JP2002158616A - 偏波が変化する送信信号を生成するための無線システム、アンテナ構成、および偏波変調器 - Google Patents

偏波が変化する送信信号を生成するための無線システム、アンテナ構成、および偏波変調器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線ネットワークに利用可能な周波数をより
効果的に使用し、結果的に無線ネットワークのクラスタ
サイズを低減できるようにする。 【解決手段】 無線ネットワークにおける周波数利用の
さらなる改良は、少なくとも１つの送信器（ＴＸ）と、
少なくとも１つの受信器（ＲＸ１、ＲＸ２）とをそれぞ
れ有する複数の基地局（１０）を備え、各基地局（１
０）に少なくとも１つの二重偏波アンテナ（２７）が割
り当てられる無線システムを用いることで達成される。
利用可能な周波数帯のより効果的な利用、および結果的
にクラスタサイズの低減は、送信すべき送信信号の偏波
状態を所定の時点で変化させる偏波変調器（２４）を二
重偏波アンテナに割り当てることで可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は無線システムに関
し、特に、少なくとも１つの二重偏波アンテナがそれぞ
れ割り当てられた複数の基地局を有する移動無線システ
ムに関する。さらに、本発明はアンテナ構成、特に無線
システムの基地局と併せて動作するアンテナ構成と、こ
のような無線システムで使用するための偏波変調器とに
関する。
【０００２】
【従来の技術】移動無線加入者数および移動無線におけ
る新サービス提供の最近の急激な増大により、例えばＧ
ＳＭ等の移動無線ネットワークがその容量の限界に近づ
きつつある。周知のように、ＧＳＭネットワークでは、
ユーザデータの伝送にはトラヒックチャネルが使用さ
れ、移動無線ネットワークの制御および管理にはシグナ
リングチャネルが使用される。しかし、基地局と移動局
との間に接続がセットアップされていないときでさえ
も、エアインタフェースを介して情報を常に交換する必
要があるため、移動無線ネットワークにおけるシグナリ
ング負荷は非常に高い。本明細書において、１つの重要
なシグナリングチャネルは、ＢＣＣＨチャネルとしても
知られているいわゆる放送制御チャネルで表され、該チ
ャネルを介して、例えば無線チャネル構成、同期情報、
および登録の識別がセル内のすべての移動局に送信され
る。このようなＢＣＣＨチャネルは、セルの利用可能な
周波数スペクトルの半分までを占有することがあり、も
ちろん占有された周波数スペクトルはトラヒックチャネ
ルに利用することはできない。セルに確保されるスペク
トルをより良好に利用できるようにするため、必要な場
合に、トラヒックチャネルの搬送周波数が所定の一定レ
ートで変化する周波数ホッピングプロセスを個々のトラ
ヒックチャネルに受けさせることが周知である。しか
し、周波数ホッピングプロセスはＢＣＣＨチャネルに用
いることができない。これは、ＢＣＣＨチャネルには、
受信フィールド強度を測定し、最も強いセルを選択する
必要があるためである。この結果、同じＢＣＣＨ搬送周
波数が使用されているセル間の距離が、同じトラヒック
搬送周波数が使用されているセル間の距離よりもはるか
に大きくなる。例えば、ＧＳＭネットワークのＢＣＣＨ
チャネルのクラスタサイズは１２〜２１個のセルである
一方、トラヒックチャネルの場合では、３〜９個のセル
というクラスタサイズが全体的に適している。本明細書
において、クラスタサイズは、利用可能な周波数が分割
されるセルの数を意味するものとして理解される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、トラヒックチ
ャネルへの周波数ホッピングプロセスを用いて可能な様
式で、シグナリングチャネルに利用可能な搬送周波数を
より効率的に利用する方法は今まで提案されていなかっ
た。
【０００４】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
無線ネットワークに利用可能な、特にシグナリングチャ
ネルに関して、周波数をより効率的に使用でき、結果的
に無線ネットワークのクラスタサイズを低減することの
できる無線システム、アンテナ構成、および偏波変調器
を提供するという目的に基づいている。
【０００５】本発明の基本的な概念は、周波数ホッピン
グプロセスの代わりに、好ましくは周期的に送信信号の
偏波状態を変更可能な、いわゆる偏波ホッピングプロセ
スを用いるという着想に見られる。偏波ホッピングをＢ
ＣＣＨチャネルに用いる場合、クラスタサイズをかなり
低減することができ、結果的にセルで利用可能な周波数
スペクトルがより多数のトラヒックチャネルに割り当て
ることができる。
【０００６】これは、知られているように、周波数ホッ
ピングプロセスの結果、周波数ホップが十分大きい限
り、中間周波数の異なるチャネルが互いに無関係のフェ
ージング応答を有するからである。この応答は、周波数
ホップの代わりに異なる偏波状態を無線リンクに用いる
場合であっても得られる。例えば、ＧＳＭネットワーク
のデータブロックは４つのデータバーストを含み、４つ
のバーストそれぞれについてのチャネルのフェージング
応答は互いに無関係であるものと意図される。したがっ
て、異なる周波数ホップおよび偏波状態の異なる変化の
双方によって、この条件を満たすことができる。
【０００７】本発明は、第１の例において、請求項１の
特徴により上記目的を達成する。請求項１は、少なくと
も１つの送信器と、少なくとも１つの受信器とを有する
複数の基地局を備え、各基地局に少なくとも１つの二重
偏波アンテナが割り当てられる無線システム、特にＧＳ
Ｍモバイル無線システムの提供を明記する。二重偏波ア
ンテナは直交偏波アンテナであってもよい。本発明によ
れば、送信すべき送信信号の偏波状態を所定の時点で変
化させるために、二重偏波アンテナには偏波変調器が割
り当てられる。
【０００８】有利な展開は、従属形式の請求項の主題で
ある。既存の基地局を続けて使用できるようにするた
め、二重偏波アンテナおよび偏波変調器は共に、基地局
に接続可能なモジュールを形成する。
【０００９】偏波変調器は、送信すべき信号の偏波を周
期的に、通常は４つの異なる偏波状態の間で変えるよう
に、送信すべき送信信号を有する二重偏波アンテナを適
宜起動する。
【００１０】信号が８つのタイムスロットを有するいわ
ゆるＴＤＭＡフレームで送信されるＧＳＭ移動無線シス
テムを考慮する場合、偏波状態を変化させる時点は、Ｔ
ＤＭＡフレームとは無関係にクロック発生器、またはＴ
ＤＭＡフレーム内のタイムスロットによって決定され
る。
【００１１】二重偏波アンテナが送信方向および受信方
向の双方に用いられるため、送信器／受信器フィルタ
が、対応する場所に、それ自体知られた様式で設けられ
る。
【００１２】上記目的は、同様に、請求項８の特徴によ
って達成される。請求項８は、送信すべき送信信号の偏
波状態を所定の時点で変化させる偏波変調器がそれぞれ
割り当てられる、少なくとも１つの二重偏波アンテナを
備えるアンテナ構成の提供を明記する。
【００１３】アンテナ構成の有利な展開は、従属形式の
請求項の主題である。
【００１４】目的は、請求項１２の特徴によってさらに
達成される。請求項１２は、無線システムにおいて使用
するための偏波変調器を記載しており、前記変調器は、
加えられるクロック信号に従って複数の偏波状態を送信
信号に生成する。
【００１５】本発明について、添付の図面と共に例示的
な実施形態を基にして、以下にさらに詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１には、概して１０で表され
る、例えばＧＳＭ移動無線ネットワークの基地局を模式
的に示す。基地局１０は、それ自体知られた方法で、と
りわけ、例えば送信器ＴＸと、ダイバーシチ受信のため
に２つの受信器ＲＸ１、ＲＸ２とを含む送受信器１５を
備える。もちろん、さらなる送受信器を基地局に実施し
てもよい。本例においては、送信器ＴＸおよび受信器Ｒ
Ｘ１は、送信方向および受信方向を分けるために、送受
切換器１７に接続される。受信器ＲＸ２は、帯域フィル
タ１８に接続される。
【００１７】図１は、概して２０で表される、直流ダイ
プレックスフィルタと、電源装置２２とを備えるアンテ
ナ構成も示す。直流ダイプレックスフィルタは、ＲＦ送
信パワーのみが送受信器１５を通るように保証する。ア
ンテナ構成２０は、基地局１０から別個の装置として設
計され、直流ダイプレックスフィルタおよび電源装置２
２を介して、基地局１０の送受切換器１７および帯域フ
ィルタ１８に接続される。アンテナ構成２０内で実施さ
れるクロック回復および制御回路２３は、直流ダイプレ
ックスフィルタおよび電源装置２２に接続された２つの
入力をする。クロック回復および制御回路２３の出力
は、さらに詳細に後述する偏波変調器２４に接続され
る。クロック回復および制御回路２３は、例えばＴＤＭ
Ａフレームから、偏波変調器２４の制御信号を生成する
ことができる。クロック回復および制御回路２３は、Ｔ
ＤＭＡフレームのＲＦ送信パワーのエンベロープの変動
からバーストクロックを回復するように設計される。こ
れは、知られているように、送信すべきデータは、ＴＤ
ＭＡフレームのタイムスロットにおけるデータバースト
として送信されるためである。データバーストの送信の
場合、送信パワーは、ＴＤＭＡフレームの各タイムスロ
ットの開始時に上がり、タイムスロットまたはデータバ
ーストの終了時に再び下がる。クロック回復および制御
回路２３は、出力のこの変更からバーストクロックレー
トを回復し、これを偏波変調器２４のためのクロック信
号として用いる。バーストクロックレートに合わせて、
偏波変調器２４は、二重偏波アンテナ２７と共に、送信
すべき信号の偏波状態を変化させる。例示的な実施形態
では、直交偏波アンテナが二重偏波アンテナとして用い
られる。
【００１８】偏波変調器２４の第２および第３の入力に
はそれぞれ、送信器／受信器フィルタ２５が接続されて
おり、該送信器／受信器フィルタ２５は次に直流ダイプ
レックスフィルタおよび電源装置２２のポートにそれぞ
れ接続されている。２つの送信器／受信器フィルタ２５
はそれぞれ、低雑音前置増幅器２９を介してさらなる送
信器／受信器フィルタ２６に接続される。偏波変調器２
４の２つの出力信号は、２つの送信器／受信器フィルタ
２６を介して直交偏波アンテナ２７に供給される。送信
器／受信器フィルタ２５および２６は、例えば、偏波変
調器２４がスイッチングダイオードによって実現される
場合に常に必要とされる。これは、スイッチングダイオ
ードが、受信帯域内にあり、受信器ＲＸ１およびＲＸ２
を結果として妨害しうる調波振動を生成するためであ
る。
【００１９】この時点において、簡潔に、偏波変調器２
４にスイッチング信号を生成するクロック回復および制
御回路２３は、基地局１０にすでに存在するタイムスロ
ットクロック発生器（図示せず）で置換してもよく、こ
の出力信号は偏波変調器２４に供給されることに留意さ
れたい。
【００２０】すでに述べたように、偏波変調器２４は、
送信すべき信号の偏波状態が各データバーストの開始時
に変化するように保証する。
【００２１】図２ａ〜図２ｄはそれぞれ偏波変調器２４
の等価回路図を示し、各等価回路図は、特定の偏波状態
を象徴している。図２ａ〜図２ｄに従い、偏波変調器２
４は、直交偏波アンテナ２７と共に、直線（＋４５度）
偏波送信信号、直線（−４５度）偏波送信信号、円（反
時計回り）偏波送信信号、および円（時計回り）偏波送
信信号を生成することができる。実施に応じて、偏波変
調器２４は、個々の変調状態またはすべての変調状態の
間を前後無作為にホップすることも、あるいは直交偏波
アンテナ２７と共に周期的に個々の変調状態を提供する
こともできる。
【００２２】本例では、等価回路はそれぞれ２つの入力
および２つの出力を有し、各入力を別個の送信器に割り
当てることができる。これは、例えば図２ａに従い、送
信器が左側の入力に接続される場合には、４５度の直線
偏波状態の信号が生成されることを意味する。反対に、
送信器が右側の入力に接続される場合には、−４５度の
直線偏波状態の信号が直交偏波アンテナ２７から発せら
れる。偏波変調器２４は、図２ｂに関しては逆の振る舞
いをする。
【００２３】図２ｃに示す等価回路図によれば、左側の
入力に加えられる送信信号は、９０度シフトした信号成
分に分割されて直交偏波アンテナ２７に供給され、発せ
られる送信信号は、反時計周りの円偏波送信信号を形成
する。しかし、送信信号が偏波変調２４の右側の入力に
加えられる場合、２つの９０度シフトした信号成分に分
割されて直交偏波アンテナ２７に供給され、発せられる
送信信号は、時計回りの円偏波送信信号を形成する。図
２ｄに示す等価回路を用いる場合、偏波変調器２４は逆
の振る舞いをする。
【００２４】説明したアンテナ構成２０を用いると、Ｂ
ＣＣＨチャネルに関して、ＧＳＭネットワークのクラス
タサイズを相当に低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンテナ構成が割り当てられる基
地局のブロック図を示す。
【図２】ａ〜ｄはそれぞれ、４つの異なる偏波状態につ
いて、図１に示す偏波変調器の等価回路を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク ガールド エルンスト オーバ ーノーステラー ドイツ国 ヴァイゼンオーエ，クリーヴィ ーゼンヴェッグ １ Ｆターム(参考） 5K060 CC04 CC12 DD04 FF09 HH01 HH11 JJ21 5K067 AA11 AA22 BB03 BB04 CC04 EE10 KK00 KK01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの送信器（ＴＸ）と、少
    なくとも１つの受信器（ＲＸ１、ＲＸ２）とをそれぞれ
    有する複数の基地局（１０）を備え、各基地局（１０）
    に少なくとも１つの二重偏波アンテナ（２７）が割り当
    てられる無線システムにおいて、送信すべき送信信号の
    偏波状態を所定の時点で変化させるために、前記二重偏
    波アンテナ（２７）には偏波変調器（２４）が割り当て
    られることを特徴とする無線システム。
  2. 【請求項２】 前記二重偏波アンテナ（２７）および前
    記偏波変調器（２４）は、前記基地局（１０）から別個
    に構成されるモジュール（２０）を形成することを特徴
    とする請求項１記載の無線システム。
  3. 【請求項３】 前記偏波変調器（２４）は、周期的に、
    ４つの異なる偏波状態を送信すべき送信信号に提供する
    ことを特徴とする請求項１または２記載の無線システ
    ム。
  4. 【請求項４】 前記偏波変調器（２４）は、偏波状態を
    変化させる時点を固定するクロック発生器（２３）に接
    続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１
    項記載の無線システム。
  5. 【請求項５】 前記無線システムは移動無線システムで
    あり、前記クロック発生器（２３）はＴＤＭＡフレーム
    またはタイムスロットクロック発生器であることを特徴
    とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の無線システ
    ム。
  6. 【請求項６】 前記二重偏波アンテナ（２７）と前記偏
    波変調器（２４）の間には送信器／受信器フィルタ（２
    ５、２６）が接続されると共に、前記送信器（ＴＸ）お
    よび前記受信器（ＲＸ１、ＲＸ２）には、送信器／受信
    器フィルタ（１７）が割り当てられることを特徴とする
    請求項１乃至５のいずれか１項記載の無線システム。
  7. 【請求項７】 少なくとも１つの二重偏波アンテナ（２
    ７）を有し、特に請求項１乃至６のいずれか１項記載の
    無線システムの基地局（１０）と併せて動作するための
    アンテナ構成であって、前記二重偏波アンテナ（２７）
    は、送信すべき送信信号の偏波状態を所定の時点で変化
    させる偏波変調器（２４）に割り当てられることを特徴
    とするアンテナ構成。
  8. 【請求項８】 前記偏波変調器（２４）は、周期的に、
    ４つの異なる偏波状態を送信すべき送信信号に提供する
    ことを特徴とする請求項７項記載のアンテナ構成。
  9. 【請求項９】 クロック発生器（２３）を備え、該クロ
    ック発生器（２３）は、前記偏波変調器（２４）に接続
    され、偏波状態を変化させる時点を固定することを特徴
    とする請求項７または８記載の無線システム。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至６のいずれか１項記載の
    無線システムにおいて使用するための偏波変調器であっ
    て、加えられるクロック信号に従って、複数の偏波状態
    を送信信号に生成することを特徴とする偏波変調器。
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