JPH11163952A - 無線中継ブースタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の無線中継ブースタでは、キャンセラ収
束点を検出するために、位相回転量と減衰量の全ての組
合せを調べる場合には多大な時間がかかるという問題点
があったが、発明では、キャンセラ収束点の検出を高速
化して、通信効率を高めることができる無線中継ブース
タを提供する。 【解決手段】 位相オフセット検出器１５が、複素相関
器１４から入力される残留相関信号から位相オフセット
の推定量を検出し、位相補正回路１６が、位相オフセッ
ト検出器１５から入力された位相オフセットの推定量を
基にして、複素相関器１４から入力された残留相関信号
に位相オフセットの推定量を除去する方向に回転を与え
た信号を演算して制御器１２に出力し、制御器１２が、
移相器９と減衰器１０とを制御して、キャンセル信号を
生成し、受信信号に結合する無線中継ブースタである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線で基地局の信
号を受信して増幅し、無線で出力する無線中継ブースタ
に係り、特に無線で送信出力する信号が受信する信号に
廻りこんで干渉する信号（廻り込み干渉信号）を高精度
に低減できる無線中継ブースタに関する。

【０００２】

【従来の技術】無線中継ブースタは一般に、基地局が送
信出力した信号を受信する受信アンテナと、受信した信
号を増幅するアンプと、増幅した信号を送信出力する送
信アンテナとから構成されている。

【０００３】そして、無線中継ブースタは、受信アンテ
ナに到来した基地局の信号を受信して、アンプによって
増幅し、当該増幅した信号を送信アンテナを介して送信
出力することで、基地局の信号を中継するものである。

【０００４】ここで、無線中継ブースタの送信アンテナ
と受信アンテナとの間にカップリングがあると、無線中
継ブースタからの送信出力信号が受信アンテナに廻りこ
み、発振を起こすため、従来より、無線中継ブースタの
送信アンテナと受信アンテナの距離を十分に確保する等
の対策により、受信アンテナに無線中継ブースタからの
出力信号の廻りこみ干渉信号が入らないようしていた。

【０００５】しかし、現状では、無線中継ブースタ設置
の立地条件の制約から、送受信アンテナ距離を十分に確
保するようなことは難しくなっているため、送受信アン
テナ間の距離の確保を必要とせず、送信出力信号の廻り
こみ干渉信号をキャンセルできる廻りこみ干渉キャンセ
ラ機能をもつ無線中継ブースタ（以下、「キャンセルブ
ースタ」とする）が、有望視されている。

【０００６】そこで、従来のキャンセルブースタについ
て図４を使って説明する。図４は、従来のキャンセルブ
ースタの構成ブロック図である。従来のキャンセルブー
スタは図４に示すように、指向性受信アンテナ１と第１
のアンプ２と、結合器３と、直交検波器４と、復調器５
と、波形生成器６と、直交変調器７と、第２のアンプ８
と、移相器９と、減衰器１０と、制御器１２と、指向性
送信アンテナ１３と、複素相関器１４とから構成されて
いる。

【０００７】次に、従来のキャンセルブースタの各部に
ついて具体的に説明する。指向性受信アンテナ１は、指
向性のあるアンテナであって、基地局の方向に指向され
ており、本来は基地局から受信した信号（以下、「基地
局送信信号」とする）を受信するものである。

【０００８】また、指向性受信アンテナ１は、指向性送
信アンテナ１３が出力するブースタ出力信号の廻り込み
干渉信号をも受信するものである。ここで、廻りこみ干
渉信号とは、指向性送信アンテナ１３が出力するブース
タ出力信号であって、指向性受信アンテナ１と指向性送
信アンテナ１３との指向特性によるデカップリング量だ
け減衰されているようになっている。

【０００９】第１のアンプ２は、指向性受信アンテナ１
が受信した信号（以下、「受信信号」と称する）を増幅
するものである。結合器３は、第１のアンプ２で増幅さ
れた受信信号と、後述する移相器９から出力されるキャ
ンセル信号とを合成し、キャンセラ出力信号として出力
するものである。直交検波器４は結合器３から入力され
るキャンセラ出力信号を直交検波し、直交するＩ信号と
Ｑ信号とを出力するものである。以下、Ｉ信号とＱ信号
とをまとめて、「受信直交信号」と称することとする。

【００１０】復調器５は、直交検波器４から入力される
受信直交信号を復調し、ディジタルの復調データを出力
するものである。波形生成器６は、復調器５から入力さ
れる復調データを元にＩ信号とＱ信号とを再生し、再生
直交信号として出力するものである。

【００１１】直交変調器７は、波形生成器６から入力さ
れる再生直交信号を直交変調し、直交変調信号として出
力するものである。第２のアンプ８は、直交変調器７か
ら入力される直交変調信号を増幅して出力するものであ
る。

【００１２】移相器９は、後述する制御器１２から入力
される位相回転情報に従って、減衰器１０で減衰された
直交変調信号の位相を変化させてキャンセル信号として
出力するものである。減衰器１０は、後述する制御器１
２から入力される減衰特性情報に従って、第２のアンプ
８によって増幅された直交変調信号を減衰して出力する
ものである。

【００１３】制御器１２は、複素相関器１４から入力さ
れる残留相関信号に基いて、減衰特性情報と位相回転情
報とを演算し、キャンセル信号として、それぞれ減衰器
１０と移相器９とに出力するものである。

【００１４】複素相関器１４は、直交検波器４から入力
される受信直交信号と、波形生成器６から入力される再
生直交信号との複素相関を演算し、該複素相関の値を残
留相関信号として出力するものである。ここで、受信直
交信号は、廻り込み干渉信号を含む信号であり、再生直
交信号は廻り込み干渉信号の元となる信号であることか
ら、両信号の複素相関の値は、キャンセラ出力信号に残
留相関信号をＩ、Ｑ平面上の２次元ベクトルとして抽出
したものに相当する。

【００１５】次に、従来のキャンセルブースタの動作に
ついて説明する。まず、基地局信号が指向性受信アンテ
ナ１で受信され、第１のアンプ２で増幅され、結合器３
で移相器９から入力されるキャンセル信号と合成され
て、キャンセラ出力信号として出力される。

【００１６】そして、キャンセラ出力信号は、直交検波
器４で直交検波され、受信直交信号として出力され、復
調器５で復調され、波形成型器６で直交Ｉ、Ｑ信号が再
生されて再変調信号として出力され、直交変調器７で直
交変調され直交変調信号が出力される。

【００１７】ここで、直交変調器７から出力される直交
変調信号は、復調誤りがなければ再変調操作により受信
信号に混入した廻り込み干渉信号と伝搬路上で混入した
ノイズ等とが低減されることにより、基地局信号と同じ
品質の送信信号を再生できるようになっている。

【００１８】そして、直交変調器７から出力された、ノ
イズの混入していない直交変調信号は、第２のアンプ８
で増幅されて、指向性送信アンテナ１３からブースタ出
力として送信出力されるようになる。

【００１９】このとき、直交検波器４から出力された受
信直交信号と、波形生成器６から出力された再生直交信
号とは、それぞれ分岐して複素相関器１４に入力され、
複素相関器１４で複素相関が行われ、残留相関信号が制
御器１２に出力される。

【００２０】そして、制御器１２では残留相関信号に基
いて、残留相関信号を除去するように減衰特性情報と位
相回転情報とがキャンセル信号として演算され、それぞ
れ減衰特性情報が減衰器１０へ出力され、位相回転情報
が移相器９へ出力されるようになる。

【００２１】また、第２のアンプ８から出力された直交
変調信号は、分岐して減衰器１０に取り込まれ、減衰器
１０で制御器１２からの減衰特性情報に従って減衰さ
れ、次に、移相器９で制御器１２からの位相回転情報に
従って位相が変化させられ、キャンセル信号として結合
器３に出力される。

【００２２】そして、指向性アンテナ１３からブースタ
出力信号が出力されると、指向性受信アンテナ１と指向
性送信アンテナ１３との指向特性によるデカップリング
量だけ減衰された廻り込み干渉信号が指向性受信アンテ
ナ１から受信され、基地局送信信号と加算された信号が
アンプ２に出力される。

【００２３】このように順次処理されると、複素相関器
１４では、直交検波器４の出力である直交Ｉ、Ｑ信号
（廻り込み干渉信号を含む信号）と、波形生成器６の出
力である直交Ｉ、Ｑ信号（廻り込み干渉信号のもととな
る信号）との複素相関を行うことにより、移相器９から
のキャンセラ出力信号に残留する干渉信号の相関である
残留相関信号を抽出することができるようになり、制御
器１２では複素相関器１４の出力である残留相関信号を
監視しながら、干渉信号を除去するように移相器９及び
減衰器１０を調整する。つまり残留相関信号をキャンセ
ラ制御に使用することによって、廻り込み干渉信号のキ
ャンセルを実現できることとなる。

【００２４】従来のキャンセルブースタの制御器１２の
動作について図５を参照しつつ説明する。図５は、従来
のキャンセルブースタの制御器１２の動作を表す説明図
である。図５において、放射状の線分は等位相値を表
し、同心円をなす各円周は等振幅値を表しているもので
ある。

【００２５】制御器１２は、放射状の線分と同心円の円
周とで作られる格子点の各点に相当する位相回転量と減
衰量とをキャンセル信号として、それぞれ移相器９と減
衰器１０とに出力する。そして、制御器１２は、格子点
の各点に相当するキャンセル信号を出力しているとき
に、複素相関器１４から残留相関信号の入力を受けて、
当該残留相関信号が最小となる格子点（最適点）を検出
する。尚、この最適点を以下で「キャンセラ収束点」と
称する。このようにして、従来の無線中継ブースタは、
キャンセラ収束点に相当するキャンセラ信号を確実に検
出できるようになっている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の無線中継ブースタでは、キャンセラ収束点を検出す
るために、位相回転量と減衰量の全ての組合せを調べる
場合には多大な時間がかかるという問題点があった。

【００２７】また、伝搬路変動があると、その変動が微
少であってもキャンセル量が大きければ、キャンセラ出
力信号に占める残留干渉信号は大きな変動を受けるた
め、伝搬路変動に対するキャンセラ信号の追従にかかる
時間が多大であると、通信効率が低下するという問題点
があった。

【００２８】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、キャンセラ収束点の検出を高速化して、通信効率を
高めることができる無線中継ブースタを提供することを
目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための請求項１記載の発明は、増幅された直交変
調信号を減衰し、位相を変化させてキャンセル信号と
し、受信した信号に前記キャンセル信号を合成して、前
記受信した信号に含まれる送信した信号の廻り込み干渉
信号をキャンセルする無線中継ブースタにおいて、受信
直交信号と再生直交信号との複素相関値である残留相関
信号の時間的差分に基いて、干渉信号の位相オフセット
の推定値を演算により逐次的に検出し、当該推定値を以
て残留相関信号を補正し、その結果に応じて再生直交信
号を直交変調した直交変調信号を減衰し、位相を変化さ
せてキャンセル信号とし、受信信号に前記キャンセル信
号を合成することで、廻り込み干渉信号を受信信号から
キャンセルすることを特徴としており、キャンセラ収束
点の検出を高速化して、通信効率を高めることができ
る。

【００３０】上記従来例の問題点を解決するための請求
項２記載の発明は、無線中継ブースタにおいて、受信信
号を直交検波した受信直交信号と、前記受信直交信号を
復調し、当該復調した信号から再生した再生直交信号と
の複素相関値を演算し、残留相関信号として出力する複
素相関器と、前記残留相関信号の時間的差分を演算し
て、各素子で発生する残留相関信号の位相オフセットを
推定する位相オフセット検出器と、前記位相オフセット
検出器から入力される推定された位相オフセット分だけ
前記残留相関信号の位相オフセットを補正する位相補正
回路と、前記位相補正回路から入力される位相オフセッ
トを補正した残留相関信号に応じて、前記再生直交信号
を変調して増幅した直交変調信号を減衰器に減衰させ、
移相器に移相させ、結合器に受信信号と合成させること
で、廻り込み干渉信号を受信信号からキャンセルする制
御器とを有することを特徴としており、キャンセラ収束
点の検出を高速化して、通信効率を高めることができ
る。

【００３１】上記従来例の問題点を解決するための請求
項３記載の発明は、請求項２記載の無線中継ブースタに
おいて、位相オフセット検出器は、請求項３記載の［数
１］に示す数式を用いて残留相関信号の位相オフセット
を推定する位相オフセット検出器であることを特徴とし
ており、キャンセラ収束点の検出を高速化して、通信効
率を高めることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら説明する。本発明の実施の形態に係る無線中継
ブースタ（本ブースタ）は、残留相関信号が残留する干
渉信号を含むことに着目し、残留相関信号をキャンセラ
信号の更新のために逐次加算して、キャンセル信号を高
速にキャンセル収束点に収束させることができるもので
ある。

【００３３】ここで、本来ならば、キャンセラ信号に残
留相関信号を逆位相にして加算すれば、図２に示すよう
に、直ちにキャンセラ収束点に到達すると考えられる。
図２は、キャンセル信号の逐次的な推移の様子を表す説
明図である。

【００３４】しかし、現実には、回路を構成する各素子
で、残留相関信号に位相変化（位相オフセット）が発生
しているため、残留相関信号をその分だけ移相させて加
算する必要がある。また、ここでもし、移相オフセット
が９０度を超えていると、キャンセラ信号は、キャンセ
ラ収束点に収束できなくなる。

【００３５】そこで、本ブースタは、各素子で発生する
位相オフセットと遅延とを考慮して残留相関信号を補正
して逐次加算するようにしており、キャンセル信号を高
い精度でキャンセラ収束点に収束させることができるも
のである。

【００３６】また、本ブースタは例えば、減衰器１０に
おいて、制御器から入力されるキャンセル信号の減衰特
性情報に応じて減衰値を変えると、遅延量が変化し、結
果として位相オフセットが発生することに着目し、各減
衰値毎に位相オフセット値の補正テーブルを予め備えて
おくようにすることで位相オフセットを検出し、残留相
関信号を補正するものであることが考えられるが、この
場合、補正テーブルに示される位相オフセット値は、ア
ナログ素子の個体差、温度特性、あるいは経年変化によ
る変動を持つため、キャンセル信号の補正の精度を高め
ることに限界がある。

【００３７】そのため、ここでの本ブースタは、一定の
時間毎の残留相関信号の変化量（残留相関信号の時間的
差分）に基いて、演算により逐次的に位相オフセットの
推定値を検出し、当該推定値を以て残留相関信号を補正
するようにしている。

【００３８】かかる本ブースタについて図１を使って説
明する。図１は、本ブースタの構成ブロック図である。
本ブースタは図１に示すように、指向性受信アンテナ１
と、第１のアンプ２と、結合器３と、直交検波器４と、
復調器５と、波形生成器６と、直交変調器７と、第２の
アンプ８と、移相器９と、減衰器１０と、制御器１２
と、指向性送信アンテナ１３と、複素相関器１４と、位
相オフセット検出器１５と、位相補正回路１６とから構
成されている。

【００３９】ここで、各部を具体的に説明するが、指向
性受信アンテナ１と、第１のアンプ２と、結合器３と、
直交検波器４と、復調器５と、波形生成器６と、直交変
調器７と、第２のアンプ８と、移相器９と、減衰器１０
と、制御器１２と、指向性送信アンテナ１３と、複素相
関器１４とは図４に示した従来のものと同様のものであ
るので、その説明を省略する。

【００４０】位相オフセット検出器１５は、複素相関器
１４から入力される残留相関信号Ｃｏｆ（ｔ）から位相
オフセットθ（ｔ）の逆位相の推定量θｅ（ｔ）を検出
して、位相補正回路１６に出力するものである。尚、ｔ
は、時刻を表すパラメータであり、残留相関信号Ｃｏｆ
（ｔ）から位相オフセットの推定量θｅ（ｔ）を検出す
る方法については、後述する。

【００４１】位相補正回路１６は、位相オフセット検出
器１５から入力された位相オフセットの推定量θｅ
（ｔ）を基にして、複素相関器１４から入力された残留
相関信号Ｃｏｆ（ｔ）に位相オフセットを除去する方向
に回転するように逆位相の推定量であるθｅ（ｔ）だけ
回転を与えたＣｏｆｃ（ｔ）を演算し、制御器１２に出
力するものである。

【００４２】この操作により、残留相関信号のベクトル
の向きをキャンセラ収束点に向けることが可能となる。
すなわち制御器１２は、このＣｏｆｃ（ｔ）に重み付け
をして、現時点で設置されている移相器９、減衰器１０
に設定されるキャンセル信号を更新するようになる。

【００４３】ここで、位相オフセット検出器１５におけ
る位相オフセットの推定量θｅ（ｔ）を検出する方法に
ついて図３を参照しつつ説明する。図３は、本ブースタ
におけるキャンセル信号の逐次的な推移の様子を表す説
明図である。

【００４４】次に、位相オフセットθ（ｔ）を検出する
方法について説明する。キャンセル信号がキャンセラ収
束点を中心に渦巻き状に推移することから、実際に複素
相関器で検出される残留相関信号の、キャンセル信号の
更新前後での位相変化量を監視することにより位相オフ
セットを推定し、検出できる。

【００４５】すなわち、θ（ｔ）の逆位相の推定量をθ
ｅ（ｔ）とすれば、現時点の残留相関信号Ｃｏｆ（ｔ）
と、Δｔだけ以前の推定量θｅ（ｔ−Δｔ）と、その時
点での残留相関信号Ｃｏｆ（ｔ−Δｔ）とから、請求項
３記載の［数１］を用いて、θｅ（ｔ）を検出する。

【００４６】ここで、* は複素共役をとることを意味
し、λは平均化のための重み付け係数で１以下の正数で
ある。また、ｄｅｇ（）は、複素数の角度成分を抽出す
ることを意味している。尚、λは運用上、実験的に決定
するものとする。

【００４７】つまり、本ブースタは、位相オフセット検
出器１５が、［数１］を用いて、位相オフセットの逆位
相の推定量θｅ（ｔ）をＣｏｆ（ｔ）が表すベクトルと
Ｃｏｆ（ｔ−Δｔ）が表すベクトルとのなす角によって
逐次的に補正し、そして、位相補正回路１６が、次の
［数２］によってＣｏｆｃ（ｔ）を演算するようになっ
ている。

【００４８】

【数２】

【００４９】ここで、ｊは、虚数単位を表している。ま
た、キャンセル信号Ａ（ｔ）は、次の［数３］によって
逐次的に演算されるようになっている。

【００５０】

【数３】

【００５１】ここで、μは、１以下の正数で、重み付け
のパラメータである。このようにしてキャンセル信号Ａ
（ｔ）は、図３に示すように、曲線的軌跡を辿ってキャ
ンセラ収束点に収束していくようになる。

【００５２】ここで、Ａ（ｔ）と減衰特性情報と位相回
転情報との関係は、次の［数４］のようになっている。

【００５３】

【数４】

【００５４】ここで、Ｐｗ（ｔ）は減衰特性情報を、Ｐ
ｈ（ｔ）は位相回転情報をそれぞれ表している。

【００５５】本ブースタによれば、位相オフセットを演
算によって求めるため、減衰器１０の設定値変更、実機
の素子の熱変動や経年変化による位相オフセットの変動
に追従し、キャンセラ収束点の検出を確実に、かつ高速
にできる効果がある。

【００５６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、受信直交
信号と再生直交信号との複素相関値である残留相関信号
の時間的差分に基いて、演算により逐次的に検出した干
渉信号の位相オフセットの推定値で残留相関信号を補正
し、その結果に応じて再生直交信号を直交変調した直交
変調信号を減衰し、移相してキャンセル信号とし、受信
信号に合成することで、廻り込み干渉信号を受信信号か
らキャンセルする無線中継ブースタとしているので、演
算によりキャンセラ収束点の検出を高速化し、伝搬路変
動があって、キャンセラ出力信号に占める残留干渉信号
が大きな変動を受けても、伝搬路変動に対するキャンセ
ラ信号の追従にかかる時間を短縮でき、通信効率を高め
ることができる効果がある。

【００５７】請求項２，３記載の発明によれば、複素相
関器が受信直交信号と再生直交信号との複素相関値を演
算して残留相関信号を生成し、位相オフセット検出器が
当該残留相関信号の時間的差分を演算し、当該時間的差
分を用いて位相オフセットを推定し、位相補正回路が推
定された位相オフセット分だけ残留相関信号の位相オフ
セットを補正し、制御器が当該補正された残留相関信号
に応じて、直交変調信号を減衰させ、移相させて、受信
信号と合成させ、廻り込み干渉信号を受信信号からキャ
ンセルする無線中継ブースタとしているので、演算によ
りキャンセラ収束点の検出を高速化し、伝搬路変動があ
って、キャンセラ出力信号に占める残留干渉信号が大き
な変動を受けても、伝搬路変動に対するキャンセラ信号
の追従にかかる時間を短縮でき、通信効率を高めること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本ブースタの構成ブロック図である。

【図２】キャンセル信号の逐次的な推移の様子を表す説
明図である。

【図３】本ブースタにおけるキャンセル信号の逐次的な
推移の様子を表す説明図である。

【図４】従来のキャンセルブースタの構成ブロック図で
ある。

【図５】従来のキャンセルブースタの制御器１２の動作
を表す説明図である。

【符号の説明】

１…指向性受信アンテナ、 ２…第１のアンプ、 ３…
結合器、 ４…直交検波器、 ５…復調器、 ６…波形
生成器、 ７…直交変調器、 ８…第２のアンプ、 ９
…移相器、 １０…減衰器、 １２…制御器、 １３…
指向性送信アンテナ、 １４…複素相関器、 １５…位
相オフセット検出器、 １６…位相補正回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 博 神奈川県川崎市宮前区馬▲ぎぬ▼ 1964番 地

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 増幅された直交変調信号を減衰し、位相
   を変化させてキャンセル信号とし、受信した信号に前記
   キャンセル信号を合成して、前記受信した信号に含まれ
   る送信した信号の廻り込み干渉信号をキャンセルする無
   線中継ブースタにおいて、受信直交信号と再生直交信号
   との複素相関値である残留相関信号の時間的差分に基づ
   いて、干渉信号の位相オフセットの推定値を演算により
   逐次的に検出し、当該推定値を以て残留相関信号を補正
   し、その結果に応じて再生直交信号を直交変調した直交
   変調信号を減衰し、位相を変化させてキャンセル信号と
   し、受信信号に前記キャンセル信号を合成することで、
   廻り込み干渉信号を受信信号からキャンセルすることを
   特徴とする無線中継ブースタ。
2. 【請求項２】 受信信号を直交検波した受信直交信号
   と、前記受信直交信号を復調し、当該復調した信号から
   再生した再生直交信号との複素相関値を演算し、残留相
   関信号として出力する複素相関器と、 前記残留相関信号の時間的差分を演算して、各素子で発
   生する残留相関信号の位相オフセットを推定する位相オ
   フセット検出器と、 前記位相オフセット検出器から入力される推定された位
   相オフセット分だけ前記残留相関信号の位相オフセット
   を補正する位相補正回路と、 前記位相補正回路から入力される位相オフセットを補正
   した残留相関信号に応じて、前記再生直交信号を変調し
   て増幅した直交変調信号を減衰器に減衰させ、移相器に
   移相させ、結合器に受信信号と合成させることで、廻り
   込み干渉信号を受信信号からキャンセルする制御器とを
   有することを特徴とする無線中継ブースタ。
3. 【請求項３】 位相オフセット検出器は、 【数１】 の数式を用いて残留相関信号の位相オフセットを推定す
   る位相オフセット検出器であることを特徴とする請求項
   ２記載の無線中継ブースタ。