(57)【要約】【課題】送信局と受信局の間のマルチストリームの無線通信を中継するときに、中継可能な受信局のエリアを拡大することを可能とする無線中継装置、無線中継方法を提供すること。【解決手段】中継局の各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得る。そして、この出力信号を電力増幅する各電力増幅器は、最も効率の良い高出力の動作点に設定される。これにより、中継局の送信電力の総和が大きくなり、中継可能な受信局のエリアが拡大する。【選択図】図２
2011139268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信局と受信局の間の無線通信を中継する無線中継装置であって、
送信局からの無線信号を受信するＭ個（Ｍ＞１）の受信アンテナと、
入力信号として各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得る信号処理部と、
信号処理部で得られたＭ個の出力信号をそれぞれ受信局へ送信するＭ個の送信アンテナと、
を備えた、無線中継装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、１〜Ｍ番目の入力信号のうち２〜Ｍ番目の入力信号に対する位相回転量をφ１〜φＭ−１としたときに、Ｍ個の入力信号に対して以下の式１で表される行列演算に相当する処理を行ってＭ個の出力信号を得る、
請求項１に記載された無線中継装置。
【数１】
2011139268.tif 000013
【請求項３】
前記信号処理部は、前記入力信号に基づくフィードフォワード制御により前記位相回転量を決定する、
請求項２に記載された無線中継装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記出力信号からのフィードバック制御によって前記位相回転量を決定する、
請求項２に記載された無線中継装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記入力信号に基づくフィードフォワード制御と、前記出力信号からのフィードバック制御とによって前記位相回転量を決定する、
請求項２に記載された無線中継装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記Ｍが２である場合に第１入力信号と第２入力信号を入力するとともに、
前記第２入力信号を所望量移相させ、所望の移相信号を生成する可変移相器と、
前記第１入力信号と前記移相信号とを加算して第１出力信号を生成する加算器と、
前記第１入力信号から前記移相信号を減算して第２出力信号を生成する減算器と、
を含む、
請求項２〜５のいずれかに記載された無線中継装置。
【請求項７】
送信局と受信局の間に設けられる無線中継装置における無線中継方法であって、
前記無線中継装置のＭ個（Ｍ＞１）の受信アンテナの各々が、送信局からの無線信号を受信し、
前記無線中継装置が、入力信号として各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得て、
前記無線中継装置のＭ個の送信アンテナの各々が、前記Ｍ個の出力信号をそれぞれ受信局へ送信する、
無線中継方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナを用いた無線通信の中継技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムにおいて、移動局が弱電界である屋内、又は屋外の弱電界エリアに存在している場合、基地局と移動局の間の無線通信が困難な場合がある。この対策として、基地局から送信される下り信号、及び移動局から送信される上り信号を増幅して再放射する無線中継装置としてリピータを設置することが行われている。リピータの設置により、比較的低コストでセルのカバレッジ（サービスエリア）が拡大する。従来、基地局とリピータの間、及びリピータと移動局の間の無線通信における送信アンテナ及び受信アンテナの数はそれぞれ１個、すなわちＳＩＳＯ(Single Input Single Output)の構成であった。
【０００３】
なお、無線中継については、様々な提案がなされている。例えば、第１の無線局からの無線信号を無線中継装置により中継して第２の無線局に送信する無線中継システムにおいて、以下のものが提案されている。すなわち、この公知の無線中継システムによれば、無線中継装置は、第１の無線局と第２の無線局と無線中継装置の間に介在する伝送路に関するチャネル情報に基づいて、中継信号の位相補正量を決定し、この位相補正量に基づいて中継信号を位相を補正する。
【０００４】
また、無線通信システムにおいて、限られた周波数帯域でマルチストリームを利用して伝送速度の高速化する伝送方法としてＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)が知られている。ＭＩＭＯでは、送信装置と受信装置で複数のアンテナが設けられる。そして、送信装置の複数のアンテナから送信される送信シンボル（マルチストリーム）が伝播路で混合され、受信装置の複数のアンテナで受信される。アンテナの本数を一定とした場合、各ストリームの信号の相関が小さいほど、ＭＩＭＯによる通信容量が増大することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＭＩＭＯによるマルチストリームを中継するリピータ（以下、「ＭＩＭＯリピータ」という。）を想定する。例えば、２×２のＭＩＭＯリピータを想定した場合、全体の無線通信システムの概略構成は、図１に示したものが考えられる。図１において、ＭＩＭＯリピータとしての中継局（ＲＳ：Relay Station）は概ね、従来のＳＩＳＯ構成のリピータを並列にしたものとなっている。
図１では、送信局としての基地局（ＢＳ：Base Station）から、受信局としての移動局（ＵＥ：User Equipment）への下り信号の無線中継を例示している。ここで、無線中継装置としての中継局は、基地局からの信号を受信する２本の受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２と、移動局へ信号を送信する２本の送信アンテナＴＡ−１，ＴＡ−２とを備える。図１に示すように、基地局の２本の送信アンテナから送信される信号は、基地局と中継局の間の伝播路で混合され、中継局の２本の受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２で受信される。中継局において、受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２の各々の受信信号はそれぞれ、電力増幅器ＡＭＰ−１，ＡＭＰ−２で増幅されて、送信アンテナＴＡ−１，ＴＡ−２から送信される。中継局の２本の送信アンテナＴＡ−１，ＴＡ−２から送信される信号は、中継局と移動局の間の伝播路で混合され、移動局の２本の受信アンテナで受信される。
【０００７】
ＭＩＭＯリピータでは、複数の送信アンテナからの送信電力の総和を大きくして、移動局に対するサービスエリアを拡大することが要請される。複数の送信アンテナからの送信電力の総和を大きくするためには、複数の送信アンテナに接続される各電力増幅器への平均入力電力（図１の構成では、平均受信電力）を等しくするのがよい。すべての電力増幅器を高出力かつ高効率な動作点で使用できるためである。各電力増幅器への平均入力電力に差があると、最も大きな平均入力電力の電力増幅器によって、各電力増幅器の動作点が制限されてしまう。
【０００８】
しかしながら、図１に示したように、従来のＳＩＳＯ構成のリピータを並列にすることのみでＭＩＭＯリピータを構成した場合、ＭＩＭＯリピータの各受信アンテナから得られる平均受信電力にレベル差が生ずることが想定される。この平均受信電力のレベル差は、受信アンテナを含む複数の受信系の受信特性のばらつき、各受信アンテナの設置位置の制限等に起因する。各受信アンテナから得られる平均受信電力にレベル差が生じないように、受信アンテナを含む複数の受信系の受信特性の管理、各受信アンテナの設置位置の調整を行うことは煩雑である。
【０００９】
よって、発明の１つの側面では、送信局と受信局の間のマルチストリームの無線通信を中継するときに、中継可能な受信局のエリアを拡大することを可能とする無線中継装置、無線中継方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の観点では、送信局と受信局の間の無線通信を中継する無線中継装置が提供される。
この無線中継装置は、
（Ａ）送信局からの無線信号を受信するＭ個（Ｍ＞１）の受信アンテナ；
（Ｂ）入力信号として各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得る信号処理部；
（Ｃ）信号処理部で得られたＭ個の出力信号をそれぞれ受信局へ送信するＭ個の送信アンテナ；
を備える。
【００１１】
第２の観点では、送信局と受信局の間に設けられる無線中継装置における無線中継方法が提供される。
この無線中継方法は、
（Ｄ）前記無線中継装置のＭ個（Ｍ＞１）の受信アンテナの各々が、送信局からの無線信号を受信すること；
（Ｅ）前記無線中継装置が、入力信号として各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得ること；
（Ｆ）前記無線中継装置のＭ個の送信アンテナの各々が、前記Ｍ個の出力信号をそれぞれ受信局へ送信すること；
を含む。
【発明の効果】
【００１２】
開示の無線中継装置、無線中継方法によれば、送信局と受信局の間のマルチストリームの無線通信を中継するときに、中継可能な受信局のエリアを拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＭＩＭＯリピータを含む無線通信システムの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の無線中継システムの概略構成を示す図。
【図３】第１の実施形態において、位相回転量の制御方法としてフィードバック制御を採る場合の中継局の概略構成を示す図。
【図４】第２の実施形態において、Ｍ＝２の場合の中継局の信号処理部の構成例を示す図。
【図５】第２の実施形態において、Ｍ＝３の場合の中継局の信号処理部の構成例を示す図。
【図６】第２の実施形態において、Ｍ＝４の場合の中継局の信号処理部の構成例を示す図。
【図７】第３の実施形態において、位相回転量の制御方法としてフィードフォワード制御を採る場合の中継局の構成例を示す図。
【図８】第３の実施形態において、位相回転量の制御方法としてフィードバック制御を採る場合の中継局の構成例を示す図。
【図９】第３の実施形態において、位相回転量の制御方法としてフィードフォワード制御とフィードバック制御を併用する場合の中継局の構成例を示す図。
【図１０】第３の実施形態において、位相回転量の制御方法としてフィードフォワード制御を採る場合の中継局の構成例を示す図。
【図１１】第３の実施形態において、位相回転量の制御方法としてフィードバック制御を採る場合の中継局の構成例を示す図。
【図１２】第３の実施形態の中継局の効果を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（１）第１の実施形態
以下、第１の実施形態の無線中継システムについて説明する。
【００１５】
（１−１）無線中継システム
図２に、本実施形態の無線中継システムの概略構成を示す。図２に示す無線中継システムでは、無線中継装置としての中継局（ＲＳ：Relay Station）は、基地局（ＢＳ：Base Station）と移動局（ＵＥ：User Equipment）の間の無線通信を中継する。基地局と移動局間の無線通信はＭＩＭＯによって行われ、中継局はＭＩＭＯリピータとして機能する。
なお、図２は一例として、中継局が、送信局としての基地局から受信局としての移動局への下り信号の無線中継を行う場合について示している。本実施形態では、この下り信号の無線中継方法についてのみ説明するが、上り信号についても同様の無線中継方法が適用可能であることは言うまでもない。
【００１６】
（１−２）中継局の構成
以下、本実施形態の中継局の構成について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、本実施形態の中継局は、受信アンテナ群１０と、位相回転部２０と、直交変換部３０と、電力増幅器群４０と、送信アンテナ群５０とを備える。受信アンテナ群１０は、基地局からの信号を受信するＭ本（Ｍ＞１）の受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２，…，ＲＡ−Ｍを有する。電力増幅器群４０は、Ｍ個の電力増幅器ＡＭＰ−１，ＡＭＰ−２，…，ＡＭＰ−Ｍを有する。送信アンテナ群５０は、移動局へ信号を送信するＭ本（Ｍ＞１）の送信アンテナＴＡ−１，ＴＡ−２，…，ＴＡ−Ｍを有する。
この中継局において、位相回転部２０及び直交変換部３０は、受信信号に対して信号処理を行うための信号処理部１５を構成する。
【００１７】
図２に示すように、基地局の複数の送信アンテナ、例えば中継局の受信アンテナと同数のＭ本の送信アンテナから送信される信号は、基地局と中継局の間の伝播路で混合され、中継局のＭ本の受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２，…，ＲＡ−Ｍで受信される。図２において、Ｍ本の受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２，…，ＲＡ−Ｍの各々の受信信号は、Ｍ個の入力信号ＩＮ−１，ＩＮ−２，…，ＩＮ−Ｍの各々に相当する。
【００１８】
ここで、各受信アンテナから得られる受信信号による平均受信電力には、受信アンテナを含む複数の受信系の受信特性のばらつき、各受信アンテナの設置位置の制限等に起因して、レベル差が生じている。そこで、本実施形態の中継局では、信号処理部１５が、各入力信号を位相回転させ、かつ直交変換を行うことで、平均電力レベルが等しい出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２，…，ＯＵＴ−Ｍを生成する。
図２では、位相回転部２０において、各入力信号を所望量だけ位相回転させるための位相回転処理が行われる。さらに、直交変換部３０において、位相回転させられたＭ個の信号に対して直交変換処理が行われて、Ｍ個の出力信号が生成される。
【００１９】
ここで、ＭＩＭＯでは、基地局と移動局の間の伝播路において混合されることが予定されており、その伝播路の中間に位置する中継局で得られるマルチストリームに対して直交変換処理を行っても、移動局におけるＭＩＭＯ復号に影響を及ぼすことはない。また、仮に各入力信号に対して直交変換を行わず、各出力信号が等しくなるような任意の分配を試みたならば各出力信号の相関が高くなり、ＭＩＭＯの通信容量（又は「チャネル容量」ともいう。）を損なう可能性が生じうる。そこで、本実施形態の中継局では、各入力信号に対して直交変換処理を行うことでＭＩＭＯの通信容量を低下させないようにしている。
Ｍ個の入力信号は、直交変換処理の後、所望量の位相回転によって、それぞれ平均電力レベルとなるように調整、すなわち等電力化される。
【００２０】
Ｍ個の入力信号に対して信号処理部１５で行われている処理を行列で記述した一例を示すと、以下の式１のとおりである。
【数１】
2011139268.tif 000003
【００２１】
上記式１の中で、以下の式２に示す行列は位相回転行列を示し、位相回転部２０での信号処理に対応する。上記式１の中で、以下の式３に示す行列は直交変換行列を示し、直交変換部３０での信号処理に対応する。なお、この直交変換行列は、Ｍポイントの離散フーリエ変換行列（ＤＦＴ行列）である。
【数２】
2011139268.tif 000004
【数３】
2011139268.tif 000005
【００２２】
上記式１及び式２で示した行列では、１〜Ｍ番目の入力信号のうち２〜Ｍ番目の入力信号に対する位相回転量をφ１〜φＭ−１としている。なお、上記式１及び式２で示した行列において、１〜Ｍ番目の入力信号がＭ個の受信アンテナのうちのどの受信アンテナに対応するかについての関係付けは、任意に行うことができるのは勿論である。
【００２３】
電力増幅器群４０のＭ個の電力増幅器ＡＭＰ−１，ＡＭＰ−２，…，ＡＭＰ−Ｍはそれぞれ、信号処理部１５の出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２，…，ＯＵＴ−Ｍを増幅する。信号処理部１５の動作により、信号処理部１５の各出力信号は同一の平均電力レベルとなっているため、各電力増幅器はそれぞれ、最も効率の良い共通の動作点に設定することができる。一般に電力増幅器では高出力であるほど効率が良いとされているので、上記動作点の設定により、電力増幅器群４０で生成される送信電力の総和が大きくなる。
【００２４】
各電力増幅器で増幅された信号は、送信アンテナＴＡ−１，ＴＡ−２，…，ＴＡ−Ｍから送信される。この送信信号は、中継局と移動局の間の伝播路で混合され、移動局の複数の受信アンテナで受信される。
【００２５】
（１−３）中継局における制御
次に、本実施形態の中継局の信号処理部１５における位相回転量の制御について説明する。この位相回転量の制御方法としては、（Ａ）フィードフォワード制御、（Ｂ）フィードバック制御、又は（Ｃ）フィードフォワード制御とフィードバック制御の併用、のいずれかを採り得る。（Ａ）〜（Ｃ）の各制御は、信号処理部１５内のシステムの応答性、安定性等に基づいて適宜選択しうる。
【００２６】
（Ａ）フィードフォワード制御
再び図２を参照すると、位相回転量の制御方法としてフィードフォワード制御を採る場合、信号処理部１５は、Ｍ個の入力信号ＩＮ−１，ＩＮ−２，…，ＩＮ−Ｍに基づき、逐次、上記式１の位相回転量φ１〜φＭ−１を算出する。ここでは先ず、式１の位相回転行列の第１列には位相回転量の変数が含まれていないため、１番目の入力信号に基づいて目標平均電力レベルを求める。次に、２〜Ｍ番目の入力信号に対して式１により算出される出力信号の平均電力レベルが目標平均電力レベルと等しくなるようにφ１〜φＭ−１が算出される。これはＭ−１次の連立方程式を解くことと等価である。
【００２７】
（Ｂ）フィードバック制御
位相回転量の制御方法としてフィードバック制御を採る場合の中継局の概略構成を図３に示す。図３に示すように、フィードバック制御では、信号処理部１５の出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２，…，ＯＵＴ−Ｍが位相回転部２０へフィードバックされる。ここでも先ず、式１の位相回転行列の第１列には位相回転量の変数が含まれていないため、１番目の入力信号に基づいて目標平均電力レベルを求める。次に、２〜Ｍ番目の入力信号に対して式１により算出される出力信号の電力レベルと、平均電力レベルとの誤差がゼロとなるように逐次、φ１〜φＭ−１の値が制御される。
【００２８】
（Ｃ）フィードフォワード制御とフィードバック制御の併用
位相回転量の制御方法としてフィードフォワード制御とフィードバック制御の併用を採る場合の中継局の概略構成も図３と同様である。フィードフォワード制御のみでは、受信系の特性のばらつき等に起因して、すべての出力信号の平均電力レベルが一致しないことが有りうる。そこで、フィードフォワード制御とフィードバック制御の併用では、基本的にはフィードフォワード制御によってφ１〜φＭ−１を求めて初期設定しつつ、フィードバック制御が補完的に用いられる。また、フィードフォワード制御とフィードバック制御の併用では、フィードバック制御のみの場合と比べて制御の安定性が高いという利点がある。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の中継局によれば、各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得る。よって、この出力信号を電力増幅する各電力増幅器を、最も効率の良い高出力の動作点に設定することができる。したがって、中継局の送信電力の総和が大きくなり、中継可能な受信局（この実施形態では、移動局）のエリアを拡大することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、中継局による無線中継方法について開示される。
すなわち、この無線中継方法には、
中継局のＭ個（Ｍ＞１）の受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２，…，ＲＡ−Ｍの各々が、基地局からの無線信号を受信すること；
中継局が、入力信号ＩＮ−１，ＩＮ−２，…，ＩＮ−Ｍとして各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２，…，ＯＵＴ−Ｍを得ること；
中継局のＭ個の送信アンテナＴＡ−１，ＴＡ−２，…，ＴＡ−Ｍの各々が、上記Ｍ個の出力信号をそれぞれ受信局へ送信すること；
が含まれる。
【００３１】
（２）第２の実施形態
以下、第２の実施形態に係る中継局について説明する。
第２の実施形態では、Ｍ＝２〜４の場合の信号処理部１５の具体的な構成例について説明する。なお、次世代の移動体通信規格であるＬＴＥ(Long Term Evolution)の下りリンクでは、４×４のＭＩＭＯ（すなわち、Ｍ＝４）までサポートされる予定である。
【００３２】
（２−１）Ｍ＝２の構成例
Ｍ＝２の場合、上記式１は、以下の式４に示すように表される。
【数４】
2011139268.tif 000006
【００３３】
上記式４を実現するために、本実施形態の中継局の信号処理部１５は、図４に示すような構成例を採ることができる。図４に示す信号処理部１５において、位相回転部２０は可変移相器２２を含み、直交変換部３０は加算器１２１及び減算器１２２を含む。
可変移相器２２には、第１の実施形態で述べた制御結果として位相回転量φ１が与えられ、その位相回転量φ１だけ入力信号ＩＮ−２の位相を回転させる。
加算器１２１は、入力信号ＩＮ−１と、位相回転させられた入力信号ＩＮ−２とを加算して、出力信号ＯＵＴ−１を生成する。減算器１２２は、入力信号ＩＮ−１から、位相回転させられた入力信号ＩＮ−２を減算して、出力信号ＯＵＴ−２を生成する。
【００３４】
（２−２）Ｍ＝３の構成例
Ｍ＝３の場合、上記式１は、以下の式５に示すように表される。
【数５】
2011139268.tif 000007
【００３５】
上記式５を実現するために、本実施形態の中継局の信号処理部１５は、図５に示すような構成例を採ることができる。
図５に示す信号処理部１５において、位相回転部２０は、可変移相器３２及び可変移相器３３を含む。直交変換部３０は、移相器１３２２，１３２３，１３３２，１３３３と、演算器１３１，１３２，１３３とを含む。
【００３６】
可変移相器３２には、第１の実施形態で述べた制御結果として位相回転量φ１が与えられ、その位相回転量φ１だけ入力信号ＩＮ−２の位相を回転させる。可変移相器３３には、第１の実施形態で述べた制御結果として位相回転量φ２が与えられ、その位相回転量φ２だけ入力信号ＩＮ−３の位相を回転させる。
移相器１３２２は、可変移相器３２で位相回転させられた入力信号ＩＮ−２をさらに、−１２０度だけ位相回転させる。移相器１３２３は、可変移相器３３で位相回転させられた入力信号ＩＮ−３をさらに、＋１２０度だけ位相回転させる。移相器１３３２は、可変移相器３２で位相回転させられた入力信号ＩＮ−２をさらに、＋１２０度だけ位相回転させる。移相器１３３３は、可変移相器３３で位相回転させられた入力信号ＩＮ−３をさらに、−１２０度だけ位相回転させる。
【００３７】
演算器１３１は加算器であり、入力信号ＩＮ−１と、可変移相器３２の出力信号と、可変移相器３３の出力信号とを加算して、出力信号ＯＵＴ−１を生成する。演算器１３２は加算器であり、入力信号ＩＮ−１と、移相器１３２２の出力信号と、移相器１３２３の出力信号とを加算して、出力信号ＯＵＴ−２を生成する。演算器１３３は加算器であり、入力信号ＩＮ−１と、移相器１３３２の出力信号と、移相器１３３３の出力信号とを加算して、出力信号ＯＵＴ−３を生成する。
【００３８】
（２−３）Ｍ＝４の構成例
Ｍ＝４の場合、上記式１は、以下の式６に示すように表される。
【数６】
2011139268.tif 000008
【００３９】
上記式６を実現するために、本実施形態の中継局の信号処理部１５は、図６に示すような構成例を採ることができる。
図６に示す信号処理部１５において、位相回転部２０は、可変移相器４２、可変移相器４３及び可変移相器４４を含む。直交変換部３０は、移相器１４２２，１４２４，１４４４，１４４２と、演算器１４１，１４２，１４３，１４４とを含む。
【００４０】
可変移相器４２には、第１の実施形態で述べた制御結果として位相回転量φ１が与えられ、その位相回転量φ１だけ入力信号ＩＮ−２の位相を回転させる。可変移相器４３には、第１の実施形態で述べた制御結果として位相回転量φ２が与えられ、その位相回転量φ２だけ入力信号ＩＮ−３の位相を回転させる。可変移相器４４には、第１の実施形態で述べた制御結果として位相回転量φ３が与えられ、その位相回転量φ３だけ入力信号ＩＮ−４の位相を回転させる。
移相器１４２２は、可変移相器４２で位相回転させられた入力信号ＩＮ−２をさらに、−９０度だけ位相回転させる。移相器１４２４は、可変移相器４４で位相回転させられた入力信号ＩＮ−４をさらに、＋９０度だけ位相回転させる。移相器１４４４は、可変移相器４４で位相回転させられた入力信号ＩＮ−４をさらに、−９０度だけ位相回転させる。移相器１４４２は、可変移相器４２で位相回転させられた入力信号ＩＮ−２をさらに、＋９０度だけ位相回転させる。
【００４１】
演算器１４１は加算器であり、入力信号ＩＮ−１と、可変移相器４２の出力信号と、可変移相器４３の出力信号と、可変移相器４４の出力信号とを加算して、出力信号ＯＵＴ−１を生成する。演算器１４２は、入力信号ＩＮ−１、移相器１４４２の出力信号、及び移相器１４２４の出力信号の加算結果から、可変移相器４３の出力信号を減算して、出力信号ＯＵＴ−２を生成する。演算器１４３は、入力信号ＩＮ−１及び可変移相器４３の出力信号の加算結果から、可変移相器４２の出力信号と可変移相器４４の出力信号とを減算して、出力信号ＯＵＴ−３を生成する。演算器１４４は、入力信号ＩＮ−１、移相器１４４４の出力信号、及び移相器１４４２の出力信号の加算結果から、可変移相器４３の出力信号を減算して、出力信号ＯＵＴ−４を生成する。
【００４２】
（３）第３の実施形態
以下、第３の実施形態に係る中継局について説明する。
第３の実施形態では、特にＭ＝２の場合に着目して、中継局のさらに具体的な構成例及びその効果について述べる。
【００４３】
（３−１）中継局における制御
先ず、本実施形態の中継局の位相回転量の制御について説明する。
Ｍ＝２の場合には、第１及び第２の実施形態で述べたように、位相回転量φ１を制御することになる。この位相回転量φ１の制御方法としては、前述したように、（Ａ）フィードフォワード制御、（Ｂ）フィードバック制御、又は（Ｃ）フィードフォワード制御とフィードバック制御の併用、のいずれかを採り得る。（Ａ）〜（Ｃ）の各制御は、システムの応答性、安定性等に基づいて適宜選択しうる。（Ａ）〜（Ｃ）の各制御に対応する構成を、それぞれ図７〜図９に示す。図７〜図９の各図において、位相回転部２０及び直交変換部３０は、図４に示したものと同一の構成であり、図４と同一の符号を付してある。
【００４４】
（Ａ）フィードフォワード制御
フィードフォワード制御は、精度良く位相回転量φ１を算出するために、基地局から送信されるパイロット等の基準信号に基づいて行われることが好ましい。そこで、図７に示す中継局において、演算部７１は、基準信号の受信信号に相当する入力信号ＩＮ−１（第１入力信号），ＩＮ−２（第２入力信号）に基づいて位相回転量φ１を算出する。Ｍ＝２の場合に位相回転量φ１の算出は、比較的少ない計算量で済む。例えば、下記式７に示す入力信号ＩＮ−１，ＩＮ−２を想定すると、位相回転量φ１は下記式８に示したものとなる。
【００４５】
【数７】
2011139268.tif 000009
【数８】
2011139268.tif 000010
【００４６】
制御部７２は、演算部７１で算出された位相回転量φ１に応じた制御信号を生成して、可変移相器２２に与える。例えば可変移相器２２が電圧制御型可変移相器であれば、制御信号は、位相回転量φ１に応じた電圧値の信号となる。
【００４７】
（Ｂ）フィードバック制御
図８に示す中継局では、演算部７１は、出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２をモニタしており、両者の電圧値の誤差を制御部７２に与える。制御部７２は、平均電圧レベルの誤差がゼロとなるように逐次、可変移相器２２に対する制御信号を生成する。例えば可変移相器２２が電圧制御型可変移相器であれば、制御信号は、位相回転量φ１に応じた電圧値の信号となる。
【００４８】
（Ｃ）フィードフォワード制御とフィードバック制御の併用
図９に示す中継局では、演算部７１は、入力信号ＩＮ−１，ＩＮ−２に基づきフィードフォワード制御によって位相回転量φ１を求めるとともに、出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２をモニタしている。そして、位相回転量φ１と、出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２の平均電圧レベルの誤差とが制御部７２に与えられる。制御部７２は、演算部７１で算出された位相回転量φ１に応じた制御信号を生成して、位相回転量の初期値として可変移相器２２に与えるとともに、平均電圧レベルの誤差がゼロとなるように逐次、可変移相器２２に対する制御信号を生成する。すなわち、図９に示す中継局では、基本的にはフィードフォワード制御によって位相回転量φ１を求めて初期設定しつつ、フィードバック制御が補完的に用いられる。
【００４９】
（３−２）中継局の構成例
図１０及び図１１に、本実施形態の中継局の構成例を示す。
図１０は、位相回転量φ１の制御方法としてフィードフォワード制御を採る場合の構成例であり、（ａ）は直交変換をアナログ処理で行う場合、（ｂ）は直交変換をデジタル処理で行う場合、をそれぞれ示す。
図１０（ａ）に示す例では、入力信号ＩＮ−１，ＩＮ−２をＡ／Ｄ(Analog to Digital)変換する。演算部７１では、各入力信号のデジタル値に基づいて位相回転量φ１を算出し、制御部７２は位相回転量φ１に対応する目標制御電圧（デジタル値）を決定する。この目標制御電圧は、Ｄ／Ａ(Digital to Analog)変換されて可変移相器２２に与えられる。アナログ処理部７５は例えばハイブリッド回路で構成され、加算器１２１及び減算器１２２に相当する加減算処理（図７参照）に相当するアナログ演算を行う。
一方、図１０（ｂ）に示す例では、演算部７１が各入力信号のデジタル値に基づいて位相回転量φ１を算出し、制御部７２が位相回転量φ１に対応する目標制御電圧（デジタル値）を決定する点は、図１０（ａ）と同じである。ここでは、可変移相器２２がデジタル回路で構成される。デジタル処理部７６は、加算器１２１及び減算器１２２に相当する加減算処理（図７参照）に相当するデジタル処理を行う。デジタル処理部７６で得られた出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２（デジタル）は、その後Ｄ／Ａ変換されて各電力増幅器へ向けられる。
【００５０】
図１１は、位相回転量φ１の制御方法としてフィードバック制御を採る場合の構成例であり、（ａ）は直交変換をアナログ処理で行う場合、（ｂ）は直交変換をデジタル処理で行う場合、をそれぞれ示す。
図１１（ａ）では、アナログ処理部７５は例えばハイブリッド回路で構成され、加算器１２１及び減算器１２２に相当する加減算処理（図７参照）に相当するアナログ演算を行う。アナログ処理部７５の出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２（アナログ）は、Ａ／Ｄ変換された後にフィードバックされる。なお、図１１（ａ）では、可変移相器２２はアナログ回路で構成される。
図１１（ｂ）では、デジタル処理部７６は、加算器１２１及び減算器１２２に相当する加減算処理（図７参照）に相当するデジタル処理を行う。デジタル処理部７６の出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２（デジタル）は、そのままフィードバックされる。デジタル処理部７６で得られた出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２（デジタル）は、その後Ｄ／Ａ変換されて各電力増幅器へ向けられる。なお、図１１（ｂ）では、可変移相器２２はデジタル回路で構成される。
【００５１】
（３−３）本実施形態の中継局の効果の一例
次に、図１２を参照して、本実施形態の中継局の効果の一例について説明する。なお、ここで示す効果は単なる一例に過ぎず、実際の効果の程度は、適用される無線周波数帯を含む通信仕様、中継局内の受信系、送信系の構成、電力増幅器の特性等によって変動しうることを明記しておく。
【００５２】
図１２は、典型的な電力増幅器の特性例を表す図であり、入力電圧と出力電圧の関係と、入力電力と電力付加効率（ＰＡＥ：Power Added Efficiency）の関係を示す。なお、電力付加効率は、電力増幅器に供給されたＤＣ電力が、ＲＦ出力電力に変換される効率を表す指数であり、（ＲＦ出力電力−ＲＦ入力電力）／（供給されたＤＣ電力）で表される。
図１２では、電力増幅器ＡＭＰ−１，ＡＭＰ−２に供給される出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２の等電力化（等しい平均電力レベルとすること）を行わない場合と、等電力化を行う場合とをそれぞれ示してある。
【００５３】
ここで、出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２の等電力化を行わない場合の入力電力の差を１０dB程度に見積もっている。これは、受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２のばらつき、各アンテナ間の距離によるシャドウイングの影響、フェージングの影響等を考慮すると、受信アンテナＲＡ−１，ＲＡ−２における受信電力の差が１０dB程度考えられることに起因する。この１０dBの差がそのまま、電力増幅器ＡＭＰ−１，ＡＭＰ−２の入力電力差になる。
【００５４】
先ず、出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２の等電力化を行わない場合には、電力増幅器ＡＭＰ−１の出力電力が２５ｄＢｍ、ＰＡＥが３５％となり、かつ電力増幅器ＡＭＰ−２の出力電力が１４ｄＢｍ、ＰＡＥが８％となった。
一方、出力信号ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２の等電力化を行う場合には、電力増幅器ＡＭＰ−１，ＡＭＰ−２は共に、出力電力が２２ｄＢｍ、ＰＡＥが２４％となった。
【００５５】
すなわち、等電力化を行う場合には、等電力化を行わない場合と比較して、電力増幅器１個当たりのＰＡＥが２．５％増加するとともに、２個の電力増幅器の出力電力の和が５dB増加した。よって、等電力化を行うことにより、中継局の各電力増幅器の効率を高められるとともに中継局の総送信電力を大きくすることができる。これにより、中継可能な受信局のエリアを拡大することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の無線中継装置、無線中継方法は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのは勿論である。
【００５７】
以上の各実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００５８】
（付記１）
送信局と受信局の間の無線通信を中継する無線中継装置であって、
送信局からの無線信号を受信するＭ個（Ｍ＞１）の受信アンテナと、
入力信号として各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得る信号処理部と、
信号処理部で得られたＭ個の出力信号をそれぞれ受信局へ送信するＭ個の送信アンテナと、
を備えた、無線中継装置。（１）
【００５９】
（付記２）
前記信号処理部は、１〜Ｍ番目の入力信号のうち２〜Ｍ番目の入力信号に対する位相回転量をφ１〜φＭ−１としたときに、Ｍ個の入力信号に対して以下の式９で表される行列演算に相当する処理を行ってＭ個の出力信号を得る、
付記１に記載された無線中継装置。（２）
【数９】
2011139268.tif 000011
【００６０】
（付記３）
前記信号処理部は、前記入力信号に基づくフィードフォワード制御により前記位相回転量を決定する、
付記２に記載された無線中継装置。（３）
【００６１】
（付記４）
前記信号処理部は、前記出力信号からのフィードバック制御によって前記位相回転量を決定する、
付記２に記載された無線中継装置。（４）
【００６２】
（付記５）
前記信号処理部は、前記入力信号に基づくフィードフォワード制御と、前記出力信号からのフィードバック制御とによって前記位相回転量を決定する、
付記２に記載された無線中継装置。（５）
【００６３】
（付記６）
前記信号処理部は、前記Ｍが２である場合に第１入力信号と第２入力信号を入力するとともに、
前記第２入力信号を所望量移相させ、所望の移相信号を生成する可変移相器と、
前記第１入力信号と前記移相信号とを加算して第１出力信号を生成する加算器と、
前記第１入力信号から前記移相信号を減算して第２出力信号を生成する減算器と、
を含む、
付記２〜５のいずれかに記載された無線中継装置。（６）
【００６４】
（付記７）
送信局と受信局の間に設けられる無線中継装置における無線中継方法であって、
前記無線中継装置のＭ個（Ｍ＞１）の受信アンテナの各々が、送信局からの無線信号を受信し、
前記無線中継装置が、入力信号として各受信アンテナで受信したＭ個の受信信号を直交変換させ、かつ位相回転させることで、平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得て、
前記無線中継装置のＭ個の送信アンテナの各々が、前記Ｍ個の出力信号をそれぞれ受信局へ送信する、
無線中継方法。（７）
【００６５】
（付記８）
平均電力レベルが等しいＭ個の出力信号を得ることは、
１〜Ｍ番目の入力信号のうち２〜Ｍ番目の入力信号に対する位相回転量をφ１〜φＭ−１としたときに、Ｍ個の入力信号に対して以下の式１０で表される行列演算に相当する処理を行うこと、を含む、
付記７に記載された無線中継方法。
【数１０】
2011139268.tif 000012
【００６６】
（付記９）
前記入力信号に基づくフィードフォワード制御により前記位相回転量を決定すること、をさらに含む、
付記８に記載された無線中継方法。
【００６７】
（付記１０）
前記出力信号からのフィードバック制御によって前記位相回転量を決定すること、をさらに含む、
付記８に記載された無線中継方法。
【００６８】
（付記１１）
前記入力信号に基づくフィードフォワード制御と、前記出力信号からのフィードバック制御とによって前記位相回転量を決定すること、をさらに含む、
付記８に記載された無線中継方法。
【符号の説明】
【００６９】
１０  受信アンテナ群（ＲＡ−１，ＲＡ−２，…，ＲＡ−Ｍ）
１５  信号処理部
２０  位相回転部
３０  直交変換部
４０  電力増幅器群（ＡＭＰ−１，ＡＭＰ−２，…，ＡＭＰ−Ｍ）
５０  送信アンテナ群（ＴＡ−１，ＴＡ−２，…，ＴＡ−Ｍ）
【図１】
2011139268.tif 000014
【図２】
2011139268.tif 000015
【図３】
2011139268.tif 000016
【図４】
2011139268.tif 000017
【図５】
2011139268.tif 000018
【図６】
2011139268.tif 000019
【図７】
2011139268.tif 000020
【図８】
2011139268.tif 000021
【図９】
2011139268.tif 000022
【図１０】
2011139268.tif 000023
【図１１】
2011139268.tif 000024
【図１２】
2011139268.tif 000025