JP4516568B2 - 基地局内においてマルチキャリアパワーアンプおよび合成方式により全冗長アンテナホッピングを実施するためのシステムおよび方法 - Google Patents

基地局内においてマルチキャリアパワーアンプおよび合成方式により全冗長アンテナホッピングを実施するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

関連出願
この出願は、この明細書においてその全体が援用される、2003年4月25日に出願されて「基地局内においてマルチキャリアパワーアンプおよび合成方式を用いて全冗長アンテナホッピングを実施するためのシステムおよび方法(Fully Redundant Antenna Hopping with Multi-Carrier Power Amplifiers and Combining Schemes within a Base Station)」と題された、米国仮出願連続番号第60/465,997号の優先権を主張する。
発明の背景
発明の分野
この発明は一般に、無線通信のインフラストラクチャに関し、特に、基地局内においてマルチキャリアパワーアンプおよび合成方式によりアンテナホッピングおよび冗長を実施するためのシステムおよび方法に関する。
関連技術の説明
無線通信システムでは、多重路伝搬によって生じる移動無線チャネルの小規模なフェージングを抑制するために、これまでに2つの手法が考案されてきた。受信機の性能を高めるために、アダプティブアンテナまたはダイバーシティ方式を用いることができる。このようなダイバーシティ方式の1つを「アンテナホッピング」と呼ぶ。アンテナホッピングは、狭スペクトルの用途に特に有用かつ有効であることが分かっており、一般に、ネットワークの最大出力において10〜30%までのポテンシャル利得を提供する。
アンテナホッピングでは、1つのベーストランシーバサブシステム(Base Transceiver
Subsystem(BTS))内に配置されたアンテナアレイ内の異なるアンテナ上で情報の連続バーストが送信される。多重路伝送により、信号成分が同時にフェージングする可能性が著しく減じられるため、ダイバーシティ利得が得られる。このダイバーシティ利得は、移動度の低い条件において、すなわち、移動局の動きが遅いときに最も顕著になる。図1は、アンテナホッピング方式を実現するように構成されるBTSの要素を示す機能ブロック図である。さらに性能を改善するために、アンテナホッピング方式はしばしば、周波数ホッピング方式と組合される。この周波数ホッピング方式は、異なる周波数帯域(f1〜f6として示す)を交互に連続して異なるアンテナに適用することを伴う。
特定のセルに対する最大出力需要を増大することにより、対応するBTSにおいて信号搬送送受信機(TRX)をより多く配置しなければならなくなることが多い。セルが応対する領域に対して全受信可能範囲を維持するために、TRXからの出力信号が好ましくは合成され、その後増幅または最適化される。TRXの出力信号が合成されない場合、各TRXをアンテナに接続する給電線があまりにも多く必要とされ、セルタワーの構造上の能力を超えるおそれがある。
一般に、TRXの出力信号は、低出力のコンバイナを用いて合成される。そして、高出力の超線形広帯域のマルチキャリアパワーアンプ(Multi-Carrier Power Amplifier(MCPA))等の装置が、送信された信号の各々を増幅し、それによってこれらの信号は、
所望の領域全体にわたって受信され得る。
アンテナホッピングは本質的に、アンテナの並列な組に加え、増幅器、コンバイナ、および送受切換器(DPX)等の他の機器も必要とする。特に、1台のMCPAに数千ドルの費用がかかり得るため、少数の無線局にとって、この資本設備に法外な費用がかかるおそれがある。
さらに、システムの信頼性を最大にするために、BTSのハードウェアの冗長性のレベルをさらに上げることが望ましい。たとえば、「ホットスタンバイ」として公知の専用バックアップMCPAは、しばしばバックアップとして配置され、特定のアンテナに対して作動中のMCPAが故障した時に引継ぎを行なう。各アンテナまたはアンテナの組に対してホットスタンバイMCPAと、それに関連付けられたハードウェアとを維持することは、高価な解決策である。システムの信頼性を維持するための1つの代替例が、アンテナホッピングまたは伝送ダイバーシティを用いずに全冗長を提供することである。しかしながら、ダイバーシティを用いない冗長が、信号フェージングの問題に対処できないことは明らかである。したがって、このような冗長を提供するためのこれまでのシステムにまつわる法外な費用を生じずに、ダイバーシティおよび冗長の両方を提供するシステムおよび方法を考案することが必要とされる。
発明の概要
この発明は、周波数合成スキームを用いるベーストランシーバサブシステム(BTS)内において故障検出を伴った全冗長アンテナホッピングを実現するためのシステムおよび方法を提供することにより、上記の問題に対処する。
有利にも、この発明のシステムおよび方法は、BTS機器における設備投資を最小限に抑えつつ、全冗長を伴った、アンテナホッピング等のダイバーシティ方式と故障検出との共存を可能にする。この明細書により詳しく説明するさまざまな実施例に関し、この発明の或る局面を概略的に述べる。
この発明の一局面は、故障の存在に基づき、ダイバーシティ方式または修復方式のいずれかを選択的に実施することである。より具体的には、この発明のさまざまな実施例は、伝送ダイバーシティ冗長(transmit Diversity Redundancy(TDR))コントローラを含む。TDRコントローラは、基地局の送受信機に関連付けられたアンテナブランチ上に故障が存在すること、および、故障時にBTSに対してトラヒック需要があることに基づき、ダイバーシティモードまたは修復モードのいずれかにBTSを維持する。
BTSは、好ましくは、各アンテナにつき1つのダイバーシティモードコンバイナと、故障時に使用されるさらに別の修復モードコンバイナ(以降、「リコンバイナ」と称する)とを含む。各ダイバーシティモードコンバイナは給電線に直接接続され、キャリア信号の一群を合成して合成信号を生じ、この合成信号をその給電線に沿って送信する。修復モードリコンバイナは、任意の給電線に沿った必須装置に故障が検出されたときに使用される。修復モードリコンバイナの目的は、以前に合成された信号を合成して再合成信号を生じ、その再合成信号を、故障していない給電線に沿って送信することである。
TDRコントローラはまた、故障検出器も含み得る。故障検出器は、各給電線の経路上の必須装置と連動機能して、第1の給電線の経路または第2の給電線の経路のいずれかに沿って故障を検出する。故障検出器は、故障を検出すると故障標識を生成する。この故障標識は、(2本の給電線が存在する環境と仮定した場合に)第1の給電線または第2の給電線のどちらに沿って故障が生じたのかを示す情報を含む。
TDRコントローラはプロセッサも含む。このプロセッサは、故障検出器から故障標識を受信し、実施すべき適切な故障修復手段に関する命令を決定または受信し、その故障修復手段を実施する。
この発明の別の局面に従い、また、積極的および消極的な故障修復手段が、故障の影響を最小限に抑える意思決定論理を介して選択的にかつ動的に実施される。関連する実施例において、TDRコントローラは、セルの位置についての現時点でのトラヒックデータに基づき、(積極的な修復を実施することによって)受信可能範囲を縮小するか、または、(消極的な修復を実施することによって)最大出力を低減するように指示される。特定の実施例において、TDRコントローラまたはBTSの中央処理装置(Central Processing
Unit)は、BTSが搬送するトラヒックを間接的に監視し、積極的な修復または消極的な修復のいずれを実施すべきかを決定する。他の実施例において、積極的な修復または消極的な修復のいずれを実施すべきかについての決定は、基地局コントローラ(Base Station Controller(BSC))により行なわれる。
特定の状況により、積極的な故障修復が呼出される。低需要の期間中において、この発明の例示的な方法は、他のアンテナブランチが修理されている間に、作動中のアンテナブランチにより、無線のトラヒックが最大出力の半分でサポートされ得ることを判断する。TDRコントローラは、BTSを修復モードに切換えない。積極的な故障の修復を実施するために、故障が1つの給電線(ダウン状態のブランチ)に沿って生じた場合、プロセッサは、他の給電線(作動中のブランチ)をそれぞれのダイバーシティモードコンバイナから接続解除して修復モードコンバイナに接続する切換手続を呼出す。第3のコンバイナは第1のコンバイナおよび第2のコンバイナの出力を受信し、これらの出力を合成して第3の合成信号を生成する。次に、この第3の合成信号は、作動中の給電線に沿って送信される。したがって、キャリア信号の第1および第2の群により表わされる周波数キャリアのすべてが作動中のブランチを介して送信され、受信可能範囲を犠牲にしてBTSの周波数搬送能力を維持する。次にBTSは、アンテナホッピングおよび/または伝送ダイバーシティがディスエーブルにされたことをBSCに通知する。
特定の他の状況により、消極的な修復が呼出される。トラヒックがピークの期間中に故障が生じた場合、TDRコントローラは、すべての信号キャリアをダウン状態のアンテナブランチから作動中のブランチに切換え、それによって受信可能範囲を犠牲にする。消極的な修復を実施するために、トラヒックおよび故障データを処理することにより、故障の期間中にわたってこの故障に関する周波数を欠落させておくことを決定し、BSCは新規の呼のすべてに対し、周波数の再パッキングプロセスを実行する。消極的な修復の一例が、非周波数RFホッピング構成である。
有利にも、この発明のシステムおよび方法はスケーラブルであり、任意の数のアンテナを有するBTSに対処することができる。
これらのおよび他の目的、特徴および/または、利点は、以下により詳細に説明するように、この発明の実施例のさまざまな局面から生じ得る。
この発明のさまざまな例示的実施例を以下の図面を参照して詳細に説明する。ここでは、同じ参照番号が同一または同様の構成要素またはステップを指す。
例示的な実施例の詳細な説明
次に、この発明の特定の実施例を、図面を参照してより詳細に説明する。図2は、この
発明のさまざまな実施例に対する例示的な一実施例を示すブロック図である。図2に示すように、この例示的な環境は、移動通信用グローバルシステム(Global System For Mobile Communications(GSM))ネットワーク100であるが、EDGE、TDMA、FDMA、CDMA、WCDMA、OFDM、および同様の通信プロトコルを用いたネットワークを含む、他のさまざまな無線データ伝送システムおよび電気通信データ伝送システムにおいて、この発明が実現され得ることを当業者は認識するであろう。
GSMネットワーク100は、3つの主サブシステム、すなわち、切換システム(SS)105、基地局システム(Base Station System(BSS))110、およびオペレーションおよびサポートシステム(OSS)115を含む。SS105は、GSMネットワーク100内において、ならびに、GSMネットワーク100と他の音声/データシステム、たとえば公衆交換電話網(PSTN)120、他の公衆陸上移動網(PLMN)125、およびパケット交換公衆データ網(PSPDN)130との間において、加入者に関する機能および呼の処理を行なう。SS105は、以下の機能ユニット、すなわち、ホームロケーションレジスタ(HLR)135、ビジターロケーションレジスタ(VLR)140、認証センター(AUC)142、端末識別レジスタ(EIR)145、および移動通信交換局(MSC)150を含む。SS105はまた、ゲートウェイ移動通信交換局(GMSC)155、GSMインターワーキングユニット(GIWU)160、メッセージセンター(MXE)165、および移動通信ノード(MSN)170も含む。
MSC150は、GSMネットワーク100についての無線通信に関連する機能のすべてを実行する少なくとも1つのBSS110と直接に連動機能する。さまざまな構成が可能であるが、図2において一例として示すBSS110は、1つの基地局コントローラ(BSC)180と3つのベーストランシーバサブシステム(BTS)185とを含む。BSC180は、MSC150とBTS185との間の論理的な相互接続を提供および制御する機能上のエンティティである。BSC180は、BTS185と共に物理的に位置付けられ得、または、Abisインターフェイス等のインターフェイス190を介してBTS185と通信し得る。GSMネットワーク100に対する監視および制御機能は、オペレーションおよびサポートシステム(OSS)115により実行される。3つのBTS185の各々は、BSS110が応対するセクタに対応する。
図3は、簡略化した例示的なBTS185の特定の要素の機能上の構成を示すブロック図である。明瞭にするために、BTS185の送信(Tx)経路のさまざまな要素が示され、BTS185の受信(Rx)経路のさまざまな要素(配信アンプ等)は示されていない。BTS185は主に、アンテナおよびいくつかの無線送受信機(TRX)(まとめて215として示す)等の無線機器からなり、これらの無線機器は、単一セル内で作動する移動局に対して無線インターフェイスを設けるのに必要とされる。任意の時点において、TRXの一群(TRXの群A216)が、TRXの群B217を介してアンテナにアクセスする。
次に、示された例示的な実施例を参照すると、BTS185は、故障か、または機器が利用できないことを検出することによってトリガされる全冗長により、アンテナホッピング方式を実施する。機能上の構成要素は、少なくとも2本のアンテナ200を含む。例示的な実施例において、アンテナA201およびアンテナB202からなる1対のアンテナ200は、BTS185が応対する各セクタに対する信号を送受信する。アンテナ200の各々は、MCPA205が増幅した信号を送信する。各MCPA205は同一の装置であり得るが、明瞭にするため、アンテナA201に関連付けられたMCPA205をMCPA(A)206と称し、アンテナB202に関連付けられたMCPA205をMCPA(B)207と称する。
MCPA205は、TDRコントローラ210によって合成されかつ最適に経路指定された信号を増幅する。TDRコントローラ210は、以下の機能、すなわち、故障の検出と、キャリア信号の再合成および再経路指定による故障の修復とを好ましくは実施する装置または装置群である。
図4を参照すると、TDRコントローラ210は、プロセッサ212、故障検出器235、少なくとも1つのリコンバイナ250、および切換機構255を含む。
プロセッサ212は、BTS185の中央処理装置(CPU)257から独立していても、または一体化していてもよい。プロセッサ212の機能は、故障の修復を実施または終了せよという命令に応答して切換機構255の動作を制御することである。加えて、特定の実施例において、プロセッサ212はまた、修復が必要であるか否かを判断する機能も有する。代替的に、修復が必要か否かの判定は、BSC180において行なわれ得る。プロセッサ212、BSC180、およびBTSのCPU257の間において切換命令および/またはトラヒックデータを通信するための論理的接続を図4に示す。
プロセッサ212は、好ましくは、システムバスによってメモリ(図示せず)に接合される。このメモリは、読出専用メモリ(ROM)およびランダムアクセスメモリ(RAM)等の高速記憶装置を含み得る。ROMは、ベーシック入力/出力システム(BIOS)を記憶する。BIOSは、起動中および他の時間において、プロセッサ212内の要素間での情報の転送を補助する基本的なルーチンを含む。RAMは、プログラムモジュールおよびドライバを記憶し得る。特に、RAMは、オペレーティングシステム、1つ以上のアプリケーションプログラム、プログラムデータ、およびウェブブラウザプログラムを含み得る。UNIX(登録商標)は、適切なオペレーティングシステムの単なる一例である。
プロセッサ212はまた、システムバスを介して(またはその他の態様で)プロセッサ212の他の構成要素に相互接続される複数のドライブを含み得る。例示的なドライブは、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、および光学ディスクドライブ等の低速記憶装置を含む。具体的に、各ディスクドライブは、適切なインターフェイス(それぞれハードディスクドライブインターフェイス、磁気ディスクドライブインターフェイス、および光学ドライブインターフェイス)を介してシステムバスに接続され得る。さらに、プロセッサ212は、ドライブおよびそれらに関連付けられたコンピュータ読取可能な媒体を介して、不揮発性記憶装置またはメモリを含み得る。たとえば、磁気ディスクドライブにより磁気ディスクの使用が可能になり、光学ディスクドライブにより光学ディスクの使用が可能になる。コンピュータによって読取可能な他の種類の媒体、たとえば特に、磁気カセット、デジタルビデオディスク、フラッシュメモリカード、GIPカートリッジ、JAZZカートリッジもまた、例示的なオペレーティング環境で使用可能である。
加えて、プロセッサ212は、システムバスに接続されたシリアルポートインターフェイスを含み得る。シリアルポートインターフェイスは、プロセッサ212との間で指令および情報の受け渡しを可能にする入力装置および出力装置に接続する。入力装置は、キーボード、マウス、および/または他の入力装置を含み得る。ペン、タッチ操作式装置、マイクロフォン、手動式操作装置、ゲームパッド、衛星放送用パラボラアンテナ、スキャナ、および他の入力装置もまた、指令および/または情報の入力用に使用することができる。また、これらの入力装置を他のインターフェイス、たとえばEthernet(登録商標)ポートまたはユニバーサルシリアルバス(USB)等の他のインターフェイスを介して接続することもできる。さらに、TDRコントローラ210は、モニタ、プリンタ、または他の表示装置等の出力装置を含み得る。表示装置は、ビデオアダプタ(図示せず)等のインターフェイスを介してシステムバスに接続される。TDRコントローラ210は、スピーカまたはプリンタ(図示せず)等の他の周辺装置および/または入力/出力装置を含み得る
キャリア信号の合成
故障が存在しない場合、TDRコントローラ210は、アンテナホッピングおよび周波数ホッピングを含むさまざまなダイバーシティ方式の実施を可能にするダイバーシティモードで作動する。TDRコントローラ210は、ダイバーシティモードにおいて、TRX215の2つの群(図3においてTRXの群A216およびTRXの群B217として示す)からのキャリア信号を合成して2つの合成信号を生じ、合成信号の各々は、一本の給電線220上で1つのアンテナブランチに沿ってそれぞれのアンテナ200に搬送される。この明細書で使用する「アンテナブランチ」という用語は、給電線220と、この給電線220に沿ってかつTDRコントローラ210から下流の全要素とを指し、アンテナ200を含む。この明細書で使用する「モード」という用語が、特に冗長アンテナブランチおよびそれに関連付けられた機器の主要目的に関し、BTS機器の機能上の状態を単に指すことに注意されたい。
図4を参照すると、TDRコントローラ210は、TRXの群A216からのキャリア信号を合成するためのコンバイナA225と、TRXの群B217からのキャリア信号を合成するためのコンバイナB230とを含む。ダイバーシティモードにおいて、コンバイナA225からの合成信号は、MCPA(A)206に中継され、コンバイナB230からの合成信号は、MCPA(B)207に中継される。
各実施例において、ダイバーシティは、主に一斉伝送アンテナ、アンテナホッピング、および/または周波数ホッピングにより達成される。しかしながら、アンテナ200を介して伝送される合成信号の伝送経路および周波数帯域の変更を伴うだけでなく、他の空間ダイバーシティ、極性ダイバーシティ、および放射パターンダイバーシティプロトコルを伴う任意の方法を含む、公知のまたは今後開発される任意のダイバーシティ方法および合成方法を用いて、この発明のシステムおよび方法を実現することができる。
故障の検出
TDRコントローラ210は、一例を要素236として示す故障を検出するための故障検出器235を含む。故障検出器235は、MCPA205、給電線220、送受切換器(DPX)237、タワー搭載/マストヘッド増幅器(Tower Mounted/Masthead Amplifier(TMA))222、および/または対応するアンテナ200を含む、アンテナブランチに沿って信号を伝送するのに必要とされる「必須機器」に関連付けられる。故障検出器235は、プロセッサ212と一体化されてよく、または、TDRコントローラ210の独立した要素として実現されてよい。
故障検出器235は、好ましくは、センサ、指向性カプラ、および/または他の相互接続等の中継装置からなる機能上の構成要素であり、アンテナブランチに関連付けられた必須機器からプロセッサ212に、および(直接的にまたは間接的に)BSC180に対し、作動状態の情報を中継する。故障検出器235が、適切なハードウェアおよび/またはソフトウェア検出回路の任意の組合せを用いて実現され得ることを理解されたい。
故障検出器235は、任意の必須機器内の故障を直接的にまたは間接的に検出することができる。たとえば、故障検出器235は、アンテナの故障を検出するために、各アンテナ200に隣接する各給電線220のセグメント上の指向性カプラ245を介して、電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio(VSWR))検出器410と連動機能する。いずれかのアンテナ200が故障している場合、検出器235は異常に高い反射信号を検出し、故障を示す。故障検出器235はこれに応答して、故障標識としてのフラグをプロセッサ212に渡す。
故障検出器235は、好ましくは、アンテナ経路に沿って検出された信号と、TRX215から生じた信号とを比較する。この比較は、検出された信号の欠落が実際にはTRX215の故障によって生じている場合に、故障検出器235がアンテナ経路の故障を示すことを防止する。
TMA222は、作動するためにBIAS−T248等の電源を必要とする電子装置である。BIAS−T248は、BSS110のDCバイアスコントローラ(図示せず)からのDC電流と信号との混合物を、給電線220に注入する。一般に、TMA222には、停電が生じた場合にTMA222の増幅器の構成要素をバイパスするバイパス中継器が備え付けられている。しかしながら、致命的な故障によりTMA222およびバイパス中継器がディスエーブルにされた場合、故障検出器235は、通常BSS110レベルにおいて設けられるDC−バイアスコントローラ40および/または他のアラーム要素と連動機能することによって故障を検出する。故障検出器235は、この故障の表示をプロセッサ212に中継する。
MCPA205のいずれかの故障時に、その影響を受けているMCPA205は、その内部の中央処理装置(CPU)から出力されるデータを介して故障を示す。故障検出器235は、プロセッサ212にこの故障の表示を中継する。したがって、故障検出器235が、自己検出に加え、または自己検出の代わりに、他の故障検知機器から故障標識を受信した後にこの故障標識をプロセッサ212またはBSC180に通信することにより、間接的に故障を検出できることにも注目されたい。
MCPA205とTDRコントローラ210との間で生じたどのような故障も、MCPA205に対して信号の損失を生じる。それに応答して、MCPA205内のCPUは、「信号のない」状態を示す。故障検出器235は、MCPA205の「信号のない」状態を検出して故障信号を生成し、この故障信号をプロセッサ212に中継する。
故障の修復
故障を修復する手段には、1)ダイバーシティモードから修復モードへの切換(積極的な修復)または2)故障したアンテナブランチに関連するキャリアを欠落させる(消極的な修復)のいずれかが含まれる。好ましくは、どちらの修復手段を実施するかについての判断は、BTSのCPU257またはBSC180のいずれかにより行なわれる。TDRコントローラ210は、故障標識をローカルに処理し、この標識をBSC180に中継し、トラヒックデータまたは他のパラメータに基づいてBSC180から指令を受信し、受信した指令に応じて適切な故障修復手段を実施する。TDRコントローラ210は、故障修復手段を実施した後に、BSC180に対し、採用した修復手段を通知する。他の特定の実施例において、プロセッサ212は、別の外部のプロセッサ(BSC180または他のデータソースからトラヒックまたは他の関連データを受信することができる)に対し、故障標識およびそれに関連する任意のデータを中継し、その外部のプロセッサ(BTSのCPU等)から故障修復の命令を受信する。上述の判断に関する論理を、以下により詳細に説明する。
積極的な修復
故障236を積極的に修復するために、TDRコントローラ210は、アンテナブランチ上の故障236を示す故障検出器235から故障標識を受信すると、BTS185をダイバーシティモードから修復モードに切換える。
再び図4を参照すると、アンテナA201に供給を行なうアンテナブランチが位置1に切換えられ、かつ、アンテナB202に供給を行なうアンテナブランチが位置3に切換え
られたときに、ダイバーシティモードが示される。したがって、ダイバーシティモードでは、コンバイナA225およびコンバイナB230が作動し、リコンバイナC250はいずれのアンテナブランチにも接続されない。
対照的に、図5は、修復モードにある例示的なTDRコントローラ210の機能上の構成を示すブロック図である。TDRコントローラ210は、ダイバーシティモードから修復モードに切換えるために、コンバイナA225およびコンバイナB230の出力を、リコンバイナC250を介して経路指定する。それと同時に、TDRコントローラ210は、好ましくは、リコンバイナC250の出力を切換えて、再合成信号を、故障230を受けていないアンテナブランチ(「作動中の」アンテナブランチ)に沿って供給する。
より具体的には、図示された実施例によると、積極的な修復は、TDRコントローラ210が故障236の検出に応答して、そのプロセッサ212を介して切換機構255を作動させ、作動中のアンテナブランチを位置2に切換えたときに生じる。図5において、故障236は、アンテナブランチの必須要素内の故障検出器235によって検出される。したがって、アンテナBに関連付けられたアンテナブランチが、「ダウン状態のブランチ」であり、アンテナAに関連付けられたアンテナブランチが、「作動中のブランチ」である。作動中のブランチを位置1から位置2に切換えることにより、作動中のアンテナブランチに関連付けられたコンバイナを有する回路を遮断し、作動中のアンテナブランチとリコンバイナC250との間の回路を接続する。
図5において、アンテナB202に関連付けられたアンテナブランチは、故障236を有しているため、ダウン状態のブランチである。故障検出器235がダウン状態のブランチ内で故障を検出すると、故障検出器235は、プロセッサ212に故障の表示を中継する。故障の表示は、ダウン状態のブランチと作動中のブランチとを識別する。プロセッサ212は、それに応答して切換機構255を作動させ、作動中のアンテナブランチを位置1から位置2に切換える。作動中のアンテナブランチが、ダイバーシティモードにおいて、BTS185によって処理されるトラヒックの一部のみを受信するのに対し、アンテナA201は、修復モードにおいて、リコンバイナC250の出力を受信する。この出力は、キャリアf1からf6上で搬送される全ユーザデータの再合成からなり、BTS180が応対するセクタにより搬送されるすべてのトラヒックを表わす。ダウン状態のブランチは、位置3に切換えられたままである。
すべてのアンテナブランチの最大出力とそれに関連付けられた機器の最大出力とが同等である場合でさえも、1つのアンテナブランチのみを用いた合成信号の伝送により、BTS185の受信可能範囲の地理上の面積は著しく縮小されない。BTS185は、ダウン状態のアンテナ経路の1つにつき、出力の約50%を失い得るが、BTS185の最大出力は影響を受けない。たとえば、伝搬状態に依存して1つのキャリアにつき50%(3db)だけ出力を下げることは、セルの半径(r)を10%だけ(0.9rまで)縮小することと、セル内の受信可能範囲の面積を20%だけ縮小することとに相当する。再び図2を参照すると、各BTS185が、セルのサイトを構成する3つのセクタ(セル)の1つに応対することに注目すべきである。したがって、セクタの受信可能範囲の面積が80%まで縮小されても、結合されたすべてのセルのサイトのセクタの受信可能範囲の全面積は、図6に示すように、93.3%まで縮小されたに過ぎない。
受信可能範囲の縮小は、故障236の検出および修復の前に比べて今や2倍のトラヒックを搬送する作動中のブランチにおいて達成可能な最大出力パワーを下げることによって生じる。受信可能範囲の縮小は、故障236によって生じる機能停止の期間にわたって継続する。高トラヒックの期間においては、生じている相対的に多数の呼を欠落させるために、最大出力よりも受信可能範囲を縮小することが好ましいと考えられる。
消極的な修復
代替例として、故障が生じる前にダウン状態のブランチが搬送していた周波数帯域を欠落させることにより、アンテナブランチ上の故障236に対処することができる。1つのブランチが処理する最大出力を下げることにより、BTS185が周波数を搬送する能力を、一般には2分の1だけ効果的にも下げることが明らかである。しかしながら、BTS185の受信可能範囲は大抵、僅かに縮小されるにすぎない。特定の実施例において、トラヒックレベルは、積極的な修復または消極的な修復のいずれを実施すべきかを決定するパラメータである。低トラヒックの期間においては、受信可能範囲ではなく最大出力を下げることが好ましいと考えられる。なぜなら、故障236の時間に生じている呼のみを欠落させるためである。BTS185は、BSC180に機能停止を通知し、BSC180は、ダウン状態のブランチが修復されるまでそのセル(または影響を受けているブランチ)におけるアンテナホッピングおよび伝送ダイバーシティを一時停止する。したがって、低トラヒックの状態は、それ以降の呼の容量全体が、作動中のブランチに割当てられた周波数キャリア上で成功裡に搬送され得る確率を高める。
動的な意思決定
上述のように、この発明の特定の実施例は、論理を用いることにより、合成された周波数帯域を、作動中のブランチを用いて伝送すべきであるかを判断し、それによって受信可能範囲を縮小する(積極的な修復)か、または、ダウン状態のブランチが搬送していた周波数キャリアを欠落させることによって最大出力を下げる(消極的な修復)か、のいずれかを決定する。これらの実施例は、この決定を、BTS185またはネットワーク100に関連するトラヒック状態または他のパラメータに基づいたものにする。他のパラメータは、以下のものに限定されないが、たとえば、サービスの品質、費用または収益に関する考慮事項、影響を受けていないブランチの最大出力、予定されたメンテナンス、および時刻である。
一実施例において、TDRコントローラ210は、故障検出器235から故障標識を受信すると、BSC180と通信セッションを開始する。TDRコントローラは、故障データをBSC180に渡す。この故障データは、アンテナブランチがディスエーブルにされたことを単に示すことができ、または、より詳細な情報、たとえばダウン状態のブランチの識別、ダウン状態のブランチの仕様(最大出力、割当てられた周波数等)、故障の説明等を含むことができる。BSC180は、決定論理において指定された現時点でのトラヒック状態または他のパラメータに基づき、受信可能範囲を縮小すべきか、または、最大出力を低減させるべきかを判断する。
別の実施例において、プロセッサ212は、BSC180とのセッションを開始するが、受信可能範囲を縮小すべきか、または、最大出力を低減させるべきかについての決定に必要とされるトラヒックデータおよび他の情報のみを検索する。この実施例において、プロセッサ212は、BTS上のトラヒックを分析する機能を有する。プロセッサ212がBTSのCPU257と一体化され得ることに注目されたい。プロセッサ212は、トラヒックデータまたは他の情報を処理し、現時点でのトラヒック状態に基づき、受信可能範囲を縮小すべきか、または、最大出力を低減させるべきかを決定する。
代替的に、別の実施例において、BTSのCPU257は、BSC180に頼らずに決定を行なう。むしろ、BTSのCPU257は、その時点でBTS185が応対しているセルによって占有されるトラヒックを監視する。各BTS185は一般に、T1ライン等のデータ伝送リンクを介してBSC180と通信する。TDRコントローラ210は、好ましくは、このデータ伝送リンクと連動機能することにより、トラヒックデータまたは他の情報に基づいて指令を受信する。BTSのCPU257は、現時点でのトラヒック状態
に基づいて、受信可能範囲を縮小すべきか、または、最大出力を低減させるべきかを決定し、それに応じてプロセッサ212に命令する。
これまでの実施例において、トラヒックデータはBSC180により処理されており、BSC180は、トラヒックのレベルが予め規定されたしきい値に到達するか、またはそのしきい値を超えたときに切換および合成をトリガするように予めプログラムされ得る。トラヒックデータは、公知のまたは今後開発されるであろうさまざまな任意の無線トラヒックの測定基準を含み得、この測定基準は、サービスの品質(QoS)パラメータおよび他の音声および/またはデータ伝送性能の標識を含む。
さらに、これまでの実施例において、BSC180は、連続してまたは定期的に、前もってトラヒックを監視することができる。TDRコントローラ210は、反動的にBSC180との通信を開始するか、もしくはT1リンクを監視することができ、または、これらのことを連続してまたは定期的に行なうことができる。
さらに別の利点として、プロセッサ212は、好ましくは、故障状態を定期的にまたは連続して監視し、修復を必要とする故障が解消されたことを検出する。故障が一旦解消されると、プロセッサ212は修復手段を取消し、アンテナ設定方式または周波数割当方式を通常のものに戻す。修復手段の取消しは、故障の解消およびその検出が行なわれると自動的に生じ得、または、プロセッサ212もしくは外部要因が発行する「リセット」指令等の外部トリガに応答して自動的に生じ得る。さらに、故障の期間全体にわたり、プロセッサ212は、好ましくは、トラヒックの状態または修復手段の選択に関する他のパラメータを定期的にまたは連続して監視し、消極的な修復を選ぶために積極的な修復を中止すべきか、またはその反対に積極的な修復を選ぶために消極的な修復を中止すべきか、を判断する論理を使用する。
スケーラビリティ
これまでの実施例は、2本のアンテナ経路を有するBTS185に関して説明されてきたが、この発明は完全にスケーラブルであり、この発明を用いることにより、任意の数のアンテナ経路を有するBTS185においてダイバーシティおよび冗長を実施することができる。
図7は、修復モードにおける例示的なTDRコントローラのスケーラブルな実施例の機能上の構成を示すブロック図である。示された実施例は、n本のアンテナ経路が1つのTDRコントローラ210を用いて制御され得ることを示す。示されたTDRコントローラ210は、コンバイナ(1)260、コンバイナ(2)265、コンバイナ(n−1)270、およびコンバイナ(n)275を含むn個のコンバイナを含む。ダイバーシティモードにおいて、これらのコンバイナの各々は、それぞれ、給電線(1)280、給電線(2)285、給電線(n−1)290、および給電線(n)295に直接接続される。これらのコンバイナの各々はまた、n:n−1の合成比を有するリコンバイナ700の入力側にも接続される。しかしながら、給電線(n−1)290に関連付けられたアンテナ経路上での故障236に応答して積極的な修復が実施される場合、給電線(1)は、コンバイナ(1)260(位置1)の出力から、位置1′として示される、リコンバイナ700の隣接する出力に切換えられる。給電線(2)285は、コンバイナ(2)265(位置2)の出力から、位置2′として示される、コンバイナ300の隣接する出力に切換えられる。給電線(n−1)290は切換えられない(すなわち、そのコンバイナに接続されたままである)。給電線(n)は、コンバイナ(n)270(位置n)の出力から、位置n−1′として示される、リコンバイナ700の隣接する出力に切換えられる。
影響を受けたブランチを欠落させることによってダイバーシティ方式から積極的な修復
が実施された後に、影響を受けていないブランチにおいてアンテナホッピングおよび/または伝送ダイバーシティを引続き行なうことができる。
消極的な修復に加え、アンテナ経路280、285、290、または295のいずれかの上での故障236への応答を、選択的に実施することができる。上述の実施例と同様に、消極的な修復は、ダウン状態の給電線上で搬送される周波数のタイムスロットの再パッキングを必要とする。BSC180は、ダウン状態のブランチが修復されたことをBTS185が示すまで、この故障により影響を受けなかった周波数キャリアに対し、それ以降の無線の呼を再割当てすることによって周波数の再パッキングを実施する。
柔軟性
この発明の概念および原理は、任意の構成および要素を構成要素として有するTDRコントローラを用いて同様に実現することができる。たとえば、図8は、1:2スプリッタEおよびFならびにリコンバイナCとして3dBのハイブリッドコンバイナを用いるTDRコントローラの一実施例の機能上の構成を示すブロック図である。各コンバイナAおよびBの出力は、分割されると半分に減少する。しかしながら、MCPAのAおよびMCPAのBは、好ましくは、低出力の入力信号のみを必要とする高利得装置である。TRXが放出する信号が比較的高出力であるため、伝送される信号の動作または整合性に影響を及ぼさずにそれぞれのMCPAへのアンテナ経路に沿って電力を落とすことができる。図8に示す実施例は、ダイバーシティモードにあり、すなわち、故障が検出されておらず、BTSは通常通り作動している。背面放射を防ぐために、スプリッタEおよびFの出力ポートがしっかりと絶縁されていなければならないことに注意されたい。当業者は、スプリッタを絶縁するさまざまな方法を認識するであろう。
図9は、修復モードにおける図8の実施例の機能上の構成を示すブロック図である。当業者は、リコンバイナC850が1つ以上の入力を有し得ることを認識するであろう。有利にも、故障しなかったブランチ920に切換えた後に、すべてのキャリア間の合成信号を再較正する必要がない。
たとえば、図10は、1:2スプリッタEおよびFならびに2つのリコンバイナCおよびDを使用するTDRコントローラの一実施例の、ダイバーシティモードにある機能上の構成を示すブロック図である。切換機構1055は、ダブルポール・シングルスロースイッチを含む。この実施例を実現する際の重要な考慮事項は、ケーブル1060および1065の長さである。信号のレベルおよび遅延のバランスを取るために、これらのケーブルの長さを等しく、かつ、相対的に短くしなければならない。
図11は、修復モードにおける図10の実施例の機能上の構成を示すブロック図である。
この明細書に開示したシステムおよびプロセス、ならびにその要素または実施例に対し、この発明のさまざまな原理、特徴、局面、および利点の精神および範囲から逸脱することなく、追加、削除、置き換え、および/または変更を行なうことができる。
たとえば、この発明のTDRコントローラ210は一体型装置として説明されているが、協働してこの明細書に記載された機能を実施する別個の構成要素からなる、相互接続されたシステムであってもよい。図面に示すアンテナアレイの配置は単に例示的なものである。なぜなら、この発明のシステムおよび方法を、直線、半円、矩形、翼状、およびZ字型の形状を含むさまざまなアンテナアレイの構成にも等しく適用することができるためである。
(冗長を用いずに)アンテナホッピング方式を実施するように構成されたBTSの特定の要素を示す機能ブロック図である。 この発明のさまざまな実施例の例示的な環境を示すブロック図である。 この発明のさまざまな実施例との整合性を有する例示的なTDRコントローラを用いて、故障検出を伴った全冗長アンテナホッピング方式を実施するBTSの特定の要素の機能上の構成を示すブロック図である。 ダイバーシティモードにおける例示的なTDRコントローラの機能上の構成を示すブロック図である。 修復モードにおける例示的なTDRコントローラの機能上の構成を示すブロック図である。 この発明の特定の実施例に従った、積極的な修復を実施した後におけるアンテナブランチの消失の影響を示す図である。 修復モードにおける例示的なTDRコントローラのスケーラブルな実施例の機能上の構成を示すブロック図である。 ダイバーシティモードにおけるTDRコントローラの代替的な一実施例の機能上の構成を示すブロック図である。 修復モードにおける図8の実施例の機能上の構成を示すブロック図である。 ダイバーシティモードにおけるTDRコントローラの代替的な一実施例の機能上の構成を示すブロック図である。 修復モードにおける図10の実施例の機能上の構成を示すブロック図である。

Claims (16)

  1. ダイバーシティモードおよび複数の修復モードで作動することのできるベーストランシーバサブシステム(BTS)であって、
    各々が出力を有する複数の送受信機を備え、個々の送受信機の出力は、少なくとも2つのアンテナブランチのそれぞれに信号を提供するように構成され、
    ダイバーシティモードにおいて動作するBTSに応答して、少なくとも2つのアンテナブランチは、対応するキャリアを通信するために作動し、前記BTSはさらに、
    BTSの動作モードを選択するように構成されるプロセッサと、故障状態をプロセッサに提供するように構成される故障検出器とを含むコントローラと、
    少なくとも1つのリコンバイナとを備え、リコンバイナは、複数の修復モードのうちの積極的な修復モードの選択に応答して少なくとも2つのアンテナブランチのうちの故障したアンテナブランチに関連する信号を少なくとも2つのアンテナブランチのうちの少なくとも1つの他のアンテナブランチに再経路指定するように作動し、リコンバイナは、複数の修復モードのうちの消極的な修復モードの選択に応答して使用不能にされ、
    プロセッサは、故障状態に少なくとも部分的に基づいてダイバーシティモードおよび複数の修復モードから選択し、
    積極的な修復モードにおいて、BTSは、少なくとも2つのアンテナブランチのうちの少なくとも1つの他のアンテナブランチを用いて、故障したアンテナブランチに関連する信号を通信し、
    消極的な修復モードにおいて、BTSは、少なくとも2つのアンテナブランチのうちの故障した1つに関連するキャリア信号を欠落させる、BTS。
  2. プロセッサは、基地局コントローラ(BSC)からの入力なしに故障状態を処理する、請求項1に記載のBTS。
  3. プロセッサから制御信号を受信するとBTSの動作モードを切換えるように作動する切換機構をさらに備える、請求項1に記載のBTS。
  4. プロセッサは、基地局コントローラ(BSC)に故障状態を中継し、プロセッサは、BSCから受信した指令に少なくとも部分的に基づき、BTSを複数の修復モードのうちの1つに切換える、請求項1に記載のBTS。
  5. プロセッサは、故障が解消されたことに少なくとも部分的に基づき、BTSを複数の修復モードのうちの1つからダイバーシティモードに切換える、請求項1に記載のBTS。
  6. 故障状態が、少なくとも2つのアンテナブランチに関連する少なくとも1つの故障の発生を示し、
    プロセッサは、ネットワークトラヒック、サービスの品質、BTSのトラヒック、セクタのトラヒック、機器の状態、費用、および収益効果というパラメータのうちの任意のパラメータの状態に少なくとも部分的に基づき、積極的な修復モードまたは消極的な修復モードのいずれかを始動させる、請求項1に記載のBTS。
  7. ベーストランシーバサブシステム(「BTS」)で使用するための伝送ダイバーシティ冗長(「TDR」)コントローラであって、
    プロセッサと、
    プロセッサに対し、BTSの複数のアンテナブランチのうちの少なくとも個々の1つに関連する故障を報告するように構成される故障検出器とを備え、
    プロセッサは、報告された故障に少なくとも部分的に基づき、少なくとも1つのリコンバイナを選択的に始動させるように構成され、
    リコンバイナは、始動されたことに応答して、故障したアンテナブランチに関連する信号を再経路指定するように応答し、
    プロセッサは、BTSの積極的な修復モードにおいてリコンバイナを始動させるように構成され、プロセッサは、BTSの消極的な修復モードにおいてリコンバイナを効果的に使用不能にするように構成され
    積極的な修復モードにおいて、BTSは、少なくとも2つのアンテナブランチのうちの少なくとも1つの他のアンテナブランチを用いて、故障したアンテナブランチに関連する信号を通信し、
    消極的な修復モードにおいて、BTSは、少なくとも2つのアンテナブランチのうちの故障した1つに関連するキャリア信号を欠落させる、TDRコントローラ。
  8. BTSは、ダイバーシティモードおよび複数の修復モードのうちの1つで選択的に作動するように構成され、複数の修復モードは、積極的な修復モードおよび消極的な修復モードを含み、
    プロセッサは、報告された故障に少なくとも部分的に基づき、BTSに複数の修復モードのうちの1つで作動するように指令する、請求項に記載のTDRコントローラ。
  9. プロセッサは、ネットワークトラヒック、BTSのトラヒック、サービスの品質、セクタのトラヒック、機器の状態、費用、および収益効果というパラメータのうちの任意のパラメータの状態に少なくとも部分的に基づき、積極的な修復モードおよび消極的な修復モードから選択するように構成される、請求項に記載のTDRコントローラ。
  10. 消極的な修復モードにおいて、TDRコントローラは、報告された故障に対応する複数のアンテナブランチのうちの少なくとも個々の1つに関連するキャリア信号を欠落させるようにBTSを構成する、請求項に記載のTDRコントローラ
  11. 少なくとも1つのリコンバイナを有するベーストランシーバサブシステム(BTS)を、複数パスにわたって情報を通信するダイバーシティモードでの作動から修復モードでの作動に切換えるための方法であって、
    BTSの少なくとも2つのアンテナブランチのうちの1つにおいて故障を検出するステップと、
    故障の検出に応答し、かつBTSに関連する少なくとも1つのパラメータの状態に少なくとも部分的に基づき、積極的な修復モードおよび消極的な修復モードから選択するステップと、
    積極的な修復モードおよび消極的な修復モードからの選択に応答して少なくとも1つのリコンバイナを選択的に始動させるステップとを含み、
    リコンバイナは、始動されたことに応答して、故障したアンテナブランチに関連する信号を再経路指定するように応答し、
    ダイバーシティモードにおいて、少なくとも2つのアンテナブランチは、対応するキャリアを通信し、
    積極的な修復モードにおいて、故障したアンテナブランチに関連するキャリアは、他のアンテナブランチを用いて通信され、
    消極的な修復モードにおいて、故障したアンテナブランチに関連するキャリアは欠落される、方法。
  12. 消極的な修復モードの選択に応答して、故障に対応するアンテナブランチに関連するキャリア信号を欠落させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  13. 消極的な修復モードの選択に応答して、BTSの複数のアンテナにより搬送される多数の周波数帯域を減じるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  14. 積極的な修復モードの選択に応答して、BTSの複数のアンテナにより搬送される多数の周波数帯域のうちの個々の周波数帯域に関連する出力パワーを下げるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  15. 複数のアンテナブランチを有するベーストランシーバサブシステム(BTS)であって、
    複数のコンバイナを備え、コンバイナの各々は、キャリア信号の対応する一群を合成して、複数のアンテナブランチのうちの対応する1つに沿って伝送するためにそれぞれの合成信号を生じるように構成され、前記BTSはさらに、
    始動されたことに応答して、複数のコンバイナからの合成信号を再合成して少なくとも1つの再合成された信号を生じるように構成される少なくとも1つのリコンバイナと、
    複数のアンテナブランチに関連する故障検出器とを備え、故障検出器は、複数のアンテナブランチに関連する故障を検出するように構成され、故障を検出すると、故障標識を生成するように構成され、前記BTSはさらに、
    故障検出器からの故障標識に応答するプロセッサを備え、プロセッサは、故障標識に応答して、選択的に、リコンバイナを使用不能とするとともに、故障に関連するアンテナブランチのキャリア信号を欠落させるようにBTSを制御するように構成される、BTS。
  16. プロセッサは、外部のプロセッサに故障標識を中継するように構成され、プロセッサは、トラヒックが予め規定されたしきい値を超えたという判断に少なくも部分的に基づき、プロセッサにリコンバイナを始動させることを指示する指令を外部のプロセッサから受信するように構成される、請求項1に記載のBTS。
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