JP4681540B2 - アンテナ装置および基地局 - Google Patents

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Description

本発明は、通信システムの基地局におけるアンテナ装置およびセルラー方式の通信システムの基地局に関する。
基地局におけるアンテナ素子の位置が、送受信される無線信号の品質において重要な役割を演じ、それゆえ基地局および全セルラー方式通信システムの能力に強い影響を与えることは知られている。
基地局のセルのカバレージ(送受信)がセル範囲内でできる限り良好となるようにアンテナ素子を設置することは通常行われている。良好な送受信は、例えばアンテナ素子をビルディングのようなワイヤレス通信建造物または他の高い建造物に専用のマストを用いることにより高い場所に設置し、一方、他の部品、例えば基地局の無線周波数部品およびベースバンド部品をそのアンテナ素子から遠く離れた地面(ground)に設置することにより得られる。
基地局におけるアンテナ素子と他の部品との間の物理的距離は、基地局におけるアンテナ素子と他の部品との間で電気信号を中継する電力分配システムを含む。この電力分配システムは、アンテナグループが利用される場合には複数のアンテナ素子への分岐を含むことができる。この電力分配システムは、基地の送信器とアンテナ素子、場合によってはプリアンプとして使用されるマスト増幅器との間に同軸ケーブル等のケーブルを含む。マルチアンテナ技術は、アンテナグループによって供給される所望の放射パターン(radiation pattern:アンテナ指向性図)が達成されるように異なるアンテナ素子のアンテナ信号間で位相や増幅度等の通常正確な相対信号特性を要求する。
この電力分配システムの電気特性は、基地局のアンテナ素子と他の部品間で送信される信号において電気的障害を発生する。特に、マルチアンテナ技術が利用される場合、電力分配システムは異なる電気特性を有する分岐を含むことができ、それゆえアンテナ信号の相対信号特性は歪まされ、基地局の送受信品質は低下する。この送受信信号の品質の低下は、さらに基地局および全セルラー方式通信システムの能力を低下させる。
本発明の目的は、基地局とその基地局のアンテナ素子との間の電力分配システムに付随する問題を減少するため改善されたアンテナ装置および基地局を提供することにある。
本発明の第1形態によればセルラー方式の通信システムのアンテナ装置および基地局が提供される。このアンテナ装置は、低周波デジタル信号と無線周波数電磁場との間で変換を実行する少なくとも一つのアクティブアンテナを備え、この少なくとも一つのアクティブアンテナは、無線周波数信号と無線周波数電磁場との間で変換を実行するアンテナ素子を備え、上記アンテナ装置は、低周波デジタル信号と無線周波数信号との間で変換を実行する、該アンテナ素子に結合され少なくとも部分的に一体化された送信器を備える。
本発明の第2形態によればセルラー方式の通信システムの基地局が提供される。この基地局は、デジタル信号処理するセルラー方式の通信システムのネットワークに接続された局地ユニットと、低周波デジタル信号と無線周波数電磁場との間で変換を実行するため前記局地ユニットに接続された少なくとも一つのアクティブアンテナとを備え、この少なくとも一つのアクティブアンテナは、無線周波数信号と無線周波数電磁場との間で変換を実行するアンテナ素子を備え、上記基地局は、低周波デジタル信号と無線周波数信号との間で変換を実行する前記アンテナ素子に結合され少なくとも部分的に一体化された送信器を備える。 本発明の一形態によるアンテナ装置は、 セルラー方式の通信システムにおける基地局のアンテナ装置であって、 低周波デジタル信号(212A、212B)と無線周波数電磁場(206A、206B)との間で変換を実行する少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)であって、無線周波数信号(204A、204B)と前記無線周波数電磁場(206A、206B)との間で変換を実行するアンテナ素子(202A、20
2B)を備える少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)と、 前記低周波デジタル信号(212A、212B)と前記無線周波数信号(204A、204B)との間で変換を実行する前記アンテナ素子(202A、202B)に結合され、かつ該アンテナ素子と少なくとも部分的に一体化された送信器(208A、208B)とを備え、 前記送信器(208A、208B)は、前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(202A、202B)を制御情報(244A、244B)により制御する制御ユニットを有し、該制御情報は、前記無線周波数信号の線型化、前記無線周波数信号の前置歪補償、時間基準、電力制御、位相制御、信号分割化のうちの少なくとも一つに対するものであり、前記制御ユニットは、前記送信器によるフィードバック情報を集め、デジタル前置歪補償及び位相調整を含む制御タスクを実行し、前記フィードバック情報は、前記送信器の送信分岐又は受信分岐からの電気信号により評価される、アンテナ装置である。
本発明による上記アンテナ装置および基地局は、いくつかの利点を有する。基地局のアクティブ部品およびベースバンド部品との間で送信器とアンテナ素子の一体構成とともに送信される低周波デジタル信号のデジタル形式は、低損失電力分配システムを基地局のベースバンド部品から比較的遠くに設置することを可能とする。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は本発明が適用可能な通信システムの簡略構成の具体例を示す図である。
セルラー方式の通信システムは、例えばグローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ(GSMC:Global System for Mobile Communications)無線アクセス工学または広帯域符号分割多元接続(WCDMA:Wideband Code Division Multiple Access)工学に基づいている。セルラー方式の通信システムの構成と機能は、当業者に知られているので本発明に関連するネットワーク素子についてのみ以下に記す。
図1に示す例において、ネットワーク素子は、GSMシステムへの本発明の適用を制限することなく回路交換ネットワーク素子を用いてGSM用語で提示されている。
セルラー方式通信システムは、セルラー方式通信システムにおいて回路交換信号伝達を可能にするモバイル交換センター(MSC)104を有する。
セルラー方式の通信システムは、ゲートウェイモバイルサービス交換センター(GMSC)102を含むこともできる。GSMCは、MSCおよびGMSCを含むコアネットワークと公衆陸上モバイルネットワーク(PLMN:Public Land Mobile Network)または公衆交換電話ネットワーク(PTSN:Public Switched Telephone Network)のような外部ネットワーク(EXT:External Network)100との間で回路交換接続に加わる。
MSC104は、少なくとも一つの基地局コントローラ(BSC)106およびBSC106により制御される基地局(BTS)108、118を有する無線アクセスネットワークを制御する。基地局コントローラ106は、通常コアネットワークと無線アクセスネットワーク間のインターフェースとして作用する無線ネットワークコントローラ(RNC)のようなネットワーク素子に相当する。基地局108、118は、セルラー方式の通信システムにおける無線インターフェースを遂行するノードCのようなネットワーク素子に相当する。本発明は、しかしながら、セルラー方式の通信システムの提示した構成に限定されず、何れのセルラー方式の通信システム、例えばCDMA2000システムにも適用できる。
上記通信システムは、さらにユーザにセルラー方式通信システムへのアクセスを可能とするユーザ機器110、120、128を有する。ユーザ機器110、120、128は、ワイヤレスモデム、ソフトウェア付きプロセッサ、メモリ、ユーザインターフェースおよびディスプレイを含む従来技術のコンポーネントを有することができる。ユーザ機器110、120、128の構成と機能は、当業者に知られている。
図1は、例示したセルラー方式通信システムのサービス区域の構成とその実施形態を示す。基地局108は、ユーザ機器110にサービス区域が数百〜数千キロメータの範囲のマクロセル116を提供する。このような広範囲のサービス区域を得るため、アンテナ素子112は、マストの頂上のような高い位置に設置可能である。マクロセル116は、また、ユーザ機器110の一般的位置および能力要求にしたがいユーザ機器110で精力的に導かれる適応性(adaptive)セルに相当し得る。
マクロセル116により提供されるサービス区域を広くするため、または高い能力を有するサイトを形成するため、より小さいセルのサイズが使用できる。例えばマイクロセル124やピコセル130を含むこのようなより小さいセルの例が示されている。基地局118は、数マイクロおよび/または数ピコのセルを提供できる。マイクロセル124の大きさは、数百メータ〜数十メータにすることができ、一方ピコセル130の大きさは数メートル〜数センチメートルにすることができる。
マイクロセルおよびピコセル内のアンテナ素子の配置は変化し得る。マイクロセルアンテナ素子122は、ビルディング内またはビルディングの壁部に配置でき、一方ピコセルアンテナ素子126は、通常直接見えるようにするためユーザの近接部に通常配置される。
セルの実施は、アンテナ素子112、122、126が基地局108、118の他の部品から離れて配置される基地局構成を利用する。それゆえ、接続手段132が、アンテナ素子112と基地局108、118の他の部品との間に要求される。
図2は本発明の第1形態によるアンテナ装置216の実施形態および本発明の第2形態による基地局250の実施形態の具体例を示す図である。基地局250およびアンテナ装置216は、無線信号の送受信を行なうことができる。簡略化のため、送信信号および受信信号を一組の参照番号を用いて示す。
アンテナ装置216は少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bを有する。アクティブアンテナ200A、200Bは、アンテナ素子202A、202Bに結合され、アンテナ素子202A、202Bに少なくとも部分的に一体化された送信器208A、208Bを有する。
伝送において、アンテナ素子202A、202Bは、送信器208A、208Bから無線周波数送信信号204A、204Bを受信し、無線周波数送信信号204A、204Bを無線周波数電磁場206A、206Bに変換し、すなわちそれ自体放射パターンを組み立て、または他のアンテナ素子と重なって生成される全電磁場内の基本コンポーネントを生成する。電磁場206A、206Bは、ユーザ機器110、120、130と基地局108、118、250との間のダウンリンク接続を可能にする。
受信において、アンテナ素子202A、202Bは、ユーザ機器110、120、130等の無線信号源によって生成される電磁場206A、206Bの空間サンプリングを実行する。したがって、無線周波数電磁場206A、206Bの一部は、受信機208A,208Bに送られるように無線周波数受信信号204A、204Bに変換される。受信において、電磁場206A、206Bは、ユーザ機器110、120、130と基地局108、118、250との間でアップリンク接続を可能にする。アンテナ素子202A、202Bは、例えばパッチアンテナまたはダイポールアンテナでよい。無線周波数電磁場206A、206Bの発振周波数は、例えばGSM850システム周波数に対応する850MHzからGSM1900システム周波数に対応する1900MHzまでの範囲とすることができる。本発明は、しかしながら上記周波数に制限されることなく、セルラー方式の通信システムで利用される何れの周波数にも適用できる。
送信において、低周波デジタル送信信号212A、212Bが送信器208A、208Bに入力される。低周波デジタル送信信号212A、212Bは、送信器208A、208Bにより無線周波数送信信号204A、204Bに変換される。
受信において、送信器208A、208Bは、受信無線周波数受信信号204A、204Bを低周波デジタル出力信号212A、212Bに変換し、低周波デジタル出力信号212A、212Bを出力する。
実施形態において、低周波デジタル出力信号212A、212Bは、基地局におけるベースバンド部品に使用されるベースバンド信号に類似の信号を示す。低周波数デジタル出力信号212A、212Bの形式は、しかしながら従来技術のベースバンド部品に使用されるものとは異なる。
実施形態において、アンテナ装置は、少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bに対しデジタルリンクを提供する少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bに接続されるアンテナアダプタ214を有する。デジタルリンクは、アンテナアダプタ214と基地局の他の部品との間にデジタルリンク信号218を送信することにより実施される。送信において、アンテナアダプタ214は、デジタルリンク信号218を受信し、送信器208A、208Bに入力されるように、デジタルリンク信号218を低周波デジタル送信信号212A、212Bに変換する。
受信において、アンテナアダプタ214は、低周波デジタル出力信号212A、212Bをアクティブアンテナ200A、200Bから受信し、低周波デジタル出力信号212A、212Bをデジタルリンク信号218に変換する。
デジタルリンクは、アナログリンクに対し数個の利点を提供する。デジタルリンクにより可能とされる情報のビット形式は、デジタルリンクの損失がデジタルリンクにより転送された情報の内容に対し小さな影響を及ぼすので例えば信頼性と自在性ある情報を転送可能とする。
実施形態において、デジタルリンク信号218は、デジタルリンク信号218により伝送される情報が光学的放射の強度変化にしたがってデジタルで符号化されるように光学的放射を用いることにより実施される。
送信において、アンテナアダプタ214は、デジタルリンク信号218を伝送する光学的放射を受信し、光検出器で光学的放射を検出し、光学的放射を電気形式に変換する。光学的放射の電気形式は増幅されフィルターされ得る。光学的放射の電気形式はサンプリングでき、低周波デジタル送信信号212A、212Bはサンプリングに基づいて形成される。
受信において、アンテナアダプタ214は、低周波デジタル出力信号212A、212Bの情報内容がデジタルリンク信号218に転送されるように光学的放射を変調できる。光学的放射は、発光半導体等の公知の技術を用いることにより生成できる。
デジタルリンク信号218は、デジタルリンク信号218の実施に用いられる光学的放射の偏光または光学波長等の光学的特性に基づいて光学チャンネルを用いることにより実施できる。光学的チャンネルの実施に使用される光学的コンポーネントおよび方法は、当業者に知られている。
デジタルリンク信号218の光学的形式は、例えばデジタルリンク信号218に対する高い情報転送能力を可能とする。
一実施形態において、データリンク信号218は、予め決定されたフレーム構成を有し、各フレームおよび/またはフレームの部分がペイロードデータや制御情報等のフレーム特定の情報を有する。
図3は本発明によるアクティブアンテナ340の構成の具体例を示す図である。アンテナ素子300および送信器302が示されている。
低周波デジタル信号326Aは、図2に示す低周波デジタル信号212A、212Bの送信部を示す。低周波デジタル信号326Bは、図2に示す低周波デジタル信号212A、212Bの受信部を示す。
無線周波数送信信号322Aは、無線周波数信号204A、204Bの送信部を示す。無線周波数受信信号322Bは、無線周波数信号204A、204Bの受信部を示す。
実施形態において、送信器208A、208B、302は、低周波デジタル信号212A、212B、328A、328Bと無線周波数信号204A、204B、322A、322Bとの間で周波数変換を実行する無線モデム(RM)230A、230B、314を有する。無線モデム230A、230B、314は、直接変換または中間周波数を利用する1以上のステップにおいて低周波デジタル信号212A、212B、328A、328Bと無線周波数信号204A、204B、322A、322Bとの間で変換を実行することができる。
図4は直接変換を用いた無線モデム230A、230B、314の構成の具体例を示す図である。
無線モデム230A、230B、314は、低周波デジタル信号414A、414B、414C、414Dと低周波数電気アナログ信号418A、418B、418C、418Dとの間で変換を実行するアナログ/デジタル変換ユニット400を有してもよい。
無線モデム230A、230B、314は、さらに低周波数電気アナログ信号418A、418B、418C、418Dと無線周波数信号416A、416Bとの間で周波数変換を実行する変調ユニット408を有してもよい。
送信において、無線モデム230A、230B、314は、アップコンバータ410Aに低周波デジタル送信信号328A、414A、414Bを受信し、低周波デジタル送信信号328A、414A、414Bを無線周波数送信信号322A、416Aにアップコンバートする。低周波デジタル送信信号322A、416Aは、第1デジタル送信コンポーネント414Aと第2デジタル送信コンポーネント414Bに分割できる。2つのデジタル送信コンポーネント414Aおよび414Bは、無線周波数送信信号416Aの電力および位相特性等の信号特性を含むことができる。アップコンバータ410Aの周波数は、局地発振器420Aにより制御される。
アナログ/デジタル変換ユニット400は、低周波デジタル送信信号414A、414Bを低周波電気アナログ信号418A、418Bに変換するためのデジタル/アナログコンバータ(ADC)402Aを有することができる。実施形態において、デジタル/アナログコンバータ(ADC)402Aは、第1デジタル送信コンポーネント414Aと第2デジタル送信コンポーネント414Bに対する個別のコンバータを有し、それゆえ第1アナログ送信コンポーネント418Aと第2アナログ送信コンポーネント418Bを形成する。
受信において、無線モデム230A、230B、314は、無線周波数受信信号322B、416Bを変調ユニット408のダウンコンバータ410Bに受信し、無線周波数受信信号322B、416Bを低周波アナログ電気受信信号418C、418Dにダウンコンバートする。次に、低周波アナログ電気受信信号418C、418Dは、低周波アナログ電気受信信号418C、418Dを低周波デジタル信号228B、414C、414Dに変換するアナログ/デジタル変換ユニット400のアナログ/デジタル変換器402Bに送られる。アップコンバータ410Bの周波数は、局地発信器420Bにより制御される。
第1アナログ受信コンポーネント418Cおよび第2アナログ受信コンポーネント418Dは、2つのアナログ受信コンポーネント418C、418Dをサンプリングするアナログ/デジタルユニット400内のアナログ/デジタルコンバータ402Bに送られ、それゆえアンテナアダプタ214に送られる低周波デジタル受信信号226B、414C、414Dを生成する。
実施形態において、無線モデム230A、230B、314は、アンテナユニット202A、202B、300と分け合ってプリント板を用いて実施される。無線モデム230A、230B、314は、さらに、プリント板上に配置される集積回路を用いて実施してもよい。このように実施することで、アクティブアンテナ200A、200B、340の一体化した構成を可能とする。これは、ユーザ機器の実施に関連した教えと電気的コンポーネントを用いてもよい。
実施形態において、送信器208A、208B、302は、無線周波数信号204A、204B、322A、322Bの周波数スペクトルを制限するためのアンテナ素子200に接続されたフィルタユニット(DPX)224A、224B、310を有する。フィルタユニット224A、224B、310は、ダウンリンク方向に使用される搬送周波数に対応する送信パスバンドを有する送信フィルタを有することができる。フィルタユニット224A、224B、310は、さらにアップリンク方向に使用される搬送周波数に対応する受信パスバンドを有する受信フィルタ334Bを含むことができる。送信フィルタ334Aおよび受信フィルタ334Bは、選択でき、および/またはフィルタユニット224A、224B、310がダウンリンク周波数とアップリンク周波数を互いに分離するダイプレクサ(diplexer)を構成するように調整できる。
実施形態において、フィルタユニット224A、224B、310は、無線モデム230A、230B、314に接続される。この実施は、低電力レベルが送信にあるいは受信に十分であるとき、例えばピコセル130形式において好ましい。
実施形態において、フィルタユニット224A、224B、310は、アンテナ素子202A、202B、300と分け合ってプリント板上で実装される。このように、アクティブアンテナ200A、200B、340に対する一体化構成が提供される。一体化構成は、ユーザ機器実装と関連して従来技術で使用されるフィルタ技術とコンポーネントを利用可能にする。
実施形態において、送信器208A、208B、302は、無線周波数信号204A、204B、322A、322Bを増幅する増幅ユニット(AMP)226A、226B、312を有する。実施形態において、増幅ユニット226A、226B、312は、無線モデム230A、230B、314に接続される。
実施形態において、増幅ユニット226A、226B、312は、アンテナ素子300に方向付けられるように送信無線周波数信号322Aを増幅するリニア電力増幅器のような送信増幅器316Aを有する。送信増幅器316Aは、電磁場の強度が所望のレベルとなるように無線周波数送信信号322Aを増幅可能にする。
実施形態において、増幅ユニット226A、226B、312は、受信無線周波数信号322Bを増幅する低ノイズ増幅器のような受信増幅器316Bを有する。受信増幅器316Bは、増幅後に受信無線周波数信号322Bの電力が無線モデム230A、230B、314のような送信器208A、208B、302の他の部品に対し適切なレベルで受信無線周波数信号322Bが増幅されることを可能とする。
実施形態において、増幅ユニット226A、226B、312は、アンテナ素子202A、202B、300、できれば無線モデム230A、230B、314と共通のプリント板上に配置された集積回路と共に実装され、それゆえアクティブアンテナ200A、200B、340に対する一体化構成が提供される。一体化構成は、増幅器技術や集積増幅回路等の電気コンポーネントがユーザ機器実装に関連して利用できるようにする。
実施形態において、送信器208A、208B、302は、低周波デジタル信号212A、212B、326A、326Bを処理する信号処理ユニット(SPU)232A、232B、318を有する。
送信において、信号処理ユニット232A、232B、318は、低周波デジタル送信信号212A、212B、328Bを受信し、該信号の処理を実行する。信号処理ユニット232A、232B、318が低周波デジタル送信信号226Aに対して実行するタスクは、デジタルフィルタリング、信号特性調整、電力増幅線型化、信号成形機能の実施、デジタル前歪み(pre-distortion)を含む。タスクの数個は、信号処理ユニット232A、232B、318とアンテナ素子202A、202B、300との間にコンポーネントを有するアンテナ信号パスからフィードバック情報を要求することができる。さらに、信号処理ユニット232A、232B、318は、警報や制御のような操作および保守に関連するタスクを扱うことができる。デジタル信号プロセッサ232A、232B、318は、処理された低周波デジタル信号328Aを出力し、これは例えば無線モデム314により受信される。
受信において、デジタル信号処理ユニット232A、232B、318は、例えば無線モデム314により生成された低周波デジタル受信信号228Bを受信し、低周波デジタル受信信号228Bを処理する。デジタル信号処理ユニット318が低周波デジタル受信信号328B上で実行するタスクは、デジタルフィルタリング、予備的位相調整、操作および保守を含む。
実施形態において、デジタル信号処理ユニット232A、232B、318は、アンテナ素子202A、202B、300、あるいは無線モデム230A、230B、314、増幅ユニット226A、226B、312、およびフィルタユニット224A、224B、310に共通なプリント板を用いて実施される。信号処理ユニット232A、232B、318は、デジタル信号プロセッサ、メモリ手段およびリストされたタスクに適切なソフトウェアを含むことができる。信号処理ユニット218は、プリント回路上に配置されたデジタルコンピュータチップを用いて実装でき、それゆえアクティブアンテナ200A、200B、340に対し一体化された構成を提供する。実施形態において、送信器208A、208B、302は、セルラー方式の通信システムのマルチキャリア動作を支援する。マルチキャリア動作は、無線周波数の広範囲にわたって送信器208A、208B、302を調整する能力を含み、一方低周波デジタル信号212A、212B、326A、326B、328A、328Bは固定される。
実施形態において、アクティブアンテナ200A、200B、340は、アクティブアンテナ200A、200B、340を制御する送信器208A、208B、302に接続された制御ユニット242A、242B、332、412を有する。
実施形態において、制御ユニット242A、242B、332は、制御ユニット242A、242B、332とアンテナアダプタ214との間で制御情報244A、244B、326Cを送信するためアンテナアダプタ214に接続される。制御情報は、以下のもの、すなわちビーム形成、無線周波数信号の線型化、無線周波数信号の前歪(pre-distorting)、時間参照、電力制御、位相制御、信号分割化、リモートアンテナ238の状態の情報に関連する。
制御ユニット242A、242B、332は、ソフトウェア、できれば送信器208A、208B、302からの電気信号を測定する手段を有するデジタルコンピュータと共に実装できる。
本発明の実施形態において、デジタルリンク信号218は、アクティブアンテナ200A、200B、340を制御する制御情報を含む制御フレームを含む。
本発明の実施形態において、制御ユニット332は、フィードバック情報336、338を受信器302から集め、それに応じて制御タスクを実行するように構成されている。フィードバック情報336、338は、送信器分岐および/または送信器302の受信分岐からの電気信号を評価することにより得ることができる。フィードバック情報を要求する制御タスクは、例えばデジタル前歪と位相調整を含む。
制御ユニット242A、242Bは、専用デジタル制御信号326A、326Bが送信器208A、208B、302とアンテナアダプタ214との間で受け継がれるようにアンテナアダプタ214に接続できる。低周波デジタル信号212A、212B、326A、326Bにおいて制御情報を多重化し、低周波デジタル信号212A、212B、326A、326Bからデジタルで制御情報を抽出することも可能である。
実施形態において、アンテナ装置216は、少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bに接続されたインターフェース信号処理ユニット(ISPU)222と、アクティブアンテナ200A、200Bとアンテナアダプタ214との間で送信された処理信号212A、212B、210A、210Bを処理するアンテナアダプタ214を有する。インターフェース信号処理ユニット222は、デジタルリンク信号218内の異なるフレームを分離でき、そのフレームを送信器208A、208Bに適切なフォーマットに符号化し得る。分離は、例えばビットストリームからのペイロードデータや制御データの分離および異なる形式のデータを送信器208A、208Bに適した接続部へのルーティングを含む。さらに、インターフェース信号処理ユニット222は、異なる光学チャンネルのデータの結合および/または異なる光学チャンネルへのデータの方向付けを行なうことができる。結合は、低周波デジタル受信信号212A、212B、326Bからの、あるいはアンテナアダプタ214から送信されるデジタルリンク信号218があらかじめ決定したフレーム構成を有するように制御信号からの、ビットストリームの形成を含む。
さらに、インターフェース信号処理ユニット222が送信の際に実行するタスクは、以下のものを含む。
−ルックアップテーブルから、所望の放射パターンによる各アンテナ素子202A、202B、300の位相および電力の設定値を、計算するかまたは監視する。
−各アンテナ素子202A、202B、300に対する電力レベルを直接設定するか、または各信号処理ユニット232A、232B、318への電力加重(power weight)情報を配布する。
−各信号処理ユニット232A、232B、318への位相設定データの配布
−アクティブアンテナ200A、200B、340への操作命令と保守命令の配布
インターフェース信号処理ユニット222が受信時に実行するタスクは、以下のものを含む。
−個々のアクティブアンテナ200A、200B、300から入って来るn個のデータストリームを一つの共通データストリームに減らす。
−位相を追跡する。
−個々のアクティブアンテナ200A、200B、340から入って来る数個のデータストリームに対し、例えば関連または他の適切なアルゴリズムを用いてノイズおよびインターフェースのキャンセルを実行する。
−動作および保守命令を配布する。
インターフェース信号処理ユニット222は、ソフトウェアを備えたデジタル信号プロセッサを有する。広い解釈において、インターフェース信号処理ユニット222は、インターフェース処理ユニット222の専用タスク用に設計されたアプリケーション特定集積回路(ASIC)を有する。それゆえ、n個のデータストリームを1つの共通データストリームに減少し、例えば実際の信号処理電力を要求しないかも知れないが、単に、アンテナ装置216により供給される照明機能の所望の位相コンポーネントをエミュレートするように入力されるデータストリームの位相を調整し、また上記照明関数の電力コンポーネントが正しくなるように合計するアンテナウェイトを設定する。実施形態において、インターフェース信号処理ユニット222は、受信の感度を増加することを目標にタスクを実行する。このインターフェース信号処理ユニット222の役割は、アクティブアンテナ200A、200B、340のハードウェアコストの必要性を減少する。実施形態において、デジタルリンク信号218は、無線周波数信号222A、222Bに関する電力情報および位相情報のような信号特性を含む。
実施形態において、少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bは、GSM900、GSM850、GSM1800、GSM1900、WCDMAおよびCDMA2000のような少なくとも二つの無線システムを支持するよう構成される。送信器208A、208B、302は、無線モデム230A、230B、312およびソフトウェアのような並列無線システム特定コンポーネントを含むことができる。しかしながら、アンテナ素子202A、202B、300のような数個のコンポーネントは、分け合うことができる。
図5Aおよび図5Bは、アクティブアンテナ202A、202B、340の構成の具体例を示す図であり、送信器502とアンテナ素子510を示す図である。
本発明の実施形態において、アンテナ素子510および送信器502は、共通の電気機械構造体504に一体化される。電気機械構造体504はプリント板または集積回路でよい。電気機械構造体504は、集積回路やアンテナ素子510のようなコンポーネントの内部接続用内部配線を含む。
本発明の実施形態において、アンテナ素子510および送信器502は、電気機械構造体504の反対側に置かれる。この構成は、アクティブアンテナ200A、200B、340に対し小型構成を可能とする。
実施形態において、電気機械構造体504は、電気機械構造体504と外部平行バス508とを相互接続する送信器502に接続される平行バス506を有する。平行バス506は、平行バス506を予め決定された精度で外部平行バス508内に置くことができるようにする調整手段を有することができる。予め定義された精度は、例えばアクティブアンテナ200A、200B、340がビーム形成に使用されるときに要求される。調整手段は、アクティブアンテナ200A、200B、340の即座の設置および設置解体をまた可能にする。外部平行バスはアクティブアンテナ200A、200B、340に対する動作電力を供給できる。
図6は本発明によるアクティブアンテナ装置の構成の具体例を示す図である。アクティブアンテナ装置は、アクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602C、アンテナアダプタ604およびアクティブアンテナ装置の本体618を有する。図2に示されるデジタルリンク信号218に対応するデジタルリンク信号610もまた示されている。低周波デジタル信号212A、212Bに対応する低周波デジタル信号606、608もまた示されている。
本発明の実施形態において、複数のアクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cの少なくとも一部が共通の電気機械構造体614、616に付けられている。アクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cの構成は、図5Aおよび図5Bに示される電気機械構造体504のものと類似したものでよい。図6に示す例において、コラム配置は、マクロセル形成を発生する。ここで、マトリクス配列は、ビーム形成および/またはピコセル形成を可能とする。
電気機械構造体614、616は、アクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cに接続するためのスロット620A、620B、620C、622A、622B、622Cを有するプリント板でよい。アクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cは、アンテナアダプタ604とアクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cとの間の接続が定着するようにスロット620A、620B、620C、622A、622B、622Cの中に押し込むことができる。
アクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cは、例えばアンテナ装置内の他のアクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cに対して相対的なアクティブアンテナ600A、600B、600C、602A、602B、602Cの位置および極性を含む予め決定された物理的特性を有するアンテナ装置内に置くことができる。
本発明の第2形態によれば、本発明は、図2に例示する基地局250を提供する。基地局250は、例えば基地局コントローラ106を介してネットワークに接続される局地ユニット234を有する。局地ユニット234は、例えば基地局250のベースバンドユニット248を有する。ベースバンドユニット248は、従来技術のベースバンド部品を有し、かつ符号化、スプレッディング、電力制御、変調、復調、チャンネルイーコライジング、RAKE受信、および他の標準関連処理タスク等のタスクを実行できる。実施形態において、実質的に計算電力を要求するタスクがベースバンドユニット248内で実行される。
基地局250は、さらに、本発明の第1形態による複数のアクティブアンテナ200A、200B、340を有する。
実施形態において、基地局250は、さらに局地ユニット234に接続されたインターフェース236と、局地ユニット234と少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bとの間にデジタルリンクを提供する少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bを有する。
インターフェース236は、本発明の第1形態によるアンテナアダプタ214を有する。インターフェース236は、さらに局地ユニット234にインターフェースを提供する局地ユニット234に接続されたベースバンドアダプタ238を有する。
ベースバンドアダプタ238は、局地ユニット234のベースバンド信号等の低周波デジタル信号と、ベースバンドアダプタ238とアンテナアダプタ214との間で送信されたデジタルリンク信号218との間で変換を実行する。ベースバンドアダプタ238は、デジタルリンクを用いることにより局地ユニット234とアクティブアンテナ200A、200Bとの間で制御情報を中継するために基地局250の制御ユニット240に接続できる。
実施形態において、インターフェース236は、局地ユニット234と少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bとの間で無線周波数信号204A、204Bの信号特性を送信するよう構成される。
実施形態において、インターフェース236は、局地ユニット234と少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bとの間で制御情報を送信するよう構成される。
本発明の実施形態において、基地局は、少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bに接続されるインターフェース信号処理ユニット222と、少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bとインターフェース236との間で送信された信号212A、212B、210A、210Bを処理するインターフェース236とを有する。
実施形態において、基地局250は、基地局250の動作を制御する制御ユニット240を有する。制御ユニット240は、アクティブアンテナ200A、200Bに制御信号を送受信するためベースバンドアダプタ238に接続できる。
本発明の実施形態において、複数のアクティブアンテナ200A、200Bは、アクティブアンテナ200A、200Bの信号特性を制御することにより、所望の出力電力レベル、所望の感度、所望のアンテナ放射パターン116、124、130の内の少なくとも一つを提供するように構成される。本発明は、アクティブアンテナ200A、200Bの個々の電力および位相制御を可能とする。放射パターンは、無線周波数信号204A、204B、322A、322Bの相対位相およびできれば増幅度を制御することにより、一つ以上のアクティブアンテナ200A、200B、340を用いることにより実現できる。
実施形態において、インターフェース236は、光学的ユニット234と少なくとも一つのアクティブアンテナ200A、200Bとの間でリンクを提供するように構成される。光学的リンクは、ベースバンドアダプタ238とアンテナアダプタ214とを光学的に接続する光学的ウェイブガイド246を用いることにより実施できる。光学的ウェイブガイド246は、例えば単一の光ファイバまたは複数の光ファイバでよい。
本発明の実施形態において、アクティブアンテナ200A、200Bは、少なくとも二つの無線システムを支持するよう構成され、基地局は少なくとも二つの無線システムを支持するよう構成される。アクティブアンテナ構成は、本発明の第一形態により実施可能である。一つ以上の無線システムを支持する局地ユニット234の構成と作用は、当業者に知られている。
本発明によるアンテナ装置と基地局は、単一形式の一つのアクティブアンテナ200A、200B、340を図1に示す種々のセル形式の実施においてビルディングブロックとして使用可能とする。ピコセル130の適用において、アクティブアンテナ200A、200B、340は、アンテナ素子202A、202B、300とおそらく増幅器ユニット226A、226B、312を必要としない基本送信器回路とから構成される。マイクロセル124の適用において、増幅器ユニット226A、226B、312が送信器回路に必要とされ得る。
マクロセル116の適用は、マイクロセルの適用に使用されるものと同様に複数のアンテナ素子200A、200B、340を用いることにより実施可能である。二次元アンテナ配列(アレイ)において、多数のアクティブアンテナ200A、200B、340が他の増幅器無しで要求電力を供給できるので増幅器ユニット226A、226B、312は必要でないであろう。
アクティブアンテナ200A、200B、340の構成およびアンテナ装置のモジュール構成は、費用効果の工学を基地局における無線周波数部品の実施に使用できるようにする。コストは、一つのアクティブアンテナ200A、200B、340に対するローコストの結果、高生産量により減少する。さらに、本発明は、信号処理や無線周波数のタスクが、個々のアクティブアンテナ200A、200B、340に設定される技術的要求が移動電話工学の技術的要求に匹敵するように、アンテナ装置に分配されることを可能にする。工学的要求における減少は、商業的に利用可能なチップセットがアクティブアンテナ200A、200B、340の実施に使用されることを可能にする。
以上、添付図面による具体例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれに限定されることなく添付の特許請求の範囲における請求項の記載範囲内で変更可能であることは明白である。
セルラー方式通信システムの構成の具体例を示す図である。 本発明による基地局の構成の具体例を示す図である。 本発明によるアクティブアンテナの構成の第1具体例を示す図である。 本発明による無線モデムの構成の具体例を示す図である。 本発明によるアクティブアンテナの構成の第2具体例を示す図である。 本発明によるアクティブアンテナの構成の第3具体例を示す図である。 本発明によるアンテナ装置の構成の具体例を示す図である。

Claims (29)

  1. セルラー方式の通信システムにおける基地局のアンテナ装置であって、 低周波デジタル信号(212A、212B)と無線周波数電磁場(206A、206B)との間で変換を実行する少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)であって、無線周波数信号(204A、204B)と前記無線周波数電磁場(206A、206B)との間で変換を実行するアンテナ素子(202A、202B)を備える少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)と、 前記低周波デジタル信号(212A、212B)と前記無線周波数信号(204A、204B)との間で変換を実行する前記アンテナ素子(202A、202B)に結合され、かつ該アンテナ素子と少なくとも部分的に一体化された送信器(208A、208B)とを備え、 前記送信器(208A、208B)は、前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(202A、202B)を制御情報(244A、244B)により制御する制御ユニットを有し、該制御情報は、前記無線周波数信号の線型化、前記無線周波数信号の前置歪補償、時間基準、電力制御、位相制御、信号分割化のうちの少なくとも一つに対するものであり、前記制御ユニットは、前記送信器によるフィードバック情報を集め、デジタル前置歪補償及び位相調整を含む制御タスクを実行し、前記フィードバック情報は、前記送信器の送信分岐又は受信分岐からの電気信号として測定される、アンテナ装置。
  2. 前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(202A、202B)は、該アクティブアンテナ(202A、202B)の信号特性を制御することにより、所望の出力電力レベル、所望の感度、所望のアンテナ放射パターン(116、124、130)のうちの少なくとも一つに寄与する、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記送信器(208A、208B)は、前記低周波デジタル信号(212A、212B)と前記無線周波数信号(204A、204B)との間で周波数変換を実行する無線モデム(230A、230B)を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  4. 前記送信器(208A、208B)は、前記無線周波数信号(204A、204B)を増幅する前記アンテナ素子(202A、202B)に接続された増幅器ユニット(226A、226B)を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  5. 前記送信器(208A、208B)は、前記無線周波数信号(202A、202B)の周波数スペクトルを制限するアンテナ素子(202A、202B)に接続されるフィルタユニット(224A、224B)を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  6. 前記送信器(208A、208B)は、前記低周波デジタル信号(212A、212B)を処理する信号処理ユニット(232A、232B)を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  7. 前記信号処理ユニット(232A、232B)は、デジタルフィルタ、信号特性調整、電力増幅器線型化、信号成形機能実施、デジタル前置歪補償、動作および保守、デジタルフィルタリング、予備位相調整を含む前記信号処理ユニット(232A、232B)のタスクを処理するデジタル信号プロセッサを含む、請求項6に記載のアンテナ装置。
  8. 前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)にデジタルリンクを供給するため、該少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)に接続されるアンテナアダプタ(214)を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  9. 前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)に接続されるインターフェース信号処理ユニット(222)と、該少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)と前記アンテナアダプタ(214)との間で送信された信号(212A、212B)を処理する前記アンテナアダプタ(214)とを備える、請求項8に記載のアンテナ装置。
  10. 前記インターフェース信号処理ユニット(222)は、 所望の放射パターンによる各アンテナ素子(202A、202B、300)に対する位相と電力を設定するタスクと、 位相設定データを各信号処理ユニット(232A、232B、318)に配布するタスクと、 前記アクティブアンテナ(200A、200B、340)に操作と保守の命令を配布するタスクと、 個々のアクティブアンテナ(200A、200B、300)から入力されるn個のデータストリームを一つの共通データストリームに減少させるタスクと、 位相トラッキングするタスクと、 ノイズと干渉をキャンセルするタスクと、を含むタスクを実行する、請求項6または9に記載のアンテナ装置。
  11. 前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)は、該少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)を制御するための、前記送信器(208A、208B)に接続された制御ユニット(242A、242B)を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  12. 前記制御ユニット(242A、242B)は、前記制御ユニット(242A、242B)と少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)に接続されるアンテナアダプタ(214)との間で制御情報(244A、244B)を送信するために該アンテナアダプタ(214)に接続される、請求項8または11に記載のアンテナ装置。
  13. 前記制御ユニット(242A、242B)は、前記アクティブアンテナに送信された制御情報にしたがって少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)を制御するよう構成され、該制御情報は電力制御または位相制御に関連づけられ該アクティブアンテナの個別の電力制御および位相制御を提供する、請求項11に記載のアンテナ装置。
  14. 前記送信器(208A、208B)は、 アップコンバータ(410A)および該アップコンバータの周波数を制御する第1局部発振器と、 ダウンコンバータ(410B)および該ダウンコンバータの周波数を制御する第2局部発振器と、を備える請求項1に記載のアンテナ装置。
  15. 前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)は、少なくとも二つの無線システムを支持するよう構成される、請求項1に記載のアンテナ装置。
  16. 前記アンテナ素子(510)および前記送信器(502)は、第1共通電気機械構造体(504)に一体化される、請求項1に記載のアンテナ装置。
  17. 前記第1共通電気機械構造体(504)は、前記第1共通電気機械構造体(504)を外部並行バス(508)に内部接続する前記送信器(502)に接続される平行バス(506)を備える、請求項16に記載のアンテナ装置。
  18. 前記第1共通電気機械構造体(504)は、前記並行バス(506)を予め決定された精度で外部並行バス(508)内に取り付ける調整手段を備えることで、ビームの形成を可能にする、請求項16に記載のアンテナ装置。
  19. 前記調整手段は、少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B、340)の取り付けおよび取り外しを可能にするように構成された、請求項18に記載のアンテナ装置。
  20. 前記アンテナ装置は、第2共通電気機械構造体(614、616)に取り付けられた複数のアクティブアンテナ(600A、600B、600C、602A、602B、602C)を備える、請求項1に記載のアンテナ装置。
  21. 前記共通電気機械構造体(614、616)は、少なくと一つのアクティブアンテナ(600A、600B、600C、602A、602B、602C)を接続されたスロット(620A、620B、620C、622A、622B、622C)を備える、請求項20に記載のアンテナ装置。
  22. 前記請求項1に記載のアンテナ装置と、 セルラー方式の通信システムのネットワークに接続され、デジタル信号を処理する局地ユニット(234)と、を備えることを特徴とするセルラー方式の通信システムの基地局。
  23. 前記基地局は、前記局地ユニット(234)に接続されたインターフェース(236)と、 前記局地ユニット(234)と少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)との間にデータリンクを提供する該少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)と、を備える、請求項22に記載の基地局。
  24. 前記インターフェース(236)は、前記局地ユニット(234)と前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)との間で前記無線周波数信号(204A、204B)の信号特性を送信するよう構成される、請求項23に記載の基地局。
  25. 前記インターフェース(236)は、前記局地ユニット(234)と前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)との間で制御情報を送信するよう構成される、請求項23に記載の基地局。
  26. 前記インターフェース(236)は、前記局地ユニット(234)と前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)との間で光学リンクを提供するよう構成される、請求項23に記載の基地局。
  27. 前記基地局は、 前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)に接続されるインターフェース信号処理ユニット(222)と、 前記少なくとも一つのアクティブアンテナ(200A、200B)と前記インタフェース(236)との間で送信された信号(212A、212B、210A、210B)を処理する前記インターフェース(236)と、を備える請求項23に記載の基地局。
  28. 前記インターフェース信号処理ユニット(222)は、 所望の放射パターンによる各アンテナ素子(202A、202B、300)に対する位相と電力を設定するタスクと、 位相設定データを前記信号処理ユニット(232A、232B、318)の各々に配布するタスクと、 前記アクティブアンテナ(200A、200B、340)に操作と保守の命令を配布するタスクと、 個々のアクティブアンテナ(200A、200B、300)から入力されるn個のデータストリームを一つの共通データストリームに減少するタスクと、 位相トラッキングするタスクと、 ノイズと干渉をキャンセルするタスクと、を含むタスクを実行する、請求項27に記載の基地局。
  29. 前記局地ユニット(234)は、少なくとも二つの無線システムを支持する、請求項22に記載の基地局。
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