JP3813770B2 - Wireless transmission device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、移動無線通信用の基地局に用いられ、アレーアンテナを用いて構成した無線装置、特に送信装置の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複数の移動局との通信を行う移動通信用の基地局において、複数のアンテナをアレー状に配置し、各アンテナから放射される信号の振幅、位相を個々の移動局に対してそれぞれ最適に制御することにより通信品質の向上を図る方法が知られている。
【0003】
図3は従来技術による無線送信装置の構成例を示し、18はアンテナ、22はディジタル/アナログ変換器、23は無線周波数帯の信号を生成する送信機、26は増幅器である。これらは同じものが複数備えられており、以下、それぞれN台あるものとして説明する。これらN台の装置は送信信号処理装置21に接続されている。これらのうち、アンテナは鉄塔あるいは建物の屋上等の高所に設置され、その他の無線装置は建物の内部に置かれることが多い。この間は同軸ケーブル30によって接続されている。
【0004】
この無線送信装置において、個々の移動局に向けられた複数の送信信号20は送信信号処理装置21によってディジタル信号処理が施され、各アンテナに対応したN個の送信信号に変換された後、それぞれディジタル/アナログ変換器22によってアナログベースバンド信号に変換される。これらはさらに送信機23によって高周波信号に変換され、電力増幅器26で増幅されてから同軸ケーブル30を経由してアンテナ18から送信される。
【0005】
また、高周波信号の伝送方法として、いったんこれを光信号に変換し、光ファイバケーブルを経由して伝送する方法が知られている。図4はこのような光ファイバ伝送を適用して構成した無線送信装置の例である。送信機23で生成された無線周波数帯の高周波信号は電気/光変換器25によって、高周波電気信号で変調された光信号の形に変換される。この光信号は光ファイバケーブル31によって、アンテナに向けて伝送され、光/電気変換器11によって電気信号に戻される。この電気信号は増幅器13で所要の電力レベルまで増幅され、アンテナ18より送信される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図3に示したようなアレーアンテナを用いた送信装置においては、各アンテナから送信される信号の振幅および位相は、送信ビーム形状を最適にするために伝搬条件に適応してそれぞれ制御され、時々刻々と変化する。このため各アンテナから送信される電力は均一ではなく、全送信電力が一本のアンテナに集中することもある。したがって、N台の増幅器は、それぞれが全送信電力をまかなう能力を備える必要がある。このため、これら増幅器群の形状が極めて大きくなり、費用および消費電力の面からも無駄が大きい。
【0007】
また、無線装置とアンテナを接続するために、アンテナが設置される建物の屋上等の高所から、無線装置とアンテナを接続するために、アンテナが設置される建物の内部へ大量の同軸ケーブルを敷設する必要があるため、基地局設置工事の費用がかさみ、設置場所の条件によっては工事が困難になることもある。
図4に示したような構成の送信装置においては、同軸ケーブルの代わりに光ファイバが用いられている。光ファイバは細心、軽量であるため、同軸ケーブルを用いる場合と比べ敷設工事が容易になる。しかし、電気/光変換器25および光/電気変換器11は、信号の振幅レベルが高いと光/電気間の変換の過程で歪みを発生する。このため伝送できるダイナミックレンジに限界があり、先に述べたように電力レベルが均一ではなく、全電力が一本のアンテナに集中することもある伝送系に適用するには困難が大きい。さらに、大電力の増幅器をN台、高所に設置することになり、設置場所の確保の点でも支障をきたすことがある。
【0008】
この発明の目的は、以上に述べたようなケーブル敷設工事および装置設置にあたっての困難を除去し、小型で設置が容易な無線送信装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明の無線送信装置では、送信信号処理装置によって生成されるN系列の送信信号は、分配および合成の操作を経て同じN個の振幅レベルの揃った信号に再編成された後、光信号に変換される。これらは光ファイバケーブルでアンテナに向けて伝送され、再び電気信号に戻されてから、増幅器により増幅され、分配合成回路によって送信信号に戻され、それぞれアンテナに給電される。
【0010】
請求項1記載の発明の無線送信装置では、振幅レベルの揃った信号に光/電気変換が行われ、増幅器の電力レベルも均等になる。このため光/電気変換に際してのダイナミックレンジが小さくてすむとともに、増幅器の最大出力も小さくてよいという利点がある。
そして、分配および合成の操作を経て再編成されたN個の信号に、別のパイロット信号がそれぞれ加えられる。増幅器の入力側には振幅位相調整器が備えられ、増幅器の出力側には先に加えられたパイロット信号を検出する手段が備えられる。振幅位相調整器は、検出されたパイロット信号が所定の振幅と位相となるように制御される。
【0011】
パイロット信号が一定となるよう制御されるため、電気/光変換および増幅の過程および光伝送の過程で発生する位相および振幅のずれを補正することができるという効果を有する。
【0012】
【発明の実施の形態】
請求項1記載の発明の実施例を図1により説明する。
無線送信装置は、主に屋内に設置される装置、鉄塔上あるいは建物の屋上等の高所に設置される装置、それらを接続する光ファイバケーブル31から成る。主に屋内に設置される装置はディジタル/アナログ変換器22と送信機23がN組接続された送信信号処理装置21、送信機出力に分配合成の操作を施す分配合成器32a、送信機出力にパイロット信号を加える合成器24と電気/光変換器25がN組、パイロット信号を発生する発振器33、パイロット信号を分配する分配器34aからなる。高所に設置される装置は、光/電気変換器11、振幅位相調整器12、増幅器13、方向性結合器14、パイロット信号を除去するフィルタ15、パイロット信号を取り出すフィルタ16、振幅位相比較器17をひと組とする装置と同等なN組の装置と、分配合成回路32b、分配器34b、N個のアンテナ18より成る。
【0013】
送信すべき複数の信号20は、送信信号処理装置21によって、個々のアンテナに対応したN系列のディジタル信号に変換される。これらはディジタル/アナログ変換器22によって所要の振幅と位相をもったアナログ信号に変換され、送信機23において変調された高周波信号となる。これらは分配合成器32aによって均一な振幅をもつN個の信号に再編成される。これらは分配合成器32aの機能については後述する。なおこの分配合成器32aでの操作に相当する演算をあらかじめ送信信号処理装置21においてディジタル信号の状態で施しておいてもよい。その場合には分配合成器32aは不要である。
【0014】
再編成されたN個の信号には発振器33によって発生されたパイロット信号がそれぞれ加えられ、電気/光変換器25によって高周波信号で変調された光信号に変換され、光ファイバケーブル31によってアンテナが設置された高所に向けて伝送される。
光信号は光/電気変換器11によって電気信号に戻され、振幅位相調整器12を経て電力増幅器13で所要の電力レベルまで増幅される。電力増幅器13の出力は方向性結合器14によってその一部が取り出され、フィルタ16によってパイロット信号が抜き出される。このパイロット信号は、発振器33の出力を分配器34a、34bにより分配したものと比較され、両者が一致するようにあるいは一定のオフセットを保つように振幅位相調整器12が制御される。電力増幅器13の主出力からはフィルタ15によってパイロット信号が除去される。このようにして得られたN個の信号は分配合成器32bによって再び送信機23の出力に相当するN個の送信信号となり、アンテナ18より送信される。
【0015】
次に、分配合成器32aについて図2a、図2bによって説明する。
このような回路の動作については例えば、江上、河合:「多端子電力合成型マルチビーム送信系」、電子情報通信学会誌、Vol.J69-BNo.2、PP.206-212(1986年2月発行)に説明されている。図2aは入出力がそれぞれ4ポートである場合の構成例であり、41〜44はそれぞれ90°ハイブリッド回路である。90°ハイブリッド回路は一つのポートから信号を入力すると他の3つのポートのうち2つのポートに等しい電力で、かつ互いに90°異なる位相差をもって分配され、残る一つのポートには出力されないという性質をもつ。そこで図2aにおいてポート61に信号を入力すると90°ハイブリッド回路41によってポート62以外の二つのポートに分配され、それらは90°ハイブリッド回路43、44によってさらに分配されポート71〜74に均一な電力で出力される。ポート62〜63に入力された信号についてもそれぞれ同様に分配され、ポート71〜74に出力される。ポート61〜63に独立な信号が同時に入力された場合は、これらの重ねあわせとなるがどのような場合においてもポート71〜74に出力される電力は均一である。
【0016】
さて図2bのようにこのような分配合成器を二組用意し、これらの間に同等な増幅器51〜54をはさんだ系においては、ポート61から入力された信号は、増幅器51〜54に位相は異なるが均等な電力で入力され、それぞれ増幅され、それらは出力側の分配合成器によってポート81にのみ集約され、ポート82〜84には現れないことが知られている。またより多くの入出力ポートを要する場合についてもさらに多くの90°ハイブリッド回路を組み合わせることによって構成することが知られている。
【0017】
図1に示した実施例においては、送信機23の出力を分配合成器32aに通すことにより信号レベルが均等になる。このため増幅器13の扱うピーク電力が低減され、増幅器13が備えるべき最大出力電力を1/Nにまで下げることができる。また電気/光変換器25に入力される信号振幅も均一化されるため信号のピークレベルが下がり、歪みの影響を受けにくくなる。したがって伝送系のダイナミックレンジが狭くても伝送可能となる。
【0018】
さらに、パイロット信号を挿入して増幅器出力においてこれを検出し、フィードバックしているため、電気/光変換および増幅の過程、光伝送の過程で発生する位相および振幅のずれが補正される。このため分配合成器32aから分配合成器32bに至る経路が長いにもかかわらず安定化した動作が可能となる。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、屋上等の高所から建物内部への接続を光ファイバケーブルにより行うことができるため工事が簡易になるとともに、光/電気変換に伴う歪みの影響を少なく抑えることができる。また増幅器に必要とされる最大出力電力を低減できるため装置が小形になるという利点を有する。さらに、送信機から増幅器出力までの位相差および減衰量の変動が抑えられるため安定な動作が可能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施例を示すブロック図。
【図2】aは分配合成回路の構成例を示すブロック図、bは分配合成回路を用いた増幅器を示すブロック図である。
【図3】従来の無線送信装置を示すブロック図。
【図4】従来技術による光ファイバ伝送を用いた無線送信装置を示すブロック図。
【符号の説明】
11 光/電気変換器
12 振幅位相調整器
13、26 増幅器
14 方向性結合器
15、16 フィルタ
17 振幅位相比較器
18 アンテナ
21 送信信号処理装置
22 ディジタル/アナログ変換器
23 送信機
24 合成器
25 電気/光変換器
30 同軸ケーブル
31 光ファイバケーブル
32a 、32b 分配合成器
33 パイロット信号発振器
34a、34b 分配器
41、42、43、44 90°ハイブリッド回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a configuration of a radio apparatus, particularly a transmission apparatus, that is used in a base station for mobile radio communication and configured using an array antenna.
[0002]
[Prior art]
In a mobile communication base station that communicates with multiple mobile stations, multiple antennas are arranged in an array, and the amplitude and phase of the signal radiated from each antenna are optimally controlled for each mobile station. A method for improving communication quality by doing so is known.
[0003]
FIG. 3 shows a configuration example of a wireless transmission apparatus according to the prior art, wherein 18 is an antenna, 22 is a digital / analog converter, 23 is a transmitter that generates a signal in a radio frequency band, and 26 is an amplifier. These are provided with a plurality of the same ones, and the following description will be made assuming that there are N units. These N devices are connected to the transmission
[0004]
In this wireless transmission device, a plurality of
[0005]
As a high-frequency signal transmission method, there is known a method in which this is once converted into an optical signal and transmitted via an optical fiber cable. FIG. 4 shows an example of a wireless transmission device configured by applying such optical fiber transmission. The radio frequency band high-frequency signal generated by the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the transmission apparatus using the array antenna as shown in FIG. 3, the amplitude and phase of the signal transmitted from each antenna are controlled in accordance with the propagation conditions in order to optimize the transmission beam shape. It changes every moment. For this reason, the power transmitted from each antenna is not uniform, and the total transmission power may be concentrated on one antenna. Therefore, each of the N amplifiers needs to have an ability to cover the total transmission power. For this reason, the shape of these amplifier groups becomes extremely large, which is wasteful in terms of cost and power consumption.
[0007]
In addition, in order to connect the radio device and the antenna, a large amount of coaxial cable is connected from the height of the building where the antenna is installed to the inside of the building where the antenna is installed in order to connect the radio device and the antenna. Since it is necessary to install the base station, the construction cost of the base station is high, and the construction may be difficult depending on the conditions of the installation location.
In the transmission apparatus configured as shown in FIG. 4, an optical fiber is used instead of the coaxial cable. Since optical fibers are fine and lightweight, laying work is easier than when coaxial cables are used. However, the electrical /
[0008]
An object of the present invention is to provide a wireless transmission device that is small and easy to install, eliminating the difficulties in cable laying work and device installation as described above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the radio transmission apparatus according to the first aspect of the invention, the N-sequence transmission signals generated by the transmission signal processing apparatus are rearranged into signals having the same N amplitude levels through distribution and synthesis operations. Converted into an optical signal. These signals are transmitted toward the antenna through an optical fiber cable, returned to an electric signal again, amplified by an amplifier, returned to a transmission signal by a distribution / synthesis circuit, and fed to the antenna.
[0010]
In the wireless transmission device according to the first aspect of the invention, the optical / electrical conversion is performed on the signals having the same amplitude level, and the power level of the amplifier is also equalized. For this reason, there is an advantage that the dynamic range for optical / electrical conversion can be reduced and the maximum output of the amplifier can be reduced.
Then , another pilot signal is added to each of the N signals rearranged through the distributing and combining operations. An amplitude phase adjuster is provided on the input side of the amplifier, and means for detecting the pilot signal previously applied is provided on the output side of the amplifier. The amplitude phase adjuster is controlled so that the detected pilot signal has a predetermined amplitude and phase.
[0011]
Since the pilot signal is controlled to be constant, an effect that it is possible to correct the phase and amplitude of the deviation generated in the electrical / optical conversion and the course of the amplification and the process of optical transmission.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention defined in claim 1 Symbol placement will be described with reference to FIG.
The wireless transmission device mainly includes a device installed indoors, a device installed at a high place such as on a steel tower or a rooftop of a building, and an
[0013]
A plurality of
[0014]
A pilot signal generated by the oscillator 33 is added to each of the reorganized N signals, converted into an optical signal modulated by a high frequency signal by the electrical /
The optical signal is converted back to an electrical signal by the optical /
[0015]
Next, the
For the operation of such a circuit, see, for example, Egami, Kawai: “Multi-terminal power combining type multi-beam transmission system”, IEICE Journal, Vol. J69-BNo.2, PP.206-212 (February 1986 Issue). FIG. 2a shows a configuration example in which each of the input and output is 4 ports, and 41 to 44 are 90 ° hybrid circuits. The 90 ° hybrid circuit has the property that when a signal is input from one port, it is distributed with equal power to two of the other three ports and with a phase difference of 90 ° from each other, and is not output to the remaining one port. Have. Therefore, when a signal is input to the
[0016]
As shown in FIG. 2b, two sets of such distribution synthesizers are prepared, and in a system in which
[0017]
In the embodiment shown in FIG. 1, the signal level is equalized by passing the output of the
[0018]
Further, since a pilot signal is inserted and detected and fed back at the output of the amplifier, a phase and amplitude shift occurring in the process of electrical / optical conversion and amplification and optical transmission is corrected. For this reason, a stable operation is possible despite the long path from the
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, connection from a high place such as a rooftop to the inside of a building can be performed by an optical fiber cable, so that the construction is simplified and the influence of distortion due to optical / electrical conversion is reduced. It can be kept low. In addition, since the maximum output power required for the amplifier can be reduced, the apparatus can be reduced in size. Further, since the fluctuation of the phase difference and the attenuation amount from the transmitter to the amplifier output is suppressed, there is an effect that a stable operation becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the invention.
FIG. 2A is a block diagram showing a configuration example of a distribution / synthesis circuit, and FIG. 2B is a block diagram showing an amplifier using the distribution / synthesis circuit.
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional wireless transmission device.
FIG. 4 is a block diagram showing a wireless transmission device using optical fiber transmission according to the prior art.
[Explanation of symbols]
11 Optical /
Claims (1)
個々の移動局に向けられた各送信信号の振幅、位相をその移動局に対してそれぞれ最適に制御する送信信号処理装置と、
上記送信信号処理装置よりのN個の信号をそれぞれ無線周波数帯の信号に生成するN個の送信機と、
複数の90°ハイブリッドから構成され、上記N個の送信機の各送信信号をそれぞれ均一な振幅を持つN個の送信信号に再編成する第1分配合成器と、
上記第1合成分配器の再編成されたN個の送信信号にパイロット信号発振器からのパイロット信号をそれぞれ加えるN個の合成器と、
上記N個の合成器の出力信号を光信号に変換するN個の電気/光変換器と、
上記N個の電気/光変換器よりの各光信号を伝送するN本の光ファイバケーブルと、
上記N本の光ファイバケーブルにより伝送された光信号をそれぞれ電気信号に変換するN個の光/電気変換器と、
上記N個の光/電気変換器からの各電気信号を増幅するN個の増幅器と、
上記N個の増幅器の出力からパイロット信号を検出するN個のフィルタと、
上記N個のフィルタよりのパイロット信号と、上記パイロット信号発振器からのパイロット信号との振幅及び位相をそれぞれ比較するN個の振幅位相比較器と、
上記N個の振幅位相比較器の出力により対応する増幅器の入力電気信号を上記比較する両振幅及び両位相が一致するように或いは一定のオフセットを保つようにそれぞれ調整するN個の振幅位相調整器と、
複数の90°ハイブリッドから構成され、上記N個の増幅器により増幅した信号を、上記第1分配合成器の分配合成と逆に分配合成して上記送信信号処理装置からの送信信号に戻して、上記アンテナの対応するものに給電する第2合成分配器とを具備することを特徴とする無線送信装置。N antennas arranged in an array,
A transmission signal processing device that optimally controls the amplitude and phase of each transmission signal directed to an individual mobile station, respectively, for the mobile station;
N transmitters that respectively generate N signals from the transmission signal processing device into radio frequency band signals;
A first distribution synthesizer composed of a plurality of 90 ° hybrids and reorganizing the transmission signals of the N transmitters into N transmission signals each having a uniform amplitude;
N synthesizers that respectively add the pilot signal from the pilot signal oscillator to the reorganized N transmission signals of the first combiner / distributor;
N electrical / optical converters that convert the output signals of the N combiners into optical signals;
N optical fiber cables for transmitting optical signals from the N electrical / optical converters;
N optical / electrical converters for converting optical signals transmitted by the N optical fiber cables into electrical signals, respectively;
N amplifiers for amplifying each electrical signal from the N optical / electrical converters;
N filters for detecting pilot signals from the outputs of the N amplifiers;
N amplitude phase comparators for comparing the amplitude and phase of the pilot signal from the N filters and the pilot signal from the pilot signal oscillator, respectively.
N amplitude phase adjusters for adjusting the input electric signals of the corresponding amplifiers so that both amplitudes and phases to be compared coincide with each other or maintain a constant offset by the outputs of the N amplitude phase comparators. When,
A signal composed of a plurality of 90 ° hybrids and amplified by the N amplifiers is distributed and synthesized in reverse to the distribution and synthesis of the first distribution and synthesizer, and returned to the transmission signal from the transmission signal processing device. And a second combiner / distributor that feeds power to a corresponding antenna.
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