JP2005236554A - 無線中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストを低減する無線中継装置を提供する。
【解決手段】 移動体通信システムの無線基地局２からの下り帯域の電波を主として受信する下り受信アンテナ３ｄと、その受信信号のうち下り帯域を選択的に通過させる下り帯域フィルタ４ｄと、その通過信号を増幅する下り増幅器５ｄと、その増幅信号による電波を移動局６に送信する下り送信アンテナ７ｄと、移動局６からの上り帯域の電波を主として受信する上り受信アンテナ７ｕと、その受信信号のうち上り帯域を選択的に通過させる上り帯域フィルタ４ｕと、その通過信号を増幅する上り増幅器５ｕと、その増幅信号による電波を無線基地局２に送信する上り送信アンテナ３ｕとを備えた。アンテナ間のアイソレーション利用して相手回線の信号を減衰させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体通信システムの不感知エリアに配置される無線中継装置に係り、コストを低減する無線中継装置に関する。

携帯電話の普及により、ユーザが携帯電話を使用する場所も都市部にとどまらず、都市部以外に拡大している。この需要増加に応じてサービスエリアを拡大するために必然的に新しい地域に無線基地局が設置されてきた。その一方で、既にサービスエリア内と考えられているエリア内に、ビル内、地下鉄等の電波の届かない不感知エリア（不感知ゾーン）が多数存在する。

不感知エリアの幅は数十ｍ〜数百ｍであるため、これらの不感知エリアに新たな無線基地局を設置するのはコスト面から見ると非常に不利である。そこで、このようなエリアへのサービス確保のために、無線中継装置が考えられている。

図５に示されるように、背景技術の無線中継装置５１は、基地局向けアンテナ５２と、基地局向けアンテナ共用器５３と、下り増幅器５４と、移動局向けアンテナ５５と、移動局向けアンテナ共用器５６と、上り増幅器５７とを備える。各アンテナ共用器５３，５６には、上り信号と下り信号とを分離するための帯域フィルタが内蔵されている。帯域フィルタは共振器で構成されている。

例えば、建造物内が無線基地局からの不感知エリアになっているとすると、基地局向けアンテナ５２が建造物外に設置され、移動局向けアンテナ５５が建造物内に設置される。

無線基地局２からの下り回線信号は基地局向けアンテナ５２に受信され、その受信信号は基地局向けアンテナ共用器５３を経て下り増幅器５４で増幅され、移動局向けアンテナ共用器５６を経て移動局向けアンテナ５５から下り回線信号として送信される。移動局６は、この下り回線信号を受信する。

また、移動局６からの上り回線信号は移動局向けアンテナ５５に受信され、その受信信号は移動局向けアンテナ共用器５６を経て上り増幅器５７で増幅され、基地局向けアンテナ共用器５３を経て基地局向けアンテナ５２から上り回線信号として送信される。無線基地局２は、この上り回線信号を受信する。

このように、無線中継器５１を介在させることで、不感知エリアとなっている建造物内においても、移動局６と無線基地局２との間で回線確保ができる。

特開平１０−１３５９００号公報

ここで、図５の無線中継器が安定に動作する条件を考察する。

基本要素として、下り増幅器５４の利得をＡ（ｄＢ；以下、単位を略する）とし、上り増幅器５７の利得をＡとすると、この無線中継装置５１のループ利得は、２×Ａとなる。この無線中継装置５１において下り増幅器５４或いは上り増幅器５７が発振せずに増幅するには、相手側帯域の信号を２×Ａ以上減衰させる必要がある。つまり、図５の無線中継器５１が安定に動作する条件は、減衰量が２×Ａ以上ということになる。

図６に、上り回線信号についての利得配分の例を示す。この図では、基地局向けアンテナ共用器及び移動局向けアンテナ共用器に内蔵される帯域フィルタが示されている。即ち、基地局向けアンテナ共用器の下り回線側には、上り回線からの廻り込み信号をカットするための帯域フィルタ６１が設けられ、この帯域フィルタ６１は上り回線信号に対して−Ａの利得（Ａの減衰量）を有する。移動局向けアンテナ共用器の下り回線側にも同様の帯域フィルタ６２が設けられる。一方、各アンテナ共用器の上り回線側には、下り回線からの廻り込み信号をカットするための帯域フィルタ６３，６４がそれぞれ設けられ、これらの帯域フィルタ６３，６４は上り回線信号に対しては利得が０（ｄＢ）である。

下り回線信号については、前述とは逆に、帯域フィルタ６３，６４がそれぞれ−Ａの利得を有し、帯域フィルタ６１，６２は利得が０（ｄＢ）である。

このように、基地局向けアンテナ共用器並びに移動局向けアンテナ共用器における上り回線から下り回線或いは下り回線から上り回線への信号廻り込み量を０（ｄＢ）としたときには、各アンテナ共用器の帯域フィルタ６１，６２，６３，６４の遮断域での利得がそれぞれ−Ａ以下（減衰量がＡ以上）であることが要求される。言い換えると、各帯域フィルタには相手側帯域の信号を増幅器の増幅率を絶対値で上回る減衰量が要求される。

また、無線中継装置には、他の事業所（電話サービス会社）からの強い信号が入力されると、これらの信号による妨害で通話が遮断されてしまうので、他の事業所の周波数が存在する隣接周波数帯域についても遮断することが要求される。

しかしながら、減衰量を大きくするには共振器のサイズを大きくしなければならないため、上記の要求を満たす帯域フィルタを実現するためには、共振器のサイズが大きくなり、これに伴い無線中継装置全体のコストが高くなる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コストを低減する無線中継装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、移動体通信システムの無線基地局からの下り帯域の電波を主として受信する下り受信アンテナと、その受信信号のうち下り帯域を選択的に通過させる下り帯域フィルタと、その通過信号を増幅する下り増幅器と、その増幅信号による電波を移動局に送信する下り送信アンテナと、移動局からの上り帯域の電波を主として受信する上り受信アンテナと、その受信信号のうち上り帯域を選択的に通過させる上り帯域フィルタと、その通過信号を増幅する上り増幅器と、その増幅信号による電波を無線基地局に送信する上り送信アンテナとを備えたものである。

上記下り受信アンテナにおける上記上り送信アンテナからの電波についての減衰量と、上記下り帯域フィルタにおける上り帯域の受信信号についての減衰量と、上記下り増幅器における増幅量と、上記上り受信アンテナにおける上記下り送信アンテナからの電波についての減衰量と、上記上り帯域フィルタにおける上り帯域の受信信号についての減衰量と、上記上り増幅器における増幅量とが相殺されるか又は減衰量の総和が増幅量の総和よりも大きくてもよい。

上記下り受信アンテナと上記上り送信アンテナは、送受信する電波の電界方向が互いに直交してもよい。

上記上り受信アンテナと上記下り送信アンテナは、送受信する電波の電界方向が互いに直交してもよい。

上記下り増幅器と上記下り送信アンテナとの間、及び上記上り増幅器と上記上り送信アンテナとの間に、それぞれの増幅器からの信号が所定レベルを越えたときに作動してそれぞれの送信アンテナに供給される信号を所定レベル以下にさせる減衰器が設けられてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）コストを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示した本発明に係る無線中継装置１は、移動体通信システムの基地局２に割り当てられたチャンネル周波数の電波を中継増幅するために不感知エリアに設置される。

この無線中継装置１は、基地局２からの下り帯域の電波Ｅｄを主として受信する下り受信アンテナ３ｄと、その受信信号のうち下り帯域を選択的に通過させる下り帯域フィルタ４ｄと、その通過信号を増幅する下り増幅器５ｄと、その増幅信号による電波Ｅｄを移動局６に送信する下り送信アンテナ７ｄと、移動局６からの上り帯域の電波Ｅｕを主として受信する上り受信アンテナ７ｕと、その受信信号のうち上り帯域を選択的に通過させる上り帯域フィルタ４ｕと、その通過信号を増幅する上り増幅器５ｕと、その増幅信号による電波Ｅｕを基地局２に送信する上り送信アンテナ３ｕとを備えたものである。

一例として、上り帯域は１４２９〜１４３９ＭＨｚ、下り帯域は１４７７〜１４８７ＭＨｚとする。他事業所の上り帯域は１４３３〜１４５３ＭＨｚ、下り帯域は１４９１〜１５０１ＭＨｚとする。上り増幅器５ｕ及び下り増幅器５ｄの利得は、それぞれ６０ｄＢとする。不感知エリアの幅は数十ｍを想定している。

背景技術の無線中継装置（図５）と比較すると、基地局向けアンテナ５２に対応する基地局向けアンテナ３が下り受信アンテナ３ｄと上り送信アンテナ３ｕとに分けられ、移動局向けアンテナ５５に相当する移動局向けアンテナ７が下り送信アンテナ７ｄと上り受信アンテナ７ｕとに分けられ、基地局向けアンテナ共用器５３及び移動局向けアンテナ共用器５６は廃止されている。これにより、上り回線側と下り回線側とが互いに独立化されている。

下り受信アンテナ３ｄと上り送信アンテナ３ｕの間、及び下り送信アンテナ７ｄと上り受信アンテナ７ｕとの間では、アンテナ間の空間結合量が小さくなる構成がとられている。具体的には、基地局向けアンテナ３及び移動局向けアンテナ７は、それぞれ偏波ダイバーシティ構成がとられている。即ち、下り受信アンテナ３ｄと上り送信アンテナ３ｕは、送受信する電波の電界方向が互いに９０°で交差している。また、上り受信アンテナ７ｕと下り送信アンテナ７ｄは、送受信する電波の電界方向が互いに９０°で交差している。これにより、下り受信アンテナ３ｄと上り送信アンテナ３ｕの間、及び下り送信アンテナ７ｄと上り受信アンテナ７ｕとの間では、それぞれのアンテナが送受信する２偏波間のアイソレーションが２０ｄＢ以上となる。よって、下り受信アンテナ３ｄにおける上り送信アンテナ３ｕからの電波についての減衰量は２０ｄＢ以上、上り受信アンテナ７ｕにおける下り送信アンテナ７ｄからの電波についての減衰量は２０ｄＢ以上である。これにより、下り受信アンテナ３ｄは、基地局２からの下り帯域の電波Ｅｄを主として受信し、上り送信アンテナ３ｕからの電波Ｅｕは僅かにしか受信しない。また、上り受信アンテナ７ｕは移動局６からの上り帯域の電波Ｅｕを主として受信し、下り送信アンテナ７ｄからの電波は僅かにしか受信しない。

図２に、無線中継装置１の上り回線信号についての利得配分を示す。

図示のように、下り受信アンテナ３ｄにおける上り送信アンテナ３ｕからの電波についての減衰量は２０ｄＢ（利得は−２０ｄＢ）、下り帯域フィルタ４ｄにおける上り帯域の受信信号についての減衰量は８０ｄＢ（利得は−８０ｄＢ）、下り増幅器５ｄにおける増幅量は６０ｄＢ、上り受信アンテナ７ｕにおける下り送信アンテナ７ｄからの電波についての減衰量は２０ｄＢ（利得は−２０ｄＢ）、上り帯域フィルタ４ｕにおける上り帯域の受信信号についての減衰量は０ｄＢ、上り増幅器５ｕにおける増幅量は６０ｄＢとなっている。

下り増幅器５ｄ及び上り増幅器５ｕによるループ利得は１２０ｄＢである。従って、この無線中継装置１において下り増幅器５ｄ或いは上り増幅器５ｕが発振せずに増幅するには、上り回線信号を１２０ｄＢ以上減衰させる必要がある。つまり、増幅量と減衰量とが相殺されるか又は減衰量のほうが大きくなっていればよい。

本発明では、基地局向けアンテナ３及び移動局向けアンテナ７において相手回線への信号廻り込み量がそれぞれ−２０ｄＢとなっている。従って、残りの−８０ｄＢを下り帯域フィルタ４ｄに割り当てるとよいことになる。背景技術では、上り下りの増幅器の利得が２×Ａとしたとき、Ａの減衰量を有する帯域フィルタを片側回線に２個必要とする。よって、Ａ＝６０ならば減衰量の総量で１２０ｄＢ分の帯域フィルタが必要となる。本発明では、８０ｄＢ分の帯域フィルタが有ればよいので、４０ｄＢ分だけ共振器のサイズが小さくできる。その結果、無線中継装置１のコストを下げることができる。

下り回線信号の利得配分も、今説明した上り回線信号の利得配分と考え方は同じであるから、ここでも本発明により４０ｄＢ分だけ共振器のサイズが小さくできる。

この結果、共振器のサイズが小さくできたことにより、無線中継装置１のコストを下げることができる。

図３に、図１の無線中継装置１内の下り回線について、詳しい回路を示す。

下り回線は、入力端子ｉｎからの信号のうち下り帯域を選択的に通過させる下り帯域フィルタ４ｄと、その通過信号を増幅する下り増幅器５ｄと、その増幅信号を所望の比率で減衰させる可変アッテネータ３１と、送信アンテナを駆動するパワーアンプ３２と、そのパワーアンプ３２の出力レベルを取り出して可変アッテネータ３１を制御する電力分岐装置３３と、パワーアンプ３２の出力から高周波成分を除去して出力端子ｏｕｔへ出力するローパスフィルタ３４とを備える。入力端子ｉｎが下り受信アンテナに接続され、出力端子ｏｕｔが下り送信アンテナに接続されることは言うまでもない。

入力端子ｉｎからの受信信号は、下り帯域フィルタ４ｄにより、下り帯域以外の成分（上り帯域の成分、他の事業所からの成分など）が−８０ｄＢより小さく除去される。通過信号は、可変アッテネータ３１を通過し、パワーアンプ３２で増幅され、電力分岐装置３３を通過して出力端子ｏｕｔから下り送信アンテナに供給される。

電力分岐装置３３において、信号レベルが予め設定されたレベル以内であれば、可変アッテネータ３１での減衰は行われない。信号レベルが予め設定されたレベル以上であれば可変アッテネータ３１で減衰が行われ、信号レベルが予め設定されたレベルに調整される。従って、図２で定めた利得配分が乱されて増幅量が減衰量を越えてしまうことがない。

ローパスフィルタ３４では、下り増幅器５ｄやパワーアンプ３２で発生した高調波ノイズをカットしているのでスプリアス特性が改善されている。

上り回線についても図３と同様の構成であることは言うまでもない。

図４に、図１の無線中継装置１の下り帯域フィルタ４ｄの特性を示す。横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は利得（ｄＢ）である。主要なポイントｍ１〜ｍ５における各軸の数値が付記されている。無線中継装置１の下り帯域１４７７〜１４８７ＭＨｚではほぼ０ｄＢの通過特性が得られている。一方、無線中継装置１の上り帯域１４２９〜１４３９ＭＨｚでは利得が−８０ｄＢ以下の遮断特性が得られている。そして、通過帯域に隣接する他事業所の帯域でも利得が−１５以下となる減衰量が確保されている。

上り帯域フィルタ４ｕにおいても、上り帯域の通過特性と下り帯域の遮断特性及び他事業所の帯域の適宜な減衰特性が実現されていることは言うまでもない。

上記実施の形態では、下り受信アンテナ３ｄと上り送信アンテナ３ｕ、及び上り受信アンテナ７ｕと下り送信アンテナ７ｄは、それぞれ送受信する電波の電界方向が互いに９０°で交差するようにして偏波ダイバーシティ構成を実現したが、本発明はこれに限定されない。例えば、下り受信アンテナ３ｄが最大利得を有する方向と上り送信アンテナ３ｕが最大利得を有する方向とを同じ向きにし、両アンテナの設置間隔を使用波長以上に離すことにより、信号の回り込み量を２０ｄＢ以下に減衰させてアイソレーションを確保すればよい。

本発明の一実施形態を示す無線中継装置のブロック構成図である。 図１の無線中継装置の上り回線信号についての利得配分図である。 図１の無線中継装置内部の詳細ブロック構成図である。 図１の無線中継装置の下り帯域フィルタの周波数対利得特性図である。 背景技術の無線中継装置のブロック構成図である。 背景技術の無線中継装置の上り回線信号についての利得配分図である。

符号の説明

１ 無線中継装置
２ （無線）基地局
３ 基地局向けアンテナ
３ｄ 下り受信アンテナ
３ｕ 上り送信アンテナ
４ｄ 下り帯域フィルタ
４ｕ 上り帯域フィルタ
５ｄ 下り増幅器
５ｕ 上り増幅器
６ 移動局
７ 移動局向けアンテナ
７ｄ 下り送信アンテナ
７ｕ 上り受信アンテナ

Claims (5)

1. 移動体通信システムの無線基地局からの下り帯域の電波を主として受信する下り受信アンテナと、その受信信号のうち下り帯域を選択的に通過させる下り帯域フィルタと、その通過信号を増幅する下り増幅器と、その増幅信号による電波を移動局に送信する下り送信アンテナと、移動局からの上り帯域の電波を主として受信する上り受信アンテナと、その受信信号のうち上り帯域を選択的に通過させる上り帯域フィルタと、その通過信号を増幅する上り増幅器と、その増幅信号による電波を無線基地局に送信する上り送信アンテナとを備えたことを特徴とする無線中継装置。
2. 上記下り受信アンテナにおける上記上り送信アンテナからの電波についての減衰量と、上記下り帯域フィルタにおける上り帯域の受信信号についての減衰量と、上記下り増幅器における増幅量と、上記上り受信アンテナにおける上記下り送信アンテナからの電波についての減衰量と、上記上り帯域フィルタにおける上り帯域の受信信号についての減衰量と、上記上り増幅器における増幅量とが相殺されるか又は減衰量の総和が増幅量の総和よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
3. 上記下り受信アンテナと上記上り送信アンテナは、送受信する電波の電界方向が互いに直交することを特徴とする請求項１又は２記載の無線中継装置。
4. 上記上り受信アンテナと上記下り送信アンテナは、送受信する電波の電界方向が互いに直交することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の無線中継装置。
5. 上記下り増幅器と上記下り送信アンテナとの間、及び上記上り増幅器と上記上り送信アンテナとの間に、それぞれの増幅器からの信号が所定レベルを越えたときに作動してそれぞれの送信アンテナに供給される信号を所定レベル以下にさせる減衰器が設けられたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の無線中継装置。
   

Images