JP5874916B2 - 電波環境測定装置、電波環境測定方法、及びその制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、基地局無線部装置のアンテナ端に接続されるケーブルやアンテナ等のVSWR（Voltage Standing Wave Ratio:電圧定在波比）を干渉波の影響を受けずに監視するとともに、周辺周波数環境をモニタする機能を提供する電波環境測定装置、電波環境測定方法、及びその制御プログラムに関する。

従来のVSWR監視装置１’の例を図６に示す。図６のVSWR監視装置１’は、反射電力のみを監視してその反射電力が閾値以上の値になった場合にアラーム（ＡＬＭ）を発動させるためのものである。図６に示すVSWR監視装置１’において、基地局の送信信号は電力増幅器（ＰＡ）１０、アイソレータ（ＩＳＯ）２０及び結合器（ＣＰＬ）３０を通過してアンテナ４０方向に出力される。アンテナ４０方向に出力された送信信号が、アンテナ４０またはアンテナ４０に至るまでのケーブルの損傷等により反射してくる場合、結合器３０を介して反射された反射波を抽出し、検波器（ＤＥＴ）６０において検波することで損傷等の異常を監視することができる。

しかし、アンテナ４０側から反射してくる反射波（希望波）には送信した信号のみではなく、周辺の基地局環境によりさまざまな周波数成分が含まれている。そのため、希望波の反射電力に対して上記希望波以外の周波数成分の電力が近くなれば希望波の反射電力の測定値の誤差が大きくなってしまう。また、希望波の反射電力よりも希望波以外の周波数成分の電力が大きくなればアラームの誤作動に至る可能性がある。これを回避するために、図６においてはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１００を配置している。このバンドパスフィルタ１００は希望波のみを通過させる周波数特性を有しており、これにより希望波以外の周波数成分の影響を受けにくくなる。

ところで、近年の基地局装置は信号のマルチキャリア化や広帯域化が進んでおり、このバンドパスフィルタ１００に要求される希望波帯域も広帯域な特性が要求されるため、高価なフィルタにより実現する必要がある。また、希望波以外の周波数成分の影響はＶＳＷＲ検出のみでなく基地局装置の他の機能・動作に影響を及ぼしてしまうことが多々ある。その際に、解析のためにどのような周波数成分の干渉波がアンテナ４０を介して入力されているのか観測するためには、一度基地局を停波した上で測定器等を接続して再度運用を開始して観測するか、基地局装置に干渉波の周波数成分を検出できるように信号をデジタルに取り込んでフーリエ変換を行うような高度な仕組みを備えておく必要があり煩雑であった。

このような従来技術の例として、特許文献１は、出力端子９２を介して出力する送信信号と出力端子９５を介して出力する送信信号を検波し、出力端子９２を介して出力された送信信号に基づく電圧値と出力端子９５を介して出力する送信信号に基づく電圧値に基づいて出力電圧を算出して、算出された出力電圧に基づき高周波信号の電力が所定の送信電力レベルまで達するように電力増幅器６１を制御する送信電力制御方法を開示する。

特許文献１では、アンテナの負荷に依存せずに送信電力を一定に制御するために、出力端子９２からの送信信号と出力端子９５からの送信信号を用いて、最大送信電力の制御に用いられる検波電力の値として進行波成分が検波電力に加わってしまうことを防止する。

特開２０１１−３０１０１号公報

しかしながら、特許文献１は、内容的には反射電力による出力精度劣化を防ぐことが目的とするものであって、その携帯端末は反射波と干渉波の周波数成分を観測するため電圧可変フィルタを備えていないため、高価なフィルタにより実現する必要があった。また、希望波以外の周波数成分の影響を観測することができなかった。

また、近年の携帯基地局等の送受信装置は高機能化しており、その機能の１つとしてアンテナ端子に接続されたケーブルやアンテナ本体の正常性をVSWRで判定する機能が要求されることが多い。周辺の環境により基地局アンテナに入力される妨害波により基地局装置が異常動作する場合がある。

周辺の環境により基地局アンテナに入力される妨害波が送信希望波の極近傍に存在する場合、VSWR検出装置に高価なフィルタを付けて希望波以外を減衰させた上で検出する必要があった。

さらに、周辺の環境により基地局アンテナに入力される妨害波によりVSWR判定精度が大きく劣化等の誤動作をする場合、その解析には基地局動作を止めた上で測定器により周辺環境を観測するか、高価な解析機構を基地局装置に組み込む必要があった。

本発明は、上記課題を解決するために最小限の回路追加により正確なVSWR異常判定を実現するとともに周辺周波数環境の観測を実現することを目的とする。

上述の課題に鑑み、本発明の一態様は、アンテナ側から反射される送信信号の反射波とアンテナから入力される干渉波を測定する電波環境測定装置において、制御電圧を制御する制御回路と、上記送信信号の反射波と上記干渉波の周波数成分を観測するために、上記制御回路で制御する制御電圧に基づいて、中心周波数を変更しながら任意の制御電圧で掃引される電圧可変フィルタと、上記電圧可変フィルタを介して抽出された上記送信信号の反射波と上記干渉波の周波数成分を検波し、出力電圧をモニタすることで、電圧定在波比の検出と不要波の周波数成分の観測を可能にする検波器と、を備える電波環境測定装置に関する。

本発明の他の態様は、アンテナ側から反射される送信信号の反射波とアンテナから入力される干渉波を測定する電波環境測定方法において、上記送信信号の反射波と上記干渉波の周波数成分を観測するために、制御電圧に基づいて、中心周波数を変更しながら任意の制御電圧で掃引し、上記送信信号の反射波と上記干渉波の周波数成分を検波し、出力電圧をモニタすることで、電圧定在波比の検出と不要波の周波数成分の観測を可能にする電波環境測定方法に関する。

また、本発明の他の態様は、アンテナ側から反射される送信信号の反射波とアンテナから入力される干渉波を測定する電波環境測定方法用の制御プログラムにおいて、上記送信信号の反射波と上記干渉波の周波数成分を観測するために、制御電圧に基づいて、中心周波数を変更しながら任意の制御電圧で掃引する処理と、上記送信信号の反射波と上記干渉波の周波数成分を検波し、出力電圧をモニタすることで、電圧定在波比の検出と不要波の周波数成分の観測を可能にする処理とをコンピュータに実行させる制御プログラムに関する。

本発明によれば、基地局無線部装置のアンテナ端に接続されるケーブルやアンテナ等のVSWRを干渉波の影響を受けずに監視するとともに周辺周波数環境をモニタする機能を安価に実現することが可能となる。

本発明の更なる利点及び実施形態を、記述と図面を用いて下記に詳細に説明する。

本発明の実施形態による電波環境測定装置のブロック図である。 送信信号帯域と同等の３ｄＢ帯域幅を有したフィルタ例（１０ＭＨｚ幅）を示す図である。 本発明の実施形態による電波環境測定装置に設けられた電圧可変フィルタの特性例を示す図である。 アンテナ側から入力される希望波及び干渉波の周波数成分と検波レベルを示す図である。 本発明の実施形態による電波環境測定装置に設けられた検波器で検出した周波数成分と検波レベルを示す図である。 従来の例によるＶＳＷＲ監視装置のブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。

図１は、本発明の実施形態による電波環境測定装置１のブロック図である。本実施形態による電波環境測定装置１は、ＶＳＷＲ異常の検出のみならず希望波以外の周波数成分の干渉波をモニタする機能を安価な方法で実現する。

図１に示す本実施形態による電波環境測定装置１は、電力増幅器１０、アイソレータ２０、結合器３０、アンテナ４０、電圧可変フィルタ５０、検波器６０、アナログ/デジタル変換器７０、デジタル/アナログ変換器８０、及び出力端９０を備える。基地局の送信信号は電力増幅器１０、アイソレータ２０、及び結合器３０を通ってアンテナ４０から放射される。また、使用するアナログ/デジタル変換器７０、デジタル/アナログ変換器８０としては汎用的なデバイスが使用できる。

電波環境測定装置１において、出力端９０からアンテナ４０の間でインピーダンスの不整合があると、アンテナ４０から放射されるべき電力の一部が反射波として反射して戻ってくる。アンテナ４０またはアンテナ４０までの同軸ケーブル等の異常で完全にオープン状態になった場合は全反射で戻ってくる。反射してきた信号（反射波）は、結合器３０を介して抽出されて電圧可変フィルタ５０を通って検波器６０にて検波される。当該電圧可変フィルタ５０は電圧制御型の可変フィルタで、デジタル/アナログ変換器（ＤＡＣ）８０で制御される制御電圧を用いて中心周波数を変更できる仕組みとする。

また、送信信号帯域のＶＳＷＲ検出を行う場合や希望波以外の周波数成分を正確に観測したい場合は、この電圧可変フィルタ５０の３ｄＢ帯域幅を狭くする必要がある。例えば図２のような送信信号帯域と同等の３ｄＢ帯域幅を有したフィルタの場合、周波数を可変しても電圧可変フィルタ５０の帯域幅よりも狭い間隔の不要波の周波数成分を識別することができなくなる。従って、不要波の周波数成分を正確にモニタする場合は図３のように送信信号帯域に比べて狭い３ｄＢ帯域幅のフィルタを用いることが望ましい。

図４のような希望波の反射波と希望波以外の干渉波成分がアンテナ４０側から入力されているとき、電圧可変フィルタ５０をデジタル/アナログ変換器８０で掃引しながら検波器６０の出力電圧をモニタすると図５に示す周波数成分と検波レベルが観測される。本実施例の場合は１ＭＨｚ間隔で電圧可変フィルタ５０の中心周波数を２０２０ＭＨｚ〜２１８０ＭＨｚまで掃引している。これにより希望波の反射電力はもとより希望波以外の周波数成分も検出することができる。

同様のモニタは結合器３０と検波器６０の間に帯域制限を行うフィルタ類を配置せずに検波器６０の出力をベースバンドに取り込んでからフーリエ変換することや、信号を直接ダウンコンバーターで取り込むことでも可能だが、高速な検波器６０とベースバンドに取り込むアナログ/デジタル変換器（ＡＤＣ）７０の帯域幅もモニタすべき帯域に合わせて広帯域なデバイスを選択する必要がありモニタ装置としては高価になってしまう。そのため、本発明の実施例のように電圧可変フィルタ５０を用いることで安価なフィルタと検波器の構成で可能になる。

細かな周波数ステップで掃引するとある程度掃引時間が必要になるが、ＶＳＷＲ測定や干渉波の観測程度の用途であれば２００ＭＨｚ帯域を１ＭＨｚステップで１ステップ１００ｕｓで１０回掃引したとしても、平均で1秒以内に測定が終わるため、迅速な測定が可能となる。

このように、本発明の実施形態による電波環境測定装置１においては、アンテナ４０側から反射してきた信号を取り込む結合器３０と反射電力を検出する検波器６０の間に電圧で中心周波数が変更できる電圧可変フィルタ（ＶＣＦ）５０を追加している。この電圧可変フィルタ５０は３ｄＢ帯域幅が希望波信号帯域の１／１０程度である。この電圧可変フィルタ５０の制御電圧をコントロールして中心周波数を変更しながら検波器６０の検波電圧出力をモニタすることで、図４のような希望波の反射電力と希望波以外の干渉波の周波数成分が入力された場合には図５のようにその周波数成分と検波レベルを検波することができる。ＶＳＷＲの検出を行いたいときは希望波が存在する周波数帯域のみの制御電圧で掃引した結果を用いることで、希望波の直近に存在する干渉波の影響を排除することができる。また、この制御電圧の掃引を希望波が存在する周波数帯域以外の広い帯域に行うことで、アンテナ４０を介して入力される希望波以外（不要波）の周波数成分を観測することが可能になる。

次に本発明の実施形態による電波環境測定装置１の動作について説明する。

本発明の実施形態において、図４及び５中の「希望波」は希望波の反射電力、干渉波Ａ〜Ｄはアンテナ４０から飛び込んできた干渉波成分を意味する。基地局の送信信号は電力増幅器１０、アイソレータ２０及び結合器３０を通ってアンテナ４０から放射される。出力端９０からアンテナ４０の間でインピーダンスの不整合があるとアンテナ４０から放射されるべき電力の一部が反射して戻ってくる。それを図４及び５中では「希望波」と表現している。アンテナ４０から入力された信号は、結合器３０を介して抽出され電圧可変フィルタ５０を通って検波器６０にて検波される。電圧可変フィルタ５０は電圧制御型の可変フィルタであって、デジタル/アナログ変換器８０による制御電圧の制御で中心周波数を変更できる仕組みである。電圧可変フィルタ５０は、デジタル/アナログ変換器８０の分解能の範囲で任意の周波数に設定することが可能である。本実施例の場合は１０ＭＨｚ帯域幅の希望波を想定しており、希望波帯域のすぐ上側の干渉波を検出可能なように電圧可変フィルタ５０の３ｄＢ帯域幅は１ＭＨｚ程度の特性とする。

図４のような希望波の反射波と希望波以外の干渉波成分がアンテナ４０側から入力されているとき、電圧可変フィルタ５０をデジタル/アナログ変換器８０で掃引しながら検波器６０の出力電圧をモニタすると図５のような周波数成分と検波レベルが観測される。本実施例の場合は１ＭＨｚ間隔で電圧可変フィルタ５０の中心周波数を２０２０ＭＨｚ〜２１８０ＭＨｚまで掃引している。これにより希望波の反射電力はもとより希望波以外の周波数成分も検出することができる。図５において、希望波と干渉波Ｄの境界がわかりにくくなっているが、電圧可変フィルタ５０の３ｄＢ帯域幅をさらに狭くすることで境界を鮮明にすることが可能になる。しかし、ＶＳＷＲや希望波周辺の干渉波のモニタ程度であればそのようなＱ値の高いフィルタにする必要はない。ＶＳＷＲ値として算出する場合は、希望波の１０ＭＨｚ帯域幅の下側半分程度の検波結果を用いて１０ＭＨｚ帯域幅に換算すればよい。また、このモニタには１００ｕｓごとに１０回掃引を行って平均化したとしても２００ＭＨｚ帯域の掃引時間は２００ｍｓで、VSWRモニタには十分短い時間と言える。

さらに、本実施形態による電波環境測定装置１では、図５のように希望波以外の周波数成分も正確に観測できるため、高速で高価なサンプリングとフーリエ変換を用いた解析や、基地局を一度停波して測定器を接続することなく、装置の出力端９０へ入力される干渉波成分をモニタすることが可能となる。遠隔制御可能な装置であれば、基地局が設置されている現場に行くことなくリモートで上記干渉波成分を観測する環境を提供することが可能になる。

このように、高価なクリスタルフィルタ／ＳＡＷフィルタを用いた構成や高速サンプリングとフーリエ変換を用いた周波数解析を用いなくとも、安価な電圧可変フィルタと検波器を用いた構成で希望波近傍に干渉波のある環境でのＶＳＷＲ検出が可能になるとともに、本装置１を用いた基地局周辺の不要波成分をモニタする機能を実現することが可能になる。

以上説明したように、本発明においては、以下に記載するような効果を奏する。

第１の効果は、近傍に干渉波が存在する環境においても希望波の反射電力を用いたＶＳＷＲ測定が行えるようになることである。

第２の効果は、高価な装置を持ちなくとも希望波帯域以外の周波数成分を観測することが可能になるため、周辺環境調査やトラブルシューティングの際に必要になるデータが遠隔で取得する環境が安価に実現できることである。

なお、上述した実施形態による電波環境測定方法をコンピュータに実行させる制御プログラムも本発明の範疇に含まれる。

１ 電波環境測定装置
１０ 電力増幅器
２０ アイソレータ
３０ 結合器
４０ アンテナ
５０ 電圧可変フィルタ
６０ 検波器
７０ アナログ/デジタル変換器
８０ デジタル/アナログ変換器
９０ 出力端

Claims (6)

1. アンテナ側から反射される送信信号の反射波とアンテナから入力される干渉波を測定する電波環境測定装置において、
   制御電圧を制御する制御回路と、
   前記送信信号の反射波と前記干渉波の周波数成分を観測するために、前記制御回路で制御する制御電圧に基づいて、中心周波数を変更しながら任意の制御電圧で掃引される電圧可変フィルタと、
   前記電圧可変フィルタを介して抽出された前記送信信号の反射波と前記干渉波の周波数成分を検波し、出力電圧をモニタすることで、電圧定在波比の検出と不要波の周波数成分の観測を可能にする検波器と、を備え、
   前記電圧可変フィルタは、送信信号帯域に比べて狭い帯域幅のフィルタであることを特徴とする電波環境測定装置。
2. 前記電圧可変フィルタは、電圧定在波比や希望波周辺の干渉波のモニタが可能な程度の共振のピークの鋭さを有することを特徴とする請求項１に記載の電波環境測定装置。
3. 前記アンテナ側から反射される送信信号の反射波は、出力端からアンテナの間におけるインピーダンスの不整合のためにアンテナから放射されるべき電力の一部が反射された希望波であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電波環境測定装置。
4. 前記電波環境測定装置は、遠隔制御可能な装置であって、リモートで干渉波成分を観測する環境を提供することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電波環境測定装置。
5. アンテナ側から反射される送信信号の反射波とアンテナから入力される干渉波を測定する電波環境測定方法において、
   前記送信信号の反射波と前記干渉波の周波数成分を観測するために、制御電圧に基づいて、中心周波数を変更しながら任意の制御電圧で掃引し、
   送信信号帯域に比べて狭い帯域幅のフィルタを介して抽出された前記送信信号の反射波と前記干渉波の周波数成分を検波し、出力電圧をモニタすることで、電圧定在波比の検出と不要波の周波数成分の観測を可能にすることを特徴とする電波環境測定方法。
6. アンテナ側から反射される送信信号の反射波とアンテナから入力される干渉波を測定する電波環境測定方法用の制御プログラムにおいて、
   前記送信信号の反射波と前記干渉波の周波数成分を観測するために、制御電圧に基づいて、中心周波数を変更しながら任意の制御電圧で掃引する処理と、
   送信信号帯域に比べて狭い帯域幅のフィルタを介して抽出された前記送信信号の反射波と前記干渉波の周波数成分を検波し、出力電圧をモニタすることで、電圧定在波比の検出と不要波の周波数成分の観測を可能にする処理とをコンピュータに実行させる制御プログラム。

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