無線通信装置
【課題】受信専用アンテナにも適用でき、外部への不要波発射を低減し、かつ、簡単な構成でも運用中に使用できるアンテナ障害診断方法を提供する。
【解決手段】ＯＦＤＭＡ方式を利用して通信を行う無線通信装置であって、アンテナ障害診断に利用される試験信号を生成する試験信号生成部と、アンテナの順方向経路及び反射方向経路に前記試験信号を挿入する結合部と、前記試験信号が挿入された受信信号から、サイクリックプリフィックスを分離するＣＰ分離部と、前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから前記試験信号を抽出し、各経路通過後の前記試験信号の電力を測定する電力測定部と、前記測定された各経路の電力の差からリターンロスを計算し、前記計算されたリターンロスを用いてアンテナ障害を診断する診断部と、を備える。
【解決手段】ＯＦＤＭＡ方式を利用して通信を行う無線通信装置であって、アンテナ障害診断に利用される試験信号を生成する試験信号生成部と、アンテナの順方向経路及び反射方向経路に前記試験信号を挿入する結合部と、前記試験信号が挿入された受信信号から、サイクリックプリフィックスを分離するＣＰ分離部と、前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから前記試験信号を抽出し、各経路通過後の前記試験信号の電力を測定する電力測定部と、前記測定された各経路の電力の差からリターンロスを計算し、前記計算されたリターンロスを用いてアンテナ障害を診断する診断部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信装置に関し、特に送受信共用アンテナの他、受信専用アンテナに適用可能な障害診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の移動体通信システムは、音声通信の他、データ通信にも多く用いられ、データ通信利用者の増加に伴ってデータ通信の高速化が求められている。現在ではＩＥＥＥにて標準化作業中のＭｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ ８０２．１６ｅ規格に準拠したサービスが日本国内の他、全世界で開始されている。また、３ＧＰＰにて標準化作業中のＬＴＥ規格に準拠したサービスも一部の国では既に開始されており、日本国内でも今年中の開始が見込まれている。いずれの規格も次世代通信方式としてＯＦＤＭＡ方式を採用しており、これはＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄに対応したそれぞれの後継規格についても同様であり、今後移動体通信システムとしてはＯＦＤＭＡ方式が主要な通信方式となっていくと考えられる。
【０００３】
前述のように、データ通信の高速化が進む一方、携帯電話のサービスエリア拡大も進められおり、日本国内では人口カバー率が１００％近くにまでサービスエリアが広がっている。このため、携帯電話が使用できない場所の不便さが際立つようになっており、携帯電話事業者各社が、携帯電話の使用できない不感地帯を減らす努力をしている。このように携帯電話は日本全国どこでも使用できることが当然となっており、基地局の故障等によってあるエリアで一時的に携帯電話が使えない、又はデータ通信速度が低下する等の障害があった場合、ユーザは大きな不便さを感じることとなる。従って、今後も携帯電話システムの運用において、システムの安定性は重要であり、障害を発生しにくくすると共に、発生した障害を迅速に検出し、復旧させることが求められる。
【０００４】
しかし、携帯電話システムには、無線という不確かなインタフェースが関わる場合、即座に故障を検出することが困難な場合がある。例えば、通信不通やスループット低下の現象が見られた場合でも、基地局装置の故障だけでなく、アンテナ故障、ケーブル接続不良、外来妨害波による影響など様々な要因が考えられる。従って、障害を迅速に復旧するためには、障害箇所の切り分けができることが望ましい。このため、アンテナ障害診断などの、無線基地局の障害診断機能が重要となっており、その方法も様々なものが提案されている。
【０００５】
図６Ａに、アンテナ障害検出機能の第一の従来例の構成を示す。本従来例では、無線基地局１００の送信回路部１０５から出力され、デュプレクサ１０４を通過し、アンテナ１０１へ出力される電力のうち、順方向電力（アンテナへの送信電力）１０９と反射方向電力（アンテナからの反射電力）１１０を方向性結合器１０３で抽出し、スイッチ１１１を介して電力検波回路部１１２で、それぞれの電力を検波する。そして、検波された電力の差分から電圧定在波比（ＶＳＷＲ、Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）の劣化の有無を検出し、アンテナ故障を検出する方法がある。ここで反射方向については方向性結合器ではなく、アイソレータを用いてもよい（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
本方法は簡易に実現可能であり、現在、アンテナ故障検出方法としてよく用いられる方法の一つである。
【０００７】
図６Ｂに、アンテナ障害検出機能の第二の従来例の構成を示す。本従来例では、無線基地局１２０に設けられた端末機能部１３０が、スイッチ１３１、１３２、１３３を介して方向性結合器１２３、１２７より、アンテナを介さず受信機へ入力される経路である順方向経路１３４、１３６と、アンテナを介しアンテナからの反射波が受信機へ入力される経路である反射方向経路１３５、１３７とへそれぞれ信号を入力する。端末機能部１３０は、各経路でエラー率が測定可能な受信感度点となるように送信電力を調整する。そして、端末機能部１３０の送信電力の差分から各アンテナのリターンロスを求め、さらに、ＶＳＷＲを計算し、アンテナ障害を診断する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
本従来例によれば、他にもデュプレクサ１２４、送信回路部１２５等で構成される送信機や、受信回路１２６、１２９、フィルタ１２８等で構成される受信機の障害診断も可能である。また、第一の従来例で課題となっていた受信専用アンテナ１２２の診断に対しても適用でき、無線部の各種障害を包括的に試験することが可能である。
【０００９】
但し、アンテナ障害診断の際に反射方向経路１３５、１３７へ入力される信号のうち、反射波以外の信号は、アンテナより外部へ出力される。特に、アンテナが正常である場合、受信感度点となる電力からリターンロスの分だけ大きな電力が、アンテナより不要波として外部へ出力されるという問題がある。本不要波は、他の基地局に対する妨害波となり、運用中の通信が途切れたり、一時的に通信速度が低下したりする可能性がある。従って、システム全体にとっては不要波を極力低減することが望ましい。
【００１０】
また、本従来例では、端末機能を基地局に搭載して呼接続をしているため、入力される試験信号も他端末が発信する信号と同様のものであり、自基地局が受信する主信号には影響を与えず運用中の障害診断が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１４２９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５１１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、無線通信装置の無線部、特に、アンテナの障害を診断するための多くの従来の方式は、第一の従来例のように、受信専用アンテナや、受信回路部１０６、１０８、受信側のフィルタ１０７の障害検出には適用できないという課題がある。
【００１３】
受信専用アンテナにも適用できる障害診断方法としては、第二の従来例のような方法も提案されているが、不要波が外部へ出力されるという課題があった。
【００１４】
また、第二の従来例においては、無線部の障害診断のために、大がかりな構成が必要であり、装置の価格も高くなり、ハードウェア及びソフトウェアの開発工数も大きくなるという課題があった。無線部の障害診断を目的とするのであれば、端末機能部を搭載せずに、無線受信部、アンテナの障害診断の構成を簡素にすることも可能であるが、運用中の障害診断ができないという課題があった。
【００１５】
本発明は、受信専用アンテナにも適用でき、外部への不要波発射を低減し、かつ、簡単な構成でも運用中に使用できるアンテナ障害診断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】
【００１６】
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、ＯＦＤＭＡ方式を利用して通信を行う無線通信装置であって、アンテナ障害診断に利用される試験信号を生成する試験信号生成部と、アンテナの順方向経路及び反射方向経路に前記試験信号を挿入する結合部と、前記試験信号が挿入された受信信号から、サイクリックプリフィックスを分離するＣＰ分離部と、前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから前記試験信号を抽出し、各経路通過後の前記試験信号の電力を測定する電力測定部と、前記測定された各経路の電力の差からリターンロスを計算し、前記計算されたリターンロスを用いてアンテナ障害を診断する診断部と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の代表的な実施の形態によれば、送受信用アンテナだけでなく、受信専用アンテナの故障を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の無線基地局の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の無線基地局の無線アナログ部及びデジタル信号処理部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるアンテナ障害診断方法のシーケンス図である。
【図４】本発明の実施の形態の基地局において除去されるサイクリックプリフィックスを説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態の基地局において分割されたＰＮ信号が挿入されたＣＰ部を説明する図である。
【図６Ａ】従来例の構成を示すブロック図である。
【図６Ｂ】従来例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明の実施の形態の概要について説明する。
【００２０】
本発明の実施の形態では、今後の移動体通信システムにおいて主要な通信方式となると考えられるＯＦＤＭＡ方式の無線基地局において、簡単な構成で、かつ、運用中にも使用できるアンテナの障害診断方法及び装置を提案する。
【００２１】
具体的には、基地局内に受信機の障害診断試験用の送信機を設け、本送信機内にはＰＮ符号を用いた試験信号を生成するＰＮ信号発生器と、運用中の受信信号のサイクリックプリフィックスのタイミングと試験信号の送信タイミングを一致させるタイミング制御部と、二つの経路（順方向経路、反射方向経路）を選択できるスイッチを設ける。受信回路には、障害診断試験用の送信機より出力された試験信号を順方向経路と反射方向経路へ注入可能にする方向性結合器と、受信信号よりサイクリックプリフィックスを除去するＣＰ除去部と、ＣＰ除去部にて取り除かれた試験信号を抽出し、元のＰＮ信号との相関を取り、同相加算処理によってノイズフロア以下の電力でも測定可能にする相関部と、相関部の出力からＳＩＲを計算するＳＩＲ測定部と、各経路のＳＩＲの測定結果からアンテナのＶＳＷＲを計算するＶＳＷＲ測定部を設ける。ここで試験信号の電力は、順方向経路及び反射方向経路共に、アンテナ端で、例えば熱雑音程度の電力に調整するとよい。
【００２２】
本発明の実施の形態では、前述した構成を用いることによって、受信専用アンテナの障害診断にも適用することができる。また、各経路のＳＩＲ測定において試験信号の電力はアンテナ端で熱雑音程度の低電力に抑えられているため、外部へ発射される不要波を低減することができ。さらに、受信主信号のサイクリックプリフィックスのタイミングに試験信号が挿入されるため、端末機能部を搭載しない簡単な構成であっても、受信主信号に影響を与えずに運用中に障害を診断することができる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
以下に開示される実施の形態では、今後の移動体通信システムにおいて主要な通信方式となると考えられるＯＦＤＭＡ方式の無線基地局において、簡単な構成で、かつ、運用中にも使用できるアンテナの障害診断方法及び装置を提案する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態の無線基地局の構成を示すブロック図である。無線基地局２０２は、無線アナログ部２０３と、デジタル信号処理部２１５と、回線インタフェース部２１６と、基地局制御部２１７とを備える。また、本実施の形態では、送信一系統及び受信二系統を備える無線基地局２０２の例を説明する。
【００２６】
無線アナログ部２０３は、送受信共用アンテナ２００（アンテナ０系）と受信専用アンテナ２０１（アンテナ１系）とが接続される。各アンテナ端には試験信号を順方向経路と反射方向経路へ注入するための方向性結合器２０４、２０５を有する。無線アナログ部２０３は、アンテナ０系では、下り無線信号と上り無線信号を分離するデュプレクサ２０９と、無線送信部２１２と、無線受信部０（２１３）とを有し、アンテナ１系では、上り無線信号の周波数帯域幅を制限するフィルタ２１０と、無線受信部１（２１４）とを有する。
【００２７】
さらに、無線アナログ部２０３は、障害の診断時に使用する試験信号送信部２１１と、その試験信号をアンテナ０系又はアンテナ１系に注入するかを選択するスイッチ２０８と、各アンテナ系で試験信号を順方向経路又は反射方向経路へ注入するかを選択するスイッチ２０６、２０７とを有する。これらスイッチ２０６、２０７、２０８は、１対４のスイッチを用いることによって、一つのスイッチに纏めることができる。また、各スイッチに終端経路を追加し、通常運用中は試験信号送信部２１１が終端され、試験信号送信部２１１が主信号回路と完全に切り離される構成としてもよい。
【００２８】
デジタル信号処理部２１５は、データの変復調と、無線信号、試験信号のデジタル信号処理を行う。回線インタフェース部２１６は、無線基地局２０２とネットワーク２２１とのインタフェースである。基地局制御部２１７は、ＣＰＵ２１８、メモリ（例えば、ＲＡＭ２１９、ＲＯＭ２２０）を有し、無線基地局２０２の動作を監視及び制御する。
【００２９】
保守端末２２２はネットワーク２２１、回線インタフェース部２１６を経由し、基地局制御部２１７に接続され、無線基地局２０２の監視及び制御をリモートにて行う機能を有する。
【００３０】
なお、無線基地局２０２は、ＭＩＭＯに対応するために送受共に複数系統（２系統、４系統又はそれ以上）備わっていても、送受信の系統数が同一でもよく、また複数セクタを有してもよい。
【００３１】
本実施の形態において、無線基地局２０２はＯＦＤＭＡ方式を利用する。ＯＦＤＭＡ方式では、マルチパス遅延拡散の影響を低減するために、サイクリックプリフィックス（ＣＰ）が設けられる。サイクリックプリフィックスは、各シンボルの先頭にシンボルの後ろの方のコピーが追加されたガード・インターバルである。
【００３２】
サイクリックプリフィックスは、受信機側で取り除かれてＦＦＴ処理がされる。この際、取り除かれる信号のタイミングは受信機側で決められる。移動体通信システムの上り回線では、基地局側がタイミングのマスタであり、端末側は適当なタイミングで信号が受信されるようにタイミングを調整することが一般的である。すなわち、基地局側では特定のタイミングの情報をＣＰ長分の窓だけ除去し、残ったＦＦＴ長の情報をＦＦＴに入力することによって、周波数領域の信号を取得する。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態の無線基地局の無線アナログ部２０３及びデジタル信号処理部２１５の詳細な構成を示すブロック図である。特に、図２には、アンテナ障害診断に関する構成を示す。なお、説明の単純化のため、図２では無線アナログ部のアンテナ１系について説明するが、アンテナ０系も同様に構成される。
【００３４】
デジタル信号処理部２１５は、ＰＮ信号発生部３００、ＣＰ除去部３０７、相関部３０８、タイミング制御部３０９、ＳＩＲ測定部３１０及びＶＳＷＲ測定部３１１を備える。
【００３５】
ＰＮ信号発生器３００は、本実施の形態における障害診断用試験信号の発生源であり、ＰＮ符号を用いた試験信号が無線アナログ部２０３の試験信号送信部２１１へ出力される。この時、図５に示すように、ＰＮ信号発生器３００は、時間的にある程度長い（例えば、５ｍｓ程度の）ＰＮ信号系列６００をＣＰ長（４．６９μｓ）以下毎に分解し、タイミング制御部３０９よって指定されたタイミングで、分解された試験信号６０１を出力する。この構成によって、後の受信回路で受信する主信号６０２のサイクリックプリフィックスのタイミングに、これら分割された試験信号が挿入されている。
【００３６】
ＰＮ信号発生器３００は、ミキサ、ＮＣＯを有し、周波数を可変にしてもよい。また、ＰＮ信号発生器３００が、ゲインブロックを有し、出力信号のレベルを可変とすれば、以降のアナログ部の利得ばらつきも調整することができる。但し、本実施の形態のアンテナ障害診断機能において、出力レベルは可変である必要はない。このため、ＤＡコンバータ３０１のダイナミックレンジは大きい必要がなく、安価なＤＡコンバータを採用することができる。
【００３７】
無線アナログ部２０３の試験信号送信部２１１は、ＤＡコンバータ３０１及びアップコンバータ３０３を備える。まず、ＤＡコンバータ３０１がデジタル信号からアナログ信号へ変換し、アップコンバータ３０３が、シンセサイザ３０２からのローカル信号によって、無線周波数帯へ周波数変換する。なお、ＤＡコンバータ３０１、シンセサイザ３０２、アップコンバータ３０３等が１チップ化された集積回路を利用し、部品点数を削減することができる。
【００３８】
その後、スイッチ２０７は、無線周波数帯へ周波数変換された試験信号を、順方向に注入するか、反射方向に注入するかを選択する。順方向が選択された場合、試験信号は、方向性結合器２０５を介し、フィルタ２１０を通過後、無線受信部１（２１４）へ入力さる。一方、反射方向が選択された場合、試験信号は、方向性結合器２０５を介し、アンテナから外部へ出力されるが、アンテナで反射した試験信号の一部が再度方向性結合器２０５及びフィルタ２１０を通過後、無線受信部１（２１４）へ入力される。ここで、試験信号のレベルが、アンテナ端（方向性結合器２０５の出力端）で、ある一定のレベル（例えば、熱雑音程度）になるように設定し、製造時等に予めアナログ部品の利得ばらつきを調整することによって、より精度の高い障害診断が可能となる。
【００３９】
無線受信部１（２１４）は、低雑音増幅器３０４、ダウンコンバータ３０５及びＡＤコンバータ３０６を備える。低雑音増幅器３０４によって増幅された試験信号は、無線周波数帯から元のベースバンド周波数へ変換され、ＡＤコンバータ３０６によってデジタル信号へ変換後、デジタル信号処理部２１５へ入力される。デジタル信号処理部２１５では、まず、ＣＰ除去部３０７がサイクリックプリフィックスを分離し、サイクリックプリフィックスが分離された信号は主信号復調処理へ送られる。この後の処理は、本実施の形態と関係が無いため説明を省略する。
【００４０】
一方、ＣＰ除去部３０７によって抽出されたサイクリックプリフィックスには、前述の通りＰＮ信号発生器３００で生成された試験信号が挿入されている。このサイクリックプリフィックスは、相関部３０８へ送られる。相関部３０８では、送られてきた信号の受信タイミングを、相関演算によって求める。相関部３０８は、例えば、スライディング相関器によって最も相関値のピークが高くなるタイミングを検出する。
【００４１】
この相関値の検出結果はタイミング制御部３０９へ送られ、ＰＮ信号発生器３００が送信する信号のタイミングの調整に用いられる。例えば、期待するサイクリックプリフィックスの窓位置に対して、検出された信号が先行している場合、信号送信のタイミングを遅らせるようにＰＮ信号発生器３００に指示する。一方、検出された信号が遅延している場合、信号送信タイミングを早めるようにＰＮ信号発生器３００に指示する。
【００４２】
ＰＮ信号発生器３００は、信号送信タイミングを早める指示があれば、現在のタイミングに比べて所定の値だけ信号の生成タイミングを早めるように、タイミングを制御する。この調整によって、常に、サイクリックプリフィックスとして基地局が信号復調に利用せずに除去するタイミングに、ＰＮ信号発生器３００が送信する試験信号を挿入することができる。
【００４３】
なお、相関部３０８部がＰＮ信号発生器３００で生成された試験信号のズレ量を測定し、ＰＮ信号発生器３００に信号送信タイミングの制御量を指示してもよい。
【００４４】
但し、本実施の形態における方式によるタイミング調整前には、試験信号の挿入タイミングがサイクリックプリフィックスから外れ、主信号の品質に影響を与える可能性がある。この場合を考慮して、システムの起動時又は通信が閑散な時に、前述したタイミングを調整する。また、保守端末２２２より指定したタイミングに試験信号の挿入タイミングを調整してもよい。基地局の設置後、運用中において、基地局やケーブル等の遅延量は大きく変化しないため、前述したタイミングに試験信号の挿入タイミングを調整すれば十分であるが、遅延量が多少変化する可能性を考えると、挿入される試験信号をＣＰ長に対してマージンを持つように多少短くすれば、通信に使われている主信号の品質に影響を与えない。従って、本実施の形態の構成によれば、端末機能を搭載することなく運用中のアンテナ障害診断において、システムへの影響を減少させることができる。
【００４５】
また、複数の端末からの信号を受信している場合、端末から基地局の距離及び伝搬経路（マルチパス）の違いによって、各端末から送信された信号の受信タイミングがずれる場合がある。その様子を図４に示す。図４において、縦軸は周波数、横軸は時間を示す。信号５００、５０１、５０２は、それぞれ異なる端末から受信された信号を示す。基地局は、端末に対して、上り信号の送信タイミングを制御しているが、各端末からの信号の受信タイミングを完全に同期させることは困難である。従って、図４に示すように、許容される時間差において、サイクリックプリフィックスの受信タイミングは、ある程度ずれが生じる。
【００４６】
この時、例えば、信号５０２のように大きく遅延した場合、サイクリックプリフィックスに挿入された試験信号が、主信号に対してノイズになることがある。しかし、基地局では、図４の破線間のタイミングをサイクリックプリフィックスと判断する。本実施の形態では、試験信号の挿入タイミングを調整することによって、試験信号が点線間のタイミングに挿入され、ＣＰ除去部３０７が試験信号を正しく分離することができる。従って、このような、端末からの信号に遅延が生じた場合でも、主信号へ影響を与えずに、障害を診断することができる。
【００４７】
前述したタイミング調整の後、アンテナの障害診断時には、同様にＰＮ信号発生器３００から試験信号が出力され、温度変化による遅延量の変化も考慮して、周期的に（例えば、所定時間間隔で）、試験信号の挿入タイミングを調整する。ＣＰ除去部３０７によって抽出されたサイクリックプリフィックスには、分割されたＰＮ信号系列が挿入されているため、相関部３０８が相関演算によって試験信号を抽出した後、抽出された試験信号の断片が合成され元の一つのＰＮ信号系列が復元される。そして、相関部３０８は、Ｉ成分の相関結果の振幅を平均したＩaveと、Ｑ成分の相関結果の振幅を平均したＱaveと、各成分の振幅の二乗を平均したＩ２ave及びＱ２aveの値とをＳＩＲ測定部３１０へ出力する。ここで試験信号の強度がノイズフロア以下であっても、試験信号は同相加算処理によって拡散利得が得られるため、各値を正確に測定することができる。
【００４８】
ＳＩＲ測定部３１０では入力された値から、以下の計算式を用いてＳＩＲを計算する。以下の式において、Ｗは試験信号の帯域幅、ＴはＰＮ信号系列の長さである。なお、本ＳＩＲ計算を複数回行って、その結果の平均を求めることによって、ばらつきを抑制した値を以降の計算に使用してもよい。
【００４９】
Ｎ ＝ Ｗ×Ｔ
ＡＩ ＝ （Ｉave／Ｎ）2
ＢＩ ＝ Ｉ2ave／Ｎ
Ｓ２Ｉ ＝ ＡＩ−ＢＩ／Ｎ
Ｎ２Ｉ ＝ ＢＩ−ＡＩ
ＡＱ ＝ （Ｑave／Ｎ）2
ＢＱ ＝ Ｑ2ave／Ｎ
Ｓ２Ｑ ＝ ＡＩ−ＢＩ／Ｎ
Ｎ２Ｑ ＝ ＢＩ−ＡＩ
ＳＩＲ ＝ １０log｛（Ｓ２Ｉ＋Ｓ２Ｑ）／（Ｎ２Ｉ＋Ｎ２Ｑ）｝ ［ｄＢ］
【００５０】
以上の手順によるＳＩＲの測定は、スイッチ２０７を切り替えることによって、順方向経路、反射方向経路共に行われる。ＳＩＲ測定部３１０は、各経路のＳＩＲ測定結果を、ＶＳＷＲ測定部３１２へ出力する。ＶＳＷＲ測定部３１２は、以下の計算式を用いて、アンテナの異常有無の判断の指標となるＶＳＷＲを計算する。ここで、ＳＩＲ＿Ｆは順方向経路において測定されたＳＩＲであり、ＳＩＲ＿Ｒは反射方向経路において測定されたＳＩＲである。
ＲＬ（リターンロス）＝ＳＩＲ＿Ｆ−ＳＩＲ＿Ｒ ［ｄＢ］
ＶＳＷＲ ＝｛１＋１０(-RL/20)｝／｛１−１０(-RL/20)｝
【００５１】
なお、本実施の形態では、各経路のＳＩＲの差分よりリターンロスを求めているが、順方向経路及び反射方向経路のいずれにおいてもノイズの電力は等しいと推定し、各経路の信号成分電力のみに着目すれば以下式よりリターンロスを計算できる。
Ｓpow＿Ｆ：順方向経路の（Ｓ２Ｉ＋Ｓ２Ｑ）
Ｓpow＿Ｒ：反射方向経路の（Ｓ２Ｉ＋Ｓ２Ｑ）
ＲＬ（リターンロス）＝ １０log（Ｓpow＿Ｆ／Ｓpow＿Ｒ） ［ｄＢ］
また、ＶＳＷＲを計算せず、リターンロスによってアンテナの障害有無を判断してもよい。
【００５２】
図３は、本実施の形態における障害診断方法のシーケンス図である。以下、図１及び図２の構成を有する無線基地局のアンテナ障害検出処理について説明する。なお、システムの起動時に一度、本処理が行われて、試験信号の挿入タイミング調整がされているものとする。
【００５３】
障害診断は、例えば、保守作業者が保守端末２２２に障害診断実行の指示を入力することにより開始する。この障害診断実行指示は、試験をする基地局の指定及び診断する受信機の指定（例えば、セクタ、系の識別子）、及び、障害診断に用いるチャネル（試験信号の周波数）の指定を含む。なお、診断開始の契機は、予め定められた診断スケジュールに従い、所定の時刻になると診断を開始してもよい。
【００５４】
保守端末２２２は、指定された無線基地局２０２の基地局制御部２１７に、受信機の識別情報（例えば、セクタ、系の識別子）と試験対象となるチャネル情報との指定を含む診断開始指示を通知する（４００）。なお、保守端末２２２は、周期的に（例えば、所定時間間隔で）診断開始指示を通知してもよい。
【００５５】
基地局制御部２１７は、スイッチ２０７を順方向経路へ切り替え、デジタル信号処理部２１５のＰＮ信号発生器３００に、事前に調整されたタイミングの設定（必要であれば、周波数、出力レベル等の設定）を指示し、試験信号の出力を指示する。ＰＮ信号発生器３００は、指定された設定によって動作を開始する（４０１）。
【００５６】
ＰＮ信号発生器３００は、試験信号を出力する（４０２）。その後、出力された試験信号は、無線アナログ部２０３の方向性結合器２０５から無線受信部１（２１４）へ入力される。そして、デジタル信号処理部２１５が試験信号を受信し（４０３）、タイミング制御部３０９がＰＮ信号発生器３００からの信号の出力タイミングを微調整し（４０４）、ＳＩＲ測定部３１０が、受信した試験信号を用いて順方向のＳＩＲを測定する（４０５）。
【００５７】
その後、デジタル信号処理部２１５は、基地局制御部２１７に、スイッチ２０７の切り替えを要求し（４０６）、基地局制御部２１７は、スイッチ２０７を反射方向経路に切り替え（４０７）、反射方向のＳＩＲの測定を要求する（４０８）。
【００５８】
反射方向経路においても、タイミング制御部３０９がＰＮ信号発生器３００からの信号の出力タイミングを微調整し（４０９）、ＳＩＲ測定部３１０が反射方向のＳＩＲを測定する（４１０）。デジタル信号処理部２１５は、反射方向のＳＩＲを測定結果とステップ４０５で測定した順方向ＳＩＲの測定結果とに基づいて、ＶＳＷＲを計算する（４１１）。デジタル信号処理部２１５は、計算されたＶＳＷＲを基地局制御部２１７へ報告し（４１２）、試験信号の出力を停止する（４１３）。
【００５９】
基地局制御部２１７は、測定されたＶＳＷＲ値を診断結果として保守端末２２２へ報告し（４１４）、故障診断を終了する（４１５）。
【００６０】
なお、基地局制御部２１７内のＲＯＭ２２０に障害の有無を判断するためのＶＳＷＲの閾値を格納しておき、この閾値と測定結果とを比較することによって、障害の有無を判定し、測定されたＶＳＷＲ値と共に、障害の有無を診断結果に含めて保守端末２２２へ報告してもよい。
【００６１】
なお、本実施の形態では、デジタル信号処理部２１５のＶＳＷＲ測定部３１１がＶＳＷＲを計算しているが、ファームウエアによる処理によってＶＳＷＲを計算してもよい。この場合、ステップ４０５及び４１０で測定された各経路のＳＩＲ測定結果は、基地局制御部２１７のＲＡＭ２１９に保存され、ＲＯＭ２２０に格納されているプログラムが、ＲＡＭ２１９に保存された値からＶＳＷＲを計算する。
【００６２】
以上説明したように、本発明の実施の形態によると、受信回路を利用してＶＳＷＲ測定をしているため、送受信供用アンテナの他、受信専用アンテナに対してもＶＳＷＲを測定することができる。
【００６３】
また、試験信号の電力は順方向経路、反射方向経路共にアンテナ端で同一レベルとし、各経路でのＳＩＲの差分からアンテナのリターンロスを求めＶＳＷＲを計算している。ＰＮ符号を用いた試験信号は同相加算処理によって、信号がノイズフロア以下であってもＳＩＲ測定が可能である。このため、反射方向経路においてＳＩＲを測定する際にも、アンテナ端電力（アンテナから出力される電力）を低減することができる。すなわち、障害診断時に発射される不要波のレベルを低減することができ、障害診断中に発射される不要波によるシステム（例えば、他基地局）への影響を排除し、システム全体のパフォーマンスへの影響を低減することができる。
【００６４】
さらに、受信回路へ入力される試験信号はサイクリックプリフィックスに挿入され、サイクリックプリフィックスは主信号の復調の際に除去されるため、受信主信号への影響を排除することができ、運用中でも自基地局に接続中の端末の通信に影響を与えることなく、アンテナの障害を診断することができる。
【００６５】
従って、本実施の形態によって送受信供用アンテナ、受信専用アンテナのいずれにも適用可能で、システム全体に（自システムの自他基地局だけでなく、他システムへも）影響を与えず、運用中に診断可能なアンテナ障害診断方法を提供し、システムの安定的な運用に役立つ。また、本発明の実施の形態によって、簡単な構成によって無線部の障害を診断することができるため、基地局装置へ無線部障害診断機能を搭載しやすくなる。
【符号の説明】
【００６６】
１０１、１２１、２００ 送受供用アンテナ
１０２、１２２、２０１ 受信専用アンテナ
１０３、１２３、１２７、２０４、２０５ 方向性結合器
１０４、１２４、２０９ デュプレクサ（ＤＵＰ）
１０７、１２８、２１０ フィルタ（ＦＩＬ）
１１１、１３１、１３２、１３３、２０６、２０７、２０８ スイッチ
１０９ 順方向電力
１１０ 反射方向電力
１３４、１３６ 順方向経路
１３５、１３７ 反射方向経路
３０１ ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）
３０２ シンセサイザ
３０３ アップコンバータ
３０４ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
３０５ ダウンコンバータ
３０６ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信装置に関し、特に送受信共用アンテナの他、受信専用アンテナに適用可能な障害診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の移動体通信システムは、音声通信の他、データ通信にも多く用いられ、データ通信利用者の増加に伴ってデータ通信の高速化が求められている。現在ではＩＥＥＥにて標準化作業中のＭｏｂｉｌｅ ＷｉＭＡＸ ８０２．１６ｅ規格に準拠したサービスが日本国内の他、全世界で開始されている。また、３ＧＰＰにて標準化作業中のＬＴＥ規格に準拠したサービスも一部の国では既に開始されており、日本国内でも今年中の開始が見込まれている。いずれの規格も次世代通信方式としてＯＦＤＭＡ方式を採用しており、これはＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄに対応したそれぞれの後継規格についても同様であり、今後移動体通信システムとしてはＯＦＤＭＡ方式が主要な通信方式となっていくと考えられる。
【０００３】
前述のように、データ通信の高速化が進む一方、携帯電話のサービスエリア拡大も進められおり、日本国内では人口カバー率が１００％近くにまでサービスエリアが広がっている。このため、携帯電話が使用できない場所の不便さが際立つようになっており、携帯電話事業者各社が、携帯電話の使用できない不感地帯を減らす努力をしている。このように携帯電話は日本全国どこでも使用できることが当然となっており、基地局の故障等によってあるエリアで一時的に携帯電話が使えない、又はデータ通信速度が低下する等の障害があった場合、ユーザは大きな不便さを感じることとなる。従って、今後も携帯電話システムの運用において、システムの安定性は重要であり、障害を発生しにくくすると共に、発生した障害を迅速に検出し、復旧させることが求められる。
【０００４】
しかし、携帯電話システムには、無線という不確かなインタフェースが関わる場合、即座に故障を検出することが困難な場合がある。例えば、通信不通やスループット低下の現象が見られた場合でも、基地局装置の故障だけでなく、アンテナ故障、ケーブル接続不良、外来妨害波による影響など様々な要因が考えられる。従って、障害を迅速に復旧するためには、障害箇所の切り分けができることが望ましい。このため、アンテナ障害診断などの、無線基地局の障害診断機能が重要となっており、その方法も様々なものが提案されている。
【０００５】
図６Ａに、アンテナ障害検出機能の第一の従来例の構成を示す。本従来例では、無線基地局１００の送信回路部１０５から出力され、デュプレクサ１０４を通過し、アンテナ１０１へ出力される電力のうち、順方向電力（アンテナへの送信電力）１０９と反射方向電力（アンテナからの反射電力）１１０を方向性結合器１０３で抽出し、スイッチ１１１を介して電力検波回路部１１２で、それぞれの電力を検波する。そして、検波された電力の差分から電圧定在波比（ＶＳＷＲ、Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）の劣化の有無を検出し、アンテナ故障を検出する方法がある。ここで反射方向については方向性結合器ではなく、アイソレータを用いてもよい（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
本方法は簡易に実現可能であり、現在、アンテナ故障検出方法としてよく用いられる方法の一つである。
【０００７】
図６Ｂに、アンテナ障害検出機能の第二の従来例の構成を示す。本従来例では、無線基地局１２０に設けられた端末機能部１３０が、スイッチ１３１、１３２、１３３を介して方向性結合器１２３、１２７より、アンテナを介さず受信機へ入力される経路である順方向経路１３４、１３６と、アンテナを介しアンテナからの反射波が受信機へ入力される経路である反射方向経路１３５、１３７とへそれぞれ信号を入力する。端末機能部１３０は、各経路でエラー率が測定可能な受信感度点となるように送信電力を調整する。そして、端末機能部１３０の送信電力の差分から各アンテナのリターンロスを求め、さらに、ＶＳＷＲを計算し、アンテナ障害を診断する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
本従来例によれば、他にもデュプレクサ１２４、送信回路部１２５等で構成される送信機や、受信回路１２６、１２９、フィルタ１２８等で構成される受信機の障害診断も可能である。また、第一の従来例で課題となっていた受信専用アンテナ１２２の診断に対しても適用でき、無線部の各種障害を包括的に試験することが可能である。
【０００９】
但し、アンテナ障害診断の際に反射方向経路１３５、１３７へ入力される信号のうち、反射波以外の信号は、アンテナより外部へ出力される。特に、アンテナが正常である場合、受信感度点となる電力からリターンロスの分だけ大きな電力が、アンテナより不要波として外部へ出力されるという問題がある。本不要波は、他の基地局に対する妨害波となり、運用中の通信が途切れたり、一時的に通信速度が低下したりする可能性がある。従って、システム全体にとっては不要波を極力低減することが望ましい。
【００１０】
また、本従来例では、端末機能を基地局に搭載して呼接続をしているため、入力される試験信号も他端末が発信する信号と同様のものであり、自基地局が受信する主信号には影響を与えず運用中の障害診断が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−１４２９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５１１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、無線通信装置の無線部、特に、アンテナの障害を診断するための多くの従来の方式は、第一の従来例のように、受信専用アンテナや、受信回路部１０６、１０８、受信側のフィルタ１０７の障害検出には適用できないという課題がある。
【００１３】
受信専用アンテナにも適用できる障害診断方法としては、第二の従来例のような方法も提案されているが、不要波が外部へ出力されるという課題があった。
【００１４】
また、第二の従来例においては、無線部の障害診断のために、大がかりな構成が必要であり、装置の価格も高くなり、ハードウェア及びソフトウェアの開発工数も大きくなるという課題があった。無線部の障害診断を目的とするのであれば、端末機能部を搭載せずに、無線受信部、アンテナの障害診断の構成を簡素にすることも可能であるが、運用中の障害診断ができないという課題があった。
【００１５】
本発明は、受信専用アンテナにも適用でき、外部への不要波発射を低減し、かつ、簡単な構成でも運用中に使用できるアンテナ障害診断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】
【００１６】
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、ＯＦＤＭＡ方式を利用して通信を行う無線通信装置であって、アンテナ障害診断に利用される試験信号を生成する試験信号生成部と、アンテナの順方向経路及び反射方向経路に前記試験信号を挿入する結合部と、前記試験信号が挿入された受信信号から、サイクリックプリフィックスを分離するＣＰ分離部と、前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから前記試験信号を抽出し、各経路通過後の前記試験信号の電力を測定する電力測定部と、前記測定された各経路の電力の差からリターンロスを計算し、前記計算されたリターンロスを用いてアンテナ障害を診断する診断部と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の代表的な実施の形態によれば、送受信用アンテナだけでなく、受信専用アンテナの故障を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の無線基地局の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の無線基地局の無線アナログ部及びデジタル信号処理部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるアンテナ障害診断方法のシーケンス図である。
【図４】本発明の実施の形態の基地局において除去されるサイクリックプリフィックスを説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態の基地局において分割されたＰＮ信号が挿入されたＣＰ部を説明する図である。
【図６Ａ】従来例の構成を示すブロック図である。
【図６Ｂ】従来例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明の実施の形態の概要について説明する。
【００２０】
本発明の実施の形態では、今後の移動体通信システムにおいて主要な通信方式となると考えられるＯＦＤＭＡ方式の無線基地局において、簡単な構成で、かつ、運用中にも使用できるアンテナの障害診断方法及び装置を提案する。
【００２１】
具体的には、基地局内に受信機の障害診断試験用の送信機を設け、本送信機内にはＰＮ符号を用いた試験信号を生成するＰＮ信号発生器と、運用中の受信信号のサイクリックプリフィックスのタイミングと試験信号の送信タイミングを一致させるタイミング制御部と、二つの経路（順方向経路、反射方向経路）を選択できるスイッチを設ける。受信回路には、障害診断試験用の送信機より出力された試験信号を順方向経路と反射方向経路へ注入可能にする方向性結合器と、受信信号よりサイクリックプリフィックスを除去するＣＰ除去部と、ＣＰ除去部にて取り除かれた試験信号を抽出し、元のＰＮ信号との相関を取り、同相加算処理によってノイズフロア以下の電力でも測定可能にする相関部と、相関部の出力からＳＩＲを計算するＳＩＲ測定部と、各経路のＳＩＲの測定結果からアンテナのＶＳＷＲを計算するＶＳＷＲ測定部を設ける。ここで試験信号の電力は、順方向経路及び反射方向経路共に、アンテナ端で、例えば熱雑音程度の電力に調整するとよい。
【００２２】
本発明の実施の形態では、前述した構成を用いることによって、受信専用アンテナの障害診断にも適用することができる。また、各経路のＳＩＲ測定において試験信号の電力はアンテナ端で熱雑音程度の低電力に抑えられているため、外部へ発射される不要波を低減することができ。さらに、受信主信号のサイクリックプリフィックスのタイミングに試験信号が挿入されるため、端末機能部を搭載しない簡単な構成であっても、受信主信号に影響を与えずに運用中に障害を診断することができる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
以下に開示される実施の形態では、今後の移動体通信システムにおいて主要な通信方式となると考えられるＯＦＤＭＡ方式の無線基地局において、簡単な構成で、かつ、運用中にも使用できるアンテナの障害診断方法及び装置を提案する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態の無線基地局の構成を示すブロック図である。無線基地局２０２は、無線アナログ部２０３と、デジタル信号処理部２１５と、回線インタフェース部２１６と、基地局制御部２１７とを備える。また、本実施の形態では、送信一系統及び受信二系統を備える無線基地局２０２の例を説明する。
【００２６】
無線アナログ部２０３は、送受信共用アンテナ２００（アンテナ０系）と受信専用アンテナ２０１（アンテナ１系）とが接続される。各アンテナ端には試験信号を順方向経路と反射方向経路へ注入するための方向性結合器２０４、２０５を有する。無線アナログ部２０３は、アンテナ０系では、下り無線信号と上り無線信号を分離するデュプレクサ２０９と、無線送信部２１２と、無線受信部０（２１３）とを有し、アンテナ１系では、上り無線信号の周波数帯域幅を制限するフィルタ２１０と、無線受信部１（２１４）とを有する。
【００２７】
さらに、無線アナログ部２０３は、障害の診断時に使用する試験信号送信部２１１と、その試験信号をアンテナ０系又はアンテナ１系に注入するかを選択するスイッチ２０８と、各アンテナ系で試験信号を順方向経路又は反射方向経路へ注入するかを選択するスイッチ２０６、２０７とを有する。これらスイッチ２０６、２０７、２０８は、１対４のスイッチを用いることによって、一つのスイッチに纏めることができる。また、各スイッチに終端経路を追加し、通常運用中は試験信号送信部２１１が終端され、試験信号送信部２１１が主信号回路と完全に切り離される構成としてもよい。
【００２８】
デジタル信号処理部２１５は、データの変復調と、無線信号、試験信号のデジタル信号処理を行う。回線インタフェース部２１６は、無線基地局２０２とネットワーク２２１とのインタフェースである。基地局制御部２１７は、ＣＰＵ２１８、メモリ（例えば、ＲＡＭ２１９、ＲＯＭ２２０）を有し、無線基地局２０２の動作を監視及び制御する。
【００２９】
保守端末２２２はネットワーク２２１、回線インタフェース部２１６を経由し、基地局制御部２１７に接続され、無線基地局２０２の監視及び制御をリモートにて行う機能を有する。
【００３０】
なお、無線基地局２０２は、ＭＩＭＯに対応するために送受共に複数系統（２系統、４系統又はそれ以上）備わっていても、送受信の系統数が同一でもよく、また複数セクタを有してもよい。
【００３１】
本実施の形態において、無線基地局２０２はＯＦＤＭＡ方式を利用する。ＯＦＤＭＡ方式では、マルチパス遅延拡散の影響を低減するために、サイクリックプリフィックス（ＣＰ）が設けられる。サイクリックプリフィックスは、各シンボルの先頭にシンボルの後ろの方のコピーが追加されたガード・インターバルである。
【００３２】
サイクリックプリフィックスは、受信機側で取り除かれてＦＦＴ処理がされる。この際、取り除かれる信号のタイミングは受信機側で決められる。移動体通信システムの上り回線では、基地局側がタイミングのマスタであり、端末側は適当なタイミングで信号が受信されるようにタイミングを調整することが一般的である。すなわち、基地局側では特定のタイミングの情報をＣＰ長分の窓だけ除去し、残ったＦＦＴ長の情報をＦＦＴに入力することによって、周波数領域の信号を取得する。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態の無線基地局の無線アナログ部２０３及びデジタル信号処理部２１５の詳細な構成を示すブロック図である。特に、図２には、アンテナ障害診断に関する構成を示す。なお、説明の単純化のため、図２では無線アナログ部のアンテナ１系について説明するが、アンテナ０系も同様に構成される。
【００３４】
デジタル信号処理部２１５は、ＰＮ信号発生部３００、ＣＰ除去部３０７、相関部３０８、タイミング制御部３０９、ＳＩＲ測定部３１０及びＶＳＷＲ測定部３１１を備える。
【００３５】
ＰＮ信号発生器３００は、本実施の形態における障害診断用試験信号の発生源であり、ＰＮ符号を用いた試験信号が無線アナログ部２０３の試験信号送信部２１１へ出力される。この時、図５に示すように、ＰＮ信号発生器３００は、時間的にある程度長い（例えば、５ｍｓ程度の）ＰＮ信号系列６００をＣＰ長（４．６９μｓ）以下毎に分解し、タイミング制御部３０９よって指定されたタイミングで、分解された試験信号６０１を出力する。この構成によって、後の受信回路で受信する主信号６０２のサイクリックプリフィックスのタイミングに、これら分割された試験信号が挿入されている。
【００３６】
ＰＮ信号発生器３００は、ミキサ、ＮＣＯを有し、周波数を可変にしてもよい。また、ＰＮ信号発生器３００が、ゲインブロックを有し、出力信号のレベルを可変とすれば、以降のアナログ部の利得ばらつきも調整することができる。但し、本実施の形態のアンテナ障害診断機能において、出力レベルは可変である必要はない。このため、ＤＡコンバータ３０１のダイナミックレンジは大きい必要がなく、安価なＤＡコンバータを採用することができる。
【００３７】
無線アナログ部２０３の試験信号送信部２１１は、ＤＡコンバータ３０１及びアップコンバータ３０３を備える。まず、ＤＡコンバータ３０１がデジタル信号からアナログ信号へ変換し、アップコンバータ３０３が、シンセサイザ３０２からのローカル信号によって、無線周波数帯へ周波数変換する。なお、ＤＡコンバータ３０１、シンセサイザ３０２、アップコンバータ３０３等が１チップ化された集積回路を利用し、部品点数を削減することができる。
【００３８】
その後、スイッチ２０７は、無線周波数帯へ周波数変換された試験信号を、順方向に注入するか、反射方向に注入するかを選択する。順方向が選択された場合、試験信号は、方向性結合器２０５を介し、フィルタ２１０を通過後、無線受信部１（２１４）へ入力さる。一方、反射方向が選択された場合、試験信号は、方向性結合器２０５を介し、アンテナから外部へ出力されるが、アンテナで反射した試験信号の一部が再度方向性結合器２０５及びフィルタ２１０を通過後、無線受信部１（２１４）へ入力される。ここで、試験信号のレベルが、アンテナ端（方向性結合器２０５の出力端）で、ある一定のレベル（例えば、熱雑音程度）になるように設定し、製造時等に予めアナログ部品の利得ばらつきを調整することによって、より精度の高い障害診断が可能となる。
【００３９】
無線受信部１（２１４）は、低雑音増幅器３０４、ダウンコンバータ３０５及びＡＤコンバータ３０６を備える。低雑音増幅器３０４によって増幅された試験信号は、無線周波数帯から元のベースバンド周波数へ変換され、ＡＤコンバータ３０６によってデジタル信号へ変換後、デジタル信号処理部２１５へ入力される。デジタル信号処理部２１５では、まず、ＣＰ除去部３０７がサイクリックプリフィックスを分離し、サイクリックプリフィックスが分離された信号は主信号復調処理へ送られる。この後の処理は、本実施の形態と関係が無いため説明を省略する。
【００４０】
一方、ＣＰ除去部３０７によって抽出されたサイクリックプリフィックスには、前述の通りＰＮ信号発生器３００で生成された試験信号が挿入されている。このサイクリックプリフィックスは、相関部３０８へ送られる。相関部３０８では、送られてきた信号の受信タイミングを、相関演算によって求める。相関部３０８は、例えば、スライディング相関器によって最も相関値のピークが高くなるタイミングを検出する。
【００４１】
この相関値の検出結果はタイミング制御部３０９へ送られ、ＰＮ信号発生器３００が送信する信号のタイミングの調整に用いられる。例えば、期待するサイクリックプリフィックスの窓位置に対して、検出された信号が先行している場合、信号送信のタイミングを遅らせるようにＰＮ信号発生器３００に指示する。一方、検出された信号が遅延している場合、信号送信タイミングを早めるようにＰＮ信号発生器３００に指示する。
【００４２】
ＰＮ信号発生器３００は、信号送信タイミングを早める指示があれば、現在のタイミングに比べて所定の値だけ信号の生成タイミングを早めるように、タイミングを制御する。この調整によって、常に、サイクリックプリフィックスとして基地局が信号復調に利用せずに除去するタイミングに、ＰＮ信号発生器３００が送信する試験信号を挿入することができる。
【００４３】
なお、相関部３０８部がＰＮ信号発生器３００で生成された試験信号のズレ量を測定し、ＰＮ信号発生器３００に信号送信タイミングの制御量を指示してもよい。
【００４４】
但し、本実施の形態における方式によるタイミング調整前には、試験信号の挿入タイミングがサイクリックプリフィックスから外れ、主信号の品質に影響を与える可能性がある。この場合を考慮して、システムの起動時又は通信が閑散な時に、前述したタイミングを調整する。また、保守端末２２２より指定したタイミングに試験信号の挿入タイミングを調整してもよい。基地局の設置後、運用中において、基地局やケーブル等の遅延量は大きく変化しないため、前述したタイミングに試験信号の挿入タイミングを調整すれば十分であるが、遅延量が多少変化する可能性を考えると、挿入される試験信号をＣＰ長に対してマージンを持つように多少短くすれば、通信に使われている主信号の品質に影響を与えない。従って、本実施の形態の構成によれば、端末機能を搭載することなく運用中のアンテナ障害診断において、システムへの影響を減少させることができる。
【００４５】
また、複数の端末からの信号を受信している場合、端末から基地局の距離及び伝搬経路（マルチパス）の違いによって、各端末から送信された信号の受信タイミングがずれる場合がある。その様子を図４に示す。図４において、縦軸は周波数、横軸は時間を示す。信号５００、５０１、５０２は、それぞれ異なる端末から受信された信号を示す。基地局は、端末に対して、上り信号の送信タイミングを制御しているが、各端末からの信号の受信タイミングを完全に同期させることは困難である。従って、図４に示すように、許容される時間差において、サイクリックプリフィックスの受信タイミングは、ある程度ずれが生じる。
【００４６】
この時、例えば、信号５０２のように大きく遅延した場合、サイクリックプリフィックスに挿入された試験信号が、主信号に対してノイズになることがある。しかし、基地局では、図４の破線間のタイミングをサイクリックプリフィックスと判断する。本実施の形態では、試験信号の挿入タイミングを調整することによって、試験信号が点線間のタイミングに挿入され、ＣＰ除去部３０７が試験信号を正しく分離することができる。従って、このような、端末からの信号に遅延が生じた場合でも、主信号へ影響を与えずに、障害を診断することができる。
【００４７】
前述したタイミング調整の後、アンテナの障害診断時には、同様にＰＮ信号発生器３００から試験信号が出力され、温度変化による遅延量の変化も考慮して、周期的に（例えば、所定時間間隔で）、試験信号の挿入タイミングを調整する。ＣＰ除去部３０７によって抽出されたサイクリックプリフィックスには、分割されたＰＮ信号系列が挿入されているため、相関部３０８が相関演算によって試験信号を抽出した後、抽出された試験信号の断片が合成され元の一つのＰＮ信号系列が復元される。そして、相関部３０８は、Ｉ成分の相関結果の振幅を平均したＩaveと、Ｑ成分の相関結果の振幅を平均したＱaveと、各成分の振幅の二乗を平均したＩ２ave及びＱ２aveの値とをＳＩＲ測定部３１０へ出力する。ここで試験信号の強度がノイズフロア以下であっても、試験信号は同相加算処理によって拡散利得が得られるため、各値を正確に測定することができる。
【００４８】
ＳＩＲ測定部３１０では入力された値から、以下の計算式を用いてＳＩＲを計算する。以下の式において、Ｗは試験信号の帯域幅、ＴはＰＮ信号系列の長さである。なお、本ＳＩＲ計算を複数回行って、その結果の平均を求めることによって、ばらつきを抑制した値を以降の計算に使用してもよい。
【００４９】
Ｎ ＝ Ｗ×Ｔ
ＡＩ ＝ （Ｉave／Ｎ）2
ＢＩ ＝ Ｉ2ave／Ｎ
Ｓ２Ｉ ＝ ＡＩ−ＢＩ／Ｎ
Ｎ２Ｉ ＝ ＢＩ−ＡＩ
ＡＱ ＝ （Ｑave／Ｎ）2
ＢＱ ＝ Ｑ2ave／Ｎ
Ｓ２Ｑ ＝ ＡＩ−ＢＩ／Ｎ
Ｎ２Ｑ ＝ ＢＩ−ＡＩ
ＳＩＲ ＝ １０log｛（Ｓ２Ｉ＋Ｓ２Ｑ）／（Ｎ２Ｉ＋Ｎ２Ｑ）｝ ［ｄＢ］
【００５０】
以上の手順によるＳＩＲの測定は、スイッチ２０７を切り替えることによって、順方向経路、反射方向経路共に行われる。ＳＩＲ測定部３１０は、各経路のＳＩＲ測定結果を、ＶＳＷＲ測定部３１２へ出力する。ＶＳＷＲ測定部３１２は、以下の計算式を用いて、アンテナの異常有無の判断の指標となるＶＳＷＲを計算する。ここで、ＳＩＲ＿Ｆは順方向経路において測定されたＳＩＲであり、ＳＩＲ＿Ｒは反射方向経路において測定されたＳＩＲである。
ＲＬ（リターンロス）＝ＳＩＲ＿Ｆ−ＳＩＲ＿Ｒ ［ｄＢ］
ＶＳＷＲ ＝｛１＋１０(-RL/20)｝／｛１−１０(-RL/20)｝
【００５１】
なお、本実施の形態では、各経路のＳＩＲの差分よりリターンロスを求めているが、順方向経路及び反射方向経路のいずれにおいてもノイズの電力は等しいと推定し、各経路の信号成分電力のみに着目すれば以下式よりリターンロスを計算できる。
Ｓpow＿Ｆ：順方向経路の（Ｓ２Ｉ＋Ｓ２Ｑ）
Ｓpow＿Ｒ：反射方向経路の（Ｓ２Ｉ＋Ｓ２Ｑ）
ＲＬ（リターンロス）＝ １０log（Ｓpow＿Ｆ／Ｓpow＿Ｒ） ［ｄＢ］
また、ＶＳＷＲを計算せず、リターンロスによってアンテナの障害有無を判断してもよい。
【００５２】
図３は、本実施の形態における障害診断方法のシーケンス図である。以下、図１及び図２の構成を有する無線基地局のアンテナ障害検出処理について説明する。なお、システムの起動時に一度、本処理が行われて、試験信号の挿入タイミング調整がされているものとする。
【００５３】
障害診断は、例えば、保守作業者が保守端末２２２に障害診断実行の指示を入力することにより開始する。この障害診断実行指示は、試験をする基地局の指定及び診断する受信機の指定（例えば、セクタ、系の識別子）、及び、障害診断に用いるチャネル（試験信号の周波数）の指定を含む。なお、診断開始の契機は、予め定められた診断スケジュールに従い、所定の時刻になると診断を開始してもよい。
【００５４】
保守端末２２２は、指定された無線基地局２０２の基地局制御部２１７に、受信機の識別情報（例えば、セクタ、系の識別子）と試験対象となるチャネル情報との指定を含む診断開始指示を通知する（４００）。なお、保守端末２２２は、周期的に（例えば、所定時間間隔で）診断開始指示を通知してもよい。
【００５５】
基地局制御部２１７は、スイッチ２０７を順方向経路へ切り替え、デジタル信号処理部２１５のＰＮ信号発生器３００に、事前に調整されたタイミングの設定（必要であれば、周波数、出力レベル等の設定）を指示し、試験信号の出力を指示する。ＰＮ信号発生器３００は、指定された設定によって動作を開始する（４０１）。
【００５６】
ＰＮ信号発生器３００は、試験信号を出力する（４０２）。その後、出力された試験信号は、無線アナログ部２０３の方向性結合器２０５から無線受信部１（２１４）へ入力される。そして、デジタル信号処理部２１５が試験信号を受信し（４０３）、タイミング制御部３０９がＰＮ信号発生器３００からの信号の出力タイミングを微調整し（４０４）、ＳＩＲ測定部３１０が、受信した試験信号を用いて順方向のＳＩＲを測定する（４０５）。
【００５７】
その後、デジタル信号処理部２１５は、基地局制御部２１７に、スイッチ２０７の切り替えを要求し（４０６）、基地局制御部２１７は、スイッチ２０７を反射方向経路に切り替え（４０７）、反射方向のＳＩＲの測定を要求する（４０８）。
【００５８】
反射方向経路においても、タイミング制御部３０９がＰＮ信号発生器３００からの信号の出力タイミングを微調整し（４０９）、ＳＩＲ測定部３１０が反射方向のＳＩＲを測定する（４１０）。デジタル信号処理部２１５は、反射方向のＳＩＲを測定結果とステップ４０５で測定した順方向ＳＩＲの測定結果とに基づいて、ＶＳＷＲを計算する（４１１）。デジタル信号処理部２１５は、計算されたＶＳＷＲを基地局制御部２１７へ報告し（４１２）、試験信号の出力を停止する（４１３）。
【００５９】
基地局制御部２１７は、測定されたＶＳＷＲ値を診断結果として保守端末２２２へ報告し（４１４）、故障診断を終了する（４１５）。
【００６０】
なお、基地局制御部２１７内のＲＯＭ２２０に障害の有無を判断するためのＶＳＷＲの閾値を格納しておき、この閾値と測定結果とを比較することによって、障害の有無を判定し、測定されたＶＳＷＲ値と共に、障害の有無を診断結果に含めて保守端末２２２へ報告してもよい。
【００６１】
なお、本実施の形態では、デジタル信号処理部２１５のＶＳＷＲ測定部３１１がＶＳＷＲを計算しているが、ファームウエアによる処理によってＶＳＷＲを計算してもよい。この場合、ステップ４０５及び４１０で測定された各経路のＳＩＲ測定結果は、基地局制御部２１７のＲＡＭ２１９に保存され、ＲＯＭ２２０に格納されているプログラムが、ＲＡＭ２１９に保存された値からＶＳＷＲを計算する。
【００６２】
以上説明したように、本発明の実施の形態によると、受信回路を利用してＶＳＷＲ測定をしているため、送受信供用アンテナの他、受信専用アンテナに対してもＶＳＷＲを測定することができる。
【００６３】
また、試験信号の電力は順方向経路、反射方向経路共にアンテナ端で同一レベルとし、各経路でのＳＩＲの差分からアンテナのリターンロスを求めＶＳＷＲを計算している。ＰＮ符号を用いた試験信号は同相加算処理によって、信号がノイズフロア以下であってもＳＩＲ測定が可能である。このため、反射方向経路においてＳＩＲを測定する際にも、アンテナ端電力（アンテナから出力される電力）を低減することができる。すなわち、障害診断時に発射される不要波のレベルを低減することができ、障害診断中に発射される不要波によるシステム（例えば、他基地局）への影響を排除し、システム全体のパフォーマンスへの影響を低減することができる。
【００６４】
さらに、受信回路へ入力される試験信号はサイクリックプリフィックスに挿入され、サイクリックプリフィックスは主信号の復調の際に除去されるため、受信主信号への影響を排除することができ、運用中でも自基地局に接続中の端末の通信に影響を与えることなく、アンテナの障害を診断することができる。
【００６５】
従って、本実施の形態によって送受信供用アンテナ、受信専用アンテナのいずれにも適用可能で、システム全体に（自システムの自他基地局だけでなく、他システムへも）影響を与えず、運用中に診断可能なアンテナ障害診断方法を提供し、システムの安定的な運用に役立つ。また、本発明の実施の形態によって、簡単な構成によって無線部の障害を診断することができるため、基地局装置へ無線部障害診断機能を搭載しやすくなる。
【符号の説明】
【００６６】
１０１、１２１、２００ 送受供用アンテナ
１０２、１２２、２０１ 受信専用アンテナ
１０３、１２３、１２７、２０４、２０５ 方向性結合器
１０４、１２４、２０９ デュプレクサ（ＤＵＰ）
１０７、１２８、２１０ フィルタ（ＦＩＬ）
１１１、１３１、１３２、１３３、２０６、２０７、２０８ スイッチ
１０９ 順方向電力
１１０ 反射方向電力
１３４、１３６ 順方向経路
１３５、１３７ 反射方向経路
３０１ ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）
３０２ シンセサイザ
３０３ アップコンバータ
３０４ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
３０５ ダウンコンバータ
３０６ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＦＤＭＡ方式を利用して通信を行う無線通信装置であって、
アンテナ障害診断に利用するためにサイクリックプリフィックスに挿入される試験信号を生成する試験信号生成部と、
アンテナの順方向経路及び反射方向経路に前記試験信号を挿入する結合部と、
前記試験信号が挿入された受信信号から、サイクリックプリフィックスを分離するＣＰ分離部と、
前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから前記試験信号を抽出し、各経路通過後の前記試験信号の電力を測定する電力測定部と、
前記測定された各経路の電力の差からリターンロスを計算し、前記計算されたリターンロスを用いてアンテナ障害を診断する診断部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記電力測定部は、
前記ＣＰ分離部によって分離された複数のサイクリックプリフィックスに挿入された試験信号を合成し、
前記合成された試験信号に同相加算処理をし、
前記同相加算処理がされた信号を用いてリターンロスを計算することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから抽出された試験信号の受信タイミングを測定する相関部と、
前記試験信号発生部は、前記相関部による測定結果に基づいて、前記試験信号がサイクリックプリフィックスのタイミングに挿入されるように、前記試験信号の発生タイミングを制御することを特徴とする請求項１又は２の記載の無線基地局装置。
【請求項４】
前記診断部は、前記計算されたリターンロスから、ＶＳＷＲを計算することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記試験信号生成部は、所定のＰＮ信号を生成するＰＮ信号発生器と、前記ＰＮ信号発生器によって生成されたＰＮ信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータと、前記変換されたアナログ信号を無線周波数に変換して、前記試験信号を生成する周波数変換器と、を有し、
前記結合部は、前記試験信号が前記順方向経路又は前記反射方向経路のいずれに挿入されるかを切り替えるスイッチと、前記スイッチによって切り替えられた試験信号を、前記順方向経路又は前記反射方向経路のいずれかに加える方向性結合器と、を有し、
前記無線通信装置は、前記試験信号を受信する受信部を備え、
前記受信部は、前記試験信号をベースバンド信号に変換する周波数変換器と、前記変換されたベースバンド信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の無線通信装置。
【請求項１】
ＯＦＤＭＡ方式を利用して通信を行う無線通信装置であって、
アンテナ障害診断に利用するためにサイクリックプリフィックスに挿入される試験信号を生成する試験信号生成部と、
アンテナの順方向経路及び反射方向経路に前記試験信号を挿入する結合部と、
前記試験信号が挿入された受信信号から、サイクリックプリフィックスを分離するＣＰ分離部と、
前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから前記試験信号を抽出し、各経路通過後の前記試験信号の電力を測定する電力測定部と、
前記測定された各経路の電力の差からリターンロスを計算し、前記計算されたリターンロスを用いてアンテナ障害を診断する診断部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記電力測定部は、
前記ＣＰ分離部によって分離された複数のサイクリックプリフィックスに挿入された試験信号を合成し、
前記合成された試験信号に同相加算処理をし、
前記同相加算処理がされた信号を用いてリターンロスを計算することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記ＣＰ分離部によって分離されたサイクリックプリフィックスから抽出された試験信号の受信タイミングを測定する相関部と、
前記試験信号発生部は、前記相関部による測定結果に基づいて、前記試験信号がサイクリックプリフィックスのタイミングに挿入されるように、前記試験信号の発生タイミングを制御することを特徴とする請求項１又は２の記載の無線基地局装置。
【請求項４】
前記診断部は、前記計算されたリターンロスから、ＶＳＷＲを計算することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記試験信号生成部は、所定のＰＮ信号を生成するＰＮ信号発生器と、前記ＰＮ信号発生器によって生成されたＰＮ信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータと、前記変換されたアナログ信号を無線周波数に変換して、前記試験信号を生成する周波数変換器と、を有し、
前記結合部は、前記試験信号が前記順方向経路又は前記反射方向経路のいずれに挿入されるかを切り替えるスイッチと、前記スイッチによって切り替えられた試験信号を、前記順方向経路又は前記反射方向経路のいずれかに加える方向性結合器と、を有し、
前記無線通信装置は、前記試験信号を受信する受信部を備え、
前記受信部は、前記試験信号をベースバンド信号に変換する周波数変換器と、前記変換されたベースバンド信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１２００９０（Ｐ２０１２−１２００９０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０３０３（Ｐ２０１０−２７０３０３）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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