JP2916265B2 - 受信アンテナの状態を測定する構成体 - Google Patents

受信アンテナの状態を測定する構成体

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JP2916265B2
JP2916265B2 JP6515708A JP51570894A JP2916265B2 JP 2916265 B2 JP2916265 B2 JP 2916265B2 JP 6515708 A JP6515708 A JP 6515708A JP 51570894 A JP51570894 A JP 51570894A JP 2916265 B2 JP2916265 B2 JP 2916265B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R29/08Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10Radiation diagrams of antennas

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  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、システムのベースステーションにおいて受
信アンテナの状態を測定する構成体であって、他のベー
スステーション装置から離れて、例えばマストに配置さ
れた受信アンテナと;アンテナ信号を増幅するためのア
ンテナに関連して配置された増幅手段と;高周波測定信
号を発生する手段と;上記増幅手段とアンテナとの間で
アンテナに向かってアンテナラインに測定信号を供給す
る第1の方向性カプラー手段と;上記増幅手段とアンテ
ナとの間で受信器に向かってアンテナラインに測定信号
を供給する第2の方向性カプラー手段と;上記発生手段
からの高周波測定信号を上記第1及び第2の方向性カプ
ラー手段に対して交互に切り換えるスイッチ手段と;上
記アンテナに向かって送られそしてアンテナから反射さ
れて戻された測定信号成分の強度と、上記受信器に向か
って直接送られた測定信号の強度とを測定する手段とを
備えた構成体に係る。
先行技術の説明 無線システム、例えば、セル式(セルラー)無線電話
システム及びそのベースステーションの重要な部分は、
その状態が接続の質に影響する受信及び送信アンテナで
ある。これらアンテナの状態の制御は、例えば、アンテ
ナのSWR(定在波比)を測定することにより、即ちアン
テナを受信及び送信システムの残り部分に対して電気的
にマッチングすることにより行うことができる。
現在の方法では、アンテナラインを経て受信アンテナ
へ電力を供給しそしてアンテナからアンテナラインに沿
って反射される電力を広帯域電力計によって測定するこ
とにより、測定が行われている。広帯域電力計のため
に、測定に用いられる電力は、測定が干渉を感知するこ
とのないように、即ちアンテナによって受信される信号
が測定を妨げないように、高いものでなければならな
い。高い電力を使用すると、受信器に相互変調歪が生じ
る。これらの問題は、測定信号と、受信することが意図
された信号とを互いに分離する二重フィルタを用いるこ
とにより回避できる。しかしながら、この二重フィルタ
は、受信部分の前に設置しなければならず、これは受信
器の感度を弱くする。というのはこのフィルタがアンテ
ナ信号にロスを生じさせるからである。
又、受信帯域以外の測定周波数と、この周波数に適用
される狭帯域電力測定とを用いることにより上記の両問
題を回避する更に別の解決策も知られている。
ヨーロッパ特許出願第0,261,828号は、マイクロ波レ
ンジの分析器であって、測定源から直接送られる信号
と、分析されるべきマイクロ波ネットワークから反射さ
れる信号とを測定するベクトルベースの相対電力測定用
の分析器を開示している。反射電力の測定において、測
定信号発生器の出力電力から取り出されたサンプル信号
は、分析されるべきマイクロ波ネットワークから反射さ
れた電力から取り出されたサンプル信号の経路とは異な
る経路に沿って検出器へ送り込まれる。従って、この参
考文献の相対的な測定は、測定信号発生器の出力レベル
の変化に対して若干不感であるが、互いに比較されるべ
き信号が異なる経路を用いて検出器へ至るので、この測
定は、信号経路に存在する部品の特性の理想的でない部
分は変動を自動的に考慮することができない。この分析
器は、最初にこの分析器で既知のマイクロ波標準を測定
しそしてこのようにして得た校正値をその後の測定に用
いることにより、反射電力の測定に対して校正しなけれ
ばならない。これは、アンテナの状態を測定するため
に、アンテナの電源を、校正用のアンテナではなく、あ
るマイクロ波標準に接続しなければならないことを意味
する。
この問題は、フィンランド特許出願第904085号では、
アンテナから反射される信号に加えて、受信器に向かっ
て直接送られた測定信号の強度も個別に測定するという
やり方で解消される。この第2の測定により、測定信号
の強度に対する基準値が得られ、この値は、測定の瞬間
において、測定信号の送信器の送信電力と、信号路に存
在する要素、例えば、増幅器や分岐素子おん特性とを考
慮するものであり、この値に対し、アンテナから反射さ
れた測定信号成分の強度が比較される。この種の相対的
な測定により、測定回路及び測定信号路に存在する要素
がその個々の要素の特性間に及ぼす影響や、個々の要素
の特性の一時的な変化が測定の精度に及ぼす影響を排除
することができる。又、設置中及び動作中の手動のチェ
ック及び校正を実質的に減少及び簡単化することがで
き、或いは完全になくすこともできる。測定信号は狭帯
域信号であるのが好ましく、その周波数は、トラフィッ
クに割り当てられた周波数帯域以外のものであり、この
ため、測定が実際の無線トラフィックを妨げることはな
いが、他方、実際に使用される周波数で測定が行われ
ず、このため、実際の定在波率SWRが得られない。
新たなデジタルTDMA型の(TDMA=時分割りマルチプル
アクセス)無線システムは、1つの周波数において多数
の、典型的に8個の、タイムスロットを含む時分割信号
構成を有している。1つのTDMAシステムは、パン・ヨー
ロピアン移動電話システムGSMである。GSM仕様12.11、
3.1.0 B05「受信アンテナ欠陥」には、アンテナの状態
を制御するための必要事項が記載されている。
アンテナがマストに配置されそしてマスト前置増幅器
が設けられた状態では、アンテナの状態を通常の仕方で
測定することができない。というのは、上記前置増幅器
は、測定信号の供給点とアンテナとの間でアンテナライ
ンに配置されており、測定信号がこの前置増幅器に逆方
向に通らねばならないからである。逆方向における増幅
器の減衰量は、通常、40dBである。測定の精度は、これ
も又マストに配置された受信フィルタのように、数dBの
減衰でも影響を受ける。従って、マストの前置増幅器と
アンテナとの間で測定信号のためのスイッチング点をマ
ストに設ける必要がある。
発明の要旨 本発明の目的は、TDMAベースステーションにおいてマ
スト前置増幅器が設けられた受信アンテナの状態を実際
に使用する周波数で測定することである。
この目的は、最初に述べた形式の形成体において、本
発明により、方向性カプラー手段へと切り換えられるべ
き測定信号は、無線システムの無線トラフィックに割り
当てられた周波数帯域における第1周波数を有し、上記
発生手段は、上記他のベースステーション装置に関連し
て配置されていて、無線システムの無線トラフィックに
割り当てられた周波数帯域以外の第2周波数においてア
ンテナラインを経て上記スイッチ手段へ測定信号を送信
する手段を備えており、そして上記スイッチ手段は、上
記増幅手段と他のベースステーション装置との間でアン
テナラインに接続された手段であって、上記第2周波数
の上記測定信号を受信するための手段と、上記測定信号
が上記方向性カプラー手段へ切り換わる前に上記測定信
号を上記第2周波数から第1周波数へ変換するためのミ
クサ手段とを備えたことを特徴とする構成体によって達
成される。
本発明において、測定信号は、他のベースステーショ
ン装置に関連して発生されて、トラフィックに使用され
る周波数帯域以外のところでアンテナラインを経て前置
増幅器へ送られ、ここで、測定信号は、トラフィックに
意図された上記周波数帯域内の実際の測定周波数に変換
される。
本発明の好ましい実質例において、無線システムはTD
MAシステムであり、上記測定は、無線テストループに割
り当てられたタイムスロットにおいて実行され、これに
より、トラフィックに実際に使用される周波数を使用す
ることができる。本発明の1つの実施例においては、高
周波測定信号が送信機において送信周波数で発生され、
そして受信周波数で無線テストループを経て受信器の側
へループされ、これにより、個別の測定信号発生器の必
要を回避する。本発明により、上記信号はその元の形態
でマストにおけるスイッチング点に対して得られ、実際
の受信帯域内のアンテナからの受信信号と干渉すること
はない。
図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照した解説のために実施例によっ
て本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明によるベースステーションの受信装置
のブロック図である。
図2は、図1のグランドユニット8のブロック図であ
る。
図3は、図1のマストユニット15のブロック図であ
る。
好ましい実施例の詳細な説明 本発明は、TDMA無線システムのベースステーションの
全二重型トランシーバに特に使用するのに適している。
図1において、TDMAトランシーバは、少なくとも2対
の、好ましくは4対のトランシーバ各々1A、10A及び1B,
10Bを備え、その各対は1つの全二重接続を構成する。
送信ユニット1A及び1Bの出力は、合成素子(コンバイ
ナ)2によって共通のアンテナライン3及び共通の送信
アンテナ4にに接続される。他のベースステーション装
置から離れて、例えば、マストに配置された受信アンテ
ナ6は、関連前置増幅ユニット15(以下、マストユニッ
トと称す)とアンテナライン7とを経て分岐素子9に接
続され、該素子は、受信信号を受信ユニット10A及び10B
に対して分割する。この点について、送信及び受信ユニ
ットは、主として、トランシーバの無線部分を表してい
る。各送信及び受信ユニットは、個々の送信又は受信周
波数を有し、従って、全二重対を構成する1A及び10Aの
ようなユニットの送信及び受信周波数は、互いに例えば
45MHzといった二重間隔の距離にある。
受信器Rxは、アンテナからTDMA信号を受信し、その各
周波数は、多数の典型的に8個のタイムスロットを備え
ている。この信号は、更に、例えば8個の次々のタイム
スロットが1つのフレームを構成るようなフレーム構造
を有している。更に、これらフレームはマルチフレーム
(例えば、26又は52個のフレーム)を形成することがで
き、そしてこれらマルチフレームはハイパーフレームを
形成することができる。1つのTDMAシステムは、パン・
ヨーロピアン移動電話システムGSMである。タイムスロ
ットは、主として、転送制御及びトラフィックチャンネ
ルに使用される。
トランシーバは、しばしば無線テストループを使用
し、ここでは、送信器部分によって発生された高周波テ
スト信号が正しい仕方で同じトランシーバの受信器部分
へ送り返されて、受信及び分析される。トランシーバの
このような無線テストループは、例えば、参考としてこ
こに取り上げるフィンランド特許第85080号に開示され
ている。
しかしながら、例えば、GSMシステムにおいては、フ
レーム、マルチフレーム又はハイパーフレームの少なく
とも1つのタイムスロットが、送信器から受信器への無
線テストループを確立するために割り当てられる。
無線テストユニット11は、アンテナライン5と7との
間に接続される。このため、アンテナライン5は分岐素
子3を備え、これは、送信RF信号の一部分を無線テスト
ユニット11の入力12へ分岐させる。無線テストユニット
11は、送信周波数信号を受信RF信号に変換する。無線テ
ストユニット11の出力13は、スイッチユニット8(以
下、グランドユニットと称する)によってアンテナライ
ン7に接続される。無線テストループは、通常は、受信
アンテナ及び受信アンテナケーブル以外のベースステー
ションのRF部分をテストするように意図される。
本発明の好ましい実施例において、受信アンテナ1の
状態は、無線テストループに割り当てられたタイムスロ
ットにおいて測定される。図1の実施例では、無線テス
トタイムスロットの間に送信器部分から受信器アンテナ
ラインへループされる無線テスト信号は、測定信号とし
て使用され、無線システムの通常のトラフィックに使用
される(周波数において)無線チャンネルを経て送信さ
れる。
図2は、図1のサブユニット8を詳細に示している。
無線テストユニット11から得た受信周波数frの測定信号
は、ミクサ20において局部発振器22から得た局部発振信
号LOにより受信帯域外の周波数faへと混合される。例え
ば、信号13の周波数が890ないし915MHzでありそして信
号LOの周波数が120MHzである場合には、測定信号を、12
0MHzより高いか又は低い周波数、例えば、770ないし795
MHzの範囲に変換することができる。混合結果の高い高
調波はバンドパスフィルタ21によってフィルタ除去さ
れ、そしてダウン変換された測定信号が方向性カプラー
24によりアンテナ7に向かってアンテナケーブル7に切
り換えられる。これに対応して、発振器25及び26は、周
波数f1及びf2の制御信号を発振する。これら制御信号は
コイルL2によりアンテナケーブル7に接続される。論理
ユニット23は、発振器22、25及び26の動作を制御し、保
守ユニット(OMU)14からのライン14Bの制御信号及びテ
ストユニット11からライン13に得られるDCレベルに基づ
いてこれら発振器をオン及びオフに切り換える。発振器
2がオンに切り換わると、発振器26も動作し、周波数f2
が送信される。発振器22がオフに切り換わると、周波数
f2は送信されない。以下で詳細に述べるように、この構
成体は、マストユニット15の発振器39及びグランドユニ
ット8の発振器22の両方がアンテナの測定中にのみオン
に切り換わるようにすることができる。従って、従来の
無線トラフィックにおいて発振器によって生じる干渉の
おそれは防止される。グランドユニット8は、アンテナ
がOMU14からライン14Bを経て測定されるときの情報を得
る。一方、信号13のDCレベルは、測定信号スイッチング
方向、即ち受信器に向かうかアンテナに向かうかを指示
する。この方向情報は、周波数f1に変換される。f1が送
信されるときは、スイッチング方向がアンテナに向か
う。f1が欠落するときは、スイッチング方向が受信器へ
向かう。
マストユニット15を、マストのアンテナ前置増幅器と
共に、図3を参照して詳細に説明する。このユニット15
は、従来、受信フィルタ30と、ホットスタンバイの原理
で固定された増幅器ユニットを備え、この増幅ユニット
は、分岐素子31、並列な増幅器岐路32、33及び合成素子
34で構成される。実際の測定装置は、グランドユニット
8により送られた周波数faの測定信号をアンテナケーブ
ル7から取り出す方向性カプラー35を備え、この周波数
faの周りの実際の受信周波数のような他の周波数は、バ
ンドパスフィルタ36(帯域巾が例えば770ないし795MH
z)によってフィルタ除去される。フィルタされた測定
信号は、増幅され、そしてミクサ38において、発振器39
から得た局部発振信号LOにより受信周波数frに変換され
て戻される。信号LOは、グランドユニット8の信号LOと
同じ周波数を有する。受信帯域外の周波数は、パスバン
ドフィルタ40により混合結果から排除され、そしてフィ
ルタされた信号はスイッチS1へ送られる。このスイッチ
41は、測定信号を選択的に且つ交互に方向性カプラー42
及び43へ切り換え、測定信号をマストユニット15とアン
テナ6との間でアンテナケーブル7に接続する。方向性
カプラー42は、測定信号を前置増幅器及び受信器に向け
て供給し、そして方向性カプラー43は、アンテナ6に向
けて供給する。このように、元の信号13と同一の測定信
号を、別の方向に進む実際の受信信号と干渉させずに、
受信フィルタ30の前においてアンテナ6とユニット15と
の間でアンテナライン7に切り換えることができる。
スイッチ41及び発振器39は、制御ロジック44により、
アンテナラインから受け取った制御信号f1及びf2に基づ
いて制御される。これら制御信号は、グランドユニット
8から延びるアンテナケーブルからコイルLによって分
離され、そしてパスバンドフィルタ45及び46によってフ
ィルタされる。フィルタされた制御信号は、制御ロジッ
ク44において検出される。周波数f1を検出すると、制御
ロジック44は、スイッチ41を位置Iへと制御し、ここで
は、測定信号が方向性カプラー43へ切り換えられる。周
波数f1が生じない場合には、制御ロジック44は、スイッ
チ41を位置IIへ制御し、ここでは、測定信号が方向性カ
プラー42へ切り換えるれる。周波性f2を検出すると、制
御ロジック44は、発振器39をオンに切り換える。周波数
f2が生じないをには、制御ロジック44は、発振器39をオ
フに切り換える。この構成により、マストユニット15の
発振器39及びグランドユニット8の発振器22は、アンテ
ナの測定中にのみオンに切り換えられる。従って、通常
の無線トラフィックにおいて発振器により生じるあり得
べき干渉が防止される。グランドユニット8は、アンテ
ナがOMU14からライン14Bを経て測定されるときの情報を
受け取る。
測定は、受信器Rxの通常の動作中に無線システムの通
常の受信周波数において行なわれる。テスト動作は、ベ
ースステーションの動作及び保守ユニット14によって制
御され、該ユニットは、制御ライン14Aを経てテストユ
ニット11に指令を発して、所定のテストタイムスロット
内にテストループを形成させると共に、測定信号をアン
テナに向けて切り換えるか受信器に向けて切り換えるか
を知らせるようにさせる。本発明の好ましい実施例で
は、テストユニット11は、その出力13のDCレベルにより
グランドユニット8を制御する。又、OMU14から制御ラ
イン14Dを経てサブユニット8へ直接的に方向制御を与
えることもできる。テストタイムスロットから外れたと
ころでは、測定信号は、ユニット11内の切断スイッチに
よって出力13から切断される。
更に、CMU14は、分岐素子9から信号を受け取りそし
て信号の強度を測定する測定ユニットとしても働く。或
いは又、受信器Rxは、測定装置を含んでもよく、その測
定結果はライン14Cを経てOMU14により受信される。
測定手順は、次の通りである。測定されるべき量は、
アンテナの定在波比SWRである。
1)CMU14は、テストユニット11に通常の無線テストル
ープコマンドを与え、その結果、測定信号は、テストタ
イムスロットにおいて、グランドユニット8へループさ
れる。又、OMU14は、グランドユニット8にアンテナ測
定トランザクションを知らせ、これにより、発振器22が
始動し、測定信号は周波数faに変換されて上部ユニット
15へ送られ、ここで、周波数frに再変換されそして方向
情報に基づいて、例えば、方向性カプラー42へ切り換え
られ、即ち受信器へ直接向けられる。OMU14は、測定信
号の強度を測定し、そして測定結果から形成された受信
信号の強度RSSI値を基準値REFSIGNとして使用する。
2)しかしながら、OMU14は、テストユニット11へ新た
な無線テストループコマンドを与え、測定信号をアンテ
ナ6へ向ける。スイッチ41は測定信号を方向性カプラー
43へ切り換える。OMU14は、アンテナ26から反射された
信号成分の強度を測定し、その測定結果から形成される
RSSI値を測定値ANTSIGNとして使用する。
3)OMU14は、これら2つの値ANTSIGN及びREFSIGNから
アンテナのSWRを計算する。
4)OMU14は、この計算されたSWR値を記憶されたアラー
ム限界と比較する。計算された値がアラーム限界よりも
高い/低い場合には、アラームが与えられる。OMU14の
データベースは、各々の使用周波数に対し、そして好ま
しくは、各々のアンテナセクタと、通常のアンテナ及び
ダイバーシティアンテナの両方とに対し、SWR又はSRRI
の計算値を含んでいる。ベースステーションの設定中に
或いはアンテナ又はアンテナケーブルを交換するとき
に、各周波数、セクタ及びアンテナの測定値1、2及び
3が与えられ、そしてその結果として得られたSWR値が
校正置としてOMUのデータベースに記録される。
添付図面及びそれに関連した説明は、本発明を解説す
るものに過ぎない。その細部に関して、本発明による構
成体は、添付の請求の範囲内で変更することができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 27/04,27/28,29/10 H04B 17/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】システムのベースステーションにおいて受
    信アンテナの状態を測定する構成体であって、 他のベースステーション装置から離れて、好ましくはマ
    ストに配置された受信アンテナ(6)と; アンテナ信号を増幅するために上記アンテナに関連して
    配置された増幅手段(32,33)と; 高周波測定信号を発生する手段(11,20−24)と; 上記増幅手段とアンテナとの間でアンテナに向かってア
    ンテナライン(7)に測定信号を供給する第1の方向性
    カプラー手段(43)と; 上記増幅手段とアンテナとの間で受信器(Rx)に向かっ
    てアンテナラインに測定信号を供給する第2の方向性カ
    プラー手段(42)と; 上記発生手段(11)からの高周波測定信号を上記第1及
    び第2の方向性カプラー手段に対して交互に切り換える
    スイッチ手段(36−41,44−46)と; 上記アンテナに向かって送られアンテナから反射されて
    戻された測定信号成分の強度と、上記受信器に向かって
    直接送られた測定信号の強度とを測定する手段(14)と
    を備えた構成体において、 上記方向性カプラー手段(42,43)へと切り換えられる
    べき測定信号は、無線システムの無線トラフィックに割
    り当てられた周波数帯域における第1周波数(fr)を有
    し、上記発生手段(11,20−24)は、上記他のベースス
    テーション装置に関連して配置されていて、無線システ
    ムの無線トラフィックに割り当てられた周波数帯域以外
    の第2周波数(fa)において測定信号をアンテナライン
    (7)を経て上記スイッチ手段(36−41,44−46)へ送
    信する手段(20−24)を備えており、そして上記スイッ
    チ手段は、上記増幅手段(32,33)と他のベースステー
    ション装置との間でアンテナラインに接続された手段で
    あって、上記第2周波数の上記測定信号を受信するため
    の手段(35,36)と、上記測定信号が上記方向性カプラ
    ー手段へ切り換わる前に上記測定信号を上記第2周波数
    から第1周波数へ変換するためのミクサ手段(38)とを
    備えたことを特徴とする構成体。
  2. 【請求項2】上記無線システムはTDMAシステムであり、
    上記第1周波数の測定信号の送信は、無線テストループ
    を確立するように意図されたベースステーションのTDMA
    タイムスロットにおいてのみ許される請求項1に記載の
    構成体。
  3. 【請求項3】上記発生手段は、第1周波数においてベー
    スステーションの送信器(Tx)からの測定信号をループ
    するための無線テストループ(11)を備えた請求項1又
    は2に記載の構成体。
  4. 【請求項4】上記発生手段は、上記第1周波数の測定信
    号を発生するための測定信号発生器を備えている請求項
    1又は2に記載の構成体。
  5. 【請求項5】上記発生手段は、上記測定信号がアンテナ
    ラインを経てスイッチ手段に送られる前に上記測定信号
    を第1周波数から第2周波数へ変換するミクサ手段(2
    0)を備えている請求項3又は4に記載の構成体。
  6. 【請求項6】上記発生手段は、アンテナラインを経てス
    イッチ手段へ切り換え状態情報を送信する手段(23,2
    5)を備え、そして上記スイッチ手段は、上記切り換え
    状態情報に応答して、測定信号を上記第1及び第2の方
    向性カプラー手段へ選択的に切り換える請求項の前記各
    項いずれかに記載の構成体。
  7. 【請求項7】切り換え情報を送信する上記手段は、測定
    信号を第1の方向性カプラー手段へ切り換えねばならな
    いときに第3周波数(f1)の制御信号を発生する発生器
    手段(25)を備えている請求項6に記載の構成体。
  8. 【請求項8】上記スイッチ手段は、切り換えスイッチ手
    段(41)と、制御信号を検出するための検出手段(44,4
    5)と、この検出手段に応答して上記切り換えスイッチ
    手段を位置(I)及び位置(II)へ入れるための制御手
    段(44)とを備えており、位置(I)においては、上記
    検出手段が第3周波数の制御信号を検出したときに測定
    信号が第1の方向性カプラー手段(42)へ切り換わり、
    そして位置(II)においては、検出手段が第3周波数の
    制御信号を検出しないときに測定信号が第2の方向性カ
    プラー手段(43)へ切り換わる請求項7に記載の構成
    体。
  9. 【請求項9】上記発生手段は、アンテナラインを経てス
    イッチ手段に動作状態信号を送信するための手段(23,2
    6)を備え、そして上記スイッチ手段は、上記動作状態
    情報に応答して、上記ミクサ手段(38)の局部発振器
    (39)をオン及びオフに切り換える請求項の前記各項い
    ずれかに記載の構成体。
JP6515708A 1992-12-30 1993-12-29 受信アンテナの状態を測定する構成体 Expired - Lifetime JP2916265B2 (ja)

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