JP5474640B2 - 無線中継装置及び無線中継装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、基地局と携帯電話機等の移動局の間の無線信号を受信して増幅し、再送信する無線中継装置とその制御方法に係り、特に、通話を妨害することなくアンテナ間の回り込みによる発振を防ぐための利得調整動作を実行することが可能な無線中継装置とその制御方法に関するものである。

建物、地下街，トンネルなど、基地局からの電波が届きにくいエリア内に無線中継装置を設置し、基地局から送信される下り信号や移動局から送信される上り信号を受信し、増幅して移動局や基地局に再送信することにより、通信できなかったエリアにおいても基地局と移動局の間の通信を可能とすることが広く行われている。

無線中継装置は基地局用のアンテナと移動局用のアンテナを有しているが、両アンテナ間には結合が存在しアンテナ間で送信信号の回り込みが発生する。この結合が無線中継装置の利得よりも大きいと発振してしまい、正常な動作が不可能になる。
無線中継装置の環境は設置場所毎に異なっており、装置の利得は設置場所の特性に対応して決定する必要がある。また、設置後であっても、家具の移動あるいは自動車の通過等により設置場所の特性が変化してアンテナ間の結合が増加し、装置が発振してしまう場合がある。
上記問題を解決するため、下記の特許文献１又は２に示されるように、無線中継装置に電源がオンとなった時、あるいは無線中継装置が発振したことを検知した時、利得を自動的に調節する自動利得調節機能を持たせる技術が提案されている。
また、下記の特許文献３に示されるように、無線中継装置のエリア内に無線信号を送信している移動局が存在しない時、移動局からの信号を増幅して基地局に再送信するアップリンクの増幅回路をＯＦＦとし、不要な信号が放射されることを防止する技術が存在している。

特開平１１−２２５１０２号公報 特開２００９−５５１９１号公報 特開２００９−２８３９９６号公報

図４ないし図７は従来の無線中継装置の自動利得調節機能の一例を示す図である。図４に示される無線中継装置は、基地局用のアンテナ１１１と移動局用のアンテナ１１３を有している。基地局用のアンテナ１１１が受信した基地局からの送信信号は第１のデュプレクサ１１２によりダウンリンク用の低雑音増幅部１２０に入力され、中間周波増幅部１３０と送信増幅部１４０を介して所定量増幅された後、第２のデュプレクサ１１４を介してアンテナ１１３から移動局に送信される。移動局用のアンテナ１１３が受信した移動局からの送信信号は、第２のデュプレクサ１１４によりアップリンク用の低雑音増幅部１５０に入力され、中間周波増幅部１６０と送信増幅部１７０を介して所定量増幅された後、第１のデュプレクサ１１２を介してアンテナ１１１から基地局に送信される。

低雑音増幅部１２０は基地局用のアンテナ１１１が受信した信号を増幅するものであり、カップラ１２１、低雑音増幅器１２２、アッテネータ１２３、及びフィルタ１２４から構成されている。中間周波増幅部１３０は低雑音増幅部１２０の出力信号の周波数を中間周波数に変換して増幅した後、再度移動局用の高周波信号に変換するものであり、中間周波数変換器１３１、第１増幅器１３２、フィルタ１３３、第２増幅器１３４、及び出力周波数変換器１３５から構成されている。送信増幅部１４０は中間周波増幅部１３０の出力信号を増幅して移動局用のアンテナ１１３から送信するものであり、アッテネータ１４１、第１フィルタ１４２、第１増幅器１４３、第２フィルタ１４４、カップラ１４５、及び第２増幅器１４６から構成されている。

低雑音増幅部１５０は移動局用のアンテナ１１３が受信した信号を増幅するものであり、低雑音増幅器１５１、アッテネータ１５２、フィルタ１５３、及びカップラ１５４から構成されている。中間周波増幅部１６０は低雑音増幅部１５０の出力信号の周波数を中間周波数に変換して増幅した後、再度基地局用の高周波信号に変換するものであり、中間周波数変換器１６１、第１増幅器１６２、フィルタ１６３、第２増幅器１６４、及び出力周波数変換器１６５から構成されている。送信増幅部１７０は中間周波増幅部１６０の出力信号を増幅して基地局用のアンテナ１１１から送信するものであり、アッテネータ１７１、第１フィルタ１７２、第１増幅器１７３、第２フィルタ１７４、カップラ１７５、及び第２増幅器１７６から構成されている。

電源部１１５は交流入力１１６を直流出力１１７に変換して各部に供給する。制御部１８０は装置全体の制御を行うものであるが、図４には利得の制御に関連する信号が記載されており、他の要素は図示されていない。
信号１８１は基地局用のアンテナ１１１が受信した信号を低雑音増幅部１２０のカップラ１２１により分配したものである。制御部１８０は信号１８１の事業者識別コードを分析し、適合する事業者と違う場合は中継動作を中止する。

信号１８２は送信増幅部１４０のカップラ１４５により移動局用のアンテナ１１３に供給される出力信号を分配したものである。制御部１１８は信号１８２を分析することにより、ダウンリンクの信号強度とダウンリンク回路の発振の有無を判別する。
信号１８３は送信増幅部１４０のアッテネータ１４１を制御することによりダウンリンクの利得を制御する信号である。
信号１８４は送信増幅部１７０から基地局用のアンテナ１１１に供給される出力信号をカップラ１７５により分配したものである。制御部１８０は信号１８４を分析することにより、アップリンクの信号強度とアップリンク回路の発振の有無を判別する。
信号１８５は送信増幅部１７０のアッテネータ１７１を制御することによりアップリンクの利得を制御する信号である。

電源がオンとなった時、あるいは各リンクが発振状態となったことを検知した時、制御部１８０は各リンクが発振状態とならない最適な利得を決定してアッテネータ１４１と１７１の値を設定する。図５−１は基地局用のアンテナ１１１と移動局用のアンテナ１１３の間のアイソレーション（両アンテナ間の結合量）５０２とダウンリンク及びアップリンクの利得５０１の関係、及びアイソレーションチェックの概要を示す図である。同図の例では、各リンクを安定して動作させるために、各リンクに設定する利得はアイソレーションより１５dB小さい値としている。
「Ｇ１」は無線中継装置が安定して機能する最小の利得であり、両アンテナ間のアイソレーションの「Ａ１」に対応している。アイソレーションが「Ａ１」以下の時は、発振することがない安定した利得を設定することが不可能であり、装置をシャットダウンする等所定の動作が行われる。
「Ｇ２」は実現可能な最大利得より１５dB小さい値であり、アイソレーションの「Ａ２」に対応している。従って、アイソレーションが「Ａ２」以上の場合、利得は「Ｇ２」に設定される。

図５−２はアイソレーションチェックの動作フローの図である。
ステップ５０３：アイソレーションチェックを行うための初期設定を行う。
ステップ５０４：リンクの利得を最小利得(図５−１の「Ｇ１」)＋１５dBに設定する。アンテナ間のアイソレーションが「Ｇ１＋１５dB」より小さい場合は安定した動作を行うことが不可能であり、装置はシャットダウンされる。
ステップ５０５：装置が発振するか否かを検証する。発振した場合は設定されている値(例えば、図５−１の「Ｇ４」)がアンテナ間のアイソレーション(図５−１の「Ａ３」)となる。「Yes」の場合はアンテナ間のアイソレーションが決定されたことになるため、ステップ５０８に進む。
ステップ５０６：設定されている値が最大利得(図５−１の「Ｇ２」)＋１５dBが否かを判別する。「Yes」の場合は運用可能な最大利得に到達していることになるため、ステップ５０８に進む。
ステップ５０７：設定されている利得を所定量増加させてステップ５０５に戻り、一段大きな利得により検証を行う。
ステップ５０８：設定されている利得を１５dB下げる。ステップ５０５からの時は「Ｇ３」となり、ステップ５０６からの時は「Ｇ２」となる。
ステップ５０９：決定された利得により各リンクのＡＧＣを設定してアイソレーションチェックを終了する。

無線中継装置は安定した動作を可能とするため、出力信号のレベルを一定に保つ自動レベル制御(ＡＬＣ)機能を有している。無線中継装置が設置されている環境が変化しアンテナ間のアイソレーションが減少すると、装置が発振する等の異常が発生する場合がある。発振等の異常が発生すると出力が増加し、ＡＬＣの動作領域を外れる過出力の状態となり、装置はシャットダウンされる。しかし、環境の変化は短時間で復旧する場合がある。一時的な環境の悪化による異常であるにもかかわらず、装置の動作を完全に停止させることは利便性から望ましいことではない。
過出力によってシャットダウンが発生した時、アイソレーションチェックを所定の回数繰り返し実行し、環境が改善したか否か、即ちアイソレーションが改善したか否かを検査する機能を持たせることにより上記問題を解決することが可能である。
上記機能は、アイソレーションチェックを繰り返し実行する間にアイソレーションが改善したことを検知したときは、適正な利得を再設定して装置の機能を復旧させ、アイソレーションチェックを所定の回数実行した後もアイソレーションの改善を検知しなかったときは、シャットダウンし装置の動作を完全に停止させるものである。

図６は出力がＡＬＣ動作領域を外れ時に、上記機能に基づいて実行されるアイソレーションチェックの１つの形態の概要を示す図である。
時点５１１で出力信号のレベルがＡＬＣ動作領域５１０を超え、その状態が期間Ｔ_C継続した時点５１２で無線中継装置はシャットダウンされる。期間Ｔ_D経過した時点５１３でアイソレーションチェックを行い、利得を再設定する。時点５１４で再設定された利得により正常に動作するか否かを検証する。正常に動作しない時は、時点５１５において２回目のシャットダウンを行い、再度アイソレーションチェックを実行する。２回目のアイソレーションチェックによっても再起動に失敗した場合は、時点５１６において３回目のシャットダウンを行い、装置を完全に停止させる(５１７)。

上記従来の構成は、無線中継装置の電源がオンとなった時と発振等の異常動作を検知した時にアイソレーションチェックを行うものである。発振等の異常動作が通話中に発生すると実行中の通話は切断されることになる。従って、異常動作の発生を予測し予め防止することが望ましい。この問題の対策として所定の時間間隔、例えば１時間毎あるいは２４時間毎にアイソレーションチェックを行い、装置が設置されている環境の変化に即して各リンクの利得を予め適合させておく技術が存在する。図７はその制御フローを示す図である。

ステップ６１１：装置の電源が投入されると制御部１８０は装置の各設定を初期化する。
ステップ６１２：制御部１８０は内蔵するタイマーに所定の時間データ、例えば「１時間」を設定する。
ステップ６１３：設定された時間が経過したか否かを判定し、経過した場合はステップ６１４に進む。
ステップ６１４：アイソレーションチェックを行い利得の再設定を行った後ステップ６１２に戻り、次のアイソレーションチェックを実行する時間データを設定する。

上記構成により、無線中継装置が設置されている環境の変化に迅速に対応して利得を更新することが可能となり、装置が発振等の異常動作を起こす率を減少させることが可能となる。しかし、タイマーによりアイソレーションチェックを開始する構成では、開始時期はタイマーによって予め決定されているため、移動局が通話中にアイソレーションチェックが開始される場合がある。アイソレーションチェックの実行中は無線中継機能を停止するため、通話が中断されることになる。
本発明は定期的にアイソレーションチェックを実行する無線中継装置において、装置が休止状態(Sleeping Mode)であることを確認してアイソレーションチェックを開始することにより、移動局が通話中にアイソレーションチェックが開始されことを防止するものである。

所定の時間間隔でアイソレーションチェックを行い、装置が設置されている環境の変化を検査し各リンクの利得を環境に対応させておき、通話中に発振等の異常動作が発生する可能性を低減する機能を有する無線中継装置において、通話中にアイソレーションチェックを行うように設定されている時刻になった場合であっても、アイソレーションチェックが実行され通話が中断されることがない無線中継装置が可能となる。

本発明係る無線中継装置の１実施態様の図 本発明係る無線中継装置の休止状態を示す図 図１に示される実施態様の動作フローを示す図 図３−１に示される動作フローによるシーケンスの図 従来構成の無線中継装置の例を示す図 アイソレーションチェックの動作を示す図 アイソレーションチェックのフローを示す図 異常動作時のアイソレーションチェックを示す図 従来構成の無線中継装置の動作フローを示す図

図１は本発明に係る無線中継装置の１実施例の図であり、図４に示される無線中継装置と同一の構成は同一の番号が付与されている。また、低雑音増幅部１２０ないし送信増幅部１７０内の構成要素の番号は省略されている。
同図に示される無線中継装置はエリア内に通信中の移動局が存在しない時、アップリンクの増幅動作を停止することにより熱雑音の上昇を防止し、基地局用のアンテナ１１１からの不要な電波が送出されないようにする休止状態制御機能を有している。
制御部１９０は図４に示される従来の無線中継装置の制御部１８０に対応するものであり、以下に説明する休止状態か非休止状態によりアイソレーションチェックの開始時期を決定するする機能を有している。

休止状態制御部１９１は信号ライン１９２を介してアップリンクの低雑音増幅部１５０のカップラ１５４を介して取得したアンテナ１１３の受信信号を解析し、エリア内に活動中の移動局が存在するか否かを判定する。判定の方法は、例えば、所定の受信信号強度を閾値とし、アンテナ１１３の受信信号の強度が前記の閾値以下の時はエリア内に通信中の移動局は存在しないと判定する。当該判定に基づいて、休止状態制御部１９１は信号ライン１９４を介してアップリンクの送信増幅部１７０の増幅回路をＯＦＦにする。増幅回路がＯＦＦ中に信号ライン１９２の信号レベルが上記閾値を超えた時は即時に増幅回路をＯＮとし移動局から基地局への通信を可能とする。
休止状態制御部１９１は信号ライン１９３を介して休止状態(増幅回路はＯＦＦ)か非休止状態(増幅回路はＯＮ)かを示す情報を制御部１９０に伝達する。制御部１９０は当該情報に基づいてアイソレーションチェックを開始するか否かを判断する。

図２は休止状態制御部１９１の動作シーケンスの概要を示す図である。時刻「Ｔ１」までの時間２２１では、移動局は基地局に向けて通信を行っており、休止状態制御部１９１は非休止状態示す情報を制御部１９０に伝達している。時刻「Ｔ１」で移動局がエリア外に移動した、電源断となった、あるいは待ち受け状態となった等の理由により、移動局からの通信を受信しなくなり、休止状態制御部１９１は装置を休止状態にする準備期間に移行する。同図の例では、準備期間２２２はＴ_Aであり、移動局からの通信が無いことを確認する。この期間は休止状態と非休止状態が短時間で切り替わることを防止するために設けられており、任意の時間に設定可能である。休止状態制御部１９１が準備期間２２２中に移動局からの通信を受信すると準備期間用のタイマーをリセットし、信号ライン１９２の監視を続ける。
準備期間２２２が終了する時刻「Ｔ２」で、休止状態制御部１９１は信号ライン１９４を介して送信増幅部１７０の増幅回路をＯＦＦにする信号を送信する。また、信号ライン１９３を介して休止状態(増幅回路はＯＦＦ)を示す情報を制御部１９０に伝達する。次に移動局からの信号を受信する時刻「Ｔ３」まで、休止期間２２３が継続される。

時刻「Ｔ３」で移動局からの信号を受信すると、休止状態制御部１９１は信号ライン１９４を介して送信増幅部１７０の増幅回路をＯＮにする信号を送ると共に、信号ライン１９３を介して非休止状態(増幅回路はＯＮ)を示す情報を制御部１９０に伝達する。送信増幅部１７０の増幅回路は所定の遅れ時間２２４(図２では、Ｔ_B)の後の時刻「Ｔ４」に動作を開始し、基地局に対する送信動作を再開する(２２５)。

図３−１は本実施例に係る制御部１９０が、休止状態制御部１９１から伝達された休止状態／非休止状態を示す情報に基づいてアイソレーションチェックの開始を制御するフローを示す図である。
ステップ２３１：装置の電源が投入されると制御部１９０は装置の各設定を初期化すると共に、電源ＯＮ時のアイソレーションチェックを行い各リンクの利得を設定する。
ステップ２３２：制御部１９０は内蔵するタイマーに所定の時間データ、例えば「１時間」を設定する。
ステップ２３３：設定された時間が経過したか否かを判定し、経過した場合はステップ２３４に進む。
ステップ２３４：制御部１９０は休止状態制御部１９１から伝達された情報が休止状態か否を検証する。上記情報が非休止状態の時は休止状態となるまで待つ。上記情報が休止状態の時、或いは非休止状態から休止状態に変化した時、ステップ２３５に進む。
ステップ２３５：アイソレーションチェックを行い利得の再設定を行った後ステップ２３２に戻り、次のアイソレーションチェックを実行する時間データを設定する。

図３−２は図３−１に示されるフローより実行されるアイソレーションチェックのタイミングの例を示す図である。２４１はアイソレーションチェックの実行時点を示し、２４２は非休止(増幅回路ＯＮ)／休止(増幅回路ＯＦＦ)の状態を示す。同図では、時刻２４３で休止状態から非休止状態に変わり、時刻２４４で非休止状態から休止状態に変わっている。アイソレーションチェックを実行する間隔、即ち図３−１のステップ２３２で設定されるタイマーの値は１時間となっている。
時刻「Ｔ１」で装置の電源がＯＮとなり、制御部１９０は電源ＯＮ時のアイソレーションチェックを行い、タイマーを設定する。
タイマーに設定された１時間が経過した時刻「Ｔ２」で制御部１９０は休止状態か否か検証する。時刻「Ｔ２」の状態は休止状態であるため、直ちにイソレーションチェックを行う。
次のアイソレーションチェックの予定時刻である時刻「Ｔ３」では、装置は非休止状態であるため休止状態となるまでアイソレーションチェックの実行を待つ。
時刻２４４で装置の状態が非休止状態から休止状態に変わり、時刻「Ｔ３'」で装置の状態が休止状態となったことを検知した制御部１９０はアイソレーションチェックを行い、次のアイソレーションチェックの予定時刻を示すタイマーを設定する。
以後、タイマーの設定時間である１時間毎にアイソレーションチェックが行われる。

上記動作により、非休止状態中の時刻「Ｔ３」に予定されていたアイソレーションチェックの開始は、非休止状態が休止状態に変化するまで待たされ、休止状態となった時刻「Ｔ３'」に実行される。この結果、時刻２４３から時刻２４４の間に行われていた移動局と基地局の間の通信は、アイソレーションチェックが開始されることにより中断されることはない。また、装置が非休止状態から休止状態に変わった時刻「Ｔ３'」で、中断されていたアイソレーションチェックが遅滞なく実行される。従って、各リンクの利得を環境に即した最善の状態に保つことも可能である。
図１ないし図３−２に示される実施の態様では、タイマーに所定の時間、例えば１時間を設定し、制定した時間が経過した時にアイソレーションチェックを行うか否を判定する構成である。しかし、タイマーにアイソレーションチェックを実行する時刻を設定し、設定された時刻になった時にアイソレーションチェックを行うか否を判定する構成とすることも可能である。当該構成により、毎正時にアイソレーションチェックを行う、或いは午前０時にアイソレーションチェックを行う等を選択することが可能となる。
また、図３−１のステップ２３３で示されるタイマーの計測期間中に、制御部１９０がリンクの発振を検知した場合は直ちにアイソレーションチェックを実行し、利得の再設定を行う。

図３−１及び図３−２に示される構成は、タイマーの状態と休止状態／非休止状態を示す情報に基づいてアイソレーションチェックを実行する時点を決定するものである。しかし、制御部１９０が休止状態制御部１９１から送信される休止状態／非休止状態を示す情報を常時監視し、当該情報が非休止状態から休止状態に変化したとき直ちに、あるいは、休止状態が所定時間継続したときにアイソレーションチェックを実行する構成とすることも可能である。当該構成ではタイマーを常時制御することが不要となり、装置の構成と制御を簡素化することが可能となる。
また、非休止状態から休止状態に変化したときにアイソレーションチェックを実行する構成と、タイマーによりアイソレーションチェックを実行する時点を制御する構成を組み合わせることも可能である。当該構成では、タイマーの計測期間中であっても、装置の状態が非休止状態から休止状態に変化したときにアイソレーションチェックが実行されることになり、環境の変化に迅速に対応することが可能となる。

本発明は、所定の時間間隔でアイソレーションチェックを行うことより、各リンクの利得を装置が設置されている環境の変化に対応可能とすると共に、通話中にアイソレーションチェックが開始され通話が妨害されることがない無線中継装置を提供するものである。詳しくは、無線中継装置のエリア内に信号を送信している移動局が存在しない時、アップリンクの増幅回路をＯＦＦとし、不要な信号が放射されることを防止する機能を有する無線中継装置において、増幅回路がＯＦＦの期間、即ち休止期間中にアイソレーションチェックを行うことより通話が妨害されることがない無線中継装置を提供するものである。
実施例では、休止状態制御部１９１を制御部１９０と独立した構成となっているが、休止状態制御部１９１の機能を制御部１９０に持たせる構成も可能である。また、ダウンリンク及びアップリンクの構成は実施例の構成に限定されるものではなく、本件発明は各リンクの状態に基づいて利得を変更する構成に一般に適用可能である。

Claims (5)

1. 基地局用のアンテナで受信した電波を中継増幅して移動局用のアンテナに給電するダウンリンクの増幅部と前記移動局用のアンテナで受信した電波を中継増幅して前記基地局用のアンテナに給電するアップリンクの増幅部とからなる無線中継装置であって、
   前記移動局用のアンテナで受信した電波の強度が所定値未満のとき前記アップリンクの増幅部をＯＦＦ状態とし、前記電波の強度が所定値以上のとき前記アップリンクの増幅部をＯＮ状態とする休止状態制御部と、
   前記ダウンリンクの増幅部と前記アップリンクの増幅部の利得を前記基地局用のアンテナと前記移動局用のアンテナの間の廻り込により発振が起きない値に設定するアイソレーションチェックを行う制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記アップリンクの増幅部がＯＦＦ状態であることを条件に前記アイソレーションチェックを行うことを特徴とする無線中継装置。
2. 請求項１記載の無線中継装置であって、
   さらに所定時間を計測するタイマー手段を有し、
   前記制御部は前記タイマー手段が前記所定時間を計測したことと前記アップリンクの増幅部がＯＦＦ状態であることを条件に前記アイソレーションチェックを行うことを特徴とする無線中継装置。
3. 請求項２記載の無線中継装置であって、
   前記タイマー手段が前記所定時間を計測したとき前記アップリンクの増幅部がＯＮ状態の場合は前記アップリンクの増幅部がＯＦＦ状態となるのを待って前記アイソレーションチェックを行うことを特徴とする無線中継装置。
4. 請求項１ないし請求項３記載の無線中継装置であって、
   前記制御部は発振検知手段を有し、前記発振検知手段がアップリンクまたはダウンリンクの発振を検知した時は直ちにアイソレーションチェックを行うことを特徴とする無線中継装置。
5. 基地局用のアンテナで受信した電波を中継増幅して移動局用のアンテナに給電するダウンリンクの増幅部と前記移動局用のアンテナで受信した電波を中継増幅して前記基地局用のアンテナに給電するアップリンクの増幅部とからなる無線中継装置の制御方法であって、
   前記移動局用のアンテナで受信した電波の強度が所定値未満のとき前記アップリンクの増幅部をＯＦＦ状態とし、前記電波の強度が所定値以上のとき前記アップリンクの増幅部をＯＮ状態とする休止状態制御ステップと、
   前記ダウンリンクの増幅部と前記アップリンクの増幅部の利得を前記基地局用のアンテナと前記移動局用のアンテナの間の廻り込により発振が起きない値に設定するアイソレーションチェックステップと、
   前記アップリンクの増幅部がＯＦＦ状態であることを条件に前記アイソレーションチェックステップを実行することを特徴とする無線中継装置の制御方法。

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