特許 7564608 ＴＤＤ無線装置

(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】

(24)【登録日】2024-10-01

(45)【発行日】2024-10-09

(54)【発明の名称】ＴＤＤ無線装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 17/18 20150101AFI20241002BHJP

   H04B 1/54 20060101ALI20241002BHJP

   H04L 5/14 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

H04B17/18

H04B1/54

H04L5/14

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021127460

(22)【出願日】2021-08-03

(65)【公開番号】P2023022537

(43)【公開日】2023-02-15

【審査請求日】2023-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】長野 光史

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１４７９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４１１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５１３３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １７／１８

Ｈ０４Ｂ １／５４

Ｈ０４Ｌ ５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信入力端子から入力された送信信号を送信電力増幅器によって所要の電力まで電力増幅した後に、高周波フィルタによって帯域制限してアンテナ端子から送出すると共に、前記アンテナ端子に入力され、前記高周波フィルタによって帯域制限された受信信号を受信低雑音増幅器によって所要の電力まで増幅して受信出力端子から出力する時分割複信方式により無線伝送を行なうＴＤＤ無線装置であって、
前記送信電力増幅器に後置され、前記送信電力増幅器が接続された第１端子から入力された前記送信信号を前記高周波フィルタが接続された第２端子に出力し、前記第２端子から入力された前記受信信号を第３端子に出力するサーキュレータと、
受信時には、前記サーキュレータの前記第３端子を前記受信低雑音増幅器に接続する側に切り替えられ、送信時には、前記サーキュレータの前記第３端子を終端器に接続する側に切り替えられる高周波スイッチと、
前記高周波スイッチと前記終端器との間の電力を分配する電力分配器と、
前記電力分配器で分配された電力を検波して反射波レベルを検出する検波器と、
前記検波器によって検出された前記反射波レベルの異常判定を行い、前記反射波レベルが異常であると判定した場合、前記送信電力増幅器への電源の供給を遮断させる判定部と、を具備し、
前記判定部は、前記送信電力増幅器への電源の供給を遮断させた後、前記検波器から入力される前記反射波レベルに基づいて異常要因判定を行うことを特徴とするＴＤＤ無線装置。

【請求項2】

前記判定部は、異常であると判定された前記反射波レベルを異常判定結果として異常判定結果を記憶部に記憶もしくは外部に出力することを特徴とする請求項１に記載のＴＤＤ無線装置。

【請求項3】

前記判定部は、前記異常要因判定を行った前記反射波レベルを異常要因判定結果として異常要因判定結果記憶部に記憶もしくは外部に出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のＴＤＤ無線装置。

【請求項4】

前記判定部は、前記検波器によって検出された前記反射波レベルと第１閾値とを比較することで前記異常判定を行い、前記検波器から入力される前記反射波レベルと前記第１閾値よりも低い第２閾値とを比較することで前記異常要因判定を行うことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＴＤＤ無線装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、時分割複信（ＴＤＤ：Time-Division-Duplex）方式により無線伝送を行なうＴＤＤ無線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

５ＧＮＲのＴＤＤ無線基地局では、広い帯域を確保するために、３ＧＨｚ以上の高い周波数が用いられる。周波数が高くなることによって電波伝搬ロスは増えるため、同じ通信エリアを確保するには無線基地局の出力は高くしなければならない。５ＧＮＲはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が用いられるが、ＯＦＤＭＡに用いる変調波は６４ＱＡＭなどの平均電力に対して高いピーク電力が含まれ、ピーク電力の線形性が必要となるため、無線基地局の無線部を構成する送信増幅器は、ドハティ増幅器などが採用されている。

【0003】

従来のＴＤＤ無線装置１ａは、図３を参照すると、送信入力端子２と、受信出力端子３と、アンテナ端子４と、送信電力増幅器５と、受信低雑音増幅器６と、高周波スイッチ７と、高周波フィルタ８とを備えている。

【0004】

ＴＤＤ送信時において、高周波スイッチ７は、送信電力増幅器５と高周波フィルタ８との接続側に切り替えられる。そして、送信入力端子２から入力された送信信号は、送信電力増幅器５によって所要の電力まで増幅され、高周波フィルタ８によって送信電力増幅器５のスプリアスを制限されてアンテナ端子４から送出される。

【0005】

一方、ＴＤＤ受信時において、高周波スイッチ７は、受信低雑音増幅器６と高周波フィルタ８との接続側に切り替えられる。アンテナ端子４に入力された受信信号は、高周波フィルタ８で帯域制限がかけられ、受信低雑音増幅器６で所要の電力まで低雑音で増幅され、受信出力端子３から出力される。

【0006】

無線基地局のように送信電力が大きい場合、高周波スイッチ７には、大耐電力スイッチを用いることになるため、スイッチ素子が有する損失が無視できなくなり、通過損失が大きくなる。また、大耐電力スイッチには、動作速度にも限界があり、更に大耐電力スイッチの駆動に駆動回路が別に必要になるなど、全体効率が劣化してしまう。

【0007】

そこで、高出力、低ロスに対応させるため、図４に示すように、サーキュレータ９を使用したＴＤＤ無線装置１ｂが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＴＤＤ無線装置１ｂにおいて、サーキュレータ９は、送信電力増幅器５が出力する送信信号を通過させて高周波フィルタ８経由でアンテナ端子４に供給し、アンテナ端子４から高周波フィルタ８経由で入力される受信信号を通過させて受信低雑音増幅器６に供給する。

【0008】

サーキュレータ９と受信低雑音増幅器６の間には、送信区間にサーキュレータ９からの配線を終端抵抗からなる終端器１１へ接続する高周波スイッチ１０が設けられている。この構成により、送信電力増幅器５の出力インピーダンスが安定され、高出力に対応できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００３－１５８４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、高周波フィルタ８、サーキュレータ９、高周波スイッチ１０、終端器１１は、送信電力増幅器５の最大出力電力（異常時の最大出力電力）に耐えられる部品を選定する必要があり、無線基地局のサイズアップやコストアップの原因となっている。

【0011】

本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、通常時の耐電力性能の部品で構成いることができ、小型化且つコスト低減を実現できるＴＤＤ無線装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明に係るＴＤＤ無線装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明に係るＴＤＤ無線装置は、送信入力端子から入力された送信信号を送信電力増幅器によって所要の電力まで電力増幅した後に、高周波フィルタによって帯域制限してアンテナ端子から送出すると共に、前記アンテナ端子に入力され、前記高周波フィルタによって帯域制限された受信信号を受信低雑音増幅器によって所要の電力まで増幅して受信出力端子から出力する時分割複信方式により無線伝送を行なうＴＤＤ無線装置であって、前記送信電力増幅器に後置され、前記送信電力増幅器が接続された第１端子から入力された前記送信信号を前記高周波フィルタが接続された第２端子に出力し、前記第２端子から入力された前記受信信号を第３端子に出力するサーキュレータと、受信時には、前記サーキュレータの前記第３端子を前記受信低雑音増幅器に接続する側に切り替えられ、送信時には、前記サーキュレータの前記第３端子を終端器に接続する側に切り替えられる高周波スイッチと、前記高周波スイッチと前記終端器との間の電力を分配する電力分配器と、前記電力分配器で分配された電力を検波して反射波レベルを検出する検波器と、前記検波器によって検出された前記反射波レベルの異常判定を行い、前記反射波レベルが異常であると判定した場合、前記送信電力増幅器への電源の供給を遮断させる判定部と、を具備し、前記判定部は、前記送信電力増幅器への電源の供給を遮断させた後、前記検波器から入力される前記反射波レベルに基づいて異常要因判定を行うことを特徴とする
さらに、本発明に係るＴＤＤ無線装置は、前記判定部は、異常であると判定された前記反射波レベルを異常判定結果として異常判定結果を記憶部に記憶もしくは外部に出力しても良い。
さらに、本発明に係るＴＤＤ無線装置は、前記判定部は、前記異常要因判定を行った前記反射波レベルを異常要因判定結果として異常要因判定結果記憶部に記憶もしくは外部に出力しても良い。
さらに、本発明に係るＴＤＤ無線装置は、前記判定部は、前記検波器によって検出された前記反射波レベルと第１閾値とを比較することで前記異常判定を行い、前記検波器から入力される前記反射波レベルと前記第１閾値よりも低い第２閾値とを比較することで前記異常要因判定を行っても良い。

【発明の効果】

【0013】

本発明のＴＤＤ無線装置は、過出力を保護することができるため、通常時の耐電力性能の部品で構成することができ、高出力対応ありながら小型で低コストを実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係るＴＤＤ無線装置の実施の形態の構成を示す図である。

【図2】図１に示す判定部による判定動作を説明するフローチャートである。

【図3】従来のＴＤＤ無線装置の構成を示す図である。

【図4】サーキュレータを使用した従来のＴＤＤ無線装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

【0016】

本実施の形態のＴＤＤ無線装置１は、５ＧＮＲに対応したＴＤＤ（Time-Division-Duplex）方式の無線装置であり、図１を参照すると、送信入力端子２と、受信出力端子３と、アンテナ端子４と、送信電力増幅器５と、受信低雑音増幅器６と、高周波フィルタ８と、サーキュレータ９と、高周波スイッチ１０と、終端器１１と、電力分配器１２と、検波器１３と、判定部１４と、記憶部１５と、電源回路２０とを備えている。

【0017】

送信電力増幅器５は、送信入力端子２から入力された送信信号を所要の電力まで電力増幅する高出力な増幅器である。

【0018】

サーキュレータ９は、送信電力増幅器５に後置され、送信電力増幅器５が接続された端子（以下、送信信号入力端子Ａと称す）から入力された送信信号を高周波フィルタ８が接続されたサーキュレータ９の回転方向の端子（以下、アンテナ接続端子Ｂと称す）に出力し、アンテナ接続端子Ｂから入力された受信信号を高周波スイッチ１０が接続されたサーキュレータ９の回転方向の端子（以下、受信信号出力端子Ｃと称す）に出力する。これにより、ＴＤＤ送信時に、送信電力増幅器５によって電力増幅された送信信号は、高周波フィルタ８によって帯域制限されてアンテナ端子４から送出される。ＴＤＤ受信時に、アンテナ端子４に入力されて高周波フィルタ８によって帯域制限された受信信号は、高周波スイッチ１０経由で受信低雑音増幅器６に入力される。そして、受信低雑音増幅器６に入力された受信信号は、受信低雑音増幅器６によって所要の電力まで低雑音で増幅され、受信出力端子３から出力される。

【0019】

高周波スイッチ１０は、ＴＤＤ受信時に、サーキュレータ９の受信信号出力端子Ｃを受信低雑音増幅器６に接続する側に切り替えられ、ＴＤＤ送信時に、サーキュレータ９の受信信号出力端子Ｃを電力分配器１２経由で終端器１１に接続する側に切り替えられる。なお、終端器１１は、終端抵抗からなり、送信電力増幅器５の特性インピーダンスを決定するために設けられている。

【0020】

電力分配器１２は、高周波スイッチ１０と終端器１１との間の電力を分配して検波器１３に出力する。なお、図４に示す太線の接続線の箇所は、送信信号及び受信信号の通過ロスを最小限にする必要がある。従って、太線の接続線間に電力分配器１２を挿入した場合、低ロス化にならず、さらなる消費電力増大でサイズアップやコストアップとなる。そこで、本実施の形態では、電力分配器１２を高周波スイッチ１０と終端器１１との間に挿入する構成が採用されている。

【0021】

検波器１３は、ＴＤＤ送信時に、サーキュレータ９のアンテナ接続端子Ｂに入力される反射波レベルを検出する反射波レベル検出部として機能する。検波器１３は、電力分配器１２で分配された電力を検波して直流電圧に変換し、変換した直流電圧を反射波レベルとして判定部１４に出力する。

【0022】

判定部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータ等の演算処理回路でＴＤＤ無線装置１の制御部によって１機能として実現される。ＴＤＤ無線装置１の制御部は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、判定部１４として機能する。

【0023】

記憶部１５は、フラッシュメモリ等の記憶手段であり、検波器１３によって検波された反射波レベルや、判定部１４による異常判定結果や異常要因判定結果が記憶される。

【0024】

電源回路２０は、送信電力増幅器５に電源を供給する電源回路であり、判定部１４の指示に応じて送信電力増幅器５への電源供給を遮断する機能を有している。

【0025】

次に、判定部１４による判定動作について図２を参照して詳細に説明する。
判定部１４は、検波器１３から入力される反射波レベル（直流電圧）と、予め設定された第１閾値とを比較し（ステップＳ１０１）、反射波レベルが第１閾値を上回るか否かを判断する（ステップＳ１０２）。第１閾値は、送信系・アンテナ系の不具合や外来波過入力を判定するためのものであり、反射波レベルが第１閾値を上回る場合、反射波レベルが異常であると判定される。

【0026】

ステップＳ１０２で、反射波レベルが第１閾値以下である場合、判定部１４は、反射波レベルが正常であると判定し、電源回路２０に対して遮断指示を通知することなく、ステップＳ１０１の処理に戻る。

【0027】

ステップＳ１０２で反射波レベルが第１閾値を上回る場合、判定部１４は、反射波レベルが異常であると判定し、電源回路２０に対して遮断指示を通知し、電源回路２０から送信電力増幅器５への電源供給を遮断させる（ステップＳ１０３）。この動作によって、高周波フィルタ８と、サーキュレータ９と、高周波スイッチ１０と、終端器１１とは、通常時の耐電力性能があれば良く、小型で低コストの部品が選定できる。

【0028】

また、ステップＳ１０２で反射波レベルが第１閾値を上回る場合、判定部１４は、第１閾値を上回った反射波レベルを異常判定結果として記憶部１５に記憶させる（ステップＳ１０４）。

【0029】

ステップＳ１０３で送信電力増幅器５への電源供給を遮断させた後、判定部１４は、検波器１３から入力される反射波レベル（直流電圧）と、予め設定された第２閾値とを比較し（ステップＳ１０５）、第２閾値と比較した反射波レベルと比較結果とを異常要因判定結果として記憶部１５に記憶させ（ステップＳ１０６）、判定動作を終了する。

【0030】

第２閾値は、反射波レベルの異常が送信系・アンテナ系の不具合に起因するものか、それとも外来波過入力に起因するものかを判定するためのものであり、反射波レベルが第２閾値を以下の場合、送信系・アンテナ系の不具合に起因するものと判定され、反射波レベルが第２閾値を上回る場合、外来波過入力に起因するものと判定される。第２閾値は、第１閾値と同じ値を用いることもできるが、送信電力増幅器５からの送信信号がないため、第１閾値よりも低い値に設定することで、正確に異常の要因を判定することができる。

【0031】

なお、本実施の形態では、比較結果を記憶部１５に記憶させるように構成したが、判定部１４は、比較結果を図示しない上位装置等の外部にアラーム情報として伝達しても良い。さらに、判定部１４は、比較結果ではなく、送信電力増幅器５への電源供給が遮断された後の反射波レベルを記憶部１５に記憶や上位装置等の外部に伝達しても良い。

【0032】

以上説明したように、本実施形態は、送信入力端子２から入力された送信信号を送信電力増幅器５によって所要の電力まで電力増幅した後に、高周波フィルタ８によって帯域制限してアンテナ端子４から送出すると共に、アンテナ端子４に入力され、高周波フィルタ８によって帯域制限された受信信号を受信低雑音増幅器６によって所要の電力まで増幅して受信出力端子３から出力する時分割複信方式により無線伝送を行なうＴＤＤ無線装置１であって、送信電力増幅器５に後置され、送信電力増幅器５が接続された送信信号入力端子Ａ（第１端子）から入力された送信信号を高周波フィルタ８が接続されたアンテナ接続端子Ｂ（第２端子）に出力し、アンテナ接続端子Ｂから入力された受信信号を受信信号出力端子Ｃ（第３端子）に出力するサーキュレータ９と、受信時には、サーキュレータ９の受信信号出力端子Ｃを受信低雑音増幅器６に接続する側に切り替えられ、送信時には、サーキュレータ９の受信信号出力端子Ｃを終端器１１に接続する側に切り替えられる高周波スイッチ１０と、高周波スイッチ１０と終端器１１との間の電力を分配する電力分配器１２と、電力分配器１２で分配された電力を検波して反射波レベルを検出する検波器１３と、検波器１３によって検出された反射波レベルの異常判定を行い、反射波レベルが異常であると判定した場合、送信電力増幅器５への電源の供給を遮断させる判定部１４と、を備える。
この構成により、過出力を保護することができるため、通常時の耐電力性能の部品で構成することができ、高出力対応ありながら小型で低コストを実現できる。

【0033】

さらに、本実施形態において、判定部１４は、異常であると判定された反射波レベルを異常判定結果として記憶部１５（異常判定結果記憶部）に記憶もしくは上位装置等の外部に出力する。
この構成により、異常判定結果を解析することで、異常判定の要因を把握することができる。

【0034】

さらに、本実施形態において、判定部１４は、送信電力増幅器５への電源の供給を遮断させた後、検波器１３から入力される反射波レベルに基づいて異常要因判定を行う。
この構成により、反射波レベルの異常が送信系・アンテナ系の不具合に起因するものか、それとも外来波過入力に起因するものかを判定できる。

【0035】

さらに、本実施形態において、判定部１４は、異常要因判定を行った反射波レベルを異常要因判定結果として記憶部１５（異常要因判定結果記憶部）に記憶もしくは上位装置等の外部に出力する。
この構成により、異常要因判定結果を解析することで、異常判定の要因をより詳細に把握することができる。

【0036】

さらに、本実施形態において、判定部１４は、検波器１３によって検出された反射波レベルと第１閾値とを比較することで異常判定を行い、検波器１３から入力される反射波レベルと第１閾値よりも低い第２閾値とを比較することで異常要因判定を行う。
この構成により、正確に異常の要因を判定することができる。

【0037】

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

【0038】

１、１ａ、１ｂ ＴＤＤ無線装置
２ 送信入力端子
３ 受信出力端子
４ アンテナ端子
５ 送信電力増幅器
６ 受信低雑音増幅器
７ 高周波スイッチ
８ 高周波フィルタ
９ サーキュレータ
１０ 高周波スイッチ
１１ 終端器
１２ 電力分配器
１３ 検波器
１４ 判定部
１５ 記憶部
２０ 電源回路
Ａ 送信信号入力端子
Ｂ アンテナ接続端子
Ｃ 受信信号出力端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】