JP4640500B2 - 無線中継装置 - Google Patents

Description

本発明は、送信チャネル及び受信チャネルで使用する周波数帯が近接する、ＴＤＭＡ方式を用いる無線通信システムにあって、弱電界地域を通信エリアとして補うために使用される無線中継装置に関するものである。

ＴＤＭＡ方式を用いた無線通信システムで電波の中継を行う場合、ＴＤＭＡの無線中継装置１には図１２に示すように２系統の無線機部２Ａ，２Ｂを搭載し、一方の無線機部２Ａで基地局３との通信を行うと同時に、他方の無線機部２Ｂで端末機４との通信を行う必要がある。この場合例えば基地局３から基地局向けアンテナ５Ａを介して無線機部２Ａの受信部（図示せず）で受信復調された復調信号は無線機部２Ｂの送信部（図示せず）に送られ、この送信部で送信信号として無線周波数変換された後、端末機向けアンテナ５Ｂを介して端末機４へ送られる。

逆に端末機４から端末機向けアンテナ５Ｂを介して無線機部２Ｂの受信部（図示せず）で受信復調された復調信号は、無線機部２Ａの送信部（図示せず）に送られ、この送信部で送信信号として無線周波数変換された後、基地局向けアンテナ５Ａを介して基地局３に送られるようになっている。

ところでＰＨＳの場合、図１３に示すように上りと下りに夫々４つのタイムスロット（以下スロットと略す）を用いて通信を行うようになっており、例えば無線機部４Ａと無線機部４ＢとでスロットＡｔ１とスロットＢｒ１を同時に使用すると、送信スロットＡｔ１での不要輻射によって受信スロットＢｒ１の受信感度抑圧が発生する。

そのため無線中継装置１では、従来、一方の無線機部が発する不要輻射による他方の無線機部への受信感度抑圧を防ぐ目的で、一方の無線機部が送信しているタイミングでは、他方の無線機部では受信しないようにしていた。

また、送信アンテナから受信アンテナに送出出力の一部が廻り込んで異常発振を起こすのを周波数オフセットにより抑圧する機能を備えた無線中継装置も提供されている（例えば特許文献１）。
特開平１１−１１２４０２号公報

一方の無線機部が発する不要輻射による他方の無線機部への受信感度抑圧を防ぐ目的で、一方の無線機部が送信しているタイミングでは、他方の無線機部では受信しないようにしていた従来の無線中継装置では、一方の無線機が送信しているタイミングでは、他方の無線機は待機状態または送信状態にする必要があるが、２系統の無線機を交互に待機状態と通信状態にさせる場合、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度が半分になっていた。

また、無線中継装置内に搭載される２系統の無線機の一方が送信するときは他方も送信、一方が受信するときは他方も受信とする従来例では、基地局と端末機間では無線中継装置を介して通信する場合と、無線中継装置を介さずに通信する場合で、送受信のタイミングが反転していた。

更に、上記特許文献１の場合には、ＩＦ信号を抽出し、位相、振幅、遅延時間を制御して合成器で廻り込み成分を抑えるＩＦ操作系と、結合器１４で抽出しＲＦ信号を同様に制御して合成器で抑えるＲＦ操作系を設ける等構成が複雑であった。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは一方の無線機が発する不要輻射による他方の無線機部への受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることが可能な無線中継装置を提供することにある。

請求項１の発明では、送信チャネル及び受信チャネルで使用する周波数帯が近接する、ＴＤＭＡ方式を用いる無線通信システムにあって、弱電界地域を通信エリアとして補うために使用され、基地局若しくは端末機から送信された電波を基地局向けアンテナ若しくは端末機向けアンテナで受信した後に、受信信号を端末機若しくは基地局に向けて端末機向けアンテナ若しくは基地局向けアンテナから送信する無線中継装置において、前記基地局向けアンテナを介して基地局からの送信電波を受信する受信部での受信エラーを検出する受信エラー検出手段と、該受信エラー検出手段が検出する受信エラー状況を基に、端末機向けアンテナを介して電波を送信する送信部の送信電力を調整する制御手段とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、基地局向けアンテナへの自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収納可能回線数または通信速度を高めることができる。

本発明は、基地局向けアンテナへの自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収納可能回線数または通信速度を高めることができるという効果を奏する。

（基本形態１）
図２は本基本形態の無線中継装置１の外観を示しており、装置本体１０内には図１２に示す無線中継装置１と同様に２系統の無線機部（図示せず）を収納し、装置本体４の両側側面には基地局向けの無線機部のアンテナ給電路に接続されるモノポール型の基地局向けアンテナ５Ａ、端末機向けの無線基部のアンテナ給電路に接続されるモノポール型の端末機向けアンテナ５Ｂを夫々取り付けて無線中継装置１のアンテナ装置としている点に特徴がある。

そして図示例では基地局向けアンテナ５Ａの偏波面を垂直方向に向け、端末機向けアンテナ５Ｂの偏波面を水平方向に向けてある。

而して本基本形態では、基地局向けアンテナ５Ａを垂直偏波、端末機向けアンテナ５Ｂを水平偏波とすることで、両アンテナ５Ａ，５Ｂ間のアイソレーションを高め、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置１当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることを可能としている。

尚基地局向けアンテナ５Ａの偏波面を垂直偏波とした理由は、通常基地局では垂直偏波アンテナが使用され、また無線中継装置１からみて基地局からの電波が端末機からの電波に比べて弱いため、基地局からの電波を受信しやすいようにするためである。

また、本基本形態においては、両アンテナ５Ａ，５Ｂとして直線偏波のアンテナを用いているが、円偏波アンテナを用いてその偏波を変えても同様にアイソレーションを高め、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減できる。

（基本形態２）
基本形態１では基地局向けアンテナ５Ａの偏波面と、端末局向けアンテナ５の偏波面とを異ならしたアンテナ装置を用いたが、本基本形態は、図３に示すように装置本体１０の上面の両側に互いにヌル方向に向けて水平配置したモノポール型の基地局向けアンテナ５Ａと端末機向けアンテナ５Ｂとを配置したアンテナ装置を用いている点に特徴がある。

而して本基本形態では、基地局向けアンテナ５Ａと端末機向けアンテナ５Ｂを互いにヌル方を向けることで、アンテナ５Ａ，５Ｂ間のアイソレーションを高め、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることを可能としている。

尚装置本体１０内には図１２で示す場合と同様に基地局向けの無線機部と、端末機向けの無線機部とを収納している。

（基本形態３）
本基本形態は、図４に示すように無線中継装置１の装置本体１０の一方の側面に垂直方向に設けた無指向性のダイポール型の基地局向けアンテナ５Ａと、装置本体１０の他方の側面に設けたパッチアンテナからなる指向性を有する端末機向けアンテナ５Ｂとからなるアンテナ装置を用いている点に特徴がある。

而して本基本形態では、基地局向けアンテナ５Ａを無指向性アンテナ、端末機向けアンテナ５Ｂを指向性アンテナとすることで、両アンテナ５Ａ、５Ｂに無指向性アンテナを用いた無線中継装置と同等の中継可能エリアを保ったまま、アンテナ５Ａ，５Ｂ間のアイソレーションを高め、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることを可能としている。

尚装置本体１０内には図１２で示す場合と同様に基地局向けの無線機部と、端末機向けの無線機部とを収納している。

（基本形態４）
本基本形態は、図５に示すように無線中継装置１の装置本体１０の両側面に夫々設けられた指向性を有するパッチアンテナからなる基地局向けアンテナ５Ａ、端末機向けアンテナ５Ｂにより構成されるアンテナ装置を用いている点に特徴がある。

而して本基本形態では、基地局向けアンテナ５Ａ及び端末機向けアンテナ５Ｂを共に指向性アンテナとすることで、アンテナ５Ａ，５Ｂ間のアイソレーションを高め、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることを可能としている。

（基本形態５）
上記基本形態１乃至４は両アンテナ５Ａ、５Ｂを装置本体１０に取り付ける構造であったが、本基本形態は図６に示すように装置本体１０内に設けてある基地局向け無線機部（図示せず）のアンテナ給電路として同軸ケーブル６Ａを装置本体１０の一側面から導出して、その同軸ケーブル６Ａの端部に基地局向けアンテナ５Ａを接続し、同様に装置本体１０内に設けてある端末機向け無線機部（図示せず）のアンテナ給電路として同軸ケーブル６Ｂを装置本体１０の他の側面から導出して、その同軸ケーブル６Ｂの端部に端末機向けアンテナ５Ｂを接続することにより、両アンテナ５Ａ、５Ｂを離間させて設置するアンテナ装置を用いた点に特徴がある。尚本基本形態では両アンテナ５Ａ、５Ｂとして基本形態４と同様に指向性を有するパッチアンテナを用いている。

而して本基本形態では、両アンテナ５Ａ．５Ｂを互いに離して設置することで、アンテナ５Ａ，５Ｂ間のアイソレーションをより高め、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し。一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることが可能となる。

尚使用するアンテナ装置は、基本形態１〜３の何れのアンテナ装置であっても勿論良い。

（基本形態６）
上記基本形態１〜５では使用されるアンテナ装置の形態は予め決めたものであったが、本基本形態では図７に示すように無線中継装置１の装置本体１０の両側面の一方に装置本体１０内の基地局向け無線機部（図示せず）のアンテナ給電路にアンテナを接続する接続コネクタ７Ａを、他方に装置本体１０内の端末機向け無線機部（図示せず）のアンテナ給電路にアンテナを接続する接続コネクタ７Ｂを設け、一方アンテナ５Ａ、５Ｂ側に被接続コネクタ８Ａ、８Ｂを設けることでアンテナ５Ａ，５Ｂを取り外し自在とし、これにより使用するアンテナ装置を選択して接続ができるようになっている。

而して本基本形態では、例えば設置環境により基本形態１のアンテナ装置で所望のアイソレーションが縛られない場合は、基本形態５のアンテナ装置に付け替えることで、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることを可能としている。勿論基本形態２〜４のアンテナ装置を設置環境次第で用いても良い。

（基本形態７）
基本形態６では使用するアンテナ装置を設置環境に応じて選択できるようにしたものであるが、本基本形態は選択して使用するアンテナ装置の最適なものを自動的に通知するアンテナ選択手段を持たせたものである。

つまり、図８に示すように無線中継装置１の装置本体１０に、基地局向けアンテナ２に接続された無線機部２Ａの受信レベルを測定する受信レベル測定部１１と、受信エラーをカウントする受信エラーカウント部１２と、最適アンテナ判断部１３と、ブザー１４とで構成されるアンテナ選択手段を設けてある。

而して受信レベル測定部１１で測定した受信レベルと、受信エラーカウント部１２で測定したＦＥＲ（ＦｒａｍｅＥｒｒｏｒＲａｔｉｏ）を基に最適アンテナ判断部１３でその設置環境での最適なアンテナ装置を判断し、その判断内容に基づいてブザー１４を駆動制御して判断内容に応じた報知音で通知する。

図９は最適アンテナ判断部１３の判断フローを示しており、まず判断を開始すると、受信レベル測定部１１で測定した受信レベルが例えば３０ｄＢμＶ未満であるか否かのチェックを行い（Ｓ１）、受信レベルが３０ｄＢμＶ未満で有れば、エラー率が１０％未満か否かをチェックし（Ｓ２）、１０％未満であれば現在使用しているアンテナ装置の変更不要をブザー１４の報知音で通知する（Ｓ３）。

そしてＳ２のチェックでエラー率が１０％以上の場合には、アイソレーションが１段良好となるアンテナ装置への交換をブザー１４の報知音で知らせる（Ｓ４）。

また受信レベルが３０ｄＢμＶ以上の場合には、受信レベルが４０ｄＢμＶ未満なのか否かのチェックを行う（Ｓ５）。ここでは受信レベルが４０ｄＢμＶ未完である場合、エラー率が１％未満か否かのチェックを行い（Ｓ６）、１％未満であれば、現在使用しているアンテナ装置の変更不要をブザー１４の報知音で通知する（Ｓ７）。Ｓ６のチェックでエラー率が１％以上の場合には、更にエラー率が１０％未満か否かのチェックを行い（Ｓ８）、エラー率が１０％未満であれば、アイソレーションが１段良好となるアンテナ装置への交換をブザー１４の報知音で知らせる（Ｓ９）。またエラー率が１０％以上有る場合にはアイソレーションが２段良好となるアンテナ装置への交換をブザー１４の報知音で知らせる（Ｓ１０）。

上記Ｓ５のチェックで受信レベルが４０ｄＢμＶ以上あれば、エラー率が１０％未満か否かのチェックを行い（Ｓ１１）、１０％未満であればアイソレーションが２段良好となるアンテナ装置への交換をブザー１４の報知音で知らせる（Ｓ１２）。そしてＳ１１のチェックでエラー率が１０％以上の場合には、更にエラー率が１０％未満か否かのチェックを行い（Ｓ１３）、エラー率が１０％未満であれば、アイソレーションが２段良好となるアンテナ装置への交換をブザー１４の報知音で知らせる（Ｓ１４）。またエラー率が１０％以上有る場合にはアイソレーションが３段良好となるアンテナ装置への交換をブザー１４の報知音で知らせる（Ｓ１５）。

このようにして現在接続しているアンテナ装置の交換の要否の通知と、交換の場合には現在接続しているアンテナ装置に対してアイソレーションの良好なアンテナ装置を段階通知とを、異なるブザー１４の報知音で通知することで、設置環境に最適なアンテナ装置の選択接続をユーザー若しくは施工者を促すのである。

而して本基本形態では、設置環境に最適なアンテナ装置を使用することができ、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることが可能となる。

（基本形態８）
上記基本形態７はブザー１４の報知音で最適なアンテナ装置を通知するものあったが、本基本形態は図１０に示すようにブザー１４による報知音の代わり、絵や文字の表示で通知する液晶表示器等からなる表示装置１５を設けたものである。つまり最適アンテナ判断部１３はその判断内容に基づいて表示装置１５の表示を制御して判断内容に応じた絵或いは文字を表示させることで通知する。尚表示装置１５には絵や文字等を生成する回路が備わっているものを用いる。

尚その他の構成及び最適アンテナ判断部１３の判断フローは基本形態７と同じであるのでここでは説明は省略する。

而して本基本形態では、最適アンテナを使用することができ、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることが可能となる。

（基本形態９）
上記各基本形態１乃至８では、基地局向けアンテナ５Ａと、端末機向けアンテナ５Ｂとの組み合わせを自己妨害波による受信感度抑圧を低減できるもの同士としたアンテナ装置を用いるようにしているが、本基本形態は、図１１に示すように基地局向けアンテナ５Ａ，端末機向けアンテナ５Ｂとして共に従来と同様に垂直偏波のモノポール型のアンテナを用いたアンテナ装置を使用しているが、端末機向けアンテナ５Ｂのアンテナ給電路にはアッテネータ１６を挿入してある。

而して本基本形態では、端末機向けアンテナ５Ｂにアッテネータ１６を挿入することで、基地局向けアンテナ５Ａからの妨害波の影響を軽減し、かつ端末機向けアンテナ５Ｂから発する妨害波も軽減することができる。

これにより、端末機向けアンテナ５Ｂ、基地局向けアンテナ５Ａ双方の妨害波の受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容可能回線数または通信速度を高めることが可能となる。

尚装置本体１０内には図１２で示す場合と同様に基地局向けの無線機部と、端末機向けの無線機部とを収納している。

（実施形態）
上記各基本形態１乃至８では、基地局向けアンテナ５Ａと、端末機向けアンテナ５Ｂとの組み合わせを自己妨害波による受信感度抑圧を低減できるもの同士としたアンテナ装置を用い、基本形態９では端末機向けアンテナ５Ｂのアンテナ給電路にアッテネータ１６を挿入することで、自己妨害波による受信感度抑圧を軽減するようにしているが、本実施形態は、図１に示すように基地局向けアンテナ５Ａ，端末機向けアンテナ５Ｂとして共に従来と同様に垂直偏波のモノポール型のアンテナを用いたアンテナ装置を使用しているが、端末機向け側の無線機部Ｂにおいて、送信用のアンプとして可変利得アンプ１７を用い、この可変利得アンプ１７のゲインを基地局向けの無線機部２Ａ側での通信エラーが増加した場合に小さくし、送信電力を下げることで受信感度を落とすことなく端末機向けアンテナ５Ｂから発射される妨害波を低減するようにした点に特徴がある。

ここで基地局向けの無線機部２Ａの受信部２０に対応して、受信復調された復調信号から上述のＦＥＲをカウントする受信エラーカウント部（受信エラー検出手段）１２と、受信レベル測定部１１と、受信エラーカウント部１２でカウントされたエラーが予め設定している閾値より増加したときに受信波の受信レベルが十分高いにも関わらずＦＥＲが多い場合は上記可変利得アンプ１７のゲインを下げる方向に制御するゲイン制御部（制御手段）１９とを設けている。

一方端末機向けの無線機部２Ｂの送信部２１には、無線機部２Ａの受信部２０で受信復調された復調信号を取り込んで送信信号として発生させる送信信号発生部２２と、送信信号発生部２１からの送信信号を無線周波数に変換する周波数変換器２３と、上記の可変利得アンプ１７とを備え、可変利得アンプ１７の送信出力を送受切り替えスイッチ２４を介して端末機向けアンテナ５Ｂへ給電されるようになっている。尚端末機向けアンテナ５Ｂは受信時には送受信切り替えスイッチ２３の切り替え動作により受信部２４に接続され、基地局からの電波信号を受信部２５で受信復調するようになっている。また無線機部２Ａにも受信部２０と送信部１８と送受信切り替えスイッチ（図示せず）とを備えているが、送信部１８の送信出力の増幅用アンプには利得が固定されているアンプが用いられている。

而して、設置場所の周りの人の動きや、家具の移動などによって基地局向け無線機部２Ａでの通信エラー数が閾値より増加した場合、受信レベル測定部１１の測定レベルが所定レベルに低下するように、ゲイン制御部１７は可変利得アンプ１４のゲインを小さくなるように制御し、端末機向けの無線機部２Ｂの送信電力を下げる。これにより無線機部２Ａの受信感度を落とすことなく端末機向けアンテナ５Ｂから発射される自己妨害波を低減することができる。

また、基地局向け無線機部２Ａでの通信エラー数が閾値より減少した場合、ゲイン制御部１７で可変利得アンプ１７のゲインを、受信レベル測定部１１の測定レベルが所定のレベルとなるように大きく制御し、送信電力を上げることで、通信エリアを広げることができる。

これにより、本実施形態では、基地局向けアンテナ５Ａの自己妨害波による受信感度抑圧を軽減し、一つの無線中継装置当たりの収容。可能回線数または通信速度を高めることが可能となる。

本発明の一実施形態の無線中継装置の回路構成図である。 本発明の基本形態１の無線中継装置の斜視図である。 本発明の基本形態２の無線中継装置の斜視図である。 本発明の基本形態３の無線中継装置の斜視図である。 本発明の基本形態４の無線中継装置の斜視図である。 本発明の基本形態５の無線中継装置の斜視図である。 本発明の基本形態６の無線中継装置のアンテナ装置を外した状態の斜視図である。 本発明の基本形態７の無線中継装置の回路構成図である。 同上の動作説明用フローチャートである。 本発明の基本形態８の無線中継装置の回路構成図である。 本発明の基本形態９の無線中継装置の斜視図である。 無線中継装置を用いた通信システム図である。 同上の通信システムに用いるタイムスロットのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 無線中継装置
５Ａ 基地局向けアンテナ
５Ｂ 端末機向けアンテナ
１２ 受信エラーカウント部（受信エラー検出手段）
１９ ゲイン制御部（制御手段）
２０ 受信部
２１ 送信部

Claims (1)

1. 送信チャネル及び受信チャネルで使用する周波数帯が近接する、ＴＤＭＡ方式を用いる無線通信システムにあって、弱電界地域を通信エリアとして補うために使用され、基地局若しくは端末機から送信された電波を基地局向けアンテナ若しくは端末機向けアンテナで受信した後に、受信信号を端末機若しくは基地局に向けて端末機向けアンテナ若しくは基地局向けアンテナから送信する無線中継装置において、
   前記基地局向けアンテナを介して基地局からの送信電波を受信する受信部での受信エラーを検出する受信エラー検出手段と、該受信エラー検出手段が検出する受信エラー状況を基に、端末機向けアンテナを介して電波を送信する送信部の送信電力を調整する制御手段とを備えていることを特徴とする無線中継装置。

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