JP2018011137A - 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、複数の子局が接続可能で、前記複数の子局と親局との間で通信の中継を行うに際し、閾値レベル設定部は、子局の接続台数に応じて、前記子局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ための閾値レベルを更新可能に設定し、判別部は、設定された閾値レベルに基づいて、前記子局からアップリンク信号を受信しているか否かを判別し、送出禁止部は、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、アップリンク信号の前記親局側への送出を禁止する。
【選択図】図３

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 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、複数の子局が接続可能で、前記複数の子局と親局との間で通信の中継を行う。
ここで、閾値レベル設定部は、子局の接続台数に応じて、前記子局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ための閾値レベルを更新可能に設定し、判別部は、設定された閾値レベルに基づいて、前記子局からアップリンク信号を受信しているか否かを判別し、送出禁止部は、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、アップリンク信号の前記親局側への送出を禁止する。

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、親機及びハブ装置の概要構成ブロック図である。 図４は、ＬＴＥの１０ＭＨｚ帯域の信号におけるノイズレベルの一例を示す図である。 図５は、ハブ装置の処理フローチャートである。

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、光リピータシステム１５の設置時及び構成変更時に光リピータシステム１５に接続されて各種設定等を行う監視制御装置１６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、親機及びハブ装置の概要構成ブロック図である。
親機２１は、親機２１全体を制御する制御部３１と、各種信号処理を行う信号処理部３２と、を備えている。
ハブ装置２２は、対応する子機２４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で通信路を共用するための各子機２４にそれぞれ対応したデュプレクサ（ＤＵＰ）４１と、デュプレクサ４１より出力されるアップリンク信号ＵＬを合成して合成アップリンク信号ＳＵＬを出力するハイブリッド回路（ＨＹＶ）４２と、合成アップリンク信号ＳＵＬの伝送路に方向性結合器４３を介して結合され、分岐された合成アップリンク信号ＳＵＬが入力されて、合成アップリンク信号ＳＵＬ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）４４と、を備えている。

また、ハブ装置２２は、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４５と、例えば、ＦＰＧＡとして構成され、Ａ／Ｄ変換器４５の出力したディジタル検出データを所定単位時間毎に解析処理し、合成アップリンク信号ＳＵＬとノイズレベルとの比較を行い合成アップリンク信号ＳＵＬに実効的にアップリンク信号ＵＬが含まれているか否かを判別する処理を含む各種信号処理を行う信号処理部４６と、ハブ装置２２全体の制御を行う制御部４７と、を備えている。

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。
図４は、ＬＴＥの１０ＭＨｚ帯域の信号におけるノイズレベルの一例を示す図である。
図４に示すように、例えば、ＬＴＥの１０ＭＨｚ帯域の熱雑音レベルは、−１７４ｄＢｍ／Ｈｚとなっているとし、子機２４が１台も接続されていない場合のノイズレベルは、
１０×ｌｏｇ（１０ＭＨｚ）＝７０ｄＢとなるので、熱雑音を考慮した実際のノイズレベルは、−１７４＋７０＝−１０４ｄＢｍ／Ｈｚとなる。

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２４のノイズ値をＮＦ_１ＲＵと、子機２４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＝１［台］とすると、
ＮＦ_{Ｔｏｔａｌ}＝４＋１０・ｌｏｇ（１）［ｄＢ］
＝４＋０［ｄＢ］
＝４［ｄＢ］
となり、熱雑音を考慮した実際のノイズレベルは、−１０４＋４＝−１００ｄＢｍ／Ｈｚとなる。
同様に、例えば、Ｎ_ＲＵ＝６４［台］とした場合には、
ＮＦ_{Ｔｏｔａｌ}＝４＋１０・ｌｏｇ（６４）［ｄＢ］
＝４＋１８．０６１８［ｄＢ］
≒２２［ｄＢ］
となり、熱雑音を考慮した実際のノイズレベルは、−１０４＋２２＝−８２ｄＢｍ／Ｈｚとなる。

ところで、全ての子機２４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、ハブ装置２２は合成アップリンク信号ＳＵＬに実効的にアップリンク信号ＵＬが含まれていないことを検出すると、信号処理部４６は、合成アップリンク信号ＳＯＵＬの親機２１に対する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５は、ハブ装置の処理フローチャートである。
まず、光リピータシステム１５の設置時あるいは構成変更時には、監視制御装置１６が光リピータシステム１５を構成している親機２１に接続され、光リピータシステム１５の装置構成ツリーが親機２１の制御部３１に通知され、設定される（ステップＳ１１）。

この場合において、光リピータシステム１５の装置構成ツリーとは、親機２１の配下に接続されるハブ装置２２の台数、接続順、接続形態、各ハブ装置２２に接続されている子機２４の台数などを表す情報である。
この装置構成ツリーのうち各ハブ装置２２に関する情報については、親機２１が各ハブ装置２２の制御部４７に対し通知し、各ハブ装置２２は、少なくとも当該ハブ装置２２に接続される子機２４の接続台数に関する情報を取得することとなる。

この結果、各ハブ装置２２の制御部４７は、当該ハブ装置２２に接続されている子機２４の接続台数に応じて、合成アップリンク信号ＳＵＬに実効的にアップリンク信号ＵＬが含まれている否かを判別するための判別用閾値レベルを設定する（ステップＳ１２）。
より詳細には、ハブ装置２２に接続されている子機２４の台数が多いほど、判別用閾値レベルは、高い値に設定される。

ここで、判別用閾値レベルの設定について説明する。
以下においては、ＴＤＤ（Time-Division-Duplex）方式及び ＦＤＤ（Frequency-Division-Duplex）方式における閾値の設定について説明する。
まず、ＴＤＤ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。

そして、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。

一方、ＦＤＤ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。
ＦＤＤ方式においても、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伝送タイミングに接続されている子機２４の台数に応じて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）を判別用閾値レベル（＜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のである。

ハブ装置２２のデュプレクサ４１は、自己に対応する子機２４からアップリンク信号ＵＬが入力された場合には、アップリンク信号ＵＬをハイブリッド回路４２に出力する。
この結果、ハイブリッド回路４２は、入力されたアップリンク信号ＵＬを合成して合成アップリンク信号ＳＵＬとして信号処理部４６に出力する。

このときハブ装置２２の検出器４４は、方向性結合器４３を介して入力された合成アップリンク信号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４５に出力し、Ａ／Ｄ変換器４５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４６に出力する（ステップＳ１３）。
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Ｓ１４）、得られた電力が所定の閾値レベル以下か否かを判別する（ステップＳ１５）。

そして、ステップＳ１５の判別において、合成アップリンク信号ＳＵＬに対応する電力が所定の閾値レベル以下である、すなわち、伝送系路上をアップリンク信号ＵＬが伝送されておらず、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Ｓ１５；Ｙｅｓ）、図示しないスイッチをオフ状態として（伝送経路遮断）、合成アップリンク信号ＳＵＬの送出を禁止する（ステップＳ１６）。

一方、合成アップリンク信号ＳＵＬに対応する電力が所定の閾値レベルを超えており、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Ｓ１５；Ｎｏ）、図示しないスイッチをオン状態（あるいはオン状態維持：伝送経路維持）として、合成アップリンク信号ＳＵＬの送出を行う（ステップＳ１７）。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、合成アップリンク信号ＳＵＬとして、親局２１側に伝送される。

以上の説明のように、実効的に全てのアップリンク信号ＵＬを伝送する必要の無い子機２４のみが接続されているハブ装置２２から親機２１に向かって合成アップリンク信号ＳＵＬ（実効的に参照信号ＲＳのみを含む合成アップリンク信号ＳＵＬ）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。

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（１０ＭＨｚ帯）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
１６ 監視制御装置
２１ 親機
２２ ハブ装置（通信中継装置）
２３ 携帯通信端末装置
２４ 子機
３１ 制御部
３２ 信号処理部（閾値レベル設定部、判別部、送出禁止部）
４１ デュプレクサ（ＤＵＰ）
４２ ハイブリッド回路（ＨＹＶ）
４３ 方向性結合器
４４ 検出器（ＤＥＴ）
４５ Ａ／Ｄ変換器
４６ 信号処理部
４７ 制御部
ＤＬ ダウンリンク信号
ＵＬ アップリンク信号

Claims (6)

1. 複数の子局が接続可能で、前記複数の子局と親局との間で通信の中継を行う通信中継装置であって、
   前記子局の接続台数に応じて、前記子局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ための閾値レベルを更新可能に設定する閾値レベル設定部と、
   設定された前記閾値レベルに基づいて、前記子局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局側への送出を禁止する送出禁止部と、
   を備えた通信中継装置。
2. 前記判別部は、前記複数の子局からの受信信号を合成した合成受信信号を生成して出力するハイブリッド回路部と、
   前記合成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前記合成受信信号の電力レベルを前記閾値レベルと比較し、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、
   前記閾値レベは、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. 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、
   複数の前記子局と通信可能に構成され前記子機から受信したアップリンク信号を合成して、合成アップリンク信号として中継するハブ装置と、
   前記ハブ装置と通信可能に構成され、前記合成アップリンク信号を前記無線基地局に伝送する親機と、を備え、
   前記ハブ装置は、前記子局の接続台数に応じて、前記子局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ための閾値レベルを更新可能に設定する閾値レベル設定部と、
   設定された前記閾値レベルに基づいて、前記子局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局側への送出を禁止する送出禁止部と、を備えている、
   通信中継システム。
5. 複数の子局が接続可能で、前記複数の子局と親局との間で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、
   前記子局の接続台数に応じて、前記子局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ための閾値レベルを更新可能に設定する過程と、
   設定された前記閾値レベルに基づいて、前記子局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局側への送出を禁止する過程と、
   を備えた方法。
6. 複数の子局が接続可能で、前記複数の子局と親局との間で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、
   前記子局の接続台数に応じて、前記子局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ための閾値レベルを更新可能に設定する手段と、
   前記閾値レベルに基づいて、前記子局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、
   前記判別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局側への送出を禁止する手段と、
   して機能させるプログラム。

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