JP2017135620A - 通信中継装置、通信中継システム、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】１台の親機に複数の子機を接続して光リピータシステムを構築する場合でも、親機における合成ノイズ値を向上し、良好な通信環境を構築する。
【解決手段】実施形態の通信中継装置は、無線基地局と携帯通信端末装置との間で直接的あるいは間接的に通信の中継を行う。判別部は、無線通信アンテナを介して携帯通信端末装置からアップリンク信号を受信しているか否かを判別する。遮断部は、判別部によりアップリンク信号を受信していないと判別された場合に、アップリンク信号の無線基地局側への伝送路を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、通信中継装置、通信中継システム、方法及びプログラムに関する。

従来携帯電話、スマートフォン等の移動通信端末装置を屋内で使用可能とするための光リピータシステム（通信中継システム）が知られている。
このような光リピータシステムにおいては、無線基地局に接続された１台の親機に複数の子機を接続して実効的に無線基地局の通信エリアを拡大することにより、大規模な商業施設やオフィスビルといった広範囲の室内エリアをカバーしていた。

国際公開２００８／１２９６８０号パンフレット 特開２０１２−２１７１７４号公報 特開２００８−０９１９８４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、上り信号（アップリンク信号ＵＬ）としては、子機毎に用意されたロウノイズアンプ（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）の出力を合成しているため、親機においては、子機台数分のノイズが合成されることとなり、光リピータシステム全体としてのトータルのノイズ値（ＮＦ）である合成ノイズ値（合成ＮＦ）が劣化する虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１台の親機に複数の子機を接続して光リピータシステムを構築する場合でも、親機における合成ノイズ値を向上し、良好な通信環境を構築することが可能な通信中継装置、通信中継システム、方法及びプログラムを提供することを目的としている。

実施形態の通信中継装置は、無線基地局と携帯通信端末装置との間で直接的あるいは間接的に通信の中継を行う。
ここで、判別部は、無線通信アンテナを介して携帯通信端末装置からアップリンク信号を受信しているか否かを判別する。
遮断部は、判別部によりアップリンク信号を受信していないと判別された場合に、アップリンク信号の無線基地局側への伝送路を遮断する。

図１は、実施形態の携帯電話通信ネットワークの概要構成ブロック図である。 図２は、光リピータシステムの概要構成ブロック図である。 図３は、子機の概要構成ブロック図である。 図４は、子機の処理フローチャートである。 図５は、ＴＤＤ方式による伝送信号の説明図である。 図６は、ＦＤＤ方式による伝送信号の説明図である。

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、実施形態の携帯電話通信ネットワークの概要構成ブロック図である。
携帯電話通信ネットワーク１０は、図示しない関門交換機（Interconnecting Gateway Switch）を介して他接続事業者通信ネットワーク１１との間の相互接続を行い、当該接続事業者に属する携帯電話端末の接続制御を行う携帯電話コアネットワーク１２と、携帯電話コアネットワーク１２に接続され、後述の基地局の管理及び制御を行う複数の基地局制御装置１３と、各基地局制御装置１３に接続される複数の無線基地局（BTS:Base Transceiver Station）１４と、対応する基地局にＲＦケーブルで接続された光リピータシステム（通信中継システム）１５と、を備えている。
本実施形態においては、光リピータシステム１５は、いわゆる不感地帯の一種であるビルディングＢＬＤ内及び地下街ＵＧ内に配置されているものとする。

図２は、光リピータシステムの概要構成ブロック図である。
光リピータシステム１５は、無線基地局１４とＲＦケーブルで接続された親機（MU:Master Unit）２１と、親機２１に光ケーブルＬＣを介して接続されるとともに、他のハブ装置に対しても光ケーブルＬＣを介して接続されたハブ装置（HU:Hub Unit）２２と、携帯電話、スマートフォン等の携帯通信端末装置２３に対して無線接続される複数の子機(RU：Remote Unit)２４と、を備えている。なお、図２中、子機２４は、ＲＵと表記している。

図３は、子機２４の概要構成ブロック図である。
子機２４は、携帯通信端末装置２３との間で通信を行う場合に、ダウンリンク信号（下り信号）ＤＬ及びアップリンク信号ＵＬ（上り信号）ＵＬでアンテナポート３１を介して接続されたアンテナ３２を共用するためのデュプレクサ（ＤＵＰ）３３と、デュプレクサ３３より出力されるアップリンク信号ＵＬの伝送経路であるＲＦケーブルに方向性結合器３４を介して結合され、分岐されたアップリンク信号ＵＬが入力されて、アップリンク信号ＵＬを検波してアナログ信号に変換するＲＭＳ（Root Mean Square）検波器として構成された検出器（ＤＥＴ）３５と、検出器３５が出力したアナログ検出信号のアナログ／ディジタル変換を行ってディジタル検出データとして出力するＡ／Ｄ変換器３６と、例えば、ＦＰＧＡとして構成され、Ａ／Ｄ変換器３６の出力したディジタル検出データを処理し、アップリンク信号ＵＬの伝送経路に挿入されているスイッチ３７の制御を行う信号処理部３８と、ハブ装置２２との間の通信インタフェース動作を行う通信インタフェース部３９と、子機２４全体の制御を行う制御部４０と、を備えている。

上記構成において、信号処理部３８は、制御部４０の制御下で、ディジタル検出データを所定時間単位で解析し、デュプレクサ３３からアップリンク信号ＵＬが出力されているか否かを判別して、スイッチ３７を制御することとなる。

ここで、実施形態の動作説明に先立ち、従来の光リピータシステムの問題点について検討する。
光リピータシステムにおいては、１台の親機に複数の子機が接続されることとなるため、大規模な商業施設やオフィスビルなどの広範囲の通信エリアをカバーしているような場合には、アップリンク信号ＵＬは、子機毎に用意されたＬＮＡ出力を合成して得られるため、親機においては、子機台数分のノイズが合成されることにより、システム全体の合成ノイズ値（合成ＮＦ［Noise Figure］）が劣化してしまう虞があった。

以下、具体的に説明する。
ここでは、システム全体の合成ノイズ値をＮＦ_{Ｔｏｔａｌ}とし、各子機のノイズ値をＮＦ_１ＲＵと、子機の接続台数をＮ_ＲＵとすると、次式が成り立つ。
ＮＦ_{Ｔｏｔａｌ}＝ＮＦ_１ＲＵ＋１０・ｌｏｇ（Ｎ_ＲＵ）

したがって、例えば、ＮＦ_１ＲＵ＝４［ｄＢ］、Ｎ_ＲＵ＝５０［台］とすると、
ＮＦ_{Ｔｏｔａｌ}＝４＋１０・ｌｏｇ（５０）［ｄＢ］
＝４＋１６．９８９７［ｄＢ］
≒２１［ｄＢ］
となる。

ところで、全ての子機が同時にアップリンク信号ＵＬを送出しているわけではないので、本実施形態においては、子機２４はアップリンク信号ＵＬが含まれていないことを検出すると、スイッチ３７を切って信号送出を停止するようになっている。

以下、本実施形態について詳細に説明する。
図４は、子機の処理フローチャートである。
まず、子機２４の検出器３５は、方向性結合器３４を介して入力されたアップリンク信号ＵＬを検波して、アナログ信号としての電力検波信号をＡ／Ｄ変換器３６に出力する（ステップＳ１１）。

Ａ／Ｄ変換器３６は、電力検波信号のアナログ／ディジタル変換を行い、ディジタル検出データとして、信号処理部３８に出力する（ステップＳ１２）。
信号処理部３８は、入力されたディジタル検出データのサンプリング及びフィルタリングを行い（ステップＳ１３）、得られた電力が所定の閾値以上か否かを判別する（ステップＳ１４）。

ここで、所定の閾値の設定について説明する。
図５は、ＴＤＤ方式による伝送信号の説明図である。
ＴＤＤ（Time-Division-Duplex）方式は、アップリンク信号ＵＬとダウンリンク信号ＤＬとで周波数帯は同一で時間毎に分割して伝送を行う方式である。

図５（ａ）は、アップリンク信号ＵＬの伝送タイミングの説明図であり、図５（ｂ）は、アップリンク信号ＵＬに対応する参照信号ＲＳの説明図である。
図５（ｂ）に示すように、アップリンク信号ＵＬが伝送される伝送経路には、アップリンク信号ＵＬの復調を行うためのタイミング信号としての参照信号ＲＳが常時伝送されている。

図６は、ＦＤＤ方式による伝送信号の説明図である。
ＦＤＤ（Frequency-Division-Duplex）方式は、アップリンク信号ＵＬとダウンリンク信号ＤＬとで、周波数帯を分割して伝送を行う方式である。
図６（ａ）は、アップリンク信号ＵＬの伝送タイミングの説明図であり、図６（ｂ）は、アップリンク信号ＵＬに対応する参照信号ＲＳの説明図である。

図６（ｂ）に示すように、ＴＤＤ方式の場合と同様に、アップリンク信号ＵＬが伝送される伝送経路には、アップリンク信号ＵＬの復調を行うためのタイミング信号としての参照信号ＲＳが常時伝送されている。

すなわち、ＴＤＤ方式及びＦＤＤ方式の双方において、アップリンク信号ＵＬが伝送されている場合及びアップリンク信号ＵＬが伝送されていない場合のいずれの場合であっても、アップリンク信号ＵＬの伝送可能タイミングにおけるデュプレクサ３３の出力信号には、参照信号ＲＳが含まれているのである。

従ってアップリンク信号ＵＬ伝送タイミングに少なくとも参照信号ＲＳのみが伝送されている場合に想定される電力（＝少なくとも参照信号ＲＳのみが伝送されている場合に想定される最高電力値）より高い電力値（電力レベル）を所定の閾値（＜アップリンク信号ＵＬ及び参照信号ＲＳが伝送されている場合に想定される最小電力値）として設定しておけば、伝送系路上をアップリンク信号ＵＬが伝送されているか否かを容易に識別できることとなる。

そして、ステップＳ１４の判別において、伝送系路上をアップリンク信号ＵＬが伝送されていると判別した場合には（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、スイッチ３７をオン状態（あるいはオン状態維持：伝送経路維持）とする（ステップＳ１５）。
この結果、携帯通信端末装置２３側から送信されたアップリンク信号ＵＬは、通信インタフェース部３９を介してハブ装置２２側に伝送される。

一方、ステップＳ１４の判別において、伝送系路上をアップリンク信号ＵＬが伝送されていない、すなわち、参照信号ＲＳのみが伝送されていると判別した場合には（ステップＳ１４；Ｎｏ）、スイッチ３７をオフ状態（伝送経路遮断）とする（ステップＳ１６）。

この結果、アップリンク信号ＵＬを伝送する必要の無い子機２４からハブ装置２２に向かって信号（実効的に参照信号ＲＳ）が伝送されなくなるため、親機２１にノイズが伝送されて、ノイズが合成されることもない。

この結果、本実施形態によれば、親機に実効的に接続されている子機の数は、同時にアップリンク信号ＵＬの送信が必要な子機２４の数となり、親機２１における合成ＮＦを向上することができることがわかる。
さらに、合成ＮＦが向上し改善されることにより、子機２４の通信エリアを拡大することが可能となる。この結果、子機２４の置局設計条件が変わり光リピータシステム１５を構成するのに必要となる子機２４の数を低減でき、設置コストの低減が図れる。

また、合成ＮＦが向上することで、実質的に携帯通信端末装置２３のスループットが向上する。さらに合成ＮＦが向上することで、アップリンク信号ＵＬのＳＮＲ（Signal Noise Ratio）が改善されるため、携帯通信端末装置２３の送信出力電力を抑制でき、携帯通信端末装置２３の電池の消耗を抑制できるので、使用可能時間を長くすることができる。さらには、電池寿命を改善することが可能となる。さらにまた、携帯通信端末装置２３の送信出力電力を抑制できるのに伴って、携帯通信端末装置２３から子機２４に向かうアップリンク信号ＵＬの相互干渉を抑制でき、良好な通信が行える。

また、通信可能期間におけるスイッチをオフしている比率を求めることで、子機２４の通信トラフィック量（アップリンク信号ＵＬの使用率）を測定することができ、通信トラフィックの増減、すなわち、携帯通信端末装置２３のユーザ数の増減を把握可能となる。これにより子機２４の増設、セクタ分割、新バンド（新周波数帯域）の追加増設などの判断を確実に行え、対応する処理が迅速に行える。

本実施形態によれば、以上のような効果を奏することができるので、光リピータシステム１５全体のシステムコストの低減も可能となる。
特に、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の通信規格に対応した光リピータシステム１４であれば、伝送データを有する携帯通信端末装置２３がある場合に、当該携帯通信端末装置２３にトラフィックチャネルを多く割り当て、短時間でデータ伝送を完了するように動作するため、実際にアップリンク信号ＵＬを送信している携帯通信端末装置２３の数及び実質的な送信時間はそれほど多くないため、本実施形態の効果をより多く受けることが可能となる。

以上の説明においては、検出器３５としてＲＭＳ検波器を用いていた。しかしながら、ＲＭＳ検波器を用いずに、ＲＦ信号を直接あるいは一旦、中間周波信号（ＩＦ信号）に変換後、Ａ／Ｄ変換器３６によりディジタル信号に変換して、ディジタル回路で検波する方法を用いたり、アップリンク信号ＵＬを復調し、実データ（ＰＵＳＣＨ）信号を解析する方法を用いたりするように構成することも可能である。すなわち、実質的なデータが含まれているか否かを判別することで、携帯通信端末装置２３に対するサービスが提供されている状況であるか否かを判別するように構成することも可能である。

また、ダウンリンク信号ＤＬに含まれる制御信号を解析することで、アップリンク信号ＵＬの割り当てが行われている状態か否かを判別するように構成することも可能である。

以上の説明においては、通信に用いる周波数帯（バンド）が一つの場合を例として説明したが、昨今、光リピータシステム１５で取り扱う周波数帯は複数（例えば、８００ＭＨｚ帯及び２．１ＧＨｚ帯）となっており、子機２４に入力されるアップリンク信号ＵＬの周波数帯も複数となっている。このため、周波数帯毎に上記処理と同様の処理を行い、スイッチの制御についても周波数帯毎に独立して行うように構成することにより、周波数帯毎の独立した制御が可能となり、柔軟なリソース配分を行うことができる。

また、利用可能な複数の周波数帯のうち、携帯通信端末装置２３による周波数帯の利用が無い場合等には、当該周波数帯について同期して子機２４側もオフ状態とすることにより、子機２４の消費電力を低減することが可能である。

本実施形態の通信中継装置は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

本実施形態の通信中継装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態の通信中継装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の通信中継装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態の通信中継装置のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本実施形態の通信中継装置で実行されるプログラムは、上述した各部（判別部、遮断部、…）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、判別部、遮断部、…が主記憶装置上に生成されるようになっている。

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。

１０ 携帯電話通信ネットワーク
１１ 他接続事業者通信ネットワーク
１２ 携帯電話コアネットワーク
１３ 基地局制御装置
１４ 無線基地局
１５ 光リピータシステム
２１ 親機
２２ ハブ装置
２３ 携帯通信端末装置
２４ 子機
３１ アンテナポート
３２ アンテナ
３３ デュプレクサ
３４ 方向性結合器
３５ 検出器
３６ Ａ／Ｄ変換器
３７ スイッチ
３８ 信号処理部
３９ 通信インタフェース部
４０ 制御部
ＤＬ ダウンリンク信号
ＬＣ 光ケーブル
ＲＳ 参照信号
ＵＬ アップリンク信号ＵＬ

Claims (7)

1. 無線基地局と携帯通信端末装置との間で直接的あるいは間接的に通信の中継を行う通信中継装置であって、
   無線通信アンテナを介して前記携帯通信端末装置からアップリンク信号を受信しているか否かを判別する判別部と、
   前記判別部により前記アップリンク信号を受信していないと判別された場合に、前記アップリンク信号の前記無線基地局側への伝送路を遮断する遮断部と、
   を備えた通信中継装置。
2. 前記判別部は、前記無線通信アンテナを介して入力された受信信号の検波を行う検波部と、
   前記検波部により検波された受信信号の電力レベルを所定の閾値と比較し、前記アップリンク信号を受信しているか否かを判別する信号処理部と、
   を備えた請求項１記載の通信中継装置。
3. 前記アップリンク信号の送信可能タイミングにおいて、前記伝送路には、所定の参照信号が前記無線基地局側に送信されており、
   前記所定の閾値は、少なくとも前記参照信号のみの送信時の最高電力レベルより高い電力レベルに設定されている、
   請求項２記載の通信中継装置。
4. 前記遮断部は、前記伝送路に介挿され、当該伝送路を遮断するスイッチを備えている、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の通信中継装置。
5. 無線基地局と携帯通信端末装置との間で通信の中継を行う通信中継システムであって、
   携帯通信端末装置からのアップリンク信号を無線通信アンテナを介して受信可能で、受信した前記アップリンク信号を中継する複数の子機と、
   前記複数の子機と通信可能に構成され、前記子機から中継されたアップリンク信号を合成して、前記無線基地局に伝送する親機と、を備え、
   前記子機は、前記無線通信アンテナを介して携帯通信端末装置からアップリンク信号を受信しているか否かを判別する判別部と、
   前記判別部により前記アップリンク信号を受信していないと判別された場合に、前記アップリンク信号の前記親機側への伝送路を遮断する遮断部と、を備えている、
   通信中継システム。
6. 無線基地局と携帯通信端末装置との間で直接的あるいは間接的に通信の中継を行う通信中継装置で実行される方法であって、
   無線通信アンテナを介して前記携帯通信端末装置からアップリンク信号を受信しているか否かを判別する過程と、
   前記アップリンク信号を受信していないと判別された場合に、前記アップリンク信号の前記無線基地局側への伝送路を遮断する過程と、
   を備えた方法。
7. 無線基地局と携帯通信端末装置との間で直接的あるいは間接的に通信の中継を行う通信中継装置をコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   無線通信アンテナを介して前記携帯通信端末装置からアップリンク信号を受信しているか否かを判別する手段と、
   前記アップリンク信号を受信していないと判別された場合に、前記アップリンク信号の前記無線基地局側への伝送路を遮断する手段と、
   して機能させるプログラム。

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