JP2005191653A - 屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で通信品質の改善された通話が可能な屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置を提供する。
【解決手段】 基地局(1)に接続された複数の屋内アンテナ(4-1〜4-5)により屋内に複数のゾーン(Z-1〜Z-5）を形成して移動体送受信機(6)相互間及び前記基地局を介した通信を実行する屋内移動体通信システムにおいて、
前記基地局と前記屋内アンテナ間の通信に際して、前記屋内アンテナの内の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与えることを特徴とする屋内移動体通信システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局に接続された複数の屋内アンテナを配置して、屋内に複数のゾーンを形成して移動体送受信機相互間及び前記基地局を介した通信を実行する屋内移動体通信システムに関する。

閉鎖空間である屋内の通信品質を向上させるために、基地局に接続された複数の屋内アンテナを配置して、屋内に複数のゾーンを形成して移動体送受信機相互間及び前記基地局を介した通信を実行する従来の屋内移動体通信システムを図５を用いて説明する。
図５では、建物（Ｂ）の屋内のフロアＢ１及びＢｎに対して、当該フロア内に存在する複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信のための、屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置を示している。

図５において、基地局装置１は電気ー光変換手段を備えた光伝送装置（親機）２と電気回線を介して接続されている。
前記光伝送装置２の出力は光ー電気変換手段を備えた光伝送装置（子機）３−１〜３−９に光ファイバー７を介してそれぞれ接続されている。
さらに、光伝送装置（子機）は、フロアＢ１及びＢｎにそれぞれゾーンを形成する屋内アンテナ４−１〜４−９に接続されて複数のゾーンＺ−１〜Ｚ−９を形成している。（この場合の複数のアンテナの間隔は、従来では約５〜３０ｍであるが、建物の形状や建物を構成する材質等によって異なることがある。）
この複数のゾーン構成によって屋内の複数の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される。

また、従来から、ＣＤＭＡ方式におけるフェージング軽減のため受信側で受信機の機能としてパスダイバーシチ方式をとるものが知られている。（例えば、特許文献１参照）
その場合でも構内無線やマイクロセル型移動通信のように送受信点間の距離が小さくなると周波数拡散によって得られるパスダイバーシチ効果が低減し、短周期フェージングによる信号劣化が防げない。この短周期変動が大きいと遠近問題を解消するための移動局側送信電力制御において制御の高速化が必要でかつ大きな効果を得るのが困難になる。

その構成として、ＣＤＭＡ移動通信の基地局アンテナを図６のような複数のアンテナを用いる配列型アンテナ（アレイアンテナ）とし、このアンテナの間隔をそれぞれのアンテナで受信する信号強度の変動がお互い無相関（あるいは十分小さい相関）となるような距離（１〜数波長程度）とし、かつこれらのアンテナへの給電部に少なくとも拡散符号の１シンボル長程度かそれ以上の遅延差を有する遅延量を付加して送信または受信することにより人為的な周波数選択性フェージング環境をつくり、パスダイバーシチ機能を促進させることによって短周期フェージングを軽減させるものである。
特開平５−２６８１２８号公報（（０００８）（０００９））

屋内において移動体端末を用いた通信を行うには以下の様な問題があった。
第１は、屋外からの電波が弱いために通信品質が安定しないという問題である。
第２は、屋外からの電波は強いが、移動体端末によって複数の基地局からの電波が同じ強さで受信されるため、移動体端末の接続先がタイミングによって異なって、通信品質が安定しないという高層フロア問題である。
この問題は、上記図５に示した屋内移動体通信システム及びそのアンテナ配置によってある程度は改善できる。
しかし、近年の新たな屋内における移動体端末を使用したサービスを提供するためには、より高品質な通話環境を屋内にて実現することが求められている。

また、図６に記載のＣＤＭＡ方式でのフェージング軽減のため受信側で受信機の機能としてパスダイバーシチ方式をとるものでは、複数のアンテナ相互にそれぞれ遅延量を与えるために遅延要素２の数が多く必要であるという問題があった。

本発明の目的（課題）は、簡単な構成で通信品質の改善された通話が可能な屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、基地局に接続された複数の屋内アンテナにより屋内に複数のゾーンを形成して移動体送受信機相互間及び前記基地局を介した通信を実行する屋内移動体通信システムにおいて、
前記基地局と前記屋内アンテナ間の通信に際して、前記屋内アンテナの内の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた複数の子機とを設け、前記分配親機と前記各子機間を光ファイバーで接続すると共に、前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた子機とを設け、前記分配親機とフロア毎の子機間を光ファイバーで直列に接続すると共に、前記フロア毎の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与える遅延手段を子機間に備えたことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えたフロア毎に分配する第１の分配親機と、前記第１の分配親機の出力を同一フロア内の各子機に分配する光ー電気変換手段を備えた第２の分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された複数の子機とを設け、前記第１の分配親機と第２の分配親機間を光ファイバーで接続し、前記第２の分配親機とフロア毎の各子機間は電気回線で接続すると共に、前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記電気回線は、ＬＡＮケーブルで形成されることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記基地局に接続され、２分配された分配親機の分配出力の一方を、増幅手段を介して隣接する前記屋内アンテナの一方に電気的に接続すると共に、分配出力の他方を、増幅手段及び遅延手段を介して前記一方のアンテナに隣接する前記屋内アンテナの他方に電気回線で接続することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の発明において、前記電気回線は、同軸ケーブルで形成されることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明では、請求項１〜５に記載の発明において、前記遅延手段は、光ファイバーで形成されることを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明では、請求項１〜８に記載の発明において、前記通信は、ＣＤＭＡ方式で実行されることを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明では、請求項１〜９に記載の発明において、前記基地局から屋外アンテナを介して他の基地局との間で通信が実行されることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明では、基地局に接続された複数の屋内アンテナを配置して、屋内に複数のゾーンを形成して移動体送受信機相互間及び前記基地局を介した通信を実行する屋内移動体通信システム用アンテナ配置であって、前記屋内アンテナの内の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与えることを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の発明において、前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた複数の子機とを設け、前記分配親機と前記各子機間を光ファイバーで接続すると共に、前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明では、請求項１１に記載の発明において、前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた子機とを設け、前記分配親機とフロア毎の子機間を光ファイバーで直列に接続すると共に、前記フロア毎の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与える遅延手段を子機間に備えたことを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明では、請求項１１に記載の発明において、前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えたフロア毎に分配する第１の分配親機と、前記第１の分配親機の出力をフロア内の各子機に分配する光ー電気変換手段を備えた第２の分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された複数の子機とを設け、前記第１の分配親機と第２の分配親機間を光ファイバーで接続し、前記第２の分配親機とフロア毎の各子機間は電気回線で接続すると共に、前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする。

請求項１〜１４に記載の発明によれば、熱雑音及び干渉雑音等の雑音レベルを低下（約３ｄＢ程度）させることができ、通信品質の向上が実現できるので、通信帯域の圧縮が可能になると共に、屋内にゾーン形成のために配置されるアンテナ数を少なく（１例として、約半分）することが可能になる。
また、光ファイバーを伝送路及び遅延手段（要素）として使用することによって、屋内という限られた空間を有効に活用するために有効な省スペースのシステムが既存のシステムの大幅な改造なしに実現できる。

本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。
図１では、建物（Ｂ）の屋内のフロアＢ１及びＢｎに対して、当該フロア内に存在する複数の移動体端末６の相互間又は建物外へのＣＤＭＡ方式による通信のための、屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置を示している。

図１において、基地局装置１は電気ー光変換手段を備えた光伝送装置（親機）２と電気回線を介して接続されている。
前記光伝送装置２の出力は光ー電気変換手段を備えた光伝送装置（子機）３−１〜３−５に光ファイバー７を介してそれぞれ接続されている。
さらに、光伝送装置（子機）は、フロアＢ１及びＢｎにそれぞれゾーンＺ−１〜Ｚ−５を形成する屋内アンテナ４−１〜４−５に接続されている。
この複数のゾーン構成によって屋内の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される。

このゾーン構成によって、複数の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される点では、図５の従来のシステムと同様であるが、この実施の態様では、アンテナ４−２及びアンテナ４−５に対応した光伝送装置（子機）３−２及び３−５の回路に遅延要素（遅延手段）が挿入されて、隣接するアンテナ相互に遅延が与えられる構成となっている点で相違している。

図１のアンテナ配置構成を採用することによって、移動体端末６に対して有効なダイバーシチ効果が得られ、アンテナ相互間の距離を図５の従来の場合の倍の１０〜５０ｍとすることが可能になった。
また、図１のアンテナ構成によって有効なダイバーシチ効果を得るためには、遅延手段５−１及び５−２で与えられる遅延時間は、１chip（２６０ｎｓ）以上の時間差があれば一応充分である。

しかし、建物の構造によって各アンテナまでの距離が異なり、それに伴って各アンテナまでの配線による遅延が生じるので、本願の発明者等は既存の様々な建物の屋内に適用される屋内移動体通信システムのアンテナと基地局間の配線の長さを調査した結果、有効なダイバーシチ効果が得られる遅延量として所定の遅延量（例えば、１μｓ）があることが確認できた。
このように所定の遅延量（例えば、１μｓ）を適用することによって、建物毎に設計時に挿入遅延量の計算をする必要が無くなる。
なお、この遅延量１μｓは、光ファイバーでは２００ｍの長さで得られる。
また、この光ファイバーによる遅延要素と信号伝送用の光ファイバーとを一体の遅延用光ファイバーユニットとして形成することによって、より扱い易いものになる。

遅延要素としては、上記の光ファイバーによる遅延以外に、下記の手段によっても実現できる。
・ＲＦ（無線周波数）ーＳＡＷ（表面弾性波）フィルター遅延
・ＩＦ（中間周波数帯）ーＳＡＷ（表面弾性波）フィルター遅延
・デジタルＢＢ（ベースバンド）ーＲＡＭ遅延

本発明の第２の実施の形態を図２を用いて説明する。
図２では、建物（Ｂ）の屋内のフロアＢ１及びＢｎに対して、当該フロア内に存在する複数の移動体端末６の相互間又は建物外へのＣＤＭＡ方式による通信のために図１と同様に屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置を示している。

図２において、基地局装置１は電気ー光変換手段を備えた光伝送装置（親機）２と電気回線を介して接続されている。
前記光伝送装置２の出力は光ー電気変換手段を備えた光伝送装置（子機）３−１〜３−３に対して１本の光ファイバー７によって直列に接続されると共に、光伝送装置２の出力は光ー電気変換手段を備えた光伝送装置（子機）３−４〜３−５に対して１本の光ファイバー７によって直列に接続されている。
そして、光伝送装置（子機）は、フロアＢ１及びＢｎにそれぞれゾーンＺ−１〜Ｚ−５を形成する屋内アンテナ４−１〜４−５に接続されている。
この複数のゾーン構成によって屋内の複数の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される。

この第２の実施の態様では、光ファイバー７が各フロアで１本で済ませているが、遅延要素は、光伝送装置（子機）間に挿入される点で第１の実施の形態と異なっている。
図２のアンテナ配置構成の場合でも、図１の第1の実施の形態と同様に移動体端末６に対して有効なダイバーシチ効果が得られ、アンテナ相互間の距離を図５の従来の場合の倍の１０〜５０ｍとすることが可能である。
また、図２のアンテナ構成の場合も、有効なダイバーシチ効果を得るためには、遅延手段５−１、５−２及び５−３で与えられる遅延時間は、１chip（２６０ｎｓ）以上の時間差があれば一応充分である。

本発明の第３の実施の形態を図３を用いて説明する。
図３では、建物（Ｂ）の屋内のフロアＢ１及びＢｎに対して、当該フロア内に存在する複数の移動体端末６の相互間又は建物外へのＣＤＭＡ方式による通信のために図１と同様に屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置を示している。

図３において、基地局装置１はフロア毎に設けられた電気ー光変換手段２ａ−１及び２ａ−２と光伝送装置（親機）２と電気回線を介して接続されている。
前記電気ー光変換手段２ａ−１及び２ａ−２は、光ー電気変換手段を備えた光伝送装置（子機）３−１〜３−５にそれぞれＬＡＮケーブル８を介して接続されている。
光伝送装置（子機）は、フロアＢ１及びＢｎにそれぞれゾーンＺ−１〜Ｚ−５を形成する屋内アンテナ４−１〜４−５に接続されている。
この複数のゾーン構成によって屋内の複数の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される。

このゾーン構成によって、複数の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される点では、図５の従来のシステムと同様であるが、この第３の実施の態様では、アンテナ４−２及びアンテナ４−４に対応した光伝送装置（子機）３−２及び３−４の回路に遅延要素（遅延手段）が挿入されて、隣接するアンテナ相互に遅延が与えられる構成となっている点で相違している。

図３のアンテナ配置構成でも、移動体端末６に対して有効なダイバーシチ効果が得られ、アンテナ相互間の距離を図５の従来の場合の倍の１０〜５０ｍとすることが可能である。
また、図１のアンテナ構成によって有効なダイバーシチ効果を得るためには、遅延手段５−１及び５−２で与えられる遅延時間は、１chip（２６０ｎｓ）以上の時間差があれば一応充分である。

本発明の第４の実施の形態を図４を用いて説明する。
図４では、建物（Ｂ）の屋内のフロアＢ１及びＢｎに対して、当該フロア内に存在する複数の移動体端末６の相互間又は建物外へのＣＤＭＡ方式方式による通信のために図１と同様に屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置を示している。

図４において、基地局装置１は、フロアＢ１〜ＢｎにゾーンＺ−１〜Ｚ−５を形成する屋内アンテナ４−１〜４−５に同軸ケーブルによって電気的に接続されている。
この第４の実施の形態では、ゾーンを形成するアンテナの内の隣接するアンテナには遅延要素５が挿入される接続になっている。
そして、複数のゾーン構成によって屋内の複数の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される。

なお、図４の第4の実施の形態では、基地局装置（ＢＴＳ）は増幅器（ブースター）の機能を備えていて、屋外アンテナ１１を介して、建物外の通信回線に無線で接続されるようになっているが、有線で建物外の通信回線に接続されても良い。
この図４のゾーン構成でも、複数の複数の移動体端末６の相互間又は建物外への通信が実行される点では、図１〜３のシステムと同様であるが、この第４の実施の態様では、フロアに関係なく１個の遅延要素で済ませると共に、光ファイバーを使用しない点で図１〜３のシステムとは相違している。

図４のアンテナ配置構成でも、移動体端末６に対して有効なダイバーシチ効果が得られ、アンテナ相互間の距離を図５の従来の場合の倍の１０〜５０ｍとすることが可能である。
また、図１のアンテナ構成によって有効なダイバーシチ効果を得るためには、遅延手段５−１及び５−２で与えられる遅延時間は、１chip（２６０ｎｓ）以上の時間差があれば一応充分である。

なお、上記第１〜４の実施の形態では、ＣＤＭＡ方式による移動体通信システムとして、
説明をしているが、本発明の屋内移動体通信システム及びそれに用いるアンテナ配置は、他の方式にも適用できることはいうまでもない。

請求項１〜１４に記載の発明によれば、熱雑音及び干渉雑音等の雑音レベルを低下（約３ｄＢ程度）させることができ、通信品質の向上が実現できるので、通信帯域の圧縮が可能になると共に、屋内にゾーン形成のために配置されるアンテナ数を少なく（例えば、約半分）することが可能になるので、産業上の利用可能性は極めて大きい。

本発明の第１の実施の形態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図である。 本発明の第４の実施の形態を示す図である。 従来の屋内移動体通信システムの構成を示す図である。 従来のＣＤＭＡ移動通信のダイバーシチアンテナの構成を示す図である。

符号の説明

１ 基地局装置（ＢＴＳ）
２ 光伝送装置（親機）
２ａ−１、２ａ−２ 光／電気変換装置
３−１〜３−９ 光伝送装置（子機）
４−１〜４−９ アンテナ
５、５−１、５−２ 遅延要素（遅延手段）
６ 移動体通信端末
７ 光ファイバー
８ ＬＡＮケーブル
９ 同軸ケーブル
１０−１，１０−２ 増幅装置
１１ 屋外アンテナ
Ｚ−１〜Ｚ−９ ゾーン

Claims (14)

1. 基地局に接続された複数の屋内アンテナにより屋内に複数のゾーンを形成して移動体送受信機相互間及び前記基地局を介した通信を実行する屋内移動体通信システムにおいて、
   前記基地局と前記屋内アンテナ間の通信に際して、前記屋内アンテナの内の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与えることを特徴とする屋内移動体通信システム。
2. 前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた複数の子機とを設け、
   前記分配親機と前記各子機間を光ファイバーで接続すると共に、前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の屋内移動体通信システム。
3. 前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた子機とを設け、
   前記分配親機とフロア毎の子機間を光ファイバーで直列に接続すると共に、前記フロア毎の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与える遅延手段を子機間に備えたことを特徴とする請求項１に記載の屋内移動体通信システム。
4. 前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えたフロア毎に分配する第１の分配親機と、前記第１の分配親機の出力を同一フロア内の各子機に分配する光ー電気変換手段を備えた第２の分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された複数の子機とを設け、
   前記第１の分配親機と第２の分配親機間を光ファイバーで接続し、前記第２の分配親機とフロア毎の各子機間は電気回線で接続すると共に、
   前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の屋内移動体通信システム。
5. 前記電気回線は、ＬＡＮケーブルで形成されることを特徴とする請求項４に記載の屋内移動体通信システム。
6. 前記基地局に接続され、２分配された分配親機の分配出力の一方を、増幅手段を介して隣接する前記屋内アンテナの一方に電気的に接続すると共に、
   分配出力の他方を、増幅手段及び遅延手段を介して前記一方のアンテナに隣接する前記屋内アンテナの他方に電気回線で接続する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の屋内移動体通信システム。
7. 前記電気回線は、同軸ケーブルで形成されることを特徴とする請求項６に記載の屋内移動体通信システム。
8. 前記遅延手段は、光ファイバーで形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の屋内移動体通信システム。
9. 前記通信は、ＣＤＭＡ方式で実行されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の屋内移動体通信システム。
10. 前記基地局から屋外アンテナを介して他の基地局との間で通信が実行されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の屋内移動体通信システム。
11. 基地局に接続された複数の屋内アンテナを配置して、屋内に複数のゾーンを形成して移動体送受信機相互間及び前記基地局を介した通信を実行する屋内移動体通信システム用アンテナ配置であって、
    前記屋内アンテナの内の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与えることを特徴とする屋内移動体通信システム用アンテナ配置。
12. 前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた複数の子機とを設け、
    前記分配親機と前記各子機間を光ファイバーで接続すると共に、前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の屋内移動体通信システム用アンテナ配置。
13. 前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えた分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された光ー電気変換手段を備えた子機とを設け、
    前記分配親機とフロア毎の子機間を光ファイバーで直列に接続すると共に、前記フロア毎の隣接する屋内アンテナ間では異なった遅延量を与える遅延手段を子機間に備えたことを特徴とする請求項１１に記載の屋内移動体通信システム用アンテナ配置。
14. 前記基地局に接続された電気ー光変換手段を備えたフロア毎に分配する第１の分配親機と、前記第１の分配親機の出力をフロア内の各子機に分配する光ー電気変換手段を備えた第２の分配親機と、前記各屋内アンテナに接続された複数の子機とを設け、
    前記第１の分配親機と第２の分配親機間を光ファイバーで接続し、前記第２の分配親機とフロア毎の各子機間は電気回線で接続すると共に、
    前記隣接する屋内アンテナ間で異なった遅延量を与える少なくとも１個の遅延手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の屋内移動体通信システム用アンテナ配置。