(57)【要約】【課題】ＭＩＭＯ伝送方式による中継処理を行う中継装置において、受信アンテナの配置に関する指標を簡易な構成で算出すること。【解決手段】アンテナ２−１及びアンテナ１−１を用いてＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継を行う中継装置１００であって、位相シフト部１０５は、アンテナ２−１で受信された第１の信号に対して、位相を反転させる位相シフトを施し、加算器１０７は、位相シフト後の第１の信号と、アンテナ１−１で受信された第２の信号とを加算し、指標算出部１０８は、加算器１０７における加算結果に基づいて、アンテナ２−１及びアンテナ１−１の配置に関する指標を算出する。【選択図】図１
2011146912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ及び第２のアンテナを用いてＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継を行う中継装置であって、
前記第１のアンテナで受信された第１の信号に対して、位相を反転させる位相シフトを施す位相シフト手段と、
位相シフト後の前記第１の信号と、前記第２のアンテナで受信された第２の信号とを加算する加算手段と、
前記加算手段における加算結果に基づいて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの配置に関する指標を算出する算出手段と、
を具備する中継装置。
【請求項２】
前記指標の値が大きいほど、前記指標に対応する前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの配置における伝送能力がより高いことを示す場合、
前記算出手段は、前記加算結果の値がより大きいほど、前記指標の値をより大きくする、
請求項１記載の中継装置。
【請求項３】
前記第１のアンテナから前記加算手段までの間の前記第１の信号に対する処理時間と、前記第２のアンテナから前記加算手段までの間の前記第２の信号に対する処理時間との差である遅延時間だけ、前記第２の信号の出力を遅延させる遅延手段、をさらに具備し、
前記加算手段は、位相シフト後の前記第１の信号と、前記遅延時間だけ遅延させた前記第２の信号とを加算する、
請求項１記載の中継装置。
【請求項４】
第１のアンテナで受信された第１の信号に対して、位相を反転させる位相シフトを施す位相シフト手段と、
位相シフト後の前記第１の信号と、第２のアンテナで受信された第２の信号とを加算する加算手段と、
前記加算手段における加算結果に基づいて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの配置に関する指標を算出する算出手段と、
を具備する指標算出装置。
【請求項５】
前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、ＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継を行う中継装置が用いるアンテナであり、
前記指標算出装置は、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナと接続された状態で使用され、
前記位相シフト手段と前記加算手段と前記算出手段とは、前記中継装置から着脱可能である、
請求項４記載の指標算出装置。
【請求項６】
第１のアンテナ及び第２のアンテナを用いてＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継を行う中継装置において、
前記第１のアンテナで受信された第１の信号に対して、位相を反転させる位相シフトを施す位相シフトステップと、
位相が反転された前記第１の信号と、前記第２のアンテナで受信された第２の信号とを加算する加算ステップと、
前記加算ステップにおける加算結果に基づいて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの配置に関する指標を算出する算出ステップと、
を具備する指標算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継装置、指標算出装置および指標算出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話ネットワークに代表される移動通信システムは、近年市場に浸透し、高い人口カバー率を有するシステムである。しかしながら、電波伝搬の性質上、ビルの陰、屋内又は地下街等の電波遮蔽の強い場所では電波の届かない地域（電波空白地域又は不感地帯と称されることがある）が依然として存在している。電波遮蔽の特性は、周波数が上がるに連れて顕著になるため、移動通信システムにおいて電波空白地域の存在は今後も大きな課題となる。
【０００３】
そこで、電波空白地域を補完する簡易な装置として、基地局と移動局との間で電波を中継する中継装置（リピータ又はブースタと称されることもある）がある。中継装置は、一般に、基地局がカバーするセル内の弱電界地域であるビルの中又は地下街等の、基地局からの電波が届きにくい場所と、基地局からの電波を送受信可能な場所との境界に設置される。そして、中継装置は、基地局と移動局との間で送受信されるべき信号を受信し、増幅し、送信することで（つまり、信号に対して中継処理を施すことで）、基地局がカバーするセル内に存在する電波空白地域を補完する。
【０００４】
また、移動通信システムにおいて、更なる伝送速度の高速化に向け研究が続けられている。伝送速度の高速化を実現する伝送方式の一つとして、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送方式がある。ＭＩＭＯ伝送方式は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いて、同一周波数上で複数のストリームを同時に伝送する通信方式である。また、ＭＩＭＯ伝送方式では、受信側は、送信側から同一周波数領域で送信された複数のストリームを分離する処理を行う。具体的には、ＭＩＭＯ伝送方式において、受信側では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル推定値を示すチャネル行列（ＭＩＭＯチャネル行列）の逆行列を受信信号に乗算することで、空間多重された信号を分離することができる。
【０００５】
また、ＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継装置（ＭＩＭＯリピータと称されることがある）が検討されている。ただし、ＭＩＭＯリピータが有する複数の受信アンテナ間の距離、指向性又は偏波面等に応じてＭＩＭＯ伝送性能は大きく変化する。これは、受信アンテナ間の相関と関係し、受信アンテナ間の相関が高い状態ではＭＩＭＯ伝送性能が劣化してしまう。なお、受信アンテナ間の相関が高い状態としては、例えば、受信アンテナ間隔が近接している場合、又は、受信アンテナが設置されている面に対して平面波の信号が正面から到来してくる場合等が挙げられる。
【０００６】
より具体的に、例えば、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する送信機の２本の送信アンテナ１，２と、ＭＩＭＯリピータの２本の受信アンテナ１，２との間のチャネル行列Ｈが式（１）で表される場合について説明する。なお、式（１）に示すｈ１１は送信アンテナ１で送信される信号が受信アンテナ１で受信される場合のチャネル推定値であり、ｈ１２は送信アンテナ２で送信される信号が受信アンテナ１で受信される場合のチャネル推定値であり、ｈ２１は送信アンテナ１で送信される信号が受信アンテナ２で受信される場合のチャネル推定値であり、ｈ２２は送信アンテナ２で送信される信号が受信アンテナ２で受信される場合のチャネル推定値である。
【数１】
2011146912.tif 000003
【０００７】
このとき、ＭＩＭＯリピータの受信アンテナ１，２間でチャネル推定値が一致する場合、次式（２）に示すようにチャネル行列Ｈの行列式ｄｅｔ（Ｈ）は０になる。
【数２】
2011146912.tif 000004
【０００８】
上式（２）に示す行列式ｄｅｔ（Ｈ）が０になる場合には、次式（３）に示すように、逆行列Ｈ−１を求める演算式の分母が０となるため、チャネル行列Ｈの逆行列Ｈ−１は存在しなくなる発散現象が生じてしまう。このような場合に受信側では空間多重された信号の分離が困難となり、ＭＩＭＯ伝送性能が劣化してしまう。また、チャネル間の相関が高い場合にはチャネル行列Ｈの行列式ｄｅｔ（Ｈ）が非常に小さくなる（つまり、ｄｅｔ（Ｈ）≒０となる）ため、行列式ｄｅｔ（Ｈ）が０の場合と同様、ＭＩＭＯ伝送性能が劣化してしまう。
【数３】
2011146912.tif 000005
【０００９】
そのため、ＭＩＭＯリピータを設置する際には、受信アンテナの配置（例えば、受信アンテナ間隔又は指向性方向等）に応じた受信アンテナのＭＩＭＯ伝送性能を示す指標（以下、アンテナ配置指標という）を算出し、アンテナ配置指標に基づいて良好なＭＩＭＯ伝送性能を得ることができる受信アンテナ配置を決定することが好ましい。
【００１０】
例えば、アンテナ配置指標を算出する従来方法として、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル行列を用いて固有値演算する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、ＭＩＭＯリピータは、チャネル行列の相関行列から得られる固有値の大きさをアンテナ配置指標として表示する。ここで、固有値が大きいほどＭＩＭＯ伝送性能がより良い状態であることを示す。そして、ＭＩＭＯリピータでは、アンテナ配置指標に基づいて最適なアンテナ配置を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−２１１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来技術では、チャネル行列の固有値演算はベースバンドで行う必要がある。このため、ＭＩＭＯリピータは、信号を復調するためのＲＦダウンコンバータ、ＡＤコンバータ等の回路を備えなければならない。つまり、上記従来技術では、ＭＩＭＯリピータにおいてアンテナ配置指標を算出するための回路のコストが増大してしまう課題が発生する。そのため、ＭＩＭＯリピータにおいて、より簡易な構成でアンテナ配置指標を算出できる方法が望まれている。
【００１３】
本発明の目的は、ＭＩＭＯ伝送方式による中継処理を行う中継装置において、受信アンテナの配置に関する指標を簡易な構成で算出することができる中継装置、指標算出装置および指標算出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の中継装置は、第１のアンテナ及び第２のアンテナを用いてＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継を行う中継装置であって、前記第１のアンテナで受信された第１の信号に対して、位相を反転させる位相シフトを施す位相シフト手段と、位相シフト後の前記第１の信号と、前記第２のアンテナで受信された第２の信号とを加算する加算手段と、前記加算手段における加算結果に基づいて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの配置に関する指標を算出する算出手段と、を具備する構成を採る。
【００１５】
本発明の指標算出装置は、第１のアンテナで受信された第１の信号に対して、位相を反転させる位相シフトを施す位相シフト手段と、位相シフト後の前記第１の信号と、第２のアンテナで受信された第２の信号とを加算する加算手段と、前記加算手段における加算結果に基づいて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの配置に関する指標を算出する算出手段と、を具備する構成を採る。
【００１６】
本発明の指標算出方法は、第１のアンテナ及び第２のアンテナを用いてＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継を行う中継装置において、前記第１のアンテナで受信された第１の信号に対して、位相を反転させる位相シフトを施す位相シフトステップと、位相が反転された前記第１の信号と、前記第２のアンテナで受信された第２の信号とを加算する加算ステップと、前記加算ステップにおける加算結果に基づいて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの配置に関する指標を算出する算出ステップと、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の中継装置、指標算出装置又は指標算出方法によれば、ＭＩＭＯ伝送方式による中継処理を行う中継装置において、受信アンテナの配置に関する指標を簡易な構成で算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る中継装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態に係るアンテナ配置指標算出処理を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る中継装置１００の構成を図１に示す。図１に示す中継装置１００は、２本の受信アンテナ（アンテナ１−１，２−１）及び２本の送信アンテナ（アンテナ１−２，２−２）を用いて、ＭＩＭＯ伝送方式に対応した中継を行うＭＩＭＯリピータである。具体的には、中継装置１００は、送信機（下り回線の場合は基地局、上り回線の場合は移動局）からＭＩＭＯ伝送方式により送信された信号（ストリーム）をアンテナ１−１及びアンテナ２−１でそれぞれ受信する。そして、中継装置１００は、受信した信号に対して電力増幅処理を行った後、受信機（下り回線の場合は移動局、上り回線の場合は基地局）に対してアンテナ１−２及びアンテナ２−２で信号（ストリーム）をそれぞれ送信する。
【００２１】
図１に示す中継装置１００において、電力増幅器１０１は、アンテナ１−１で受信される信号の電力を増幅する。電力増幅後の信号はアンテナ１−２を介して受信機へ送信される。
【００２２】
電力増幅器１０２は、アンテナ２−１で受信される信号の電力を増幅する。電力増幅後の信号はアンテナ２−２を介して受信機へ送信される。
【００２３】
カプラ１０３は、電力増幅器１０１の出力側に接続され、電力増幅器１０１の出力信号（つまり、アンテナ１−１で受信された信号）を取り出す。そして、カプラ１０３は、取り出した信号を遅延部１０６に出力する。
【００２４】
カプラ１０４は、電力増幅器１０２の出力側に接続され、電力増幅器１０２の出力信号（つまり、アンテナ２−１で受信された信号）を取り出す。そして、カプラ１０４は、取り出した信号を位相シフト部１０５に出力する。
【００２５】
位相シフト部１０５は、カプラ１０４から入力される信号（つまり、アンテナ２−１で受信された信号）に対して、位相を反転させる位相シフトを施す。換言すると、位相シフト部１０５は、アンテナ１−１で受信された信号とアンテナ２−１で受信された信号とを加算器１０７で加算（合成）する際に互いに打ち消し合うように、アンテナ２−１で受信された信号に対して位相シフトを施す。そして、位相シフト部１０５は、位相シフト後の信号を加算器１０７に出力する。
【００２６】
遅延部１０６は、カプラ１０３から入力される信号（つまり、アンテナ１−１で受信された信号）を、予め設定した時間後に加算器１０７に出力する。つまり、遅延部１０６は、信号を予め設定した時間だけ遅延させる。ここで、信号が遅延される時間は、アンテナ２−１に対応する構成部（位相シフト部１０５を含む）において生じる遅延を考慮した時間である。すなわち、遅延部１０６は、アンテナ２−１から加算器１０７までの間の、アンテナ２−１で受信された信号に対する処理時間と、アンテナ１−１から加算器１０７までの間の、アンテナ１−１で受信された信号に対する処理時間との差である遅延時間だけ、アンテナ１−１で受信された信号の出力を遅延させる。
【００２７】
加算器１０７は、遅延部１０６から入力される信号（つまり、上記遅延時間だけ遅延された、アンテナ１−１で受信された信号）と、位相シフト部１０５から入力される信号（つまり、位相シフトされた、アンテナ２−１で受信された信号）とを加算する。そして、加算器１０７は、加算結果を指標算出部１０８に出力する。
【００２８】
指標算出部１０８は、加算器１０７から入力される加算結果に基づいて、アンテナ１−１及びアンテナ２−１の配置に関する指標であるアンテナ配置指標を算出する。例えば、アンテナ配置指標の値が大きいほど、そのアンテナ配置指標に対応するアンテナ１−１及びアンテナ２−１の配置におけるＭＩＭＯ伝送性能が良いことを示す。そして、指標算出部１０８は、算出したアンテナ配置指標を表示部１０９に出力する。
【００２９】
表示部１０９は、指標算出部１０８から入力されるアンテナ配置指標を表示する。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る中継装置１００（図１）におけるアンテナ配置指標算出処理の詳細について説明する。
【００３１】
なお、以下の説明では、例えば、図２上段に示すように、遅延部１０６は、アンテナ１−１で受信された信号に対する、アンテナ２−１で受信された信号の遅延時間（各受信アンテナから加算器１０７までの間の各信号に対する処理時間の差）を予め把握する。そして、遅延部１０６は、図２下段に示すように、アンテナ１−１で受信された信号を遅延時間だけ遅延させることで遅延調整を行う。これにより、中継装置１００は、中継装置１００内部の各信号に対する処理時間の違いにより生じる時間のずれを取り除いてアンテナ配置指標を算出することができる。
【００３２】
ここで、例えば、アンテナ１−１で受信される信号及びアンテナ２−１で受信される信号の振幅波形が同一であるとする。この場合、位相シフト部１０５がアンテナ２−１で受信される信号を位相シフト（１８０°位相回転）させると、図２に示すようにアンテナ２−１で受信される信号（点線）の位相が反転する。そのため、図２下段に示すように、アンテナ１−１で受信された信号（実線）及びアンテナ２−１で受信された信号（点線）は、振幅が同一となり、かつ、逆位相の関係となる。
【００３３】
このため、加算器１０７が図２下段に示す２つの信号を加算すると、２つの信号は互いに打ち消し合う。このように、位相シフト部１０５は、各受信アンテナでそれぞれ受信される複数の信号が互いに打ち消し合うように、信号の位相をシフトさせている。これにより、アンテナ１−１で受信される信号及びアンテナ２−１で受信される信号の振幅波形が同一の場合には、加算器１０７での加算結果は０となる。
【００３４】
一方、アンテナ１−１で受信される信号及びアンテナ２−１で受信される信号の振幅波形が異なる場合（図示せず）、アンテナ１−１で受信される信号と、位相シフト後のアンテナ２−１で受信される信号とを加算すると、振幅波形の異なり具合が大きいほど、加算器１０７での加算結果はより大きな値となる。
【００３５】
すなわち、加算器１０７での加算結果が０に近くなるほど、アンテナ１−１で受信される信号及びアンテナ２−１で受信される信号の振幅波形がより似たものとなる。つまり、アンテナ１−１とアンテナ２−１との間の振幅相関がより高くなる。換言すると、加算器１０７での加算結果がより大きいほど、アンテナ１−１で受信される信号及びアンテナ２−１で受信される信号の振幅の波形がより異なったものとなる。つまり、アンテナ１−１とアンテナ２−１との間の振幅相関がより低くなる。
【００３６】
ここで、受信アンテナ間の振幅相関と、チャネル行列の相関行列との間には強い相関関係があることが知られている。つまり、受信アンテナ間の振幅相関がより低いほど（加算結果の値がより大きいほど）、チャネル行列の相関行列より得られる固有値の値はより大きくなる（つまり、ＭＩＭＯ伝送性能がより良くなる）。
【００３７】
よって、指標算出部１０８は、加算器１０７から入力される加算結果の値が大きいほど、つまり、アンテナ１−１とアンテナ２−１との間の振幅相関がより低いほど、アンテナ配置指標をより大きくする。
【００３８】
そして、中継装置１００では、表示部１０９に表示されるアンテナ配置指標に基づいてアンテナ１−１及びアンテナ２−１の配置を変更することにより、最適な受信アンテナの配置（つまり、アンテナ配置指標が最大となるアンテナ配置）を決定する。
【００３９】
このように、中継装置１００は、各受信アンテナで受信される信号のうち、一方の信号の位相をシフト（反転）させて信号同士を加算するだけで、アンテナ配置指標を算出することができる。すなわち、中継装置１００は、簡易な構成でアンテナ配置指標を算出して、そのアンテナ配置指標に対応するアンテナ配置におけるＭＩＭＯ伝送性能を評価することができる。つまり、中継装置１００は、各受信アンテナで受信される信号を復調することなく、ＭＩＭＯ伝送性能を評価することができる。これにより、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ伝送性能を評価するために必要な回路を少なく抑えることが可能となる。
【００４０】
ところで、このような方法によるアンテナ指標（アンテナ配置指標）の場合、双方の信号の受信レベルが小さい場合、又は、一方の受信電力が他方の受信電力より極端に少ない場合にも少ない相関表示をしてしまう。そのため、中継装置１００は、各受信電力値の指標と上記アンテナ指標とを合わせて用いると、より正確な指標を得ることができる。
【００４１】
このようにして、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ伝送方式による中継処理を行う中継装置において、受信アンテナの配置に関する指標（アンテナ配置指標）を簡易な構成で算出することができる。また、本実施の形態に係る中継装置では、簡易な構成でアンテナ配置指標を算出することができるため、中継装置の低コスト化を実現できる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【００４３】
なお、本実施の形態では、中継装置がアンテナ配置指標を算出するとしたが、これに限られるものではない。本発明は、信号を中継する機能を持たない指標算出装置としても実施可能である。一般に、中継装置のアンテナ配置の調整は頻繁に行われるものではないため、中継装置自身にアンテナ配置指標を計測する機能を持たせるよりも中継装置と共に用いられる指標算出装置として本発明を実施する方が、中継装置自体の小型化を測ることが出来る。なお、指標算出装置が中継装置から完全に独立したものであると、指標算出装置のアンテナ配置の調整と中継装置のアンテナ配置の調整との両方が必要となり、施工の手間が増加すると共に、調整の精度も下がる。そのため、上記の実施の形態のうち、アンテナ以外の構成を指標算出装置として中継装置から取り外し可能なものとし、アンテナ配置指標を計測する際には中継装置のアンテナからの信号をモニタするようにすることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ＭＩＭＯ伝送方式による中継処理を行う中継装置等に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００  中継装置
１０１，１０２  電力増幅器
１０３，１０４  カプラ
１０５  位相シフト部
１０６  遅延部
１０７  加算器
１０８  指標算出部
１０９  表示部
【図１】
2011146912.tif 000006
【図２】
2011146912.tif 000007