故障检测设备 背景技术
通常，通过在发射机周围检测从发射机实际输出的发射输出功率并将输入到发射机的已发射输入信号的功率与发射输出功率相比较，可以容易地检测出发射机的故障(日本专利待审公开No.2001-230737)。另一方面，以下被认为是接收机的故障。尽管可以由接收机的输出检测出接收机的自身接收功率，但是接收机的输入信号非常微弱，并且不能准确地得知信号的输入定时。因此，通常不能检测到接收机的输入功率。所以，不能与发射机的情况相同地通过比较输入和输出功率来检测接收机的故障。
因此，传统上，通过监控接收机的电流消耗或针对形成接收机的每一级电路中地放大器设置的电压(偏压)，以及检查电流消耗或偏压的变化，来检测故障。
图6示出了传统接收机故障检测设备的电路配置。接收机故障检测设备100包括：第一到第三放大器103到105，其输入并且顺序地放大接收机101内的接收信号102；以及故障检测部分109，按照第一到第三放大器103到105的预定部分(未示出)来输入偏压106到108。从第三放大器105得到所放大的接收输出111。
在上述的接收机故障检测设备100中，当第一到第三放大器103到105正常时，故障检测部分109预存储偏压106到108。当接收机101工作时，故障检测部分109通过使用对这些电压进行比较的电路，不断检查偏压是否保持在偏压106到108的正常范围内。如果该检查的结果是偏压106到108的至少之一在某一时间落在正常范围之外，则故障检测部分109确定可能已经出现短路，或者在第一放大器103到105的部分可能已经出现例如电路部件的断路或燃烧的现象，因此检测出故障。
在该故障检测设备中，不同的放大器通常具有要进行监控的不同偏压。因此，必须准备多个电压比较器。
此外，为了准确地确定故障，必须检查一个放大器尽可能多部分的电压。这增加了故障检测设备所需的电压比较器的数量，并提高了设备成本。
此外，为了使故障检测设备准确地工作，即使个别部件在特性上有所变化，也必须将接收机每一部分的电压调整到预定值范围之内。例如，即使如图6所示的第一到第三放大器103到106的第一放大器103的放大因子增加，很难通过将第二放大器104的放大因子减小与该增加相对应的量来调整总的放大因子，并且这使得难以进行灵活的调整，导致了耗时的接收机调整。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种故障检测设备，其不需要用于检测发射机或接收机故障的特定电路。
根据本发明所述的故障检测设备包括：(1)通知接收装置，用于从通信伙伴(partner)的至少一个通信终端接收从主设备发射的信号的接收功率和发射到主设备的信号的发射功率的通知；(2)确定装置，用于确定来自通信终端的接收功率以及去向通信终端的发射功率；(3)传播损耗计算装置，用于根据从通知接收装置输出的两个功率和确定装置输出的两个功率来计算通信终端和主设备之间的双向传播损耗；(4)差值检查装置，用于检查传播损耗之间的差值是否落在预定的允许范围之内；(5)故障确定装置，用于当差值检查装置确定差值落在允许范围之外时，确定通信终端和主设备至少之一的发射机/接收机存在故障。
【附图说明】
图1是示出了包括根据本发明实施例的故障检测设备的通信系统的系统配置图；
图2是示出了本实施例中移动站和基站的四种类型功率之间关系的视图；
图3是用于解释本实施例的故障检测部分的方框图；
图4是示出了本实施例的故障检测部分中使用的故障检测处理的流程概要的流程图；
图5是示出了确定图4的步骤S310中发射机/接收机出现/不出现故障的处理的流程图；
图6是示出了传统接收机故障检测设备的电路配置示例的方框图。
【具体实施方式】
以下将详细描述本发明的实施例。
图1示出了包括根据本发明实施例的故障检测设备的通信系统。通信系统200包括具有基站天线201的基站202，以及第一到第N移动站2031到203N，通过CDMA(码分多址)方法与基站202进行通信。
当在基站天线201和第一到第N移动站2031到203N之间交换信号时，形成第一到第N传播路径2041到204N。第一到第N传播路径2041到204N的传播损耗根据例如第一到第N移动站2031到203N的位置的配置环境而变化。然而，在本实施例中，这些传播损耗由第一到第N传播损耗L1到LN表示。
基站202具有连接到基站天线201的双工器211。通过双工器211提供从基站天线201获得的接收信号212，并输入到接收该接收信号的、与双工器211相连的接收机213。接收机213的输出侧连接到按照与第一到第N移动站2031到203N一一对应设置的第一到第N接收信号处理部分2141到214N。
第一到第N接收信号处理部分2141到214N将移动站发射功率Ptm1到PtmN和移动站接收功率Prm1到PrmN输入给连接到第一到第N接收信号处理部分2141到214N的故障检测部分218。
根据第一到第N发射信号处理部分2211到221N，故障检测部分218接收与第一到第N基站2031到203N相对应的基站发射功率Ptb1到PtbN。此外，如果故障出现在第一到第N移动站2031到203N的任何一个中，故障检测部分218向相应的第一到第N移动站2031到203N之一输出相应的第一到第N故障通知信号2231到223N之一。
第一到第N发射信号处理部分2211到221N与发射机225相连。通过双工器211将从发射机225输出的发射信号226提供给基站天线201，并通过第一到第N传播路径2041到204N，从基站天线201发射到第一到第N移动站2031到203N。
在上述的通信系统200中，由基站202经过基站天线201接收来自第一到第N移动站2031到203N的发射信号。由双工器211将所接收的信号与发射信号226相分离，并作为接收信号212输入到接收机213。接收机213将从第一到第N移动站2031到203N发射并由基站202接收的接收信号212转换为能够进行信号处理的功率，并将已转换信号放大为预定功率。第一到第N接收信号处理部分2141到214N解扩(despread)已放大的信号，并且提取从移动站2031到203N发射的移动站信号。第一到第N接收信号处理部分2141到214N检测这些提取的接收信号的接收功率。所检测的接收功率由基站接收功率Prb1到PrbN表示。
在通信系统200中，第一到第N移动站2031到203N检测从它们发射到基站202的发射功率以及从基站202发射的发射信号226的接收功率，并且当发射信号时，将检测结果发送给基站202。
第一到第N接收信号处理部分2141到214N解调并提取关于从第一到第N移动站2031到203N发射的移动站发射功率Ptm1到PtmN和移动站接收功率Prm1到PrmN的信息。第一到第N接收信号处理部分2141到214N向故障检测部分218提供移动站发射功率Ptm1到PtmN、移动站接收功率Prm1到PrmN以及基站接收功率Prb1到PrbN。
此外，基站202通过第一到第N发射信号处理部分2211到221N，向故障检测部分218提供从发射机225发射的基站发射功率Ptb1到PtbN。
图2示出了移动站和基站的四种类型的功率之间的关系。即，图2示出了任意移动站X、第X上行传播路径204Xn、第X下行传播路径204Xd以及基站之间的关系。
图1所示的故障检测部分218通过利用基站接收功率PrbX、基站发射功率PtbX、移动站发射功率PtmX以及移动站接收功率PrmX来计算基站202和移动站203X之间的传播损耗。
此外，故障检测部分218比较通过第一到第N移动站2031到203N的计算结果。按照这种方式，故障检测部分218检测出基站202的接收机213的故障或者移动站2031到203N中任意一个的故障。这将在后面详细解释。
如果故障检测部分218检测出任何站的故障，并且如果该故障涉及第一到第N发射信号处理部分2211到221N中的任何一个，则基站202将故障通知给相应的移动站203。
从故障检测部分218将指示发现故障的这个通知提供给与第一到第N发射信号处理部分2211到221N中任何一个的故障相对应的部分，并提供给发射机225。发射机225通过频率转换将该通知转换为RF信号，并将信号放大到发射所需的功率。通过双工器211将已放大的信号与接收信号合成，并经过基站天线201发射。结果，相应的第一到第N移动站2031到203N之一可以接收指示了发现故障的信息。
以下将详细描述故障检测部分218。
如图3所示，故障检测部分218包括：通知接收机218a，接收来自第一到第N移动站2031到203N的移动站发射功率PtmX和移动站接收功率PrmX的通知；以及确定器218b，确定从第一到第N接收信号处理部分2141到214N中提取的基站接收功率PrbX和基站发射功率PtbX。
故障检测部分218还包括与通知接收机218a和确定器218b相连的传播损耗计算器218c，并根据从通知接收机218a输入的移动站发射功率PtmX和移动站接收功率PrmX，以及从确定器218b输入的基站接收功率PrbX和基站发射功率PtbX，计算第一到第N移动站2031到203N与基站202之间的双向传播损耗。
另外，故障检测部分218包括与传播损耗计算器218c相连的差值检查单元218d，并且对于第一到第N移动站2031到203N中的每一个，检查由传播损耗计算器218c计算出的双向传播损耗之间的差值是否在允许范围之内。
此外，故障检测部分218包括与差值检查单元218d相连的故障确定器218e，并且确定对于差值检查单元218d确定传播损耗差值落在可允许的范围之外的移动站和基站中是否出现故障。
故障检测部分218还包括与故障确定器218e相连的故障通知单元218f，并当故障确定器218e发现故障时，通知移动站和基站出现故障。
假设图1所示的第一到第N移动站2031到203N的移动站发射功率和移动站接收功率如下所示。在这种状态下，所有移动站2031到203N正常工作。
第一移动站
移动站发射功率Ptm1＝-40dBm
移动站接收功率Prm1＝-30dBm
第二移动站
移动站发射功率Ptm2＝-20dBm
移动站接收功率Prm2＝-40dBm
……
第N移动站
移动站发射功率PtmN＝+10dBm
移动站接收功率PrmN＝-60dBm
假设在这种状态下，相对于第一到第N移动站2031到203N，基站的基站发射功率和基站接收功率如下所示。在这种状态下，基站正常工作。
相对于第一移动站，
基站发射功率Ptb1＝+20dBm
基站接收功率Prm1＝-90dBm
相对于第二移动站，
基站发射功率Ptb2＝+30dBm
基站接收功率Prb2＝-90dBm
……
相对于第N移动站，
移动站发射功率PtmN＝+40dBm
移动站接收功率PrmN＝-90dBm
在该示例中，故障检测部分218可以通过以上的测量结果计算基站202和移动站2031到203N之间的发射路径2041到204N的发射损耗：
上行信号传播损耗LXu＝PtmX-PrbX
下行信号传播损耗LXd＝PtbX-PrmX
…(1)
其中符号X表示任意发射路径。
此外，移动站2031到203N的传播损耗通过以下计算：
第一移动站的上行信号传播损耗＝下行信号传播损耗＝50dB
第二移动站的上行信号传播损耗＝下行信号传播损耗＝70dB
……
第N移动站的上行信号传播损耗＝下行信号传播损耗＝100dB
…(2)
然而，通常在相同的移动站203中的上行和下行信号的频率是不同的。因此，上行和下行信号传播损耗取不同的值。为了简化解释，在本示例中假设下行和上行信号传播损耗相等。但是，在实际中上行和下行信号的频率是已知的。因此，可以计算相同传播路径的上行和下行信号传播损耗。传播损耗的校正也很容易。
以下将解释基站202的接收机213发生故障并且结果导致基站202的所有接收电平降低10dB的情况。在这种状态下，第一到第N移动站2031到203N全部正常。在这种假设下，由基站202检测的、来自第一到第N移动站2031到203N的所有接收功率降低了10dB。但是，即使当基站202的接收机213正常时，这些接收功率也不总是相等。因此，根据指示检测接收功率的信息，不能确定接收机225的信号电平是否降低，或者从第一到第N移动站2031到203N所发送的信号的输入信号电平是否降低。
在本实施例中，为了进行该确定，计算基站202和第一到第N移动站2031到203N之间的传播损耗。以上给出的等式(2)基于上行和下行信号传播损耗相等的假设。因此，在基站202的接收机213出现故障之后，移动站2031到203N的传播损耗通过以下表示：
第一移动站的上行信号传播损耗＝60dB(+10dB)
第一移动站的下行信号传播损耗＝50dB
第二移动站的上行信号传播损耗＝80dB(+10dB)
第二移动站的下行信号传播损耗＝70dB
……
第N移动站的上行信号传播损耗＝110dB(+10dB)
第N移动站的下行信号传播损耗＝100dB
…(3)
等式(3)与等式(2)的比较示出了在所有第一到第N移动站2031到203N中，上行信号传播损耗比下行信号的传播损耗增加了10dB。结果，确定基站202的接收机225的增益降低了10dB，即，接收机225单独出现故障。
以下将说明考虑第一移动站2031的接收机(未示出)单独发生故障并且结果导致增益降低10dB的情况。在这种状态下，第二到第N移动站2032到203N和基站202是正常的。在这种情况下，移动站2031到203N的传播损耗表示为：
第一移动站的上行信号传播损耗＝50dB
第一移动站的下行信号传播损耗＝60dB
第二移动站的上行信号传播损耗＝第二移动站的下行信号传播损耗＝70dB
……
第N移动站的上行信号传播损耗＝下行信号传播损耗＝100dB
…(4)
因此，通过比较等式(4)与等式(2)确定第一移动站2031的接收机的增益降低了10dB，即第一移动站2031的接收机单独出现故障。
以下将说明考虑基站202和第一移动站2031的增益同时降低10dB的情况。在这种状态下，所有第二到第N移动站2032到203N和基站202都是正常的。在这种情况下，移动站2031到203N的传播损耗表示为：
第一移动站的上行信号传播损耗＝60dB(+10dB)
第一移动站的下行信号传播损耗＝60dB(+10dB)
第二移动站的上行信号传播损耗＝80dB(+10dB)
第二移动站的下行信号传播损耗＝70dB
……
第N移动站的上行信号传播损耗＝110dB(+10dB)
第N移动站的下行信号传播损耗＝100dB
…(5)其中(+10dB)表示与等式(4)的差值。在以上所示的等式(5)中，上行和下行数据传播损耗仅在第一移动站2031中相等，并且在所有第二到第N移动站2032到203N中，上行信号传播损耗均比下行信号传播损耗大10dB。
通常，某些站发生故障的概率远大于所有站都发生故障的概率。因此，由于所有移动站2031到203N的上行信号传播损耗降低了10dB，可以确定基站202的增益降低了10dB。于是，可以假设出故障的移动站的数量远小于正常移动站的数量，所以可以确定第一移动站2031的接收机的增益降低了10dB。
在本实施例的故障检测设备中，基站202专用于执行故障检测。因此，基站202可以识别其自身以及第一到第N移动站2031到203N的故障状态，但是第一到第N移动站2031到203N无法通过自身识别故障。因此，如果，例如第一移动站2031单独发生故障，则基站202向第一发射信号处理部分2211输出该信息，并且发射机225向第一移动站2031发出信息。因此，第一移动站2031可以识别其自身发射机或接收机的故障，并采取措施以校正故障。
图4示出了根据上述本实施例所述的故障检测部分所使用的故障检测处理的流程的概要。图1所示的故障检测部分218具有CPU(中央处理器，未示出)，并且通过执行存储于例如ROM(只读存储器，未示出)的存储介质中的预定控制程序来执行故障检测处理。
首先，故障检测部分218将变量n初始化为“1”(步骤S301)。同时，故障检测部分218清除缓冲区(将在以后解释)的内容。传播损耗计算器218c通过等式(1)计算第N移动站203N的上行信号传播损耗Lnu和下行信号传播损耗Lnd(步骤S302)。由于变量n等于“1”，实际执行由以下的等式(6)所表示的操作。
上行信号传播损耗L1u＝Ptm1-Prb1
下行信号传播损耗L1d＝Ptb1-Prm1
…(6)
于是，差值检查单元218d检查在步骤S302中所计算出的上行和下行信号传播损耗Lnu和Lnd是否落在实质上相等的范围之内(步骤S303)。尽管在以上解释中二者的差值是“0”，但在本示例中，如果落在±10dB的范围之内，则假设二者之间的差值近似为“0”。如果二者之间的差值为“0”(是)，则将“0”记录在其中变量n为“1”的缓冲存储器(未示出)的区域中，其对应于第一移动站2031(步骤S304)。
当该处理完成时，变量n加“1”(步骤S305)，并检查变量n是否大于移动站2031到203N的总数“N”(步骤306)。如果变量n等于或小于总数“N”，仍然保留其发射机和接收机将被检查的移动站203(否)。因此，在这种情况下，流程返回步骤S302，以继续针对第二移动站2032进行处理。
另一方面，如果在步骤S303中确定上行和下行信号传播损耗Lnu和Lnd落在允许范围以外，并且如果上行信号传播损耗Lnu大于下行信号传播损耗Lnd(步骤S307：是)，则将“+”记录在缓冲存储器的对应变量n的部分(步骤S308)。然后流程进入步骤S305。此外，如果在步骤S303中确定上行和下行信号传播损耗Lnu和Lnd落在可允许范围以外，并且如果上行信号传播损耗Lnu小于下行信号传播损耗Lnd(步骤S307：否)，则“-”记录在缓冲存储器的对应变量n的部分(步骤S309)。然后流程进入步骤S305。
按照这种方式，从第一移动站2031起，按顺序针对第一到第N移动站2031到203N中的每一个检查上行和下行信号传播损耗Lnu和Lnd之间的差值是否在允许范围(“0”)、大于允许范围(“+”)或小于允许范围(“-”)之内。如果在步骤S306中完成直到第N移动站203N的检查(是)，则故障确定器218e根据缓冲存储器的内容，确定在基站202和第一到第N移动站2031到203N中出现/不出现故障(步骤S310)。
图5示出了图4的步骤S3 10中发射机或接收机的故障的出现/不出现确定过程的细节。首先，如果发现缓冲存储器中的所有变量“1”到“n”的上行和下行信号传播损耗Lnu和Lnd均落在允许的范围之内(“0”)(步骤S321：是)，则确定所有基站202和第一到第N移动站2031到203N的发射机和接收机均正常(步骤322)。
注意，如果所有基站202和第一到第N移动站2031到203N的发射机和接收机均出现故障，可以出现以下现象：对于所有第一到第N移动站2031到203N，上行和下行信号传播损耗Lnu和Lnd之间的差值落在允许范围之内。然而，本实施例不假设这种极端异常的故障模式。此外应注意，正如以上所描述，可以独立地检测出本发明中基站202和第一到第N移动站2031到203N中任何一个的发射机故障。因此，通过同时使用两种方法，可以更准确地进行故障确定，但是以下并不对此具体描述。
如果在步骤S321中确定变量n不全落在允许范围(“0”)之内(否)，则检查所有变量n是否都为“+”(步骤S323)。如果所有变量n都为“+”(是)，则在所有站中下行发射路径传播损耗大于上行发射路径传播损耗。当基站202的发射机225发生故障时，或者当所有第一到第N移动站2031到203N的接收机发生故障时，可以出现该现象。但是，所有第一到第N移动站2031到203N的接收机同时发生故障的概率非常低。因此，在这种情况下，确定基站202的发射机225发生故障(步骤S324)。
如果某些变量n为“+”(步骤S325：是)，则确定被发现为“+”的移动站203的接收机出现故障(步骤S236)。在这种情况下，当基站202向发现故障的移动站203发射信号时，故障通知单元218f通知它们的接收机发生故障(步骤S327)。因此，通过接收机复制通知，接收到该通知的每一移动站203可以识别故障的出现，并迅速校正故障。
如果所有变量n落在允许范围以外(“0”)并且至少某些变量n不为“+”(步骤S323：否，并且步骤S325：否)，检查所有变量n是否都为“-”(步骤S328)。如果所有变量n都为“-”(是)，则确定基站202的接收机213(图1)发生故障(步骤S329)。
最后，以下将解释某些变量n为“-”(步骤S328：否)的情况。在这种情况下，确定其变量n为“-”的移动站的发射机发生故障(步骤S330)。在这种情况下，与以上情况一样，当基站202向发现故障的移动站203发射信号时，这些移动站被通知其接收机发生了故障(步骤S331)。因此，通过由接收机再现通知，接收到该通知的每一个移动站203可以识别故障的出现，并迅速校正故障。
在以上所描述的实施例中，通过两级评估来检测接收机或发射机的故障，即，通过故障的出现/不出现。但是，故障的程度也可以更细地分为例如仅影响放大因子微小增加或减小的故障以及比其更差的故障。另外，在实施例中也确定了发射机的故障。但是，也可以仅确定接收机的故障。
尽管在以上实施例中对例如蜂窝电话的移动站的故障检测进行了解释，本发明当然也可以应用于其它无线电设备。
在上述实施例中，例如基站接收机的源设备从与该基站进行通信的通信伙伴的通信终端接收由源设备发射信号的接收功率和向源设备发射信号的发射功率的通知，确定相对于通信终端的源设备的接收功率和发射功率，并根据数据的这四种类型计算通信终端与源设备之间的双向传播损耗。差值检查装置检查双向传播损耗之间的差值是否落在预定的允许范围之内。如果两个设备的发射机/接收机正常，则一个传播路径的双向传播损耗相等或落在预定的允许范围之内。因此，如果双向传播损耗落在允许范围以外，确定作为传播路径两端的通信终端或者源设备发生故障。即，通过检测源设备和通信伙伴的通信终端中的每一个的信号发射功率和接收功率，可以确定此两设备的发射机/接收机出现/不出现故障，而不需要使用任何特殊硬件。
此外，可以检测出与多个通信终端进行通信的源设备的故障。在这种情况下，源设备从这些通信终端的每一个接收源设备发射信号的接收功率和向源设备发射的信号的发射功率的通知，确定相对于通信终端的源设备的接收功率和发射功率，并根据数据的这四种类型计算通信终端与源设备之间的双向传播损耗。差值检查装置检查双向传播损耗之间的差值是否落在预定的允许范围之内。如果两个设备的发射机/接收机正常，则一个传播路径的双向传播损耗相等或落在预定的允许范围之内。因此，对于其双向传播损耗落在允许范围以外的一对源设备和通信终端，确定通信终端或者源设备发生故障。还可以基于多个通信终端的相关性进行更精确的故障检测。即，当与多个通信终端进行通信时，源设备计算这些通信终端与源设备之间的传播损耗，并确定故障出现在其中双向传播损耗落在预定的允许范围以外的通信终端和源设备之一的发射机/接收机中，所以可以确定这些设备出现/不出现故障，而不需要使用任何特殊硬件。
此外，如果差值检查装置确定所有通信终端落在允许范围以外，所有通信终端可能发生故障或者源设备可能发生故障。然而，如果源设备和每一个通信终端的故障率相等，则源设备发生故障的概率高于所有通信终端发生故障的概率。因此，在这种情况下，确定源设备的发射机/接收机发生故障。
如果差值检查装置确定某些通信终端落在允许范围以外，则确定故障出现在这些被发现落在允许范围以外的通信终端的发射机/接收机中。
此外，如果确定源设备的发射机/接收机发生故障，执行更精确的故障确定。即，如果到源设备的传播路径的传播损耗小于到每一个通信终端的传播路径的传播损耗，确定源设备的接收机发生故障。在相反的情况下，确定源设备的发射机发生故障。更具体地，如果确定通过从通信终端的接收功率中减去相对于通信终端的源设备的发射功率所得到的值大于通过从相对于通信终端的源设备的接收功率中减去通信终端的发射功率所得到的值，则确定源设备的接收机发生故障。否则，确定源设备的发射机发生故障。
类似地，如果确定通信终端的发射机或接收机发生故障，执行更精确的故障确定。即，如果到源设备的传播路径的传播损耗小于到每一通信终端的传播路径的传播损耗，确定被发现落在允许范围以外的通信终端的发射机发生故障。否则，确定被发现落在允许范围以外的通信终端的接收机发生故障。更具体地，根据通过从相对于通信终端的源设备的接收功率中减去通信终端的发射功率所得到的值与从通信终端的接收功率中减去相对于通信终端的源设备的发射功率所得到的值之间的关系，进行确定。
此外，尽管源设备确定故障，如果源设备确定通信终端发生故障，则源设备将该故障通知通信终端。因此，相应的通信终端可以识别其接收端等发生故障，并采取对应措施。
如以上描述，根据本发明所述的检测例如接收机的电路设备故障的故障检测设备，适合于检测例如基站接收机或移动终端接收机之类的接收机的故障。