(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ素子から成るアレーアンテナ装置と、前記アレーアンテナ装置に対してＮ系統のＲＦ信号を送信する基地局装置間にあって、前記基地局装置から送信されるＲＦ信号の伝送特性を運用中に調整するアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置であって、
前記アレーアンテナ装置へ供給するＮ系統のＲＦ信号をそれぞれ抽出するＮ系統の方向性結合器と、前記抽出したＲＦ信号を帰還ＲＦ信号として前記系統毎順次選択出力する第１のスイッチから成る屋外ユニットと、
前記基地局装置から送信される各ＲＦ信号の振幅と位相を制御ユニットからの制御信号により調整すると共にモニタ信号を出力するレベル位相調整部と、前記モニタ信号を参照信号として系統毎に順次選択出力する第２のスイッチと、前記参照信号ならびに前記帰還ＲＦ信号を入力として得、前記それぞれの系統の帰還ＲＦ信号と参照信号との振幅差、および位相差を検出するレベル検出位相比較部から成る屋内ユニットと、
前記レベル検出位相比較部出力に基づき、前記系統間のＲＦ信号の相対的な振幅差および位相差を最適化された調整値に調整する前記制御信号を出力する制御ユニットと、
前記屋内ユニットの前記レベル位相調整部の調整後のＲＦ信号を前記アレーアンテナ装置へ伝送するＲＦ信号用給電線と、
前記屋外ユニットの前記第１のスイッチの出力信号を前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部へ伝送する帰還送信信号用給電線と、
前記屋内ユニットの前記第２のスイッチの出力信号を前記屋外ユニットまで伝送し、さらに前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部まで折り返して伝送する参照信号用給電線と、を備え、
前記参照信号用給電線の長さは、前記ＲＦ信号用給電線の長さと前記帰還送信信号用給電線の長さの和に等しい、
ことを特徴とするアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置。
【請求項２】
Ｎ素子から成るアレーアンテナ装置と、前記アレーアンテナ装置に対してＮ系統のＲＦ信号を送信する基地局装置間にあって、屋外ユニットと、当該屋外ユニットとは制御ケーブルを介して接続される屋内ユニットと、制御ユニットとから成るアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置であって、
前記屋外ユニットは、前記アレーアンテナ装置へ供給するＮ系統のＲＦ信号をそれぞれ抽出するＮ系統の方向性結合器と、前記抽出したＲＦ信号のいずれかを帰還ＲＦ信号として選択出力する第１のスイッチとを備え、
前記屋内ユニットは、前記基地局装置から送信される各ＲＦ信号の振幅と位相を前記制御ユニットからの制御信号により調整すると共にモニタ信号を出力するレベル位相調整部と、前記モニタ信号のいずれかを参照信号として選択出力する第２のスイッチと、前記参照信号ならびに前記帰還ＲＦ信号を入力として得、前記それぞれの系統の帰還ＲＦ信号と参照信号との振幅差、および位相差を検出するレベル検出位相比較部とを備え、
前記制御ユニットは、運用中に、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを連動して切り替える切替え制御信号を出力することにより前記それぞれの系統を順次切替え、前記レベル検出位相比較部出力に基づき、前記系統間のＲＦ信号の相対的な振幅差および位相差を最適化された調整値に調整する前記制御信号を出力するものであり、
前記屋内ユニットの前記レベル位相調整部の調整後のＲＦ信号を前記アレーアンテナ装置へ伝送するＲＦ信号用給電線と、
前記屋外ユニットの前記第１のスイッチの出力信号を前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部へ伝送する帰還送信信号用給電線と、
前記屋内ユニットの前記第２のスイッチの出力信号を前記屋外ユニットまで伝送し、さらに前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部まで折り返して伝送する参照信号用給電線と、を備え、
前記参照信号用給電線の長さは、前記ＲＦ信号用給電線の長さと前記帰還送信信号用給電線の長さの和に等しい、
ことを特徴とするアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置。
【請求項３】
基地局装置からアレーアンテナ装置に送信されるＲＦ信号の伝送特性を運用中に調整するアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整方法であって、
屋外ユニットは、前記アレーアンテナ装置へ供給するＮ系統のＲＦ信号をそれぞれ抽出するＮ系統の方向性結合器と、前記抽出したＲＦ信号のいずれかを帰還ＲＦ信号として選択出力する第１のスイッチとを備え、
屋内ユニットは、前記基地局装置から送信される各ＲＦ信号の振幅と位相を前記制御ユニットからの制御信号により調整すると共にモニタ信号を出力するレベル位相調整部と、前記モニタ信号のいずれかを参照信号として選択出力する第２のスイッチと、前記参照信号ならびに前記帰還ＲＦ信号を入力として得、前記それぞれの系統の帰還ＲＦ信号と参照信号との振幅差、および位相差を検出するレベル検出位相比較部とを備え、
前記アレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整方法は、
制御ユニットが、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを連動して切り替える切替え制御信号を出力することにより前記それぞれの系統を順次切替える工程と、
制御ユニットが、前記レベル検出位相比較部出力に基づき、前記系統間のＲＦ信号の相対的な振幅差および位相差を最適化された調整値に調整する前記制御信号を出力する工程と、を有し、
前記屋内ユニットの前記第２のスイッチの出力信号を前記屋外ユニットまで伝送し、さらに前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部まで折り返して伝送する参照信号用給電線の長さは、前記屋内ユニットの前記レベル位相調整部の調整後のＲＦ信号を前記アレーアンテナ装置へ伝送するＲＦ信号用給電線の長さと、前記屋外ユニットの前記第１のスイッチの出力信号を前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部へ伝送する帰還送信信号用給電線の長さの和に等しい、
ことを特徴とするアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ素子から成るアレーアンテナ装置と、アレーアンテナ装置に対してＮ系統のＲＦ信号を送信する基地局装置間にあって、基地局装置から送信されるＲＦ信号の伝送特性を調整するアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを用い、各アンテナ素子に入力される、ンテナ素子数分だけ配分された送信信号の振幅、位相を操作して放射パターンを制御するビーム制御技術がある。
ビーム制御機能を搭載した基地局装置（以下ビーム制御基地局という）と、アレーアンテナ間は、アンテナ素子数分の給電線およびアンプ（以下、纏めてＲＦ回路という）で接続されている。それぞれの伝送特性は、製造誤差および時間的な温度変化等の影響の差があるため常に同一ではない。このため、伝送される各信号の振幅・位相は、ＲＦ回路によりそれぞれ独立に変動し、ビーム制御技術に影響を与える。
【０００３】
上記した問題を解決するため、基地局装置とアレーアンテナ装置間の各ＲＦ回路の伝送特性差を等化するアレーアンテナ用ＲＦ回路調整装置が必要となる。このため、従来は、キャリブレーション専用信号源を用いてキャリブレーション信号を送信信号に多重させ、各ＲＦ回路を転送させた後、それぞれについてキャリブレーション用信号を検出（復調）し、相対振幅、相対位相差を、ある所定の設定キャリブレーション値になるように制御していた（非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】「Ｗ−ＣＤＭＡ下りリンク適応アンテナアレイ送信ダイバーシチにおけるＲＦ送受信回路のキャリブレーションの検討」  原田  篤、田中晋也、安達文幸著、信学技報、Ｐ１０３−１１０、１９９９年８月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術によれば、キャリブレーション専用信号源および復調器が必要となるだけではなく、キャリブレーション専用信号が送信信号と多重されて送信されるため、送信信号に対する干渉源となってしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、キャリブレーション専用信号源および復調器を用いることなく、基地局装置から送信されるＲＦ信号の伝送特性を調整することのできる、アレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために本発明は、Ｎ素子から成るアレーアンテナ装置と、前記アレーアンテナ装置に対してＮ系統のＲＦ信号を送信する基地局装置間にあって、前記基地局装置から送信されるＲＦ信号の伝送特性を運用中に調整するアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置であって、前記アレーアンテナ装置へ供給するＮ系統のＲＦ信号をそれぞれ抽出するＮ系統の方向性結合器と、前記抽出したＲＦ信号を帰還ＲＦ信号として前記系統毎順次選択出力する第１のスイッチから成る屋外ユニットと、前記基地局装置から送信される各ＲＦ信号の振幅と位相を制御ユニットからの制御信号により調整すると共にモニタ信号を出力するレベル位相調整部と、前記モニタ信号を参照信号として系統毎に順次選択出力する第２のスイッチと、前記参照信号ならびに前記帰還ＲＦ信号を入力として得、前記それぞれの系統の帰還ＲＦ信号と参照信号との振幅差、および位相差を検出するレベル検出位相比較部から成る屋内ユニットと、前記レベル検出位相比較部出力に基づき、前記系統間のＲＦ信号の相対的な振幅差および位相差を最適化された調整値に調整する前記制御信号を出力する制御ユニットと、前記屋内ユニットの前記レベル位相調整部の調整後のＲＦ信号を前記アレーアンテナ装置へ伝送するＲＦ信号用給電線と、前記屋外ユニットの前記第１のスイッチの出力信号を前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部へ伝送する帰還送信信号用給電線と、前記屋内ユニットの前記第２のスイッチの出力信号を前記屋外ユニットまで伝送し、さらに前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部まで折り返して伝送する参照信号用給電線と、を備え、前記参照信号用給電線の長さは、前記ＲＦ信号用給電線の長さと前記帰還送信信号用給電線の長さの和に等しい、ことを特徴とする。
【０００７】
上記した課題を解決するために本発明は、Ｎ素子から成るアレーアンテナ装置と、前記アレーアンテナ装置に対してＮ系統のＲＦ信号を送信する基地局装置間にあって、屋外ユニットと、当該屋外ユニットとは制御ケーブルを介して接続される屋内ユニットと、制御ユニットとから成るアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置であって、前記屋外ユニットは、前記アレーアンテナ装置へ供給するＮ系統のＲＦ信号をそれぞれ抽出するＮ系統の方向性結合器と、前記抽出したＲＦ信号のいずれかを帰還ＲＦ信号として選択出力する第１のスイッチとを備え、前記屋内ユニットは、前記基地局装置から送信される各ＲＦ信号の振幅と位相を前記制御ユニットからの制御信号により調整すると共にモニタ信号を出力するレベル位相調整部と、前記モニタ信号のいずれかを参照信号として選択出力する第２のスイッチと、前記参照信号ならびに前記帰還ＲＦ信号を入力として得、前記それぞれの系統の帰還ＲＦ信号と参照信号との振幅差、および位相差を検出するレベル検出位相比較部とを備え、前記制御ユニットは、運用中に、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを連動して切り替える切替え制御信号を出力することにより前記それぞれの系統を順次切替え、前記レベル検出位相比較部出力に基づき、前記系統間のＲＦ信号の相対的な振幅差および位相差を最適化された調整値に調整する前記制御信号を出力するものであり、前記屋内ユニットの前記レベル位相調整部の調整後のＲＦ信号を前記アレーアンテナ装置へ伝送するＲＦ信号用給電線と、前記屋外ユニットの前記第１のスイッチの出力信号を前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部へ伝送する帰還送信信号用給電線と、前記屋内ユニットの前記第２のスイッチの出力信号を前記屋外ユニットまで伝送し、さらに前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部まで折り返して伝送する参照信号用給電線と、を備え、前記参照信号用給電線の長さは、前記ＲＦ信号用給電線の長さと前記帰還送信信号用給電線の長さの和に等しい、ことを特徴とする。
【０００９】
上記した課題を解決するために本発明は、基地局装置からアレーアンテナ装置に送信されるＲＦ信号の伝送特性を運用中に調整するアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整方法であって、屋外ユニットは、前記アレーアンテナ装置へ供給するＮ系統のＲＦ信号をそれぞれ抽出するＮ系統の方向性結合器と、前記抽出したＲＦ信号のいずれかを帰還ＲＦ信号として選択出力する第１のスイッチとを備え、屋内ユニットは、前記基地局装置から送信される各ＲＦ信号の振幅と位相を前記制御ユニットからの制御信号により調整すると共にモニタ信号を出力するレベル位相調整部と、前記モニタ信号のいずれかを参照信号として選択出力する第２のスイッチと、前記参照信号ならびに前記帰還ＲＦ信号を入力として得、前記それぞれの系統の帰還ＲＦ信号と参照信号との振幅差、および位相差を検出するレベル検出位相比較部とを備え、前記アレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整方法は、制御ユニットが、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを連動して切り替える切替え制御信号を出力することにより前記それぞれの系統を順次切替える工程と、制御ユニットが、前記レベル検出位相比較部出力に基づき、前記系統間のＲＦ信号の相対的な振幅差および位相差を最適化された調整値に調整する前記制御信号を出力する工程と、を有し、前記屋内ユニットの前記第２のスイッチの出力信号を前記屋外ユニットまで伝送し、さらに前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部まで折り返して伝送する参照信号用給電線の長さは、前記屋内ユニットの前記レベル位相調整部の調整後のＲＦ信号を前記アレーアンテナ装置へ伝送するＲＦ信号用給電線の長さと、前記屋外ユニットの前記第１のスイッチの出力信号を前記屋内ユニットの前記レベル検出位相比較部へ伝送する帰還送信信号用給電線の長さの和に等しい、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、キャリブレーション専用信号源および復調器を用いることなく、送信信号のみで基地局装置から送信される送信信号の伝送特性を調整することができる。従って、コストを削減することができる。また、送信信号にキャリブレーション専用信号を多重させないため、送信信号の品質も維持できる。
また、本発明のアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整方法実現のために、オンラインモードが用意され、運用時の調整が可能であり、運用中であっても動的にその調整が可能であり、その際、伝送品質に影響を与えることはない。なお、適応的なビームパターン制御等を可能とする、複数アンテナ素子から構成されるアレーアンテナを用いた技術は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）２０００ １×ＥＶ−ＤＯや第４世代移動通信システム等の無線通信システムの通信容量を向上させる技術として期待されており、本発明は、このアレーアンテナ技術実現のための貢献が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明のアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置の内部構成を示すブロック図である。
本発明のアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置は、アレーアンテナ装置１と、基地局装置２の間にあって、屋外ユニット３と、屋内ユニット４と、制御ユニット５で構成される。また、制御ケーブル７は、屋外ユニット３と屋内ユニットを有線で、ＴＴＡ（タワートップアンプ）装置６は、屋外ユニット３と屋内ユニットを光で結合させる。
【００１２】
アレーアンテナ装置１は、Ｎ素子のアンテナ素子、各素子の入力直前の信号を抽出する方向性結合器（以下、カプラという）、およびカプラ出力後の信号を合成出力するモニタポートから構成されるアレーアンテナである。また、基地局装置２は、上記したアレーアンテナ装置１に入力するＲＦ信号のＮ系統の出力を持つビーム制御基地局である。
屋外ユニット３は、送信信号モニタ部３１と、径路選択レベル調整部３２で構成される。送信信号モニタ部３１は、１２台の送信機（タワートップアンプ）の出力信号をモニタし、１２台のカプラで構成される。また、径路選択レベル調整部３２は、送受信用キャリブレーション信号の径路切替えの、およびレベル調整０行う。受信用のキャリブレーション信号に対しては、適切なレベルに減衰してアレーアンテナ装置に出力する。また、送信用のキャリブレーション信号に対しては、径路の切替えとレベル調整を行い、屋内ユニット４へ出力する。具体的に、径路選択レベル調整部３２は、径路を選択するスイッチ（ＳＷ１）と、モニタする素子を選択するスイッチ（ＳＷ２）と、レベルを調整するステップ減衰器（ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３）と、受信周波数成分を遮断するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と、送受信のモニタ信号径路を定めるサーキュレータで構成される。
【００１３】
屋内ユニット４は、レベル位相調整部４１と、基準信号選択部４２と、レベル検出位相比較部４３で構成される。
レベル位相調整部４１は、制御ユニット５からの制御信号により基地局装置２からの出力信号のレベルと位相を調整する。また、モニタ信号を出力する、１２台のレベル位相調整回路（ＬＰＣｉ，ｉ＝１，２，…，１２）で構成される。ＬＰＣｉは、カプラ、可変減衰器、可変位相器で構成される。可変減衰器と可変位相器は、制御ユニット５からの制御信号(電圧)によって出力信号のレベルと移相量とが調整される。また、基準信号切替え部４２は、制御ユニット５からの制御信号により、レベル位相調整部４１から出力されるモニタ信号を選択し、所定のレベルに増幅して出力する。１２入力１出力スイッチ（ＳＷ３）と増幅器（ＡＭＰ）とで構成される。レベル検出位相比較部４３は、２つの入力信号のレベル検出と位相を比較し、結果を制御ユニット５へ出力する。
【００１４】
制御ユニット５は、レベル検出位相比較部４３からの情報に基づいて、各素子のレベルと位相の補正量を算出し、レベル位相調整部４１を制御する。また、オフライン時のキャリブレーションとオンラインのキャリブレーション時に装置を跨って設置されるスイッチ類（ＳＷ１〜ＳＷ３）の切替えを行う。
制御ユニット５は、制御部と、Ｉ／Ｆ（Interface）と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）と、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）で構成され、制御部は、レベル検出位相比較部４３からの情報に基づいて、各素子のレベルと位相の補正量を算出し、レベル位相調整部４１を制御する。また、オフライン時のキャリブレーションとオンライン時のキャリブレーション時にスイッチ類（ＳＷ１〜ＳＷ３）を切替える機能を有し、ＰＣでプログラマブルに制御される。なお、位相の補正量に基づくレベル位相調整部４１の制御は、汎用の最適化アルゴリズムに従う。Ｉ／Ｆは、制御部からの指示に基づいてスイッチ類（ＳＷ１〜ＳＷ３）の切替え制御信号を出力する。また、Ａ／Ｄ部は、レベル検出位相比較部４３からの信号（アナログ電圧）をディジタル値に変換して制御部に出力し、Ｄ／Ａは、制御部が算出する制御量をアナログ電圧に変換し、レベル位相調整部４１（ＬＰＤ１〜１２）の可変減衰器と可変位相器に出力する。
【００１５】
一方、ＴＴＡ装置６は、光ファイバ６０によって屋外ユニット３と屋内ユニット４を結合し、基地局装置２によって送信されるＲＦ信号を、Ｅ／Ｏ変換部６４（屋内）、光ファイバ６０、Ｏ／Ｅ変換部６２（屋外）を経由して１２系統あるＴＴＡ（タワートップアンプ）６１に供給し、ここで増幅された１２系統のＲＦ信号は屋外ユニット３を介してアレーアンテナ装置１に給電される。また、アレーアンテナ装置１で受信されるＲＦ信号は、屋外ユニット３を介してＴＴＡ装置６に供給され、Ｅ／Ｏ変換部６３（屋外）、光ファイバ６０、Ｏ／Ｅ変換部６５（屋内）を経由し、屋内ユニット４で受信され、基地局装置２へ送信される。
【００１６】
なお、本発明において、信号用給電線としてＲＦ信号用給電線の他に、屋外ユニット３におけるＳＷ２の出力信号を屋内ユニット３のレベル検出位相比較部４３に伝送する帰還送信信号用給電線と、屋内ユニット４のＳＷ３の出力信号である参照用信号（ＲＥＦ１）を屋外ユニット３まで伝送し、さらに屋内ユニット４のレベル検出位相比較部４３まで折り返して接続される参照信号用給電線とがあり、この参照信号用給電線の長さは、ＲＦ信号用給電線と帰還送信信号用給電線の長さの和にほぼ等しくするものとする。後述する図２、図３の太線を見れば明らかである。
【００１７】
オフラインモードは、立ち上げ時の初期調整を行うモード、オンラインモードは、システムを運用しながら調整を行う方法である。図２にオフラインモード、図３にオンラインモードでの調整のための信号伝播経路が示されている。図２、図３とも、図１に示した基本構成に信号の流れを太線で明記したものであり、構成や接続関係に変化はない。
以下、図３を用い、図１に示す本発明のアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置の動作について説明する。
【００１８】
オンラインモードは図３に示されるように、まず屋外ユニット３のＳＷ１をＳＷ２出力信号に切替える。そして、屋外ユニット３、屋内ユニット４のＳＷ２、ＳＷ３を連動して１２系統のＲＦ信号を順次切替え、屋内ユニット４のレベル検出位相比較部４１でそれぞれの系統の帰還ＲＦ信号（Ｔｘｍ）と参照信号（ＲＥＦ）との振幅差および位相差を検出し、制御ユニット５で相対振幅差および相対位相差が、ある設定オンラインキャリブレーション値になるように屋内ユニット４のレベル位相調整部４１を調整する。
【００１９】
最後に、オフ−オンラインモードとは、まずオフラインモードでキャリブレーションを行い、屋内ユニット４のレベル検出位相比較部４３での検出値と、設定オフラインキャリブレーション値との誤差が、ある所定の許容条件を満たす場合にオンラインモードに切替え、切替え直後の検出値を上記した設定オンラインキャリブレーション値として設定し、オンラインキャリブレーションを実行するモードである。
【００２０】
以上説明のように本発明は、キャリブレーション専用信号源および復調器を用いることなく、送信信号のみにより基地局装置から送信されるＲＦ信号の伝送特性を調整するものであり、このことによりコスト削減、ならびに調整が伝送品質に影響を与えないといった利点を持つ。また、初期調整は勿論のこと、運用中にも調整が可能となるため、メンテナンスに柔軟性を持たせることができる。
【００２１】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のアレーアンテナ用ＲＦ回路伝送特性調整装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】オフラインモードでの調整の際の信号伝播経路図である。
【図３】本発明を用いたオンラインモードでの調整の際の信号伝播経路を説明するために引用した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１……アレーアンテナ装置、２……基地局装置、３……屋外ユニット、４……屋内ユニット、５……制御ユニット、６……ＴＴＡ（タワートップアンプ）装置、７……制御ケーブル、３１……送信信号モニタ部、３２……経路選択レベル調整部、４１……レベル位相調整部、４２……基準信号切替え部、４３……レベル検出位相比較部
【図１】
0004326902.tif 000002
【図２】
0004326902.tif 000003
【図３】
0004326902.tif 000004