JP4752397B2 - 中継装置および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、基地局と移動局が漏洩同軸ケーブルを介して無線通信する無線通信システムに関し、特に漏洩同軸ケーブルを中継する中継装置に関する。

列車無線システム等、漏洩同軸ケーブルを介して無線通信する無線通信システムとして、特許文献１に記載された無線通信システムがある。

この無線通信システムは、基地局及び移動局から送信する送信電波が漏洩同軸ケーブルを伝搬するが、漏洩同軸ケーブルの伝送損失を補償するために中継装置が適宜の間隔で設けられる。中継装置では、その出力側における送信電波の電力レベルが一定であることが望ましいので、中継装置の出力側の送信電波を監視し、その電力レベルが一定になるように増幅器のゲインを調整するようにしている。

ところが、基地局が送信する送信電波は連続的に送信されるため、その送信電波を中継装置の出力側で監視し、ゲイン調整することは可能であるが、移動局が送信する送信電波は断続的であるため、それを監視してゲイン調整することが困難であった。そのため、特許文献１に記載された無線通信システムでは、漏洩同軸ケーブルの終端架にパイロット信号を連続して送出するパイロット信号送信部を設け、各中継装置でパイロット信号を監視することにより、ゲイン調整を行い、移動局側から送信される送信電波の電力レベルを一定に調整するように構成している。

特開２００１−２６７９７８号公報

特許文献１に記載された無線通信システムは、本来の通信のための送信電波に加えてパイロット信号を送信しているため、パイロット信号自体は他の通信システムに対して妨害波にならないように信号レベルを小さくする必要がある。このため、増幅器のゲインを調整する精度が充分に得られない問題点があった。また、パイロット信号を生成するパイロット信号送信部を終端架に設ける必要があると共に、各中継装置にパイロット信号を中継する装置が必要になる問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、パイロット信号を用いないで、移動局が送信する送信電波を増幅する増幅器のゲインを適正に調整することができるようにすることを目的としている。

本発明に係る中継装置は、基地局側及び移動局側にそれぞれ略同じ長さの漏洩同軸ケーブルが接続され、基地局及び移動局間で送受信する通信データを上記漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置において、基地局側から連続的に送信された送信電波を第１増幅部へ分配すると共に、第２増幅部の増幅した送信電波を基地局へ向けて送信する第１分波器、上記第１増幅部の増幅した送信電波を移動局へ向けて送信すると共に移動局側から送信された送信電波を上記第２増幅部へ分配する第２分波器、基地局側から連続的に送信された通信のための送信電波に基づき上記第１増幅部の出力レベルが一定になるように上記第１増幅部のゲインを制御するゲイン調整信号を供給する制御手段、上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を上記ゲイン調整信号により可変する可変利得手段を具備したものである。

また、本発明の別の発明に係る中継装置は、基地局側と移動局側にそれぞれ略同じ長さの漏洩同軸ケーブルが接続され、基地局及び移動局間で送受信する通信データを上記漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置において、基地局側から連続的に送信された送信電波を第１増幅部へ分配すると共に、第２増幅部の増幅した送信電波を基地局へ向けて送信する第１分波器、上記第１増幅部の増幅した送信電波を移動局へ向けて送信すると共に移動局側から送信された送信電波を上記第２増幅部へ分配する第２分波器、基地局側から連続的に送信された通信のための送信電波に基づき上記第１増幅部の出力レベルが一定になるように上記第１増幅部のゲインを制御するゲイン調整信号を供給する制御手段、上記第１分波器の基地局側に設けられ、上記第１分波器が上記第１増幅部へ分配する送信電波及び上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を可変する可変利得手段を具備し、上記可変利得手段は、上記第１増幅部が上記第１増幅部へ分配する送信電波及び上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を上記ゲイン調整信号により可変するものである。

さらに、本発明の別の発明に係る中継装置は、基地局及び移動局間で送受信する通信データを漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置において、基地局側から送信された送信電波を第１増幅部へ分配すると共に、第２増幅部の増幅した送信電波を基地局へ向けて送信する第１分波器、上記第１増幅部の増幅した送信電波を移動局へ向けて送信すると共に移動局側から送信された送信電波を上記第２増幅部へ分配する第２分波器、基地局側から送信された送信電波に基づき上記第１増幅部の出力レベルが一定になるように上記第１増幅部のゲインを制御するゲイン調整信号を供給する制御手段、上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を上記ゲイン調整信号により可変する可変利得手段、上記第１増幅部の出力する一部の送信電波を抽出して上記第２増幅部へ出力する入力手段、上記第２増幅部により増幅された、上記入力手段が出力した上記第１増幅部の出力する一部の送信電波に基づき上記第２増幅部のゲインを調整する調整手段を具備したものである。
さらに加えて、本発明の別の発明に係る無線通信システムは、基地局、上記基地局と通信データを送受信する移動局、上記基地局及び上記移動局が送信する送信電波を搬送する、それぞれ略同じ長さの複数の漏洩同軸ケーブル、上記基地局側及び上記移動局側に上記漏洩同軸ケーブルが接続され、上記基地局及び上記移動局間で送受信する通信データを上記漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置を具備し、上記中継装置は、上述した本発明に係る中継装置のうちいずれかの中継装置であるものである。

本発明は、基地局から送信された送信電波を増幅する増幅部のゲイン調整信号で移動局の送信電波を増幅する増幅部のゲインを調整するように構成したので、パイロット信号を用いないで、移動局が送信する送信電波を増幅する増幅部のゲインを適正に調整することができる効果がある。

以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の中継装置を適用する無線通信システムの全体構成図である。図において、１は移動局２へ向けて送信電波を送信する基地局、３は基地局１及び移動局２の送信する送信電波を搬送する漏洩同軸ケーブルで、列車無線システムの場合、線路に沿って１本又は２本敷設される。４１は基地局１の送信する送信電波を増幅器５１へ分配すると共に、増幅器５２の増幅した移動局２からの送信電波を基地局１に向けて送信する分波器、４２は増幅器５１の増幅した基地局１からの送信電波を移動局２に向けて送信すると共に、移動局２の送信する送信電波を増幅器５２へ分配する分波器、６は信号の反射を抑止するために漏洩同軸ケーブル３の終端に設けられた終端器で、通常は、５０Ω終端が用いられる。なお、図中、分波器４１、４２及び増幅器５１、５２で中継装置が構成される。図１では２つの中継装置を示しているが、無線列車システムでは、１．３Ｋｍ〜１．５Ｋｍ程度の略等間隔で漏洩同軸ケーブル３を多数中継する。

ここで、基地局１が移動局２へ向けて送信する送信電波が連続的で、移動局２が基地局へ向けて送信する送信電波が断続的になることを、図２を用いて補足しておく。図２において、縦軸は周波数、横軸は時間である。基地局１が移動局２へ向けて送信する下り信号の送信電波は、所定の周波数で常時送信されている。一方、移動局２が基地局１へ向けて送信する上り信号は各々の移動局に割当てられた所定の周波数で断続的になされる。図２では、各移動局２が順次送信し、上り信号としては常時信号があるように図示されているが、現実には各々の移動局２が基地局１（実際には基地局１の上位に接続された指令局）へ向けて音声通信等を行なう必要が発生した時に基地局１と送信のネゴを行い、基地局１が指令する所定のタイミングで移動局２が音声等のデータを送信する。このとき、移動局２は、下り信号と同期をとった所定のタイミングでデータ送信するので、基地局１は、何時でも移動局２が同期をとれるように連続的に送信電波を送信しておく必要がある。したがって、基地局１が移動局２へ向けて送信する送信電波が連続的で、移動局２が基地局へ向けて送信する送信電波が断続的になる。

次に、本発明の基本的な考え方を予め述べておく。本発明では、基地局１の送信する下り送信電波を中継装置で増幅する増幅器５１のゲイン調整は従来と同様に行なう。一方、移動局２の送信する上り送信電波を増幅する増幅器５２のゲイン調整は、同じ中継装置内の下り信号の増幅器５１のゲイン調整信号を用いて行なう。上り信号の増幅器５２のゲイン調整を下り信号の増幅器５１のゲイン調整信号で行なうことで、上り信号の増幅器のゲインを適正に調整することができる根拠は次の２点による。
（１）基地局１から送信された下りの送信電波は、中継装置より基地局１側の漏洩同軸ケーブル３で伝送損失が発生する。一方、移動局２から送信された上りの送信電波は中継装置より移動局２側の漏洩同軸ケーブル３で伝送損失が発生する。これら二つの漏洩同軸ケーブルの伝送損失が同一であれば、ゲイン調整信号も同じになる。ここで、漏洩同軸ケーブル３の伝送損失が変化する要因としては、漏洩同軸ケーブル３の長さ及び周囲温度の影響があるが、中継装置は略等間隔に設置されることから漏洩同軸ケーブル３の長さは略同じであり、周囲温度も略同じとみなせる。したがって、中継装置の基地局１側漏洩同軸ケーブル３の伝送損失と中継装置の移動局２側漏洩同軸ケーブル３の伝送損失は略同じとみなせる。
（２）増幅器５１、５２の周囲温度変動によるゲインの変動が考えられるが、同じ中継装置内に設けられるため、周囲温度変動によるゲインの変動も略同じとみなせる。

以下、具体的に実施の形態１の構成を説明する。図３は本発明における実施の形態１に係る中継装置のブロック構成図であり、３は線路等に沿って敷設された漏洩同軸ケーブルである。分波器４１は基地局１からの下り信号送信電波を可変利得手段７１を介して増幅器５１に分配すると共に、増幅器５２の増幅した送信電波を可変利得手段７２を介して入力し、基地局１へ向けて送信する。可変利得手段７１、７２は、例えば電圧可変アッテネータからなる。分波器４２は増幅器５１の増幅した送信電波を移動局２へ向けて送信すると共に、移動局２側から送信された送信電波を増幅器５２へ分配する。検波手段８は増幅器５１の出力の一部を抽出するカプラ９の出力を検波する。検波手段８により検波された信号は比較手段１０により所定の利得基準１１と比較され、それらの偏差に応じたゲイン調整信号を可変利得手段７１及び７２に供給する。

即ち、基地局１から送信された送信電波は分波器４１により可変利得手段７１側に分配され、該可変利得手段７１及び増幅器５１の所定の利得で増幅された後、分波器４２により移動局２へ向けて送信される。増幅器５１の出力の一部はカプラ９によって抽出され検波手段８に入力される。検波手段８はカプラ９が抽出した増幅器５１の出力の一部を検波することにより、増幅器５１が増幅した送信電波の電力レベルを検出する。比較手段１０は検波手段８の検出した増幅器５１の電力レベルと利得基準１１の設定とを比較し、両者の偏差がなくなるように、可変利得手段７１の利得を制御する。この結果、増幅器５１は利得基準１１の設定に応じた所定の電力レベルに制御されることになる。

次に、移動局２から送信された送信電波は、分波器４２により増幅器５２に分配される。移動局２の送信電波は増幅器５２及び可変利得手段７２で所定の電力レベルに増幅され、分波器４１により基地局１へ向けて送信される。可変利得手段７２は比較手段１０から上述のゲイン調整信号を入力し、移動局２の送信電波を利得基準１１の設定に応じた所定の電力レベルに制御する。

図４は、本発明の実施の形態２に係る中継装置のブロック構成図である。図において、図３と同一又は相当部分には同一符号を付している。この実施の形態２と図３の実施の形態１との相違点は、カプラ９と検波手段８との間にバンドパスフィルタ１２を挿入した点である。

この実施の形態２に係る基地局１は移動局２へ送信するデータを複数の周波数チャネルで送信するものである。例えば、ｆ１、ｆ２、ｆ３の３つの周波数チャネルでデータ送信している場合、周波数チャネルｆ１の送信電波のみを増幅部のゲイン調整に用いようとするものである。

即ち、基地局１から送信された送信電波は、分波器４１により可変利得手段７１を介して増幅器５１へ分配される。そして、可変利得手段７１及び増幅器５１で所定の電力レベルに増幅された送信電波は、分波器４２により移動局２へ向けて送信される。増幅器５１の出力はカプラ９でその一部が抽出され、さらに、周波数チャネルｆ１の出力のみがバンドパスフィルタ１２を通過して検波手段８に入力する。検波手段８により検出した周波数チャネルｆ１の送信電波の電力レベルは比較手段１０で利得基準１１の設定と比較され、これらの偏差に応じたゲイン調整信号を可変利得手段７１、７２へ供給し、ゲインを調整する。

この実施の形態２によれば、バンドパスフィルタ１２によって基地局１が送信する一つの周波数チャネルの送信電波を通過させて、検波手段８で検出するようにしているので、下り信号の近傍に妨害波があったとしても、バンドパスフィルタ１２が所定の周波数チャネルの送信電波のみを通過させるので、妨害波の影響を受けることがない効果がある。また、上述の説明のように周波数チャネルｆ１の送信電波のみをゲイン調整用の信号として用いているので、他の周波数チャネルｆ２、ｆ３の送信電波は必ずしも連続的に送信する必要がなく、システムの多様化に対応できる効果がある。

図５は本発明の実施の形態３に係る中継装置を示すブロック構成図である。図５において、図３と同一又は相当部分には同一符号を付しており、７０は可変利得手段である。

実施の形態１では、可変利得手段７１、７２を下り信号ゲイン調整用及び上り信号ゲイン調整用に２つ設けているが、この実施の形態３では、分波器４１の基地局１側に一つ設けており、この可変利得手段７０で下り・上りの両方の信号をゲイン調整するようにしたものである。

即ち、基地局１から送信された送信電波は、可変利得手段７０を介して分波器４１に入力する。分波器４１は基地局１の送信電波を増幅器５１へ分配し、該増幅器５１で増幅された送信電波は分波器４２により移動局２へ向けて送信される。移動局２から送信された送信電波は、分波器４２で増幅器５２へ分配され、該増幅器５２で増幅され分波器４１で可変利得手段７０へ分配され、ゲイン調整されて基地局１へ向けて送信される。増幅器５１の出力の一部はカプラ９で抽出され、検波手段８で検波されることにより、送信電波の電力レベルとして検出される。検波手段８の出力は、比較手段１０で利得基準１１の設定と比較され、それらの偏差に応じたゲイン調整信号を可変利得手段７０へ供給してゲイン調整する。この結果、増幅器５１の出力する基地局１からの送信電波の電力レベルが一定に調整され、また、増幅器５２の出力する移動局２からの送信信号は可変利得手段７０でゲイン調整されて一定の電力レベルになる。

この実施の形態３によれば、可変利得手段７０を一つにすることができ、構成を簡素化できる効果がある。

図６は本発明の実施の形態４に係る中継装置を示すブロック構成図である。図において、図３と同一符号は、同一又は相当部分であり、９１〜９３はカプラである。カプラ９１は増幅器５１の出力の一部を抽出する。カプラ９２はカプラ９１の抽出した増幅器５１の出力の一部を分波器４２から可変利得手段７３へ分配される移動局２の送信電波に重畳する。カプラ９３は増幅器５２の出力の一部を抽出するものである。また、１３はカプラ９３の抽出した増幅器５２の出力の一部のうち、増幅器５１の出力する周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタである。８１はバンドパスフィルタ１３の出力を検波する検波手段、１４は利得基準、１５は検波手段８１の出力と利得基準１４の設定とを比較し、偏差に応じた調整信号を可変利得手段７３へ供給する比較手段である。

この実施の形態４と図３の実施の形態１との差異はカプラ９１〜９３、バンドパスフィルタ１３、検波手段８１、利得基準１４、比較手段１５、可変利得手段７３を付加した構成であり、その他の部分は実施の形態１と同様に機能する。

この実施の形態４は、一定の電力レベルに調整された増幅器５１の出力を用いて増幅器５２の利得を補正するように構成したものである。

即ち、一定の電力レベルに調整された増幅器５１の出力の一部がカプラ９１で抽出される。カプラ９１で抽出された増幅器５１の出力の一部は、移動局２から送信され分波器４２で可変利得手段７３側へ分配される送信電波にカプラ９２により重畳される。この信号は可変利得手段７３、増幅器５２を介して出力され、カプラ９３でその一部が抽出される。そして、バンドバスフィルタ１３により、重畳された信号の周波数帯を取り出し、検波手段８１で検波することにより、増幅器５２により増幅された重畳信号が検出される。この重畳信号は、増幅器５１の出力に相当するもので一定に調整された信号である。したがって、利得基準１４の設定との間に差異があれば、増幅器５２の利得に何らかの変動が生じたものと考えられる。

比較手段１５は、検波手段８１の出力と利得基準の設定とを比較し、それらの偏差に応じた信号を可変利得手段７３へ供給することにより、増幅器５２の利得変動を補正することができる。なお、移動局２の送信信号に重畳された信号は可変利得手段７２を介して分波器４１に入力されるが、該分波器４１でカットされるので、基地局１に向けて送信されることはない。

本発明は、列車無線システム等、漏洩同軸ケーブルを用いた無線通信システムにおける中継装置に適用できる。

本発明の中継装置を適用する無線通信システムを示した全体構成図である。 基地局及び移動局の送信電波の一例を示した図である。 本発明における実施の形態１に係る中継装置を示したブロック構成図である。 本発明における実施の形態２に係る中継装置を示したブロック構成図である。 本発明における実施の形態３に係る中継装置を示したブロック構成図である。 本発明における実施の形態４に係る中継装置を示したブロック構成図である。

符号の説明

１ 基地局 ２ 移動局 ３ 漏洩同軸ケーブル ４１、４２ 分波器 ５１、５２ 増幅器 ７１、７２、７３ 可変利得手段 ８、８１ 検波手段 ９、９１、９２、９３ カプラ １０、１５ 比較手段 １１、１４ 利得基準

Claims (8)

1. 基地局側及び移動局側にそれぞれ略同じ長さの漏洩同軸ケーブルが接続され、基地局及び移動局間で送受信する通信データを上記漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置において、基地局側から連続的に送信された送信電波を第１増幅部へ分配すると共に、第２増幅部の増幅した送信電波を基地局へ向けて送信する第１分波器、上記第１増幅部の増幅した送信電波を移動局へ向けて送信すると共に移動局側から送信された送信電波を上記第２増幅部へ分配する第２分波器、基地局側から連続的に送信された通信のための送信電波に基づき上記第１増幅部の出力レベルが一定になるように上記第１増幅部のゲインを制御するゲイン調整信号を供給する制御手段、上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を上記ゲイン調整信号により可変する可変利得手段を備えたことを特徴とする中継装置。
2. 制御手段は、第１増幅部の出力を検波した信号と所定の利得基準との比較結果に応じたゲイン調整信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
3. 制御手段は、第１増幅部の所定周波数帯域の出力を検波した信号と所定の利得基準との比較結果に応じたゲイン調整信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
4. 基地局側及び移動局側にそれぞれ略同じ長さの漏洩同軸ケーブルが接続され、基地局及び移動局間で送受信する通信データを上記漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置において、基地局側から連続的に送信された送信電波を第１増幅部へ分配すると共に、第２増幅部の増幅した送信電波を基地局へ向けて送信する第１分波器、上記第１増幅部の増幅した送信電波を移動局へ向けて送信すると共に移動局側から送信された送信電波を上記第２増幅部へ分配する第２分波器、基地局側から連続的に送信された通信のための送信電波に基づき上記第１増幅部の出力レベルが一定になるように上記第１増幅部のゲインを制御するゲイン調整信号を供給する制御手段、上記第１分波器の基地局側に設けられ、上記第１分波器が上記第１増幅部へ分配する送信電波及び上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を可変する可変利得手段を備え、
   上記可変利得手段は、上記第１分波器が上記第１増幅部へ分配する送信電波及び上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を上記ゲイン調整信号により可変することを特徴とする中継装置。
5. 制御手段は、第１増幅部の出力を検波した信号と所定の利得基準との比較結果に応じて可変利得手段の利得を制御することを特徴とする請求項４に記載の中継装置。
6. 基地局及び移動局間で送受信する通信データを漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置において、基地局側から送信された送信電波を第１増幅部へ分配すると共に、第２増幅部の増幅した送信電波を基地局へ向けて送信する第１分波器、上記第１増幅部の増幅した送信電波を移動局へ向けて送信すると共に移動局側から送信された送信電波を上記第２増幅部へ分配する第２分波器、基地局側から送信された送信電波に基づき上記第１増幅部の出力レベルが一定になるように上記第１増幅部のゲインを制御するゲイン調整信号を供給する制御手段、上記第１分波器が基地局へ向けて送信する上記第２増幅部が増幅した送信電波を上記ゲイン調整信号により可変する可変利得手段、上記第１増幅部の出力する一部の送信電波を抽出して上記第２増幅部へ出力する入力手段、上記第２増幅部により増幅された、上記入力手段が出力した上記第１増幅部の出力する一部の送信電波に基づき上記第２増幅部のゲインを調整する調整手段を備えたことを特徴とする中継装置。
7. 入力手段が抽出する第１増幅部の出力する一部の送信電波は、移動局が送信する送信電波と異なる所定周波数帯域の送信電波であり、調整手段は、第２増幅部の出力する所定周波数帯域の送信電波と所定の利得基準との比較結果に応じて上記第２増幅部のゲインを調整することを特徴とする請求項６に記載の中継装置。
8. 基地局、
   上記基地局と通信データを送受信する移動局、
   上記基地局及び上記移動局が送信する送信電波を搬送する、それぞれ略同じ長さの複数の漏洩同軸ケーブル、
   上記基地局側及び上記移動局側に上記漏洩同軸ケーブルが接続され、上記基地局及び上記移動局間で送受信する通信データを上記漏洩同軸ケーブルを介して中継する中継装置を備え、
   上記中継装置は、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の中継装置であることを特徴とする無線通信システム。

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