JP2005318368A - 信号伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 端末装置の送信電力を調整して消費電力を低減させることが可能な信号伝送システムを提供すること。
【解決手段】 上り送信パワー制御を行っている無線基地局２から、親局装置を介して複数の子局装置まで有線伝送路を伝送する信号伝送システム５において、上り信号線の途中に利得可変器６が親局装置３または子局装置内に挿入され、外部制御端子１１を設けて外部から可変できるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、信号伝送システムに関するものである。

はじめに、従来の移動通信システムなどに利用される送信電力制御について述べる。複数の移動端末が１つの無線基地局と同時に通信を行っている場合、他の移動端末からの無線信号は、無線基地局における上り信号の受信品質劣化の要因となる。特に、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）を用いた伝送方式などのように、同一時刻の同一周波数帯域内に複数の上り無線信号が存在するときは、無線基地局から離れたところに位置する移動端末からの上り信号の無線基地局における受信品質が劣化する。これは遠近問題と呼ばれているものである。

この遠近問題の解決策の最も一般的なものとして、無線基地局から離れたところにある移動端末の送信電力を大きく、近くにある移動端末の送信電力は小さくするような送信電力制御を行う方法がある。この方法により、無線基地局に到達する複数の移動端末の信号強度や品質に大きな差が生じないようにすることができる。

無線基地局は、各移動端末からの上り信号強度やＳ／Ｎ（Signal to Noise ratio：信号対雑音比）を測定し、信号強度が小さいときまたはＳ／Ｎが小さいときには、移動端末の送信電力を大きくし、一方、信号強度が大きいかまたはＳ／Ｎが大きいときには、移動端末の送信電力を小さくするように、送信電力制御信号が無線基地局から各移動端末へ送られ、各移動端末はその制御命令に応じて送信電力を変化させる。このように、無線基地局が各移動端末の送信電力を制御している。

次に、無線信号が届かない不感地エリアなどに設置するアンテナ分配システムについて述べる。これは、無線基地局から離れたところに複数のアンテナを分散配置し、アンテナと無線基地局の間を有線伝送路を用いて伝送するというものである。

無線基地局から各アンテナまでは、上り及び下りの無線周波数（ＲＦ）等の高周波信号を光／電気変換したのち光ファイバケーブルを用いて光伝送する方法や、電気信号のままでメタルケーブルを用いて伝送する方法がある。アンテナ分配システムの無線基地局側に設置する装置を親局装置、アンテナ側に設置する装置を子局装置と呼ぶ。

例えば、特許文献１には、無線基地局の通話ゾーンを複数のマイクロセルに分割し、マイクロセルごとに光前進基地局を設け、無線基地局に接続された光インターフェース部とアンテナが接続された光前進基地局とを光ファイバで接続する光マイクロセル伝送方式が記載されている。

そして、特許文献１記載の伝送方式では、上りの光伝送の損失や光素子や電気増幅器の利得の変動に起因する信号レベル変動を抑制するため、光前進基地局において上り伝送信号に伝送信号と異なる周波数のパイロット信号を重畳して伝送し、光インターフェース部においてそのパイロット信号のレベルをモニタし、その信号レベルを可変増幅器にフィードバックすることで、パイロット信号レベルの自動利得調整を行っている。
特開平８−１４９５５２号公報

無線基地局が移動端末の送信電力制御を行う場合、一般的に各移動端末の上り送信電力を決めるのは無線基地局のみであり、アンテナ分配システムの上り伝送路の利得は一定に固定されていることが前提とされている。すなわち、アンテナで受信された上り信号波形と信号強度情報を、そのまま無線基地局に伝送する必要があった。

このような送信電力制御を行うシステムでは、上述の遠近問題は解決できるものの、無線送受信環境が悪い場所に位置する移動端末にとっては、大きな上り送信電力を必要とするため、移動端末の消費電力が増えて電池消費量が大きくなってしまう。

また、アンテナ分配システムにおいて無線基地局からアンテナまでの有線伝送路の損失が大きいエリア内にある移動端末は、無線基地局の送信電力制御により、ほぼその伝送損失分に相当する送信電力の上昇が起きる。そのため電池の消費量が大きくなる。

特許文献１に記載された伝送方式では、無線基地局−アンテナ間の伝送損失は補償できるものの、アンテナ−移動端末間の損失、すなわち不感地エリア内の無線送受信環境を改善するものではない。

従って、不感地エリアのアンテナ設置場所によっては移動端末の送信電力を大きくしなければならず、そこでは電池の消費量が増大する場合が生じる。

本発明は上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、端末装置の送信電力を調整して消費電力を低減させることが可能な信号伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の信号伝送システムの親局装置は、端末装置と無線通信を行う子局装置と、少なくとも一つの前記子局装置と有線伝送路を介して接続され、前記子局装置と無線基地局装置との間の通信を中継する親局装置とを含み、前記無線基地局装置は前記端末装置から前記子局装置および前記親局装置を介して受信する信号の特性に基づいて前記端末装置の送信電力を制御する信号伝送システムにおける親局装置であって、前記子局装置から受信した信号レベルを可変する利得可変手段と、前記利得可変手段の利得を略一定に制御する制御信号を受け付ける外部入力手段とを備える。この構成により、前記利得可変手段の利得を変化させることにより、端末装置の送信電力を無線基地局とは独立に制御することが可能となり、端末装置の消費電力を低減させることが可能となる。

本発明の信号伝送システムの子局装置は、少なくとも一つの前記子局装置と有線伝送路を介して接続され、前記子局装置と無線基地局装置との間の通信を中継する親局装置とを含み、前記無線基地局装置は前記端末装置から前記子局装置および前記親局装置を介して受信する信号の特性に基づいて前記端末装置の送信電力を制御する信号伝送システムにおける子局装置であって、前記端末装置からの信号レベルを可変する利得可変手段と、前記利得可変手段の利得を略一定に制御するための制御信号を受け付ける外部入力手段とを備える。この構成により、前記利得可変手段の利得を変化させることにより、端末装置の送信電力を無線基地局とは独立に制御することが可能となり、端末装置の消費電力を低減させることが可能となる。

本発明のリピータ装置は、端末装置からの無線信号を受信する受信アンテナを有する受信アンテナ部と、前記受信アンテナ部と有線伝送路を介して接続され、前記受信した信号を無線基地局装置へ送信する送信アンテナを有する送信アンテナ部と、前記受信アンテナ部および前記送信アンテナ部のうち少なくとも一方に設けられた可変利得増幅器と、を備え、前記送信アンテナ部から前記無線基地局装置へ到達する無線信号レベルが、前記端末装置から前記無線基地局装置へ到達する上り無線信号レベルより大きくなるように前記可変利得増幅器の利得を略一定に制御する。この構成により、端末装置の消費電力を低減させることが可能となる。また、端末装置の送信信号の強度を下げる制御も可能となる。

また、本発明のリピータ装置において、前記送信アンテナは指向性を有する。この構成により、送信アンテナ部が発する無線信号が受信アンテナ部に入ることによって生じる発振を防ぐことができる。

本発明によれば、端末装置の送信電力を調整して消費電力を低減させることが可能な信号伝送システムを提供することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成図である。なお、図１には上り信号線のみが記載されている。

図１に示すように、本実施形態の信号伝送システムであるアンテナ分配システム５は、無線基地局２と通信を行う親局装置３と、端末装置６と無線通信を行う子局装置４とを有する。

子局装置４は電気／光変換器８を備えている。電気／光変換器８は、アンテナ１を介して受信した信号を光信号に変換し、光ファイバ７を介して親局装置３に伝送する。

親局装置３は、光／電気変換器９と、外部端子１１を有する利得可変器１０と、合成器１２とを備える。光／電気変換器９は、子局装置４から光ファイバ７を介して受信した光信号を電気信号に変換する。利得可変器１０は、光／電気変換器９で変換された光信号を、制御入力端子１１に入力された制御信号に基づいた利得で増幅する。合成器１２は、各可変利得増幅器１０からの出力を合成する。そして、合成された信号は無線基地局２へ送信される。

外部端子１１には、親局装置３の外部からの制御信号が入力される。これにより、各々の利得可変器１０の利得を調整できる。すなわち、各々の子局装置からの上り信号レベルが個別に調整可能となる。

ここで、無線基地局２は、端末装置６の送信電力制御を行っているものとする。このようなアンテナ分配システム５では、無線基地局２側に、親局装置３を設置し、不感地エリアには子局装置４を設置して、無線基地局２から電波が届かない不感地に対しても、光ファイバ７を用いて信号の光伝送を行うことが可能となる。

図２は、第１の実施形態における上り信号レベルを説明する概念図である。点線は本実施形態の信号伝送システムを適用しない場合で、実線は本実施形態の信号伝送システムを適用した場合の上り信号レベルを示す。いずれの場合も無線基地局が受信レベルがほぼ同じになるように送信電力制御を行う。

図２に示すように、利得可変器１０の利得を大きくすると、端末装置６の送信電力が従来に比べて小さくできる。すなわち、利得可変器１０の利得を調整することにより、端末装置６の送信電力を調整することができる。

従って、各アンテナからの上り信号に挿入された利得可変器の各外部制御端子を設けることで、端末装置６の送信電力を各アンテナごとに独立に制御できる。

次に、外部制御端子１１からの利得可変器１０の制御方法について述べる。ここで、利得可変器１０の構成例として、増幅器と可変減衰器を直列に配置した場合を例にとって説明する。この場合、可変減衰器の可変端子を外部制御端子とすればよい。

アンテナから親局までの伝送損失やアンテナ−端末装置間の無線伝送損失が既知の場合は、その伝送損失分に相当する利得が増えるように減衰量を小さくすればよい。また、端末装置の消費電力を更に低減する目的で端末装置の送信電力を小さくしたいときは、利得可変器１０の利得が増加するように減衰量を小さくすればよい。この利得可変器１０を外部調整可能とすることで、親局装置３および子局装置４を設置した後、その設置環境における伝送損失等の特性に応じて利得を調整することができる。そして、この利得調整後、その調整された利得が略一定になるように利得可変器１０を設定または制御する。これにより、端末装置の消費電力を低減する調整を行った上で、無線基地局装置による送信電力制御を行うことができる。

また、本実施形態のように、各アンテナからの上り信号の利得調整用の外部端子が親局装置にあることによって、各アンテナからの上り信号の電力を親局装置側で一元管理することができる。

このような第１の実施形態の信号伝送装置によれば、端末装置の送信電力を調整して消費電力を低減させることが可能な信号伝送システムを提供することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成図である。図３には、第１の実施形態と同様、上り信号線のみが記載している。

図３に示すように、本実施形態では、利得可変器１０は、子局装置４における、アンテナ１からの上り信号線の途中に挿入されている。そして、利得可変器１０は、外部端子１１から各アンテナごとに独立に利得を可変できる。

図４は、第２の実施形態における上り信号レベルを説明する概念図である。点線は本実施形態の信号伝送システムを適用しない場合で、実線は本実施形態の信号伝送システムを適用した場合の上り信号レベルを示す。いずれの場合も無線基地局が受信レベルがほぼ同じになるように送信電力制御を行う。従って、子局の利得可変器の利得を大きくすることで、端末装置の送信電力が従来に比べて小さくできる。

次に上記外部調整端子からの利得可変器の制御方法については、上記第１の実施形態と同様に、アンテナから親局までの伝送損失やアンテナ−端末装置間の無線伝送損失が既知の場合は、その伝送損失分に相当する利得が増えるように減衰量を小さくすればよい。また、端末装置の消費電力を更に低減する目的で端末装置６の送信電力を小さくしたいときは、上記利得可変器１０の利得を増加するように減衰量を小さくすればよい。この利得可変器１０を外部調整可能とすることで、親局装置３および子局装置４を設置した後、その設置環境における伝送損失等の特性に応じて利得を調整することができる。そして、この利得調整後、その調整された利得が略一定になるように利得可変器１０を設定または制御する。これにより、端末装置の消費電力を低減する調整を行った上で、無線基地局装置による送信電力制御を行うことができる。

光伝送においては、伝送信号レベルが大きすぎると歪特性が劣化し、伝送信号レベルが小さすぎると雑音特性が劣化する傾向があるため、好ましい伝送信号レベルの範囲が限定される。本実施形態では、子局側で上り信号レベルを調整するので、図４に示すように、光伝送路に伝送する信号レベルを変えることなく端末装置の送信電力を下げることができる。

さらに、本実施形態においても、第１の実施形態のように利得可変器を親局装置に設け、すなわち、利得可変器を親局と子局の両方に挿入すれば、伝送特性に最適な信号レベルに調整できるとともに、端末装置の送信電力の低減量の調整範囲が拡大できる。

このような第２の実施形態の信号伝送システムによれば、子局装置に外部から制御可能な利得可変器を設けることにより、端末装置の送信電力を調整して消費電力を低減させることが可能な信号伝送システムを提供することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成図である。

図５に示すように、本実施形態の伝送システムにおいて、端末装置６と、無線基地局（不図示）の間に、リピータ装置１５が設けられている。ここで、通常リピータ装置は、不感地をなくすことを目的として、上り信号と下り信号との両方を増幅する機能を有し、電波が届かない不感地エリアに設置するものである。一方、本実施形態のリピータ装置１５は、無線基地局のカバーエリア内に設置され、上り信号を増幅する機能のみを有する。

リピータ装置１５は、受信アンテナ部１３と送信アンテナ部１２とを有し、受信アンテナ部１３と送信アンテナ部１２は光ファイバ１７で接続されている。

受信アンテナ部１３は、アンテナ１を介して端末装置６からの無線信号を受信する。受信信号は光ファイバ１７を介して送信アンテナ部１２に伝送される。送信アンテナ部１２は、受信アンテナ部１３からの信号を受信すると、アンテナ１４を介して無線基地局へ信号を送信する。そして、送信アンテナ部１２および受信アンテナ部１３は、外部端子１１を有する可変利得器１０を備え、それぞれ受信した信号を増幅する。なお、この可変利得器１０は、送信アンテナ部１２および受信アンテナ部１３の少なくとも一方に設けられればよい。

そして、このリピータ装置１５は、端末装置６から無線基地局に直接届く上り信号強度に比べて大きな信号を送信するように、可変利得器１０の利得を調整する。例えば、リピータ装置１５の受信アンテナ部１３のカバーエリア１６に存在する端末装置６からの無線基地局に届く上り信号強度を予め測定しておき、リピータ装置１５の設置後に、その信号強度に比べて大きな信号を送信するように可変利得器１０の利得を調整する。そして、その調整された利得が略一定になるように利得可変器１０を設定または制御する。これにより、端末装置の消費電力を低減する調整を行った上で、無線基地局装置による送信電力制御を行うことができる。

これにより、無線基地局は、リピータ装置１５を経由した端末装置６の上り信号により、送信電力制御を行い、リピータ装置１５のカバーエリア内にある各端末装置６は、リピータ装置１５を設置しないときと比較して送信電力を小さくさせることが可能となる。すなわち、リピータ装置１５のカバーエリア１６に存在する端末装置６の電池消費量を低減できる。

また、例えば病院内などのように、端末装置が発する電波による障害が懸念される場所に設置すると、端末装置６の通信を妨げない範囲で端末の電波を強制的に下げることが容易に可能となる。

なお、送信アンテナ部１２が発する無線信号が受信アンテナ部１３に入ることで発振しないように、送信アンテナ部１２の送信アンテナ１４は、無線基地局に向けた、指向性のあるアンテナであることが望ましい。

このような第３の実施形態の信号伝送システムによれば、端末装置の消費電力を低減させることが可能となる。また、端末装置の送信信号の強度を下げる制御も可能となる。

今後、無線伝送システムの伝送容量が増えるにつれ、不感地などのアンテナカバーエリアが小規模化するとともに、端末装置の電池消費量が増える。本発明の実施形態は送信電力制御を行っている無線基地局に追加されるアンテナ分配システムで、各アンテナカバーエリアごとに、電池消費量を低減する設定が容易に可能となる。また、上り専用のリピータ装置を送信電力制御を行っている無線基地局エリア内に適用することで端末装置の電池消費量を低減するだけでなく、病院内など精密機器の電波障害が懸念されるエリアに設置することで、端末装置が発する電波を低減できる。

なお、上記第１ないし第３の実施形態では、光ファイバを用いた光伝送を用いた場合を述べたが、メタルケーブルによる伝送においても同様に適用できる。

本発明の信号伝送システムは、端末装置の送信電力を調整して消費電力を低減させることが可能な効果を有し、移動体通信や無線ＬＡＮ等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成図 第１の実施形態における上り信号レベルを説明する概念図 本発明の第２の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成図 第２の実施形態における上り信号レベルを説明する概念図 本発明の第３の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成図

符号の説明

１ アンテナ
２ 無線基地局
３ 親局装置
４ 子局装置
５ アンテナ分配システム
６ 端末装置
７ 光ファイバ
８ 光／電気変換素子
９ 電気／光変換素子
１０ 利得可変器
１１ 外部制御端子
１２ 送信アンテナ部
１３ 受信アンテナ部
１４ 指向性アンテナ
１５ リピータ装置
１６ リピータ装置のカバーエリア
１７ 光ファイバ

Claims (4)

1. 端末装置と無線通信を行う子局装置と、少なくとも一つの前記子局装置と有線伝送路を介して接続され、前記子局装置と無線基地局装置との間の通信を中継する親局装置とを含み、前記無線基地局装置は前記端末装置から前記子局装置および前記親局装置を介して受信する信号の特性に基づいて前記端末装置の送信電力を制御する信号伝送システムにおける親局装置であって、
   前記子局装置から受信した信号レベルを可変する利得可変手段と、前記利得可変手段の利得を略一定に制御する制御信号を受け付ける外部入力手段とを備える親局装置。
2. 端末装置と無線通信を行う子局装置と、少なくとも一つの前記子局装置と有線伝送路を介して接続され、前記子局装置と無線基地局装置との間の通信を中継する親局装置とを含み、前記無線基地局装置は前記端末装置から前記子局装置および前記親局装置を介して受信する信号の特性に基づいて前記端末装置の送信電力を制御する信号伝送システムにおける子局装置であって、
   前記端末装置からの信号レベルを可変する利得可変手段と、前記利得可変手段の利得を略一定に制御するための制御信号を受け付ける外部入力手段とを備える子局装置。
3. 端末装置からの無線信号を受信する受信アンテナを有する受信アンテナ部と、
   前記受信アンテナ部と有線伝送路を介して接続され、前記受信した信号を無線基地局装置へ送信する送信アンテナを有する送信アンテナ部と、
   前記受信アンテナ部および前記送信アンテナ部のうち少なくとも一方に設けられた可変利得増幅器と、
   を備え、
   前記送信アンテナ部から前記無線基地局装置へ到達する無線信号レベルが、前記端末装置から前記無線基地局装置へ到達する上り無線信号レベルより大きくなるように前記可変利得増幅器の利得を略一定に制御するリピータ装置。
4. 請求項３記載のリピータ装置であって、前記送信アンテナは指向性を有するリピータ装置。

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