(57)【要約】【課題】周波数利用効率を維持したまま回路規模を小さくした無線中継装置を提供する。【解決手段】無線中継装置１００は、送信データを送信するための主信号と、中継に用いられる無線機の状態情報などを送信する補助信号と、を送信信号として出力する送信部７４と、他局からの送信信号を取得して主信号と補助信号に分離する受信部７６と、を含んでいる。送信部７４は、ＩＱ分離器１１と、ＩＱ分配器１２と、複素乗算器１３と、複素ベクトル発生器１４と、同相加算器１５と、ローパスフィルタ１６と、Ｄ／Ａコンバータ１７と、直交変調器１９と、合成器２０と、増幅器２１と、を有している。受信部７６は、増幅器３１と、分配器３２と、直交復調器３３と、コンデンサ３４と、ローパスフィルタ３５と、Ａ／Ｄコンバータ３６と、ＩＱ合成器３７と、を有している。【選択図】図１
2007282156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データを送信するための主信号と、中継に用いられる無線機の状態情報を送信する補助信号と、を送信信号として出力する送信部と、他局からの送信信号を取得して主信号と補助信号に分離する受信部と、を含み、受信部で受信される信号を増幅して送信部から再送信する無線中継装置において、
送信部は、
補助信号をＩＱ分離して主信号のキャリア周波数に所定周波数幅の整数倍で複素乗算することによりマルチキャリア周波数で疑似拡散するマルチキャリア拡散器と、
疑似拡散された複数のＩＱ信号を同相加算する同相加算器と、
同相加算されたＩＱ信号をアナログデータに変換するＤ／Ａコンバータと、
得られたＩＱ信号を直交変調して疑似拡散された補助信号に変換する直交変調器と、
主信号と疑似拡散された補助信号とを合成して出力する増幅器と、を有し、
受信部は、
疑似拡散された補助信号を含む送信信号を取得し、送信信号をＩＱ信号に直交復調する直交復調器と、
主信号のキャリア周波数にてアンダーサンプリングを行うＡ／Ｄコンバータと、
を有することを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線中継装置において、
マルチキャリア拡散器は、主信号の周波数範囲内にて、かつ、主信号のキャリア周波数に所定周波数幅の整数倍で複素乗算することにより疑似拡散することを特徴とする無線中継装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線中継装置において、
受信部は、送信信号に含まれる補助信号を除去する補助信号除去器を有することを特徴とする無線中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信データを送信するための主信号と、中継に用いられる無線機の状態情報を送信する補助信号と、を送信信号として出力する送信部と、他局からの送信信号を取得して主信号と補助信号に分離する受信部と、を含み、受信部で受信される信号を増幅して送信部から再送信する無線中継装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上波デジタル放送や移動体通信において、無線中継装置は放送信号や移動体通信信号を受信し、電力を増幅した後に再送信することで通信エリア拡大と周波数の有効利用を可能としている。この無線中継装置は、送信データを送信するための主信号と、中継に用いられる無線機の状態情報などを送信する補助信号とを送信信号として出力する送信部と、他局からの送信信号を取得して主信号と補助信号に分離する受信部と、を含んでいる。
【０００３】
周波数利用効率の観点から補助信号は主信号と同一周波数帯域で中継することが多く、補助信号は送信機から送信される主信号に注入して出力される。このため補助信号は主信号にとって干渉となることから主信号対補助信号電力比はできるだけ低く設定する必要があり、一般に狭帯域のサブキャリア信号が用いられている。
【０００４】
しかし、狭帯域のサブキャリア信号は、無線区間の周波数選択性フェージングで局所的に抑圧されて通信不能となることがある。このため、微弱な補助信号の周波数帯域幅はできるだけ広いことが望ましい。
【０００５】
このような要求を満たすために、カメラやマイクロホンにより撮影収録した映像や音声などの情報をデジタル方式で無線中継伝送するシステムが特許文献１で開示されている。このシステムでは、電波産業会（ＡＲＩＢ：Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒａｄｉｏ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ａｎｄ  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ）においてＡＲＩＢ−Ｂ１１，Ｂ１２による規格に基づいて、補助信号（例えば、各種装置の制御・監視信号やＧＰＳデータ）を映像や音声などの主信号と同時に多重送信することが可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６７６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術では補助信号の領域分ビットレートが増えるようにしているため、主信号と補助信号が規格で決められているチャンネル帯域幅に収まるようにシンボルレートを予め高く設定している。特に補助信号を送信しない場合には、スタッフィング（詰め物）と呼ばれるデータをつめて決められたビットレートにして伝送を行うため無駄なデータの伝送が発生し周波数有効利用のために回路が複雑になっていた。
【０００８】
また、特許文献１では、伝送すべきデータをＭＰＥＧ２−ＴＳ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ２−Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｔｒｅａｍ）パケットによるフレーム構造とし、デジタルＱＡＭ変調方式で送信側中継装置から受信側中継装置への無線伝送を行っている。このため、高い通信品質が求められ受信側では回路規模が大きくなり、装置を小型化、低コスト化しにくいという欠点があった。
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、主信号への影響が少なく周波数利用効率を高め、回路規模を小さくして装置を小型化、低コスト化した無線中継装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る無線中継装置は、送信データを送信するための主信号と、中継に用いられる無線機の状態情報を送信する補助信号と、を送信信号として出力する送信部と、他局からの送信信号を取得して主信号と補助信号に分離する受信部と、を含み、受信部で受信される信号を増幅して送信部から再送信する無線中継装置において、送信部は、補助信号をＩＱ分離して主信号のキャリア周波数に所定周波数幅の整数倍で複素乗算することによりマルチキャリア周波数で疑似拡散するマルチキャリア拡散器と、疑似拡散された複数のＩＱ信号を同相加算する同相加算器と、同相加算されたＩＱ信号をアナログデータに変換するＤ／Ａコンバータと、得られたＩＱ信号を直交変調して疑似拡散された補助信号に変換する直交変調器と、主信号と疑似拡散された補助信号とを合成して出力する増幅器と、を有し、受信部は、疑似拡散された補助信号を含む送信信号を取得し、送信信号をＩＱ信号に直交復調する直交復調器と、主信号のキャリア周波数にてアンダーサンプリングを行うＡ／Ｄコンバータと、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る無線中継装置において、マルチキャリア拡散器は、主信号の周波数範囲内にて、かつ、主信号のキャリア周波数に所定周波数幅の整数倍で複素乗算することにより疑似拡散することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る無線中継装置において、受信部は、送信信号に含まれる補助信号を除去する補助信号除去器を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いると、簡単な回路構成により疑似拡散された補助信号を抽出することができ、回路規模を小さくした無線中継装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１５】
図５には、本発明を理解する上で参考となる構成（以下、参考構成という。）として、補助信号に対して符号拡散処理を行う無線中継装置２００の全体構成が示されている。この無線中継装置２００は、送信データを送信するための主信号と、中継に用いられる無線機の状態情報などを送信する補助信号と、を送信信号として出力する送信部７０と、他局からの送信信号を取得して主信号と補助信号に分離する受信部７２と、を含んでいる。また、無線中継装置２００には、制御部３０を含み、制御部３０は無線機の制御や状態を監視し、それらの情報を補助信号として出力する。
【００１６】
送信部７０は、拡散処理器５１と、二つのローパスフィルタ１６と、二つのＤ／Ａコンバータ１７と、直交変調器１９と、合成器２０と、増幅器２１と、を有している。送信部７０に入力された補助信号は、拡散処理器５１にて拡散符号で拡散され、二つのローパスフィルタ１６にＩＱ信号として入力する。ＩＱ信号は二つのローパスフィルタ１６でフィルタ処理された後に二つのＤ／Ａコンバータ１７でアナログ信号に変換され、直交変調器１９にて直交変調された後に合成器２０にて主信号と合成され、増幅器２１で増幅後に出力される。このようにして、送信部７０は、制御部３０からの情報を補助信号として拡散符号により拡散して送信信号として出力する。
【００１７】
受信部７２は、増幅器３１と、分配器３２と、主信号を出力する主信号系と、補助信号を出力する補助信号系と、を含んでいる。補助信号系は、直交復調器３３と、二つのローパスフィルタ３５と、二つのＡ／Ｄコンバータ３６と、二つの遅延器５２と、同期処理器５３と、拡散符号発生器５４と、逆拡散処理器５５と、を有している。また、主信号系は、補助信号系で得られた補助信号により主信号から補助信号を取り除く補助信号除去器３８と、を有している。なお、遅延器５２〜逆拡散処理器５５を同期捕捉回路という。
【００１８】
受信部７２は他局からの送信信号を取得すると、増幅器３１で送信信号を増幅し、分配器３２にて主信号系と補助信号系に分岐する。
【００１９】
補助信号系において、受信部７２は直交復調器３３でＩＱ信号に分離後、二つのローパスフィルタ３５でフィルタ処理を行い、二つのＡ／Ｄコンバータ３６にてデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、二つの遅延器５２と同期処理器５３に入力され、それぞれの出力と拡散符号発生器５４との出力は逆拡散処理器５５に入力される。信号を取得した逆拡散処理器５５は、拡散された補助信号を逆拡散して補助信号を出力する。
【００２０】
上述したように受信部７２では、送信部７０で拡散された信号を逆拡散するために送信部７０で用いた拡散符号と同一の拡散符号を相関ピークが得られるタイミングに合わせて乗じる必要がある。適切なタイミングを検出するためには、少し早いタイミングと少し遅いタイミングの二つのタイミングで逆拡散が必要であり、処理量が多い。このような処理を遅延なく処理するために受信部の処理回路は複雑となり、回路規模が大きいという欠点がある。このため、参考構成で示したような拡散・逆拡散回路では回路規模を小さくすることができず、装置の小型化や低コスト化が難しい。
【実施形態１】
【００２１】
図１には、本発明に係る第１の実施形態である複数の周波数帯域に信号を拡散して疑似拡散処理を実行する無線中継装置１００の全体構成が示されている。図１に示す構成は、例えば四つのマルチキャリアを用いて、参考構成に比べて簡単な回路構成で拡散された補助信号を抽出するものである。なお、基本的な無線中継装置１００の構成は図５に示した参考構成と同じものには同一符号を付して説明する。
【００２２】
送信部７４は、ＩＱ分離器１１と、六つのＩＱ分配器１２と、四つの複素乗算器１３と、四つの複素ベクトル発生器１４と、二つの同相加算器１５と、二つのローパスフィルタ１６と、二つのＤ／Ａコンバータ１７と、直交変調器１９と、合成器２０と、増幅器２１と、を有している。
【００２３】
送信部７４に入力された補助信号は、ＩＱ分離器１１でＩＱ信号に分離され六つの分配器１２で各複素乗算器１３に入力される。四つの複素乗算器１３は四つの複素ベクトル発生器１４で発生させたマルチキャリア周波数相当の複素ベクトルを作成して二つの同相加算器１５で加算する。加算されたＩＱ信号は二つのローパスフィルタ１６でフィルタ処理された後に二つのＤ／Ａコンバータ１７でアナログ信号に変換され、直交変調器１９にて変調された後に合成器２０にて主信号と合成され、増幅器２１で増幅後に出力される。このようにして、送信部７４は、制御部からの情報を補助信号としてマルチキャリア周波数にて疑似拡散した送信信号として出力する。
【００２４】
受信部７６は、増幅器３１と、分配器３２と、主信号を出力する主信号系と、補助信号を出力する補助信号系と、を含んでいる。補助信号系は、直交復調器３３と、二つのコンデンサ３４と、二つのローパスフィルタ３５と、二つのＡ／Ｄコンバータ３６と、ＩＱ合成器３７と、を有している。また、主信号系は、補助信号系で得られた補助信号により主信号から補助信号を取り除く補助信号除去器３８と、を有している。
【００２５】
受信部７６は他局からの送信信号を取得すると、増幅器３１で送信信号を増幅し、分配器３２にて主信号系と補助信号系に分岐させる。補助信号系は、直交復調器３３でＩＱ信号に分離後、二つのコンデンサ３４と二つのローパスフィルタ３５でフィルタ処理を行い、二つのＡ／Ｄコンバータ３６にてデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号はＩＱ合成器３７に入力され、ＩＱ合成器３７は補助信号を出力する。
【００２６】
図２には、本発明の特徴の一つであるアンダーサンプリングによる周波数折り返しが示されている。図には、横軸サンプリング周波数Δｆと縦軸振幅のマルチキャリア信号と、エリアジングを含む信号として取り出すローパスフィルタと、が示されている。図１に示す送信部７４では補助信号をＩＱ分離して複素乗算処理でΔｆ×Ｎ（Ｎは整数：４）の周波数変換を行った。この処理により同一のスペクトラムを有する補助信号が四つコピーされる。図２では、Ｎ＝−２，−１，＋１，＋２の場合を示しているが、Ｎは整数であればよく、かつ、主信号の周波数範囲内になるように設定する。
【００２７】
受信部７６では受信した信号を分岐して直交復調する。Ａ／Ｄコンバータ３６のサンプリング周波数をΔｆとすると、図２に示すようにΔｆ×Ｎの周波数成分がすべて折り返して合成される。折り返しにより、Δｆ×Ｎに存在する雑音成分は無相関加算され、Δｆ×Ｎに存在する補助信号は同相加算されるので、１０ｌｏｇＫ（ｄＢ）の利得が得られる。ここで、Ｋはコピー数で、例えばＫ＝２で３ｄＢ，Ｋ＝１０で１０ｄＢの利得となる。
【００２８】
なお、Ｎ＝０成分があれはそれも同相加算されるが、図１に示すようにＮ＝０の成分を用いず、ＤＣカットすればＤＣオフセットなどの影響を低減することが可能である。これは、直交変調器１９のキャリアリークの影響や直交復調器３３のＤＣオフセットの影響を受けやすいからである。
【００２９】
このように、送信部７４で予めΔｆ×Ｎに補助信号のコピーと作ることにより、受信部７６はサンプリング周波数Δｆでアンダーサンプリングするだけで逆拡散が可能となる。さらに、送信部７４で補助信号のコピーを作成するだけで、図５の参考構成で示した同期捕捉回路（５２〜５５）が不要となるため、トータル的にみて回路規模を削減することが可能である。
【実施形態２】
【００３０】
図３には、送信部７４の第２の実施形態が示されている。この実施形態で特徴的なことは複素乗算後に帯域制限をすることである。送信部７４は、ＩＱ分離器１１と、六つのＩＱ分配器１２と、四つの複素乗算器１３と、四つの複素ベクトル発生器１４と、八つのローパスフィルタ２２と、二つの同相加算器１５と、二つのＤ／Ａコンバータ１７と、を含んでいる。なお、その他の部分は省略する。
【００３１】
送信部７４に入力された補助信号は、ＩＱ分離器１１でＩＱ信号に分離され六つの分配器１２で各複素乗算器１３に入力される。四つの複素乗算器１３は四つの複素ベクトル発生器１４で発生させたマルチキャリア周波数相当の複素ベクトルで信号を作成して個別にローパスフィルタ２２で帯域制限をすることにより、補助信号のスペクトルの広がりを押さえることが可能である。その後、二つの同相加算器１５で加算し、二つのＤ／Ａコンバータ１７でアナログ信号に変換され、直交変調器１９にて変調される。
【実施形態３】
【００３２】
図４には、送信部７４の第３の実施形態が示されている。この実施形態で特徴的なことは複素乗算を用いずに拡散された補助信号を得ることである。送信部７４は、ＩＱ分離器１１と、乗算器１８と、パルス発生器２３と、ローパスフィルタ２４と、Ｄ／Ａコンバータ１７と、を含んでいる。なお、その他の部分は省略する。
【００３３】
送信部７４に入力された補助信号は、ＩＱ分離器１１でＩＱ信号に分離され乗算器１８でＩＱ信号にパルス発生器２３で発生させた１／Δｆ刻みのインパルス波形を掛け合わせることで補助信号の周波数コピーを得ることが可能となる。その後、二つのローパスフィルタ２４で余分な高調波成分を取り除いた後に二つのＤ／Ａコンバータ１７でアナログ信号に変換され、直交変調器１９にて変調される。このような構成とすることで、大幅な回路の簡略化が可能となる。
【００３４】
以上、上述したように、複数の周波数帯域に補助信号を拡散し、拡散された補助信号をアンダーサンプリングにより拡散された信号を合成することが可能となる。本実施形態を用いることにより、簡単な回路構成により疑似拡散された補助信号を抽出することができ、主信号への影響が少なく回路規模を小さくした無線中継装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る無線中継装置の全体構成図である。
【図２】アンダーサンプリングによる周波数折り返しの説明図である。
【図３】第２の実施形態における送信部の構成図である。
【図４】第３の実施形態における送信部の構成図である。
【図５】本発明を理解する上で参考となる無線中継装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，３０  制御部、１１  ＩＱ分離器、１２，３２  ＩＱ分配器、１３  複素乗算器、１４  複素ベクトル発生器、１５  同相加算器、１６  ローパスフィルタ、１７  Ｄ／Ａコンバータ、１８  乗算器、１９  直交変調器、２０  合成器、３２  分配器、３７  ＩＱ合成器、２１，３１  増幅器、２２，２４  ローパスフィルタ、２３  パルス発生器、３３  直交復調器、３４  コンデンサ、３５  ローパスフィルタ、３６  Ａ／Ｄコンバータ、３８  補助信号除去器、５１  拡散処理器、５２  遅延器、５３  同期処理器、５４  拡散符号発生器、５５  逆拡散処理器、７０，７４  送信部、７２，７６  受信部、１００，２００  無線中継装置。
【図１】
2007282156.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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