JP2011009914A

JP2011009914A - 中継装置

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Publication number: JP2011009914A
Application number: JP2009149612A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Matsuda; 昌弘松田; Hideaki Shimizu; 秀晃清水; Akifumi Sano; 章史佐野; Masaki Sudo; 雅樹須藤; Hideo Imai; 英生今井; Tei Ito; 悌伊東; Kazuhiro Kumagai; 和弘熊谷
Original assignee: NTT Docomo Inc; Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】利得を設定する際に基地局に対する悪影響を防止する中継装置を提供する。
【解決手段】第２の中継装置２０において、可変利得制御部２１４は、伝搬損が最小なものとして新たに特定された基地局１０に対する利得を算出する。上り回線可変利得増幅器２２は、可変利得制御部２１４が利得を算出する間、可変利得制御部２１４から利得算出中であることを示す制御信号を受け入れる。さらに、上り回線可変利得増幅器２２は、この制御信号を受け入れている間は、内蔵された可変減衰器２２２によって上り信号を減衰させ、上り信号が基地局１０に対して送信されることを遮断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、中継装置に関する。

移動通信システムにおいて、中継装置は、基地局からの電波が届きにくい場所に位置する移動局に対して、基地局からの下り電波を中継して送信し、また、この移動局からの上り電波を中継して基地局へ送信する。
例えば、特許文献１は、伝搬損が最小となる基地局が変化した場合に、新たに伝搬損が最小となった基地局の周辺基地局情報を読み出し、最小伝搬損の基地局の特定を高い精度で行う無線中継装置を開示する。

特開２００７−５３６０７号公報

本発明は、上述した背景からなされたものであり、利得を設定する際に基地局に対する悪影響を防止する中継装置を提供することを目的とする。

本発明に係る中継装置は、基地局からの信号に基づいて、中継する信号の増幅の利得を設定する利得設定手段と、前記利得設定手段が利得を設定している間、移動局からの上り信号の前記基地局への送信を遮断する送信遮断手段とを有する。

本発明に係る中継装置によれば、利得を設定する際に基地局に対する悪影響を防止できる。

無線通信システムを示す図である。図１に示した中継装置の構成を示す図である。本発明の実施形態にかかる第２の中継装置の構成を示す図である。第２の中継装置における処理を示すフローチャートである。上り回線可変利得増幅器への電源の供給を停止させる場合の、第２の中継装置における処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態にかかる第３の中継装置の構成を示す図である。図６に示した切替部の構成を示す図である。第３の中継装置における処理を示すフローチャートである。

［本発明の背景］
本発明の理解を助けるために、まず、本発明がなされるに至った背景を説明する。

図１は無線通信システム１を示す図である。
図１に示すように、無線通信システム１は、基地局１０−１〜１０−ｎ、移動局１２−１〜１２−ｍ（ｎ，ｍは１以上の整数）、および、基地局１０−１〜１０−ｎと移動局１２−１〜１２−ｍとの間の通信を中継する中継装置２から構成される。
なお、以下、基地局１０−１〜１０−ｎなど、複数ある構成部分のいずれかを特定せずに示す場合には、単に基地局１０などと略記することがある。

中継装置２は、下り回線を経由して基地局１０から送信された下り電波（下り信号）を受信し、増幅等の必要な処理を行って、下り信号を移動局１２に対して下り回線を経由して送信する。
また、中継装置２は、上り回線を経由して移動局１２から送信された上り電波（上り信号）を受信し、増幅等の必要な処理を行って、上り信号を基地局１０に対して上り回線を経由して送信する。
さらに、中継装置２は、基地局１０からの下り共通チャネル（止まり木チャネル）の信号を受信する受信器を有し、この受信器によって、中継装置２と基地局１０との間の伝搬損を測定し、複数の基地局１０−１〜１０−ｎの中から、伝搬損が最小である基地局１０を特定する。

また、中継装置２は、特定した基地局１０に対する、中継する信号の増幅の利得を自動的に設定する。
ここで、中継装置２は、中継装置２から基地局１０へ送信された送信信号が基地局１０のアンテナ端で受信された場合に、その送信信号の送信雑音が基地局１０の熱雑音に対して十分無視できるほど小さくなるように、利得を設定する。
また、この利得は、以下の式に基づいて、上り回線および下り回線ともに同一となるように設定される。

（１）Ｌ＝Ｐ_BTS‐Ｐ_T
（２）Ｇ_T＝Ｌ＋（ＮＦ_BTS‐ＮＦ_T‐α）
＝Ｌ＋β
ただし、Ｇ_T＞Ｐ_0T‐Ｐｒ_Tのとき
（３）Ｇ_T＝Ｐ_0T‐Ｐｒ_T
Ｌ：伝搬損
Ｐ_BTS：基地局が報知する止まり木チャネルの送信電力
Ｐ_T：中継装置受信部の止まり木チャネルの受信電力
ＮＦ_BTS：基地局ＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）のＮＦ（Noise Figure：雑音指数）
ＮＦ_T：中継装置のＮＦ
α ：ＮＦのマージン
Ｇ_T ：中継装置において設定される利得
Ｐ_0T ：中継装置の送信電力
Ｐｒ_T ：中継装置の１キャリアトータル受信電力

さらに、中継装置２は、複数の基地局１０−１〜１０−ｎとの間の伝搬損を、常時、測定する。
ここで、電波状態の変化等によって、伝搬損が最小の基地局１０が変更されたとき、中継装置２は、その新たに伝搬損が最小となった基地局１０を特定し、特定した基地局１０に適合するように利得を自動的に変更する。
例えば、基地局１０−１との間の伝搬損が最小である場合は、基地局１０−１に適合するように利得が設定され、その後、基地局１０−２との間の伝搬損が基地局１０−１との間の伝搬損よりも小さくなった場合には、基地局１０−２に適合するように利得が変更される。

図２は、図１に示した中継装置２の構成を示す図である。
図２に示すように、中継装置２は、基地局側アンテナ２００、基地局側アンテナ共用器２０２、方向性結合器２０４、下り回線可変利得増幅器２０６、移動局側アンテナ共用器２０８、移動局側アンテナ２１０、可変利得受信部２１２、可変利得制御部２１４、および、上り回線可変利得増幅器２１６から構成される。
なお、図２において、実線で示された矢印は無線信号の移動を示し、破線で示された矢印は制御信号の移動を示す（図３，図６について同様）。

基地局側アンテナ共用器２０２は、基地局側アンテナ２００を介して基地局１０から下り信号を受信し、方向性結合器２０４に対して出力する。
方向性結合器２０４は、基地局側アンテナ共用器２０２からの下り信号を分配し、分配した下り信号を可変利得受信部２１２に対して出力する。
また、方向性結合器２０４を通過した下り信号は、下り回線可変利得増幅器２０６に出力される。
可変利得受信部２１２は、基地局１０−１〜１０−ｎからの下り信号を直交検波して、受信レベルの検出を行い、中継装置２と基地局１０−１〜１０−ｎとの間の伝搬損を、各基地局１０について測定する。

可変利得制御部２１４は、可変利得受信部２１２で測定した各基地局１０の伝搬損に基づいて、伝搬損が最小となる基地局１０を特定する。
また、可変利得制御部２１４は、特定した基地局１０に対する、下り回線可変利得増幅器２０６および上り回線可変利得増幅器２１６の利得を、上述した式（１）〜（３）に基づいて、自動的に算出し設定する。
下り回線可変利得増幅器２０６は、可変利得制御部２１４の算出結果に基づいて利得を設定され、設定された利得で、基地局１０からの下り信号を増幅する。
移動局側アンテナ共用器２０８は、下り回線可変利得増幅器２０６が増幅した下り信号を、移動局側アンテナ２１０を介して移動局１２に対して送信する。

また、移動局側アンテナ共用器２０８は、移動局側アンテナ２１０を介して移動局１２から上り信号を受信し、上り回線可変利得増幅器２１６に対して出力する。
上り回線可変利得増幅器２１６は、可変利得制御部２１４の算出結果に基づいて利得を設定され、設定された利得で、移動局１２からの上り信号を増幅する。
基地局側アンテナ共用器２０２は、上り回線可変利得増幅器２０６が増幅した上り信号を、基地局側アンテナ２００を介して基地局１０に対して送信する。

なお、下り回線可変利得増幅器２０６および上り回線可変利得増幅器２１６における利得の設定は、同時になされるようにしてもよい。
また、下り回線可変利得増幅器２０６および上り回線可変利得増幅器２１６は、過入力時に出力を予め設定された出力レベルに抑制するために、利得を自動的に制御する機能（ＡＧＣ：automatic gain control）を有する。
以上のようにして、中継装置２は、基地局１０−１〜１０−ｎからの報知情報に基づいて、利得設定を自動的に行う。

一方、中継装置２で利得が設定されるまでの時間において、以下に示すような、システム運用上不適切な状態が発生する可能性がある。
伝搬損が最小の基地局１０が変更された場合（つまり、中継装置２と通信する基地局１０が切り替わる場合）を仮定する。
中継装置２が、基地局１０からの報知情報を受信後、伝搬損が最小の基地局１０を再検出して新たに利得を設定するまでの間、中継装置２における利得は、切替前の基地局１０の伝搬損に基づいて設定される。
従って、例えば、切替前に伝搬損が最小であった基地局１０−１から新たに伝搬損が最小となった基地局１０−２に通信対象の基地局が切り替えられたときは、中継装置２が利得を変更するまでのわずかの間、過大な送信波が基地局１０−２に対して出力されてしまう。

このように過大な送信波が基地局１０に対して出力されると、上り回線側においてノイズレベルが増加し、通信の品質が劣化する。
したがって、中継装置２は、切り替わった後の基地局１０に対して、波形品質が劣化した上り信号を送信してしまう。
以下に説明する第２の中継装置２０および第３の中継装置２４は、上述した不具合を解決し得るように改良されている。

［本発明の実施形態］
以下、本発明の実施形態を説明する。
図３は、本発明の実施形態にかかる第２の中継装置２０の構成を示す図である。
図３に示すように、第２の中継装置２０は、基地局側アンテナ２００、基地局側アンテナ共用器２０２、方向性結合器２０４、下り回線可変利得増幅器２０６、移動局側アンテナ共用器２０８、移動局側アンテナ２１０、可変利得受信部２１２、可変利得制御部２１４、および、上り回線可変利得増幅器２２から構成される。
なお、図３に示す第２の中継装置２０の内、図２に示した中継装置２の構成部分と実質的に同一のものには、同一の符号が付してある（以下の各図について同様）。

第２の中継装置２０において、可変利得制御部２１４は、伝搬損が最小なものとして新たに特定された基地局１０に対する利得を算出する。
上り回線可変利得増幅器２２は、可変利得制御部２１４が利得を算出する間、可変利得制御部２１４から利得算出中であることを示す制御信号（利得算出中信号）を受け入れる。
さらに、上り回線可変利得増幅器２２は、利得算出中信号を受け入れている間は、内蔵された可変減衰器２２２によって上り信号を減衰させ、上り信号が基地局１０に対して送信されることを遮断する。

可変利得制御部２１４が利得の算出を終了すると、その算出された利得が下り回線可変利得増幅器２０６の可変減衰器（図示せず）において設定され、設定された利得で基地局１０からの下り信号が増幅される。
同様に、可変利得制御部２１４が利得の算出を終了すると、その算出された利得が上り回線可変利得増幅器２２の可変減衰器２２２において設定され、設定された利得で移動局１２からの上り信号が増幅される。
増幅された上り信号は、基地局側アンテナ共用器２０２および基地局側アンテナ２００を介して基地局１０に送信される。

図４は、第２の中継装置２０における処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。
ステップ１０２（Ｓ１０２）において、第２の中継装置２０は、第２の中継装置２０と基地局１０−１〜１０−ｎとの間の伝搬損を測定し、伝搬損が最小の基地局１０が変更された場合に、通信対象となる基地局１０を再特定する。
なお、Ｓ１０２は、第２の中継装置２０が起動またはリセットされ、その結果、伝搬損が最小である基地局１０を新たに特定する場合も含む。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、上り回線可変利得増幅器２２の可変減衰器２２２が上り信号を減衰させることによって、上り信号の基地局１０への送信が遮断される。
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、第２の中継装置２０は、再特定した基地局１０からの報知情報を取得可能か否かを判断し、不可であれば処理はＳ１０８に進み、可能であればＳ１１０に進む。
ステップ１０８（Ｓ１０８）において、第２の中継装置２０は、受信異常アラームを発生させ、処理を終了する。

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、第２の中継装置２０は、新たに特定した基地局１０からの報知情報を取得する。
ステップ１１２（Ｓ１１２）において、可変利得制御部２１４は、新たに特定された基地局１０に対する装置利得を算出する。
ステップ１１４（Ｓ１１４）において、算出結果に基づいて、下り回線可変利得増幅器２０６および上り回線可変利得増幅器２１６の利得が設定される。
ステップ１１６（Ｓ１１６）において、第２の中継装置２０は、通常の運用状態に移行し、上り信号および下り信号に対して必要な処理を行い、それぞれの信号を基地局１０および移動局１２に対して送信する。
ステップ１１８（Ｓ１１８）において、第２の中継装置２０は、電源がＯＦＦとなったか否かを判断し、ＯＮのままであれば処理はＳ１０２に戻り、ＯＦＦとなった場合は処理を終了する。

上述のように、本実施形態においては、上り信号はノイズによって劣化することなく、第２の中継装置２０は、波形品質が正常な上り信号を基地局１０に対して送信できる。
なお、基地局１０が複数の移動局１２−１〜１２−ｍからの信号を受信する上り回線においては、上述のようにノイズレベルが増加して波形品質が劣化すると、基地局１０と通信可能である移動局１２の数が制限される等の悪影響がある可能性があるため、システム運用時は、常に、高品質の雑音指数を維持する必要がある。
一方、下り回線については、上記のような雑音指数の制約はなく、さらに、運用時は基地局１０から移動局１２への信号の送信を継続する必要があるので、可変利得制御部２１４が利得を算出している間であっても、変更前の設定利得で、下り回線可変利得増幅器２０６は動作する。

なお、上述した実施形態において、第２の中継装置２０は、上り回線可変利得増幅器２２に内蔵された可変減衰器２２２を動作させて上り信号を減衰させることにより、上り信号を基地局１０に対して送信することを遮断するが、上り回線可変利得増幅器２２への電源の供給を停止させることによって、上り信号を基地局１０に対して送信することを遮断するように構成されてもよい。

図５は、上り回線可変利得増幅器２２への電源の供給を停止させる場合の、第２の中継装置２０における処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
ステップ２０２（Ｓ２０２）において、Ｓ１０２の処理と同様に、第２の中継装置２０は、第２の中継装置２０と基地局１０との間の伝搬損を測定し、伝搬損が最小の基地局１０が変更された場合に、通信する基地局１０を再特定する。
ステップ２０４（Ｓ２０４）において、上り回線可変利得増幅器２２の増幅素子（図示せず）への電源供給を停止することによって、上り信号の送信が遮断される。

ステップ２０６（Ｓ２０６）において、第２の中継装置２０は、再特定した基地局１０からの報知情報を取得可能か否かを判断し、不可であれば処理はＳ２０８に進み、可能であればＳ２１０に進む。
ステップ２０８（Ｓ２０８）において、第２の中継装置２０は、受信異常アラームを発生させ、処理を終了する。
ステップ２１０（Ｓ２１０）において、第２の中継装置２０は、新たに特定した基地局１０からの報知情報を取得する。

ステップ２１２（Ｓ２１２）において、可変利得制御部２１４は、新たに特定された基地局１０に対する装置利得を算出する。
ステップ２１４（Ｓ２１４）において、上り回線可変利得増幅器２２の増幅素子への電源供給が再開される。
ステップ２１６（Ｓ２１６）において、算出結果に基づいて、下り回線可変利得増幅器２０６および上り回線可変利得増幅器２１６の利得が設定される。

ステップ２１８（Ｓ２１８）において、第２の中継装置２０は、通常の運用状態に移行する。
ステップ２２０（Ｓ２２０）において、第２の中継装置２０は、電源がＯＦＦとなったか否かを判断し、ＯＮのままであれば処理はＳ２０２に戻り、ＯＦＦとなった場合は処理を終了する。
上述のように、可変利得制御部２１４が利得を算出する間、上り回線可変利得増幅器２２の増幅素子への電源供給を停止することによって、その間は上り信号の基地局１０への送信を遮断でき、第２の中継装置２０は、波形品質が正常な上り信号を基地局１０に対して送信できる。
さらに、可変利得制御部２１４が利得を算出する間は上り回線可変利得増幅器２２の増幅素子への電源供給が停止されるので、利得算出中の消費電力を節約することができる。

図６は、本発明の実施形態にかかる第３の中継装置２４の構成を示す図である。
図６に示すように、第３の中継装置２４は、基地局側アンテナ２００、基地局側アンテナ共用器２０２、方向性結合器２０４、下り回線可変利得増幅器２０６、移動局側アンテナ共用器２０８、移動局側アンテナ２１０、可変利得受信部２１２、可変利得制御部２１４、上り回線可変利得増幅器２１６、および、切替部２４０から構成される。
第３の中継装置２４において、切替部２４０は、上り回線可変利得増幅器２１６と基地局側アンテナ共用器２０２との間に設置されている。
また、切替部２４０は、可変利得制御部２１４が利得を算出する間、可変利得制御部２１４から利得算出中信号を受け入れ、その利得算出中信号を受け入れている間は、上り回線可変利得増幅器２１６からの上り信号が基地局側アンテナ共用器２０２に出力されることを遮断する。

図７は、図６に示した切替部２４０の構成を示す図である。
図７に示すように、切替部２４０は、ピンスイッチ２４２および終端器２４４から構成される。
ピンスイッチ２４２の端子Ａは上り回線可変利得増幅器２１６と接続され、端子Ｂは基地局側アンテナ共用器２０２と接続され、端子Ｃは終端器２４４と接続される。
終端器２４４のピンスイッチ２４２と接続されていない端子は、接地されている。

ピンスイッチ２４２は、可変利得制御部２１４から利得算出中信号を受け入れている間は、端子Ａと端子Ｃとが電気的に接続され、端子Ａと端子Ｂとの接続が遮断されるように動作する。
したがって、ピンスイッチ２４２が利得算出中信号を受け入れている間、端子Ａに入力された上り回線可変利得増幅器２１６からの上り信号は、終端器２４４に出力され、基地局側アンテナ共用器２０２に対して出力されない。
一方、ピンスイッチ２４２は、可変利得制御部２１４から利得算出中信号を受け入れない間は、端子Ａと端子Ｂとが電気的に接続されるように動作する。
したがって、ピンスイッチ２４２が利得算出中信号を受け入れていない間、端子Ａに入力された上り回線可変利得増幅器２１６からの上り信号は、基地局側アンテナ共用器２０２に対して出力される。

図８は、第３の中継装置２４における処理（Ｓ３０）を示すフローチャートである。
ステップ３０２（Ｓ３０２）において、Ｓ１０２の処理と同様に、第３の中継装置２４は、第３の中継装置２４と基地局１０との間の伝搬損を測定し、伝搬損が最小の基地局１０が変更された場合に、通信する基地局１０を再特定する。
ステップ３０４（Ｓ３０４）において、切替器２４０が上り回線可変利得増幅器２２の出力端子を終端器２４４に接続することによって、上り信号の基地局１０への送信が遮断される。
ステップ３０６（Ｓ３０６）において、第３の中継装置２４は、再特定した基地局１０からの報知情報を取得可能か否かを判断し、不可であれば処理はＳ３０８に進み、可能であればＳ３１０に進む。
ステップ３０８（Ｓ３０８）において、第３の中継装置２４は、受信異常アラームを発生させ、処理を終了する。

ステップ３１０（Ｓ３１０）において、第３の中継装置２４は、新たに特定した基地局１０からの報知情報を取得する。
ステップ３１２（Ｓ３１２）において、可変利得制御部２１４は、新たに特定された基地局１０に対する装置利得を算出する。
ステップ３１４（Ｓ３１４）において、算出結果に基づいて、下り回線可変利得増幅器２０６および上り回線可変利得増幅器２１６の利得が設定される。

ステップ３１６（Ｓ３１６）において、切替器２４０が上り回線可変利得増幅器２２の出力端子を基地局側アンテナ共用器２０２に接続することによって、上り信号の基地局１０への送信が再開される
ステップ３１８（Ｓ３１８）において、第３の中継装置２４は、通常の運用状態に移行する。
ステップ３２０（Ｓ３２０）において、第３の中継装置２４は、電源がＯＦＦとなったか否かを判断し、ＯＮのままであれば処理はＳ３０２に戻り、ＯＦＦとなった場合は処理を終了する。

上述のように、可変利得制御部２１４が利得を算出する間、上り回線可変利得増幅器２２の出力端子が終端器２４４に接続されることによって、その間は上り信号の基地局１０への送信を遮断でき、したがって、第３の中継装置２４は、第２の中継装置２０と同様に、波形品質が正常な上り信号を基地局１０に対して送信できる。
ここで、上述した第２の中継装置２０においては、上り回線可変利得増幅器２２の可変減衰器２２２を用いて上り信号を出力されないレベルまで減衰させる必要があるので、広範囲の可変減衰量を有する可変減衰器が必要とされる。
一方、第３の中継装置２４は、切替器２４０を用いることによって、上記のような広範囲の可変減衰量を有する可変減衰器を必要としない。

本発明は、中継装置に利用可能である。

１・・・無線通信システム、１０−１〜１０−ｎ・・・基地局、１２−１〜１２−ｍ・・・移動局、２・・・中継装置、２００・・・基地局側アンテナ、２０２・・・基地局側アンテナ共用器、２０４・・・方向性結合器、２０６・・・下り回線可変利得増幅器、２０８・・・移動局側アンテナ共用器、２１０・・・移動局側アンテナ、２１２・・・可変利得受信部、２１４・・・可変利得制御部、２１６・・・上り回線可変利得増幅器、２０・・・第２の中継装置、２２・・・上り回線可変利得増幅器、２２２・・・可変減衰器、２４・・・第３の中継装置、２４０・・・切替部、２４２・・・ピンスイッチ、２４４・・・終端器

Claims

基地局からの信号に基づいて、中継する信号の増幅の利得を設定する利得設定手段と、
前記利得設定手段が利得を設定している間、移動局からの上り信号の前記基地局への送信を遮断する送信遮断手段と
を有する中継装置。