JP4344106B2 - 偏波が変化する送信信号を生成するための無線システム、アンテナ構成、および偏波変調器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線システムに関し、特に、少なくとも１つの二重偏波アンテナがそれぞれ割り当てられた複数の基地局を有する移動無線システムに関する。さらに、本発明はアンテナ構成、特に無線システムの基地局と併せて動作するアンテナ構成と、このような無線システムで使用するための偏波変調器とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動無線加入者数および移動無線における新サービス提供の最近の急激な増大により、例えばＧＳＭ等の移動無線ネットワークがその容量の限界に近づきつつある。周知のように、ＧＳＭネットワークでは、ユーザデータの伝送にはトラヒックチャネルが使用され、移動無線ネットワークの制御および管理にはシグナリングチャネルが使用される。しかし、基地局と移動局との間に接続がセットアップされていないときでさえも、エアインタフェースを介して情報を常に交換する必要があるため、移動無線ネットワークにおけるシグナリング負荷は非常に高い。本明細書において、１つの重要なシグナリングチャネルは、ＢＣＣＨチャネルとしても知られているいわゆる放送制御チャネルで表され、該チャネルを介して、例えば無線チャネル構成、同期情報、および登録の識別がセル内のすべての移動局に送信される。このようなＢＣＣＨチャネルは、セルの利用可能な周波数スペクトルの半分までを占有することがあり、もちろん占有された周波数スペクトルはトラヒックチャネルに利用することはできない。セルに確保されるスペクトルをより良好に利用できるようにするため、必要な場合に、トラヒックチャネルの搬送周波数が所定の一定レートで変化する周波数ホッピングプロセスを個々のトラヒックチャネルに受けさせることが周知である。しかし、周波数ホッピングプロセスはＢＣＣＨチャネルに用いることができない。これは、ＢＣＣＨチャネルには、受信フィールド強度を測定し、最も強いセルを選択する必要があるためである。この結果、同じＢＣＣＨ搬送周波数が使用されているセル間の距離が、同じトラヒック搬送周波数が使用されているセル間の距離よりもはるかに大きくなる。例えば、ＧＳＭネットワークのＢＣＣＨチャネルのクラスタサイズは１２〜２１個のセルである一方、トラヒックチャネルの場合では、３〜９個のセルというクラスタサイズが全体的に適している。本明細書において、クラスタサイズは、利用可能な周波数が分割されるセルの数を意味するものとして理解される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、トラヒックチャネルへの周波数ホッピングプロセスを用いて可能な様式で、シグナリングチャネルに利用可能な搬送周波数をより効率的に利用する方法は今まで提案されていなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、無線ネットワークに利用可能な、特にシグナリングチャネルに関して、周波数をより効率的に使用でき、結果的に無線ネットワークのクラスタサイズを低減することのできる無線システム、アンテナ構成、および偏波変調器を提供するという目的に基づいている。
【０００５】
本発明の基本的な概念は、周波数ホッピングプロセスの代わりに、好ましくは周期的に送信信号の偏波状態を変更可能な、いわゆる偏波ホッピングプロセスを用いるという着想に見られる。偏波ホッピングをＢＣＣＨチャネルに用いる場合、クラスタサイズをかなり低減することができ、結果的にセルで利用可能な周波数スペクトルがより多数のトラヒックチャネルに割り当てることができる。
【０００６】
これは、知られているように、周波数ホッピングプロセスの結果、周波数ホップが十分大きい限り、中間周波数の異なるチャネルが互いに無関係のフェージング応答を有するからである。この応答は、周波数ホップの代わりに異なる偏波状態を無線リンクに用いる場合であっても得られる。例えば、ＧＳＭネットワークのデータブロックは４つのデータバーストを含み、４つのバーストそれぞれについてのチャネルのフェージング応答は互いに無関係であるものと意図される。したがって、異なる周波数ホップおよび偏波状態の異なる変化の双方によって、この条件を満たすことができる。
【０００７】
本発明は、第１の例において、請求項１の特徴により上記目的を達成する。
請求項１は、少なくとも１つの送信器と、少なくとも１つの受信器とを有する複数の基地局を備え、各基地局に少なくとも１つの二重偏波アンテナが割り当てられる無線システム、特にＧＳＭモバイル無線システムの提供を明記する。二重偏波アンテナは直交偏波アンテナであってもよい。本発明によれば、送信すべき送信信号の偏波状態を所定の時点で変化させるために、二重偏波アンテナには偏波変調器が割り当てられる。
【０００８】
有利な展開は、従属形式の請求項の主題である。
既存の基地局を続けて使用できるようにするため、二重偏波アンテナおよび偏波変調器は共に、基地局に接続可能なモジュールを形成する。
【０００９】
偏波変調器は、送信すべき信号の偏波を周期的に、通常は４つの異なる偏波状態の間で変えるように、送信すべき送信信号を有する二重偏波アンテナを適宜起動する。
【００１０】
信号が８つのタイムスロットを有するいわゆるＴＤＭＡフレームで送信されるＧＳＭ移動無線システムを考慮する場合、偏波状態を変化させる時点は、ＴＤＭＡフレームとは無関係にクロック発生器、またはＴＤＭＡフレーム内のタイムスロットによって決定される。
【００１１】
二重偏波アンテナが送信方向および受信方向の双方に用いられるため、送信器／受信器フィルタが、対応する場所に、それ自体知られた様式で設けられる。
【００１２】
上記目的は、同様に、請求項８の特徴によって達成される。
請求項８は、送信すべき送信信号の偏波状態を所定の時点で変化させる偏波変調器がそれぞれ割り当てられる、少なくとも１つの二重偏波アンテナを備えるアンテナ構成の提供を明記する。
【００１３】
アンテナ構成の有利な展開は、従属形式の請求項の主題である。
【００１４】
目的は、請求項１２の特徴によってさらに達成される。
請求項１２は、無線システムにおいて使用するための偏波変調器を記載しており、前記変調器は、加えられるクロック信号に従って複数の偏波状態を送信信号に生成する。
【００１５】
本発明について、添付の図面と共に例示的な実施形態を基にして、以下にさらに詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には、概して１０で表される、例えばＧＳＭ移動無線ネットワークの基地局を模式的に示す。基地局１０は、それ自体知られた方法で、とりわけ、例えば送信器ＴＸと、ダイバーシチ受信のために２つの受信器ＲＸ１、ＲＸ２とを含む送受信器１５を備える。もちろん、さらなる送受信器を基地局に実施してもよい。本例においては、送信器ＴＸおよび受信器ＲＸ１は、送信方向および受信方向を分けるために、送受切換器１７に接続される。受信器ＲＸ２は、帯域フィルタ１８に接続される。
【００１７】
図１は、概して２０で表される、直流ダイプレックスフィルタと、電源装置２２とを備えるアンテナ構成も示す。直流ダイプレックスフィルタは、ＲＦ送信パワーのみが送受信器１５を通るように保証する。アンテナ構成２０は、基地局１０から別個の装置として設計され、直流ダイプレックスフィルタおよび電源装置２２を介して、基地局１０の送受切換器１７および帯域フィルタ１８に接続される。アンテナ構成２０内で実施されるクロック回復および制御回路２３は、直流ダイプレックスフィルタおよび電源装置２２に接続された２つの入力をする。クロック回復および制御回路２３の出力は、さらに詳細に後述する偏波変調器２４に接続される。クロック回復および制御回路２３は、例えばＴＤＭＡフレームから、偏波変調器２４の制御信号を生成することができる。クロック回復および制御回路２３は、ＴＤＭＡフレームのＲＦ送信パワーのエンベロープの変動からバーストクロックを回復するように設計される。これは、知られているように、送信すべきデータは、ＴＤＭＡフレームのタイムスロットにおけるデータバーストとして送信されるためである。データバーストの送信の場合、送信パワーは、ＴＤＭＡフレームの各タイムスロットの開始時に上がり、タイムスロットまたはデータバーストの終了時に再び下がる。クロック回復および制御回路２３は、出力のこの変更からバーストクロックレートを回復し、これを偏波変調器２４のためのクロック信号として用いる。バーストクロックレートに合わせて、偏波変調器２４は、二重偏波アンテナ２７と共に、送信すべき信号の偏波状態を変化させる。例示的な実施形態では、直交偏波アンテナが二重偏波アンテナとして用いられる。
【００１８】
偏波変調器２４の第２および第３の入力にはそれぞれ、送信器／受信器フィルタ２５が接続されており、該送信器／受信器フィルタ２５は次に直流ダイプレックスフィルタおよび電源装置２２のポートにそれぞれ接続されている。２つの送信器／受信器フィルタ２５はそれぞれ、低雑音前置増幅器２９を介してさらなる送信器／受信器フィルタ２６に接続される。偏波変調器２４の２つの出力信号は、２つの送信器／受信器フィルタ２６を介して直交偏波アンテナ２７に供給される。送信器／受信器フィルタ２５および２６は、例えば、偏波変調器２４がスイッチングダイオードによって実現される場合に常に必要とされる。これは、スイッチングダイオードが、受信帯域内にあり、受信器ＲＸ１およびＲＸ２を結果として妨害しうる調波振動を生成するためである。
【００１９】
この時点において、簡潔に、偏波変調器２４にスイッチング信号を生成するクロック回復および制御回路２３は、基地局１０にすでに存在するタイムスロットクロック発生器（図示せず）で置換してもよく、この出力信号は偏波変調器２４に供給されることに留意されたい。
【００２０】
すでに述べたように、偏波変調器２４は、送信すべき信号の偏波状態が各データバーストの開始時に変化するように保証する。
【００２１】
図２ａ〜図２ｄはそれぞれ偏波変調器２４の等価回路図を示し、各等価回路図は、特定の偏波状態を象徴している。図２ａ〜図２ｄに従い、偏波変調器２４は、直交偏波アンテナ２７と共に、直線（＋４５度）偏波送信信号、直線（−４５度）偏波送信信号、円（反時計回り）偏波送信信号、および円（時計回り）偏波送信信号を生成することができる。実施に応じて、偏波変調器２４は、個々の変調状態またはすべての変調状態の間を前後無作為にホップすることも、あるいは直交偏波アンテナ２７と共に周期的に個々の変調状態を提供することもできる。
【００２２】
本例では、等価回路はそれぞれ２つの入力および２つの出力を有し、各入力を別個の送信器に割り当てることができる。これは、例えば図２ａに従い、送信器が左側の入力に接続される場合には、４５度の直線偏波状態の信号が生成されることを意味する。反対に、送信器が右側の入力に接続される場合には、−４５度の直線偏波状態の信号が直交偏波アンテナ２７から発せられる。偏波変調器２４は、図２ｂに関しては逆の振る舞いをする。
【００２３】
図２ｃに示す等価回路図によれば、左側の入力に加えられる送信信号は、９０度シフトした信号成分に分割されて直交偏波アンテナ２７に供給され、発せられる送信信号は、反時計周りの円偏波送信信号を形成する。しかし、送信信号が偏波変調２４の右側の入力に加えられる場合、２つの９０度シフトした信号成分に分割されて直交偏波アンテナ２７に供給され、発せられる送信信号は、時計回りの円偏波送信信号を形成する。図２ｄに示す等価回路を用いる場合、偏波変調器２４は逆の振る舞いをする。
【００２４】
説明したアンテナ構成２０を用いると、ＢＣＣＨチャネルに関して、ＧＳＭネットワークのクラスタサイズを相当に低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンテナ構成が割り当てられる基地局のブロック図を示す。
【図２】ａ〜ｄはそれぞれ、４つの異なる偏波状態について、図１に示す偏波変調器の等価回路を示す。

Claims (6)

1. 少なくとも１つの送信器（ＴＸ）と、少なくとも１つの受信器（ＲＸ１、ＲＸ２）とをそれぞれ有する複数の基地局（１０）を備え、各基地局（１０）に少なくとも１つの二重偏波アンテナ（２７）が割り当てられる無線システムにおいて、送信すべき送信信号の偏波状態を所定の時点で変化させるために、前記二重偏波アンテナ（２７）には偏波変調器（２４）が割り当てられ、
   前記送信信号はシグナリングチャネルで送信される信号であり、
   前記偏波変調器（２４）は、偏波状態を変化させる時点を固定するクロック発生器（２３）に接続されて、前記二重偏波アンテナ（２７）および前記偏波変調器（２４）は、前記基地局（１０）から別個に構成されるモジュール（２０）を形成し、前記クロック発生器（２３）は前記モジュール（２０）内に存在し、ＴＤＭＡフレームのＲＦ送信パワーのエンベロープの変動からクロック信号を発生することを特徴とする無線システム。
2. 前記偏波変調器（２４）は、周期的に、４つの異なる偏波状態を送信すべき送信信号に提供することを特徴とする請求項１記載の無線システム。
3. 前記無線システムは移動無線システムであり、前記クロック発生器（２３）はＴＤＭＡフレームまたはタイムスロットクロック発生器であることを特徴とする請求項１または２記載の無線システム。
4. 前記二重偏波アンテナ（２７）と前記偏波変調器（２４）の間には送信器／受信器フィルタ（２５、２６）が接続されると共に、前記送信器（ＴＸ）および前記受信器（ＲＸ１、ＲＸ２）には、送信器／受信器フィルタ（１７）が割り当てられることを特徴とする請求項１または２記載の無線システム。
5. 二重偏波アンテナ（２７）、及び送信すべき送信信号の偏波状態を所定の時点で変化させる偏波変調器（２４）を有する基地局とアンテナ構成であって、
   前記送信信号はシグナリングチャネルで送信される信号であり、
   前記偏波変調器（２４）に接続されて、偏波状態を変化させる時点を固定するクロック発生器（２３）を備え、前記二重偏波アンテナ（２７）、前記偏波変調器（２４）及び前記クロック発生器（２３）は、前記基地局（１０）から別個に構成されるモジュール（２０）を形成し、前記クロック発生器（２３）はＴＤＭＡフレームのＲＦ送信パワーのエンベロープの変動からクロック信号を発生することを特徴とする基地局とアンテナ構成。
6. 前記偏波変調器（２４）は、周期的に、４つの異なる偏波状態を送信すべき送信信号に提供することを特徴とする請求項５記載の基地局とアンテナ構成。

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