JP2013046398A - 無線中継装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反転タイミング動作時にサービスノードの送信電波の干渉による無線基地局の受信信号の劣化を防ぐことができる無線中継装置および無線通信方法を提供する。
【解決手段】無線中継装置１０は、基地局側通信部２２が複数の無線基地局から受信する信号から、端末側通信部３２と同一周波数を使用する無線基地局からの受信信号についての、基地局側通信部２２における受信電力、および、送信電力情報を取得する基地局側制御部２４と、端末側通信部３２の送信電力を設定する端末側制御部３４とを備え、端末側制御部３４は、基地局側制御部２４から受信電力および送信電力情報を受け取って、端末側通信部３２と同一周波数を使用する無線基地局から基地局側通信部２２への経路の伝搬損失を算出し、該伝搬損失に基づいて端末側通信部３２の送信電力を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線中継装置および無線通信方法に関し、特に、ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を採用する無線通信システムにおける無線中継装置および無線通信方法に関するものである。

無線端末が無線基地局と通信するためには、無線基地局からの無線電波が届く範囲（サービスエリア）に無線端末が位置する必要がある。しかし、山岳地帯や高層ビル等が建ち並ぶ市街地には障害物が多いため無線電波が届きにくい領域が存在する。また、屋外に設置された無線基地局からは、電波が届かない領域（例えば、建物の内部や地下）が多く存在する。特に、ＩＥＥＥ標準規格802.16eを基に規格化されたＷｉＭＡＸ（登録商標）（WiMAX：Worldwide Interoperability for Microwave Access）等の高速無線通信方式においては、２．５ＧＨｚ以上の周波数帯が使用されるが、このような高周波数帯の電波は直進性が強く障害物を回りこむ性質が弱いため、障害物の影響を強く受ける。このような電波が届かない領域をカバーするため、無線基地局と無線端末との間の無線電波を中継する無線中継装置（レピータ）が必要となる。

無線中継装置は、サービスエリアを拡充できるという利点がある反面、無線中継装置が発する電波が他の電波との干渉を引き起こすという欠点がある。無線中継装置に起因する干渉の一つとして、無線中継装置内のドナーノード（基地局側ブロック）とサービスノード（端末側ブロック）との間の相互干渉が挙げられる。ここで、ドナーノードとは無線基地局とデータを送受信するブロックであり、サービスノードとは無線端末とデータを送受信するブロックである。

図４に、ＴＤＤ方式を採用する無線通信システムにおいて、無線中継装置が通常の送受信タイミングで動作している場合の、ドナーノードとサービスノードとの間の相互干渉の様子を示す。ＴＤＤ方式とは、時間を細かく区分して送信と受信とを交互に高速に切り換える方式である。

通常の送受信タイミング（以下、「通常タイミング」と称する）においては、無線基地局と無線中継装置のサービスノードとは送受信タイミングが揃っている。すなわち、第１期間においては、無線基地局は無線中継装置のドナーノードにダウンリンク（ＤＬ）データを送信し、無線中継装置のサービスノードは無線端末にダウンリンクデータを送信する。また、第２期間においては、無線基地局は無線中継装置のドナーノードからアップリンク（ＵＬ）データを受信し、無線中継装置のサービスノードは無線端末からアップリンクデータを受信する。

無線中継装置が通常タイミングで動作している場合、第１期間においては、無線基地局からのダウンリンク信号を受信中のドナーノードは、サービスノードが無線端末に送信するダウンリンク信号による干渉を受ける。また、第２期間においては、無線端末からのアップリンク信号を受信中のサービスノードは、ドナーノードが無線基地局に送信するアップリンク信号による干渉を受ける。

このような通常タイミング動作時の相互干渉を低減するための方法として、図５に示すような送受信タイミングで無線中継装置を動作させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該方法は、サービスノードの送受信タイミングを通常タイミングの場合の送受信タイミングから反転させた送受信タイミング（以下、「反転タイミング」と称する）とする方法である。

このように、無線中継装置のドナーノードとサービスノードとを同じタイミングで送信させ、また同じタイミングで受信させることにより、通常タイミング動作時に問題となるドナーノードとサービスノードとの間の相互干渉を解消することができる。

特開２０１０−５６７１１号公報

上述したように、無線中継装置を反転タイミングで動作させることにより、ドナーノードとサービスノードとの間の相互干渉を解消することができる。

しかしながら、無線中継装置を反転タイミングで動作させた場合は、別の経路の干渉が発生する。図５に示すように、第２期間において無線基地局は無線中継装置のドナーノードからアップリンクデータを受信する。また、第２期間において、無線中継装置のサービスノードは、無線端末にダウンリンクデータを送信する。

この際、サービスノードが送信する電波は通信確立中の無線端末だけではなく、周辺の無線基地局にも到達する。したがって、サービスノードが使用している周波数と同一の周波数によりドナーノードからアップリンク信号を受信している無線基地局（以下「同一周波数無線基地局」という）は、サービスノードの送信電波による干渉を受ける。

サービスノードの送信電波による無線基地局への干渉は、無線基地局と無線中継装置との距離が離れている場合など、サービスノードの送信電波が無線基地局において十分に減衰する場合などは問題にならない。しかし、無線基地局と無線中継装置との距離が近い場合など、サービスノードの送信電波が十分に減衰せずに無線基地局に到達する場合は、干渉により無線基地局の受信信号を劣化させる。

例えば、無線中継装置が列車等の車両に設置されている場合は、無線中継装置と無線基地局との間の距離が時間とともに変動し、無線中継装置が無線基地局に近づく場合がある。このような場合に、サービスノードの送信電波による無線基地局への干渉が無線基地局の受信信号を劣化させ得るが、従来の無線中継装置はサービスノードの送信電力が固定であるため、この干渉による無線基地局の受信信号の劣化を回避することが困難となる。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、反転タイミングで動作する無線中継装置において、サービスノードの送信電波の無線基地局への干渉による無線基地局の受信信号の劣化を防ぐことができる無線中継装置および無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る無線中継装置の発明は、
ＴＤＤ方式を採用する無線通信システムにおいて、無線基地局と無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置であって、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記無線基地局の送受信タイミングから反転させた送受信タイミングで前記無線端末と電波を送受信する端末側通信部と、
前記基地局側通信部が複数の無線基地局から受信する信号から、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局からの受信信号についての、前記基地局側通信部における受信電力、および、送信電力情報を取得する基地局側制御部と、
前記端末側通信部の送信電力を設定する端末側制御部と
を備え、
前記端末側制御部は、前記基地局側制御部から前記受信電力および前記送信電力情報を受け取って、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局から前記基地局側通信部への経路の伝搬損失を算出し、該伝搬損失に基づいて前記端末側通信部の送信電力を設定する
ことを特徴とする。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線中継装置であって、前記端末側制御部は、前記伝搬損失が所定の閾値より小さい場合は前記端末側通信部の送信電力を低減し、前記伝搬損失が所定の閾値以上の場合は前記端末側通信部の送信電力を増加させることを特徴とする。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線中継装置であって、前記端末側制御部は、前記伝搬損失が所定の閾値より小さい場合は前記閾値から前記伝搬損失を引いた分だけ前記端末側通信部の送信電力を低減し、前記伝搬損失が所定の閾値以上の場合は前記伝搬損失から前記閾値を引いた分だけ前記端末側通信部の送信電力を増加させることを特徴とする。

第４の観点に係る発明は、第１乃至第３のいずれか１つの観点に係る無線中継装置であって、前記端末側制御部は、定期的に前記伝搬損失を算出することを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明を方法として実現させた第５の観点に係る無線通信方法の発明は、
ＴＤＤ方式を採用する無線通信システムにおいて、無線基地局と無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置の無線通信方法であって、該無線中継装置は、
前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
前記無線基地局の送受信タイミングから反転させた送受信タイミングで前記無線端末と電波を送受信する端末側通信部と
を備え、
前記無線中継装置は、
前記基地局側通信部が複数の無線基地局から受け取る信号から、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局からの受信信号についての、前記基地局側通信部における受信電力、および、前記端末側通信部の送信電力情報を取得するステップと、
前記受信電力および前記送信電力情報に基づいて、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局から前記基地局側通信部への経路の伝搬損失を算出するステップと、
前記伝搬損失に基づいて前記端末側通信部の送信電力を設定するステップと
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、反転タイミングで動作する無線中継装置において、サービスノードの送信電波の無線基地局への干渉による無線基地局の受信信号の劣化を防ぐことができる無線中継装置および無線通信方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略図である。 本発明の一実施形態に係る無線中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る無線中継装置においてサービスノードの送信出力を設定する処理を示すフローチャートである。 通常タイミングの送受信タイミングを示す図である。 反転タイミングの送受信タイミングを示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、無線基地局と無線端末と無線中継装置１０とから構成されている。無線中継装置１０は、無線基地局と無線端末との間で送受信されるデータを中継する。

図２は、本発明の一実施形態に係る無線中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。無線中継装置１０は、ドナーノード２０とサービスノード３０とを備える。

まず、ドナーノード２０の機能ブロックについて説明する。ドナーノード２０は、基地局側通信部２２と基地局側制御部２４とを備える。

基地局側通信部２２は、アンテナを介して無線基地局とデータを送受信する。ダウンリンクデータについては、基地局側通信部２２は、第１期間に無線基地局からダウンリンクデータを無線信号として受信する。基地局側通信部２２は、無線信号をダウンコンバートしてベースバンド信号に変換し端末側通信部３２に出力する。また、アップリンクデータについては、基地局側通信部２２は、端末側通信部３２からアップリンクデータをベースバンド信号として受け取る。基地局側通信部２２は、第２期間にベースバンド信号をアップコンバートして無線信号に変換し無線基地局へ送信する。第１期間と第２期間とは交互に繰り返され、それに伴い基地局側通信部２２は無線基地局との間でダウンリンクデータの受信とアップリンクデータの送信を繰り返し実行する。

また、基地局側通信部２２は、定期的に周辺の無線基地局からの電波を受信する。なお、「周辺の無線基地局」との用語は、周辺の無線中継装置も含んだ意味で用いる。なぜなら、通常タイミングで動作する無線中継装置のサービスノードは、無線基地局と送受信のタイミングが同じであり同様の機能を持つからである。

基地局側制御部２４は、基地局側通信部２２をはじめとしてドナーノード２０の全体を制御する。基地局側制御部２４は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。

基地局側制御部２４は、端末側制御部３４からサービスノード３０の使用周波数の情報を取得する。基地局側制御部２４は、取得したサービスノード３０の使用周波数の情報に基づいて、受信した信号の中から同一周波数無線基地局からの受信電力を抽出する。また、基地局側制御部２４は、当該使用周波数の情報に基づいて、受信した信号の中から同一周波数無線基地局の下り電波情報（ＤＣＤ：Downlink Channel Descriptor）を取得し、当該下り電波情報から送信電力情報を取得する。

続いて、サービスノード３０の機能ブロックについて説明する。サービスノード３０は、端末側通信部３２と端末側制御部３４とを備える。

端末側通信部３２は、アンテナを介して無線端末とデータを送受信する。端末側通信部３２は、ドナーノード２０とサービスノード３０との間の相互干渉を解消するため、反転タイミングにより無線端末とデータを送受信する。

端末側通信部３２は、第１期間に無線端末からアップリンクデータを受信し、第２期間に無線端末へダウンリンクデータを送信する。第１期間と第２期間とは交互に繰り返され、それに伴い端末側通信部３２は無線端末との間でアップリンクデータの受信とダウンリンクデータの送信を繰り返し実行する。

端末側通信部３２は、ダウンリンクデータについては、基地局側通信部２２からダウンリンクデータをベースバンド信号として受け取り、アップコンバートして無線信号に変換して無線端末に送信する。

端末側通信部３２は、アップリンクデータについては、無線端末からアップリンクデータを無線信号として受信し、ダウンコンバートしてベースバンド信号に変換して基地局側通信部２２に出力する。

端末側制御部３４は、端末側通信部３２をはじめとしてサービスノード３０の全体を制御する。端末側制御部３４は、ＣＰＵ等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ）によって構成したりすることもできる。なお、本実施形態においては、ドナーノード２０が基地局側制御部２４を備え、サービスノード３０が端末側制御部３４を備えるというように、ドナーノード２０およびサービスノード３０の各々が制御部を備える構成として説明したが、本発明は、この構成に限定されるわけではない。例えば、ドナーノード２０とサービスノード３０とを１つの制御部で制御する構成とすることもできる。

端末側制御部３４は、基地局側制御部２４から、同一周波数無線基地局からの受信電力情報を受け取る。また、端末側制御部３４は、基地局側制御部２４から、同一周波数無線基地局の送信電力情報を受け取る。

端末側制御部３４は、基地局側制御部２４から受け取った、同一周波数無線基地局からの受信電力情報、および、同一周波数無線基地局の送信電力情報から、同一周波数無線基地局から基地局側通信部２２への経路の伝搬損失Ｌを算出する。端末側制御部３４は、伝搬損失Ｌを以下の数式により算出する。
伝搬損失Ｌ＝（同一周波数無線基地局の送信電力情報）−（同一周波数無線基地局からの受信電力情報）

端末側制御部３４は、伝搬損失Ｌの値に応じて、端末側通信部３２の送信電力を設定する。

端末側制御部３４は、伝搬損失Ｌが予め定めておいた所定の閾値より小さい場合は、サービスノード３０の送信電波が同一周波数無線基地局の受信信号を劣化させると判断し、伝搬損失Ｌが所定の閾値より小さい分だけ、端末側通信部３２の送信電力を低減させる。これにより、無線中継装置１０は、サービスノード３０の送信電波の干渉による同一周波数無線基地局の受信信号の劣化を防ぐことができる。

また、端末側制御部３４は、伝搬損失Ｌが予め定めておいた所定の閾値以上の場合は、サービスノード３０の送信電波は同一周波数無線基地局の受信信号を劣化させるレベルに対して余裕があると判断し、伝搬損失Ｌが所定の閾値より大きい分だけ、端末側通信部３２の送信電力を増加させる。これにより、無線中継装置１０は、サービスノード３０の送信電波の干渉による同一周波数無線基地局の受信信号の劣化を発生させることなく、サービスノード３０がカバーできるサービスエリアを広げることができる。

図３のフローチャートを参照しながら、無線中継装置１０が端末側通信部３２の送信電力を決定する処理を説明する。

基地局側通信部２２は、周辺の無線基地局からの電波を受信する（ステップＳ１０１）。基地局側制御部２４は、端末側制御部３４からサービスノード３０の使用周波数情報を取得する（ステップＳ１０２）。

基地局側制御部２４は、基地局側通信部２２が受信している信号から、同一周波数無線基地局からの受信電力を抽出する（ステップＳ１０３）。基地局側制御部２４は、基地局側通信部２２が受信している信号から、同一周波数無線基地局の送信出力情報を取得する（ステップＳ１０４）。

端末側制御部３４は、基地局側制御部２４から、同一周波数無線基地局からの受信電力情報および同一周波数無線基地局の送信電力情報を受け取り、伝搬損失Ｌを算出する（ステップＳ１０５）。端末側制御部３４は、伝搬損失Ｌを予め定めておいた所定の閾値と比較する（ステップＳ１０６）。

端末側制御部３４は、伝搬損失Ｌが所定の閾値より小さい場合、端末側通信部３２の送信出力を伝搬損失Ｌが所定の閾値より小さい分だけ低減する（ステップＳ１０７）。端末側制御部３４は、伝搬損失Ｌが所定の閾値以上の場合、端末側通信部３２の送信出力を伝搬損失Ｌが所定の閾値より大きい分だけ低減する（ステップＳ１０８）。

無線中継装置１０は、図３に示す処理を定期的に実行し、端末側通信部３２の送信出力を適切なレベルに調節する。

このように、本実施形態によれば、無線中継装置１０は、同一周波数無線基地局から基地局側通信部２２への経路の伝搬損失Ｌを定期的に算出し、サービスノード３０の送信電波の干渉により、同一周波数無線基地局の受信信号が劣化することを防ぐことができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

なお、本実施形態の説明においては、無線中継装置１０のサービスノード３０は無線端末とデータを送受信するものとして説明したが、他の無線中継装置のドナーノードとデータを送受信する場合もあり得る。

１０ 無線中継装置
２０ ドナーノード
２２ 基地局側通信部
２４ 基地局側制御部
３０ サービスノード
３２ 端末側通信部
３４ 端末側制御部

Claims (5)

1. ＴＤＤ方式を採用する無線通信システムにおいて、無線基地局と無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置であって、
   前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
   前記無線基地局の送受信タイミングから反転させた送受信タイミングで前記無線端末と電波を送受信する端末側通信部と、
   前記基地局側通信部が複数の無線基地局から受信する信号から、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局からの受信信号についての、前記基地局側通信部における受信電力、および、送信電力情報を取得する基地局側制御部と、
   前記端末側通信部の送信電力を設定する端末側制御部と
   を備え、
   前記端末側制御部は、前記基地局側制御部から前記受信電力および前記送信電力情報を受け取って、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局から前記基地局側通信部への経路の伝搬損失を算出し、該伝搬損失に基づいて前記端末側通信部の送信電力を設定する
   ことを特徴とする無線中継装置。
2. 請求項１に記載の無線中継装置であって、前記端末側制御部は、前記伝搬損失が所定の閾値より小さい場合は前記端末側通信部の送信電力を低減し、前記伝搬損失が所定の閾値以上の場合は前記端末側通信部の送信電力を増加させることを特徴とする無線中継装置。
3. 請求項１に記載の無線中継装置であって、前記端末側制御部は、前記伝搬損失が所定の閾値より小さい場合は前記閾値から前記伝搬損失を引いた分だけ前記端末側通信部の送信電力を低減し、前記伝搬損失が所定の閾値以上の場合は前記伝搬損失から前記閾値を引いた分だけ前記端末側通信部の送信電力を増加させることを特徴とする無線中継装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線中継装置であって、前記端末側制御部は、定期的に前記伝搬損失を算出することを特徴とする無線中継装置。
5. ＴＤＤ方式を採用する無線通信システムにおいて、無線基地局と無線端末との間で送受信されるデータを中継する無線中継装置の無線通信方法であって、該無線中継装置は、
   前記無線基地局とデータを送受信する基地局側通信部と、
   前記無線基地局の送受信タイミングから反転させた送受信タイミングで前記無線端末と電波を送受信する端末側通信部と
   を備え、
   前記無線中継装置は、
   前記基地局側通信部が複数の無線基地局から受け取る信号から、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局からの受信信号についての、前記基地局側通信部における受信電力、および、前記端末側通信部の送信電力情報を取得するステップと、
   前記受信電力および前記送信電力情報に基づいて、前記端末側通信部と同一周波数を使用する無線基地局から前記基地局側通信部への経路の伝搬損失を算出するステップと、
   前記伝搬損失に基づいて前記端末側通信部の送信電力を設定するステップと
   を含むことを特徴とする無線通信方法。

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