JP2022067016A

JP2022067016A - 無線中継装置および無線中継方法

Info

Publication number: JP2022067016A
Application number: JP2020175695A
Authority: JP
Inventors: 行隆高橋; Yukitaka Takahashi; 啓介佐藤; Keisuke Sato; 進三浦; Susumu Miura
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-05-02

Abstract

【課題】基地局のビームを識別し、無線中継装置のビームを最適な方向へ向けることにより、設置性能を向上させた無線中継装置を提供する。【解決手段】無線中継装置は、ビームステアリング周期設定部、基地局側ビーム形成部、復調部、記憶部、受信電力が最大になるビームＩＤを検出する検出部、および、ドナーアンテナを、検出部において検出したビームＩＤに対応したビーム番号のビームに設定するビーム設定部を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、無線中継装置および無線中継方法に関するものであり、特に、第５世代移動通信システムなどの、移動通信システムで使用する無線中継装置および無線中継方法に関するものである。

無線中継装置については、特許文献１に記載されているような無線中継器や、特許文献２に記載されているような無線中継装置などが知られている。

特開２０１１－２２８８２０号公報特許第６５４８８５３号

無線中継装置は、設置に際し、基地局装置との方向調整が必要となる。無線中継装置は、基地局側にアンテナの指向性を向ける必要がある。４Ｇまでは基地局アンテナの水平面内指向性が広いため、ある程度、基地局側に中継装置を向けることで電波が受信できた。しかし、５Ｇでは、基地局側のアンテナビームが細いため、設置時の方向調整が難しく、無線中継装置の設置難度が上がる。
以下、具体的に説明する。

５Ｇ基地局（ｇＮＢ）は細いビームを上下左右にスイングさせて、１つのビームで端末と通信を行う。例えば、図１において、端末Aは＃６、端末Bは＃２のビームＩＤを有する。
アンテナのビームを細くするメリットとしては、アンテナ利得を上げてＥＩＲＰを高くし伝搬損失を補完すること、余分な方向にビームを向けないことで所望の端末と効率的に通信を行うことである。

５Ｇ基地局はビームフォーミング技術を採用し水平面および垂直面でビームをステアリングしている。それぞれのビームは識別符号としてのビームＩＤを有している。通常、ビームＩＤは装置を開発する企業で独自に設定する。
以下では、説明を容易にするため、水平方向のみのステアリングで説明するが、垂直方向についても水平方向と同様である。

２８ＧＨｚ帯などの高い周波数になると、電波の直進性が強くなるため、ビル影などに電波が回り込みにくくなる。図２において、端末Ｃはビルなどの建物Ｚの陰のためビーム＃４は端末Ｃに届かない。
電波の直進性による問題を快活する方法として、図３に示されるように、無線中継装置を利用する方法が考えらえる。無線中継装置はドナーユニットとサービスユニットから構成される。ドナーユニットとサービスユニット間は、有線（例えば同軸ケーブル）で接続される。もちろん、ドナーユニットとサービスユニットは一体型でもよい。ドナーユニットにおいて５Ｇ基地局の電波を受信し、サービスユニットから電波を放射する。例えばドナーユニットで電波＃５を受信し、サービスユニットから送信することで、端末Ｃが電波＃５を受信できるようにする、つまり、端末Ｃをサービスエリアに収容することができる。この際、無線中継装置は、電波＃５の代わりに、電波＃４を中継してもよい。

無線中継装置は、５Ｇ基地局側にドナーユニットのアンテナを向ける必要があり、設置時の制約になる。５G基地局はビームが細いので、調整が難しい。
また、木や自動車、建物などの障害物など、電波環境の変化の問題がある。例えば５Ｇ基地局とドナーユニット間に、これらの障害物などにより電波環境が変化すると、無線中継装置を設置しなおさなければならない。
特許文献１に記載の無線中継器は、基地局が複数のビームを有しておらず、基地局のビームはステアリングしていない。また、ビームＩＤに従ってビーム番号を選択するものではない。
特許文献２に記載の無線中継装置は、ピンホール効果を解決することが課題であり、ＭＩＭＯのレイヤ分だけビームが必要となる。またレイヤ分だけ回路が必要なため、回路が複雑で装置が高価となる。

そこで、本発明は、基地局のビームを識別し、無線中継装置のビームを最適な方向へ向けることにより、設置を容易とし、設置性能を向上させた無線中継装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、一度の設置により、電波環境の変化にも柔軟に対応できる無線中継装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、容量を維持することではなくサービスエリア拡張を目的とし、設置性を向上させつつＭＩＭＯのレイヤが増えてもビームを１つのままとできる無線中継装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、無線中継装置のアンテナ指向性を制御し、自動で基地局側へ指向性を向けるものであり、無線中継装置の設置性の向上が期待できる。

本発明の請求項１に係る無線中継装置は、
基地局と通信を行うドナーアンテナ、および、端末と通信を行うサービスアンテナを有する無線中継装置であって、
基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、無線中継装置のビームを切り替えステアリングするビームステアリング周期を基地局ステアリング周期以上の長さに設定する、ビームステアリング周期設定部、
形成するビームに番号をビーム番号として付し、前記ビームステアリング周期でビームを切り替えステアリングする、基地局側ビーム形成部、
各ビーム番号で受信した信号を復調する復調部、
前記復調部で復調した結果に基づき、基地局のビームＩＤごとの受信電力を記憶する記憶部、
すべてのビームＩＤの中で受信電力が最大になるビームＩＤを検出する検出部、
ドナーアンテナを、検出部において検出したビームＩＤに対応したビーム番号のビームに設定するビーム設定部、
を有することを特徴とする、無線中継装置である。

本発明の請求項２に係る無線中継装置は、
前記ビームステアリング周期設定部は、前記基地局ステアリング周期の整数倍の時間に前記ビームステアリング周期を設定することを有することを特徴とする、請求項１に記載の無線中継装置である。

本発明の請求項３に係る無線中継装置は、
前記ビームステアリング周期設定部は、前記基地局ステアリング周期を測定する基地局ステアリング周期測定部を有することを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項４に係る無線中継装置は、
前記ドナーアンテナのステアリングの範囲をステアリングの前に予め限定しておく、ステアリング範囲限定部を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項５に係る無線中継装置は、
前記検出部は、第一方向において細く第一方向と異なる第二方向において広い幅広のビームでステアリングを行って受信電力が最大となるビームを選択する第一方向検出部、および、
前記第一方向検出部で受信電力が最大となるビームを選択した後、第二方向内において細いビームでステアリングを行う第二方向検出部、を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項６に係る無線中継装置は、
前記記憶部は、ビームＩＤに加えて基地局ＩＤも記憶することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項７に係る無線中継装置は、
前記記憶部は、受信電力が最大になるビームＩＤについて、あるいは、ビームＩＤ毎に、受信電力が大きい順に複数のビーム番号を記憶する、副記憶部を有することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項８に係る無線中継装置は、
前記検出部は、１つのビームＩＤの受信電力が他のビームＩＤの受信電力より閾値以上大きい場合に、受信電力が最大となるビームＩＤを設定し、１つのビームＩＤの受信電力が他のビームＩＤの受信電力より閾値以上大きくない場合に、前記基地局側ビーム形成部において基地局ステアリング周期の整数倍の時間でビームを切り替えステアリングすることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項９に係る無線中継装置は、
前記基地局側ビーム形成部は、通常の通信時より予めサイドローブレベルを下げたビームを形成して基地局に対してビームをステアリングすることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項１０に係る無線中継装置は、
前記基地局側ビーム形成部は基地局ビームより細いビームを形成することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項１１に係る無線中継装置は、
前記無線中継装置は、非再生中継を行うものであって、アナログ・デジタル変換部を介さず、かつ、デジタル・アナログ変換部を介さずに前記ドナーアンテナと前記サービスアンテナの間に接続された非再生中継用増幅部を有することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項１２に係る無線中継装置は、
複数のサービスアンテナ、および、前記サービスアンテナごとに設けられたビーム形成部を有することを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項１３に係る無線中継装置は、
信号ライン上に周波数変換部を有しないことを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項１４に係る無線中継装置は、
基地局側筐体、および、端末側筐体を備え、
前記基地局側筐体は、前記ドナーアンテナ、および、基地局側接続部を有し、
前記端末側筐体は、前記サービスアンテナ、および、前記基地局側接続部と接続可能な端末側接続部を有することを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項１５に係る無線中継装置は、
前記無線中継器内で伝送される無線周波数とは異なる周波数の無線周波数を使用する通信部を有し、前記通信部を経由して外部装置と通信を行うことを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに記載の無線中継装置である。

本発明の請求項１６に係る無線中継方法は、
無線中継装置を用いて実施される、無線中継方法であって、
基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、無線中継装置のビームを切り替えステアリングするビームステアリング周期を基地局ステアリング周期以上の長さに設定する、周期設定ステップ、
前記周期設定ステップの後に行われ、予めビームに番号を、ビーム番号として付けておき、次いで、予め定められた順番でドナーアンテナのビームをステアリングするステアリングステップ、
前記ステアリングステップにおいて各ビーム番号で受信した信号を復調し、基地局のビームＩＤごとの受信電力を記憶する、復調記憶ステップ、
前記復調記憶ステップにおいて記憶したすべてのビームＩＤの中で受信電力が最大になるビームＩＤを検出する、検出ステップ、および、
前記ドナーアンテナを、前記検出ステップにおいて検出したビームＩＤに対応したビーム番号のビームに設定する、ビーム設定ステップ、
を有することを特徴とする、無線中継方法である。

本発明の請求項１７に係る無線中継方法は、
前記ビームステアリング周期を、前記基地局ステアリング周期の整数倍に設定することを特徴とする、請求項１６に記載の無線中継方法である。

本発明の請求項１８に係る無線中継方法は、
前記周期設定ステップの前に行われ、前記基地局ステアリング周期を測定する周期測定ステップを有することを特徴とする、請求項１７に記載の無線中継方法である。

本発明の請求項１９に係る無線中継方法は、
請求項１ないし１５のいずれかに記載の無線中継装置において実施されることを特徴とする、請求項１６ないし１８のいずれかに記載の無線中継方法である。

基地局と端末との通信例を示す。基地局と端末との通信例を示す。基地局と端末との通信例を示す。本発明の一実施例における無線中継装置の構成例を示す。本発明の一実施例における制御部の構成例を示す。本発明の一実施例におけるビームステアリング周期設定部の構成例を示す。本発明の一実施例における基地局側ビーム形成部の構成例を示す。本発明の一実施例における復調部の構成例を示す。本発明の一実施例における制御部の構成例を示す。本発明の一実施例における無線中継方法の例を示す。本発明の一実施例における無線中継方法の例を示す。本発明の一実施例における無線中継方法の例を示す。本発明の一実施例における無線中継方法の例を示す。本発明の一実施例における検出部の構成例を示す。本発明の一実施例における無線中継方法の例を示す。本発明の一実施例における記憶部の構成例を示す。本発明の一実施例における無線中継方法の例を示す。本発明の一実施例における無線中継装置の構成例を示す。本発明の一実施例における無線中継装置の構成例を示す。本発明の一実施例における無線中継装置の構成例を示す。本発明の一実施例における無線中継装置の構成例を示す。

本発明では、無線中継装置内で、５Ｇ基地局などの基地局からのＲＦ信号を復調し、ビームに関する情報を取得し、所望の方向へドナーアンテナのビームを向ける。
以下、具体的に説明する。
図４は本発明の一実施例における無線中継装置１００の構成例を示す。
無線中継装置１００は、基地局と通信を行うドナーアンテナ２０１、および、端末と通信を行うサービスアンテナ３０１を有する。無線中継装置１００はさらに、ビームステアリング周期設定部１１１、基地局側ビーム形成部２１０、復調部１２０、記憶部１１５、検出部１１３、および、ビーム設定部１１４を有する。
ビームステアリング周期設定部１１１は、基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、無線中継装置１００のビームを切り替えステアリングするビームステアリング周期を基地局ステアリング周期以上の長さに設定する。
基地局は通常、最大で６４のビームを切り替えるが、その周期は５ｍｓ、１０ｍｓ、２０ｍｓ、４０ｍｓ、８０ｍｓ、１６０ｍｓから選択される。よって、基地局の周期が不明である場合には、予めビームステアリング周期を１６０ｍｓ以上に設定しておく。ビームステアリング周期が、基地局ビームステアリング周期以上であれば、ビームステアリング周期中に確実に基地局ステアリング周期が収まることとなり、後述のビームＩＤごとの受信電力の測定が確実に行える。

機器のタイミングのずれなどを考慮する場合には、ビームステアリング周期を基地局ステアリング周期の２倍以上に設定すると、後述のビームＩＤごとの受信電力の測定がより確実に行える。
基地局側ビーム形成部２１０は、形成するビームに番号をビーム番号として付し、ビームステアリング周期でビームを切り替えステアリングする。
なお、ビームに付す番号や、ビーム番号などは、後述のようにビームごとの受信電力を記憶するためのものであり、実際の数字に限られず、ビームごとの受信電力を記憶できるものであれば、例えば測定した時間や他の手法によるものも含む。

復調部１２０は、各ビーム番号で受信した信号を復調する。
記憶部１１５は、復調部１２０で復調した結果に基づき、基地局のビームＩＤごとの受信電力を記憶する。
検出部１１３は、すべてのビーム番号の中で受信電力が最大になるビームＩＤを検出する。

ビーム設定部１１４は、ドナーアンテナ２０１を、検出部１１３において検出したビームＩＤに対応したビーム番号のビームに設定する。
本実施例では、図５に示されるように、基地局ステアリング周期測定部１１２、記憶部１１５、検出部１１３、および、ビーム設定部１１４は、制御部１１０内に一体に設けられている。
制御部１１０は、基地局側ビーム形成部２１０、基地局側送受信切替部２２０、基地局側周波数演算部、および、端末側の利得制御部３５０、端末側周波数変換部２４０、増幅部３３０、対端末送受信切替部２２０に接続されている。

本発明の一実施例において、ビームステアリング周期設定部１１１は、基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、基地局ステアリング周期の整数倍の時間にビームステアリング周期を設定する。これにより、ビームステアリング周期の中で基地局ステアリング周期がちょうど整数回行われることになり、ビームＩＤごとの受信電力を効率よく測定することができる。なお、整数が２以上であれば、ビームＩＤごとの受信電力の測定をより精度よく行うことができる。
機器のタイミングのずれなどを考慮する場合には、ビームステアリング周期を基地局ステアリング周期の３倍以上に設定すると、仮に基地局ステアリング周期のうち最初と最後の周期でずれによりすべての測定ができなかった場合にも、真ん中の基地局ステアリング周期が確実に含まれることになるため、ビームＩＤごとの受信電力の測定がより確実に行える。

本発明の一実施例において、図６に示されるように、ビームステアリング周期設定部１１１は、基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期を測定する基地局ステアリング周期測定部１１２を有する。これにより、予め基地局ステアリング周期が不明な場合にも、測定により基地局ステアリング周期を把握し、ビームステアリング周期を基地局ステアリング周期の整数倍に設定することが容易となる。

図７は基地局側ビーム形成部２１０の構成例を示す。対基地局ビーム形成部２１０内では、対基地局アンテナ（ドナーアンテナ）＃１には、送受信切替部２１０１ａ、受信増幅器２１０１ａ１、振幅調整器２１０１ａ２、位相調整器２１０１ａ３、送受信切替部２１０１ｂが順に接続され、送受信切替部２１０１ｂ、位相調整器２１０１ｂ１、振幅調整器２１０１ｂ２、送信増幅器２１０１ｂ３、送受信切替部２１０１ａが順に接続されている。
対基地局アンテナ＃２から＃Ｎについても同様である。そして、送受信切替部１ｂからＮｂは、分配合成器２１０ｃに接続されている。

基地局側ビーム形成部２１０は、基地局へのアンテナビームを形成するものであり、増幅器、位相調整器、振幅調整器、送受信切替器を有する。ビーム形成部は対端末側にも、端末側ビーム形成部３１０として設置できる。
送受信切替部２２０は、送信と受信で経路を切り替える。切り替えは制御部１１０からの信号に基づく。

例えば２８ＧＨｚなどの準ミリ波帯では増幅器の価格や損失が大きくなり、設計難易度や製造時の歩留まりが悪くなるため、数ＧＨｚなど扱いやすい周波数に変換し、また、その逆の処理を行う基地局側周波数変換部２４０を有する。
図７のビーム形成部は時分割複信方式（ＴＤＤ）の構成であるが、周波数分割複信方式（ＦＤＤ）でもよい。

図８は復調部１２０の構成例を示す。復調部１２０内では、復調部内利得制御部１２０１、復調部内周波数変換部１２０２、アナログデジタル変換部（ＡＤ変換部）１２０３、デジタル信号処理器１２０４が順に接続され、デジタル信号処理器１２０４が、制御部１１０内のＭＣＵ１１０１と接続されている。
復調部１２０はＲＦ信号をデジタル信号に変換し、信号の復調を行い、ビーム情報を取得する。
復調部に入力されるＲＦ信号の周波数がＡＤ変換部で直接取り込むことができる場合は、周波数変換部を省略することもできる。

制御部１１０は、図９に示されるように、ＭＣＵ１１０１などの演算装置と、演算装置に接続された記憶装置１１０２を有する構成とすることができる。
制御部１１０は、復調部１２０からの結果によりビーム形成部を制御する。なお、制御部１１０は復調部１２０内に設置してもよい。

図１０は本発明の一実施例における無線中継方法を示す。無線中継方法は、上述の無線中継装置１００でも実施することができる。
無線中継方法は、周期設定ステップ、ステアリングステップ、復調記憶ステップ、検出ステップ、および、ビーム設定ステップを有する。

まず、周期設定ステップＳ２０では、基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、無線中継装置１００のビームを切り替えステアリングするビームステアリング周期を基地局ステアリング周期以上の長さに設定する。
ここで、基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、中継装置のビームのステアリングの周期を、基地局ステアリング周期の整数倍に設定するものとしてもよい。例えば、基地局は通常、最大で６４のビームを切り替えるが、その周期は５ｍｓ、１０ｍｓ、２０ｍｓ、４０ｍｓ、８０ｍｓ、１６０ｍｓから選択される。
これにより、ドナーアンテナ２０１は基地局ステアリング周期の整数倍の時間でビームを切り替えることとなり、ドナーアンテナ２０１のビームのステアリングは、基地局のビームのステアリングより遅いものとなる。これにより、受信電力の測定を効率よく行うことができる。

図１１に示されるように、ビーム周期設定ステップの前に行われ、基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期を測定する、基地局周期測定ステップＳ１０を実施してもよい。基地局周期測定ステップＳ１０では、基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期を測定し、無線中継装置１００のビームのステアリングの周期を基地局ステアリング周期の整数倍に設定する。

次に、予め定められた順番でドナーアンテナ２０１のビームをステアリングする。この際、予めビームに番号を、ビーム番号として付けておく。また、ビームを形成する位相情報や振幅情報はテーブルとして保持しておく。または、位相、振幅の計算式を保持しておき、計算で求めても良い。
つまり、ステアリングステップでは、予めビームに番号を、ビーム番号として付けておき、次いで、予め定められた順番でドナーアンテナ２０１のビームをステアリングする。
本発明の一実施例において、無線中継装置１００は、ドナーアンテナ２０１のステアリングの範囲を、ステアリングの前に予め限定しておく、ステアリング範囲限定部１１３０を有する。

本構成によれば、無線中継装置１００の設置時におおよその範囲で基地局側と合わせておくことができるため、ドナーアンテナ２０１のステアリングの範囲は予め限定しておくと、ドナーアンテナ２０１が必要以上の範囲をステアリングすることがなく、効率よくドナーアンテナ２０１のビームをステアリングできる。
本発明の一実施例において、ドナーアンテナ２０１のステアリングにおいては、まず第一方向ステアリングステップＳ３２として、図１２に示されるように一方向において細く他の方向において幅広のビームでステアリングを行って受信電力が最大となるビームを選択した後に、第二方向ステアリングステップＳ３３として、図１３に示されるように他の方向内において細いビームでステアリングを行う。

図１４に示されるように、検出部１１３は、第一方向検出部１１３１、および、第二方向検出部１１３２を有する。そして、図１５に示されるように、第一方向検出部１１３は、第一方向において細く第一方向と異なる第二方向において広い幅広のビームでステアリングを行って受信電力が最大となるビームを選択する。第二方向検出部１１３は、第一方向検出部１１３で受信電力が最大となるビームを選択した後、第二方向内において細いビームでステアリングを行う。図１２に示されるようにステアリング範囲限定部１１３０を有してもよい。
この構成により、細いビームで上下左右をステアリングするよりも検索時間が短縮できる。

例えば、ドナー側のアンテナのビームを水平面に幅広にして、垂直面にステアリング、受信電力が最大になるビームを選択し、次いで、そのビームを水平面内において細くし水平面内においてステアリングする構成としてもよい。
復調記憶ステップでは、ステアリングステップＳ３０において各ビーム番号で受信した信号を復調し、基地局のビームＩＤごとの受信電力を記憶する。受信電力は例えばＲＳＲＰである。ビームＩＤとしては、例えば５ＧＮＲの場合、ＳＳ／ＰＢＣＨＩＮＤＥＸの値を使用する。
無線中継装置１００のビーム番号、基地局のビームＩＤが、例えば、テーブルの第１行では、ビーム番号１、ビームＩＤ７、－８０ｄＢｍ、テーブルの第２行では、ビーム番号２、ビームＩＤ２０、－７０ｄＢｍ、テーブルの第ｎ行では、ビーム番号ｎ、ビームＩＤ１、－７５ｄＢｍ、などとなる。

本発明の一実施例において、記憶部１１５は、ビームＩＤに加えて、基地局毎にユニークに割り当てられる基地局ＩＤも記憶する構成である。基地局ＩＤを用いることで基地局が複数ある場合でも、ビームの選択が可能となる。
例えば、ある基地局ＡのビームＩＤ毎の受信電力と、ある基地局Aとは異なる基地局ＢのビームID毎の受信電力を記憶し、基地局Aの受信電力と基地局Bの受信電力の差が最大になるビーム番号を選択することで、干渉を最小限に抑えることができる。

本発明の一実施例において、図１６に示されるように、記憶部１１５は、主記憶部１１５１に加えて、受信電力が最大になるビームＩＤについて、あるいは、ビームＩＤ毎に、受信電力が大きい順に複数のビーム番号を記憶する、副記憶部１１５２を有する。
本構成によれば、通信環境の変化などにより、受信電力が最大であったビーム番号での受信レベルが、受信電力が次に大きかったビーム番号での受信レベルより小さくなった場合などでも、自動あるいは上位装置からの指示などによりビームを切り替えることで、あるビーム番号で通信ができなくなっても、別のビーム番号で通信が可能となるなど、通信環境の変化などにも対応できる。

検出ステップＳ６０では、復調記憶ステップＳ４０において記憶したすべてのビームＩＤの中で受信電力が最大になるビームＩＤを検出する。
ここで、図１７に示されるように、端末に向けるアンテナビームに複数のビームＩＤをできるだけ含まないようにするため、閾値を設け、１つのビームＩＤが他のビームＩＤより閾値以上大きくなることを判定条件とし、判定条件を満たさない場合には、第一段階に戻って再度予め定められた順番でドナーアンテナ２０１のビームをステアリングする判定ステップＳ５０を設けてもよい。例えば、検出部１１３は、１つのビームＩＤの受信電力が他のビームＩＤの受信電力より閾値以上大きい場合に、受信電力が最大となるビームＩＤを設定し、１つのビームＩＤの受信電力が他のビームＩＤの受信電力より閾値以上大きくない場合に、基地局側ビーム形成部２１０において基地局ステアリング周期の整数倍の時間でビームを切り替えステアリングする構成としてもよい。

ビーム設定ステップＳ７０では、ドナーアンテナ２０１を、検出ステップにおいて検出したビームＩＤに対応したビーム番号のビームに設定する。
本発明の一実施例において、ドナーアンテナ２０１のビームとしては、メインビーム側のビームＩＤの受信レベルが大きくないように、通常の使用時より予めサイドローブレベルを下げたビームを使用する構成である。例えば、基地局側ビーム形成部は、通常の通信時より予めサイドローブレベルを下げたビームを形成して基地局に対してビームをステアリングする。

本発明の一実施例において、ドナーアンテナ２０１のビームは基地局ビームよりも細いビームを用いる構成である。つまり、基地局側ビーム形成部は基地局の発する基地局ビームより細いビームを形成する。
この構成により、無線中継装置１００で受信するビームＩＤが複数となることを防ぐことができる。

本発明の一実施例において、無線中継装置１００は、アナログ・デジタル変換部、デジタル・アナログ変換部のいずれもを介さずにドナーアンテナ２０１とサービスアンテナ３０１の間に接続された非再生中継用増幅部３３０を有し、非再生中継を行う構成である。
この構成ではアナログＩＣのみを使用し遅延を少なくすることが可能となる。

図１８は本発明の一実施例における無線中継装置１００の構成例を示す。本実施例における無線中継装置１００は、端末側にも設置後にビーム形成可能なものである。具体的には、端末側にもビーム形成部として端末側ビーム形成部３１０を設け、複数の対端末アンテナを有する。つまり、複数のサービスアンテナ３０１、および、サービスアンテナ（対端末アンテナ）３０１ごとに設けられた端末側ビーム形成部３１０を有する。
本構成により、端末側にも最適なビームを形成することができる。

図１９は本発明の一実施例における無線中継装置１００の構成例を示す。本実施例において、無線中継装置１００は、ＲＦなどの信号ラインには周波数変換部２４０を有しない。
「信号ライン上に周波数変換部を有しない」とは、周波数変換部２４０を介さず信号をドナーアンテナ２０１からサービスアンテナ３０１まで伝送されることを意味し、本実施例では、ドナーアンテナ２０１、基地局側ビーム形成部２１０、基地局側送受信切替部２２０、ＲＦ信号分配部、利得制御部１１０、増幅部３３０、端末側送受信切替部３２０、サービスアンテナ３０１が順次接続されたラインを有する。つまり、ＲＦなどの信号ラインにおいて周波数変換を行わないものであり、ＲＦなどの信号ラインにおいて遅延をさらに小さくできる。

図２０は本発明の一実施例における無線中継装置１００の構成例を示す。本実施例において、無線中継装置１００は、ドナーユニット側筐体２９０、および、サービスユニット側筐体３９０を備え、ドナーユニット側筐体２９０は、ドナーアンテナ２０１、および、ドナーユニット側接続部２９１、サービスユニット側筐体３９０は、サービスアンテナ３０１、および、ドナーユニット側接続部２９１と接続可能なサービスユニット側接続部３９１を有する。
ドナーアンテナ２０１とサービスアンテナ３０１を別の筐体とすることにより、設置性を向上させたものである。ドナーユニット２００とサービスユニット３００間を同軸ケーブルあるいは光ファイバケーブルと制御ケーブルで接続する。制御ケーブルを設ける代わりに、同軸ケーブルあるいは光ファイバケーブルのみとし、同軸ケーブルあるいは光ファイバに制御信号を重畳する構成でもよい。また、同軸ケーブルの場合は、制御信号に加えてサービスアンテナ３０１への直流電圧を重畳する構成でもよい。

図２１は本発明の一実施例における無線中継装置１００の構成例を示す。無線中継装置１００は、無線中継装置１００を伝送する無線周波数とは異なる、セルラー周波数あるいはWiFiあるいはBluetoothなどの無線周波数を使用する通信部１４０を有し、通信部１４０を経由して上位装置など無線中継装置１００の外部にある外部装置と通信する。本構成により、無線中継装置１００を外部から制御することが可能となる。例えば、基地局のビームのステアリング周期が変更された場合にも、外部から通信により無線中継装置１００に指令を送り、基地局のビームのステアリング周期の整数倍でビームを切り替えることも可能となる。

以上の無線中継装置において、前述のいずれかの無線中継方法を実施することができる。

本発明は以上の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施例を含むことは言うまでもない。
例えば、５G基地局以外に、６Gや４Gなど他の基地局にも適用できる。

１００無線中継装置
１１０制御部
１１１ビームステアリング周期設定部
１１２基地局ステアリング周期測定部
１１３検出部
１１３０ステアリング範囲限定部
１１３１第一方向検出部
１１３２第二方向検出部
１１４ビーム設定部
１１５記憶部
１１５１主記憶部
１１５２副記憶部
１２０復調部
１２０１利得制御部
１２０２復調部内周波数変換部
１２０３アナログデジタル変換部
１２０４デジタル信号処理器
１３０ＲＦ信号分配部
１４０通信部

２基地局
２００ドナーユニット
２０１ドナーアンテナ
２１０基地局側ビーム形成部
２１０１ａ，２１０２ａ，…，２１０ｎａ送受信切替部
２１０１ａ１，２１０２ａ１，…，２１０ｎａ１受信増幅器
２１０１ａ２，２１０２ａ２，…，２１０ｎａ２振幅調整器
２１０１ａ３，２１０２ａ３，…，２１０ｎａ３位相調整器
２１０１ｂ，２１０２ｂ，…，２１０ｎｂ送受信切替部
２１０１ｂ１，２１０２ｂ１，…，２１０ｎｂ１位相調整器
２１０１ｂ２，２１０２ｂ２，…，２１０ｎｂ２振幅調整器
２１０１ｂ３，２１０２ｂ３，…，２１０ｎｂ３送信増幅器
２１０ｃ分配合成器
２２０基地局側送受信切替部
２４０基地局側周波数変換部
２６０基地局側合成分配部
２９０ドナーユニット筐体
２９１ドナーユニット筐体側接続部

３端末
３００サービスユニット
３０１サービスアンテナ
３１０端末側ビーム形成部
３２０端末側送受信切替部
３３０増幅部
３４０端末側周波数変換部
３５０利得制御部
３６０端末側合成分配部
３９０サービスユニット筐体
３９１サービスユニット筐体側接続部

Claims

基地局と通信を行うドナーアンテナ、および、端末と通信を行うサービスアンテナを有する無線中継装置であって、
基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、無線中継装置のビームを切り替えステアリングするビームステアリング周期を基地局ステアリング周期以上の長さに設定する、ビームステアリング周期設定部、
形成するビームに番号をビーム番号として付し、前記ビームステアリング周期でビームを切り替えステアリングする、基地局側ビーム形成部、
各ビーム番号で受信した信号を復調する復調部、
前記復調部で復調した結果に基づき、基地局のビームＩＤごとの受信電力を記憶する記憶部、
すべてのビームＩＤの中で受信電力が最大になるビームＩＤを検出する検出部、
ドナーアンテナを、検出部において検出したビームＩＤに対応したビーム番号のビームに設定するビーム設定部、
を有することを特徴とする、無線中継装置。
前記ビームステアリング周期設定部は、前記基地局ステアリング周期の整数倍の時間に前記ビームステアリング周期を設定することを有することを特徴とする、請求項１に記載の無線中継装置。
前記ビームステアリング周期設定部は、前記基地局ステアリング周期を測定する基地局ステアリング周期測定部を有することを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載の無線中継装置。
前記ドナーアンテナのステアリングの範囲をステアリングの前に予め限定しておく、ステアリング範囲限定部を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の無線中継装置。
前記検出部は、第一方向において細く第一方向と異なる第二方向において広い幅広のビームでステアリングを行って受信電力が最大となるビームを選択する第一方向検出部、および、
前記第一方向検出部で受信電力が最大となるビームを選択した後、第二方向内において細いビームでステアリングを行う第二方向検出部、を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の無線中継装置。
前記記憶部は、ビームＩＤに加えて基地局ＩＤも記憶することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の無線中継装置。
前記記憶部は、受信電力が最大になるビームＩＤについて、あるいは、ビームＩＤ毎に、受信電力が大きい順に複数のビーム番号を記憶する、副記憶部を有することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の無線中継装置。
前記検出部は、１つのビームＩＤの受信電力が他のビームＩＤの受信電力より閾値以上大きい場合に、受信電力が最大となるビームＩＤを設定し、１つのビームＩＤの受信電力が他のビームＩＤの受信電力より閾値以上大きくない場合に、前記基地局側ビーム形成部において基地局ステアリング周期の整数倍の時間でビームを切り替えステアリングすることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の無線中継装置。
前記基地局側ビーム形成部は、通常の通信時より予めサイドローブレベルを下げたビームを形成して基地局に対してビームをステアリングすることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の無線中継装置。
前記基地局側ビーム形成部は基地局ビームより細いビームを形成することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の無線中継装置。
前記無線中継装置は、非再生中継を行うものであって、アナログ・デジタル変換部を介さず、かつ、デジタル・アナログ変換部を介さずに前記ドナーアンテナと前記サービスアンテナの間に接続された非再生中継用増幅部を有することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載の無線中継装置。
複数のサービスアンテナ、および、前記サービスアンテナごとに設けられたビーム形成部を有することを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載の無線中継装置。
信号ライン上に周波数変換部を有しないことを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載の無線中継装置。
基地局側筐体、および、端末側筐体を備え、
前記基地局側筐体は、前記ドナーアンテナ、および、基地局側接続部を有し、
前記端末側筐体は、前記サービスアンテナ、および、前記基地局側接続部と接続可能な端末側接続部を有することを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれかに記載の無線中継装置。
前記無線中継器内で伝送される無線周波数とは異なる周波数の無線周波数を使用する通信部を有し、前記通信部を経由して外部装置と通信を行うことを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに記載の無線中継装置。
無線中継装置を用いて実施される、無線中継方法であって、
基地局のビームのステアリングの周期である基地局ステアリング周期に対して、無線中継装置のビームを切り替えステアリングするビームステアリング周期を基地局ステアリング周期以上の長さに設定する、周期設定ステップ、
前記周期設定ステップの後に行われ、予めビームに番号を、ビーム番号として付けておき、次いで、予め定められた順番でドナーアンテナのビームをステアリングするステアリングステップ、
前記ステアリングステップにおいて各ビーム番号で受信した信号を復調し、基地局のビームＩＤごとの受信電力を記憶する、復調記憶ステップ、
前記復調記憶ステップにおいて記憶したすべてのビームＩＤの中で受信電力が最大になるビームＩＤを検出する、検出ステップ、および、
前記ドナーアンテナを、前記検出ステップにおいて検出したビームＩＤに対応したビーム番号のビームに設定する、ビーム設定ステップ、
を有することを特徴とする、無線中継方法。
前記ビームステアリング周期を、前記基地局ステアリング周期の整数倍に設定することを特徴とする、請求項１６に記載の無線中継方法。
前記周期設定ステップの前に行われ、前記基地局ステアリング周期を測定する周期測定ステップを有することを特徴とする、請求項１７に記載の無線中継方法。
請求項１ないし１５のいずれかに記載の無線中継装置において実施されることを特徴とする、請求項１６ないし１８のいずれかに記載の無線中継方法。