテスト信号、又は、ホワイトノイズをテスト信号t1として送信信号処理部1へ入力させる(ステップs6)。
そして、この状態での受信信号を干渉波データrd2として、受信データメモリ35に書込記憶する(ステップs7)。
制御部34は、伝達関数計算部36に記憶した両データrd1、rd2を読み出し、例えば、FFT処理により周波数と振幅成分に分析する処理をさせる(ステップs8)。
伝達関数計算部36は、例えば、前述のスペクトラムアナライザ等に用いられるのと同様な予め定められたアルゴリズムのプログラムに従って、無信号データrd1と干渉波データrd2とを比較照合することにより伝達関数f(i)を算出する(ステップs9)。制御部34は、この伝達関数f(i)を内部バス等を介してメモリ32へ書込記憶する(ステップs10)。
制御部34は、スイッチ38のスイッチを切り換え、送信信号処理部1へ下り信号を入力する。また、LNA10をonに復帰させアンテナ12からの電波を受信する通常動作状態に復帰させる(ステップs11)。
以降は、前述の干渉除去をする動作と同様である。また、干渉処理部3が、FIRフィルタとして機能する場合も同様な手順であり、詳細は容易に類推出来るので説明は省略する。このアダプティブな伝達関数取得処理は、オペレータのコマンドによって開始される場合を説明したが、制御部34が内部タイマを参照して、所定の時間間隔でスタートコマンドを自動生成して伝達関数取得処理をするようにしても良い。
また、受信信号処理部2が、内部で例えば、C/N、または、誤り率監視など受信信号の品質を監視する機能を有する場合、所定の品質よりも劣化した時にアラームを制御部34に内部バス等を介して通知し、制御部34は、その通知からスタートコマンドを生成して伝達関数を再取得するようにしても良い。
なお、実施例については、例えば、送信信号処理部1や受信信号処理部2が高速演算プロセッサを用いるような場合、演算部31、32、伝達関数計算部36等の機能を兼ねる如く、ある機能ブロックが他の機能を兼ねるものであっても良く、構成部品を増やすことなく回路構成を小型に抑えることが出来る。その様態は、上記の機能を満たすもので有ればいずれでも良い。
以上、説明した如く、本発明の実施例に於いては、回路を小型に保ったまま中継装置で送信と受信信号との間の干渉を防ぐことが出来る。
本発明の実施例に係わる中継装置の機能ブロック図。 本発明の実施例に係わる中継装置の干渉処理部の機能ブロック図。 本発明の実施例の第1の応用例における干渉処理部の機能ブロック図。 本発明の実施例の第2の応用例における干渉処理部の機能ブロック図。 本発明の実施例の第2の応用例に関わる干渉処理部の動作手順を説明するフローチャート。
符号の説明
1 送信信号処理部
10 LNA(低雑音増幅器)
11 ハイブリッド
12 アンテナ
2 受信信号処理部
3 干渉処理部
31、33 演算部
32 メモリ
34 受信制御部
35 受信データメモリ
36 伝達関数計算部
37 テスト信号発生部
38、39 スイッチ
311 フィルタ処理部
321 フィルタ定数設定部
4 DAC(デジタル アナログ コンバータ)
5 ADC(アナログ デジタル コンバータ)
6、7 周波数変換部
8 局部発振器
9 PA(電力増幅器)

Claims (6)

  1. 親局と、無線端末との間の通信の中継をする中継装置において、
    前記無線端末との間でアンテナを介して送受信する上り、下りの信号の無線電波を周波数変換し、デジタル信号で送信及び受信信号処理手段と入出力する変換手段と、
    前記親局から入力され前記無線端末へ送信されるデジタルの下り信号をアンテナへ向けて出力する送信信号処理手段と、
    前記アンテナを介して受信する上り信号のデジタル信号を前記親局へ向けて出力する受信信号処理手段と、
    前記変換手段と前記両信号処理手段との間に設置されて、一方の入力端子へ前記デジタルの下り信号が入力され、予め取得された前記デジタルの下り信号が前記受信信号処理手段への干渉信号となる伝達関数から前記受信処理部へ入力される干渉成分を算出し、他方の入力端子へ前記変換手段を介して入力される上り信号のデジタル信号から前記干渉成分を減算し、前記受信信号処理手段へ前記干渉信号が除去されたデジタルの上り信号にして出力する干渉処理部とを
    備えることを特徴とする中継装置。
  2. 前記干渉処理部は、
    メモリと、制御部と、伝達関数計算手段とを備え、
    前記制御部は、
    前記下りの信号の送信を停止し、前記上りの信号を前記アンテナから受信しない状態にして、前記変換手段から入力される前記デジタル信号データを無信号データとして前記メモリに書込記憶し、
    前記上りの信号を前記アンテナから受信しない状態にしたまま前記下りの信号の送信を送信した場合に前記変換部から入力される前記デジタル信号データを干渉波データとして前記メモリに書込記憶し、
    前記干渉波データと前記無信号データとを前記メモリから読み出して、前記伝達関数計算部へ入力し、前記伝達関数計算部が所定のアルゴリズムで算出した伝達関数を取得する制御を行うことを特徴とする請求項1記載の中継装置。
  3. 親局と、無線端末との間で通信の中継をする中継装置において、
    前記無線端末との間でアンテナを介して送受信する上り、下りの信号の無線電波を周波数変換してデジタル信号で送信及び受信処理手段と入出力する変換手段と、
    前記親局から入力され前記無線端末へ送信されるデジタルの下り信号をアンテナへ向けて出力する送信信号処理手段と、
    前記アンテナを介して受信する上り信号のデジタル信号を前記親局へ向けて出力する受信信号処理手段と、
    前記変換手段と前記受信信号処理手段との間に設置され、予め取得された前記デジタルの下り信号が前記受信信号処理手段へ干渉信号となる伝達関数から設定される干渉信号を除去するフィルタを備えることにより、前記変換手段を介して入力される上り信号のデジタル信号から前記フィルタを介して前記受信信号処理手段へ出力する干渉処理部とを
    備えることを特徴とする中継装置。
  4. 前記変換手段に置いて、前記上りの信号と前記下りの信号とが、同じ中間周波数に変換されることを特徴とする請求項1、または3に記載の中継装置。
  5. 無線端末との間でアンテナを介して送受信する上り、下りの信号の無線電波を周波数変換してデジタル信号で送信及び受信信号処理手段と入出力する変換手段と、親局から入力され前記無線端末へ送信されるデジタルの下り信号をアンテナへ向けて出力する送信信号処理手段と、前記アンテナを介して受信する上り信号のデジタル信号を前記親局へ向けて出力する受信信号処理手段と、干渉除去手段とを備え、親局と前記無線端末との間で通信の中継をする中継装置の干渉除去方法において、
    前記干渉除去手段は、
    前記変換手段に接続されて前記デジタルの下り信号が入力され、
    前記デジタルの下り信号が前記受信信号処理手段への干渉信号となる予め取得された伝達関数より前記受信処理部へ入力される干渉成分を算出し、
    前記変換手段を介して入力される上り信号のデジタル信号から前記算出された干渉成分を減算し、
    前記受信信号処理手段へ前記干渉信号が除去されたデジタルの上り信号にして出力する
    ことを特徴とする中継装置の干渉除去方法。
  6. 前記干渉処理部は、
    メモリと、制御部と、伝達関数計算手段とを備え、
    前記制御部は、
    前記下りの信号の送信を停止し、前記上りの信号を前記アンテナから受信しない状態にして、前記変換部から入力される前記デジタル信号データを無信号データとして前記メモリに書込記憶し、
    前記上りの信号を前記アンテナから受信しない状態にしたまま前記下りの信号の送信を送信した場合に前記変換手段から入力される前記デジタル信号データを干渉波データとして前記メモリに書込記憶し、
    前記干渉波データと前記無信号データとを前記メモリから読み出して、前記伝達関数計算部へ入力し、前記伝達関数計算部が所定のアルゴリズムで算出した伝達関数を取得する制御を行うことを特徴とする請求項5記載の中継装置の干渉除去方法。
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