(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ（Ｎは自然数）の送信系統及び受信系統を持つ無線基地局のアダプティブアレーアンテナ用送受信装置であって、
送信系統は、Ｎ系統の無線信号に対応する電気信号を多重化して光信号に変換し、１本の送信側光ファイバに出力する送信側電気・光変換回路と、上記１本の送信側光ファイバで伝送された光信号を電気信号に変換し、変換された信号を独立した互いに異なる周波数の信号によって元の周波数帯域のＮ系統に多重分離する送信側光・電気変換回路と、Ｎ系統に分離された電気信号が増幅され、Ｎ系統に分離された電気信号を出力するＮ入力Ｎ出力のマルチポートアンプと、上記Ｎ入力Ｎ出力のマルチポートアンプの出力電気信号中の送信帯域を通過させてＮ個のアンテナに給電する送信フィルタとで構成され、
受信系統は、上記Ｎ個のアンテナで受信した信号からＮ系統の希望受信帯域を通過させる受信フィルタと、帯域制限されたＮ系統の受信信号を増幅する受信増幅器と、上記受信増幅器で増幅されたＮ系統の受信信号を多重化して光信号に変換し、１本の受信側光ファイバに出力する受信側電気・光変換回路と、上記受信側光ファイバで伝送された光信号を電気信号に変換し、変換された信号を独立した互いに異なる周波数の信号によってＮ系統に多重分離する受信側光・電気変換回路とで構成され、
上記送信側光・電気変換回路と上記マルチポートアンプと上記送信フィルタと、上記受信フィルタと上記受信増幅器と上記受信側電気・光変換回路とが、ＲＦ送受信回路として同一の筺体に収容され上記アンテナ直下のアンテナ鉄塔上に設置され、
上記Ｎ入力Ｎ出力のマルチポートアンプは、入力側ハイブリッドネットワークと複数のフィードフォワード増幅器と出力側ハイブリッドネットワークとが縦続接続されて、上記複数のフィードフォワード増幅器の対応する各ループの遅延線路の電気長が互いに同一とされていること、
を特徴とする無線基地局のアダプティブアレーアンテナ用送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信用基地局に用いられる小型化、低消費電力化、設置性の改善を図った無線基地局のアダプティブアレーアンテナ用送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のアレーアンテナ用無線通信用基地局装置（１つの送受信系統）の構成を示す。
無線通信用基地局装置は、基地局建物内に設置される変調装置３と復調装置１４と、屋外に設置される共用器２と低雑音受信増幅器１０から構成される塔頂設置型フロントエンドと、アンテナ１から構成される。また、変調装置３と共用器２、及び低雑音増幅器１０と復調装置１４は同軸ケーブル５’、１２’を介して接続される。
変調装置３に入力された信号は変調され、増幅されたＲＦ信号は同軸ケーブル５’、共用器２を経てアンテナ１から送信される。アンテナ１で受信された信号は、共用器２を経て低雑音受信増幅器１０で増幅され、同軸ケーブル１２’を経て復調装置１４に入力される。復調装置１４は受信信号を復調し、復調された電気信号を出力する。
【０００３】
また、アダプティブアレーアンテナを用いた無線通信方式の大容量化が検討されている。アダプティブアレーアンテナは、干渉波の到来方向に対してヌル（零点）を向けることにより抑圧し、希望波到来方向に対してビームを形成することができる。このため、従来のオムニアンテナまたはセクタアンテナによるビームパターンに比べて無線通信方式の大容量化を可能にする。
（１）アダプティブアレーアンテナを実現するには、アンテナエレメント数分の送信系統及び受信系統の無線回路を必要とする。また、基地局建物内からアンテナまでの配線において、アンテナエレメント数分の高周波（同軸）ケーブルを必要とする。
このように従来のオムニアンテナまたはセクタアンテナの無線装置をアダプティブアレーアンテナに適用する場合、既存アンテナ鉄塔などに設置する際に重量、容積等の機械的条件の制約を受ける。
（２）アダプティブアレーアンテナ用無線装置では、一般に送信系統の電気長を同じにする必要がある。もし、送信系統でそれぞれの系統の電気長に誤差があれば、その誤差は設計したビームパターンと実際に放射したビームパターンとの誤差となる。ビームパターンの誤差は、例えばヌル、ビームの位置の変化となり、無線システムの設計値どおりの加入者容量を達成できなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決するべき課題は、アレーアンテナ用無線通信用基地局装置に用いられる、小型化を達成しアンテナ鉄塔への設置を可能とするアレーアンテナ用送受信装置を提供することである。また、設計通りのビームパターンを形成するために、各系統の電気長の調整を容易とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明によるアレーアンテナ用送受信装置は、Ｎ（Ｎは自然数）の送信系統及び受信系統を持つアレーアンテナ用送受信装置であって、
送信系統は、Ｎ系統の無線信号に対応する電気信号を多重化して光信号に変換し、１本の送信側光ファイバに出力する送信側電気・光変換回路と、上記１本の送信側光ファイバで伝送された光信号を電気信号に変換し、変換された信号をＮ系統に多重分離する送信側光・電気変換回路と、Ｎ系統に分離された電気信号が入力されるＮ入力Ｎ出力のマルチポートアンプとを備え、
受信系統は、帯域制限されたＮ系統の受信信号を増幅する受信増幅器と、上記受信増幅器で増幅されたＮ系統の受信信号を多重化して光信号に変換し、１本の受信側光ファイバに出力する受信側電気・光変換回路と、上記受信側光ファイバで伝送された光信号を電気信号に変換し、変換された信号をＮ系統に多重分離する受信側光・電気変換回路とを備え、
上記送信側光・電気変換回路と上記マルチポートアンプと、上記受信増幅器と上記受信側電気・光変換回路とが、ＲＦ送受信回路として同一の筺体に収容され上記アンテナ直下のアンテナ鉄塔上に設置され、
上記Ｎ入力Ｎ出力のマルチポートアンプは、入力側ハイブリッドネットワークと複数のフィードフォワード増幅器と出力側ハイブリッドネットワークとが縦続接続されて、上記複数のフィードフォワード増幅器の対応する各ループの遅延線路の電気長が互いに同一とされている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１実施例であるアレーアンテナ用送受信装置の構成を示す。共用器２、及びマルチポートアンプ７、光・電気変換回路６等から構成されるＲＦ送受信回路はアンテナ直下のアンテナ鉄塔に設置され、基地局建物内には変調装置３、電気・光変換回路４等が設置される。
【０００７】
（送信系統）
送受信回路には、変調装置３からのＲＦ信号を基地局建物内の電気・光変換回路４にて光信号に変換し、変換された光信号を光ファイバ５にて伝送する。ＲＦ送受信回路の光・電気変換回路６にて、伝送された光信号を電気信号に変換する。
光ファイバ５は送信系統数（１,・・・,Ｎ、Ｎ：自然数）用いる。
電気信号に変換されたＲＦ信号は、マルチポートアンプ７に入力される。ここで所定の送信電力まで増幅される。増幅された信号は、共用器２を経てアンテナ１に給電され送信される。
【０００８】
（受信系統）
アンテナ１で受信された信号は、共用器２を経て各受信系統（１,・・・,Ｎ）の低雑音受信増幅器１０に入力され増幅される。増幅された受信信号は、電気・光変換回路１１にて光信号に変換される。変換された光信号はそれぞれの受信系統に対応した光ファイバ１２にて基地局建物内の信号処理装置に伝送される。
基地局建物内には、伝送された光信号を電気信号に変換する光・電気変換回路１３と変換された電気信号を復調する復調装置１４が設置される。
【０００９】
図２に本発明の第２実施例であるアレーアンテナ用送受信装置の構成を示す。第２実施例は第１実施例の光伝送回路が異なる。すなわち、第１実施例では各送信系統及び各受信系統毎にＮ本の光ファイバを用いて配線（接続）していたが、第２実施例では各送信系統及び各受信系統の電気信号をそれぞれ周波数多重を行う（図４参照）。周波数多重された電気信号は、電気・光変換回路４にて光信号に変換され、１本の光ファイバ５にて伝送する。このように１本化することで複数の光ファイバによる偏差とレーザダイオードの調整等の問題を解決できる。
【００１０】
図３に８系統マルチポートアンプの構成例を示す。
マルチポートアンプは、入力側ハイブリッドネットワーク７−１と、個別増幅器（ＳＡＦＦ）７−２と、出力側ハイブリッドネットワーク７−３から構成される。
本発明では、個別増幅器にパイロット信号を用いた自己調整形フィードフォワード増幅器を用いる。マルチポートアンプにおける系統間の利得偏差及び位相偏差は、ハイブリッドネットワークのアイソレーション特性と、個別増幅器の分散による。マルチポートアンプのアイソレーション特性は、文献（江上俊一郎、川合誠、「多端子電力合成形マルチビーム送信系」電子情報通信学会論文誌Ｂ、Vol.J69-B,No.2,1986.02）に示されている。例えば、８系統の場合、系統間アイソレーションを３０dBとすれば、利得標準偏差０.７dB以下、位相標準偏差５deg以下でマルチポートアンプを実現する必要がある。
従来は個別増幅器の利得偏差及び位相偏差を所定値以下にするには、それぞれの増幅器の個別調整を行う必要があった。また、経年変化による特性のずれに対して有効な補償方法はなかった。そこで、個別増幅器にフィードフォワード増幅器を用いることで容易に利得偏差及び位相偏差をきわめて少なくできることは既に述べた。さらに、パイロット信号を用いる自己調整形フィードフォワード増幅器により、経年変化、温度変化に対しても十分に利得偏差及び位相偏差を所定値以下にできることが知られている（特公平７−７７３３０号公報（特願昭６３−２３５７４号）、楢橋祥一、野島俊雄「移動通信用超低歪多周波共通増幅器  SAFF-A」電子情報通信学会無線通信システム研究会技術報告RCS90-4,1990  参照）。
【００１１】
このように、送信系にパイロット信号を用いた自己調整形フィードフォワード増幅器をマルチポートアンプに用いることで、系統間の利得偏差及び位相偏差を常に所定値以下とすることができ、また供給電力を個別構成とした増幅器と比べて系統数分の１にし低消費電力化を達成することにより小型の放熱フィン等を用いることができ装置を小型化することができる。上記においてマルチポートアンプの個別増幅器として自己調整形フィードフォワード増幅器を用いた例について説明したが、自己調整形フィードフォワード増幅器以外のフィードフォワ−ド増幅器も同様に用いることができる。これらは、いずれもアレーアンテナ用ＲＦ回路をアンテナ鉄塔中に設置する上で有効である。
図５に示す従来例と比較して、本発明による送受信装置はマルチポートアンプにより送信電力増幅器の小型化及び低消費電力化を可能にし、光ファイバにて基地局建物内と屋外に設置されるＲＦ送受信回路を接続することでケーブル配線を容易にする。
【００１２】
図４に周波数多重を行う光伝送回路の構成例を示す。
光伝送回路は、周波数変換器４−１、６−４と、電力合成器４−３と、電気・光信号変換器４−３と、光ファイバ５と、光・電気信号変換器６−１と電力分配器６−２と、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６−３と、周波数変換器６−４から構成される。また、周波数変換器は、局部発振器とミキサから構成される。
送信系統において、基地局建物内の周波数多重装置にて各送信系統の電気信号（入力１〜８）をそれぞれ異なる搬送波周波数（f1〜f8）により周波数変換器４−１1〜４−１8において帯域変換を行う。電気・光変換回路（Ｅ／Ｏ）４−３では、周波数多重された電気信号を一括して光信号に変換する。変換された光信号は、光ファイバ５にて伝送される。
本送受信装置において、光ファイバ５で伝送された光信号は、光・電気変換回路（Ｏ／Ｅ）６−１にて一括して電気信号に変換される。変換された電気信号は、それぞれの搬送波周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６−３にて電気信号を分離する。分離された各電気信号は、周波数変換器６−４にて搬送波周波数（f9〜f16）により元の周波数帯域に変換して出力１〜８を得る。受信系統についても送信系統と同様であるので説明を省略する。
このようにして、第１実施例では２Ｎ本必要とした光ファイバを２本にすることができる。この第２実施例により、ＲＦ送受信回路のアンテナ鉄塔への設置性はさらに改善される。
【００１３】
第２実施例では、各送信系統の送信信号を周波数多重した。同様にして波長多重、時間多重、符号多重など既に知られている多重化技術と組み合わせることもできる。
本送受信装置は、アダプティブアレーアンテナのみならずマルチビーム用アレーアンテナなどのアレーアンテナシステムを用いる無線装置のＲＦ回路として用いることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明により以下の効果を奏する。
（１）従来のアダプティブアレーアンテナ用無線装置と比較して、小型化、低消費電力化、設置性の改善が可能となる。
（２）ＲＦ送受信回路のアンテナ鉄塔への設置が容易となる。
（３）従来のアダプティブアレーアンテナ用無線装置と比較して、無線装置の規模の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるアレーアンテナ用送受信装置の構成図。
【図２】本発明の第２実施例であるアレーアンテナ用送受信装置の構成図。
【図３】８系統マルチポートアンプの構成図。
【図４】周波数多重光伝送回路の構成図。
【図５】従来のアレーアンテナ送受信系統の構成図。
【符号の説明】
１    アンテナ
２    共用器
３    変調装置
４、４−３、１１    電気・光変換回路
４−１、６−４    周波数変換器
４−２    電力合成器
５、１２    光ファイバ
６、６−１、１３    光・電気変換回路
６−２    電力分配器
６−３    ＢＰＦ
７    マルチポートアンプ
７−１    入力側ハイブッリッドネットワーク
７−２    フィードフォワード増幅器
７−３    出力側ハイブッリッドネットワーク
１０    低雑音受信増幅器
１４    復調装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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