JPH09510595A - 電力効率を向上させたフェーズドアレイセルラー基地局および関連した方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基地局は、それぞれ互いに異った周波数である複数の個別の無線チャンネル信号を発生する無線チャンネル発生回路と、この無線チャンネル発生回路に作動的に接続され、それぞれが一度に１つだけの個別無線チャンネル信号を送信するようにされた複数の個別のフェーズドアレイアンテナとを含んでいる。上記フェーズドアレイアンテナのそれぞれは、好ましくは、基板と、所定のパターンでその基板に装着された複数の放射素子とを備えている。各放射素子はストリップラインによって容易に与えられることができ、この基板は、好ましくは、回路基板である。従って、本発明の基地局の他の特徴は、各フェーズドアレイアンテナによって放射される電力が、基地局から遠近両方のそれぞれの移動ユニットとの通信を維持した状態で、可能な干渉を減少するように選択的に制御されることができることである。セル分割を容易にするために無線チャンネル発生回路とフェーズドアレイアンテナとの間にスイッチを設けてもよい。基地局を動作する方法的特徴も開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 電力効率を向上させたフェーズドアレイセルラー基地局および関連した方法 発明の分野 本発明は、一般的には、通信システムに関し、より詳細には、セルラー無線通 信システムに関する。 発明の背景 複数の移動ユニットあるいは加入者に対して音声あるいはデータの通信を与え るために、セルラー通信システムが普通に使用されている。認定されているＡＭ ＰＳ、ＥＴＡＣＳ、ＮＭＴ−４５０およびＮＭＴ−９００のようなアナログセル ラーシステムが全世界にわたって成功裡に開発されている。最近では、北アメリ カでの認定ＩＳ−５４Ｂおよび汎ヨーロッパＧＭＳシステムのようなデジタルセ ルラーシステムが導入されている。このようなシステムおよび他のものは、例え ば、１９９３年に米国マサチューセッツ州ノースウッド市のアーテック・ハウス （Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ）社によって刊行されたバルストン（Ｂａｌｓｔｏ ｎ）等著の「セルラー無線システム」と題する刊行物に記載されている。 セルとして知られている制限された地理的範囲の群で使用するために周波数群 が割り当てられるようなセルラー技術において、周波数再使用が普通に用いられ る。等価な周波数群を含むセルは、移動ユニットが同一の周波数を互いに妨げる ことなく同時に使用できるようにするために地域的に隔てられる。このようにす ることにより、何千かの加入者がたかだか数百の周波数のシステムにより機能す ることができるようになる。 例えば、米国において、連邦当局は、チャンネルと呼ばれている狭い周波数帯 の対に一層細分されたＵＨＦ周波数スペクトルのブロックを、セルラー通信に割 り当てている。チャンネルを対にすることは、各対の送信および受信周波数が４ ５ＭＨｚだけオフセットするといった周波数二重化の構成から生じる。現在、米 国では、セルラー移動体通信には８３２の３０ＫＨｚ幅の無線チャンネルが割り 当てられている。このアナログシステムの容量制限に取り組むため、これらの周 波数チャンネルが３倍のスロットに更に細分されるようなデジタル伝送規準、Ｉ Ｓ−５４Ｂが設けられている。 第１図に示されるように、従来技術の場合のセルラー通信システム２０は１つ あるいはそれ以上の移動局あるいはユニット２１、１つあるいはそれ以上の基地 局２３および移動電話交換所（ＭＴＳＯ）２５を含んでいる。第１図には３つだ けのセル３６が示されているが、典型的なセルラーネットワークは何百かの基地 局、何千かの移動局および１つ以上のＭＴＳＯを含んでもよい。各セルは、それ に、１つあるいはそれ以上の専用制御チャンネルおよび１つあるいはそれ以上の 音声チャンネルを割り当てている。典型的なセルは、例えば、１つの制御チャン ネルと２１の音声／データすなわちトラフィックチャンネルを有してもよい。制 御チャンネルとは、セル識別およびページング情報を伝送するために使用される 専用チャンネルのことである。トラフィックチャンネルは音声およびデータ情報 を伝える。 ＭＴＳＣ２５は全体のセルラーネットワーク２０の中央調整要素である。それ は、典型的には、セルラー処理器２８とセルラースイッチ２９とを含んでおり、 公衆交換電話回路網（ＰＳＴＮ）３０とのインターフェースを与える。セルラー 回路網２０を介して、二重無線通信リンク３２が２つの移動局２１間であるいは １つの移動局２１と陸線電話使用者３３との間で行われることができる。 基地局２３の機能は、通常、移動局２１との無線通信を取り扱うことである。 この機能にあって、基地局２３は、主に、データおよび音声信号のための中継局 として働く。また、基地局２３はリンク３２の特性を監督し、かつ移動局２１か らの受信信号強度を監視する。 従来技術の場合の典型的な基地局２３が第２図に図式的に示されており、これ は、一例として、ＣＭＳ８８００セルラー移動電話システム用のスウェーデン国 ストックホルム市のエリクソン・テレコムＡＢで製造されているモデル番号ＲＢ Ｓ８８２の機能要素を示す。このアナログセルラー回路網の完全な記載はエリク ソン・テレコムＡＢにより発行されている刊行物番号ＥＮ／ＬＺＴ１０１に存在 する。 多くのハイウエイに沿って現在普通の風景としてみられるように、基地局２３ は制御ユニット３４とアンテナ塔３５を含んでいる。制御ユニット３４は基地局 の電子機器からなり、通常、アンテナ塔の基部あるいはその近くの耐衝撃構造と された格納装置内に位置決めされている。この格納装置内には、無線制御群すな わちＲＣＧ３７、交換無線インターフェース（ＥＲＩ）３８、基地局２３内の個 個の要素に電力を与えるためにＡＣ送電線網からの電力を変換するための主電源 供給装置４１、およびバックアップ電源供給装置４２が設けられている。 ＥＲＩ３８はＭＴＳＯ２５と基地局２３との間で信号を与える。ＥＲＩ３８は ＲＣＧ３７よりデータを受け、それを専用のＭＴＳＯ−ＢＳリンク４５でＭＴＳ Ｏ２５に伝える。逆方向では、ＥＲＩ３８はＭＴＳＯ２５からデータを受け、そ れを、移動局２１への引続く伝送のためＲＣＧ３７へ伝える。 無線制御群３７は無線通信を行うために必要な電子機器を含んでいる。従来技 術の場合のＲＣＧ３７の機能的ブロック図が第３図に示されている。図示された 構成は、１つのセルあるいはセルのセクタに対して働くために必要な典型的な構 成の場合に、１つの制御チャンネル送信／受信モジュール（ＴＲＭ）５１と多数 の音声チャンネルＴＲＭ５２と１つの信号強度受信機５３とを示す。各ＴＲＭ５ １、５２は送信機５４、受信機５５および制御ユニット５７を含んでいる。ＴＲ Ｍ５１、５２は、典型的には、周波数に応動性がなく、その代わりに所定のただ １つのチャンネルでのみ動作する。ＥＲＩ３８からの制御信号は個別の制御ユニ ット５７で受信される。音声およびデータトラフィック信号は独立のインターフ ェースを介してＥＲＩ３８に向けられる。 制御および音声用の各個別の送信機５４は送信結合器５８に接続される。送信 結合器は同軸ケーブル６２を介して送信アンテナ６３に結合される単一の出力に 全ての入力信号を結合する。結合器５８を使用することにより、典型的には、１ ６個までの送信機５４を１つの共通の送信アンテナ６３に結合することができる 。結合器５８は、アンテナを支持するために使用される支柱および塔に往々空間 的な制約があるために用いられる。極端な場合に、１００を越える無線チャンネ ルを担うためにただ１つの支柱を用いるだけで済む。 個々の送信信号は結合前に増幅され、従ってＴＲＭ５１、５２は送信結合器５ ８および相互接続ケーブル６２による損失を補うために比較的に高い出力電力を 有する。典型的なＴＲＭは１０および５０ワットの平均出力電力レベルを有する 。 受信側では、２つの受信アンテナ６５のそれぞれは各受信結合器６６Ａ、６６ Ｂに結合され、そこで受信した信号は周波数に従って分離され、ＴＲＭ５１、５ ２のそれぞれの個々の受信機５５に向けられる。２つの受信アンテナ６５は典型 的には塔上で３から５メートル離され、それらは無相関フェーディングパターン の信号を受け、それにより空間ダイバーシチ受信が与えられる。例えば、１９９ ２年にマグローヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）社によって刊行された「移動通 信エンジニアリング」と題する書籍の第１０章に記載されている事前検波および 事後検波ダイバーシチの両者に対して数多くの従来技術が存在している。 通常、ＨＶＡＣ（すなわち暖房、換気および空調）装置によって基地局の電子 機器のための格納装置内部の環境を制御することが必要である。平均的には、典 型的な基地局の大きさはほぼ大形トラック並である。 典型的な基地局２３の１つの可視的な特徴はアンテナ塔３５のものである。適 正な通達範囲域を達成するために、アンテナ６３、６５は好ましくは地面からあ る距離に装着される。第４Ａ図の従来技術の概略平面図をここで付加的に参照す ると、地方の区域では、塔３５は共通してセル３６の中央に位置決めされ、それ によって全方向の通達範囲が与えられる。１つの全方向セルにおいて、制御チャ ンネル（単数あるいは複数）および有効音声チャンネル（単数あるいは複数）は 、通常単一のアンテナからそのセルの全ての区域に広がる。基地局２３がより密 接して配置される場合には、従来技術では、セクタ状としたアンテナシステムが 使用されてもよく、これは第４Ｂ図の概略図に示されている。セクタ状の構成は 、例えば第４Ｂ図に示されているように１２０度の放射パターンを有する指向性 アンテナ７０を必要とする。各セクタ７１はそれ自体１つのセルで、その自己の 制御チャンネル（単数あるいは複数）とトラフィックチャンネル（単数あるいは 複数）を有している。ここで、「チャンネル」とは、アナログシステムでは特定 のキャリア周波数あるいはハイブリッドＴＤＭＡ／ＦＤＭＡシステムでは特定の キャリア／スロットの組み合せ（ＩＳ−５４およびＧＭＳのような）に言及され て よいことを特記する。 第５Ａ図は上述した従来技術での典型的なアンテナシステムを示す。第５Ｂ図 は前に述べた２つの形式の従来技術のアンテナ、すなわちダイポール６６のよう な全指向性アンテナおよび例えば反射器６４を更に含んだ指向性セクタアンテナ を示す。所定の基地局に対しては送信および受信アンテナは典型的には同じ形式 のものであることを理解されたい。 何千かのこのようなセルラー基地局２３が世界的なセル位置に配備されている 。現在、セルラー位置の全体的な規模は極めて巨大である。往々連結された囲い で囲まれた、ある典型的な基地局２３を設置するために必要な土地の量は手頃な 大きさにできる。殆どの都市の区域では、設置場所の不動産のコストは往々設備 それ自体のコストに匹敵する。土地の獲得のコストに加え、不動産の税金が大き な運用コストになってしまう。従って、典型的なセル位置の規模を縮小すること は大きな利点となる。 また、セルラー基地局の運用コストを大きく左右するのが消費電力のコストで ある。環境制御のためのＨＶＡＣ設備に加え、ＲＦ電力を発生するためのＤＣ電 力必要量は極めて大きくなってしまう。各ＴＲＭ５１、５２に典型的に配置され ているソリッドステート電力増幅器は、この増幅器が線形範囲であるいは飽和的 に動作するかにより、２５％から６５％の間のＤＣ対ＲＦ効率で動作する。３か ら４ｄＢの典型的な送信結合器５８のロスに加えて、ＲＣＧ３７から同軸ケーブ ル６２を介して塔３５までおよび送信アンテナ６３までにも大きな送信ロスがあ る。これら経路を通過すると１０ｄＢあるいはそれ以上のロスを受けるのが普通 であり、この結果実際アンテナから放射されるのはＲＦ電力の高々１０％にしか 過ぎなくなってしまう。 セルラー通信システムで走査フェーズドアレイアンテナを用いることが提案さ れている。例えば、ＩＥＥＥ ＶＴＣの９３回目会報誌９３−９６ページに掲載 されているスタペレトン（Ｓｔａｐｌｅｔｏｎ）等著「セルラー基地のフェーズ ドアレイアンテナシステム」は、３６０度の走査能力を与えるモノポール放射素 子のセルラーアレイを記載している。空間ダイバーシチを与えるために、スタペ レトンのアンテナは、各放射素子がセルに割り当てられたあらゆるチャンネルで の送信の可能性を有するように設計される。 狭帯域レーダに対してフェーズドアレイアンテナを使用することが広く行われ ている。短いパルス持続時間の高度にフォーカスした送信について強調すれば、 これらいわゆるソリッドステートすなわち能動フェーズドアレイは、通常、各放 射素子の後にＣ級電力増幅器を使用する。高度の指向性を有するビームを作るた めに、探索レーダ用の典型的なアレイは何百、何千かの個別の放射素子を持つこ とができる。このようなアンテナはマグローヒル（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ）社 １９９０年刊行のスコルニック（Ｓｋｏｌｎｉｋ）著「レーダハンドブック」第 ５および７章に詳しく述べられている。 能動マイクロストリップアレイも現在セルラー基地局で使用するために入手可 能であることが特記されるべきである。例えば、スイス国ヘリソウ市のハーバー ＋シュナー（Ｈｕｂｅｒ＋Ｓｕｈｎｅｒ）ＡＧにより製造されている形式番号１ ３０９．４１．０００９は、セルラー基地局で使用するための成形された立上り ビームを備えた７素子の線形偏極フラットパネル能動アンテナである。このアン テナは典型的なダイポールアンテナと交換可能であり、ビルまたは他の平坦な表 面での設置位置により好ましい。ハーバー＋シュナーによって発行されている応 用ノート２０．３には、電力スプリッタを使用し、信号の部分が幾つかの個別の パネルに分散されるようにして広い区域の通達範囲が得られるようにすることが 示されている。 好ましくないことに、上述したフェーズドアレイアンテナは、両者とも、セル ラーシステムでは普通であるような２つあるいはそれ以上の周波数で特定のセク タを同時に付勢するためのマルチキャリア電力増幅器すなわちＭＣＰＡを必要と する。マルチキャリアシステムにおいては、相互変調の条件により、第３次の生 成要素に対して−６５ｄＢ以上のスプリアスノイズの抑制を必要とする。従って 、相互変調歪みを減少するために、ＭＣＰＡは高度に電力非能率の線形モードで 動作しなければならず、そのため全体の電力効率は減少してしまう。 発明の概要 従って、以上の背景に鑑みて、本発明の目的は、電力効率を増大しかつセル位 置の大きさを減少する実際的な問題に取り組むセルラー通信システム基地局およ び関連した方法を提供することである。 また、本発明の目的は、相互変調生成要素のようなスプリアス信号の放射を減 少させた状態で、能動フェーズドアレイアンテナの使用を容易にするための基地 局および関連した方法を提供することである。 本発明のこれらおよび他の目的、利点および特徴は、それぞれが互いに異った 周波数である複数の個別の無線チャンネル信号を発生する無線チャンネル発生手 段と、上記無線チャンネル発生手段に作動的に接続され、それぞれが一度に１つ だけの個別の無線チャンネル信号を送信するようにした複数の個別のフェーズド アレイアンテナとを具備した基地局によって与えられる。従って、異なった周波 数で一度に多数の無線チャンネルを送信するフェーズドアレイに比較して相互変 調の生成成分はかなり減少される。更に、本発明は、個別の増幅器をフェーズド アレイアンテナに組み込むことができるようにし、それによって、例えば、従来 のアンテナにＲＦ電力を供給することに関連したケーブル伝送ロスをかなり減少 させる。ＤＣ対ＲＦ効率の全体的な改善は必要な機器電力供給の大きさを減少し て熱管理の問題を解決し、それによって運用コストを減少させかつシステムの信 頼性を向上させる。 フェーズドアレイアンテナのそれぞれは、好ましくは、基板と、所定のパター ンで上記基板に装着された複数の放射素子とを備えている。各放射素子は、好ま しくは、ストリップラインによって与えられ、その基板は、好ましくは、回路基 板である。従って、本発明による基地局の他の特徴は、各フェーズドアレイアン テナによって放射される電力が基地局からの遠近両方のそれぞれの移動局と通信 を行うことに関連した困難性を減少するように選択的に制御できるということで ある。より詳細には、基地局は、好ましくは、移動ユニットで受けた信号品位に 関連する、この移動ユニットからの信号を受ける信号品位受信手段を更に含んで おり、かつその移動ユニットで受けた信号品位に応じて各それぞれのフェーズド アレイアンテナの上記放射素子の所定のものを選択的に作動するアンテナ電力制 御手段を更に含んでいる。別態様として、信号強度は基地局で感知されてもよい 。このようにして、アンテナからの放射電力および／またはビーム幅は、さほど 大 きな電力を供給しなくとも、良好な通信のため、移動体での、特に近接した移動 体に対して十分な受信電力レベルを維持して、例えば干渉の可能性を作らないよ うに選択的に制御されることができる。 無線チャンネル発生手段は、好ましくは、基地局アンテナ塔の下方部分に近接 して配置されてもよく、同軸ケーブルのようなリンク手段がフェーズドアレイア ンテナに無線チャンネル信号を供給するために使用されてもよい。別態様として 、無線チャンネル発生手段は塔に配置されてもよく、あるいはＲＦ電力ロスを更 に減少するようにフェーズドアレイアンテナと一体的に製造されてもよい。 基地局は、また、好ましくは、送信フェーズドアレイアンテナに近接して位置 決めされた受信アンテナを含んでいる。この受信アンテナは、また、好ましくは 、複数の移動ユニットから、それぞれ互いに異った周波数の複数の個別の無線チ ャンネル信号を受けることができるフェーズドアレイアンテナである。従って、 受信アンテナは、また、好ましくは、これに装着されかつ受信アンテナ素子に接 続され、これによって受信された信号をコヒーレントに結合するために結合回路 網と、アンテナに装着されかつ上記接合回路に接続されてそれからの信号を増幅 する低ノイズ増幅器とを含んでいる。 基地局は、また、好ましくは、複数の無線周波数キャリアをそれぞれの入力あ るいは情報信号で変調し、それによってその複数の個別の無線チャンネル信号を 発生する変調手段を含んでいる。一実施例において、入力信号は、それぞれの多 重フレームの時間スロットに時分割多重化されてもよい。 本発明の更に他の有利な特徴は、無線チャンネル発生手段とフェーズドアレイ アンテナとの間にセル分割を容易にするためにスイッチが設けられてもよいこと である。より詳細には、このスイッチは、第１及び第２の位置間を移動可能であ り、上記スイッチが、第１の位置にある時には、２つあるいはそれ以上の所定の フェーズドアレイアンテナを互いに結合してそれぞれの無線チャンネル信号に対 する放射アンテナ電力を増大する。上記スイッチが、第２の位置にある時には、 上記２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナの結合を解除して 当該基地局に対する無線チャンネル容量を増大する、すなわちセルを分割するこ とを容易にする。 本発明の方法的な特徴は基地局を上述したように運用することに関する。１つ の方法は、基地局を電力効率を向上させて運用することで、それぞれが互いに異 った周波数の複数の個別の無線チャンネル信号を発生すること、および一度に１ つだけの個別の無線チャンネル信号を送信するように各個別のフェーズドアレイ アンテナを作動することのステップを含んでいる。従って、能動フェーズドアレ イアンテナは、従来のセルラー通信システムの場合のように塔に装着されたアン テナに大地からＲＦ電力を供給することに典型的に関連したロスを減少するため に使用されることができる。 他の方法的な特徴は、フェーズドアレイアンテナの放射出力電力を制御するこ とに関し、複数の無線チャンネル信号を発生してこれを少なくとも１つのフェー ズドアレイアンテナを介して送信すること、移動ユニットでの受信信号品位に関 連した移動ユニットからの信号を受信すること、および移動ユニットからの感知 された信号強度に応じて放射素子の所定のものを選択的に動作することのステッ プを含んでいる。従って、好ましくない干渉の可能性を減少する状態で通信を行 わせるように所望量の電力および所望のビーム形状が生成され得る。 他の方法的な特徴は、移動ユニットの数が所定のセルにおいて増加する際に典 型的に要求されるようなセル分割を容易にすることに関する。この方法は、無線 チャンネル信号を発生しかつこの無線チャンネル信号に対する放射アンテナ電力 を増大するために互いに結合された１つあるいはそれ以上の所定のフェーズドア レイアンテナに上記無線チャンネル信号を供給すること、そしてその後、これら ２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナを結合解除し、これら ２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナをそれぞれの異った無 線周波数チャンネルで動作し、それによって基地局に対する無線チャンネル容量 を増大することのステップを含んでいる。 図面の簡単な説明 本発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、以下の図面に関連して読まれ る後続の記載から当業者に取って容易に明白となるであろう。 第１図は従来技術におけるセルラー通信システムの基本的な構成要素を示す概 略ブロック図である。 第２図は従来技術におけるセルラー通信基地局の機能的構成要素を示す概略ブ ロック図である。 第３図は従来技術における基地局の無線制御群の機能的素子を示す概略ブロッ ク図である。 第４Ａ図は従来技術における全指向性セルラーパターンを示す概略平面図であ る。 第４Ｂ図は従来技術におけるセクタ状セルラーパターンを示す概略平面図であ る。 第５Ａ図は従来技術における典型的なセルラーアンテナシステムを示す概略側 面図である。 第５Ｂ図は従来技術における全指向性アンテナおよびセクタアンテナを示す概 略側面図である。 第６図は本発明によるセルラー通信システム基地局を示す概略ブロック図であ る。 第７図は本発明による基地局で使用される送信機／受信機モジュールの概略ブ ロック図である。 第８図は１つ、２つあるいは３つのキャリア周波数でそれぞれ働く３つのセク タを有する本発明によるアンテナの典型的な配置を示す概略平面図である。 第９図は第８図に示された構成によって作られるような理論的ダウンリンク通 達範囲パターンの概略平面図である。 第１０図は従来技術におけるＧＳＭのスロット、フレームおよびマルチフレー ム伝送間の関係を示す概略ブロック図である。 第１１図は、セル分割を容易にするために能力および放射電力がどのようにし て交換され得るかを示す本発明による基地局の１つの実施例の概略ブロック図で ある。 第１２図は、放射電力制御を行う方法を示す本発明による基地局の１つの実施 例の概略ブロック図である。 第１３図は、フェーズドアレイアンテナのビーム形状を変化することによって 電力結合を行う方法を示す本発明による基地局の１つの実施例の概略ブロック図 である。 好適実施例の詳細な説明 ここで、本発明は、その好適実施例を図示する添付図面に関連して以下より完 全に記載される。しかしながら、本発明は、多くの異った形態で実施されてもよ く、ここに記載される実施例に制限されるようには解釈されるべきではない。む しろ、これらの実施例は、本開示が完全となるようにかつ当業者に本発明の範囲 を充分に伝えるために与えられる。同様の参照番号は全体にわたって同様の要素 を指示する。 提案された発明は任意の既知のセルラーすなわち陸上移動無線伝送規格で使用 されてもよいが、それが汎ヨーロッパＧＳＭで使用するのに特に好ましいであろ うということが考慮されている。従って、適切な場合には、ここで提示する特定 の例はＧＭＳ構成に向けられることになろう。これは、好適実施例の記載が当業 者によって容易に理解されるようにするためになされる（当業者は本発明が異っ た伝送規格に容易に適用され得ることを認めることであろうが）。 最初に、本発明に従った提案された基地局を記載する。これに引続いて、セル ラー通信システムにおいてこの提案された基地局をどのようにして有利に使用す るかを示す詳細な記載を行う。 最初に第６図を参照すれば、３つのキャリア周波数で１つのセクタを動作させ る例示的な構成としての、本発明による基地局８０の１つの実施例が示されてい る。この特定の構成はその単純さのために選択されたものであって、それに制限 する意図はない。例えば、ある典型的な基地局は、セクタ／セル当り８つあるい はそれ以上のキャリア、従って８つあるいはそれ以上の送信アンテナを有しても よいということが考慮される。この例の以下の記載から、当業者はこの例を多く のキャリアおよび／または多くのセクタ／セルを有する構成に容易に拡張するこ とができるであろう。 基地局８０は、アンテナシステム８１、施設内リンク（ＩＦＬ）８２および無 線制御群（ＲＣＧ）を含んでいる。ＲＣＧ８３は、好ましくは、ラック装着され た組立体であり、これは、一実施例では、ＩＦＬ８２を介してアンテナシステム ８１から物理的に分離されている。ＲＣＧは、種々の周波数の複数の個別の無線 チャンネルを発生するための無線チャンネル発生手段を与える。ＩＦＬ８２はリ ンク手段を与え、好ましくは、同軸ケーブル、電力ケーブルおよび制御ワイアの 束を含んでおり、典型的には長さが数十メートルのものである。この実施例にお ける基地局８０は、地面に置かれかつ環境的に遮断状態の格納装置内に収容され たＲＣＧ８３を有しているということが考慮される。 アンテナシステム８１は、典型的には、塔８６に置かれるかあるいは他に地面 の情報に直立的に位置決めされる。ＲＣＧ８３を塔の中間に置くことも、あるい はそれ自体をアンテナシステム８１に組み込むことも可能である。ＲＣＧ８３を このように配置する場合には、当業者に取って容易に理解されるように、充分な 避雷処置を与える注意深い配慮が与えられなければならない。 いずれかの構成において、ＲＣＧの出力８５は、通常の交換無線インターフェ ース（ＥＲＩ）９０およびそれに引続くＭＴＳＯ９１に、更には当業者に取って 容易に明かであろうように従来の手段を介して回路網の残りの部分にインターフ ェースされる。実際上、提案された基地局８０が実在するアンテナシステム、従 来のＩＦＬおよびＲＣＧを本明細書に記載するような要素と交換することによっ て実在のセルラーシステムをアップグレードするために使用されてもよいという ことが考えられる。従って、新たなＲＣＧ８１は実在のＥＲＩに入力に直接プラ グ挿入されるものであってもよい。 本発明による基地局８０は１つの能動アレイ当り単一のキャリアを使用する。 第６図の実施例に示されるように、基地局８０は当該セクタ／セルに割り当てら れた３つの周波数のそれぞれ１つを送信する３つの別々の能動アレイアンテナす なわちパネル９５Ａ、９５Ｂおよび９５Ｃを含んでいる。基地局８０は、また、 ３つの送信周波数の全てを受信することができる単一の受信アンテナ９６を含ん でいる。 各能動アレイパネルは複数のＲＦ電力増幅器１０１を含み、各増幅器は個々の 放射素子１０３にフィルタ１０２を介して結合される。記号１０５で表される点 線のブロックによって能動アレイＡ、９５Ａに対してのみ概略的に示された電力 分割回路網を介して電力が各電力増幅器１０１に分配される。この実施例におい て、好ましくは、上述した要素は、当業者に取って容易に理解されるようにガラ スエポキシプリント回路基板のような装着基板上にストリップラインあるいはマ イクロストリップ技術を用いて製造される。 電力分配器１０５は単一の入力からのＲＦ電力を幾つかの出力に分配する回路 網であり、好ましくは、ウイルキンソン電力分配器、分岐ガイドあるいはエッジ カップルド分配器、または１９８８年にウイレイ＆サンズ（Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓ ｏｎｓ）社によって刊行されたバール（Ｂａｈｌ）等著「マイクロ波ソリッドス テート回路設計」の第５章に記載されているような他の公知の電力分配装置であ ってもよい。電力分配器１０５は、好ましくは、各電力増幅器１０１に位相コヒ ーレントの関係の出力を与えるように設計されている。入力電力は電力増幅器１ ０１の全ての入力の間で等しく分割されかつ同相にされることができ、これは均 等付勢として知られており、対称放射パターンを生じさせる。別態様として、基 本アレイ理論に従ってその放射パターンを形成することが所望の場合に、小さな 電力の不平衡および／または位相オフセットが与えられることができる。このよ うな電力不平衡および位相オフセットについては、１９９１年にアーテックハウ ス（Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ）社によって刊行されたブルックナー（Ｂｒｏｏ ｋｎｅｒ）著の「実際的なフェースドアレイアンテナシステム」のパート２に述 べられている。アレイ理論の基本の他の参考箇所は、１９９０年にマクローヒル （ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ）社によって刊行されたスコルニック（Ｓｋｏｌｎｉ ｋ）著の「レーダハンドブック第２版」の第７章に見い出される。 図示の実施例において、電力増幅器１０１は、好ましくは、郵便番号３７０− ３３、群馬県群馬郡榛名町下里美９４２−１のギガテック社（ＧｉｇａＴｅｃ、 Ｉｎｃ）によって製造されている部品番号ＧＴ−１８６７のような１〜２ワット の装置であってもよい。電力増幅器１０１は、望ましくは、マイクロストリップ 回路に集積化されることが好ましく、ＲＦ信号の変調がそれぞれ一定あるいは非 一定のエンベロープであるかどうかに応じて飽和あるいは線形モードで動作して もよい。周波数変調を用いるアナログシステムに対しては、増幅器は高いＤＣ対 ＲＦ効率を有する飽和Ｃ級装置として動作してもよい。例えば、π／４シフトさ れたＤＱＰＳＫのようなあるデジタル変調の場合には、増幅器１０１は、好まし くは、ＤＣ対ＲＦ効率が低い線形Ａ級として動作するが、入力信号のエンベロー プ変動の増幅された複製を生じさせる。 電力増幅器１０１は受信周波数帯と重なる広帯域ノイズ出力を生じさせる可能 性がある。これらは、受信増幅器１１０のノイズ指数を悪化させる程のレベルの ものとなる。送信される信号のスペクトル純度を改善するために、各電力増幅器 １０１の出力は、好ましくは、それぞれのフィルタ１０２に結合される。フィル タ１０２は、好ましくは、１９８８年にウイリー＆サンズ（Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓ ｏｎｓ）社によって刊行されたバール（Ｂａｈｌ）等著「マイクロ波ソリッドス テート回路設計」の第６章に記載されているようなマイクロストリップノッチフ ィルタである。フィルタ１０２は、好ましくは、受信周波数帯と重なる信号を減 衰する。システム帯域幅および周波数割当てに応じて、フィルタ１０２は、また 、好ましくは、送信周波数の周りに中心決めした通過帯域を有する帯域フィルタ であってもよい。別態様として、低域フィルタあるいは高域フィルタが適切な場 合もある。 各フィルタ１０２の出力は図示のようにそれぞれの放射素子１０３に結合され ており、これは、好ましくは、１９８４年にマクロウヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉ ｌｌ）社によって刊行されたジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）等著「アンテナ技術 ハンドブック第２版」の第７−１頁から第７−１４頁にわたって記載されている ような線形偏極マイクロストリップパッチアンテナであってもよい。別態様とし て、この文献の第７−１４頁から第７−１６頁に記載された円形偏極パッチアン テナが等価的に使用され得る。 基地局８０の図示した実施例において、好ましくは、送信能動アレイパネル９ ５Ａ、９５Ｂおよび９５Ｃは同一である。受信アレイパネル９６は、好ましくは 、マイクロストリップパッチ素子９７から形成されたアンテナアレイである。送 信能動アレイパネルでの場合と同様に、受信パネル９６は、好ましくは、当業者 によって容易に理解されるように、ストリップラインあるいはマイクロストリッ プ技術を用いてガラスエポキシ回路基板から構成される。アンテナ素子９７は、 これも、好ましくは、上述したようなマイクロストリップパッチ放射器である。 パ ッチアンテナ素子９７は、好ましくは、線形偏極パッチアンテナ素子である。送 信および受信の両パネルが同一の偏極、通常垂直線形偏極を呈するとしたら、そ れは好ましい。 受信アンテナ素子９７は結合回路網９９を介して共通の伝送ライン９８に結合 される。基本的に、電力分配回路網１０５とは逆に、結合回路９９はアレイ素子 ９７から共通出力への受信した信号をコヒーレントに結合する。前と同様に、結 合回路網９９は、ビーム成形を行わせかつサイドローブを減少するために、位相 オフセットあるいはテーパ結合を導入してもよい。 結合回路９９の出力は、図示のように、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）１１０に結 合される。通常、同様のＬＮＡは従来の基地局のＲＣＧに配置されており、従っ て受信信号はＩＦＬケーブルを通ると２〜４ｄＢの伝送ロスを受ける。本発明の 他の長所に従ってＬＮＡ１１０を受信アンテナパネル９６に配置することによっ て、増幅前のロスは減少され、それによって総合のシステムノイズ指数は改善さ れ、この結果受信アンテナゲインが少なくて済むことができるようにする。 ＬＮＡ１１０からの増幅された受信信号は、また、好ましくは、電力増幅器１ ０１によって発生されるような所望しない信号成分を除去するように濾波される 。従って、ＬＮＡ１１０の出力は、好ましくは、帯域フィルタ１１２に結合され る。帯域フィルタ１１２は、好ましくは、１９８８年にウイリー＆サンズ（Ｗｉ ｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ）社によって刊行されたバール（Ｂａｈｌ）等著「マイク ロ波ソリッドステート回路設計」の第６章に記載されているようなマイクロスト リップエッジ結合フィルタであってもよい。システム帯域幅およびチャンネル間 隔に応じて、低域あるいは高域フィルタが当業者によって容易に理解されるよう に同様許容され得る。 送信信号および受信信号の両者は施設内リンク（ＩＦＬ）８２を介してアンテ ナシステム８１に、およびアンテナシステム８１から結合される。図示された実 施例において、ＩＦＬは、好ましくは、同軸ケーブル１１５と、電力を電力増幅 器１０１およびＬＮＡ１１０に与える電力ケーブル（図示せず）との束からなる 。 無線制御群８３は、好ましくは、複数の送信／受信モジュール（ＴＲＭ）１２ ０を含んでいる。第７図を付加的に参照すると、ＴＲＭ１２０が説明されている 。 ＴＲＭ１２０は、好ましくは、情報信号をＲＦ出力に変換する（受信信号に対し ては逆）ために必要なＲＦハードウェアおよび電子機器からなる。情報信号は、 好ましくは、デジタル位相ならびに／または位相および振幅情報のシーケンスか らなるビットストリームにデジタル化されており、通常の手段によりＥＲＩから 受けられる。ＧＳＭセルラーシステムに対しては、この情報信号はＧＭＳＫ波形 を表す。ＩＳ−５４システムに対しては、この情報信号はπ／４シフトしたＤＱ ＰＳＫ波形を表す。これら両形式の信号の発生は、他の変調技術と同様に当業者 によって容易に理解されるであろう。 情報信号は変調器１２１に与えられ、ここで位相、振幅ならびに／または位相 および振幅情報はミキサ１２３に接合されるベースバンド信号を作るように基準 周波数に印加され、ミキサ１２３において基準発振器１２７およびチャンネルシ ンセサイザ１２８で発生された所定のＲＦキャリア周波数と混合される。基準発 振器１２７は、また、図示した実施例において、マルチプライヤ１２９を介して 変調器１２１にも結合されている。ＲＦキャリア周波数はＥＲＩから得られる指 令に応じて選択される。ミキサ１２３の出力は所望しないミキサ生成成分を除去 するため送信フィルタ１２４に結合される。濾波の後に、被変調ＲＦキャリアは 、図示されるようにＩＦＬ８２を定める同軸ケーブル１１５を介して、能動アレ イパネル９５Ａの伝送ライン１１６に結合され、その能動アレイパネルにおいて それは上述した（第６図）ように放射される。別のキャリア周波数での同一のプ ロセスが他のＴＲＭのそれぞれで行われる。 更に第７図を参照すると、受信アレイパネル９６からの受信した信号は受信回 路１３０に結合され、ここで被変調ＲＦキャリアはベースバンド信号に下変換さ れ、局部発振器および関連の局部発振器フィルタ１３５ならびに第２の局部発振 器シンセサイザ１３７によってそれぞれ駆動される第１および第２のミキサ１３ ２および１３４の図示した構成によって復調される。３つのＩＦフィルタ１４０ −１４２も受信信号をベースバンドに下変換しかつ下変換された信号を復調する 図示の実施例において同様示されている。従って、図示のように、ＩＦ信号と受 信信号強度指示器（ＲＳＳＩ）信号の２つの信号が発生される。 第７図には、π／４シフトされたＤＱＰＳＫ信号を復調するために好ましい構 成が示されている。このような復調技術の例は、例えば、本願と同一出願人に係 る発明者デント（Ｄｅｎｔ）の「ログポーラ信号処理」と題する米国特許第５， ０４８，０５９号に記載されており、その開示はこれによって本明細書において 参照として組み入れられる。当業者は、ＧＭＳＫ復調器あるいは他のものが使用 されてもよいということを容易に認めることができる。 受信回路１３０からの出力は情報信号であり、この信号はＴＲＭ１２０におい て処理されるか、あるいは従来の技術に従って引続いて処理されるようにＥＲＩ に与えられる。それぞれの送信周波数に対応する受信周波数での同様な処理がＴ ＲＭ１２０の全てにおいて行われる。 第８図は、上述した提案の基地局８０を用いるための例示的な構成を示す概略 平面図である。この構成は、セルを３つのセクタ（それぞれは、例えば、割り当 てられた異った数の周波数を有する）を分割することによって全指向性の到達範 囲を与える。送信フェーズドアレイ能動アンテナ１５１、１５２、１５３、１５ ５、１５６および１５７は三角形の装着体１６０に配置され、かつセクタ状にさ れた通達範囲を与えるように方向付けられる。通常のレードーム１６２は環境か らの保護を与える。セクタ１は線１６５と線１６６との間の領域でほぼ定められ 、フェーズドアレイアンテナ１５１によって電波が発射される。セクタ２は線１ ６６と線１６７との間の領域でほぼ定められる。セクタ２では３つのフェーズド アレイアンテナ１５５、１５６および１５７によって電波が発射される。セクタ ３は線１６７および線１６５の間の領域によって定められ、２つのフェーズドア レイアンテナ１５２および１５３によって電波が発射される。 ＵＳ ＡＭＰＳシステムすなわちＩＳ−５５３のようなチャンネル当り単一の キャリアのシステムにおいては、好ましくは、１つの周波数が本発明に従った各 フェーズドアレイアンテナに割り当てられる。この例に対して、第１の周波数が アンテナ１５１に割り当てられ、第２、第３および第４の周波数がそれぞれアン テナ１５５、１５６および１５７に割り当てられ、第５および第６の周波数がそ れぞれアンテナ１５２および１５３に割り当てられる。周波数の割当ては、上述 したような各アンテナと関連したそれぞれのＴＲＭにＥＲＩを介して制御信号を 与えるＭＴＳＯによって決定される。個々の周波数割当てを動的に変化すること が可能であるが、各アンテナは時間的にどの時点でも１つ以上の周波数を送信し ない。 第９図においては、第８図のアンテナシステムによって作られる理論的通達範 囲パターンを示し、そこでは各送信機のためのそれぞれの通達範囲域がＡの添字 を有するアンテナの参照番号によって表される。本発明によれば、移動局１７１ はアンテナ１５１から送信される第１の周波数でのダウンリンク信号を受けるこ とができる。移動局１７１から送信されたアップリンク信号はフェーズドアレイ アンテナ１５０で受信される。受信アンテナ１５０、１５４、１５８のパターン （図示せず）は、好ましくは、それらの全体のそれぞれのセクタをカバーするの に充分なビーム幅を有するという点に留意されたい。セクタ２においては、移動 局１７２はこのセクタ内の３つの全てのアンテナからのダウンリンク信号を受け ることができる。従って、移動局１７２は、アンテナ１５５からの第２の周波数 、アンテナ１５６からの第３の周波数あるいはアンテナ１５７からの第４の周波 数のダウンリンク信号を受けるように同調決めされてもよい。移動局１７３はア ンテナ１５７の通達範囲域の外側に示され、そのためアンテナ１５５からの第２ の周波数あるいはアンテナ１５６からの第３の周波数のダウンリンク信号を受け るように同調決めされていなければならない。移動局１７２および１７３によっ て送信されるアップリンク信号は共に受信アンテナ１５８によって受信される。 これら受信信号はＲＣＧのＴＲＭに結合され、前に詳細に述べたように処理され る。 汎ヨーロッパＧＳＭシステムのようなＴＤＭＡシステムにおいて、各キャリア は幾つかの時間スロット１７９に分割される。従来技術のＧＳＭフレーム構造が 第１０図に示され、これは、当業者に容易に理解されるように、一連のＴＤＭＡ １８０に分割され、次いで一連の時間スロット１７９に分割されるマルチフレー ム１８１を含む。ＴＤＭＡフレーム１８０に示されるように、０から７までの番 号を付された８つの時間スロットが存在する。従って、８つまでの移動局が与え られたキャリア周波数を使用することができる。例えば、第９図において、移動 局１７１および７つの他の移動局（図示せず）はアンテナ１５１からサービスを 受けることができる。同様に、セクター３においては、移動局１７４および１７ ５はアンテナ１５２あるいは１５３から送信される同一周波数の異ったスロット を占有することができる。移動局１７４は、例えば、アンテナ１５２によって第 １の周波数で送信される時間スロットを占め、かつ移動局１７５もアンテナ１５ ３によって第２の周波数で送信される同じ時間スロットを示すことができるとい うことを同様に認めることができる。 第１１図は本発明による他の特徴を示す。そこには、単極双投すなわちＳＰＤ Ｔスイッチ１９０を介して接続された２つの送信フェーズドアレイ能動アンテナ ９５Ａおよび９５Ｂの構成が示されている。上方のアンテナ９５Ａおよび下方の アンテナ９５Ｂは上述のものと同一であってもよい。明瞭化のため、ＩＦＬ８２ およびＲＣＧ８３は第１１図には示されていない。 当業者によって容易に理解されることができるように、フェーズドアレイアン テナのための有効な放射される等方向電力すなわちＥＩＲＰは、各放射素子１０ ３によって送信される電力、素子数およびアンテナのゲインの関数である。例え ば、各放射素子１０３に６００ミリワットの電力増幅器１０１が接続されかつ放 射素子が１１ｄＢｉのゲインを有しているものとすれば、上方および下方のアン テナ９５Ａ、９５Ｂのそれぞれは約１００ワットのＥＩＲＰをそれぞれ有する。 スイッチ１９０が閉じている場合において互いに接続されていると、それらはほ ぼ４００ワットのＥＩＲＰを有する単一のアンテナを効果的に形成する。 新たなセルラー通達範囲の初期の開発に当たって、それぞれが広い通達範囲領 域、すなわち大きなセル径を有する比較的に少ない数のセル位置が往々存在する 。加入者数が増大する際には、セル分割が所望される。セル分割は、セル寸法を 減少しかつ周波数再使用を増大するような処理である。例えば、１９８９年にマ グローヒルブック社（ＭｃＧｒａｗ Ｈｉｌｌ Ｂｏｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ）に よって刊行されたＷ．Ｃ．Ｙ．リー（Ｌｅｅ）著「移動セルラー電気通信システ ム」の第３０１〜３０６頁に一般的な手法が記載されている。 セルラー通信システムの初期の開発においては、第１１図に示されるようなア ンテナ構成を含んだ基地局８０が設立される。システムは、最初に、比較的に大 きなセル寸法に設計される。この状態において、例えば、高ＥＩＲＰでの単一の 周波数が必要とされ、スイッチ１９０は、好ましくは、極に結合したアームを有 し、それにより上方および下方のアンテナ９５Ａおよび９５Ｂは点線のスイッチ 位置で示されたように１つのＴＲＭと互いに接続して、より高いＥＩＲＰを有す る１つのアンテナを効果的に形成する。 加入者の増大に対処するため、基地局８０はセル寸法を容量に合わせて交換す る内蔵の能力を有する。これは、第１１図の左側に示される他のＴＲＭをＲＣＧ に加え、スイッチ１９０を実線で表される位置に動かすことによって達成される 。この構成において、左側のＴＲＭ１２０は上方のアンテナ９５Ａに接続され、 右側のＴＲＭは下方のアンテナ９５Ｂに接続される。各ＴＲＭは上述したように 異った送信周波数に同調される。このようにすることによって、スイッチ１９０ を再設定すること以外アンテナシステムへの変更を一切することなく、４００ワ ットのＥＩＲＰを有する単一のアンテナは、それぞれ１００ワットのＥＩＲＰを 有する２つのアンテナに変更される。当業者に容易に明かとなるように、周波数 の数の増大および送信電力の減少はシステムユーザ容量を増大させる。 任意のセルラー通信システムにおいては、いわゆる「遠近」の問題がある。例 えば、再度第４図を参照すると、セル３６には２つの移動局２１が示されている 。１つの移動局は基地局に近接して存在し、他はセルの周辺で基地局から遠くは なれて存在する。干渉を減少するために、それぞれの受信機の感度要件に合致す るために丁度充分な電力でダウンリンク（およびアップリンク）信号を送信する ことが好ましい。従って、近くの移動局には遠い移動局よりもより低い電力で送 信することが所望される。 デジタル通信を用いるセルラー電話システムにおいて、信号品位が受信信号強 度よりもより重要な因子である。移動局が他に非活動状態の時間スロットの間に 信号品位測定を行うことができることは、ＩＳ−５４およびＧＳＭのようなＴＤ ＭＡシステムでの独自の長所である。しばしば、これら測定は、他の周波数への ハンドオーバが必要であるかどうかを決定するために使用される。このような方 法は移動援助ハンドオーバすなわちＭＡＨＯとして公知であり、例えば、ＩＳ− ５４Ｂ規格のセクション３．４．６に記載されている。本発明の他の特徴によれ ば、移動局によって行われる信号品位測定は基地局により送信される要求された 電力量を決定するための基準をも形成することができる。実際には、単純な信号 強度ではなく信号品位が典型的に測定されるため、基地局によって送信される電 力は、これら信号品位測定が使用される場合に最適化されてもよい。信号品位測 定は通常の態様で行われ、アレイアンテナの送信電力は次に記載するように調節 することができる。 上述したアンテナシステムの送信電力の大きな変更をどのようにして行うかが 示された。しかしながら、実際的なダウンリンク電力制御はより小さなステップ の電力調節を必要とする。第１２図に示された本発明の実施例はそれを行うため の基地局８０を示す。第１２図は第１１図の構成に付加されたマイクロプロセッ サ制御の電源１９５を示す。理解の目的のために、各電力増幅器１０１への個々 の供給ラインｌ９６ａ−１９６ｈが示される。また、共通のバス電源からサービ スを受ける個別にアドレス可能な電源ラインを有することも可能である。いずれ かの場合において、制御可能な電源１９５はＥＲＩから受けられた信号に応じて 各個別の電力増幅器１０３へのＤＣ電源をオンおよびオフすることができる。 この例において、第４Ａ図の遠近の移動局は第１２図に示されるアンテナシス テムの通達範囲領域内にあり、両者はアンテナシステムから同一の周波数で送信 される異った時間スロットを使用している。再度第１０図をも参照して、近い移 動局はＴＤＭＡフレーム１８０の時間スロット５を占め、より距離がある移動局 はＴＤＭＡフレームの時間スロット３を占めるものと更に仮定する。アンテナの 出力電力（すなわちＥＩＲＰ）は以下の通り自乗された能動素子数に比例する。 ＥＩＲＰ ∝ Ｎ²（ゲイン）（Ｐ_T） 前のように、各電力増幅器が６００ミリワットの電力出力ＰＴを生じさせること ができかつ各素子が１１ｄＢｉのゲインを有するならば、以下の表１の放射電力 値を作ることができる。 例えば、近い移動局に３０ワットで送信することが必要である場合には、ＴＤ ＭＡフレームの時間スロット５の間に電力供給ライン１９６ａおよび１９６ｂが 付勢され、他の全てのラインは付勢されない。遠い移動局に全４８０ワットで送 信することが必要な場合には、ＴＤＭＡフレームの時間スロット３の間に供給ラ インの全てが付勢される。勿論、他の組み合せが必要に応じて使用され得る。中 間の電力レベルが必要とされる場合には、それらは、任意の与えられた時間スロ ットの間に付勢される電力供給ラインの数を変更することによって得られる。 フェーズドアレイアンテナの素子数を減少させるにつれ、放射ビーム幅は増大 する。これは本発明において達成され得る長所を有する。第１３図には、本発明 によるフェーズドアレイアンテナ９５Ａが示されている。移動局１７７のような より距離がある移動局に対して送信する時には、比較的に多くの数の有効能動素 子１０３を付勢することが必要である。そのようにすることによって、点線１７ ８で概略的に示されたアンテナ９５Ａの垂直ビーム幅も減少され、それによって 距離がある移動局１７７に直接的なビームを与える。より近い移動局１７６への 送信の時には、より少ない能動素子１０３を付勢することが必要である。移動局 １７６はアンテナ塔に極めて近接する場合があるため、通常、ビーム幅１７８を 有するアンテナの通達範囲領域は好ましくはない。しかしながら、アンテナの能 動素子１０３の数を減少することは点線１７９によって表された垂直ビーム幅を 広くする効果を有するため、移動局１７６は、アンテナ９５Ａの電子的あるいは 機械的操向に頼る必要なく許容通達範囲の領域に入るようになる。 本発明の多くの変更および他の実施例は、上述した記載および関連した図面に 表された技術の恩恵を有する技術に関連した当業者の心に浮かぶことであろう。 従って、本発明は開示した特定の実施例に制限されず、変更および実施例は付随 の請求の範囲に含まれるように意図されることを理解すべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月９日 【補正内容】 相互変調の条件により、第３次の生成要素に対して−６５ｄＢ以上のスプリアス ノイズの抑制を必要とする。従って、相互変調歪みを減少するために、ＭＣＰＡ は高度に電力非能率の線形モードで動作しなければならず、そのため全体の電力 効率は減少してしまう。 アレイコム・インク（Ａｒｒａｙｃｏｍｍ、Ｉｎｃ．）による「空間的分割多 重アクセス無線通信システム」と題する公開されたＰＣＴ特許出願は、多数の遠 隔ユーザおよび１つの基地局間の無線通信の容量および品位を向上するための方 法および装置について論議している（ＷＯ−Ａ−９３／１２５９０、１９９３年 ６月２４日）。 アメリカン・テレフォン・アンド・テレグラフ・カンパニー（Ａｍｅｒｉｃａ ｎ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ａｎｄ Ｔｅｌｅｇｒａｐｈ Ｃｏｍｐａｎy）によ る「地上無線通信システム」と題する公開されたヨーロッパ特許出願は、基地局 からシステムサービス範囲内の遠隔顧客に通信サービスを与えるためにスポット ビーム、時間分割多重アクセスおよび周波数再利用を用いる地上無線システムに ついて論議している（ＥＰ−Ａ−０２０１２５４、１９８６年１１月１２日）。 エール（Ａｈｌ）等による「広域無線通信回路網における方法および装置」と 題する公開されたＰＣＴ特許出願は、それぞれが少なくとも１つの周辺局に割り 当てられた少なくとも２つの中央局を有する回路網について論議している（ＷＯ −Ａ−９０／０３０７１、１９９０年３月２２日）。 発明の概要 従って、以上の背景に鑑みて、本発明の目的は、電力効率を増大しかつセル位 置の大きさを減少する実際的な問題に取り組むセルラー通信システム基地局およ び関連した方法を提供することである。 また、本発明の目的は、相互変調生成要素のようなスプリアス信号の放射を減 少させた状態で、能動フェーズドアレイアンテナの使用を容易にするための基地 局および関連した方法を提供することである。 本発明のこれらおよび他の目的、利点および特徴は、それぞれが互いに異った 周波数である複数の個別の無線チャンネル信号を発生する無線チャンネル発生手 段を含んだ基地局において、上記無線チャンネル発生手段に作動的に接続され、 それぞれが一度に１つだけの個別の無線チャンネル信号を送信する複数の個別の フェーズドアレイアンテナを具備したことを特徴とする基地局によって与えられ る。従って、異なった周波数で一度に多数の無線チャンネルを送信するフェーズ ドアレイに比較して相互変調の生成成分はかなり減少される。更に、本発明は、 個別の増幅器をフェーズドアレイアンテナに組み込むことができるようにし、そ れによって、例えば、従来のアンテナにＲＦ電力を供給することに関連したケー ブル伝送ロスをかなり減少させる。 １つの方法は、基地局を電力効率を向上させて運用することで、それぞれが互い に異った周波数の複数の個別の無線チャンネル信号を発生するステップを含んで いる。この方法は、一度に１つだけの個別の無線チャンネル信号を送信するよう に各個別のフェーズドアレイアンテナを作動することによって特徴付けられる。 従って、能動フェーズドアレイアンテナは、従来のセルラー通信システムの場合 のように塔に装着されたアンテナに大地からＲＦ電力を供給することに典型的に 関連したロスを減少するために使用されることができる。 他の方法的な特徴は、フェーズドアレイアンテナの放射出力電力を制御するこ とに関し、かつ、複数の無線チャンネル信号を発生してこれを少なくとも１つの フェーズドアレイアンテナを介して送信すること、移動ユニットでの受信信号品 位に関連した移動ユニットからの信号を受信すること、および移動ユニットから の感知された信号強度に応じて放射素子の所定のものを選択的に動作することの ステップを含んでいる。従って、好ましくない干渉の可能性を減少する状態で通 信を行わせるように所望量の電力および所望のビーム形状が生成され得る。 他の方法的な特徴は、移動ユニットの数が所定のセルにおいて増加する際に典 型的に要求されるようなセル分割を容易にすることに関する。この方法は、無線 チャンネル信号を発生しかつこの無線チャンネル信号に対する放射アンテナ電力 を増大するために互いに結合された１つあるいはそれ以上の所定のフェーズドア レイアンテナに上記無線チャンネル信号を供給すること、そしてその後、これら ２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナを結合解除し、これら ２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナをそれぞれの異った無 線周波数チャンネルで動作し、それによって基地局に対する無線チャンネル容量 を増大することのステップを含んでいる。 請求の範囲 １．それぞれが互いに異った周波数である複数の個別の無線チャンネル信号を 発生するための無線チャンネル発生手段（１２０）を有する、セルラー通信シス テムのための基地局（８０）において、 上記無線チャンネル発生手段（１２０）に接続され、各々が一度に１つだけの 個別の無線チャンネル信号を送信するようにされた複数の個別のフェーズドアレ イアンテナ（９５）、 を具備したことを特徴とする基地局（８０）。 ２．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記フェーズドアレイアンテナ （９５）の各々は、基板と、所定のパターンで上記基板に装着された複数の放射 素子（１０３）とを備えたことを特徴とする基地局。 ３．請求の範囲第２項記載の基地局において、移動ユニット（１７１）で受信 された信号の品位に関連する、この移動ユニット（１７１）から送信された信号 を受ける信号品位受信手段（９６）を更に含んでおり、かつ上記信号品位受信手 段と上記フェーズドアレイアンテナとに接続され、上記移動ユニット（１７１） で受信された信号の品位に応じて各それぞれのフェーズドアレイアンテナ（９５ ）の上記放射素子（１０３）の所定のものを選択的に動作させるアンテナ電力制 御手段（１９５）を更に含んだことを特徴とする基地局。 ４．請求の範囲第２項記載の基地局において、移動ユニット（１７１）で受信 された信号の強度を感知する信号強度手段を更に含んでおり、かつ上記信号強度 手段と上記フェーズドアレイアンテナ（９５）とに接続され、感知された信号の 強度に応じて各それぞれのフェーズドアレイアンテナ（９５）の上記放射素子（ １０３）の所定のものを選択的に動作させるアンテナ電力制御手段（１９５）を 更に含んだことを特徴とする基地局。 ５．請求の範囲第２項記載の基地局において、各放射素子（１０３）はストリ ップラインを含み、上記基板は回路基板を含んだことを特徴とする基地局。 ６．請求の範囲第２項記載の基地局において、各放射素子（１０３）に接続さ れて上記基板に装着され、各フェーズドアレイアンテナ（９５）が能動フェーズ ドアレイアンテナを定めるようにするそれぞれの増幅器（１０２）を更に含んだ ことを特徴とする基地局。 ７．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記フェーズドアレイアンテナ （９５）に隣接して位置決めされ、それぞれが互いに異なった周波数の複数の個 別の無線チャンネル信号を移動ユニット（１７１）から受ける受信アンテナ（９ ６）を更に含んでいることを特徴とする基地局。 ８．請求の範囲第７項記載の基地局において、上記受信アンテナ（９６）は、 基板と、所定のパターンで上記基板に装着された複数の受信アンテナ素子（９７ ）とを備えた受信フェーズドアレイアンテナを含んだことを特徴とする基地局。 ９．請求の範囲第８項記載の基地局において、 上記受信アンテナ（９６）の上記基板に装着されかつ上記複数の受信アンテナ 素子（９７）に接続され、受信される信号をコヒーレントの状態で結合する結合 回路網手段（９９）と、 上記受信アンテナ（９６）の上記基板に装着されかつ上記結合回路網手段（９ ９）に接続され、この結合回路網手段からの信号を増幅する増幅手段（１１０） と、 を更に含んだことを特徴とする基地局。 10．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記無線チャンネル発生手段（ １２０）は、複数の無線周波数キャリアをそれぞれの入力信号で変調し、それに よって上記複数の個別の無線チャンネル信号を発生する変調手段（１２１）を更 に含んだことを特徴とする基地局。 11．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記無線チャンネル発生手段（ １２０）と上記フェーズドアレイアンテナ（９５）との間に接続されかつ第１及 び第２の位置間を移動可能なスイッチ手段（１９０）を更に含んでおり、上記ス イッチ手段（１９０）が上記第１の位置にある時には、２つあるいはそれ以上の 所定のフェーズドアレイアンテナ（９５）を互いに結合してそれぞれの無線チャ ンネル信号に対する放射アンテナ電力を増大し、かつ上記スイッチ手段（１９０ ）が上記第２の位置にある時には、上記２つあるいはそれ以上の所定のフェーズ ドアレイアンテナ（９５）の結合を解除して当該基地局（８０）に対する無線 チャンネル容量を増大するようにしたことを特徴とする基地局。 12．複数の個別のフェーズドアレイアンテナ（９５）を含む形式のセルラー無 線通信システムのための基地局（８０）を動作させる方法であって、それぞれが 互いに異った周波数である複数の個別の無線チャンネル信号を発生するステップ を含んだ方法において、 一度にただ１つの個別の無線チャンネル信号を送信するように各個別のフェー ズドアレイアンテナ（９５）を動作させること、 を特徴とする方法。 13．請求の範囲第１２項記載の方法において、上記フェーズドアレイアンテナ （９５）の各々は複数の放射素子（１０３）を含んでおり、移動ユニット（１７ １）で受信された信号の品位に関連する、上記移動ユニット（１７１）から送信 された信号を受信するステップと、上記移動ユニット（１７１）で受信された信 号の品位に応じて各それぞれのフェーズドアレイアンテナ（９５）の上記放射素 子（１０３）の所定のものを選択的に動作させるステップと、を更に含んだこと を特徴とする方法。 14．請求の範囲第１２項記載の方法において、それぞれが互いに異った周波数 である複数の個別の無線チャンネル信号を移動ユニット（１７１）から受けるこ とを更に含んだことを特徴とする方法。 15．請求の範囲第１２項記載の方法において、複数の個別の無線チャンネル信 号を発生する上記ステップは、複数の無線周波数キャリアをそれぞれの入力信号 で変調することを含んだことを特徴とする方法。 16．請求の範囲第１２項記載の方法において、複数の個別の無線チャンネルを 発生する上記ステップは、複数の入力信号をそれぞれの多重フレームの所定の時 間スロットに時間分割多重化することを含んだことを特徴とする方法。 17．請求の範囲第１２項記載の方法において、それぞれの無線チャンネル信号 に対する放射アンテナ出力を増大するために、２つあるいはそれ以上の所定のフ ェーズドアレイアンテナ（９５）を互いに結合するステップを更に含んだことを 特徴とする方法。 18．請求の範囲第１７項記載の方法において、上記２つあるいはそれ以上の所 定のフェーズドアレイアンテナ（９５）を後に接続解除するステップと、上記基 地局（８０）に対する無線チャンネル容量を増大するためにそれぞれの異った無 線周波数チャンネルで上記２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアン テナ（９５）を動作させるステップと、を更に含んだことを特徴とする方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．セルラー通信システムのための基地局において、 それぞれが互いに異った周波数である複数の個別の無線チャンネル信号を発生 するための無線チャンネル発生手段と、 上記無線チャンネル発生手段に接続され、それぞれが一度に１つだけの個別の 無線チャンネル信号を送信する複数の個別のフェーズドアレイアンテナと、 を具備したことを特徴とする基地局。 ２．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記フェーズドアレイアンテナ のそれぞれは、基板と、所定のパターンで上記基板に装着された複数の放射素子 とを備えたことを特徴とする基地局。 ３．請求の範囲第２項記載の基地局において、移動ユニットで受けた信号品位 に関連する、この移動ユニットから送信された信号を受ける信号品位受信手段を 更に含んでおり、かつ上記信号品位受信手段と上記フェーズドアレイアンテナと に接続され、移動ユニットで受けた信号品位に応じて各それぞれのフェーズドア レイアンテナの上記放射素子の所定のものを選択的に作動するアンテナ電力制御 手段を更に含んだことを特徴とする基地局。 ４．請求の範囲第２項記載の基地局において、移動ユニットからの受信信号強 度を感知する信号強度手段を更に含んでおり、かつ上記信号強度手段と上記フェ ーズドアレイアンテナとに接続され、感知された信号強度に応じて各それぞれの フェーズドアレイアンテナの上記放射素子の所定のものを選択的に作動するアン テナ電力制御手段を更に含んだことを特徴とする基地局。 ５．請求の範囲第２項記載の基地局において、上記放射素子はストリップライ ンからなり、上記基板は回路基板からなることを特徴とする基地局。 ６．請求の範囲第２項記載の基地局において、各放射素子に接続されて上記基 板に装着され、各フェーズドアレイアンテナが能動フェーズドアレイアンテナを 定めるようにするそれぞれの増幅器を更に含んだことを特徴とする基地局。 ７．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記フェーズドアレイアンテナ の近傍に位置決めされ、それぞれが互いに異なった周波数の複数の個別の無線チ ャンネル信号を移動ユニットから受ける受信アンテナを更に含んでいることを特 徴とする基地局。 ８．請求の範囲第７項記載の基地局において、上記受信アンテナは、基板と、 所定のパターンで上記基板に装着された複数の受信アンテナ素子とを備えたこと を特徴とする基地局。 ９．請求の範囲第８項記載の基地局において、 上記受信アンテナの上記基板に装着されかつ上記複数の受信アンテナ素子に接 続され、受信される信号をコヒーレントの状態で結合する結合回路網手段と、 上記受信アンテナの上記基板に装着されかつ上記結合回路網手段に接続され、 この結合回路網手段からの信号を増幅する増幅手段と、 を更に含んだことを特徴とする基地局。 10．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記無線チャンネル発生手段は 、複数の無線周波数キャリアをそれぞれの入力信号で変調し、それによって上記 複数の個別の無線チャンネル信号を発生する変調手段を更に含んだことを特徴と する基地局。 11．請求の範囲第１項記載の基地局において、上記無線チャンネル発生手段と 上記フェーズドアレイアンテナとの間に接続されかつ第１及び第２の位置間を移 動可能なスイッチ手段を更に含んでおり、上記スイッチ手段が、上記第１の位置 にある時には、２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナを互い に結合してそれぞれの無線チャンネル信号に対する放射アンテナ電力を増大し、 かつ上記スイッチ手段が、上記第２の位置にある時には、上記２つあるいはそれ 以上の所定のフェーズドアレイアンテナの結合を解除して当該基地局に対する無 線チャンネル容量を増大するようにされたことを特徴とする基地局。 12．セルラー通信システムのための基地局において、 複数の無線チャンネル信号を発生する無線チャンネル発生手段と、 上記無線チャンネル発生手段に接続され、複数の放射素子からなる少なくとも １つのフェーズドアレイアンテナと、 移動ユニットで受けた信号品位に関連する、この移動ユニットから送信された 信号を受ける信号品位受信手段と、 上記信号品位受信手段と上記少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナに接 続され、上記移動ユニットで受けた信号品位に応じて上記放射素子の所定のもの を選択的に動作させるアンテナ電力制御手段と、 を具備したことを特徴とする基地局。 13．請求の範囲第１２項記載の基地局において、上記少なくとも１つのフェー ズドアレイアンテナは、上記複数の放射素子を装着した基板からなることを特徴 とする基地局。 14．請求の範囲第１３項記載の基地局において、各放射素子はストリップライ ンからなり、かつ上記基板は回路基板からなることを特徴とする基地局。 15．請求の範囲第１３項記載の基地局において、各放射素子に接続されかつ上 記基板に装着されて、上記少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナが能動フ ェーズドアレイアンテナを定めるようにするそれぞれの増幅器を更に含んだこと を特徴とする基地局。 16．請求の範囲第１５項記載の基地局において、上記アンテナ電力制御手段は 上記増幅器の所定のものを選択的に動作するように、記憶されているプログラム の制御の下で動作するマイクロプロセッサを含んだことを特徴とする基地局。 17．セルラー通信システムのための基地局において、 複数の無線チャンネル信号を発生する無線チャンネル発生手段と、 上記無線チャンネル発生手段に接続された複数のフェーズドアレイアンテナと 、 上記無線チャンネル発生手段と上記フェーズドアレイアンテナとの間に接続さ れかつ第１及び第２の位置間を移動可能なスイッチ手段と、 を具備しており、上記スイッチ手段が、上記第１の位置にある時に、２つあるい はそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナを互いに結合してそれぞれの無線 チャンネル信号に対する放射アンテナ電力を増大し、かつ上記スイッチ手段が、 上記第２の位置にある時には、上記２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドア レイアンテナの結合を解除して当該基地局に対する無線チャンネル容量を増大す るようにされたことを特徴とする基地局。 18．請求の範囲第１７項記載の基地局において、上記フェーズドアレイアンテ ナのそれぞれは、基板と所定のパターンでその基板に装着された複数の放射素子 とを備えたことを特徴とする基地局。 19．請求の範囲第１８項記載の基地局において、移動ユニットで受けた信号品 位に関連する、この移動ユニットから送信された信号を受ける信号品位受信手段 を更に含んでおり、かつ上記信号品位受信手段と上記フェーズドアレイアンテナ に接続されたアンテナ電力制御手段を更に含み、移動ユニットで受けた信号品位 に応じて各それぞれのフェーズドアレイアンテナの上記放射素子の所定のものを 選択的に作動するようにしたことを特徴とする基地局。 20．請求の範囲第１８項記載の基地局において、移動ユニットからの受信信号 強度を感知する信号強度手段を更に含んでおり、かつ上記信号強度手段と上記フ ェーズドアレイアンテナとに接続されたアンテナ電力制御手段を更に含み、感知 された信号強度に応じて各それぞれのフェーズドアレイアンテナの上記放射素子 の所定のものを選択的に作動することを特徴とする基地局。 21．請求の範囲第１８項記載の基地局において、各放射素子はストリップライ ンからなり、かつ上記基板は回路基板からなることを特徴とする基地局。 22．請求の範囲第２１項記載の基地局において、各放射素子に接続されかつ上 記基板に装着されて、各フェーズドアレイアンテナが能動フェーズドアレイアン テナを定めるようにするそれぞれの増幅器を更に含んだことを特徴とする基地局 。 23．請求の範囲第１７項記載の基地局において、上記無線チャンネル発生手段 は、複数の無線周波数キャリアをそれぞれの入力信号で変調し、それによって上 記複数の個別の無線チャンネル信号を発生する変調手段を更に含んだことを特徴 とする基地局。 24．複数の個別のフェーズドアレイアンテナを含む形式のセルラー無線通信シ ステムのための基地局を作動するための方法において、 それぞれが互いに異った周波数である複数の個別の無線チャンネル信号を発生 すること、 一度にただ１つだけの個別の無線チャンネル信号を送信するように各個別のフ ェーズドアレイアンテナを作動すること、 からなることを特徴とする方法。 25．請求の範囲第２４項記載の方法において、上記フェーズドアレイアンテナ のそれぞれは複数の放射素子を含んでおり、移動ユニットで受信された信号品位 に関連する、上記移動ユニットから送信される信号を受信すること、および上記 移動ユニットで受信された信号品位に応じて各それぞれのフェーズドアレイアン テナの上記放射素子の所定のものを選択的に作動することのステップを更に含ん だことを特徴とする方法。 26．請求の範囲第２４項記載の方法において、それぞれが互いに異った周波数 である複数の個別の無線チャンネル信号を移動ユニットから受けることを更に含 んだことを特徴とする方法。 27．請求の範囲第２４項記載の方法において、上記複数の個別の無線チャンネ ル信号を発生する上記ステップは、複数の無線周波数キャリアをそれぞれの入力 信号で変調することを含んだことを特徴とする方法。 28．請求の範囲第２４項記載の方法において、複数の個別の無線チャンネルを 発生する上記ステップは複数の入力信号をそれぞれの多重フレームの所定の時間 スロットに時間分割多重化することを含んだことを特徴とする方法。 29．請求の範囲第２４項記載の方法において、それぞれの無線チャンネル信号 に対する放射アンテナ出力を増大するために２つあるいはそれ以上の所定のフェ ーズドアレイアンテナを互いに結合するステップを更に含んだことを特徴とする 方法。 30．請求の範囲第２９項記載の方法において、上記２つあるいはそれ以上の所 定のフェーズドアレイアンテナを後に接続解除すること、および上記基地局に対 する無線チャンネル容量を増大するためにそれぞれの異った無線周波数チャンネ ルで上記２つあるいはそれ以上の所定のフェーズドアレイアンテナを作動するこ とのステップを更に含んだことを特徴とする方法。 31．複数の放射素子からなる少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナを含 んだ形式の無線セルラー無線通信システムのための基地局を動作する方法におい て、 複数の無線チャンネル信号を発生し、これら複数の無線チャンネル信号を上記 少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナから送信すること、 移動ユニットで受けた信号品位に関連する、上記移動ユニットから送信された 信号を受信すること、 上記移動ユニットで受けた信号品位に応じて上記放射素子の所定のものを選択 的に作動すること、 からなることを特徴とする方法。 32．請求の範囲第３１項記載の方法において、上記少なくとも１つのフェーズ ドアレイアンテナは、更に、上記放射素子のそれぞれにと関連したそれぞれの増 幅器を含んでおり、上記放射素子の所定のものを選択的に作動させる上記ステッ プは、それぞれの増幅器に供給される電力を選択的に制御することからなること を特徴とする方法。 33．複数のフェーズドアレイアンテナを含んだ形式のセルラー無線通信システ ムのための基地局を作動させる方法において、 無線チャンネル信号を発生し、この無線チャンネル信号に対する放射アンテナ 電力を増大するために互いに結合された複数の所定のフェーズドアレイアンテナ に上記無線チャンネル信号を供給すること、 その後、上記複数の所定のフェーズドアレイアンテナを結合解除し、上記基地 局に対する無線チャンネル容量を増大するために上記所定のフェーズドアレイア ンテナをそれぞれの異った無線周波数チャンネルで動作すること、 からなることを特徴とする方法。