(57)【要約】【課題】受信専用アンテナの故障検出を行う無線送受信装置を提供する。【解決手段】送信期間と受信期間が交互に切り替えられる通信方式により通信を行う無線送受信装置は、送信期間に無線信号を送信し、受信期間に無線信号を受信する送受信共用アンテナと、送信期間に送受信共用アンテナから送信される無線信号を受信し、受信期間に無線信号を受信する受信専用アンテナと、送受信共用アンテナから送信される無線信号の送信電力と反射電力との比に基づいて、送受信共用アンテナの故障を判定する第一の判定部と、送信期間に受信専用アンテナで受信される無線信号の受信電力及び第一の判定部での判定結果に基づいて、受信専用アンテナの故障を判定する第二の判定部とを備える。【選択図】図２
2010206357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信期間と受信期間が交互に切り替えられる通信方式により通信を行う無線送受信装置において、
送信期間に無線信号を送信し、受信期間に無線信号を受信する第一のアンテナと、
送信期間に前記第一のアンテナから送信される無線信号を受信し、受信期間に無線信号を受信する第二のアンテナと、
前記第一のアンテナから送信される無線信号の送信電力と反射電力との比に基づいて、前記第一のアンテナの故障を判定する第一の判定部と、
送信期間に前記第二のアンテナで受信される無線信号の受信電力及び前記第一の判定部での判定結果に基づいて、前記第二のアンテナの故障を判定する第二の判定部とを備えることを特徴とする無線送受信装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第二の判定部は、前記受信電力が所定閾値以下であり、且つ前記第一のアンテナが正常であると前記第一の判定部が判定した場合にのみ、前記第二のアンテナが故障していると判定することを特徴とする無線送受信装置。
【請求項３】
送信期間と受信期間が交互に切り替えられ、送信期間に第一のアンテナ又は第二のアンテナのいずれか一方から無線信号を送信し、受信期間に前記第一のアンテナ及び前記第二のアンテナの両方により無線信号を受信する無線送受信装置において、
送信期間に無線信号を送信するアンテナを前記第一のアンテナ又は前記第二のアンテナのいずれかに切り替えるスイッチと、
前記送信される無線信号の送信電力と反射電力との比に基づいて、送信期間に無線信号を送信するアンテナの故障を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、前記スイッチの切り替え制御を行う制御部とを備えることを特徴とする無線送受信装置。
【請求項４】
送信期間と受信期間が交互に切り替えられ、送信期間に第一のアンテナ又は第二のアンテナのいずれか一方から無線信号を送信し、受信期間に前記第一のアンテナ及び前記第二のアンテナの両方により無線信号を受信する無線送受信装置において、
送信期間に無線信号を送信するアンテナを前記第一のアンテナ又は前記第二のアンテナのいずれかに切り替えるスイッチと、
前記スイッチにより選択された送信期間に無線信号を送信するアンテナから送信される無線信号の送信電力と反射電力との比に基づいて、送信期間に無線信号を送信するアンテナの故障を判定する判定部とを備えることを特徴とする無線送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、TDD(Time Division Duplex)（時分割複信）方式移動無線システムにおける無線送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信技術の１つとして、WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）と呼ばれる技術が注目されている。WiMAXは、 電話回線や光ファイバ回線などの代わりに、通信事業者とユーザ宅との間を無線により接続可能として、都市部や特定地域のＬＡＮ（Local Area Network）などを相互に接続する広域ネットワークであるMAN（Metropolitan Area Network）を無線化し、Wireless MANを構築する手法として開発された技術で、１台の無線基地局装置で、最大７０メガビット／秒程度の伝送速度で半径約５０ｋｍ程度のエリアをカバーすることができるとされている。
【０００３】
現在、IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)において、固定端末向けWiMAXの通信規格IEEE Std 802.16-2004（非特許文献１）と、モバイル端末向けWiMAXの通信規格IEEE Std 802.16e-2005（非特許文献２）が標準化されている。
【０００４】
いずれの通信規格もTDD(Time Division Duplex)（時分割複信）方式を標準としており、利用周波数帯は、IEEE Std 802.16-2004が11GHz以下、IEEE Std 802.16e-2005が6GHz以下と定められており、実際には、2.3GHz、2.5GHz、3.5GHz帯など、現状の携帯電話通信に用いられる周波数帯（例えば800MHz、2GHz帯など）より高い周波数帯が割り当てられている。
【０００５】
高周波数帯の利用に伴う受信利得の低下を防ぐための一つとして、WiMAX用の無線基地局装置は、複数のアンテナを備え、上り回線(Up Link)について受信ダイバーシティにより、受信利得の確保を図っている。具体的には、無線基地局装置は、少なくとも一つの送受信共用アンテナに加えて、少なくとも一つの受信専用アンテナを有し、送受信共用アンテナでの受信信号と受信専用アンテナでの受信信号とを合成する受信ダイバーシティにより、受信利得の向上を図っている。
【０００６】
図１は、従来の無線基地局装置の構成例を示す図である。図１の無線基地局装置は、送受信共用アンテナ１及び受信専用アンテナ２を備える。ベースバンド処理部１０で生成された送信信号は、送信部１１により変調され、サーキュレータ１３、カップラ（方向性結合器）１４、さらにバンドパスフィルタ（BPF）１５を介して、送受信共用アンテナ１から無線信号として送信される。サーキュレータ１３は、送信部１１からの信号をアンテナ１方向に出力し、アンテナ１からの信号を受信部１２に出力する。カップラ１４は、送信部１１からの信号の一部を、後述のVSWR検出部１６に出力するとともに、アンテナ１からの信号の一部をVSWR検出部１６に出力する。
【０００７】
一方、移動端末からの無線信号は、アンテナ１及び２の両方で受信され、それぞれBPF１５及び２５を介して（アンテナ１で受信された無線信号については、さらに、カップラ１４、サーキュレータ１３を介して）受信部１２及び２２で復調された後、ベースバンド処理部１０に入力され、合成処理される。
【０００８】
送受信共用アンテナ１の系統は、送受信共用アンテナ１の故障を検出するためのVSWR検出部１６を備えている。VSWR検出部１６は、送信期間において、送信部１１からの送信信号の送信電力と、アンテナ１で反射する送信信号の反射電力との比に基づいてVSWR（電圧定在波比：Voltage Standing Wave Ratio）を測定し、アンテナ１の故障の有無を検出する。
【０００９】
進行方向に伝送される高周波信号（進行波）の伝送線路にインピーダンスの不整合があると、その不整合部分で信号の反射が発生し、伝送線路を逆向きに進行する信号成分（反射波）が発生する。VSWRはその高周波信号の反射の度合いを表し、以下の式で定義される。
【００１０】
【数１】
2010206357.tif 000003
【００１１】
ここで、V1は進行波の電圧、V2は反射波の電圧、Z0は伝送線路の特性インピーダンス、Zは負荷インピーダンス、ρは電圧反射係数である。電圧値は、測定された電力より求められる。なお、送信電力と反射電力の比に関する値として、VSWRに代わって、リターンロス(Return Loss)又は反射係数が用いられてもよい。本明細書では、代表的にVSWRを用いて説明する。リターンロス及び反射係数とVSWRとには、次式の関係がある。
【００１２】
Return Loss＝20log10(VSWR+1/VSWR-1)
反射係数｜Γ｜＝（VSWR−1）／（VSWR＋1）
アンテナ（アンテナに接続するケーブルを含む）に故障が生じると、送信信号の電力がアンテナから空中に放射されず、反射成分が増大し、VSWRが劣化する。このことから、アンテナの故障検出にVSWRが用いられている。具体的には、ベースバンド処理部１０の故障検出機能は、測定されたVSWRが所定の閾値を超えている場合に、アンテナの故障と判定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】IEEE Std 802.16-2004(Released 01 Oct. 2004)
【非特許文献２】IEEE Std 802.16e-2005(Released 28 Feb 2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、VSWRは送信信号を利用して測定されるため、受信専用アンテナ２には適用できず、従来の無線基地局装置では、受信専用アンテナ２の故障検出は行われていない。
【００１５】
そこで、本開示の目的は、受信専用アンテナの故障検出を行う無線送受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する無線送受信装置は、送信期間と受信期間が交互に切り替えられる通信方式により通信を行う無線送受信装置において、送信期間に無線信号を送信し、受信期間に無線信号を受信する第一のアンテナと、送信期間に第一のアンテナから送信される無線信号を受信し、受信期間に無線信号を受信する第二のアンテナと、第一のアンテナから送信される無線信号の送信電力と反射電力との比に基づいて、第一のアンテナの故障を判定する第一の判定部と、送信期間に第二のアンテナで受信される無線信号の受信電力及び第一の判定部での判定結果に基づいて、第二のアンテナの故障を判定する第二の判定部とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
無線送受信装置は、受信専用アンテナにおける送信期間に送受信共用アンテナから送信される無線信号の受信電力を利用して、受信専用アンテナの故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の無線基地局装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施の形態における無線基地局装置の第一の構成例を示す図である。
【図３】アンテナ１とアンテナ２の動作タイミングを示す図である。
【図４】比較部５０の構成例を示す図である。
【図５】アンテナ１とアンテナ２の故障判定真理値表である。
【図６】本実施の形態における無線基地局装置の第二の構成例を示す図である。
【図７】本実施の形態における無線基地局装置の第三の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、本実施の形態における無線基地局装置の第一の構成例を示す図である。本実施の形態の無線送受信装置の一例である無線基地局装置は、送信と受信に同一の周波数を用い、送信期間と受信期間が交互に交代するTDD方式で通信を行う。無線基地局装置は、１本の送受信共用アンテナ１と１本の受信専用アンテナ２を備える。
【００２０】
送信期間において、ベースバンド処理部１０で生成された送信信号は、送信部１１により変調され、サーキュレータ１３、カップラ（方向性結合器）１４、さらにバンドパスフィルタ（BPF）１５を介して、送受信共用アンテナ１から無線信号として送信される。サーキュレータ１３は、送信部１１からの信号をアンテナ１方向に出力し、アンテナ１からの信号を受信部１２に出力する。カップラ１４は、送信部１１からの送信信号の一部(Forward)を電力測定部１７に出力し、アンテナ１での送信信号の反射信号の一部（Reverse）を電力測定部１８に出力する。電力測定部１７及び電力測定部１８は、それぞれ送信期間における送信信号の送信電力とその反射電力を測定し、測定値をデジタル信号に変換し、ベースバンド処理部１０の比較部５０に出力する。
【００２１】
アンテナ１から放射される無線信号（送信信号）は、送信期間において、アンテナ２により受信される。本実施の形態の無線基地局装置では、送信期間において、電力測定部２７が、アンテナ２によって受信されるアンテナ１から放射される無線信号（以下、「回り込み信号」と称する場合がある）の受信電力（以下、「回り込み電力」と称する場合がある）を測定する。アンテナ２で受信される回り込み信号は、ＢＰＦ２５を介してカップラ２４に入力され、カップラ２４は、受信信号の一部を電力測定部２７に出力する。電力測定部２７は、送信期間におけるアンテナ２での受信電力を測定し、測定値をデジタル信号に変換し、ベースバンド処理部１０の比較部５０に出力する。
【００２２】
本実施の形態の無線基地局装置は、後述するように、送信期間における電力測定部１７、１８及び２７により測定される電力値に基づいて、送受信共用アンテナ１と共に、受信専用アンテナ２の故障検出を行う。
【００２３】
なお、送信期間においては、受信部１２及び２２は動作していないので、受信部１２及び２２は、それぞれカップラ１４及び３６からの受信信号に対する復調処理を行わない。
【００２４】
一方、受信期間において、移動無線端末（図示せず）からの無線信号が、アンテナ１及び２で受信される。アンテナ１での受信信号は、BPF１５、カップラ１４、サーキュレータ１３を介して受信部１２に入力され、受信部１２により復調される。アンテナ２での受信信号は、BPF２５及びカップラ２４を介して受信部２２に入力され、受信部２２により復調される。受信部１２及び２２で復調された受信信号は、ベースバンド処理部１０に入力され、合成処理される。受信期間においても、カップラ１４及び２４は、受信信号の一部をそれぞれ電力測定部１８及び２７に出力するが、本実施の形態例では、受信期間での信号は後述のアンテナ故障検出処理には用いられない。
【００２５】
図３は、アンテナ１とアンテナ２の動作タイミングを示す図である。無線基地局装置の送信期間において、アンテナ１は所定の送信電力で無線信号を放射し、送信電力と反射電力が測定される。アンテナ２は、送信期間において、アンテナ１から放射された無線信号の回り込み信号を受信し、その回り込み電力が測定される。受信期間においては、アンテナ１及び２ともに、移動無線端末からのアップリンク信号を受信する。TDD方式では、送信期間と受信期間が交互に切り替わり、送信期間では、移動無線端末からのアップリンク信号を受信しない。本実施の形態例は、アップリンク信号を受信しない送信期間を利用して、アンテナ１から放射される無線信号の回り込み信号をアンテナ２で受信し、その回り込み電力に基づいて、受信専用アンテナであるアンテナ２の故障を検出する。
【００２６】
図４は、比較部５０の構成例を示す図である。VSWR検出部５１は、電力測定部１７で求められる送信電力値と電力測定部１８で求められる反射電力値に基づいてVSWRを演算する。VSWR閾値比較部５２は、VSWR閾値保持部５３に設定されているVSWR閾値と、VSWR検出部５１により求められたVSWRとを比較し、求められたVSWRがVSWR閾値を超えているかどうか判定する。超えている場合は、VSWR閾値比較部５２は、アンテナ１の故障と判定し、異常通知（Ｈレベル信号）を出力し、閾値以下の場合は、正常通知（Ｌレベル信号）を出力する。VSWR閾値は、例えば、アンテナ１の正常状態におけるVSWR又はその近傍の値である。アンテナ１が故障し、正常状態における送信電力で無線信号が放射されない場合、アンテナ１の正常状態と比較してアンテナ１での送信信号の反射が増大するのでVSWRが増大する。よって、求められたVSWRがVSWR閾値を超えることで、アンテナ１の故障検出が可能となる。
【００２７】
また、回り込み閾値比較部５４は、回り込み電力閾値保持部５５に設定されている回り込み電力閾値と、電力測定部３７からの回り込み信号の電力値とを比較し、回り込み電力閾値を超えているかどうか判定する。回り込み電力閾値は、アンテナ１からの送信電力と、アンテナ１とアンテナ２との距離に応じた電力減衰量によりあらかじめ設定される。例えば、アンテナ１からの送信電力が40dBm、アンテナ１とアンテナ２間の距離が0.3mであって、その減衰量が30dBmである場合、アンテナ２での回り込み信号の受信電力は10dBmとなる。この場合、回り込み電力閾値は受信電力10dBm近傍又はそれより低い値とする。
【００２８】
回り込み閾値比較部５４は、アンテナ２の受信電力が回り込み電力閾値以下であると、異常通知（Ｈレベル信号）を出力し、回り込み電力閾値を超えている場合は、正常通知（Ｌレベル信号）を出力する。
【００２９】
回り込み閾値比較部５４からの出力信号は、受信専用アンテナ故障判定部５６に入力される。受信専用アンテナ故障判定部５６は、回り込み閾値比較部５４からの出力信号（Ｈ／Ｌ）とVSWR閾値比較部５２からの出力信号（Ｈ／Ｌ）に基づいて、受信専用アンテナ２の故障の有無を判定する。アンテナ２での受信電力が回り込み電力閾値以下となる場合は、アンテナ２（及びそれに接続するケーブルを含む）自体が故障している場合に加えて、アンテナ１の故障によりアンテナ１から規定送信電力で無線信号が放射されない場合が想定される。すなわち、アンテナ２が正常であっても、アンテナ１からの送信電力自体が低く、アンテナ２での受信電力が回り込み電力閾値以下となる場合である。従って、受信専用アンテナ故障判定回路５６は、VSWR閾値比較部５２が正常通知（Ｌレベル信号）を出力していること（アンテナ１が故障していないこと）、且つ回り込み閾値比較部５４が異常通知（Ｈレベル信号）を出力している場合に、アンテナ２の故障と判定し、異常通知（Ｈレベル信号）を出力する。
【００３０】
図５は、アンテナ１とアンテナ２の故障判定真理値表である。VSWR閾値比較部５２の出力値が「異常」である場合は、回り込み閾値比較部５４の出力値にかかわらず（回り込み閾値比較部５４の出力値が「異常」であってもアンテナ２の故障とは判定せずに）、アンテナ１の故障と判定される。また、VSWR閾値比較部５２の出力が「正常」である場合において、回り込み閾値比較部５４の出力値が「異常」である場合に、アンテナ２の故障と判定される。VSWR閾値比較部５２の出力及び回り込み閾値比較部５４の出力値の双方が「正常」である場合は、アンテナ１及びアンテナ２ともに正常と判定される。
【００３１】
このように、送信期間において、VSWR測定によるアンテナ１の故障判定結果とアンテナ２で受信される回り込み信号の受信電力とに基づいて、受信専用アンテナであるアンテナ２の故障を検出することができる。
【００３２】
図６は、本実施の形態における無線基地局装置の第二の構成例を示す図である。第二の構成例においても、第一の構成例と同様に、無線基地局装置は、送信と受信に同一の周波数を用い、送信期間と受信期間が交互に交代するTDD方式で通信を行う。第二の構成例の無線基地局装置に設けられる２本のアンテナ１及び２は、一方が送受信共用アンテナとして機能し、他方が受信専用アンテナと機能し、スイッチ４０により切り替え可能となっている。スイッチ４０は、送信期間における送信信号（ダウンリンク信号）の送信経路のみを切り替え、受信期間における受信信号（アップリンク信号）の受信経路は切り替えない。
【００３３】
送信期間では、ベースバンド処理部１０で生成された送信信号が、送信部１１により変調され、サーキュレータ１３、カップラ１４、さらにバンドパスフィルタ（BPF）１５を介して、スイッチ４０により指定されたアンテナ（１又は２）から無線信号として送信される。カップラ１４は、送信部１１からの信号の一部を、VSWR検出部１６に出力し、送信信号を出力するアンテナ（１又は３）からの反射信号の一部をVSWR検出部１６に出力する。VSWR検出部１６は、VSWRを測定し、測定結果をスイッチ制御部６０に出力する。
【００３４】
一方、受信期間では、移動無線端末からの無線信号が、アンテナ１及び２の両方で受信され、それぞれBPF１５及び３５を介して（アンテナ１で受信された無線信号については、さらに、カップラ１４、サーキュレータ１３を介して）受信部１２及び２２で復調された後、ベースバンド処理部１０に入力され、合成処理される。
【００３５】
ベースバンド処理部１０のスイッチ制御部６０は、VSWR検出部１６により測定されたVSWRに基づいてスイッチ４０を制御し、送信信号が出力されるアンテナを切り替える。例えば、送信信号がアンテナ１から出力されている場合において、VSWR検出部２６により測定されるVSWRが所定の閾値を超えると、スイッチ制御部６０は、アンテナ１の故障と判定して、スイッチ４０を切り替えて、アンテナ２から送信信号を出力させる。反対に、送信信号がアンテナ２から出力されている場合において、VSWR検出部２６により測定されるVSWRが所定の閾値を超えると、スイッチ制御部６０は、アンテナ２の故障と判定して、スイッチ４０を切り替え、アンテナ１から送信信号を出力させる。
【００３６】
このように、VSWRの測定により、現在運用中の送受信共用アンテナの故障が検出された場合は、スイッチ４０により、受信専用アンテナとして現在運用されているアンテナを送受信共用アンテナとして使用することで、送信の中断を防止することができる。また、送信自体が停止していなくとも、なんらかの異常により送信電力が低下している場合にも、測定されたVSWRが所定の閾値を超えた場合に、送受信共用アンテナを切り替えることで、送信電力がより高いアンテナでの送信が可能となる。
【００３７】
図７は、本実施の形態における無線基地局装置の第三の構成例を示す図である。第三の構成例は、第二の構成例と比較して、送信部１２とサーキュレータ１３との間にスイッチ４０を設けた構成である。この場合、アンテナ２の受信経路に、サーキュレータ２３及びカップラ２４も設けられる。アンテナ２から送信信号が出力される場合は、送信部１２、スイッチ４０、サーキュレータ２３、カップラ２４及びBPF２５を介して送信信号が出力される。また、アンテナ２での受信信号は、BPF２５、カップラ２４、サーキュレータ２３を介して、受信部２２に入力される。アンテナ１が送受信共用アンテナである場合、VSWR検出部１６は、カップラ１４から送信信号及び反射信号を取得し、アンテナ２が送受信共用アンテナである場合、カップラ２４から送信信号及び反射信号を取得し、VSWRを測定する。測定されたVSWRはスイッチ制御部６０に出力され、スイッチ制御部６０は、第二の構成例と同様に、測定されたVSWRに基づいてスイッチ４０の切り替え制御を行う。
【００３８】
上述の第二の構成例及び第三の構成例では、現在運用中の送受信共用アンテナについて測定されたVSWRが所定の閾値を超えた場合に、スイッチ制御部６０がスイッチ４０を切り替える例について説明した。ただし、スイッチ４０の切り替えタイミングはそれに限られない。例えば次のような場合にスイッチの４０を切り替えて、受信専用アンテナのVSWRを測定することで、受信専用アンテナの故障検出を行うことができる。
【００３９】
（１）アンテナ１を送受信共用アンテナ、アンテナ２を受信専用アンテナとして運用している状態において、スイッチ制御部６０は、定期的（一定時間毎）又はあらかじめ決められたタイミングで自動的にスイッチ４０を切り替え、受信専用アンテナ２に送信信号を送信させる。これにより、受信専用アンテナ２のVSWRが測定可能となり、受信専用アンテナの故障検出ができる。
【００４０】
（２）オペレータによる操作により、スイッチ制御部６０を操作して、任意のタイミングでスイッチ４０を強制的に切り替え、受信専用アンテナ２に送信信号を送信させる。
【００４１】
このように、スイッチ４０を所定のタイミングで切り替え、受信専用アンテナ２に送信信号を送信させることで、受信専用アンテナ２のVSWRが測定可能となり、受信専用アンテナの故障検出ができる。受信専用アンテナ２のVSWR測定後、スイッチ４０を再度切り替え、元のアンテナ運用状態に戻す。
【００４２】
本実施の形態では、無線送受信装置が送受信共用アンテナ及び受信専用アンテナそれぞれ１本ずつ備える構成を例示したが、それぞれ複数本ずつであってもよく、また送受信共用アンテナと受信専用アンテナの本数が異なってもいてもよい。
【００４３】
本実施の形態における無線送受信装置は、WiMAXを含むTDD方式の移動無線システムの無線基地局装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：アンテナ：２：アンテナ、１０：ベースバンド処理部、１１：送信部、１２：受信部、１３：サーキュレータ、１４：カップラ、１５：ＢＰＦ、１６：VSWR検出部、１７：電力測定部、１８：電力測定部、２２：受信部、２３：サーキュレータ、２４：カップラ、２５：ＢＰＦ、２６：VSWR検出部、２７：電力測定部、４０：スイッチ、５０：比較部、５１：VSWR検出部、５２：VSWR閾値比較部、５３：VSWR閾値保持部、５４：回り込み閾値比較部、５５：回り込み閾値保持部、５６：受信専用アンテナ故障判定部、６０：スイッチ制御部
【図１】
2010206357.tif 000004
【図２】
2010206357.tif 000005
【図３】
2010206357.tif 000006
【図４】
2010206357.tif 000007
【図５】
2010206357.tif 000008
【図６】
2010206357.tif 000009
【図７】
2010206357.tif 000010