JP3596452B2

JP3596452B2 - 無線中継器

Info

Publication number: JP3596452B2
Application number: JP2000296060A
Authority: JP
Inventors: 衆太上野; 伸晃望月
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP2002111571A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時分割複信（ＴＤＤ）信号の中継に関し、特にマルチパスフェージングに強い変調方式、例えば直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の信号を中継する無線中継器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に従来から用いられている無線中継方式の構成例を示す。（ａ）の直接中継方式は、アンテナ３で受信した信号を、低雑音増幅器６及び高出力増幅器１３により一定以上のレベルまで増幅した後、アンテナ１６で送信する方式である。この直接中継方式は同一の無線周波数ｆ１を用いて中継するため周波数利用効率が高く、無線中継器の構成が簡単である。しかし、直接中継方式は周波数が同一であるため、送信アンテナから出た電波が受信アンテナに回り込むことにより発振現象が起こるという問題があり、送受信のアイソレーションを大きくする必要がある。（ｂ）のヘテロダイン中継方式はアンテナ３で受信した信号を、低雑音増幅器６で増幅した後、ミキサ７と局部発振器８により無線周波数ｆ１から中間周波数帯に変換する。中間周波数帯でＳＡＷフィルタ９を通過後、自動利得増幅器１０により一定のレベルに増幅し、ミキサ１１と局部発振器１２により無線周波数ｆ２に変換する。さらに高出力増幅器１３で増幅しアンテナ１６から送信する。ヘテロダイン中継方式は直接中継方式に比べ２倍の周波数が必要であるが、回り込みの問題は無い。
【０００３】
地上ディジタル放送では、マルチパスフェージングに強い変調方式であるＯＦＤＭを用いて、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）が検討されており、これの中継方式としては上記（ａ）の直接中継方式を用いている。一方、２つの周波数を使用する２周波数ネットワークが提案されている（都竹愛一郎他、「ＯＦＤＭによる地上ディジタル放送−二周波数放送中継（ＤＦＮ）の検討−」、１９９５年テレビジョン学会年次大会予稿集、２７７頁）。これの中継方式としては上記（ｂ）のヘテロダイン中継方式を用いれば可能である。
【０００４】
図１１にＴＤＤ方式であるＰＨＳの無線中継器として用いられているＴＣＳを示す。（ａ）の構成例に示すように無線中継器ＴＣＳは変調器４８及び復調器４９を備えた再生方式であり、一旦受信データをバッファ５０で蓄積してから送信を行っている。（ｂ）にＴＣＳの動作を示す。ＴＣＳは基地局からの信号を受信するときに、これと同じタイミングで異なる周波数により端末からの信号を受信する。それぞれの受信データを蓄積し１／２フレーム遅延してから、相手局に同じタイミングで送信を行っている（特開平５−２５９９５６「無線中継器」）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の直接中継方式は主に地上放送に用いられており、回り込みの問題があり送受信のアイソレーションを大きくするためアンテナの構成が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、ヘテロダイン中継方式は周波数分割複信（ＦＤＤ）方式の固定マイクロ波通信の中継に用いられており、ＴＤＤ方式には用いられていなかった。
【０００７】
さらに、ＴＣＳはＴＤＤ方式であるＰＨＳの無線中継器として用いられているが、一旦受信データを蓄積し、基地局−無線中継器間と端末−無線中継器間の両方向で同時に受信及び送信を行っているため、フレーム中の上り方向と下り方向の時間の長さが同じでなければならなかった。
【０００８】
しかし、近年高速無線アクセス方式でみられる動的帯域割当（ＤＳＡ）は、基地局がフレーム毎に上り下りの帯域を割り当ているため、両方向の時間の長さは同じではなく、ＴＣＳの方法を用いることは出来ない。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＴＤＤ方式でかつフレーム中の上り方向と下り方向の時間の長さがダイナミックに変化する場合においても利用することが出来る無線中継器を比較的に簡易な構成で提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基地局と端末との間の上り下り回線をＴＤＤ方式で双方向通信を行う無線信号を中継する無線中継器において、基地局が送信する搬送波同期信号を用いて検出された周波数誤差と、パイロット信号を用いて検出された位相誤差により周波数制御信号を生成し、生成された前記周波数制御信号をフィードバック制御することにより無線中継器の基準周波数が基地局の基準周波数に同期する手段と、下り方向では基地局からの第１無線周波数帯の電波を受信し、前記基準周波数に同期を行う手段により同期を行い、異なる第２無線周波数帯に変換して端末に送信する手段と、上り方向では端末から前記第２無線周波数帯の電波を受信し、前記第１無線周波数帯に変換して基地局に送信する手段と、基地局が送信する制御信号を復号することにより上り下りの切替タイミングの信号を生成する手段と、この切替タイミングの信号により上り下りの中継方向を切り替える手段とを備えたことを特徴とする無線中継器であり、特にマルチパスフェージングに強いＯＦＤＭ変調方式を用いる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１の無線中継器１００にある符号６から１３までの中継装置は、前述の図１０（ｂ）のヘテロダイン中継方式と同じであり、また符号１７から２２までの中継装置も同様な構成となっている。この２系統のヘテロダイン中継方式の入力及び出力が切替回路５及び１４に接続されている。この２つの切替回路の組み合わせにより、上り下りの中継方向を切り替えることが出来る。
【００１３】
すなわち、図１に示すように切替回路５及び１４の状態が共にａ−ｂ接続のときに下り方向となり、これとは逆に、両者共にａ−ｃ接続のときに上り方向となる。
【００１４】
図２に近年高速無線アクセス方式でみられる無線信号のフレームフォーマットを示す。本例で示す動的帯域割当（ＤＳＡ）では、基地局は配下の複数の端末に対してフレーム毎に上り下りの帯域を割り当てている。フレームの先頭には報知制御チャネル（ＢＣＣＨ）があり、これには基地局自身の識別子等の情報が含まれている。また、通常端末は、このＢＣＣＨの最適な受信タイミングを検出することによりフレーム同期を行っている。ＢＣＣＨの次にフレーム制御チャネル（ＦＣＣＨ）が続いており、これには基地局がそのフレームに割り当てた帯域等の情報が含まれている。端末はこのＦＣＣＨの内容から、自分に割り当てられた下り回線のユーザデータチャネル（ＵＤＣＨ）のスロット位置、上り回線のＵＤＣＨのスロット位置に従って受信及び送信を行う。フレームの最後は、ランダムアクセス用のチャネル（ＲＡＣＨ）のために空けてある。基地局は上位のネットワークからのデータ量、あるいは端末からの帯域割当要求に基づいて、フレーム内のチャネル構成をスケジューリングしているため、上り下りの切替タイミングはフレーム毎に異なる。
【００１５】
この切替タイミング信号は次のようにして得られる。図１に戻り、無線中継器１００は基地局１から送信された信号を受信し、下り方向の中継装置にある自動利得増幅器１０の出力を分岐して復調器２３に入力する。復調器２３で生成された復調データはフレーム同期回路２４に入力され、ＢＣＣＨの最適な受信タイミングを検出することによりフレームを基地局に同期させる。次にタイミング制御回路２５ではＦＣＣＨの内容から、上り方向と下り方向の切替タイミングの切替信号を生成する。切替回路５及び１４は、タイミング制御回路２５から出力される切替信号により接続状態を変えて上り下りの中継方向を切り替える。
【００１６】
アンテナ３と切替回路５の間の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４と、アンテナ１６と切替回路１４の間の高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１５は無線周波数ｆ１とｆ２を分離させるために用いており、不要波がアンテナから出力されないように、さらには、低雑音増幅器６及び１７に回り込み波が過大に入力されないようにしている。この目的を達するためには、低域通過フィルタ４と高域通過フィルタ１５は、それぞれｆ２とｆ１を遮断するノッチフィルタに置き換えることも可能である。また、アンテナ３とアンテナ１６のそれぞれに指向性をもたせ、両アンテナの空間のアイソレーションを強化して回り込み波を抑圧することも可能である。
【００１７】
このようにして、第１実施例の無線中継器では、ヘテロダイン中継方式であるため比較的に簡易な構成で実現でき、回り込みによる影響は受けない。また、ＴＤＤ方式でかつフレーム中の上り方向と下り方向の時間の長さがダイナミックに変化する場合においても利用することが出来る。
【００１８】
図３に本発明の第２実施例を示す。第２実施例の無線中継器１０１では、上り方向の中継装置にあるＳＡＷフィルタ１９の入力信号を分岐して、スケルチ用検波器２６に入力している。スケルチ用検波器２６は、上り方向の受信レベルが規定値以下に低下したことを検出して、自動利得増幅器２０及び高出力増幅器２２に通知する。自動利得増幅器２０及び高出力増幅器２２はこの検出結果に基づいて動作を停止し、上り方向の送信をストップする。これにより、受信入力が低下したときに中間周波数増幅器及び高周波増幅器によって、広帯域の雑音がアンテナより放射されて隣接チャネルに干渉妨害を与えることを防ぐ。あるいは、複数の無線機が回りに存在した場合に、他の無線機の上り回線に与える雑音を抑圧する。
【００１９】
図４に本発明の第３実施例を示す。第３実施例の無線中継器１０２では、第１実施例にある局部発振器８及び１２の代りにフェーズロックループ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）（ＰＬＬ）２８及び２９を用いており、両者の基準周波数信号は電圧制御発振器（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（ＶＣＯ）２７を用いており、ＶＣＯ２７は復調器２３から出力される周波数制御信号によって制御されている。この構成により、復調器２３が下り方向の信号を復調する過程で得られる周波数誤差及び位相誤差の情報をＶＣＯ２７にフィードバック制御することにより、無線中継器の基準周波数が基地局の基準周波数に同期し、その結果、無線周波数ｆ１及びｆ２がこの基準周波数に周波数ロックされる。
【００２０】
図５に変調信号としてＯＦＤＭ信号を用いた場合の復調器の構成例を示す。復調器２３に入力された中間周波数帯の信号は直交復調器３０によりべースバンド信号に変換され、自動周波数制御回路（ＡＦＣ）３１により、ＢＣＣＨに付加された搬送波同期信号を用いて周波数誤差を検出する。その後タイミング同期回路３２，ガードインターバル（ＧＩ）除去回路３３，高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路３４を経て同期検波回路３５により同期検波される。同期検波回路３５の出力信号は位相補償回路３６により、ＯＦＤＭ変調信号に含まれるパイロット信号を用いて残留している位相誤差を検出する。復調器２３により得られた周波数誤差と位相誤差を基に周波数制御信号を生成し、ＶＣＯ２７に出力しこれらの誤差を抑えるようにフィードバック制御する。こうして、前段の周波数補正と後段の位相補正により高精度な周波数制御が可能となる。
【００２１】
図６に本発明の第３実施例による無線中継器１０２を用いてＤＦＮを構成した例を示す。図中の無線中継器１０２−１は基地局と端末１との間を無線周波数ｆ１とｆ２を用いて中継を行っている。また同様に、無線中継器１０２−２は基地局と端末２との間を無線周波数ｆ１とｆ２を用いて中継を行っている。この場合、無線中継器１０２−２から無線周波数ｆ２で送信された電波が端末１に届いている。しかし、端末１の受信において、無線中継器１０２−１からの電波と無線中継器１０２−２からの電波との遅延時間差が十分にＯＦＤＭ信号のガードインターバル以内であれば、符号間干渉にならずに品質劣化が起こらない。この２つの電波が同一の信号によるマルチパスとなるようにするためには、それぞれの無線中継器の無線周波数が同期されていなければならない。これは本発明の第３実施例の無線中継器１０２を用いて、それぞれの無線中継器が基地局の基準周波数に同期することにより達成できる。
【００２２】
図７に本発明の第４実施例を示す。第１実施例の無線中継器１００は、符号が６から１３までの下り方向と１７から２２までの上り方向の、２系統の中継装置を備えていた。本実施例の無線中継器１０３では、下り方向と上り方向を共通の１系統の中継装置としている。すなわち、低雑音増幅器６の入力信号は、切替回路３７及び３８の組み合わせによりアンテナ３による受信信号かアンテナ１６による受信信号のいずれか一方を選択する。また同様に、高出力増幅器１３の出力は、切替回路３７及び３８の組み合わせにより出力先がアンテナ３かアンテナ１６のいずれか一方を選択する。図７では切替回路３７及び３８は共にａ−ｂ接続であり、下り方向となっている。これとは逆に、両者共にａ−ｃ接続のときに上り方向となる。切替回路３７及び３８の端子ｂと端子ｃは、回り込みによる発振を防ぐためにアイソレーションを充分に大きくしておく必要がある。
【００２３】
切替回路３９及び４０は、それぞれミキサ７及び１１に入力されるローカル周波数を局部発振器８あるいは１２のいずれか一方から選択する。図７では、無線周波数ｆ１から中間周波数帯に変換するためのローカル周波数Ｌ１をミキサ７に入力し、中間周波数帯から無線周波数ｆ２に変換するためのローカル周波数Ｌ２をミキサ１１に入力している状態を示す。これらの切替回路３７，３８，３９及び４０は、第１実施例と同様の方法による切替タイミング信号によって切り替えられる。
【００２４】
さらに、第１実施例の無線中継器１００は、アンテナ３とアンテナ１６の２つのアンテナを備えていたが、本実施例の無線中継器１０３では、１つの共用アンテナ４１を備えている。第４実施例による無線中継器１０３は、ＴＤＤ方式であることを利用して、上り下りの両方向の中継装置を共通化することが可能となり、装置規模を簡易化することが出来る。この規模は端末の無線部と同じくらいになる。
【００２５】
図８に第４実施例による無線中継器１０３の無線中継機能を装備した端末２００の構成例を示す。通常のＴＤＤ方式の無線端末に切替回路３８，３９，４０及び４２と局部発振器１２を追加することにより、無線中継器としての機能を持たせることが容易に可能である。通常の端末として使用するときは、切替回路４２をａ−ｃ接続として変調器４３の出力を送信し、局部発振器は８あるいは１２のいずれか一方を使用し、また、切替回路は３７あるいは３８のいずれか一方を使用する。無線中継器として使用するときは、切替回路４２をａ−ｂ接続として中間周波数帯に変換された受信信号を再送信し、上述の第４実施例の無線中継器１０３と同様の動作で双方向の無線信号の中継を行う。
【００２６】
図９に第５実施例による無線中継機能を装備した端末２００の利用形態の例を示す。屋外に設置された公衆用の基地局１と、屋内にあるノート型パソコン４５−１，４５−２に繋いだ端末２−１，２−２が端末２００を介して接続されている形態を示す。端末２００を前述のように無線中継器として使用し、窓際あるいは壁付近等の電波が届く場所に置く。また、充電器４４にセットすることにより、位置を安定させ、電源を確保する。このようにして、屋内においても回線ケーブルを敷設することなく、屋外にある基地局との通信を容易に構成し、無線の環境で例えばインターネット接続等が可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の第１実施例の無線中継器により、ＴＤＤ方式でかつフレーム中の上り方向と下り方向の時間の長さがダイナミックに変化する場合においても利用可能な無線中継器を比較的に簡易な構成で提供することが出来る。また第２実施例の無線中継器により、他の無線回線に雑音を与えることを抑えることが出来る。また第３実施例の無線中継器により、端末が複数の無線中継器からの電波を合成して受信することが可能となる。また第４実施例の無線中継器により、上り下りの両方向の中継装置を共通化することが可能となり、装置規模をさらに簡易化することが出来る。また、無線端末に本発明の無線中継器の中継機能を備えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のブロック図である。
【図２】図１の実施例で用いるフレームフォーマットである。
【図３】本発明の第２実施例のブロック図である。
【図４】本発明の第３実施例のブロック図である。
【図５】第３実施例に用いる復調器の構成例である。
【図６】２周波数放送中継ＤＦＮの構成例である。
【図７】本発明の第４実施例のブロック図である。
【図８】本発明の第５実施例のブロック図である。
【図９】本発明の利用形態の例を示す図である。
【図１０】従来の無線中継器を示す。
【図１１】従来の無線中継器ＴＣＳのブロック図とその動作を示す。
【符号の説明】
１基地局
２端末
３，１６アンテナ
４低域通過フィルタ
５，１４，３７，３８，３９，４０切替回路
６，１７低雑音増幅器
７，１１，１８，２１ミキサ
８，１２局部発振器
９，１９ＳＡＷフィルタ
１０，２０自動利得増幅器
１３，２２高出力増幅器
１５高域通過フィルタ
２３復調器
２４フレーム同期回路
２５タイミング制御回路
２６スケルチ用検波器
２７ＶＣＯ
２８，２９ＰＬＬ
３０直交復調器
３１自動周波数制御回路（ＡＦＣ）
３２タイミング同期回路
３３ガードインターバル（ＧＩ）除去回路
３４高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路
３５同期検波回路
３６位相補償回路
４１共用アンテナ
４３変調器
４４充電器
４５ノート型パソコン
４６送信機
４７受信機
４８変調器
４９復調器
５０バッファメモリ
１００，１０１，１０２，１０３無線中継器
２００端末

Claims

マルチパスフェージングに強いＯＦＤＭ変調方式を用いて、基地局と端末との間の上り下り回線を時分割複信方式（ＴＤＤ）で双方向通信を行う無線信号を中継する無線中継器において、
基地局が送信する搬送波同期信号を用いて検出された周波数誤差と、パイロット信号を用いて検出された位相誤差により周波数制御信号を生成し、生成された前記周波数制御信号をフィードバック制御することにより無線中継器の基準周波数が基地局の基準周波数に同期する手段と、
下り方向では基地局からの第１無線周波数帯の電波を受信し、前記基準周波数に同期を行う手段により同期を行い、異なる第２無線周波数帯に変換して端末に送信する手段と、
上り方向では端末から前記第２無線周波数帯の電波を受信し、前記第１無線周波数帯に変換して基地局に送信する手段と、
基地局が送信する制御信号を復号することにより上り下りの切替タイミングの信号を生成する手段と、
この切替タイミングの信号により上り下りの中継方向を切り替える手段とを備えたことを特徴とする無線中継器。
上り方向の受信信号が規定値以下に低下したことを検出する手段と、
この検出結果に基づき上り方向の送信をオン／オフする手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の無線中継器。
上り方向に中継する手段と下り方向に中継する手段は１つの共通な中継手段であり、前記切替タイミングの信号によりこの中継手段の方向を切り替えることを特徴とする請求項１記載の無線中継器。
前記制御信号はフレーム制御チャネル（ＦＣＣＨ）の内容から得られ、切替タイミングはフレーム毎に異なる、請求項１記載の無線中継器。