JP3565563B2 - 低帯域幅インフラを通しての無線周波数信号の分散 - Google Patents

Description

背景−発明の分野
本発明は、無線周波数（RF）信号の分散に関し、特に低帯域幅インフラ（下部構造）を通してのRF信号を分散するための装置と方法に関する。
背景−従来技術の説明
無線通信の需要は、急上昇を続けている。無線周波数（RF）信号を分散するための高効率で低コストのシステムの必要性がこの成長の直接的な帰結である。RF信号の分散は、特にRFの放射を散乱または吸収する自然および人工的な多くの障害物のある領域において困難である。たとえば、RF分散の問題は、特に建造物の内部および周囲において深刻である。
現在の建造物内分散システムは、大きく分けて２つの部分から構成されている。その１つは、RF信号を建造物内で再送信するために必要なアンテナとその関連する付属品の１組である。他の１つは、ケーブル配線システム、たとえば、建造物内アンテナと主アンテナとの間を相互接続するために使用する光ファイバー・ネットワークである。主アンテナは、通常、建造物の屋上または外部のRF信号を容易に受信できる場所に設置する。RF信号を高い送信帯域幅のケーブルを通して供給する場合、主アンテナは、たとえば、地下のRFネットワークとの直接インタフェースに取り替え得る。
そのような建造物内分散ネットワークの設置および保守の費用は、非常に高い。この費用の大きな要素の１つは、ケーブル配線ネットワークである。さらに、建造物のさまざまな部屋、床、または突起部分間に新しいケーブルをはわせることは、通常、時間がかかり厄介である。このため、建造物内のRF分散システムに対して望まれる解決策は、最小の設置費用で特殊な（たとえば、光ファイバ・ネットワークにおいて必要とされるような）ツールを必要とせず、さらに建造物内での設置および動作中に必要以上の妨害のないことである。そのようなネットワークが普通の建造物内ケーブル・インフラ（infrastructure）でよければ、なおさら都合がよい。
そのような基準を満たす最も効果的な方法は、既存または標準的な建造物内ケーブル・インフラを使用することである。残念ながら、このアプローチには、いくつかの障害がある。大きな障害は、RF情報信号の送信に使用する周波数帯域に関する。小ゾーン式通信では、現在、約1GHzの搬送波周波数を利用している。たとえば、最新式のMobile Phone System（AMPS（移動電話システム））プロトコルは、824〜894MHzを使用し、GSMは、890〜960MHzの間で送信される。最近の法律では、PCSサービスをより高い周波数（たとえば、1.85〜1.99GHz）への移動を許可している。これと比較して、ローカル・エリア・ネットワーク（LAN）用の非遮蔽または遮蔽の撚り線対（UTPおよびSTP）のような標準的な建造物内ケーブル配線、電話線、マルチモードの光ファイバ・リンク、および電力ケーブルは、非常に低い送信帯域幅に限られている。たとえば、カテゴリ５（10base T）のUTPケーブルは、100m以下の距離において、帯域幅を約０〜100MHzに制限した信号損失とクロストーク特性を有している。これらのパラメータは、LANアプリケーションには十分であるが、遠隔のアンテナ・サイトとの小ゾーン方式およびPCSの信号のやり取りには明らかに不適当である。
このため、従来技術の解決策では、同軸ケーブルおよび光ファイバのような広帯域幅媒体を採用している。これらの媒体は、別々に設置する必要がある。さらに、前記のように特別に訓練された作業員を必要とする。
したがって、高周波RF信号を前記の標準的な低帯域幅のインフラで送信することが挑戦すべき事項である。この目的を達成する一般的な方法は、まずはじめに、RF信号の帯域幅をケーブルの帯域幅内にある中間周波数（IF）にダウン変換することである。そして、IF信号を建造物内にある標準的な低帯域幅ケーブルを通して供給する。遠隔のアンテナ・サイトでは、IF信号を元のRF信号に回復するためにアップ変換する。そして、回復したRF信号を遠隔アンテナによって再送信する。この解決策を図１に示し、詳細に説明する。
この解決策を実行するに当たって遭遇する主な問題は、局部発振器の安定性に関する。これらの発振器は、信号をダウン変換またはアップ変換するためにミキサーが必要とする基準信号を有する。適切に動作するようにするには、局部発振器は、選択された高いRF周波数（たとえば、800MHz）で安定なトーンを生成する必要がある。２つの発振器の周波数が少なくともRF信号のチャネル間隔内で整合されることが重要である。実際には、発振器は、RF信号帯域の周波数を維持するために互いに「ロック」されることが望ましい。この問題は、より高周波、たとえば、通信チャネルの相対幅が搬送波周波数に比較して小さい約2GHzを中心とするPCS帯域幅においてはさらに重要となる。
この問題に対する２つの解決策は、法外に高価であるが非常に安定な発振器（たとえば、100万分の１以下の安定性）を使用するか、中央部から発振器のトーンを分散することである。２番目の選択肢は実行不可能である。その理由は、検討下の媒体がそのようなシステムの実行に必要な帯域幅を持っていないためである。
安定な発振器トーンを分散する既存の解決策には制約がある。米国特許第5,046,135のHatcher氏は、ダウン変換段階でマーカー信号を追加して、局部発振器の固有の不安定性に起因する、受信機の周波数変換器の周波数の不安定性をなくす方法を示している。このマーカー信号は、IF信号と同様に歪ませられ、第２段階のダウン変換器がさらにダウン変換を行う前にマーカー信号と比較してこの歪みを計算する。
この解決策は複雑である。その理由は、変換プロセスを２段階に分け、さらに発振器の周波数と信号と共に、マーカー・トーンを必要とするためである。さらに、この解決策は、建造物内にある低帯域媒体と共に採用されることができない。実に、本発明の主たる目的は、たとえば、軌道を回っている衛星からの超高周波信号を徐々に確実にダウン変換することである。
Davidov et al氏は、米国特許第4,959,862において、ケーブル・テレビの送信（CATV）用光ファイバ・リンクでのFM変調副搬送波の送出について新規の手法を扱っている。従来のCATVシステムは、家庭ユーザヘアナログ・ビデオ・チャネルの送信のために残留側波体振幅変調（VSB−AM）を使用している。一方、周波数分割多重周波数変調（FDM−FM）された信号は、高ノイズ率と長距離送信が可能である。Davidov et al氏は、光ファイバを通して送信する前にVSB−AMチャネルからFDM−FMチャネルに変換する方法について述べている。送信後、FM信号は、家庭に送信する前にAM信号に戻される。4MHzの「グローバル基準」は、FM信号と一緒にAM信号に分散される。
Davidov et al氏は、変換段階の基準（「ロッキング」）に使用できるグローバル信号のアイディアを発表しているけれども、このアイディアは、当面の問題には適用できない。第１に、基準信号は、高周波であってFMからAM信号への変換目的のために遠隔アンテナ・サイトに分散される。基準信号は、制限があり、さらにRF信号を送信するための低帯域幅媒体をベースとするシステムでは使用できない。実際には、Davidov et al氏は、システムには広帯域幅の光ファイバを使用している事実を強調している。さらに、Davidov氏のシステム・アーキテクチャでは、グローバル基準を使用する必要はなく、ただ便利さのために使用されている。Davidov et al氏の中央発振器を使用するシステムの唯一のメリットは、発振器段階のノイズの低減である。
米国特許No.5,109,532のPetrovic et al氏は、無線通信リンクの送信機と受信機について説明している。このリンクは、注目している無線周波帯に送信したり、無線周波帯から送信される信号のアップ変換およびダウン変換を行う必要がある。アップ変換およびダウン変換に使用される周波数と位相には、費用が高くつき、性能についても問題がある。この問題は、送信前に無線周波パイロット・トーンをアップ変換信号に追加して解決できる。受信機の局部発振器は、RF信号とパイロット・トーンをダウン変換するために使用される。局部発振器の位相または周波数の歪みは、同様にRF信号とパイロット・トーンにも影響を与える。したがって、両信号は、位相と周波数の変動を打ち消すために使用できる。そうすると、Petrovic et al氏の米国特許の図2Cのようにクリーンな信号に回復する。この打ち消し方法が受信機の局部発振器の安定性の問題を解決する。
この開示は、本発明と同じような問題、つまり問題の解決方法は異なるが遠隔発振器の安定性を解決することを意図している。さらに、この方法は記述されておらず、この技術を低帯域幅媒体を通してどのように実現するかも記述されていない。その理由は、パイロット・トーンがRF周波であるためである。
低帯域幅インフラを通してRF信号を送信できるような発振器の適切な「ロッキング」システムの考案に加えて、さらなる未解決の問題もある。代表的なRF信号の分散システムでは、多重遠隔アンテナがアップ変換RF信号を再送信する。完全な有効範囲とするため、各アンテナの有効領域は、重なり合っている。したがって、ユーザは、複数の信号をたびたび多重アンテナから同時に受信する。これらのアンテナでアップ変換に使用される各発振器の周波数が正確に一致しない場合、ユーザは、２つの局部発振器の周波数の差のベース周波数帯トーンまたはビートを聞くことになる。
したがって、低帯域幅インフラを通してのRF信号の効果的で信頼性のある分散が未解決の問題として残っている。
発明の目的と利点
従来技術の欠点と利点を考慮して、本発明の目的は、低帯域幅インフラを通してRF信号を分散するためのシステムと方法を提供することである。特に、本発明の目的は、システムが建造物内の標準的なケーブル配線を通してRF信号を分散できるようにすることにある。
本発明のもう１つの目的は、システムを資源の使用において高効率に、設置と操作において簡単に、そして低価格にすることにある。
さらなる本発明のもう１つの目的は、ビート周波数を生成し、その悪影響を与え、リンクの品質を低下させるような発振器の不安定性を回避できる、建造物内のRF信号を分散するための方法およびシステムを提供することにある。
これらやその他の目的と利点は、明細書と添付図を検討すると、さらに明らかになめであろう。
発明の概要
本発明の目的は、RF帯域幅よりも低い送信帯域幅を有する低帯域幅媒体を通してRF帯域幅の無線周波数（RF）信号を送信する独特のシステムによって達成される。通常、低帯域幅媒体は、通常の建造物内インフラに属する標準的なケーブルである。RF帯域幅は、通常、小ゾーン式通信、コードレス電話、構内RF通信、衛星テレビ、双方向マルチメディア・ビデオ、高ビット速度のローカル・エリア・ネットワークなどに使用されるRF帯域幅のグループから選択できる。これらの状況では、RF帯域幅は、低帯域幅媒体の送信帯域幅よりも狭い。その低帯域幅媒体は、10base Tケーブル、電話線、光ファイバ・ケーブル、非遮蔽ケーブル、電力ケーブル、またはその他の低帯域幅ケーブルの標準的な建造物内インフラである。
本システムは、通常、RF信号を受信するための装置、つまり主アンテナまたはベース・ステーションを有する。グローバルな基準となる発振器、温度安定化水晶発振器のような好適な超安定発振器は、高安定性のグローバル規準のトーン、たとえば、低帯域幅媒体の送信帯域幅内の周波数において100万分の１以下の安定性を有する。好適な実施例では、グローバル基準発振器は、分散ハブ内の安全な場所に設置され、さらにグローバル基準トーンは、その発振器からシステム全体に送信される。
第１局部発振器の好適な電圧制御型発振器（VCO）は、グローバル基準トーンから抽出された調整信号によって制御される。第１調整信号の支援によって、第１局部発振器は、高安定性の第1RF信号基準トーンを生成する。主アンテナおよび第１局部発振器は、第１ミキサに接続される。したがって、第1RF基準トーンは、この第１ミキサに送信される。これらの２つの信号から、ミキサは中間周波（RF）信号を生成する。このIF信号は、低帯域幅媒体を通して送信される。このIF信号は、低帯域幅媒体の送信帯域幅内にある周波数を有する。
第２局部発振器は、たとえば、遠隔有効範囲内の遠隔地に設置される。この第２局部発振器は、第２調整信号によって制御され、グローバル基準トーンから抽出される。この方法において、第２局部発振器は、第1RF基準トーンと同じ周波数の高安定性の第2RF基準トーンを生成する。さらに、第２ミキサは、遠隔地に設置され、第２局部発振器および低帯域幅媒体に接続される。したがって、第２ミキサは、第2RF基準およびIF信号を受信する。これらの２つの信号をミキシングして、ミキサは、元のRF信号を回復させる。もちろん、このシステムは、オフィス・ビルディングまたはショッピング・センタなどの建造物全体への無線有効範囲を有する実用的なシステムで必要とする数の遠隔地に拡張できる。
第１および第２調整信号を抽出する方法は、位相ロッキング回路または位相ロック・ループ（PLL）によって異なる。グローバル基準トーンは、いくつかの方法でPLLに送信できる。特に、そのトーンは、グローバル基準発振器が当該発振器近くに設置されている場合は、分離リンク、たとえば、短い通信リンクを通して直接に送信できる。これは、局部発振器およびグローバル基準発振器の両方が主ハブなどの同一建造物に設置されているケースである。そうでなければ、グローバル基準トーンは、IF信号と共に低帯域幅媒体を通して送信できる。
グローバル基準トーンをIF信号と共に、低帯域幅媒体を通して分散する場合は、これらの信号が重ならないことが重要である。本発明の方法もそのように規定している。好適な実施例では、グローバル基準トーンは、IF信号よりも低い周波数である。さらに、総和要素は、特にグローバル基準トーンをIF信号に加える目的のために供し、その両方は、低帯域幅媒体を通して送信されるる。
フィルタは、遠隔地の低帯域幅媒体からグローバル基準トーンを抽出するために使用される。この機能は、グローバル基準トーン用に設定されたウィンドウ付きのシンプルな帯域フィルタで実行される。
位相ロッキング回路自体は、プレスケーラとも呼ばれる分周器を構成し、局部発振器に接続されて、この局部発振器で生成した不安定なRF基準トーンを分割してグローバル基準トーンの周波数に近い不安定なIF基準トーンを抽出する。もちろん、局部発振器は不安定であるので、周波数は一致しない。位相比較器は、基準信号とIF信号との間の不一致に比例する出力調整信号を生成して、不安定なIF基準トーンをグローバル基準トーンにロックするために使用される。ループ・フィルタとも呼ばれる好適なもう１つのフィルタが位相比較器と局部発振器との間に挿入される。調整信号は局部発振器を安定化し、その局部発振器に高安定性の第2RF基準トーンを生成させる。
回復したRF信号は、１ヶ所以上の遠隔地に再送信できる。この場所数は、実際の環境によって異なる。通常、有効範囲が重なっている局部アンテナは、その再送信用に使用できる。低帯域幅インフラは、たとえば、スター・ネットワーク、ツリー・ネットワーク、分岐ネットワーク、または建造物内に通常設置されるもう１つのタイプのネットワークである。
本発明を実施する好適な方法において、グローバル基準トーンの周波数は、IF信号の帯域幅以下に選択される。さらに、本発明の方法は、実際の応用において要求される双方向通信も教示している。
さらなる詳細と好適な実施例は、添付図と合わせて明細書で説明する。
【図面の簡単な説明】
図１は、代表的な従来技術のRF分散システムの概略図である。
図２は、代表的なRF帯域幅と代表的な送信帯域幅を示す図である。
図３は、送信帯域幅とIF信号の帯域幅を示す図である。
図４は、本発明によるシンプルなRF分散システムの回路図である。
図5Aは、基準トーンの安定性を示す図である。
図5Bは、IF信号とグローバル基準トーンの関係を示す図である。
図６は、多重遠隔有効範囲のサイトを有する本発明によるRF分散システムの回路図である。
図７は、本発明によるもう１つのRF分散システムの回路図である。
図８は、有効範囲の重なりを示す図である。
図９は、建造物に採用された本発明によるRF分散システムの３次元図である。
図10は、代表的な10base T建造物内ケーブルを示す図である。
図11は、本発明によるもう１つのRF分散システムの回路図である。
図12は、本発明によるさらにもう１つのRF分散システムの回路図である。
図13は、多重モードの光ファイバを使用する本発明によるシステムの一部を示す図である。
図14は、図13のシステムのためのTwo Tone Testのグラフである。
図15は、本発明による有利なIF信号の増幅方法の図である。
発明の説明
本発明の顕著な特徴は、図１に示す無線周波数（RF）信号12用の代表的な従来技術の分散システム10を綿密に調べると、正当に評価されるに違いない。この代表的なRFシステムのRF信号12は、小ゾーン式通信またはそれに類似した通信に代表的に使用される帯域幅内にある。図２は、824〜894MHzにわたるRF帯域幅30を示す。この範囲は、小ゾーン式通信に使用されるRF信号12の代表的な範囲である。
RF信号12は、主またはベースのアンテナ14が受信する。接続16、たとえば、同軸ケーブルは、RF信号12をアンテナ14から第１ミキサ18の１つの入力に与える。ミキサ18の第２入力は、第１局部発振器20に接続される。発振器20は、ミキサ18がRF信号12を中間周波（IF）にダウン変換して、標準的な設置済みケーブルのような低帯域幅媒体33を通して供給するために使用するRF周波トーンを生成する。
図２は、さまざまな信号とそれらの帯域幅との関係を一層良く示している。特に、RF帯域幅30からのRF信号12のダウン変換は、送信帯域幅34内に含まれるIF信号32を生成する。送信帯域幅34は、０〜100MHzの範囲にある。これは、建造物内に通常設置されている低帯域幅媒体の代表的な範囲である。
図１に戻って、IF信号32は、媒体33を通して、破線で示した遠隔地またはサイト36に送信される。サイト36は、通常、RF有効範囲と目される建造物または他の領域内の部屋である。この場所では、IF信号32は、第２ミキサ38が受信する。このミキサは、発振器40を使用してIF信号32をダウン変換して元のRF信号12を回復させる。そして、遠隔アンテナ42を使用して、RF信号12を遠隔サイト36に再送信する。
発明の背景の章において概説したように、分散システム10および他の関連する従来技術のシステムは、（非常に高価な発振器を使用しない限り）局部発振器20および40の不安定性の影響を受ける。図４に示すように、本発明によるRF分散システム50は、このデメリットをシンプルで効果的な方法によって回避する。
従来の技術例にあるように、システム50は、RF信号12を受信する主またはベースのアンテナ52を有している。アンテナ52は、通信リンク54、たとえば、不適切な歪みのないRF信号12を第１ミキサ56のいずれかの入力に送信できる同軸ケーブルまたは他のリンクによって接続される。ミキサ55として選択する装置のタイプは、単端、平衡、ダブル平衡、ダブル−ダブル平衡、またはその他のミキサが可能である。第１局部発振器58、好適に電圧制御型発振器（VCO）は、ミキサ56の他の入力に接続される。10base Tケーブル、電話線、光ファイバ・ケーブル、非遮蔽または遮蔽ケーブル、電力ケーブル、その他の低帯域幅の建造物内媒体のような低帯域幅媒体60が、ミキサ56の出力に接続される。
発振器58は、一般に、自体で不安定なRF基準トーンを生成する低価格の装置である。発振器58の１つの出力は、ミキサ56に接続され、他の出力は分周器62に導かれる。分周器62の機能は、周波数を分割する装置、または受信したトーンを整数によって割り算できる回路によって実行される。分周器62の出力は、さらに位相比較器64の入力の１つに接続される。適切な比較器が当該技術において周知である。
比較器64の第２入力は、グローバル基準発振器66に接続されている。図示のように、発振器66は、独立したハウジング装置または分散ハブ68に収容されている。発振器66の安定性と高性能を確保するために、ハブ68が過度の温度変動、振動、または他の外部の影響を受けない場所に設置されている。これらの条件は、通常、窓、ドア、または他の開口際から離れた場所、たとえば、建造物の地下で満たされる。加えて、好適な実施例では、発振器66と温度安定化水晶発振器を採用している。この種の装置は、100万分の１程度の安定値を達成でき、市販されている。発振器66の周波数については、以下に説明する。
注意を要することは、基準発振器66は１つだけ、システム50に使用されることである。したがって、発振器66のトーンを必要とするシステム50の要素はいずれも、線路70を通して供給される。この場合、線路70の１つは、発振器66を比較器64の他の入力に接続する。
比較器64の出力はフィルタ72に接続される。適切な低域ループ・フィルタは、当該技術分野において周知であり、市販の部品で組み立て可能である。フィルタ72の出力は、発振器58の制御入力に接続される。
好適な実施例において、システム50は、線路70の１つを低帯域幅媒体60に接続する総和要素または加算装置74を有する。装置74は、すでに媒体60を通して移動している信号と、任意の追加の信号、この場合、発振器66が生成した信号とを結合できる。この動作を実行できる装置は、当該技術分野で周知である。
遠隔有効範囲の場所またはサイト76において、媒体60は、フィルタ78と第２ミキサ80に接続される。フィルタ78は、媒体60を通して送信された信号から特定の周波数を選択するための設定済みの帯域を有する。フィルタ78の出力は、位相比較器82の入力の１つに接続される。比較器82の他の入力は、第２局部発振器86に接続されている分周器62に類似の分周器84の出力に接続される。前記のように、局部発振器86は、不安定なRF基準トーン生成する電圧制御型発振器である。比較器82の出力は、フィルタ88を通して発振器86の制御入力に接続される。
発振器86、分周器84、比較器82、およびフィルタ88は、位相ロッキング装置または回路90を形成し、位相ロック・ループ（PLL）とも呼ばれる。実際には、発振器58、フィルタ72、比較器64、および分周器62も、位相ロッキング回路92を形成する。回路90および92は、共に構造および動作において以下に述べるように類似している。
遠隔有効範囲サイト76は、再送信装置95を有する。この場合、RFアンテナは、ミキサ80からのRF信号12を再送信するためのものである。サイト76においてRF有効範囲を確保するためのアンテナ95の適切な位置決めは、システム50を設置する個々の作業員によって決まる。
動作中、RF分散システム50の主アンテナ52は、RF信号12を受信する。図２に示すように、RF信号12は、824〜894MHzのRF帯域幅30内にある。実際には、しかし、RF信号12は、他の帯域幅の属することもできる。これは、通信のタイプによって決まる。したがって、RF帯域幅30は、小ゾーン式通信、コードレス電話、構内RF通信、衛星テレビ、双方向マルチメディア・ビデオ、高ビット速度のローカル・エリア・ネットワークなどに使用されるRF帯域幅のグループから選択できる。これらの３つのRF帯域幅が共用する特性的な特徴は、それらが媒体60の送信帯域幅34よりも高いということである。
アンテナ52は、通信リンク54を通してRF信号12を第１ミキサ56に送信する。一方、位相ロック・ループ92は、高安定性の第1RF基準トーン96（図２参照）をミキサ56に送信する。周知のミキシング・テクニックによって、第１ミキサ56は、IF信号94を生成することで、言い換えれば、RF信号12のダウン変換を行ってこれらの２つの入力に応答する。ダウン変換の結果、つまりIF信号94を図３に示す。本実施例では、IF信号94は、媒体60の送信帯域幅34よりも狭い帯域幅（894MHz−824MHz＝70MHz）を有する。実際には、IF信号94は、24〜94MHzの帯域幅のみをとる。ダウン変換されたRF信号12、つまりIF信号94は、建造物内インフラの条件によって変わることができる。とにかく、第１ミキサ56の出力は、媒体60に接続されているので、IF信号94は、媒体60を通して送信または供給される。
ダウン変換プロセス自体は、第１ミキサ56に供給される第1RF基準トーン96の安定性に依存する。その基準トーンは、通常、第１局部発振器58の安定性に依存する。この場合、しかし、発振器58の出力は、高安定性の第1RF基準トーン96である。この結果は、いくつかの段階で位相ロッキング回路92とグローバル基準発振器66を使って達成できる。
最初に、図5Aに示すように、不安定なRF基準トーン98である発振器58の元の出力は、分周器62に供給される。トーン98の本来の変動は、トーン周波数の広範な広がりから明らかである。分周器62は、積分器でトーン98を分割して、不安定なIF基準トーン100を抽出するために設定される。不安定IF基準トーン100は、分散ハブ68に常駐するグローバル基準発振器68で生成するグローバル基準トーン102の周波数に密に一致することを意図している。さらに、不安定IF基準トーン100は、グローバル基準トーン102と共に、媒体60の送信帯域幅34内に入っている。
最高の信頼性で動作させるには、グローバル基準トーン102は、不安定IF基準トーン100が占領している帯域幅の中央にある。さらに、IF基準トーン100の帯域幅、および結果としてのグローバル基準トーン102の周波数は、IF信号94の帯域幅外にある。この構成は、IF信号94と基準トーン100との間の潜在的な干渉を回避する。図5Aにおいて、IF基準トーン100の帯域幅は、IF信号94の帯域幅以下であり、8.0MHzに等しいグローバル基準トーン102の周波数周辺に集中する。もちろん、これらは、デモ目的にのみ選択された数値である。
位相比較器64は、その２つの入力で線路70を通して、不安定IF基準トーン100および高安定性のグローバル基準トーン102を受信する。これらの入力に応じて、比較器64は、位相の不一致、または不安定IF基準トーン100とグローバル基準トーン102との間の差異を表す第１調整信号104をその出力に生成する。フィルタ72は、高周波ノイズの調整信号104をクリアして、フィードバック・ループの安定性を確保する。フィルタ72からの調整信号104は第１局部発振器58の制御入力に入る。そこで、調整信号104は、発振器58の発振周波数を微調整するために使用される。
位相ロッキング回路92のフィードバックの性質のおかげで、発振器58の微調整またはトリミングは、非常に安定なグローバル基準トーン102をベンチマークとして使用して引き続いて実行される。結果として、発振器58の出力は、高安定性の第1RF基準トーン96を生成させられる。第１ミキサ56は、この高安定性基準トーン96のメリットを利用して、非常に正確なダウン変換したIF信号94を生成し、その信号94は、媒体60を通して供給される。
好適な実施例では、分散ハブ68は、総和要素74に接続される。この要素は、媒体60とのインタフェースを行う。したがって、発振器66からのグローバル基準トーン102は、総和要素74に送信される。そこで、すでに媒体60を通して移動しているIF信号94は、グローバル基準トーン102と結合され、媒体60を通して遠隔有効範囲サイト76に送信される。望ましくない干渉は、IF信号とトーン102との間には生成されない。その理由は、それらの帯域幅が重ならないためである。この手法により、グローバル基準トーン102は、有効な信号として同一媒体を通して効率よく遠隔サイト76に送信される。
遠隔サイト76では、フィルタ78が媒体60からグローバル基準トーン102を抽出する。一方、IF信号94は、第２ミキサ80に入る。位相ロッキング回路92と同一方法で動作する位相ロッキング回路90は、トーン102を使用して第２局部発振器86の出力を安定化する。この目的のため、比較器82は第２調整信号106を生成して、フィルタ88を通してその信号を発振器86の制御入力に送信される。発振器86の出力は、安定なRF基準トーン96を生成する。ミキサ80は、安定なRF基準トーン96を使用してIF信号をアップ変換して、最小の信号歪みのRF信号12を回復する。そして、RFアンテナ95は、RF信号12を受信し、サイト76を通してその信号を再送信する。
したがって、システム50は、従来のケーブルなどの既存の低帯域幅媒体を使用している建造物内およびその他構造体内でのRF分散によく適応する。システム資源は基本的なものである。唯一の価格集約的な発振器、つまりグローバル基準発振器66は、このシステムでは、信号の適切なアップおよびダウン変換を確実に行うために必要である。その他の基本的な要素は、簡単で容易に設置でき、一般に低価格である。実際には、グローバル基準トーン102として3.125MHzを使用して、300MHzで安定したRF基準トーン96を生成する発振器58および86のような電圧制御型発振器は、非常に低コストで高安定性を達成できる。
前述の実施例は、非常にシンプルであり、主に本発明のいくつかの基本的な面を実証するためのものである。本発明による実用的なRF分散システム110を図６に示す。この実施例の対応する部品には、最初の実施例と同じ整理番号を指定している。
通信リンク54は、RF信号12を主ハブ112に送信する。主ハブ112内には、第１ミキサ56および第１局部発振器58が収容されている。分周器62、比較器64、およびフィルタ72は、前記で説明したものと同じ方法で接続され、動作し、さらに同様にハブ112に収容されている。実際には、グローバル基準発振器66および総和要素74は、同様にハブ112内にある。この方法では、RF信号12をIF信号94に変換するために必要なすべての要素は、同一のコンパクトな装置に整理されている。
総和要素74は、３つの低帯域幅ケーブル114に接続される。これらのケーブルは、それぞれの遠隔サイトの116、118、120に通される。位相ロッキング回路122、124、および126、ならびにフィルタ128、130、および132は、前回の実施例のフィルタ72および回路90と同じように接続され、さらに同じように機能を実行する。言い換えれば、回路122、124、および126、ならびにフィルタ128、130、および132を使用して、各遠隔サイト116、118、120でグローバル基準信号102を濾過し、それを使用して安定な第2RF基準信号96を生成することができる。さらに、遠隔サイト116、118、120は、IF信号94からRF信号12を回復するために自体の第２ミキサ134、136、および138を有する。回復後、RF信号12は、各遠隔サイト116、118、120において、それぞれRFアンテナ140、142、144によって再送信される。
分散システム110は、１つのハブ112を使用するという理由で、あるアプリケーションではよりコンパクトで実用的である。もちろん、ハブ112の構築と場所は、内部要素が保護されることを確認する必要がある。特に、グローバル基準発振器66は、グローバル基準トーン102の安定性を確保するために何らかの方法で隔離する必要がある。
図７に、本発明によるもう１つのRF分散システム150を示す。前回の実施例と同じように、主アンテナ52から受信したRF信号12は、第１ミキサ56に送信され、そこでダウン変換されてIF信号94が生成される。グローバル基準発振器は、分散ハブ152に別々に収容される。そこからグローバル基準トーン102は、リンク154を通してネットワーク・ハブ156と158に送信され、さらに位相ロッキング・ループ92に送信される。
ネットワーク・ハブ156と158には、多重総和要素74が入っているので、グローバル基準トーン102を多くの低帯域幅ケーブル160に送信できる。実際には、ケーブル160は、ネットワーク162を構成する。個別にみてみると、ケーブル160A−Ｄは、ツリー・ネットワークを形成する。一方、すべてのケーブル160は、２つのスター・ネットワークを形成し、それぞれの中心にハブ156、158を有する。
この実施例から、本発明の分散システム150は、建造物内のケーブルのあらゆる既存のネットワークに適応できる。特に、あらゆるスター・ネットワーク、ツリー・ネットワーク、リング・ネットワーク、または分岐ネットワークは、本発明によるRF信号12を分散するために適している。さらに、リンク154は、グローバル基準信号102を分散するための他の媒体がシステム設計者によって便利と考えた場合には、ネットワーク・インフラの一部とする必要はない。たとえば、グローバル基準トーン102は、光ファイバ・リンクまたはAC電源ケーブルを通して分散できる。
図８に、本発明の特に有利な点を示す。２つの有効範囲サイト170および172は、それぞれRF信号12を再送信するためのRFアンテナ174および176を有する。前記実施例と同様に、IF信号94は、低帯域幅媒体を通して供給される。この場合、電力ケーブル178および180を通して供給される。装置182および184には、本発明によるIF信号94からRF信号12を回復するために必要な上述のすべての要素が入っている。
サイト170と172のRF有効領域は重なる。この重なる領域には、ハッチングを入れ、整理番号186を指定している。一般に、至近サイトの有効範囲の重なりは、望ましい。その理由は、完全な有効範囲を保証するためである。RF受信機（図示せず）を携帯して、領域186に位置するユーザは、アンテナ174と176の両方からRF信号12を傍受する。
従来技術のシステムでは、局部発振器が高品質装置であっても、発振器の不安定性は、周波数の小さな差異、つまりアンテナ174から到来するRF信号12とアンテナ175から到着する同じRF信号12との間のΔｆが発生する。この周波数の差異（通常、約±500Hz）は、耳に聞こえるビート周波数を生成する。さらに、ユーザを悩ますのは、たとえば、電話通話の場合の会話への干渉である。ビート周波数は、電気部品の機能に障害を生じさせ、疑似信号を発生させる。データの転送に使用するRF分散システムは、高いビット誤り率（BER）や品位の劣化による悪影響が発生する。
幸いに、本発明によるRF分散システムは、周波数をシフトせずにRF信号12を回復できる。したがって、この場合は、アンテナ174と175から放射されたRF信号12は、同一周波数を有し、いかなるビートも発生しない。
図９に、本発明による、建造物192内で使用するRF分散システム190を示す。この場合、システム90は、双方向、つまり建造物192全体のさまざまな場所に設置されているRFアンテナは、再送信してRF信号12を受信することができる。言い換えると、送信されるRF信号は、12Aとし、受信するRF信号を12Bとする。建造物192の屋根に取り付けられた主アンテナ196は、RF信号12Aを送信し、RF信号12Bを受信することができる。
システム190は、ケーブル198、200、202、204、および配線小室206と208を有する建造物内の低帯域幅ネットワークを利用してRF信号12を分散する。この特殊なシステムでは、配線小室208は分散ハブ210を収容する。ハブ210は、グローバル基準発振器（図なし）として機能する温度安定化水晶発振器からグローバル基準トーン102を供給する。外部の影響からハブ210を保護するため、１階のドアまたは窓の開口際から離れた所に小室208を設置する。
ケーブル198、200、202、204は、高価な再配線をする以外には、設計者では大規模に修正できない既存のネットワークで構成できることに注目されたい。たとえば、ケーブル198、200、202、204は、旧建造物であっても必ず偏在する標準のAC電力ケーブルである。AC電力ケーブルを選択すると、建造物内のケーブルを変えずにRF信号を実際上あらゆる環境において分散できる。したがって、超低コストのRF分散ネットワークを構築できる。AC電力ケーブルを使用する他の利点は、アンテナ154の動作に必要な電力およびあらゆる他の必要なエレクトロニクス（図なし）は、IF信号と同時に、ケーブル198、200、202、204を通して供給できる。もちろん、AC電力ケーブルは、設置済みであるので、RF分散システムの設計者は、いくつかの制約に直面するであろう。実に、ある部屋ではアンテナ194の場所がインフラによって制限されることもある。
たとえば、システム190は、コードレス電話として使用されることを想定している。コードレス電話は、900MHzの周波数帯域で動作し、ケーブル198、200、202、204を通して送信できる狭帯域幅を有する。もちろん、この実施例では、アンテナ194は、さらに建造物192外の場所に設置する必要がある（水泳プール付近など）。
図10に、建造物内に見られる最も一般的な低帯域幅媒体220を示す。特に、媒体220は、４つの撚り線対222、224、226、228、または電線対から成るケーブルである。これらはすべて、小ゾーン式通信、コードレス電話、構内RF通信、衛星テレビ、双方向マルチメディア・ビデオ、高ビット速度のローカル・エリア・ネットワークなどの信号を分散するために使用できる。
図11に、本発明によるもう１つのRF分散システム230を示す。主アンテナ232は、建造物234の屋上に設置してRF信号12Aを受信し、12Bを送信する。システム230は、３つのスター・ネットワーク23BA、23BB、23BCから成って、各階ごとに１つ設置してあり、個々にアンテナ232から供給される。ネットワーク238A、238B、238Cは、RFアンテナ240、および以下に示す基本的な部品を収容するための独立ハブ242A、242B、242Cを有する。
図12に、同一建造物内のもう１つ有利なRF分散システム250を示す。システム250は、設置済みの構内交換機254（PBX）の利点を利用するので、RF信号12Aを受信し、12Bを送信するための装置としての主アンテナが不要となる。
この実施例では、RF信号12Aおよび12Bは、適切な高帯域幅媒体（図示せず）によってPBX254に送信し、そこから受信する。したがって、RF信号12Bは、PBX254によって、３つのスター・ネットワーク256A、256B、256Cのハブ258A、258B、258Cに供給される。すると、RF信号12Aは、スター・ネットワーク256A、256B、256Cから受信され、そしてPBX254に送り返され、PBX254は、高帯域幅媒体を通してそれらを再送信する。
PBXシステムは普及しているので、この実施例は非常に実用的である。この場合、ケーブルは、外部RFアンテナからいかなる配線も新たに通す必要はない。実際には、PBXシステムが多くの場所に見られ、１つ以上の建造物内に配線済みになっている場合がよくある。この方法で本発明によるRF分散システムを設置する場合は、いくつかの修正が必要である。
図13に、またもう１つの本発明によるシステム260を示す。低帯域幅媒体262（この場合は多重モードの光ファイバ・ケーブル）は、遠隔サイト270において、LED（発光ダイオード）装置264を低速アナログ検地器266に接続する。本発明に必要な光ケーブル262の送信帯域幅は、100MHz以下であるので、ケーブル262の長さは、1kmを超えることができる。そのような距離を網羅する能力によって、この実施例はショッピング・センタやその他の広い領域を網羅する建造物に有効である。
図４と同一のミキサ56は、低帯域幅媒体268を通してIF信号54をLED装置に送信する。媒体268は、設置済みネットワーク、たとえば、AC電力ケーブルまたは電話線であってもよい。
低価格のLEDは、低周波で優れた反応を示す、特に媒体262の送信帯域幅（100MHz以下）内において優れた反応を示し、高周波、たとえば、1GHzには反応しない。したがって、LED装置264は、媒体262を通してIF信号94を供給する場合に最適である。従来の光システムは、レーザーと単一モードの光ファイバ（両方とも高価）を使用して、信号をさまざまな周波数で送信する。この実施例は、従来のシステムに比較して非常に低コストで、さらに所望する周波数範囲において非常に効率的である。この事実により、図14に、1.3kmおよび1km長ケーブルで動作するLED装置264の標準のTwo Tone Test結果を示す。
最後に、図15に、本発明によるシステム280の一部に追加して有利となる点を示す。システム280は、上述したようにグローバル基準トーン102をIF信号94に加え、低帯域幅ケーブル286から成るネットワーク290を通して両信号を供給するために総和要素を使用する。送信帯域幅34内の信号を増幅するための２つの標準増幅器282および284は、ケーブル286に接続される。
動作中、増幅器282および284は、ケーブル286を通過するIF信号94を増幅する。所望ならば、増幅器282および284の両方またはいずれかは、グローバル基準トーン102も増幅できる。この分野の技術者ならば、低周波数における信号を増幅する方がRF信号を増幅するよりも簡単で低コストであることが分るであろう。したがって、この実施例は、本発明によるシステムによって分散された信号の強度を維持するために特に有利である方法を指摘している。この「中継器機能」は、IF信号およびグローバル基準トーン、またはそのいずれかに対応する周波数の適切な低周波増幅器（100MHz以下）を搭載することにって前記の幾つかの実施例に組み込める。
本発明によるRF分散システムの多様性および多数の実施例は、RF信号の分散方法を教示している。事実、この分野の技術者は、本発明の方法の特徴を、示した実施例から収集することができるであろう。

Claims (16)

1. RF帯域幅内にあるRF信号（12）を、前記RF帯域幅以下の送信帯域幅を有する低帯域幅媒体（60）を通して送信するために、
   前記RF信号（12）を受信するため受信の手段（52）と、
   前記受信手段（52）及び前記低帯域幅媒体（60）とに接 続された第１ミキシング手段（56）と、
   前記第１ミキシング手段（56）に接続された第１局部発 振器（58）と、
   前記受信手段（52）から遠隔の場所（76）において前記 RF信号（12）を送信する送信手段（95）と、
   前記低帯域幅媒体（60）及び前記送信手段（95）に接続 された第２ミキシング手段（80）と、
   前記第２ミキシング手段（80）に接続された第２局部発 振器（86）と、
   を備えたシステム（50）であって、さらに、
   ａ） 前記低帯域幅媒体（60）の前記送信帯域幅内周波 数において、高安定性のグローバル基準トーン（102） を前記システムに提供するために前記低帯域幅媒体（6 0）に接続されたグローバル基準発振器（66）と、
   ｂ） 高安定性の前記グローバル基準トーン（102）か ら第１調整信号（104）を抽出するために前記第１局部 発振器の前にスイッチされかつ前記グローバル基準発振 器（66）に接続された第１位相ロッキング手段であっ て、前記第１調整信号（104）は、前記第１局部発振器 （58）が高安定性のRF基準トーン（96）を発生するよう に前記第１局部発振器（58）を制御し、ここに前記第１ ミキシング手段は、高安定性の前記RF基準トーンを前記 RF信号（12）とミキシングして前記低帯域幅媒体（60） の送信帯域幅内のIF信号（94）を生成し、前記低帯域幅 媒体（60）を通して前記IF信号（94）を出力する前記第 １位相ロッキング手段と、
   ｃ） 前記低帯域幅媒体（60）から取り出された高安定 性の前記グローバル基準トーン（102）から前記第２調 整信号を抽出するために前記第２局部発振器（86）の前 にスイッチされかつ前記低帯域幅媒体（60）に接続され た第２位相ロッキング手段であって、前記第２調整信号 （106）は前記第２局部発振器（86）が前記第２ミキシ ング手段に高安定性の前記RF基準トーン（96）を出力す るように前記第２局部発振器（86）を制御し、ここに前 記第２ミキシング手段は、前記低帯域幅媒体（60）から の前記IF信号（94）及び前記第２局部発振器（86）から 前記RF基準トーン（96）を用いて、最小の信号歪でもっ て前記RF信号（12）を回復して該RF信号（12）を前記送 信手段（95）に出力する前記第２位相ロッキング手段 と、
   を備えたシステム（50）。
2. 前記第１局部発振器（58）は、不安定なRF 信号基準トーン（98）を最初に出力する電圧制御型発振 器であり、前記第１位相ロッキング手段は、
   ａ） 前記の不安定なRF基準トーン（98）を分割して、 高安定性の前記グローバル基準トーン（102）の周波数 と密接に整合する不安定なIF基準トーン（100）を抽出 するために前記第１局部発振器（58）に接続される分周 器（62）と、
   ｂ） 前記グローバル基準発振器（66）及び前記分周器 （62）に接続され、前記不安定なIF基準トーン（100） 及び高安定性の前記グローバル基準トーン（102）に応 答して前記第１調整信号（104）を発生する位相比較器 （64）と、
   ｃ） 前記位相比較器（64）及び前記第１局部発振器 （58）に接続され、前記第１調整信号（104）を濾波し て前記第１局部発振器（58）に送信するフィルタ（72） であって、前記第１局部発振器が高安定性の前記RF基準 トーン（96）を発生するように前記第１調整信号（10 4）が前記第１局部発振器（58）を安定させる前記フィ ルタと、
   を備えている請求項１記載のシステム。
3. 前記IF信号（94）と前記グローバル基準信号（102）が前記低帯域幅媒体（60）を通して送信されるように、前記高安定性のグローバル基準信号（102）と前記IF信号（94）を加算するために前記低帯域幅媒体（60）と前記グローバル基準発振器（66）に接続される総和手段（74）をさらに備えた請求項１記載ののシステム。
4. 前記第２局部発振器（86）が、不安定な基 準トーンを最初に出力する電圧制御型発振器であり、前記第２の位相ロッキング手段（90）が、
   ａ） 高安定性の前記グローバル基準トーン（102）の 周波数と密接に整合する不安定なIF基準トーンを抽出するために前記の不安定なRF基準トーンを分割するための、前記第２局部発振器（86）に接続される分周器（8 4）と、
   ｂ） 位相比較器（82）が前記第２調整信号（106）を生成するように、前記の不安定なIF基準トーンを高安定 性の前記グローバル基準トーン（102）にロックするための、前記分周器（84）に接続された位相比較器（82）と、
   ｃ） 前記位相比較器（82）及び前記第２局部発振器 （86）に接続され前記第２調整信号（106）を濾波して前記第２局部発振器（86）に送信するためのフィルタ（88）であって、前記第２局部発振器（86）が高安定性のＲＦ基準トーン（96）を生成するように前記第２調整信号（106）が前記第２局部発振器（86）を安定させる前記フィルタと、
   を備えた請求項１記載のシステム。
5. 高安定性の前記グローバル基準信号を分散ハブから前記システムに提供するように、前記のグローバル基準発振器を収容するための前記分散ハブを備えた請求項１記載のシステム。
6. 低帯域幅媒体がネットワークを備える請求項１記載のシステム。
7. 小ゾーン式通信、コードレス電話、構内RF通信、衛星テレビ、双方向マルチメディア・ビデオ、高ビット速度のローカル・エリア・ネットワークに使用されるRF帯域幅のグループから、前記RF帯域幅を選択する請求項１記載のシステム。
8. 前記RF帯域幅が前記低帯域幅媒体の前記送信帯域幅よりも狭い請求項１記載のシステム。
9. 10baseTケーブル、電話線、光ファイバ・ケーブル、非遮断ケーブル、電力ケーブルから成るグループから、前記低帯域幅媒体を選択する請求項８記載のシステム。
10. RF帯域幅に含まれるRF信号（12）を、該RF帯域幅以下の送信帯域幅を有する低帯域幅媒体（60）に渡って送信するための方法であって、前記RF信号を受信する段階を含み、さらに、
    ａ） 前記送信帯域幅内の周波数で高安定性のグローバ ル基準トーン（102）を前記低帯域幅媒体（60）及び位 相ロック手段（92）に提供する段階、
    ｂ） 不安定なRF基準トーン（98）を提供する段階、
    ｃ） 前記不安定なRF基準トーン（98）から、高安定性 の前記グローバル基準トーン（102）の周波数と密接に 整合した不安定なIF基準トーン（100）を抽出する段 階、
    ｄ） 前記不安定なIF基準トーン（100）及び高安定性 の前記グローバル基準トーン（102）から第１調整信号 （104）を抽出する段階、
    ｅ） 前記の第１調整信号（104）に従って、高安定性 のRF基準トーン（96）を発生する段階、
    ｆ） 高安定性の前記第1RF基準トーン（96）を前記RF 信号（12）とミキシングして、前記送信帯域幅内のIF信 号（94）を生成する段階、
    ｇ） 前記低帯域幅媒体（60）を介して高安定性の前記 グローバル基準トーン（102）及び前記IF信号（94）を 遠隔場所で受信する段階、
    ｈ） 高安定性の前記グローバル基準トーン（102）及 び該高安定性のグローバル基準トーン（102）の周波数 に密接に整合した不安定なIF基準トーンから第２調整信 号（106）を前記遠隔場所で抽出する段階、
    ｉ） 前記第２調整信号（106）に従って、高安定性の 前記RF基準トーン（96）を前記遠隔場所で発生する段 階、及び
    ｊ） 前記遠隔場所で高安定性の前記RF基準トーン（9 6）を前記IF信号（94）とミキシングして、最小の信号 歪で前記RF信号（12）を回復する段階、を含む方法。
11. 前記グローバル基準トーン（102）の周 波数が前記IF信号（94）の帯域幅に重ならない請求項１ 記載のシステム。
12. 前記グローバル基準トーン（102）の周波数が前記IF信号（94）の帯域幅以下である請求項１記 載のシステム。
13. ベース・ステーションで前記RF信号を受信し、遠隔有効範囲内にあるサイトに前記低帯域幅媒体を通して供給する請求項11記載の方法。
14. 前記RF信号を遠隔有効範囲内にあるサイトで受信し、前記低帯域幅媒体を通してベース・ステーションに送信する請求項11記載の方法。
15. 前記RF信号を前記低帯域幅媒体を通して双方向に送信する請求項11記載の方法。
16. 前記IF信号が前記低帯域幅媒体を通過中に増幅される請求項11記載の方法。

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