JP2010206660A - 無線中継装置、無線中継装置用のドナーユニット及び無線信号中継方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信レベルを自動的に調整し、無線中継装置への過入力を防止する。
【解決手段】無線信号の垂直偏波及び水平偏波を夫々独立して受信する受信アンテナ３、４と、増幅手段の適正負荷レベルに基いて設定される基準値を格納するメモリ１２と、受信した垂直偏波及び水平偏波のうち基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する判定部８と、判定された増幅対象信号を増幅手段に入力するように受信回路を切り替える切替スイッチ（ＳＷ）５と、増幅対象信号を増幅する信号増幅部９と、信号増幅部によって増幅された信号を放射する送信アンテナ１１とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線基地局と無線端末機器とを中継する無線中継装置、この無線中継装置用のドナーユニット、及び無線信号中継方法に関する。

現在、無線基地局（以下、単に「基地局」と称する）や移動局（携帯電話等）の一方から受信した電波を増幅して他方に向けて再放射する無線中継装置（レピータ装置）が広く利用されている。このレピータ装置は、基地局に比べて低コストで設置できメンテナンスも容易であるため、主として建物の密集地や屋内等における極所的な通信環境の維持・改善に利用されている。

また、基地局の近傍かつ見通しで通信環境が良好なエリアであってもレピータ装置が設置されている場合がある。例えば、レピータ装置の近傍に新たに基地局が設置された場合、ビルなどの遮蔽物がなくなった場合、設置基準を満たさず最適位置から外れた位置にレピータ装置を設置せざるを得なかった場合、などである。

このような場合は、レピータ装置と基地局との間のパスロス（電波伝搬損失）は小さいため、レピータ装置の増幅器（アンプ）に過大なレベルの信号が入力され、発振状態及び飽和状態に陥るおそれがある。この状態が続くと、信号歪みの増大や異常な増幅動作などのレピータ装置の異常動作を招来し引いては故障の原因にもなる。

このような過入力を抑制する対策として、アンテナの角度を調整することが考えられる。

しかし、アンテナの角度を調整する場合、受信レベルを十分に低減できなかったり、周囲の環境変化に応じて頻繁な角度調整が必要になるおそれがある。

そのため、アンテナ調整で不十分な場合に、受信電波を強制的に弱めて飽和状態（過負荷）を回避する固定減衰器（固定アテネータ：固定ＡＴＴ）を挿入してレベル調整を行う技術が考案されており、この機能を備えたレピータ装置も実用化されている。このタイプのレピータ装置１００は、図４に示すように、屋外に設置された基地局ＢＳから放射された信号を受信する受信（ドナー）アンテナ１０１とレピータ本体１０２との間に、この固定減衰器（ＡＴＴ）１０３が設けられる。また、レピータ本体１０２は、受信した信号を増幅する増幅器（アンプ）１０４と、増幅された信号を携帯電話や他のレピータ装置などの無線通信機器に放射する送信（サービス）アンテナ１０５とを内蔵している。なお、送信アンテナ１０５を内蔵していないタイプも存在する。また、上記の説明では、基地局から無線通信機への下り方向の中継を想定しているが、このレピータ装置１００は上り方向の中継も当然可能である。

一方で、小型化、低価格化、構造の簡素化などを目的として、図５に示すように、受信アンテナ１１１ａと増幅器１１１ｂと制御装置１１１ｃとを一体化したドナーユニット１１１を備えたレピータ装置１１０も実用化されている。このタイプのレピータ装置１１０では、ドナーユニット１１１（増幅器１１１ｂ）で増幅された信号をリンクケーブル１１２を介してサービスアンテナ１１３から放射する。

上記した従来のレピータ装置については、例えば以下の特許文献１〜４に開示されている。

特開平１１−３３１０５４号公報（段落[００２４]、図２） 特開２０００−２２６２１号公報（段落[００２０]、図１等） 特開２００３−３２４３８３号公報（段落[０００３]、図４等） 特表２００６−５０５１４６号公報（段落[００７９]、図４等）

しかしながら、上記した一体型のレピータ装置１１０では、図３に示したレピータ装置１００と異なり、受信アンテナ１１１ａと増幅器１１１ｂとがユニット化されているため、それらの間に固定減衰器を設置（挿入）することができない。また、ドナーユニット１１１とサービスアンテナ１１３との間に固定減衰器を設置しても、リンクケーブル１１２による電波損失が自動で補償される設計になっているため、入力レベルを低減することはできない。

一方で、固定減衰器を設ける場合にはドナーユニットのようなコンパクトでシンプルな構造を採用できなくなる。レピータ装置は、ビル内や地下街等に設置されることが多いため、極力小型化して設置の自由度を広く確保すると共に、設置作業の効率化やいたずら防止のために構造を簡素化したいという要請もある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、受信レベルを自動的に調整し、無線中継装置への過入力を防止することにある。

すなわち、本発明の発明者らは、基地局が垂直偏波送信もしくは水平偏波送信となっている場合に、基地局の近傍では垂直偏波成分と水平偏波成分との受信レベル差（交差偏波識別度）が数dB以上になる点に着目し、この現象を利用してレピータ装置への過入力を抑制できることを見出して本発明を完成させた。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る無線中継装置は、受信アンテナと、増幅手段と、送信アンテナと、記憶手段と、判定手段と、スイッチ手段とを具備する。
受信アンテナは、中継元の無線通信装置から放射された無線信号の垂直偏波及び水平偏波を夫々独立して受信する。
増幅手段は、受信回路を通じて上記受信アンテナが受信した垂直偏波若しくは水平偏波の何れかの信号を増幅する。
送信アンテナは、上記増幅手段によって増幅された信号を中継先の無線通信装置に向けて放射する。
記憶手段は、所定の基準値を格納する。
判定手段は、受信アンテナが受信した垂直偏波及び水平偏波の信号レベルを上記基準値と夫々比較し、この基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する。
スイッチ手段は、判定された増幅対象信号を上記受信アンテナから増幅手段に入力するように受信回路を切り替える。

このような構成により、無線中継装置が基地局近傍などの受信レベルが大きい地点に設置され過入力のおそれがある場合であっても、偏波を切り替えることで受信レベルを数dB以上低減させ、過入力を自動的に抑制できる。これにより、無線中継装置の安定動作を維持できる。また、固定減衰器などを追加する必要がなく、シンプルな構造のドナーユニットを採用できるので、無線中継装置の小型化・簡素化を実現できる。

また、本発明の一形態に係る無線中継装置用のドナーユニットは、受信アンテナと、増幅手段と、記憶手段と、判定手段と、スイッチ手段とを具備する。
受信アンテナは、中継元の無線通信装置から放射された無線信号の垂直偏波及び水平偏波を夫々独立して受信する。
増幅手段は、切り替えられた受信回路を通じて上記受信アンテナが受信した垂直偏波若しくは水平偏波の何れかの信号を増幅し送信アンテナに転送する。
記憶手段は、所定の基準値を格納する。
判定手段は、受信アンテナが受信した垂直偏波及び水平偏波の信号レベルを上記切替基準値と夫々比較し、この基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する。
スイッチ手段は、判定された増幅対象信号を上記受信アンテナから増幅手段に入力するように受信回路を切り替える。

このような構成により、既存の無線中継装置のドナーユニットを交換・変更するだけで、無線中継装置の過入力を容易に防止することができるようになる。

また、本発明の一形態に係る無線信号中継方法は、偏波受信ステップと、信号増幅ステップと、放射ステップと、増幅対象信号判定ステップと、受信回路切替ステップとを具備する。
偏波受信ステップは、受信アンテナが垂直偏波及び水平偏波を受信する。
信号増幅ステップは、切り替えられた受信回路を通じて上記受信アンテナが受信した垂直偏波若しくは水平偏波の何れかの信号を増幅する。
放射ステップは、増幅された信号を送信アンテナから中継先の無線通信装置に向けて放射する。
増幅対象信号判定ステップは、所定の基準値を記憶装置から読み出し、受信アンテナが受信した垂直偏波及び水平偏波の信号レベルをこの基準値と夫々比較し、基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する。
受信回路切替ステップは、判定された増幅対象信号を上記受信アンテナから増幅手段に入力するように受信回路を切り替える。

このような構成により、偏波の切り替えによって過入力を自動的に抑制し、無線中継装置の安定動作を維持できる。

本発明の実施形態に係るレピータ装置の概略構成を示すブロック図である。 同じく、偏波と基準値との関係を示す図である。 同じく、偏波切替処理を示すタイミングチャートである。 従来のレピータ装置の一例を示すブロック図である。 従来のレピータ装置の他の例を示すブロック図である。

本発明の好ましい実施態様においては、判定手段は、垂直偏波及び水平偏波の信号レベルが何れも基準値より高い場合に、上記切替基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する。このような構成により、基準値に近い偏波を選択して過入力を確実に防止することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、さらに、遠隔監視制御モデムを具備する。この遠隔監視制御モデムは、無線中継装置を遠隔監視する管理センターに対して、上記受信アンテナの信号受信レベルを送信する。
上記スイッチ手段は、増幅対象信号以外の偏波信号を遠隔監視制御モデムに入力するように受信回路を切り替える。
このような構成により、遠隔監視制御モデムを利用して管理センターから無線中継装置を遠隔監視できると共に、遠隔監視制御モデムの入力レベルの測定機能を利用して垂直偏波及び水平偏波の信号レベルを測定できる。従って、設計変更等を最小限に抑えて開発コストを低減することができる。

（本発明の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線中継装置（レピータ装置）の構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態に係る無線中継装置１は、ドナーユニット（ＤＵ）とサービスユニット（ＳＵ）とがリンクケーブル２で接続された構成を有する。

ドナーユニット（ＤＵ）は、垂直偏波アンテナ３及び水平偏波アンテナ４と、切替スイッチ（ＳＷ)５と、遠隔監視制御モデム６と、演算部７と、判定部８と、信号増幅部（アンプ）９と、ＲＦ端子１０とを具備する。なお、電源やフィルタ等の従来周知の構成は省略している。また、サービスユニット（ＳＵ）は、増幅された信号を中継先の無線通信装置（携帯電話や他の無線中継装置等）に向けて放射する送信アンテナ１１を具備する。なお、サービスユニットにも、ドナーユニットと同様に、増幅器を備えてもよい。すなわち、増幅器を分離してドナーユニットとサービスユニットの両方に備えるように構成してもよい。これにより、システム全体の利得を低下させることなく、各ユニットを小型化することができる。

垂直偏波アンテナ３及び水平偏波アンテナ４は、基地局ＢＳから放射された電波の垂直偏波及び水平偏波を夫々独立して受信できる構造や角度で設置される。何れのアンテナも、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、ロッドアンテナ、平面アンテナ等の従来周知の種々のタイプのアンテナを適宜採用できる。上記の送信アンテナ１１も同様である。また、再表2005-11148号公報、特表平10-501661号公報、特開2008-236656号公報などに開示されている垂直偏波と水平偏波とを同時に受信可能なアンテナを採用してもよい。なお、以下の説明においては、特に言及しない限り、垂直偏波が増幅対象信号として選択されたことにする。

演算部７は、内部メモリ（記憶装置）１２に記録された偏波切替の基準値１２Ａと、上記アンテナ３、４が受信した受信レベルとの差分を算出する機能を有する。この差分算出処理は、リアルタイムで行なう必要はなく、１時間、１２時間、２４時間などの所定周期で行なうことができる。所定周期は、周囲の環境等によって垂直偏波、水平偏波のレベルが変化するタイミングとすることが好ましい。

また、上記した偏波切替の基準値１２Ａは、通話品質レベルなどとは異なり、信号増幅部９の適正負荷レベルに基いて設定される。本実施例では、例えば、図２に示すように、この基準値１２Ａは所要（通話）品質レベルＣよりも高く設定される。

判定部８は、演算部７が算出した垂直偏波及び水平偏波の信号レベルと基準値１２Ａとの差分に基いて、この基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定するものである。この判定部８の判定の例を図２を参照して説明する。まず、図２（Ａ）の例では、垂直偏波（Ｖ）、水平偏波（Ｈ）とも基準値（Ｓ）より高いので、基準値（Ｓ）との差分を算出し、差分が小さい水平偏波（破線）が増幅対象信号と判定される（Ｓ＜Ｈ＜Ｖ）。また、図２（Ｂ）の例では、垂直偏波、水平偏波とも基準値（Ｓ）より低いので、基準値（Ｓ）との差分を算出し、差分が小さい垂直偏波（実線）が増幅対象信号と判定される（Ｈ＜Ｖ＜Ｓ）。さらに、図２（Ｃ）の例では、実線で示す垂直偏波は基準値（Ｓ）より高く、破線で示す水平偏波は基準値（Ｓ）より低いので、基準値（Ｓ）との差分を算出し、差分が小さい垂直偏波が増幅対象信号と判定される（Ｈ＜Ｓ＜Ｖ）。

ここで、図２の何れの例でも、垂直偏波（Ｖ）及び水平偏波（Ｈ）は通話品質レベルＣより高いので、何れの偏波を選択して増幅しても無線中継装置１がカバーするエリア内の通話品質に影響はない。一方で、常に受信レベルが高い偏波を選択した場合には、例えば、図２（Ａ）や図２（Ｃ）の場合に、信号増幅部９への過入力が生じるおそれがある。図２（Ａ）〜（Ｃ）のパターンは、同一の無線中継装置において、時間帯、曜日（特に、平日か週末か）、交通量、季節等によって生じる可能性がある。そのため、これらの変動が生じた場合に（図２（Ａ）の状態から図２（Ｂ）の状態など）、作業員が現地に赴いて手動で調整することは、コストの面や過入力を解消するまでの所要時間の面で負荷が大きい。結局、アンテナの角度調整によって偏波を切り替える場合と同様の結果となる。

切替スイッチ（ＳＷ）５は、スイッチ制御部７が判定した増幅対象信号（垂直偏波）を上記受信アンテナ３から信号増幅部９に入力するように受信回路を切り替える機能を有する。ここで、アンテナ３、４から信号増幅部（アンプ）９及び遠隔監視制御モデム６に夫々入力される伝送路が受信回路を構成する。その結果、増幅対象信号以外の偏波信号（水平偏波）を遠隔監視制御モデム６に入力するように受信回路が切り替えられる。

信号増幅部（アンプ）９は、切り替えられた受信回路を通じて上記受信アンテナ３が受信した垂直偏波の信号を増幅する。この増幅機能は周知であるため、詳細説明は省略する。

遠隔監視制御モデム６は、この無線中継装置１を遠隔監視する管理センター（図示しない）に対して、監視・管理用の受信信号（受信レベル）を送信する。上記したように、信号増幅部９には垂直偏波信号が入力され、この遠隔監視制御モデム６には水平偏波信号が入力される。ここで、遠隔監視制御モデム６の電力制御範囲は、信号増幅部９の動作電力範囲よりも大きいため、信号増幅部９を優先して偏波アンテナを選択しても問題ない。

なお、無線中継装置１は、上記した構成以外に、例えば、ハウリングのような発振を防止する干渉除去機能などを備えてもよい。

（偏波切替手順）
次に、図３のタイミングチャートを参照して、本実施形態の偏波切替の手順を説明する。図３の例は、図２（Ａ）に示した垂直偏波及び水平偏波の何れの受信レベルも基準値（Ｓ）よりも高い状態が比較的長い時間（数時間、２４時間など）継続している例である。この図におけるｔ_１〜ｔ_７は、１時間、６時間などの一定周期の経過時点である。また、ｔ_０の時点では、垂直偏波（Ｖ）が選択されている。

ｔ_０の状態から、一定時間が経過したｔ_１の時点で偏波切替の判定処理が実行される。すなわち、判定部８は、水平偏波及び垂直偏波の受信レベルを基準値と夫々比較し、基準値に近い方を増幅対象信号と判断する。ｔ_１の時点では、垂直偏波（Ｖ）の方が基準値（Ｓ）に近いため、受信回路は切り替えられず、垂直偏波が信号増幅部９に入力される。ｔ_２の時点でも同様に処理される。

一方、ｔ_３の時点では、上記と逆に、水平偏波（Ｈ）の方が基準値（Ｓ）に近くなっているため、垂直偏波から水平偏波へ受信回路が切り替えられる。この状態は、ｔ_４でも継続する。

また、ｔ_５の前後の短時間だけ水平偏波（Ｈ）が基準値（Ｓ）に近くなっているため、ｔ_５の時点では、受信回路が水平偏波（Ｈ）側に切り替わる。ただ、直後のｔ_６の時点では、再度水平偏波（Ｈ）側に切り替わる。偏波切替の処理をリアルタイムではなく周期的に行っているため、このような現象も生じ得る。そのため、無線中継装置１の周囲の環境や基地局との関係などに基づいて、偏波切替の周期を適宜調整するのが好ましい。

以上説明したように、本実施形態の無線中継装置によれば、以下の作用効果を奏する。
・例えば、偏波の切替えをアンテナの角度調整で行う場合には、何れの偏波をターゲットにするかによって、アンテナ受信レベル、ひいては増幅器への入力レベルも大きく異なってくる。また、上記したように通信環境は種々の要因で変化するため角度調整を頻繁に行なう必要がある。これに対して、本実施形態の無線中継装置では、基地局の近傍（見通し）に設置され、垂直（水平）偏波受信で過入力となっている場合に、水平（垂直）偏波受信に切り替えることにより、受信レベルを数dB以上低減させ、過入力を自動的に抑制できる。これにより、無線中継装置の安定動作を維持できる。
・基地局と無線中継装置との間のパスロス（減衰）を等価的に増大することで、基地局への雑音送信を低減できる。これにより、ネットワーク通信容量を改善できる。
・設置場所の制約等によって無線中継装置のドナーユニットを横向きに設置した場合でも、縦向き設置と同等の受信品質を得ることができる。これにより、施工が容易になる。
・所定の周期で自動的に偏波切替を行う他、遠隔監視制御モデムを介して遠隔から偏波面を制御することにより手動で入力レベルを適正化することもできる。これにより、従来の固定減衰器等では必須であった現地対応が不要になる。

（変形例）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、遠隔監視制御モデム６で無線測定機能を兼用していたが、専用の測定機能部を設けてもよい。また、偏波切替の周期や基準値は、遠隔監視制御モデムを介して遠隔から設定・変更してもよい。

また、上記の実施形態では、受信アンテナや増幅機能等を一体化したドナーユニットタイプを例示したが、図４に示した従来技術のように、アンテナと増幅部とが分離されたセパレートタイプでも本発明を同様に適用できる。

１…無線中継装置
２…リンクケーブル
３…垂直偏波アンテナ
４…水平偏波アンテナ
５…切替スイッチ（ＳＷ）
６…遠隔監視制御モデム
７…演算部
８…スイッチ制御部
９…信号増幅部（アンプ）
１１…送信アンテナ
１２…メモリ
１２Ａ…切替基準値

Claims (5)

1. 中継元の無線通信装置から放射された無線信号の垂直偏波及び水平偏波を夫々独立して受信する受信アンテナと、
   受信回路を通じて上記受信アンテナが受信した垂直偏波若しくは水平偏波の何れかの信号を増幅する増幅手段と、
   上記増幅手段によって増幅された信号を中継先の無線通信装置に向けて放射する送信アンテナと、
   所定の基準値を格納する記憶手段と、
   上記受信アンテナが受信した垂直偏波及び水平偏波の信号レベルを上記基準値と夫々比較し、この基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する判定手段と、
   判定された増幅対象信号を上記受信アンテナから増幅手段に入力するように受信回路を切り替えるスイッチ手段と
   を具備する無線中継装置。
2. 請求項１記載の無線中継装置において、
   上記判定手段は、垂直偏波及び水平偏波の信号レベルが何れも基準値より高い場合に、上記切替基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する
   無線中継装置。
3. 請求項１記載の無線中継装置において、
   さらに、無線中継装置を遠隔監視する管理センターに対して、上記受信アンテナの信号受信レベルを送信する遠隔監視制御モデムを備え、
   上記スイッチ手段は、増幅対象信号以外の偏波信号を遠隔監視制御モデムに入力するように受信回路を切り替える
   無線中継装置。
4. 中継元の無線通信装置から放射された無線信号の垂直偏波及び水平偏波を夫々独立して受信する受信アンテナと、
   受信回路を通じて上記受信アンテナが受信した垂直偏波若しくは水平偏波の何れかの信号を増幅する増幅手段と、
   所定の基準値を格納する記憶手段と、
   上記受信アンテナが受信した垂直偏波及び水平偏波の信号レベルを上記基準値と夫々比較し、この基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する判定手段と、
   判定された増幅対象信号を上記受信アンテナから増幅手段に入力するように受信回路を切り替えるスイッチ手段と
   を具備する無線中継装置用のドナーユニット。
5. 受信アンテナが垂直偏波及び水平偏波を受信する偏波受信ステップと、
   受信回路を通じて上記受信アンテナが受信した垂直偏波若しくは水平偏波の何れかの信号を増幅する信号増幅ステップと、
   増幅された信号を送信アンテナから中継先の無線通信装置に向けて放射する放射ステップと、
   所定の基準値を記憶手段から読み出し、受信アンテナが受信した垂直偏波及び水平偏波の信号レベルをこの基準値と夫々比較し、基準値に近い偏波を増幅対象信号と判定する増幅対象信号判定ステップと、
   判定された増幅対象信号を上記受信アンテナから増幅手段に入力するように受信回路を切り替える受信回路切替ステップと
   を具備する無線信号中継方法。

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