JP2001285176A - 中継増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】携帯電話システムの不感地帯に配置され、無線
基地局と送受信する親機と、その親機と光ケーブルで接
続され分散配置されて移動機に対するゾーンを形成する
複数の子機からなる中継増幅装置の設置，増設，保守点
検における回線レベル調整を自動化し作業効率をあげ
る。 【解決手段】親機３にモデム３５と制御回路３６と制御
動作を運用モードと保守モードに切替える切替器３７を
設け、各子機４にモデム４６と制御回路４７を設ける。
切替器３７を保守モードにすると警報発報がオフとな
り、制御回路３６に格納した回線レベル調整プログラム
に従い、モデム３５を介して親機と各子機の受信信号レ
ベルデータを取込み、光ケーブル５の長さに応じた損失
を補償するように可変利得増幅器８，４４の利得を自動
的に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話・自動車
電話システムなどの不感地対策として設けられる中継増
幅装置に関し、特に、トンネル内や地下街など親機（マ
スター）と、分散配置された複数の子機（スレーブ）か
らなり、その間を光ケーブルでそれぞれ接続した中継増
幅装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話システムでは、サービスを更に
向上させるため、構内，地下街，トンネル内など、電波
の届かない不感地帯に対して中継増幅装置を配備し、無
線基地局からの電波を中継増幅して不感地帯でも携帯電
話機（移動機）による通信ができるようになってきた。

【０００３】図２は本発明を適用しようとする中継増幅
装置のブロック図である。図において、１は無線基地
局、２は中継増幅装置、３は親機、３１は無線部、３２
は電気信号を光に変換する電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）、
３３は分配器、３４は光を電気信号に変換する光／電気
変換器（Ｏ／Ｅ）、３９は合成器、５，５’は光ケーブ
ル、４は複数の子機、６−１〜６−ｎは各子機の無線ゾ
ーン、７は移動機である。図に示したように、中継増幅
装置２は、親機３と複数の子機４−１〜４−ｎ及びその
間を接続する光ケーブル５，５’とで構成されている。
５は下り回線用光ケーブル、５’は上り回線用光ケーブ
ルである。

【０００４】無線部３１は無線基地局１からの電波を受
信し、増幅した高周波信号（ＲＦ信号）を出力する。無
線部３１から出力されるＲＦ信号は、例えば、半導体レ
ーザダイオードなどの発光ダイオードを用いたＥ／Ｏ変
換器３２で強度変調された光に変換され分配器３３によ
って複数の子機４に対して下り回線光ケーブル５によっ
て分配される。複数の子機４は、それぞれのゾーン６−
１〜６−ｎによって、不感地帯の構内，地下街，トンネ
ル内などの全域をサービスエリアとするため、例えば、
１ｍ〜２０ｋｍの範囲に分散配置される。これらの複数
の子機４と親機３との接続には、低損失（０．３ｄＢ／
ｋｍ〜０．５ｄＢ／ｋｍ）の特徴を有する光ケーブル
５，５’が用いられ光アナログ伝送が採用されている。

【０００５】図３は、図２の親機３と代表する１つの子
機４の双方向通信回線の従来の中継増幅装置のブロック
図であり、親機３は図２と同じであり、子機４は詳細例
を示している。子機４の中の４１は無線部、４２はＯ／
Ｅ変換器、４３はＥ／Ｏ変換器、４４は可変利得増幅器
である。分波器に接続されたアンテナは、ゾーン内を移
動する移動機との送受信共用アンテナである。複数の子
機４のそれぞれは、親機３から光ケーブル５で送られて
くる強度変調された光をＯ／Ｅ変換器４２で直接検波
し、その出力ＲＦ信号を可変利得増幅器４４で増幅して
アンテナから移動機７に対して送出する。

【０００６】子機４の無線ゾーン６内の移動機７（携帯
電話機）からの送信波は、子機４のアンテナを介して無
線部４１で受信増幅され、Ｅ／Ｏ変換器４３で強度変調
された光に変換され、子機４から親機３に対して上り回
線光ケーブル５’を介して監視用データと共に送られ
る。親機３に送られた光信号は光／電気変換器（Ｏ／
Ｅ）３４によって電気信号に変換されて合成器３９で合
成され、無線部３１に入力され、無線基地局１へ送出さ
れる。子機４の無線部４１の可変利得増幅器４４は、子
機４の据え付け時に、光ケーブル５の長さの差による回
線利得の差を調整し規定の送信ＲＦ出力が移動機に送出
するように利得が設定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のシステムに
おける複数の子機４は、トンネル内などのような長細い
エリアの場合は親機３に近接した位置から順次ゾーン６
が連鎖するように遠くまで分散配置される。また、地下
街などの広いエリアの場合は縦横格子状に分散配置され
る。いずれの場合も、親機３と複数の子機４のそれぞれ
とを接続する光ケーブル５，５’の長さはそれぞれ異な
り、近くに配置された子機とは１〜数ｍ、最も遠い位置
に配置された子機とは２０ｋｍにも及ぶ場合がある。前
述のように光ケーブルは低損失を特徴とするものである
が、０．３〜０．５ｄＢ／ｋｍの損失を有するため、こ
のような中継増幅装置２を設置するには子機４の配置位
置による光ケーブルの損失の差が０〜１０ｄＢとなり、
電気信号では光損失の２倍の０〜２０ｄＢの差が生ずる
ことになる。

【０００８】このように、子機４の配置位置によって受
光レベル（受信信号レベル）が異なるため、子機４のア
ンテナから移動機７に対して送出される出力ＲＦ信号レ
ベルは、親機３と子機４との距離によって異なり、子機
４から送出される電波の到達距離が異なり、子機毎にゾ
ーンの大きさが異なるという問題が生ずる。そのため、
子機の据付時には、各子機のゾーン６の面積がほぼ等し
くなるように、上記光ケーブルの損失の差を補償して移
動機に対するアンテナからの送出レベルがほぼ等しくな
るように、可変利得増幅器４４の利得を据付作業者が手
動で調整して据付を行っている。そのため据付作業に時
間がかかるという欠点がある。

【０００９】次に、光ケーブル５の長さの差による移動
機に対するＲＦ送出信号レベルの差について、例えば、
下り回線について説明する。図４はＥ／Ｏ変換器３２と
して、発光ダイオードを用いたときの入力ＲＦ信号に対
する光変調出力を示す光強度直接変調特性例図であり、
発光ダイオードの電流と光出力レベルの関係を示した図
である。発光ダイオードのバイアス電流に高周波信号
（入力ＲＦ信号）を重畳して駆動するとアナログ強度変
調された光出力が得られることを示している。入力ＲＦ
信号の変調度をｍとしたとき、光出力はＡ（１＋ｍsin
ｐｔ）cos ωｔで表され、この出力を復調した時のｄＢ
換算は、２×１０log Ａ＋２０ logｍ〔ｄＢ〕となる。
この式の第１項の１０log Ａ〔ｄＢ〕は光レベルであ
る。

【００１０】図５はホトダイオードの直接検波動作説明
図であり、Ｏ／Ｅ変換器４２にホトダイオードを用いた
ときの復調（検波）動作説明図である。ホトダイオード
に光ケーブル５から光入力レベルがＡの光が入力される
と、ホトダイオードの電流としてＢが流れる。従って、
光入力ＡがＲＦ信号ａで強度変調されているとホトダイ
オード電流ＢにＲＦ信号ｂが重畳されて出力される。す
なわち、光入力がＡレベルでＲＦ信号ａの変調度がｍの
時、検波される出力ＲＦ電流はｂとなる。

【００１１】しかしながら、光ケーブル５の長さが長
く、損失が増えて光入力レベルＡが低下してＡ’になる
と、変調度ｍは一定であるのでホトダイオードの電流が
小さくなってＢ’となり、検波される出力ＲＦ電流は
ｂ’となって同様に小さくなる。出力ＲＦ信号ｂがｂ’
に小さくなった分、すなわち光入力レベルＡがＡ’にな
る光ケーブルの損失量の２倍に相当する電気信号損失増
加分を可変利得増幅器４４で補正する。以上は親機３か
ら子機４に対する下り回線について説明したが、上り回
線についても同様の欠点がある。

【００１２】以上のように、従来、光アナログ伝送を利
用した中継増幅装置を新設、あるいは子機４を増設する
時、及び、一定期間毎に点検保守する時、その都度測定
器を運搬して分散配置された複数の子機４の一つずつに
ついて、親機３と子機４間のレベル差を測定して子機４
の可変利得増幅器４４の利得を手動で調整する必要があ
るため、労力と作業時間がかかるという欠点があった。

【００１３】また、従来の装置では、運用開始の後、子
機の増設や点検保守の時、測定，調整のため一時的に信
号レベルが変化する場合があり、レベルが変化すると故
障警報が上位の系に出力されるため、事前に、点検によ
るアラームが発生することを監視センタなどに連絡して
おく必要があった。しかし、作業時間は現場の状況や作
業内容によって異なり、予定をたてて事前連絡すること
は面倒であり作業がやりにくいという欠点があった。

【００１４】本発明の目的は、携帯電話システムなどの
双方向通信システムにおいて、光アナログ伝送を利用し
た上記従来の中継増幅装置の複数の子機を分散配置する
際および増設，保守の時、子機の設置位置による光ケー
ブルの長さが異なることによる受光レベルの差を手動で
調整することなく、自動的に補正することによって据付
調整および保守点検にかかる労力と作業時間を著しく軽
減，短縮するとともに、保守点検時に警報が系の上位に
上らないようにして点検作業をやりやすくした中継増幅
装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の中継増幅装置
は、無線基地局と送受信する親機と、該親機に上り，下
り回線光ケーブルで接続されて電波の不感地帯に分散配
置され各ゾーン内の移動局と送受信する複数の子機とか
ら構成され、前記親機は、無線基地局と送受信する無線
部と、該無線部からの受信ＲＦ信号を前記複数の子機の
数に分配する分配器と、該分配器の出力を光に変換して
前記下り回線光ケーブルに出力する複数の第１の電気／
光変換器と、前記複数の子機から前記上り回線光ケーブ
ルを介して入力される受信光をそれぞれ電気信号に変換
する複数の第１の光／電気変換器と、該複数の第１の光
／電気変換器の出力を増幅する複数の第１の可変利得増
幅器と、該複数の第１の可変利得増幅器の出力を合成し
て前記無線部に出力する合成器とを備え、前記複数の子
機のそれぞれは、前記親機から前記下り回線光ケーブル
を介して入力される受信光を電気信号に変換する第２の
光／電気変換器と、該第２の光／電気変換器の出力を増
幅して移動局に対する信号を出力する第２の可変利得増
幅器と、移動局からの受信ＲＦ信号を光に変換して前記
上り回線光ケーブルに出力する第２の電気／光変換器と
を備えた中継増幅装置であって、前記親機に、当該中継
増幅装置の制御動作を運用モードと保守モードのいずれ
かに切替える切替器と、該切替器の切替えモードに従っ
て装置の制御動作を行う第１の制御回路と、該第１の制
御回路と上り，下り回線信号経路との間に介在して制御
データの抽出，重畳を行う第１のモデムとが備えられ、
前記複数の子機のそれぞれに、前記親機の第１の制御回
路の制御動作に応じて子機の制御を行う第２の制御回路
と、該第２の制御回路と上り，下り回線信号経路との間
に介在して制御データの抽出，重畳を行う第２のモデム
とが備えられ、前記第１の制御回路は、運用モードのと
き前記各子機からの親機の受信信号レベルと前記親機か
らの子機の受信信号レベルを監視しレベルが異常に変化
したとき系の上位に対して警報を発する制御動作を行
い、保守モードのとき警報発報動作をオフにし予め記憶
された保守点検調整用の回線レベル調整プログラムに従
ってポーリング方式により前記各子機からの親機の受信
信号レベルを抽出するとともに前記各子機から送られて
くる子機の受信信号レベルデータを抽出し前記上り，下
り回線光ケーブルの長さに応じた損失を求めて回線利得
補償値を算出し前記受信信号レベルが所定のレベルにな
るように前記第１および第２の可変利得増幅器の利得を
自動的に調整する制御動作を行い、前記光ケーブルの長
さの如何にかかわらず各子機の移動局に対する送信レベ
ルが所定の範囲に設定されるように構成されたことを特
徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すブロ
ック図であり、図２及び図３に示した従来の構成と同じ
部分は同じ符号を用いて示してある。従来の構成と異な
る点は、親機３，子機４の双方の受光検波部分のＲＦ信
号レベルを検出する手段と、子機４のアンテナから移動
機に対する送信電力レベルがほぼ一定になるように、光
ケーブルの長さの差による損失の差を補償する可変利得
増幅器の利得を自動的に調整する手段を設け、かつ、モ
ード切替手段を設けてスイッチ（ＳＷ）３７で運用モー
ドと保守モードを切替えらて点検保守のときアラームが
上位に上がらないようにしたことである。

【００１７】図１において、まず、親機３の３１は無線
部、３２−１〜３２−ｎは電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）、
３３は分配器、３４−１〜３４−ｎは光／電気変換器
（Ｏ／Ｅ）、３５はモデム、３６はＭＰＵ（マイクロプ
ロセッサ），ＲＯＭ，ＲＡＭなどを含む制御回路（ＣＯ
ＮＴ）、３７は切替器（ＳＷ）、３８−１〜３８−ｎは
可変利得増幅器、３９は合成器である。制御回路３６の
ＲＯＭには回線レベル調整プログムを記憶させてある。

【００１８】無線基地局からの電波をアンテナで受けた
受信ＲＦ信号は無線部３１で分波，増幅されて分配器３
３に入力され、子機の数（ｎ）に分配される。分配され
た所定の送信レベルのＲＦ信号は、それぞれＥ／Ｏ変換
器３２−１〜３２−ｎによって光強度変調された光信号
に変換され、それぞれ下り回線光ケーブル５に出力され
各子機４に送られる。

【００１９】一方、各子機４から上り回線光ケーブル
５’を介して送られてくる上り回線の受信光は、ホトダ
イオードなどのＯ／Ｅ変換器３４−１〜３４−ｎで電気
信号に変換され、それぞれ可変利得増幅器３９−１〜３
９−ｎで増幅した後、合成器３９で合成され、無線部３
１を通ってアンテナから基地局に対して送出される。

【００２０】モデム３５は、各子機４からの受信光を電
気信号に変換するＯ／Ｅ変換器３４−１〜３４−ｎのＲ
Ｆ信号レベル（受信レベル）を検出するとともに、各子
機４から送られてくる監視データ、例えば、子機の受信
レベルデータ等を抽出して制御回路３６に入力する。ま
た、制御回路３６から入力される各子機に対する利得制
御データをＥ／Ｏ変換器３２−１〜３２−ｎから各子機
に送る。制御回路（ＣＯＮＴ）３６は、モデム３５から
入力される親機と子機の受信レベルデータから、親機３
と各子機４との間の光ケーブル長さに対応するレベル損
失を算出し、このレベル損失から、それぞれ着信側にあ
る可変利得増幅器３８−１〜３８−ｎと４４の利得制御
データを生成し、上り回線のＲＦ受信信号を増幅する親
機の可変利得増幅器３８−１〜３８−ｎのそれぞれの利
得を制御するとともに、子機の可変利得制御器４４の利
得制御データを各子機に送るためモデム３５に出力す
る。

【００２１】次に、子機４の４１は無線部、４２は光／
電気変換器（Ｏ／Ｅ）、４３は電気／光変換器（Ｅ／
Ｏ）、４４は可変利得増幅器、４５は増幅器、４６はモ
デム、４７は制御回路（ＣＯＮＴ）である。モデム４６
は、親機３から光ケーブル５を介して送られてくる下り
回線の光信号を検波するホトダイオードなどのＯ／Ｅ変
換器４２のＲＦ信号の電流値（受信信号レベル）を検出
するとともに、親機から送られてくる利得制御データを
抽出して制御回路（ＣＯＮＴ）４７に入力する。制御回
路４７は、その利得制御データに従って可変利得増幅器
４４の利得制御を行う。

【００２２】上記の親機と子機の可変利得増幅器３８−
１〜３８−ｎ，４４は、可変減衰器でもよく、増幅器と
可変減衰器を組み合わせた構成でもよい。

【００２３】制御回路３６は、モデム３５から入力され
る受信レベルの検出電流を基準値（例えば、光ケーブル
が０ｍのときの値）の直流電流値と比較して光ケーブル
の損失を推定し、親機の可変利得増幅器３８−１〜３８
−ｎと子機の可変利得増幅器４４の出力ＲＦ信号電圧が
予め定めた規定値になるような利得制御データを、モデ
ムを介して可変利得増幅器３８−１，３８−ｎ，４４に
与えて増幅度を変化させる。直流電流値対光ケーブル損
失（実際は可変利得増幅器の利得に対応させる）は、制
御回路のメモリに予め格納されているので容易に推定で
きる。

【００２４】次に、各子機４が親機３に接続される下り
光ケーブル５と上り光ケーブル５’の長さはそれぞれほ
ぼ等しいことが一般的であり、親機３で検出した上り回
線の光ケーブル５’の損失を補償する利得制御データ
で、親機３の可変利得増幅器の利得を制御するとともに
子機４に送って子機の可変利得増幅器の利得を制御する
こともできる。

【００２５】親機３の制御回路３６がモデム３５を介し
て複数の子機から受信データを取り込む場合、例えば、
子機の番号順に親機３からの指令（ポーリング方式）に
よって順次処理されるので、制御信号が衝突することは
ない。

【００２６】なお、各子機の上り信号用増幅器４５の利
得を可変にしない理由は、Ｅ／Ｏ変換器４３に用いるレ
ーザダイオードの動作が最適状態に設定されているから
である。すなわち、Ｅ／Ｏ変換器４３の入力レベルが上
がるとＣ／Ｎは良くなるがＩＭ（混変調歪）が劣化し、
入力レベルを下げるとＩＭは良いがＣ／Ｎが劣化するた
め、Ｅ／Ｏ変換器４３の入力レベルは常に一定の最適値
に設定されている。

【００２７】親機３の切替器（ＳＷ）３７は、前述のよ
うに、モード切替器であり、運用モードと保守モードに
切替えて作業を行うことができる。すなわち、システム
の運用開始時に運用モードにセットし、その後に、保守
のための親機３と複数の子機４の性能検査，自動調整、
子機４の増設、子機４の故障修理，交換などの作業の際
に、保守モードに切替えると障害警報が上位に上がらな
くなる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、親機から、異なった長さの光ケーブ
ルで分散配置された複数の子機のアンテナから送出され
る出力レベル、及び親機から基地局に対する送出レベル
を自動的に全て所定の範囲に設定することができる。す
なわち、中継増幅装置を設置する不感地の広さ、平面的
な形状などから、親機の設置点から最も遠い子機の設置
点までの距離に基づいて可変利得増幅器の利得可変範囲
を設定し、それを自動的に最適な値に調整することがで
きるので、新設，増設の際の据付調整および点検作業の
労力と時間を大幅に減らすことができ実用上の効果は極
めて大きい。

【００２９】さらに、増設，故障修理，交換などの作業
や保守点検作業のとき、中継装置の制御動作を運用モー
ドから保守モードに切替え、作業終了後に再び運用モー
ドに切替えることができるので、保守作業中は警報発報
動作がオフとなり、従来のように上位システムの監視セ
ンタに作業の都度事前に、警報発報を連絡する必要がな
く、連絡不充分による誤警報などの騒ぎが起きないとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明を適用する従来のシステム構成例図であ
る。

【図３】従来の装置の構成例図である。

【図４】電気／光変換（直接変調）特性例図である。

【図５】光／電気変換（直接検波）特性例図である。

【符号の説明】

１ 無線基地局 ２ 中継増幅装置 ３ 親機 ４ 子機 ５，５’ 光ケーブル ６ ゾーン ７ 移動機 ３１ 無線部 ３２ Ｅ／Ｏ変換器 ３３ 分配器 ３４ Ｏ／Ｅ変換器 ３５ モデム ３６ 制御回路 ３７ 切替器 ３８ 可変利得増幅器 ３９ 合成器 ４１ 無線部 ４２ Ｏ／Ｅ変換器 ４３ Ｅ／Ｏ変換器 ４４ 可変利得増幅器 ４５ 増幅器 ４６ モデム ４７ 制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/06 10/04 (72)発明者 加賀屋 範行 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA03 BA14 BA16 CA09 CA10 DA12 FA01 5K046 AA07 BA01 BB01 DD02 DD13 5K067 AA44 BB03 BB04 EE06 EE10 EE37 5K072 AA30 BB13 BB27 DD11 DD16 DD17 EE18 GG08 GG11 GG22 GG25 GG26 GG27 GG44 HH02 HH08

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線基地局と送受信する親機と、該親機
   に上り，下り回線光ケーブルで接続されて電波の不感地
   帯に分散配置され各ゾーン内の移動局と送受信する複数
   の子機とから構成され、 前記親機は、無線基地局と送受信する無線部と、該無線
   部からの受信ＲＦ信号を前記複数の子機の数に分配する
   分配器と、該分配器の出力を光に変換して前記下り回線
   光ケーブルに出力する複数の第１の電気／光変換器と、
   前記複数の子機から前記上り回線光ケーブルを介して入
   力される受信光をそれぞれ電気信号に変換する複数の第
   １の光／電気変換器と、該複数の第１の光／電気変換器
   の出力を増幅する複数の第１の可変利得増幅器と、該複
   数の第１の可変利得増幅器の出力を合成して前記無線部
   に出力する合成器とを備え、 前記複数の子機のそれぞれは、前記親機から前記下り回
   線光ケーブルを介して入力される受信光を電気信号に変
   換する第２の光／電気変換器と、該第２の光／電気変換
   器の出力を増幅して移動局に対する信号を出力する第２
   の可変利得増幅器と、移動局からの受信ＲＦ信号を光に
   変換して前記上り回線光ケーブルに出力する第２の電気
   ／光変換器とを備えた中継増幅装置であって、 前記親機に、当該中継増幅装置の制御動作を運用モード
   と保守モードのいずれかに切替える切替器と、該切替器
   の切替えモードに従って装置の制御動作を行う第１の制
   御回路と、該第１の制御回路と上り，下り回線信号経路
   との間に介在して制御データの抽出，重畳を行う第１の
   モデムとが備えられ、 前記複数の子機のそれぞれに、前記親機の第１の制御回
   路の制御動作に応じて子機の制御を行う第２の制御回路
   と、該第２の制御回路と上り，下り回線信号経路との間
   に介在して制御データの抽出，重畳を行う第２のモデム
   とが備えられ、 前記第１の制御回路は、運用モードのとき前記各子機か
   らの親機の受信信号レベルと前記親機からの子機の受信
   信号レベルを監視しレベルが異常に変化したとき系の上
   位に対して警報を発する制御動作を行い、保守モードの
   とき警報発報動作をオフにし予め記憶された保守点検調
   整用の回線レベル調整プログラムに従ってポーリング方
   式により前記各子機からの親機の受信信号レベルを抽出
   するとともに前記各子機から送られてくる子機の受信信
   号レベルデータを抽出し前記上り，下り回線光ケーブル
   の長さに応じた損失を求めて回線利得補償値を算出し前
   記受信信号レベルが所定のレベルになるように前記第１
   および第２の可変利得増幅器の利得を自動的に調整する
   制御動作を行い、前記光ケーブルの長さの如何にかかわ
   らず各子機の移動局に対する送信レベルが所定の範囲に
   設定されるように構成されたことを特徴とする中継増幅
   装置。