JP2003179977A - 逆方向リンクの干渉を抑制する建物内の無線通信システム及びその方法 - Google Patents
逆方向リンクの干渉を抑制する建物内の無線通信システム及びその方法Info
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Abstract
信システムを提供する。 【解決手段】建物内の無線通信システムは、建物の中央
に設置され、アンテナを通じて端末機と送受信機能を遂
行する送受信中継器と、送受信中継器と対面する状態で
予め設定された所定の距離離隔され設置され、端末機に
送信機能を遂行する少なくとも一つの送信中継器と、中
継器と並列連結される少なくとも一つの送受信器と、送
受信器と連結される基地局装置と、からなることを特徴
とする。
Description
(CDMA)通信システムにおける逆方向リンクから受
信する信号の干渉を抑制する装置及び方法に関し、特
に、建物などのように密閉された空間内に設置された通
信システムにおける逆方向リンクから受信する信号の干
渉を抑制することができる装置及び方法に関する。
空間に設置された移動通信システム(建物内の無線通信
システム(in-building mobile communication system))
は多数の小型中継器とアンテナを必要とする。
造を示す図である。
tation Transceiver Subsystem)120は建物内の無線
通信システムにおける私設通信網で、その建物内に設置
される私設基地局である。基地局120は建物内の無線
通信システムに位置する端末機MSに伝送される送信信
号及び端末機MSから受信した信号を処理する機能を遂
行する。基地局120はCDMA方式の通信機能を処理
するための変調/復調機能及び符号化/復号化機能を遂
行する構成を有する。送受信器110は基地局120か
ら受信した信号の周波数をRF帯域の周波数に上昇変換
(up-convert)しRF信号として出力する一方、受信した
RF信号の周波数を下降変換(down-convert)して基地局
120に伝送する機能を遂行する。送受信器110は多
数の小型中継器RU(Repeater Unit)と並列接続されて
おり、小型中継器RUに順方向リンクのRF信号を送信
し、小型中継器RUから受信した逆方向リンクのRF信
号を基地局120に伝達する機能を遂行する。
置される。設置される位置は、建物内の部屋が部分的に
分割されている場合は小型中継器RUをそれぞれ独立的
に設置し、広い空間の場合には小型中継器RUを電波環
境に従って適切な距離に離隔させて設置する。小型中継
器RUのそれぞれは、送受信器110からの出力信号を
増幅する送信増幅器15と、送信信号の帯域をろ波しア
ンテナ11を通じて送信する一方、アンテナ11を通じ
て受信した信号を増幅して送受信器110に出力する受
信増幅器17と、からなる。また、それぞれの小型中継
器RUは、送受信器110に並列連結されて、送受信器
110から受信した信号をアンテナを通じて端末機MS
側に送信し、アンテナを通じて端末機MSから受信した
送信信号を送受信器110に伝達する。
ア(floor)に設置された小型中継器RUの配置として仮
定することができる。また、建物内の各フロア面積が小
さい場合は、図1のような小型中継器を2以上のフロア
に分配して設置することもできる。
ムは建物外に信号を放出するため外部基地局からの信号
(forward link signal)を必要とする。このため建物内
の適切な位置に多くのアンテナを設置しなければならな
い。設置されるアンテナは小型中継器に連結され、小型
中継器は送信及び受信兼用中継器として使用される。し
かしながら、このような場合、アンテナの数の増加に比
例して逆方向リンクの受信干渉も増加するといった問題
がある。
向リンク(端末機から基地局への送信信号)の受信干渉が
増加する状態を具体的に説明する。
通信ネットワークを構成するためには、建物内に多くの
中継器を設置すべきである。この場合、ネットワークは
順方向リンクの構成部のみを実質上必要とするが、現在
のすべての中継器は順方向リンクと逆方向リンク双方の
構成要素を有している。従って、送受信を兼用する中継
器が設置されれば設置されるほど、逆方向リンクの干渉
(reverse noise floor)が増加する問題が生じる。
で中継器の受信増幅器(LNA:LowNoise Amplifier)の
増加による干渉増加と、アンテナの増加による干渉増加
を示した図である。即ち、図2は建物内の無線通信シス
テムで中継器の個数に比例してノイズが増加することを
示した図であり、図3はアンテナの個数の増加に比例し
てノイズが増加することを示した図である。
にはN個の小型中継器RUが連結され、それぞれの小型
中継器RUはアンテナ11及び受信増幅器17を含んで
いる。図2で受信増幅器17はG1の利得を有し、干渉
(NF:Noise Figure)は5dBと仮定する。そして、送
受信器110内の受信増幅器はG2の利得を有し、NF
は約5dBと仮定する。ここで、小型中継器RUのNF
をnf1とし、送受信器110の受信増幅器のNFをn
f2とする。さらに、基地局120は上述した構造のM
個の送受信器110をサービスすると仮定する。する
と、基地局周囲で干渉が生じないアイドル状態(idle st
atus)における逆方向リンクの受信信号強さ、即ち、R
SSI(Received Signal Strength Indicator)は次のよ
うに求めることができる。
+10log[NF]+10log[並列接続された中継器RU
の個数]
値は10log[N*G1]及び10log[N*nf1]になり、
基地局100に対する干渉値は10log[M*N*G1*G
2]及び10log[M*N*nf1]になる。従って、全体干
渉は下記のように表現することができる。
計算値及び測定値を下記表1に示す。
RUのアンテナと端末機による基地局100のRSSI
増加を説明するための図である。図3では便宜上、端末
機の出力が0dBmに固定されていると仮定する。ここ
で経路損失(Pass Loss)PLは下記のように表現するこ
とができる。下記式でfは周波数[Mhz]であり、dは
距離[Km]である。
地局100のRSSI増加を下記表2に示す。
ナ個数によるRSSI増加は、端末機に一番近接した2
個のアンテナのみが重要であり、他のアンテナは無視で
きることが分かる。また、アンテナ増加による最大RS
SI増加は、最大約3dBm程度であることが分かる。
ムは外部基地局への電波をビル外に放出するために多数
のアンテナを建物内に設置する必要があり、アンテナは
図1に示したように小型中継器RUを通じてシステムと
連結される構造を有する。この小型中継器RUは順方向
リンク(forward link)と逆方向リンク(reverse link)双
方の信号を処理できるように送信及び受信増幅器を含ん
でいる。その結果、建物内の無線通信システム具現時、
順方向リンクネットワークを確保するために拡張したア
ンテナ数は、反対に逆方向リンクの受信増幅器により受
信干渉を増加させる問題をもたらす。
H.Xiaなどより“A CDMA-Distributed Antenna System
for In-Building Personal Communications Services
”[IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIO
NS, VOL.14, NO 4, MAY 1996, PP644-650]方法が発表
された。この方法は建物内の無線通信システムで受信ノ
イズの増加を抑制するために考案された方法で、中継器
ごとに遅延素子(delay element)を使用し受信ノイズを
低減する。即ち、電波の遅延が0.814μsec以上であ
ると、レイク(rake)受信器はノイズではなく相異なる信
号として認識する。このような信号が合成されて信号強
さを増加する。しかし、0.814μsec以上の遅延が発
生するためには約244m以上の距離差が必要であるの
で、このような方法を建物内で具現する場合、0.81
4μsec以上の遅延を生じさせるのが難しいといった問
題がある。
は、建物内の無線通信システムで受信信号の干渉を抑制
することができる装置及び方法を提供することにある。
ステムで、外部電波を建物外に放出すために設置したア
ンテナに連結される中継器を送信専用に設計して、シス
テムにおける逆方向リンクの干渉を抑制することができ
る装置及び方法を提供することにある。
線通信システムで、アンテナに連結される小型中継器を
建物内の構造条件に従って送受信兼用、または、送信専
用に配置して、受信信号の干渉を抑制することができる
装置及び方法を提供することにある。
るために本発明の建物内の無線通信システムでは、建物
の中央に設置され、アンテナを通じて端末機と送受信機
能を遂行する送受信中継器と、送受信中継器と対面する
状態で予め設定された所定の距離だけ離隔されて設置さ
れ、端末機に対して送信機能を遂行する少なくとも一つ
の送信中継器と、中継器と並列連結される少なくとも一
つの送受信器と、送受信器と連結される基地局装置と、
からなることを特徴とする。
信器から出力される信号を増幅する送信増幅器を備え、
順方向リンクの信号をアンテナを通じて伝播するとよ
い。また、送受信中継器は、送受信器から出力される信
号を増幅する送信増幅器と、送信増幅器とアンテナ間に
連結され、送信増幅器からの送信信号を帯域フィルタリ
ングしてアンテナに出力する一方、アンテナを通じて受
信した受信信号を帯域フィルタリングするデュプレクサ
と、デュプレクサから受信した受信信号を増幅して送受
信器に出力する受信増幅器と、からなると好ましい。さ
らに、送信中継器は、送受信中継器から5m〜10m程
度離隔されて設置されるとよく、建物の中央に設置され
た送受信中継器から離隔された位置で、障害物が存在す
る位置に設置される第2送受信中継器をさらに備えるよ
うにしてもよい。さらにまた、送信中継器は送受信中継
器から5m〜10m程度離隔されて設置され、送受信中
継器との距離が10mを超過する位置には第2送受信中
継器が設置されると好ましい。
ムにおける逆方向リンクの干渉を抑制する方法を提供す
る。すなわち、端末機と無線通信を遂行する少なくとも
一つの中継器と、中継器と連結される少なくとも一つの
送受信器と、送受信器と連結される基地局装置と、を備
える建物内の無線通信システムにおける逆方向リンクの
干渉を抑制する方法であって、建物の中央に設置された
送受信中継器を通じて端末機と順方向及び逆方向通信機
能を遂行する過程と、送受信中継器と対面する状態で予
め設定された所定の距離だけ離隔されて設置された送信
中継器を通じ、端末機と順方向送信機能を遂行する過程
と、からなることを特徴とする。
について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説
明において、関連した公知機能又は構成に関する具体的
な説明は本発明の要旨のみを明瞭にする目的で省略す
る。
置距離等のような特定された詳細が本発明のより全般的
な理解のために提供されている。しかし、このような特
定詳細なしに、または、これらを変更することによって
も本発明を実施できることはこの技術分野における通常
の技術を有した者には自明であろう。
合、外部基地局から送信される電波は、建物内に多くの
中継器を設置することで除去することができる。実際的
に建物内の無線通信システムを構成するためには、所定
の距離(5m〜10m)間隔で小型中継器を設置する。本
発明の実施形態による建物内の無線通信システムで小型
中継器を建物内に設置する場合、建物中央には双方向通
信が可能な送受信中継器を設置し、これから視線(LO
S:Line Of Sight)内で5m〜10m以内にある中継器
の場合には、逆方向リンクの信号を処理しない(即ち、
構成に受信部がない)一方向の送信中継器を設置する。
一方、建物内の中央に位置する双方向送受信中継器から
5m〜10m以上離れているか、または、5m〜10m
以内に設置されても視線(LOS)から外れている場合に
は、双方向送受信中継器を使用する。即ち、中継器が厚
い壁に囲まれた位置に設置されている場合等には双方向
送受信中継器を使用する。つまり、本発明よる建物内の
無線通信システムは受信干渉をもたらす受信部の構成を
最小化することで(双方向中継器をできる限り建物中央
のみに設置するようにし、追加的に必要な場合に限り双
方向中継器を使用するようにする)、建物内の逆方向リ
ンクの干渉を最大限に抑制する。
線通信システムの構成を示す図である。
内の無線通信システムにおける私設通信網で、その建物
内に設置される私設基地局である。基地局220は建物
内の無線通信システムに位置する端末機MSに伝送され
る送信信号及び端末機MSから受信した信号を処理する
機能を遂行する。また、基地局220はCDMA方式の
通信機能を処理するための変調/復調機能及び符号化/
復号化機能を遂行する構成を有する。送受信器210は
基地局220から受信した信号をRF帯域に上昇変換し
て出力し、受信したRF信号は下降変換して基地局22
0に伝送する機能を遂行する。送受信器210は、多数
の送信中継器240及び送受信中継器250と並列接続
される構成を有して、送信中継器240及び送受信中継
器250に順方向リンクのRF信号を送信し、送受信中
継器250から受信した逆方向リンクのRF信号を基地
局220に伝達する機能を遂行する。
は建物内の適切な位置に設置される。設置される位置
は、建物の部屋が部分的に分割されている場合には送受
信中継器250を設置し、広い空間の場合には少なくと
も一つの送受信中継器250と多数の送信中継器240
を電波環境に応じて適切な距離だけ離隔させて設置す
る。
あり受信器構成を設けない。即ち、送信中継器240の
それぞれは、送受信器210から出力される信号を増幅
する送信増幅器21と、送信信号を帯域フィルタリング
してアンテナ23tを通じ送信する送信帯域フィルタ(w
ave filter)22と、からなる。送信中継器240は建
物内の電波環境に応じて適当な距離(LOS内で、約5
m〜10m)に離隔して設置される。
受信中継器のLOS内で10m以上離れた位置、また
は、建物壁があって電波を伝達できない位置などに設置
されることができる。送受信中継器250のそれぞれ
は、送受信器210から出力される信号を増幅する送信
増幅器25と、送信信号の帯域をろ波してフィルタ信号
をアンテナ23trを通じ送信する一方、アンテナ23
trを通じて受信した信号の帯域をろ波するデュプレク
サ26と、このデュプレクサ26を通じて帯域フィルタ
リングされた逆方向リンクの受信信号を増幅して送受信
器210に出力する受信増幅器27と、からなる。ま
た、送受信中継器250は送受信器210に連結され
て、送受信器210から受信した信号をアンテナ23t
rを通じて端末機MS側に送信し、アンテナ23trか
ら受信した伝送信号を送受信器210に伝達する。
に設置される送信及び送受信中継器の配置として想定す
ることができる。図4では一つのフロアが一つの送受信
中継器250と多数の送信中継器240によって構成さ
れた場合を想定している。図4のような建物環境で壁が
あり電波を伝達できない状況(即ち、事務室壁が設置さ
れている場合等)であると、該当建物内に送受信中継器
250を別途に設置する。
信システム設計基準を具体的に説明する。
リンクカバレージ(forward link coverage:BS→MS)
について説明する。
の受信電界強度(RSSI)及びEc/Ioを測定する。
その測定の結果、公衆網電波が強い場合には、建物内の
無線通信システムを構築することができない。このよう
な場合には、該当公衆網サービス事業者と協議して、そ
の建物に向かってサービスをしている基地局のアンテナ
出力を低減してもらうか、または、アンテナ方向を変更
してもらい電波の強さを弱くして、建物内の無線通信シ
ステムを構築する必要がある。
できない程の順方向リンク電波は、建物内における公衆
網のRSSIが約−63dBm以上であるか、Ec/I
oが約−5dB以上である(状況によって変動する)。こ
れに対する具体的な理由は次の通りである。無線局の許
可を得ないで使用できる小型中継器の最大電力は10m
Wであるが、内部基地局(インフォモバイル(InfoMobil
e))の場合、FA(Frequency Assignment)が3個である
ので中継器の最大出力は10dBm/3FAであり、さ
らに単位FA当たり5dBm(即ち、5dBm/FA)と
なる。ピーク時の通話量(通話量が約13コール(call)
であったとする)のため余分に3dB程度の信号強さが
許容されると、出力は2dBm(1.58mW)/FAに
なる。この時、パイロットチャネル(pilot channel)の
ディジタル利得(digital gain)は108dBであり、パ
イロットチャネルの出力は下記式から求めることができ
る。
2=0.56dBm(1.14mW)≒0dBm
ない場合)でパイロットチャネルの中継器出力は、約0
dBm程度になるべきである。
経路損失(Pass Loss)を決定する公式は、下記の通りで
ある。
g(d)+32.44[dB]
[Mhz]であり、dは距離[Km]を示す。この公式によ
ると、半径10m以内における中継器のパイロットチャ
ネル強さは下記のように計算され、約−57.7dBm
になる。
m(初期パイロット強さ)−PL(57.5dB)=−57.
7dBm
og(10m/1000m)+32.44=57.7dB
ット強さは約−58dBmになり、ピーク時の通話量を
考慮して、建物内における外部公衆網の電波強さが−6
3dBm以下となるようにするため約5dBの余分な信
号強さが許容される。中継器は測定された外部公衆網の
電波強さを参照して窓側から5m〜10m以内の位置と
なるように設置される(建物内部も同様)。そして、パイ
ロット信号の強さ(Ec/Io)は窓側で−4dB以上
(通話量がピークではない場合、即ち、通話量が2コー
ル以下である場合)となるように制御される。
ール程度の通話時)であると、約3dB(−4dB−3d
B)を過ぎて減少し、−7dBになる。窓側で外部公衆
網の強さが一番強い場合のEc/Ioを−5dBと仮定
すると、ハンドオーバは生じなく、内部基地局(InfoMob
ile)に同期した状態を続けて維持する。ハンドオーバは
パイロット強さ間の差異が3dB以上であると発生し、
2dB以下であると発生しない。
Link Coverage:MS→BS)について説明する。
構成するためには、建物内に多くの中継器が設置される
べきである。小型中継器を送受信兼用で具現する場合、
逆方向リンクの干渉をもたらす。従って、建物内の無線
通信システムで小型中継器が設置されれば設置されるほ
ど、逆方向リンクの干渉(Reverse Noise Floor)が増加
する問題が発生する。図2及び図3は上述したように、
中継器のLNA及びアンテナ増加による干渉の増加を説
明する図である。
クの構成部のみを設けることが望ましい。即ち、中継器
の数が増加して逆方向リンクの受信増幅器やアンテナ個
数が増加するとノイズが増加するからである。従って、
アンテナ及び受信増幅器の数をできる限り少なくすれ
ば、建物内の無線通信システムの性能を向上させること
ができる。
たように、5〜10mの間隔に小型中継器を設置する場
合、図4に示したように建物中央に送受信サービスを兼
用できる双方向小型中継器を設置する。加えて、双方向
小型中継器のLOS内で5〜10m以内となるように受
信増幅器の構成を有していない一方向の送信中継器を設
置する。その一方、中央の送受信中継器から5m〜10
m以上離れているか、又は、5m〜10m以内であって
もLOS条件を満足しない位置には双方向送受信中継器
を設置する。即ち、中継器を厚い壁に囲まれた位置に設
置する場合には双方向送受信中継器を設置する。
無線通信システムを構成すれば、中継器の逆方向リンク
の干渉を抑制することができ、これにより逆方向リンク
加入者の容量を向上させることができる利点がある。
置される場合の従来のシステム構成図。
比例してノイズが増加することを示した図。
アンテナの増加により発生する逆方向受信強さ強度の影
響を分析した図。
符号分割多重接続通信システムの構成図。
Claims (7)
- 【請求項1】 建物内の無線通信システムにおいて、 建物の中央に設置され、アンテナを通じて端末機と送受
信機能を遂行する送受信中継器と、 前記送受信中継器と対面する状態で予め設定された所定
の距離だけ離隔されて設置され、前記端末機に対して送
信機能を遂行する少なくとも一つの送信中継器と、 前記中継器と並列連結される少なくとも一つの送受信器
と、 前記送受信器と連結される基地局装置と、からなること
を特徴とする建物内の無線通信システム。 - 【請求項2】 前記送信中継器は、前記送受信器から出
力される信号を増幅する送信増幅器を備え、順方向リン
クの信号を前記アンテナを通じて伝播する請求項1記載
の建物内の無線通信システム。 - 【請求項3】 前記送受信中継器は、 前記送受信器から出力される信号を増幅する送信増幅器
と、 前記送信増幅器とアンテナ間に連結され、前記送信増幅
器からの送信信号を帯域フィルタリングして前記アンテ
ナに出力する一方、前記アンテナを通じて受信した受信
信号を帯域フィルタリングするデュプレクサと、 前記デュプレクサから受信した受信信号を増幅して前記
送受信器に出力する受信増幅器と、からなる請求項1記
載の建物内の無線通信システム。 - 【請求項4】 前記送信中継器は、前記送受信中継器か
ら5m〜10m程度離隔されて設置される請求項2又は
請求項3記載の建物内の無線通信システム。 - 【請求項5】 前記建物の中央に設置された送受信中継
器から離隔された位置で、障害物が存在する位置に設置
される第2送受信中継器をさらに備える請求項2又は請
求項3記載の建物内の無線通信システム。 - 【請求項6】 前記送信中継器は前記送受信中継器から
5m〜10m程度離隔されて設置され、前記送受信中継
器との距離が10mを超過する位置には第2送受信中継
器が設置される請求項2又は請求項3記載の建物内の無
線通信システム。 - 【請求項7】 端末機と無線通信を遂行する少なくとも
一つの中継器と、前記中継器と連結される少なくとも一
つの送受信器と、前記送受信器と連結される基地局装置
と、を備える建物内の無線通信システムにおける逆方向
リンクの干渉を抑制する方法であって、 建物の中央に設置された送受信中継器を通じて端末機と
順方向及び逆方向通信機能を遂行する過程と、 前記送受信中継器と対面する状態で予め設定された所定
の距離だけ離隔されて設置された送信中継器を通じ、前
記端末機と順方向送信機能を遂行する過程と、からなる
ことを特徴とする建物内の無線通信システムにおける逆
方向リンクの干渉を抑制する方法。
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