JP2007300482A - 無線中継増幅装置、無線中継増幅システム、無線中継方法 - Google Patents

無線中継増幅装置、無線中継増幅システム、無線中継方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基地局と移動機との間の無線信号を可変増幅して中継する無線中継増幅装置の出力が過出力となる場合に、基地局で受信される無線中継増幅装置の雑音を適切に抑制する。
【解決手段】基地局と移動機との間の無線信号の電力レベルが閾値を超えた場合にタイマ計時による過大入力許容時間を経過した後に、増幅動作を停止させる。電力レベルが閾値を超えた場合に自装置の増幅動作を自動的に停止させることにより、その後にアッテネータ量を調整して増幅動作を再開させることができ、無線中継増幅装置4の雑音を適切に抑制できる。また、無線中継増幅装置4の設置場所とは遠隔の場所に監視装置19を設置し、無線信号の電力レベルが閾値を超えた場合に、閾値に応じてアッテネータ量を調整して増幅動作を継続させることにより、無線中継増幅装置4の雑音を適切に抑制できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は無線中継増幅装置、無線中継増幅システム、無線中継方法に関し、特に基地局と移動機との間で送受信されるべき信号を受信し、増幅し、送信するブースタやリピーター等の無線中継増幅装置、無線中継増幅システム、及びそれによって実現される無線中継方法に関する。
屋内及び屋外の弱電界エリア対策のために用いられる従来の無線中継増幅装置について、図8を用いて説明する。同図(a)のように弱電界ビルの屋内や、同図(a)のように屋外の弱電界エリアに移動機115が存在している場合、基地局114と移動機115と間の通信が困難となる。そこで、基地局114から送信された下り信号及び移動機115から送信された上り信号を直接増幅して再放射するブースタとして機能する無線中継増幅装置100を設置し、基地局114と移動機115との間の通信を確保している。
このとき下り信号及び上り信号の利得については、上下エリアのバランスをとるために同じ値に設定する必要がある。
通常無線中継増幅装置へ入力される上り信号及び下り信号のレベルが大きすぎると、無線中継増幅装置の出力が過出力となり無線中継増幅装置の無線特性が劣化する恐れがある。従って、無線中継増幅装置を適用する場合は過出力とならないように、無線中継増幅装置の利得を最適に設定する。無線中継増幅装置の利得設定方法は、手動で最適に設定する方法と、無線中継増幅装置で受信される信号の大きさに応じて自動で設定される方法がある。これらの方法により、無線中継増幅装置の出力が最適になるように設計されている。
ところで、ブースタの利得を調整して、ブースタの雑音が基地局に大きな影響を与えないようにする技術が特許文献1に記載されている。また、中継増幅器の入力レベルが閾値を超えた場合に、ピークホールド回路によって連続的なアラーム信号を出力する技術が特許文献2に記載されている。さらに、必要な送信信号レベルに応じて可変利得駆動増幅段の信号利得を制御する技術が特許文献3に記載されている。電力増幅器から出力される高周波信号の一部を検波して、アッテネータ部の減衰率を制御する技術が特許文献4に記載されている。
特開2001−69091号公報 特開平10−303800号公報 特開2001−156654号公報 特開2000−13248号公報
上記のように利得を設定し出力を調整した場合においても、無線中継増幅装置の近傍に基地局が新設されたなど伝搬状況が変化して無線中継増幅装置に入力される基地局からの信号が大きくなった場合は、無線中継増幅装置が過出力となり、スプリアス等が発生し無線特性が劣化する。また、基地局で受信される無線中継増幅装置の雑音も同様に大きくなるため、基地局の加入者容量が劣化する。
この場合、利得が固定されている無線中継増幅装置(以下、固定利得無線中継増幅装置と呼ぶ)については、一度運用断としてアッテネータを挿入するなど出力を再調整する必要がある。一方、自動利得制御機能が付与された無線中継増幅装置の場合は利得を下げて自動調整することができる。しかし、最低利得時に過出力となる場合は、固定利得無線中継増幅装置と同様に一度運用断としてアッテネータを挿入するなど無線中継増幅装置出力の再調整が必要となる。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は無線中継増幅装置の出力が過出力となる場合に、基地局で受信される無線中継増幅装置の雑音を適切に抑制できる無線中継増幅装置、無線中継増幅システム、無線中継方法を提供することである。
本発明の請求項1による無線中継増幅装置は、基地局と移動機との間の無線信号を可変増幅して中継する無線中継増幅装置であって、前記無線信号の電力レベルを検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された電力レベルが閾値を超えた場合に自装置の増幅動作を停止させる制御する制御手段とを含むことを特徴とする。電力レベルが閾値を超えた場合に自装置の増幅動作を自動的に停止させることにより、その後にアッテネータ量を調整して増幅動作を再開させることができ、無線中継増幅装置の雑音を適切に抑制できる。
本発明の請求項2による無線中継増幅装置は、請求項1において、前記検出手段によって検出された電力レベルが閾値を超えている時間を計時するタイマを更に含み、前記タイマによる計時時間経過後に前記増幅動作を停止させることを特徴とする。こうすることにより、過大入力許容時間を経過した場合にのみ、増幅動作を停止させることができる。
本発明の請求項3による無線中継増幅装置は、請求項1又は2において、前記移動機から前記基地局への上り無線信号と前記基地局から前記移動機への下り無線信号とについてそれぞれ増幅動作を行う増幅手段を更に含み、
前記制御手段は、前記上り無線信号と前記下り無線信号とのうちの少なくとも一方が前記閾値を超えた場合に前記上り無線信号の増幅動作及び前記下り無線信号の増幅動作の両方を停止させることを特徴とする。こうすることにより、上り無線信号と下り無線信号との一方が過大出力になった場合に増幅動作を即座に停止させることができ、その後にアッテネータ量を調整して増幅動作を再開させれば、無線中継増幅装置の雑音を適切に抑制できる。
本発明の請求項4による無線中継増幅装置は、請求項1から請求項3までのいずれか1項において、前記制御手段は、前記閾値の他に、前記無線信号が過出力とならないように入力を抑えるための閾値を有することを特徴とする。閾値を2つもつことで無線中継増幅装置周辺の伝搬環境の変化に柔軟に対応し、無線中継増幅装置の出力停止後に2つの過出力閾値の差分をもとに出力調整を行うことで、無線中継増幅装置の運用断による再調整の必要がなくなる。
本発明の請求項5による無線中継増幅システムは、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の無線中継増幅装置と、前記無線中継増幅装置の設置場所とは遠隔の場所に設置され、前記無線信号の電力レベルが前記閾値を超えた場合に前記増幅動作を制御する監視装置を更に含むことを特徴とする。このようなシステム構成を採用することにより、無線中継増幅装置の設置場所へ行くことなく無線中継増幅装置の再調整が可能となる。
本発明の請求項6による無線中継増幅システムは、請求項5において、前記監視装置は、前記増幅動作を停止させた後、前記閾値に応じてアッテネータ量を調整して前記増幅動作を継続させることを特徴とする。アッテネータ量を調整して増幅動作を継続させることにより、無線中継増幅装置の雑音を適切に抑制できる。
本発明の請求項7による無線中継方法は、基地局と移動機との間の無線信号を可変増幅して中継する無線中継方法であって、前記移動機から前記基地局への上り無線信号と前記基地局から前記移動機への下り無線信号とについてそれぞれ増幅動作を行う増幅ステップと、前記無線信号の電力レベルを検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された電力レベルが閾値を超えた場合に前記増幅動作を停止させる制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。電力レベルが閾値を超えた場合に自装置の増幅動作を自動的に停止させることにより、その後にアッテネータ量を調整して増幅動作を再開させることができ、無線中継増幅装置の雑音を適切に抑制できる。
本発明によれば、無線中継増幅装置の出力が過出力となる場合に、無線中継増幅装置の出力閾値により出力を停止にすることにより、無線中継増幅装置の無線特性劣化(スプリアスやIM(Intermodulation)等)を防ぎ、基地局で受信される無線中継増幅装置の雑音を抑制できるという効果がある。
さらに、過出力の閾値を2つもつことで無線中継増幅装置周辺の伝搬環境の変化に柔軟に対応し、無線中継増幅装置の出力停止後に2つの過出力閾値の差分をもとに出力調整を行うことで、無線中継増幅装置の運用断による再調整の必要がなくなるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
(無線中継増幅装置の構成)
図1は、本発明の実施形態に係る無線中継増幅装置の構成例を示す図である。同図において、本実施形態に係る無線中継増幅装置4は、共用器6、12と、入力信号を停止し自装置の出力を停止する入力制御器7、13と、受信信号を分配する分配器8、14と、受信信号についての増幅動作を行う増幅器9、15、受信信号の電力レベルを検出する検波器10、16と、検波器10、16によって検出された電力レベルを閾値レベルと比較する比較器11と、比較器11による比較結果が閾値レベルを超えている時間すなわち過大入力許容時間を計時するためのタイマ20とを含んで構成されている。
このような構成において、無線中継増幅装置4は、基地局1、2、3等から移動機18等への下り信号をアンテナ5で受信し、入力制御器7、分配器8を介して増幅器9に入力して増幅し、送信する。また、無線中継増幅装置4は、移動機18等から基地局1、2、3等への上り信号をアンテナ17で受信し、入力制御器13、分配器14を介して増幅器15に入力して増幅し、送信する。すなわち、基地局1、2、3等が送信した信号を受信し、受信した信号を増幅し、増幅した信号を移動機18等へ送信する。また、移動機18等が送信した信号を受信し、受信した信号を増幅し、増幅した信号を基地局1、2、3等へ送信する。
(下り信号に関する動作)
基地局1、2、3等が送信した信号(下り信号)は、アンテナ5、共用器6、入力制御器7、分配器8を通して増幅器9及び検波器10へ入力される。増幅器9にて増幅された下り信号は、共用器12及びアンテナ17を介して移動機18等へ送信される。また、検波器10により検波された下り入力信号は、比較器11へ入力され、検波された値と無線中継増幅装置の下り入力閾値とが比較される。
比較器11には2つの下り過入力閾値が設定されている。比較器11は、低い値の下り過入力閾値(下り過入力閾値(1))を超える下り入力信号があった場合は、監視装置19にアラームを送信する。さらに、入力制御器7により、下り入力信号を下り入力閾値(1)までアッテネータ等により下げる。このときのアッテネータ量をATT(1)DLとする。
また、比較器11に高い値の下り過入力閾値(下り過入力閾値(2))を超える下り入力信号があった場合は、比較器11は、監視装置19にアラームを送信する。さらに、入力制御器7により、下り入力信号を下り過入力閾値(1)までアッテネータ等により下げる。このときのアッテネータ量をATT(2)DLとする。
さらに比較器11は、下り過入力閾値(2)を超える下り入力信号があった場合、タイマを起動し、入力信号が下り過入力閾値(1)となっている時間測定を開始する。さらに、入力制御器7は、タイマによる過入力許容時間を超えて継続して下り信号入力が下り過入力閾値(1)であった場合、増幅器9への入力信号を停止し無線中継増幅装置の出力を停止する。
また、タイマは、過入力許容時間内に下り入力信号が下り過入力閾値(1)を下回った場合、停止状態になる。これにより、時間測定が停止される。入力制御器7は下り検波信号が最大出力値以下となった場合も、継続して出力を停止する。このようにして無線中継増幅装置の出力停止状態となった場合、監視装置19は入力制御器のアッテネータ量を調整し、無線中継増幅装置の出力停止状態を解除する。
監視装置19が調整するアッテネータ量を以下に説明する。下り入力閾値(1)を超えた場合のアッテネータ量をATT(1)DL、下り入力閾値(2)を超えた場合のアッテネータ量をATT(2)DL、無線中継装置停止後に調整するアッテネータ量をATT(3)DL、下り過入力閾値(2)と下り過入力閾値(1)の差分の量を(閾値マージン)をαDL、過入力防止マージンをβDLとすると、
βDL=ATT(2)DL−αDL
ATT(3)DL=ATT(1)DL+ATT(2)DL+βDL
ATT(3)DL=ATT(1)DL+2・ATT(2)DL−αDL
とする。
(上り信号に関する動作)
移動機18等が送信した信号(上り信号)は、アンテナ17、共用器6、入力制御器13、分配器14を通して増幅器15及び検波器14へ入力される。増幅器15にて増幅された上り信号は、共用器6及びアンテナ5を介して基地局1、2、3等へ送信される。また、検波器16により検波された上り入力信号は、比較器11へ入力され、検波された値と無線中継増幅装置の上り入力閾値とが比較される。
比較器11には2つの上り過入力閾値が設定されている。比較器11は、低い値の上り過入力閾値(上り過入力閾値(1))を超える上り入力信号があった場合は、監視装置19にアラームを送信し、入力制御器13は上り入力信号を上り入力閾値(1)までアッテネータ等により下げる。このときのアッテネータ量をATT(1)ULとする。また、比較器11に高い値の上り過入力閾値(上り過入力閾値(2))を超える上り入力信号があった場合は、比較器11は、監視装置19にアラームを送信し、上り入力信号を上り過入力閾値(1)までアッテネータ等により下げる。このときのアッテネータ量をATT(2)ULとする。
さらに比較器11は、上り過入力閾値(2)を超える上り入力信号があった場合、タイマを起動し入力信号が上り過入力閾値(1)となっている時間測定を開始する。さらに、入力制御器13は、過入力許容時間を超えて継続して上り信号入力が上り過入力閾値(1)であった場合、増幅器15への入力信号を停止し無線中継増幅装置の出力を停止する。またタイマは、過入力許容時間内に上り入力信号が上り過入力閾値(1)を下回った場合、時間測定を停止する。入力制御器13は上り最大出力値以下となった場合も、継続して出力を停止する。このようにして無線中継増幅装置の出力停止状態となった場合、監視装置19は入力制御器のアッテネータ量を調整し、無線中継増幅装置の出力停止状態を解除する。
監視装置19が調整するアッテネータ量を以下に説明する。上り入力閾値(1)を超えた場合のアッテネータ量をATT(1)UL、上り入力閾値(2)を超えた場合のアッテネータ量をATT(2)UL、無線中継装置停止後に調整するアッテネータ量をATT(3)UL、上り過入力閾値(2)と上り過入力閾値(1)の差分の量を(閾値マージン)をαUL、過入力防止マージンをβULとすると、
βUL=ATT(2)UL−αUL
ATT(3)UL=ATT(1)UL+ATT(2)UL+βUL
ATT(3)UL=ATT(1)UL+2・ATT(2)UL−αUL
とする。
以上、本発明の実施形態を説明したが、下りと上りの無線中継増幅装置の出力については同時に実施されるものであり、下りの入力制御及び出力停止動作の場合は上りも同様に動作し、上りの入力制御及び出力停止動作の場合は下りも同様に動作する。
(動作例)
以下、本装置の動作例について、図2〜図7を参照して説明する。
最初に、図2を参照して、無線中継増幅装置下り入力信号(1)について説明する。無線中継増幅装置が電源OFFから電源ONになることにより、基地局Aからの受信信号を受信する(S101)。ここで、無線中継増幅装置運用中に無線中継増幅装置の近傍に基地局Bが新設されると(S102)、無線中継増幅装置において基地局Aの信号に基地局Bの信号が相加される(S103)。基地局Bは無線中継増幅装置の近傍にあるため、無線中継増幅装置の下り入力信号は大きくなる。さらに無線中継増幅装置の直近に基地局Cが新設されると(S104)、無線中継増幅装置において、基地局A,Bの信号に基地局Cの信号が相加される(S105)。
この場合の無線中継増幅装置内下り入力信号(2)は、図3に示されているようになる。すなわち、基地局B設置時(S102)に、下り過入力閾値(1)を超える入力レベルを検出し(S103)、入力制御器13が動作し入力レベルを下り過入力閾値(1)まで下げ(S201)、監視装置へアラームを送信する。次に、基地局C設置時(S104)に、下り過入力閾値(2)を超える入力レベルを検出し(S105)、入力制御器13が動作し入力レベルを下り過入力閾値(2)まで下げ(S202)、タイマを起動し、監視装置へアラームを送信する。
さらに過入力許容時間経過後、入力制御器により入力をOFFにする(S203)。その後、監視装置によりアッテネータ量を調整して、入力をONにする(S204)。
結果的に、この場合の無線中継増幅装置下り出力信号(3)は、図4に示されているように、下り入力信号(2)のレベルに無線中継増幅装置の利得Gが相加された出力レベルとなるため、下り過出力閾値(1)(すなわち、下り過入力閾値(1)+無線中継増幅装置利得G)以下のレベルとなる。
ところで、図5を参照すると、基地局Aで受信される無線中継増幅装置の雑音(4)は、熱雑音と、無線中継増幅装置利得Gと、アッテネータ量と、基地局Aと無線中継増幅装置との間の伝搬損失とが相加されたものになる。
また、図6を参照すると、基地局Bで受信される無線中継増幅装置の雑音(5)は、熱雑音と、無線中継増幅装置利得Gと、アッテネータ量と、基地局Bと無線中継増幅装置との間の伝搬損失とが相加されたものになる。
さらに、図7を参照すると、基地局Cで受信される無線中継増幅装置の雑音(6)は、熱雑音と、無線中継増幅装置利得Gと、アッテネータ量と、基地局Cと無線中継増幅装置との間の伝搬損失とが相加されたものになる。
従って、無線中継装置の入力レベルに応じて過出力とならないようにアッテネータ量を調整する本無線中継増幅装置は、基地局で受信される無線中継増幅装置雑音が低減されるため基地局の容量劣化を抑制する効果がある。この容量劣化抑制の効果は、文献「屋内エリア用IMT−2000ブースタ装置」(RCS2005−52(2005−7))に記載されている。
さらに、無線中継増幅装置の出力がOFFとなった場合、監視装置19によりアッテネータを調整し無線中継増幅装置4の出力OFFを解除することにより、無線中継増幅装置の設置場所へ行くことなく無線中継増幅装置の再調整が可能となる。
以上、図2〜図7を参照して、本無線中継増幅装置の下り信号の出力制御について説明したが、上り信号の制御についても下り信号の場合と同様であり、無線中継増幅装置近傍の移動機の信号が本装置に入力された場合に出力制御が行われる。その詳細な説明は省略する。
(無線中継方法)
以上説明した無線中継増幅装置においては、以下のような無線中継方法が実現されている。すなわち、基地局と移動機との間の無線信号を可変増幅して中継する無線中継方法であり、前記移動機から前記基地局への上り無線信号と前記基地局から前記移動機への下り無線信号とについてそれぞれ増幅動作を行う増幅ステップと、前記無線信号の電力レベルを検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された電力レベルが閾値を超えた場合に前記増幅動作を停止させる制御する制御ステップとを含む無線中継方法が実現されている。電力レベルが閾値を超えた場合に自装置の増幅動作を自動的に停止させることにより、その後にアッテネータ量を調整して増幅動作を再開させることができ、無線中継増幅装置の雑音を適切に抑制できる。
(まとめ)
無線中継増幅装置は入力信号を増幅し基地局及び移動局へ再送信するが、入力信号が過入力となった場合、スプリアスやIMが発生し無線特性が劣化する。また下り回線で過入力となった場合は、上り回線において基地局で受信される無線中継増幅装置の熱雑音が大きくなるため、基地局加入者容量劣化につながる。無線中継増幅装置は低コストでエリア拡大できるというメリットがある反面、その設置によって基地局側の回線容量を劣化させるという問題があるため利用が制限されている。
しかし、通信キャリアを変更しても電話番号が変更されずに維持されるナンバーポータビリティ導入以降は、通信キャリア同士における競争、特に回線品質やエリアの大きさに関する競争が厳しくなり、地下街やルーラルエリアで無線中継増幅装置の利用が増えることが予想される。本無線中継増幅装置は、無線中継増幅装置の出力が過出力となる場合に無線中継増幅装置の出力閾値により出力をOFFにすることにより、無線中継増幅装置の無線特性劣化(スプリアスやIM等)を防ぎ、基地局で受信される無線中継増幅装置の雑音が抑制される。さらに、過入力の閾値を2つもつことで無線中継増幅装置周辺の伝搬環境の変化に柔軟に対応し、さらに監視装置から無線中継増幅装置の出力調整を行うことで、無線中継増幅装置の運用断による再調整の必要がなくなる。
本発明は、基地局と移動機との間で送受信されるべき信号を受信し、増幅し、送信するブースタやリピーター等に利用することができる。
本発明の実施の形態に係る無線中継増幅装置の構成例を示す図である。 無線中継増幅装置下り入力信号(1)の変化例を示す図である。 無線中継増幅装置下り入力信号(2)の変化例を示す図である。 無線中継増幅装置下り入力信号(3)の変化例を示す図である。 図1中の基地局Aの受信無線中継増幅装置雑音(4)の変化例を示す図である。 図1中の基地局Bの受信無線中継増幅装置雑音(4)の変化例を示す図である。 図1中の基地局Cの受信無線中継増幅装置雑音(4)の変化例を示す図である。 屋内及び屋外の弱電界エリア対策のために用いられる従来の無線中継装置を示す図である。
符号の説明
1〜3、114 基地局
4、100 無線中継増幅装置
5、17 アンテナ
6、12 共用器
7、13 入力制御器
8、14 分配器
9、15 増幅器
10、16 検波器
11 比較器
18 移動機、115
19 監視装置
20 タイマ

Claims (7)

  1. 基地局と移動機との間の無線信号を可変増幅して中継する無線中継増幅装置であって、前記無線信号の電力レベルを検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された電力レベルが閾値を超えた場合に自装置の増幅動作を停止させる制御する制御手段とを含むことを特徴とする無線中継増幅装置。
  2. 前記検出手段によって検出された電力レベルが閾値を超えている時間を計時するタイマを更に含み、前記タイマによる計時時間経過後に前記増幅動作を停止させることを特徴とする請求項1記載の無線中継増幅装置。
  3. 前記移動機から前記基地局への上り無線信号と前記基地局から前記移動機への下り無線信号とについてそれぞれ増幅動作を行う増幅手段を更に含み、
    前記制御手段は、前記上り無線信号と前記下り無線信号とのうちの少なくとも一方が前記閾値を超えた場合に前記上り無線信号の増幅動作及び前記下り無線信号の増幅動作の両方を停止させることを特徴とする請求項1又は2記載の無線中継増幅装置。
  4. 前記制御手段は、前記閾値の他に、前記無線信号が過出力とならないように入力を抑えるための閾値を有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の無線中継増幅装置。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の無線中継増幅装置と、前記無線中継増幅装置の設置場所とは遠隔の場所に設置され、前記無線信号の電力レベルが前記閾値を超えた場合に前記増幅動作を制御する監視装置を更に含むことを特徴とする無線中継増幅システム。
  6. 前記監視装置は、前記増幅動作を停止させた後、前記閾値に応じてアッテネータ量を調整して前記増幅動作を継続させることを特徴とする請求項5記載の無線中継増幅システム。
  7. 基地局と移動機との間の無線信号を可変増幅して中継する無線中継方法であって、前記移動機から前記基地局への上り無線信号と前記基地局から前記移動機への下り無線信号とについてそれぞれ増幅動作を行う増幅ステップと、前記無線信号の電力レベルを検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された電力レベルが閾値を超えた場合に前記増幅動作を停止させる制御する制御ステップとを含むことを特徴とする無線中継方法。
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