JP2011082949A - 移動通信用雑音除去中継器及び雑音除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＤＭＡ／ＷＣＤＭＡ基盤移動通信システム用デジタル伝送中継器において、デジタル復調ステップ及びデジタル変調ステップを通じて、伝送に要する帯域幅を減らし、伝送効率を高めることができ、また、入力信号に関係なく、低い拡散係数を用いることにより、復調に必要な時間を減らすことができるデジタル伝送中継器、及び該中継器を利用した信号伝送方法を提供する。
【解決手段】本発明のデジタル伝送中継器は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル変換された信号をデジタルデータに復調し、復調されたデジタルデータを伝送し、伝送されたデジタルデータをデジタル信号に変調し、変調されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタル方式の移動通信システムにおいて受信雑音を除去する中継器及びその方法に関し、より詳しくは、サービスバンドの帯域外の雑音だけでなく、帯域内の雑音まで除去する中継器及びその方法に関する。

一般的に、移動通信システムにおいて基地局のサービス領域を拡張するか、または陰影地域を解消するために中継器が設置される。しかし、中継器は、その処理過程で所望の中継信号（中継しようとする基地局や端末機の信号）だけでなく、所望しない受信雑音（周辺の他の基地局信号やチャンネル雑音等）も共に増幅されて送出される短所がある。

図１は、一般の移動通信中継器（１１０）の構成を概略的に示している。中継器は、一般的に、基地局または端末機から信号を受信する受信アンテナ（１０２）、受信アンテナ（１０２）を通じて受信される信号から不要な信号を除去するための帯域通過フィルタ（１１２）、帯域通過フィルタ（１１２）を通過した信号を所定のレベルに増幅する増幅器（１１４）及び上記の増幅器において増幅された信号を送出する送信アンテナ（１０４）を含む。

このとき、従来の中継器を構成する帯域通過フィルタ（１１２）は、単に帯域内の信号を通過させ、帯域外の信号については遮断する機能を行うだけであるため、帯域内信号に存在する雑音については除去が不可能である。さらに、現実的な帯域通過フィルタ（１１２）は、理想的ではないため、帯域外信号も完璧に除去されるわけではないので、帯域外信号に存在する雑音までも完全に除去することはできない。従って、既存の中継器は、受信雑音が完全に除去されず、その一部が増幅されて送出される問題点がある。

本発明は、上記した従来の移動通信中継器の問題点を解決するためのものであり、中継される信号が受信側においてより高い正確度を有するように、中継器におけるデジタル復調と雑音除去過程を通じて、受信雑音が増幅されて送出されることを防止する方法を提供することにその目的がある。このような方法を通じ、中継器の性能を向上させ、中継器の受信感度を高め、究極的にはネットワーク設計の柔軟性を高めることが本発明の目的である。

本発明による移動通信システムにおいて、受信信号の雑音を除去する中継器は、受信アンテナを通じて受信される信号を復調するように構成される復調部、復調部において復調された信号を量子化し、復調部において復調された信号から雑音を除去するように構成される雑音除去部、雑音除去部において雑音が除去された信号を変調するように構成される変調部、及び受信アンテナを通じて受信される信号から検出された同期信号を復調部、雑音除去部及び変調部に供給するように構成される同期信号検出部を含む。

本発明による一実施例において、同期信号検出部は、別途の外部インターフェースにより同期信号を受信し、復調部、雑音除去部及び変調部に供給するように構成することもできる。

また、本発明による一実施例において、復調部と雑音除去部を一体に形成することもできる。

さらに、本発明による一実施例において、受信アンテナを通じて受信される信号を基底帯域の信号に変換するように構成される下り変換部、基底帯域の信号をデジタル信号に変換するように構成されるデジタル変換部、変調部において変調された信号を基底帯域のアナログ信号に変換するように構成されるアナログ変換部、及び基底帯域のアナログ信号を高周波信号に変換するように構成される上り変換部をさらに含み、復調部は、デジタル信号を復調するようにさらに構成され、同期信号検出部は、デジタル変換部において変換されたデジタル信号から同期信号を検出するようにさらに構成することもできる。

また、本発明による一実施例において、上り変換部は、受信アンテナを通じて受信される信号とは異なる周波数帯域の信号に上り変換するように構成することもできる。

本発明による移動通信中継器において雑音を除去する方法は、受信アンテナを通じて受信される信号を復調する復調ステップ、復調ステップにおいて復調された信号を量子化し、復調ステップにおいて復調された信号から雑音を除去する雑音除去ステップ、雑音除去ステップにおいて雑音が除去された信号を変調する変調ステップ、及び受信アンテナを通じて受信される信号から検出された同期信号を復調ステップ、雑音除去ステップ及び変調ステップにおいて用いるステップを含む。

本発明による一実施例において、同期信号検出ステップは、別途の外部インターフェースにより同期信号を受信するステップをさらに含むこともできる。

本発明による移動通信システムにおいて無線信号を増幅して送出する中継器は、複数のＦＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ）を有する周波数バンドにおいて、上記した雑音除去方法を各ＦＡに適用することもできる。

本発明によると、受信される無線信号に含まれている受信雑音を効果的に除去することにより、中継器の性能を向上させる効果があり、中継器の受信感度を高めることを可能にし、ネットワーク設計の柔軟性を高める効果がある。さらに、中継器により中継される信号から雑音を除去することにより、受信側に受信される信号の正確度が高くなる効果がある。

図１は、従来の移動通信中継器の一般的な概念図。 図２は、本発明の実施例による雑音除去中継器の構成図。 図３は、本発明の実施例による雑音除去中継器の動作過程を示したフロー図。 図４ａは、本発明の一実施例による雑音除去を適用する前と後それぞれにかかるシミュレーション結果を示したスキャッタープロットである。 図４ｂは、本発明の一実施例による雑音除去を適用する前と後それぞれにかかるシミュレーション結果を示したスキャッタープロットである。

以下に、添付の図面を参考として本発明の実施例について詳細に説明する。

本発明の実施例においては、ＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）移動通信システムを仮定して説明しているが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のようなデジタル変調方式を用いる移動通信システムにいずれも適用することができる。

以下に、図２を参照して本発明による雑音除去中継器の構成を説明する。ここでは、単方向中継経路について説明しているが、両方向中継経路の場合、２つの単方向中継経路を構成することにより、当該技術の分野における通常の知識を有する者が容易に拡張することができる。

図２に示したように、本発明による雑音除去中継器は、例示的に受信アンテナ（２０２）、第１変換部（２１０）、信号処理部（２２０）、第２変換部（２３０）、及び送信アンテナ（２０４）を含む。受信アンテナ（２０２）は、無線信号を受信し、無線信号には、中継器において中継処理すべき中継信号だけでなく、除去すべき受信雑音も含まれている。受信アンテナ（２０２）から受信された無線信号は、第１変換部（２１０）において基底帯域のデジタル信号に変換されるが、下り変換部（２１２）は、無線信号を基底帯域信号に変換し、デジタル変換部（２１４）は、下り変換部（２１２）において周波数変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。信号処理部（２２０）は、デジタル復調部（２２２）、雑音除去部（２２４）、デジタル変調部（２２６）及び同期信号検出部（２２８）を含み、デジタル信号に変換された無線信号をデジタル復調部（２２２）において復調してデジタルデータを抽出し、雑音除去部（２２４）において受信雑音を除去した後、デジタル変調部（２２６）において再び変調を行う。同期信号検出部（２２８）は、デジタル信号に変換された無線信号から同期信号を検出し、デジタル復調部（２２２）、雑音除去部（２２４）及びデジタル変調部（２２６）に供給する。第２変換部（２３０）は、雑音が除去されたデジタル信号をアナログ変換部（２３２）においてアナログ信号に変換した後、上り変換部（２３４）において送信しようとする無線信号に周波数変換を行う。第２変換部（２３０）において変換される信号は、送信アンテナ（２０４）から送出されるようになる。

本発明の一実施例において、デジタル復調部（２２２）と雑音除去部（２２４）は、一体に形成することもできる。デジタル復調部（２２２）と雑音除去部（２２４）が一体に形成され、１つのモジュール内において復調と雑音除去が同時に行われることにより、モジュールの大きさを減少させると共に、復調及び雑音除去の性能の向上をもたらすことができる。

また、本発明の一実施例において、同期信号検出部（２２８）は、デジタル信号に変換された無線信号から同期信号を検出するのではなく、別途の外部インターフェースから同期信号を受信し、デジタル復調部（２２２）、雑音除去部（２２４）及びデジタル変調部（２２６）に供給することもでき、一方、デジタル信号に変換された無線信号から同期信号を検出することに加え、外部インターフェースから同期信号を受信することもでき、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではない。中継器に別途の同期信号を受信する装置が存在する場合、このような構成を用い、復調、雑音除去及び変調ステップに同期信号を供給することができるため、直接同期信号を検出する回路を構成しなくてもよいメリットがある。

また、本発明の一実施例において、同期信号検出部（２２８）は、受信アンテナ（２０２）から受信された無線信号をデジタル信号に変換する前に、受信アンテナ（２０２）から受信された無線信号から同期信号を検出し、デジタル復調部（２２２）、雑音除去部（２２４）及びデジタル変調部（２２６）に供給することもできる。

また、本発明の一実施例において、上り変換部（２３４）は、受信アンテナ（２０２）から受信された無線信号とは異なる周波数帯域の信号にアナログ信号を上り変換することもできる。

図３は、本発明における実施例による雑音除去中継器の動作過程を示すフロー図であり、以下においては、図３を参照して本発明の実施例による雑音除去中継器の動作過程を説明する。先ず、受信アンテナ（２０２）から受信される無線信号ｒ_ｉｎは、中継器において中継すべき中継信号ｓ_ｒｆと、除去されるべき受信雑音ｎ_ｒｆとが合わせられた形態であり、下記の数式で示すことができる。

第１変換部（２１０）は、無線信号ｒｉｎを基底帯域の信号に変換し、これを再度デジタル信号ｒｄｉｇに変換する（ステップ３０４）。このとき、デジタル信号ｒｄｉｇは、依然として雑音成分を含んでおり、これは、下記の数式で示すことができる。

ここで、ｓｄｉｇは、中継信号ｓｒｆが基底帯域変換及びデジタル変換された信号であり、ｎｄｉｇは、ｒｄｉｇに含まれた雑音成分であり、基底帯域変換及びデジタル変換された信号である。その後、同期信号検出部（２２８）は、デジタル信号ｒｄｉｇから変調及び復調に必要な同期信号を検出する（ステップ３０６）。同期信号は、以後の復調、雑音除去及び変調において基礎となる信号であり、デジタル復調部（２２２）、雑音除去部（２２４）及びデジタル変調部（２２６）は、このような同期信号に基づいて、復調、雑音除去及び変調を行うことにより、雑音除去の性能を高めることができる。

デジタル復調部（２２２）は、同期信号検出部（２２８）から検出された同期信号に基づいて、デジタル変換された信号ｒｄｉｇを復調する（ステップ３０８）ことにより、デジタルデータとして抽出する。このとき、ＷＣＤＭＡにおいては、レイク受信器（Ｒａｋｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）が用いられる。さらに、ＷＣＤＭＡにおいては、直交位相偏移変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、ＱＰＳＫ）方式を用い、レイク受信器の出力は、ＱＰＳＫデータに雑音が加えられた形態となる。上記のデジタル変換された信号ｒｄｉｇが復調された信号をｒｄｅｍｏｄとすると、ｒｄｅｍｏｄは、ｓｄｅｍｏｄとｎｄｅｍｏｄを合わせた形態となるが、ｓｄｅｍｏｄとｎｄｅｍｏｄは、それぞれｓｄｉｇとｎｄｉｇを復調した信号である。これを数式で示すと、下記のとおりである。

その後、雑音除去部（２２４）においてＱＰＳＫデータに含まれた雑音を除去するようになるが（ステップ３１０）、雑音を除去する方法には量子化等がある。以下に、雑音を除去する方法の一実施例を説明する。しかし、必ずこのような方法を用いなければならないわけではない。また、雑音を除去する方法は、ＱＰＳＫまたは直交振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＱＡＭ）等の変調方式によって異なる可能性がある。ＱＰＳＫにおいて可能なデータは、次の４つである。

ここで、下記の数式を適用すると、ｒｄｅｍｏｄから雑音成分であるｎｄｅｍｏｄを削除し、ｓｄｅｍｏｄを抽出することができる。

次いで、デジタル変調部（２２６）は、雑音除去部（２２４）から雑音が除去された信号ｓ_{ｄｅｍｏｄ}をＷＣＤＭＡ変調（スプレッディングとスクランブル）し（ステップ３１２）、第２変換部（２３０）に伝達する。第２変換部（２３０）は、デジタル変調部（２２６）から受信された信号をアナログ変換部（２３２）においてアナログ信号に変換した後、上り変換部（２３４）において送信しようとする無線信号に変換し（ステップ３１６）、送信アンテナ（２０４）に伝達する。次いで、送信アンテナ（２０４）は、上り変換部（２３４）から伝達された無線信号を送出するようになる（ステップ３１６）。

図４ａ及び図４ｂは、本発明の一実施形態による雑音除去を適用する前と後それぞれにかかるシミュレーション結果を示したスキャッタープロットである。これは、雑音が含まれている信号を入力されたＷＣＤＭＡレイク受信器の出力を示したものであり、図４ａの雑音除去前のスキャッタープロットは、数式３でデジタル変換及び復調された信号であるｒ_{ｄｅｍｏｄ}に該当するものであり、デジタル変換及び復調された中継信号ｓ_{ｄｅｍｏｄ}に０．１％程度の雑音信号ｎ_{ｄｅｍｏｄ}が加えられた形態である。図４ｂは、雑音除去後のスキャッタープロットであり、数式５により雑音が除去された信号であるｓ_{ｄｅｍｏｄ}を示している。このようなスキャッタープロットを通じ、雑音信号ｎ_{ｄｅｍｏｄ}の相当部分が除去されたことを確認することができる。

以上で説明した本発明による雑音除去中継器は、受信アンテナを通じて受信される無線信号を復調する復調部、復調された信号から雑音を除去する雑音除去部、雑音が除去された信号を変調する変調部及び受信された信号から同期信号を検出し、復調部、雑音除去部及び変調部に供給する同期信号検出部を含み、受信される無線信号に含まれている受信雑音を効果的に除去することにより、中継器の性能を向上させることができる。

以上で説明した本発明の実施形態は、必ず装置及び方法に限定して具現されなければならないものではなく、本発明の実施形態に対応する機能を具現するコンピュータプログラムを通じて具現することもできる。このような具現は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、上記で説明した実施形態に基づいて容易に具現することができるものである。

１０２：受信アンテナ
１０４：送信アンテナ
１１０：従来の移動通信中継器
１１２：帯域通過フィルタ
１１４：増幅器
２０２：受信アンテナ
２０４：送信アンテナ
２１０：第１変換部
２１２：下り変換部
２１４：デジタル変換部
２２０：信号処理部
２２２：デジタル復調部
２２４：雑音除去部
２２６：デジタル変調部
２２８：同期信号検出部
２３０：第２変換部
２３２：アナログ変換部
２３４：上り変換部

Claims (8)

1. 移動通信システムにおいて受信信号の雑音を除去する中継器において、
   受信アンテナを通じて受信される信号を復調するように構成される復調部、
   前記復調部において復調された信号を量子化し、前記復調部において復調された信号から雑音を除去するように構成される雑音除去部、
   前記雑音除去部において雑音が除去された信号を変調するように構成される変調部、及び
   前記受信アンテナを通じて受信される信号から検出された同期信号を前記復調部、前記雑音除去部及び前記変調部に供給するように構成される同期信号検出部を含む、雑音除去中継器。
2. 前記同期信号検出部は、別途の外部インターフェースにより受信される同期信号を前記復調部、前記雑音除去部及び前記変換部に供給するように構成される、請求項１に記載の雑音除去中継器。
3. 前記復調部と前記雑音除去部が一体に形成される、請求項１に記載の雑音除去中継器。
4. 前記受信アンテナを通じて受信される信号を基底帯域の信号に変換するように構成される下り変換部、
   前記基底帯域の信号をデジタル信号に変換するように構成されるデジタル変換部、
   前記変調部において変調された信号を基底帯域のアナログ信号に変換するように構成されるアナログ変換部、及び
   前記基底帯域のアナログ信号を高周波信号に変換するように構成される上り変換部をさらに含み、
   前記復調部は、前記デジタル信号を復調するようにさらに構成され、
   前記同期信号検出部は、前記デジタル変換部において変換されたデジタル信号から同期信号を検出するようにさらに構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の雑音除去中継器。
5. 前記上り変換部は、前記基底帯域のアナログ信号を前記受信アンテナを通じて受信される信号と異なる周波数帯域の信号に上り変換するように構成される、請求項４に記載の雑音除去中継器。
6. 受信アンテナを通じて受信される信号を復調する復調ステップ、
   前記復調ステップにおいて復調された信号を量子化し、前記復調ステップにおいて復調された信号から雑音を除去する雑音除去ステップ、
   前記雑音除去ステップにおいて雑音が除去された信号を変調する変調ステップ、及び
   前記受信アンテナを通じて受信される信号から検出された同期信号を前記復調ステップ、前記雑音除去ステップ及び前記変調ステップにおいて用いるステップを含む、移動通信中継器における雑音除去方法。
7. 前記同期信号検出ステップは、別途の外部インターフェースにより受信される同期信号を前記復調ステップ、前記雑音除去ステップ及び前記変調ステップにおいて用いるステップを含む、請求項６に記載の移動通信中継器における雑音除去方法。
8. 複数のＦＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ）を有する周波数バンドにおいて、請求項６に記載の雑音除去方法を各ＦＡに適用する移動通信中継器。