JPH07508391A - 無線周波数送信機からチャネルを分離するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 無線周波数送信機からチャネルを分離するための方法および装置 発明の分野 本発明は、通信システムに関し、さらに詳しくは、セルラ通信システムに関する 。

発明の背景 各基地局を介して多数の）・ラヒノク・チャネルを同時に処理するセルラ・シス テムには、ローカル基地局を介して移動通信ユニットとの通信をサポートするた め多数のチャネル（ｆｌ〜ｆｎ）が一般に割り当てられる。各基地局には、チャ ネル（ｆｌ−ｆｎ）のサブセットが割り当てられる。基地局に割り当てられるチ ャネルのサブセットのうち、少なくとも１つ（またはそれ以上）がアクセス制御 およびチャネル　セットアツプ用の制御チャネルとして指定される。

基地局のサービス・エリア内のトラヒック・チャネル上で通信ユニットと通信す ることは、このサービス・エリア内の中心に配置された全方向性アンテナを介し て行われる場合が多い。多数の通信をこのアンテナを介して同時にサポートでき 、各通信はトラヒック・チャネルに割り当てられた送信機（基地局に配置される ）によってサポートされる。各送信機は、トランシーバ内の変調送信信号源と、 無線周波数（ＲＦ）ｔカ増幅器とを含む。各送信機は、それにより信号生成、変 調および増幅を行う。

トラヒック・チャネルとは対照的に、基地局からの制御情報は、サービス・エリ アを多数のセクタに分割する多数の指向性アンテナがら送受信される場合が多い 。制御チャネルのためにサービス・エリアをセクタに分割することは、基地局が ハンドオフのため通信ユニットの相対的な位置を判定する手段を提供する。

中央アンテナから多数のトラヒック・チャネル信号を同時送信することは、各ア クティブなトランシーバの送信出力を、中央アンテナに印加し、中央アンテナか ら送信する前に合成（ｃｏｍｂｉｎｅ）する必要がある。干渉を発生する相互変 調成分を避けるため、増幅処理内の非線形段の後に信号を合成しなければならな い。さらに、合成トポロジー（ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｃｏｐｏｌｏｇｙ）は、並 列増幅分岐の信号が他の電力増幅器の出力に結合して、相互変調成分を再度生成 しないように、十分な逆分離（ｒｅｖｅｒｓｅ　１ｓｏｌａｔｉｏｎ）を行う必 要がある。

各トランシーバにそれ自体の電力増幅器（ＰＡ）がある場合、信号レベルおよび 合成損が高いＰＡの後に合成を行わなければならない。このような高レベルＲＦ 信号を合成し、しかも必要な分離を行うキャビティ・コンバイナ（ｃａｖ口ｙ　 ｃ　ｏ　ｍ　ｂ　ｉ　ｎ　ｅ　ｒ　）は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許 第４，６６７．１７２号において説明されている。

キャビティ・コンバイナの動作および相互接続用の１／４波長相互接続機能につ いて以下で説明する。キャビティ・コンバイナは、複数の周波数選択キャビティ を含み、各キャビティは同調周波数で共振し、この同調周波数において１／４波 長に実質的に等しい長さの伝送線によってコンバイナ接合で相互接続される。コ ンバイナ接合において相互接ｖｃされた多数のこのような周波数選択キャビティ および１／４波長ケーブル（キャビティ・アセンブリ）は、多数の１りＦ信号を 合成する手段を提供する。

キャビティ・コンバイナは１、所望の信号周波数に対するシステムの特性（整合 ）インピーダンス（一般に５０Ω）に等しいインピーダンスを、増幅器から周波 数選択キャビティを介してコンバイナ接合に（口調周波数において）与える。反 対方向でコンバイナ接合から、同調周波数以外の周波数でキャビティ・コンバイ ナにおいて与えられる信号は、低インピーダンスで与えられる。この低インピー ダンスは、１／４波長ケーブルによって、コンバイナ接合において高インピーダ ンスに変換される。コンバイナ接合にお；する高インピーダンスは、考接するコ ンバイナ分岐が互い５こ負荷をかける、：とを防ぎ、キャビティ選択性は、隣接 分岐間で十分なレベルの信号分離を提供する。

高レベルＲＦ信号を合成するプロセスは十分機能するが、実電力放散での電力損 は大きい。コンバイナ内の電力損は、一般に３ｄｂである。

第１ボートで受信されたＲＦ倍信号第２ボートと、第２ボートに相互接続された 負荷とに転送するサーキュレータが知られている。インピーダンス不整合が第２ ボートに現れると、ＲＦ倍信号比例した量が反射され、サーキュレータの第２ボ ートにおいて入力となる。サーキュレータは第２ボートで受信された入力信号を 第３ボートに転送するので、反射されたＲＦ倍信号、第３ボートに相互接続され た負荷内に転送（放散）される。

無線周波数（ＲＦ　）サーキュレータは、ＲＦ通信の技術分野において知られて おり（例えば、Ｕ、）（、Ｆ。

Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｌｕｍｐｅｄ　Ｃｏｎ５ｔａｎｔ　Ｃ１ｒｃｕ ｌａｔｏｒｓ。

ｂｙ　Ｊ、　Ｈｅ１ｓｚａｊｎ　ａｎｄ　Ｆ、Ｍ、　Ａｉｔｋｅｎｒ、　Ｅｌｅ ｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　Ｎｏｖ、、　１９７３を参照）、信 号指向（ｓｉｇｎａｌｓｔｅｅｒｉｎｇ）、スイッチング、分離などのために用 いられる。

サーキュレータの最も一般的な用途は、送信機と関連負荷との間の開回路による 破損からＲＦ送信機を保護することである。

別の通信システムでは、トランシーバには個別のＰＡがなく、その代わり、ＲＦ 倍信号トランシーバの出力において比較的低電力レベルで合成された後に増幅す るために、共通のマルチトーン線形増幅器（ＬＰＡ）が用いられる。

共通アンテナを採用するシステムにおいてトラヒック・チャネル用にこのような 共通ＬＰＡを用いることにより、システム・トポロジーがかなり簡単になり、シ ステム効率が改善し、システムの小型化が図られる。セクタ・フォーマットで動 作する別のシステムでは、ＬＰＡを用いることは、ＬＰＡにおける増幅後にＲＦ 倍信号分離することが困難なため、望ましくない。通信システムにおける電力効 率の重要性のため、共通ＬＰＡにおける増幅後のセクタ送信のためＲＦチャネル を分離する方法が必要とされる。

発明の概要 スペクトル的に離散した無線周波数信号を分離する方法および装置が提供される 。本装置は、信号転送モジュールの第１ポートで受信された入力信号を信号転送 モジュールの第２ポートに転送する、信号転送モジュール内の手段を含む。少な くとも１つの周波数選択アセンブリが含まれ、信号転送モジュールの第２ポート に相互接続され、特性インピーダンスを入力信号の所望の信号に与え、入力信号 の他の信号を周波数転送モジュールの第２ボートに反射する。

信号転送モジュールの第２ボートで受信された反射信号を信号転送モジュールの 第３ポートに転送する、信号転送モジュール内の手段も含まれる。本発明を実施 する方法も提供される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の実施例による通信システム基地局のブロック図である。

好適な実施例の詳細な説明 （共通ＬＰＡにおける増幅の次に）以前合成されたＲＦ倍信号分離する課題に対 する解決方法は、概念的には、信号転送モジュール（例えば、ＲＦササ−ュレー タ）および信号転送モジュールの第２ボートに相互接続された周波数選択キャビ ティ・アセンブリを用いることにある。周波数選択キャビティ・アセンブリとと もに信号転送モジュールを利用することにより、キャビティが同調された周波数 の第１ＲＦ信号を分離して、第１アンテナに印加し、他の信号を第２アンテナに 中継するという予期せぬ成果が得られることが判明している。このようなデバイ スは、セルラ・システム基地局（例えば、トラヒック・チャネルが共通の全方向 性アンテナから送信され、制御チャネルがセクタ・アンテナから送信される場合 ）に有用であることが判明している。

ＬＰＡ　（多数のトラヒック・チャネルから分離される制御チャネルを含む）の 出力は、サーキュレータの第１ポートに印加される。当技術分野で周知なように 、サーキュレータの第１ポートに与えられるＲＦ大入力、サーキュレータの第２ ポートに転送される。特性インピーダンス（例えば、５０Ω）を有するシステム では、サーキュレータの第２ボートに相互接続された周波数選択キャビティ・ア センブリは、それが同調された制御チャネル用に５００経路をセクタ・アンテナ に与え、トラヒック・チャネル用に（キャビティの通過帯域外で）キャビティ接 合において高インピーダンス経路を与える。キャビティ接合においてトラヒック ・チャネル信号に与えられる高インピーダンスにより、トラヒック・チャネル信 号はサーキュレータの第２ポートに反射される。第２ボートで入力ＲＦ信号を受 けた寸−キュレータは、反射ＲＦ倍信号サーキュレータの第３ポートに転送する 。サーキュレータの第３ポートに相互接続された全方向性アンテナは、サーキュ レータに対して負荷を与え、トラヒック信号の伝送経路を与える。

周波数選択キャビティ・アセンブリは、周波数選択キャビティと、周波数選択キ ャビティをサーキュレータの第２ポートに相互接続する伝送線とを含む。伝送線 は、所望の制御子ヤ禾ルの周波数バンドにおける実質的に１／４波長の長さであ る。各周波数選択キャビティは、１つの選択された制御チャネルの周波数に同調 される。

図１は、本発明の実施例によるセルラ基地局ｌＯのブロック図である。基地局は 、単一の全方向性アンテナ３ｏと、多数のセクタ・アンテナ３１〜３６を有する 。全方向性アンテナは、一般に、基地局１０のサービス・エリア（図示せず）内 でトラヒック・チャネルを送信するために用いられる。セクタ・アンテナ３１〜 ３６は、サービス・エリアの一部（例えば、６０度セクタ）内で制御情報を送信 するために用いられる。

公衆電話回線網（ＰＳＴＮ）または他の基地局１０内から発信するトラヒック・ チャネル情報は、コントローラ１２によって適切なトラヒック・チャネル・トラ ンシーバ１３．１４に中継される。また、コントローラ１２内から発信する制御 情報は、制御トランシーバ１５〜２０に中継される。トランシーバ１３〜２０の 低レベル出力信号は、抵抗性合成方法によってコンバイナ２１内で合成され、そ の後ＬＰＡ２２内で増幅される。ＬＰＡ２２内では、合成された信号は、全方向 性アンテナ３０またはセクタ・アンテナ３１〜３６から送信するのに十分なレベ ルに増幅される。

ＬＰＡ２２内の増幅の次に、合成信号はサーキュレータ２３のボート１に印加さ れる。合成信号は、サーキュレータ２３のボート２に転送される。ボート２の出 力において、信号は、分割接合（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ）４３ および多数の伝送線３７〜４２を介して、周波数選択キャビティ２４〜２９にい たる。

各周波数選択キャビティ２４〜２９は、関連セクタ・アンテナ３１〜３６を介し て送信される制御チャネルの周波数に同調される。相互接続されたケーブル３７ 〜４２は、所望の制御チャネル周波数における波長の１／４に実質的に等しい長 さを有する。

１／４波長ケーブル（その一般的な特性インピーダンスは５０Ω）および周波数 選択キャピテイを用いることは、関連セクタ・アンテナから送信するために所望 の制御チャネル信号に対して損失の低い経路を提供する。また、周波数選択キャ ビティ・アセンブリによって提供される特性インピーダンスは、所望の制御チャ ネル信号が接合４３に反射されたり、サーキュレータ２３の第２ボートに反射さ れることを防ぐ。

一方、接合４３に達したトラヒック・チャネル周波数には、高インピーダンスが 与えられる。接合４３に達すると、反射トラヒック・チャネル信号（不要な信号 ）は、サーキュレータ２３の第２ボートに反射して戻される。サーキュレータに （入力として）反射されると、不要信号はサーキュレータ２３の第３ボートに転 送される。サーキュレータ２３の痕３ポートに相互接続された全方向性アンテナ ３０は、トラヒック・チャネル信号の負荷と、信号送信用の経路とを提供する。

サーキュレータ２３および周波数選択キャビティ・アセンブリを用いることは、 コストを低減し、かつシステムの信頼性および効率を改善することにより、通信 システムを改善する。共通のＬＰＡを用いることは、システムを構築するために 必要な部品数を低減し、かつよりよい効率のためより高い容量までＬＰＡを利用 することにより、システム内の送信機のコストを節減する。共通のＬＰＡを用い ることにより、電力増幅を単一の領域に集中させて、システムの小型化が可能に なる。さらに、共通のＬＰＡを用いることにより、システム・トポロジー（例え ば、１つのサービス・エリアから別のサービス・エリアにトランシーバを再割り 当てすること）をグイナミノクに変更できる。

本発明の多くの特徴および利点は、詳細な明細書から明らかであり、よって、添 付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内のシステムの一切の特徴およ び利点を網羅するものとする。さらに、多くの修正や変更（例えば、商用伝送シ ステム内での利用など）は当業者に容易に想起されるので、本発明を図説した厳 密な構造や動作に限定することは望ましくなく、従って、すべての適切な修正や 同等物（例えば、全方向性−セクタ、セクター全方向性、全方向性−全方向性お よびセクターセクタのチャネル・セパレータなど）は、本発明の範囲内で利用で きる。

全方向性−セクタのセパレータは、例えば、分離された制御チャネルが全方向性 アンテナで送信され、反射トラヒック・チャネルが指向性アンテナから送信され る場合に用いることができる。また、全方向性−セクタのチャネル・セパレータ は、地理的な障害物により中央の全方向性アンテナからサービス・エリアが見え にくい場合に有用であり、この問題は、近接して配置され、同−ＬＰＡから給電 される単一のチャネル　セクタ・アンテナによって是正される。

さらに、全方向性−セクタのチャネル・セパレータは、中央の全方向性アンテナ から放射された選択されたチャネル」二で他のサービス・エリアに対して地理的 条件により干渉が生じる場合に、これらのチャネルを分離して、セクタ・アンテ ナから特定のサービス・エリアに放射することによって有用である。セクターセ クタのチャネル・セパレータは、トラヒックおよび制御用の指向性アンテナが一 致しない場合に有用である。

もちろん、本発明は特定の図示や図面に制限されず、請求の範囲内の任意の修正 を包括する。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．スペクトル的に離散した無線周波数信号を分離する装置であって： 信号転送モジュールの第１ポートで受信された入力信号を信号転送モジュールの 第２ポートに転送する、信号転送モジュール内の手段； 前記信号転送モジュールの第２ポートに相互接続された少なくとも１つの周波数 選択アセンブリであって、特性インピーダンスを入力信号の所望の信号に与え、 かつ入力信号の他の信号を前記周波数転送モジュールの第２ポートに反射する少 なくとも１つの周波数選択アセンブリ；前記信号転送モジュールの第２ポートで 受信された反射信号を前記信号転送モジュールの第３ポートに転送する、前記信 号転送モジュール内の手段； によって構成されることを特徴とする装置。
2. ２．前記信号転送モジュールは、無線周波数サーキュレータをさらに含んで構成 されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. ３．前記少なくとも１つの周波数選択アセンブリは、所望の信号の周波数で共振 し、前記所望の信号の周波数の１／４波長に実質的に等しい長さのケーブルで前 記信号転送モジュールの第２ポートに相互接続された周波数選択キャビティから なることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. ４．高電力無線信号内で第１無線チャネルと、少なくとも第２チャネルとを分雄 する装置であって：第１ポートで前記高電力無線信号を受信するサーキュレータ ；および 前記第１周波数を選択する周波数選択キャビティであって、第１チャネルの周波 数の１／４波長に実質的に等しい伝送線によって、周波数選択キャビティの第１ 端子とサーキュレータの第２ポートとを介してサーキュレータと相互接続された 周波選択キャビティ； によって構成されることを特徴とする装置。
5. ５．少なくとも第２周波数を選択する少なくとも第２周波数選択キャビティであ って、少なくとも第２チャネルの周波数の１／４波長に実質的に等しい長さの伝 送線によって、少なくとも第２周波数選択キャビティの第１端子とサーキュレー タの第２ポートとを介してサーキュレータに相互接続され、かつ少なくとも第２ 周波数選択キャビティの第２端子を介して少なくとも第３アンテナと相互接続さ れた少なくとも第２周波数選択キャビティをさらに含んで構成されることを特徴 とする請求項４記載の装置。
6. ６．第１アンテナによる送信用の第１無線チャネルの信号と、第２アンテナによ る送信用の第２無線チャネルの少なくとも１つの信号とを含む合成信号を生成す る無線周波数送信機からの高電力無線信号において、それぞれのアンテナによっ て送信するため信号を分離する方法であって：前記合成信号を第１ポートにおい てサーキュレータに印加する段階； 前記第１チャネルの周波数の１／４波長に実質的に等しい長さの導線によって、 前記サーキュレータの第２ポートにおいて、第１周波数を選択する第１周波数選 択キャビティに前記合成信号を出力する段階； 前記第１周波数キャビティの出力を前記第１アンテナに結合する段階；および 前記第１チャネルを前記第１アンテナを介して送信する段階； によって構成されることを特徴とする方法。
7. ７．前記第２ポートにおいて入力として受信された合成信号の一部を第３ポート で出力し、前記サーキュレータの第３ポートに相互接続された第２アンテナから 合成信号の前記一部を送信する段階； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. ８．第１指向性アンテナによる送信用の第１制御チャネルの信号と、全方向性ア ンテナによる送信用の少なくとも第１トラヒック・チャネルの信号とを含む合成 信号を生成する無線周波数送信機からの高電力無線信号において、前記少なくと も第１トラヒック・チャネルから前記第１制御チャネルを分離する装置であって ： 第１ポートで前記合成信号を受信するサーキュレータ；前記第１制御チャネルを 選択する周波数選択キャビティであって、前記第１制御チャネルの周波数の１／ ４波長に実質的に等しい長さの伝送線によって、周波数選択キャビティの第１端 子と、前記サーキュレータの第２ポートとを介して前記サーキュレータに相互接 続され、かつ周波数選択キャビティの第２端子を介して前記第１アンテナと相互 接続された周波数選択キャビティ；および前記サーキュレータの第３ポートにお ける前記全方向性アンテナとの相互接続； によって構成されることを特徴とする装置。
9. ９．少なくとも第２制御チャネルを選択する少なくとも第２周波数選択キャビテ ィであって、前記少なくとも第２制御チャネルの１／４波長に実質的に等しい長 さの伝送線によって、少なくとも第２周波数選択キャビティの第１端子と前記サ ーキュレータの第２ポートとを介して前記サーキュレータに相互接続され、かつ 少なくとも第２周波数選択キャビティの第２端子を介して少なくとも第２指向性 アンテナと相互接続された少なくとも第２周波数選択キャビティをさらに含んで 構成されることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. １０．前記無線周波数送信機は、セルラ通信システムにおける基地局をさらに含 んで構成されることを特徴とする請求項８記載の装置。