JP6526080B2 - マルチバンドのアクティブ‐パッシブ基地局アンテナ - Google Patents

マルチバンドのアクティブ‐パッシブ基地局アンテナ Download PDF

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Description

基地局アンテナ配備は、一般的に固定電気チルト(fixed electrical
tilt)(FET)、機械的電気チルト(MET)、および遠隔電気チルト(RET)のアンテナなど、パッシブアンテナにより行われてきた。長年にわたり、スペクトルの使用の増加は、マルチバンドのRETアンテナへ徐々に移動する主として単バンドのFETアンテナを発端として、複雑さの増加を結果として生じてきた。しかしながら、これらのアンテナは、パッシブアンテナであり、増幅器および無線装置などのいかなるアクティブRF装置もアンテナ内に含有しない。したがって、これらのアンテナには、依然として、放射要素から第1のアクティブ装置への、著しいRF損失がある。例えば、第1のアクティブ装置は、NodeB、塔設増幅器(Tower Mounted Amplifier)(TMA)、またはリモートラジオヘッド(RRH)であってよい。これらのRF損失の規模は、数デシベル程度である場合があり、これはシステムの性能に著しく影響を及ぼし得る。
アクティブアンテナの環境では、アップリンク経路における低雑音増幅器(LNA)またはダウンリンク経路における電力増幅器(PA)などのアクティブ装置が、アンテナ放射要素にできる限り近づけられるので、RF損失は消滅する。アクティブ装置に対するアンテナ放射要素の近さにより、給電ネットワーク損失(feed network losses)、移相器損失(phase shifter
losses)、およびケーブルフィーダー損失(cable feeder losses)など、パッシブアンテナ放射要素に関する損失の多くが軽減される。次に、ビームが、アナログまたはデジタル領域で、電子移相器により形成され得る。
アクティブアンテナでは、ブロードバンド放射要素のアレイが、分散モジュール(distributed
modules)と組み合わせられ得る。各分散モジュールは、 ダブル・トリプレクサー(double
triplexer)、ダブルLNA、ダブルPA、移相器および減衰器を含有してよく、パッシブ給電ネットワーク、パッシブ移相器と組み合わせられることもできる。これらのモジュールは、全アンテナの小型かつ本質的な成分である。オペレーターは、アクティブアンテナによりもたらされ得る性能の改善に非常に満足するが、第2世代のエアインターフェース規格(「2G」)、第3世代のエアインターフェース規格(「3G」)、および第4世代のエアインターフェース規格(「4G」)など、複数のテクノロジーを、同じタワー上で、またはタワーの装荷(tower loading)およびゾーン分けの制約に起因して同じアンテナ上で、組み合わせる場合に、課題が残っている。
本発明の前述した態様および付随の利点の多くは、添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することでこれらをよりよく理解すれば、より容易に明らかになるであろう。
放射要素と、パッシブアンテナ構成要素と、アクティブ無線周波数装置との間の接続の図である。 アクティブ‐パッシブアンテナの様々な構成要素を示すブロック図である。 アクティブ‐パッシブアンテナの様々な構成要素を示すブロック図である。 アクティブ‐パッシブアンテナの様々な構成要素を示すブロック図である。 アクティブ‐パッシブアンテナの様々な構成要素を示すブロック図である。 アクティブ‐パッシブアンテナの実施形態を含む、アクティブアレイアンテナの斜視図である。 アクティブ‐パッシブアンテナの実施形態を含む、アクティブアレイアンテナの側面図である。
一般的に述べて、本開示は、概してアクティブ‐パッシブアンテナと呼ばれる、アクティブ構成要素およびパッシブ構成要素を備えたアンテナに関する。より具体的には、本出願の態様は、第1の周波数帯域幅に従った通信を処理するように構成されたアクティブアンテナ要素と、第2の周波数帯域幅に従った通信を処理するように構成されたパッシブアンテナ要素との組み合わせを含む。さらになお、本開示は、アクティブアンテナ構成要素とパッシブアンテナ構成要素との統合、ならびに、従来のアクティブアレイアンテナの構成要素の利用を含み、専らアクティブアレイアンテナにこれまで利用されていた同じフォームファクターにアクティブ‐パッシブアンテナを組み込むことを可能にする。
図1は、1組の放射要素10と、第1のアクティブ装置20との間の接続を示し、ここには、パッシブアンテナのみが存在している。図1に示す実施形態は、例えば+/−45°の分極(polarization)など、単一の分極の実施例を示している。他の実施形態では、異なる角度の分極、または異なる数の分極が可能であってよい。引き続き図1を参照すると、放射要素は、アンテナ給電ネットワーク12に接続され、パッシブアンテナを形成している。例示的には、アンテナ給電ネットワークは、集合的給電ネットワーク(corporate feed network)(不図示)と、遠隔電気チルト(RET)アンテナ(不図示)に取り付けられた複数のパッシブ移相器14と、を含み得る。パッシブアンテナ給電ネットワーク12は、高い電力、例えばポート当たり約250W、を取り扱うように構成され得る。アンテナ給電ネットワーク12からの信号が、次に結合器/分割機14に送り込まれてよく、結合信号が、次に、RFコネクタ18を介して、アクティブ構成要素20に送信され得る。アクティブ構成要素20は、例えば、NodeB、塔設増幅器(TMA)、またはリモートラジオヘッド(RRH)であってよい。増幅器および無線装置などのいかなるアクティブRF装置もアンテナ内部に含有しないパッシブアンテナは、概して、放射要素からアクティブ構成要素20への著しいRF損失を有することを、当業者は理解するであろう。
図2A〜図2Cは、アクティブ‐パッシブアンテナ200の実施形態のブロック図である。図1に示す実施形態と同じように、図2A〜図2Cに示す実施形態は、例えば+/−45°の分極など、単一の分極の実施例を示す。他の実施形態では、異なる角度の分極、または複数の数の分極が可能となり得る。図2A〜図2Cに示すアクティブ‐パッシブアンテナは、いくつかの実施形態では、アクティブ構成要素により、ロング・ターム・エボリューション(LTE)テクノロジーを有する高度無線システム(Advanced Wireless Systems)(AWS)の帯域をカバーでき、また、パッシブ構成要素により、個人通信サービス(Personal Communications Service)(PCS)の帯域をカバーすることもできる。
図2Aを参照すると、各対の放射要素210の後ろに、複数組の分散ダブル・トリプレクサー(distributed double triplexers)220がある。概して、トリプレクサー220は、アクティブ構成要素およびパッシブ構成要素の双方において、アップリンクおよびダウンリンクの異なる帯域の周波数を分離するのに使用される。いくつかの実施形態では、トリプレクサー200は、パッシブ帯域およびアクティブ帯域において、ダウンリンク(DL)およびアップリンク(UL)中の信号を分離することができる。ダブル・トリプレクサー220は、2つの傾斜の分極(two-slant polarization)(例えば、+/−45°など)をカバーする。他の実施形態では、異なるタイプのトリプレクサー、または他のマルチプレクサーを使用して、異なるレベルおよび/または角度の分極を実行し得ることをカバーすることができる。さらに、4対の放射要素210およびトリプレクサー220が図2Aに示されているが、当業者は、異なる数の放射要素をアクティブ‐パッシブアンテナ200に組み込み得ることを、理解するであろう。
図2Aを引き続き参照すると、ダブル・トリプレクサー220は、アクティブ‐パッシブアンテナ200の3つの分枝220a、220b、220cを画定し得る。トリプレクサーそれぞれの分枝220aは、図2Bに関して説明する、第1のアクティブアンテナ構成要素230に接続し得る。トリプレクサーそれぞれの分枝220bは、図2Cに関して説明する、パッシブアンテナ構成要素250に接続し得る。さらに、トリプレクサーそれぞれの分枝220cは、図2Dに関して説明する、第2のアクティブアンテナ構成要素260に接続し得る。単一のアクティブ構成要素のみがアクティブ‐パッシブアンテナ200に含まれる場合には、分枝220cおよび第2のアクティブアンテナ構成要素260を省略し得ることを、当業者は理解するであろう。
次に図2Bを参照すると、第1のアクティブ構成要素230は、アクティブ‐パッシブアンテナ200の各トリプレクサー220のための分布LNA232を含み得る。分布LNA232は、システムの騒音指数(system noise figure)を最小限に抑えるのに役立つ。いくつかの実施形態では、LNA232は、増幅器およびアナログプリディストーション(analog predistortion)(APD)モジュールを含み得る。LNA232の後で、電子移相器234を使用して、分枝220a上で信号の垂直ビーム形成(vertical beam forming of the signal)に柔軟性を加えることができる。電気移相器234は、広範な垂直ダウンチルト(vertical downtilt)、および可変のアッパーサイドローブ抑制(upper
side lobe suppression)(USLS)を有して、アンテナ利得を最大化し、かつ/または隣接セル・サイトからの干渉を最小限にすることができる。電気移相器234から、電子減衰器236に対して信号が入力され得る。次に、複数のトリプレクサー220の分枝220aからの信号は、結合器/分割機238に送り込まれてよく、その後、結合信号は、無線送信機242に送り込まれる前に、前置増幅器240に送り込まれ得る。無線送信機242は、他の基地局に送信するために、例えば共通の公衆無線インターフェース(common public radio interface)(CPRI)などの標準的な基地局インターフェース244を有することができる。パッシブ‐アクティブアンテナ200は、いくつかの実施形態では、トリプレクサー220の分枝220a上の信号を介してLTEテクノロジーで使用される帯域など、1710〜1755MHzの帯域で、アクティブアップリンクチャネル(「UL」)をカバーし得る。
次に図2Cを参照すると、パッシブアンテナ構成要素250は、パッシブアンテナ給電ネットワーク252を含み得る。いくつかの実施形態では、アンテナ給電ネットワーク252は、集合的給電ネットワーク(不図示)、および遠隔電気チルト(RET)アンテナ(不図示)に取り付けられた複数のパッシブ移相器254を含み得る。パッシブアンテナ給電ネットワーク252は、高い電力、例えばポート当たり約250W、を取り扱うように構成され得る。アンテナ給電ネットワーク252からの信号は、次に、結合器/分割機256に送り込まれてよく、その後、結合信号が、RFコネクタ258を介して送信され得る。パッシブ‐アクティブアンテナ200は、いくつかの実施形態では、トリプレクサー220の分枝220b上の信号を介して個人通信サービス(「PCS」)テクノロジーで使用される帯域など、1850〜1995MHzの帯域で、パッシブアップリンクチャネルをカバーし得る。
図2Dを次に参照すると、先に論じたように、いくつかの実施形態では、第2のアクティブアンテナ構成要素260も、いくつかの実施形態では、アクティブであってよい。第2のアクティブアンテナ構成要素260は、標準のインターフェース272によって、無線受信機270の入力部に接続され得る。無線受信機270により受信された信号は、分割機/結合器268により分割されて、電子減衰器266および電子移相器264、ならびに分散電力減衰器(PA)262へと分散され得る。PA262それぞれからの信号は、その後、トリプレクサー220の分枝220cそれぞれに送り込まれ得る。アクティブ‐パッシブアンテナ200は、いくつかの実施形態では、トリプレクサー200の分枝220c上の信号を介してLTEテクノロジーで使用される帯域など、2110-2155MHzの帯域で、アクティブダウンリンクチャネル(「DL」)をカバーすることができる。
以下は、パッシブ周波数(passive frequencies)とアクティブULおよびDL周波数との様々な組み合わせの実施例のリストであり、ここでは、本明細書に記載される実施形態を使用して、放射要素のさまざまな帯域幅について、統合されたアクティブ‐パッシブ基地局アンテナアレイを得るために、単一のブロードバンド要素を使用することが、マルチプレクサーと組み合わせられ得る。スペクトルブロック使用(spectrum block usage)の他の変形体も、国/地域/オペレーターによっては、利用可能となり得る。したがって、本開示および以下の表に示す実施例は、限定的なものと解釈されるべきでない。
Figure 0006526080
図3は、アクティブ‐パッシブアンテナ200の実施形態の斜視図である。図4は、アクティブアレイアンテナ200の側面図に対応する。図3および図4に示すように、アクティブ‐パッシブアンテナ200の使用により、アクティブ‐パッシブアンテナ200の物理的設置面積(physical footprint)が減少する。より具体的には、一態様において、アクティブ‐パッシブアンテナ200の寸法は、図1に示すアンテナ構成要素などのパッシブアンテナ構成要素と実質的に同じである。したがって、1つまたは複数のアクティブモードを含めるために、アクティブ‐パッシブアンテナ200の寸法は修正されない。いくつかの実施形態では、既に存在するか、またはアンテナのために設定されたマルチプレクサーは、アクティブ帯域およびパッシブ帯域の双方で動作するようにアクティブ‐パッシブアンテナ200を有効にするのに使用される。よって、構成要素の再利用により、アクティブ‐パッシブアンテナ200が、パッシブ帯域を加える前と同じフォームファクター内に残ることができる。
例示的な実施形態を開示し論じてきたが、当業者は、追加または代替的な実施形態が、本開示の趣旨および範囲内で実行され得ることを、理解するであろう。さらに、多くの実施形態が例示的なものとして示されてきたが、当業者は、それらの例示的な実施形態が、互いに組み合わせられたり共に実行されたりする必要はないことを、理解するであろう。したがって、いくつかの例示的な実施形態は、本開示の変形体の範囲に従って利用または実行される必要はない。
とりわけ、「できる(can)」、「できた(could)」、「かもしれない(might)」または「してよい(may)」などの、条件付きの語は、特に指定のない限り、または、別様に、使用されたとおりに文脈内で理解されない限り、概して、特定の実施形態が特定の特徴、要素または工程を含むが、他の実施形態はそれらを含まないことを伝えることが意図されている。よって、そのような条件付きの語は、特徴、要素または工程が1つまたは複数の実施形態について多少なりとも必要とされていること、あるいは、ユーザ入力または促し(user input or prompting)の有無にかかわらず、これらの特徴、要素または工程が任意の特定の実施形態に含まれるか、または任意の特定の実施形態で行われる予定であるかどうかを決定するロジックを1つまたは複数の実施形態が必ず含むこと、を含意することを概して意図していない。さらに、別段指定のない限り、または、別様に、使用されたとおりに文脈内で理解されない限り、要素のリストを列挙する際に接続詞「または(or)」を使用することは、単一の要素のみの選択を制限するものではなく、また、2つまたは3つ以上の要素の組み合わせを含み得ることを示唆することが概して意図されている。
本明細書に記載し、かつ/または添付図面に描かれた、フローチャートにおける任意のプロセスの説明、要素、または、ブロックは、プロセスにおいて特定の論理機能または工程を実行するために1つまたは複数の実行可能な命令を含むコードのモジュール、セグメント、または一部を潜在的に表わすものとして、理解されるべきである。当業者により理解されるであろうが、代替的な実装は、要素または機能が削除され得る、本明細書に記載の実施形態の範囲内に含まれ、含まれる機能性に応じて、実質的に同時または逆の順序を含め、図示もしくは議論したものから外れて実行される。前述されたデータおよび/または構成要素が、CD−ROM、DVD−ROM、またはネットワークインターフェースなどコンピュータ実行可能構成要素を記憶するコンピュータ可読媒体と関連付けられたドライブ機構を用いて、コンピュータ可読媒体に記憶され、コンピュータデバイスのメモリにロードされ得ることも、さらに理解されるであろう。さらに、構成要素および/またはデータは、単一のデバイス内に含まれるか、または任意の様式で分配され得る。したがって、汎用コンピュータデバイスは、前述した様々なデータおよび/または構成要素の処理および/または実行により本開示のプロセス、アルゴリズムおよび方法を実行するように構成され得る。あるいは、本明細書に記載した方法の一部またはすべては、代わりに、専用コンピュータハードウェアで具体化され得る。さらに、本明細書で言及される構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせにおいて実装されてよい。
前述した実施形態に対して多くの変形および改変が行われてよく、その要素は、とりわけ許容可能な実施例として理解されるべきものであることを、強調する。このようなすべての改変および変形は、本開示の範囲内で本明細書に含まれ、また特許請求の範囲により保護されることが意図されている。
〔実施の態様〕
(1) アクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
複数の放射構成要素と、
前記複数の放射要素に連結された複数のトリプレクサーと、
を含み、
前記複数のトリプレクサーのそれぞれが、以下に対応する、前記アクティブ‐パッシブアンテナの3つの別個の分枝:
第1のアクティブアンテナ構成要素と関連する第1の分枝、
パッシブアンテナ構成要素と関連する第2の分枝、および、
第2のアクティブアンテナ構成要素と関連する第3の分枝、
を画定する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(2) 実施態様1に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記複数のトリプレクサーのうちの少なくとも1つが、前記複数の放射要素からの複数対の放射要素と関連するダブル・トリプレクサーである、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(3) 実施態様1に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記複数のトリプレクサーのうちの少なくとも1つが、2つの傾斜の分極をカバーする、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(4) 実施態様1に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記第1のアクティブアンテナ構成要素は、前記複数のトリプレクサーそれぞれについて、分布低雑音増幅器、電子移相器、電子減衰器、結合器/分割機、前置増幅器、および無線送信機を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(5) 実施態様1に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記第1のアクティブアンテナ構成要素は、アクティブアップリンク通信チャネルに対応する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(6) 実施態様5に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記アクティブアップリンク通信チャネルは、1710MHz〜1755MHzの周波数範囲に対応する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(7) 実施態様1に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記パッシブアンテナ構成要素は、アンテナ給電ネットワークおよび結合器/分割機を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(8) 実施態様7に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記アンテナ給電ネットワークは、複数のパッシブ移相器に対応する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(9) 実施態様7に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記パッシブアンテナ構成要素は、パッシブアップリンク通信チャネルに対応する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(10) 実施態様9に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記パッシブアクティブアップリンク通信チャネルは、1850MHz〜1995MHzの周波数範囲に対応する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(11) 実施態様1に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記第2のアクティブアンテナ構成要素は、前記複数のトリプレクサーそれぞれについて、無線送信機、前置増幅器、結合器/分割機、電子減衰器、電子移相器、および分布低雑音増幅器を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(12) 実施態様1に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記第2のアクティブアンテナ構成要素は、アクティブダウンリンク通信チャネルに対応する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(13) 実施態様5に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記アクティブアップリンク通信チャネルは、2110MHz〜2155MHzの周波数範囲に対応する、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(14) アクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
複数の放射構成要素と、
前記複数の放射構成要素のためのアクティブアップリンクチャネルを画定する第1組のアクティブ構成要素と、
前記複数の放射構成要素のためのパッシブアップリンクチャネルを画定する1組のパッシブ構成要素と、
を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(15) 実施態様14に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記複数の放射構成要素のためのアクティブダウンリンクチャネルを画定する第2組のアクティブ構成要素をさらに含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(16) 実施態様15に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記第2組のアクティブ構成要素は、無線送信機、前置増幅器、結合器/分割機、1組の電子減衰器、1組の電子移相器、および1組の分布低雑音増幅器を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(17) 実施態様14に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記第1のアクティブ構成要素は、1組の分布低雑音増幅器、電子移相器、電子減衰器、結合器/分割機、前置増幅器、および無線送信機を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(18) 実施態様14に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記1組のパッシブ構成要素は、アンテナ給電ネットワーク、および結合器/分割機を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(19) 実施態様14に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記第1組のアクティブ構成要素および前記1組のパッシブ構成要素に対する分枝を画定する複数のトリプレクサーをさらに含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(20) アクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
複数の放射構成要素と、
前記複数の放射構成要素のためのアクティブアップリンクチャネルを形成する手段と、
前記複数の放射構成要素のためのパッシブアップリンクチャネルを形成する手段と、
を含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。
(21) 実施態様20に記載のアクティブ‐パッシブアンテナにおいて、
前記複数の放射構成要素のためのアクティブダウンリンクチャネルを形成する手段をさらに含む、アクティブ‐パッシブアンテナ。

Claims (4)

  1. アクティブ−パッシブアンテナであって、
    複数の放射構成要素と、
    前記複数の放射構成要素に動作結合され、前記アクティブ−パッシブアンテナの3つの別個の分枝を形成するよう構成される複数のトリプレクサと、
    を有し、
    第1の分枝はアクティブアップリンク通信チャネルのための第1のアクティブアンテナ構成要素に関連し、
    第2の分枝はパッシブアップリンク通信チャネルのためのパッシブアンテナ構成要素に関連し、
    第3の分枝はアクティブダウンリンク通信チャネルのための第2のアクティブアンテナ構成要素に関連し、
    前記複数のトリプレクサの第1のセットは、結合器/分割機を介し第1のアクティブアンテナ構成要素に結合され、
    前記複数のトリプレクサの第2のセットは、結合器/分割機を介しパッシブアンテナ構成要素に結合され、
    前記第1のアクティブアンテナ構成要素は、前記複数のトリプレクサそれぞれについて、増幅器及びアナログプリディストーションモジュールを含む低雑音増幅器を含み、
    前記複数のトリプレクサのうちの少なくとも1つが、前記複数の放射構成要素からの複数対の放射構成要素と関連するダブル・トリプレクサであるアクティブ−パッシブアンテナ。
  2. 前記複数のトリプレクサのうちの少なくとも1つが、2つの傾斜の偏波をカバーする、請求項1記載のアクティブ−パッシブアンテナ。
  3. 前記第1のアクティブアンテナ構成要素は、前記複数のトリプレクサそれぞれについて、電子移相器、電子減衰器、結合器/分割機、前置増幅器、および無線送信機を含む、請求項1記載のアクティブ−パッシブアンテナ。
  4. 前記パッシブアンテナ構成要素は、アンテナ給電ネットワークおよび結合器/分割機を含む、請求項1記載のアクティブ−パッシブアンテナ。
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