JP2007214799A - 無線基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置構成で基地局装置周辺の落雷を検出して上位装置に通知する。
【解決手段】雷によって発生するサージから内部を保護するために電源系統等にサージ保護装置３０を備える。雷ノイズ受信アンテナ１２は、雷による電磁波を受信する。検波部１９は、雷ノイズ受信アンテナ１２の出力信号と移動通信に係る受信信号とを合成した信号からＰＤＣ方式の無線信号の受信処理における第２中間周波数に対応する通過帯域の信号を通過させて検波する。雷鳴検出部２２は、雷鳴を検出する。雷信号検出部２１は、検波部１９の出力信号が第１の所定の値より大きくなった時点から雷鳴検出部２２の出力信号が第２の所定の値より大きくなった時点までの時間が所定以下である場合に、雷サージ検出情報を出力する。通知部２８は、雷サージ検出情報を上位装置４０に通知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線基地局装置に関し、特に無線基地局の周辺で発生した雷サージを検知する機能を有する無線基地局装置に関する。

電子機器の周辺に発生した雷は、機器内に生じる磁気結合、電流注入、高電界等によって、機器にサージを発生させ損傷を与える。そこで装置内にサージ保護素子を備え、あるいは電気的な接続を遮断する手段を設けることなどによって、雷サージを防ぐようにしている。

例えば、特許文献１には、稲妻等の雷光、雷音を検知することによって、電子機器の電源・アンテナ接続を遮断する手段を備える電子機器が開示されている。また、特許文献２には、稲妻の放電に伴って放送波の復調出力に生ずる雑音をもって稲妻の発生を検知し、マイクロフォンを介して雷音を検知し、両検知信号の時間差を計時し、該時間差が所定時間以下であるときに、ＡＣ電源遮断器を開成駆動する雷サージプロテクタが開示されている。さらに、特許文献３には、雷雲が接近した場合に電磁界アンテナや電極などを介して観測される電界の変化などを検出して、電気的接続を遮断する遮断手段を備える屋外基地局の雷被害防止システムが開示されている。

特開２００１−６６３７８号公報 特開平１１−１８２８５号公報 特開２００２−１４１８７５号公報

通常、無線基地局装置の電源系統にはサージ保護装置が設置されている。サージ保護装置内にあるバリスタ等の部品は、雷サージによって劣化するが、劣化の予測が難しいので、寿命とは関係なく一律に使用年数が経った時点で交換されることが多い。このような無線基地局装置に対し、雷サージ検出機能と遮断手段を備えることは、有効である。しかし、装置が複雑化し、コストもかかってしまう。また、従来技術における遮断手段は機械的に行うものであり、スペースの上からも実装することが容易でない場合も多い。

本発明の目的は、簡単な装置構成で基地局装置周辺の落雷を検出して上位装置に通知することのできる無線基地局装置を提供することにある。

本発明の１つのアスペクトに係る無線基地局装置は、雷によって発生する電磁波を受信する受信部と、受信部の出力信号を検波して出力する検波部と、雷鳴を検出する雷鳴検出部と、検波部の出力信号が第１の所定の値より大きくなった時点から雷鳴検出部の出力信号が第２の所定の値より大きくなった時点までの時間が所定以下である場合に、雷サージ検出情報を出力する雷信号検出部と、雷サージ検出情報を上位装置に通知する通知部と、を備える。

第１の展開形態の無線基地局装置において、検波部は、受信部の出力信号と移動通信に係る受信信号とを合成した信号から所要の帯域の信号を通過させて検波することが好ましい。

第２の展開形態の無線基地局装置において、所要の帯域は、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）方式の無線信号の受信処理における第２中間周波数に対応する通過帯域であることが好ましい。

第３の展開形態の無線基地局装置において、所要の帯域は、略４５０ｋＨｚの周波数の信号を通過させる帯域であることが好ましい。

第４の展開形態の無線基地局装置において、雷信号検出部は、クロック信号をカウントするカウンタを備え、該カウンタは、検波部の出力信号が第１の所定の値より大きくなった時点でカウントを開始し、カウントした該クロック信号のパルス数が所定数に達する前に雷鳴検出部の出力信号が第２の所定の値より大きくなった場合に雷サージ検出情報を出力することが好ましい。

第５の展開形態の無線基地局装置において、無線基地局装置の電源系統には、雷サージ保護装置を備えることが好ましい。

本発明によれば、簡単な装置構成で基地局装置周辺の落雷を検出して上位装置に通知することができる。そして、上位装置側では、雷サージ保護素子等の部品の劣化を予測して部品交換の時期を適切に把握することができる。

本発明の実施形態に係る基地局装置周辺は、雷によって発生するサージから内部を保護するために電源系統等にサージ保護装置を備える。また、雷による電磁波を受信するための雷ノイズ受信アンテナと、雷ノイズ受信アンテナの出力信号と移動通信に係る受信信号とを合成した信号から所要の帯域の信号を通過させて検波する検波部と、雷鳴を検出する雷鳴検出部と、検波部の出力信号が第１の所定の値より大きくなった時点から雷鳴検出部の出力信号が第２の所定の値より大きくなった時点までの時間が所定以下である場合に、雷サージ検出情報を出力する雷信号検出部と、雷サージ検出情報を上位装置に通知する通知部と、を備える。

ここで、所要の帯域とは、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）方式の無線信号の受信処理における第２中間周波数に対応する通過帯域である。この第２中間周波数は、４５０ｋＨｚであり、比較的高いエネルギーの雷の電磁波パルスノイズを検出しやすい周波数である。

このような構成の無線基地局装置は、雷による電磁波及び雷鳴の検出をきっかけとして、雷サージを検出し、雷サージ検出情報を上位装置に通知する。上位装置側では、通知される雷サージ検出情報を元に例えば落雷の回数を集計するなどの方法によってサージ保護装置内のバリスタ等の部品劣化を予測し、部品交換の時期を把握することができる。したがって、寿命とは関係なく一律に使用年数が経った時点で部品交換を行う等の無駄を省くことができる。以下、実施例に即し、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る無線基地局装置の構成を示すブロック図である。図１において、無線基地局装置１０は、図示されない移動機とＰＤＣ方式の無線信号を送受信する基地局装置である。ここでは、雷サージを検知する機能に関わる部分のみを図示し、本発明に関わらない移動機との送受信機能等については説明を省略する。

無線基地局装置１０は、受信アンテナ１１、雷ノイズ受信アンテナ１２、高周波アンプ（ＲＦＡＭＰ）１３、第１のミキサ１４、中間周波数アンプ（ＩＦＡＭＰ）１５、ＩＦフィルタ１６、第２のミキサ１７、合波器１８、ＩＦフィルタ２３、検波部１９、クロック回路２０、雷信号検出部２１、雷鳴検出部２２、通知部２８を備える。また、不図示の電源系統等には、雷によって発生するサージから内部を保護するためにサージ保護装置３０を備える。

受信アンテナ１１は、移動機からの受信波（希望波）を受信し、高周波アンプ１３は、受信アンテナ１１で受信された受信波に対して増幅などの処理を行って受信信号ＳＧ１を第１のミキサ１４に出力する。第１のミキサ１４は、受信信号ＳＧ１を第１中間周波数信号ＳＧ２に周波数変換する。中間周波数アンプ１５は、第１中間周波数信号ＳＧ２に対して増幅などの処理を行いＩＦフィルタ１６に出力する。ＩＦフィルタ１６は、中間周波数アンプ１５の出力信号における第１中間周波数信号成分を通過させて、第２のミキサ１７に出力する。

一方、雷ノイズ受信アンテナ１２は、雷によって生じる電磁波パルスノイズを捕らえる。合波器１８は、雷ノイズ受信アンテナ１２で受信した雷の電磁波パルスノイズと第２のミキサ１７が出力する受信信号とを合成して、ＩＦフィルタ２３に出力する。ＩＦフィルタ２３は、合波器１８の出力信号から第２中間周波数信号ＳＧ３を生成して検波部１９に出力する。検波部１９は、通常の受信時には、第２中間周波数信号ＳＧ３を復調し、上位装置４０に対して復調信号ＳＧ４を送出することで受信動作を行う。また、検波部１９は、第２中間周波数信号ＳＧ３を復調し、雷信号検出部２１に対して、雷の電磁波パルスノイズに基づく検波信号ＳＧ６を送出する。

また、クロック回路２０は、クロック信号を発生する発振器２７と、分周器２６とを備える。分周器２６は、発振器２７が出力するクロック信号を単位時間に分周して基準となるクロック信号ＳＧ８として雷信号検出部２１に出力する。

さらに、雷鳴検出部２２は、雷鳴を捕らえるマイクロフォン２４と、マイクロフォン２４から出力される雷の音成分を通過させて音信号ＳＧ７として雷信号検出部２１に出力するフィルタ２５とを備える。空気中に雷が走ると、軌跡部分の空気が加熱して瞬間的に爆発膨張する。その際、雷鳴として周囲に強い衝撃音波を起こす。雷鳴検出部２２は、マイクロフォン２４で捉えた衝撃音である雷鳴を電気信号へ変換すると共に、電気信号をフィルタ２５に通すことで、音信号ＳＧ７として雷鳴の周波数成分を通過させる。

また、雷信号検出部２１は、検波信号ＳＧ６と音信号ＳＧ７とから基地局周辺に雷が発生したかどうかを検知し、クロック信号ＳＧ８をカウントすることで雷が近距離で発生したものか否かを判断する。雷が近距離で発生したものである場合には、雷サージ検出信号ＳＧ５を通知部２８に出力し、通知部２８は、雷サージ検出情報を上位装置４０に通知する。

図２は、雷信号検出部２１の構成を示すブロック図である。図２において、雷信号検出部２１は、検波信号ＳＧ６と基準値Ｒｅｆ１とを比較するためのコンパレータ３１と、音信号ＳＧ７と基準値Ｒｅｆ２とを比較するためのコンパレータ３２と、クロック信号ＳＧ８をカウントするカウンタ回路３３とを備える。カウンタ回路３３は、コンパレータ３１、３２の出力信号を元にクロック信号ＳＧ８のカウントの開始、停止を行い、近距離の雷が検出された場合に雷サージ検出信号ＳＧ５を出力する。

次に、本発明の実施例に係る無線基地局装置の雷サージ検出時の動作について図１、図２、図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例に係る無線基地局装置の雷サージ検出時の動作を表すフローチャートである。

図３において、雷信号検出部２１は、検波信号ＳＧ６のレベルを検出する（ステップＳ１１）。

雷信号検出部２１は、検波信号ＳＧ６があらかじめ決められた基準値の電界レベルを超えたか否かの判定を行う（ステップＳ１２）。すなわち、雷信号検出部２１内のコンパレータ３１が検波信号ＳＧ６の検波レベルを比較し、基準値の電界レベルを超えていない時は、コンパレータ３１の出力がローレベルとなる。カウンタ回路３３は、ローレベルを検出すると、雷ノイズ受信アンテナ１２によって雷サージは受信されていないと判断し（ステップＳ１２のＮ）、カウント動作をせず、ステップＳ１１に戻る。

ここで基準値とは、検波信号ＳＧ６のレベルが、通常受信時の受信レベル３０ｄＢｕより高い、例えば７０ｄＢｕ以上の信号レベルにてコンパレータ３１の出力がハイレベルとなるように基準電圧（基準値Ｒｅｆ１に相当）を設定しており、雷の受信ノイズが７０ｄＢｕ以上である場合に、雷のみを検出する事が可能となっている。

カウンタ回路３３は、コンパレータ３１の出力がハイレベルであることを検出すると、雷の電磁波パルスノイズを受信したと判断し（ステップＳ１２のＹ）、クロック信号ＳＧ８のカウント動作を開始する（ステップＳ１３）。そして、雷鳴検出部２２の応答を待つ。すなわち、音信号ＳＧ７のレベルを検出する（ステップＳ１４）。

カウンタ回路３３は、図４に示すように、コンパレータ３１の出力がハイレベルとなったことでクロック信号ＳＧ８のカウントを開始し、雷鳴検出部２２からの応答を待つ。この時、雷が発生したことによって音信号ＳＧ７のレベルがコンパレータ３２の基準値Ｖｒｅｆ２を超えると、コンパレータ３２の出力がハイレベルとなる。

ここで、比較的周辺に雷が発生し、雷鳴検出部２２にて雷の音が検出され、雷サージ検出信号ＳＧ５にてアラーム信号が出力される場合（ステップＳ１５のＹ）について、詳述する。

雷の発生する電磁ノイズは、電磁波であり瞬間的に検出されるが、雷鳴は音速で到達する。電磁ノイズの到達から雷鳴の到達までの時間差Δｔは、図５に示すように雷が発生した場所までの距離に比例する。なお、音の速さＣは、以下の式で与えられる。
Ｃ＝３３１．５＋０．６１ｔ
ただし、ｔは、摂氏温度であって、常温の２５℃時の音の速さは、３４６．３ｍ／ｓｅｃとなる。

無線基地局装置と雷の発生地点との距離が５００ｍ以内の時、雷サージによって比較的大きな電気的な影響を受けると想定される。そこで基地局装置の周囲５００ｍ以内の雷サージを検出させるとするならば、常温の２５℃時における到達時間Δｔは、
Δｔ＝５００ｍ／３４６．３（ｍ／秒）≒１．５秒
となる。

カウンタ回路３３は、Δｔ＝１．５秒に相当するカウント値までをカウントすることで周囲５００ｍ以内の雷サージを検出する。雷鳴検出部２２において雷の音が検出され、音信号ＳＧ７は、コンパレータ３２の基準値Ｖｒｅｆ２を超える。したがって、コンパレータ３２の出力がハイレベルとなり、カウンタ回路３３は、クロック信号ＳＧ８のカウントを停止する。ここでカウント数の合計が１．５秒以内に相当するため、カウンタ回路３３は、雷サージ検出信号ＳＧ５をハイレベル（アラーム状態）とする。通知部２８は、雷サージアラームとして雷サージ検出情報を上位装置４０に通知し（ステップＳ１６）、一連の処理が終了する。

一方、雷サージ検出後に雷鳴検出部２２で、カウント開始から１．５秒以内に雷鳴が検出されなかった場合について説明する。音信号ＳＧ７がコンパレータ３２の基準値Ｖｒｅｆ２を超えない場合（ステップＳ１５のＮ）、クロック信号ＳＧ８のクロック数をカウントするカウンタ回路３３の値が所定値に達したか否かを判定する（ステップＳ１７）。所定値に満たない場合（ステップＳ１７のＮ）、すなわちカウント開始から１．５秒以内である場合には、カウントを停止せず、ステップＳ１４に戻る。カウント数の合計が１．５秒相当を超える場合、すなわち雷の発生場所が遠く、Δｔが１．５秒以内に雷鳴が検出されない場合（ステップＳ１７のＹ）、規定カウントに達したため、カウント動作を停止し、カウンタはクリアされる（ステップＳ１８）。雷信号検出部２１は、通知部２８に対して雷サージ検出信号ＳＧ５を送出することなく、ステップＳ１１に戻る。

本発明の実施例に係る無線基地局装置の構成を示すブロック図である。 雷信号検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る無線基地局装置の雷サージ検出時の動作を表すフローチャートである。 カウンタ回路の動作を表すタンミングチャートである。 雷鳴到達時間と雷発生地点からの距離との関係を示す図である。

符号の説明

１０ 無線基地局装置
１１ 受信アンテナ
１２ 雷ノイズ受信アンテナ
１３ 高周波アンプ
１４ 第１のミキサ
１５ 中間周波数アンプ
１６、２３ ＩＦフィルタ
１７ 第２のミキサ
１８ 合波器
１９ 検波部
２０ クロック回路
２１ 雷信号検出部
２２ 雷鳴検出部
２４ マイクロフォン
２５ フィルタ
２６ 分周器
２７ 発振器
２８ 通知部
３０ サージ保護装置
３１、３２ コンパレータ
３３ カウンタ回路
４０ 上位装置
ＳＧ１ 受信信号
ＳＧ２ 第１中間周波数信号
ＳＧ３ 第２中間周波数信号
ＳＧ４ 復調信号
ＳＧ５ 雷サージ検出信号
ＳＧ６ 検波信号
ＳＧ７ 音信号
ＳＧ８ クロック信号
Ｒｅｆ１、Ｒｅｆ２ 基準値

Claims (6)

1. 雷によって発生する電磁波を受信する受信部と、
   前記受信部の出力信号を検波して出力する検波部と、
   雷鳴を検出する雷鳴検出部と、
   前記検波部の出力信号が第１の所定の値より大きくなった時点から前記雷鳴検出部の出力信号が第２の所定の値より大きくなった時点までの時間が所定以下である場合に、雷サージ検出情報を出力する雷信号検出部と、
   前記雷サージ検出情報を上位装置に通知する通知部と、
   を備えることを特徴とする無線基地局装置。
2. 前記検波部は、前記受信部の出力信号と移動通信に係る受信信号とを合成した信号から所要の帯域の信号を通過させて検波することを特徴とする請求項１記載の無線基地局装置。
3. 前記所要の帯域は、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）方式の無線信号の受信処理における第２中間周波数に対応する通過帯域であることを特徴とする請求項２記載の無線基地局装置。
4. 前記所要の帯域は、略４５０ｋＨｚの周波数の信号を通過させる帯域であることを特徴とする請求項２記載の無線基地局装置。
5. 前記雷信号検出部は、クロック信号をカウントするカウンタを備え、該カウンタは、前記検波部の出力信号が第１の所定の値より大きくなった時点でカウントを開始し、カウントした該クロック信号のパルス数が所定数に達する前に前記雷鳴検出部の出力信号が第２の所定の値より大きくなった場合に前記雷サージ検出情報を出力することを特徴とする請求項１記載の無線基地局装置。
6. 請求項１〜５記載の無線基地局装置の電源系統には、雷サージ保護装置を備えることを特徴とする無線基地局装置。

Images