JP3961957B2 - セルラー基地局のための送信ネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、セルラー基地局のための送信ネットワークに関し、より詳細には、一般的に携帯電話ネットワークと呼ばれているセルラー移動無線ネットワークにおいて使用できるような種類の送信ネットワークに関する。

セルラー移動無線ネットワークの電気通信事業者は、関連する支柱およびアンテナを備えた自身の基地局を使用する。基地局敷地を共有するすることは、ほとんどなく、また、なされるどのような共有も支柱を共有するだけに限られている。

現在、導入することが計画されている第３世代のセルラー移動無線システムは、多くの数の基地局敷地を必要とし、それに必要な場所を確保するのを難しくしている。このことが、ますます敷地を共有することを、設備費も分担するという関連する利点とともに、ネットワークの電気通信事業者にとって魅力的なオプションにしている。

セルラー移動無線ネットワークにおいて、アンテナは、所望のカバレージエリアを定め、そのカバレージエリアは、いくつかの重なり合ったセルに分割され、それぞれのセルは、それぞれのアンテナおよび基地局に対応している。それぞれのセルは、そのセルに存在するすべての携帯電話との無線通信を維持する固定基地局を含む。基地局自身は、通常、何らかの種類のメッシュ構造を有するその他の何らかの固定通信形態によって、お互いに接続される。これによって、携帯電話は、そのセルラーカバレージエリアのどこにいても、携帯電話同士でお互いに通信することができ、さらには、セルラーネットワークの外側にある公衆電話網とも通信することができる。

それぞれのセルおよび基地局に対応するそれぞれのアンテナは、セル内における無線カバレージを提供し、そのアンテナは、いくつかの個別のアンテナ素子を含む複合装置であってもよく、それぞれのアンテナ素子は、セルの限られた部分を占めるカバレージを提供する。

基地局の場所および設備を共有することは、望ましいことであるが、残念ながら、それに関連する問題が存在する。英国においては、携帯電話と基地局との間における送信のために、送信／受信周波数帯域のそれぞれが、５つの電気通信事業者に割り当てられている。結果として得られる５つの送信帯域は、隣接しており、同様に５つの受信帯域も隣接している。すなわち、個々の電気通信事業者に割り当てられた隣接する帯域間には、間隙がない。

１つの良く知られている従来技術による基地局アーキテクチャは、別々の受信アンテナおよび送信アンテナを使用する。あるいは、アンテナが、送受切換器を介して基地局に接続されていれば、送信および受信するのにただ１つのアンテナを使用してもよい。それぞれのネットワーク電気通信事業者が、別々の基地局敷地を所有している場合には、これらの２つの方法は、適切なものであるが、電気通信事業者が、敷地を共有する場合には、問題を引き起こす。基地局敷地を共有するための一般的なアプローチは、電気通信事業者が、独自のアンテナを所有することを必要とする。５つの電気通信事業者が、敷地を共有し、しかも、独自のアンテナを使用するとしたら、５つのアンテナを異なる高さに支持する基地局支柱を使用しなければならず、そして、これは、ただ１つのアンテナの場合の支柱の高さと比較すれば、より高い支柱の高さを必要とし、また、強い風の中で動作するように、より強い支柱構造を必要とする。したがって、支柱のコストが増加する。さらに、より大きな支柱を収容することのできる敷地は、確保することが難しい。建築許可および土地区分法の問題が存在し、大きな支柱は、環境的に目障りであり、かつ景観を損なう。

セルラー移動無線ネットワークの多くの電気通信事業者は、関連する支柱およびアンテナを備えた自身の基地局を使用する。敷地は、ほとんど共有されておらず、共有されたにしても、支柱だけに限られ、アンテナは共有されていない。

第３世代（３Ｇ）のセルラー移動無線システムの導入は、多くの数の基地局敷地を必要とする。必要な土地を確保するのは難しく、もし技術的な問題を解決できれば、敷地の共有は、ますます魅力的なオプションとなる。

敷地共有の一般概念が、Ｓｕｚａｎｎｅ Ｓｍｉｔｈによって、ｗｗｗ．ｔｗｓｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ．ｃｏｍ／ｐａｐｅｒｓ／Ｎｏｖ９８ＳｉｔｅＳｈａｒｉｎｇ．ｐｄｆの「Ｓｉｔｅ Ｓｈａｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｃｏｓｔ Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ（費用最小化状態での敷地共有）」，ＴＷＳ Ｉｎｃ．（１９９８年１１月）に開示されている。一般的なアンテナ構造において複数のアンテナを使用することが、Ｂ Ｌ．Ｗｉｘｏｎによって、「Ｔｕｎａｂｌｅ ＣＤＭＡ Ｃｏｍｂｉｎｅｒｓ Ａｄｄ Ｃｅｌｌｕｌａｒ／ＰＣＳ Ｃａｐａｃｉｔｙ（同調可能なＣＤＭＡコンバイナがセルラー／ＰＣＳ容量を増加させる）」，Ｋ＆Ｌ Ｍｉｃｔｏｗａｖｅ Ｉｎｃ．（１９９７年９月），ｗｗｗ．ｋｌｍｉｃｒｏｗａｖｅ．ｃｏｍ．ｎｅｗｓ／ｍｒｆ ｓｅｐｔ９７．ｈｔｍｌに開示されている。「Ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ＶＨＦ／ＵＨＦ Ｔｒｕｎｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ（ＶＨＦ／ＵＨＦ中継構成の提案）」，ｗｗｗ．ｓｉｎｃｔｅｃｈ．ｃｏｍ，（２００１年１０月２２日）において、Ｓｉｎｃｌａｉｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄは、送信機コンバイナにおいてアイソレータを使用することを開示している。英国特許出願第２，００６，５７９Ａ号（Ｗａｔａｎａｂｅ ｅｔ．ａｌ．）、ＰＣＴ出願第ＷＯ９７／４４９１４号（Ｇａｍｍｏｎ）、およびＰＣＴ出願第ＷＯ９２／１２５７９号（Ｐｒｏｋｋｏｌａ）は、すべて、アンテナシステムから送信するために、異なる送信機からの信号を組合わせることを開示している。

米国特許第４，２１１，８９４号（Ｎｉｓｈｉｋａｗａ ｅｔ ａｌ）は、ハイブリッド結合器を用いて異なる周波数帯域の信号を組合わせることを開示している。結合器から、９０°の間隔で配置された４つの異なるアンテナ表面へ信号を送ることによって、干渉を防止することが述べられている。

米国特許第５，２２９，７２９号（Ｎｉｓｈｉｋａｗａ ｅｔ ａｌ）は、隣接する周波数帯域における信号を組合わせることを開示している。信号は、非隣接周波数帯域の２つのグループに分けられ、誘電体共振器においてフィルタリングされる。そして、グループのそれぞれの信号は、接合装置において、そのグループの他の信号と組合わされる。その結果として得られた組合わされた２つの信号は、それら自身が、いずれの場合においても疑似負荷を備えた３ｄＢハイブリッド回路、または５０％の電力損失が発生する疑似負荷を備えたサーキュレータにおいて、お互いに組合わされる。誘電体共振器における温度上昇、および１つまたは複数の疑似負荷における発熱を抑制するために、冷却ファンが使用される。

本発明の目的は、基地局の複数使用を可能にする上述したものとは異なる手段を提供することである。

本発明は、複数の隣接する周波数帯域において動作するセルラー移動無線のための送信ネットワークを提供し、前記送信ネットワークが、出力信号の複数のグループで構成された送信機出力信号をフィルタリングするためのそれぞれの帯域通過フィルターに結合された複数の送信機を含み、少なくとも１つのグループが、周波数において間隔が空けられた複数の出力信号を含み、隣接する周波数帯域における出力信号間の干渉が抑制され、前記送信ネットワークが、複数のアンテナ素子を有するアンテナシステムを含み、前記送信ネットワークが、出力信号のグループをそれぞれのアンテナ素子に送るように構成されたことを特徴とする。

本発明は、複数の送信機出力信号を受け入れることのできるような形で組合わせる技術的な問題を克服できるという利点を提供する。

出力信号グループは、それぞれ２つの出力信号および３つの出力信号の２つのグループであってもよい。アンテナシステムは、それぞれの出力信号グループを受け取って送信するように構成された、相互に直交する偏波放射素子を有してもよい。送信ネットワークは、送信機と送信機に結合された帯域通過フィルターとの間にそれぞれのアイソレータを含んでもよく、前記アイソレータは、出力信号が送信機間を通過することを抑制するように構成される。

別の態様においては、本発明は、複数の隣接する周波数帯域において動作するセルラー移動無線のための送信ネットワークを提供し、前記送信ネットワークが複数の送信機を含み、前記送信機が、それぞれの帯域通過フィルターに結合され、前記送信ネットワークが、５０％の電力損失を有するコンバイナを使用せずに、送信機からの出力信号を帯域通過フィルターにおいてフィルタリングした後に組合わせるように構成され、さらに前記送信ネットワークが、隣接する周波数帯域における出力信号間の干渉を減少させるように構成されたことを特徴とする。

前記送信ネットワークは、ガード周波数帯の役割をなす未使用周波数を隣接する周波数帯域間に提供することによって、出力信号間の干渉を減少させるように構成されてもよい。前記送信ネットワークは、隣接する周波数における送信信号を別々にフィルタリングし、かつそれらの送信信号間をある程度の分離を提供することによって、出力信号間の干渉を減少させるように構成されてもよい。

さらなる態様においては、本発明は、複数の隣接する周波数帯域において動作するセルラー移動無線システムにおいて信号を送信する方法を提供し、前記方法が、
ａ）複数の送信機からのそれぞれの周波数帯域における出力信号を複数のグループに分け、少なくとも１つのグループが、周波数において間隔を空けられた複数の出力信号を含み、
ｂ）隣接する周波数帯域の出力信号間の干渉を抑制するような形で、それぞれの出力信号をそれぞれの帯域通過フィルターでフィルタリングすることを含み、さらに、前記方法が、
ｃ）フィルタリングされた出力信号グループを、アンテナシステムのそれぞれのアンテナ素子に送ることを含むことを特徴とする。

前記方法は、信号グループを組合わせる前に、グループの出力信号をともに多重化することによって、送信機からの出力信号を組合わせることを含んでもよい。出力信号グループは、それぞれ２つの出力信号および３つの出力信号の２つのグループであってもよい。アンテナシステムは、それぞれの出力信号グループを受け取って送信するように構成された相互に直交する偏波放射素子を有してもよい。前記方法は、送信機と送信機に結合される帯域通過フィルターとの間にそれぞれのアイソレータを提供することを含んでもよく、前記アイソレータは、出力信号が送信機間を通過することを抑制するように構成される。

さらに別の態様においては、本発明は、複数の隣接する周波数帯域において動作するセルラー移動無線システムにおいて信号を送信する方法を提供し、前記方法が、出力信号をそれぞれの周波数帯域で送信する複数の送信機を使用することを含み、それぞれの出力信号が、それぞれの帯域通過フィルターにおいてフィルタリングされ、その後、５０％の電力損失を有する結合装置を使用せずに、隣接する周波数帯域の出力信号間の干渉を減少させるような形で、フィルタリングされた他の出力信号と組合わされることを特徴とする。

前記方法は、ガード周波数帯の役割をなす未使用周波数を隣接する周波数帯域間に提供することによって、出力信号間の干渉を減少させるように構成されてもよい。隣接する周波数における出力信号を別々にフィルタリングし、かつ、それらの出力信号間にある程度の分離を提供することによって、出力信号間の干渉を減少させてもよい。

ここで、本発明をより良く理解できるように、ただ単に例として、本発明による実施形態を添付の図面を参照して説明する。

図１を参照すると、符号１０によって概略的に示されるセルラー移動無線ネットワークが、個々の基地局ＢＳからなるアレイによって規定され、それぞれの基地局ＢＳは、それぞれのセル１２の円形領域（鎖線で示される）内の携帯電話（図示しない）と通信する。セル１２は、重なり合っている。基地局ＢＳは、接続１４によってお互いにリンクされる。ネットワーク１０は、携帯電話が、セル１２を組み合わせた領域のどこにいても、お互いに通信するのを可能にし、さらに、この領域の外側にある公衆電話網とも通信するのを可能にする。

また、ここで図２を参照すると、それぞれの基地局は、携帯電話と通信するためのアンテナ構造体２０を有し、図示されるように、アンテナ構造体２０は、３６０°の完全な水平方向カバレージを得るために、３つの１２０°のセクターについて重なり合ったカバレージ２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃを提供する。アンテナ構造体２０は、３つの別々のアンテナ（図示しない）からなり、それぞれのアンテナは、１２０°のビーム幅を備え、セルの限られた部分を占めるカバレージを提供する。

図３は、ＵＫネットワーク電気通信事業者によって使用される、英国（ＵＫ）無線通信局によって割り当てられた、第３世代周波数分割デュプレックス通信（３Ｇ ＦＤＤ）の周波数帯域を示す。５つのＵＫ電気通信事業者のそれぞれは、基地局から携帯電話へ送信するために、ライセンスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、またはＥという符号を付された割当スペクトルの特定の部分すなわちサブバンドを使用することを認可されており、また、携帯電話から基地局へ送信するために、もう１つのそのような部分を使用することを認可されている。５つの帯域のすべてを組み合わせると、総スペクトル割当は、基地局からのＦＤＤ送信のための２１１０．３ＭＨｚから２１６９．７ＭＨｚの帯域と、携帯電話からの送信のための１９２０．３ＭＨｚから１９７９．７ＭＨｚの帯域とから構成される。これらの２つの帯域のエッジには、未割当周波数間隔またはガード周波数帯（図示しない）が、存在するが、個々の電気通信事業者のサブバンドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、またはＥ間には、間隙は存在しない。以下でより詳細に説明するように、これは、すべての電気通信事業者が共通アンテナを使用しなければならない場合に、問題を引き起こす。

図４には、符号４０によって概略的に示される良く知られている従来技術による基地局アーキテクチャが示される。この基地局アーキテクチャは、各結合される送信機回路４６および受信機回路４８と送受信するために、２つの別々のアンテナ４２および４４を有する。別の従来技術によるアーキテクチャ５０が、図５に示され、ここでは、１つの電気通信事業者の送信機回路５２および受信機回路５４が、送受切換器５８を介して、基地局アンテナ５６に接続され、その送受切換器５８は、アンテナを介して、同時に送受信するのを可能にする。基地局は、いくつかの独立したセクターとして構成され、それぞれのセクターが、それぞれのアーキテクチャ４０および５０を備えてもよい。

アーキテクチャ４０および５０は、それぞれのネットワーク電気通信事業者が、それぞれの基地局敷地を所有する場合には、満足できるものであるが、その敷地を提供することは、ますます難しくなりつつある。図６は、基地局を共有するための良く知られている従来技術によるアーキテクチャ６０を示し、このアーキテクチャ６０は、５つのネットワーク電気通信事業者が、電気通信事業者ごとのそれぞれの送信／受信アンテナを備えた敷地を共有するのに都合のよいものである。その結果として、合計５本のアンテナＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥが、基地局支柱６２に取り付けられ、それぞれのアンテナは、異なる高さに存在する。アンテナＡからＥは、それぞれの送受信機回路６４Ａから６４Ｅを有する。ただ１つのアンテナのために使用される支柱と比較すれば、５本のアンテナを収容するために、支柱の高さは高くなければならない。さらに、高さが高くなることは、強い風の中で動作を維持するために、支柱構造が補強されなければならないことを意味し、そのことが、コストを増加させる。さらに、すべての敷地が、より大きな支柱を収容できるとは限らず、地方自治体から建築許可を得る際に、しばしば、問題が発生する。アンテナで覆われる大きな支柱は、景観を損ない目障りなものであり、敷地によっては、環境的に受け入れられないこともある。

図７は、必要とされる送信／受信アンテナの数を５本から１本に減らすのに適した従来技術によるアーキテクチャ７０を概念的に示す。５つの電気通信事業者は、送信コンバイナネットワーク７２に接続されたそれぞれの送信機ＴｘＡからＴｘＥと、受信スプリッタネットワーク７４に接続されたそれぞれの受信機ＲｘＡからＲｘＥとを有する。ネットワーク７２および７４は、送受切換器７６を経由して、共有アンテナ７８に接続される。送信機ＴｘＡからＴｘＥは、ＲＦ信号を生成し、そのＲＦ信号は、送信コンバイナネットワーク７２において組合わせられ、そして送受切換器７６を介してアンテナ７８に送られる。遠く離れた携帯電話（図示しない）からアンテナ７８によって受信された信号は、アンテナから送受切換器７６を経由して受信スプリッタネットワーク７４に送られ、その受信スプリッタネットワーク７４は、５つの受信機ＲｘＡからＲｘＥに信号を同じように分配する。

さらに、ここで図８を参照すると、受信スプリッタネットワーク７４は、簡単な形で、低雑音増幅器８０および受動信号スプリッタ８２を含んでもよい。

アーキテクチャ７０は、送信コンバイナネットワーク７２を実際に具体化することを必要とする。このことについて、問題を解決するための２つの異なる試みを示す図９および図１０を参照して説明する。図９および図１０は、実現可能であると考えられるが実際には欠点を有するネットワークを示す。

図９は、送信コンバイナネットワーク７２の実現可能な形態を示し、その送信コンバイナネットワーク７２は、５つの送信機ＡからＥを組合わせる受動ネットワーク９２を含む。残念ながら、受動ネットワーク９２は、大きな信号損失をもたらし、その信号損失は、伝送範囲を許容できないほどに減少させる。損失を改善するために、送信コンバイナネットワーク７２は、ＲＦ線形マルチ搬送波電力増幅器９４を備え、遠く離れた携帯電話と許容できる通信をなすのに適切なレベルにまで信号電力を増大させる。図９に示される送信コンバイナネットワーク７２の欠点は、５つすべての送信周波数帯域において、十分な線形性、瞬間的な帯域幅、および効率をもって、必要な出力ＲＦ電力を提供することのできる電力増幅器９４を必要とすることである。そのような増幅器は、技術的に実現できるにしても、高価なものである。さらに、増幅器は、ただ１つの送信機からのＲＦ電力よりもかなり大きなＲＦ電力を取り扱わなければならないので、低電力増幅器よりもあまり信頼性のないものになりがちであり、さらに、アーキテクチャ７０における潜在的一点故障の典型となるものである。増幅器９４の故障によって、通信機能が、長時間にわたり麻痺するのを回避するために、「ホットスタンバイ」増幅器を備えなければならず、それは、コストを増加させる。

図１０は、送信コンバイナネットワーク７２のための別の実現可能な信号組合わせアーキテクチャを示す。このネットワーク７２は、送信マルチプレクサの役割をなす５つの帯域通過フィルター１０２Ａから１０２Ｅのアセンブリを有し、一つにまとめて符号１０２によって示される。フィルター１０２Ａから１０２Ｅは、それぞれの送信機１０４Ａから１０４Ｅからの信号をフィルタリングし、その後、それらの信号は、共通出力線１０６上で多重化され、図７に示される送受切換器７６およびアンテナ７８に送られる。それぞれのフィルター１０２Ａから１０２Ｅの通過帯域は、それぞれの電気通信事業者に認可された周波数帯域にできるだけ近いものである。このネットワーク７２の潜在的な利点は、それが、典型的に図９に示される受動ネットワーク９２よりも小さい信号損失を有することである。

しかしながら、フィルター１０２Ａから１０２Ｅは、決して完璧なものではない。すなわち、それらのフィルターは、正確に配置されかつ無限に鋭いカットオンおよびカットオフを備えた通過帯域を有することができない。図１１は、図３の２１１０．３ＭＨｚから２１６９．７ＭＨｚの認可された送信周波数帯域のためのフィルター１０２Ａから１０２Ｅの通過帯域１１２Ａから１１２Ｅを示す。フィルター１０２Ａから１０２Ｅは、公称、等しいピーク送信電力を提供するが、わかりやすいように、通過帯域１１２Ｃおよび１１２Ｄは、通過帯域１１２Ａ、１１２Ｂ、および１１２Ｅに比べて、下にずらされている。カットオンおよびカットオフの有限の勾配のために、１１２Ａおよび１１２Ｃのような隣接する通過帯域の対は、大きく重なり合っていることがわかる。これは、２つの有害な作用、すなわち、重なり合った領域における増大された信号損失、および送信機１０４Ａから１０４Ｅ間の低減された分離を引き起こす。

増大された信号損失および送信機の低減された分離の理由は、フィルター１０２Ａから１０２Ｅが接続される共通出力線１０６に関連する。信号１０２Ａから１０２Ｅを出力線１０６において効率的に組合わせるために、それぞれのフィルター通過帯域１１２Ａから１１２Ｅ間の電気的なインピーダンスは、何らかの公称値、例えば５０オームに維持されなければならない。しかしながら、通過帯域１１２Ａから１１２Ｅが、図１１に示されるように重なり合っていれば、この公称インピーダンスを維持することができない。これは、結果として、（ａ）出力線１０６に結合する信号の損失、および伝送される波形のひずみ、（ｂ）それぞれの信号の一部分が、隣接するフィルターすなわち他の送信機１０４Ａから１０４Ｅに結合することをもたらす。信号が送信機の出力に結合することは、送信機の出力段において生成される非線形の相互変調積をもたらす。これらの積は、制御できないスプリアス放射となり、そのスプリアス放射は、大きければ、この種の通信を監督する所轄官庁によって許可されたレベルを超えることもある。したがって、図１０に示される組合わせの概念は、通過帯域と阻止帯域との間にある矩形の周波数レスポンスを備えた理想的なマルチプレクサフィルター１０２Ａから１０２Ｅに頼ることになる。実際には、これは、実現できないので、重なり合いが存在することになり、その重なり合いは、帯域間の干渉、有効帯域幅の減少、および電力損を引き起こす。

したがって、ネットワーク電気通信事業者が、ただ１つの送信／受信アンテナを共有するのを可能にするために、隣接する送信周波数帯域において動作するいくつかの送信機の出力を組合わせるための受け入れることのできる方法が、必要とされている。しかしながら、上述した問題のために、当業者の間では、コスト、複雑さ、性能の低下、および信頼性の無さを考慮すれば、現在、これを実現する満足することのできる方法はないと考えられている。

ここで、図１２を参照すると、本発明による送信機ネットワーク１２０が示される。ネットワーク１２０は、第１および第２の送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤを備える。第１の送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥは、３つの送信機１２４Ａ、１２４Ｂ、および１２４Ｅから送信信号を受け取り、それぞれの帯域通過フィルター１２６Ａ、１２６Ｂ、および１２６Ｅで、それらの信号をフィルタリングする。第２の送信マルチプレクサ１２２ＣＤは、２つのさらなる送信機１２４Ｃおよび１２４Ｄから送信信号を受け取り、それぞれの帯域通過フィルター１２６Ｃおよび１２６Ｄで、それらの信号をフィルタリングする。

帯域通過フィルタ１２６Ａ、１２６Ｂ、および１２６Ｅからのフィルタリングされた出力信号は、第１のフィルター出力１２８Ｘにおいて組合わせられ、帯域通過フィルタ１２６Ｃおよび１２６Ｄからの出力信号は、第２のフィルター出力１２８Ｙにおいて組合わせられる。フィルター出力１２８Ｘおよび１２８Ｙからの信号は、２つの入力ポート１３２Ｘおよび１３２Ｙと１つの出力ポート１３２Ｚとを備えた２入力３ｄＢ受動コンバイナ１３２において組合わせられる。そして、図７に示されるように、それらの信号は、送受切換器を経由して、送信／受信アンテナ（図示しない）に送られる。

さらに、ここで図１３を参照すると、５つのフィルター１２６Ａから１２６Ｅのそれぞれの通過帯域１４０Ａから１４０Ｅが示される。通過帯域１４０Ａから１４０Ｅは、それらの帯域幅がすべて等しいとは限らないとはいえ、同じ公称電力最大値を有し、通過帯域１４０Ｃおよび１４０Ｄは、わかりやすいように、その他の通過帯域に比べて下にずらして示される。周波数目盛１４２上に示されるように、認可された５つの周波数帯域１４２Ａから１４２Ｅは、周波数帯域１４２Ａおよび１４２Ｂに直接に隣接する周波数帯域１４２Ｃと、周波数帯域１４２Ｂおよび１４２Ｅに直接に隣接する周波数帯域１４２Ｄとを備える。これは、結果として、２つのグループの非隣接周波数通過帯域１４２Ａ／１４２Ｂ／１４２Ｅおよび１４２Ｃ／１４２Ｄをもたらし、これらは、図１２に示されるように、それぞれ、異なる送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤに結合されている。

それぞれの送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥまたは１２２ＣＤにおけるフィルター通過帯域は、通過帯域が大きく重なり合うのを防止する阻止帯域によって分離されているので、例えば、符号１２８Ｘにおけるフィルター１２６Ａからの出力は、フィルター１２６Ｂおよび１２６Ｅを介して、送信機１２４Ｂおよび１２４Ｅに大きく減衰して到達するだけであり、ほとんどの用途において無視することができる。同じことが、個々の送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥまたは１２２ＣＤ内の送信機の他の対の間の結合についても言え、したがって、フィルター１２６Ａから１２６Ｅについても言える。フィルター１２６Ａから１２６Ｅによって提供される減衰は、出力１２８Ｘまたは１２８Ｙにおける他の信号から送信機を適切に分離し、その結果として、これらの出力において、信号は、「完璧に組合わ」される。「完璧に組合わ」されるという表現は、フィルター１２６Ａなどそれぞれのフィルターの通過帯域が、重なり合わないので、フィルターの通過帯域におけるマルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤの電気的なインピーダンスは、図１０に示されるフィルター１０２Ａから１０２Ｅの等価物とは異なり、ほぼ一定に維持されることを意味する。これによって、送信機１２４Ａから１２４Ｅからの入力信号は、マルチプレクサ１２２ＡＢＥまたは１２２ＣＤを通って、（完璧な）最小限のひずみで出力１２８Ｘまたは１２８Ｙに到達し、それによって、所望の組合わせ機能を実現することができる。フィルターの通過帯域が、図１１に示されるように重なり合っている場合、通過帯域インピーダンスは、一定ではなく、そのためにマルチプレクサの出力に現れる信号は、（「完璧でない」）ひずんだものとなる。

送信機１２４Ａから１２４Ｅ間の望ましくない干渉を抑制するとともに、出力１２８Ｘおよび１２８Ｙにおける２つの信号グループを組合わせるために、コンバイナ１３２が使用される。このコンバイナは、２入力３ｄＢ受動広帯域コンポーネントであり、そのコンバイナの２つの入力ポート１３２Ｘと１３２Ｙとの間において、これらのポートにおける信号の周波数分離にかかわりなく、少なくとも２０ｄＢの良好な信号分離を提供する。このコンバイナによって、望ましくない送信機間の結合をほとんど許すことなく、周波数が隣接する信号を組合わせることができる。したがって、１２８Ｘおよび１２８Ｙにおける信号グループは、許容できないほどの相互干渉を起こすことなく、線形に組合わされ、ほぼ完璧に組合わされた連続周波数スペクトルとして、コンバイナ１３２の出力に現れる。

コンバイナ１３２の入力ポートと出力ポート１３２Ｘから１３２Ｚとの間には、固有信号損失が存在するが、この損失は、図９に示される受動５入力コンバイナ９２によって課せられる損失よりもかなり小さい。図１２を参照して説明した二段の組合わせアプローチは、上述したアーキテクチャよりも効率的な受動送信機組合わせネットワークを提供し、線形マルチ搬送波電力増幅器９４を必要としなくなる。

したがって、本発明によって、隣接送信帯域および非隣接送信帯域の両方に存在する電気通信事業者は、基地局アンテナを共有することができる。送信機組合わせネットワーク１２０は、図９に示されるネットワークに比べれば、小さな損失を有するので、高価なマルチ周波数電力増幅器は、なくてもよい。さらに、本発明は、図１０および図１１を参照して説明したフィルター通過帯域の重なり合いを回避する。

ネットワーク１２０に類似する構成において使用することのできる最低限の数の送信信号は、それぞれ別々のフィルターを経由して３ｄＢ受動コンバイナ１３２に接続される２つの信号である。隣接する周波数帯域に２つの送信機しか存在しない場合、コンバイナ１３２に送る前に、符号１２２ＣＤのようなマルチプレクサにおいて、送信信号をともに多重化する必要はない。周波数が隣接していない２つの信号が存在する場合、それらの信号は、１つのマルチプレクサ１２２を用いて組合わされ、そして、符号１３２のようなコンバイナを通らずに、送受切換器に直接に送られ、それによって信号損失を減少させてもよい。少なくとも２つの送信信号が、隣接する帯域に存在する３つの送信信号の場合、２つの送信信号が、マルチプレクサ１２２において組合わされ、第３の送信信号は、コンバイナ１３２に直接に送られる。しかしながら、３つの隣接しない周波数帯域Ａ、Ｂ、およびＥが、組合わされる場合、１つのマルチプレクサ１２２ＡＢＥしか必要とされず、それの出力１２８Ｘは、コンバイナ１３２を通らずに、送受切換器に直接に送られる。４つ以上の信号は、２つ以上の隣接しない信号の少なくとも２つのグループを必要とし、それぞれのグループは、他のグループと組合わされる前にともに多重化される。当然ながら、例えば、１つのグループあたりの信号の数を少なくするために、あるいはそれぞれのグループの信号間の周波数分離を大きくするために、必要であれば、３つ以上のグループが、４つ以上の信号に対して使用されてもよい。５つの送信機よりも少ない送信機を組合わせる場合、マルチプレクサ１２２への未使用入力は、通常、負荷で終端する。あるいは、未使用周波数フィルター１２６は、省かれてもよく、これは、コスト、寸法、および、重量を減少させる。

ここで、図１４を参照すると、図７および図１２を参照して説明したアーキテクチャの変形である送信システム１５０が示される。これまでに説明したものと等価な構成要素は、同じ符号を付される。システム１５０は、第１および第２の送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤが、共通３ｄＢコンバイナに接続されない点がネットワーク１２０と異なり、その代わりに、第１の送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥは、２つの直交偏波放射素子を含むアンテナ装置１５２の一方の放射素子１５２ＡＢＥに直接に接続され、第２の送信マルチプレクサ１２２ＣＤは、送受切換器１５４を介して、第２のそのような放射素子１５２ＣＤに接続され、その送受切換器１５４は、また、アンテナ１５２ＣＤによって受信された信号を受信ネットワーク（図示しない）に送る。アンテナ装置１５２は、Ｔｈａｌｅｓ ＡｎｔｅｎｎａｓまたはＡｌａｎ Ｄｉｃｋ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄから市販されているような種類のものである。

すでに述べたように、システム１５０は、マルチプレクサ出力を受動コンバイナにおいて組合わせるのではなく、マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤが、非隣接周波数帯域を組合わせることのできる能力を利用するものである。システム１５０は、それらのマルチプレクサ出力を、直交偏波放射素子を備えたただ１つのアンテナ装置１５２において組合わせる。この構成の主たる利点は、送信における無線周波数（ＲＦ）損失が、ネットワーク１２０によってもたらされる損失よりもさらに小さいことである。すなわち、ここでは、約３ｄＢの信号損失を課すコンバイナ１３２が存在しないので、損失は減少する。組合わせ機能は、ここでは、２入力アンテナ１５２によって提供され、このアンテナ１５２は、異なるアンテナ素子１５２ＡＢＥおよび１５２ＣＤに対する２つの入力信号間における２０ｄＢ以上の分離を提供する。

本発明は、空間ダイバーシティおよび偏波ダイバーシティ（送信および受信の両方において）に適応できるように構成されてもよい。図１５は、空間受信ダイバーシティを備えた本発明によるネットワーク１６０を示す。これまでに説明した構成要素と等価な構成要素は、同じ符号を付される。ネットワーク１６０は、送受切換器１６４Ｘおよび１６４Ｙを経由して、第１および第２の送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤにそれぞれ接続された第１および第２のアンテナ１６２Ｘおよび１６２Ｙを備える。また、アンテナ１６２Ｘおよび１６２Ｙは、それぞれの受信ネットワーク１６６Ｘおよび１６６Ｙに接続され、それらの受信ネットワーク１６６Ｘおよび１６６Ｙのそれぞれは、それぞれの認可された５つの周波数における出力を提供する。したがって、受信ネットワーク１６６Ｘおよび１６６Ｙは、それぞれの周波数における一対の出力をまとめて提供し、それぞれの対は、それぞれの受信機回路１６８Ａから１６８Ｅにおいて合わせられる。ネットワーク１６０は、送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤからの信号を組合わせるための３ｄＢコンバイナの必要性を避けるために、２つのアンテナ１６２Ｘおよび１６２Ｙを利用したものであり、これは、アンテナに送られる送信信号の経路におけるＲＦ損失を減少させる。

状況によっては、個々の送信機間に信号分離を提供するために、本発明による送信ネットワーク内に付加的なアイソレータを含むことは都合のよいことであり、このことが、図１６および図１７に示され、これらは、付加的なアイソレータを図１２に提供したものと等価である。図１６および図１７において、これまでに説明したものと等価な構成要素は、同じ符号を付される。図１６においては、アイソレータ１７０Ａから１７０Ｅ（一つにまとめて符号１７０とする）が、それぞれの送信機／フィルターの組み合わせ１２４Ａ／１２６Ａから１２４Ｅ／１２６Ｅ間に挿入される。図１７においては、アイソレータ１７２ＡＢＥおよび１７２ＣＤ（一つにまとめて符号１７２とする）が、受動コンバイナ１３２とそれぞれの送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤとの間に挿入される。アイソレータ１７０および１７２は、許容することのできない干渉を受信機システムにもたらすことのある相互変調積を発生させる、一方の送信機から他方の送信機へ（例えば、送信機１２２Ａから送信機１２２Ｂへ）の信号電力の逆注入のレベルが大きくなりすぎるのを防止する。

アイソレータ１７０および１７２がない場合、送信機１２４Ａからの信号は、その他の送信機１２４Ｂなどの出力段にある程度結合される。そのような逆結合された信号の絶対レベルは、コンバイナ１３２と送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤとによって提供される分離の程度によって決まる。例えば、ＲＦ信号は、コンバイナ１３２のそれぞれの入力ポートから他方の入力ポートへ「リーク」し、そして、送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤを通って、その他の送信機へ戻る。コンバイナ１３２と送信マルチプレクサ１２２ＡＢＥおよび１２２ＣＤとは、多くの用途にとっては十分なある程度の分離を提供するが、これは、すべての状況において許容できるとは限らず、その場合には、送信機１２４間の全体的な分離を増大させるために、アイソレータが付加されてもよい。

この第３世代のセルラー移動無線システムにおいては、５つのライセンスすなわち５つの電気通信事業者を想定したが、１２の搬送周波数、すなわち、ライセンスＡおよびＢが、それぞれ３つの搬送周波数を有し、ライセンスＣ、Ｄ、およびＥが、それぞれ２つの搬送周波数を有することを想定してもよい。本発明の上述した例は、３Ｇ送信帯域の１２個の搬送周波数のすべてを、１つのアンテナに組合わせることを可能にするものである。しかしながら、状況によっては、基地局は、１２個の搬送周波数のすべてを必ずしもサポートしなくてよい。５つの電気通信事業者によって敷地が共有されたとしても、割り当てられた搬送周波数のすべてを必ずしも使用しなくてよい。さらには、ある基地局は、５つよりも少ない電気通信事業者によって共有されてもよい。これらの場合においては、未使用搬送周波数スロットは、図１１を参照して説明した重なり合ったフィルターレスポンスに関連する不都合を防止するために、フィルターガード周波数帯として使用することができるという事実を利用することも考えられる。

フィルターガード周波数帯が使用されるならば、通常は実行できないと考えられる図１０に示されるネットワーク７２の使用が、実行可能となる。フィルターガード周波数帯を実施する２つの例が、図１８および図１９に示される。これらの両方の図面において、ライセンスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥは、それぞれ、搬送周波数番号１／２／３、４／５、６／７／８、９／１０、および１１／１２を有する。図１８において、番号３、６、９、および１１を備えた搬送周波数は、使用されておらず、それぞれの隣接する対のライセンスＡ／Ｃ、Ｃ／Ｂ、Ｂ／Ｄ、およびＤ／Ｅの間にそれぞれのガード周波数帯を提供する。同じことが、図１９についても言え、図１９においては、番号３、５、８、および１１を備えた搬送周波数が、使用されておらず、また、当然ながら、その他の構成も可能である。この構成の利点は、いくつかの隣接する電気通信事業者からの送信機出力を、最低限の信号損失でもって直接に組合わせることができることである。

どれか１つのフィルター（例えば、１２６Ａ）を通る搬送周波数の番号は、どのような周波数配置方式を使用するかによって決まる。周波数配置方法の２つの例が、図１８および図１９に示されるが、その他の配置方法も考えられる。したがって、送信機／フィルターの対は、構成に応じて、１つの搬送波、２つの搬送波、または３つの搬送波に関連付けられることができる。例えば、３つの搬送周波数番号１／２／３を備えたライセンスＡを有する電気通信事業者は、搬送周波数番号４（ライセンスＣの第１の搬送周波数）がガード周波数帯に指定されている限り、３つの搬送周波数のすべてが１つのフィルターを通過するようにすることができる。

本発明の上述した例は、既存の市販されている技術を使用して構成することができる。これらの例を実施するのに必要なコンポーネントは、多重化フィルター、受動２入力コンバイナ、アイソレータ、送受切換器フィルター、低雑音増幅器、受動５出力スプリッタ、および直交偏波アンテナシステムである。

多重化フィルターは、Ｆｉｌｔｒｏｎｉｃ，Ｒｅｍｅｃ、およびＡｅｒｉａｌ Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓなどの多くの業者から市販されている。図１２および図１３を参照して説明した例において、１４２Ａおよび１４２Ｂのような非隣接周波数通過帯域の間には、１０ＭＨｚの間隙が必要であり、これは実現できるものである。図１８および図１９におけるように、ガード周波数帯が使用されるならば、フィルター通過帯域間の間隙は、５ＭＨｚに減少する。この特性を備えたフィルターは、上述した業者から市販されている。

第３世代セルラー移動無線ネットワークのための従来技術によるアーキテクチャを示す図である。 図１に示すネットワークのための１２０°のセクターのアンテナを有する、従来技術による基地局のカバレージを示す概略図である。 従来技術による第３世代の周波数分割デュプレックス通信基地局の周波数割当を示す図である。 別々の送信アンテナおよび受信アンテナを用いた、従来技術による基地局の構成を示す概略図である。 送信／受信共通アンテナを用いた、従来技術による基地局の構成を示す概略図である。 従来技術による基地局の支柱の共有を示す図である。 送信／受信アンテナを共有するための従来技術によるネットワークを示す図である。 図７に示されるネットワークにおいて使用される、従来技術による受信ネットワークを示す図である。 図７に示されるネットワークにおいて使用される、マルチ搬送波電力増幅器を備えた送信ネットワークを示す図である。 図７に示されるネットワークにおいて使用される、マルチプレクサフィルターを用いた送信ネットワークを示す図である。 図１０に示されるマルチプレクサフィルターの周波数レスポンスを示す図である。 さらなる送信ネットワークを示す概略図である。 図１２に示されるマルチプレクサフィルターの周波数レスポンスを示す図である。 図１２に示されるネットワークの変形として、直交偏波アンテナ素子の使用を示す図である。 空間受信ダイバーシティを提供するための図１２に示されるネットワークの変形を示す図である。 送信機間に信号アイソレーションが提供されたことを示す図である。 送信機間に信号アイソレーションが提供されたことを示す図である。 隣接する送信周波数を分離するために、未使用搬送周波数が、ガード周波数帯として提供されたことを示す図である。 隣接する送信周波数を分離するために、未使用搬送周波数が、ガード周波数帯として提供されたことを示す図である。

Claims (6)

1. 複数の隣接する周波数帯域において動作するセルラー移動無線のための送信ネットワーク（１５０）であり、前記ネットワーク（１５０）が、出力信号の複数のグループで構成された送信機出力信号をフィルタリングするためのそれぞれの帯域通過フィルター（１２６Ａから１２６Ｅ）に結合された複数の送信機（１２４Ａから１２４Ｅ）を含み、少なくとも１つのグループが、非隣接周波数帯域の、周波数において間隔を空けられた複数の出力信号を含み、隣接する周波数帯域の出力信号間の干渉が、抑制され、
   前記送信ネットワーク（１５０）が、複数の直交偏波放射アンテナ素子（１５２ＡＢＥ、１５２ＣＤ）を有する単一のアンテナ装置（１５２）を含み、異なるアンテナ素子（１５２ＡＢＥ、１５２ＣＤ）に入力される信号間の２０ｄＢまたはそれより大きい分離を提供し、
   前記送信ネットワーク（１５０）が、出力信号グループをそれぞれの相互に直交する偏波アンテナ素子（１５２ＡＢＥ、１５２ＣＤ）に送ることによって、アンテナ装置（１５２）による送信のために出力信号グループを組合わせるように構成されたことを特徴とする送信ネットワーク（１５０）。
2. 出力信号グループが、それぞれ２つの出力信号および３つの出力信号の２つのグループであることを特徴とする、請求項１に記載の送信ネットワーク（１５０）。
3. 前記送信ネットワーク（１５０）が、送信機（１２４Ａから１２４Ｅ）と送信機に結合された帯域通過フィルター（１２６Ａから１２６Ｅ）との間にそれぞれのアイソレータ（１７０Ａから１７０Ｅ）を含み、前記アイソレータ（１７０Ａから１７０Ｅ）が、出力信号が送信機（１２４Ａから１２４Ｅ）間を通過することを抑制するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の送信ネットワーク（１５０）。
4. 複数の隣接周波数帯域において動作するセルラー移動無線システムにおいて信号を送信する方法であり、前記方法が、
   ａ）複数の送信機（１２４Ａから１２４Ｅ）からのそれぞれの周波数帯域における出力信号を複数の出力信号グループに分け、少なくとも１つのグループが、非隣接周波数帯域の、周波数において間隔を空けられた複数の出力信号を含み、隣接する周波数帯域の出力信号間の干渉が、抑制され、
   ｂ）隣接する周波数帯域の出力信号間の干渉を抑制するような形で、それぞれの出力信号をそれぞれの帯域通過フィルター（１２６Ａから１２６Ｅ）においてフィルタリングすることを含み、
   さらに、前記方法が、
   ｃ）出力信号グループを複数のアンテナ素子（１５２ＡＢＥ、１５２ＣＤ）を有する単一のアンテナ装置（１５２）のそれぞれのアンテナ素子（１５２ＡＢＥ、１５２ＣＤ）に送ることによって出力信号グループを組合わせ、異なるアンテナ素子（１５２ＡＢＥ、１５２ＣＤ）に入力される信号間の２０ｄＢまたはそれより大きい分離を提供することを含むことを特徴とする方法。
5. 出力信号グループが、それぞれ２つの出力信号および３つの出力信号の２つのグループであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記方法が、送信機（１２４Ａから１２４Ｅ）と送信機に結合された帯域通過フィルター（１２６Ａから１２６Ｅ）との間にそれぞれのアイソレータ（１７０Ａから１７０Ｅ）を提供することを含み、前記アイソレータ（１７０Ａから１７０Ｅ）が、出力信号が送信機（１２４Ａから１２４Ｅ）間を通過することを抑制するように構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の方法。

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