JP2008131623A - アンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上記アンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去中継装置は基地局で端末機へのダウンリンクパスと端末機で基地局へのアップリンクパスを持ち、上記ダウンリンクパスとアップリンクパスはデュプレクサによって分離結合される。該装置はドナーアンテナとカバレージアンテナを中継器と一体型で内蔵して、アンテナ間のフィードーバック信号による無線中継器の発振を防止するためにフィードーバック信号干渉除去部を内蔵している。
【選択図】図3
Description
一般的に、移動通信システム(Mobile Telecommunication System)の無線通信網(Wireless Telecommunication Network)では地域的な制約によって移動通信端末機(Terminal)の送受信が不可能な遮蔽された空間や小規模ブロック化になった陰影地域が存在することになる。
このような陰影地域では、例えば山、建物の地下、トンネル及び建物の内部などのような自然及び人工障害物によって伝播の強さが微弱な地形的な構造を持つすべての地域が含まれることができる。
このような遮蔽空間や陰影地域に常存する信号中で中継しようとする微弱な信号を抽出して、雑音を除去した後増幅してアンテナを通じて再放射する方式を使って不感地域で移動電話及び無線呼出受信を可能にする装置で無線中継器(Radio Frequency Repeater)が普遍的に使われる。
このような無線中継器は基地局信号を再増幅して基地局のサービス範囲内で存在する遮蔽空間や陰影地域をカバー(Cover)していつでもどこでも良質のサービスを受けるように中継する機能を遂行する。
上記無線中継器には基地局と無線信号を送受信するためのドナーアンテナと端末機と無線信号を送受信するためのカバレージアンテナが連結されることになる。
基地局から端末機へのダウンリンク(Downlink)信号をドナーアンテナが受信して無線中継器で増幅された後カバレージアンテナを通じて端末機に転送され、端末機から基地局へのアップリンク(Uplink)信号はカバレージアンテナが受信して無線中継器で増幅された後ドナーアンテナを通じて基地局に転送される。
また図2は従来技術のパッチアンテナを内装したインビル中継器であり、屋内小出力中継器のアンテナ設置図である。
上記図2で見られるようにカバレージアンテナ(20)であるパッチアンテナを内蔵したもので無線中継器(30)の送受信アンテナ間のアイソレーションを確保するためにドナーアンテナ(10)をRFケーブル(40)で連結して使う図面で、パッチアンテナの代りにオムニアンテナ(Omni Antenna)を無線中継器に一体型で具現して使ったりするが、上記ドナーアンテナ(10)はアイソレーション確保のために必ず無線中継器(30)と離隔するか遮蔽して使わなければならない。
しかし、従来技術による無線中継器を含む無線中継システムではドナーアンテナとカバレージアンテナが無線中継器と独立的に分離して設置された構造を持つが、これによって無線中継器と各アンテナを連結するためにケーブル(cable)が追加に要求されるし、無線中継器設置時無線中継器の位置とアンテナの位置を適切に調節して設置しなければならないので専門家でなければ設置に難しさが発生する問題点があった。
また上記無線中継器はカバレージアンテナに放射された信号がまたドナーアンテナに受信されるフィードーバックループが形成されるフィードーバック信号によって上記無線中継器の発振が発生する問題点があった。
また本発明は維持補修及び設置運用が簡便なようにして維持補修及び設置運用時費用節減効果が得られるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置を提供するのにその目的がある。
最後に本発明はアンテナ間のフィードーバック信号による無線中継器の発振を防止するためにフィードーバック干渉信号除去部を内蔵したアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置を提供するのにその目的がある。
(発明の構成)
上記のような目的を達成するために本発明は移動通信無線中継器に基地局から転送された送信信号を受信するドナーアンテナと上記無線中継器で中継した信号をサービス領域に放射するカバレージアンテナを内蔵し、上記ドナーアンテナとカバレージアンテナの間のフィードーバック干渉信号を除去して発振を防止する無線中継器に関するもので、上記アンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去中継装置は基地局で端末機へのダウンリンクパス(Downlink Path)と端末機で基地局へのアップリンクパス(Uplink Path)を持ち、上記ダウンリンクパスとアップリンクパスはデュプレクサ(Duplexer)によって分離結合される。
上記発明による装置はドナーアンテナとカバレージアンテナを無線中継器と一体型で内蔵し、アンテナ間のフィードーバック信号(Feedback signal)による無線中継器の発振を防止するためにフィードーバック干渉信号除去部(ICM:Interference cancellation module)を内蔵している。
以下、本発明を具体的に説明するために添付された図面を参照して詳しく説明するようにする。
図3は本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置の全体的な構成を現す図面である。
上記図3で見るように移動通信無線中継器に基地局から転送された送信信号を受信するドナーアンテナ(10)と上記無線中継器で中継した信号をサービス領域に放射するカバレージアンテナ(20)を内蔵して、上記ドナーアンテナ(10)とカバレージアンテナ(20)の間のフィードーバック干渉信号を除去して発振を防止する無線中継装置において、上記ドナーアンテナ(10)で受信した信号を濾波する第1デュプレクサ(100)と;上記第1デュプレクサ(100)で使用帯域だけを濾波された信号を受けて低雑音増幅するダウンリンク低雑音増幅器(110)と;上記ダウンリンク低雑音増幅器(110)によって増幅された信号を受けて中間周波数帯域に周波数を下げるダウンリンク周波数下向変換部(120)と;上記ダウンリンク周波数下向変換部(120)の信号である上記ドナーアンテナ(10)から入力された基地局から受信された信号と上記カバレージアンテナ(20)で放射されてドナーアンテナ(20)に入力されるフィードーバック干渉信号を分離し、上記フィードーバック干渉信号を除去するダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部(130)と;上記ダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部(130)によってフィードーバック信号が除去された高純度の中間周波帯域の信号をサービス地域に放射するために高周波数帯域に周波数を高めるダウンリンク周波数上向変換部(140)と;上記ダウンリンク周波数上向変換部(140)の信号を増幅するダウンリンク電力増幅器(150)と;上記ダウンリンク電力増幅器(150)で増幅された信号を濾波してカバレージアンテナに出力する第2デュプレクサ(200)と;逆に、上記カバレージアンテナ(20)でサービス地域に放射された移動通信端末機信号を受信して濾波する第2デュプレクサ(200)と;上記第2デュプレクサ(200)で使用帯域だけが濾波された信号を受けて低雑音増幅するアップリンク低雑音増幅器(210)と;上記アップリンク低雑音増幅器(210)によって増幅された信号を受けて中間周波数帯域に周波数を下げるアップリンク周波数下向変換部(220)と;上記アップリンク周波数下向変換部(220)の信号である上記カバレージアンテナ(20)から入力されたサービス領域の端末機から受信された信号と上記ドナーアンテナ(10)で放射されてカバレージアンテナ(20)に入力されるフィードーバック干渉信号を分離し、上記フィードーバック干渉信号を除去するアップリンクフィードーバック干渉信号除去部(230)と;上記アップリンクフィードーバック干渉信号除去部(230)によってフィードーバック信号が除去された高純度の中間周波数帯域の信号をサービス地域に放射するために高周波数帯域に周波数を高めるアップリンク周波数上向変換部(240)と;上記アップリンク周波数上向変換部(240)の信号を増幅するアップリンク電力増幅器(250)と;上記アップリンク電力増幅器(250)で増幅された信号を濾波してドナーアンテナ(10)に出力する第1デュプレクサ(100);で構成されているアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置である。
以下、本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継措置の各構成要素別に詳しく説明するようにする。
上記第1デュプレクサ(100)はドナーアンテナ(10)と接続されて上記ドナーアンテナ(10)から転送された基地局信号を受信したり、カバレージアンテナ(20)からアップリンクパスを経由して転送された基地局信号をドナーアンテナ(10)に送信して濾波する機能をもつ。
これと反対に、第2デュプレクサ(200)はカバレージアンテナ(20)と接続されて上記カバレージアンテナ(20)から転送された端末機信号を受信したり、ドナーアンテナ(10)からダウンリンクパスを経由して転送された基地局信号を上記カバレージアンテナ(20)に送信して濾波する機能をする。
上記増幅器(110、150、210、250)はそれぞれ設定された利得(gain)の値によって入力信号を増幅させて出力する機能を遂行する。
具体的に、ダウンリンク低雑音増幅器(110)はドナーアンテナ(10)から転送された基地局信号中で上記第1デュプレクサ(100)で使用帯域だけが濾波された信号を受けて低雑音増幅をし、ダウンリンク電力増幅器(150)はダウンリンクパスを通じて出力された信号を上記カバレージアンテナ(20)で送出できるように望む大きさに増幅させる。
これと同じく、アップリンク低雑音増幅器(210)はカバレージアンテナ(20)から転送された端末機信号中で上記第2デュプレクサ(200)で使用帯域だけが濾波された信号を受けて低雑音増幅をし、アップリンク電力増幅器(150)はアップリンクパスを通じて出力された信号を上記ドナーアンテナ(10)で送出できるように望む大きさに増幅させる。
ここで、マイクロプロセッサ技術とデジタルプロセッサ技術を利用して受信アンテナに入力された信号が濾波及び増幅された後送信アンテナに放射されるが、この時受信アンテナに同じ周波数を持った送信信号が受信アンテナにフィードーバックされて入力されることになれば、無線中継装置は発振をすることになって基地局にノイズレベル上昇及び端末機の受信信号の劣化及び飽和を起こすことができる。
また送受信アンテナ間のフィードーバック信号は位相と大きさが周辺環境によっていつも変化する。
本発明はこのような送受信アンテナ間のフィードーバック信号の変動を能動的に適応させてフィードーバック信号だけを除去するフィードーバック干渉信号除去部(130、230)を内蔵して構成されている。
上記フィードーバック干渉信号除去部(130、230)は、送受信アンテナ間のフィードーバック信号除去と送受信アンテナ間のアイソレーション測定機能及び干渉信号の時間軸上の位相差と大きさを測定して監視制御端末機で確認することができる。
だから、ダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部(130)はドナーアンテナ(10)に入力された基地局信号を第1デュプレクサ(100)で使用帯域だけを濾波してダウンリンク低雑音増幅器(110)で低雑音増幅される。
上記低雑音増幅された信号は、ダウンリンク周波数下向変換部(120)でRF(Radio Frequency)周波数を上記ダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部(130)で処理することができるIF(Intermediate Frequency)周波数に変換し、上記ダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部(130)は、上記ダウンリンク周波数下向変換部(120)で変換された信号を上記ドナーアンテナ(10)から入力された基地局からの信号と上記カバレージアンテナ(20)で放射されて上記ドナーアンテナ(10)に入力されるフィードーバック干渉信号を分離し、上記分離されたフィードーバック干渉信号を除去する。
そして、上記ダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部(130)によってフィードーバック信号が除去された高純度の中間周波数帯域の信号は、ダウンリンク周波数上向変換部(140)でサービス地域に放射するために高周波数帯域に周波数を高める。
ここで、フィードーバック干渉信号を除去する方法に対してダウンリンクパス過程を中心により詳しく説明すれば、無線中継装置の最初入力信号は基地局の信号だけ入力され、上記無線中継装置がカバレージアンテナに信号を放射する前に上記基地局信号だけが入力されるので、フィードーバックループが形成されない。
しかし、上記無線中継装置は、カバレージアンテナに信号を放射すればフィードーバックループが形成されて、フィードーバック信号と基地局からの入力信号が合わせられて上記無線中継装置のドナーアンテナに入力されることになる。
図4は基地局からの信号とフィードーバックループによる信号を時間軸上のグラフで示した図面である。
上記図4で見られるように、フィードーバック干渉信号と基地局信号を時間軸上で見れば、上記フィードーバック干渉信号は無線中継装置の自体装置遅延(Delay)のほど遅くドナーアンテナに入力される。
従って、多重経路を持つフィードーバック干渉信号が基地局からの信号より上記無線中継装置の自体遅延のほど遅く入力されているのが分かる。
図5は、本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置のフィードーバック干渉信号除去部の詳細図である。
上記図5でS(n)は基地局からの信号でX(n)はフィードーバック干渉信号、S'(n)は基地局からの信号の逆位相信号でX'(n)はフィードーバック干渉信号の逆位相信号である。
また、上記図5で見るように、上記フィードーバック干渉信号を除去するためにフィードーバック干渉信号除去部は、受信アンテナから受信された基地局からの信号と、送信アンテナからまた受信されたフィードーバック干渉信号に対して逆位相信号で位相を遅らせてくれる受信信号遅延器(131)と、上記送信アンテナに送出される基地局信号だけを送出する送信信号遅延器(132)と、上記受信信号遅延器(131)の逆位相信号と上記送信信号遅延器(132)の送出される前の基地局からの信号を合成してフィードーバック干渉信号だけを抽出する除去器(133)と、上記除去器(133)で転送されたフィードーバック干渉信号の逆相信号を受信された基地局からの信号と、フィードーバック干渉信号を合成して受信された基地局からの信号だけを抽出する加減算器(134)で構成されている。
従って分離されたフィードーバック干渉信号だけを抽出するためには、上記フィードーバック干渉信号除去部で基地局からの信号を除去しなければならない。
これは、加減算器の出力の基地局だけの信号を遅延器(Delay)(131、132)を利用して位相を遅延(S'(n))させて除去器(Canceller)(133)に入力して基地局信号(S(n))を除去することになる。
それでは、逆位相のフィードーバック干渉信号(X'(n))だけが残ることになるが、これを加減算器(134)に入力してフィードーバック干渉信号を除去するのである。
また、上記フィードーバック干渉信号除去部(130)はいくつかの除去器(133)のセルを持っていて多重経路に対するフィードーバック干渉信号を除去するのである。
そして、フィードーバック干渉信号の監視はフィードーバック干渉信号除去部でフィードーバック干渉信号の除去量を計算して無線中継装置のアイソレーション及びフィードーバック干渉信号の位置及び大きさを知る事ができる。アイソレーション計算方式は次の数学式1のとおりである。
アイソレーション=利得-[Log10|W′(n)|-Log10|S′(n)|]|W′(n)|:フィードーバック干渉信号レベル|S′(n)|:基地局から受信された信号レベル
例えば、無線中継装置の利得が90dBだとすればアイソレーション=90.0-[Log10|W′(n)|-Log10|S′(n)|]で表すことができる。
つまり、アイソレーションはフィードーバック干渉信号レベルと基地局から受信された信号レベルが同じであれば無線中継装置の利得と同じものである。
図6は本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置の垂直離隔正面図であり、図7は本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置の垂直離隔側面図である。
そして、図8は本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置の水平離隔正面図であり、図9は本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置の水平離隔側面図である。
上記図6から図9で見るところのように、本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置(400)は、上記ドナーアンテナ(10)とカバレージアンテナ(20)を干渉除去無線中継器(300)を基準に垂直、水平で移動させられる。
従って垂直離隔の場合、ドナーアンテナ(10)はパッチアンテナをいくつかアレイして指向性と前後方比(Front Back Ratio)を確保し、水平に360度、垂直ティルティング(Tilting)を20度まで可能にする。
これは、ドナーアンテナ(10)を基地局方向へ指向しやすいようにする。
またカバレージアンテナ(20)は上記ドナーアンテナ(10)のようにパッチアンテナをいくつかアレイして指向性と前後方比を確保して、水平に360度、垂直ティルティングを20度まで可能にする。
これは、サービス地域に対するアンテナの方向を自由に調整することができるようにするためである。
そして、上記ドナーアンテナ(10)とカバレージアンテナ(20)は干渉除去無線中継器(300)を固定させた後にアンテナ角度を上下、垂直方向に移動させるティルティングが可能なことを特徴とする。
上述したように本発明による望ましい実施例を説明したが、本発明は上記した実施例に限られず、以下の特許請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなしに当該発明が属する分野で通常の知識を持った者であれば誰でも様々な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的な精神があると言えるであろう。
また本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置は、フィードーバック干渉信号除去部を内蔵してアンテナを内蔵することに於いて不足になるアイソレーションを確保して、多重経路フィードーバック干渉信号を除去しながら、周辺環境の変化によって変動するフィードーバック干渉信号を除去して、移動通信網の安定的な運用を可能にする効果がある。
最後に、本発明によるアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置は、フィードーバック干渉信号を監視制御端末機上でGUI(Graphic User Interface)で監視が可能で運用時フィードーバック干渉信号に対する情報で、装置の設置がしやすいしフィードーバック干渉信号の除去量を計算して無線中継装置のアイソレーション及びフィードーバック干渉信号の位置及び大きさを容易に知ることができる効果がある。
20:カバレージアンテナ
100:第1デュプレクサ
110:ダウンリンク低雑音増幅器
120:ダウンリンク周波数下向変換部
130:ダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部
140:ダウンリンク周波数上向変換部
150:ダウンリンク電力増幅器
200:第2デュプレクサ
210:アップリンク低雑音増幅器
220:アップリンク周波数下向変換部
230:アップリンクフィードーバック干渉信号除去部
240:アップリンク周波数上向変換部
250:アップリンク電力増幅器
300:干渉除去無線中継器
400:アンテナ内蔵干渉除去無線中継装置
Claims (8)
- 移動通信無線中継器に基地局から転送された送信信号を受信するドナーアンテナと上記無線中継器で中継した信号をサービス領域に放射するカバレージアンテナを内蔵し、上記ドナーアンテナとカバレージアンテナ間のフィードーバック干渉信号を除去して発振を防止する無線中継装置において、上記ドナーアンテナで受信した信号を濾波する第1デュプレクサ;上記第1デュプレクサで使用帯域だけが濾波された信号を受けて低雑音増幅するダウンリンク低雑音増幅器;上記ダウンリンク低雑音増幅器によって増幅された信号を受けて中間周波数帯域に周波数を下げるダウンリンク周波数下向変換部;上記ダウンリンク周波数下向変換部の信号である上記ドナーアンテナから入力された基地局から受信された信号と上記カバレージアンテナで放射されてドナーアンテナに入力されるフィードーバック干渉信号を分離して、上記フィードーバック干渉信号を除去するダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部;上記ダウンリンクフィードーバック干渉信号除去部によってフィードーバック信号が除去された高純度の中間周波数帯域の信号をサービス地域に放射するために高周波数帯域に周波数を高めるダウンリンク周波数上向変換部;上記ダウンリンク周波数上向変換部の信号を増幅するダウンリンク電力増幅器;上記ダウンリンク電力増幅器で増幅された信号を濾波してカバレージアンテナに出力する第2デュプレクサ; 逆に、上記カバレージアンテナでサービス地域で放射された移動通信端末機信号を受信して濾波する第2デュプレクサ;上記第2デュプレクサで使用帯域だけが濾波された信号を受けて低雑音増幅するアップリンク低雑音増幅器;上記アップリンク低雑音増幅器によって増幅された信号を受けて中間周波数帯域に周波数を下げるアップリンク周波数下向変換部;上記アップリンク周波数下向変換部の信号である上記カバレージアンテナから入力されたサービス領域の端末機から受信された信号と上記ドナーアンテナで放射されてカバレージアンテナに入力されるフィードーバック干渉信号を分離し、上記フィードーバック干渉信号を除去するアップリンクフィードーバック干渉信号除去部;上記アップリンクフィードーバック干渉信号除去部によってフィードーバック信号が除去された高純度の中間周波数帯域の信号をサービス地域に放射するために高周波数帯域に周波数を高めるアップリンク周波数上向変換部;上記アップリンク周波数上向変換部の信号を増幅するアップリンク電力増幅器;上記アップリンク電力増幅器で増幅された信号を濾波してドナーアンテナに出力する第1デュプレクサ;で構成されているアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
- 上記ダウンリンクまたはアップリンクフィードーバック干渉信号除去部は受信アンテナから受信された基地局からの信号と送信アンテナからまた受信されたフィードーバック干渉信号に対して逆位相信号に位相を遅らせてくれる受信信号遅延器;上記送信アンテナに送出される基地局信号だけを送出する送信信号遅延器上記受信信号遅延器の逆位相信号と送信される前の基地局からの信号を合成してフィードーバック干渉信号だけを抽出する除去器;上記除去器で転送されたフィードーバック干渉信号の逆位相信号を受信された基地局からの信号とフィードーバック干渉信号を合成して受信された基地局からの信号だけを抽出する加減算器;で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
- 上記除去器は多重経路に対するフィードーバック干渉信号を除去するためにいくつかの除去器のセルを持っていることを特徴とする請求項2に記載のアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
- 上記フィードーバック干渉信号除去部を利用したアイソレーション計算方式はアイソレーション=利得-[Log10|W′(n)|-Log10|S′(n)|]で現れるのを特徴とする請求項2に記載のアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
- 上記ドナーアンテナとカバレージアンテナは無線中継器を基準に垂直、水平離隔が可能なことを特徴とする請求項1に記載のアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
- 上記ドナーアンテナはパッチアンテナをいくつかアレイして構成されていることを特徴とする請求項5に記載のアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
- 上記カバレージアンテナはパッチアンテナをいくつかアレイして構成されていること特徴とする請求項5に記載のアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
- 上記ドナーアンテナとカバレージアンテナは無線中継器を固定させた後にアンテナ角度を上下、垂直方向に移動させるティルティングが可能なことを特徴とする請求項5に記載のアンテナを内蔵したフィードーバック干渉信号除去無線中継装置。
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