特許 6045296 ＲＦフロントエンドモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6045296

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】ＲＦフロントエンドモジュール

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/40 20150101AFI20161206BHJP

   H04B 1/18 20060101ALI20161206BHJP

   H04B 10/2575 20130101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H04B1/40

   H04B1/18 C

   H04B9/00 267

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-235619(P2012-235619)

(22)【出願日】2012年10月25日

(65)【公開番号】特開2014-86946(P2014-86946A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】392026693

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＴドコモ

(74)【代理人】

【識別番号】100121706

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128705

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 幸雄

(74)【代理人】

【識別番号】100147773

【弁理士】

【氏名又は名称】義村 宗洋

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 恭宜

(72)【発明者】

【氏名】楢橋 祥一

(72)【発明者】

【氏名】垂澤 芳明

【審査官】 野元 久道

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１７５２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４４４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６０４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２０５３３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １／４０

Ｈ０４Ｂ １／１８

Ｈ０４Ｂ １０／２５７５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎを２以上の整数とし、
Ｎバンドデュプレクサと、
前記Ｎバンドデュプレクサに接続されたＮ個のＬＮＡと、
Ｎ個の前記ＬＮＡの出力端のそれぞれに接続され、ＬＮＡ出力信号の平均電力を計測するＮ個の第１のモニタと、
所定時間経過毎にＮ個の前記第１のモニタのそれぞれから前記ＬＮＡ出力信号の平均電力を取得するＮ個の自動レベル検出器と、
前記Ｎ個の自動レベル検出器のそれぞれが取得したＬＮＡ出力信号の平均電力と、予め定めた光回路への入力電力とが等しくなるように、前記ＬＮＡ出力信号の利得の増幅、または減衰を実行するＮ個の利得調整器と、
Ｎ個の前記利得調整器から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換回路と、
前記Ｎバンドデュプレクサに接続されたＮ個の送信電力増幅器と、
Ｎ個の前記送信電力増幅器の入力端のそれぞれに接続されたＮ個の第２のモニタと、
Ｎ個の前記第２のモニタのそれぞれに接続され、入力された信号の振幅調整、および位相調整を実行するＮ個のベクトル調整器と、
Ｎ個の前記ベクトル調整器の入力端に接続された光電気変換回路と、
を備えるＲＦフロントエンドモジュール。

【請求項2】

請求項１に記載のＲＦフロントエンドモジュールであって、
すべての系統の前記第２のモニタから抽出された信号を用いて相関演算を行い、相関演算結果をすべての系統の前記ベクトル調整器に出力する送信系統用制御器と、
をさらに備えるＲＦフロントエンドモジュール。

【請求項3】

請求項１または２に記載のＲＦフロントエンドモジュールであって、
Ｎ個の前記利得調整器から出力された電気信号を合成して前記電気光変換回路に入力する合波回路と、
をさらに備えるＲＦフロントエンドモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は主に移動通信用の基地局装置に用いるＲＦフロントエンドモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

移動通信システムでは、複数の周波数帯を利用して、サービス提供が行われる。日本では、８００ＭＨｚ帯から２ＧＨｚ帯までの周波数帯が利用される。基地局は、設置場所の観点から、複数の周波数帯をサポートすることが必要である。例えば、２ＧＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯を同時に利用可能な状態にすることが必要である。

【0003】

基地局は、大きく分けて、アンテナと無線部（Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｈｅａｄとも呼ばれる）にて構成される。複数の周波数帯をサポートする基地局は、一般的に複数の周波数帯に対応したアンテナ（いわゆるマルチバンドアンテナ）と、各周波数帯に対応する無線部とで構成される。例えば、３バンドに対応する基地局では、３バンド共用アンテナと、各周波数帯に対応する３つの無線部で構成される。

【0004】

マルチバンドアンテナはマルチバンド対応のアンテナ素子で構成される。アンテナ素子には、バンドごとの無線部出力をフィルタリング機能をもつ合波回路で合成した信号が入力される。基地局アンテナには、コリニアアレイアンテナが利用されることから、アンテナ素子数、アンテナ素子間隔、反射板形状にて、その放射特性が決まる。マルチバンドアンテナでは、それぞれの周波数帯にて所定の放射特性を具体化できるように、アンテナ素子形状などが設計される。アンテナレドーム内には、アンテナ素子、反射板、合波回路等が配置され、必要に応じてチルト角を制御する可変位相器を備える場合もある（特許文献１参照）。

【0005】

無線部（送受信回路）はデュプレクサ、電力増幅器、ＬＮＡ、周波数変換器、アナログ・ディジタル変換回路、ＣＰＲＩ対応回路、制御回路、電源回路で構成され、外観は放熱フィンを持つ筺体である。無線部（送受信回路）は送信ダイバーシチ対応基地局向けに送信系統を２つもつ構成もある。マクロセル向け無線部での電力増幅器は、平均電力２０Ｗ程度を出力することができる。デュプレクサは、ＦＤＤシステム対応であり、一つの周波数帯のアップリンクとダウンリンクを分離する。例えば、２ＧＨｚ帯であれば、１９４０ＭＨｚから１９６０ＭＨｚのアップリンクと、２１３０ＭＨｚから２１５０ＭＨｚのダウンリンクに対応する。

【0006】

従来、マルチバンドアンテナと無線部（送受信回路）の接続にはＲＦケーブルを用いていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−１５３９６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来、マルチバンドアンテナと無線部とを接続（結線）するＲＦケーブルについては、一つの周波数帯に対して、それぞれ送信用ケーブル、受信用ケーブルが必要となるため、基地局がサポートする周波数バンド数の２倍の本数のＲＦケーブルが必要となる。このため、アンテナ直下に無線部を設置する場合でもアンテナレドーム内に多数のケーブルが配置接続される。ＲＦケーブルには、低損失、かつ低パッシブインターモジュレーション（ＰＩＭ）が求められるため、ケーブル径の太いケーブルを用いる必要がある。このため、アンテナ内の配線に柔軟性が失われ、アンテナレドーム内のスペースの多くをケーブルが占有することとなる。また、現在の基地局構成では運用する周波数帯の追加に伴い、追加された周波数帯に対応する無線部とマルチバンドアンテナとを接続するＲＦケーブルを追加することが必要となる。しかしながら、無線部とアンテナを一体化したレドーム内に設置している場合、既に他の周波数帯のＲＦケーブルによってレドーム内のスペースの多くが占有されており、新たなＲＦケーブルをレドーム内に収容する空間的余裕が確保できない場合があった。そこで、本発明では、アンテナレドーム内の省スペースを実現するＲＦフロントエンドモジュール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】

【0009】

本発明のＲＦフロントエンドモジュールは、Ｎを１以上の整数とし、Ｎバンドデュプレクサと、Ｎバンドデュプレクサに接続されたＮ個のＬＮＡと、ＬＮＡの出力端に接続され、ＬＮＡ出力信号の平均電力を計測する第１のモニタと、所定時間経過毎に第１のモニタからＬＮＡ出力信号の平均電力を取得する自動レベル検出器と、自動レベル検出器が取得したＬＮＡ出力信号の平均電力と、予め定めた光回路への入力電力とが等しくなるように、ＬＮＡ出力信号の利得の増幅、または減衰を実行する利得調整器と、利得調整器から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換回路とを備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明のＲＦフロントエンドモジュールによれば、アンテナレドーム内の省スペースを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１の基地局装置の構成を示す図。

【図2】実施例１のＲＦフロントエンドモジュールと送受信回路の詳細を示す図。

【図3】実施例１の送信電力増幅器の構成を示す図。

【図4】実施例１のＬＮＡの構成を示す図。

【図5】実施例１の利得調整器の構成を示す図。

【図6】実施例１のベクトル調整器の構成を示す図。

【図7】実施例１の電気光変換回路の構成を示す図。

【図8】実施例１の光電気変換回路の構成を示す図。

【図9】実施例１の送信系統用制御器の構成を示す図。

【図10】実施例１の受信系統用制御器の構成を示す図。

【図11】実施例２のＲＦフロントエンドモジュールと送受信回路の詳細を示す図。

【図12】実施例３のスイッチの構成を示す図。

【図13】光回路の入出力特性を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

【実施例1】

【0013】

以下、図１を参照して、本発明の実施例１に係る基地局装置の構成について説明する。図１は本実施例の基地局装置９の構成を示す図である。図１に示すように本実施例の基地局装置９は、蒲鉾形筒状のレドーム７と、レドーム７内に収容されるアンテナ素子１−１、１−２、１−３、１−４と、反射板２と、ＲＦフロントエンドモジュール３−１、３−２、３−３、３−４と、放熱板４と、送受信回路５と、光ファイバ６とを備える。光ファイバ６は、ＲＦフロントエンドモジュール３−１、３−２、３−３、３−４と送受信回路５とを接続する。

【0014】

反射板２の一方の面にはアンテナ素子１−１、１−２、１−３、１−４が反射板長手方向一列に配置され、反射板２の他方の面にはＲＦフロントエンドモジュール３−１、３−２、３−３、３−４が反射板長手方向一列に配置される。レドーム下部には、Ｎバンド（Ｎは１以上の整数）の送受信回路５が設置される。本実施例ではＮ＝３としておく。ＲＦフロントエンドモジュール３−１、３−２、３−３、３−４と送受信回路５は光ファイバ６にて接続される。３バンドかつ４素子（１２系統）であることから、光ファイバ総数は１２本となる。本発明の構成によれば光ファイバ配線はレドーム内に限られるため、１本あたりの光ファイバ長はレドーム長２ｍとすれば高々５ｍ程度となる。

【0015】

ここでアンテナ素子１−１、１−２、１−３、１−４は、例えば１．５ＧＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、２．１ＧＨｚ帯の３バンド対応であるものとする。アンテナ素子間隔は、３バンドの指向性を設計値にするよう設定される。アンテナ素子１−１、１−２、１−３、１−４は銅張プリント基板で構成され、３バンドで共振を持つ構造である。

【0016】

以下、図２から図１０を参照してＲＦフロントエンドモジュール３−１、３−２、３−３、３−４（以下、符号３で代表させる）と、送受信回路５の詳細について説明する。図２は、本実施例のＲＦフロントエンドモジュール３と送受信回路５の詳細を示す図である。図３は本実施例の送信電力増幅器３０の構成を示す図である。図４は本実施例のＬＮＡ３１の構成を示す図である。図５は本実施例の利得調整器３５の構成を示す図である。図６は本実施例のベクトル調整器３７の構成を示す図である。図７は本実施例の電気光変換回路３９の構成を示す図である。図８は本実施例の光電気変換回路３８の構成を示す図である。図９は本実施例の送信系統用制御器３６５の構成を示す図である。図１０は本実施例の受信系統用制御器５３５の構成を示す図である。

【0017】

上述したように本実施例ではＮ＝３としたため、ＲＦフロントエンドモジュール３は、３バンドのフロントエンドモジュールである。図２に示すように、ＲＦフロントエンドモジュール３は、Ｎバンドデュプレクサ３Ａ（Ｎ＝３であるため、以下、３バンドデュプレクサ３Ａという）と、送信電力増幅器３０−１、３０−２、３０−３（以下、符号３０で代表させる）と、ＬＮＡ３１−１、３１−２、３１−３（以下、符号３１で代表させる）と、プリアンプ３２−１、３２−２、３２−３（以下、符号３２で代表させる）と、モニタ３３−１、３３−２、３３−３（以下、符号３３で代表させる）と、自動レベル検出器３４−１、３４−２、３４−３（以下、符号３４で代表させる）と、利得調整器３５−１、３５−２、３５−３（以下、符号３５で代表させる）と、モニタ３６−１、３６−２、３６−３（以下、符号３６で代表させる）と、ベクトル調整器３７−１、３７−２、３７−３（以下、符号３７で代表させる）と、光電気変換回路３８−１、３８−２、３８−３（以下、符号３８で代表させる）と、電気光変換回路３９−１、３９−２、３９−３（以下、符号３９で代表させる）とを備える。

【0018】

送受信回路５は、電気光変換回路５１−１、５１−２、５１−３（以下、符号５１で代表させる）と、光電気変換回路５２−１、５２−２、５２−３（以下、符号５２で代表させる）と、ベクトル調整器５３−１、５３−２、５３−３（以下、符号５３で代表させる）と、モニタ５４−１、５４−２、５４−３（以下、符号５４で代表させる）と、送信モジュール５５−１、５５−２、５５−３（以下、符号５５で代表させる）と、受信モジュール５６−１、５６−２、５６−３（以下、符号５６で代表させる）とを備える。光電気変換回路３８−１と電気光変換回路５１−１とは光ファイバ６１−１で接続されている。電気光変換回路３９−１と光電気変換回路５２−１とは光ファイバ６２−１で接続されている。光電気変換回路３８−２と電気光変換回路５１−２とは光ファイバ６１−２で接続されている。電気光変換回路３９−２と光電気変換回路５２−２とは光ファイバ６２−２で接続されている。光電気変換回路３８−３と電気光変換回路５１−３とは光ファイバ６１−３で接続されている。電気光変換回路３９−３と光電気変換回路５２−３とは光ファイバ６２−３で接続されている。

【0019】

なお、以下の説明では、電気光変換回路、光ファイバ、光電気変換回路の３つを合わせて光回路と総称する。

【0020】

＜３バンドデュプレクサ３Ａ＞
３バンドデュプレクサ３Ａは各バンドの送受信波を分離するための構成である。３バンドデュプレクサ３Ａは７端子回路であって、アンテナ素子に接続される端子、各バンドの送信電力増幅器３０に接続される３つの端子、各バンドのＬＮＡ３１に接続される３つの端子である。３バンドデュプレクサ３Ａは、３つの各バンド用デュプレクサをトーナメント合成する構成である。詳細には、第１の周波数帯である１．５ＧＨｚ帯デュプレクサ３３Ａと、第２の周波数帯である１．８ＧＨｚ帯デュプレクサ３４Ａと、第３の周波数帯である２．１ＧＨｚ帯デュプレクサ３５Ａと、第１の周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）と第２の周波数帯（１．８ＧＨｚ帯）の分波回路３２Ａと、第１／第２周波数帯（１．５ＧＨｚ帯／１．８ＧＨｚ帯）と第３の周波数帯（２．１ＧＨｚ帯）の分波回路３１Ａをトーナメント合成する構成である。なお、分波回路はパッシブ素子で構成されることから、合波回路でもある。

【0021】

各バンドのデュプレクサ３３Ａ、３４Ａ、３５Ａは、３つの端子（共通端子、送信電力増幅器３０に接続される端子、ＬＮＡ３１に接続される端子）を持つ回路である、１．５ＧＨｚ帯デュプレクサ３３Ａは、アップリンクの１４４８ＭＨｚから１４６３ＭＨｚ、ダウンリンクの１４９６ＭＨｚから１５１１ＭＨｚの送受信波を分離または合波する。１．８ＧＨｚ帯デュプレクサ３４Ａは、アップリンク１７６５ＭＨｚから１７８８ＭＨｚ、ダウンリンクの１８６０ＭＨｚから１８８０ＭＨｚの送受信波を分離または合波する。２．１ＧＨｚ帯デュプレクサ３５Ａは、アップリンクの１９４０ＭＨｚから１９６０ＭＨｚ、ダウンリンクの２１３０ＭＨｚから２１５０ＭＨｚの送受信波を分離または合波する。各バンドのデュプレクサ３３Ａ、３４Ａ、３５Ａは、送信電力増幅器３０の最大出力が２．５Ｗであることから、小型化に適した誘電体共振器を利用できる。デュプレクサ３３Ａ、３４Ａ、３５Ａには空洞共振器も利用できるが、空洞共振器は通過電力に対して共振器寸法が著しく大きいため、レドーム内にＲＦフロントエンドモジュールを収容する観点からは、誘電体共振器を用いるのが好適である。

【0022】

分波回路３２Ａは、３つの端子（１．５ＧＨｚ帯デュプレクサ３３Ａの共通端子に接続される端子と、１．８ＧＨｚ帯デュプレクサ３４Ａの共通端子に接続される端子と、分波回路３１Ａに接続される端子）を有する。分波回路３２Ａは、１．５ＧＨｚ帯と１．８ＧＨｚ帯の送受信波を同時に入力し、１．５ＧＨｚ帯と１．８ＧＨｚ帯に分波する。なお、分波回路３２Ａはパッシブ素子で構成されることから可逆性を有し合波回路でもある。分波回路３２Ａは、図示を省略したが１．５ＧＨｚ帯ノッチフィルタまたはバンドパスフィルタと１．８ＧＨｚ帯ノッチフィルタとバンドパスフィルタをＴ分岐で接続した構成である。１．５ＧＨｚ帯送受信波と１．８ＧＨｚ帯送受信波はノッチフィルタまたはバンドパスフィルタにて分離される。従って、１．５ＧＨｚ帯デュプレクサ３３Ａに接続する端子からみて、１．８ＧＨｚ帯デュプレクサ３４Ａの共通端子に接続する端子がＲＦ的に見えない。分波回路３２Ａは小型かつ最大通過電力２．５Ｗに耐えることが必要であり、誘電体共振器を利用することができる。または十分な分離度を確保できるのであれば、プリント基板による平面回路で構成することができる。

【0023】

分波回路３１Ａは、３つの端子（分波回路３２Ａに接続する端子と、２．１ＧＨｚ帯デュプレクサ３５Ａの共通端子に接続する端子と、アンテナ素子に接続する端子）を持つ。分波回路３１Ａは、１．５ＧＨｚ帯〜１．８ＧＨｚ帯の送受信波と２．１ＧＨｚ帯の送受信波をアンテナ素子から同時に入力し、１．５ＧＨｚ帯〜１．８ＧＨｚ帯の送受信波と２．１ＧＨｚ帯送受信波に分離する。分波回路３１Ａは、図示を省略したが１．５ＧＨｚ帯〜１．８ＧＨｚ帯のノッチフィルタまたはバンドパスフィルタと、２．１ＧＨｚ帯ノッチフィルタまたはバンドバスフィルタをＴ分岐にて合成する構成である。従って、１．５ＧＨｚ帯〜１．８ＧＨｚ帯の送受信波は２．１ＧＨｚ帯デュプレクサ３５Ａに出力されない。同様に２．１ＧＨｚ帯の送受信波は１．５ＧＨｚ帯〜１．８ＧＨｚ帯の分波回路３２Ａに出力されない。分波回路３１Ａは、小型かつ最大通過電力２．５Ｗに耐えうることが求められるため、誘電体共振器または平面回路にて構成することが最善である。

【0024】

＜送信電力増幅器３０＞
図３に示すように、送信電力増幅器３０は、入力整合回路３０ａと、マイクロ波半導体３０ｂと、バイアス回路３０ｃと、出力整合回路３０ｄにて構成される。送信電力増幅器３０は動作周波数帯ごとに入力整合回路３０ａを調整し、動作周波数にて最大出力電力２．５Ｗを得つつ、高効率動作を図る。送信電力増幅器３０には低歪動作が求められることから、少なくとも最大出力電力から出力バックオフ８ｄＢ程度高い飽和出力２２．５Ｗが必要である。１．５ＧＨｚ帯から２．１ＧＨｚ帯マイクロ波トランジスタには、例えば２２．５Ｗ以上、ＧａＡｓ＿ＭＥＳＦＥＴまたはＧａＮ＿ＨＥＭＴを利用することができる。入力整合回路３０ａと出力整合回路３０ｄの設計は、動作周波数にて入力整合回路３０ａの入力側反射と出力整合回路３０ｄの出力側反射をそれぞれ１０ｄＢから１．５ｄＢ程度、送信電力増幅器３０の利得をなるべく最大になるようにする。送信電力増幅器３０の出力側に再放射を防ぐためアイソレータを設けても良い。送信電力増幅器３０で発生する歪み成分を低減するために、バランス型電力増幅器の利用、プリディストータなどの線形化回路を利用することができる。プリディストータを利用する場合、送信電力増幅器３０の入力側にプリディストータを配置する。プリディストータは１．５ＧＨｚ帯から２．１ＧＨｚ帯で動作することが必要である。

【0025】

＜ＬＮＡ３１＞
図４に示すように、ＬＮＡ３１は、入力整合回路３１ａと、低雑音マイクロ波半導体３１ｂと、バイアス回路３１ｃと、出力整合回路３１ｄにて構成される。ＬＮＡ３１は低雑音増幅動作が求められるので、入力整合回路３１ａを５０Ｏｈｍ程度にするように設計する。また低雑音マイクロ波半導体３１ｂには、低雑音増幅特性に優れるＧａＡｓ ＨＥＭＴを利用することができる。

【0026】

＜モニタ３３、自動レベル調整器３４、利得調整器３５＞
モニタ３３は、ＬＮＡ３１の出力端に接続される。なお、モニタ３３は後述するモニタ３６と区別するために第１のモニタ３３と呼んでもよい。モニタ３３は、ＬＮＡ３１出力信号の平均電力を測定する。自動レベル検出器３４は、モニタ３３と利得調整器３５に接続される。利得調整器３５は、モニタ３３と、自動レベル検出器３４に接続される。図５に示すように、利得調整器３５は可変利得増幅器３５ａと可変減衰器３５ｂと利得制御回路３５ｃにて構成される。自動レベル検出器３４は、常に（所定時間経過毎に）モニタ３が計測したＬＮＡ出力信号の平均電力を取得し、利得調整器３５の利得制御回路３５ｃに通知する。利得調整器３５の利得制御回路３５ｃは光回路への入力電力と自動レベル検出器３４が取得した平均電力とを比較し、それらを一致させるように可変利得増幅器３５ａと可変減衰器３５ｂを制御する。自動レベル検出器３４はダイオードを用いた簡易なレベル検出回路でよい。利得調整器３５の可変利得増幅器３５ａは増幅器の段数を制御するまたは増幅器を構成するトランジスタのバイアス電圧を調整する構成としても良い。利得調整器３５の可変減衰器３５ｂはＰＩ型に減衰器を構成した回路であり、利得制御回路３５ｃにより減衰器の段数を制御可能である。制御周期はＬＮＡ出力の平均電力変動に追従するが、フェージングの長期変動に追従できる程度でよい。

【0027】

＜利得調整器３５が実行する利得調整の詳細＞
利得調整器３５は、＋２０ｄＢから−２０ｄＢ程度の範囲で利得を調整し、ＬＮＡ出力を光回路入力に適正なレベルに維持する。利得調整器３５は、レーザーで発生する相互変調歪み成分と、光回路の雑音（ほぼ熱雑音に相当する）を考慮して光回路入力レベルを設定する。これについて図１３を参照して詳細に説明する。図１３は、光回路の入出力特性を示す図であって、横軸は光回路の１波あたりの入力電力、縦軸は光回路の１波あたりの出力電力を表す。ここでは、入力信号を等振幅ずつ１００ｋＨｚ離調したＣＷ２波とした。実線で示したのは基本波であり、一点鎖線で示した３次相互変調歪み成分は入力信号により生じる基本波近傍の３次相互変調歪み成分である。破線で光回路の雑音レベルの特性を示す。図１３から明らかなように、もっとも相互変調歪み成分と基本波のレベル差を取れる箇所は光回路の雑音レベルと３次相互変調歪み成分の交差する点になる。言い換えれば、相互変調歪み成分と基本波のレベル差を最も大きく取れる箇所は、光回路の雑音レベルと、入力信号により生じる基本波近傍の３次相互変調歪み成分とが等しくなる箇所である。利得調整器３５は、３次相互変調歪み成分と基本波のレベル差を最大に取れるように、光回路への入力電力を制御する。入力信号は変調波のため瞬時電力と平均電力が異なるが、図１３は平均電力で評価しており、利得調整器３５では入力信号の平均電力に着目して利得調整を行う。本実施例の利得調整器３５の動作は、無線電波などのアナログ信号をアナログ信号のまま光ファイバを用いて伝送する場合に好適である。

【0028】

なお、本実施例のＲＦフロントエンドモジュール３は、系統ごとに複数の利得調整器を有する。複数の受信系統で適切に制御されたアレイファクタでぞれぞれの受信信号を合成する必要があるため、すべての利得調整器において、それぞれの受信系統における利得調整量がほぼ同一になるように設定することが必要である。例えば、第一系統の利得調整器で設定した可変減衰器と可変利得増幅器の設定値は、第一系統の利得制御回路を通して、他系統の利得制御回路に通知される。他系統の利得制御回路は通知された設定値を用いてそれぞれの可変減衰器と可変利得増幅器を設定する。上記では第一系統を例に説明したが、他系統を基準として可変減衰器と可変利得増幅器を設定してもよい。

【0029】

上記では、複数の利得調整器を協調して動作する例を述べたが、以下のように複数の利得調整器を独立して動作させてもよい。複数の利得調整器が独立して動作する場合、それぞれの可変減衰器と可変利得増幅器の設定値が異なる。受信機にて複数の受信系統出力信号を適切なアレイファクタで合成するには、利得制御回路で指示した可変減衰器と可変利得増幅器の設定値を受信機に通知し、その設定値を考慮して複数の受信系統出力信号を合成すればよい。この通知は利得制御回路から受信機の複数の受信系統出力信号を合成する回路に行えばよい。このように、複数の利得調整器を独立動作させても、適切なアレイファクタで複数の受信系統出力信号を合成することができる。

【0030】

＜電気光変換回路３９、光電気変換回路３８＞
電気光変換回路３９は、利得調整器３５の出力端に接続され、利得調整器３５から出力された電気信号を光信号に変換する。電気光変換回路３９は、図７に示すように、レーザー３９ａ、バイアス回路３９ｂ、温度安定化回路３９ｃにて構成される。レーザー３９ａは半導体素子で構成され、バイアス回路３９ｂにて適切なバイアス電圧を設定する。また温度安定化回路３９ｃはレーザー３９ａ動作時の電気光変換回路３９の温度安定化を図る。

【0031】

光電気変換回路３８は、送受信回路５の出力信号（光信号）を電気信号に変換する。光電気変換回路３８は、図８に示すように、フォトダイオード３８ａ、バイアス回路３８ｂ、温度安定化回路３８ｃにて構成される。光信号は適切なバイアス電圧を設定したフォトダイオード３８ａにて電気信号に変換される。光電気変換回路３８は電気光変換回路３９と同じく温度安定性が求められるため、温度安定化回路３８ｃにて光電気変換回路３８の温度安定化を図る。

【0032】

＜ベクトル調整器３７、モニタ３６＞
本実施例の基地局装置９のアクティブアンテナは、送信１２系統、受信１２系統で構成されている。アクティブアンテナで形成する指向性は、トリプルバンドアンテナ素子に給電する振幅と位相と、トリプルバンドアンテナ素子間隔などにより決定する。所定の指向性を得るには、トリプルバンドに給電する振幅と位相を所定の範囲に設定することが必要である。また、系統間の偏差も同様に所定の範囲に設定することが必要である。

【0033】

送信系統において、光電気変換回路３８の出力端にベクトル調整器３７の入力端を接続し、ベクトル調整器３７の出力端にモニタ３６の入力端を接続する。モニタ３６は前述したモニタ３３と区別するために、第２のモニタ３６と呼んでも良い。さらに、モニタ３６とベクトル調整器３７の間（図２で矢印Ａとして表記）に図９に示す送信系統用制御器３６５を備える。送信系統用制御器３６５は、アレイファクタの参照テーブルを備えており、１２系統のすべてのモニタ３６から抽出された信号を入力とし、相関演算などの処理を行い、１２系統すべてのベクトル調整器３７に出力する。送信系統用制御器３６５の動作について説明する。送信系統用制御器３６５は抽出された信号を用いて相関演算を行う。例えば、２系統の場合、２つの信号がＣＷであり、同一振幅かつ同一位相であれば、相関値は１となる。もし振幅にずれがあったり、位相にずれがあるときには、相関値は１以下となり、振幅または位相にずれがあることがわかる。一方の信号の振幅と位相を固定し、他方の信号の振幅と位相をベクトル調整器３７で調整することで、相関値を１に近づけることができる。ベクトル調整器３７での調整手段は、振幅調整、位相調整である。振幅が等振幅になれば、位相ずれを感度よく検出できる。振幅ずれがあると、位相ずれの感度劣化となり、ベクトル調整が良好に行うことができない。ベクトル調整器３７は、図６に示すように、可変位相器３７ａと可変減衰器３７ｂにて構成される。可変減衰器３７ｂは可変増幅器としても良い。１２系統すべてのベクトル調整を行う場合は、基準となる系統を決めておき、その系統の信号に対して他の系統の信号と相関値を計算する。ベクトル調整が完了後に系統を切り替えて、再度相関値を計算する。このプロセスを１２系統に対して行うことで、１２系統すべての信号の振幅と位相を一致させることができる。アクティブアンテナでは指向性制御を行うことから、送信系統用制御器３６５はアレイファクタの参照テーブルから各系統の振幅値と位相値を読み出し、ベクトル調整器３７にて上記にてすでに設定されている振幅値と位相値からその振幅値と位相値を設定する。ベースバンド処理部でアレイファクタを与える場合、光電気変換回路出力の信号にアレイファクタが与えられているものとする。送信系統用制御器３６５は相関演算を行う前に、アレイファクタの参照テーブルから当該系統の振幅値と位相値を読み出し、当該系統の信号からその振幅値と位相値を補正し、相関演算を行う。また、モニタ３６は送信電力増幅器３０の出力側に設置してもよい。この場合、ベクトル調整器３７はプリアンプ３２と送信電力増幅器３０の振幅偏差と位相偏差を含めて上述のアレイファクタを設定できる。周知のように、プリアンプ３２と送信電力増幅器３０は個体により振幅特性と位相特性にわずかな差、いわゆる個体差がある。モニタ３６を送信電力増幅器３０の出力側に設置することで、このような個体差を均一化してアレイファクタを設定できる。

【0034】

＜ベクトル調整器５３、モニタ５４＞
本実施例の送受信回路５の受信系統において、同様に光電気変換回路５２の出力側にベクトル調整器５３とモニタ５４を設ける。さらに、モニタ５４とベクトル調整器５３の間（図２で矢印Ｂとして表記）に図１０に示す受信系統用制御器５３５を備える。受信系統用制御器５３５は、アレイファクタの参照テーブルを備えており、１２系統のすべてのモニタ５４から抽出された信号を入力とし、相関演算などの処理を行い、１２系統すべてのベクトル調整器５３に出力する。受信系統用制御器５３５、ベクトル調整器５３の動作については、前述した送信系統用制御器３６５、ベクトル調整器３７の動作と同様であるから説明を略する。

【0035】

なお、送受信回路５の電気光変換回路５１の入力端には送信モジュール５５が接続される。モニタ５４の出力端には受信モジュール５６が接続される。

【0036】

このように、本実施例のＲＦフロントエンドモジュール３の各種構成により、ＲＦフロントエンドモジュール３と、送受信回路５とを光回路で接続した場合であっても適切に通信信号の送信および受信を実行することが可能となり、光ファイバ６を利用できるため、従来のＲＦケーブルよりもはるかに細い径とすることができる。これにより、配線の柔軟性の獲得とアンテナケース内のスペースを削減できる。また、光ファイバの低損失特性も利用できる。ＰＩＭの発生メカニズムは金属のヒステリシスに依存する。光ファイバを利用することで、金属を利用しないケーブルによりＰＩＭの発生原因を除去することができる。

【0037】

実施例１のＲＦフロントエンドモジュール３、および後述する実施例２、３のＲＦフロントエンドモジュールは単一周波数帯で動作する無線回路を集成したモジュールである。本発明のＲＦフロントエンドモジュールはこのような構成に限られず、例えば単一の無線回路にて複数の周波数帯で同時動作を可能する無線回路で構成することとしてもよい。この場合、例えば送信電力増幅器３０は複数周波数帯で整合する整合回路と広帯域のＧａＮ ＨＥＭＴを用いて、複数の周波数帯で同時増幅が可能である。また、ＬＮＡ３１も同様に入力整合回路にて複数の周波数帯に共振することで低雑音で複数の周波数帯で同時増幅が可能である。ベクトル調整器３７と利得調整器３５は、それぞれ複数の周波数で同時動作するように回路を具備する。例えば、各帯域を抽出するフィルタと各帯域で動作するベクトル調整器３７と利得調整器３５を並列に構成することで、同時動作が可能である。デュプレクサ３Ａは図２の構成にて、送信系統と受信系統に合波する回路を各帯域のデュプレクサ３３Ａ、３４Ａ、３５Ａの出力側に設ければよい。例えば、送信系統であれば、送信電力増幅器３０−１、３０−２、３０−３の端子を１端子に合波する回路を設ける。図２であれば、３２Ａ、３１Ａに相当するブロックになる。受信系統についても同様である。

【実施例2】

【0038】

以下、図１１を参照して、実施例１のＲＦフロントエンドモジュール３の一部を変更した実施例２のＲＦフロントエンドモジュール３００、および実施例１の送受信回路５の一部を変更した実施例２の送受信回路５００について説明する。図１１は本実施例のＲＦフロントエンドモジュール３００と送受信回路５００の詳細を示す図である。本実施例のＲＦフロントエンドモジュール３００は、実施例１のＲＦフロントエンドモジュール３と同様に、３バンドデュプレクサ３Ａと、送信電力増幅器３０と、ＬＮＡ３１と、プリアンプ３２と、モニタ３３と、自動レベル検出器３４と、利得調整器３５と、モニタ３６と、ベクトル調整器３７とを備える。本実施例では、実施例１の光電気変換回路３８の代わりに、Ｎバンド対応光電気変換回路３８’と、実施例１の電気光変換回路３９の代わりに、Ｎバンド対応電気光変換回路３９’とを備える。さらに、本実施例では、実施例１のＲＦフロントエンドモジュール３が備えないＮ＋１端子の分波回路３０１、Ｎ＋１端子の合波回路３０２を備える。

【0039】

送受信回路５００は、Ｎバンド対応電気光変換回路５１’と、当該Ｎバンド対応電気光変換回路５１’に接続された送信モジュール５５’と、Ｎバンド対応光電気変換回路５２’と、当該Ｎバンド対応光電気変換回路５２’に接続されたベクトル調整器５３’、モニタ５４’、送信モジュール５６’を備える。

【0040】

分波回路３０１はＮ個（周波数帯ごと）の出力端子を備え、各出力端子は、それぞれベクトル調整器３７の入力側に接続される。本実施例ではＮ＝３であるため、分波回路３０１は３個（周波数帯ごと）の出力端子を備え、各出力端子は、ベクトル調整器３７−１、３７−２、３７−３の入力側にそれぞれ接続される。また、分波回路３０１の入力端子は、Ｎバンド対応光電気変換回路３８’の出力端に接続される。同様に、合波回路３０２はＮ個（周波数帯ごと）の入力端子を備え、各入力端子は、それぞれ利得調整器３５の出力側に接続される。本実施例ではＮ＝３であるため、合波回路３０２は３個（周波数帯ごと）の入力端子を備え、各入力端子は、利得調整器３５−１、３５−２、３５−３の出力側にそれぞれ接続される。また、合波回路３０２の出力端子は、Ｎバンド対応電気光変換回路３９’の入力端に接続される。

【0041】

また、本実施例では、Ｎバンド対応光電気変換回路３８’と、送受信回路５００のＮバンド対応電気光変換回路５１’とはＮバンド対応光ファイバ６１’で接続されている。同様に、本実施例では、Ｎバンド対応電気光変換回路３９’と、送受信回路５００のＮバンド対応光電気変換回路５２’とはＮバンド対応光ファイバ６２’で接続されている。

【0042】

合波回路３０２は、利得調整器３５の出力信号を合成する。Ｎバンド対応電気光変換回路３９’は、合成された電気信号を光信号に変換する。合波回路３０２はＮ＝３であるため、上述した３バンドデュプレクサ３Ａの合波回路と同一構成である。すなわち、１．５ＧＨｚ／１．８ＧＨｚ／２．１ＧＨｚの受信波を分配損失なしに周波数多重に相当する合成ができる。Ｎバンド対応電気光変換回路３９’は、実施例１の電気光変換回路３９と同様に、レーザー、バイアス回路、温度安定化回路にて構成される。レーザーは半導体素子であり、バイアス回路にて適切なバイアス電圧を設定する。また温度安定化回路はレーザー動作時のＮバンド対応電気光変換回路３９’の温度安定化を図る。

【0043】

分波回路３０１は、Ｎバンド対応光電気変換回路３８’から出力された電気信号を３バンドに分波して、ベクトル調整器３７に入力する。分波回路３０１は、Ｎ＝３であるため、上記で述べた３バンドデュプレクサ３Ａの分波回路をそのまま利用できる。例えば、各バンドの３出力端子と、３バンド合成した入力端子の４端子回路において、各バンドの端子には他バンドの周波数成分を除去するノッチフィルタと３バンド合成する端子までを他バンドの周波数に相当する１／４波長線路で構成される。１．５ＧＨｚ帯と１．８ＧＨｚ帯を阻止するには、１．５ＧＨｚ帯ノッチフィルタと１．８ＧＨｚ帯ノッチフィルタと、３バンド合成する端子にて１．５ＧＨｚ帯と１．８ＧＨｚ帯を開放にする伝送線路を設ける。ほかの端子も同様に構成する。また、複数のノッチフィルタの代替として、抽出する周波数のみ通過される帯域通過フィルタで構成してもよい。すなわち、１．５ＧＨｚ／１．８ＧＨｚ／２．１ＧＨｚの送信波を分配損失なしに周波数多重に相当する分波ができる。Ｎバンド対応光電気変換回路３８’は、実施例１の光電気変換回路３８と同様に、フォトダイオード、バイアス回路、温度安定化回路にて構成される。光信号は適切なバイアス電圧を設定したフォトダイオードにて電気信号に変換される。Ｎバンド対応光電気変換回路３８’はＮバンド対応電気光変換回路３９’と同じく温度安定性が求められるため、温度安定化回路にてＮバンド対応光電気変換回路３８’の温度安定化を図る。

【0044】

上述の実施例ではＮ＝３として、３バンド対応のアクティブアンテナを例にして説明したが、４バンド以上でも周波数帯が異なる限り、上記と同様の考え方で対応可能である。また、本実施例の３バンド対応電気光変換回路または３バンド対応光電気変換回路では、１．５ＧＨｚ／１．８ＧＨｚ／２．１ＧＨｚの送受信波を周波数多重にて分波または合波を行うこととしたが、光ファイバを用いた多重化技術に波長多重技術があるため、上記の分波または合波は波長多重で行ってもよい。

【0045】

本実施例のＲＦフロントエンドモジュール３００、送受信回路５００は上記のように構成されているため、Ｎバンド対応光ファイバ６１’、６２’を用いることができる。これにより実施例１ではバンドごとに光ファイバを必要としていたが、本実施例ではＮバンドを１本の光ファイバにて構成することができるため、さらなる配線の柔軟性の獲得とアンテナケース内のスペース削減を実現できる。また、Ｎバンドの合波回路３０２と分波回路３０１には、電力分配器または方向性結合器で構成することなく、Ｎバンド対応デュプレクサに適用されている分波回路と合波回路と同じものを利用することができる。これにより電力合成器のように分配損失または合成損失を本質的になくすことができる。

【実施例3】

【0046】

以下、図１２を参照して、実施例１の３バンドデュプレクサ３Ａの一部を変更してスイッチを追加し、時分割方式とした３バンドデュプレクサ３０００について説明する。図１２は本実施例のスイッチ１０−１、１０−２、１０−３（符号１０で代表させる）の構成を示す図である。図１２に示す通り、３バンドデュプレクサ３０００は７端子回路であって、アンテナ素子に接続される端子、各バンドの送信電力増幅器３０に接続される３つの端子、各バンドのＬＮＡ３１に接続される３つの端子である。３バンドデュプレクサ３０００は、実施例１の３つの各バンド用デュプレクサ３３Ａ、３４Ａ、３５Ａの代わりに、スイッチ１０−１、１０−２、１０−３を備える構成である。

【0047】

本実施例は、実施例１のアクティブアンテナをＴＤＤシステム用としたものである。ＴＤＤシステムでは同一周波数で時間帯を分けて送受信を行う。従って、ＲＦフロントエンドモジュールのマルチバンドデュプレクサ３３Ａ、３４Ａ、３５Ａは不要となり、その代わりにＲＦスイッチモジュール（スイッチ１０）が必要となる。スイッチ１０はＳＰＤＴスイッチ、ＭＥＭＳスイッチなどのように機械式スイッチを適用できる。バンド間を合波・分波する回路（３１Ａ、３２Ａ）は実施例１の３バンドデュプレクサ３Ａにおける同一符号を付した回路と同一構成である。

【0048】

このように、本実施例の３バンドデュプレクサ３０００を用いて、ＲＦフロントエンドモジュールを構成することにより、ＴＤＤシステム用のアンテナを構成することが可能となる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】