JP5665620B2

JP5665620B2 - Ｔｄｄ受信機

Info

Publication number: JP5665620B2
Application number: JP2011066269A
Authority: JP
Inventors: 秀一玉手
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: JP2012204989A

Description

本発明は、無線通信経路を時間軸で区分し、送信と受信を高速に切り替えることにより、送受信を実現するＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を用いてアンテナ異常検出を行う、ＴＤＤ受信機に関する。

従来、この種の無線装置は、アンテナ異常を検出するのにＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を用いている。具体的に、無線装置は、アンテナ側に信号を注入し、その反射波の電力量を検出して所定量以上の反射電力が検出された場合にアンテナ異常であると判定している。

図４に示す無線装置１００は、送信系統１００ａと受信系統１００ｂとを備えた、ＴＤＤ無線機装置の構成例である。ここでは、無線装置１００のうち、ＦＥ（Front End）部の構成のみ抜粋して示してある。図４において、送信のタイミングでＰＡ（Power Amp）１０５を介して送信された送信波は、アンテナ（ＡＮＴ１１０）のＶＳＷＲが良好であれば、ほとんどの電力がＡＮＴ（１１０）から送信される。一方、ＡＮＴ（１１０）のＶＳＷＲが悪化していると電力の一部がＡＮＴ（１１０）に反射し、この反射電力は方向性結合器１０４を介して検波器１０６で検出される。

なお、図４において、符号１０１で示される回路素子は、所定の帯域の信号のみ通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）、符号１０３で示される回路素子は、送信系統１００ａと受信系統１００ｂとを切り替えるＴＤＤスイッチ（ＳＷ）、符号１０７で示される回路素子は、終端抵抗器を示す。図４に示す無線装置１００同様、反射電力を監視してアンテナ異常を検出する方法は、例えば、特許文献１に開示されている。

また、複数本のアンテナを備え、それぞれのアンテナで信号を受信したときのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication：受信信号強度）を観測し、アンテナの異常を検出する方法も周知である。例えば、図５に示す無線装置２００は、複数本のアンテナＡＮＴ＃１（２１０）、ＡＮＴ＃２（２２０）を備えた受信系統２００ａ（図４同様、ＦＥ部のみ示す）の構成例であり、アンテナスイッチ（ＳＷ２０１）によってＡＮＴ＃１（２１０）、ＡＮＴ＃２（２２０）を選択できるような構成になっている。受信系統２００ａには検波器２０４が接続されており、この検波器２０４により受信電波のＲＳＳＩが検出できるようになっている。ここで、無線装置２００は、既知の固定局からの信号をＡＮＴ＃１（２１０）およびＡＮＴ＃２（２２０）で受信し、各々のアンテナ（ＡＮＴ＃１、ＡＮＴ＃２）で受信したＲＳＳＩに大きな差があれば、ＲＳＳＩの小さい方をアンテナ異常と判定している。

なお、図５において、符号２０２で示される回路素子はＢＰＦ、符号２０３で示される回路素子は、入力された信号を選択および増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）である。図５に示す無線装置２００同様、複数本のアンテナで信号を受信したときのＲＳＳＩでアンテナの異常を検出する方法は、例えば、特許文献２に開示されている。

特開２００４−９６６８９号公報特開２０００−１２７８２２６号公報

ところで、図４の無線装置１００のように、送信信号を用いてＡＮＴ（１１０）のＶＳＷＲを検出する方法では、受信系統のみ備えている基地局等の無線設備に採用することができない。また、送信信号の代わりに局部発振信号を用いた場合には、ＡＮＴ（１１０）に向けて信号を発するため、副次的な電波を発射させてしまう。

一方、図５に示す無線装置２００のように、複数のアンテナを切り替えてＲＳＳＩを観測する方法では、アンテナの空間位置が、各々のアンテナ２１０（ＡＮＴ＃１）、２２０（ＡＮＴ＃２）で異なるため、フェージングが発生したときにＲＳＳＩのレベルが変動してもそれを識別することができず、このため、異常が無いアンテナについても誤って異常と判定される可能性がある。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、受信系統のみからなる無線設備への適用を可能にし、かつ、アンテナに直接信号を入力して反射電力量を観測する方法に比べ、副次発射を抑圧しながらアンテナのＶＳＷＲの悪化を検出する、ＴＤＤ受信機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本発明のＴＤＤ受信機は、アンテナにより受信される信号を増幅する低雑音増幅器を含む受信系回路部と、アンテナ側と出力側にインピーダンス整合された異常検出増幅器と、前記異常検出増幅器の出力に接続される方向性結合器と、前記方向性結合器の主線路に接続され、前記アンテナの動作周波数と同じ周波数の信号を生成する発振器と、前記方向性結合器の副線路側に接続される検波器と、を含むアンテナ異常検出系回路部と、前記受信系回路部と前記アンテナ異常検出系回路部とを時分割で切替えるＴＤＤスイッチと、前記ＴＤＤスイッチを送信のタイミングで前記アンテナ異常検出系回路部に切替え、前記アンテナ異常検出系回路部の発振器から前記信号が出力されると、前記検波器で検波される前記異常検出増幅器の反射電力を観測してアンテナ異常を検知する信号処理部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、信号処理部は、ＴＤＤスイッチを送信のタイミングでアンテナ異常検出系回路部に切替え、このアンテナ異常検出系回路部の発振器からアンテナの動作周波数と同じ周波数の信号が出力されると、検波器で検波される異常検出増幅器の反射電力を観測してアンテナ異常を検知する。したがって、送信信号を用いることなくアンテナ異常検出を行うことができるため、受信系統のみからなる無線設備への適用が可能になる。

本発明において、前記信号処理部は、前記反射電力から演算により前記異常検出増幅器の反射損失を監視し、前記反射損失の変化量に応じて前記アンテナの受信周波数の電圧定在波比の変化を識別して前記アンテナ異常を検出することを特徴とする。本発明によれば、信号処理部は、反射損失を用いてアンテナの電圧定在波比の悪化を検出するため、アンテナに向けて信号を発して反射電力量を観測する方法に比べて副次発射を抑圧しながらアンテナ異常検出が可能になる。

本発明によれば、受信系統のみからなる無線設備への適用を可能とし、かつ、アンテナに直接信号を入力して反射電力量を観測する方法に比べ、副次発射を抑圧しながらアンテナのＶＳＷＲの悪化を検出することができるＴＤＤ受信機を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るＴＤＤ受信機の構成を示すブロック図である。アンテナのＶＳＷＲが良好な場合の異常検出増幅器のＳバラメータ特性を示す図である。アンテナのＶＳＷＲが悪化している場合の異常検出増幅器のＳバラメータ特性を示す図である。ＴＤＤ方式を採用した従来の無線装置の構成例を示す図である。アンテナを複数備えた従来の無線装置の構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための実施の形態（以下、単に本実施形態という）について詳細に説明する。
（実施形態の構成）

図１は、本実施形態に係るＴＤＤ受信機の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態に係るＴＤＤ受信機１は、アンテナ（ＡＮＴ１０）と、ＦＥ部２０と、信号処理部（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）３０とにより構成される。

ＦＥ部２０は、受信系回路部２０ａと、アンテナ異常検出系回路部２０ｂと、ＴＤＤスイッチ（ＴＤＤ−ＳＷ）２０ｃと、からなる。受信系回路部２０ａとアンテナ異常検出系回路部２０ｂとは、ＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）によって分離される。ＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）は、ＤＳＰ３０の制御により送受信を時分割で切替えて送受信を実現するものであるが、ここでは、受信系統のみ備えている基地局等の無線設備に採用されるため、受信系回路部２０ａとアンテナ異常検出系回路部２０ｂとを時分割で切り替えるスイッチとして使用される。

受信系回路部２０ａは、ＢＰＦ２１と、ＬＮＡ２２と、を含む。ＡＮＴ（１０）を介して受信される電波は、ＢＰＦ２１、ＬＮＡ２２を介して受信周波数が選択され、かつ増幅され、不図示の復調器および復号器に供給される。

アンテナ異常検出系回路部２０ｂは、異常検出増幅器２３と、方向性結合器２４と、発振器２５と、検波器２６と、終端抵抗器２７とを含む。異常検出増幅器２３は、ＴＤＤスイッチ２０ｃを介したアンテナ側と出力側にインピーダンス整合され、出力側が方向性結合器２４の主線路２４ａに接続されている。主線路２４ａ側には更に発振器２５が接続されている。発振器２５は、ＡＮＴ（１０）の動作周波数と同じ周波数の信号を生成するものである。方向性結合器２４の副線路２４ｂ側には、検波器２６および終端抵抗器２７が並列に接続されている。

ＤＳＰ３０は、ライン３０ａを介してＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）に接続され、ライン３０ｂを介して検波器２６に接続されている。ＤＳＰ３０は、ＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）を送信のタイミングで受信系回路部２０ａからアンテナ異常検出系回路部２０ｂに接続切替えを行い、アンテナ異常検出系回路部２０ｂの発振器２５からＡＮＴ（１０）の動作周波数と同じ周波数の信号が出力されると、検波器２６で検波される異常検出増幅器２３の反射電力を観測してアンテナ異常を検知する。ＤＳＰ３０は、例えば、反射電力から演算によりＰＡ２３の反射損失を監視し、この反射損失の変化量に応じて特定の受信周波数のＶＳＷＲの変化を識別してアンテナ異常を検出する。
（実施例の動作）

図２は、ＡＮＴ（１０）のＶＳＷＲが良好な場合のＰＡ２３のＳパラメータ特性を示す図であり、図３は、ＶＳＷＲが悪化している場合のＰＡ２３のＳパラメータ特性を示す図である。

Ｓパラメータとは、高周波回路の特性を表すために使用される回路網パラメータの一つであり、Ｓ_１１からＳ_ｉｊを要素とする散乱行列であって、通過・反射特性を表現する。これら要素の中で、反射損失（Ｓ_１１とＳ_２２）と挿入損失（Ｓ_２１とＳ_１２）は、周波数特性の形で利得［ｄＢ］を表現することが可能である。このことを利用し、横軸に周波数［Ｈｚ］、縦軸に、２０ｌｏｇ_１０|Ｓ_ｉｊ|［ｄＢ］で示される反射損失と挿入損失を目盛り、Ｓパラメータ特性として表現したのが、図２および図３に示すグラフである。

Ｓ_１１は、異常検出増幅器２３に信号を入力したときに入力側に反射する信号の比を表した反射係数であり、その絶対値のレベル表示は反射損失（リターンロス）を示す。また、Ｓ_２１は、異常検出増幅器２３に信号を入力したときに通過する信号の伝送特性を表したものであり、その絶対値のレベル表示は挿入損失（インサーションロス）を示す。また、Ｓ_１２は、異常検出増幅器２３の出力側から信号を入力したときに入力側に通過する信号の伝送特性を表したものであり、その絶対値のレベル表示は逆方向損失を示す。また、Ｓ_２２は、異常検出増幅器２３の出力側から信号を入力したときに出力側に反射する信号の比を表した反射係数であり、その絶対値のレベル表示は反射損失を示す。

本実施形態に係るＴＤＤ受信機１では、ＤＳＰ３０が、送信のタイミングでライン３０ａを介してＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）に切替え信号を供給し、このことにより、ＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）により、受信系回路部２０ａからアンテナ異常検出系回路部２０ｂに接続が切替わる。このとき、アンテナ異常検出系回路部２０ｂの発振器２５から、アンテナ１０の動作周波数と同じ周波数の信号が出力されると、ＤＳＰ３０は、方向性結合器２４を介して検波器２６で検波される異常検出増幅器２３からの反射電力をライン３０ｂ経由で取得する。

このため、ＤＳＰ（３０）は、送信タイミングでＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）をアンテナ異常検出系回路部２０ｂに切替え、発振器２５から、逆方向接続された異常検出増幅器２３に向けてアンテナの動作周波数と同じ中心周波数を持つ信号を出力するように制御する。このとき、異常検出増幅器２３がインピーダンス整合されていれば、異常検出増幅器２３のＳ_２２特性は、図２に示すようになる。すなわち、受信周波数がｆ_ｏ［Ｈｚ］における異常検出増幅器２３の出力側反射損失２０ｌｏｇ_１０|Ｓ_２２|は−７０［ｄＢ］近傍にあり、したがって反射電力がほとんど出現しない状況にある。このため、信号処理部３０は、アンテナ１０のＶＳＷＲが良好な状態にあると判定することができる。

一方、アンテナ異常がある場合、即ち、ＡＮＴ（１０）のＶＳＷＲが悪化している場合は、異常検出増幅器２３のインピーダンス整合が崩れるため、異常検出増幅器２３のＳ_２２特性は、図３に示すようになる。すなわち、受信周波数ｆ_０［Ｈｚ］における異常検出増幅器２３の反射損失は、インピーダンス整合されている−７０［ｄＢ］の状態から−１０［ｄＢ］近傍まで上昇する。このため、ＤＳＰ３０は、ＡＮＴ（１０）のＶＳＷＲが悪化したと判定することができる。

したがって、ＤＳＰ３０は、検波器２６により検波され取り込まれる反射電力から演算によって異常検出増幅器２３の反射損失を監視し、この反射損失の変化量に応じてＡＮＴ（１０）の受信周波数のＶＳＷＲの変化を識別することで、アンテナ異常を検出することが可能である。但し、このとき、発振器２５の電力はＡＮＴ（１０）側に向かうが、異常検出増幅器２３のＳ_１２特性によりその電力量は抑圧されるため、ＡＮＴ（１０）に直接信号を注入する場合と比較して副次発射を抑圧することができる。
（実施形態の効果）

以上説明のように本実施形態に係るＴＤＤ受信機１によれば、ＤＳＰ３０が、ＴＤＤ−ＳＷ（２０ｃ）を送信のタイミングでアンテナ異常検出系回路部２０ｂに切替え、アンテナ異常検出系回路部２０ｂの発振器２５からＡＮＴ（１０）の動作周波数と同じ周波数の信号が出力されると、方向性結合器２４を介して検波器２４で検波される異常検出増幅器２３の反射電力を観測してアンテナ異常を検知する。したがって、送信信号を用いることなくアンテナ異常検出を行うことができるため、受信系統のみから構成される無線設備への適用が可能になる。

また、本実施形態に係るＴＤＤ受信機１によれば、高周波回路のＳ_２２特性を利用してＡＮＴ（１０）のＶＳＷＲの悪化を検出するため、ＡＮＴ（１０）に直接信号を入力してその反射電力量を観測する従来の方法に比べて、副次発射を抑圧しながらＡＮＴ（１０）のＶＳＷＲ悪化を検出することができる。

なお、本実施形態に係るＴＤＤ受信機１によれば、ＤＳＰ３０が演算により異常検出増幅器２３の反射損失を監視し、反射損失の変化量に応じてＡＮＴ（１０）の受信周波数のＶＳＷＲの変化を識別してアンテナ異常を検出するとしたが、アナログ回路により、検波器２６から出力される反射電力を閾値と比較することによってアンテナ異常を検出してもよい。

また、本実施形態に係るＴＤＤ受信機１において、受信信号を直接ベースバンド信号に変換するダイレクトコンバージョン方式を採用した場合に、受信系回路部２０ａの構成部品となる局部発振器の信号（局部発振周波数）をそのままアンテナ異常検出系回路部２０ｂの発振器２５として使用することができるため、コストを抑圧することができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またそのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１・・ＴＤＤ受信機、２０・・ＦＥ部、２０ａ・・受信系回路部、２０ｂ・・アンテナ（ＡＮＴ）、２０ｃ・・ＴＤＤスイッチ（ＴＤＤ−ＳＷ）、２１・・帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、２２・・低雑音増幅器（ＬＮＡ）、２３・・異常検出増幅器、２４・・方向性結合器、２５・・発振器、２６・・検波器、２７・・終端抵抗器、３０・・信号処理部（ＤＳＰ）

Claims

アンテナにより受信される信号を増幅する低雑音増幅器を含む受信系回路部と、
アンテナ側と出力側にインピーダンス整合された異常検出増幅器と、前記異常検出増幅器の出力に接続される方向性結合器と、前記方向性結合器の主線路に接続され、前記アンテナの動作周波数と同じ周波数の信号を生成する発振器と、前記方向性結合器の副線路側に接続される検波器とを含むアンテナ異常検出系回路部と、
前記受信系回路部と前記アンテナ異常検出系回路部とを時分割で切替えるＴＤＤスイッチと、
前記ＴＤＤスイッチを送信のタイミングで前記アンテナ異常検出系回路部に切替え、前記アンテナ異常検出系回路部の発振器から前記信号が出力されると、前記検波器で検波される前記異常検出増幅器の反射電力を観測してアンテナ異常を検知する信号処理部と、
を有することを特徴とするＴＤＤ受信機。
前記信号処理部は、
前記反射電力から演算により前記異常検出増幅器の反射損失を監視し、前記反射損失の変化量に応じて前記アンテナの受信周波数の電圧定在波比の変化を識別して前記アンテナ異常を検出することを特徴とする請求項１記載のＴＤＤ受信機。