JP2009033219A - 無線中継装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】
本発明は防災無線等の狭帯域信号の伝送においてもSFNを実現することを目的とするものである。
【構成】
本発明にかかる無線中継装置は、第1のアンテナで受信された受信信号を第2のアンテナから送信する、回り込み消去装置を備えた無線中継装置において、中継開始時は推定用信号を回り込ませ、急速に回り込み消去動作を安定化させ、回り込み消去が安定した後は、推定用信号を制限することによって、信号品質を確保する機能を備えることを特徴とする無線中継装置。
【選択図】図1
本発明は防災無線等の狭帯域信号の伝送においてもSFNを実現することを目的とするものである。
【構成】
本発明にかかる無線中継装置は、第1のアンテナで受信された受信信号を第2のアンテナから送信する、回り込み消去装置を備えた無線中継装置において、中継開始時は推定用信号を回り込ませ、急速に回り込み消去動作を安定化させ、回り込み消去が安定した後は、推定用信号を制限することによって、信号品質を確保する機能を備えることを特徴とする無線中継装置。
【選択図】図1
Description
この発明は、受信した希望波を増幅して中継する無線中継方法およびその装置に関し、特に狭帯域信号システムにおいて同一周波数中継を実現する無線中継方法およびその装置に関するものである。
限られた周波数資源を有効に利用するため、例えば地上デジタルテレビ放送では、中継局も親局と同じ周波数で放送する単一周波数ネットワーク
(Single Frequency Network :SFN)が使用されている。しかしSFNにおいては、中継局の送信アンテナから発射された電波が親局波を受信するアンテナに回り込み、信号の劣化や最悪の場合には発振を引き起こす恐れがあるため、この回り込み対策が重要な課題となっており、該回り込み信号を消去するための回り込みキャンセラが開発されている。
(Single Frequency Network :SFN)が使用されている。しかしSFNにおいては、中継局の送信アンテナから発射された電波が親局波を受信するアンテナに回り込み、信号の劣化や最悪の場合には発振を引き起こす恐れがあるため、この回り込み対策が重要な課題となっており、該回り込み信号を消去するための回り込みキャンセラが開発されている。
前記回り込み対策としては一般に、回り込み波によって発生する周波数特性、もしくは時系列上の信号の乱れを観測し、トランスバーサルフィルタ(FIRフィルタ)を用いて回り込み波の逆位相信号を生成し、該逆位相信号を受信信号に加算することで回り込み波を打ち消す手法が実施されている。
使用信号の周波数帯域が広帯域である場合の周波数特性を観測する手法の一実施例として、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5に示されている従来の回り込みキャンセラを図3に示す。図3は、基地局からの信号を受信し、同一周波数で再送信する同一周波数中継装置のブロック図であり、広帯域な直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplex:OFDM)信号を扱う地上デジタルテレビ放送に使用されており、また、符号分割多元接続(Code Division Multiple Access:CDMA)セルラーシステムにも適用可能である。
図3に示す中継装置は、基地局からの信号を受信アンテナ301で受信し、送信アンテナ312から再送信した信号が再び301に到達することで発生してしまう回り込み波を、回り込みキャンセラの構成要素である303、304、305、306、307、308、309、310によって消去する。受信信号をFFT305により周波数領域のデータに変換し、電力スペクトル算出部306で電力スペクトルを算出することでマルチパスなどの影響を持った伝送路特性を推定し、逆フーリエ変換装置307によって時間領域のインパルス応答値に変換し、タップ係数更新部308によってインパルス応答値を用いてタップ係数値を計算し、それをFIRフィルタ309のタップ係数として設定し、受信信号をこのFIRフィルタに入力することで回り込み波の逆位相信号を生成し、加算部304にて受信信号から回り込み信号のみを消去するというものである。
また、回り込みによる受信信号の時系列上の乱れを観測する手法の一例が、非特許文献1に示されている。これはCDMAセルラーシステムにおいて使用されている。
以上示したいずれの従来例も、対象信号が広帯域であることを利用したものである。
前述のように、受信信号が広帯域であることを利用した回り込み消去方式は、地上デジタルテレビ放送や、CDMAセルラーシステムなどの広帯域信号を利用した放送および通信システムにおいて限定的に使用されていたのであるが、通信システムとして、防災行政無線など、より一般的な狭帯域信号を扱うシステムにおいても、周波数有効利用のためにSFNを実現することへの要望が高まっている。
広帯域信号の場合、回り込み波の特性は図2に示すように、リプル波形のスペクトルとなって現れるため、周波数領域での処理により、そのリプル波形から回り込み伝搬路の特性を推定することが出来た。しかるに希望波の帯域幅が数十kHz程度しかないような狭帯域信号の場合は、白色雑音のように帯域を広く要する信号は含まれないため、回り込み伝搬路の特性を示すリプル波形が十分に得られず、回り込み波の推定は不可能であった。
また、狭帯域信号において回り込み波の推定が困難であった別の理由としては、広帯域信号の場合、回り込み波の特性は、図4に示すように相関処理において回り込み波の遅延時間に一致した時刻にインパルスとなって現れ、そのインパルスから回り込み伝搬路の特性を推定することが出来たが、希望波の帯域幅が数十kHz程度の狭帯域信号の場合は、急峻な相関波形を得られないということもあった。
本発明はこれら防災無線等において狭帯域信号を扱う際に生じる回り込みキャンセラの課題を解決し、広帯域通信と同様にSFNを高精度で実現することを目的とするものである。
前記課題を解決するために、本発明による無線中継装置は、第1のアンテナから受信された受信信号を第2のアンテナから送信する無線中継装置であって、第1のアンテナの受信信号の一部が第2のアンテナからの送信信号の回り込み信号である場合において、
中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量になるまでの間だけ動作する、複数の希望信号帯域を含み、かつ、希望狭帯域信号の帯域幅より広い通過帯域を有する受信バンドパスフィルタと、
同様に中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量になるまでの間だけ動作する、複数の希望信号帯域を含み、かつ、希望狭帯域信号の帯域幅より広い通過帯域を有する送信バンドパスフィルタと、
中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量で安定した後、前記受信バンドパスフィルタに代わって動作し、複数の希望狭帯域信号のみを通過させるくし型受信バンドパスフィルタと、
同様に中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量で安定した後、前記送信バンドパスフィルタに代わって動作し、複数の希望狭帯域信号のみを通過させるくし型送信バンドパスフィルタと、
を備えることを特徴とする無線中継装置とする。
中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量になるまでの間だけ動作する、複数の希望信号帯域を含み、かつ、希望狭帯域信号の帯域幅より広い通過帯域を有する受信バンドパスフィルタと、
同様に中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量になるまでの間だけ動作する、複数の希望信号帯域を含み、かつ、希望狭帯域信号の帯域幅より広い通過帯域を有する送信バンドパスフィルタと、
中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量で安定した後、前記受信バンドパスフィルタに代わって動作し、複数の希望狭帯域信号のみを通過させるくし型受信バンドパスフィルタと、
同様に中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量で安定した後、前記送信バンドパスフィルタに代わって動作し、複数の希望狭帯域信号のみを通過させるくし型送信バンドパスフィルタと、
を備えることを特徴とする無線中継装置とする。
また、前記無線中継装置は、
中継開始から常時、あるいは回り込み信号の消去が安定するまでの間、回り込み推定をするための平坦で充分に広帯域な推定用信号を受信信号に重畳する推定用信号重畳部を備えることを特徴とする無線中継装置とする。
中継開始から常時、あるいは回り込み信号の消去が安定するまでの間、回り込み推定をするための平坦で充分に広帯域な推定用信号を受信信号に重畳する推定用信号重畳部を備えることを特徴とする無線中継装置とする。
また、前記無線中継装置は、前記推定用信号重畳部を持たず、受信機内の信号経路においておのずから生じる熱雑音を推定用信号として利用することを特徴とする無線中継装置とする。
本発明によれば、回り込みの希望波電力対非希望波電力比(Desired Signal to Undesired Signal Power Ratio:D/U)が低い場合であっても、定常処理時には希望狭帯域信号のみでA/Dコンバータのダイナミックレンジを最大に扱うので、希望狭帯域信号の信号電力対雑音電力比(Signal to Noise Power Ratio:S/N)の劣化を抑制することが可能となる。
希望狭帯域信号を処理する回路と、推定用信号を処理する回路に分離する必要が無いため、アナログフィルタ、A/Dコンバータなど部品点数が少なくて済む。
また、推定用信号の送信電力を必要最低限に抑制することが可能となる。
本発明の実施例について図1を参照し説明する。本実施例は、受信アンテナから取り込まれた希望狭帯域信号に、スペクトルが平坦で広帯域な推定用信号を重畳し、希望狭帯域信号と推定用信号を同時に送信アンテナから再送信して受信アンテナに回り込ませ、回り込み推定部においては希望狭帯域信号を消去し、推定用信号と推定用信号の回り込み信号からなるスペクトルを時間平均し、さらに逆フーリエ変換すれば、伝送路のインパルス応答によって、回り込み特性を表現できることを利用している。
まず、中継動作開始時の動作を述べる。最初に、選択スイッチ104は広帯域受信バンドパスフィルタ(Band Pass Filter:BPF)102を、選択スイッチ119は広帯域送信BPF117をそれぞれ選択しておく。
受信アンテナ101で受信した信号は、104によって選択された広帯域受信BPF102に入力される。広帯域受信BPF102は複数の希望狭帯域信号の占有周波数帯域を含み、かつ、希望狭帯域信号の帯域幅より広い通過帯域を有することにより、希望狭帯域信号と希望狭帯域信号の回り込み信号、および推定用信号の回り込み信号を104以降に通過させる。
例えば一例として、防災無線では、希望狭帯域信号の帯域幅が25kHz程度で、送信チャネルおよび受信チャネルに割り当てられている帯域幅がそれぞれ6MHzなので、102の通過帯域幅は6MHz程度に設定する。
広帯域受信BPF102によってバンドパス処理された信号に、推定用信号重畳部105にて推定用信号を重畳する。推定用信号とはスペクトルが平坦で広帯域な信号すなわち白色性広帯域雑音のことであり、スイッチ107をオンにし推定用信号発生器106を用いて擬似的に作成しても良いが、受信機が本来持っている熱雑音を利用するほうが白色性が高いので好ましい。
また、105、106、107は省略し受信機内の信号経路においておのずから生じる熱雑音をそのまま推定用信号として利用しても良い。白色性広帯域雑音が重畳された信号はA/Dコンバータ108にてサンプリングされる。
全体としては、狭帯域信号を希望波とする伝送システムではあるが、希望狭帯域信号と同時に白色性広帯域雑音も送信アンテナ121から送信し、送信局からの希望狭帯域信号と共に、前記希望狭帯域信号と白色性広帯域雑音が重畳された信号の回り込み波も受信アンテナ101で受信する。白色性広帯域雑音はスペクトルを観測すると、回り込み波が存在しない時は平坦な周波数特性をもつが、回り込み波が存在すると周波数特性にリプルが生じる。このリプルを用いて回り込み伝送路の推定を精度良く行う。
A/Dコンバータ108でサンプリングされた信号を元に、FFT110にてFFTを行い、110の出力信号の実数部と虚数部の2乗和を算出する電力スペクトル算出部111で電力スペクトルを観測するが、推定用信号の回り込みによるリプルと希望狭帯域信号が混在しているため、そのままでは回り込み推定を精度良く行うことが出来ない。
そこで、111で算出された電力スペクトルについて、キャリアシェービング112にて、図5に示すように、希望狭帯域信号の大きなピークを示す周波数帯を消去することにより、白色性広帯域雑音および白色性広帯域雑音の回り込み信号によるリプルのみの信号に変形させ、さらに逆フーリエ変換器113にて時間信号に戻すことで伝送路のインパルス応答を求める。ここで、112の前段階の信号、あるいは112にてリプルのみの電力スペクトルに変形した信号を時間平均しても良い。時間平均によって伝送路のインパルス応答を精度良く推定できる。
ここで、キャリアシェービング112の代わりに、図6に示すように、希望狭帯域信号の電力スペクトルを逆数化した逆特性を周波数領域で乗算しても良い。
逆フーリエ変換器113にて求められたインパルス応答からタップ係数更新部114にてFIR115のタップ係数を更新し、115にて希望狭帯域信号と推定用信号の回り込み信号の逆位相信号を生成し、加算器109にてA/Dコンバータ108でサンプリングされた受信信号に加算し、推定用信号の回り込み信号を消去する。
加算器109で回り込み信号が消去された希望狭帯域信号と推定用信号は、D/Aコンバータ116にてアナログ信号に戻され、選択スイッチ119によって選択された広帯域受信BPF102と同様の通過帯域を有する広帯域送信BPF117にて不要な周波数成分がカットされ、増幅器120で増幅され、送信アンテナ121から送信される。
以上が、中継開始時の収束処理(安定化処理)の動作である。収束処理では、システムに割り当てられた帯域幅全体に及ぶ広帯域で回り込み推定に有効な推定用信号を用いることによりFIR115のタップ係数を素早く収束させることが出来る。すなわち回り込み消去を素早く安定させることが出来る。
しかるに、回り込み推定用に広帯域信号を別途用いる手段による回り込みキャンセラは、回り込み信号が極めて大きい場合、つまりD/Uが低い場合は、希望狭帯域信号に対して広帯域で大きなパワーを持った回り込み信号を受信し、加算器109において回り込み信号が消去されるまでは、常に信号経路内に回り込み信号も存在するため、A/D変換器108における希望狭帯域信号のS/Nが頭打ちになる恐れがある。
そこで、中継開始後、FIR115のタップ係数が収束したならば、希望狭帯域信号と希望狭帯域信号の回り込み信号のみで、A/D変換器108のダイナミックレンジを最大に使う定常処理に移行する。その手順を以下に述べる。
中継開始時から常に、回り込み消去誤差測定部123は、逆フーリエ変換器113の出力であるインパルス応答の電力により回り込み消去誤差を測定する。回りこみ消去誤差があらかじめ定めた値以下に連続して留まるようになったら、すなわち回り込み消去量が一定値で安定したら、123はスイッチ切換信号を出力する。123からのスイッチ切換信号によって選択スイッチ104は、希望狭帯域信号の占有周波数帯域幅に一致した通過帯域を有するくし型受信BPF103を選択する。103を選択することで希望狭帯域信号と希望狭帯域信号の回り込み信号のみを104以降に通過させる。
希望狭帯域信号と希望狭帯域信号の回り込み信号のみでA/D変換器108のダイナミックレンジを最大に使うことが出来るため、希望狭帯域信号のS/Nが向上する。
さらに、回り込み消去誤差測定部123からのスイッチ切換信号によって、選択スイッチ119は、くし型受信BPF103と同様の通過帯域を有するくし型送信BPF118を選択する。希望信号帯域外の送信を抑制し通信品質を向上できる。
さらに回り込み伝送路特性が安定している場合には、スイッチ107をオフにし、タップ係数更新部114の動作を停止しても良い。これにより希望狭帯域信号のS/Nをいっそう高めることが出来る。
以上のように、中継開始時の収束処理では白色性広帯域雑音を用いることにより素早くFIR115のタップ係数を収束させ、定常状態では、くし型受信BPF103およびくし型送信BPF118で帯域制限することにより、希望信号品質を維持する。このように、状態によって受信BPFと送信BPFを変更することによって、高い収束性と信号品質を小さな回路規模で実現できる。
実施例の回り込み推定部は、周波数領域での処理を用いるものであるが、時間領域での相関処理を用いる回り込み推定でも有効である。
101…受信アンテナ、 102…広帯域受信バンドパスフィルタ、
103…くし型受信バンドパスフィルタ、 104…選択スイッチ、
105…推定用信号重畳部、 106…推定用信号発生器、 107…スイッチ、
108…A/Dコンバータ、 109…加算器、
110…FFT、 111…電力スペクトル算出器、
112…キャリアシェービング部、 113…逆フーリエ変換器、
114…タップ係数更新器、 115…FIRフィルタ、
116…D/Aコンバータ、 117…広帯域送信バンドパスフィルタ、
118…くし型送信バンドパスフィルタ、 119…選択スイッチ、
120…可変増幅器、 121…送信アンテナ、
122…回り込み信号、 123…回り込み消去誤差測定部、
301…受信アンテナ、 302…受信バンドパスフィルタ、
303…A/Dコンバータ、 304…加算器、 305…FFT、
306…電力スペクトル算出器、 307…逆フーリエ変換器、
308…タップ係数更新器、 309…FIRフィルタ、
310…D/Aコンバータ、 311…送信バンドパスフィルタ、
312…送信アンテナ、 313…回り込み信号
103…くし型受信バンドパスフィルタ、 104…選択スイッチ、
105…推定用信号重畳部、 106…推定用信号発生器、 107…スイッチ、
108…A/Dコンバータ、 109…加算器、
110…FFT、 111…電力スペクトル算出器、
112…キャリアシェービング部、 113…逆フーリエ変換器、
114…タップ係数更新器、 115…FIRフィルタ、
116…D/Aコンバータ、 117…広帯域送信バンドパスフィルタ、
118…くし型送信バンドパスフィルタ、 119…選択スイッチ、
120…可変増幅器、 121…送信アンテナ、
122…回り込み信号、 123…回り込み消去誤差測定部、
301…受信アンテナ、 302…受信バンドパスフィルタ、
303…A/Dコンバータ、 304…加算器、 305…FFT、
306…電力スペクトル算出器、 307…逆フーリエ変換器、
308…タップ係数更新器、 309…FIRフィルタ、
310…D/Aコンバータ、 311…送信バンドパスフィルタ、
312…送信アンテナ、 313…回り込み信号
Claims (3)
- 第1のアンテナから受信された受信信号を第2のアンテナから送信する無線中継装置であって、第1のアンテナの受信信号の一部が第2のアンテナからの送信信号の回り込み信号である場合において、
中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量になるまでの間だけ動作する、複数の希望信号帯域を含み、かつ、希望狭帯域信号の帯域幅より広い通過帯域を有する受信バンドパスフィルタと、
同様に中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量になるまでの間だけ動作する、複数の希望信号帯域を含み、かつ、希望狭帯域信号の帯域幅より広い通過帯域を有する送信バンドパスフィルタと、
中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量で安定した後、前記受信バンドパスフィルタに代わって動作し、複数の希望狭帯域信号のみを通過させるくし型受信バンドパスフィルタと、
同様に中継開始後、回り込みキャンセラによる回り込み信号の消去量が一定量で安定した後、前記送信バンドパスフィルタに代わって動作し、複数の希望狭帯域信号のみを通過させるくし型送信バンドパスフィルタと、
を備えることを特徴とする無線中継装置。 - 前記無線中継装置は、
中継開始から常時、あるいは回り込み信号の消去が安定するまでの間、回り込み推定をするための平坦で充分に広帯域な推定用信号を受信信号に重畳する推定用信号重畳部を備えることを特徴とする請求項1に記載の無線中継装置。 - 前記無線中継装置は、前記推定用信号重畳部を持たず、受信機内の信号経路においておのずから生じる熱雑音を推定用信号として利用することを特徴とする請求項1に記載の無線中継装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007191890A JP2009033219A (ja) | 2007-07-24 | 2007-07-24 | 無線中継装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007191890A JP2009033219A (ja) | 2007-07-24 | 2007-07-24 | 無線中継装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009033219A true JP2009033219A (ja) | 2009-02-12 |
Family
ID=40403287
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007191890A Pending JP2009033219A (ja) | 2007-07-24 | 2007-07-24 | 無線中継装置 |
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JP (1) | JP2009033219A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010226209A (ja) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Japan Radio Co Ltd | 無線中継装置 |
-
2007
- 2007-07-24 JP JP2007191890A patent/JP2009033219A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010226209A (ja) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Japan Radio Co Ltd | 無線中継装置 |
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