JP2007043349A

JP2007043349A - 無線基地局

Info

Publication number: JP2007043349A
Application number: JP2005223686A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Ono; 亨明小野; Yutaka Watanabe; 豊渡邊; Shigeru Endo; 滋遠藤; Shigeyuki Ejiri; 茂之江尻; Kenji Yanagi; 健二柳
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】アダプティブアレイアンテナ技術を利用した無線基地局において、送信重み値が閾値電圧相当以内の値のときに出力された送信電力アラームのみを有効なものとする。
【解決手段】アダプティブアレイアンテナ技術を用いた無線基地局において、変調された送信信号を検波する検波回路３３２と、検波回路３３２の検波出力電圧とある固定された閾値電圧とを比較し、その比較結果から送信回路異常を判定した場合にアラームを出力する送信異常判定回路３３１と、さらに出力されたアラームを送信重み値Ｉ成分およびＱ成分の合成ベクトルの絶対値でマスキングして有効な範囲でのみ出力されたアラームを判定するアラーム判定部４００を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線基地局に係り、特に、複数のアンテナにより適応的に指向性パターンを形成するアダプティブアレイアンテナ技術を有し、無線基地局送信回路の異常アラームを検出することができる無線基地局に関する。

従来の無線基地局では送信指向性が一定であるため、送信電力も一定で送信されていた。そのような場合の送信電力の検波方法として、特開２０００−７８０３４がある。以下に、従来の無線基地局の構成と動作について、図１を参照して説明する。
図１は、従来の無線基地局の送信に係る構成の一例を示すブロック図である。
無線基地局は、制御部＜１００＞、無線制御部＜１１０＞、送信部＜１２０＞、アンテナ＜１３０＞を備える。制御部＜１００＞は、ＣＰＵ＜１０２＞、メモリ＜１０１＞を有する。無線制御部＜１１０＞は、変調回路＜１１１＞、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ変換器）＜１１２＞、加算器＜１３２＞を有する。送信部＜１２０＞は、増幅回路＜１２３＞、カプラ＜１２４＞、検波回路＜１２２＞、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）＜１２５＞、送信異常判定回路＜１２１＞を有する。
メモリ＜１０１＞には無線基地局のソフトウェアが格納されている。このソフトウェアは無線基地局の基本動作に必要なソフトウェアである。ＣＰＵ＜１０２＞はメモリ＜１０１＞に格納されたソフトウェアに従って、無線基地局の制御を行う。

次に無線送信動作について説明する。無線制御部＜１１０＞に入力された送信信号は、無線制御部＜１１０＞にある変調回路＜１１１＞に送られる。変調回路＜１１１＞では、例えば、無線基地局の用途に適した直交信号（同相成分Ｉ、直交成分Ｑ）へ変換し、直交信号（Ｉ、Ｑ）が加算器＜１３２＞にて合成され、Ｄ／Ａ＜１１２＞へ出力される。Ｄ／Ａ＜１１２＞は送信データをベースバンド信号へ変換し、送信部＜１２０＞内の増幅回路＜１２３＞へ出力する。
増幅回路＜１２３＞はアナログ変調信号に対して電力増幅を行い、カプラ＜１２４＞と帯域制限用のＢＰＦ＜１２５＞を経由して無線信号としてアンテナ＜１３０＞から外部へ送信する。
送信電力アラームの検出は、カプラ＜１２４＞から信号の一部がダイオードで構成される検波回路＜１２２＞に入力されるようになっている。この検波回路＜１２２＞で増幅回路＜１２３＞の出力を検波することで、送信電力に応じた値の検波電圧＜１３１＞を出力し、この検波電圧＜１３１＞が送信異常判定回路＜１２１＞に入力される。送信異常判定回路＜１２１＞には、固定された閾値電圧１＜２０２＞、閾値電圧２＜２０１＞を有しており、この電圧と検波電圧の比較を行っている。

図２は本発明の実施形態に係る送信異常判定回路の閾値電圧１＜２０２＞、閾値電圧２＜２０１＞の一例を示す図を示す。
検波電圧＜１３１＞が閾値電圧２＜２０１＞より大きい場合、規定値以上で送信されているため送信異常アラームを出力する。また、検波電圧＜１３１＞が閾値電圧１＜２０２＞より小さい場合、閾値を下回った電力で送信されているため送信異常アラームを出力する。出力されたアラームはＣＰＵ＜１０２＞に通知されて、送信信号の送信停止とアラームを出力する。

特願平１０−２４２０５３号公報

しかしながら、図１のように、従来の送信電力の検波は基準電圧が閾値として固定されていた。一般に、アダプティブアレイアンテナ技術を利用した無線送信機では送信指向性を変化させるため、送信機の送信電力と送信位相を刻一刻と変化させる必要がある。そのため、指向性の状態によっては送信回路が正常であっても、図２に示すような送信異常判定回路で有している閾値電圧１＜２０２＞を下回って送信を行う場合も存在する。その場合、従来の技術では、誤ったアラーム信号が出力されることにより送信機の送信を停止し、アラームが出力されてしまう可能性があった。
本発明は、以上の点に鑑み、通信相手の位置や電波伝搬環境によって指向性を変化させるアダプティブアレイアンテナ技術を利用した無線基地局において、例えば、送信異常判定回路で出力されたアラームを送信重み値に応じてマスキングをすることで、送信重み値が閾値電圧相当以内の値のときに出力された送信電力アラームのみを有効なものとする無線基地局を提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、送信異常判定回路出力の受け側で、アラームの有効性の判定を行う。この判定には送信重み値を用い、送信重み値がアラーム判定回路の閾値を下回る、または超えるときに送信異常判定回路から出力されたアラームを無効とし、また送信重み値がアラーム判定回路の閾値の範囲内のときに送信異常判定回路から出力されたアラームを有効としてＣＰＵに通知を行うことを特徴のひとつとするものである。
また、本発明は、送信回路異常検出を行うために送信信号を検出回路で検波して、検波回路の検波出力電圧と、ある固定された閾値電圧とを送信異常判定回路にて比較判定を行い、その結果閾値電圧を超えている、もしくは下回っている場合、送信回路異常と判断して、送信信号の送信を停止するとともに、アラームを出力することを特徴のひとつとする。

本発明の解決手段によれば、複数のアンテナを用いて指向性を制御するアダプティブアレイアンテナ技術を用いた無線基地局において、
希望波方向に対して複数のアンテナの指向性を向けるための、同相成分及び直交成分の送信重み値を算出する送信重み制御回路と、
送信信号をディジタル変調し、同相成分と直交成分を持つ直交信号を出力する、変調回路と、
前記変調回路からの直交信号を、前記送信重み制御回路からの送信重み値で同相成分及び直交成分毎に乗算して得られた送信出力が、予め定められた検波出力設定値の範囲外であると判定した場合、送信電力異常アラームを出力する、アンテナ毎に設けられた送信異常判定回路と、
前記送信重み制御回路からの同相成分及び直交成分の送信重み値をベクトル合成した絶対値を算出して、アラーム判定用の送信重み値として出力する、アンテナ毎に設けられたベクトル合成部と、
前記ベクトル合成部からの送信重み値が、アラーム検出が有効であることを表す予め定められた重み範囲設定値の範囲内であると判定した場合、アラーム有効信号を出力する、アンテナ毎に設けられた比較器と、
前記比較器からのアラーム有効信号と前記送信異常判定回路からの送信電力異常アラームとに基づき、アラーム有効信号が出力され且つ送信電力異常アラームが出力されている場合、その送信電力異常アラームは有効であると判断し、有効であることを出力又は通知又は記憶する、アンテナ毎に設けられた判定回路と
を備えた無線基地局が提供される。

以上に詳述したように本発明によれば、従来の送信異常判定回路に送信重み値でマスキングして有効なアラームを選択する回路を付加したことで、アラームの誤判定がなくなり適切なアラーム検出が可能となる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
近年、トラフィックの増加や周波数の有効利用のために、複数のアンテナを用いて必要な方向にのみ希望波を向け、その他の干渉波方向には送信を抑制できるアダプティブアレイアンテナ技術が用いられている。以下に、アダプティブアレイアンテナ技術を用いた無線基地局の送信動作について説明する。
図３に、無線基地局のアダプティブアレイアンテナ技術を利用した無線基地局の構成の一例を示すブロック図を示す。
この基地局では、アンテナ＜３１１＞ごとに送信電力と送信位相を制御して必要な方向にのみ指向性を向けるため、アンテナごとに無線制御部＜３２０＞、送信部＜３３０＞、受信部＜３４０＞を有するユニットを備える。なお、各ユニットは図中４つ設けられているが、適宜の数設けることができる。また、基地局は、制御部＜３００＞、送信重み制御回路＜３２３＞、受信重み制御回路＜３２４＞、復調回路＜３２５＞を備える。さらに、送信部＜３３０＞は、送信異常判定回路＜３３１＞、検波回路＜３３２＞、増幅回路＜３３３＞、カプラ＜３３４＞、ＢＰＦ＜３３５＞を有する。無線制御部＜３２０＞は、変調器＜３２１＞、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）＜３２２＞、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）＜３２６＞、乗算器＜３２７−１＞及び＜３２７−２＞、加算器＜３２８＞、アラーム判定部＜４００＞を有する。さらに、アラーム判定部＜４００＞は、ベクトル合成部＜４０１＞、アラーム検出有効重み範囲設定部＜４０２＞、比較器＜４０３＞、判定回路＜４０４＞、送信電力異常アラーム＜４０５＞を有する。

アンテナ＜３１１＞から受信した受信信号は、受信部＜３４０＞に入力される。受信部では、受信した無線信号をベースバンド信号へ変換し、無線制御部＜３２０＞へ入力する。無線制御部＜３２０＞に入力されたベースバンド信号は、Ａ／Ｄ＜３２６＞でディジタルの受信データに変換され、復調回路＜３２５＞に出力される。復調回路＜３２５＞では、信号の復調変換を行い、受信信号を出力する。
受信重み制御回路＜３２４＞では、復調回路＜３２５＞に入力された各アンテナ＜３１１＞で受信された受信データから、ある特定のアルゴリズムにより希望波の指向性の算出を行い、送信重み制御回路＜３２３＞に出力する。送信重み制御回路＜３２３＞では、受信重み制御回路＜３２４＞から出力された信号に基づいて希望波方向に対して指向性を向けるための送信重み値の算出を行い、乗算器＜３２７−１＞＜３２７−２＞及びベクトル合成部＜４０１＞に対して出力する。

変調回路＜３２１＞では、送信信号をディジタル変調し、同相成分Ｉと直交成分Ｑを持つ直交信号＜３１０＞を出力する。乗算器＜３２７−１＞及び＜３２７−２＞では、送信重み制御回路＜３２３＞からの送信重み値と、直交信号＜３１０−１＞及び＜３１０−２＞とをそれぞれ乗算する。さらに、加算器＜３２８＞は、乗算された両信号を合成し、Ｄ／Ａ＜３２２＞に出力する。以下、図１の従来の無線基地局の送信に係る構成の一例を示すブロック図を基に説明した方法と同様の方法で、増幅回路＜３３３＞はベースバンド信号に対して電力増幅を行い、カプラ＜３３４＞と帯域制限用のＢＰＦ＜３３５＞を経由して無線信号としてアンテナ＜３１１＞から外部へ送信する。
送信電力アラームの検出は、従来のアラーム検出と同様に、カプラ＜３３４＞から信号の一部がダイオード等で構成される検波回路＜３３２＞に入力されるようになっている。この検波回路＜３３２＞で検波することで、検波出力電圧が送信異常判定回路＜３３１＞に入力される。送信異常判定回路＜３３１＞には、図２に示すような固定された閾値電圧１、２を有しており、この電圧と検波出力電圧の比較を行っている。比較の結果、検波出力電圧が閾値電圧２＜２０１＞より大きい場合、また検波出力電圧が閾値電圧１＜２０２＞よりも小さい場合、送信電力異常アラーム＜４０５＞が出力される。
本実施の形態ではＣＰＵ＜３０２＞の入力前にアラーム判定部＜４００＞を備える。以下に、このアラーム判定動作について説明する。はじめに、送信重み制御回路＜３２３＞では、変調回路＜３２１＞から出力された同相成分Ｉと直交成分Ｑをもつ直交信号＜３１０−１＞＜３１０−２＞に対応した送信重み値を同相成分Ｉ、直交成分Ｑ毎にＷ_Ｉ，Ｗ_Ｑを算出（例えば、−２．０〜＋２．０等の予め定められた値）する。

図４は、送信異常アラームの有効性の判定のための閾値の一例を示す図である。
送信電力は、送信重み制御回路＜３２３＞で算出された送信重み値Ｗ_Ｉ、Ｗ_Ｑ（例えば、−２．０〜＋２．０）を変調回路＜３２１＞から出力された同相成分Ｉと直交成分Ｑをもつ直交信号＜３１０＞に乗算することで決定される。そのため、図に示す送信重み閾値１と送信重み閾値２は、送信異常判定回路＜３３１＞で有する図２の閾値電圧１＜２０２＞と閾値電圧２＜２０１＞と同等とすることができる。

次にアラーム判定部＜４００＞の動作について説明する。
送信重み制御回路＜３２３＞で算出された送信重み値である同相成分Ｗ_Ｉ、直交成分Ｗ_Ｑは、乗算器＜３２７−１＞＜３２７−２＞に出力されるのと同時にアラーム判定部＜４００＞内のベクトル合成部＜４０１＞に出力される。まず、ベクトル合成部＜４０１＞に入力された同相成分Ｗ_Ｉ、直交成分Ｗ_Ｑの重み値はベクトル合成して、その絶対値を算出してアラーム判定用送信重み値＜３２９＞として利用する。ここで、ベクトル合成の絶対値｜Ｗ｜は、

となる。（１）式で算出した｜Ｗ｜は、アラーム判定回路内の比較器＜４０３＞に出力される。ここで、アラーム判定部＜４００＞内のアラーム検出有効重み範囲設定部＜４０２＞には、例えば図４に示すようなアラーム検出有効重み範囲設定値（送信重み閾値１および送信重み閾値２）が格納されており、アラーム判定部内の比較器＜４０３＞に出力される。アラーム検出有効重み範囲設定値および｜Ｗ｜を入力した比較器＜４０３＞は、｜Ｗ｜がアラーム有効重み範囲設定値（送信重み閾値１〜送信重み閾値２）の範囲内であることの判定を行う。判定の結果、送信重み閾値１〜送信重み閾値２の範囲内（図４の網掛け部）である場合、有効であることを、また範囲外である場合には無効であることを示すアラーム有効信号＜３１３＞を判定回路＜４０４＞に出力する。

図５は、アラーム判定回路の判定論理表の一例を示す図である。
判定回路＜４０４＞では、図５に従い、比較器＜４０３＞から入力された有効・無効の信号（アラーム判定用送信重み値＜３２９＞の有効・無効）と、送信異常判定回路＜３３１＞から入力された送信電力異常アラーム＜４０５＞に基づいて、判定を行う。判定の結果、送信重み値＜３２９＞が有効範囲内であり（アラーム有効信号が出力有）かつ送信電力異常アラーム＜４０５＞が出力されている場合、そのアラームは有効と判断され、判定回路＜４４０＞はＣＰＵに送信部＜３３０＞が異常であることを通知する＜６０４＞。また、送信重み値＜３２９＞が有効範囲内であり（アラーム有効信号が出力有）かつ送信電力異常アラーム＜４０５＞が出力されていない場合、送信部＜３３０＞に異常はないため、判定回路＜４４０＞は、ＣＰＵに通知しない＜６０５＞。判定の結果、送信重み値＜３２９＞が有効範囲外であり（アラーム有効信号が出力無）、送信電力異常アラーム＜４０５＞が出力されている場合、そのアラームが送信部＜３３０＞の異常で発生したものか、送信重み値が小さいために送信電力が閾値電圧１＜２０２＞を下回って発生したものか区別がつかないため、判定回路＜４４０＞は、そのアラームを破棄し、ＣＰＵに通知しない＜６０６＞。また、送信重み値＜３２９＞が有効範囲外であり（アラーム有効信号が出力無）、送信電力異常アラーム＜４０５＞が出力されていない場合も、正常、異常の区別がつかないため、判定回路＜４４０＞は、これを無視し（不動作）、ＣＰＵに通知しない＜６０７＞。
ＣＰＵ＜３０２＞は、各判定回路＜４０４＞からの通知に従い、異常の表示または記録又は他装置への出力等を行う。また各判定回路＜４０４＞は、有効又は無効の通知の他、それを他部又は装置へ出力したり、又は、その適宜のメモリへ記憶することができる。

図６は、送信異常アラームの有効性の判定のための閾値の他の例を示す図である。
上述の実施の形態では同相成分Ｉ、直交成分Ｑの送信重み値はベクトル合成部＜４０１＞にて絶対値を算出しているが、この実施の形態では、絶対値計算の簡略化のために、同相成分Ｉまたは直交成分Ｑのどちらか大きい方を絶対値として使用し、図６で示すような検出範囲に従って、送信電力異常アラーム＜４０５＞の有効無効の判定を行う。ただし、検出範囲がずれる部分があるが、以下に示す説明により誤検出とはならない。すなわち、図の斜線部分が有効範囲内である。

ａ）図４の検出範囲を削る部分である範囲１（Ｘ２，Ｂ，Ｙ２で囲まれる部分）について
範囲１は、図４では送信重み値がアラーム検出有効範囲に入っていたが、図６にてアラーム無効とする部分になった。この範囲１についてはアラームが検出できなくなる。しかし送信重み値は受信重み制御回路＜３２４＞が算出する重み値に依存し、その重み値は受信信号の発信位置と、干渉波の状態により時間ごとに変化するものである。そのため送信重み値が範囲１に存在し、かつ、その範囲１に固定している確率は低いため、検出範囲を削ることによる影響は小さい。図６に示した第一象限の範囲１と同様に他の象限についても同様である。
ｂ）図４の検出範囲を超える部分である範囲２（Ｘ１，Ａ，Ｙ１で囲まれる部分）について
範囲２は、図４では重み値がアラーム検出範囲外であったが、図６にてアラーム検出有効重み範囲に入る。この範囲２ではアラームを検出する可能性がある。しかし実際の重み値は絶対値２．０を超えることはほとんどなく、正常であれば送信電力も送信重み閾値２を超えることはほとんどないので、範囲２をアラーム検出有効重み範囲としても差しつかえない。図６に示した第一象限の範囲２と同様に他の象限についても同様である。

本発明は、アダプティブアレイアンテナ技術を用いる無線基地局、基地局制御局等に適用することができる。

従来の無線基地局の送信に係る構成の一例を示すブロック図。送信異常判定回路の閾値電圧の一例を示す図。無線基地局の主に送信系に関する構成の一例を示すブロック図。送信異常アラームの有効性の判定のための閾値の一例を示す図。アラーム判定回路の判定論理表を示す図。送信異常アラームの有効性の判定のための閾値の他の例を示す図。

符号の説明

１００制御部
１０１メモリ
１０２ＣＰＵ
１１０無線制御部
１１１変調回路
１１２Ｄ／Ａ
１２０送信部
１２１送信異常判定回路
１２２検波回路
１２３増幅回路
１２４カプラ
１２５バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１３０アンテナ
１３１検波電圧
１３２加算器
２０１閾値電圧２
２０２閾値電圧１
３００制御部
３０１メモリ
３０２ＣＰＵ
３１０直交信号
３１１アンテナ
３１２スイッチ（ＳＷ）
３１３アラーム有効信号
３２０無線制御部
３２１変調回路
３２２Ｄ／Ａ
３２３送信重み制御回路
３２４受信重み制御回路
３２５復調回路
３２６Ａ／Ｄ
３２７乗算器
３２８加算器
３２９アラーム判定用送信重み値
３３０送信部
３３１送信異常判定回路
３３２検波回路
３３３増幅回路
３３４カプラ
３３５バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３４０受信部
４００アラーム判定部
４０１ベクトル合成部
４０２アラーム検出有効重み範囲設定部
４０３比較器
４０４判定回路
４０５送信電力異常アラーム
６０４アラーム有効ＣＰＵにアラーム通知
６０５送信回路正常ＣＰＵにアラーム非通知
６０６アラーム破棄ＣＰＵにアラーム非通知
６０７不動作ＣＰＵにアラーム非通知

Claims

複数のアンテナを用いて指向性を制御するアダプティブアレイアンテナ技術を用いた無線基地局において、
希望波方向に対して複数のアンテナの指向性を向けるための、同相成分及び直交成分の送信重み値を算出する送信重み制御回路と、
送信信号をディジタル変調し、同相成分と直交成分を持つ直交信号を出力する、変調回路と、
前記変調回路からの直交信号を前記送信重み制御回路からの送信重み値で同相成分及び直交成分毎に乗算して得られた送信出力が、予め定められた検波出力設定値の範囲外であると判定した場合、送信電力異常アラームを出力する、アンテナ毎に設けられた送信異常判定回路と、
前記送信重み制御回路からの同相成分及び直交成分の送信重み値をベクトル合成した絶対値を算出して、アラーム判定用の送信重み値として出力する、アンテナ毎に設けられたベクトル合成部と、
前記ベクトル合成部からの送信重み値が、アラーム検出が有効であることを表す予め定められた重み範囲設定値の範囲内であると判定した場合、アラーム有効信号を出力する、アンテナ毎に設けられた比較器と、
前記比較器からのアラーム有効信号と前記送信異常判定回路からの送信電力異常アラームとに基づき、アラーム有効信号が出力され且つ送信電力異常アラームが出力されている場合、その送信電力異常アラームは有効であると判断し、有効であることを出力又は通知又は記憶する、アンテナ毎に設けられた判定回路と
を備えた無線基地局。
前記判定回路は、
アラーム有効信号が出力され、かつ、送信電力異常アラームが出力されていない場合、
アラーム有効信号が出力されず、かつ、送信電力異常アラームが出力されている場合、または、
アラーム有効信号が出力されず、かつ、送信電力異常アラームが出力されていない場合、
前記送信電力異常アラームは有効でないと判断し、有効でないことを出力若しくは通知若しくは記憶する、又は、出力若しくは通知若しくは記憶をしないことを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
前記重み範囲設定値は、送信重み値の同相成分及び直交成分のベクトル合成値の絶対値について、最小値を示す閾値と最大値を示す閾値により所定範囲を定めたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線基地局。
前記重み範囲設定値は、送信重み値の同相成分又は直交成分のそれぞれの成分の絶対値について、最小値を示す閾値と最大値を示す閾値により所定範囲を定めたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線基地局。