JP6466284B2 - Wireless relay device and wraparound cancellation method - Google Patents
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Description
本発明は、全二重中継系の無線中継装置(中継局)における回り込みキャンセル後の残留自己干渉電力を低減する技術に関する。 The present invention relates to a technique for reducing residual self-interference power after wraparound cancellation in a full-duplex relay wireless relay device (relay station).
一般に、基地局と宛先局との間で直接通信ができない場合、基地局と宛先局との間に中継局が配置される。中継局では、基地局から受信する信号と同じ無線リソース(時間・周波数)で宛先局に再送信する全二重中継系のシステムが用いられ、周波数利用効率およびスループットを向上させている(例えば特許文献1参照)。全二重中継系の中継局は、送信アンテナから送信される信号が受信アンテナに回り込む自己干渉を抑制する必要があるため、回り込みキャンセルが行われている。 Generally, when direct communication is not possible between a base station and a destination station, a relay station is arranged between the base station and the destination station. The relay station uses a full-duplex relay system that retransmits to the destination station using the same radio resources (time and frequency) as the signal received from the base station, improving frequency utilization efficiency and throughput (for example, patents) Reference 1). A full-duplex relay relay station needs to suppress self-interference in which a signal transmitted from a transmission antenna wraps around the reception antenna, and thus wraparound cancellation is performed.
ところが、回り込みキャンセルが適切に行われた場合でも、回り込み経路の推定誤差により、回り込みキャンセル後の信号に残留自己干渉成分が発生するという問題がある。特に、残留自己干渉電力が大きい場合、中継局の復調誤り特性が劣化する。 However, even when the roundabout cancellation is performed appropriately, there is a problem that a residual self-interference component occurs in the signal after the roundabout cancellation due to the estimation error of the roundabout path. In particular, when the residual self-interference power is large, the demodulation error characteristics of the relay station deteriorate.
上記課題に鑑み、本発明に係る無線中継装置および回り込みキャンセル方法は、残留自己干渉電力を低減し、無線中継装置における復調誤り特性を改善することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the wireless relay device and the wraparound canceling method according to the present invention is to reduce residual self-interference power and improve demodulation error characteristics in the wireless relay device.
第1の発明は、受信アンテナから受信する無線信号を同一周波数で送信アンテナから送信する無線中継装置において、送信アンテナまたは受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整部と、調整部により調整された複数の伝搬環境において、送信アンテナからトレーニング信号を送信し、受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定部と、推定部により推定された複数の回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の伝搬環境のうちで残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように調整部を設定するとともに、当該伝搬環境における回り込み経路の応答に基づき送信アンテナから受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出部とを有することを特徴とする。 The first invention is a wireless relay device for transmitting a radio signal from the transmitting antenna at the same frequency received from the receiving antenna, an adjustment unit for adjusting at least one of propagation environment transmit or receive antennas are adjusted by the adjustment section and a plurality of propagation environment, and transmit a training signal from the transmitting antenna, an estimation unit for their respective estimating the response of a wraparound path to the receiving antenna, response and the self-device of the plurality of sneak paths estimated by the estimation unit Calculate the residual self-interference power in multiple propagation environments based on the response of the internal cancellation signal path , select the propagation environment with the smallest residual self-interference power from the multiple propagation environments, and select the selected propagation sets the adjustment unit so that the environment, the transmitting antenna based on the response of the echo path in the propagation environment And having a calculation unit for calculating a cancellation response for canceling the echo signal to et the receiving antenna.
第2の発明では、算出部は、回り込み経路の応答とキャンセル信号経路の応答とに基づき、回り込み経路の送信アンテナと受信アンテナ間の応答Hと、送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答G T1 と、キャンセル信号経路の送信回路の応答G T0 と、キャンセル信号経路の減衰量√Lと、受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、残留自己干渉電力Eを次式により算出することを特徴とする。 In the second aspect of the invention, the calculation unit , based on the response of the wraparound path and the response of the cancellation signal path, responds between the transmission antenna and the reception antenna of the wraparound path and the response of the transmission circuit that transmits a radio signal from the transmission antenna. calculated as G T1, and response G T0 of the transmission circuit of the Cancel signal path, the attenuation √L cancellation signal path, the response G R of a receiver circuit for receiving a radio signal from the receiving antenna, and a noise power sigma 2 The residual self-interference power E is calculated by the following equation.
第3の発明では、調整部は、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも1つの制御により、伝搬環境を調整することを特徴とする。 In the third invention, the adjustment unit adjusts the propagation environment by at least one of control of the radiation direction of the radio signal by the array antenna, selection or switching control of a plurality of antennas, and control of the radiation direction by the antenna rotation mechanism. It is characterized by that.
第4の発明は、受信アンテナから受信する無線信号を同一周波数で送信アンテナから送信する無線中継装置における回り込みキャンセル方法であって、送信アンテナまたは受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整処理と、調整処理により調整された複数の伝搬環境において、送信アンテナからトレーニング信号を送信し、受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定処理と、推定処理により推定された複数の回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の伝搬環境のうちで残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように調整処理を行うとともに、当該伝搬環境における回り込み経路の応答に基づき送信アンテナから受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出処理とを行うことを特徴とする。 A fourth invention is a wraparound cancellation method in a radio relay apparatus that transmits a radio signal received from a reception antenna from a transmission antenna at the same frequency, and an adjustment process for adjusting a propagation environment of at least one of the transmission antenna and the reception antenna; in a plurality of propagation environment adjusted by the adjustment process, and sends a training signal from the transmitting antenna, and estimating process for their respective estimating the response of a wraparound path to the receiving antennas, a plurality of estimated by the estimation process wraparound Calculate the residual self-interference power in multiple propagation environments based on the response of the path and the cancellation signal path inside the device, and select the propagation environment that minimizes the residual self-interference power among the multiple propagation environments and, performs adjustment processing such that the selected propagation environment, times in the propagation environment And performing the transmitting antennas based on the response of the write path and a calculation process for calculating a cancellation response for canceling the echo signal to the receiving antenna.
第5の発明では、算出処理では、回り込み経路の応答とキャンセル信号経路の応答とに基づき、回り込み経路の送信アンテナと受信アンテナ間の応答Hと、送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答G T1 と、キャンセル信号経路の送信回路の応答G T0 と、キャンセル信号経路の減衰量√Lと、受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、残留自己干渉電力Eを次式により算出することを特徴とする。 In the fifth invention, in the calculation process, based on the response of the wraparound path and the response of the cancellation signal path, the response H between the transmission antenna and the reception antenna of the wraparound path and the response of the transmission circuit that transmits a radio signal from the transmission antenna calculated as G T1, and response G T0 of the transmission circuit of the Cancel signal path, the attenuation √L cancellation signal path, the response G R of a receiver circuit for receiving a radio signal from the receiving antenna, and a noise power sigma 2 The residual self-interference power E is calculated by the following equation.
第6の発明では、調整処理では、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも1つの制御により、伝搬環境を調整することを特徴とする。 In the sixth invention, in the adjustment process, the control of the radial radio signal by the array antenna, a plurality of antennas of selection or switching control by at least one control of the control in the radial direction by the antenna rotating mechanism, adjust the propagation environment It is characterized by doing.
本発明に係る無線中継装置および回り込みキャンセル方法は、残留自己干渉電力を低減し、無線中継装置における復調誤り特性を改善することができる。 The radio relay apparatus and the wraparound cancellation method according to the present invention can reduce residual self-interference power and improve demodulation error characteristics in the radio relay apparatus.
以下、図面を参照して本発明に係る無線中継装置および回り込みキャンセル方法の実施形態について説明する。なお、本実施形態では無線中継装置を中継局と称する。 Hereinafter, embodiments of a wireless relay device and a wraparound canceling method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the wireless relay device is referred to as a relay station.
図1は、本実施形態で説明する中継局101を用いた無線通信システム100の一例を示す。図1において、無線通信システム100は、中継局101、基地局102および宛先局103を有する。
FIG. 1 shows an example of a
図1において、中継局101は、基地局102が送信する無線信号を受信して一旦復調し、再変調した無線信号をリアルタイムで宛先局103に送信する。ここで、基地局102から受信する無線信号の周波数と、宛先局103に送信する無線信号の周波数とは同じ周波数である。このように、本実施形態に係る中継局101は、基地局102から受信する無線信号と同じ周波数の無線信号を同じ時間に宛先局103に再送信する。
In FIG. 1, a
ここで、図1において、中継局101は、アンテナ201、アンテナ202、復調-変調部203、回り込みキャンセル部204および加算器205を有する。
Here, in FIG. 1, the
アンテナ201は、基地局102が送信した無線信号を受信するアンテナである。
The
アンテナ202は、宛先局103に無線信号を送信するアンテナである。
The
復調-変調部203は、基地局102から受信した信号を一旦復調して、再変調する。
Demodulation-
回り込みキャンセル部204は、アンテナ202から放射された電波がアンテナ201で受信される回り込み経路の特性をキャンセルする特性の信号を生成する。
The sneak cancel
加算器205は、アンテナ201の受信信号と回り込みキャンセル部204の出力信号とを加算する回路である。加算器205は、アンテナ201の受信信号に含まれる回り込み信号をキャンセルした信号を復調-変調部203に出力する。
The
このようにして、中継局101は、回り込み経路によりアンテナ202からアンテナ201に回り込む信号を除去した信号を宛先局103に再送信することができる。
In this way, the
ところが、回り込みキャンセルが適切に行われた場合でも、回り込み経路の推定誤差により、回り込みキャンセル後の信号に残留自己干渉成分が発生するという問題があり、残留自己干渉電力が大きい場合、中継局の復調誤り特性が劣化する。 However, even when wraparound cancellation is performed properly, there is a problem that residual self-interference components occur in the signal after wraparound cancellation due to estimation error of the wraparound path. Error characteristics are degraded.
そこで、本実施形態に係る中継局101では、アレーアンテナの利用等により回り込み伝搬環境を調整しながら残留自己干渉電力を解析し、複数の伝搬環境の中で残留自己干渉電力が小さい伝搬環境を選択し、中継局101の復調-変調部203における復調誤り特性を改善する。なお、本実施形態では、アレーアンテナ2本を制御して回り込み伝搬環境を調整する場合について説明するが、複数のアレーアンテナを用いる場合であれば同様に適用可能である。なお、伝搬環境の調整法として、複数アンテナの切り替え、ローテータなどによるアンテナ方向の回転等の技術を用いることができる。
Therefore, the
図2は、アレーアンテナ2本を制御して回り込み伝搬環境を調整する例を示す。図2において、図1と同符号のブロックは図1と同一又は同様の機能を有する。 FIG. 2 shows an example of adjusting the wraparound propagation environment by controlling two array antennas. 2, blocks having the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same or similar functions as those in FIG.
図2において、中継局101は、図1に示した宛先局103側へ送信するアンテナ202として、アンテナ202(1)およびアンテナ202(2)の2本のアレーアンテナを有する。これにより、中継局101は、例えば、アンテナ202(1)またはアンテナ202(2)を切り替えることにより、回り込み伝搬環境を調整することができる。或いは、アンテナ202(1)またはアンテナ202(2)の電波を放射するアンテナ方向をローテータなどにより回転させることで、回り込み伝搬環境を調整することができる。なお、アンテナ201についても複数のアンテナを配置してもよい。ここでは、アンテナ201は1本のアンテナとして、ローテータなどにより回転させて受信側の伝搬環境を調整するものとする。
In FIG. 2,
ここで、図2に示すように、中継局101がアンテナ202を制御して回り込み伝搬環境を調整することにより、回り込み経路が変化する。図2の例では、回り込み経路1、回り込み経路2、・・・、回り込み経路NR(NR:正の整数)のようにNR個の異なる伝搬環境が得られる。本実施形態に係る中継局101は、残留自己干渉電力が低減されるように回り込み伝搬環境を調整する。
Here, as shown in FIG. 2, the
図3は、中継局101の一例を示す。なお、図3は、図1に示した中継局101の詳細な構成例を示し、図1と同符号のブロックは図1と同一又は同様の機能を有する。
FIG. 3 shows an example of the
図3において、中継局101は、受信側伝搬環境調整部301、信号合成部302、受信信号変換部303、アナログデジタル(AD)変換部304、復調-変調部305、デジタルアナログ(DA)変換部306、送信信号変換部307、送信側伝搬環境調整部308、キャンセル用応答乗算部309、デジタルアナログ(DA)変換部310、送信信号変換部311、制御部312およびメモリ313を有する。
In FIG. 3, the
ここで、図3において、AD変換部304、復調-変調部305、DA変換部306、キャンセル用応答乗算部309およびDA変換部310は、デジタル処理を行うデジタル回路部300に含まれる。
Here, in FIG. 3, an
受信側伝搬環境調整部301は、アンテナ201に対して、アレーアンテナ、複数アンテナ切替、ローテータなどの制御により、回り込み伝搬環境を調整する。
The reception-side propagation
信号合成部302は、受信信号とキャンセル信号とを合成し、受信信号から回りこみ経路の信号成分をキャンセルする。
The
受信信号変換部303は、アナログの受信信号にRF(Radio Frequency)信号処理(フィルタ、増幅、ダウンコンバートなど)を行い、受信信号をベースバンド信号に変換する。
The reception
AD変換部304は、アナログのベースバンド信号を予め決められた所定のサンプリング周期でサンプリングして、デジタルのベースバンド信号に変換する。
The
復調-変調部305は、再生中継のために、基地局102から受信した信号を一旦復調して、再変調する。
The demodulation-
DA変換部306は、復調-変調部305が出力する送信用のデジタルのベースバンド信号をアナログ信号のベースバンド信号に変換する。
The
送信信号変換部307は、アナログのベースバンド信号にRF信号処理(アップコンバート、フィルタ、増幅など)を行い、送信用RF信号に変換する。
The transmission
送信側伝搬環境調整部308は、アンテナ202に対して、アレーアンテナ、複数アンテナ切替、ローテータなどの機構により、回り込み伝搬環境を調整する。例えば、中継局101が図2に示す構成の場合には、送信側伝搬環境調整部308は、アンテナ202(1)およびアンテナ202(2)の2本のアレーアンテナを制御して、回り込み伝搬環境を調整する。
The transmission-side propagation
キャンセル用応答乗算部309は、回り込み信号をキャンセルするための応答を送信用信号に乗算してキャンセル用のベースバンド信号を生成する。
The cancel
DA変換部310は、キャンセル用応答乗算部309が生成したデジタルの回り込みキャンセル用のベースバンド信号をアナログのベースバンド信号に変換する。
The
送信信号変換部311は、アナログのベースバンド信号にRF信号処理(アップコンバート、フィルタ、増幅など)を行い、キャンセル用のRF信号に変換する。キャンセル用のRF信号は、信号合成部302に出力される。そして、信号合成部302では、受信信号にキャンセル用のRF信号が合成され、回り込み信号をキャンセルする。
The
制御部312は、内部に予め記憶されたプログラムに基づいて、中継局101の各部の動作を制御する。制御部312は、全二重中継の開始時の各部の動作シーケンスなどを制御し、例えば、トレーニング信号(予め決められた情報を有する信号)の送信、受信側伝搬環境調整部301や送信側伝搬環境調整部308の制御および設定、各部のパラメータの設定や引渡しなどを行う。また、制御部312は、伝搬環境毎に算出された残留自己干渉電力およびキャンセル用応答などを伝搬環境の設定内容に対応付けてメモリ313に記憶する。なお、図4の例では、説明が分かり易いように、制御部312およびメモリ313を設けたが、制御部312およびメモリ313の機能を各ブロックに含めてもよい。
The
このようにして、本実施形態に係る中継局101は、アンテナ201およびアンテナ202の少なくとも一方の伝搬環境を調整し、キャンセル用応答乗算部309が生成するキャンセル信号により、受信信号に含まれる回り込み経路の信号成分をキャンセルする。
In this way, the
図4は、復調-変調部305の一例を示す。なお、図4は、図3に示した復調-変調部305の詳細な構成例を示し、図3と同符号のブロックは図3と同一又は同様の機能を有する。
FIG. 4 shows an example of the demodulation /
図4において、復調-変調部305は、通信路等化部401、復号部402、送信信号生成部403、トレーニング信号制御部404、通信路推定部405、キャンセル用応答算出部406および残留自己干渉電力算出部407を有する。
In FIG. 4, a demodulation /
通信路等化部401は、通信路におけるひずみ等を等化する。例えば、通信路等化部401は、基地局102から中継局101までの通信路における符号間干渉などのひずみを等化する。
The communication
復号部402は、通信路等化部401が等化したベースバンド信号を所定の通信方式により受信データに復号する。例えば、復号部402は、直交多値変調されたベースバンド信号であれば、信号点に応じた判定処理を行って受信データに復号する。
The
送信信号生成部403は、復号した受信データを送信データとして所定の通信方式を用いて送信信号を生成する。例えば、送信信号生成部403は、多値変調方式の場合は、送信データを変調単位毎に判定して信号点にマッピングする。
The transmission
トレーニング信号制御部404は、回り込み経路の特性を取得するための予め決められた情報を有するトレーニング信号を生成して、送信信号生成部403を介して送信信号としてトレーニング信号を出力する。
The training
通信路推定部405は、基地局102との間の通信路の特性、回り込み経路の特性および中継局101内部のキャンセル信号経路の特性をそれぞれ推定する。例えば、通信路推定部405は、基地局102との間の通信路の特性を推定して、通信路等化部401に出力する。また、通信路推定部405は、回り込み経路およびキャンセル信号経路のそれぞれの特性を推定して、キャンセル用応答算出部406に出力する。
The communication
キャンセル用応答算出部406は、通信路推定部405が推定した各特性に基づいて、キャンセル用応答を算出する。ここで、キャンセル用応答算出部406は、残留自己干渉電力算出部407を有する。なお、本実施形態では、説明が分かり易いように、残留自己干渉電力算出部407を設けたが、キャンセル用応答算出部406の処理にまとめてもよい。ここでは、残留自己干渉電力算出部407は、キャンセル後の残留自己干渉電力を伝搬環境毎に算出する。なお、残留自己干渉電力の算出方法については後述する。そして、キャンセル用応答算出部406は、伝搬環境毎の残留自己干渉電力を比較して、残留自己干渉電力が最小の伝搬環境を選択し、選択した伝搬環境に対応する回り込み経路の応答からキャンセル用応答を算出する。ここで、伝搬環境毎の残留自己干渉電力を比較して、残留自己干渉電力が最小の伝搬環境を選択する処理は、図4で説明した制御部312が行ってもよい。
The cancellation
このように、本実施形態に係る中継局101は、回り込み伝搬環境を調整することにより残留自己干渉電力を低減し、中継局101の復調誤り特性を改善することができる。具体的には、中継局101は、伝搬環境を調整しながら残留自己干渉成分を測定し、その中での最適な伝搬環境を採用する。なお、本実施形態では、回り込み伝搬環境の調整法として、アレーアンテナ2本による制御、複数アンテナの選択切替、ローテータによる回転等を用いるが、他の方法を用いてもよい。
[残留自己干渉電力の算出方法]
次に、残留自己干渉電力の算出方法について説明する。残留自己干渉電力Eの解析式は、次式のように表すことができる。
As described above, the
[Calculation method of residual self-interference power]
Next, a method for calculating the residual self-interference power will be described. An analytical expression for the residual self-interference power E can be expressed as the following expression.
ここで、式(1)の各パラメータは下記の通りである。
σ2:雑音電力
H:回り込み経路の送受信アンテナ間の応答
G T1 :回り込み経路の送信回路の応答
G T0 :キャンセル信号経路の送信回路の応答
GR:受信回路の応答
√L:キャンセル信号経路の減衰量
I:残留自己干渉成分
なお、式(1)の第三項は、高SNR環境では十分小さいため、無視することも可能である。
Here, each parameter of the formula (1) is as follows.
σ 2 : Noise power
H: Response between transmitter and receiver antennas
G T1 : Response of the transmission circuit in the wraparound path
G T0 : Response of the cancellation signal path transmission circuit
G R : Receiver circuit response √L: Attenuation of cancellation signal path
I: Residual self-interference component Note that the third term of equation (1) is sufficiently small in a high SNR environment and can be ignored.
図5は、残留自己干渉電力を算出するための各パラメータを示す。なお、図5は、図3で説明した中継局101と同じ構成を示す。図5において、回り込み経路の送受信アンテナ間の応答がH、アンテナ202から送信する側の送信回路(送信信号変換部307)の応答がG T1 、キャンセル信号経路側の送信回路(送信信号変換部311)の応答がG T0 、受信回路(受信信号変換部303)の応答がGR、キャンセル信号経路の減衰量が√Lである。ここで、上記の各パラメータは、通信経路推定部405やキャンセル用応答算出部407などが周知の技術により計測するものとする。なお、送信回路および受信回路の応答は、予め計測してメモリ313に記憶しておいてもよい。
FIG. 5 shows parameters for calculating the residual self-interference power. 5 shows the same configuration as that of
ここで、本実施形態では、残留自己干渉電力を式(1)の解析式より求めるが、回り込みキャンセル系が確立した後に残留自己干渉電力測定用のトレーニング信号を送信することにより、残留自己干渉電力を求める方法もある。しかし、残留自己干渉電力測定用トレーニング信号を送信する場合、オーバーヘッドが大きくなるという問題が生じる。 Here, in this embodiment, the residual self-interference power is obtained from the analytical expression (1), but the residual self-interference power is obtained by transmitting a training signal for residual self-interference power measurement after the wraparound cancellation system is established. There is also a way to ask for. However, when the residual self-interference power measurement training signal is transmitted, there arises a problem that the overhead increases.
図6は、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定と解析式による残留自己干渉電力の算出との比較例を示す。ここで、図6(a)は、トレーニング信号を利用して残留自己干渉電力を測定する例を示し、図6(b)は、残留自己干渉電力を解析的に導出する例を示す。また、図6(a)および図6(b)において、横軸は時間を示し、TRはトレーニング信号、NR(NR:正の整数)は回り込み経路の応答特性を推定して伝搬環境を調整する回数をそれぞれ示す。つまり、図6の例では、NR個の異なる伝搬環境について回り込み経路の応答特性を推定する。なお、M(M:正の整数)はトレーニング信号の送信順序(送信回数)を示す符号であり、TR-1、TR-2、・・・、TR-Mのように、トレーニング信号の順番を表記する。 FIG. 6 shows a comparative example between measurement of residual self-interference power using a training signal and calculation of residual self-interference power using an analytical expression. Here, FIG. 6A shows an example of measuring the residual self-interference power using the training signal, and FIG. 6B shows an example of analytically deriving the residual self-interference power. 6 (a) and 6 (b), the horizontal axis indicates time, TR is a training signal, N R (N R : positive integer) is a response characteristic of a wraparound path, and propagation environment is estimated. The number of adjustments is shown respectively. That is, in the example of FIG. 6, the response characteristic of the wraparound path is estimated for N R different propagation environments. M (M: positive integer) is a code indicating the transmission order (number of transmissions) of the training signals, and the order of the training signals is indicated as TR-1, TR-2,..., TR-M. write.
図6(a)に示したトレーニング信号により残留自己干渉電力を測定する場合において、先ず、中継局101は、トレーニング信号TR-0を送信信号変換部311から出力して、キャンセル信号経路の応答を推定する。次に、中継局101は、トレーニング信号TR-1をアンテナ202から送信して、回り込み経路1の応答を推定する。さらに、中継局101は、トレーニング信号TR-3をアンテナ202から送信して、回り込み経路1の残留自己干渉電力を測定する。以降、中継局101は、回り込み経路の推定する処理をNR回、回り込み経路の残留自己干渉電力を測定する処理をNR回、それぞれ繰り返す。最後に、中継局101は、トレーニング信号TR-(M-1)をアンテナ202から送信して、NR回目の回り込み経路の応答特性を推定する処理を行い、トレーニング信号TR-Mをアンテナ202から送信して、NR回目の回り込み経路の残留自己干渉電力を測定する処理を行う。このように、トレーニング信号により残留自己干渉電力を測定する場合、回り込み経路NRまでNR回の回り込み経路の推定を行う毎に、各回の回り込み経路の残留自己干渉電力を測定する必要がある。
In the case of measuring the residual self-interference power with the training signal shown in FIG. 6A, first, the
一方、図6(b)に示した残留自己干渉電力を解析的に導出する場合において、先ず、中継局101は、トレーニング信号TR-0を送信信号変換部311から出力してキャンセル信号経路を推定する。次に、中継局101は、トレーニング信号TR-1をアンテナ202から送信して、回り込み経路1を推定する。ここまでの処理は、図6(a)に示したトレーニング信号による残留自己干渉電力の測定と同じである。しかし、図6(b)の場合には、中継局101は、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定を行わずに残留自己干渉電力を解析的に導出するので、回り込み経路の推定を連続して行うことができる。これにより、図6(a)に示した偶数番目のトレーニング信号TR-2,TR-4,TR-6,・・・,TR-(NR+1),・・・,TR-Mを送信して残留自己干渉電力を推定する処理が不要になり、オーバーヘッドの時間を削減することができる。図6の例では、残留自己干渉電力を解析的に導出する場合は、NR番目のトレーニング信号TR-NRが終了するタイミングT1で処理が終了するが、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定を行う場合は、M番目のトレーニング信号TR-Mが終了するタイミングT2まで処理が行われる。
On the other hand, when analytically deriving the residual self-interference power shown in FIG. 6B, first, the
このように、本実施形態に係る中継局101は、残留自己干渉電力を解析的に導出するので、トレーニング信号による残留自己干渉電力の測定を行う場合に比べてオーバーヘッドを削減することができる。
Thus, since the
図7は、残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択して全二重中継処理を行うまでの処理手順を示す。 FIG. 7 shows a processing procedure from selecting a propagation environment that minimizes the residual self-interference power to performing full-duplex relay processing.
ステップS101において、中継局101は、次式により、キャンセル信号経路の応答Y0を推定する。
In step S101, the
ステップS102において、中継局101は、伝搬環境を調整しながら、次式により、複数の回り込み経路の応答Y1を推定する。
In step S102, the
そして、中継局101は、推定結果を伝搬環境の設定内容と対応させてメモリ313などに記憶する。
Then, the
ステップS103において、中継局101は、メモリ313などに記憶された伝搬環境毎の複数の回り込み経路の応答からそれぞれの残留自己干渉電力値を求め、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の応答に対応する伝搬環境を選択する。
In step S103, the
ステップS104において、中継局101は、次式により、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の応答からキャンセル用応答Fを計算する。
In step S104, the
ここで、W0およびW1は、付加雑音(分散σ2)である。 Here, W0 and W1 are additive noise (variance σ2).
ステップS105において、中継局101は、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の応答に対応する伝搬環境に設定すると共に、キャンセル用応答Fを用いて回り込み信号のキャンセルを行い、全二重中継を実施する。ここで、キャンセル適用後の残留自己干渉成分Iは、次式で表される。
In step S105, the
このようにして、式(1)に示したキャンセル適用後の残留自己干渉電力Eを求めることができる。 In this way, the residual self-interference power E after applying the cancellation shown in Expression (1) can be obtained.
図8は、図7に示した処理手順に対応する基地局102の送信信号と、中継局101の送信信号の一例を示す。なお、図8において、横軸は時間を示す。
FIG. 8 shows an example of the transmission signal of the
図8において、中継局101が全二重通信中継を実施する前に、タイミングT10において、中継局101は、トレーニング信号TR-0を送信信号変換部311から出力して、内部のキャンセル信号経路の応答特性を推定する。そして、図6で説明したように、中継局101は、タイミングT11からT12までの期間に、伝搬環境を変えながらトレーニング信号TR-1からトレーニング信号TR-NRまでのNR回のトレーニング信号をアンテナ202から送信して、回り込み経路1からNRまでのNR個の応答特性を推定する。そして、中継局101は、NR個の応答特性毎に残留自己干渉電力を算出して、残留自己干渉電力が最小となる回り込み経路の伝搬環境を選択し、選択した伝搬環境に設定する。さらに、中継局101は、選択した伝搬環境に対応する回り込み経路の応答特性からキャンセル用の応答特性Fを計算し、計算したキャンセル用の応答特性Fを設定する。そして、中継局101は、タイミングT13に基地局102が送信する所望信号のフレームの全二重通信中継を開始し、タイミングT14に宛先局103に所望信号のフレームを再送信する。なお、タイミングT13とタイミングT14の遅延は、中継局101における復調処理や巡回冗長検査などの処理により生じる。
In FIG. 8, before the
このようにして、本実施形態に係る中継局101は、残留自己干渉電力が低減される伝搬環境を設定して、基地局102から受信するフレームを宛先局103に全二重通信中継することができる。
[効果]
図9は、本実施形態に係る中継局101が実施する全二重通信中継の効果を検証するための計算機シミュレーションのパラメータを示す。図9において、中継局101が基地局102から受信する無線信号の平均SNRは35dBである。また、送受信回路の応答GT0, GT1, GRは、振幅が対数正規分布、分散が0.5dB、位相が一様分布∈[0,2π)である。そして、シミュレーションは、Rician fadingのK-factorがK=0,4,10の3種類の場合について行った。
In this way, the
[effect]
FIG. 9 shows parameters of computer simulation for verifying the effect of full-duplex communication relay performed by the
図10は、K=0における計算機シミュレーションの結果を示す。図10において、横軸は残留自己干渉電力(interference)、縦軸は累積分布関数(CDF:Cumulative Distribution Function)をそれぞれ示し、NRは回り込み伝搬環境の調整回数を示す。図10の例では、NRが1回から6回までの6種類の結果を示す。図10のシミュレーション結果では、NRが増加するにしたがって残留自己干渉電力が小さくなり、特性が改善することが示されている。 FIG. 10 shows the result of the computer simulation at K = 0. In FIG. 10, the horizontal axis represents the residual self-interference power (interference), the vertical axis represents the cumulative distribution function (CDF), and N R represents the number of adjustments of the wraparound propagation environment. In the example of FIG. 10, six types of results with N R from 1 to 6 are shown. The simulation result of FIG. 10 shows that the residual self-interference power decreases as N R increases, and the characteristics improve.
図11は、K=4における計算機シミュレーションの結果を示す。なお、図11は、図10と同様の図であるが、K-factorが異なる。図11のシミュレーション結果は、図10と同様に、NRが増加するにしたがって残留自己干渉電力が小さくなり、特性が改善するが、図10に比較して特性の改善が大きい。 FIG. 11 shows the result of the computer simulation at K = 4. FIG. 11 is the same diagram as FIG. 10, but the K-factor is different. The simulation result of FIG. 11 shows that the residual self-interference power decreases as N R increases and the characteristics are improved as in FIG. 10, but the characteristics are greatly improved as compared with FIG.
図12は、K=10における計算機シミュレーションの結果を示す。なお、図12は、図10および図11と同様の図であるが、K-factorが異なる。図12のシミュレーション結果は、図10および図11と同様に、NRが増加するにしたがって残留自己干渉電力が小さくなり、特性が改善するが、図10や図11に比較して特性の改善が大きい。 FIG. 12 shows the result of the computer simulation at K = 10. Note that FIG. 12 is the same diagram as FIG. 10 and FIG. 11, but the K-factor is different. Similar to FIGS. 10 and 11, the simulation result of FIG. 12 shows that the residual self-interference power decreases as the N R increases, and the characteristics are improved. However, the characteristics are improved as compared with FIGS. large.
以上、説明したように、本実施形態に係る中継局101は、アレーアンテナにより伝搬環境を調整することにより、残留自己干渉電力を低減し、全二重通信中継を実現することができる。
As described above, the
100・・・無線通信システム;101・・・中継局;102・・・基地局;103・・・宛先局;201・・・アンテナ;202,202(1),202(2)・・・アンテナ;203・・・復調-変調部;204・・・回り込みキャンセル部;205・・・加算器;300・・・デジタル回路部;301・・・受信側伝搬環境調整部;302・・・信号合成部;303・・・受信信号変換部;304・・・AD変換部;305・・・復調-変調部;306・・・DA変換部;307・・・送信信号変換部;308・・・送信側伝搬環境調整部;309・・・キャンセル用応答乗算部;310・・・DA変換部;311・・・送信信号変換部;401・・・通信路等化部;402・・・復号部;403・・・送信信号生成部;404・・・送信トレーニング信号制御部;405・・・通信路推定部;406・・・キャンセル用応答算出部;407・・・残留自己干渉電力算出部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記送信アンテナまたは前記受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整部と、
前記調整部により調整された複数の前記伝搬環境において、前記送信アンテナからトレーニング信号を送信し、前記受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定部と、
前記推定部により推定された複数の前記回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の前記伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の前記伝搬環境のうちで前記残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように前記調整部を設定するとともに、当該伝搬環境における前記回り込み経路の応答に基づき前記送信アンテナから前記受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出部と
を有することを特徴とする無線中継装置。 In a wireless relay device that transmits a radio signal received from a receiving antenna from a transmitting antenna at the same frequency,
An adjustment unit for adjusting a propagation environment of at least one of the transmission antenna and the reception antenna;
A plurality of the propagation environment, which is adjusted by the adjustment section, and from said transmitting antenna transmits a training signal, estimator for their respective estimating the response of a wraparound path to the receiving antenna,
Based on the response of the plurality of sneak paths estimated by the estimation unit and the response of the cancellation signal path inside the own apparatus, each residual self-interference power in the plurality of propagation environments is calculated , And selecting the propagation environment that minimizes the residual self-interference power , setting the adjustment unit so as to be the selected propagation environment, and receiving the reception from the transmission antenna based on the response of the sneak path in the propagation environment A wireless relay device comprising: a calculation unit that calculates a cancel response for canceling a sneak signal to the antenna.
前記算出部は、前記回り込み経路の応答と前記キャンセル信号経路の応答とに基づき、前記回り込み経路の前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の応答Hと、前記送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答G T1 と、前記キャンセル信号経路の送信回路の応答G T0 と、前記キャンセル信号経路の減衰量√Lと、前記受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、前記残留自己干渉電力Eを次式により算出する
The calculation unit , based on the response of the wraparound path and the response of the cancellation signal path, a response H between the transmission antenna and the reception antenna of the wraparound path, and a transmission circuit that transmits a radio signal from the transmission antenna and response G T1, and response G T0 transmission circuit before crisis Yanseru signal path, the attenuation √L of the cancellation signal path, the response G R of a receiver circuit for receiving a radio signal from the receiving antenna, the noise power seeking and sigma 2, the residual self-interference power E is calculated by the following equation
前記調整部は、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも1つの制御により、前記伝搬環境を調整する
ことを特徴とする無線中継装置。 In the wireless relay device according to claim 1 or 2,
The adjustment unit adjusts the propagation environment by at least one control of control of a radio signal radiation direction by an array antenna, selection or switching control of a plurality of antennas, and control of a radiation direction by an antenna rotation mechanism. A wireless relay device.
前記送信アンテナまたは前記受信アンテナの少なくとも一方の伝搬環境を調整する調整処理と、
前記調整処理により調整された複数の前記伝搬環境において、前記送信アンテナからトレーニング信号を送信し、前記受信アンテナへの回り込み経路の応答をそれぞれ推定する推定処理と、
前記推定処理により推定された複数の前記回り込み経路の応答と自装置内部のキャンセル信号経路の応答とに基づき複数の前記伝搬環境におけるそれぞれの残留自己干渉電力を算出し、複数の前記伝搬環境のうちで前記残留自己干渉電力が最小となる伝搬環境を選択し、選択された伝搬環境となるように前記調整処理を行うとともに、当該伝搬環境における前記回り込み経路の応答に基づき前記送信アンテナから前記受信アンテナへの回り込み信号をキャンセルするためのキャンセル応答を算出する算出処理と
を行うことを特徴とする回り込みキャンセル方法。 A wraparound cancellation method in a wireless relay device that transmits a radio signal received from a receiving antenna from a transmitting antenna at the same frequency,
An adjustment process for adjusting a propagation environment of at least one of the transmission antenna and the reception antenna;
A plurality of the propagation environment, which is adjusted by the adjustment process, the estimating process by transmitting a training signal from the transmitting antenna, to their respective estimating the response of a wraparound path to the receiving antenna,
Calculating respective residual self-interference powers in the plurality of propagation environments based on responses of the plurality of sneak paths estimated by the estimation process and responses of cancellation signal paths in the own device; And selecting the propagation environment that minimizes the residual self-interference power , performing the adjustment process so as to be the selected propagation environment, and based on the response of the sneak path in the propagation environment, from the transmitting antenna to the receiving antenna And a calculation process for calculating a cancel response for canceling the sneak signal.
前記算出処理では、前記回り込み経路の応答と前記キャンセル信号経路の応答とに基づき、前記回り込み経路の前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の応答Hと、前記送信アンテナから無線信号を送信する送信回路の応答G T1 と、前記キャンセル信号経路の送信回路の応答G T0 と、前記キャンセル信号経路の減衰量√Lと、前記受信アンテナから無線信号を受信する受信回路の応答GRと、雑音電力σ2とを求め、前記残留自己干渉電力Eを次式により算出する
In the calculation process, based on the response of the sneak path and the response of the cancellation signal path, a response H between the transmission antenna and the reception antenna of the sneak path, and a transmission circuit that transmits a radio signal from the transmission antenna and response G T1, and response G T0 transmission circuit before crisis Yanseru signal path, the attenuation √L of the cancellation signal path, the response G R of a receiver circuit for receiving a radio signal from the receiving antenna, the noise power seeking and sigma 2, the residual self-interference power E is calculated by the following equation
前記調整処理では、アレーアンテナによる無線信号の放射方向の制御、複数のアンテナの選択または切替制御、アンテナ回転機構による放射方向の制御の少なくとも1つの制御により、前記伝搬環境を調整する
ことを特徴とする回り込みキャンセル方法。 In the wraparound cancellation method according to claim 4 or claim 5 ,
In the adjustment process, the propagation environment is adjusted by at least one of control of a radiation direction of a radio signal by an array antenna, selection or switching control of a plurality of antennas, and control of a radiation direction by an antenna rotation mechanism. How to cancel wraparound.
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