(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレー状に配置されたＮ個のアンテナと、
個々の移動局に向けられた各送信信号の振幅、位相をその移動局に対してそれぞれ最適に制御する送信信号処理装置と、
上記送信信号処理装置よりのＮ個の信号をそれぞれ無線周波数帯の信号に生成するＮ個の送信機と、
複数の９０°ハイブリッドから構成され、上記Ｎ個の送信機の各送信信号をそれぞれ均一な振幅を持つＮ個の送信信号に再編成する第１分配合成器と、
上記第１合成分配器の再編成されたＮ個の送信信号にパイロット信号発振器からのパイロット信号をそれぞれ加えるＮ個の合成器と、
上記Ｎ個の合成器の出力信号を光信号に変換するＮ個の電気／光変換器と、
上記Ｎ個の電気／光変換器よりの各光信号を伝送するＮ本の光ファイバケーブルと、
上記Ｎ本の光ファイバケーブルにより伝送された光信号をそれぞれ電気信号に変換するＮ個の光／電気変換器と、
上記Ｎ個の光／電気変換器からの各電気信号を増幅するＮ個の増幅器と、
上記Ｎ個の増幅器の出力からパイロット信号を検出するＮ個のフィルタと、
上記Ｎ個のフィルタよりのパイロット信号と、上記パイロット信号発振器からのパイロット信号との振幅及び位相をそれぞれ比較するＮ個の振幅位相比較器と、
上記Ｎ個の振幅位相比較器の出力により対応する増幅器の入力電気信号を上記比較する両振幅及び両位相が一致するように或いは一定のオフセットを保つようにそれぞれ調整するＮ個の振幅位相調整器と、
複数の９０°ハイブリッドから構成され、上記Ｎ個の増幅器により増幅した信号を、上記第１分配合成器の分配合成と逆に分配合成して上記送信信号処理装置からの送信信号に戻して、上記アンテナの対応するものに給電する第２合成分配器とを具備することを特徴とする無線送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、移動無線通信用の基地局に用いられ、アレーアンテナを用いて構成した無線装置、特に送信装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の移動局との通信を行う移動通信用の基地局において、複数のアンテナをアレー状に配置し、各アンテナから放射される信号の振幅、位相を個々の移動局に対してそれぞれ最適に制御することにより通信品質の向上を図る方法が知られている。
【０００３】
図３は従来技術による無線送信装置の構成例を示し、１８はアンテナ、２２はディジタル／アナログ変換器、２３は無線周波数帯の信号を生成する送信機、２６は増幅器である。これらは同じものが複数備えられており、以下、それぞれＮ台あるものとして説明する。これらＮ台の装置は送信信号処理装置２１に接続されている。これらのうち、アンテナは鉄塔あるいは建物の屋上等の高所に設置され、その他の無線装置は建物の内部に置かれることが多い。この間は同軸ケーブル３０によって接続されている。
【０００４】
この無線送信装置において、個々の移動局に向けられた複数の送信信号２０は送信信号処理装置２１によってディジタル信号処理が施され、各アンテナに対応したＮ個の送信信号に変換された後、それぞれディジタル／アナログ変換器２２によってアナログベースバンド信号に変換される。これらはさらに送信機２３によって高周波信号に変換され、電力増幅器２６で増幅されてから同軸ケーブル３０を経由してアンテナ１８から送信される。
【０００５】
また、高周波信号の伝送方法として、いったんこれを光信号に変換し、光ファイバケーブルを経由して伝送する方法が知られている。図４はこのような光ファイバ伝送を適用して構成した無線送信装置の例である。送信機２３で生成された無線周波数帯の高周波信号は電気／光変換器２５によって、高周波電気信号で変調された光信号の形に変換される。この光信号は光ファイバケーブル３１によって、アンテナに向けて伝送され、光／電気変換器１１によって電気信号に戻される。この電気信号は増幅器１３で所要の電力レベルまで増幅され、アンテナ１８より送信される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示したようなアレーアンテナを用いた送信装置においては、各アンテナから送信される信号の振幅および位相は、送信ビーム形状を最適にするために伝搬条件に適応してそれぞれ制御され、時々刻々と変化する。このため各アンテナから送信される電力は均一ではなく、全送信電力が一本のアンテナに集中することもある。したがって、Ｎ台の増幅器は、それぞれが全送信電力をまかなう能力を備える必要がある。このため、これら増幅器群の形状が極めて大きくなり、費用および消費電力の面からも無駄が大きい。
【０００７】
また、無線装置とアンテナを接続するために、アンテナが設置される建物の屋上等の高所から、無線装置とアンテナを接続するために、アンテナが設置される建物の内部へ大量の同軸ケーブルを敷設する必要があるため、基地局設置工事の費用がかさみ、設置場所の条件によっては工事が困難になることもある。
図４に示したような構成の送信装置においては、同軸ケーブルの代わりに光ファイバが用いられている。光ファイバは細心、軽量であるため、同軸ケーブルを用いる場合と比べ敷設工事が容易になる。しかし、電気／光変換器２５および光／電気変換器１１は、信号の振幅レベルが高いと光／電気間の変換の過程で歪みを発生する。このため伝送できるダイナミックレンジに限界があり、先に述べたように電力レベルが均一ではなく、全電力が一本のアンテナに集中することもある伝送系に適用するには困難が大きい。さらに、大電力の増幅器をＮ台、高所に設置することになり、設置場所の確保の点でも支障をきたすことがある。
【０００８】
この発明の目的は、以上に述べたようなケーブル敷設工事および装置設置にあたっての困難を除去し、小型で設置が容易な無線送信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の無線送信装置では、送信信号処理装置によって生成されるＮ系列の送信信号は、分配および合成の操作を経て同じＮ個の振幅レベルの揃った信号に再編成された後、光信号に変換される。これらは光ファイバケーブルでアンテナに向けて伝送され、再び電気信号に戻されてから、増幅器により増幅され、分配合成回路によって送信信号に戻され、それぞれアンテナに給電される。
【００１０】
請求項１記載の発明の無線送信装置では、振幅レベルの揃った信号に光／電気変換が行われ、増幅器の電力レベルも均等になる。このため光／電気変換に際してのダイナミックレンジが小さくてすむとともに、増幅器の最大出力も小さくてよいという利点がある。
そして、分配および合成の操作を経て再編成されたＮ個の信号に、別のパイロット信号がそれぞれ加えられる。増幅器の入力側には振幅位相調整器が備えられ、増幅器の出力側には先に加えられたパイロット信号を検出する手段が備えられる。振幅位相調整器は、検出されたパイロット信号が所定の振幅と位相となるように制御される。
【００１１】
パイロット信号が一定となるよう制御されるため、電気／光変換および増幅の過程および光伝送の過程で発生する位相および振幅のずれを補正することができるという効果を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明の実施例を図１により説明する。
無線送信装置は、主に屋内に設置される装置、鉄塔上あるいは建物の屋上等の高所に設置される装置、それらを接続する光ファイバケーブル３１から成る。主に屋内に設置される装置はディジタル／アナログ変換器２２と送信機２３がＮ組接続された送信信号処理装置２１、送信機出力に分配合成の操作を施す分配合成器３２a、送信機出力にパイロット信号を加える合成器２４と電気／光変換器２５がＮ組、パイロット信号を発生する発振器３３、パイロット信号を分配する分配器３４aからなる。高所に設置される装置は、光／電気変換器１１、振幅位相調整器１２、増幅器１３、方向性結合器１４、パイロット信号を除去するフィルタ１５、パイロット信号を取り出すフィルタ１６、振幅位相比較器１７をひと組とする装置と同等なＮ組の装置と、分配合成回路３２b、分配器３４b、Ｎ個のアンテナ１８より成る。
【００１３】
送信すべき複数の信号２０は、送信信号処理装置２１によって、個々のアンテナに対応したＮ系列のディジタル信号に変換される。これらはディジタル／アナログ変換器２２によって所要の振幅と位相をもったアナログ信号に変換され、送信機２３において変調された高周波信号となる。これらは分配合成器３２aによって均一な振幅をもつＮ個の信号に再編成される。これらは分配合成器３２aの機能については後述する。なおこの分配合成器３２aでの操作に相当する演算をあらかじめ送信信号処理装置２１においてディジタル信号の状態で施しておいてもよい。その場合には分配合成器３２aは不要である。
【００１４】
再編成されたＮ個の信号には発振器３３によって発生されたパイロット信号がそれぞれ加えられ、電気／光変換器２５によって高周波信号で変調された光信号に変換され、光ファイバケーブル３１によってアンテナが設置された高所に向けて伝送される。
光信号は光／電気変換器１１によって電気信号に戻され、振幅位相調整器１２を経て電力増幅器１３で所要の電力レベルまで増幅される。電力増幅器１３の出力は方向性結合器１４によってその一部が取り出され、フィルタ１６によってパイロット信号が抜き出される。このパイロット信号は、発振器３３の出力を分配器３４a、３４bにより分配したものと比較され、両者が一致するようにあるいは一定のオフセットを保つように振幅位相調整器１２が制御される。電力増幅器１３の主出力からはフィルタ１５によってパイロット信号が除去される。このようにして得られたＮ個の信号は分配合成器３２bによって再び送信機２３の出力に相当するＮ個の送信信号となり、アンテナ１８より送信される。
【００１５】
次に、分配合成器３２aについて図２a、図２bによって説明する。
このような回路の動作については例えば、江上、河合：「多端子電力合成型マルチビーム送信系」、電子情報通信学会誌、Vol.J69-BNo.2、PP.206-212（1986年2月発行）に説明されている。図２aは入出力がそれぞれ４ポートである場合の構成例であり、41〜44はそれぞれ90°ハイブリッド回路である。90°ハイブリッド回路は一つのポートから信号を入力すると他の３つのポートのうち２つのポートに等しい電力で、かつ互いに90°異なる位相差をもって分配され、残る一つのポートには出力されないという性質をもつ。そこで図２aにおいてポート６１に信号を入力すると90°ハイブリッド回路４１によってポート６２以外の二つのポートに分配され、それらは90°ハイブリッド回路４３、４４によってさらに分配されポート７１〜７４に均一な電力で出力される。ポート６２〜６３に入力された信号についてもそれぞれ同様に分配され、ポート７１〜７４に出力される。ポート６１〜６３に独立な信号が同時に入力された場合は、これらの重ねあわせとなるがどのような場合においてもポート７１〜７４に出力される電力は均一である。
【００１６】
さて図２bのようにこのような分配合成器を二組用意し、これらの間に同等な増幅器５１〜５４をはさんだ系においては、ポート６１から入力された信号は、増幅器５１〜５４に位相は異なるが均等な電力で入力され、それぞれ増幅され、それらは出力側の分配合成器によってポート８１にのみ集約され、ポート８２〜８４には現れないことが知られている。またより多くの入出力ポートを要する場合についてもさらに多くの90°ハイブリッド回路を組み合わせることによって構成することが知られている。
【００１７】
図１に示した実施例においては、送信機２３の出力を分配合成器３２aに通すことにより信号レベルが均等になる。このため増幅器１３の扱うピーク電力が低減され、増幅器１３が備えるべき最大出力電力を１／Ｎにまで下げることができる。また電気／光変換器２５に入力される信号振幅も均一化されるため信号のピークレベルが下がり、歪みの影響を受けにくくなる。したがって伝送系のダイナミックレンジが狭くても伝送可能となる。
【００１８】
さらに、パイロット信号を挿入して増幅器出力においてこれを検出し、フィードバックしているため、電気／光変換および増幅の過程、光伝送の過程で発生する位相および振幅のずれが補正される。このため分配合成器３２aから分配合成器３２bに至る経路が長いにもかかわらず安定化した動作が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、屋上等の高所から建物内部への接続を光ファイバケーブルにより行うことができるため工事が簡易になるとともに、光／電気変換に伴う歪みの影響を少なく抑えることができる。また増幅器に必要とされる最大出力電力を低減できるため装置が小形になるという利点を有する。さらに、送信機から増幅器出力までの位相差および減衰量の変動が抑えられるため安定な動作が可能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施例を示すブロック図。
【図２】ａは分配合成回路の構成例を示すブロック図、ｂは分配合成回路を用いた増幅器を示すブロック図である。
【図３】従来の無線送信装置を示すブロック図。
【図４】従来技術による光ファイバ伝送を用いた無線送信装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１１   光／電気変換器
１２   振幅位相調整器
１３、２６   増幅器
１４   方向性結合器
１５、１６   フィルタ
１７  振幅位相比較器
１８   アンテナ
２１  送信信号処理装置
２２  ディジタル／アナログ変換器
２３  送信機
２４  合成器
２５  電気／光変換器
３０  同軸ケーブル
３１  光ファイバケーブル
３２a 、３２b  分配合成器
３３  パイロット信号発振器
３４a、３４b  分配器
４１、４２、４３、４４  90°ハイブリッド回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003813770.tif 000005