JP4520986B2

JP4520986B2 - 無線信号の双方向同期転送を行なう方法および装置

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Publication number: JP4520986B2
Application number: JP2006519750A
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Description

本発明は無線通信の分野に関し、具体的には無線信号の双方向同期転送を行なう方法および装置に関する。

現在、通信技術の向上に伴い、従来の周波数分割双方向(FDD)無線通信システム、例えばグローバル移動通信システム(GSM)、狭帯域CDMAシステムシリーズスタンダード（IS95）などが著しい発展を遂げている。さらに、時分割双方向(TDD)無線通信システムは、周波数の配置上の自由度が高く、周波数をペアにして配置する必要もなく、システム設備が簡単であることから、より広い範囲で応用され始めている。TDDモデルの無線通信システムにおいては、受信と送信はそれぞれ、同じ周波数のチャネルまたはキャリア信号のタイムスロットを分割して行ない、通信時間の相違を保証することによって受信および送信チャネルまたは上下リンクを分離させている。

システムのカバーする範囲を広げ、システムの空白地域の出現を避けるため、FDDシステムは、中継（信号増幅器）局を通じて基地局および端末設備に送信する無線信号を増幅し、その後、増幅した無線信号を転送する。FDDシステムにおいては、基地局と端末が送信する無線伝送信号は、それぞれ違う周波数の信号である。それゆえ、中継（信号増幅器）局はフィルターやデュプレクサーを利用して比較的容易に基地局および端末設備の送信する無線信号を分離することが可能で、これによりFDD信号の双方向転送が実現されている。一般的なFDDシステムの中継（信号増幅器）設備を図1に示す。基地局から送信された無線信号に対して、周波数選択を行ない増幅した後、カバーの必要な地域に向けて空中送信する。カバーする地域内の端末から送信された無線信号に対して、同じく周波数の選択と増幅を行った後で、基地局に向けて空中送信する。このような双方向転送は並行して行なわれ、送信信号と受信信号の周波数の違いに基づき、異なる周波数に対するデュプレクサーの減衰を利用して、基地局および端末設備が送信する無線信号の分別を実現する。これにより、送信または受信する無線信号に対してタイミング制御を行なうことなく基地局および端末設備が送信する無線信号に対して双方向同期転送を実現することが可能となっている。

TDDシステムでは、基地局と端末設備が同じ周波数の無線伝送信号を使用し、タイムスロットの違いを通じてのみ基地局と端末設備が送信する無線信号を区別する。それゆえTDDシステムにおいては、前記のFDDシステムで使用される中継（信号増幅器）設備を応用して信号の双方向同期転送を実現するという方法を採用できず、TDDシステムの基地局と端末の無線伝送信号の同期転送を実現するには新しい設計方法と装置を採用する必要がある。

中国特許申請番号98126224.4において、無線通信設備の伝送距離延長に関する方法およびその方法を実現するための設備が開示されている。これには2つの設備が含まれ、2つ目の設備を利用して、無線インターフェースのフレーム同期に使用されている回路に、規準周波数を上回るものと下回るものの2つの速度のクロック信号を生成し、これにより受信および送信時間量の保存を調整する方式を利用して、時分割双方向方式でのデータ交換を実現する。受信およびメモリの送信時間量の調整を行なうこのような方式をマルチユーザーのシステムに採用すると、他のユーザーへの干渉が生じる可能性がある。また中国特許申請番号96196621.1においては、符号分割多重接続(CDMA)システムに使う時分割双方向リピータが開示されている。TDDリピータは断続的にスペクトラム拡散信号を受信し、この信号を増幅しさらに一定量の遅延を行ない、前のタイムスロットのデータを次のタイムスロットに遅延させて転送する。この方法では信号に対して大幅な遅延を行ない、前のタイムスロットのデータを次のタイムスロットに遅延させて転送が行われる。送受信信号の切り換え時間が長い場合には、比較的長い遅延が必要となり、弾性表面波(SAW)フィルターでは実現が難しく、しかも遅延を固定することによってある程度の誤差が生じる可能性もあり、同時に、システムの無線資源の配置上、配分と実際の使用状況の不一致をもたらす可能性がある。

このように、上述の既存技術は、信号の双方向同期転送を実現するプロセスにおいて干渉や応答待ち時間の誤差などを生じさせることがある。既存の技術では、信号の双方向同期転送の要件を満たすことは不可能であり、TDDシステムにおいてカバー範囲を拡大させ、システムの空白地域の出現を防ぐことは難しい。

以上のように、当発明が解決を図る技術的問題とは、無線信号に対して双方向同期転送を実現する方法および装置を提供することである。それはTDD無線通信システム上で基地局および端末が送信する無線信号に対して双方向同期転送を行ない、マルチユーザーシステムにおける無線信号の安定的な受信を保証し、干渉と遅延時間誤差の出現を回避し、TDDシステムの無線信号品質を高め、無線信号のカバーする範囲を広げるために用いるものである。

本発明は無線信号の双方向同期転送の方法を提供し、時分割双方向無線通信システムで運用する。このシステムには基地局および端末設備を含み、当該方法は次の要素を含む。

ステップA: 前記の基地局から送信された無線信号から前記システムの同期メッセージを獲得する。
ステップB: 獲得したシステムの同期メッセージおよび、システムのタイムスロット割当情報に基づき、基地局と正確に同期する規準制御信号を生成する。
ステップC: 前記の基地局と正確に同期する規準制御信号に対してそれぞれに処理を行ない、それぞれに生成した複数のタイミング制御信号を下りRF(Radio Frequency)の増幅制御、上りRFの増幅制御、および送受信制御に使用する。これらのタイミング制御信号を利用して、上りチャネルを開く際には下りチャネルを閉鎖する制御を行ない、下りチャネルを開く際には上りチャネルを閉鎖する制御を行なうことで、それぞれに前記の基地局と端末設備間の上り/下りリンクのチャネルを使って送信される信号の双方向同期転送を行なう。

うち、ステップBで述べたシステム同期メッセージに基づいて生成される基地局と正確に同期する規準制御信号には以下の要素が含まれる。

ステップB1: システム同期メッセージを獲得した際に、1つの同期パルスを生成し、タイマーをスタートさせる。
ステップB2: ステップB1でスタートしたタイマーが前記システムタイムスロット割当情報に基づいて時間を計測し、当該タイマーの時間計測に基づいて上りと下りのEnable信号の切り換えを行ない、これによって前記の基地局と正確に同期する規準制御信号を生成する。

うち、当該方法にはさらに、ステップB1とステップB2の間にもう1つの要素が含まれる。基地局から得られた同期調整量から、ステップB1で生成した同期パルスおよび当該パルスと対応する同期メッセージが存在する同期タイムスロットの遅延時間量の計算を行う。

うち、当該方法で使用するタイマーは、前記遅延時間量および、タイムスロット割当における上り/下りリンクのタイムスロットを合計した時間の長さ、保護タイムスロットGT0/GT1の時間の長さを計測し、あわせて無線信号の上り/下りリンクのタイムスロットの最後の転送データビットの後に、正確に同期する規準制御信号を使って上りと下りの動作を可能にするEnable信号の切り換えを行なう。

うち、前記タイマーは、上りリンクのタイムスロットの合計時間の長さ+保護タイムスロットGT0の時間の長さ−(遅延時間量−前記同期タイムスロットの時間の長さ)として最初の時間計測を行った後、下りのEnable信号を生成する。下りのEnable信号に対して、保護タイムスロットGT1の時間の長さ+下りリンクのタイムスロットの合計時間の長さを計測した後、上りのEnable信号を生成する。上りのEnable信号に対して、保護タイムスロットGT0+上りリンクのタイムスロットの合計時間の長さを計測した後、下りのEnable信号を生成する。以上のようにタイマーは上りのEnable信号と下りのEnable信号に対して繰り返し時間計測を行なう。当該時間計測の繰り返しによって生成される、対応する上りのEnable信号および下りのEnable信号に基づいて、前記基地局と正確に同期する規準制御信号を生成する。

うち、当該方法にはさらに次の要素が含まれる。

あらかじめ設定された時間が経過した後で、前記同期パルスを利用して前記タイマーに対する1回の同期を行うことによって、当該タイマーの累積誤差を解消する。

うち、ステップCで述べたタイミング制御信号は、前記の基地局と正確に同期する規準制御信号に対してロジック転換と応答待ちを行なうことによって実現されるものである。

うち、前記ロジック転換および応答待ちのプロセスは具体的に以下のように行われる。
前記の下りRFの増幅制御信号、上りRFの増幅制御信号、および送受信制御信号についてそれぞれ応答待ちが行なわれることによって、以下の要素が実現される。

下りEnableを上りEnableに切り換える際には、まず、下りRFの増幅制御信号を無効状態に切り換えた後、送受信制御信号を上りチャネル開通状態に切り換え、最後に、上りRFの増幅制御信号を有効状態に切り換える。

上りEnableを下りEnableに切り換える際には、まず、上りRFの増幅制御信号を無効状態に切り換えた後、送受信制御信号を下りチャネル開通状態に切り換え、最後に、下りRFの増幅制御信号を有効状態に切り換える。

うち、前記上りRFの増幅制御信号および下りRFの増幅制御信号の有効状態とは高レベルの状態を指し、無効状態とは低レベルの状態を指す。

うち、ステップCにおいて、上りチャネルの開通時に下りチャネルを閉鎖する前記制御は以下のように行なわれる。

まず、無効状態に切り換えられた下りRFの増幅制御信号が、下り出力増幅リンクを閉鎖し、その後、送受信制御信号を通じて上りチャネルを開通するとともに下りチャネルを閉鎖し、最後に、有効状態に切り換えられた上りRFの増幅制御信号が、上り出力増幅リンクをEnableにする。

下りチャネルの開通時に上りチャネルを閉鎖する前記制御は以下のように行なわれる。
まず、無効状態に切り換えられた上りRFの増幅制御信号が、上り出力増幅リンクを閉鎖し、その後、送受信制御信号を通じて下りチャネルを開通するとともに上りチャネルを閉鎖し、最後に、有効状態に切り換えられた下りRFの増幅制御信号が、下り出力増幅リンクをEnableにする。

本発明はさらに無線信号の双方向同期転送を行なう装置を提供するものであり、前記装置は、基地局の信号受信アンテナおよび端末設備の信号受信アンテナ、周波数選択式双方向RF増幅回路、同期抽出および制御装置を含み、うち、
同期抽出および制御装置は基地局の信号受信アンテナを通じて基地局が送信した無線信号を受信し、当該無線信号とシステムのタイムスロット割当情報を利用してタイミング制御信号を生成し、当該タイミング制御信号を前記周波数選択式双方向RF増幅回路に送信する。

周波数選択式双方向RF増幅回路は、基地局の信号受信アンテナを通じて基地局の送信した無線信号を受信すると、同期抽出および制御装置から送られてきたタイミング制御信号に基づいて、下りチャネルを開通するとともに上りチャネルを閉鎖する。当該無線信号をフィルタリングして増幅した後に、端末設備の信号受信アンテナを通じて、増幅された無線信号を端末設備に転送する。また、端末設備の信号受信アンテナを通じて端末設備が送信する無線信号を受信すると、同期抽出および制御装置から送られてきたタイミング制御信号に基づいて上りチャネルを開通するとともに下りチャネルを閉鎖する。当該無線信号をフィルタリングして増幅した後に、基地局の信号受信アンテナを通じて、増幅された無線信号を基地局に転送する。

うち、周波数選択式双方向RF増幅回路は以下の要素を含む。

フィルターユニットは、前記送受信アンテナが受信して転送する、前記基地局から送信される無線信号および前記端末設備から送信される無線信号をフィルタリングし、必要な周波数帯域内のRF信号を獲得し、あわせて前記周波数帯域外の干渉信号をカットするために用いるものである。

送受信スイッチユニットは、受信および/または送信される前記の獲得された周波数帯域内のRF信号を制御するために用いるものである。

出力増幅装置は、前記の獲得された必要な周波数帯域内のRF信号を、前記送受信アンテナが当該信号の転送を行なう必要な出力に到達させるために用いるものである。

うち、前記周波数選択式双方向RF増幅回路は以下の要素を含む。第1フィルター、第2フィルター、第1送受信スイッチ、第2送受信スイッチ、上り信号の出力増幅装置および下り信号の出力増幅装置。第1送受信スイッチと第2送受信スイッチは、前記タイミング制御信号の制御で、上りチャネルを開通するとともに下りチャネルを閉鎖する、または、下りチャネルを開通するとともに上りチャネルを閉鎖するために用いるものである。上りチャネルを開通する際には、上り信号の出力増幅装置と下り信号の出力増幅装置が、タイミング制御信号の作用で、それぞれ稼働と休止の状態に置かれる。下りチャネルを開通する際には、上り信号の出力増幅装置と下り信号の出力増幅装置が、タイミング制御信号の作用で、それぞれ休止と稼働の状態に置かれる。

上りチャネルは以下のようになる。
端末設備用アンテナが受信した、端末設備から送信された無線信号は、第2フィルターによってフィルタリングされた後、第2送受信スイッチを通過し、下り信号の出力増幅装置に送られて信号の増幅を施される。増幅された無線信号は第1送受信スイッチを通過した後、第1フィルターに送られてフィルタリングされ、第1フィルターはフィルタリングを経た増幅された無線信号を基地局用アンテナを通じて基地局に送信する。

下りチャネルは以下のようになる。
基地局用アンテナが受信した、基地局から送信された無線信号は、第1フィルターによってフィルタリングされた後、第1送受信スイッチを通過し、上り信号の出力増幅装置に送られて信号の増幅を施される。増幅された無線信号は第2送受信スイッチを通過した後、第2フィルターに送られてフィルタリングされ、第2フィルターはフィルタリングを経た増幅された無線信号を端末設備用アンテナを通じて端末設備に送信する。

うち、前記出力増幅装置は、出力増幅器および可変利得レギュレーターからなる。可変利得レギュレーターは、出力増幅器から出力された信号のレベルを調節し、増幅装置の増幅倍数を制御するために用いるものである。

うち、前記の下り信号の出力増幅装置は以下の要素を含む。
第1から第4出力増幅器、第1周波数コンバーター、第2周波数コンバーター、第1弾性表面波フィルターおよび第1可変利得レギュレーター。基地局が送信した信号は前記第1送受信スイッチを通過して第1出力増幅器の入力側に送られ、当該出力増幅器で増幅された後に、第1周波数コンバーターによって中間周波数(IF)信号に変換され、その後、次の順番に従って進む。第2増幅器で増幅され、第1弾性表面波フィルターによって中間周波数のフィルタリングを受け、第1可変利得レギュレーターでレベル調節を施され、第3増幅器で増幅され、第2周波数コンバーターでRF信号に変換され、第4増幅器で増幅されると、基地局が送信した当該信号は予定されたレベルに到達し、第2送受信スイッチから送信される。

前述の上り信号の出力増幅装置は以下の要素を含む。
第5から第8出力増幅器、第3周波数コンバーター、第4周波数コンバーター、第2弾性表面波フィルターおよび第2可変利得レギュレーター。端末設備が送信した信号は前記第2送受信スイッチを通過して第5出力増幅器の入力側に送られ、当該出力増幅器で増幅された後に、第3周波数コンバーターによって中間周波数信号に変換され、その後、次の順番に従って進む。第6増幅器で増幅され、第2弾性表面波フィルターによって中間周波数のフィルタリングを受け、第2可変利得レギュレーターでレベル調節を施され、第7増幅器で増幅され、第4周波数コンバーターでRF信号に変換され、第8増幅器で増幅されると、端末設備が送信した当該信号は予定されたレベルに到達し、第1送受信スイッチから送信される。

うち、前記可変利得レギュレーターは可変減衰器または可変利得の増幅器である。

うち、前記の同期抽出および制御装置は以下の要素を含む。
無線送受信機は、前記の基地局が送信した無線信号および基地局に向けて送信された無線信号を受信するために用いるものである。
同期抽出装置は、前記の基地局が送信した無線信号から、前記システムの同期メッセージを抽出するために用いるものである。
タイミング制御装置は、前記システムの同期メッセージに基づいて上記基地局および端末設備の送信信号と対応する制御タイミングを生成することによって、前記周波数選択式双方向RF増幅回路を制御するために用いるものである。
うち、前記タイミング制御装置は、さらに前記周波数選択式双方向RF増幅回路をモニタリングし、あわせて前記無線送受信機を通じて基地局に故障監視信号を送信するために用いるものである。

うち、前記基地局の信号受信アンテナは以下の要素を含む。
第1基地局の信号受信アンテナは、基地局から送信された無線信号を受信し、あわせて当該無線信号を前記周波数選択式双方向RF増幅回路に送信するのに用いるものであり、さらに端末設備から送信された無線信号を基地局に対して転送するために用いるものである。
第2基地局の信号受信アンテナは、基地局から送信された無線信号を受信し、あわせて当該無線信号を前記の同期抽出および制御装置に送信するために用いるものである。
うち、前記基地局の信号受信アンテナは以下の要素を含む。
第3基地局の信号受信アンテナおよび、分岐器。第3基地局の信号受信アンテナが受信した、基地局から送信された無線信号は、分岐器を通過することによって、前記周波数選択式双方向RF増幅回路と、同期抽出および制御装置にそれぞれ送信される。
うち、前記基地局の信号受信アンテナおよび端末設備の信号受信アンテナは、送受信アンテナユニットである。

本発明を利用することにより、現存の設備を基盤としながら、TDDシステムの同期メッセージを抽出することを通じて、システムの上りおよび下りタイムスロットの割当に基づき、システム基地局と同期する特定の回路制御タイミングを生成して双方向の増幅器を制御することができ、送受信信号の時間に対して遅延を行なうことなく、基地局および端末設備の無線送信信号の双方向同期転送を実現することが可能となる。同時に本発明は稼働回路のモニタリング機能を備え、自動的にメンテナンスセンターに設備の稼働状況を報告することが可能で、システム設備の安定的な稼働を保証する。

次に、図面にあわせて本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。

まず図2を参照。図2は本発明において、無線信号に対して双方向同期転送を行なう装置およびシステム基地局のネットワーク方式を示すブロック図である。無線通信ネットワークにおいては、通常1つのネットワークメンテナンスセンターが、複数の基地局が正常に稼働するようにメンテナンスを行なう。それぞれの基地局は、本発明における無線信号の双方向同期転送を行なう複数の装置に対応し、当該装置を通じて基地局および端末に無線送信信号の双方向同期転送を行なう。当該装置は、基地局がそれぞれ異なる方向に送信する信号の品質とカバー範囲を改善するために用いるものである。また本発明におけるそれぞれの装置は1つの固定基地局および複数の端末設備に対応する。

以下に具体的な実施例を通じて本発明の詳細な説明を行なう。

図3を参照。図3は本発明において、無線信号の双方向同期転送を行なう装置に関する第1実施例の原理を示す図であり、当該装置は、少なくとも周波数選択式双方向RF増幅回路300と、同期抽出および制御装置500、および無線信号の送信/受信に使用するアンテナ200とアンテナ100、アンテナ205を含むものである。同期抽出および制御装置500と、周波数選択式双方向RF増幅回路300は、それぞれに異なるアンテナを利用して基地局と空中接続を行なう。うち、
基地局用アンテナ100は同期抽出および制御装置500と接続され、基地局から送信される無線信号を受信するとともに、当該無線信号を同期抽出および制御装置500に送信するために用いるものである。
基地局用アンテナ200は周波数選択式双方向RF増幅回路300と接続され、基地局から送信される無線信号を受信するとともに、当該無線信号を周波数選択式双方向RF増幅回路300に送信するために用いるものであり、さらに周波数選択式双方向RF増幅回路300の処理を経て端末設備から送信される無線信号を基地局に転送するために用いるものである。
端末設備用アンテナ205は周波数選択式双方向RF増幅回路300と接続され、端末設備から送信される無線信号を受信するとともに、当該無線信号を周波数選択式双方向RF増幅回路300に送信するために用いるものであり、さらに周波数選択式双方向RF増幅回路300の処理を経て基地局から送信される無線信号を端末設備に転送するために用いるものである。

本発明の実施例において、基地局用アンテナ100、基地局用アンテナ200、および端末設備用アンテナ205は、合わせて当該装置における送受信アンテナユニットとする。本発明の他の実施例において、前記の各アンテナはそれぞれ独立して設置することも可能であり、本発明の実現を妨げない。アンテナ100およびアンテナ200は指向性アンテナを採用し、アンテナ100およびアンテナ200を通じて本装置は指定された基地局のみに対して通信および信号の転送を行なう。アンテナ205は、予定地域をカバーするために用いるものであり、カバーの必要な地域に応じて無指向性アンテナまたは指向性アンテナをアンテナ205とすることができる。

以下に本発明における周波数選択式双方向RF増幅回路、同期抽出および制御装置の詳細な紹介を行なう。

周波数選択式双方向RF増幅回路は、フィルターユニット、送受信スイッチユニットおよび出力増幅装置を含む。うち、フィルターは他システムの周波数帯域外の信号が当該周波数選択式双方向RF増幅回路に進入するのを防ぐために用いるものである。さらに、当該周波数選択式双方向RF増幅回路が生成する増幅信号以外の信号が送信されるのを防ぎ、その他のシステムに対する干渉の発生を防止するために用いるものでもある。本実施例においては、バンドパスフィルター201およびバンドパスフィルター204を合わせてフィルターユニットとし、送受信スイッチ202および送受信スイッチ203を合わせて送受信スイッチユニットとする。また、二次増幅器210および212と可変利得レギュレーター211、二次増幅器220および222と可変利得レギュレーター221を合わせて出力増幅装置とする。うち、可変利得レギュレーター211は増幅器210および増幅器212とそれぞれカップリングになっていて、増幅器210および増幅器212とともに、基地局から送信されて受信した無線信号を転送に必要な出力まで増幅させる。可変利得レギュレーター221は増幅器220および増幅器222とそれぞれカップリングになっていて、増幅器220および増幅器222とともに、端末設備から送信されて受信した無線信号を転送に必要な出力まで増幅させる。うち、前記可変利得レギュレーターは増幅倍数の調節を行なうために用いるものであり、本発明における他の実施例においては、増幅倍数が固定値であれば、当該可変利得レギュレーターを採用しなくてもよく、本発明の実現には影響しない。

同期抽出および制御装置500は、無線送受信機101、同期抽出装置120、タイミング制御装置130のユニットである。うち、無線送受信機101および同期抽出装置120は、アンテナ100を通じて基地局の空中無線信号を受信し、システムが選定した同期計算式を通じてシステムの同期メッセージを獲得し、当該同期メッセージに基づき1つの同期パルスを生成して初期の同期制御タイミングとする。その後同期抽出および制御装置500は基地局に受け入れ要求を出し、基地局と連携を確立してメンテナンスセンターにアクセスし、システムのタイムスロット割当情報を含むパラメーターの配置情報を取得する。うち、パラメーターの配置情報は、あらかじめ設定して本装置の中にストックしておき、使用時に直接読み込ませることも可能であり、本発明の実現には影響しない。当該パラメーターの配置情報を利用して、同期抽出および制御装置500は、メンテナンスセンターにアクセスするプロセスにおいて、基地局の調整コマンドに基づき基地局との正確な同期プロセスを完了させ、添付図6に示された正確に同期する規準制御信号を生成する。当該制御信号は上りEnableおよび下りEnableの切り換えを行なうことが可能である。その後、同期抽出および制御装置抽出装置500は当該の正確に同期する規準制御信号を再び利用し、複数のタイミング制御信号を生成する。これは周波数選択式双方向RF増幅回路300の上り/下りチャネルを開通および閉鎖する制御を行なうために用いるものであり、これにより当該周波数選択式双方向RF増幅回路300に対するタイミング制御が実行され、当該制御に基づいて基地局および端末設備から送信される無線信号の双方向同期転送が行なわれる。

以下に同期抽出および制御装置500の稼働プロセスについて詳細に記述する。

TDDシステムでは、特定のタイムスロットにおいて送信された特定の情報が端末設備および基地局の同期メッセージとなる。当該同期メッセージは一般的に下りの第1タイムスロットまたは下りの最後のタイムスロットに位置し、当該同期メッセージが位置するタイムスロットは、通常の業務タイムスロットと近似することも可能であり、完全に特殊な同期タイムスロットでも差し支えない。また当該タイムスロットの時間の長さが特定されていてもよい。本発明の他の実施例においては、同期メッセージは下り信号中任意の1個のタイムスロットに位置させることも可能であるが、前提として、当該タイムスロットの位置は必ずシステムにとって既知でありかつ固定不変のものでなくてはならない。同期抽出および制御装置500は同期メッセージが位置するタイムスロットに基づいて前記同期パルスを生成する。

同期抽出および制御装置500は、基地局の同期信号を獲得すると1つの同期パルスを生成し、その後システムのタイムスロット割当情報を利用して基地局にアクセスを開始し同期調整を行なう。基地局から返送された同期調整量を通じて、送信地で生成された同期パルスと同期タイムスロットの遅延後の時間量T0が計算される。うち、システムのタイムスロット割当情報は、上りおよび下りタイムスロット数の配分を確定し、上りおよび下りEnable時間の制御を行なうために用いるものである。以下に本発明におけるタイムスロットにかかわる詳細な紹介を行なう。

TDDシステムにおいては、下りタイムスロットにN個のタイムスロットがあり、その番号を0からN-1で示し、上りタイムスロットにM個のタイムスロットがあり、その番号をNからN+M-1で示す。MとNは1より大きい整数とする。また保護タイムスロットGT0およびGT１もあり、保護タイムスロット内では、システムは情報の伝送を行なわず、設備は内部状態の転換を行なう。保護タイムスロットGT0とGT1は下りタイムスロットまたは上りタイムスロットの一部分であることも可能で、1つのタイマーによって時間が計測される。1つの無線フレームの周期をT、保護タイムスロットGT0の時間の長さをTGT0、保護タイムスロットGT1の時間の長さをTGT1で表し、下りの全タイムスロットの合計時間の長さをTdown、上りの全タイムスロットの合計時間の長さをTup、各タイムスロットの時間の長さをTX(x=0, ..., N+M)で表す。うち、NとMは前記の通りで、Nは下りタイムスロット数を表し、Mは上りタイムスロット数を表す。以上の情報は前記のシステムのタイムスロット割当情報となり、全てがシステムにとって既知のパラメーターである。

同期メッセージを下り信号の最後の1個のタイムスロットslot N-1と仮定する。図7を参照。同期抽出および制御装置500は同期パルスを生成するのと同時にもう1つのタイマーをスタートさせ、正確に同期する規準制御信号を提供する。初回の時間の計測はTup+TGT0-(T0-TN-1)となり、その後で下りEnable信号が生成される。TGT1+Tdownが経過した後に、上りEnable信号が生成され、さらにTGT0+Tupが経過した後に、再び下りEnable信号が生成されることにより、正確に同期する規準制御信号が生成される。正確に同期する規準制御信号を生成するのに用いるもう1つのタイマーに対して、それぞれ1単位の特定時間が経過した後に、送信地の時間計測時計の累積誤差をなくすために同期パルスを利用して1回の同期を行なう必要がある。図7を参照。その後、設備の情報や設備の各ユニットの稼働状況に関する情報、稼働パラメーターの設定等を含む発信地の情報がメンテナンスセンターにアップロードされる。

図6、図7を参照。上述の方式で生成される正確に同期する規準制御信号が、上りEnableと下りEnableの2つの状態に周期的に変化するのに基づいて、当該信号の下降部は、空中無線信号の下りタイムスロットの最後のタイムスロットNの、最後の転送データビットと同期する。つまり最後の1個の転送データビットの後で、正確に同期する規準制御信号に状態の変化が生じる。例えば高レベルが低レベルに変化する。正確に同期する規準制御信号の上昇部は、空中無線信号の上りタイムスロットの最後のタイムスロットNの、最後の転送データビットと同期する。つまり最後の1個の転送データビットの後で、正確に同期する規準制御信号に状態の変化が生じる。例えば低レベルが高レベルに変化する。

同期抽出および制御装置500は、システムとの同期調整が完了すると、その制御タイミングと基地局が送受信したタイムスロットとの正確な同期を保証する。その後、タイムスロット制御装置130はシステムの要求に従い、図3、図4が示すように接続された制御バスを通して可変利得レギュレーター211と221の利得を設定し、生成された正確に同期する規準制御信号に基づき、一定のロジック転換および遅延回路を通じて、予定されるタイミング制御信号PA_EN1、PA_EN2、SWを生成し、これらタイミング制御信号を用いて送受信スイッチおよび出力増幅器の稼動状態を制御する。図8を参照。うち、PA_EN1は下りRFの増幅制御信号、PA_EN2は上りRFの増幅制御信号、SWは送受信制御信号を表す。下りPA_EN1、PA_EN2およびSWの信号転換は必ずシステムが規定する保護タイムスロットGT0およびGT1内で完了されなければならない。GT0の時間内においては、PA_EN1が高レベルから低レベルに転換され、一定時間の遅延を経た後、SWも高レベルから低レベルに転換され、さらに一定時間の遅延を経た後、PA_EN2が低レベルから高レベルに転換される。GT1時間内においては、PA_EN2が高レベルから低レベルに転換され、一定時間の遅延を経た後、SWが低レベルから高レベルに転換され、さらに一定時間の遅延を経た後、PA_EN1が低レベルから高レベルに転換される。PA_EN1、PA_EN2、SWは正確に同期する規準制御信号に基づいて、一定のロジック転換と遅延回路を経て生成されるものであり、本分野の一般的技術者は、このタイミングチャートに従えば、ロジック回路またはその他の回路を利用してこのタイミングを実現できるので、ここでは詳しい描写を行なわない。うち、PA_EN1は下り出力増幅リンクタイミング制御信号を表し、下りRF増幅制御信号とも称する。PA_EN1が高レベルになる時は、対応的に制御を行なう下り出力増幅リンクの中の出力増幅器210、212および可変利得レギュレーター211が開かれることを示し、PA_EN1が低レベルになる時は、対応的に制御を行なう下り出力増幅リンクの中の出力増幅器210、212および可変利得レギュレーター211が閉じられることを示す。PA_EN2は上り出力増幅リンクタイミング制御信号を表し、上りRF増幅制御信号とも称する。PA_EN2が高レベルになる時は、対応的に制御を行なう上り出力増幅リンクの中の出力増幅器220、222および可変利得レギュレーター221が開かれることを示し、PA_EN2が低レベルになる時は、対応的に制御を行なう上り出力増幅リンクの中の出力増幅器220、222および可変利得レギュレーター221が閉じられることを示す。SWは送受信スイッチユニットのタイミング制御信号を表し、SWが高レベルになる時は、送受信スイッチ202、203は下り送信リンクを接続するのと同時に上り送信リンクを切断する。SWが低レベルになる時は、送受信スイッチ202、203は下り送信リンクを切断するのと同時に上り送信リンクを接続する。
うち、前記タイミング制御装置130は、さらに故障監視機能も具備することが可能であり、監視される故障には電圧、電流、定在波比測定、温度等が含まれる。タイミング制御装置130が故障監視機能を具備するかどうかは、本発明の実現に影響しない。

以下に本発明が提供する装置の基本的稼働原理について説明する。

本発明が提供する装置が通電起動すると、タイミング制御装置130が、出力増幅装置の中の増幅器210、212、可変利得レギュレーター211、増幅器220、222、可変利得レギュレーター221をオフの状態に設定する。送受信スイッチ202は出力増幅器222のアウトプットとカップリングし、送受信スイッチ203は出力増幅器212のアウトプットとカップリングする。増幅器210、212、可変利得レギュレーター211、および増幅器220、222、可変利得レギュレーター221が設置され、これらはタイミング制御装置130と同期するタイミング制御スイッチに制御される。送受信スイッチ202、203のスイッチの切り換えも、TDDの時分割複信（双方向）の稼働特性に基づく制御を受けて実施される。つまり下りタイムスロットの段階において、送受信スイッチ202が出力増幅器210と接続し、送受信スイッチ203が出力増幅器212と接続する。上りタイムスロットの段階においては、送受信スイッチ203が出力増幅器220と接続し、送受信スイッチ202が出力増幅器222と接続する。前記の各増幅器および可変利益レギュレーターに対しては、タイミング制御装置130と同期するスイッチを通じて素早いオン／オフの切り換えが行なわれる必要がある。稼働停止には増幅器の電源を切るかまたは増幅器のオフセット電圧を調整する方式を採用することが可能で、これは選定される出力増幅器の稼働方式に基づいて決められる。

以下に図3に示す回路稼働プロセスを詳しく記述する。

基地局から送信される下りリンク信号の転送について以下に述べる。

下りリンク信号が指向性アンテナ200に到達した時には、複数の前記タイミング制御信号の作用により、同期抽出および制御装置500はすでに一定の時間よりも早く出力増幅器220、222、可変利得レギュレーター221を稼働停止状態に設定しており、上り出力増幅リンクは止められている。一定の時間を遅延させた後で送受信スイッチ202を出力増幅器210のインプット側に切り換え、あわせて送受信スイッチ203を出力増幅器212のアウトプット側に切り換え、下りチャネルを開通し、同時に上りチャネルを閉鎖する。さらに一定の時間を遅延させた後で出力増幅器210と212、可変利得レギュレーター211を稼働動態に設定し、下り出力増幅リンクをEnableにする。以上全ての状態の切り換えは保護タイムスロットGT1以内に完了する。それから下りリンク信号は指向性アンテナ200からバンドパスフィルター201に届き、送受信スイッチ202を経て出力増幅器210のインプット側に届き、増幅器210によって増幅され、可変利得レギュレーター212によってレベル調節を施され、さらに増幅器212の増幅を経て予定されたレベルに到達する。その後、増幅された当該信号は送受信スイッチ203、バンドパスフィルター204を経て指向性アンテナ205にアウトプットされ、指向性アンテナ205を通じて増幅された下りリンク信号が予定された区域に向けて送信される。

前記の下りリンク信号の転送プロセスでは、まず上り出力増幅リンクを閉鎖し、一定の時間を遅延させた後に、上りチャネルを閉鎖し、下りチャネルを開通し、さらに一定の時間を遅延させた後、下り出力増幅リンクをEnableの状態にする。このようにして、送受信スイッチを通じて上りチャネルから下りチャネルに切り換えを行なう際に、増幅回路の開通によってもたらされる設備のダメージを回避する。

端末から送信される上り信号の転送について以下に述べる。

上りリンク信号が指向性アンテナ205に到達した時には、複数の前記タイミング制御信号の作用により、同期抽出および制御装置500はすでに一定の時間よりも早く出力増幅器210、212、可変利得レギュレーター211を稼働停止状態に設定しており、下り出力増幅リンクは止められている。一定の時間を遅延させた後で送受信スイッチ203を出力増幅器220のインプット側に切り換え、あわせて送受信スイッチ202を出力増幅器222のアウトプット側に切り換え、上りチャネルを開通し、同時に下りチャネルを閉鎖する。さらに一定の時間を遅延させた後で出力増幅器220と222、可変利得レギュレーター221を稼働動態に設定し、上り出力増幅リンクをEnableにする。以上全ての状態の切り換えは保護タイムスロットGT0以内に完了する。それから上りリンク信号は指向性アンテナ205からバンドパスフィルター204に届き、送受信スイッチ203を経て出力増幅器220のインプット側に届き、増幅器220によって増幅され、可変利得レギュレーター221によってレベル調節を施され、さらに増幅器222の増幅を経て予定されたレベルに到達する。その後、送受信スイッチ202、バンドパスフィルター201を経て指向性アンテナ200にアウトプットされ、指向性アンテナ200を通じて増幅された上りリンク信号が基地局の受信アンテナに向けて送信される。

前記の上りリンク信号の転送プロセスでは、まず下り出力増幅リンクを閉鎖し、一定の時間を遅延させた後に、下りチャネルを閉鎖し、上りチャネルを開通し、さらに一定の時間を遅延させた後、上り出力増幅リンクをEnableの状態にする。このようにして、送受信スイッチを通じて下りチャネルから上りチャネルに切り換えを行なう際に、増幅回路の開通によってもたらされる設備のダメージを回避する。

前記増幅リンク利得の調節に用いられる可変利得レギュレーター211と221は、可変減衰器でも、可変利得の増幅器でもよい。当該設備の利得または減衰が調整可能でさえあれば、システムの必要に基づいて選定することが可能である。

本発明における他の実施例においては、タイミング制御装置130はさらに故障監視機能を具備することが可能である。正常な稼働プロセスにおいては、故障監視機能をそなえる当該タイミング制御装置は、全ての回路に対して必要な監視制御を行ない、あわせてシステムの要求に基づいて定期的または不定期的に、状態の情報を無線送受信機101を通じてシステムメンテナンスセンターにアップロードする。

さらに図4を参照。図4は、本発明において、無線信号の双方向同期転送を行なう装置に関する第2実施例の原理を示す図である。この実施例の回路稼働原理は図3に示す第1実施例に類似する。この装置における送受信アンテナユニット、同期抽出および制御装置は、図3に示す第1実施例における送受信アンテナユニット、同期抽出および制御装置と同じである。異なるのは、周波数選択式双方向RF増幅回路400の中に周波数インバーターと弾性表面波(SAW)フィルターが追加されており、アンテナを通じて受信したRF信号が中間周波数信号に転換され、さらに弾性表面波フィルターによる中間周波数信号に対するフィルタリング処理が行われ、より厳格な狭域帯の要求を満たすようになっていることである。その後フィルタリングされた中間周波数信号は、さらに転送に必要なRF信号に変換され送信される。TDDシステムにおいては、受信および送信の稼働周波数が同じであるため、本設備の局部発信器(LO)はただ1つの局部発信周波数を採用する。

以下に本実施例の稼働プロセスを詳しく記述する。

同様に、まず出力増幅器210、231、233、212、増幅器220、241、243、222、可変利得レギュレーター211、221を設置し、タイミング制御装置130が生成する複数のタイミング制御信号に制御させる。同時に送受信スイッチ202、203のスイッチの切り換えも当該タイミング制御信号に基づいた制御を受けて実施される。

基地局から送信される下りリンク信号の転送について以下に述べる。
下りリンク信号が指向性アンテナ200に到達した時には、タイミング制御装置130によって生成される複数のタイミング制御信号に基づいて、同期抽出および制御装置500はすでに一定の時間よりも早く出力増幅器220、241、243、222、可変利得レギュレーター221を稼働停止状態に設定している。一定の時間を遅延させた後で送受信スイッチ202を出力増幅器210のインプット側に切り換え、送受信スイッチ203を出力増幅器212のアウトプット側に切り換え、さらに一定の時間を遅延させた後で出力増幅器210、231、233、212、可変利得レギュレーター211を稼働動態に設定し、以上全ての状態の切り換えを保護タイムスロットGT1以内に完了する。それから下りリンク信号は指向性アンテナ200からバンドパスフィルター201に届き、送受信スイッチ202を経て出力増幅器210のインプット側に届き、増幅器210によって増幅され、周波数インバーター230によって中間周波数信号に変換され、増幅器231によって増幅され、弾性表面波フィルター232によりフィルタリングされ、可変利得レギュレーター211によりレベル調整を施され、増幅器233で増幅され、その後周波数インバーター234でRF信号に変換され、さらに増幅器212の増幅を経て予定されたレベルに到達する。送受信スイッチ203、バンドパスフィルター204を経て指向性アンテナ205に届き、指向性アンテナ205を通じて増幅された下りリンク信号が予定地域に向けて送信される。

端末から送信される上りリンク信号について以下に述べる。
上りリンク信号が指向性アンテナ205に到達した時には、同期抽出および制御装置500はすでに一定の時間よりも早く出力増幅器210、231、233、212、可変利得レギュレーター211を稼働停止状態に設定している。一定の時間を遅延させた後で送受信スイッチ203を出力増幅器220のインプット側に切り換え、送受信スイッチ202を出力増幅器222のアウトプット側に切り換え、さらに一定の時間を遅延させた後で出力増幅器220、241、243、222、可変利得レギュレーター221を稼働動態に設定し、以上全ての状態の切り換えを保護タイムスロットGT0以内に完了する。それから上りリンク信号は指向性アンテナ205からバンドパスフィルター204に届き、送受信スイッチ203を経て出力増幅器220のインプット側に届き、出力増幅器220によって増幅され、周波数インバーター240によって中間周波数信号に変換され、増幅器241によって増幅され、弾性表面波フィルター242によりフィルタリングされ、可変利得レギュレーター221によりレベル調整を施され、増幅器243で増幅され、その後周波数インバーター244でRF信号に変換され、さらに増幅器222の増幅を経て予定されたレベルに到達する。送受信スイッチ202、バンドパスフィルター201を経て指向性アンテナ200に届き、指向性アンテナ200を通じて増幅された上りリンク信号が基地局の受信アンテナに向けて送信される。

図5は本発明の第3実施例における無線信号の双方向同期転送を行なう装置のボックス図である。うち、同期抽出および制御装置500は添付図3に示される第1実施例における同期抽出および制御装置と同じであり、周波数選択式双方向RF増幅回路600は添付図3に示される第1実施例における周波数選択式双方向RF増幅回路300の構造を採用することが可能である。また添付図4に示される第2実施例における周波数選択式双方向RF増幅回路400の構造を採用することも可能である。同期抽出および制御装置500と周波数選択式双方向RF増幅回路600は1台のアンテナ250を共有し、基地局と空中接続を行なう。アンテナ250が受信した、基地局から送信された下りリンク信号は、分岐器501を通じて2つに分け、1つは同期抽出および制御装置500に送信する。これは周波数選択式双方向RF増幅回路600の制御タイミングを獲得するため、基地局の制御情報を抽出するのに用いられる。獲得された制御タイミングを通じて周波数選択式双方向RF増幅回路600を制御し、さらに故障の監視制御を行なうことも可能である。もう1つは周波数選択式双方向RF増幅回路600に送信し、基地局から送信された信号に対して増幅および転送を行ない、当該信号の品質を高め、あわせてそのカバー範囲を広げるために用いるものである。この装置の詳細な稼働プロセスは前記図3に示す第1実施例および図4に示す第2実施例の紹介を参照することとし、ここでは詳細な記述を行なわない。

うち、記述しやすいように前記アンテナ200、アンテナ100、アンテナ250をそれぞれ第1の基地局用アンテナ、第2の基地局用アンテナ、第3の基地局用アンテナと称することもできる。それぞれのアンテナの名称も任意に設定することが可能で、これは本発明の実現に影響しない。

うち、前記のPA_EN2とPA_EN1の有効状態は高レベルで、無効状態は低レベルとする。本発明のその他の実例中、その他のレベル状態を採用し、それぞれ有効状態と無効状態にすることが可能で、これは本発明の実現に影響を与えない。

実施例を通じて本発明を説明してきたが、本分野の一般の技術者であれば分かるように、本発明には様々なバリエーションや派生形態があるが、本発明の本旨から乖離することはない。たとえば、本発明の装置における周波数選択式双方向RF増幅回路内部の出力増大装置の部分は、システムの実際の必要に基づいて1次または複次の増幅を採用することが可能である。その各構成部分のカップリング方式もまた上述の実施例に示すいくつかの方式に限らず、様々なバリエーションを採用することが可能である。この後に付属するクレームは、これらのバリエーションや派生形態を含みつつも、本発明の趣旨と乖離しないものについて述べるつもりである。

現存技術におけるFDDシステムの中継（信号増幅器）設備の原理を示す図である。本発明において、無線信号に対して双方向同期転送を行なう装置およびシステム基地局のネットワーク方式を示すブロック図である。本発明において、無線信号の双方向同期転送を行なう装置に関する第１実施例の原理を示す図である。本発明において、無線信号の双方向同期転送を行なう装置に関する第２実施例の原理を示す図である。本発明の第３実施例における無線信号の双方向同期転送を行なう装置を示すブロック図である。本発明の装置における同期抽出および制御装置が生成する、基地局が送信した無線信号と対応し正確に同期する規準制御信号を示すブロック図である。本発明において基地局の同期メッセージから生成された同期パルスが、図６の中に示された正確に同期する規準制御信号を制御調整することを示すブロック図である。図７に示された正確に同期する規準制御信号と双方向同期転送制御リンクにおける制御信号のタイミング対応関係を示す図である。

Claims

時分割双方向無線通信システムの中に用いて、該システムは、基地局および端末設備を含む無線信号の双方向同期転送方法であって、
前記の基地局から送信される無線信号から前記システムの同期メッセージを獲得するステップAと、
獲得されたシステムの同期メッセージおよびシステムタイムスロット割当情報に基づいて、基地局と正確に同期する規準制御信号を生成するステップBと、
前記の基地局と正確に同期する規準制御信号に対してそれぞれに処理を行ない、それぞれに複数のタイミング制御信号を生成して、それぞれに下りRF(Radio Frequency)の増幅制御、上りRFの増幅制御、および送受信制御に使用し、これらのタイミング制御信号を利用して、上りチャネルの開通時には下りチャネルを閉鎖し、及び、下りチャネルの開通時には上りチャネルを閉鎖することで、前記基地局と端末設備の間の上り/下りチャネルでそれぞれ送信される信号の双方向同期転送を行なうステップCとを含み、
前記ステップBで述べた、システムの同期メッセージに基づいて生成される基地局と正確に同期する規準制御信号には、
システムの同期メッセージを獲得した際に、1つの同期パルスを生成し、且つタイマーをスタートさせるステップB１と、
前記ステップB1でスタートしたタイマーが前記システムタイムスロット割当情報に基づいて時間計測を行ない、当該タイマーの時間計測に基づいて、上りと下りのEnable信号の切り換えを行ない、これにより前記の基地局と正確に同期する規準制御信号を生成するステップB２とを含み、
前記タイマーは、上りタイムスロットの合計時間の長さ+保護タイムスロットGT0の時間の長さ−(遅延後時間量−前記同期タイムスロットの時間の長さ)として最初の時間計測をし、その最初の時間計測を行なった後、下りEnable信号を生成し、当該タイマーは下りEnable信号に対して、保護タイムスロットGT1の時間の長さ+下りタイムスロットの合計時間の長さを計測した後、上りEnable信号を生成し、当該タイマーは上りEnable信号に対して、保護タイムスロットGT0の時間の長さ+上りタイムスロットの合計時間の長さを測定した後、下りEnable信号を生成し、タイマーは上りEnable信号と下りEnable信号に対し、このような時間計測を繰り返して行ない、当該時間計測に基づいて、対応する上りEnable信号と下りEnable信号を繰り返して生成し、これにより前記基地局と正確に同期する規準制御信号を生成することを特徴とする無線信号の双方向同期転送方法。
さらに、あらかじめ設定された時間が経過した後に、前記同期パルスを利用して前記タイマーに対して1回の同期を行うことによって、当該タイマークロックの累積誤差を解消することを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線信号の双方向同期転送方法。
ステップCに述べたタイミング制御信号は、前記の基地局と正確に同期する規準制御信号に対してロジック変換と応答待ちを行うことによって実現されることを特徴とする請求項１に記載の無線信号の双方向同期転送方法。
前記ロジック転換および応答待ちプロセスの具体的な実現過程において、
前記の下りRFの増幅制御信号、上りRFの増幅制御信号および送受信制御信号はそれぞれに応答待ちを行ない、それにより、
下りEnableから上りEnableへの切り換えの際にはまず、下りRFの増幅制御信号を切り換えて無効状態にし、その後、送受信制御信号を切り換えて上りチャネルを開通状態にし、最後に、上りRFの増幅制御信号を切り換えて有効状態にし、
上りEnableから下りEnableへの切り換えの際にはまず、上りRFの増幅制御信号を切り換えて無効状態にし、その後、送受信制御信号を切り換えて下りチャネルを開通状態にし、最後に、下りRFの増幅制御信号を切り換えて有効状態にすることを特徴とする請求項３に記載の無線信号の双方向同期転送方法。
前記上りRFの増幅制御信号および下りRFの幅制御信号の有効状態とは高レベルの状態を指し、無効状態とは低レベルの状態を指すことを特徴とする請求項４に記載の無線信号の双方向同期転送方法。
前記ステップCにおいて、上りチャネルの開通時に下りチャネルを閉鎖する前記制御とは、まず、無効状態に切り換えられた下りRFの増幅制御信号が、下り出力増幅リンクを閉鎖し、その後、送受信制御信号を通じて上りチャネルを開通させるとともに下りチャネルを閉鎖し、最後に、有効状態に切り換えられた上りRFの増幅制御信号が、上り出力増幅リンクをEnableの状態にすることであり、
下りチャネルの開通時に上りチャネルを閉鎖する前記制御とは、
まず、無効状態に切り換えられた上りRFの増幅制御信号が、上り出力増幅リンクを閉鎖し、その後、送受信制御信号を通じて下りチャネルを開通させるとともに上りチャネルを閉鎖し、最後に、有効状態に切り換えられた下りRFの制御信号が、下り出力増幅リンクをEnableの状態にすることであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線信号の双方向同期転送方法。