JP2013258462A - 基地局装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】送信用アンテナ及び受信用アンテナを含む伝送路の状態を監視することができる基地局装置を提供する。
【解決手段】送信用アンテナ(3)と受信用アンテナ(5)との問の結合量が既知(Lc1)であることを利用して、送信系(T)から放射される送信無線周波数(f)に係る高周波信号の電力を受信系(R)で受信させ、その受信した電力に基づいて送信用アンテナ(3)及び受信用アンテナ(5)を含む伝送路の状態監視を行なう。
【選択図】図1

Description

本発明は、移動通信システムの基地局装置に係わり、特に送信用アンテナと受信用アンテナ索子を含めた送信系と受信系の状態監視を行なう技術に関するものである。
移動通信システムなどで使用される無線機器においては、送信用増幅器の出力電力の状態を監視し、その状態をフィードバックして該出力電力の値や品質を一定に保つ制御がなされる。また、上記出力電力の状態に基づいて送信用増幅器の動作の正常、異常を判断し、異常であると判断した場合に、送信電力を遮断することや、上流装置へ警報を送信することも行われている。
上記送信用増幅器の出力電力の状態を監視する一般的な手段として結合器が使用される。この結合器は、送信用増幅器と送信用アンテナとの間に設けられた給電用線路(ケーブルやプリント配線等によって構成される)との電磁的な結合によって送信用増幅器の出力電力の一部を取り出すものであるので、取り出した電力が送信用増幅器の出力電力の状態を表すことになる(例えば、特許文献1参照)。
また、送信状態をモニタする専用の受信系を追加するという手段も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開平7−143054号公報 特開2003−234685号公報
しかし、上記送信用増幅器の出力側に結合器を配置する構成では、次のような不都合が発生する。すなわち、上記給電用線路における結合器の結合部位よりも送信用増幅器側に位置した線路部位で断線が生じた場合には、結合器の出力が消失するので、これに基づいてこの断線を検出することができる。一方、上記給電用線路における結合器の結合部位よりも送信用アンテナ側に位置した部位で断線が生じた場合には、結合器の出力が消失しないので、その断線を検出することができない。
一方、モニタ用受信系を追加するという手段には、次のような問題がある。すなわち、モニタ用受信系が1つだけでは複数の送信系の内のどの送信系が故障しているかを特定することができないので、このモニタ用受信系を送信系の数だけ使用することになる。この結果、モニタ用アンテナ等を送信系の数だけ設けることになって、回路規模が大きくなってしまうという問題を生じる。
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、モニタ用受信系を設けることなく送信用アンテナ及び受信用アンテナを含む伝送路の状態を監視することができる基地局装置を提供することを目的とする。
本発明は、送信無線周波数の信号に適合する送信用アンテナを含むn個(n=1,2,・・・)の送信系と、受信無線周波数の信号に適合する受信用アンテナを含むn個の受信系とを備え、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとを既知の結合量で交互に隣接配置して周波数分割複信方式の無線通信を行う基地局装置である。前記送信系は、前記送信無線周波数の電力を第1の線路を介して前記送信用アンテナに供給する送信用増幅器と、前記第1の線路と結合して該線路で伝送される電力の一部を取り出す第1の結合器と、を備え、前記受信系は、前記受信用アンテナで受信された電力を第2の線路を介して入力する受信用増幅器と、前記第2の線路と前記受信用増幅器の出力電力を伝送する第3の線路の内の一方に結合して、その結合した線路で伝送される電力の一部を取り出す第2の結合器と、を備える。そして、前記第1の結合器で取り出される電力に基づいて、前記第1の線路における前記第1の結合器の結合部位よりも前記送信用増幅器側の線路部位の異常を判断し、前記第2の結合器で取り出される電力に含まれた前記送信無線周波数の電力に基づいて、前記第1の結合器の結合部位から前記第2の結合器の結合部位に至る伝送路の異常を判断する異常判断手段が設けられる。
前記受信系は、前記第2の線路と第3の線路の内の他方に結合して、その結合した線路で伝送される電力の一部を取り出す第3の結合器を更に備えることができる。この場合、 前記異常判断手段は、前記第2の結合器で取り出される電力に含まれた前記送信無線周波数の電力と、前記第3の結合器で取り出される電力に含まれた前記送信無線周波数の電力とに基づいて、前記第2の結合器の結合位置から前記第3の結合器の結合位置に至る区間の伝送経路の異常を判断するように構成される。
前記受信系は、前記第2の線路と第3の線路の内の他方に結合して、その結合した線路で伝送される電力の一部を取り出す第3の結合器を更に備えることができる。この場合、前記異常判断手段は、前記第2の結合器で取り出される電力に含まれた前記受信無線周波数の電力と、前記第3の結合器で取り出される電力に含まれた前記受信無線周波数の電力とに基づいて、前記第2の結合器の結合位置から前記第3の結合器の結合位置に至る区間の伝送経路の異常を判断するように構成される。
前記送信系は前記送信用アンテナを複数備えることができ、また、前記受信系は前記受信用アンテナを複数備えることができる。
本発明によれば、送信用アンテナと受信用アンテナとの問の結合量が既知であることを利用して、送信系から放射される送信無線周波数に係る高周波信号の電力を受信系で受信させ、その受信した電力に基づいて送信用アンテナ及び受信用アンテナを含む伝送路の状態監視を行なう。従って、モニタ用受信系を追加配置して状態監視を行なう場合に比して構成の簡素化及び低廉化を図ることができる。
本発明に係る基地局装置の一実施形態を示すブロック図である。 図1の基地局装置におけるアンテナ間の結合量を示す概略図である。 本発明に係る基地局装置の他の実施形態を示すブロック図である。
図1に本発明に係る基地局装置の一実施形態を示す。本実施形態の基地局装置は、いわゆる周波数分割複信方式の無線通信を行うものであって、n個の送信系T1〜Tnと、n個の受信系R1〜Rnと、無線部4とを備えている。
送信系T(T1〜Tn)は、送信用増幅器1、結合器2及び送信用アンテナ3を有し、無線部4から出力される中心周波数が送信無線周波数fである高周波信号を送信用増幅器1を介して送信用アンテナ3に入力するとともに、この送信用増幅器1から出力される高周波信号の一部を結合器2によって取り出して無線部4に監視信号としてフィードバックする。結合器2は、送信用増幅器1と送信用アンテナ3を接続する線路の途中に例えば電磁的に結合される。
受信系R(R1〜Rn)は、受信用アンテナ5、結合器6、受信用増幅器7、結合器8及び検波器9を備え、受信用アンテナ5で受信した電力を受信用増幅器7とで増幅して無線部4に入力するとともに、この受信した電力の一部を結合器6によって取り出して検波器9に入力する。また、受信用増幅器7の出力信号の一部を結合器8によって取り出して検波器9に入力する。
結合器6は受信用アンテナ5と受信用増幅器7を接続する線路の途中に、また、結合器8は受信用増幅器7の出力側に接続された線路の途中にそれぞれ例えば電磁的に結合されている。
送信系T(T1〜Tn)の送信用アンテナ3と受信系R(R1〜Rn)の受信用アンテナ5は、既知の結合量となるように交互に隣接して配置されている。
図2に示すように、隣り合う送信用アンテナ3と受信用アンテナ5間の結合量をLc1[dB]とすると、隣り合う送信用アンテナ3間及び隣り合う受信用アンテナ5間の結合量はそれぞれLc2[dB]である。ここで、結合量Lc2は結合量Lc1に比べて非常に小さい(Lc2<<Lc1)ものとする。
送信系Tの送信用アンテナ3からは、中心周波数が送信無線周波数fの無線信号が携帯端末等の通信用移動体に送信される。一方、受信系Rの受信用アンテナ5は、通信用移動体からの中心周波数が受信無線周波数f(≠f)の無線信号と共に、当該受信用アンテナ5に隣接する、つまり、当該受信用アンテナ5との結合量がLc1[dB]である送信用アンテナ3から回り込んでくる中心周波数が送信無線周波数fの無線信号をも受信する。なお、当該受信用アンテナ5との結合量がLc2[dB]よりも小さい非隣接送信用アンテナ3からの無線信号はゼロもしくは無視可能なレベルを示す。
従って、受信系Rの結合器6、8によって取り出される電力には、受信無線周波数fに係る電力だけでなく、送信無線周波数fに係る電力も含まれることになる。後述するように、本実施形態の基地局装置は、結合器6または結合器8によって取り出される中心周波数fの電力を利用して、送信系T及び受信系Rの所定部位の状態を監視するようにしている。
検波器9は、結合器6によって取り出される電力の中から送信無線周波数fに係る電力の成分を抽出するフィルタ回路と、このフィルタ回路によって抽出された電力成分を検波して対応する第1直流電圧に変換する変換回路と、結合器8によって取り出される電力の中から送信無線周波数fに係る電力の成分を抽出するフィルタ回路と、このフィルタ回路によって抽出された電力成分を検波して対応する第2直流電圧に変換する変換回路とを内蔵し、上記第1、第2直流電圧を第1、第2監視信号電圧として無線部4に出力する。
受信系R1〜Rn−1における受信用アンテナ5に対して結合量Lc1[dB]で結合する隣接送信用アンテナ3は2つである。すなわち、例えば、受信系Rn−1の受信用アンテナ5に対して結合量Lc1[dB]で結合する隣接送信用アンテナ3は、送信系Tn−1の送信用アンテナ3と送信系Tnの送信用アンテナ3の2つである。これに対して、受信系Rnの受信用アンテナ5に対して結合量Lc1[dB]で結合する隣接送信用アンテナ3は、送信系Tnの送信用アンテナ3のみである。
したがって、各送信系T1〜Tnの送信電力がそれぞれ同じ電力P[dBm]であるとすると、受信系R1〜Rn−1で受信される中心周波数fの高周波信号の電力はそれぞれ(P−Lc1+3)[dBm]となり、また、受信系Rnで受信される中心周波数fの高周波信号の電力は(P−Lc1)[dBm]となる。つまり、受信系R1〜Rn−1で受信される高周波信号の電力は、受信系Rnで受信されるそれよりも3dB大きくなる。
なお、受信系R1〜Rn−1で受信された中心周波数fの高周波信号の電力は、対応する受信用アンテナ5及び結合器6を含む伝送経路での損失分だけ低減されて検波器9に入力され、また、対応する受信用アンテナ5、増幅器7及び結合器8を含む伝送経路での損失分だけ低減されて検波器9に入力される。
ところで、送信系T(T1〜Tn)の増幅器1と送信用アンテナ5のアンテナ素子との間に設けられた給電用の線路(ケーブルやプリント配線等によって構成される)において、断線や接続不良等の異常が発生すると、その送信系Tの送信用アンテナ3に高周波信号が伝達されなくなる。
このような異常が増幅器1から結合器2の結合部位に至る線路区間に発生した場合には、結合器2から無線部4にフィードバックされる監視信号が消失するので、無線部4において上記の異常を検出することができる。ところが、上記異常が結合器2の結合部位から送信用アンテナ5に至る線路区間で発生した場合には、結合器2から無線部4にフィードバックされる監視信号が正常な値を示すことから、無線部4において上記の異常を検知することができない。
そこで、本実施形態では、結合器2の結合部位から送信用アンテナ5に至る線路区間で発生する異常を次のようにして検出している。
すなわち、例えば、送信系T1に上記のような異常が生じると、該送信系T1の送信用アンテナ3に高周波信号が伝達されなくなる。この結果、受信系R1における中心周波数fの受信電力は、(P−Lc1+3)[dBm]から送信系T1の送信電力P[dBm]分低下して、つまり3dB低下して、(P−Lc1)[dBm]になる。
これに伴い、受信系R1の検波器9から出力される第1直流電圧(第1監視信号電圧)は、電力(P−Lc1+3)[dBm]に対応するVから電力(P−Lc1)[dBm]に対応するVまで低下する。
なお、送信系T1に上記のような異常が生じても、他の受信系R2〜Rnの受信電力はその影響を受けない。なぜなら、送信系T1の送信用アンテナ3と受信系R2〜Rnの受信用アンテナ5との間の結合量は、いずれもLc2よりも小さいからである。
次に、n−1番目の送信系Tn−1において上記のような異常が生じた場合を説明する。この場合、この送信系Tn−1の送信用アンテナ3に高周波信号が伝達されなくなるので、受信系Rn−2(図2参照)及び受信系Rn−1における中心周波数fの受信電力がそれぞれ送信系Tn−1の送信電力P[dBm]分低下する。すなわち、受信系Rn−2,Rn−1の受信電力が、それぞれ(P−Lc1+3)[dBm]から(P−Lc1)[dBm]まで低下する。この結果、受信系Rn−2,Rn−1では、検波器9から出力される第1直流電圧(第1監視信号電圧)がそれぞれVからVまで低下することになる。他の受信系の受信電力は変化しない。
次に、n番目の送信系Tnにおいて上記のような異常が生じた場合を説明する。この場合、この送信系Tnの送信用アンテナ3に高周波信号が伝達されなくなるので、受信系Rn−1及び受信系Rnにおける中心周波数fの受信電力がそれぞれ送信系Tnの送信電力P[dBm]分低下する。これにより、受信系Rn−1の受信電力は(P−Lc1+3)[dBm]から(P−Lc1)[dBm]まで低下し、また、受信系Rnの受信電力は(P−Lc1)[dBm]から所定値まで大きく低下することになる。この結果、受信系Rn−1の検波器9から出力される第1直流電圧がVからVまで低下し、受信系Rnの検波器9から出力される第1直流電圧がVからVまで低下する。他の受信系の受信電力は変化しない。
以上をまとめると、以下のようになる。
[送信系T1の異常]
・受信系R1における周波数fの受信電力
(P−Lc1+3)[dBm]から(P−Lc1)[dBm]に変化
・受信系R1の第1直流電圧
からVに変化
[送信系Tn−1の異常]
・受信系Rn−2,Rn−1における周波数fの受信電力
(P−Lc1+3)[dBm]から(P−Lc1)[dBm]に変化
・受信系Rn−2,Rn−1の第1直流電圧
からVに変化
[送信系Tnの異常]
・受信系Rn−1の受信電力
(P−Lc1+3)[dBm]から(P−Lc1)[dBm]に変化
受信系Rn−1の第1直流電圧
からVに変化
・受信系Rnの受信電力
(P−Lc1)[dBm]から大きく低下
・受信系Rnの第1直流電圧
からVLに変化
このように、送信系T1〜Tnの内のいずれかに上記のような異常が発生した場合には、その異常が発生した送信系に隣接する受信系の第1直流電圧のレベルが低下(V→VまたはV→VL)することになる。
無線部4は、送信系T1〜Tnの上記異常を個別に判断するための参照データ(第1直流電圧に係る異常判定用参照データ)をテーブルとして記憶させたメモリと、受信系R1〜Rnの検波器9から入力される第1直流電圧をA/D変換するA/D変換器と、そのA/D変換結果を上記メモリの記憶内容と照合することによって送信系T1〜Tnの異常を個別に判断する判断回路とを備え、この判断回路によって異常を判断した際には、その異常発生箇所を表示装置に表示するとともに、異常を生じた送信系の送信動作を停止させる。また、必要に応じて上流装置へ警告を通報する等の処理も実行する。
このように、本実施形態に係る基地局装置によれば、送信用増幅器1から結合器2の結合部位に至る線路部位の異常だけでなく、結合器2の結合部位から送信用アンテナ5の素子導体に至る線路部位の異常をも判断することができる。
ところで、第1直流電圧の変化(レベル低下)は、受信用アンテナ5から結合器6の結合部位に至る線路部位の異常(断路)によっても生じる。従って、本実施形態によれば、送信用増幅器1から結合器2の結合部位に至る線路区間と、結合器2の結合部位から受信系Rにおける結合器6の結合部位に至る伝送区間(送信用アンテナ3及び受信用アンテナ5が含まれている)とを含む部分に対する異常判断が可能である。
なお、無線部4は、結合器2からのフィードバック信号に基づいて送信系Tにおける異常(断路)を検出した場合にも、異常発生箇所を表示装置に表示させ、かつ、異常を生じた送信系の送信動作を停止させる等の処理を実行する。
また、無線部4は、結合器2からのフィードバック信号に基づいて送信用増幅器1のゲインを調整して送信電力を一定に制御する。
更に、無線部4は、結合器6または結合器8からの監視信号に基づいて受信用増幅器7の過入力をチェックし、過入力の場合に、該受信用増幅器7のゲインを低下させる処理、あるいは、その動作を停止させる処理を実行する。
一方、無線部4は、結合器6からの監視信号と結合器8からの監視信号とに基づいて受信用増幅器7のゲインを検出し、その検出結果に基づいて該受信用増幅器7のゲインを目標ゲインに一致させるという処理も実行する。
上記においては、第1直流電圧を用いて上述した部位の異常を判断している。しかし、結合器8によって取り出される送信無線周波数fの電力に基づく第2直流電圧も、第1直流電圧と同様に上述した部位の異常に伴ってレベルが低下するので、この第2直流電圧を用いて上述した部位の異常を判断するようにしてもよい。この場合、無線部4のメモリテーブルには、当然、上記第2直流電圧のレベル判断に適応する参照データが設定されることになる。
次に、受信系R(R1〜Rn)の状態監視について説明する。受信用増幅器7は、一般的に、受信無線周波数fに係る信号に対しては増幅作用を示すものの、送信無線周波数fの信号に対しては減衰作用を示す。したがって、上記第1直流電圧と上記第2直流電圧の間には上記減衰による一定の差が発生し、この電圧差は、結合器6と結合器8間が正常である間維持される。
結合器6の結合位置から結合器8間の結合位置に至る区間の伝送経路において断線や受信用増幅器7の故障等の異常が発生すると、結合器6によって取り出される送信無線周波数fに係る電力はその異常の影響を受けないものの、結合器8によって取り出される送信無線周波数fに係る電力がゼロもしくはそれに近い大きさまで低下する。従って、上記のような異常が生じた場合、第1直流電圧と第2直流電圧の差が異常発生前よりも大きくなる。
そこで、無線部4は、例えば第1直流電圧と第2直流電圧の差を演算し、その差の変化に基づいて結合器6と結合器8間の異常を判断し、その判断結果を表示器に表示する。また、必要に応じてその判断結果の基づく警告を上流装置に通報する。
ところで、受信系R(R1〜Rn)の状態監視は、中心周波数が受信無線周波数fである受信電力に基づいて検出することも可能である。
その場合、検波器9には、結合器6によって取り出される高周波信号の中から受信無線周波数fに係る電力成分を抽出し、その電力成分に基づいて第3直流電圧を生成する構成要素と、結合器8によって取り出される高周波信号の中から受信無線周波数fに係る電力成分を抽出し、その電力成分に基づいて第4直流電圧を生成する構成要素とが追加配設され、それらの構成要素で生成される第3直流電圧及び第4直流電圧が状態監視信号として無線部4に入力される。
結合器8によって取り出される受信無線周波数fに係る高周波信号の電力は、受信用増幅器7で増幅された電力に基づくものであるから、結合器6によって取り出される同電力よりも大きい。従って、通常時においては、「第3直流電圧<第4直流電圧」という関係が成立する。しかし、結合器6の結合位置から結合器8間の結合位置に至る区間の伝送経路において断線や受信用増幅器7の故障等の異常が発生すると、上記とは逆に、結合器6によって取り出される上記電力の方が結合器8によって取り出される上記電力よりも大きくなるので、「第3直流電圧>第4直流電圧」という関係が成立するとともに、第3直流電圧と第4直流電圧の差の絶対値も変化する。
そこで、無線部4は、例えば、第3直流電圧と第4直流電圧の差の正負に基づいて、あるいは、その差の絶対値の変化に基づいて上記の異常を判断する。
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変型態様を含むものである。
すなわち、例えば、図3に示すように、送信系T1〜Tnの結合器2の後段側に分波器10を設けて、送信用増幅器1の出力電力を複数の送信用アンテナ3(図では2つ)に供給するとともに、受信系R1〜Rnの結合器6の前段側に分波器11を設けて、複数の受信用アンテナ5(図では2つ)の受信電力を受信用増幅器7に入力するように構成してもよい。
また、上記実施形態ではn個の送信系T1〜Tnとn個の受信系R1〜Rnを配置しているが、それらの配置個数nは1でも良い。
更に、上記実施形態では、送信系T1〜Tnから同じ電力P[dBm]の高周波信号を放射させているが、各送信系T1〜Tnから放射される電力は同一でなくても良い。
T1〜Tn 送信系
R1〜Rn 受信系
1 送信用増幅器
2 結合器
3 送信用アンテナ
4 無線部
5 受信用アンテナ
6 結合器
7 受信用増幅器
8 結合器
9 検波器
10 分波器
11 分波器

Claims (4)

  1. 送信無線周波数の信号に適合する送信用アンテナを含むn個(n=1,2,・・・)の送信系と、受信無線周波数の信号に適合する受信用アンテナを含むn個の受信系とを備え、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとを既知の結合量で交互に隣接配置して周波数分割複信方式の無線通信を行う基地局装置であって、
    前記送信系は、
    前記送信無線周波数の電力を第1の線路を介して前記送信用アンテナに供給する送信用増幅器と、前記第1の線路と結合して該線路で伝送される電力の一部を取り出す第1の結合器と、を備え、
    前記受信系は、前記受信用アンテナで受信された電力を第2の線路を介して入力する受信用増幅器と、前記第2の線路と前記受信用増幅器の出力電力を伝送する第3の線路の内の一方に結合して、その結合した線路で伝送される電力の一部を取り出す第2の結合器と、を備え、
    前記第1の結合器で取り出される電力に基づいて、前記第1の線路における前記第1の結合器の結合部位よりも前記送信用増幅器側の線路部位の異常を判断し、前記第2の結合器で取り出される電力に含まれた前記送信無線周波数の電力に基づいて、前記第1の結合器の結合部位から前記第2の結合器の結合部位に至る伝送路の異常を判断する異常判断手段を設けた、ことを特徴とする基地局装置。
  2. 前記受信系は、前記第2の線路と第3の線路の内の他方に結合して、その結合した線路で伝送される電力の一部を取り出す第3の結合器を更に備え、
    前記異常判断手段は、前記第2の結合器で取り出される電力に含まれた前記送信無線周波数の電力と、前記第3の結合器で取り出される電力に含まれた前記送信無線周波数の電力とに基づいて、前記第2の結合器の結合位置から前記第3の結合器の結合位置に至る区間の伝送経路の異常を判断するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の基地局装置。
  3. 前記受信系は、前記第2の線路と第3の線路の内の他方に結合して、その結合した線路で伝送される電力の一部を取り出す第3の結合器を更に備え、
    前記異常判断手段は、前記第2の結合器で取り出される電力に含まれた前記受信無線周波数の電力と、前記第3の結合器で取り出される電力に含まれた前記受信無線周波数の電力とに基づいて、前記第2の結合器の結合位置から前記第3の結合器の結合位置に至る区間の伝送経路の異常を判断するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の基地局装置。
  4. 前記送信系が前記送信用アンテナを複数備え、前記受信系が前記受信用アンテナを複数備えることを特徴とする請求項1に記載の基地局装置。
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