JP5470577B2

JP5470577B2 - 携帯端末送信電力測定装置

Info

Publication number: JP5470577B2
Application number: JP2009245917A
Authority: JP
Inventors: 宏渡邉; 周三浦; 義之藤野; 龍太郎鈴木; 直和浜本; 正蓑輪
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP2011091777A

Description

この発明は、移動しながら携帯端末の送信電力の測定に用いる携帯端末送信電力測定装置で、特に実際に人が使う場合に近い状態で測定する携帯端末送信電力測定装置に関するものである。

地上系通信システムと衛星系通信システムが同一周波数帯を共用しつつ通信可能な携帯電話システム(以下、地上/衛星共用携帯電話システム;STICS と呼ぶ)の研究開発が進められている。STICSでは、地上系から衛星系通信システムへの電波干渉が発生するため、その干渉量評価が重要である。

通常の携帯電話システムでは、なるべく基地局での受信レベルが一定になるようにして、スペクト逆拡散による符号復調がどの携帯端末に対しても等しく行えるようにするために、通信状態に応じてその送信出力が制御されている。たとえば、携帯端末である携帯電話機とそれと交信する基地局との距離が大きい郊外では、その送信出力を大きくし、また、その距離が小さい地域では、一般に、その送信出力は、抑制されていることはよく知られている。しかし、これに反して、一般に都会では基地局の設置密度は郊外に比べて高く、基地局と携帯電話機との距離が小さいにもかかわらず、その送信出力は、通常大きく設定される。これは、通信路にビル等の障害が多いことからマルチパスフェージングなどが発生しやすく、また、携帯電話機の高密度配置による輻輳が激しいためである。

このように、都会では、通常その送信出力が大きく、しかも膨大な数の携帯電話機が利用されているため、都会からの電波が、上記の衛星に及ぼす電波干渉となる場合が多い。この干渉量の参考データを得るためには、既存の地上系携帯電話機の出力レベルを包括的に測定する必要がある。

非特許文献１には、コンバーチブル型自動車に携帯電話機を取り付けた模擬人頭を乗せて、CDMA２０００方式の携帯端末の出力を記録する実験装置が記載されている。この実験装置では、電力増幅器から携帯端末のアンテナに供給される電力を記録している。

この非特許文献１には、衛星および地上システムを同じ周波数で運用するシステムが記載されている。この様なシステムにおいては、地上システムで使われている携帯端末が実運用で送信している電力を包括的に評価し衛星システムへの干渉量を推定することが、システム設計上重要である。

P.D. Karabanis 他, ："Interference Potential to MSS due to Terrestrial Reuse of Satellite Band Frequencies" AIAA- 2005-2028

多数の携帯端末からの送信電力を包括的に把握することは、個々の携帯端末の運用中の送信電力をさまざまな運用状態で把握して、統計的なデータ処理を行うことで可能である。

また、携帯端末に要求される送信電力は、基地局との距離や方向などの位置関係、携帯端末周辺の遮蔽物などによる電波環境などに大きく左右される。そこでこのような運用状態における送信電力を効率よく測定できる装置が必要となる。

この発明は、携帯端末のさまざまな運用状態において効率的に送信電力の測定を可能とする携帯端末送信電力測定装置を実現することを目的とするものである。

本発明の携帯端末電力測定装置の特徴は、次の点にある。まず、本発明は、携帯端末と基地局間で通信し、基地局からの指令に基づいて送信電力を制御する携帯電話システムに用いて、携帯端末から基地局への送信時の送信電力を移動体上で測定する送信電力測定装置である。より詳細には、該携帯端末に給電線で接続された外部アンテナと、該外部アンテナと上記通信で用いる電波の１波長以内の距離を隔てて設けられ該外部アンテナの動きと連動する頭部ファントムと、該給電線の途中に設けられ送信信号の一部を分岐する分岐器と、該分岐器で分岐された電波の強度を計測する電力測定器と、該電力測定器による測定値を記録する記録器と、上記移動体上で該移動体の位置を検出する位置検出器と、を備え、移動しながら送信信号強度を測定するものである。

また、本発明は、上記位置検出器による位置と上記基地局の位置から、上記頭部ファントムの該基地局に対する向きを、ゼロを含めた一定の角度に制御する姿勢制御器を備えるものである。移動しながら測定を行う場合に、この姿勢制御器は、上記頭部ファントムの向きを、例えば、基地局の方を向くように維持する。また、基地局の方向から一定のオフセット角を設けた方向を向くように維持する。場合によっては、一定の方位を向くように維持制御することも可能である。

また、上記頭部ファントムの動きと連動して撮影方向を変え上記外部アンテナの周囲環境を撮影する撮影機を備える。上記の送信電力の測定値の解析に当たって、この撮影映像を参照することによって、送信電力の急変等があった場合に、その原因を容易に推定できるようになる。

また、上記移動体に、たとえばＧＰＳ（Global Positioning System）などの位置検出器を備え、該位置検出器による位置情報を上記電力測定器による測定値と並行して記録することによって、他の地図情報と重ね合わせて測定結果を検討することができるようになる。

携帯端末からの送信電力を通常携帯端末本体に内蔵されている内部アンテナを使わずに外部アンテナから送信するので、頭部ファントムと外部アンテナとの関係を変えずに、種々の携帯電話機の測定を行うことができる。また、姿勢制御を行って基地局との向きを保って測定できるため、基地局との位置関係による送信電力の変化を容易に測定でき、測定の効率化を図れるという効果がある。さらに測定地点の環境や、地図情報を用意に考慮できるようにしたので、測定結果の解析が容易になる。

周囲環境を撮影するカメラとＧＰＳ受信機を備えた本発明の携帯端末送信電力測定装置の例を示すブロック図である。本発明の携帯端末送信電力測定装置の構成例を示すブロック図であり、送信電力を測定しようとする携帯端末１と携帯端末用の外部アンテナ２を備え、携帯端末１と外部アンテナ２は給電線３で接続され、外部アンテナ２と携帯端末１の間に設置したカップラー４で携帯端末１からの送信電力の一部を取り出すことができるものである。図２の本携帯端末送信電力測定装置に用いる携帯端末１の内部構成例を示すブロック図である。回転台８の回転を遠隔制御するための駆動部９を備える構成例を示すブロック図である。（ａ）、（ｂ）は外部アンテナと基地局の間に頭部の遮蔽がある場合、ない場合をそれぞれ示す。

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもつ装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。

この発明に係る携帯端末送信電力測定装置について図２を用いて説明する。図２は、その構成例であり、送信電力を測定しようとする携帯端末１と携帯端末用の外部アンテナ２を備え、携帯端末１と外部アンテナ２は給電線３で接続され、外部アンテナ２と携帯端末１の間に設置したカップラー４で携帯端末１からの送信電力の一部を取り出すことができるものである。電力測定器５は、カップラーから取り出された電力を検出して、電力量を測定するものであり、たとえば図１に示すスペトラムアナライザ５ｂやパワーメータ５aのような機能を有する測定器である。電力測定器５で測定された結果はＰＣ（パーソナルコンピュータ）６に蓄積され、また必要なデータ処理を行うことができる。人体頭部を模擬する頭部ファントム７が、外部アンテナ２に近接して設置されている。その距離は、通信に用いる電波の概ね波長以下である。回転台８は外部アンテナ２および頭部ファントム７を固定し、且つ回転機構を有している。これにより外部アンテナ２と頭部ファントム７の位置関係を保ちながら外部アンテナ２の向きを変えることが可能となる。

図３に、図２の本携帯端末送信電力測定装置に用いる携帯端末１の内部構成を示す。これは、図３携帯端末に内蔵されるアンテナ１ａ、内蔵アンテナと図２に示す外部アンテナ２とを切り替える切替器１ｂ、送受分波器１ｃ、送信用増幅器などからなる送信部１ｄ、受信用増幅器などからなる受信部１ｅ、外部アンテナ２を接続するための外部アンテナ端子１ｆなどを備えるものである。

図４は、回転台８の回転を遠隔制御するための駆動部９を備える構成を示す。駆動部９を制御する制御線があるが、ここでは省略している。この回転台上には、図２に示す本携帯端末送信電力測定装置に用いる外部アンテナ２と頭部ファントム７を設置し、その位置関係を保ったままファントムの向き、つまり外部アンテナ２の向きを変えることができるようにしている。

次に、上記携帯端末送信電力測定装置の動作について説明する。携帯端末１は送信電力を測定しようとする携帯端末である。外部アンテナは、通常、電波環境が悪い場合に使用されるが、上記携帯端末送信電力測定装置では、外部アンテナ２を接続して測定する。

外部アンテナ２を接続した場合の携帯端末１の動作について図３で説明する。携帯端末１では、送信および受信を共用する内蔵アンテナ１ａと送信信号と受信信号を分離する送受分波器１ｃの間に、外部アンテナと内蔵アンテナを切り替える切替器１ｂが設けられ、外部アンテナ２が携帯端末１の外部アンテナ端子１ｆに接続された場合にはこれが検知され、切替器１ｂが外部アンテナ側に切り替わる機能を有している。

図２において、外部アンテナ２はカップラー４を介して携帯端末１の外部アンテナ端子１ｆと給電線３で接続されており、外部アンテナ２と携帯電話１を接続するケーブルの途中にカップラー４を設けることにより、携帯端末１の送信部１ｄからの送信電力の一部をカップラー４から取り出して測定することで、送信電力を測定することができる。

外部アンテナ２を接続した状態で、携帯端末１が発呼または着呼した場合には、携帯端末１の送信部から送信された信号は給電線３を通り外部アンテナ２から基地局に向かって送信される。携帯端末１からの送信電力は、携帯端末毎に基地局から制御され、送信が開始されると、送信電力の一部はカップラー４で電力測定器５によって逐次測定される。

携帯電話システムでは、利用者の周辺の電波環境や基地局との位置関係で必要な実効放射電力を決定しているので、内蔵アンテナを用いた場合と外部アンテナを用いた場合とでは、両者の利得が変わらなければ、同じ送信電力では実効放射電力も変わらない。そこで、外部アンテナを接続して上記方法で測定した電力値を、給電線損失３およびカップラー４の結合度を考慮して校正することにより、上記携帯端末が内部アンテナ１aを用いて送信する場合の本来の送信電力を求めることができる。

また、実際の携帯端末の運用時には、携帯端末の送受信環境は人体頭部による遮蔽を受けている。したがって、外部アンテナを携帯端末から離して用いる場合のように頭部の影響のない場合は、内蔵アンテナを用いる場合とは送信出力に誤差が生ずる。本発明では携帯端末が内蔵アンテナで実際使われている状況に近づけるために、頭部ファントム７を外部アンテナに近接して設置する構成としている。頭部ファントム７についてはＳＡＲ（Specific Absorption Rate：比吸収率）測定のために人体頭部を模擬するファントムモデルを用いることにより携帯端末が受けている頭部の遮蔽による影響を模擬することが可能となる。

図４は外部アンテナ２と頭部ファントム７とを回転台８に固定してその方向を変化させる構造を示す。図４（ａ）は外部アンテナと基地局の間に頭部の遮蔽がある場合を示しており、図４（ｂ）は外部アンテナと基地局の間に頭部の遮蔽がない場合を示している。現在のデジタル携帯電話システムでは、基地局が携帯端末から受信した受信信号の誤り率特性によって携帯端末の送信電力を制御しており、人体頭部による遮蔽の有無で携帯端末の送信電力は変化する。そのため、携帯端末からの送信電力を測定するには、頭部の遮蔽の度合いに対応した測定を行うことが必要となる。携帯端末の送信電力を基地局との位置関係をパラメータとして測定する場合は、非特許文献１の場合は、携帯端末を固定した移動測定車を転向させるなどして測定する必要があるが、本発明によれば、外部アンテナ２と頭部ファントム７の位置を保って回転台８を種々の角度回転させることにより、外部アンテナと基地局間の頭部の遮蔽の度合に対応した電力測定を短時間に行うことが可能となる。

図１は、上記の構成を用いて、さらに、得られたデータの解析をより容易にするための構成例を示す。この携帯端末送信電力測定装置は、測定車両に装備したもので、外部アンテナ２、頭部ファントム７、カメラ、ＧＰＳ受信機１１のアンテナなどを測定車両の屋根上に設置し、携帯端末１、ＰＣ６、パワーメータ５a、スペクトラムアナライザ５ｂ、回転台制御器などを上記測定車両内部に設置したものである。ここで、外部アンテナの地上高は、ほぼ、平均的な身長の人が立って電話する時の高さである。

一般に、高層ビルの多い都市部では、通信路に障害が多く、マルチパスフェージングが発生しやすいことが知られている。このため、携帯端末の置かれた環境を、携帯端末の送信電力の測定値とともに記録しておくことは、測定データの解析にあたって有用な情報となる。このため、図１に示すように、上記頭部ファントムの周囲環境を撮影するカメラ１２を備えるようにする。建造物の映像からマルチパスフェージングの有無の情報を得ることができ、また、人込みの状況映像から携帯端末の高密度配置による輻輳の情報を得ることができる。このカメラは、全方位を撮影できるカメラであることが望ましいが、上記頭部ファントムの動きと連動して撮影方向を変えるように、回転台８に固定したカメラであってもよい。

また、図１に示す様に、たとえばＧＰＳ（Global Positioning System）受信機１１などの位置検出器を備えて、該位置検出器による測定点の位置情報を上記電力測定器による測定値と並行してＰＣ６に記録する。これによって、他の地図情報と重ね合わせて測定結果を検討することができるようになる。

また、上記ＧＰＳ受信機１１などの位置検出器の結果を用いることで、位置の固定された基地局に対する上記頭部ファントム７の向きを、ＰＣ６と回転台制御器１０と駆動部９で構成される姿勢制御器による制御を行って、ゼロを含めた一定の角度を保つように制御することは、可能である。例えば、移動しながら測定を行う場合に、この姿勢制御器は、上記頭部ファントムの向きを、例えば、基地局の方を向くように維持する。また、基地局の方向から一定のオフセット角を設けた方向を向くように維持する。場合によっては、基地局の方向では無く、一定の方位を向くように制御することもできる。

上記の例では、車両上に装備した携帯端末送信電力測定装置の例を示したが、この場合の測定は、道路上での測定に限られてしまう。そこで、例えば、歩道上や公園での測定を行うためには、車輪つき荷台（ワゴン）に本発明の携帯端末送信電力測定装置を装備することで、車両の入り込めない場所での測定も容易に行うことができる。また、船舶等に本発明の携帯端末送信電力測定装置を搭載装備することで、沿岸地域での送信電力測定も容易に行うことができる。

１携帯端末
２外部アンテナ
３給電線
４、４a、４b カプラー
５、５ａ、５ｂ電力測定器
６ＰＣ
７頭部ファントム
８回転台
９駆動部
１０回転台制御器
１１ＧＰＳ受信機
１２カメラ

Claims

携帯端末と基地局間で通信し、基地局からの指令に基づいて送信電力を制御する携帯電話システムに関し、携帯端末から基地局への送信時の送信電力を移動体上で測定する送信電力測定装置において、
該携帯端末に給電線で接続された外部アンテナと、
該外部アンテナと上記通信で用いる電波の１波長以内の距離を隔てて設けられ、該外部アンテナの動きと連動する頭部ファントムと、
該給電線の途中に設けられ送信信号の一部を分岐する分岐器と、
該分岐器で分岐された電波の強度を計測する電力測定器と、
該電力測定器による測定値を記録する記録器と、上記移動体上で該移動体の位置を検出する位置検出器と、
上記位置検出器による位置と上記基地局の位置から、上記頭部ファントムの該基地局に対する向きを、ゼロを含めた一定の角度に制御する姿勢制御器と、
を備え、
移動しながら送信信号強度を測定できることを特徴とする携帯端末送信電力測定装置。
上記頭部ファントムの動きと連動して撮影方向を変え上記外部アンテナの周囲環境を撮影する撮影機を備えることを特徴とする請求項１に記載の携帯端末送信電力測定装置。
上記位置検出器による位置を上記電力測定器による測定値と並行して記録することを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の携帯端末送信電力測定装置。