JP2009177671A - 中継増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中継増幅装置における自動利得処理と歪補償処理とを同一の受信機で行う。
【解決手段】中継増幅装置１０の下り系３０は、方向性結合器３３と、共通受信機４０と、制御部５０とを備える。方向性結合器３３は、下り系増幅器３２と下り系第２のＢＰＦ３５の間の経路に設けられ、方向性結合器３３で分波した信号は、共通受信機４０へ送られる。制御部５０は、下り系３０の各構成要素を統括的に制御するとともに、基地局装置１１から送出される報知情報をもとに、下り系増幅器３２における信号増幅制御や、下り系増幅器３２の増幅特性に起因する歪の補償処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、中継増幅装置に係り、特に、受信した信号を増幅するとともに発生した歪を補償して送信する中継増幅装置に関する。

例えば、移動通信システムにおいて基地局装置から携帯電話などの移動局装置に対して信号を送信する場合に、基地局装置から送信する電波を移動局装置に所望のレベルで到達させるためには、一般には送信対象である電波を増幅する必要がある。そして、増幅器を備える中継装置がその機能を担っている。

しかしながら、一般に、増幅器はアナログディバイスであり出力特性が非線形であることから、出力に非線形の歪みが発生してしまうことがある。そこで、無線中継装置には、歪みを補償する機能が設けられている。

図７は、一般的な移動通信システム１００の概要を示す機能ブロック図である。移動通信システム１００は、基地局装置１１０とユーザ側の端末である移動端末装置１２０との通信を無線増幅中継局１３０が増幅して中継する。

基地局装置１１０から送信された信号（電波）は、無線増幅中継局１３０の第１中継アンテナ１３１で受信され、下り系１５０で増幅されて、第２中継アンテナ１３２から移動端末装置１２０へ向けて送出される。この下り系１５０は、第１中継アンテナ１３１側から、入力側ＢＰＦ１５１、増幅器１５４、及び出力側ＢＰＦ１５７を備えている。さらに、入力側ＢＰＦ１５１と増幅器１５４の間には、ＡＧＣ用受信機１５８が設けられている。また、移動端末装置１２０から送信された信号は、第２中継アンテナ１３２で受信され、上り系１４０の入力側ＢＰＦ１４１、増幅器１４２及び出力側ＢＰＦ１４３でフィルタリング及び増幅されて、第１中継アンテナ１３１から基地局装置１１０へ送信される。

上記のＡＧＣ用受信機１５８は、まず、基地局装置１１０からの出力電力値が含まれる報知信号を取得して、無線増幅中継局１３０が受信した受信電力値と取得した上記出力電力値との差から基地局装置１１０と無線増幅中継局１３０の間の伝搬経路における電波の伝搬損を算出する。つづいてＡＧＣ用受信機１５８は、無線増幅中継局１３０から送信される雑音が基地局装置１１０の受信系に影響を及ぼさないように無線増幅中継局１３０の利得を決定する。

また、無線増幅中継局１３０に入力された信号に歪みが発生することがある。その歪みを取り除くために、増幅器１５４と出力側ＢＰＦ１５７との間に歪補償用受信機１５９が設けられている。このような歪の発生要因の一つとして、回り込み信号がある。これは、第２中継アンテナ１３２から移動端末装置１２０へ送信した信号の一部が、第１中継アンテナ１３１で受信されて再度下り系１５０へ回り込むことをいう。

この回り込みの信号の影響を低減する様々な技術が提案されている。その様な技術との一つに、回り込み信号のレベルが高くなり異常発振してしまうことを防止するために、規定レベルを超えたときに、減衰させる機能をもたせたものがある（特許文献１参照）。
特開平１１−２７１９６号公報

ところで、入力した信号に発生する歪みの要因は、回り込み信号に限らない。上述のように、増幅器が有する非線形特性が原因となることもある。そこで、一般的には、予め増幅器の非線形特性を重畳させるプリディストーション機能かフィードフォワード歪補償機能と呼ばれる技術が導入されている。

しかし、近年、無線増幅中継局の小型化及び軽量化が求められることが多く、その様な場合には、ＡＧＣ用受信機と歪補償用受信機の両方を搭載すると、どうしてもその様な要望に応えることが難しかった。また、コストの観点からも、改良の要請が高かった。さらにまた、消費電力の効率向上に対する要請が非常に高まっており、装置の簡素化・小型化が求められていた。

本発明は、以上のような状況に鑑みなされたものであって、その目的は、比較的簡易的な回路構成で自動利得処理機能及び歪補償処理機能を実現する技術を提案することにある。

本発明に係る装置は、中継すべき信号が送出されたときの出力強度に関連する報知情報を含む信号を受信し、増幅器で増幅した後、再送出する中継増幅装置に関する。この中継増幅装置は、前記信号の一部を分波する分波手段と、前記分波された信号から前記報知情報を抽出する報知情報抽出手段と、前記報知情報をもとに前記増幅器における増幅を制御する増幅制御手段と、前記分波された信号をもとに、前記増幅器において増幅した信号に発生する歪みを検知する歪検知手段と、前記検知した歪みを解析して前記歪みを補償する歪補償手段とを有し、前記報知情報抽出手段と前記歪検知手段とにおける各処理のために、前記分波手段で分波した信号を増幅し、周波数変換し、実部信号と虚部信号とに直交分離する処理が共通の受信機でなされる。

本発明によれば、比較的簡易的な回路構成で自動利得処理機能及び歪補償処理機能を実現する技術を実現できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。以下に説明する実施形態では、中継増幅装置（「無線増幅中継局」ともいう）は、報知情報を含む信号をその報知情報を参照して自動利得手段で増幅するとともに、その増幅により中継すべき信号に生じる歪みを補償する。また、従来は、この自動利得増幅及び歪補償の各処理は異なる装置（受信機）で別々になされていたが、本実施形態では、一つの装置で実現することにより、中継増幅装置の簡素化、小型化、及び低コスト化が実現される。

＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る、基地局装置１１と移動端末装置１２との間の通信を中継する中継増幅装置１０の機能ブロック図を示している。図示のように、中継増幅装置１０は、移動端末装置１２から基地局装置１１への通信を中継する上り系２０と、基地局装置１１から移動端末装置１２への通信を中継する下り系３０との二つの中継系統を備える。

上り系２０は、上り系第１のＢＰＦ２１、上り系増幅器２２及び、上り系第２のＢＰＦ２３から構成されている。そして、移動端末装置側アンテナ１６で受信した信号を、上り系第１のＢＰＦ２１、上り系増幅器２２、上り系第２のＢＰＦ２３を経由させて、基地局側アンテナ１５から基地局装置１１に送信する。

より具体的には、上り系第１のＢＰＦ２１は、移動端末装置側アンテナ１６が受信した信号から、移動端末装置１２から送信される信号の周波数帯域のみを抽出（フィルタリング）して、上り系増幅器２２へ送る。つづいて、上り系増幅器２２は、上り系第１のＢＰＦ２１で抽出された信号を所定レベルに増幅して、上り系第２のＢＰＦ２３へ送る。そして、上り系第２のＢＰＦ２３は、上り系増幅器２２で増幅した信号を、所望の周波数帯域のみを抽出して、基地局側アンテナ１５から基地局装置１１へ送信する。

下り系３０は、下り系第１のＢＰＦ３１と、下り系増幅器３２と、下り系第２のＢＰＦ３５とを備えている。基地局側アンテナ１５で受信した信号は、下り系第１のＢＰＦ３１、下り系増幅器３２、下り系第２のＢＰＦ３５を経由して、移動端末装置側アンテナ１６から移動端末装置１２へ送信される。

また、基地局装置１１から送出される信号には、基地局装置１１の出力電力値が含まれる報知情報（報知信号）が重畳されている。下り系３０は、その報知情報を抽出するとともに歪信号を検知するために、方向性結合器（分波器）３３と、共通受信機４０と、制御部５０とを備えている。方向性結合器３３は、下り系増幅器３２と下り系第２のＢＰＦ３５の間の経路に設けられており、この方向性結合器３３で分波した信号は、共通受信機４０へ送られる。また、制御部５０は、下り系３０の各構成要素を統括的に制御するとともに、基地局装置１１から送出される報知情報をもとに、下り系増幅器３２における信号増幅制御や、下り系増幅器３２の増幅特性に起因する歪の補償処理を行う。一般に、下り系増幅器３２は非線形の増幅特性を有する。そして、その特性は、設置環境の影響、より具体的には、下り系増幅器３２の周囲の温度等による下り系増幅器３２における増幅特性が変化する。そのため、設置時の初期状態が必ずしも再現されているわけではないので、適宜下り系増幅器３２に生じている歪みを解析して補償する必要がある。

下り系第１のＢＰＦ３１は、基地局側アンテナ１５で受信した信号から、所望の周波数帯域の信号を抽出して、下り系増幅器３２へ送る。

下り系増幅器３２は、下り系第１のＢＰＦ３１から取得した信号を、後述する共通受信機４０及び制御部５０による処理にもとづいて、所望の信号レベルとなるように増幅し、また歪補償して、方向性結合器３３を経由して下り系第２のＢＰＦ３５に送る。

下り系第２のＢＰＦ３５は、下り系増幅器３２で増幅された信号から所望の周波数帯域の信号を抽出して、移動端末装置側アンテナ１６から移動端末装置１２へ送出する。

方向性結合器３３は、下り系第２のＢＰＦ３５へ送られる信号レベルに影響がない状態で、下り系増幅器３２で増幅された信号を分波して、共通受信機４０へ送る。

共通受信機４０は、基地局装置１１から送出された報知情報を抽出処理及び下り系増幅器３２で生じた歪みの補償処理のために、方向性結合器３３で分波された信号に後述する処理を施す。処理後の信号は、制御部５０に送られる。

そのため、共通受信機４０は、共通受信機第１のアンプ４１と、周波数変換器４２と、共通受信機ＢＰＦ４３と、共通受信機第２のアンプ４４と、検波器４５と、局部発振器４６とを備える。

方向性結合器３３で分波された信号は、共通受信機第１のアンプ４１に入力される。共通受信機第１のアンプ４１は、その信号を所定レベルに増幅する。

周波数変換器４２は、共通受信機第１のアンプ４１が増幅した信号を、局部発振器４６が発生する所定の中間周波数に変換する。なお、局部発振器４６は、制御部５０により制御される。

共通受信機ＢＰＦ４３は、周波数変換器４２で周波数変換された信号をフィルタリングして、所望の周波数帯域の信号を抽出し、共通受信機第２のアンプ４４へ送る。

共通受信機第２のアンプ４４は、共通受信機ＢＰＦ４３でフィルタリングされた信号を所望のレベルに増幅して、検波器４５へ送る。

検波器４５は、共通受信機第２のアンプ４４で増幅された信号を、実部信号（Ｉ信号）と虚部信号（Ｑ信号）とに直交分離して、制御部５０へ送る。

図２は、制御部５０の機能ブロック図を示している。制御部５０は、上述の共通受信機４０の第２のアンプ４４を制御する機能を実現するために、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）５１と、周波数分離部５２と、復調処理部５３と、歪補償処理部５６と、利得計算処理部５７とを備える。また、制御部５０は、共通受信機４０の局部発振器４６を制御するための発振制御部５８を備える。

まず、ＡＤＣ５１は、検波器４５から取得したアナログ信号である実部信号及び虚部信号をデジタル信号に変換する。

周波数分離部５２は、ＡＤＣ５１でデジタル変換された信号を、歪補償処理に使用する信号が含まれる周波数の信号と、自動利得制御に使用する信号が含まれる周波数の信号とに分離する。自動利得制御に使用する信号が含まれる周波数には、上述の報知情報が含まれている。

復調処理部５３は、歪補償信号復調部５４と報知信号復調部５５とを備える。

歪補償信号復調部５４は、歪補償処理に使用するための信号が含まれる周波数帯域の信号を復調する。そして、歪補償処理部５６は、歪補償信号復調部５４で復調された信号を解析して、下り系増幅器３２に生じている歪みを特定して、その歪みを補償するために振幅や位相を制御するための制御信号を下り系増幅器３２に出力する。

報知信号復調部５５は、自動利得制御に使用する信号が含まれる周波数帯域の信号を復調する。利得計算処理部５７は、まず、報知信号復調部５５で復調された信号から報知情報を取得して、その報知情報に含まれる基地局装置１１の出力電力値と中継増幅装置１０の受信電力値とから、基地局装置１１と中継増幅装置１０間の信号（電波）の空間伝搬損を算出する。さらに、利得計算処理部５７は、算出した空間伝搬損をもとに下り系増幅器３２における増幅幅（増幅率）を決定して、下り系増幅器３２に対して制御信号を出力する。

より具体的には、下り系増幅器３２には、中継増幅装置１０が設置された状態で初期値として所定の増幅率が設定されている。そして、空間伝搬経路の環境の変化（障害物の有無や気象変化等）にともなって空間伝搬損が変化するため初期値より好ましい増幅率の採用が望まれるケースがあるので、その変化を調整して所望の信号レベルとなるように調整する。

このようにして、下り系増幅器３２は、歪補償処理部５６や利得計算処理部５７から出力される制御信号にもとづいて、基地局装置１１から取得した信号を所望の信号レベル及び波形に増幅する。

以上の構成による中継増幅装置１０における基地局装置１１から移動端末装置１２への中継処理について、主に下り系３０の処理に着目して図３のフローチャートをもとに簡単にまとめて説明する。

地局装置１１から報知情報を含む信号が基地局側アンテナ１５で受信されると（Ｓ１０）、下り系第１のＢＰＦ３１はその信号をフィルタリングして所望の周波数帯域の信号のみを抽出し（Ｓ１２）、下り系増幅器３２がフィルタリング後の信号を増幅する（Ｓ１４）。

下り系増幅器３２で増幅された信号は、方向性結合器３３で分波され、一部が共通受信機４０へ送られる（Ｓ１６）。

共通受信機４０及びその下流側の制御部５０が、報知信号にもとづく増幅率の決定や下り系増幅器３２の増幅における歪の解析を行い、その増幅率を反映させるための、また、歪みを補償するための各制御信号を下り系増幅器３２に出力する（Ｓ１８）。

そして、下り系増幅器３２は、その増幅率や歪補償を実現するための制御信号にもとづき増幅率及び歪補償を信号に反映させる（Ｓ２０）。

また、方向性結合器３３で分波された他方の信号は、下り系第２のＢＰＦ３５を介して移動端末装置側アンテナ１６から移動端末装置１２へ出力される（Ｓ２２）。

以上、本実施形態によれば、従来、自動利得制御のためと歪補償制御のためとにそれぞれ二つ設けられていた受信機を一つに共通化できる。これによって、中継増幅装置１０全体の構成を簡素化し、小型化が実現でき、それに伴って製品のコストを下げることができる。また、中継増幅装置１０内部、特に共通受信機４０の増幅素子や復調用の回路等を共通化することで、消費電力の低減が実現される。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、共通受信機４０の周波数変換器４２で周波数変換するときに、局部発振器４６の発振周波数を制御することで、報知情報が含まれる信号と歪補償に利用する信号とを選択的に制御部５０に出力させる。なお、本実施形態は、第１の実施形態と略同一の構成で実現できるので、主に異なる部分について説明する。

本実施形態の中継増幅装置１０の概略構成は、中継増幅装置１０と同一である。なお、制御部５０の構成が一部異なるので、制御部５０の構成については図４に示す。

図４に示す制御部５０は、図２で示した構成の周波数分離部５２の代わりに、セレクタ５２ａを備えている。セレクタ５２ａは、ＡＤＣ５１でデジタル変換された信号の出力経路を、歪補償信号復調部５４又は報知信号復調部５５の何れかへ選択的に接続する。

そして、発振制御部５８は、下り系増幅器３２で発生している歪を解析して歪補償を行うときには、局部発振器４６の発振周波数を制御して、報知情報が含まれる周波数帯域の信号を取り除き、歪補償処理に利用する周波数帯域の信号のみを抽出する。そして、このとき、発振制御部５８は、セレクタ５２ａを制御して、ＡＤＣ５１と歪補償信号復調部５４との経路を接続する。

また、発振制御部５８は、報知情報をもとに自動利得処理の増幅率を設定するときには、局部発振器４６の発振周波数を制御して、報知情報が含まれる周波数帯域の信号のみを抽出する。そして、このとき発振制御部５８は、セレクタ５２ａを制御してＡＤＣ５１と報知信号復調部５５とを接続する。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。つまり、中継増幅装置１０の小型化、低コスト化及び消費電力の低減が実現できる。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、報知情報を下り系増幅器３２より上流側で抽出して、共通受信機４０に送る。また、歪補償の処理に使用するための信号は、下り系増幅器３２より下流側で抽出して共通受信機４０に送る。つまり、共通受信機４０は自動利得の処理に使用する報知情報を含む信号又は歪補償処理に使用する信号の何れかを選択的に受信する。

図５は、本実施形態に係る中継増幅装置１０の機能ブロック図であり、図１に示した構成と略同一である。異なる構成は、下り系第１のＢＰＦ３１と下り系増幅器３２の間の経路に、方向性結合器（分波器）３８が設けられるとともに、二つの方向性結合器３３、３８から共通受信機４０の経路にセレクタ３９が設けられている。なお、図６に示す制御部５０は、図４に示した構成と同一の構成で実現できるが、発振制御部５８は、局部発振器４６の制御とともにセレクタ３９における接続動作を制御する。

分波器３８は、基地局側アンテナ１５で受信した信号から、所定の周波数帯域の信号を分波する。そして、分波器３８及び方向性結合器３３で分波された信号は、セレクタ３９に送られる。セレクタ３９は、制御部５０により制御されて、分波器３８又は方向性結合器３３の何れか一方と共通受信機４０とを選択的に接続する。

より具体的には、報知情報にもとづいて下り系増幅器３２の増幅率を設定するときには、制御部５０の発振制御部５８がセレクタ３９を制御して、分波器３８と共通受信機４０とを接続し、分波器３８で分波された信号が、共通受信機４０へ送られる。そして、以降の処理は、第２の実施形態と同様の処理によって、下り系増幅器３２にその増幅率が反映される。

また、下り系増幅器３２の処理に起因する歪補償処理を行う場合は、発振制御部５８は、セレクタ３９を制御して、方向性結合器３３と共通受信機４０とを接続し、方向性結合器３３で分波された信号は共通受信機４０へ送られる。以降の処理は、ここでも第２の実施形態と同様の処理によって、下り系増幅器３２にその歪補償の処理が反映される。

以上、第３の実施形態によると、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。つまり、中継増幅装置１０の小型化、低コスト化及び消費電力の低減が実現できる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

以上、実施形態の特徴を簡単にまとめると、次の通りである。
中継すべき信号が送出されたときの出力強度に関連する報知情報を含む信号を受信し、増幅器（３２）で増幅した後、再送出する中継増幅装置（１０）であって、前記信号の一部を分波する分波手段（３３，３８）と、前記分波された前記信号から前記報知情報を抽出する報知情報抽出手段（５５）と、抽出した前記報知情報をもとに前記増幅器（３２）における増幅を制御する増幅制御手段（５７）と、前記分波された前記信号をもとに、前記増幅器（３２）において前記再送信の系統の信号に発生する歪みを検知する歪検知手段（５４）と、前記検知した歪みを解析して前記歪みを補償する歪補償手段（５６）と、
を有し、前記報知情報抽出手段（５５）と前記歪検知手段（５４）とにおける各処理のための、前記分波した信号を増幅し、周波数変換し、実部信号と虚部信号とに直交分離する処理が共通の受信機（４０）でなされる。
また、前記分波手段（３３）は、前記増幅器（３２）の下流側に備わってもよい。
また、前記受信機（４０）において直交変換された信号を、デジタル変換した後、前記報知情報が含まれる周波数帯域と前記歪が含まれる周波数帯域とに分離する周波数分離手段（５２）を備えてもよい。
また、前記分波手段は、前記増幅器（３２）の上流側に備わり前記報知情報が含まれる周波数帯域の信号を選択的に分波する第１の分波手段（３８）と、前記増幅器（３２）の下流側に備わり、前記中継すべき信号を選択的に分波する第２の分波手段（３３）と、を備えてもよい。
また、前記第１の分波手段（３８）で分波された信号を前記報知情報抽出手段（５５）へ接続し、前記第２の分波手段において分波された信号を前記歪検知手段（５４）へ接続するセレクタ（５２ａ）を有してもよい。

第１の実施形態に係る、基地局装置と移動端末装置との間の通信を中継する中継増幅装置の機能ブロック図である。 第１の実施形態に係る、制御部の機能ブロック図である。 第１の実施形態に係る、中継増幅装置における自動利得処理及び歪補償処理を含む増幅中継処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る、制御部の機能ブロック図である。 第３の実施形態に係る、中継増幅装置の機能ブロック図である。 第３の実施形態に係る、制御部の機能ブロック図である。 従来技術における、無線中継増幅装置の機能ブロック図である。

符号の説明

１０ 中継増幅装置
２０ 上り系
２１ 上り系第１のＢＰＦ
２２ 上り系増幅器
２３ 上り系第２のＢＰＦ
３０ 下り系
３１ 下り系第１のＢＰＦ
３２ 下り系増幅器
３３ 方向性結合器
３４ 乗算器
３５ 下り系第２のＢＰＦ
３８ 分波器
３９ セレクタ
４０ 共通受信機
４１ 共通受信機第１のアンプ
４２ 周波数変換器
４３ 共通受信機ＢＰＦ
４４ 共通受信機第２のアンプ
４５ 検波器
４６ 局部発振器
５０ 制御部
５１ ＡＤＣ
５２ 周波数分離部
５２ａ セレクタ
５３ 復調処理部
５４ 歪補償信号復調部
５５ 報知信号復調部
５６ 歪補償処理部
５７ 利得計算処理部
５８ 発振制御部

Claims (1)

1. 中継すべき信号が送出されたときの出力強度に関連する報知情報を含む信号を受信し、増幅器で増幅した後、再送出する中継増幅装置であって、
   前記信号の一部を分波する分波手段と、
   前記分波された信号から前記報知情報を抽出する報知情報抽出手段と、
   前記報知情報をもとに前記増幅器における増幅を制御する増幅制御手段と、
   前記分波された信号をもとに、前記増幅器において増幅した信号に発生する歪みを検知する歪検知手段と、
   前記検知した歪みを解析して前記歪みを補償する歪補償手段と、
   を有し、
   前記報知情報抽出手段と前記歪検知手段とにおける各処理のために、前記分波手段で分波した信号を増幅し、周波数変換し、実部信号と虚部信号とに直交分離する処理が共通の受信機でなされることを特徴とする中継増幅装置。

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