JP2001333009A - 小型中継増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地下街やビル深部に存在する電波不感地帯で
も無線通信を可能にする中継増幅装置がある。従来の中
継増幅装置は、増幅装置を挟んで基地局向けのアンテナ
と移動局向けのアンテナから構成され、一つの箱に収容
し設置の簡易さを特徴としている。この方式では、アン
テナの場所を自在に変えられないため、ビル深部の電波
不感地帯を解消できない。また、ＡＧＣ動作が頻発し通
話エリアが不安定になると云った問題がある。 【解決手段】 地下街やビル深部などの電波不感地帯に
おいて、携帯電話やＰＨＳなどの無線通信を可能にする
小型中継増幅装置で、装置を機能ごとにいくつかの部分
に分割し、その設置場所を選択することで、設置場所の
自由度とアンテナの選択性を向上させ、品質のよい安定
した通話エリアの提供を実現する小型中継増幅装置であ
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、地下街やビル深部
などの電波不感地帯で、携帯電話やＰＨＳなどの無線通
信を可能にする小型中継増幅装置に関するものである。
なお、文中、ＡＧＣは「Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ：自動利得調整出力に応じて利得を調整する」こ
とである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話の急速な普及により、地下街や
ビル内部に存在する電波不感地帯での使用の要求が高ま
っている。また、近年はパケットなどを使用したデータ
通信も盛んに行われるようになり、最新の情報を“いつ
でも、どこでも”送受信したいという要求はこれまで以
上に強くなると予想される。この対策として小型中継増
幅装置が開発された。この装置は、無線通信の電波を受
信可能な領域から引き込み、増幅して電波不感地帯に放
射する、あるいはこの逆を行うものである。

【０００３】従来の装置の構成を図１、図２に示す。装
置は基地局との電波の送受信をする対基地局用アンテナ
１と、室内設置部２から構成されている。室内設置部２
はさらに増幅装置２Ａと移動局との電波の送受信をする
対移動局アンテナ２Ｂから構成される。そして、増幅装
置２Ａは電波を選別するフィルタ（分波器）２Ａ１、２
Ａ４と、微弱な電波を増幅するアンプ２Ａ２、２Ａ５
と、出力電力を調整するアッテネータ２Ａ３、２Ａ６と
を送受信それぞれに持ち、さらに装置に電源を供給する
電源部２Ａ７と、出力を監視してある一定値を超えない
ようアンプの利得を操作する制御回路２Ａ８と、動作状
態やＡＧＣ動作などを知らせるアラーム部２Ａ９から構
成されている。増幅装置２Ａと対移動局アンテナ２Ｂを
一体化したことにより、室内設置部２はコンパクトな構
造を持っており、これを電波不感地帯に設置し、電波受
信可能な位置に設置した対基地局アンテナｌとケーブル
で接続するだけの簡易な作業だけで、移動局の使用が可
能になるものである。電源の投入のスイッチ、アラーム
などの警報は増幅装置２Ａに内蔵されており、設置後の
操作はすべて室内設置部周辺でできる利点を持ってい
る。しかし一体化したことにより、アンテナが選択でき
ない、設置場所が限られるといった間題が生じている。

【０００４】従来の装置では、対基地局アンテナ１は自
由に選択できる。ダイポールのような無指向性アンテナ
を設置したり、八木アンテナのような指向性アンテナを
設置したり、基地局との位置関係や電波の強度でアンテ
ナを選択することができる。これに対し対移動局アンテ
ナ２Ｂは増幅装置２Ａと一体化されているため、他のア
ンテナに取り替えることができない。従来の装置では平
面アンテナが内蔵されており、壁掛け設置が基本であ
る。しかし、設置する場所の構造が細長かったり、Ｌ字
に曲がっているような場合は、壁掛け型アンテナでその
すべてをカバーするには無理があり、部屋の構造にあっ
たアンテナ（例えばダイポールのような無指向性のアン
テナを部屋の中央に設置するなど）に取り替えるのが望
ましい。また一体化したことにより、通話品質にも影響
を与えている。対基地局アンテナ１の設置場所で基地局
からの電波の受信レベルが十分大きい場合はよいが、基
地局からの距離が遠いなどの理由により、微弱な電波し
か受信できないような場合は、なるべく早く増幅するこ
とが望ましい。しかし、上述のように増幅装置２Ａと対
移動局アンテナ２Ｂを一体化すると、対基地局アンテナ
１と増幅装置２Ａの距離が離れることになり、受信した
微弱な電波を長いケーブルで伝送して、増幅装置２Ａま
で送らなければならないため、微弱な電波をさらに減衰
させることになってしまう。その損失はケーブルの長さ
とケーブルの径で決まり、例えば市販の３Ｄ‐２Ｖケー
ブル２０ｍで接続した場合は、伝送する電波の周波数１
ＧＨｚで１２ｄＢもの損失がある。このような微弱な電
波を増幅装置２Ａで通話可能なレベルまで増幅するが、
ノイズレベル程度まで落ち込んでしまった場合は、デー
タが破壊されてしまうこともあり、レベルは回復しても
通話品質はもとに戻らない場合もある。

【０００５】従来の装置の構成では、微弱な電波をさら
にケーブルで減衰させることになっているので、増幅装
置２Ａに使用するアンプ２Ａ２、２Ａ５には、耐雑音特
性のよい高価なものを使用しなければならず、装置のコ
ストを上げる原因となっている。また、一体化によっ
て、移動局から基地局に向けた電波にも影響がある。増
幅装置２Ａの利得が一定であれば、設置位置の違いは関
係ないが、実際の装置では増幅後のレベルが電波法で既
定された値を超えないよう制御回路２Ａ８によるＡＧＣ
動作によって利得を調整している。したがって、利得は
その既定値を超えることができないので、対基地局アン
テナ１から放射する直前に増幅すれば、基地局で最も高
い受信レベルを得ることができる。しかし、従来の装置
は増幅装置２Ａと対基地局アンテナ１が離れているの
で、増幅後ケーブルで減衰した後に対基地局アンテナ１
から放射されるので、基地局での受信レベルが低くなっ
てしまう。

【０００６】また、上述のＡＧＣ動作にも問題がある。
移動局と増幅装置２Ａの距離が近い場合、増幅装置２Ａ
への入力レベルが大きく、したがって増幅後のレベルも
大きくなるので、ＡＧＣ動作によって利得を調整し、出
力が既定値を超えないようにする。この現象はＡＧＣ動
作を引き起こした移動局には影響ないが、利得が落ちて
いるので、他の移動局には使用できるエリアが小さくな
って見える。このため、対移動局アンテナ２Ｂから十分
離れた位置で移動局を使用し、その後近くで別の移動局
を使用するとＡＧＣ動作によって、利得が低下するの
で、離れた位置の移動局はエリア外になってしまい、通
話品質の劣化、最悪の場合は切断にまで至る。また、長
時間連続してＡＧＣ動作が発生すると、自動的に電源が
切れるようになっている。その後、自動復旧はしないの
で、室内設置部２にあるリセットスイッチを手動で押さ
なければならない。従来の装置は壁のしかも天井に近い
部分に設置されることが多く、手が届きにくいので、そ
の作業は大変面倒である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたも
のにあっては、下記のような問題点を有していた。それ
は、設置場所が限られる、対移動局アンテナの交換がで
きない、通話品質を劣化させている、ＡＧＣ動作により
通話エリアが不安定になるなどである。本発明は、従来
の技術の有するこのような問題点に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、次のような事のできる
ものを提供しようとするものである。それは、設置場所
を自由に選択できる、対移動局アンテナを設置場所に適
したものに交換できる、通話品質の劣化を抑える、ＡＧ
Ｃ動作による通話エリアの変動を抑える、などである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は下記のようになるものである。すなわち、
請求項１記載の発明は、基地局に対して電波の送受信を
行う対基地局アンテナと、移動局に対して電波の送受信
を行う対移動局アンテナと、微弱な電波を増幅するアン
プと出力電力を調整するアッテネータと、出力を監視し
てある一定値を越えないようアンプの利得を操作する制
御回路と、電波を選別するフィルタを送受信それぞれに
ついて持つ増幅装置と、装置に電源を供給する電源部
と、動作状態やＡＧＣ動作などを知らせるアラーム部に
分割して構成し、装置設置場所の自由度とアンテナの選
択性の向上を実現することで地下街やビル深部などの電
波不感地帯において、携帯電話やＰＨＳなどの無線通信
を可能にするよう構成したことを特徴とするものであ
る。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、増幅装置を対基地局アンテナ側に設置する
ことにより、通話品質劣化の抑制、ＡＧＣ動作率の低
下、ＡＧＣ動作による利得変動幅の縮小を実現し、安定
した通話エリアを提供するよう構成したことを特徴とす
るものである。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、増幅装置を対基地局アンテナ側に設置する
と共に、増幅装置の電源は増幅装置設置場所周辺から取
るか、電源用ケーブルを延長して取るか、あるいは増幅
装置と対移動局アンテナを接続している高周波用のケー
ブルに高周波信号と電源を同時に伝送し、途中に挿入し
た分波装置でその信号を分離して取り出す、いずれかの
方法を選択できるよう構成したことを特徴とするもので
ある。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、増幅装置を対基地局アンテナ側に設置する
と共に、増幅装置のアラーム部は増幅装置設置場所周辺
に設置するか、アラ一ム信号取出し端子からケーブルを
延長して操作できる所まで引き出すか、あるいは増幅装
置と対移動局アンテナを接続している高周波用のケーブ
ルにアラーム信号も同時に伝送し、途中に挿入した分波
装置でその信号を分離して取り出して、容易に操作でき
る位置に設置する、いずれかの方法を選択できるよう構
成したことを特徴とするものである。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項１ないし請
求項４のいずれかに記載の発明において、中継増幅は１
つのシステムに限らず、携帯電話のほかＰＨＳやポケッ
トベルなど他の複数のシステムに対応するよう構成した
ことを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例にもとづき図面を参照して説明する。本発明である小
型中継増幅装置の構成を図３、図４に示す。従来の装置
では、大きく分けて対基地局アンテナ１と室内設置部２
から構成されていたが、本発明は、対基地局アンテナ
１、増幅装置３、対移動局アンテナ４、電源部５、そし
てアラーム部６の５つの部分から構成されている。さら
に、増幅装置３は、電波を選別するフィルタ（分波器）
３Ａ、３Ｄと、微弱な電波を増幅するアンプ３Ｂ、３Ｅ
と、出力電力を調整するアッテネータ３Ｃ、３Ｆと、出
力を監視して、ある一定値を超えないようアンプの利得
を操作する制御回路３Ｇから構成されている。

【００１４】増幅装置３と対移動局アンテナ４を分離す
ることにより、これまでは一体化されていたので装置を
固定する場所も限られていたが、分離することで部屋の
構造に合うアンテナを選択することができ、設置する場
所の自由度も向上する。（図５） また、増幅装置３は電源部５とアラーム部６を分離して
いる。電源部５を分離することにより増幅装置の設置場
所を変更しても、電源の位置を取りやすい場所に変更す
ることができる。さらに、アラーム部６を分離すること
で、対基地局アンテナ１または対移動局アンテナ４や増
幅装置３から離れた位置であっても、装置の動作状況の
把握、アラームの解除などの操作ができる。増幅装置３
は、これまで対移動局アンテナ４側に設置していたが、
これを対基地局アンテナ１側に設置してもよい。設置場
所は対基地局アンテナ１に直接接続でもいいし、ケーブ
ルなどで固定の簡単な位置まで伸ばしてもよい。可能な
限り対基地局アンテナ１の近くに設置することで、品質
に対する影響が大きく変化する。設置場所を変更するこ
とにより、基地局からの微弱な電波をすぐ増幅すること
ができ、通話品質の劣化を最小限に抑えることができ
る。また、基地局へ放射する直前に増幅できるので、基
地局で受信される電波のレベルを高くでき、結果として
通話品質の劣化を抑えることができる。移動局と増幅装
置３の距離が離れることになるため、従来の中継増幅装
置を設置した時よりもエリアが小さくなると予想される
が、ＡＧＣ動作率と利得の変化量を抑えることができ、
安定した通話エリアを提供できる。

【００１５】また、増幅装置３の設置場所が屋外になる
場合は、天候による影響を考慮しなければならない。雨
に対しては、装置全体をカバーに収納したり、装置自体
にはっ水処理を施したり、ケーブルに防水処理をするな
どを行い、内部回路に水が入らないようにする。風に対
しては、風圧荷重を計算して固定部の強度を十分なもの
にしたり、装置の筐体を風圧荷重の低い形状に変更する
などの処理を行い、飛ばされないようにする。また、増
幅装置３を屋外に設置する場合は、電源の確保が難し
い。したがって、電源を確保できる位置まで電源ケーブ
ルを延長しなければならない。この電源用の長いケーブ
ルの設置がわずらわしい場合は、増幅装置３と対移動局
アンテナ４をつないでいる高周波用のケーブルで電源も
伝送してしまう方法もある。この場合、増幅装置と反対
側には電源と高周波信号を分離する図６のような分波装
置が必要である。

【００１６】分波装置７は、増幅装置３、対移動局アン
テナ４、アラーム部６の間に接続され、電源部５はアラ
ーム部６に直列に接続される。分波装置７は、低域通過
分波器（以下ＬＰＦ）７Ａと高域通過分波器（以下ＨＰ
Ｆ）７Ｂで構成されている。アラーム部は、ＬＥＤを点
灯させたり装置のリセットを行う表示部６ＡとＬＰＦ６
Ｂから構成されている。分波装置内部はｆａ、ｆｂ、ｆ
ｃ、ｆｄの４種類の周波数を持った信号が通過する。こ
の４種類の信号はそれぞれｆａ：無線通信信号周波数
（上り回線）、ｆｂ：無線通信信号周波数（下り回
線）、ｆｃ：アラーム信号周波数、ｆｄ：電源信号周波
数であり、ｆｄ＜ｆｃ＜ｆｂ＜ｆａの関係がある。無線
通信信号周波数ｆａは、ＨＰＦ７Ｂを通過し増幅装置３
に入る。アラーム部６ヘの経路はＬＰＦ７Ａによって阻
止される。無線通信信号周波数ｆｂも同様である。アラ
ーム信号周波数ｆｃは増幅装置３から出され、ＬＰＦ７
Ａを通過してアラーム部へ入る。対移動局アンテナ４へ
の経路はＨＰＦ７Ｂによって阻止される。またアラーム
部６と電源部５をつなぐ経路は、ＬＰＦ６Ｂによって電
源信号周波数ｆｄのみが通過可能である。

【００１７】以上説明したような分波装置を用いれば、
増幅装置３と対移動局アンテナ４をつないでいる高周波
用のケーブルで電源もアラーム信号も伝送することが可
能となり、分離した装置間をつなぐケーブルを少なく
し、接続を簡単化できる。また、アラームの解除、電源
のリセットをすべてこのアラーム部６で行うことができ
るので、分離した装置をどこに設置してもこのアラーム
部６だけ操作者の手の届く位置に設置すればよいので、
操作が簡単となる。また、この小型中継増幅装置は使用
する周波数を変えることで、別のシステム、例えば、携
帯電話（８００ＭＨｚ帯＝旧アナログ帯域と１．５ＧＨ
ｚ帯＝ディジタル帯域）のほか、例えば、ＰＨＳやポケ
ットベル（登録商標）に対応させることもできる。さら
に、それらを全てそろえ、アラ―ム部や電源部を共有化
し、それぞれのアンテナ部、増幅装置どうしを一体化す
ることで、１台で全ての無線通信システムをカバーでき
る中継増幅装置に発展させることも可能である。

【００１８】

【実施例】さらに、以下のような条件で実験した結果、
極めて良好な結果が得られた。図７、図８はその概要を
示すものである。増幅装置を対移動局アンテナ側に設置
した従来構成の場合（以下この構成をアンプ下と呼ぶ）
と増幅装置を対基地局アンテナ側に設置した本発明構成
の場合（以下この構成をアンプ上と呼ぶ）で、受信レベ
ルや通話品質を測定し、結果を比較した。図９は基地局
から移動局への電波（以下、下り回線と呼ぶ）の受信レ
ベルをアンプ上とアンプ下で比較したものである。アン
プの利得とケーブルの損失は一定であるので、移動局で
の受信レベルはアンプの位置に関係なく、ほぼ同じであ
る。この時の通話品質を比較したのが図１０である。グ
ラフ縦軸の品質レベルはＢＥＲを示しており、０：（Ｂ
ＥＲ０．３％以下）、１：（ＢＥＲ０．３〜１％）、
２：（ＢＥＲ１〜３％）、３：（ＢＥＲ３％以上）に対
応する。アンプ上設置の場合は品質の劣化が全く発生し
ていないが、アンプ下設置の場合は、ほとんどの位置で
通話品質の劣化が確認された。なお、ＢＥＲは、「Ｂｉ
ｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ：ビット誤り率 情報の品質
劣化」である。

【００１９】また、移動局を定点に固定し、アッテネー
タの値を通話不可になるまでどんどん大きくしていった
時の通話品質を比べたのが図１１である。同様の品質劣
化が起こるまで、アンプの取付位置の違いだけで利得に
して３０ｄＢもの違いがあった。図１２は移動局から基
地局への電波（以下、上り回線と呼ぶ）の基地局受信レ
ベルを比較したものである。下り回線のような一致は見
られず、アンプ上設置の方が、受信レベルは高い。これ
はＡＧＣの動作により、増幅装置の利得が一定ではない
からである。したがって、増幅後の出力はある値を超え
ないので、対基地局アンテナからの放射レベルが高いほ
ど基地局の受信レベルは高い。つまり、その直前に増幅
する、本発明の構成の方が、基地局の受信レベルは高い
ことになる。次に上り通話品質を比較した。結果を図１
３に示す。アンプ上設置の場合、移動局から増幅装置ま
での損失が増えるわけだが、増幅装置から基地局までの
損失の方が影響が大きいため、結果としてこの方が品質
劣化の割合が低いことがわかる。

【００２０】図１４は移動局を定点に固定し、アッテネ
ータの値を通話不可になるまでどんどん大きくしていっ
た時の通話品質を比べたものである。同様の品質劣化が
起こるまで、アンプの取付位置の違いだけで利得にして
１５ｄＢの違いがあった。さらに、対移動局アンテナか
らの距離が異なる２台の移動局を同時に使用し、ＡＧＣ
動作による通話品質の変化を調べた。表１はその結果で
ある。

【００２１】

【表１】

【００２２】まず、１台をＡＧＣ動作が発生しない遠距
離の位置で動作させる。次に、近距離でもう１台移動局
を動作させる。この時ＡＧＣ動作が発生し、その動作に
よって遠距離で使用している移動局の通話品質が劣化し
ているのが確認できた。以上、従来装置の問題点が、本
発明によって解決できることを実験により確認した。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、上述の通り構成されているの
で次に記載する効果を奏する。 １．設置場所の自由度を向上できる。 ２．対移動局アンテナの選択性を向上できる。 ３．設置の簡易性を向上できる。 ４．通話品質の劣化を抑えることができる。 ５．ＡＧＣ動作の発生率を下げ、利得変化幅を狭くする
ことで、安定した通話エリアを提供できる。 ６．増幅装置の低コスト化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の中継増幅装置のブロック図である。

【図２】従来の増幅装置のブロック図である。

【図３】本発明の小型中継増幅装置のブロック図であ
る。

【図４】本発明の増幅装置のブロック図である。

【図５】本発明の設置例である。

【図６】高周波信号とその他の信号を分離する分波装置
の構成例である。

【図７】アンプ下設置についての実験の概要図である。

【図８】アンプ上設置についての実験の概要図である。

【図９】下り回線の受信レベルを比較した結果を示すグ
ラフである。

【図１０】下り回線の通話品質を比較した結果を示すグ
ラフである。

【図１１】下り回線の通話限界となる利得を比較した結
果を示すグラフである。

【図１２】上り回線の受信レベルを比較した結果を示す
グラフである。

【図１３】上り回線の通話品質を比較した結果を示すグ
ラフである。

【図１４】上り回線の通話限界となる利得を比較した結
果を示すグラフである。

【符号の説明】 １ 対基地局アンテナ ３ 増幅装置 ４ 対移動局アンテナ ５ 電源部 ６ アラーム部 ７ 分波装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 金見 東京都中野区東中野３丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5K067 AA34 BB04 EE02 EE06 EE10 GG08 GG09 KK01 KK05 KK17 5K072 AA30 BB13 BB27 EE18 GG01 GG14 GG17 GG19 GG22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基地局に対して電波の送受信を行う対基
   地局アンテナと、移動局に対して電波の送受信を行う対
   移動局アンテナと、微弱な電波を増幅するアンプと出力
   電力を調整するアッテネータと、出力を監視してある一
   定値を越えないようアンプの利得を操作する制御回路
   と、電波を選別するフィルタを送受信それぞれについて
   持つ増幅装置と、装置に電源を供給する電源部と、動作
   状態やＡＧＣ動作などを知らせるアラーム部に分割して
   構成し、装置設置場所の自由度とアンテナの選択性の向
   上を実現することで地下街やビル深部などの電波不感地
   帯において、携帯電話やＰＨＳなどの無線通信を可能に
   するよう構成したことを特徴とする小型中継増幅装置。
2. 【請求項２】 増幅装置を対基地局アンテナ側に設置す
   ることにより、通話品質劣化の抑制、ＡＧＣ動作率の低
   下、ＡＧＣ動作による利得変動幅の縮小を実現し、安定
   した通話エリアを提供するよう構成した請求項１記載の
   小型中継増幅装置。
3. 【請求項３】 増幅装置を対基地局アンテナ側に設置す
   ると共に、増幅装置の電源は増幅装置設置場所周辺から
   取るか、電源用ケーブルを延長して取るか、あるいは増
   幅装置と対移動局アンテナを接続している高周波用のケ
   ーブルに高周波信号と電源を同時に伝送し、途中に挿入
   した分波装置でその信号を分離して取り出す、いずれか
   の方法を選択できるよう構成した請求項１記載の小型中
   継増幅装置。
4. 【請求項４】 増幅装置を対基地局アンテナ側に設置す
   ると共に、増幅装置のアラーム部は増幅装置設置場所周
   辺に設置するか、アラ一ム信号取出し端子からケーブル
   を延長して操作できる所まで引き出すか、あるいは増幅
   装置と対移動局アンテナを接続している高周波用のケー
   ブルにアラーム信号も同時に伝送し、途中に挿入した分
   波装置でその信号を分離して取り出して、容易に操作で
   きる位置に設置する、いずれかの方法を選択できるよう
   構成した請求項１記載の小型中継増幅装置。
5. 【請求項５】 中継増幅は１つのシステムに限らず、携
   帯電話のほかＰＨＳやポケットベルなど他の複数のシス
   テムに対応するよう構成した請求項１ないし請求項４の
   いずれかに記載の小型中継増幅装置。