(57)【要約】【課題】同一周波数帯域内で隣接する周波数帯を利用する場合のように、干渉問題が生じる場合でも、干渉の影響を抑制し、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上する。【解決手段】実施形態の無線中継装置は、無線基地局と移動体である無線通信端末装置との間の通信を中継する。信号処理部は、通信を中継するに際し、干渉波の信号レベルを監視し、干渉波の信号レベルが低下するように受信波の信号に重み付けを行うウェイト係数の更新を行う。【選択図】図２
2017017394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局と移動体である無線通信端末装置との間の通信を中継する無線中継装置であって、
干渉波の信号レベルを監視し、前記干渉波の信号レベルが低下するように受信波の信号に重み付けを行うウェイト係数の更新を行う信号処理部を備えた、
無線中継装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、隣接チャネル漏洩電力成分を低下させることで、前記干渉波の信号レベルを低下させる、
請求項１記載の無線中継装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記受信波を中継して送信波として出力するに際し、送信波の成分を反転しつつ、位相を合わせることで、主信号の成分をキャンセルし、得られた前記隣接チャネル漏洩電力成分に基づいて前記ウェイト係数の更新を行う、
請求項１記載の無線中継装置。
【請求項４】
前記ウェイト係数は、送信ウェイト係数あるいは受信ウェイト係数である、
請求項１記載の無線中継装置。
【請求項５】
無線基地局と移動体である無線通信端末装置との間の通信を中継する無線中継装置で実行される方法であって、
干渉波の信号レベルを監視する過程と、
前記干渉波の信号レベルが低下するように受信波の信号に重み付けを行うウェイト係数の更新を行う過程と、
を備えた方法。
【請求項６】
前記信号処理部は、隣接チャネル漏洩電力成分を低下させることで、前記干渉波の信号レベルを低下させる、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ウェイト係数の更新を行う過程は、前記受信波を中継して送信波として出力するに際し、送信波の成分を反転しつつ、位相を合わせることで、主信号の成分をキャンセルし、得られた前記隣接チャネル漏洩電力成分に基づいて前記ウェイト係数の更新を行う、
請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記ウェイト係数は、送信ウェイト係数あるいは受信ウェイト係数である、
請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線中継装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、仕様策定が進められている３ＧＰＰ（3rd  Generation  Partnership  Project）  Release１２では、スモールセル（Small  Cell）にフォーカスした仕様が検討されている。スモールセルが多用されるようになると、スモールセルのバックホール（Backhaul）回線をどのように確保するかについても議論が必要となる。
【０００３】
その解決手段の1つとして特に光ファイバやADSLなどの有線によるバックホール回線確保が地形上困難、あるいはコスト的に妥当ではないと判断される条件下においては、無線（Wireless）によるバックホール回線を構築することが、スモールセル化における今後のバックホール回線問題を解決する有効な手段の一つとして検討されている。
【０００４】
無線バックホール回線には、現状既に利用されているマイクロ波（Microwave：いわゆるP  to  P無線）を使用するものに加え、Release10で登場した無線中継装置（Relay）を利用する方法が検討されている。
【０００５】
無線中継装置は、通常の基地局が持つアクセス（Access）回線機能を有することに加え、バックホール回線機能も合わせて有することが可能である。
現存するマクロ（Macro）基地局の通信可能エリア（Coverage）を拡大するための手段としても有効であるが、一方でトラヒックの逼迫するHot  Spotなどにおいても通信容量（Capacity）を改善するために利用することが可能である。このため無線中継装置を利用することがスモールセル化を実現する１つの手段となる。
【０００６】
一方で、無線中継装置を利用するには、アクセス回線側とバックホール回線側の周波数をどのように使用するかによって、無線中継装置のタイプをインバンド無線中継装置（In-band  Relay）と、アウトバンド無線中継装置（Out-band  Relay）の２種類に区別している。
ここで、インバンド無線中継装置（In-band  Relay）は、アクセス回線側とバックホール回線側とで同一の周波数を使用した無線中継装置であり、アウトバンド無線中継装置（Out-band  Relay）はアクセス回線側とバックホール回線側とで異なる周波数を使用した無線中継装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０４８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、いずれの無線中継装置においても、それぞれ理由は異なるものの、ユーザスループットが低下するという課題があり、容易にスモールセル化を実現できなかった。
ところで、アウトバンド無線中継装置においては、アクセス回線側とバックホール回線側とで、異なる周波数を使用しているため、一般的には、アクセス回線側とバックホール回線側とで周波数干渉は生じないと認識されているが、同一周波数帯域（例えば、割り当て周波数帯）内で隣接する周波数帯を利用する場合等のように、実際の運用ケースでは、干渉問題が生じる。そして、干渉を回避しない場合には、ユーザスループットが低下する。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同一周波数帯域内で隣接する周波数帯を利用する場合のように、干渉問題が生じる場合でも、干渉の影響を抑制し、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上することが可能な無線中継装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の無線中継装置は、無線基地局と移動体である無線通信端末装置との間の通信を中継する。信号処理部は、通信を中継するに際し、干渉波の信号レベルを監視し、干渉波の信号レベルが低下するように受信波の信号に重み付けを行うウェイト係数の更新を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態の無線通信システムの概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態の無線中継装置の受信時（ダウンロード時）の機能構成ブロック図である。
【図３】図３は、マクロ基地局及び無線中継装置に割り当てられている割り当て周波数帯の説明図である。
【図４】図４は、ダウンロード時における干渉イメージの説明図である。
【図５】図５は、アップロード時における干渉イメージの説明図である。
【図６】図６は、第２実施形態の無線中継装置の受信時（ダウンロード時）の機能構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態の無線通信システムの概要構成ブロック図である。
無線通信システム１０は、半径数百メートルから十数キロメートルの通信エリアを構築可能なマクロセルに対応するマクロ基地局１１と、マクロ基地局１１と通信を行いマクロ基地局の通信を中継する無線中継装置１２と、マクロ基地局１１あるいは無線中継装置１２を介して通信を行う携帯電話、スマートフォン等として構成される複数の無線通信端末装置１３と、備えている。
ここで、マクロ基地局１１のサービスエリアは、サービスエリアＳＡ１１であり、各無線中継装置１２のサービスエリアは、サービスエリアＳＡ１２となっている。
【００１３】
［１］第１実施形態
図２は、第１実施形態の無線中継装置の受信時（ダウンロード時）の機能構成ブロック図である。
無線中継装置１２は、マクロ基地局１１との間で通信を行うためのドナーアンテナ２１と、中継装置本体２２と、無線通信端末装置１３との間で通信を行うためのアクセスアンテナ（サービスアンテナ）２３と、を備えている。
【００１４】
上記構成において、マクロ基地局１１が送信した送信信号Ｘ（ｚ）は、伝搬路パラメータＢｚの伝搬路を介して無線中継装置１２に到達するものとする。
【００１５】
中継装置本体２２は、ドナーアンテナ２１の出力（＝Ｘ（ｚ）・Ｂ（ｚ））を増幅率Ｋ１で増幅して送信ＲＦ信号ＲＦ１として出力する第１アンプ３１と、送信ＲＦ信号を第１周波数ｆ１に相当する第１キャリア信号と混合して、受信ベースバンド信号ＳＢ１として出力する第１ミキサ３２と、第１ミキサ３２の出力した受信ベースバンド信号のアナログ／ディジタル変換を行ってディジタルベースバンドデータＤＢ１として出力するＡ／Ｄコンバータ３３と、を備えている。
【００１６】
また、中継装置本体２２は、ディジタルベースバンドデータＤＢ１に基づいてアクセスアンテナ２３から回り込む回り込み波（干渉波）Ｒ（ｚ）のキャンセル処理を行うＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）３４と、ＤＳＰ３４の出力した処理済ディジタルベースバンドデータＤＢ２のディジタル／アナログ変換を行ってアナログ送信ベースバンド信号ＳＢ２を出力するＤ／Ａコンバータ３５と、を備えている。
【００１７】
また、中継装置本体２２は、アナログ送信ベースバンド信号ＳＢ２を第２周波数ｆ２に相当する第２キャリア信号と混合して、中継送信ＲＦ信号ＲＦ２として出力する第２ミキサ３６と、中継送信ＲＦ信号ＲＦ２を増幅率Ｋ２で増幅して増幅中継送信ＲＦ信号ＡＲＦ２として出力し、アクセスアンテナ２３を介して中継エリア内に存在する無線通信端末装置１３に対して送信する第２アンプ３７と、を備えている。
【００１８】
ＤＳＰ３４は、ディジタルベースバンドデータＤＢ１にホワイトノイズデータＮ（ｚ）を加える加算器４１と、加算器４１の出力からウェイトＷ（ｚ）を減算することによりする減算器４２と、減算器４２の出力である伝達関数Ｙ（ｚ）からウェイトＷ（ｚ）を生成するためのウェイト生成係数αを出力するウェイト生成係数生成部４３と、ウェイト生成係数αに基づいてウェイトＷ（ｚ）を生成するウェイト生成部４４と、伝達係数Ｙ（ｚ）が適用されたディジタルベースバンドデータＤＢ１の復調及び変調を行って処理済ディジタルベースバンドデータＤＢ２を出力する復調／変調部４５と、を備えている。
【００１９】
ここで、実施形態の動作説明に先立ち、従来の問題点について説明する。
図３は、マクロ基地局及び無線中継装置に割り当てられている割り当て周波数帯の説明図である。
【００２０】
この場合において、無線通信システム１０に割り当てられた周波数帯Ｆは、中心周波数が第１周波数ｆ１の周波数帯域、中心周波数が第２周波数ｆ２の周波数帯域及び中心周波数が第３周波数ｆ３の周波数帯域を備えている。さらに中心周波数が第１周波数ｆ１の周波数帯域と、中心周波数が第２周波数ｆ２の周波数帯域と、が隣接し、さらに中心周波数が第２周波数ｆ２の周波数帯域と、中心周波数が第３周波数ｆ３の周波数帯域と、が隣接しているものとする。
【００２１】
以下においては、マクロ基地局１１が中心周波数が第１周波数ｆ１の周波数帯域を用い、無線中継装置１２が中心周波数が第２周波数ｆ２の周波数帯域を用いて、無線中継装置１２がマクロ基地局１１からダウンロードする場合を例として説明する。
【００２２】
図４は、ダウンロード時における干渉イメージの説明図である。
通常、無線中継装置１２においては、マクロ基地局１１からの微弱なレベルのダウンロード（ＤＬ）信号（＝Ｘ（ｚ）・Ｂ（ｚ））を受信し、これを一旦、復調し、増幅して出力する。
【００２３】
このため、ドナーアンテナ２１とアクセスアンテナ２３との間のアイソレーションが不足している場合、第１周波数ｆ１のダウンロード信号を受信するドナーアンテナにアクセスアンテナから回り込む第２周波数ｆ２の信号レベルが非常に高くなり、隣接チャネルとしての第２周波数ｆ２の周波数帯域の隣接チャネル漏洩電力(ＡＣＬ：Adjacent  Channel  Leakage)が高くなり、ひいては、隣接チャネル漏洩電力比(ＡＣＬＲ：Adjacent  Channel  Leakage  Ratio)が高くなり、干渉が生じることとなる。
【００２４】
図５は、アップロード時における干渉イメージの説明図である。
以上の説明は、ダウンロード信号についてのものであったが、移動機である無線通信端末装置１３からのアップロード（ＵＬ）信号においても、同様である。すなわち、図５に示すように、無線通信端末装置１３からの微弱な周波数ｆ２’（＝ダウンロード信号の周波数ｆ２に対応するアップロード信号）を受信する無線中継装置１２は、復調後、キャリア周波数ｆ１’に周波数を変更して増幅出力する。このため、ドナーアンテナ２１からアクセスアンテナ２３に対して回り込みが生じ、同様に干渉が生じることとなる。
【００２５】
そこで、本実施形態においては、上記構成において、ＤＳＰ３４において、ＩＣＳ(Interference  Cancellation  System)機能により干渉除去を実現している。
【００２６】
すなわち、所望波（上述の例の場合、ダウンロード時には、中心周波数が第１周波数ｆ１）と干渉波（上述の例の場合、ダウンロード時には、中心周波数が第２周波数ｆ２）とが混在して入力される状態において、ＤＳＰ３４により、干渉波をキャンセルするためのループをウェイト生成係数生成部４３及びウェイト生成部４４により構成し、入力信号から減算する。
【００２７】
そして減算器４２の出力において、干渉波である中心周波数が第２周波数ｆ２の信号レベルを監視し、中心周波数が第２周波数ｆ２の信号レベルが低下するように信号に重み付けを行う係数であるウェイト（weight）Ｗ（ｚ）の更新を続けることで干渉除去を実現している。
【００２８】
以下、マクロ基地局１１が無線通信端末装置１３に対して送信を行う場合を例として
具体的に説明する。
マクロ基地局１１が無線通信端末装置１３に対して送信を行うと、ドナーアンテナ２１を介して、中継装置本体２２に送信波が受信される。
【００２９】
これにより、中継装置本体２２の第１アンプ３１は、ドナーアンテナ２１の出力（＝Ｘ（ｚ）・Ｂ（ｚ））を増幅率Ｋ１で増幅して送信ＲＦ信号ＲＦ１として第１ミキサ３２に出力する。
【００３０】
第１ミキサ３２は、送信ＲＦ信号を第１周波数ｆ１に相当する第１キャリア信号と混合して、受信ベースバンド信号ＳＢ１としてＡ／Ｄコンバータ３３に出力する。
Ａ／Ｄコンバータ３３は、第１ミキサ３２の出力した受信ベースバンド信号のアナログ／ディジタル変換を行ってディジタルベースバンドデータＤＢ１としてＤＳＰ３４に出力する。
【００３１】
これにより、ＤＳＰ３４の加算器４１は、ディジタルベースバンドデータＤＢ１にホワイトノイズデータＮ（ｚ）を加えて減算器４２に出力する。
減算器４２は、加算器４１の出力からウェイトＷ（ｚ）を減算し、出力する。
【００３２】
これにより、復調／変調部４５は、伝達係数Ｙ（ｚ）が適用されたディジタルベースバンドデータＤＢ１の復調及び変調を行って処理済ディジタルベースバンドデータＤＢ２を
Ｄ／Ａコンバータ３５に出力する。
【００３３】
これと並行して、ウェイト生成係数生成部４３は、減算器４２の出力である伝達関数Ｙ（ｚ）からウェイトＷ（ｚ）を生成するためのウェイト生成係数αを生成し、ウェイト生成部４４に出力する。
ウェイト生成部４４は、ウェイト生成係数αに基づいてウェイトＷ（ｚ）を生成して減算器４２に出力する。
【００３４】
これらの結果、Ｄ／Ａコンバータ３５には、干渉波の影響が低減された処理済ディジタルベースバンドデータＤＢ２が入力されることとなる。
そして、Ｄ／Ａコンバータ３５は、ＤＳＰ３４の出力した処理済ディジタルベースバンドデータＤＢ２のディジタル／アナログ変換を行ってアナログ送信ベースバンド信号ＳＢ２を第２ミキサ３６に出力する。
【００３５】
第２ミキサ３６は、アナログ送信ベースバンド信号ＳＢ２を第２周波数ｆ２に相当する第２キャリア信号と混合して、中継送信ＲＦ信号ＲＦ２として第２アンプ３７に出力する。
第２アンプ３７は、中継送信ＲＦ信号ＲＦ２を増幅率Ｋ２で増幅して増幅中継送信ＲＦ信号ＡＲＦ２として出力し、アクセスアンテナ２３を介して中継エリア内に存在する無線通信端末装置１３に対して送信する。
【００３６】
上記動作において、図２の観測点Ｙにおける伝達関数Ｙ（ｚ）は以下の式で求められる。
【００３７】
【数１】
2017017394.tif 000003
【００３８】
この伝達関数Ｙ（ｚ）の分母を常に１にすることで干渉波の影響をキャンセルできることから、理想的なウェイトＷ（ｚ）ｔとして（２）式が成り立つ。
【００３９】
【数２】
2017017394.tif 000004
【００４０】
さらに理想的なウェイトＷ（ｚ）ｔ＝Ｒ（ｚ）Ｋ２と実際のウェイトＷ（ｚ）との差分であるウェイト差分Ｅ（ｚ）を以下の（３）式に示すように定義する。
【００４１】
【数３】
2017017394.tif 000005
この（３）式を（１）式に代入すると、以下の（４）式が導かれる。
【００４２】
【数４】
2017017394.tif 000006
【００４３】
ここで入力信号のＳＮＲ（Signal-Noise  Ratio）が高い場合には、ノイズＮ（ｚ）の値は、伝達関数Ｙ（ｚ）の値に対して非常に小さな値となるので、右辺第３項（＝Ｎ（ｚ）／Ｙ（ｚ））は、０とみなすことができる。
【００４４】
また、変数である増幅率Ｋ１は、既知である。さらにＸ（ｚ）／Ｙ（z）は、干渉波、および伝搬路のフェージングなどが無い場合に推定可能であり、パイロット信号などを用いたトレーニング期間に推定することが可能となる。
【００４５】
従ってウェイト差分は、以下の（５）式の様に前回のウェイトＷｎ−１（ｚ）により今回のウェイトＷｎ（ｚ）を更新することで差分を収束する。
【００４６】
【数５】
2017017394.tif 000007
【００４７】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、同一周波数帯域内で隣接する周波数帯を利用する場合のように、干渉問題が生じる場合でも、干渉の影響を抑制することができるので、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上することができる。
【００４８】
［２］第２実施形態
図６は、第２実施形態の無線中継装置の受信時（ダウンロード時）の機能構成ブロック図である。
図６において、図２と同様の部分については、同一の符号を付すものとする。
図６の第２実施形態の無線中継装置１２Ａが、第１実施形態の無線中継装置１２と異なる点は、アクセスアンテナ２３を介して中継エリア内に存在する無線通信端末装置１３に対して送信する第２アンプ３７の出力をアッテネータ５１を介して入力し、第２アンプ３７の出力と同一の周波数にＰＬＬ５２により同期させた同一の周波数でダウンコンバートする乗算器５３と、乗算器５３の出力のＡ／Ｄコンバータ５４によりディジタルフィードバックデータを生成する点と、復調／変調部４５の出力のレベル調整を行うためのレベル調整Ｋを乗じるレベル調整部４６と、レベル調整部４６の出力に所定の遅延ｄを与えて出力する遅延回路４７を備え、ディジタルフィードバックデータから遅延回路４７の出力データを減算する減算器４８により、ディジタルフィードバックデータから減算器４８の減算器４８の出力を減じることで、主信号の成分をキャンセルし、隣接チャネル漏洩電力成分のみをウェイト生成係数生成部４３に出力する構成を採った点である。
【００４９】
本第２実施形態の構成によれば、第１実施形態の効果に加えて、無線中継装置１２の出力に含まれる隣接チャネル漏洩成分の影響を更に抑制して、より一層干渉の影響を抑制し、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上することができる。
【００５０】
［３］実施形態の変形例
以上の説明においては、中心周波数が第１周波数ｆ１の信号と、中心周波数が第２周波数ｆ２の信号との間の干渉について説明したが、同様にして、中心周波数が第２周波数ｆ２の信号と、中心周波数が第３周波数ｆ３の信号との間の干渉についても同時並行して除去するようにウェイトＷ（ｚ）を制御するように構成することも可能である。
【００５１】
このように構成することにより、無線中継装置１２が複数設けられている無線通信システムにおいても、より一層干渉の影響を抑制し、ユーザスループットを維持し、あるいは、向上するように構成できる。
【００５２】
以上の説明においては、干渉キャンセル処理をＤＳＰにより行う構成を採っていたが、ハードウェア回路により同様の処理を行うようにすることも可能である。
以上の説明は、マクロ基地局１１から無線通信端末装置１３に対する無線中継装置１２の送信時のウェイト（重み係数）について主として説明していたが、無線通信端末装置１３からマクロ基地局１１に対する無線中継装置１２の受信時のウェイト（重み係数）についても同様に適用が可能である。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１０    無線通信システム
１１    マクロ基地局
１２、１２Ａ  無線中継装置
１３    無線通信端末装置
２１    ドナーアンテナ
２２    中継装置本体
２３    アクセスアンテナ
３１    第１アンプ
３２    第１ミキサ
３３    Ａ／Ｄコンバータ
３４    ＤＳＰ
３５    Ｄ／Ａコンバータ
３６    第２ミキサ
３７    第２アンプ
４１    加算器
４２    減算器
４３    ウェイト生成係数生成部
４４    ウェイト生成部
４５    復調／変調部
４６    レベル調整部
４７    遅延回路
４８    減算器
５１    アッテネータ
５２    ＰＬＬ
５３    乗算器
５４    Ａ／Ｄコンバータ
ＳＡ１１、ＳＡ１２  サービスエリア
Ｗ（ｚ）  ウェイト
【図１】
2017017394.tif 000008
【図２】
2017017394.tif 000009
【図３】
2017017394.tif 000010
【図４】
2017017394.tif 000011
【図５】
2017017394.tif 000012
【図６】
2017017394.tif 000013