JP3911027B2 - 自動車電話用リピータを監視する方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は移動電話システムに用いられる２本のアンテナとこれらの間を接続する２つの信号経路を備えたタイプのリピータ（repeater;双方向増幅中継器)を監視する方法及び装置に関する。前述の２つの信号経路は、移動電話から基地局に向けた信号を増幅する上方向経路（uplink）と、基地局から移動電話へ向けた信号を増幅する下方向経路（downlink）とにより成り立っている。
前記２つの信号経路は特定の信号周波数チャンネル或いは周波数帯域のみを通過させるように設計された多数の連結増幅器列群（amplifier chains）を備えている。
この部分では安定度試験が行われて、信号レベルを測定すること、また被測定信号レベルがしきい値（threshold value）を越えているかどうかのチェックすることを含んだ試験用の基準条件（criterion）を適用すること（applying）によって、前述の２つのアンテナ間の正帰還を含む不安定性によって、或いは攪乱雑音信号によって、起こり得る連続的で強い信号が検出され安定度試験の結果に応じて当該連結増幅器列の増幅利得が調節される。
セルラ電話システム（ce11ular telephone systems）において用いられるリピータは、受信された無線周波数帯信号を増幅してこの増幅された信号を全く同じ搬送周波数（carrier frequency）にて再伝送（retransmits）するための装置である。
従って、一方のアンテナから再伝送された信号が対となる他方のアンテナによって一定以上のレベルで検出されて（be picked up）、正帰還とこれに関連する前述の特化された連結増幅器列群中の増幅器によって発振が維持される高強度の自己発振を引き起こしてしまうという慮がある。
若しも下方向経路が発振状態となったならば、当該リピータが受け持つ空間領域はこの領域内の移動電話を動作不能にしてしまう程度まで電界的に攪乱されてしまう。逆に仮に上方向経路が発振状態になってしまうと関連した基地局にては基地内の受信装置をブロックしてしまい正常機能特性を維持できなくするに足る高強度で連続的な信号を受けとってしまうことになる。
従って、リピータの備えた２つのアンテナを取り付けるにあたっては、両アンテナの間の信号絶縁度（isolation）が充分なものになっているかどうかについて最大限の注意が払われなくてはならない。
前記連結増幅器列群の増幅利得については、基地局から伝送されてくる信号強度を初めとして幾つかの要素を考慮して選定されなくてはならない。
然しながら、両アンテナ間の信号絶縁度を測ったり、日々変化する（updating）各種のパラメータ等の装置の変化をチェックすることは難しい。
更には、両アンテナの間の信号絶縁度は一定ではなく、一般的に変化する天候状態や移動する大型の金属物体その他色々な変動する外的環境に依存している。従って、自己発振現象や他の強い連続的な信号が再伝送されてしまうのを防止するためには、自動的で好ましくは連続的な安定度合いの監視（monitoring）が必要となる。
冒頭部で述べられている如きの方法と装置については米国特許第5,095,528号に記載のものが知られており、同文献には移動ユニット（a mobile unit）が接近してきた場合には送信部の出力電力を制限するように設計されたリピータが開示されている。
この機能は、リピータの出力電力レベルを監視することに加えてこれに対応させて増幅度を適切値に調節することによって達成されている。
こうして、出力電力レベルが予め決めたしきい値（threshold）を越えた場合には出力電力レベルが前記しきい値を下回るまで減ずるように増幅度がおそらく数ステップだけ減じられる。
然しながら、上記既知の方法及び装置は、異なった移動電話ユニットからの３０チャンネルの信号を処理するリピータの場合に見られるような不安定さの問題を解決していない。少なくとも最適な解決とはなっていない。というのも、出力値は瞬時的にはしばしばしきい値に達してしまい、増幅度は望ましくない低い値まで減少してしまうからである。
本発明の目的は、夫々の連結増幅器列の増幅利得を調節してリピータの動作性能を維持するための安定度試験を遂行するために用いられる方法と装置を提供することである。
上記目的は、請求項１に記載されている方法と請求項１６に記載の装置によって達成される。
請求項２〜１５及び請求項１７〜２０夫々には更なる優位な特徴と改良のための技術について記載されている。
好ましい具体例を図示した添付図面を参照して本発明について更に詳細に説明する。
図１は本発明に係る監視装置を備えたリピータのブロック図であり、
図２は、本発明の監視方法を例示する概略フローチャートである。
図１に示されるリピータは、基本的には先行文献の国際特許公開報WO−95／31866中に開示されている装置と同種の装置である。
図示装置はリピータとセルラ移動電話（図示せず）との間の無線通信を行うための第１のアンテナ１と、対応する無線通信をリピータと基地局（図示せず）との間で行うための第２のアンテナ２を備え構成されている。
第１のアンテナ１により受信された無線周波数帯信号は増幅された後に全く同じ（第１の）搬送周波数で第２のアンテナ２によって再伝送（放射）される。同様に、第２のアンテナ２によって受信された無線周波数帯信号群は全く同じ周波数（第２の）を保って第１のアンテナ１から再伝送される。
第１のアンテナと第２のアンテナは複合化フィルタ３,13（duplex filters）を介して２つの互いに逆方向に向けた伝送経路に接続されている。
伝送経路の一方は上方向経路100と称され、移動電話より対応した基地局に向けて生成された信号を伝送するための伝送経路であり、下方向経路200は逆方向の信号を伝送するための伝送経路である。
上方向経路100中では、第１アンテナ１で受信された信号波が重複フィルタ３を介して複結合増幅器４（multicoupler amplifier）に供給される。この復結合増幅器４は、該信号波を多数の並列接続された連結増幅器列６に分配供給しており、更には結合器１２（combiner）並びに重複フィルタ１３を介して第２のアンテナ２へと同信号波を供給する。
これに対応して下方向経路中では、第２のアンテナ２から供給された信号波群が重複フィルタ１３を通り、複結合増幅器１４から多数の並列接続された連結増幅器列１５、更に結合器５と重複フィルタ３を経由して第１のアンテナ１へと伝送される。
連結増幅器列６及び１５はそれぞれが特定の周波数チャンネル信号を通過させるように設計されていて、第１の結合器７と局部発振器１０、フィルタ８、第２の結合器９、多数の増幅器群１７（その内の２つのみが例示されている）、フィルタ８の入力側に位置した制御可能な減衰器１８、伝送経路６における入力信号レベルを測定するためのダイオード検波器１９、特定状況で経路を通る信号を強力に減衰させるためのスイッチング要素２０、出力電力増幅器１１、そして電力増幅器１１の出力端における電力レベルを測定するためのダイオード検波器２１を含み構成されている。
ダイオード検波器１９，２１は、それぞれがＡ／Ｄ変換器を介してデジタルプロセッサを含んだ制御ユニット２２へと接続されている。この制御ユニット２２はまた、Ｄ／Ａ変換器を介して前述減衰器１８及びスイッチング要素２０にも結合されている。
図１に示されているように制御ユニット２２は、上述したと同様に下方向経路の連結増幅器列１５中の対応する構成要素にも接続されている。
このようにしてそれぞれの連結増幅器列６及び１５の入力レベルと出力電力レベルが測定され対応する減衰器１８に依って増幅利得を制御することが可能になる。
局部発振器１０もまた制御可能に構成る。周波数チャンネルはスイッチング要素２０を用いて遮断（block）される。この遮断動作は、リピータの不安定度に関して予想される状態をチェックする場合には一時的なものであるが、もし連続的な攪乱雑音信号が存在する場合であれば継続的に（durably）行われる。
制御ユニット２２は決められた試験を実行し試験結果に応じて各部の調節を行うようにプログラムされている。
望ましくは、リピータの連続的な管理（supervision）と動作の遠隔制御そして各種パラメータの更新とを可能とするために、操作及び監視のためのセンタ（図示なし）に電話用モデムを介して本装置を接続するようにする。
制御ユニット２２はまた２つの計数器（counters）を含み構成されている。
第１の計数器（特には示してない）は、所定の計測時間内で、検波器１９によって検出された入力信号レベルが例えば-70dBmといった値に設定されているしきい値を越えていた時間すなわち割合時間長を測定する。
第２の計数器は、基本的には上述した割合時間長と同じものを測定するが、これは信号レベルがしきい値を越えている多数のＧＳＭ細分時間区（GSM time slots:1-8）と表現される。
検波器１９は本実施例では２秒となっている測定期間の間に検出された最大レベル値及び最少レベル値をも記録登録する。同様に検波器２１は計測期間の間に検出された電力レベルの最大値を記録登録する。
続いて安定度試験ならびに監視過程について図２のフローチャート図に基づいて説明する。測定が上方向経路６について行われる場合について説明し、試験結果に基づいての全ての調整作業が対応した上方向経路６に対して行われる。全く同様な調整作業が下方向経路１６に関しても行われ、装置の良好なバランスが得られる。
リピータの動作が開始された時、或いは異常待機解除（an alarm reset）にともなう動作再開時、停電後復帰時、或いは動作パラメータが更新された場合等には、上方向経路中の個々の連結増幅器列６に対して安定度試験が（図２に従って）開始される。
最初に、対応する減衰器１８によって増幅利得は、安定動作時余裕値（stability margine value）と称される決められた定常利得値をかなり大きく越えるような値に一時的に増加させられる。安定動作時余裕値は２つのアンテナ１，２間の信号絶縁度に対して充分な余裕幅（margine）が確保できるような値が選ばれ、一般的には10-20dBの範囲、例えば13dBに設定される。
続いて所定の測定過程（T1）が、ある周波数チャンネルが安定であり動作に適した状態であるか、それとも２つのアンテナ間での正帰還に基づく自己発振や充分抑圧されているべき連続的攪乱信号等による不安定が見られる状態であるかを確認するために繰り返し実行される。
この測定時間はおよそ２秒で、個々の連結増幅器列６について以下のような各パラメータ（variables）が計測される。すなわち、
−検波器１９により検出された入力信号レベルの最大値及び最少値；
−第１計数器或いは第２計数器に記憶された（registered）、入力信号レベルがしきい値（例えば-70dBm）を越えていた割合時間長；
−検波器２１によって検出された出力電力レベル；、が得られる。
続いて制御ユニット２２のデジタルプロセッサは、不安定性或いは障害（disturbance）に対する次のような試験基準（criterion；試験過程・判定条件）を適用し判定を行う。
−入力信号レベルがしきい値を測定期間の少なくとも９０％、特には９７％相当の時間越えている；
−出力電力が27dBmを越えている；そして、
−異なる時間区（time slots）での入力信号レベルの最大値と最少値の間の差が10dBより小さい。
試験基準が全て満たされない場合、すなわち、少なくとも上記した３つの部分的基準の一つに合致しない場合には、前述測定が数回繰り返されて（符号1b）、約３０秒の間で試験結果が変化していない場合には、増幅利得が前記定常値に設定されてリピータは継続的に繰り返される測定（T1）によって監視されながらの通常通りの動作を開始する。
一方、もし試験基準が不安定性や攪乱信号（符号1a）が発生し得ることを示している場合には、入力信号レベルに対してのしきい値が、測定で得られた最大値よりも５dBだけ下の値にまで増加させられ、スイッチング要素２０が当該チャンネルが遮断状態となるように機能せしめられる（T2）。
このようにして自己発振信号あるいは攪乱雑音信号が発生し得ることが少なくとも５回の試験が繰返されることで確かめられる（符号2b,2a）。
この着目した伝送経路６における自己発振動作を含む不安定性が検出され（T3）、チャンネルが遮断されてもはや継続しない入力信号が検出されたことが確認された場合（符号3a,3b,3c）に対応して、増幅利得は1dB毎のステップ（4b）で不安定性が無くなるまで（4a）段階的に減じられる（T4）。
このようにして増幅利得は、リピータが充分な対不安定度余裕幅を持って動作することができるような例えば１３dB程度の余裕幅値まで減じられ、そしてこの減少したレベルに保たれる。これに加えて、不安定警報信号が制御ユニット２２を介して操作・監視センタへと送出される。
そして不安定性が検出された全ての連結増幅器列に対しては、６０分毎にそのつど一時的に増幅利得は１３dBだけ増加させられて更なる不安定性試験が行われる。
増幅利得が増加されているにもかかわらず不安定性が見られない場合には、増幅利得は定められた通常利得値に設定される（減じられる）。また、不安定警報信号を止めるための信号が前記操作・監視センタヘと送られる。
遮断されたチャンネルであるにもかかわらず検波器１９によって連続的で強い攪乱信号が検知される（T3）ことが確認された場合には、このような信号は連続的な攪乱雑音信号として分類され（符号3d）、これに対応する攪乱異常警報信号が操作・監視センタヘと送られる。そして該当チャンネルが関連した基地局に向け攪乱雑音信号を再伝送しないようにと遮断される（T5）。
攪乱雑音信号が検波器１９によって検出されなくなった場合にのみ警報がリセットされ（5b）て安定性試験が再び開始される（T0）。
幾つかの場合には、不安定状態の検出（T3, T4）に基づき、最少利得となるまで（符号4c）増幅利得が減じられねばならない（符号４4b）。もしそのようになれば、当該特定チャンネルはスイッチング要素２０によって遮断される（T6）。遮断は安定度試験が再開始されることとなる、不安定状態がなくなるか或いは警報がリセットされる（6b）ときまで続けられる。
上述した方法は請求項に記載されている本発明の技術範囲内で変更（modified）されて良い。
例えば、入力信号レベルを測定するようにして電力レベル検出器２１とスイッチング要素２０を省略（dispense）して充分に目的を達成できる。この場合には減衰器１８を不安定性が検出された時に増幅器利得を制御するためにもまた当該チャンネルを遮断するためにも用いるようにする。
図１のブロック図は装置の概略を示すためのものであり全ての要素を詳細に示したものではない。
すべての連結増幅器列６，１５は幾つかの増幅器と減衰器とその他の電気要素を含み構成されるが、これらの各要素は必ずしも図１に示されたと同じ順序である必要はない。
上述説明中で例示されている特定の信号レベル、余裕範囲値、継続時間等々は、リピータの具体的な設計時に際して対応した適切な値が採用されることは言うまでもない。
更には、個々の連結増幅器列６，１５は特定周波数というよりも寧ろある周波数範囲の信号を通過させるように設計されるかもしれない。

Claims (20)

1. ２つのアンテナ（1, 2）とこれら両アンテナの間の２つの伝送経路を具備した移動電話用のリピータを監視する方法であって、
   前記２つの伝送経路とは移動電話から基地局への信号を増幅するための上方向経路（100）と前記基地局から前記移動電話への信号を増幅するための下方向経路（200）とであり、
   これら２つの伝送経路は、それぞれが特定の信号周波数チャンネル或いは周波数帯域を通過させるように設計された多数の連結増幅器列（6,15）を備え、
   一方の伝送経路（100）の全ての前記連結増幅器列（6）に対して、信号レベルを測定し（19）また測定された信号レベルが定められたしきい値を越えるか否かを調べる過程を含む試験基準を適用することによる安定性試験（T0,T1）を連結増幅器列ごとに行って、前記２つのアンテナ間での正帰還を含む不安定性或いは攪乱雑音信号のいずれかによって引き起こされることが予想される連続的で強度な信号の有無を検出し、前記安定性試験の結果に対応して当該連結増幅器列の増幅利得を調節する（18）ようにした方法において、
   前記試験基準が、測定期間内で入力信号のレベルがしきい値を越えていた時間である割合時間長を測定する過程、及びこの割合時間長が前記測定期間の大部分に相当する予め定められた長さを越えているかどうかをチェック（22）する過程を含み構成されていることを特徴とする移動電話用リピータの監視方法。
2. 前記試験基準中には、当該連結増幅器列からの出力電力レベルを測定する過程（21）、及び測定された出力電力レベルが予め定められた値を越えているか否かをチェックする過程（22）をも含み構成されている請求項１に記載の移動電話用リピータの監視方法。
3. 前記試験基準中には、前記測定期間中に測定（19）された入力信号レベルの最大値と最小値との差（dBm単位）が定められた値以下であるか否かをチェックする過程（22）をも含み構成されている請求項１または２に記載の移動電話用リピータの監視方法。
4. 次の３つの条件すなわち、
   入力信号レベルが測定期間の大部分を占める時間に規定しきい値を越えること；
   出力電力レベルが定められた値を越えること；
   測定期間中に測定された入力信号レベルの最大値と最小値との差が定められた値以下であること；
   の全ての条件を満たしているか否かをチェックする過程を前記試験基準中に含み構成されており、これら３条件の少なくとも１つが満たされていない場合には安定性試験を数回繰り返すようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視方法。
5. 試験基準が満たされている場合に、当該連結増幅器列の信号が高減衰比で遮断されて（20; T2）、以降、不安定性に起因した信号が生じて高強度信号が消減するかどうかを決定するため、或いは攪乱雑音信号による信号が発生して高強度信号が継続しているかどうかを決定するために新たな試験を行なうようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視方法。
6. 前記試験基準が満たされた場合に、次の測定に先立って前記しきい値をより高い値に調整変更するようにした請求項５に記載の移動電話用リピータの監視方法。
7. 前記のより高いしきい値を、前回測定で得られた入力信号レベルの最大値に対して予め決められた幅だけ低く設定するようにした請求項６に記載の移動電話用リピータの監視方法。
8. 試験期間中に、出力電力レベルと入力信号レベルの測定を予め定められた回数だけ連続的に繰り返し行うようにした請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視方法。
9. 前記試験基準が満たされておらず不安定性が検出されない場合には、対応する増幅器群の増幅利得が規定の通常動作利得に調整されるようにした請求項１〜８のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視方法。
10. 安定性試験は、リピータの動作開始時に行われるか、リピータが設定値更新後の動作再開時、或いは停電後のリセット時に行われるようになっており、
    この際、測定期間を通じて前記増幅利得を一時的に安定度余裕幅値だけ増加させるようにした請求項１〜９のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視方法。
11. 不安定性が検出された場合（T4）には、増幅利得を段階的に減少させ、不安定性が解消した場合には前記安定性余裕幅値だけ減じた定常動作用の利得値に減少設定するようにした請求項１０に記載の移動電話用リピータの監視方法。
12. 前記安定性試験を、リピータの通常動作中に規則的間隔で自動的に行うようにした請求項１１に記載の移動電話用リピータの監視方法。
13. 前記規則的間隔にて前記増幅利得が一時的に前記安定性余裕幅値だけ増加させて安定性試験を実行し、その結果に対応した増幅利得へと調整するようにした請求項１２に記載の移動電話用リピータの監視方法。
14. 一方の伝送経路（100）を構成する個々の連結増幅器列（6）について調整された前記増幅利得が、他方の伝送経路（200）のそれぞれの連結増幅器列（15）に対応づけられて調整されるようにした請求項１〜１３のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視方法。
15. 前記安定性試験を上方向伝送経路（100）に対して行うようにした請求項１〜１４のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視方法。
16. ２つのアンテナ（1,2）とこれら両アンテナの間の２つの伝送経路（100;200）を具備し、
    前記２つの伝送経路は移動電話から基地局への信号を増幅するための上方向経路（100）と前記基地局から前記移動電話への信号を増幅するための下方向経路（200）とであって、
    これら２つの伝送経路は、それぞれが特定の信号周波数チャンネル或いは周波数帯域を通過させるように設計された多数の連結増幅器列（6,15）と、周波数フィルタ（8）と、出力電力増幅器（11）と、そして個々の連結増幅器列の入力信号レベルを測定するための検出要素（19）と個々の連結増幅器列（6）の増幅利得を制御するための制御ユニット（22）からなる回路部とを備え構成された移動電話用リピータの監視装置であって、
    測定期間中で、前記検出要素（19）によって計測された入力信号レベルがしきい値を越えている期間としての割合時間長を測定するための手段を備え、前記割合時間長が測定期間の大部分に相当する予め定められた長さを越えているかどうかをチェックすることにより２つのアンテナ間での正帰還を含む不安定性或いは攪乱雑音信号のいずれかによって引き起こされることが予想される連続的で強度な信号の有無を検出し、前記連結増幅器列の増幅利得を調節することを特徴とする移動電話用リピータの監視装置。
17. 個々の連結増幅器列（6）がこの連結増幅器列の増幅利得を制御するための可変減衰器（18）を含み構成されている請求項１６に記載の移動電話用リピータの監視装置。
18. 前記連結増幅器列を構成する電力増幅器（11）の出力の電カレベルを測定するための電力検出要素（21）を具備しており、この電力検出要素（21）が前記制御ユニット（22）と接続されている請求項１６または１７に記載の移動電話用リピータの監視装置。
19. 前記連結増幅器列中で前記入力信号レベル検出要素（19）の出力側にはスイッチング要素（20）が設けられていて、このスイッチング要素（20）が前記制御ユニット（22）に接続されており、当該連結増幅器列の出力信号を通過させ或いは阻止するように用いられている請求項１８に記載の移動電話用リピータの監視装置。
20. 前記制御ユニット（22）が、請求項１〜１５のいずれか１項に記載されている安定性試験を行うようにプログラムされたデジタルプロセッサを含み構成されていることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の移動電話用リピータの監視装置。

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