JP5154389B2 - リピータ装置及び干渉信号抑圧方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信の中継に用いられるリピータ装置に関する。より詳しくは、受信信号と同じ周波数で送信信号を輻射する場合に生じる、受信アンテナへの回り込みにより受信信号に混入する干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧技術に関する。リピータ装置は、中継装置あるいは無線中継ブースタと呼ばれる場合もある。

無線基地局の電波の届きにくいビル内部、トンネル内部、山岳地帯等での電波状況を改善するために、リピータ装置が用いられている。リピータ装置では、受信信号を所定の利得で増幅した上で送信するため、受信信号と送信信号とは同一周波数となる。このため、送信信号が受信アンテナに回り込むと、この信号が所望信号に対して干渉信号（回り込み干渉信号）となり、増幅器の利得（再送利得と呼ばれる）が大きい場合には発振を引き起こすという問題があった。

この問題を解決する従来技術として、干渉信号が混入した受信信号からその干渉信号の残差成分を検出しておき、検出した残差成分に基づいて、干渉信号と同振幅、逆位相、同遅延時間となる抑圧信号を生成し、この抑圧信号を受信信号に加算することにより干渉信号を打ち消す技術が知られている（特許文献１）。特許文献１に記載された技術では、少なくとも干渉信号の遅延時間を事前に精度よく測定しておくことが必要となる。

干渉信号の遅延時間を検出する従来技術として、送信信号と同じ振幅で逆位相の遅延リファレンス信号を生成し、この遅延リファレンス信号の遅延時間を１ステップずつ変化させ、変化させる毎に干渉信号が混入した受信信号との相関演算を行ない、干渉信号の遅延時間を検出する技術がある（特許文献２）。
特開２００１−１９６９９４ 特開２００５−０８６４４８

特許文献２に記載された技術では、干渉信号の遅延時間を検出するために、遅延リファレンス信号の遅延時間を１ステップずつ変化させ、変化させる毎に相関演算を行なっているため、全ての相関演算を終了するまでに多大な時間を要する。他方、この時間を短縮するために遅延時間の１ステップの間隔を長くすることも考えられるが、この場合には、検出精度が劣化してしまう。

本発明の課題は、干渉信号の検出精度の劣化がなく、より迅速に干渉信号を検出してその抑圧を行なうリピータ装置および干渉信号抑圧方法を提供することにある。

本発明が提供するリピータ装置は、送信信号の一部が干渉信号として混入した受信信号を受信するリピータ装置であって、送信対象となる対象信号から当該対象信号と同じ振幅および位相の複数のリファレンス信号を同時期に取り込む取込手段と、この取込手段で取り込んだこれらのリファレンス信号を、それぞれ異なる設定時間の遅延を生じさせることにより、複数の遅延リファレンス信号として出力する遅延付加手段と、各遅延リファレンス信号と前記受信信号との相関度合いを表す相関演算値をすべての遅延リファレンス信号について並行して算定する相関演算手段と、この相関演算手段により算定された相関演算値の大きさに応じていずれか一つの遅延リファレンス信号を前記干渉信号に適合する信号として特定し、特定した遅延リファレンス信号の振幅および位相並びに設定された遅延時間を表す遅延プロファイルを作成する遅延プロファイル作成手段と、前記遅延プロファイルが表す振幅および位相に基づいて前記特定した遅延リファレンス信号と同じ振幅で逆位相となる抑圧信号を生成し、この抑圧信号を前記遅延プロファイルが表す前記遅延時間だけ遅延させて前記受信信号に加算する信号抑圧手段と、を備えて成る。

複数の遅延リファレンス信号と受信信号との相関演算を同時期に並行して行なうので、干渉信号に適合する一つの遅延リファレンス信号を迅速に特定することができる。従来技術のように遅延時間の１ステップの間隔を長くする必要がないことから、干渉信号の特定精度（検出精度）が劣化することもなく、干渉信号を迅速に抑圧することができる。

前記遅延付加手段は、例えば、それぞれ前記リファレンス信号を入力とする複数の遅延器を含み、前記相関演算手段は、前記遅延器と同数の相関積分器を含み、個々の遅延器と相関積分器とが１対１に対応付けられる。これにより、それぞれ異なる設定時間だけ遅延する複数の遅延リファレンス信号の同時期での相関演算が容易となる。

遅延プロファイル作成手段は、例えば、すべての遅延リファレンス信号の各々について算定された相関演算値を比較し、最も相関演算値の大きい遅延リファレンス信号の振幅、位相および前記設定時間を表す遅延プロファイルを作成する。

ある実施の態様では、前記遅延プロファイル作成手段は、前記相関演算手段がいずれかの遅延リファレンス信号についての相関演算値を算定する毎に、当該遅延リファレンス信号についての前記相関演算値を所定の記録領域に記録し、記録後は前記設定時間を再設定可能にするとともに、再設定された設定時間だけ遅延した遅延リファレンス信号に基づき新たに前記相関演算手段で算定された相関演算値と前記記録された相関演算値とを比較する。
算出した相関演算値を記録し、再設定された設定時間だけ遅延した遅延リファレンス信号に基づき新たに相関演算手段で算定された相関演算値と記録された相関演算値とを比較することにより、リピータ装置が有する遅延付加手段及び相関演算手段のハードウエア総数を超えた相関演算の結果を得ることができる。

ある実施の態様では、前記受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル信号を前記送信信号に変換するＤ／Ａ変換器とを備えており、前記遅延プロファイル作成手段は、それぞれ前記Ａ／Ｄ変換器および前記Ｄ／Ａ変換器のサンプリング周波数の逆数である単位時間の整数倍となる複数の遅延時間設定信号を前記遅延時間付加手段に出力することにより前記設定時間を設定する。この場合、前記遅延プロファイル作成手段は、前記単位時間の整数倍毎に順次異ならせた複数の遅延時間設定信号を前記遅延時間付加手段に出力する。これにより、ディジタル信号処理を行うことができ、精度よく干渉信号の抑圧処理が可能となる。

本発明は、上記課題を解決するために、干渉信号抑圧方法を提供する。
本発明の干渉信号抑圧方法は、送信信号の一部が干渉信号として混入した受信信号を受信するリピータ装置における干渉信号抑圧方法であって、送信対象となる対象信号から当該対象信号と同じ振幅および位相の複数のリファレンス信号を同時期に取り込み、取り込んだこれらのリファレンス信号を、それぞれ異なる設定時間の遅延を生じさせることにより、複数の遅延リファレンス信号として出力する段階と、各遅延リファレンス信号と前記受信信号との相関度合いを表す相関演算値をすべての遅延リファレンス信号について並行して算定し、算定された相関演算値の大きさに応じていずれか一つの遅延リファレンス信号を前記干渉信号に適合する信号として特定し、特定した遅延リファレンス信号の振幅および位相並びに前記設定時間を表す遅延プロファイルを作成する段階と、前記遅延プロファイルが表す振幅および位相に基づいて前記特定した遅延リファレンス信号と同じ振幅で逆位相となる抑圧信号を生成し、この抑圧信号を前記遅延プロファイルが表す前記設定時間だけ遅延させて前記受信信号に加算する段階とを有する、リピータ装置による干渉信号抑圧方法である。

本発明によれば、それぞれ遅延時間が異なる複数の遅延リファレンス信号と干渉信号が混入した受信信号との相関演算値の算出がすべての遅延リファレンス信号について並行して行われるので、干渉信号に適合する遅延リファレンス信号を特定するまでの時間が１ステップの遅延時間だけで完了する。これにより、干渉信号に相当する遅延リファレンス信号の振幅、位相、遅延時間を表す遅延プロファイルの作成が速くなり、検出速度を上げるために遅延時間の１ステップの間隔を長くする必要もないことから、検出精度の劣化も抑制される。

［リピータ装置の構成］
図１は本実施形態のリピータ装置の機能ブロック図である。
また、図２は、リピータ装置において、遅延プロファイルを作成する機能を有する回路の詳細構成例を示す図である。

これらの図に示されるように、本実施形態のリピータ装置は、図示しない受信アンテナで受信し、増幅されたアナログの受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１と、このＡ／Ｄ変換器１の後段に設けられる加算器４と、この加算器４の後段に設けられるチップ遅延器２と、送信すべきディジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換するＤ／Ａ変換器３とを基本系統として備える。アナログ変換された送信信号は、高周波増幅された後、アンテナから放射される。

チップ遅延器２は、送信信号の一部が送信アンテナから受信アンテナへ回り込み、干渉信号となった際に、干渉信号が混入しない真の受信信号（以下、このような受信信号を「所望信号」と称する）と干渉信号との相関を減らすために、ＣＤＭＡ信号（CDMA:Code Division Multiple Access）信号の１チップ以上の遅延量の遅延を、受信後、所定の処理が施されたディジタルの送信対象信号（対象信号）に付加する。

チップ遅延器２とＤ／Ａ変換器３との間から、ディジタルの送信対象信号と同じ振幅、同じ位相の複数の信号（リファレンス信号）を同時期に分岐取得する。これらのリファレンス信号は、それぞれ他と独立して存在する遅延器７に同時期に入力される。

各遅延器７には、ＣＰＵ８から遅延時間設定信号が出力される。遅延時間設定信号は、入力信号に遅延を生じさせて出力する時間、すなわち設定時間（遅延時間）を定める信号である。各遅延器７は、この設定時間だけ、入力されたリファレンス信号に遅延を生じさせ、これを遅延リファレンス信号として出力する。遅延器７の出力は、当該遅延器７と１対１に対応して設けられる位相振幅制御器５および相関積分器６に入力される。遅延器７、相関積分器６および位相振幅制御器５の組は、複数組設けられる。

相関積分器６は、遅延器７から出力される遅延リファレンス信号と、加算器４から他の相関積分器６と同時期に入力される受信信号との相関演算値を算出するための演算器である。本例では、２つの信号波形（関数）の類似性を求める演算を行う。相関演算値は、波形の類似度が高いほど高い数値となる。相関演算値がゼロの場合は２つの信号には相関がない、つまり波形の類似性がないことを表す結果となる。

位相振幅制御器５は、干渉信号に相当するいずれかの遅延リファレンス信号と同振幅で逆位相となる抑圧信号を生成するための回路である。振幅および位相を変えるための制御信号は、ＣＰＵ８から与えられる。加算器４には、ＣＰＵ８により選定された一つ又は複数の位相振幅制御器５で生成された抑圧信号が入力される。

加算器４は、干渉信号が混入された受信信号に上記の抑圧信号を加算する。

ＣＰＵ８は、所定のコンピュータプログラムを読み込んで実行することにより、遅延プロファイル作成、干渉信号抑圧の機能を形成する。具体的には、各相関積分器６を同時に制御して、それぞれ相関演算処理を並行して行なわせ、複数の相関演算値を同時期に得る。相関演算処理に要する時間は、後述する遅延の１ステップで足りる。また、遅延器７に対して上記の遅延時間設定信号を供給するとともに、相関積分器６で算出された相関演算値を取得してこれらを比較し、最も相関演算値の高い組で生成される遅延リファレンス信号を特定する。さらに、特定した組の位相振幅制御器５に対して、位相および振幅を調整するための制御信号を出力する。

なお、位相振幅制御器５、相関積分器６および遅延器７により抑圧回路を構成し、さらに、ＣＰＵ８を加えて監視制御回路９を構成している。監視制御回路９は、新たな干渉信号の発生を監視し、この新たな干渉信号に対して抑圧回路（それぞれ１つの位相振幅制御器５、相関積分器６及び遅延器７の組）を新たに割り当て、複数の干渉信号の抑圧を行なうことを可能にする。

［干渉信号抑圧方法］
次に、上記のように構成されるリピータ装置による干渉信号抑圧方法の実施の形態例を説明する。この方法は、例えば図３および図４に示す手順で実行される。この手順は、所定のコンピュータプログラムを読み込んで実行するＣＰＵ８の制御により実現される。

まず、遅延器７で遅延させる遅延時間の範囲である遅延時間設定範囲を設定する（Ｓ１０１）。この遅延時間設定範囲内で、各遅延器７に遅延時間が設定される。次に、未使用の抑圧回路数を取得する（Ｓ１０２）。未使用の抑圧回路数は、例えば全ての抑圧回路のうち、遅延時間を設定した抑圧回路がどれかを表すテーブルより取得することができる。

未使用の抑圧回路を取得したときは、その１つを回路番号ｎ＝１として設定する（Ｓ１０３）。ここで「ｎ」は、現在の処理の対象として割り当てた抑圧回路の番号であり、１ずつ増加する正の整数である。その後、最初の遅延時間（通常は遅延時間設定範囲の最小の遅延時間とする）を設定する（Ｓ１０４）。

図４に移り、最初の遅延時間をｎ番目の抑圧回路に属する遅延器７に設定する（Ｓ１０５）。次に、現在の遅延時間にさらに１ステップ追加することにより、次の遅延時間を決定する（Ｓ１０６）。１ステップは、例えば、リピータ装置が受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、あるいは送信信号をディジタル信号からアナログ信号に変換する際のＡ／Ｄ変換器１、Ｄ／Ａ変換器３のサンプリング周波数の逆数である単位時間である。このステップを順次変えていくことにより、検出精度を劣化させることなく、適切な速度で、すべての相関演算値を得ることができる。

１ステップ追加後、決定した遅延時間が予め設定された遅延時間設定範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０７）。判定の結果、新たに決定した遅延時間が遅延時間設定範囲内であれば、ｎを１増加させ（Ｓ１０８）、そのｎが未使用の抑圧回路数の範囲内にあるかどうかを判定する（Ｓ１０９）。判定の結果、ｎが未使用の抑圧回路数の範囲内である場合は、ステップＳ１０５の処理に戻り、ｎ番目の遅延器７に、新たな遅延時間を設定する。その後、ステップＳ１０７の判定で、遅延時間が遅延時間設定範囲外となるか、もしくは、ステップＳ１０９の判定で、ｎが回路数を超える値となるまで、ステップ１０５〜ステップＳ１０９の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１０９の判定により、ｎが未使用の抑圧回路数の範囲外となったことが判明した場合は、各相関積分器６に、干渉信号が混入した受信信号とそれぞれの遅延時間を設定した遅延器７からの出力信号（遅延リファレンス信号）とを入力し、ｎ個分の相関演算を並行して同時に行う（Ｓ１１０）。これにより得られた複数の演算結果（相関演算値）は、その都度メモリに記録する（Ｓ１１１）。その後、再度、抑圧回路番号を「ｎ＝１」に戻して（Ｓ１１２）、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０９の処理を繰り返す。

このように、一旦、リピータ装置が有する全抑圧回路数分の相関演算を行ない、その演算結果をメモリに記憶することにより、再度、遅延器７に新たな遅延時間を設定し、抑圧回路を再利用することができる。結果として、全抑圧回路数以上のパターンの相関演算を行なうことができることとなる。

ステップＳ１０７の判定の結果、遅延時間が、遅延時間設定範囲外となった場合は、遅延器７に遅延時間を設定するための処理を終了する。
そして、すべての相関積分器６に、所望信号に干渉信号が混入した受信信号と、各々の遅延器７から出力される遅延リファレンス信号とを入力し、ｎ個分の相関演算を並行して同時に行なわせ（Ｓ１１３）、演算結果である相関演算値をメモリに記憶させる（Ｓ１１４）。

次に、相関積分器６で算定した演算結果うち、最も相関演算値の大きな演算結果を選定して、その演算結果に基づいて、干渉信号に最も適合する遅延リファレンス信号の振幅および位相と、その遅延リファレンス信号についての設定時間とを表す遅延プロファイルを作成する（Ｓ１１５）。この遅延リファレンス信号についての設定時間は、干渉信号が送信アンテナから受信アンテナに回り込むのに要する時間とほぼ一致する。

なお、本実施形態では、最も相関演算値の大きな演算結果を選定したが、例えば平均値をとるなど、いくつかの演算結果に基づいて、遅延プロファイルを作成するものとしてもよい。

遅延プロファイルを作成した後は、干渉信号抑圧のための処理を行う。
すなわち、作成した遅延プロファイルに基づき、未使用の抑圧回路の遅延器７の１つに相関演算値が最大であった遅延リファレンス信号に設定された遅延時間を設定する（Ｓ１１６）。遅延時間を設定した後、対になる位相振幅制御器５を遅延プロファイルに基づき起動し、その動作環境下での抑圧回路として動作させる（Ｓ１１７）。

これにより、その抑圧回路に属する位相振幅制御器５から干渉信号と同じ振幅で逆位相の抑圧信号が、設定された遅延時間で遅延した状態で、加算器４に入力される。加算器４は、受信信号に上記の抑圧信号を加算することにより、干渉信号を抑圧する。

以上が一連の処理の流れであるが、その後、さらに、干渉信号がある場合には、処理を終了せずに、ステップＳ１０２に戻って干渉信号の監視制御を続ける。

このように、遅延器７、相関積分器６および位相振幅制御器５の組を複数組設け、複数の異なる遅延時間で遅延させられた信号について、相関演算を同時期に並行して行なうことにより、干渉信号に相当する遅延リファレンス信号の特定に要する時間が、従前に比べて格段に短くなり、迅速に干渉信号を抑圧することができる。

なお、本実施形態では、位相振幅制御器５における抑圧信号の振幅、位相、出力タイミング（遅延時間）をＣＰＵ８で制御する場合の例を説明したが、ＣＰＵ８によらず、それぞれ対応する相関積分器６による相関積分値を取得し、その相関積分値より求まる振幅、位相、遅延時間に基づいて、個々の位相振幅制御器５で自律的に調整するようにしても良い。

本実施形態のリピータ装置の機能ブロック図。 遅延プロファイルを作成する機能を有する部分の構成例を示す図。 本実施形態による干渉信号抑圧方法の手順説明図。 本実施形態による干渉信号抑圧方法の手順説明図（図３の続き）。

符号の説明

１ Ａ／Ｄ変換器
２ チップ遅延器
３ Ｄ／Ａ変換器
４ 加算器
５ 位相振幅制御器
６ 相関積分器
７ 遅延器
８ ＣＰＵ
９ 監視制御回路

Claims (6)

1. 送信信号の一部が干渉信号として混入した受信信号を受信するリピータ装置であって、
   送信対象となる対象信号から当該対象信号と同じ振幅および位相の複数のリファレンス信号を同時期に取り込む取込手段と、
   この取込手段で取り込んだこれらのリファレンス信号を、それぞれ異なる設定時間の遅延を生じさせることにより、複数の遅延リファレンス信号として出力する遅延付加手段と、
   各遅延リファレンス信号と前記受信信号との相関度合いを表す相関演算値をすべての遅延リファレンス信号について並行して算定する相関演算手段と、
   この相関演算手段により算定された相関演算値の大きさに応じていずれか一つの遅延リファレンス信号を前記干渉信号に適合する信号として特定し、特定した遅延リファレンス信号の振幅および位相並びに設定された遅延時間を表す遅延プロファイルを作成する遅延プロファイル作成手段と、
   前記遅延プロファイルが表す振幅および位相に基づいて前記特定した遅延リファレンス信号と同じ振幅で逆位相となる抑圧信号を生成し、この抑圧信号を前記遅延プロファイルが表す前記遅延時間だけ遅延させて前記受信信号に加算する信号抑圧手段と、
   を備えて成るリピータ装置。
2. 前記遅延付加手段は、それぞれ前記リファレンス信号を入力とする複数の遅延器を含み、
   前記相関演算手段は、前記遅延器と同数の相関積分器を含み、
   個々の遅延器と相関積分器とが１対１に対応付けられている、
   請求項１記載のリピータ装置。
3. 前記遅延プロファイル作成手段は、すべての遅延リファレンス信号の各々について算定された相関演算値を比較し、最も相関演算値の大きい遅延リファレンス信号の振幅、位相および前記設定時間を表す遅延プロファイルを作成する、
   請求項１又は２記載のリピータ装置。
4. 前記遅延プロファイル作成手段は、前記相関演算手段がいずれかの遅延リファレンス信号についての相関演算値を算定する毎に、当該遅延リファレンス信号についての前記相関演算値を所定の記録領域に記録し、記録後は前記設定時間を再設定可能にするとともに、再設定された設定時間だけ遅延した遅延リファレンス信号に基づき新たに前記相関演算手段で算定された相関演算値と前記記録された相関演算値とを比較する、
   請求項３記載のリピータ装置。
5. 前記受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   ディジタル信号を前記送信信号に変換するＤ／Ａ変換器とを備えており、
   前記遅延プロファイル作成手段は、それぞれ前記Ａ／Ｄ変換器および前記Ｄ／Ａ変換器のサンプリング周波数の逆数である単位時間の整数倍となる複数の遅延時間設定信号を前記遅延付加手段に出力することにより前記設定時間を設定する、
   請求項４記載のリピータ装置。
6. 送信信号の一部が干渉信号として混入した受信信号を受信するリピータ装置における干渉信号抑圧方法であって、
   送信対象となる対象信号から当該対象信号と同じ振幅および位相の複数のリファレンス信号を同時期に取り込み、取り込んだこれらのリファレンス信号を、それぞれ異なる設定時間の遅延を生じさせることにより、複数の遅延リファレンス信号として出力する段階と、
   各遅延リファレンス信号と前記受信信号との相関度合いを表す相関演算値をすべての遅延リファレンス信号について並行して算定し、算定された相関演算値の大きさに応じていずれか一つの遅延リファレンス信号を前記干渉信号に適合する信号として特定し、特定した遅延リファレンス信号の振幅および位相並びに前記設定時間を表す遅延プロファイルを作成する段階と、
   前記遅延プロファイルが表す振幅および位相に基づいて前記特定した遅延リファレンス信号と同じ振幅で逆位相となる抑圧信号を生成し、この抑圧信号を前記遅延プロファイルが表す前記設定時間だけ遅延させて前記受信信号に加算する段階とを有する、
   リピータ装置による干渉信号抑圧方法。

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