JP2008522524A - セル方式無線通信の区分化 - Google Patents
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Abstract
セル方式無線通信のためのアンテナ設備(70)は、矩形サポート48のそれぞれの面に取り付けられたANT1A,ANT1B,ANT2,及びANT3を備え、4つのアンテナ有効範囲であるセクター1A及び1Bとセクター2及び3とを向上させている。分配器/結合器ユニット(SCU)は、ベースステーション(42)から3つの信号(1、2、及び3)を受信し、信号1を同じ電力の2つの信号1Aと1Bとに分離する。信号1A,1B,2及び3は、アンテナANT1A,ANT1B,ANT2、及びANT3にそれぞれ接続される。同じ送信信号を搬送する分離信号アンテナANT1A及びANT1Bは、互いに隣接せず、異なる信号に関連する他のセクターによってお互いから分離されている。それゆえ、十分に重なり合わずに著しく通信に影響を与える。これにより、そこでは部分的に獲得不可能になっている信号を導くアンテナ有効範囲領域における信号妨害領域の生成を予防する。
【選択図】図3
【選択図】図3
Description
本発明は、セル方式無線通信の区分化に関し、すなわち、送信/受信セクターを用いるセル方式無線通信アンテナの作動装置及び作動方法に関する。
セル方式携帯無線通信(携帯電話としてよく知られている)の利用は拡大を続けており、そこには、追加のアンテナ容量を順次要求するユーザへのデータレート(トラフィック・スループット)増大に対する要求が存在する。しかしながら、これに反し、計画作成又は地域規制に責任のある権限機関は、新規のアンテナサイトの設立に対して、及び、既存のアンテナについてのアンテナ追加に対してさえも、徐々に抵抗を増してきている。その結果、セル方式携帯無線通信ネットワークは、有効範囲改善を、トラフィック・スループットを増大させる手段として利用しており、可能な場合は、環境において見た目の影響が低いアンテナ設備を使用してこれを実施している。トラフィック・スループットは、(a)帯域幅の増大、つまり、より多くのチャネルを追加することによって、(b)送信電力を増大させることによって、(c)アンテナビーム幅を減少させることによって、あるいは、(d)ノイズ電力を減少させることによって、増大させることができる。もちろん、帯域幅及び送信された有効放射電力(ERP)は、オペレータライセンス条件によって制限される。オペレータの選択は、水平及び垂直アンテナビーム幅、あるいはアンテナノイズ電力を減少させることである。ここで、ノイズ電力は、アンテナシステムによって提供される隣接の重なり合う領域(セル)との間を行き来する信号間の自己干渉によって生じる。また、アンテナビーム幅の減少によって、増大された送信無線周波数エネルギーを特定の地理領域へ方向付け、かつ、隣接セルからのノイズ電力を最小化することを可能にする。
典型的な先行技術におけるセル方式無線通信アンテナ設備は、アンテナ照準利得に関して利得が10dBダウンする地点で測定された場合に、各々が120度の水平ビーム幅を持つこととなる3つのセクターを有している。かかる3つのセクター配置は、周波数分割多重通信(FDM)システムにおける周波数再利用に対して要求される周波数の数を最小化する点で有利である。また、利用者の一様空間分割に対するトラフィック容量を増大させる六角格子を有している。オペレータは、かかるアンテナ設備の有効範囲の最適化に関し、次の3つの変量を有している。すなわち、(a)機械的にアンテナレドームの偏向を低下させること、あるいは(b)電気的にアンテナレドームの偏向を低下させること、そして、(c)各々のセクターに電力を供給すること、である。
もし、アンテナ設備がスループット増大を要求すると、更なるベースステーションの追加によって、これら3つのセクターを6つに増加させることができ、その場合、各々のアンテナは60度の水平ビーム幅を有することとなる。通常、これらは単一の三角形クロスセクション支持塔の上に取り付けられ、支持塔の各側面上のそれぞれのアンテナ対によって360度円弧を包囲するように指向されている。
Watanabeらによる米国特許第4,211,894号明細書には、全ての信号が全てのセクターに供給されるよう、ベースステーション信号を分離及び再結合する技術が開示されている。実際問題としては、隣接するセクター間で重なり合う空間範囲が常に存在することとなり、全てのセクターに全ての信号を供給すると、パターン干渉を生じさせ、かつ、重なり合う領域において信頼性の低い通信を結果として生じさせることとなる。
Schulzによる米国特許第6,611,511号明細書には、分離信号の1つを遅延させ、信号を再結合し、これらを単一のセクターに供給する分離ベースステーションが開示されている。これは、有効範囲ではなく通信の効率性を結果として向上させるものである。
また、米国特許第5,714,957号明細書には、送信信号を、非セクター化された配置においていくつかの重複したビームに分離する技術が開示されている。これにより、アンテナ有効範囲は、実際のセル位相幾何学により良好に適合するものとなったが、ビーム重複領域において信号干渉を引き起こし、トラフィック・スループットが改善されないという課題がある。
送信機信号の分離については、“Radio Network Planning And Optimisation For UMTS” Laiho, Wacker 及び Novosad共著、ISBN 0-471-48653-1 にも記載されている。この手法は、迅速なロールアウトを促進するが、有効範囲領域において信号干渉を発生させ、トラフィック・スループットを低下させる。
従来のアンテナ設備は、しばしば、提供すべき地域に対して良好に適合しない。この点について、通常、道路は、都市領域において直線状又はそれに近い形で、矩形グリッド上に敷設される。同様に、通常、鉄道及び河川は、5kmから15kmといった移動電話基地の伝搬距離のスケールで見れば、直線状又はそれに近い形である。また、ユーザ密度及び信頼性のある通信に対する要求は、輸送ハイウェイ上のほうがその周辺よりも一般的に高い。120度又は60度の幅のセクタービームに基づいた3又は6つのセクターアンテナ設備においては、(a)ユーザのライン又は矩形グリッドを包囲するよう最適化することができず、(b)角度のある支持なしに、矩形状建物の側面上にアンテナを取り付けることができない。さらに、相互セル干渉を最小化するためにセクターへの電力レベルを減少させると、他のセクターへ再割り当てすべき派生超過電力を許可することなしに容量をハンドリングする設備情報を減少させることとなる。かかる設備は、特に非一様な利用者空間分割を伴う場合の、あるいは、アンテナサポート配置構造がセル区分化要求に適合しない場合の有効範囲を最適化するための可変最適化パラメータをほとんど持っていない。
本発明の目的は、セル方式無線通信におけるアンテナ設備の代替形式を提供することである。
本発明は、ベースステーション信号を複数の分離信号に分離する手段と、この分離信号をそれぞれのアンテナに供給する手段とを備えた、セル方式無線通信のためのアンテナ設備を提供する。そして、これらのアンテナは、互いに十分隔離されたビームを有しており、通信性能において無視してよい影響を有する相互干渉を与える。
本発明は、いくつかの利点を与える。地理領域に対するアンテナ有効範囲と利用者密度に対する電力レベルの適合性とを改善するよう構成可能である。複数のオペレータによって共有されるアンテナに関し、また、送信及び受信ダイバーシティに関し、アンテナパン及びチルトの制御を適応させることができる。これらの改善は、ベーステーションの修正なしに、外形的に追加される計測装置によって達成することができる。
アンテナは、利得の異なる他のアンテナと共にアンテナアセンブリの中に組み込むことができる。これら全ては、同一のビーム幅を有してはいない。他のアンテナのうちの少なくとも1つは、1又は複数の他のアンテナビームと重なり合うビームを有している。
アンテナ設備は、他のアンテナに関連するアンテナの送信電力及び受信感度のうちの少なくとも1つを調整するための手段と、アンテナ電気パン及びチルトのうちの少なくとも1つを調整するための手段とを含む。分離信号を増幅するよう配置された電力増幅器と、受信信号を分離してこれらを別のベースステーションポートへ経路選択するためのフィルタリング手段とを備えることができる。
アンテナは、送信分極ダイバーシティに対して配置することができる。この設備は、フィルタリング手段といった結合手段、又はアンテナ共有目的のために複数のベースステーション送信信号を結合するためのハイブリッドカップリング手段を含むことができる。アンテナは4つのオペレータ間で共有することができ、設備を受信分極ダイバーシティに対して配置することができる。
アンテナは、隣接信号周波数を使用する複数のオペレータ間で共有することができ、この設備は、信号を非隣接周波数のグループに分離するための手段と、グループ化された信号を結合するための手段と、アンテナ共有を可能にするためにグループを結合するための手段とを有する。
この設備は、ダイバーシティ送信のため、及びオペレータ間で調整可能な電力分配のために配置可能である。アンテナ電気パン及びチルト、及び電力分配は、調整可能である。
別の面において、本発明は、ベースステーション信号を複数の分離信号に分離し、この分離信号を各アンテナに供給するセル方式無線通信アンテナ設備の実施方法を与える。また、これらのアンテナは、互いに十分隔離されて通信性能上無視できる影響を与える相互干渉を与えるビームを有している。
アンテナは、利得の異なる他のアンテナと共にアンテナアセンブリに組み込むことができる。このアンテナアセンブリ内の全アンテナは、同じビーム幅を有さない。他のアンテナの少なくとも1つは、1又は複数の他のアンテナビームと重なり合うビームを有することができる。
アンテナ設備は、他のアンテナに関連するアンテナの送信電力及び受信感度の少なくとも1つを調整するための手段と、アンテナ電気パン及びチルトのうちの少なくとも1つを調整するための手段とを含む。また、分離信号を増幅するために配置された電力増幅器と、受信信号を分離してこれを異なるベースステーションポートへ経路選択するためのフィルタリング手段とを含むことができる。
アンテナは、送信分極ダイバーシティのために配置される。設備は、フィルタリング手段といった結合手段、又はアンテナ共有目的のために複数のベースステーション送信信号を結合するための手段を含むことができる。アンテナは4つのオペレータ間で共有することができ、設備は受信分極ダイバーシティのために配置することができる。
アンテナは、隣接信号周波数を使用する複数のオペレータ間で共有することができ、この方法は、非隣接周波数を伴うグループに信号を分離すること、グループ化された信号を結合すること、及びアンテナ共有を可能にするようグループを結合することを含む。
この方法は、送信ダイバーシティを与え、オペレータ間の電力分配を調整することを含むことができる。アンテナ電気パン及びチルト、並びに電力分配を調整することを含む。
本発明をより完全に理解できるようにするために、例示目的に限定した方法で、添付図面を参照してその実施形態を以下に記載する。
図1を参照すると、従来の先行技術アンテナ設備10は、アンテナ14a、14b、14cをそれぞれ備えた3つのセクター12a、12b、12cを有している。各アンテナ14a、14b、14cは、アンテナ利得がアンテナ照準利得に関して10dBダウンとなっている各水平放射パターン16a、16b、16c上の点線(10dBダウンの点線)に対して測定された120度の水平ビーム幅を持っている。レドーム14a、14b、14cは、三角形断面の支持塔20の各垂直面上に取り付けられている。放射パターン16a、16b、16cは、それぞれアンテナ有効範囲パターンである。後述する本発明の実施形態によって与えられる有効範囲との比較のために、参照領域強さ境界22(鎖状ライン)を示す。フィーダ24a、24b、24cを介して、レドーム14a、14b、14cは、セクターごとに1又は複数のポートを持つベースステーションセクター26a、26b、26cの各々と通信する。
3つのセクターを有するこのような設備10は、周波数分割多重通信(FDM)システムにおける周波数再利用を要求される周波数の数を最小化するのに有益である。また、設備10は、一様な加入者の空間分配に対する通信容量を最大化する六角形セルを有している。
設備10のオペレータは、アンテナの有効範囲を最適化するための3つの変数を有している。つまり、オペレータのアンテナが通信を行う加入者領域、オペレータのアンテナレドームの機械的若しくは電気的ダウンチルト、あるいは、各セクター12a、12b、12cへの電力供給である。もし、アンテナ設備がスループットの増加を要求するならば、更なるベースステーションの追加と各々が60度の水平ビーム幅を伴った6つのアンテナの使用とによって、セクター数は6つに増加される。6つのアンテナは、三角形クロスセクション支持塔の垂直面上に対となって取り付けられ、60度の発散ビームを伴ったアンテナ対によって360度円弧がカバーされるよう向けられている。
もし、ベースステーションが、先行技術におけるように、全ベースステーション信号が全セクターに供給されるよう分離及び結合されると、干渉パターンは、調整セクター間の重畳領域28a、28b、28cにおける低信頼通信を生じさせる結果となる。
先行技術設備10は、以下に示すようないくつかの不都合がある。
1.120度又は60度のビーム幅を伴った3又は6つのセクター設備は、ユーザのライン又は矩形グリッドをカバーするよう最適化できない。
2.3又は6つのセクター設備は、矩形の建物の側面と同一平面上にアンテナを取り付けることができない。三角形支持塔は、建物の屋根に取り付ける必要がある。代替的には、3つのアンテナを建物の3つの側面に取り付けることができる。そして、これらのうちの2つは、120度セクター要求に適合するように3つ目のものから離れて角度付けがなされている。何れの場合においても、視覚的に貫入である。
3.相互セル干渉を最小化するためのセクターへの電力レベルの減少は、他のセクターへの再割り当てのための電力節約を与えることなしに、設備の情報容量を軽減させてしまう。
4.設備10に対して利用可能な最適化パラメータの数は、有効範囲を最適化するのに十分ではない。
1.120度又は60度のビーム幅を伴った3又は6つのセクター設備は、ユーザのライン又は矩形グリッドをカバーするよう最適化できない。
2.3又は6つのセクター設備は、矩形の建物の側面と同一平面上にアンテナを取り付けることができない。三角形支持塔は、建物の屋根に取り付ける必要がある。代替的には、3つのアンテナを建物の3つの側面に取り付けることができる。そして、これらのうちの2つは、120度セクター要求に適合するように3つ目のものから離れて角度付けがなされている。何れの場合においても、視覚的に貫入である。
3.相互セル干渉を最小化するためのセクターへの電力レベルの減少は、他のセクターへの再割り当てのための電力節約を与えることなしに、設備の情報容量を軽減させてしまう。
4.設備10に対して利用可能な最適化パラメータの数は、有効範囲を最適化するのに十分ではない。
図2を参照すると、本発明に係るアンテナ設備40は、Nセクターアンテナ構造46への接続のためのポート44aから44nを有するベースステーション42を含んでいる。ここで、図示したようにNは8であるが、1以上の何れの正整数であってもよい。アンテナ構造46は、各アンテナANT 1A、ANT 1B、ANT 2A、ANT 2B、ANT 3、ANT 4、ANT (N)A、及びANT (N)Bによって規定された、円形ビームパターン1A、1B、2A、2B、3、4、N(A)及びN(B)によって示されたアンテナセクターを有している。分離信号セクターN(A)及びN(B)を規定している鎖状ラインは、既に示したようにNが任意であることを示し、何れかの特定のアンテナ設備要求に従って選択可能である。数字1、2、又はN(N(A)及びN(B)の場合における括弧内)の後の文字A又はBは、同一の(分離)ベースステーション信号(後述する通りのもの)を受信するセクターを示し、これらの文字の欠如は非分離信号を受信するセクターを示す。アンテナANT 1A等は、建物又はアンテナ支持塔48の側面上にある。参照領域強さ境界50(鎖状ライン)は、信号分離を伴わない設備の有効範囲領域に対応することを示す。
ベースステーション42は、セクター1からNを有しており、各々は、アンテナセクター1A、1B、2A、2B、3、4、N(A)、及びN(B)ごとに1又は複数のポートを有している。ポートは、送信に対してはTXと,受信に対してはRXとラベル付けされている(不図示)。送信及び受信の両方に対しては、信号TX/RXを使用することが一般的である。また、プラスマイナス45度分極に対する分離ポートを有するアンテナを伴った分極ダイバーシティを実施することも一般的である。個々の分極に関連しているベースステーションポートは、TX(+)/RX(+)及びTX(−)/RX(−)とラベル付けすることができる。厳密に言えば、信号はアンテナ設備内、つまりアンテナによる送信前又は受信後に任意の分極を有するが、設備40内の信号について、及び分極された時の後述の実施形態について言及することは有益である。後で送信されるか又は早く受信されたときのアンテナにおける分極に関連するからである。本発明は、送信及び受信信号の両方に対する単一ポートを伴ったベースステーションに適用可能であり、そして、分離された送信及び受信ポートを伴ったベースステーションにも、適用可能である。
ベースステーションポートは、52のようなジャンパーリードを介してセクター分離及び結合ユニット(SCU)の各入力(不図示)に接続される。既存の設備10において、ベースステーション信号は各アンテナセクターを通過する。本発明に係る設備40においては、別の方法では各アンテナセクターへと渡る少なくとも1つの信号(図示されているのは3つ)は、SCUにより、1A及び1Bなどの各分離信号セクターへ渡る信号に分離される。分離されないベースステーション信号は、不変のSCUを通り抜ける。
SCUからの出力信号は、54などのジャンパーリードを介して、この環境における任意項目である有効範囲制御ユニット(CCU)の各入力(不図示)に接続されている。CCUは、以下の機能のうちの1又は複数を有することができる。
1.分離信号セクターに対する全電力が不変という制約内で、いずれの比率においても信号セクターを分離するための信号電力を分配すること(不完全コンポーネントから生じる1dBより少ない僅かな不可避の損失は無視する)。
2.分離信号セクターのパン及びチルト制御目的のために、2以上の信号経路間の既に分離された信号を分割すること。
3.アンテナセクター3及び4へ伝搬する非分離信号に対するパン及びチルト制御を適用すること。
1.分離信号セクターに対する全電力が不変という制約内で、いずれの比率においても信号セクターを分離するための信号電力を分配すること(不完全コンポーネントから生じる1dBより少ない僅かな不可避の損失は無視する)。
2.分離信号セクターのパン及びチルト制御目的のために、2以上の信号経路間の既に分離された信号を分割すること。
3.アンテナセクター3及び4へ伝搬する非分離信号に対するパン及びチルト制御を適用すること。
図示したように、CCUは、指示1AA、1AB、1BA、1BB等を有する左手カラム561を備えている。これらの指示は、CCUコラム561が、分離信号セクター1A及び1Bを信号1AA/1AB及び1BA/1BBの対にそれぞれ分離することを意図された分離信号であることを示す。
ベースステーション42とSCUとCCUとに関連する鎖状ライン58は、これらが、何れの特定のアンテナ設備要求に関しても選択可能な任意の数のアンテナセクター1A等に対して使用可能であることを示している。
アンテナ構造46は、同じベースステーションセクター(例えば、44a)から導かれる分離信号が、互いに調整されず、それゆえ著しくは重なり合わないアンテナセクターへ供給されるよう構成されており、これらの分離信号セクターは、同じ数字で識別された例においては対になっており、放射又はビームパターン1A/1B、2A/2B、N(A)/N(B)によって示されている。共通ベースステーションセクターからの分離信号の重なり合いの回避は、いくつかの領域においては獲得不可能な信号へと導くアンテナ有効範囲領域の信号干渉領域の生成を回避する。同じベースステーションセクターに関連する分離信号セクター(例えば、1A、1B)は、この例においては、少なくとも1つの他のアンテナセクターによって互いに分離される。例えば、分離信号セクター1A及び1Bは、セクター2A、N(B)、及び3によって互いに時計回りに分離され、セクターN(A)、2B、及び4によって反時計回りに分離される。360度の有効範囲が必要でないならば、2つの分離信号セクターしか備えていない設備においては、分離信号セクター1A及び1Bが他のセクターによって分離されることは重要ではない。実践的な目的の点では、実質的な重なり合いの欠如についての基準は、同じ信号を送信する分離信号アンテナが、互いに十分に隔離されており、重なり合いに依存するこれら信号間の何れの干渉も信号強さが十分に弱く、ユーザハンドセットとの通信上においては無視できるほどの影響であるということである。
既に述べた通り、SCU設備は、分離の第1レベルである。CCUは、選択的に、第2及び第3レベルの分離を実施することができ、図2においては第2レベルのみを示している。これらの分離レベルは、表1に示すようにラベル付けされたSCU及びCCU出力信号を発生する。
信号を完全に定義するために、分極及びTX又はRX関数を挿入語句に追加することができ、完全な信号ラベルが例えば1AAA−TX、1AAA−RX(+)、1AAA−RX(−)等として形成される。2つへの信号分離は図2に示したが、ベースステーション信号は、さらに多くの数に分離して2より多くの分離信号セクターを供給することができる。
設備40の利点は次の通りである。
1.アンテナセクター1A等は、設備40によって供される地理的領域の要求に対するアンテナ有効範囲の改善整合を可能にする何れの数の構成を有することもできる。
2.アンテナ有効範囲の改善は、ベースステーション42に外部的に追加された設備によって、修正することなしに得ることができる。
3.追加のハードウェアコストは、図1を参照して記述された先行技術設備に対する更なるベースステーション追加と比較して軽減可能である。
1.アンテナセクター1A等は、設備40によって供される地理的領域の要求に対するアンテナ有効範囲の改善整合を可能にする何れの数の構成を有することもできる。
2.アンテナ有効範囲の改善は、ベースステーション42に外部的に追加された設備によって、修正することなしに得ることができる。
3.追加のハードウェアコストは、図1を参照して記述された先行技術設備に対する更なるベースステーション追加と比較して軽減可能である。
記述の便宜上、本発明のいくつかの実施形態は、各ベースステーションポートが送信及び受信信号の両方に対して使用される形でここに記載されている。もしベースステーションが、分離された送信及び受信ポートを備えているならば、送信信号に対して使用される信号分離ハードウェアは、受信信号のために複製可能である。しかしながら、改善されたアップリンク搬送波対雑音比(CNR)は、分離セクターからの受信信号が結合されない場合に得られ、この利点は、ここで記述された実施形態の何れかにおいて得られる。記述の便宜上、及び、図面煩雑性の軽減のために、ここに記述されたいくつかの実施形態は、1つのアンテナ分極のみを有する。通例では、これらの実施形態は第2分極にも同じように適合する二重分極アンテナが使用される。1つの分極に対して使用されるハードウェアは、他の分極のために使用されるものの複製である。また、本発明の実施形態は、タワーマウントアンプ(TMA)及び関連フィルタを使用するアンテナと共に使用することができる。これらは、アンテナ支持塔の上に、あるいはマウントフラッシュ上に、あるいは、環境における視覚的影響の必然的な減少を伴った建物の側面上に全く目立たないように近接して取り付けられたセクターアンテナを好都合に使用することができる。
ここで述べられた全ての実施形態において、アンテナビーム幅は、アンテナ照準利得を10dB下回るところを示すビーム幅として規定されている。信号分離設備は、各関連ベースステーションと共に又は近くに位置して示されているので、アンテナパラメータ(アンテナ有効範囲の設定)は、アンテナマスト又は支持塔又はアンテナ自体にアクセスすることなしに好都合に設定できる。しかしながら、信号分離設備は、必要であれば、つまりアンテナパラメータが初期の取り付け後に調整を要求しないならば、アンテナと共通の位置に置くことができる。もし、そうでれば、ベースステーションとアンテナアセンブリとの間の信号給電線(signal feeders)の数を減少させることとなる。
次に、図3を参照すると、再度信号分離するために配置された本発明に係る第2アンテナ設備70が示されている。若干の要素が簡略化又は割愛されているが、図2を参照して記載された設備40と等価である。この記述は、相違点についての側面に集中している。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。
設備70は、4つのアンテナ有効範囲セクター1A,1B、2、及び3を与える4つのアンテナANT 1A、ANT 1B、ANT 2、及びANT 3を有している。アンテナANT 1A及びANT 1Bは60度のビーム幅を持った分離信号アンテナであり、他のアンテナANT 2及びANT 3は、120度のビーム幅を有している。これらのアンテナは、矩形建物又は支持塔48のそれぞれの側面上に取り付けられている。SCUは、ベースステーション42からの3つの信号1、2、及び3を受信する。分配器/結合器SC1を使用して、信号1を、信号1よりもそれぞれ3dB少ない電力を等しく有する2つの信号1Aと1Bとに分離する。分配器/結合器SC1は、出力信号に対する送信モードにおいては分配器として動作し、入力信号に対する受信モードにおいては結合器として動作する。信号1A、1B、2、及び3は、アンテナANT 1A、ANT 1B、ANT 2、及びANT 3にそれぞれ結合され、つまり、介在するCCUは存在しない。領域56における調整セクター間の重なり合いの程度が存在する。
アンテナビーム幅を120度から60度まで減少させると、セクター2及び3と比較して分離信号セクター1A及び1Bにおける照準利得は3dB増加する。正味の効果は、分離信号セクター1A及び1Bの最大フィールド強さがセクター2及び3の場合と同じであるということである。これは、典型的には0.3dBの取るに足らない非理想的な特性による分配器/結合器SC1における損失を無視する。
アンテナ設備70は、次の利点を有する。
1.セクター1A、1B、2、及び3は、アンテナ取り付けの幾何学的形状から矩形グリッド対称を有しており、もし対称であるならば、都市道路及び鉄道システムに好適に適合する。
2.分配器/結合器SC1、4つのアンテナ、及びそのフィーダの追加コストは、先行技術の3つのアンテナ設備10のコストに比べて低い。
3.アンテナ有効範囲の改善は、ベースステーション42に対する一切の修正を必要としない。
4.電気的及び機械的チルトの何れか一方又は両方は、アンテナ有効範囲の最適化に対する更なるオプションを与えるアンテナ1A及びアンテナ1Bのビームに独立に適用可能である。
5.分離信号セクター1A及び1Bは,調整セクター2及び3と同一の信号を搬送せず、それゆえ干渉パターンは、重複領域56においては生成されない。
6.分離信号アンテナ1A及び1Bは、アンテナの前後比の2倍(典型的には25dB)によって分離されたポート(不図示)を備えており、これは少なくも2倍の前後比の隔離を与え、これらのポートで計測したときこれらアンテナ間で典型的には50dBの隔離となる。したがって、これらのアンテナ間のカップリングは、同一の支持塔48上で近接して取り付けられたときでさえ無視できるものとなる。
7.アンテナ1A、1B、2、及び3は、建物又は支持塔48の各側面に対して傾斜角度を付けることを必要とされておらず、代わりに、四角い建物の側面上に平らに取り付けることができ、さらに、かかる建物と一体化して目立たないように取り付けることができる。
1.セクター1A、1B、2、及び3は、アンテナ取り付けの幾何学的形状から矩形グリッド対称を有しており、もし対称であるならば、都市道路及び鉄道システムに好適に適合する。
2.分配器/結合器SC1、4つのアンテナ、及びそのフィーダの追加コストは、先行技術の3つのアンテナ設備10のコストに比べて低い。
3.アンテナ有効範囲の改善は、ベースステーション42に対する一切の修正を必要としない。
4.電気的及び機械的チルトの何れか一方又は両方は、アンテナ有効範囲の最適化に対する更なるオプションを与えるアンテナ1A及びアンテナ1Bのビームに独立に適用可能である。
5.分離信号セクター1A及び1Bは,調整セクター2及び3と同一の信号を搬送せず、それゆえ干渉パターンは、重複領域56においては生成されない。
6.分離信号アンテナ1A及び1Bは、アンテナの前後比の2倍(典型的には25dB)によって分離されたポート(不図示)を備えており、これは少なくも2倍の前後比の隔離を与え、これらのポートで計測したときこれらアンテナ間で典型的には50dBの隔離となる。したがって、これらのアンテナ間のカップリングは、同一の支持塔48上で近接して取り付けられたときでさえ無視できるものとなる。
7.アンテナ1A、1B、2、及び3は、建物又は支持塔48の各側面に対して傾斜角度を付けることを必要とされておらず、代わりに、四角い建物の側面上に平らに取り付けることができ、さらに、かかる建物と一体化して目立たないように取り付けることができる。
次に、図4を参照すると、再度の信号分離に対して配置されており、しかしながら、ユーザの非一様な分配もカバーしている本発明に係る第3のアンテナ設備80が図示されている。若干の要素が修正されてはいるが、図3で参照した設備70と等価である。その記述は、相違点の側面について集中される。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。
設備80は、4つのアンテナ有効範囲セクター1、2、3A,及び3Bを与える4つのアンテナANT 1、ANT 2、ANT 3A、及びANT 3Bを備えている。先の実施形態とは反対に、今度は60度のビーム幅を持ったアンテナANT 1及びANT 2と、120度のビーム幅を持った分離信号アンテナANT 3A及びANT 3Bとなっている。前と同様に、SCUは、ベースステーション42からの3つの信号1、2、及び3を受信する。しかしながら、ここでは、分配器/結合器SC1は、信号1のものではなく、ベースステーション42からの信号3の経路に位置付けられており、この信号3を、信号1よりも3dB低い等しい電力レベルの2つの信号3Aと3Bとに分離する。この信号1、2、3A、及び3Bは、アンテナANT 1、ANT 2、ANT 3A、及びANT 3Bにそれぞれ接続される。
アンテナビーム幅を120度から60度まで減少させると、セクター1及び2における照準利得において3dBの増加が与えられる。分離信号セクター3A及び3Bは、分配器SC1による3dB低い送信電力を有しており、さらに、受信信号に対して3dB低い感度は、分配器SC1における非同期受信信号のベクトル結合によるものである。これらの電力パラメータは、セクターアンテナの水平放射パターンと参照領域強さ境界50との間の相違を示す双方向矢印82によって示されている。正味の効果は、分離セクター3A及び3Bの最大フィールド強さがセクター1及び2における場合よりも6dB低いということであり、分配器/結合器SC1における損失が無視されるということである。その結果、セクター1及び2は、分離信号セクター3A及び3Bと比較して、そして、先行技術の120度ビーム幅アンテナと比較しても、増大した有効範囲を有することとなる。それゆえ、有効範囲は、アンテナビーム幅の適切な選択によって最適化される。
次に、図5を参照すると、信号分離に対して配置され、加入者の非一様な分配を再度カバーしているが、等しいビーム幅を持ったアンテナを使用している本発明に係る第4のアンテナ設備100が図示されている。これは、4つのアンテナANT 1A、ANT 1B、ANT 2及びANT 3の全てが90度のビーム幅を有しているという唯一の例外を除いて、図3を参照して記載された設備70と等価である。その記述は、相違点の側面に集中される。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。等しいビーム幅のアンテナを使用することの効果は、セクター2及び3と比較して分離信号セクター1A及び1Bに供給される電力においては3dBの相違が存在するが、4つ全てのアンテナANT 1A等は、同じ照準利得を有するということである。この電力3dBの相違は、参照領域強さ境界50に関する水平放射パターン84及び86における+1.25dB及び−1.75dBの隔離を示す矢印82によって示されている。
次に、図6を参照すると、送信機ダウンリンク電力分配及び受信と受信機感度とに対する制御を与えるための既述のSCUの一部に対する変形110が示されている。変形110は、電力分配モジュールと呼ばれる。分配器/結合器SC1は、同じ電力の2つの信号への分離を実施し、180度ハイブリッドカプラの第1の入力Haへ接続された第1の出力SC1xを備えて、第1の送信/受信デュプレックスフィルタF1dに接続された第2の出力SC1yを備えている。このフィルタF1dは、送信時間及び受信時間遅延デバイスT1及びT2にそれぞれ接続された、送信出力F1dtと受信入力F1diとを有している。第2の送信/受信デュプレックスフィルタF2dは、時間遅延デバイスT1及びT2にそれぞれ接続された、送信入力F2dtと受信出力F2diとを有しており、かつ、カプラHの第2の入力Hbに接続された単一入/出力線Lioを有している。カプラHは、分離信号セクター1A及び1Bへ送信信号を供給し、分離信号セクター1A及び1Bから受信信号を取得する、総和出力及び差異出力S及びDを有している。その入力Ha及びHb上の信号のベクトル総和及びベクトル差異であるS及びDにおいて、送信信号出力を与える。
もし、分配器/結合器SC1から入力Ha及びHbへ到達する送信信号と、第1の送信/受信デュプレックスフィルタF1dとの間の位相差異がゼロであるならば、Sにおけるカプラ総計は最大となり、Dにおける差異出力はゼロとなる。これらの送信信号間の位相シフトが増加すると、総出力電力は低下し、差異出力電力は増加する。これらの送信信号の位相差異が180度であるとき、差異出力が最大である間の総出力はゼロとなる。その結果として、分離信号セクター1A及び1Bに供給される関連電力レベルはこの位相差異を変化させることによって可変となり、それは、送信時間遅延デバイスT1を使用することによって実施される。ハイブリッドカプラH、デュプレックスフィルタF1d及びF2d、及び分配器/結合器SC1は、逆にではあるが、受信モードにおいて同じ様に作動し、HaとHb(ここでは、ハイブリッドカプラ出力)における受信信号間の時間遅延は、受信時間遅延デバイスT2を使用して実施される。時間遅延デバイスT1及びT2は、送信及び受信デュプレックスフィルタF1d及びF2d間に接続されるので、これらを独立にセットして分離信号セクター1A及び1Bにおける関連送信電力と関連受信感度との両方を制御することができる。このデュプレックスフィルタF1d及びF2dは、省略することができ、もし送信電力と受信感度とを独立にセットする必要がないなら、T1及びT2の代わりに単一時間遅延デバイスを使用することができる。
次に、図7を参照すると、電力分配モジュール110が、第5のアンテナ設備120のSCUに組み込まれて図示されており、ここでは、60度のビーム幅を持った分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bと、120度のビーム幅を持ったセクターアンテナANT 2及びANT 3とを備えている。設備120は、他の点では図5を参照して記載した設備100と等価であり詳細には説明しない。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。
分離信号アンテナANT 1Aに供給される送信電力は、モジュール110における送信時間遅延デバイスT1を変化させることによって、分離信号アンテナANT 1Bに供給される送信電力に関して調節可能であるが、これらのアンテナに対する総送信電力は一定である。同様に、受信感度は、送信時間遅延デバイスT2を変化させることによって調節可能である。その結果、より大きな地理的領域か、あるいは、より大きな通信トラフィック要求の何れかを有する分離信号セクター1A又は1Bは、他の分離信号セクター1B又は1Aよりも高い電力又は感度を伴って設定することができる。これにより、セクター有効範囲を最適化するための更なる自由度をもたらし、電気的及び機械的アンテナチルトを変化させるための確固たる技術を付け加えることができる。
次に、図8を参照すると、第6のアンテナ設備140が、既に記述されたものと等価な部分は同じ参照となって示されている。設備140は、図示したような60度の狭いビーム幅(代替的には、30度のもの)を備えた分離信号アンテナANT 1A、ANT 1B、及びアンテナANT 2と、全方位性の有効範囲を伴ったセクターアンテナANT 3とを有している。その結果、分離信号セクター1A、1Bとセクター2との間には重なり合いは存在しないが、分離信号セクター1A、1Bとセクター2とは、セクター3上に載置又は重畳される。設備120は、他の点では図5を参照して記載した設備100と等価であり詳細には説明しない。設備140は、分離信号セクター1A、1B、及びセクター2によってカバーされる「T」トポロジを有し、全方位性アンテナ3によってカバーされる局所領域都市化及びトラフィックと結合される、道路又は線路の交差に対して適している。
図9に、設備140の変形バージョン140’を示す。ここでは、追加の分配器/結合器SC2が導入されて第2のベースステーション信号2を信号2A及び2Bに分離し、信号2A及び信号2Bをそれぞれ受信する分離信号アンテナANT 2A及びANT 2BによってセクターアンテナANT 2が置き換えられている。設備140’は、局所領域に供するアンテナANT 3と、矩形グリッド上に設計された道路又は線路システムに供する分離信号セクター1A、1B、2A及び2Bを使用するのに適している。分離信号アンテナANT 1A、ANT 1B、ANT 2A、及びANT 2Bは、狭いビーム幅、つまり高利得を有しており、実質的に道路システムに対する有効範囲を限定している。設備140’は、他の点では設備140と等価であり詳細には述べない。
次に、図10を参照すると、設備バージョン140’の更なる改良バージョン140”が示されている。この改良バージョン140”においては、分離信号アンテナANT 1A、ANT 1B、ANT 2A、及びANT 2Bによって与えられる有効範囲は、全方向アンテナANT 3の有効範囲の外へ顕著に向けられている。この効果は、ANT 1A、ANT 1B、ANT 2A、及びANT 2Bに対する狭い水平及び垂直幅のアンテナを使用し、アンテナチルトを適切に制御することによって得られる。改良バージョン140”は、他の点ではバージョン140’と等価である。
図11に、図2に関して記載されたCCUにおける分離信号セクターのアンテナパン又はアンテナチルトの何れか一方又はその両方の実施のための、分離及び遅延モジュール150を示す。入力152上の信号1Aは、分配器/結合器SC3によって等しく増幅された2つの信号1AA及び1ABに分離される。そして、これらの信号の1つである1ABは、可変遅延デバイスT3によって他方に対して遅延し、あるいは位相シフトされ、そして、両信号はアンテナ分離信号セクター1A(不図示)に出力される。同様のモジュール150は、図2において他のアンテナのために使用される。
次に、図12を参照すると、本発明の更なるアンテナ設備160が示されており、アンテナチルト、つまり垂直に関するアンテナビーム傾角を設定の実施のための分離及び遅延モジュール150が組み込まれている。既に記載されたものの等価な部分は、同じ参照となっている。設備160は、分配器/結合器SC1からの信号1A及び1B出力が、これらの対が各々の分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bに供給される前に、各々の分離及び遅延モジュール150によって、位相シフト信号対1AA/1AB及び1BA/1BBに互いに更に分離されるという唯一の例外を除けば、図3に関して記載された設備70と等価である。便宜上、図2とは異なり、分離及び遅延モジュール150はSCUに内蔵される。アンテナANT 1AとANT 1Bの各々は、今や2つのポートを有する種類のものであり、電気チルトの角度はそのポートに適用される信号間の位相差によって設定することができる。これは、分離信号セクター1A及び1Bにおいて遠隔的・独立的に調整可能な電気チルトを実施する。公開された国際特許出願番号WO 03/036756には、2つのアンテナ入力間の位相差によって遠隔的に調整可能な電気チルトの角度について開示されている。
設備160によって、分離信号セクターによって与えられた有効範囲を最適化することができる。もし、1つの分離信号セクターだけが遠隔的に調整可能な電気チルトを要求するならば、分離及び遅延モジュール150のうちの1つは省略されることとなる。
次に、図13には、本発明の更なるアンテナ設備170が示されており、アンテナパン、つまり水平面におけるアンテナビーム動作の実施のための分離及び遅延モジュール150が組み込まれている。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。設備170は、信号対1AA/1AB及び1BA/1BBを受信する分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bが、2つのポートと、これらのポートに適用される信号間の位相差によって設定可能な電気パンの角度とを有する種類のものであるという唯一の例外を除けば、設備160と等価である。これにより、点線円172及び双方向矢印174の隣接対によって示された位置間で、分離信号セクター1A及び1Bをパンさせることができる。アンテナANT 1A及びANT 1Bは、2又はそれ以上の垂直アンテナ要素スタックを有しており、その各々は、フェーズドアレイアンテナアセンブリである。アンテナビームは、関係位相を垂直スタックへ適応させることによってパンすることができる。設備170によって、一様でないユーザの地理的分布を調節するようアンテナ有効範囲を適応させることができる。例えば、このことは、主要高速道路の直線部分よりもカーブ部分において発生する。
図14に、分離信号セクターに対する改善されたアップリンク受信搬送波対雑音比(CNR)を与える本発明に係るアンテナ設備180を示す。これは、改善されたSCUを伴った、図3に関して記載された設備70と等価である。この記載では相違部分に集中させることとする。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。
ベースステーション42は、分離信号セクター1A及び1Bに共通の送信ポート182aを有しているが、これらのセクターに対して別々の受信ポート182b及び182cを有している。セクター2及び3に対する送信/受信ポート44b及び44cについては既に述べた通りである。
SCUは、第1及び第2のデュプレックスフィルタFL1及びFL2を有しており、これらは、ベースステーション182a、182b、及び182cとの間を行き来する信号を分離する。送信ポート182aからの送信信号は、分配器/結合器SC1によって、第1及び第2デュプレックスフィルタFL1及びFL2の送信チャネルTXへ通過する2つの信号に分離され、そこから分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bにそれぞれ分離される。これらのアンテナから復帰する受信信号は、これらフィルタの受信チャネルRXへ通過し、そこからベースステーション受信ポート182b及び182cへそれぞれ通過する。
先の実施形態においては、分離信号セクター1A及び1Bからの受信信号は、単一ベースステーションポート44aに接続する前に、分配器/結合器SC1によって接続されている。これらセクターからの受信信号は非同期のものであり、つまりこれらは振幅又は位相の何れにおいても一致せず、したがって分配器/結合器SC1には、3dBベクトル結合損失が存在する。ここで、これらの受信信号は、分配器/結合器SC1をバイパスし、各々のベースステーション受信ポート182b及び182cに供給される。分離信号セクターに対する3dBベクトル結合損失は、この手段により回避される。さらに、セクター2及び3に対して使用された120度アンテナと反対に、分離信号セクター1A及び1Bに対する60度アンテナの使用は、既に述べた通り指向性利得における3dBの改善を与える。この3dBベクトル加算損失の回避と3dB指向性利得改善との組み合わせは、セクター1A及び1Bに対する総合アップリンク利得改善が6dBであるということを意味する。
セル方式設備においては、ベースステーションアンテナ設備の有効放射電力(ERP)に比べて加入者のハンドセットの低ERPに依存する不利益は、一般にアップリンクである。ERPは、送信電力とアンテナ指向性利得との積であって、何れの損失よりも少ない。このように、ハンドセットは、低送信電力と実質的な非指向性アンテナとの両方を有する点で二重の不利益を被っている。アップリンク指向性における6dBの改善は、このように、アップリンク通信性能とハンドセットバッテリ寿命とにおいて重要な改善となる。このことは、増大するアップリンク性能によってベースステーションがより広範な空間を構成可能とするところの郊外地域に利点をもたらす。図14に示した導入フィルタFL1及びFL2の改良は、本発明の何れの実施形態にも組み入れることができる。
次に、図15を参照すると、送信分極ダイバーシティを与える本発明に係るアンテナ設備200が示されている。これは、再度改良されたSCUを伴った、図3に関して記載された設備70と等価である。相違点についての側面に集中している。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。アンテナANT 1A及びANT 1Bの各々は、異なった分極信号入力に対する異なったポートを有する種類のものであると仮定する。
ベースステーション42は、202aから202fまでの6つのポートを有しており、これらのうちで、第1及び第2のポート202a及び202bは、分離信号セクター1A及び1Bに対して、それぞれ正(+)及び負(−)の分極送信信号を与える。これらの送信信号は、それぞれの分配器/結合器SC1、SC2によって、等しい電力信号にそれぞれ分配される。分配器SC1は、アンテナANT 1A及びANT 1Bの正の分極入力に対する信号を与え、その負の分極入力は、分配器SC2によって与えられた信号を受信する。マルチパス伝搬環境においては、送信ダイバーシティ(及び受信ダイバーシティ)が、有効範囲及び容量に更なる改善を与える。受信ダイバーシティについても同様に実施可能である。
図16に、分離信号セクターに対する増加電力を供給する本発明に係るアンテナ設備220を示す。これは、再度改良されたSCUを伴った、図14に関して記載された設備180と等価である。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。
設備180と220との間の相違は、電力増幅器PA1及びPA2が、分配器/結合器SC1からフィルタFL1及びFL2の送信チャネルへのそれぞれの送信信号経路に挿入されていることである。これら電力増幅器の導入は、受信信号がフィルタFL1及びFL2における送信信号から拡がることを要求し、そして、既に述べた通りのアップリンクの改善をもたらす。電力増幅器PA1及びPA2は、分離信号セクター1A及び1Bへの増加電力を伴った送信信号を供給し、これによって、これら分離信号セクターが次の何れをもカバーすることができるようになる。
1.電力増幅器はないが増加トラフィック・スループットを伴う設備180のような同一の地理的領域、あるいは、
2.トラフィック・スループットを維持している間の広範な地理的領域
1.電力増幅器はないが増加トラフィック・スループットを伴う設備180のような同一の地理的領域、あるいは、
2.トラフィック・スループットを維持している間の広範な地理的領域
また、分離信号セクター1A及び1Bにおける増加電力レベルは、関連アンテナANT 1A及びANT 1Bのビーム幅を減少させるオプションも導入し、有効範囲を更に改善する。設備220により、アップリンク及びダウンリンク双方の有効範囲及び容量が増大し、第2ベースステーションを不要のものとする。
次に、図17を参照すると、異なったベースステーションオペレータによって共有される送信ダイバーシティ及びアンテナを提供する本発明に係るアンテナ設備240が示されており、同時にまた、既に述べた通りの信号分配を提供している。2人のオペレータが隣り合った隣接周波数を使用しているのでなく、つまり周波数関数のような実質的に実現可能な減衰勾配を有する従来のフィルタによっては、分離することができないものと考えられる。設備240は、異なるオペレータ信号を結合し、同時に3dBの電力損失を誘導するハイブリッド結合器の使用を回避する。かかる結合器の使用は、先行技術の一般的な特徴である。
設備240は、12のポート、6つの送信ポート、及び6つの受信ポートを備えたベースステーション(不図示)と共に用いられる。この例においては、3人のオペレータによって使用されるものであるが、オペレータの数はこれよりずっと多くなり得る。各々のオペレータは、送信ポジティブ(+)及びネガティブ(−)分極信号に対する2つの各送信ポートと、かかる信号を別々に受信するための2つの各受信ポートとを有している。3オペレータ全てのポジティブ分極送信及び受信ポートは、第1結合フィルタCF1への接続242によってリンクされている。このフィルタは、ポジティブ分極送信帯域通過フィルタFTX1(+)、FTX2(+)、及びFTX3(+)を含んでおり、通過帯域を各オペレータ周波数上の中央部に備え、対応送信ポートに接続されている。また、単一ポジティブ分極受信帯域通過フィルタFRX(+)も含んでおり、通過帯域は十分に広く、3つ全てのオペレータ周波数を包含している。受信帯域通過フィルタFRX(+)は、各ベースステーションオペレータ受信ポートへ出力信号を供給する、ポジティブ分極3ウェイ分配器SP1(+)に接続されている。
ポジティブ分極送信及び受信帯域通過フィルタFTX1(+)、FTX2(+)、FTX3(+)、及びFRX(+)は、出力線244A(+)と244B(+)とを有する2ウェイ分配器SP2(+)に接続されている。これらの出力線は、2つの分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bのポジティブ分極ポートP1A+及びP1B+に接続されている。これらのアンテナ及び他の2つのものであるANT2及びANT3は、矩形サポートSRの側部にそれぞれ取り付けられている。
設備240は、ネガティブ分極についてのコンポーネント、すなわち送受信帯域通過フィルタFTX1(−)、FTX2(−)、FTX3(−)、及びFRX(−)を備えた第2結合フィルタCF2と等価であり、その最後のものは、ベースステーションオペレータ受信ポートへ信号を供給する3ウェイ分配器SP1(−)に接続されている。フィルタFTX1(−)、FTX2(−)、FTX3(−)、及びFRX(−)は、出力線244A(−)と244B(−)とを有する2ウェイ分配器SP2(−)に接続されている。これらの出力線は、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bのネガティブ分極ポートP1A−及びP1B−に接続されている。
設備240の動作は次の通りである。送信モードにおいて、ベースステーションからのポジティブ及びネガティブ分極信号が、送信帯域通過フィルタFTX1(+)等及びFTX1(−)等の各組を介して通過し、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bに対してポジティブ及びネガティブ分極入力を与える。送信帯域通過フィルタFTX1(+)等及びFTX1(−)等により、送受信信号のローパス結合が可能となり、また、ベースステーション1つのオペレータ送信機から他の同じような送信機へ通過する送信信号を抑制し、結果として、望まない相互変調(周波数ミキシング)製品からベースステーション受信機の非増感(de-sensitisation)を生じさせることとなる。
受信モードにおいては、ポジティブ及びネガティブ分極信号は、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bから通過し、ポジティブ分極信号は、可逆的に結合器としても動作する分配器SP2(+)によって結合される。同様に、これらアンテナからのネガティブ分極信号は、分配器SP2(−)によって結合される。ポジティブ及びネガティブ分極信号は、受信帯域通過フィルタFRX(+)及びFRX(−)によってフィルタされ、そして、SP1(+)とSP1(−)とにそれぞれ分離される。これにより、各オペレータに対するベースステーションへのポジティブ及びネガティブ分極受信信号が与えられる。ベースステーションの受信信号入力は選択的に受信され、オペレータが、それぞれ受信する3つの受信信号周波数から自身の信号周波数をフィルタすることを可能にする。設備240は、信号分離を例示するものであり、本発明に係る分離信号アンテナ技術は、アンテナが複数のオペレータによって共有される場合に利用することができる。
次に、図18を参照すると、2オペレータ共有アンテナを伴い隣接周波数を使用する、送信ダイバーシティ及び低損失結合用に配置された本発明に係るアンテナ設備260が示されている。ここで、隣接周波数は、互いに非常に近接したものであるので、周波数関数のような実現可能な減衰勾配を有する従来のフィルタによっては分離することができない。
設備260は、図17に関して記述されたものと等価であり、オペレータの数は2まで減少し、SCU(P)はハイブリッド分離及び結合ユニットHSCUによって置き換えられている。オペレータの数の減少は、説明の便宜のためであり、後述するように、より多くのオペレータを適応させることもできる。設備260の記述は、図17と比較して相違点に集中している。既述したものと等価な部分は、同じ参照となっている。
ベースステーション(不図示)からのポジティブ分極オペレータ信号は、HSCUにおける180度第1ハイブリッドカプラ(ハイブリッド)H1の入力In(1)とIn(2)とにそれぞれ供給されている。ここで、これらは互いに加算及び減算されて、出力Sa及びDaにてそれぞれ総和信号及び差分信号が供給される。第1ハイブリッドH1の総和出力Saは、アンテナANT 1Aのポジティブ分極ポートP1A+に接続され、該ハイブリッドの差分出力Daは、アンテナANT 1Bのポジティブ分極ポートP1B+に接続される。その結果として、ポートP1A+及びP1B+は、送信モードにおいてポジティブ分極入力信号を受信する。同様に、ネガティブ分極オペレータ信号は、ハイブリッドH2によって総和信号及び差分信号に形成され、ネガティブ分極ポートP1A−とP1B−とにそれぞれ供給される。ハイブリッドH1及びH2は可逆であるので、受信モードにおいては逆方向に同様に作動し、個々のオペレータ信号を供給する。
アップリンク方向においては、受信信号は、ハイブリッドH1及びH2による2つの経路への分離によって、3dBの損失を被る。この損失は、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1B、つまり120度に代わる60度ビーム幅の指向性における3dBの増加によって補填される。アップリンク動作における更なる改善は、図14に関して記載した技術を使用することによって得られる。設備260は、本発明に係る分離信号方法の補償利益を提供すると同時に、複数のオペレータからの信号を結合する。既に述べた実施形態によれば、オペレータ信号は隣接した周波数を有することができ、双方のオペレータは受信ダイバーシティと同様に送信ダイバーシティを使用することができる。
次に、図19を参照すると、4オペレータ共有アンテナを結合し、隣接周波数を使用する低損失信号用に配置された本発明に係るアンテナ設備280が示されている。設備280は、図18に関して記載されたものと等価であり、共有オペレータの数はOp.1からOp.4まで4に増加しており、これらの信号はフィルタ/分配器アセンブリ282を使用して結合又は分離される。これは、受信ダイバーシティを供給するが、送信ダイバーシティは供給しない。
フィルタ/分配器アセンブリ282は、4つの送信機/受信機フィルタユニット284aから284dを有しており、各々は個々のTXフィルタとRXフィルタとを含んでおり、さらに後者はそれぞれ2ウェイ分配器286a、286b、286c、又は286dに接続されている。Op.1からOp.4の各々は、ポジティブ又はネガティブ分極アンテナ送信信号、つまり図示したTX(+)又はTX(−)の何れか(両方ではない)に関連する単一送信ポート(不図示)を有している。また、各々のオペレータOp.1等は、ポジティブ及びネガティブ分極受信信号、つまりそれぞれ図示されたRX(+)及びRX(−)の受信のために、2つの受信ポート(不図示)を有している。
送信モードにおいて、第1及び第2オペレータOp.1及びOp.2からの送信信号は、284a及び284bにおいてそれぞれフィルタされたTXである。そして、これらは第1ハイブリッドH1によって結合され、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bのポジティブ分極ポートP1A+及びP1B+へ総和及び差分信号として供給される。同様に、これらのアンテナのネガティブ分極ポートP1A−及びP1B−は、284c及び284dにおいてフィルタリングして第2ハイブリッドH2によって結合した後、第3及び第4オペレータOp.3及びOp.4からの送信信号を受信する。
受信モードにおいて、ポジティブ分極アンテナポートP1A+及びP1B+からの受信信号は、第1ハイブリッドH1によって結合され、284a及び284bのRXフィルタリングに対する総和及び差分信号として通過する。同様に、ネガティブ分極アンテナポートP1A−及びP1B−からの混成受信信号は、第2ハイブリッドH2によって結合され、284c及び284dのRXフィルタリングに対する総和及び差分信号として通過する。この4つの結果混成受信信号の各々は、分配器286aから286dの各々において2つに分離される。第1分配器286aからの分離受信信号は、第1及び第4オペレータOp.1及びOp.4のRX(+)入力ポートへ通過する。第2分配器286bからの分離受信信号は、第2及び第3オペレータOp.2及びOp.3のRX(+)入力ポートへ通過する。第3分配器286cからの分離受信信号は、第2及び第3オペレータOp.2及びOp.3のRX(−)入力ポートへ通過する。第4分配器286dからの分離受信信号は、第1及び第4オペレータOp.1及びOp.4のRX(−)入力ポートへ通過する。
アップリンク方向において、受信信号は、ハイブリッドH1及びH2によって2つの経路に分離されて更に分配器286aから286dにおいて2ウェイに分離されることによって、6dBの損失を被る。これは、各々のオペレータが、受信信号の両方の分極にアクセスできるようにするためである。6dBの損失は、60度アンテナANT 1A及びANT 1Bの利得増大によって3dBの損失に軽減され、或は、もし30度アンテナが使用されれば除去される。代替的に、もしタワーマウントアンプ(TMA)がアンテナアセンブリ280に組み込まれているならば、120度アンテナの保持中は6dB分離損失の効果を除去することができる。さらに、もしTMAが、120度よりも狭いビーム幅の分離信号アンテナと共に使用される場合には、その後、指向性利得はより高くなり、設備280は指向性の向上に従ってアップリンクの改善を与える。
次に、図20を参照すると、5オペレータ共有アンテナを伴った低損失信号結合用に配置された本発明に係るアンテナ設備300が示されている。設備300のオペレータは、隣接周波数を有することができ、送信分極ダイバーシティ及び受信分極ダイバーシティの両方が与えられる。設備300は、図19に関して記載されたものと等価であり、共有オペレータの数は5まで増加しており、その周波数と共に1〜5まで参照される。オペレータ信号は、フィルタ/分配器アセンブリ302を使用して結合又は分離されるが、これは追加の信号及びダイバーシティに対処するために追加の送信フィルタTXを有するアセンブリ282の改良版である。既述したものと等価な部分は、同じ参照となっている。
本実施形態の目的のために、オペレータ周波数は、周波数1、2、3、4、及び5となっている。つまり周波数2が周波数1及び3と近接し、周波数3が周波数2及び4と近接し、そして周波数4が周波数3及び5と近接している。したがって、奇数番号の周波数1、3、及び5は第1の非隣接グループを形成し、偶数番号の周波数2及び4は第2の非隣接グループを形成する。
ベースステーション(不図示)は、304(+)及び304(−)に示したようなポジティブ及びネガティブ分極である2つの分極の各々に対して、5つの送信ポートTXと5つの受信ポートRXとを有している。これは、各オペレータに4つのポート、つまり各分極に対して送信ポートTX及び受信ポートRXを与える。フィルタ/分配器アセンブリ302は、2又は3の送信フィルタTXと共に受信フィルタRXを含む、4つの結合フィルタ306a〜306dを有している。送信モードにおいては、ポジティブ及びネガティブ分極を伴った送信信号の第1の非隣接周波数グループ(奇数周波数1、3、及び5)は、第1及び第3の結合フィルタ306a及び306cにそれぞれ供給される。同様に、ポジティブ及びネガティブ分極を伴った第2の非隣接周波数グループ(偶数周波数2及び4)は、第2及び第4結合フィルタ306a及び306cにそれぞれ供給される。これら10の全ての送信信号は、TX1等で帯域通過フィルタリングされ、各結合フィルタ306a、306b、306c、又は306dからの送信信号は、単一の個別のTXフィルタ出力線308a、308b、308c、又は308dに結合される。
第1及び第2のフィルタ出力線308a及び308b上のポジティブ分極送信信号は、第1のハイブリッドH1によって結合され、第3及び第4のフィルタ出力線308c及び308d上のネガティブ分極を伴ったものは、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bへの供給のために第2のハイブリッドH2によって結合される。他の点で、設備300は、2つの2ウェイ受信信号分配器286a及び286cが3ウェイ信号分配器310a及び310cによって置き換えられて4から5のオペレータへの増加を与えたとしても、図19に関連して記載された実施形態に関して既に述べたように作動する。オペレータの数は、更なる結合フィルタ306の追加によって増加させることができる。
図21に、調節可能な送信電力と受信感度(電力配布)とを供給する本発明に係るアンテナ設備320を示す。これは、図20に関して記載された設備300と等価であり、アセンブリ302の別形態であるフィルタ/分配器アセンブリ322を備え、図6に示された種類のハイブリッド、置換分配器、及びモジュールを取除くように改良されている。この記述は、相違点についての側面に集中している。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。
設備320と300との間の相違点は、設備320においては、オペレータからの全ての送信信号が単一の分極のものであり、かつ、それらが電力分配モジュール110a又は110b(オペレータOp.1及びOp.3)によって、或は等価電力2ウェイ分配器324c〜324e(オペレータOp.2、Op.4、及びOp.5)によって、A及びB信号に分離される点である。送信信号(奇数周波数1、3、及び5)の第1の非隣接周波数グループは、ここでは信号A及びBのサブグループを有しており、第1及び第3結合フィルタ306a及び306cにそれぞれ供給される。同様に、第2の非隣接周波数グループ(偶数周波数2及び4)は、ここでは信号A及びBのサブグループを有しており、第2及び第4結合フィルタ306a及び306cにそれぞれ供給される。これら全ての10の送信信号は、TX1等で帯域通過フィルタリングされ、そして各結合フィルタ306a、306b、306c、又は306dからの送信信号は、単一の個別のTXフィルタ出力線308a、308b、308c、又は308dに結合される。これらフィルタ出力は、既に分離され、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bに対する入力のために要求される時に結合されるので、ハイブリッド結合器は不要となる。他の点では、設備320は、図20を参照して記載された実施形態に関して既に述べられた通りに作動する。この実施形態は、電力分配、パン及びチルト、そして信号分離技術が、共有アンテナ設備に適用可能であることを示している。
次に、図22を参照すると、図3に関して記載された設備70と等価である本発明に係るアンテナ設備340が示されており、SCUがアンテナパン及びチルトを与えるよう改良されている。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。44aにおけるベースステーション出力信号は、分配器SC4によって分離されて等価な増幅信号1A及び1Bを与え、これらは、2つの分離及び遅延モジュール150A及び150Bへの入力として供給される。これらのモジュールは、信号1A及び1Bを信号1AA/1AB及び1BA/1BBの各対に分離し、分離信号アンテナANT 1A及びANT 1Bに対するパン信号を供給する。
信号対1AA/1AB及び1BA/1BBは、分離及び遅延モジュール150AA/150AB及び150BA/150BBの個々の連結対によって各々更に分離されて、8つのアンテナ入力信号1AAA、1AAB、1ABA、1ABB、150BAA、150BAB、150BBA、及び150BBBを与える。開始1Aについてのアンテナ入力信号は、分離信号アンテナANT 1Aに入力され、開始1Bについてのアンテナ入力信号は、分離信号アンテナANT 1Bに入力される。これらのアンテナはアンテナスタックとして実施される。モジュール対150AA/150AB等に対する入力対150iaa/150iabの一斉連結は、互いにチルトするために、アンテナANT 1A及びANT 1Bの各々における全てのスタックに対して与えられる。この実施形態により、分離信号セクター1A及び1Bの有効範囲をパン及びチルトの両方において独立かつ同時に制御可能となった。
図23に、本発明に係るアンテナ設備340が示されており、図21及び図22に関して記載した設備320及び340のものと等価な機能が組み込まれている。チルトのためのいくつかのアンテナと、調整可能な送信電力及び受信感度を与えるため他のものを備えるよう改良されたSCUを有している。既に記述されたものと等価な部分は、同じ参照となっている。
44a及び44bにおけるベースステーション信号は、個々のチルト及び遅延モジュール150a及び150bに供給される。モジュール150aは、第1のアンテナANT1への供給用にその信号をチルト信号1a及び1bに分離し、モジュール150bは、第2のアンテナANT2への供給用にその信号をチルト信号2a及び2bに分離する。このチルト信号2a及び2bは、代替的にパン信号として使用することもできる。
44cにおける第3のベースステーション送信信号は、電力分配モジュール1103に供給され、信号3A及び3Bに分離される。信号3A及び3Bは,分離信号アンテナANT 3A及びANT 3Bに対する入力信号となり、調整可能な送信電力及び受信感度を与える。
次に、図24を参照すると、異なった区分化要求を有する共有オペレータOp.1及びOp.2のための6セクター共有アンテナ設備400が示されている。オペレータOp.1は、2つのベースステーション42a及び42bを有し、各々は3セクターアンテナ設備に対するポートを備えており、各ポートはそれぞれのアンテナ結合ユニットACUに接続されている。オペレータOp.2は、3セクターアンテナ設備に対するポートを与える1つのベースステーション42cを有しており、そのポート信号の各々は、各分配器SPa、SPb、又はSPcによって2つの信号に分離される。これは、ベースステーション42cからの6つの信号の総和を与え、これらの信号の各々は、各アンテナ結合ユニットACUに接続されている。それゆえ、各アンテナ結合ユニットACUは、オペレータOp.1及びOp.2の各々から1つの信号を受信し、それぞれの共有アンテナ380a〜380fへの供給に対するこれらの信号を結合する。
図24は、4セクターアンテナ共有を提供するよう改良することが可能である。もしオペレータOp.1が、それぞれ2つの出力を提供する2つのベースステーション42a及び42bを有しており、かつ、オペレータOp.2出力の1つだけが2つの信号に分離されるとすれば、そこには各々のオペレータからの4つの信号と4アンテナ結合ユニットACUと4共有アンテナとが存在することとなる。
Claims (38)
- ベースステーション信号を複数の分離信号に分離するための手段と前記分離信号をそれぞれのアンテナに供給するための手段とを有するセル方式無線通信のためのアンテナ設備であって、
前記アンテナは、互いに十分に隔離されたビームを備えて通信性能上無視できる影響を与える相互干渉を有する
ことを特徴とするアンテナ設備。 - 前記アンテナは、利得の異なる他のアンテナとともにアンテナアセンブリに組み込まれた分離信号アンテナであることを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ設備。
- 前記アンテナの全てが同一のビーム幅を有するのではないことを特徴とする、請求項2に記載のアンテナ設備。
- 前記他のアンテナのうちの少なくとも1つが、1又は複数のセクター又は分離信号アンテナと重なり合うビームを有することを特徴とする、請求項2に記載のアンテナ設備。
- 送信された電力の少なくとも1つと、他のアンテナに関連するアンテナの受信感度とを調整するための手段を備えた請求項1に記載のアンテナ設備。
- アンテナ電気パン及びチルトのうちの少なくとも1つを調整するための手段を備えた請求項1に記載のアンテナ設備。
- 受信信号を分離し、かつ、これらを異なるベースステーションポートに経路決定するためのフィルタリング手段を備えた請求項1に記載のアンテナ設備。
- 請求項1に記載のアンテナ設備において、前記アンテナは、送信ダイバーシティのための配列がなされたことを特徴とするアンテナ設備。
- 分離信号を増幅するために配列された電力増幅器を備えた請求項1に記載のアンテナ設備。
- アンテナ共有目的のために複数のベースステーション送信信号を結合するための手段を備えた請求項1に記載のアンテナ設備。
- 送信分極ダイバーシティのために配列されたことを特徴とする請求項10に記載のアンテナ設備。
- 前記結合手段は、フィルタリング手段又はハイブリッドカップリング手段からなることを特徴とする請求項10に記載のアンテナ設備。
- 請求項1に記載のアンテナ設備において、前記アンテナは4つのオペレータ間で共有されていることを特徴とするアンテナ設備。
- 受信分極ダイバーシティのために配列されたことを特徴とする請求項13に記載のアンテナ設備。
- 請求項1に記載のアンテナ設備において、前記アンテナは、隣接の信号周波数を使用する複数のオペレータ間で共有され、
前記設備は、前記信号を非隣接の周波数を伴ったグループに分離するための手段と、グループ化された信号を結合するための手段と、前記グループを結合してアンテナ共有を可能にするための手段と
を有することを特徴とするアンテナ設備。 - 送信ダイバーシティのために配列された請求項15に記載のアンテナ設備。
- 電力配分をオペレータ間で調整可能なように配列された請求項15に記載のアンテナ設備。
- アンテナ電気パン及びチルトを調整可能なように配列された請求項1に記載のアンテナ設備。
- アンテナ電気チルト及び電力配分を調整可能なように配列された請求項1に記載のアンテナ設備。
- ベースステーション信号を複数の分離信号に分離し、前記分離信号をそれぞれのアンテナに供給する段階を有するセル方式無線通信アンテナ設備の操作方法であって、
前記アンテナは、互いに十分に隔離されたビームを備えて通信性能上無視できる影響を与える相互干渉を有する
ことを特徴とするアンテナ設備。 - 前記アンテナは、利得の異なる他のアンテナとともにアンテナアセンブリに組み込まれた分離信号アンテナであることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記アンテナの全てが同一のビーム幅を有するのではないことを特徴とする、請求項21に記載の方法。
- 前記他のアンテナのうちの少なくとも1つが、1又は複数のセクター又は分離信号アンテナと重なり合うビームを有することを特徴とする、請求項21に記載の方法。
- 送信された電力の少なくとも1つと、他のアンテナに関連するアンテナの受信感度とを調整する段階を備えた請求項20に記載の方法。
- アンテナ電気パン及びチルトのうちの少なくとも1つを調整する段階を備えた請求項20に記載の方法。
- 受信信号を分離し、かつ、これらを異なるベースステーションポートに経路決定するためのフィルタリング段階を備えた請求項20に記載の方法。
- 請求項20に記載の方法において、前記アンテナは、送信ダイバーシティのための配列がなされたことを特徴とする方法。
- 分離信号を増幅する段階を備えた請求項20に記載の方法。
- アンテナ共有目的のために複数のベースステーション送信信号を結合する段階を備えた請求項20に記載の方法。
- 送信分極ダイバーシティのために配列されたことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記結合段階は、フィルタリング段階又はハイブリッドカップリング段階からなることを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 請求項20に記載の方法において、前記アンテナは4つのオペレータ間で共有されていることを特徴とする方法。
- 受信分極ダイバーシティを用いることを特徴とする請求項32に記載の方法。
- 請求項20に記載の方法において、前記アンテナは、隣接の信号周波数を使用する複数のオペレータ間で共有され、
前記方法は、前記信号を非隣接の周波数を伴ったグループに分離する段階と、グループ化された信号を結合する段階と、前記グループを結合してアンテナ共有を可能にする段階と
を含むことを特徴とする方法。 - 送信ダイバーシティを用いることを特徴とする請求項34に記載の方法。
- 電力配分をオペレータ間で調整する段階を備えた請求項34に記載の方法。
- アンテナ電気パン及びチルトを調整する段階を備えた請求項20に記載の方法。
- アンテナ電気チルト及び電力配分を調整する段階を備えた請求項20に記載の方法。
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