JP2023098156A - 無線中継器、無線中継方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＤＤ方式の無線通信システムにおける無線中継器の小型化や軽量化や省電力化に寄与すること。【解決手段】ＴＤＤ方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器は、端末から基地局へ向う上り方向の受信電力の変化に基づいて、基地局から送信された信号を端末へ中継する下り中継期間と、端末から送信された信号を基地局へ中継する上り中継期間とを切換える制御部を備え、制御部は、基地局から端末へ向う下り方向の受信電力の変化に基づいて下り中継期間を検出し、検出された下り中継期間に基づいて下り中継期間と上り中継期間との切換えを実施してから、上り方向の受信電力の変化に基づいた下り中継期間と上り中継期間との切換えを実施する。【選択図】図２

Description

本発明は、無線中継器、無線中継方法及びコンピュータプログラムに関する。

従来、ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器が知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。ＴＤＤ方式の無線通信システムは、端末から基地局へ向う方向（上り方向）の信号と基地局から端末へ向う方向（下り方向）の信号とが同一周波数を利用するために、上り方向の送信期間と下り方向の送信期間とを時分割で切換えることによって端末と基地局との間で双方向の通信を行う。ＴＤＤ方式の無線通信システムにおいて、無線中継器は、上り方向の信号及び下り方向の信号をそれぞれに受信し増幅してから送信する。

特許文献１に記載された技術では、無線中継器が、基地局から送信された下り方向の信号を受信し復調してＴＤＤフレームを検出することによって、下り方向及び上り方向の送信期間を認識している。
特許文献２に記載された技術では、無線中継器が、基地局から送信された下り方向の信号を受信し、受信した下り方向の受信信号と無線中継器で発生させたフレーム周期の基準信号との相関結果からＴＤＤフレームを検出することによって、下り方向及び上り方向の送信期間を認識している。
特許文献３に記載された技術では、無線中継器が、基地局から送信された下り方向の信号を受信し、受信した下り方向の受信信号のプリアンブルを検出し、検出したプリアンブルを用いてフレーム同期を行うことによって、下り方向及び上り方向の送信期間を認識している。

特開２０１２－１５７９０号公報 特許第４５７２２３６号公報 特開２０１０－９３５８６号公報

しかし、上述した特許文献１，２，３に記載された技術では、基地局から送信された下り方向の受信信号を復調したり、下り方向の受信信号と基準信号との相関をとったり、下り方向の受信信号からプリアンブルを検出したりしなければならず、無線中継器が複雑かつ大規模な回路構成になったり消費電力が大きくなったりする。このため、無線中継器の小型化や軽量化や省電力化が難しいという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ＴＤＤ方式の無線通信システムにおける無線中継器の小型化や軽量化や省電力化に寄与することにある。

（１）本発明の一態様は、ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器であって、端末から基地局へ向う上り方向の受信電力の変化に基づいて、基地局から送信された信号を端末へ中継する下り中継期間と、端末から送信された信号を基地局へ中継する上り中継期間とを切換える制御部を備え、前記制御部は、基地局から端末へ向う下り方向の受信電力の変化に基づいて前記下り中継期間を検出し、検出された前記下り中継期間に基づいて前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施してから、前記上り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施する、無線中継器である。
（２）本発明の一態様は、前記制御部は、前記上り方向の受信電力が所定の閾値以下である場合に、前記上り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えに代えて、前記下り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施する、上記（１）の無線中継器である。
（３）本発明の一態様は、前記制御部は、所定のカウント初期値から前記ＴＤＤ方式のフレーム周期に対応する所定のカウント終了値までを所定のカウント周波数で繰り返しカウントするカウンター部と、前記上り方向の受信電力が信号なしから信号ありへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である上り方向中継開始タイミングカウント値と、前記上り方向の受信電力が信号ありから信号なしへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である上り方向中継終了タイミングカウント値とを記憶する切換えタイミング検出部と、前記上り方向中継開始タイミングカウント値、前記上り方向中継終了タイミングカウント値及び前記カウンター部のカウント値に基づいて、前記下り中継期間と前記上り中継期間とを切換える切換え制御信号を生成する切換え制御信号生成部と、を備える、上記（１）又は（２）のいずれかの無線中継器である。
（４）本発明の一態様は、前記切換えタイミング検出部は、前記下り方向の受信電力が信号なしから信号ありへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である下り方向中継開始タイミングカウント値と、前記下り方向の受信電力が信号ありから信号なしへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である下り方向中継終了タイミングカウント値とをさらに記憶し、前記切換え制御信号生成部は、前記上り方向中継開始タイミングカウント値、前記上り方向中継終了タイミングカウント値、前記下り方向中継開始タイミングカウント値、前記下り方向中継終了タイミングカウント値及び前記カウンター部のカウント値に基づいて、前記下り中継期間と前記上り中継期間とを切換える切換え制御信号を生成する、上記（３）の無線中継器である。

（５）本発明の一態様は、ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器が実行する無線中継方法であって、基地局から端末へ向う下り方向の受信電力の変化に基づいて、基地局から送信された信号を端末へ中継する下り中継期間を検出するステップと、検出された前記下り中継期間に基づいて、前記下り中継期間と、端末から送信された信号を基地局へ中継する上り中継期間との切換えを実施するステップと、端末から基地局へ向う上り方向の受信電力の変化に基づいて、前記下り中継期間と前記上り中継期間とを切換えるステップと、を含む無線中継方法である。

（６）本発明の一態様は、ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器のコンピュータに、端末から基地局へ向う上り方向の受信電力の変化に基づいて、基地局から送信された信号を端末へ中継する下り中継期間と、端末から送信された信号を基地局へ中継する上り中継期間とを切換える制御機能を実現させ、前記制御機能は、基地局から端末へ向う下り方向の受信電力の変化に基づいて前記下り中継期間を検出し、検出された前記下り中継期間に基づいて前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施してから、前記上り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施する、コンピュータプログラムである。

本発明によれば、ＴＤＤ方式の無線通信システムにおける無線中継器の小型化や軽量化や省電力化に寄与することができるという効果が得られる。

一実施形態に係る無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る無線中継器の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る無線中継方法の手順の例を示すフローチャートである。 一実施形態に係る切換えタイミングチャートの例である。 一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成例を示す図である。 一実施形態に係る無線中継器の実施例を示すブロック図である。 一実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る無線通信システムの実施例を示す概略構成図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る無線通信システムの構成例を示すブロック図である。図１に示される無線通信システム１は、ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式である。したがって、無線通信システム１において、端末ＵＥから基地局ＢＳへ向う上り方向の信号（上り信号）ＵＬと基地局ＢＳから端末ＵＥへ向う下り方向の信号（下り信号）ＤＬとが同一周波数を利用し、上り方向の送信期間と下り方向の送信期間とを時分割で切換えることによって端末ＵＥと基地局ＢＳとの間で双方向の通信を行う。

無線通信システム１において、無線中継器１０は、上り信号ＵＬ及び下り信号ＤＬをそれぞれに受信し増幅してから送信する。

図２は、本実施形態に係る無線中継器の構成例を示すブロック図である。図２において、無線中継器１０は、基地局対応アンテナ１１と、端末対応アンテナ１２と、下り中継処理部１３と、上り中継処理部１４と、ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２と、制御部２０とを備える。

基地局対応アンテナ１１は、基地局ＢＳから送信された無線信号を受信し、また基地局ＢＳへ向けて無線信号を送信するためのアンテナである。

端末対応アンテナ１２は、端末ＵＥから送信された無線信号を受信し、また端末ＵＥへ向けて無線信号を送信するためのアンテナである。

下り中継処理部１３は、基地局対応アンテナ１１を介して受信した下り信号ＤＬを増幅してから端末対応アンテナ１２を介して送信する。

上り中継処理部１４は、端末対応アンテナ１２を介して受信した上り信号ＵＬを増幅してから基地局対応アンテナ１１を介して送信する。

ＴＤＤ切換部ＳＷ１は、基地局対応アンテナ１１を下り中継処理部１３に接続するのか又は上り中継処理部１４に接続するのかを切換える。

ＴＤＤ切換部ＳＷ１が下り中継処理部１３を選択した場合には、基地局対応アンテナ１１と下り中継処理部１３とが接続される。これにより、下り中継処理部１３は、基地局対応アンテナ１１を介して下り信号ＤＬを受信する。

一方、ＴＤＤ切換部ＳＷ１が上り中継処理部１４を選択した場合には、基地局対応アンテナ１１と上り中継処理部１４とが接続される。これにより、上り中継処理部１４は、基地局対応アンテナ１１を介して上り信号ＵＬを送信する。

ＴＤＤ切換部ＳＷ２は、端末対応アンテナ１２を下り中継処理部１３に接続するのか又は上り中継処理部１４に接続するのかを切換える。

ＴＤＤ切換部ＳＷ２が下り中継処理部１３を選択した場合には、端末対応アンテナ１２と下り中継処理部１３とが接続される。これにより、下り中継処理部１３は、端末対応アンテナ１２を介して下り信号ＤＬを送信する。

一方、ＴＤＤ切換部ＳＷ２が上り中継処理部１４を選択した場合には、端末対応アンテナ１２と上り中継処理部１４とが接続される。これにより、上り中継処理部１４は、端末対応アンテナ１２を介して上り信号ＵＬを受信する。

制御部２０は、ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２の切換えを制御する。制御部２０には、上り中継処理部１４から、上り信号ＵＬの受信電力（上り方向の受信電力）を示す上り受信電力信号Ａが入力される。また、制御部２０には、下り中継処理部１３から、下り信号ＤＬの受信電力（下り方向の受信電力）を示す下り受信電力信号Ｂが入力される。

制御部２０は、上り受信電力信号Ａや下り受信電力信号Ｂに基づいて、切換え制御信号Ｃを生成する。切換え制御信号Ｃは、基地局ＢＳから送信された下り信号ＤＬを端末ＵＥへ中継する下り中継期間と、端末ＵＥから送信された上り信号ＵＬを基地局へ中継する上り中継期間とを切換える制御信号である。

ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２には、切換え制御信号Ｃが入力される。ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２は、切換え制御信号Ｃに従って、各アンテナ１１，１２に接続する各中継処理部１３，１４を選択する。

ＴＤＤ切換部ＳＷ１は、切換え制御信号Ｃが下り中継期間を示す場合に基地局対応アンテナ１１を下り中継処理部１３に接続し、一方、切換え制御信号Ｃが上り中継期間を示す場合に基地局対応アンテナ１１を上り中継処理部１４に接続する。
ＴＤＤ切換部ＳＷ２は、切換え制御信号Ｃが下り中継期間を示す場合に端末対応アンテナ１２を下り中継処理部１３に接続し、一方、切換え制御信号Ｃが上り中継期間を示す場合に端末対応アンテナ１２を上り中継処理部１４に接続する。

したがって、切換え制御信号Ｃが下り中継期間を示す場合には、下り中継処理部１３が、基地局対応アンテナ１１を介して受信した下り信号ＤＬを増幅してから端末対応アンテナ１２を介して送信する。一方、切換え制御信号Ｃが下り中継期間を示す場合には、上り中継処理部１４が、端末対応アンテナ１２を介して受信した上り信号ＵＬを増幅してから基地局対応アンテナ１１を介して送信する。これにより、ＴＤＤ方式における端末ＵＥと基地局ＢＳとの間の双方向の通信が実現される。

次に図３及び図４を参照して本実施形態に係る無線中継方法を説明する。図３は、本実施形態に係る無線中継方法の手順の例を示すフローチャートである。図４は、本実施形態に係る切換えタイミングチャートの例である。

（ステップＳ１） 制御部２０は、図３の制御処理が開始されると最初に、下り中継期間を示す切換え制御信号Ｃを出力する（図４中の第１段階）。ＴＤＤ切換部ＳＷ１は、切換え制御信号Ｃに従って、基地局対応アンテナ１１を下り中継処理部１３に接続する。ＴＤＤ切換部ＳＷ２は、切換え制御信号Ｃに従って、端末対応アンテナ１２を下り中継処理部１３に接続する。これにより、図４に示される第１段階において、下り中継処理部１３は、基地局対応アンテナ１１を介して受信した下り信号ＤＬを増幅してから端末対応アンテナ１２を介して送信する。端末ＵＥは、無線中継器１０を介して下り信号ＤＬを受信する。

（ステップＳ２） 制御部２０は、下り中継処理部１３から入力される下り受信電力信号Ｂに基づいて、下り方向の受信電力の変化を検出する。次いで、制御部２０は、下り方向の受信電力の変化に基づいて、下り中継期間を検出する。

（ステップＳ３） 制御部２０は、ステップＳ２で検出した下り中継期間に基づいて、切換え制御信号Ｃを生成する。この切換え制御信号Ｃは、ステップＳ２で検出された下り中継期間に基づいて下り中継期間と上り中継期間とが切換る信号である。

（ステップＳ４） 制御部２０は、ステップＳ３による切換え制御信号Ｃの生成が成功であるか否かを判定する。この判定は、所定の複数回だけ切換え制御信号Ｃを試行（ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２へ出力）し、その試行結果に基づいて行われる。例えば、切換え制御信号Ｃの複数回の試行において、下り中継期間の下り方向の受信電力を平均し、この平均値が所定の閾値以上である場合に成功と判定し、そうではない場合に失敗と判定する。また、上り中継期間についても同様に上り方向の受信電力を平均し、この平均値が所定の閾値以上である場合に成功と判定し、そうではない場合に失敗と判定してもよい。また、下り方向の受信電力の平均値及び上り方向の受信電力の平均値がそれぞれの閾値以上である場合に成功と判定し、そうではない場合に失敗と判定してもよい。

ステップＳ４の判定の結果、成功である場合にはステップＳ５に進み、一方、失敗である場合にはステップＳ２に戻る。

（ステップＳ５） 制御部２０は、ステップＳ３により生成される切換え制御信号ＣをＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２へ出力し、下り中継期間と上り中継期間の切換えを制御する（図４中の第２段階）。ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２は、切換え制御信号Ｃに従って、各アンテナ１１，１２に接続する各中継処理部１３，１４を選択する。これにより、図４に示される第２段階において、下り中継期間と上り中継期間とが切換えられる。下り中継期間では、下り中継処理部１３が基地局対応アンテナ１１を介して受信した下り信号ＤＬを増幅してから端末対応アンテナ１２を介して送信し、端末ＵＥが無線中継器１０を介して下り信号ＤＬを受信する。

（ステップＳ６） 制御部２０は、上り中継処理部１４から入力される上り受信電力信号Ａに基づいて、上り方向の受信電力の変化を検出する（図４中の第３段階）。次いで、制御部２０は、上り方向の受信電力の変化に基づいて、上り中継期間を検出する。図４に示される第３段階では、端末ＵＥが、無線中継器１０を介して受信した下り信号ＤＬを復調してＴＤＤフレームを検出し、検出したＴＤＤフレームに基づいた上り方向の送信期間に上り信号ＵＬを送信する。この端末ＵＥが送信する上り信号ＵＬの送信期間は、ＴＤＤ方式における正確なタイミングである。したがって、制御部２０が上り方向の受信電力の変化に基づいて検出した上り中継期間は、ＴＤＤ方式における正確な上り中継期間になる。

（ステップＳ７） 制御部２０は、ステップＳ６で検出した上り中継期間に基づいて、切換え制御信号Ｃを生成する（図４中の第３段階）。この切換え制御信号Ｃは、ステップＳ６で検出された上り中継期間に基づいて上り中継期間と下り中継期間とが切換る信号である。

（ステップＳ８） 制御部２０は、ステップＳ７により生成される切換え制御信号ＣをＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２へ出力し、下り中継期間と上り中継期間の切換えを制御する（図４中の第３段階）。これにより、図４に示される第３段階において、下り中継期間と上り中継期間とが切換えられる。下り中継期間では、下り中継処理部１３が基地局対応アンテナ１１を介して受信した下り信号ＤＬを増幅してから端末対応アンテナ１２を介して送信し、端末ＵＥが無線中継器１０を介して下り信号ＤＬを受信する。上り中継期間では、上り中継処理部１４が端末対応アンテナ１２を介して受信した上り信号ＵＬを増幅してから基地局対応アンテナ１１を介して送信し、基地局ＢＳが無線中継器１０を介して上り信号ＵＬを受信する。

（ステップＳ９） 図３の制御処理が終了である場合は制御処理を終了し、そうではない場合にはステップＳ６に戻る。

なお、制御部２０は、図４中の第３段階において、上り方向の受信電力の変化と下り方向の受信電力の変化との両方に基づいて、切換え制御信号Ｃを生成してもよい。例えば、制御部２０は、上り方向の受信電力が所定の閾値以下である場合に、上り方向の受信電力の変化に基づいた下り中継期間と上り中継期間との切換えに代えて、下り方向の受信電力の変化に基づいた下り中継期間と上り中継期間との切換えを実施してもよい。

図５は、ＴＤＤフレームの構成例を示す図である。図５には、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの３．５ＧＨｚ帯で使用されるＴＤＤフレームと、第５世代移動通信システム（５Ｇ）の３．７ＧＨｚ帯で使用されるＴＤＤフレームと、第５世代移動通信システム（５Ｇ）の２８ＧＨｚ帯で使用されるＴＤＤフレームと、が示される。図５に示される３種類のＴＤＤフレームは、全て、フレーム期間（フレーム周期）が５ｍＳ（５ミリ秒）である。

無線中継器１０には、無線通信システム１で使用されるＴＤＤフレームの構成が予め設定される。無線通信システム１が例えばＬＴＥシステムの３．５ＧＨｚ帯のＴＤＤ方式である場合には図５に示されるＬＴＥシステムの３．５ＧＨｚ帯のＴＤＤフレームの構成が無線中継器１０に予め設定される。

制御部２０は、無線中継器１０に予め設定されたＴＤＤフレームの構成（下り信号ＤＬ及び上り信号ＵＬの各送信期間の周期性）に基づいた切換え制御信号Ｃを生成する。制御部２０は、無線中継器１０に予め設定されたＴＤＤフレームの構成に基づいたフレーム周期で同じ切換え制御信号Ｃを繰り返し生成する。

次に本実施形態に係る無線中継器１０の実施例を説明する。図６は、本実施形態に係る無線中継器１０の実施例を示すブロック図である。図６において図２の各部に対応する部分には同一の符号を付している。

図６に示される無線中継器１０では、基地局側で使用される無線周波数と、端末側で使用される無線周波数とが異なる。基地局側で使用される無線周波数はミリ波帯である。端末側で使用される無線周波数はテラヘルツ帯である。したがって、無線中継器１０は、上り信号ＵＬ及び下り信号ＤＬをそれぞれに受信し周波数変換し増幅してから送信する。

基地局対応アンテナ（ｍｍＷＡＮＴ）１１は、基地局ＢＳから送信されたミリ波帯の無線信号を受信し、また基地局ＢＳへ向けてミリ波帯の無線信号を送信するためのアンテナである。

端末対応アンテナ（ＴＨｚＢＦＡＮＴ）１２は、端末ＵＥから送信されたテラヘルツ帯の無線信号を受信し、また端末ＵＥへ向けてテラヘルツ帯の無線信号を送信するためのアンテナである。

下り中継処理部１３（カプラー１３－１，バリアブルアッテネーター１３－２，アップコンバーター１３－３，バンドパスフィルター１３－４，パワーアンプ１３－５）は、基地局対応アンテナ１１を介して受信したミリ波帯の下り信号ＤＬをテラヘルツ帯に周波数変換（アップコンバート）し増幅してから端末対応アンテナ１２を介して送信する。

上り中継処理部１４（カプラー１４－１，バリアブルアッテネーター１４－２，ダウンコンバーター１４－３，バンドパスフィルター１４－４，パワーアンプ１４－５）は、端末対応アンテナ１２を介して受信したテラヘルツ帯の上り信号ＵＬをミリ波帯に周波数変換（ダウンコンバート）し増幅してから基地局対応アンテナ１１を介して送信する。

ＰＬＬ＿１５は、周波数変換のためのクロック信号を発生する。ＰＬＬ＿１５によって発生されたクロック信号は、アップコンバーター１３－３及びダウンコンバーター１４－３へ供給される。

ＴＤＤ切換部（ＴＤＤ ＳＷ）ＳＷ１は、制御部２０から出力される切換え制御信号Ｃに従って、基地局対応アンテナ１１を下り中継処理部１３（カプラー１３－１の入力部）に接続するのか又は上り中継処理部１４（パワーアンプ１４－５の出力部）に接続するのかを切換える。

ＴＤＤ切換部（ＴＤＤ ＳＷ）ＳＷ２は、制御部２０から出力される切換え制御信号Ｃに従って、端末対応アンテナ１２を下り中継処理部１３（パワーアンプ１３－５の出力部）に接続するのか又は上り中継処理部１４（カプラー１４－１の入力部）に接続するのかを切換える。

制御部２０には、上り中継処理部１４（カプラー１４－１の分岐部）から上り受信電力信号Ａが入力される。また、制御部２０には、下り中継処理部１３（カプラー１３－１の分岐部）から下り受信電力信号Ｂが入力される。制御部２０は、上り受信電力信号Ａや下り受信電力信号Ｂに基づいて、切換え制御信号Ｃを生成する。切換え制御信号Ｃは、ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２へ出力される。

図７は、図６に示される制御部２０の構成例を示すブロック図である。図６に示される各部のうち、破線部分２２０の機能については、無線中継器１０が備えるマイクロコンピュータがソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することにより実現されてもよく、又はハードウェアにより実現されてもよい。

検波器２０１ａには上り受信電力信号Ａが入力される。この上り受信電力信号Ａは、上り中継処理部１４のカプラー１４－１で分岐されたテラヘルツ帯の上り信号ＵＬである。検波器２０１ａは、上り受信電力信号Ａ（テラヘルツ帯の上り信号ＵＬ）を検波して上り受信信号レベルを得る。

検波器２０１ｂには下り受信電力信号Ｂが入力される。この下り受信電力信号Ｂは、下り中継処理部１３のカプラー１３－１で分岐されたミリ波帯の下り信号ＤＬである。検波器２０１ｂは、下り受信電力信号Ｂ（ミリ波帯の下り信号ＤＬ）を検波して下り受信信号レベルを得る。

なお、図６に示されるカプラー１４－１，１３－１に代えて検出器（Detector）が用いられることにより、各受信電力信号Ａ，Ｂとして受信信号レベルが制御部２０に入力されるようにしてもよい。この場合は、検波器２０１ａ，２０１ｂが不要となる。

レベル調整器２０２ａは、検波器２０１ａで得られた上り受信信号レベルの平均値が所定の値になるように増幅や減衰を行って信号レベルを調整する。これにより、無線中継器１０と端末ＵＥとの間の距離に応じた上り受信信号レベルの変化を補正することができる。

レベル調整器２０２ｂは、検波器２０１ｂで得られた下り受信信号レベルの平均値が所定の値になるように増幅や減衰を行って信号レベルを調整する。これにより、無線中継器１０と基地局ＢＳとの間の距離に応じた下り受信信号レベルの変化を補正することができる。

レベル比較器２０３ａは、レベル補正後の上り受信信号レベルと所定の上りレベル判定閾値とを比較し、上り受信信号レベルが上りレベル判定閾値より高いか否かを示す上りレベル判定信号を出力する。上りレベル判定閾値は、上り信号ＵＬに関する有信号期間の信号レベルと無信号期間の信号レベルとの間の値から選択された値である。端末ＵＥから送信される上り信号ＵＬの受信電力は、ＴＤＤフレームの上り信号ＵＬの送信期間の開始タイミングで弱電力から強電力へと変化し、ＴＤＤフレームの上り信号ＵＬの送信期間の終了タイミングで強電力から弱電力へと変化する。上りレベル判定閾値は、その変化（上り信号ＵＬの有無）を検出するための閾値である。

レベル比較器２０３ｂは、レベル補正後の下り受信信号レベルと所定の下りレベル判定閾値とを比較し、下り受信信号レベルが下りレベル判定閾値より高いか否かを示す下りレベル判定信号を出力する。下りレベル判定閾値は、下り信号ＤＬに関する有信号期間の信号レベルと無信号期間の信号レベルとの間の値から選択された値である。基地局ＢＳから送信される下り信号ＤＬの受信電力は、ＴＤＤフレームの下り信号ＤＬの送信期間の開始タイミングで弱電力から強電力へと変化し、ＴＤＤフレームの下り信号ＤＬの送信期間の終了タイミングで強電力から弱電力へと変化する。下りレベル判定閾値は、その変化（下り信号ＤＬの有無）を検出するための閾値である。

なお、各レベル比較器２０３ａ，２０３ｂが出力する各レベル判定信号は、デジタル信号の「１：レベル判定閾値超過」，「０：レベル判定閾値以下」に相当する信号であってもよい。また、各レベル判定閾値としてそれぞれに２種類の閾値レベルを持たせることによって、ヒステリシス特性を持たせたレベル判定を行ってもよい。これにより、受信信号レベルに含まれるノイズによってレベル比較器の出力に誤差が生じることを抑制することができる。

レベル比較器２０３ａから出力された上りレベル判定信号及びレベル比較器２０３ｂから出力された下りレベル判定信号は、切換えタイミング検出部２２２へ出力される。

クロック発生器２１０は、ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２による各アンテナ１１，１２の接続先の切換え（上り中継期間と下り中継期間の切換え）を行う最小の時間ステップの整数分の１でクロック信号を発生する。クロック信号の周波数はカウント周波数に対応する。

カウンター２２１は、クロック発生器２１０が発生したクロック信号をカウントする。カウンター２２１は、ＴＤＤフレームのフレーム周期毎にリセットされる。したがって、カウンター２２１は、カウント値の初期値「０」からカウントを開始し、カウント値がＴＤＤフレームの１周期に相当するカウント数になると、カウント値が初期値「０」にリセットされてからカウントを再開する。

例えば、図５に示されるＬＴＥシステムの３．５ＧＨｚ帯のＴＤＤフレームでは、フレーム周期が５ｍＳである。この場合、ＴＤＤ切換部ＳＷ１，ＳＷ２による各アンテナ１１，１２の接続先の切換えを行う最小の時間ステップを１μＳ（１マイクロ秒）とし、クロック発生器２１０が発生するクロック信号の周期が１μＳつまりクロック発振周波数が１ＭＨｚ（１メガＨｚ）であると、カウンター２２１は、カウント初期値「０」からカウント終了値「４９９９」までカウントしたら次にカウント初期値「０」にリセットされてからカウントを再開する。

切換えタイミング検出部２２２には、カウンター２２１のカウント値が入力される。また、切換えタイミング検出部２２２には、各レベル比較器２０３ａ，２０３ｂが出力する各レベル判定信号が入力される。ここでは、説明の便宜上、各レベル判定信号は、「１：レベル判定閾値超過」又は「０：レベル判定閾値以下」である。

切換えタイミング検出部２２２は、レベル比較器２０３ａから出力された上りレベル判定信号が「０」から「１」に変化するタイミングでのカウント値（上り方向中継開始タイミングカウント値）を記憶する。当該タイミングのカウント値（上り方向中継開始タイミングカウント値）が上り中継期間の開始を示すことになる。

また、切換えタイミング検出部２２２は、レベル比較器２０３ａから出力された上りレベル判定信号が「１」から「０」に変化するタイミングでのカウント値（上り方向中継終了タイミングカウント値）を記憶する。当該タイミングのカウント値（上り方向中継終了タイミングカウント値）が上り中継期間の終了を示すことになる。

なお、上り方向中継終了タイミングカウント値は、上り方向中継開始タイミングカウント値に対して上り信号ＵＬの送信期間分の長さに相当するカウント数を加算した値を使用してもよい。上り信号ＵＬの送信期間分の長さは、無線中継器１０に予め設定されるＴＤＤフレームの構成に含まれる。
また、上り方向中継開始タイミングカウント値は、上り方向中継終了タイミングカウント値に対して上り信号ＵＬの送信期間分の長さに相当するカウント数を減算した値を使用してもよい。

切換えタイミング検出部２２２は、レベル比較器２０３ｂから出力された下りレベル判定信号が「０」から「１」に変化するタイミングでのカウント値（下り方向中継開始タイミングカウント値）を記憶する。当該タイミングのカウント値（下り方向中継開始タイミングカウント値）が下り中継期間の開始を示すことになる。

また、切換えタイミング検出部２２２は、レベル比較器２０３ｂから出力された下りレベル判定信号が「１」から「０」に変化するタイミングでのカウント値（下り方向中継終了タイミングカウント値）を記憶する。当該タイミングのカウント値（下り方向中継終了タイミングカウント値）が下り中継期間の終了を示すことになる。

なお、下り方向中継終了タイミングカウント値は、下り方向中継開始タイミングカウント値に対して下り信号ＤＬの送信期間分の長さに相当するカウント数を加算した値を使用してもよい。下り信号ＤＬの送信期間分の長さは、無線中継器１０に予め設定されるＴＤＤフレームの構成に含まれる。
また、下り方向中継開始タイミングカウント値は、下り方向中継終了タイミングカウント値に対して下り信号ＤＬの送信期間分の長さに相当するカウント数を減算した値を使用してもよい。

切換えタイミング検出部２２２は、上り方向中継開始タイミングカウント値、上り方向中継終了タイミングカウント値、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値を切換え制御信号生成部２２３へ出力する。

なお、上り方向中継開始タイミングカウント値、上り方向中継終了タイミングカウント値、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値は、それぞれに所定複数回の平均値が切換えタイミング検出部２２２に記憶されて切換え制御信号生成部２２３へ出力されてもよい。これにより、受信レベルの低下やノイズやフェージング等によって各レベル比較器２０３ａ，２０３ｂからの各レベル判定信号の出力タイミングに生じるタイミング変動の影響を低減することができる。

切換え制御信号生成部２２３には、カウンター２２１のカウント値が入力される。また、切換え制御信号生成部２２３には、切換えタイミング検出部２２２が出力する上り方向中継開始タイミングカウント値、上り方向中継終了タイミングカウント値、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値が入力される。

切換え制御信号生成部２２３は、カウンター２２１のカウント値と、上り方向中継開始タイミングカウント値、上り方向中継終了タイミングカウント値、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値とに基づいて、切換え制御信号Ｃを生成する。この切換え制御信号生成方法の例を以下に示す。

（切換え制御信号生成方法の例１）
切換え制御信号生成部２２３は、最初に、下り中継期間を示す切換え制御信号Ｃを出力する（図４中の第１段階）。次いで、切換え制御信号生成部２２３は、カウンター２２１のカウント値と、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値とに基づいて生成した切換え制御信号Ｃを出力する（図４中の第２段階）。この切換え制御信号Ｃは、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継開始タイミングカウント値に一致したタイミングで下り中継期間が開始され、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継終了タイミングカウント値に一致したタイミングで下り中継期間が終了する。

次いで、切換え制御信号生成部２２３は、上り信号ＵＬが受信されると、カウンター２２１のカウント値と、上り方向中継開始タイミングカウント値及び上り方向中継終了タイミングカウント値とに基づいて生成した切換え制御信号Ｃを出力する（図４中の第３段階）。この切換え制御信号Ｃは、カウンター２２１のカウント値が上り方向中継開始タイミングカウント値に一致したタイミングで上り中継期間が開始され、カウンター２２１のカウント値が上り方向中継終了タイミングカウント値に一致したタイミングで上り中継期間が終了する。

（切換え制御信号生成方法の例２）
切換え制御信号生成部２２３は、最初に、下り中継期間を示す切換え制御信号Ｃを出力する（図４中の第１段階）。次いで、切換え制御信号生成部２２３は、カウンター２２１のカウント値と、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値とに基づいて生成した切換え制御信号Ｃを出力する（図４中の第２段階）。この切換え制御信号Ｃは、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継開始タイミングカウント値に一致したタイミングで下り中継期間が開始され、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継終了タイミングカウント値に一致したタイミングで下り中継期間が終了する。

次いで、切換え制御信号生成部２２３は、上り信号ＵＬが受信されると、カウンター２２１のカウント値と、上り方向中継開始タイミングカウント値、上り方向中継終了タイミングカウント値、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値とに基づいて生成した切換え制御信号Ｃを出力する（図４中の第３段階）。この切換え制御信号Ｃは、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継開始タイミングカウント値と上り方向中継終了タイミングカウント値との間の中央値に一致したタイミングで上り中継期間が開始され、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継終了タイミングカウント値と上り方向中継開始タイミングカウント値との間の中央値に一致したタイミングで上り中継期間が終了する。

（切換え制御信号生成方法の例３）
切換え制御信号生成方法の例３は、上記した切換え制御信号生成方法の例１又は例２における図４中の第３段階において、上り信号ＵＬの受信電力（レベル調整器２０２ａによるレベル補正後の上り受信信号レベル）が所定の閾値以下である場合に、切換え制御信号生成部２２３は、カウンター２２１のカウント値と、下り方向中継開始タイミングカウント値及び下り方向中継終了タイミングカウント値とに基づいて生成した切換え制御信号Ｃを出力する。この切換え制御信号Ｃは、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継開始タイミングカウント値に一致したタイミングで下り中継期間が開始され、カウンター２２１のカウント値が下り方向中継終了タイミングカウント値に一致したタイミングで下り中継期間が終了する。

（切換え制御信号生成方法の例４）
切換え制御信号生成方法の例４は、上記した切換え制御信号生成方法の例２における図４中の第３段階において、下り信号ＤＬの受信電力（レベル調整器２０２ｂによるレベル補正後の下り受信信号レベル）が所定の閾値以下である場合に、切換え制御信号生成部２２３は、カウンター２２１のカウント値と、上り方向中継開始タイミングカウント値及び上り方向中継終了タイミングカウント値とに基づいて生成した切換え制御信号Ｃを出力する。この切換え制御信号Ｃは、カウンター２２１のカウント値が上り方向中継開始タイミングカウント値に一致したタイミングで上り中継期間が開始され、カウンター２２１のカウント値が上り方向中継終了タイミングカウント値に一致したタイミングで上り中継期間が終了する。

（切換え制御信号生成方法の例５）
切換え制御信号生成方法の例５は、上記した切換え制御信号生成方法の例１又は例２における図４中の第３段階において、上り信号ＵＬの受信電力（レベル調整器２０２ａによるレベル補正後の上り受信信号レベル）及び下り信号ＤＬの受信電力（レベル調整器２０２ｂによるレベル補正後の下り受信信号レベル）の両方がそれぞれの所定の閾値以下である場合に、切換え制御信号生成部２２３は、カウンター２２１のカウント値と、上り又は下りのうちいずれか予め設定された方の中継開始タイミングカウント値及び中継終了タイミングカウント値とに基づいて生成した切換え制御信号Ｃを出力する。

上記した切換え制御信号生成方法の例３，例４によれば、上り信号ＵＬ又は下り信号ＤＬのうちいずれか一方の受信信号レベルが所定の閾値以下である場合に生じる信号期間の開始や終了のタイミングの大きな検出誤差を含むタイミング検出結果（各タイミングカウント値）が切換え制御信号Ｃの生成に使用されることを回避することができる。これにより、切換え制御信号Ｃの精度の低下を抑制することができる。

本実施形態によれば、上り方向の受信電力の変化に基づいて下り中継期間と上り中継期間との切換えが行われる。端末ＵＥが送信する上り信号ＵＬの送信期間はＴＤＤ方式における正確なタイミングである。したがって、上り方向の受信電力の変化に基づいて下り中継期間と上り中継期間との切換えが行われることによって、ＴＤＤ方式における正確な下り中継期間と上り中継期間との切換えを行うことができる。

これにより、無線中継器１０は、複雑かつ大規模な復調回路を具備することなく、復調回路と比較して小規模で実現可能な受信電力の変化を検出する構成によって、ＴＤＤ方式における正確な下り中継期間と上り中継期間との切換えを行うことができる。これは、ＴＤＤ方式の無線通信システム１における無線中継器１０の小型化や軽量化や省電力化に寄与するという効果を奏する。

図８は、本実施形態に係る無線通信システム１の実施例を示す概略構成図である。図８に示される無線通信システム１は、基地局側で使用される無線周波数と、端末側で使用される無線周波数とが異なる。基地局側で使用される無線周波数はミリ波帯である。端末側で使用される無線周波数はテラヘルツ帯である。

図８に示される無線通信システム１において、本実施形態に係る図６の無線中継器１０は、各種のデバイスＤＶａ，ＤＶｂ，ＤＶｃ，ＤＶｄ，ＤＶｅに搭載可能である。デバイスＤＶａは、端末ＵＥのユーザ（端末ユーザ）が装着するメガネである。デバイスＤＶｂは、端末ユーザが乗車する車両である。デバイスＤＶｃは、端末ユーザが装着するヘッドホンである。デバイスＤＶｄは、端末ユーザが装着する腕時計である。デバイスＤＶｅは、端末ユーザが使用する携帯型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。

無線中継器１０は、例えば、端末ユーザが装着するメガネ（デバイスＤＶａ）に備わる。端末ＵＥは、テラヘルツ帯の無線信号を送受するためのアンテナ３０１と、テラヘルツ帯の受信信号を処理する信号処理部３０２とを備える。信号処理部３０２は、メガネ（デバイスＤＶａ）に備わる無線中継器１０を介してアンテナ３０１で受信したテラヘルツ帯の下り信号ＤＬを復調してＴＤＤフレームを検出し、検出したＴＤＤフレームに基づいた上り方向の送信期間にテラヘルツ帯の上り信号ＵＬをアンテナ３０１により送信する。端末ＵＥとメガネ（デバイスＤＶａ）に備わる無線中継器１０との間でテラヘルツ帯のリンクＴＨｚＬＩＮＫが確立される。メガネ（デバイスＤＶａ）に備わる無線中継器１０は、基地局ＢＳとの間でミリ波帯の上り信号ＵＬ及び下り信号ＤＬを送受する。メガネ（デバイスＤＶａ）に備わる無線中継器１０は、上り信号ＵＬ及び下り信号ＤＬをそれぞれに受信し周波数変換し増幅してから送信する。これにより、端末ＵＥと基地局ＢＳとは、無線中継器１０を介して、ＴＤＤ方式で双方向の通信を行うことができる。

ここで、例えばメガネ（デバイスＤＶａ）やヘッドホン（デバイスＤＶｃ）や腕時計（デバイスＤＶｄ）等の小型のデバイスでは、搭載可能な装置の大きさや重量やバッテリー容量等の制約が大きい。このため、それらの小型のデバイスＤＶａ，ＤＶｃ，ＤＶｄに対しては、特に、搭載される無線中継器１０の小型化や軽量化や省電力化が要求される。本実施形態は、そのような小型のデバイスＤＶａ，ＤＶｃ，ＤＶｄに無線中継器１０が搭載される場合に、特に顕著な効果が得られる。

なお、これにより、例えば無線通信システムにおける総合的なサービス品質の向上を実現することができることから、国連が主導する持続可能な開発目標（SDGs）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

また、上述した各装置の機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１…無線通信システム、ＵＥ…端末、ＢＳ…基地局、１０…無線中継器、１１…基地局対応アンテナ、１２…端末対応アンテナ、１３…下り中継処理部、１４…上り中継処理部、ＳＷ１，ＳＷ２…ＴＤＤ切換部、２０…制御部、２０１ａ，２０１ｂ…検波器、２０２ａ，２０２ｂ…レベル調整器、２０３ａ，２０３ｂ…レベル比較器、２１０…クロック発生器、２２１…カウンター、２２２…切換えタイミング検出部、２２３…切換え制御信号生成部

Claims (6)

1. ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器であって、
   端末から基地局へ向う上り方向の受信電力の変化に基づいて、基地局から送信された信号を端末へ中継する下り中継期間と、端末から送信された信号を基地局へ中継する上り中継期間とを切換える制御部を備え、
   前記制御部は、基地局から端末へ向う下り方向の受信電力の変化に基づいて前記下り中継期間を検出し、検出された前記下り中継期間に基づいて前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施してから、前記上り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施する、
   無線中継器。
2. 前記制御部は、前記上り方向の受信電力が所定の閾値以下である場合に、前記上り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えに代えて、前記下り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施する、
   請求項１に記載の無線中継器。
3. 前記制御部は、
   所定のカウント初期値から前記ＴＤＤ方式のフレーム周期に対応する所定のカウント終了値までを所定のカウント周波数で繰り返しカウントするカウンター部と、
   前記上り方向の受信電力が信号なしから信号ありへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である上り方向中継開始タイミングカウント値と、前記上り方向の受信電力が信号ありから信号なしへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である上り方向中継終了タイミングカウント値とを記憶する切換えタイミング検出部と、
   前記上り方向中継開始タイミングカウント値、前記上り方向中継終了タイミングカウント値及び前記カウンター部のカウント値に基づいて、前記下り中継期間と前記上り中継期間とを切換える切換え制御信号を生成する切換え制御信号生成部と、を備える、
   請求項１又は２のいずれか１項に記載の無線中継器。
4. 前記切換えタイミング検出部は、前記下り方向の受信電力が信号なしから信号ありへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である下り方向中継開始タイミングカウント値と、前記下り方向の受信電力が信号ありから信号なしへの変化を示すタイミングでの前記カウンター部のカウント値である下り方向中継終了タイミングカウント値とをさらに記憶し、
   前記切換え制御信号生成部は、前記上り方向中継開始タイミングカウント値、前記上り方向中継終了タイミングカウント値、前記下り方向中継開始タイミングカウント値、前記下り方向中継終了タイミングカウント値及び前記カウンター部のカウント値に基づいて、前記下り中継期間と前記上り中継期間とを切換える切換え制御信号を生成する、
   請求項３に記載の無線中継器。
5. ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器が実行する無線中継方法であって、
   基地局から端末へ向う下り方向の受信電力の変化に基づいて、基地局から送信された信号を端末へ中継する下り中継期間を検出するステップと、
   検出された前記下り中継期間に基づいて、前記下り中継期間と、端末から送信された信号を基地局へ中継する上り中継期間との切換えを実施するステップと、
   端末から基地局へ向う上り方向の受信電力の変化に基づいて、前記下り中継期間と前記上り中継期間とを切換えるステップと、
   を含む無線中継方法。
6. ＴＤＤ（Time Division Duplex、時分割複信）方式の無線通信システムにおいて端末と基地局との間で送受される信号を中継する無線中継器のコンピュータに、
   端末から基地局へ向う上り方向の受信電力の変化に基づいて、基地局から送信された信号を端末へ中継する下り中継期間と、端末から送信された信号を基地局へ中継する上り中継期間とを切換える制御機能を実現させ、
   前記制御機能は、基地局から端末へ向う下り方向の受信電力の変化に基づいて前記下り中継期間を検出し、検出された前記下り中継期間に基づいて前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施してから、前記上り方向の受信電力の変化に基づいた前記下り中継期間と前記上り中継期間との切換えを実施する、
   コンピュータプログラム。

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