JP2017017394A - Radio repeater and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、無線中継装置及び方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a wireless relay apparatus and method.
現在、仕様策定が進められている3GPP(3rd Generation Partnership Project) Release12では、スモールセル(Small Cell)にフォーカスした仕様が検討されている。スモールセルが多用されるようになると、スモールセルのバックホール(Backhaul)回線をどのように確保するかについても議論が必要となる。
In 3GPP (3rd Generation Partnership Project)
その解決手段の1つとして特に光ファイバやADSLなどの有線によるバックホール回線確保が地形上困難、あるいはコスト的に妥当ではないと判断される条件下においては、無線(Wireless)によるバックホール回線を構築することが、スモールセル化における今後のバックホール回線問題を解決する有効な手段の一つとして検討されている。 One solution is to use a wireless backhaul line, especially under conditions where it is difficult to secure a wired backhaul line, such as optical fiber or ADSL, due to topographical difficulties or inadequate cost. Construction is being considered as one of the effective means to solve the future backhaul line problem in the small cell system.
無線バックホール回線には、現状既に利用されているマイクロ波(Microwave:いわゆるP to P無線)を使用するものに加え、Release10で登場した無線中継装置(Relay)を利用する方法が検討されている。
For wireless backhaul lines, in addition to those using microwaves (Microwave: so-called P to P wireless) that are already in use, methods using the wireless relay device (Relay) that appeared in
無線中継装置は、通常の基地局が持つアクセス(Access)回線機能を有することに加え、バックホール回線機能も合わせて有することが可能である。
現存するマクロ(Macro)基地局の通信可能エリア(Coverage)を拡大するための手段としても有効であるが、一方でトラヒックの逼迫するHot Spotなどにおいても通信容量(Capacity)を改善するために利用することが可能である。このため無線中継装置を利用することがスモールセル化を実現する1つの手段となる。
In addition to having an access line function that a normal base station has, a wireless relay device can also have a backhaul line function.
It is effective as a means to expand the coverage area (Coverage) of existing macro base stations, but it can also be used to improve communication capacity even in hot spots where traffic is tight. Is possible. For this reason, the use of a wireless relay device is one means for realizing a small cell.
一方で、無線中継装置を利用するには、アクセス回線側とバックホール回線側の周波数をどのように使用するかによって、無線中継装置のタイプをインバンド無線中継装置(In-band Relay)と、アウトバンド無線中継装置(Out-band Relay)の2種類に区別している。
ここで、インバンド無線中継装置(In-band Relay)は、アクセス回線側とバックホール回線側とで同一の周波数を使用した無線中継装置であり、アウトバンド無線中継装置(Out-band Relay)はアクセス回線側とバックホール回線側とで異なる周波数を使用した無線中継装置である。
On the other hand, in order to use a wireless relay device, depending on how the frequencies on the access line side and the backhaul line side are used, the type of the wireless relay device is an in-band relay device (In-band Relay), A distinction is made between two types of out-band relay devices.
Here, the in-band radio relay device (In-band Relay) is a radio relay device that uses the same frequency on the access line side and the backhaul line side, and the out-band radio relay device (Out-band Relay) The wireless relay device uses different frequencies on the access line side and the backhaul line side.
しかしながら、いずれの無線中継装置においても、それぞれ理由は異なるものの、ユーザスループットが低下するという課題があり、容易にスモールセル化を実現できなかった。
ところで、アウトバンド無線中継装置においては、アクセス回線側とバックホール回線側とで、異なる周波数を使用しているため、一般的には、アクセス回線側とバックホール回線側とで周波数干渉は生じないと認識されているが、同一周波数帯域(例えば、割り当て周波数帯)内で隣接する周波数帯を利用する場合等のように、実際の運用ケースでは、干渉問題が生じる。そして、干渉を回避しない場合には、ユーザスループットが低下する。
However, although the reason is different in each wireless relay device, there is a problem that the user throughput is lowered, and it has not been possible to easily realize a small cell.
By the way, in the out-band wireless relay device, since different frequencies are used on the access line side and the backhaul line side, in general, no frequency interference occurs between the access line side and the backhaul line side. However, an interference problem arises in an actual operation case, such as when using adjacent frequency bands within the same frequency band (for example, assigned frequency band). When interference is not avoided, the user throughput decreases.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同一周波数帯域内で隣接する周波数帯を利用する場合のように、干渉問題が生じる場合でも、干渉の影響を抑制し、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上することが可能な無線中継装置及び方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and suppresses the influence of interference and maintains user throughput even when an interference problem occurs as in the case of using adjacent frequency bands within the same frequency band. Or providing a radio relay apparatus and method that can be improved.
実施形態の無線中継装置は、無線基地局と移動体である無線通信端末装置との間の通信を中継する。信号処理部は、通信を中継するに際し、干渉波の信号レベルを監視し、干渉波の信号レベルが低下するように受信波の信号に重み付けを行うウェイト係数の更新を行う。 The radio relay apparatus of the embodiment relays communication between a radio base station and a radio communication terminal apparatus that is a mobile body. When relaying communication, the signal processing unit monitors the signal level of the interference wave, and updates the weight coefficient that weights the signal of the reception wave so that the signal level of the interference wave decreases.
次に図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
図1は、実施形態の無線通信システムの概要構成ブロック図である。
無線通信システム10は、半径数百メートルから十数キロメートルの通信エリアを構築可能なマクロセルに対応するマクロ基地局11と、マクロ基地局11と通信を行いマクロ基地局の通信を中継する無線中継装置12と、マクロ基地局11あるいは無線中継装置12を介して通信を行う携帯電話、スマートフォン等として構成される複数の無線通信端末装置13と、備えている。
ここで、マクロ基地局11のサービスエリアは、サービスエリアSA11であり、各無線中継装置12のサービスエリアは、サービスエリアSA12となっている。
Next, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a wireless communication system according to an embodiment.
A
Here, the service area of the
[1]第1実施形態
図2は、第1実施形態の無線中継装置の受信時(ダウンロード時)の機能構成ブロック図である。
無線中継装置12は、マクロ基地局11との間で通信を行うためのドナーアンテナ21と、中継装置本体22と、無線通信端末装置13との間で通信を行うためのアクセスアンテナ(サービスアンテナ)23と、を備えている。
[1] First Embodiment FIG. 2 is a functional configuration block diagram at the time of reception (downloading) of the wireless relay device of the first embodiment.
The
上記構成において、マクロ基地局11が送信した送信信号X(z)は、伝搬路パラメータBzの伝搬路を介して無線中継装置12に到達するものとする。
In the above configuration, it is assumed that the transmission signal X (z) transmitted by the
中継装置本体22は、ドナーアンテナ21の出力(=X(z)・B(z))を増幅率K1で増幅して送信RF信号RF1として出力する第1アンプ31と、送信RF信号を第1周波数f1に相当する第1キャリア信号と混合して、受信ベースバンド信号SB1として出力する第1ミキサ32と、第1ミキサ32の出力した受信ベースバンド信号のアナログ/ディジタル変換を行ってディジタルベースバンドデータDB1として出力するA/Dコンバータ33と、を備えている。
The relay apparatus
また、中継装置本体22は、ディジタルベースバンドデータDB1に基づいてアクセスアンテナ23から回り込む回り込み波(干渉波)R(z)のキャンセル処理を行うDSP(Digital Signal Processor)34と、DSP34の出力した処理済ディジタルベースバンドデータDB2のディジタル/アナログ変換を行ってアナログ送信ベースバンド信号SB2を出力するD/Aコンバータ35と、を備えている。
Further, the relay apparatus
また、中継装置本体22は、アナログ送信ベースバンド信号SB2を第2周波数f2に相当する第2キャリア信号と混合して、中継送信RF信号RF2として出力する第2ミキサ36と、中継送信RF信号RF2を増幅率K2で増幅して増幅中継送信RF信号ARF2として出力し、アクセスアンテナ23を介して中継エリア内に存在する無線通信端末装置13に対して送信する第2アンプ37と、を備えている。
Further, the relay apparatus
DSP34は、ディジタルベースバンドデータDB1にホワイトノイズデータN(z)を加える加算器41と、加算器41の出力からウェイトW(z)を減算することによりする減算器42と、減算器42の出力である伝達関数Y(z)からウェイトW(z)を生成するためのウェイト生成係数αを出力するウェイト生成係数生成部43と、ウェイト生成係数αに基づいてウェイトW(z)を生成するウェイト生成部44と、伝達係数Y(z)が適用されたディジタルベースバンドデータDB1の復調及び変調を行って処理済ディジタルベースバンドデータDB2を出力する復調/変調部45と、を備えている。
The DSP 34 adds the white noise data N (z) to the digital baseband data DB1, the
ここで、実施形態の動作説明に先立ち、従来の問題点について説明する。
図3は、マクロ基地局及び無線中継装置に割り当てられている割り当て周波数帯の説明図である。
Here, prior to describing the operation of the embodiment, conventional problems will be described.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the allocated frequency band allocated to the macro base station and the radio relay apparatus.
この場合において、無線通信システム10に割り当てられた周波数帯Fは、中心周波数が第1周波数f1の周波数帯域、中心周波数が第2周波数f2の周波数帯域及び中心周波数が第3周波数f3の周波数帯域を備えている。さらに中心周波数が第1周波数f1の周波数帯域と、中心周波数が第2周波数f2の周波数帯域と、が隣接し、さらに中心周波数が第2周波数f2の周波数帯域と、中心周波数が第3周波数f3の周波数帯域と、が隣接しているものとする。
In this case, the frequency band F allocated to the
以下においては、マクロ基地局11が中心周波数が第1周波数f1の周波数帯域を用い、無線中継装置12が中心周波数が第2周波数f2の周波数帯域を用いて、無線中継装置12がマクロ基地局11からダウンロードする場合を例として説明する。
In the following, the
図4は、ダウンロード時における干渉イメージの説明図である。
通常、無線中継装置12においては、マクロ基地局11からの微弱なレベルのダウンロード(DL)信号(=X(z)・B(z))を受信し、これを一旦、復調し、増幅して出力する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an interference image at the time of downloading.
Normally, the
このため、ドナーアンテナ21とアクセスアンテナ23との間のアイソレーションが不足している場合、第1周波数f1のダウンロード信号を受信するドナーアンテナにアクセスアンテナから回り込む第2周波数f2の信号レベルが非常に高くなり、隣接チャネルとしての第2周波数f2の周波数帯域の隣接チャネル漏洩電力(ACL:Adjacent Channel Leakage)が高くなり、ひいては、隣接チャネル漏洩電力比(ACLR:Adjacent Channel Leakage Ratio)が高くなり、干渉が生じることとなる。
For this reason, when the isolation between the
図5は、アップロード時における干渉イメージの説明図である。
以上の説明は、ダウンロード信号についてのものであったが、移動機である無線通信端末装置13からのアップロード(UL)信号においても、同様である。すなわち、図5に示すように、無線通信端末装置13からの微弱な周波数f2’(=ダウンロード信号の周波数f2に対応するアップロード信号)を受信する無線中継装置12は、復調後、キャリア周波数f1’に周波数を変更して増幅出力する。このため、ドナーアンテナ21からアクセスアンテナ23に対して回り込みが生じ、同様に干渉が生じることとなる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of an interference image at the time of uploading.
The above description is about the download signal, but the same applies to the upload (UL) signal from the wireless
そこで、本実施形態においては、上記構成において、DSP34において、ICS(Interference Cancellation System)機能により干渉除去を実現している。
Therefore, in the present embodiment, in the above configuration, the
すなわち、所望波(上述の例の場合、ダウンロード時には、中心周波数が第1周波数f1)と干渉波(上述の例の場合、ダウンロード時には、中心周波数が第2周波数f2)とが混在して入力される状態において、DSP34により、干渉波をキャンセルするためのループをウェイト生成係数生成部43及びウェイト生成部44により構成し、入力信号から減算する。
That is, a desired wave (in the case of the above example, the center frequency is the first frequency f1 at the time of download) and an interference wave (in the case of the above example, the center frequency is the second frequency f2 at the time of download) are mixedly input. In this state, the
そして減算器42の出力において、干渉波である中心周波数が第2周波数f2の信号レベルを監視し、中心周波数が第2周波数f2の信号レベルが低下するように信号に重み付けを行う係数であるウェイト(weight)W(z)の更新を続けることで干渉除去を実現している。
Then, in the output of the
以下、マクロ基地局11が無線通信端末装置13に対して送信を行う場合を例として
具体的に説明する。
マクロ基地局11が無線通信端末装置13に対して送信を行うと、ドナーアンテナ21を介して、中継装置本体22に送信波が受信される。
Hereinafter, the case where the
When the
これにより、中継装置本体22の第1アンプ31は、ドナーアンテナ21の出力(=X(z)・B(z))を増幅率K1で増幅して送信RF信号RF1として第1ミキサ32に出力する。
As a result, the
第1ミキサ32は、送信RF信号を第1周波数f1に相当する第1キャリア信号と混合して、受信ベースバンド信号SB1としてA/Dコンバータ33に出力する。
A/Dコンバータ33は、第1ミキサ32の出力した受信ベースバンド信号のアナログ/ディジタル変換を行ってディジタルベースバンドデータDB1としてDSP34に出力する。
The
The A /
これにより、DSP34の加算器41は、ディジタルベースバンドデータDB1にホワイトノイズデータN(z)を加えて減算器42に出力する。
減算器42は、加算器41の出力からウェイトW(z)を減算し、出力する。
As a result, the
The
これにより、復調/変調部45は、伝達係数Y(z)が適用されたディジタルベースバンドデータDB1の復調及び変調を行って処理済ディジタルベースバンドデータDB2を
D/Aコンバータ35に出力する。
Accordingly, the demodulation /
これと並行して、ウェイト生成係数生成部43は、減算器42の出力である伝達関数Y(z)からウェイトW(z)を生成するためのウェイト生成係数αを生成し、ウェイト生成部44に出力する。
ウェイト生成部44は、ウェイト生成係数αに基づいてウェイトW(z)を生成して減算器42に出力する。
In parallel with this, the weight generation
The
これらの結果、D/Aコンバータ35には、干渉波の影響が低減された処理済ディジタルベースバンドデータDB2が入力されることとなる。
そして、D/Aコンバータ35は、DSP34の出力した処理済ディジタルベースバンドデータDB2のディジタル/アナログ変換を行ってアナログ送信ベースバンド信号SB2を第2ミキサ36に出力する。
As a result, the processed digital baseband data DB2 in which the influence of the interference wave is reduced is input to the D /
Then, the D /
第2ミキサ36は、アナログ送信ベースバンド信号SB2を第2周波数f2に相当する第2キャリア信号と混合して、中継送信RF信号RF2として第2アンプ37に出力する。
第2アンプ37は、中継送信RF信号RF2を増幅率K2で増幅して増幅中継送信RF信号ARF2として出力し、アクセスアンテナ23を介して中継エリア内に存在する無線通信端末装置13に対して送信する。
The
The
上記動作において、図2の観測点Yにおける伝達関数Y(z)は以下の式で求められる。 In the above operation, the transfer function Y (z) at the observation point Y in FIG.
この伝達関数Y(z)の分母を常に1にすることで干渉波の影響をキャンセルできることから、理想的なウェイトW(z)tとして(2)式が成り立つ。 Since the influence of the interference wave can be canceled by always setting the denominator of the transfer function Y (z) to 1, Equation (2) is established as an ideal weight W (z) t.
さらに理想的なウェイトW(z)t=R(z)K2と実際のウェイトW(z)との差分であるウェイト差分E(z)を以下の(3)式に示すように定義する。 Further, a weight difference E (z) that is a difference between an ideal weight W (z) t = R (z) K2 and an actual weight W (z) is defined as shown in the following equation (3).
ここで入力信号のSNR(Signal-Noise Ratio)が高い場合には、ノイズN(z)の値は、伝達関数Y(z)の値に対して非常に小さな値となるので、右辺第3項(=N(z)/Y(z))は、0とみなすことができる。 Here, when the SNR (Signal-Noise Ratio) of the input signal is high, the value of the noise N (z) is very small with respect to the value of the transfer function Y (z). (= N (z) / Y (z)) can be regarded as 0.
また、変数である増幅率K1は、既知である。さらにX(z)/Y(z)は、干渉波、および伝搬路のフェージングなどが無い場合に推定可能であり、パイロット信号などを用いたトレーニング期間に推定することが可能となる。 The variable amplification factor K1 is known. Further, X (z) / Y (z) can be estimated when there is no interference wave and propagation channel fading, and can be estimated during a training period using a pilot signal or the like.
従ってウェイト差分は、以下の(5)式の様に前回のウェイトWn−1(z)により今回のウェイトWn(z)を更新することで差分を収束する。 Therefore, the weight difference is converged by updating the current weight W n (z) with the previous weight W n−1 (z) as in the following equation (5).
以上の説明のように、本第1実施形態によれば、同一周波数帯域内で隣接する周波数帯を利用する場合のように、干渉問題が生じる場合でも、干渉の影響を抑制することができるので、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上することができる。 As described above, according to the first embodiment, even when an interference problem occurs as in the case of using adjacent frequency bands in the same frequency band, the influence of interference can be suppressed. The user throughput can be maintained or improved.
[2]第2実施形態
図6は、第2実施形態の無線中継装置の受信時(ダウンロード時)の機能構成ブロック図である。
図6において、図2と同様の部分については、同一の符号を付すものとする。
図6の第2実施形態の無線中継装置12Aが、第1実施形態の無線中継装置12と異なる点は、アクセスアンテナ23を介して中継エリア内に存在する無線通信端末装置13に対して送信する第2アンプ37の出力をアッテネータ51を介して入力し、第2アンプ37の出力と同一の周波数にPLL52により同期させた同一の周波数でダウンコンバートする乗算器53と、乗算器53の出力のA/Dコンバータ54によりディジタルフィードバックデータを生成する点と、復調/変調部45の出力のレベル調整を行うためのレベル調整Kを乗じるレベル調整部46と、レベル調整部46の出力に所定の遅延dを与えて出力する遅延回路47を備え、ディジタルフィードバックデータから遅延回路47の出力データを減算する減算器48により、ディジタルフィードバックデータから減算器48の減算器48の出力を減じることで、主信号の成分をキャンセルし、隣接チャネル漏洩電力成分のみをウェイト生成係数生成部43に出力する構成を採った点である。
[2] Second Embodiment FIG. 6 is a functional configuration block diagram at the time of reception (during download) of the wireless relay device of the second embodiment.
In FIG. 6, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
6 is different from the
本第2実施形態の構成によれば、第1実施形態の効果に加えて、無線中継装置12の出力に含まれる隣接チャネル漏洩成分の影響を更に抑制して、より一層干渉の影響を抑制し、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上することができる。
According to the configuration of the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the influence of adjacent channel leakage components included in the output of the
[3]実施形態の変形例
以上の説明においては、中心周波数が第1周波数f1の信号と、中心周波数が第2周波数f2の信号との間の干渉について説明したが、同様にして、中心周波数が第2周波数f2の信号と、中心周波数が第3周波数f3の信号との間の干渉についても同時並行して除去するようにウェイトW(z)を制御するように構成することも可能である。
[3] Modification of Embodiment In the above description, the interference between the signal having the center frequency of the first frequency f1 and the signal having the center frequency of the second frequency f2 has been described. Can be configured to control the weight W (z) so that interference between the signal of the second frequency f2 and the signal of the center frequency of the third frequency f3 is also removed in parallel. .
このように構成することにより、無線中継装置12が複数設けられている無線通信システムにおいても、より一層干渉の影響を抑制し、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上するように構成できる。
With this configuration, even in a wireless communication system in which a plurality of
以上の説明においては、干渉キャンセル処理をDSPにより行う構成を採っていたが、ハードウェア回路により同様の処理を行うようにすることも可能である。
以上の説明は、マクロ基地局11から無線通信端末装置13に対する無線中継装置12の送信時のウェイト(重み係数)について主として説明していたが、無線通信端末装置13からマクロ基地局11に対する無線中継装置12の受信時のウェイト(重み係数)についても同様に適用が可能である。
In the above description, the configuration in which the interference cancellation process is performed by the DSP is adopted, but the same process may be performed by a hardware circuit.
Although the above description mainly explained the weight (weighting coefficient) at the time of transmission of the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 無線通信システム
11 マクロ基地局
12、12A 無線中継装置
13 無線通信端末装置
21 ドナーアンテナ
22 中継装置本体
23 アクセスアンテナ
31 第1アンプ
32 第1ミキサ
33 A/Dコンバータ
34 DSP
35 D/Aコンバータ
36 第2ミキサ
37 第2アンプ
41 加算器
42 減算器
43 ウェイト生成係数生成部
44 ウェイト生成部
45 復調/変調部
46 レベル調整部
47 遅延回路
48 減算器
51 アッテネータ
52 PLL
53 乗算器
54 A/Dコンバータ
SA11、SA12 サービスエリア
W(z) ウェイト
DESCRIPTION OF
35 D /
53 Multiplier 54 A / D Converter SA11, SA12 Service Area W (z) Weight
Claims (8)
干渉波の信号レベルを監視し、前記干渉波の信号レベルが低下するように受信波の信号に重み付けを行うウェイト係数の更新を行う信号処理部を備えた、
無線中継装置。 A radio relay device that relays communication between a radio base station and a mobile radio communication terminal device,
A signal processing unit that monitors a signal level of the interference wave and updates a weight coefficient that weights the signal of the reception wave so that the signal level of the interference wave decreases;
Wireless relay device.
請求項1記載の無線中継装置。 The signal processing unit reduces the signal level of the interference wave by reducing the adjacent channel leakage power component,
The wireless relay device according to claim 1.
請求項1記載の無線中継装置。 When the signal processing unit relays the received wave and outputs it as a transmission wave, the signal processing unit cancels the main signal component by matching the phase while inverting the transmission wave component, and the obtained adjacent channel leakage Updating the weighting factor based on the power component;
The wireless relay device according to claim 1.
請求項1記載の無線中継装置。 The weight coefficient is a transmission weight coefficient or a reception weight coefficient.
The wireless relay device according to claim 1.
干渉波の信号レベルを監視する過程と、
前記干渉波の信号レベルが低下するように受信波の信号に重み付けを行うウェイト係数の更新を行う過程と、
を備えた方法。 A method executed by a radio relay apparatus that relays communication between a radio base station and a mobile radio communication terminal apparatus,
The process of monitoring the signal level of the interference wave;
Updating a weighting factor that weights the received wave signal so that the signal level of the interference wave decreases;
With a method.
請求項5記載の方法。 The signal processing unit reduces the signal level of the interference wave by reducing the adjacent channel leakage power component,
The method of claim 5.
請求項5記載の方法。 The process of updating the weight coefficient was obtained by canceling the main signal component by reversing the transmitted wave component and matching the phase when relaying the received wave and outputting it as a transmitted wave. Updating the weighting factor based on the adjacent channel leakage power component;
The method of claim 5.
請求項5記載の方法。 The weight coefficient is a transmission weight coefficient or a reception weight coefficient.
The method of claim 5.
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