JP5097175B2 - 無線受信装置及びその試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線受信装置及びその試験方法に係り、特に無線装置の正常性確認方法に関する。

無線受信機の正常性を確認するためには、受信回路と受信アンテナの2つの構成要素を試験する必要がある。

受信回路の正常性確認は、以下のように行われている。
送信機の出力信号の一部を分岐させて受信機に入力し、受信機の利得を測定することにより、受信機の正常性を確認する＜折り返し試験＞（特許文献１）。
無線装置内部に例えば試験用端末（ＴＡＴ）を搭載し、ここから受信機に受信信号を入力して、受信機の受信感度を測定する。＜ＴＡＴ方式＞（特許文献２）
アンテナの正常性確認は、以下のように行われている。
アンテナに信号（例えば、送信機の出力信号）を入力し、アンテナからの反射電力を測定し、入力電力と反射電力の比からアンテナのＶＳＷＲを測定する。

特開２００２−２４６９７８号公報 特開２００５−１５１１８９号公報

移動体通信システムには、高い信頼性が要求されている。このため、これを構成する無線装置に何らかの障害が発生したときに、適確にその障害を検出できることと、無線装置の正常性を確認できることが重要である。

無線装置の正常性を確認するための試験装置は種々実現されているが、受信機と受信アンテナの障害検出に着眼すると、以下のような課題がある。

受信機の障害検出では、例えば、特許文献１に記載される折り返し試験がよく用いられる。この方式は、送信機の出力信号の一部を分岐させて受信機に入力するため、送受信の周波数が異なるＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式には適用できないという課題がある。あるいは、特許文献２に記載されるように、無線装置内部に試験用端末を搭載する方法も考えられるが、試験用端末は高コストであり、また、回路規模も大きいため、ハードウェアの実装の観点についても課題が多い。

一方、アンテナの正常性確認は、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を測定して、所定の範囲内の値であることを確認することが一般的である。ＶＳＷＲ測定は、送信機からのアンテナへの入力信号の、アンテナからの反射電力を測定し、入力電力と反射電力の比から、ＶＳＷＲを算出する方式がよく用いられる。この方式では送信機と受信機とに接続されているアンテナのＶＳＷＲは測定できるが、受信機にのみ接続されているアンテナのＶＳＷＲは測定できないという課題がある。例えば、送信１系統、受信２系統で構成される無線装置の場合、１個の送受信共用アンテナと１個の受信アンテナ、合計２個のアンテナが接続されるが、この場合、受信アンテナのＶＳＷＲは測定できない。

本発明の無線受信装置及びその試験方法は、アンテナに接続した方向性結合器、ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成回路と、生成されたＰＮ符号をスペクトラム拡散信号である試験信号に変換するＤＡ変換器と、試験信号を方向性結合器に導くスイッチとを有する試験信号生成部、方向性結合器を介して入力され、アンテナから入力される主信号と同じ経路を経た試験信号の順方向Ｓ／Ｎを測定するＰＮ符号復調機を含む受信機、及び、測定した順方向Ｓ／Ｎが第1の所定範囲内にあるか否かを判別する制御部を設ける。

本発明の無線受信装置及びその試験方法の他の態様は、受信機に含まれるＰＮ符号復調機は、方向性結合器を介して入力され、アンテナで反射され、アンテナから入力される主信号と同じ経路を経た試験信号の反射方向Ｓ／Ｎをさらに測定し、制御部は、測定した順方向Ｓ／Ｎと反射方向Ｓ／Ｎとから求めたアンテナのＶＳＷＲが第２の所定範囲内にあるか否かを判別する。

開示される無線受信装置及びその試験方法によれば、無線受信機の正常性確認が簡易かつ低コストで実現できる。

無線基地局装置のブロック図である。 受信機正常性確認機能のブロック図である。 受信機正常性確認方式のシーケンス図である。 ＳＷ設定１の場合の試験信号の経路である。 ＳＷ設定２の場合の試験信号の経路である。

本発明の実施の形態について、１系統の送信機と２系統の受信機を備え、ダイバーシチ受信を可能とする無線基地局を例に、以下、図面を参照して説明する。なお、このアンテナ構成は一例であり、本実施形態は無線装置のアンテナ系統数・構成には依存しないため、他のアンテナ構成の無線装置についても適用可能である。

図１は、無線基地局の構成である。無線基地局１００は、無線信号送受信部１１０、変復調処理部１１１、回線インタフェース部１１２、基地局制御部１１３から構成される。無線信号送受信部１１０は、送受信共用の０系アンテナ１１４と、受信用の１系アンテナ１１５が接続され、１系統の送信機１３２と２系統の受信機（０系受信機１３３、１系受信機１３４）を備える。さらに、下り無線信号１２０と上り無線信号１２１を分離するＤＵＰ（デュプレクサ）１３０と、上り無線信号１２１の通過帯域を制限するＢＰＦ（帯域通過フィルタ）１３１から構成される。送信機１３２は、変調機１３５から入力される下りベースバンド信号１２５を、下り無線信号１２２に変換する。０系受信機１３３は、端末１０１が送信した上り無線信号１２１を、上りベースバンド信号１２６に、１系受信機１３４は、端末１０１が送信した上り無線信号１２１を、上りベースバンド信号１２７に変換する。変復調処理部１１１は、変調機１３５と復調機１３６を備え、データの変調及び復調を行う。回線インタフェース部１１２は、無線基地局１００とネットワーク網１０２のインタフェースである。基地局制御部１１３は、無線基地局１００の監視・制御機能を有する。保守端末１０３は、ネットワーク網１０２を経由して、基地局制御部１１３に接続され、無線基地局１００の監視・制御をリモートにて行う機能を有する。

図２は、受信機及び受信機の正常性確認を実現する試験回路である。受信機は、ＬＮＡ（低雑音増幅器）２０１、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）２０２、ＡＭＰ（増幅器）２０３、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）２０４、ＲＸ−ＢＢ（受信ベースバンド）２０５で構成される。ＬＮＡ２０１で受信信号を低歪で増幅し、ＢＰＦ２０２で自帯域以外の不要な信号成分を減衰させる。さらにＡＭＰ２０３で受信信号を増幅して、ＡＤＣ２０４で入力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。ＲＸ−ＢＢ２０５は、デジタル受信信号を直交復調、帯域制限等を行い、復調機１３６に受信信号を出力する。以上は０系受信機１３３の説明であるが、１系受信機１３４も同様の構成であるため説明は省略する。

本実施形態の受信機正常性確認機能は、無線機内部に試験信号生成部２２０、ＣＰＬ（方向性結合器）２２５、２２６を搭載することにより実現される。受信機試験回路２２０は、ＰＮＧＥＮ（ＰＮ符号生成器）２２１、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）２２２、ＳＷ２２３で構成される。ＰＮＧＥＮ２２１は、受信機試験用のＰＮ符号を生成する。ＤＡＣ２２２は、ＰＮＧＥＮ２２１から入力されるＰＮ符号をアナログの試験信号（スペクトラム拡散信号）に変換する。ＳＷ２２３は、ＤＡＣ２２２から入力される試験信号を出力する経路を選択する。通常の無線機では、ＲＸ−ＢＢ２０５／２１５は主信号ＢＢ２０６／２１６のみで構成されるが、本実施形態では、ここに、試験信号生成部２２０で生成された試験信号を復調するＰＮ符号復調機２０７／２１７を搭載することにより、受信機正常性確認機能を実現する。

試験信号生成部２２０で生成された試験信号は、ＣＰＬ２２５を経由して０系受信機１３３に入力される。１系の場合は、ＣＰＬ２２６を経由して１系受信機１３４に入力される。一方、アンテナから入力される主信号は、０系の場合は、０系アンテナ１１４、ＣＰＬ２２５、ＤＵＰ１３０を経由して０系受信機１３３に入力される。１系の場合は、１系アンテナ１１５、ＣＰＬ２２６、ＢＰＦ１３１を経由して１系受信機１３４に入力される。すなわち、試験信号は各系統の主信号に重畳された状態で、０系受信機１３３又は１系受信機１３４に入力されるが、後述する理由により、試験信号の電力は極めて小さいため、主信号に与える影響を無視できる。このため、本実施形態による正常性確認は、サービス運用に何ら影響を及ぼさない。

０系受信機１３３に入力された主信号と試験信号は、ＲＸ−ＢＢ２０５に入力される。ＲＸ−ＢＢ２０５に入力された信号は、主信号ＢＢ２０６とＰＮ符号復調機２０７に分配され、主信号の直交復調、帯域制限等を行い、復調機１３６に受信主信号を出力する。一方、ＰＮ符号復調機２０７は試験信号の直交復調、逆拡散処理を行い、試験信号のＳ／Ｎを求める。以上は０系受信機１３３の説明であるが、１系受信機１３４も同様の構成であるため説明は省略する。

試験信号電力を小さくするには、拡散利得を増やす必要がある。同相加算回数を増やす、すなわち測定時間を長くすることにより、拡散利得を増やすことが可能となる。例えば、チップレートが１．２２８８［Ｍｃｈｉｐｓ／ｓ］のｃｄｍａ２０００システムで、測定時間を１Ｆｒａｍｅ（２６．７［ｍｓ］）とした場合、拡散利得は４５ｄＢとなる。このように大きな拡散利得を得ることにより、試験信号の電力を小さくすることが可能となるのが、試験信号をスペクトラム拡散信号とする利点である。

以下、図１、図２及び図３を参照して、本実施形態における受信機障害検出方法について説明する。図３は、受信機正常性確認方式のシーケンス図である。なお、０系と１系は同一の手順で診断可能であるため、図３及び以下の説明では、０系受信機１３３及び０系アンテナ１１４の正常性確認手順について説明し、１系受信機１３４及び１系アンテナ１１５の説明は省略する。また、要求に対するＡｃｋは通常存在するため省略する。

受信機の正常性確認は、例えば、保守作業者が保守端末１０３に受信機正常性確認実行の命令を入力することにより開始される。受信機正常性診断実行の命令には、試験対象の基地局の指定及び診断対象の受信機の指定（例えば、セクタ及び系）を含む。

ステップ３０１では、保守端末１０３は、指定された無線基地局１００の基地局制御部１１３に、指定された受信機の識別情報（例えば、セクタ及び系）を含む正常性確認開始指示を通知する。なお、診断する受信機の指定を省略し、無線基地局１００内の全ての受信機又は予め定められた受信機について順次試験を実行するようにしても良い。

ステップ３０２では、基地局制御部１１３は、試験信号生成部２２０にＳＷ２２３の設定を指示する。ステップ３０３では、試験信号生成部２２０は、ＳＷ２２３を端子１に設定（ＳＷ設定１）する。

ステップ３０４では、基地局制御部１１３は、試験信号生成部２２０に、試験信号を送信するよう指示する。ステップ３０５では、試験信号生成部２２０は、ＰＮＧＥＮ２２１を動作させ、試験信号を送信する。ＰＮＧＥＮ２２１で生成されたＰＮ符号は、ＤＡＣ２２２でアナログ信号に変換され、ＳＷ２２３、ＣＰＬ２２５を介して供給され、０系受信機１３３に入力される（図４の２４０の経路）。試験信号は、０系受信機１３３の内部では、アンテナ１１４から受信される主信号と同じ経路をとる。

ステップ３０６では、基地局制御部１１３は、０系受信機１３３に、受信した試験信号のＳ／Ｎを報告するよう要求する。ステップ３０７では、０系受信機１３３は、ＰＮ符号復調機２０７で試験信号を復調し、受信した試験信号のＳ／Ｎを基地局制御部１１３に報告する。ステップ３０８では、基地局制御部１１３は、報告された受信Ｓ／Ｎ値をＲＡＭ１３８に記録する。ここで記録する値を「順方向Ｓ／Ｎ」とする。

ステップ３０９では、基地局制御部１１３は、試験信号生成部２２０にＳＷ２２３の設定を指示する。ステップ３１０では、試験信号生成部２２０は、ＳＷ２２３を端子２に設定（ＳＷ設定２）する。ＰＮＧＥＮ２２１で生成されたＰＮ符号は、ＤＡＤ２２２でアナログ信号に変換され、ＳＷ２２３、ＣＰＬ２２５を介して、０系アンテナ１１４に入力される。０系アンテナ１１４で反射された信号が、ＣＰＬ２２５、ＤＵＰ１３０を経由して、０系受信機１３３に入力される（図５の２４１の経路）。試験信号は、０系受信機１３３の内部では、アンテナ１１４から受信される主信号と同じ経路をとる。

ステップ３１１では、基地局制御部１１３は、０系受信機１３３に、受信した試験信号のＳ／Ｎを報告するよう要求する。ステップ３１２では、０系受信機１３３は、ＰＮ符号復調機２０７で試験信号を復調し、受信した試験信号のＳ／Ｎを基地局制御部１１３に報告する。ステップ３１３では、基地局制御部１１３は、報告された受信Ｓ／Ｎ値をＲＡＭ１３８に記録する。ここで記録する値を「反射方向Ｓ／Ｎ」とする。

ステップ３１４では、基地局制御部１１３は、試験信号生成部２２０に、試験信号送信を停止するよう指示する。ステップ３１５では、受信機試験回路２２０は、ＰＮＧＥＮ２２１の動作を停止し、試験信号送信を停止する。

ステップ３１６では、基地局制御部１１３は、ステップ３０８と３１３で記録された受信Ｓ／Ｎ値を用いて、受信機の正常性診断を行う。正常性診断は以下の手順で行う。

（1）０系受信機１３３の正常性確認
ＲＡＭ１３８に記録した順方向Ｓ／Ｎが期待値から規定の範囲（仕様で定める所定範囲）内にあれば正常、なければ異常と判別する。なお、順方向Ｓ／Ｎの期待値は以下のように算出する。利得がＧ［ｄＢ］、雑音指数がＮ［ｄＢ］で、受信帯域幅がＢＷ［Ｈｚ］の受信機に、受信アンテナ端換算で、信号電力がＰｉｎ［ｄＢｍ］の試験信号を入力した場合、順方向Ｓ／Ｎの期待値は次式のようになる。
順方向Ｓ／Ｎ期待値 ＝ Ｐｉｎ−１０ｌｏｇ（ｋＴ(ＢＷ)）＋Ｎ
＝ Ｐｉｎ−（−１７４＋１０×ｌｏｇ（ＢＷ））＋Ｎ［ｄＢ］
ただし、上式中の−１７４［ｄＢ］は、ｋをボルツマン乗数、Ｔを常温（300Ｋ）として、ｄＢｍ換算した値である。

（2）受信アンテナ１１４の正常性確認（ＶＳＷＲ測定）
ＲＡＭ１３８に記録した順方向Ｓ／Ｎと反射方向Ｓ／Ｎの値を用いて、以下のようにアンテナのＶＳＷＲを算出する。
ＲＬ（Ｒｅｔｕｒｎ Ｌｏｓｓ） ＝ 反射方向Ｓ／Ｎ−順方向Ｓ／Ｎ［ｄＢ］
ＶＳＷＲ ＝ （１＋１０^{（ＲＬ／２０）}）／（１−１０^{（ＲＬ／２０）}）
算出したＶＳＷＲが、規定の範囲（仕様で定める所定範囲）内にあれば正常、なければ異常と判別する。

ステップ３１７では、基地局制御部１１３は、保守端末１０３に診断結果を報告する。診断結果には、例えば、診断を行った受信機を識別するための情報（例えば、セクタ及び系）、ＲＡＭ１３８に記憶されている受信Ｓ／Ｎ値、ＶＳＷＲ値及び／又は受信機障害が発生しているか否かを示す情報を含むことができる。保守端末１０３は、診断結果を受信し、受信した診断結果を表示部に表示及び／又は記憶部に記憶し、本診断を終了する。

本実施形態により、無線受信機の正常性確認が簡易かつ低コストで実現できる。また本実施形態による受信機及びアンテナの正常性確認は、サービス運用中の受信機に影響を及ぼさない。

１００：無線基地局、１０１：端末、１０２：ネットワーク網、１０３：保守端末、１１０：無線信号送受信部、１１１：変復調信号処理部、１１２：回線インタフェース部、１１３：基地局制御部、１１４：０系アンテナ、１１５：１系アンテナ、１２０：下り無線信号、１２１：上り無線信号、１２２：下り無線信号、１２３：０系上り無線信号、１２４：１系上り無線信号、１２５：下りベースバンド信号、１２６：０系上りベースバンド信号、１２７：１系上りベースバンド信号、１２８：データ、１３０：ＤＵＰ（デュプレクサ）、１３１：ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）、１３２：送信機、１３３：０系受信機、１３４：１系受信機、１３５：変調機、１３６：復調機、２０１：０系ＬＮＡ（低雑音増幅器）、２０２：０系ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）、２０３：０系ＡＭＰ（増幅器）、２０４：０系ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）、２０５：０系ＲＸ−ＢＢ（受信ベースバンド）、２０６：０系ＲＸベースバンド主信号処理部、２０７：０系ＰＮ信号復調機、２１１：１系ＬＮＡ（低雑音増幅器）、２１２：１系ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）、２１３：１系ＡＭＰ（増幅器）、２１４：１系ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）、２１５：１系ＲＸ−ＢＢ（受信ベースバンド）、２１６：０系ＲＸベースバンド主信号処理部、２１７：０系ＰＮ信号復調機、２２０：試験信号生成部、２２１：ＰＮＧＥＮ（ＰＮ符号生成部）、２２２：ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）、２２３：ＳＷ（高周波ＳＷ）、２２５：０系ＣＰＬ（０系方向性結合器）、２２６：１系ＣＰＬ（１系方向性結合器）、２４０：試験信号の経路（順方向）、２４１：試験信号の経路（反射方向）。

Claims (2)

1. アンテナに接続した方向性結合器、
   ＰＮ符号を生成するＰＮ符号生成回路と、生成された前記ＰＮ符号をスペクトラム拡散信号である試験信号に変換するＤＡ変換器と、前記試験信号を前記方向性結合器に導くスイッチとを有する試験信号生成部、
   前記方向性結合器を介して入力され、前記アンテナから入力される主信号と同じ経路を経た前記試験信号の順方向Ｓ／Ｎを測定するＰＮ符号復調機を含む受信機、及び、
   測定した前記順方向Ｓ／Ｎが第1の所定範囲内にあるか否かを判別する制御部を設け、
   更に、前記受信機に含まれる前記ＰＮ符号復調機は、前記方向性結合器を介して入力され、前記アンテナで反射され、前記アンテナから入力される前記主信号と同じ経路を経た前記試験信号の反射方向Ｓ／Ｎをさらに測定し、
   前記制御部は、測定した前記順方向Ｓ／Ｎと前記反射方向Ｓ／Ｎとから求めた前記アンテナのＶＳＷＲが第２の所定範囲内にあるか否かを判別する
   ことを特徴とする無線受信装置。
2. アンテナ及び前記アンテナから入力される主信号を受信する無線受信装置の試験方法であって、
   前記無線受信機の前記アンテナとの接続端に、方向性結合器を介して供給する試験信号を制御し、
   前記方向性結合器を介して供給され、前記アンテナから入力される前記主信号と同じ経路を経た前記試験信号の順方向Ｓ／Ｎを測定し、
   測定した前記順方向Ｓ／Ｎが第1の所定範囲内にあるか否かを判別し、
   更に前記方向性結合器を介して入力され、前記アンテナで反射され、前記アンテナから入力される前記主信号と同じ経路を経た前記試験信号の反射方向Ｓ／Ｎをさらに測定し、
   測定した前記順方向Ｓ／Ｎと前記反射方向Ｓ／Ｎとから求めた前記アンテナのＶＳＷＲが第２の所定範囲内にあるか否かを判別する
   することを特徴とする無線受信装置の試験方法。

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