KR20050021975A - A three-dimension coverage cellular network - Google Patents

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KR20050021975A
KR20050021975A KR10-2004-7020540A KR20047020540A KR20050021975A KR 20050021975 A KR20050021975 A KR 20050021975A KR 20047020540 A KR20047020540 A KR 20047020540A KR 20050021975 A KR20050021975 A KR 20050021975A
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Abstract

셀룰러 통신 시스템에 있어서 3차원 셀룰러 신호 커버리지, 특히 도시의 고층 빌딩의 상층에서 커버리지를 구축하기 위한 네트워크, 방법, 기지국, 및 안테나가 개시된다. 기지국 커버리지를 지표면 위의 공간으로 확장하기 위하여, 업틸트 안테나와 다운틸트 안테나가 서로 결합되어 기지국 송수신기를 공유하게 되고, 따라서 셀룰러 주파수 스펙트럼을 공유하게 되어 커버리지를 확장함과 동시에 간섭을 피할 수 있다. 다운틸트 안테나는 지표면을 커버하며, 업틸트 안테나는 지표면 위의 공간, 특히 그 셀 내의 고층 빌딩의 상층을 커버한다. 다중빔 다중틸트 기지국 안테나는 다운틸트 안테나와 업틸트 안테나를 대체하여 하나의 안테나로 3차원 커버리지를 제공한다. 다중빔 다중틸트 기지국 안테나는 기지국에서 지표면을 커버하도록 하방으로 향하는 하나의 빔과 지표면 위의 공간을 커버하도록 상방으로 향하는 또 하나의 빔을 갖고 있다.Disclosed are a network, method, base station, and antenna for establishing three-dimensional cellular signal coverage in a cellular communication system, particularly in the upper floors of urban skyscrapers. In order to extend the base station coverage to the space above the ground surface, the uptilt antenna and the downtilt antenna are combined with each other to share the base station transceiver, thus sharing the cellular frequency spectrum, thereby extending coverage and avoiding interference. The downtilt antenna covers the earth's surface, and the uptilt antenna covers the space above the earth's surface, in particular the top floor of a tall building in the cell. The multibeam multitilt base station antenna replaces the downtilt and uptilt antennas to provide three dimensional coverage with one antenna. The multibeam multitilt base station antenna has one beam directed downward to cover the ground surface at the base station and another beam directed upward to cover the space above the ground surface.

Description

3차원 서비스영역 셀룰러망{A THREE-DIMENSION COVERAGE CELLULAR NETWORK}3D Service Area Cellular Network {A THREE-DIMENSION COVERAGE CELLULAR NETWORK}

관련출원의 상호 인용Reciprocal Citation of Related Applications

본 출원은 캐나다 특허출원 제2,393,552호(출원일: 2002년 7월 31일, 발명의 명칭: "육상 셀룰러 무선 통신 시스템의 고층 빌딩 서비스 방법 및 안테나(Methods and antennae for High-Rise Coverage of Terrestrial Cellular Wireless Communications Systems)")의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 인용된다.The present application discloses Canadian Patent Application No. 2,393,552 (filed July 31, 2002, titled "Methods and antennae for High-Rise Coverage of Terrestrial Cellular Wireless Communications". Systems ""), the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명은 셀룰러 통신 시스템을 위한 지면 및 지상의 셀룰러 신호 유효 범위(coverage)에 관한 것이다. 본 발명은 셀룰러 통신 시스템을 위한 3차원 셀룰러 신호 커버리지를 구축할 때에 어떤 지역 내의 간섭을 제거할 수 있는 네트워크, 방법, 기지국 및 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to ground and ground cellular signal coverage for cellular communication systems. The present invention relates to a network, a method, a base station and an antenna that can eliminate interference in a certain area when constructing three-dimensional cellular signal coverage for a cellular communication system.

이동 셀룰러 통신 시스템(간단히, "이동 셀룰러 시스템" 또는 "셀룰러 시스템"이라 부름)은 원래 1970년대에 벨 전화 연구소에서 발명(미국특허 제 3,663,762호)한 것으로, 일반적으로 적어도 하나의 이동 교환국(MSC), 어떤 지역에 걸쳐 분산된 복수의 이동국, 및 복수의 지상 가입자 무선국을 포함하는 것으로 알려져 있다. 이것은 적어도 하나의 제어 채널과, 트래픽 채널 그룹을 포함하며, 셀룰러 이동 통신을 위해 할당된 무선 주파수들 또는 주파수 스펙트럼들을 이용하여 지상 가입자 무선국들에게 이동 무선 접속 통신 서비스를 제공한다. 각 기지국은 기지국 송수신기 시스템(BTS), 적어도 하나의 기지국 안테나, 및 안테나 지지 구조물(탑, 기둥, 옥상 등)을 포함하며, 하나 또는 복수의 기지국 안테나가 담당하는 지상 영역, 즉, 지상 셀에 서비스를 제공한다. 각 지상 셀은 복수의 지상 섹터로 더 나누어 질 수 있으며, 하나 또는 복수의 기지국 섹터 안테나가 각 섹터를 담당하게 된다. 무선 주파수 또는 무선 주파수 스펙트럼은 이들 지상 셀 또는 섹터에서 재사용된다. BTS는 복수의 송신기와 복수의 수신기를 포함하며, 이들은 적어도 하나의 제어 채널과 복수의 트래픽 채널로 이루어져 있다. 특정 지역 내의 이동 셀룰러 시스템에는 전용의 무선 주파수 대역이 할당되어 있다. 북미 지역에서는 두 개의 주파수 대역이 이동 셀룰러 시스템에 할당되어 있는데, 하나는 824MHz에서 849MHz 까지의 송신 주파수와 869MHz에서 894MHz까지의 수신 주파수를 갖는 800MHz 대역이고, 다른 하나는 1850MHz에서 1910MHz 까지의 송신 주파수와 1930MHz에서 1990MHz까지의 수신 주파수를 갖는 1900MHz 대역이다.A mobile cellular communication system (simply referred to as a "mobile cellular system" or "cellular system") was originally invented by Bell Telephone Laboratories (US Pat. No. 3,663,762) in the 1970s and generally includes at least one MSC. It is known to include a plurality of mobile stations and a plurality of terrestrial subscriber radio stations distributed over a certain area. It includes at least one control channel and a group of traffic channels and provides mobile radio access communications services to terrestrial subscriber radio stations using radio frequencies or frequency spectrums allocated for cellular mobile communications. Each base station includes a base station transceiver system (BTS), at least one base station antenna, and antenna support structures (such as towers, columns, rooftops, etc.) and serves a terrestrial area, i.e., a terrestrial cell, that one or more base station antennas are responsible for. To provide. Each terrestrial cell may be further divided into a plurality of terrestrial sectors, and one or more base station sector antennas are responsible for each sector. Radio frequency or radio frequency spectrum is reused in these terrestrial cells or sectors. The BTS includes a plurality of transmitters and a plurality of receivers, which consist of at least one control channel and a plurality of traffic channels. Dedicated radio frequency bands are assigned to mobile cellular systems in specific regions. In North America, two frequency bands are assigned to mobile cellular systems, one for the 800 MHz band with transmit frequencies from 824 MHz to 849 MHz, and one for frequencies from 869 MHz to 894 MHz, and one for transmit frequencies from 1850 MHz to 1910 MHz. It is a 1900 MHz band with a reception frequency from 1930 MHz to 1990 MHz.

셀룰러 시스템은 두 가지 기본 개념, 즉 셀과 주파수 재사용에 기반을 두고 있다. 특정 지역은 일반적으로 서로 접해 있는 육각형으로 나타내어지며 셀룰러 패턴을 구성하는 더 작은 서비스 영역으로 나누어진다. 기지국들은 각 셀의 대략 중심에 위치해 있으며, 그 안테나는 탑(또는 기둥, 옥상 등)에 설치되어 무선 신호를 송/수신하고 자신의 셀 내에 있는 가입자 무선국들과 통신한다. 이 방법의 이점은 한정된 주파수 스펙트럼으로 네트워크 용량이 크게 증가한다는 것이다. 오늘날, 이러한 셀룰러 방법은 첨단 이동 통신 시스템(AMPS), 시분할 다중접속(TDMA) 시스템, 세계 이동 통신 시스템(GSM), 코드분할 다중접속(CDMA) 시스템, 및 제3 세대(3G) 셀룰러 시스템과 같은 각종 이동 셀룰러 시스템에 널리 이용되고 있다. (셀은 무선 경로 상의 특정 논리적 인식에 대응하는 기지국 또는 그 기지국의 하부 시스템이 담당하는 지역이나 공간을 말한다. 셀 내의 이동국들은 기지국의 대응 무선 장비와 통신할 수 있다.Cellular systems are based on two basic concepts: cell and frequency reuse. Certain areas are generally represented by hexagons that border each other and are divided into smaller service areas that make up the cellular pattern. The base stations are located approximately in the center of each cell, and their antennas are installed in towers (or pillars, rooftops, etc.) to transmit / receive radio signals and communicate with subscriber stations in their cells. The advantage of this method is that the network capacity is greatly increased with a limited frequency spectrum. Today, these cellular methods are such as advanced mobile communication systems (AMPS), time division multiple access (TDMA) systems, world mobile communication systems (GSM), code division multiple access (CDMA) systems, and third generation (3G) cellular systems. It is widely used in various mobile cellular systems. (Cell refers to the area or space that a base station corresponding to a particular logical recognition on a radio path or its base station is responsible for. Mobile stations within a cell can communicate with corresponding base station radio equipment.

셀들의 무선 주파수 재사용은 간섭을 유발할 수 있다. 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 셀룰러 시스템(AMPS 같은 것)과 TDMA 셀룰러 시스템(GSM 같은 것)에서는 무선 주파수 재사용은 동일채널 간섭을 유발한다. 동일채널 간섭을 최소화하기 위해서 셀룰러망 구조는 동일채널 간섭원에서 가입자 무선국까지의 거리를 증가시키도록 설계된다. 셀들은 클러스터로 구성된다. 하나의 클러스터는 하나의 셀 그룹이다. 셀의 클러스터 내에서는 전체 가용 주파수 스펙트럼이 이용될 수 있다. 총 주파수 채널 수 중 일부는 각 셀에 할당되며, 동일 클러스터 내의 인접 셀들에는 다른 그룹의 주파수 채널이 할당된다. 클러스터 내에서는 무선 주파수의 재사용은 없다. 그리고, 클러스터 내의 주파수 채널 구성은 셀룰러망의 모든 클러스터에서 반복된다. 이러한 구조에서는 주파수 재사용 거리는 셀 반경보다 훨씬 크므로 동일 채널 감소에 도움이 된다. 하나의 셀은 다시 지향성 섹터 안테나를 구비한 복수의 섹터들로 분할될 수 있다. 각 섹터는 그 셀의 부분 지역을 담당한다. 각 섹터에는 그 셀의 전체 주파수 채널의 일부가 할당된다. 섹터 안테나의 배향은 동일 채널 간섭을 더 감소시킨다. CDMA 셀룰러 시스템에서는 모든 셀이 넓은 주파수 범위에서 동일한 확산 스펙트럼을 사용한다. 간섭은 셀 내의 통신이 증가함에 따라 유발되며, 또한 인접 셀로부터도 유발된다. 인접 셀에 의한 간섭은 시스템에 대한 잡음 플로어(noise floor)의 원인이 된다. 인접 셀로 방사되는 신호가 약할수록 시스템에는 간섭이 적게 생길 것이다. 셀룰러 시스템에서 간섭을 제어하는 한 가지 방법은 자신의 셀 내에 기지국 무선 신호를 포함시키는 것이다.Radio frequency reuse of cells can cause interference. In frequency division multiple access (FDMA) cellular systems (such as AMPS) and TDMA cellular systems (such as GSM), radio frequency reuse causes co-channel interference. In order to minimize co-channel interference, the cellular network architecture is designed to increase the distance from the co-channel interferer to the subscriber station. Cells are organized in clusters. One cluster is one cell group. Within a cluster of cells, the entire available frequency spectrum can be used. Some of the total number of frequency channels is allocated to each cell, and neighboring cells in the same cluster are assigned frequency groups of different groups. There is no reuse of radio frequencies within the cluster. The frequency channel configuration in the cluster is then repeated in all clusters of the cellular network. In this structure, the frequency reuse distance is much larger than the cell radius, which helps to reduce the same channel. One cell may in turn be divided into a plurality of sectors with a directional sector antenna. Each sector is responsible for a partial region of that cell. Each sector is assigned a portion of the cell's entire frequency channel. The orientation of the sector antenna further reduces co-channel interference. In CDMA cellular systems, all cells use the same spread spectrum over a wide frequency range. Interference is caused by an increase in communication within the cell, and also from adjacent cells. Interference by adjacent cells causes noise floors for the system. The weaker the signal emitted to adjacent cells, the less interference the system will have. One way to control interference in a cellular system is to include a base station radio signal in its cell.

도 1A 및 1B에 도시된 바와 같이, 다운틸트(down-tilt) 빔 기지국 안테나(간단히, "다운틸트 안테나"라고 부름)는 이동 셀룰러 시스템에서 널리 이용되는 방법이다(미국특허 제4,249,181호). 다운틸트 안테나는 신호를 하방으로 방사하며, 자신의 셀 내에만 그 신호를 포함시키고 인접 셀로는 방사되지 못하도록 하기 때문에 셀룰러 시스템에서 간섭을 감소시킬 수가 있다. 다운틸트 안테나는 간섭을 줄이는데는 도움이 되지만 가격이 상당하다. 다운틸트 안테나로부터 방사되는 빔은 지상을 향해 아래로 향하기 때문에 다운틸트 안테나 위의 공간에는 무선 신호가 매우 약한데, 특히 셀의 경계 근처에서는 더욱 그러하다. 다운틸트 안테나 사용 시 셀의 공간 커버리지 패턴은 마치 커다란 돔(도 1C 및 도 1D에 도시됨) 처럼 생겨 가운데는 높고 경계 부분에서는 낮다. 셀 커버리지 밖의 무선 신호는 통신이 가능할 정도로 충분히 강하지 못하다. (이후로는, 다운틸트 안테나 또는 빔틸트가 없는 안테나가 담당하는 셀을 "지상 셀"이라고 부르기로 하고, 다운틸트 섹터 안테나 또는 빔틸트가 없는 섹터 안테나가 담당하는 셀을 "지상 섹터"이라고 부르기로 하고, 지상 셀과 지상 섹터들로 구성된 셀룰러망은 "지상 셀룰러망"이라고 부르기로 한다. "지상"이라는 용어는 그 커버리지 타겟을 강조하기 위한 것이다,)As shown in Figures 1A and 1B, down-tilt beam base station antennas (hereinafter, simply referred to as "downtilt antennas") are a widely used method in mobile cellular systems (US Pat. No. 4,249,181). The downtilt antenna radiates the signal downwards, and can reduce interference in cellular systems by embedding the signal only within its own cell and preventing it from radiating to adjacent cells. Downtilt antennas help reduce interference, but they are expensive. Since the beam radiated from the downtilt antenna is directed down to the ground, the radio signal is very weak in the space above the downtilt antenna, especially near the cell boundary. When using a downtilt antenna, the spatial coverage pattern of the cell is like a large dome (shown in Figures 1C and 1D), high in the center and low at the border. Radio signals out of cell coverage are not strong enough to allow communication. (Hereinafter, a cell that is in charge of a down tilt antenna or an antenna without a beam tilt will be called a "ground cell", and a cell that is in charge of a down tilt sector antenna or a sector antenna without a beam tilt is called a "ground sector". A cellular network composed of terrestrial cells and terrestrial sectors will be referred to as "ground cellular network." The term "ground" is intended to emphasize its coverage target.)

이동 셀룰러 시스템은 지상에서의 이동 통신을 제공하기 위해 개발된 것이다. 그 망구성과 시스템 설계는 이동성과 지상 커버리지에 기반을 두고 있다. 전통적으로 이동 셀룰러망은 그 커버리지 영역을 지표면으로 취급하며 지상만을 담당한다. 이것은 기본적으로 2차원 커버리지 네트워크이다. 세상은 3차원적이다. 도시, 특히 대도시에는 고층 빌딩이 많다. 기지국 안테나의 높이와 다운틸트는 한정되어 있기 때문에 많은 고층 빌딩의 상층들은 이동 셀룰러망의 서비스 영역을 벗어나 있게 된다. 기술이 진보됨에 따라서 이동 전화나 BTS와 같은 가입자 무선국은 더욱 더 감도가 좋아져 약한 신호라도 감지할 수 있게 되었으나, 여전히 많은 고층 빌딩의 상층에서의 셀룰러 신호는 통신을 양호하게 수행하기에는 그 강도 너무 약하다는 것이 입증되어 있다. 셀 내의 기지국과 고층 빌딩의 상층에 있는 이동 전화 간에는 자유 공간에 의한 신호 손실 이외에도 두 가지 주요한 추가적인 신호 손실이 있다. 하나는 고층 빌딩의 벽 및/또는 창문을 통과할 때 생기는 관통 손실이다. 이것은 평균 약 20dB의 손실을 초래한다. 다른 하나는 기지국 안테나의 다운 틸트로 인한 것이다. 많은 고층 빌딩의 상층은 다운틸트 안테나의 주로브(main lobe) 커버리지 내에 있지 않고, 다운틸트 안테나의 공영역(null zone) 내에 있다. 일반적으로, 셀룰러 기지국 안테나의 이득은 주로브에서보다 공영역에서 20dB 정도 작다. 이것은 평균적으로 20dB 정도의 추가적인 손실을 초래한다. 대부분의 고층 빌딩의 상층에서 셀룰러 신호는 동일한 장소의 지상에서의 셀룰러 신호에 비해 평균적으로 약 40dB 정도 더 낮다. 이것이 바로 많은 고층 빌딩의 상층에서는 셀룰러 전화로 통화하기 어려운 이유이다. 반면에, 다운틸트 안테나의 주로브 커버리지 내에 있는 고층 빌딩의 하층이나 층수가 작은 빌딩에서는 셀룰러 신호는 자유 공간에 의한 신호 손실을 제외하고는 평균적으로 20dB 정도만의 관통손실을 갖는다. 이곳에서의 셀룰러 신호는 동일 지역 내의 대부분의 고층 빌딩의 상층에서보다 훨씬 강하다. 이런 곳에서는 대부분의 경우에 셀룰러 전화 통화 품질이 우수하다. 20dB는 무선 통신, 특히 옥내와 같은 약한 무선 신호 환경에서는 매우 중요하다. 고층 빌딩의 상층에서의 커버리지 문제를 해소하기 위해서는 기존의 이동 셀룰러망은 변경될 필요가 있다. (안테나 주로브는 최대 방사 에너지를 포함하는 안테나 방사 패턴의 로브인데, 때로는 "메인 로브" 또는 "빔"이라고도 한다.)Mobile cellular systems were developed to provide mobile communication on the ground. Its network configuration and system design are based on mobility and ground coverage. Traditionally, mobile cellular networks treat their coverage areas as ground surfaces and cover only the ground. This is basically a two-dimensional coverage network. The world is three-dimensional. There are many skyscrapers in cities, especially big cities. Because the height and downtilt of the base station antennas are limited, the upper floors of many skyscrapers are out of the service area of a mobile cellular network. Advances in technology have allowed subscriber stations, such as mobile phones and BTSs, to become more sensitive and able to detect even weak signals, but still the cellular signals at the top of many skyscrapers are too weak for good communication. Is proven. In addition to the signal loss caused by free space, there are two major additional signal losses between the base station in the cell and the mobile phone in the upper floors of the skyscraper. One is the penetration loss that occurs when passing through the walls and / or windows of a tall building. This results in an average loss of about 20 dB. The other is due to the down tilt of the base station antenna. The upper floors of many high-rise buildings are not in the main lobe coverage of the downtilt antenna, but in the null zone of the downtilt antenna. In general, the gain of a cellular base station antenna is about 20 dB less in the air than in the mains. This results in an additional loss of 20dB on average. At the top of most skyscrapers, the cellular signal is on average about 40 dB lower than the cellular signal on the ground at the same location. That's why it's hard to talk on a cellular phone at the top of many skyscrapers. On the other hand, in the lower floor or the lower floor of a high-rise building within the main tilt coverage of the downtilt antenna, the cellular signal has a penetration loss of about 20 dB on average except for signal loss caused by free space. The cellular signal here is much stronger than at the top of most skyscrapers in the same area. In most cases, the quality of cellular phone calls is excellent. 20 dB is very important in wireless communications, especially in weak wireless signal environments such as indoors. In order to solve the problem of coverage on the upper floors of high-rise buildings, existing mobile cellular networks need to be changed. (The antenna main lobe is the lobe of the antenna radiation pattern that contains the maximum radiant energy, sometimes referred to as the "main lobe" or "beam.")

통신 트래픽이 적은 시골같은 지역에서는 셀은 보다 넓은 지역을 커버하도록 가능한 크게 설계된다. 이런 지역에서는 기지국 안테나는 일반적으로 다운틸트각이 작거나 아예 틸트각이 없다. 통신 트래픽이 많은 도시 같은 지역에서는 셀은 시골 지역보다 훨씬 작게 설계된다. 이런 지역에서는 대부분의 기지국 안테나는 안테나로부터의 방사가 작은 셀 내에 다 포함되어 간섭을 피하도록 다운틸트각이 시골 지역보다 상대적으로 더 크다. 기지국 안테나는 간섭, 셀 크기, 미감, 비용 및 장소 이용성을 감안해서 일반적으로 지상에서 20 내지 40 미터 높이의 옥상에 설치된다. 따라서 도시 지역, 특히 대도시의 많은 고층 빌딩의 상층은 공간적으로 이동 셀룰러망 커버리지 밖에 있게 된다. 그러나 실제로는 많은 고층 빌딩의 상층에는 신호 커버리지 없거나 미약하다. 사람들은 그곳에서 일하고 살아간다. 이동 전화가 전세계적으로 널리 보급됨에 따라, 이제 고층 빌딩에서의 이동 셀룰러 신호 커버리지는 서비스 공급자와 수요자 모두에게 주요 관심사이다.In rural areas where communication traffic is low, cells are designed to be as large as possible to cover larger areas. In these areas, base station antennas typically have a small down tilt angle or no tilt angle at all. In areas such as cities with high communication traffic, cells are designed to be much smaller than in rural areas. In these areas, most base station antennas have a larger down tilt angle than rural areas to avoid interference because the radiation from the antenna is contained within a small cell. Base station antennas are typically installed on rooftops 20 to 40 meters above the ground, taking into account interference, cell size, aesthetics, cost, and site availability. Thus, the upper floors of many high-rise buildings in urban areas, especially large cities, are spatially outside of mobile cellular network coverage. In practice, however, the upper floors of many skyscrapers have little or no signal coverage. People work and live there. As mobile phones become widespread worldwide, mobile cellular signal coverage in skyscrapers is now a major concern for both service providers and consumers.

고층 빌딩에서 이동 셀룰러 신호 옥내 커버리지를 제공하는데 "분산형 안테나 시스템" (DAS)이라 불리는 시스템 및 방법이 사용되어 왔다. 이것은 마이크로셀 기지국 또는 중계기로부터 무선 주파수(RF) 케이블 및/또는 광파이버를 통해 빌딩 내로 셀룰러 무선 신호를 유입시키는 것이다. 일반적으로, 이것은 마이크로셀 기지국 또는 중계기, 길고 복잡한 무선 신호 분배망, 및 많은 옥내 안테나를 필요로 한다. 무선 신호 강도는 옥내 안테나 주변의 작은 영역을 커버하도록 제한되어 있다. 그러나 불행히도 DAS 시스템은 고층 빌딩 커버리지에 대해서는 비용면에서 효율적인 해결책이 되지 못한다. 마이크로셀 기지국 또는 중계기와 분배망은 매우 비싸다. 고층 빌딩에 마이크로셀 기지국 또는 중계기와 분배망을 설치할 장비실을 임대하는 데도 마찬가지로 비용이 많이 든다. 또 분배망을 운영하기 위해서는 건물주의 허가를 받아야 하고, 설치 비용도 아주 비싸다. 모든 빌딩에서 완전한 커버리지를 구축하려면 엄청난 비용을 들여 층마다 빌딩마다 이 시스템을 운영해야 한다. DAS 시스템의 커버리지에서의 유료 트래픽은 한정되어 있다. 대개는 단순히 DAS 시스템을 운영해서 얻을 수 있는 이익은 이 시스템을 구축하는데 든 투자비용에도 미치지 못할 것이다. 이것이 바로 DAS 시스템이 널리 보급되지 못하는 이유이다.Systems and methods called "distributed antenna systems" (DAS) have been used to provide mobile cellular signal indoor coverage in high rise buildings. This is the introduction of cellular radio signals from a microcell base station or repeater into a building via radio frequency (RF) cables and / or fiber optics. In general, this requires a microcell base station or repeater, a long and complex wireless signal distribution network, and many indoor antennas. Wireless signal strength is limited to cover a small area around the indoor antenna. Unfortunately, DAS systems are not a cost-effective solution for high-rise building coverage. Microcell base stations or repeaters and distribution networks are very expensive. It is equally expensive to rent a room for a microcell base station or a repeater and distribution network in a tall building. In addition, in order to operate the distribution network, the building owner's permission is required and the installation cost is very expensive. To build full coverage in every building, the system must be run from floor to floor at a high cost. Paid traffic in the coverage of the DAS system is limited. In general, the benefits of simply operating a DAS system will be less than the investment cost of building it. This is why DAS systems are not widely available.

따라서, 셀룰러 시스템에서 고층 빌딩의 상층에 셀룰러 신호 커버리지를 구축할 수 있는 더욱 실제적이면서 비용면에서도 효율적인 해결책이 요구된다.Thus, there is a need for a more practical and cost effective solution for deploying cellular signal coverage on top of skyscrapers in cellular systems.

도 1A(종래기술)은 이동 셀룰러 시스템의 통상적인 기지국과 그 커버리지를 도시한 도면.1A (Prior Art) illustrates a typical base station and its coverage of a mobile cellular system.

도 1B(종래기술)는 도 1A에서의 다운틸트 섹터 안테나의 높이에서의 로브 패턴을 도시한 도면.1B (Prior Art) shows a lobe pattern at the height of the downtilt sector antenna in FIG. 1A.

도 1C(종래기술)는 이동 셀룰러 시스템의 통상적인 지상 셀의 개략적인 3D 커버리지 모양을 도시한 도면.1C (Prior Art) shows a schematic 3D coverage shape of a typical terrestrial cell of a mobile cellular system.

도 1D(종래기술)는 지상 이동 셀룰러 네트워크의 개략적인 3D 커버리지 모양을 도시한 도면.1D (Prior Art) shows a schematic 3D coverage shape of a terrestrial mobile cellular network.

도 2A는 고층 빌딩의 상층을 커버하는 업틸트 섹터 안테나를 도시한 도면.2A shows an uptilt sector antenna covering the upper floors of a tall building.

도 2B는 고층 빌딩의 상층을 커버하는 업틸트 무지향성 안테나를 도시한 도면.FIG. 2B shows an uptilt omnidirectional antenna covering the upper floors of a tall building. FIG.

도 2C는 고층 빌딩의 상층을 커버하는 업틸트 송수신 섹터 안테나를 도시한 도면.FIG. 2C shows an uptilt transmit / receive sector antenna covering an upper floor of a tall building. FIG.

도 2D는 도 2A에서의 업틸트 섹터 안테나의 높이에서의 로브 패턴을 도시한 도면.2D shows a lobe pattern at the height of the uptilt sector antenna in FIG. 2A.

도 2E는 본 발명의 상부 셀의 개략적인 3D 커버리지 모양을 도시한 도면.2E shows a schematic 3D coverage shape of the top cell of the present invention.

도 2F는 본 발명의 상부 셀 및 섹터의 개략적인 3D 커버리지 모양을 도시한 도면.2F shows a schematic 3D coverage shape of the top cell and sector of the present invention.

도 2G는 본 발명의 상부 셀룰러망의 개략적인 3D 커버리지 모양을 도시한 도면.2G is a schematic 3D coverage shape of the upper cellular network of the present invention.

도 3A는 제1 방식에서 지상 셀룰러망 상에 중첩된 상부 셀룰러망의 높이에서의 공간 커버리지 프로필을 도시한 도면.3A shows a spatial coverage profile at the height of an upper cellular network superimposed on a terrestrial cellular network in a first scheme.

도 3B는 제2 방식에서 지상 셀룰러망 상에 중첩된 상부 셀룰러망의 높이에서의 공간 커버리지 프로필을 도시한 도면.3B shows a spatial coverage profile at the height of the upper cellular network superimposed on the terrestrial cellular network in a second manner.

도 3C는 제3 방식에서 지상 셀룰러망 상에 중첩된 상부 셀룰러망의 높이에서의 공간 커버리지 프로필을 도시한 도면.3C shows a spatial coverage profile at the height of the upper cellular network superimposed on the terrestrial cellular network in a third scheme.

도 3D는 제4 방식에서 지상 셀룰러망 상에 중첩된 상부 셀룰러망의 높이에서의 공간 커버리지 프로필을 도시한 도면.FIG. 3D shows a spatial coverage profile at the height of the upper cellular network superimposed on the terrestrial cellular network in a fourth scheme.

도 4A는 상부 셀과 지상 셀 간의 간섭을 제거하기 위한 본 발명의 방법 및 공유 기지국의 실시예를 도시한 도면.4A illustrates an embodiment of a method of the present invention and a shared base station for canceling interference between an upper cell and a terrestrial cell.

도 4B는 상부 셀과 지상 셀 간의 간섭을 제거하기 위한 본 발명의 방법 및 공유 기지국의 송신기 및 수신기의 실시예를 도시한 도면.4B illustrates an embodiment of a method and a transmitter and receiver of a shared base station of the present invention for canceling interference between an upper cell and a terrestrial cell.

도 4C는 상부 셀룰러망에서 전용 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 이용하여 상부 셀과 지상 셀 간의 간섭을 제거하기 위한 방법의 실시예를 도시한 도면.4C illustrates an embodiment of a method for canceling interference between an upper cell and a terrestrial cell using a dedicated frequency or frequency spectrum in the upper cellular network.

도 5A는 본 발명의 상부 셀룰러망의 시스템 구조의 실시예를 도시한 도면.5A illustrates an embodiment of a system architecture of the upper cellular network of the present invention.

도 5B는 상부 셀룰러망과 지상 셀룰러망의 시스템 통합의 실시예를 도시한 도면.5B illustrates an embodiment of system integration of an upper cellular network and a terrestrial cellular network.

도 5C는 상부 셀룰러망과 지상 셀룰러망의 시스템 통합의 실시예를 도시한 도면.5C illustrates an embodiment of system integration of an upper cellular network and a terrestrial cellular network.

도 5D는 상부 셀룰러망과 지상 셀룰러망의 시스템 통합의 실시예를 도시한 도면.5D illustrates an embodiment of system integration of an upper cellular network and a terrestrial cellular network.

도 6A(종래기술)는 통상의 기지국 섹터 안테나와 그 빔 패턴 및 커버리지를 도시한 도면.6A (Prior Art) shows a typical base station sector antenna and its beam pattern and coverage.

도 6B는 좁은 빔 안테나를 가진 고층 빌딩 커버리지를 제공하는 방법의 실시예를 도시한 도면.6B illustrates an embodiment of a method for providing tall building coverage with a narrow beam antenna.

도 7A는 단일 대역에서의 본 발명의 다중빔 다중틸트 안테나의 실시예를 도시한 도면.7A illustrates an embodiment of the multibeam multitilt antenna of the present invention in a single band.

도 7B는 도 7A의 안테나의 높이에서의 로브 패턴을 도시한 도면.7B shows a lobe pattern at the height of the antenna of FIG. 7A.

도 7C는 이중 대역에서의 본 발명의 다중빔 다중틸트 안테나의 실시예를 도시한 도면.7C shows an embodiment of the multibeam multitilt antenna of the present invention in dual band.

도 7D는 도 7C의 안테나의 높이에서의 로브 패턴을 도시한 도면.7D shows a lobe pattern at the height of the antenna of FIG. 7C.

도 7E는 다중빔 다중틸트 안테나의 기계적 빔 틸팅 수단의 실시예를 도시한 도면.7E shows an embodiment of a mechanical beam tilting means of a multibeam multitilt antenna.

도 7F는 다중빔 다중틸트 안테나의 전기적 빔 틸팅 수단의 실시예를 도시한 도면.7F shows an embodiment of an electrical beam tilting means of a multibeam multitilt antenna.

본 발명의 셀룰러 통신망(간단히 "셀룰러망"이라고 함)의 일 특징은 적어도 하나의 기지국이 지표면과 지표면 위의 3차원(3D) 공간 커버리지를 갖고서, 기지국의 송신기와 수신기를 다운틸트 안테나와 업틸트(up-tilt) 안테나 간에 공유하고 그 기지국 안테나의 빔 다운틸팅과 업틸팅에 의해서 간섭을 제거하는 것이다. 본 발명의 셀룰망의 다른 특징은 적어도 다른 하나의 기지국이 지표면 위의 특정 공간에 커버리지를 가지고, 그 기지국 안테나의 빔 업틸팅에 의해 간섭을 제거하는 것이다. 이와 같은 구성에 따라서, 본 발명의 셀룰러망은 특정 지역에서 3D 공간 커버리지, 특히 도시의 고층 빌딩의 상층의 커버리지를 구축하는데 있어 비용면에서 효율적인 해결책을 제공한다.One feature of the cellular communication network of the present invention (also referred to simply as " cellular network ") is that the at least one base station has three-dimensional (3D) spatial coverage over the surface and above the surface, downlinking the transmitter and receiver of the base station (up-tilt) Share between antennas and remove interference by beam downtilting and uptilting of the base station antennas. Another feature of the cellular network of the present invention is that at least one other base station has coverage in a particular space above the ground surface and eliminates interference by beam uptilting of the base station antenna. According to this configuration, the cellular network of the present invention provides a cost-effective solution for establishing 3D spatial coverage in a particular area, in particular for the upper floors of urban skyscrapers.

또한, 본 발명은 상기 특징들을 가진 셀룰러 통신망을 구축하는 방법 및 기지국을 제공한다.The present invention also provides a method and base station for establishing a cellular communication network having the above characteristics.

본 발명의 셀룰러 통신망은 특정 지역 내에 복수의 기지국을 포함한다. 본 발명의 셀룰러 통신망은 특정 지역에서 셀룰러 통신 서비스를 제공한다. 특정 지역은 복수의 셀로 분할된다. 각 기지국은 셀 내의 가입자 이동국에 무선 신호를 제공한다. 셀룰러망의 적어도 하나의 기지국은 셀에서 지표면과 지표면 위의 3D 공간 커버리지를 갖는다. 기지국은 송신기, 다운틸트 안테나, 및 업틸트 안테나를 포함한다. 송신기는 셀룰러망의 하나 이상의 셀에서 재사용가능한 주파수 범위 내에서 그 기지국의 셀 내에 공급될 무선 신호를 발생시킨다. 다운틸트 안테나는 송신기에 결합되어 그 주로브가 하방으로 향해있는 방사 특성 패턴으로 무선 신호를 방사한다. 업틸트 안테나는 송신기에 결합되어 그 주로브가 상방으로 향해있는 방사 특성 패턴으로 무선 신호를 방사한다. 따라서, 다운틸트 안테나 아래와 업틸트 안테나 위의 기지국의 셀 내에 무선 신호를 방사하되, 그 무선 신호가 셀룰러망의 다른 기지국으로부터의 무선 신호와 간섭을 일으킬 수 있는 셀룰러망의 다른 셀내로 방사되는 것을 막는다. 기지국은 그 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신하는 수신기를 더 포함한다. 수신기는 업틸트 안테나와 다운틸트 안테나 모두에 결합되어, 기지국의 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 상기 두 개의 안테나 중 적어도 하나를 통해 수신한다. 두 개의 안테나는 실질적으로 나란히 배치된다. 다운틸트 안테나는 높이에 있어 업틸트 안테나 위치 배치될 수 있다. 상기 두 개의 안테나는 하나의 안테나로 일체적으로 형성될 수 있다. (무선 신호는, 때로는 간단히 "신호"라고 하며, 송신기 또는 가입자 무선국에 의해 발생된 정보를 갖고 있는 검출가능한 무선 에너지이다.) 안테나 방사 패턴은 안테나의 전자기장 강도의 변화로서 축에 대한 각도의 함수로서 나타난다.The cellular communication network of the present invention includes a plurality of base stations within a specific area. The cellular communication network of the present invention provides a cellular communication service in a specific area. The specific area is divided into a plurality of cells. Each base station provides a radio signal to a subscriber mobile station in a cell. At least one base station of the cellular network has a ground surface and 3D spatial coverage over the ground surface in the cell. The base station includes a transmitter, a down tilt antenna, and an up tilt antenna. The transmitter generates a radio signal to be supplied into a cell of that base station within a frequency range reusable in one or more cells of the cellular network. The downtilt antenna is coupled to the transmitter to emit radio signals in a radiation pattern whose mains are directed downward. The uptilt antenna is coupled to the transmitter to emit a radio signal in a radiation characteristic pattern whose mains are directed upwards. Thus, radiating a radio signal in a cell of a base station under a downtilt antenna and above an uptilt antenna while preventing the radio signal from radiating into other cells of the cellular network that may interfere with radio signals from other base stations in the cellular network. . The base station further includes a receiver for receiving radio signals generated by subscriber stations in the cell. The receiver is coupled to both the uptilt antenna and the downtilt antenna to receive a radio signal generated by a subscriber station in a cell of the base station through at least one of the two antennas. The two antennas are arranged substantially side by side. The downtilt antenna can be placed in an uptilt antenna position in height. The two antennas may be integrally formed with one antenna. (A radio signal is sometimes simply referred to as a "signal" and is detectable radio energy with information generated by a transmitter or subscriber station.) The antenna radiation pattern is a change in the electromagnetic field strength of the antenna as a function of angle to the axis. appear.

본 발명의 셀룰러망은 지표면 위의 공간에 커버리지를 갖는 기지국 중 적어도 다른 하나의 기지국을 포함한다. 기지국은 송신기와 업틸트 안테나를 포함한다. 송신기는 셀룰러망의 하나 이상의 셀에서 재사용가능한 주파수 범위 내에서 그 기지국의 셀 내에 제공될 무선 신호를 발생시킨다. 업틸트 안테나는 송신기에 결합되어 그 주로브가 상방으로 향해있는 방사 특성 패턴으로 무선 신호를 방사한다. 따라서, 업틸트 안테나 위의 기지국의 셀 내에 무선 신호를 방사하되, 그 무선 신호가 셀룰러망의 다른 기지국으로부터의 무선 신호와 간섭을 일으킬 수 있는 셀룰러망의 다른 셀내로 방사되는 것을 막는다. 기지국은 그 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신하는 수신기를 더 포함한다.The cellular network of the present invention includes at least one of the base stations having coverage in the space above the ground surface. The base station includes a transmitter and an uptilt antenna. The transmitter generates a radio signal to be provided within a cell of that base station within a frequency range reusable in one or more cells of the cellular network. The uptilt antenna is coupled to the transmitter to emit a radio signal in a radiation characteristic pattern whose mains are directed upwards. Thus, it radiates a radio signal in a cell of a base station above the uptilt antenna, but prevents the radio signal from being radiated into other cells of the cellular network that may interfere with radio signals from other base stations in the cellular network. The base station further includes a receiver for receiving radio signals generated by subscriber stations in the cell.

본 발명에 따라서, 복수의 셀로 분할된 특정 지역에 셀룰러 통신 서비스를 제공하는 방법은 상기 셀들 중 하나 이상의 셀에서 재사용될 수 있는 주파수 범위에서 복수의 무선 신호를 발생시키는 단계를 포함하되, 각 무선 신호는 상기 셀 내의 가입자국에 제공된다. 무선 신호들 중 하나는 주로브가 하방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 다운틸트 안테나로부터 방사하고 주로브가 상방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 업틸트 안테나로부터 방사함으로써 상기 셀에 제공된다. 상기 구성에 따라서, 상기 셀 내에서는 다운틸트 안테나 아래와 업틸트 안테나 위로 무선 신호가 방사되며, 이 무선 신호가 다른 무선 신호와 간섭을 일으킬 수 있는 다른 셀 내로 방사되는 것이 방지된다. 본 발명의 방법은 상기 셀 내의 가입자국으로부터 적어도 하나의 무선 신호를 수신하는 단계를 더 포함한다. 상기 가입자국으로부터의 무선 신호는 상기 다운틸트 안테나와 업틸트 안테나 중 적어도 어느 하나를 통해 수신될 수 있다. 이들 안테나 모두는 실질적으로 나란히 배치될 수 있다. 다운틸트 안테나는 높이에 있어 업틸트 안테나 위에 배치될 수 있다. 다운틸트 안테나와 업틸트 안테나는 하나의 안테나로 일체적으로 형성될 수 있다.According to the present invention, a method for providing a cellular communication service in a specific area divided into a plurality of cells includes generating a plurality of radio signals in a frequency range that can be reused in one or more of the cells, wherein each radio signal Is provided to a subscriber station in the cell. One of the radio signals is provided to the cell by radiating from the downtilt antenna in a radiation characteristic pattern with the jurass pointing downward and radiating from the uptilt antenna in a radiation characteristic pattern with the jurass facing upward. According to the above configuration, in the cell, a radio signal is emitted below the downtilt antenna and above the uptilt antenna, and the radio signal is prevented from being radiated into another cell which may interfere with other radio signals. The method further comprises receiving at least one radio signal from a subscriber station in the cell. The wireless signal from the subscriber station may be received via at least one of the downtilt antenna and the uptilt antenna. All of these antennas can be arranged substantially side by side. The downtilt antenna may be positioned above the uptilt antenna in height. The down tilt antenna and the up tilt antenna may be integrally formed of one antenna.

본 발명의 방법은 셀의 업틸트 안테나로부터 그 주로브가 상방으로 향해있는 방사 특성 패턴으로 다른 무선 신호를 방사함으로써 그 셀에 상기 다른 무선 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 구성에 따라서, 상기 셀 내에서는 업틸트 안테나 위로 상기 다른 무선 신호가 방사되며, 상기 다른 무선 신호가 또 다른 무선 신호와 간섭을 일으킬 수 있는 다른 셀 내로 방사되는 것이 방지된다.The method further includes the step of providing the other radio signal to the cell by radiating another radio signal from the uptilt antenna of the cell in a radiation characteristic pattern whose direction is upward. According to the above configuration, the other radio signal is radiated over the uptilt antenna in the cell, and the other radio signal is prevented from being radiated into another cell which may interfere with another radio signal.

본 발명의 셀룰러 통신망의 기지국은 송신기, 다운틸트 안테나, 및 업틸트 안테나를 더 포함한다. 이 셀룰러 통신망은 복수의 셀로 분할된 특정 지역에 복수의 셀룰러 무선 신호를 제공한다. 송신기는 기지국의 셀 내에 제공될 무선 신호를 발생시킨다. 이 송신기는 하나 이상의 셀에서 재사용가능한 주파수 범위 내에서 작동한다. 다운틸트 안테나는 상기 송신기에 결합되어 그 주로브가 하방으로 향해있는 방사 특성 패턴으로 무선 신호를 방사한다. 업틸트 안테나는 상기 송신기에 결합되어 그 주로브가 상방으로 향해있는 방사 특성 패턴으로 무선 신호를 방사한다. 따라서, 다운틸트 안테나 아래와 업틸트 안테나 위의 기지국의 셀 내에 무선 신호를 방사하되, 그 무선 신호가 셀룰러망의 다른 무선 신호와 간섭을 일으킬 수 있는 다른 셀내로 방사되는 것을 막는다. 기지국은 그 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신하는 수신기를 더 포함한다. 수신기는 다운틸트 안테나와 업틸트 안테나에 결합되어, 기지국의 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 다운틸트 안테나와 업틸트 안테나 중 적어도 어느 하나를 통해 수신한다. 다운틸트 안테나와 업틸트 안테나는 하나의 안테나로 일체적으로 형성될 수 있다.The base station of the cellular communication network of the present invention further includes a transmitter, a down tilt antenna, and an up tilt antenna. This cellular network provides a plurality of cellular radio signals to a particular area divided into a plurality of cells. The transmitter generates a radio signal to be provided in a cell of the base station. The transmitter operates within a frequency range that can be reused in one or more cells. A downtilt antenna is coupled to the transmitter to emit a radio signal in a radiation characteristic pattern whose mains are directed downward. An uptilt antenna is coupled to the transmitter to emit a radio signal in a radiation characteristic pattern whose mains are directed upwards. Thus, while radiating a radio signal in a cell of the base station below the downtilt antenna and above the uptilt antenna, the radio signal is prevented from being radiated into other cells that may interfere with other radio signals in the cellular network. The base station further includes a receiver for receiving radio signals generated by subscriber stations in the cell. The receiver is coupled to the downtilt antenna and the uptilt antenna to receive a radio signal generated by the subscriber station in the cell of the base station through at least one of the downtilt antenna and the uptilt antenna. The down tilt antenna and the up tilt antenna may be integrally formed of one antenna.

본 발명은 두 가지 서로 다른 방향에서 적어도 두 개의 빔을 갖는 다중빔 다중틸트 기지국 안테나를 더 제공한다. 이것은 셀룰러 기지국에서 3D 공간 커버리지를 제공하는 다운틸트 안테나와 업틸트 안테나를 하나의 단일 안테나로 대체하는 하는데 이용될 수 있다. 이것이 셀룰러 기지국에 사용될 때에는 두 개의 빔들 중 하나는 지표면을 커버하도록 하방으로 향하고, 다른 하나는 지표면 위의 공간을 커버하도록 상방으로 향한다. (안테나 빔은 안테나 주로브라고도 하는 것인데, 적어도 1차원에서 대부분의 방사 에너지를 한정된 작은 각 내에 포함하고 있는 방사로브이다.)The present invention further provides a multibeam multitilt base station antenna having at least two beams in two different directions. This can be used to replace the downtilt and uptilt antennas that provide 3D spatial coverage at the cellular base station with one single antenna. When used in a cellular base station, one of the two beams faces downward to cover the ground surface and the other one is directed upward to cover the space above the ground surface. (An antenna beam, also called an antenna main lobe, is a radiation lobe that contains most of the radiant energy within a limited small angle in at least one dimension.)

도 1A 내지 도 1D는 종래기술과 그 문제점을 나타낸 도면이다.1A to 1D are views showing the prior art and its problems.

도 1A는 이동 셀룰러 시스템의 통상적인 기지국과 그 커버리지를 도시한 도면이다. 다운틸트 섹터 안테나(1)는 RF 케이블(4)을 통해 BTS(5)에 연결된다. 이것은 기둥(3)에 설치된다. 그 빔은 그 설치 위치로부터 수평면 아래로 β각도로 다운틸트된다. 그 빔은 그 지상 섹터 내의 지표면, 저층 빌딩(20a), 및 고층 빌딩(20)의 하층을 커버한다. 그 빔은 고층 빌딩(20)의 상층을 커버하지는 못한다. 안테나(1)는 송신 및 수신 안테나로 기능한다. 화살표(51)는 빔(또는 주로브(main lobe)) 축이다. (섹터 안테나는 방위와 고도에 있어 지향적인 방사 패턴을 갖고 있다. 빔 또는 주로브 축은 빔 또는 주로브의 최대 전력 방사 방향이다.)1A illustrates a typical base station and its coverage of a mobile cellular system. The down tilt sector antenna 1 is connected to the BTS 5 via an RF cable 4. It is installed in the pillar 3. The beam is tilted down at a β angle below the horizontal plane from its installation position. The beam covers the ground surface, the low-rise building 20a, and the lower floor of the high-rise building 20 in its ground sector. The beam does not cover the upper floors of skyscrapers 20. The antenna 1 functions as a transmit and receive antenna. Arrow 51 is the beam (or main lobe) axis. (Sector antennas have a radiation pattern that is oriented in both azimuth and elevation. The beam or jube axis is the maximum power radiation direction of the beam or jube.)

도 1B는 송신 및 수신 방향에서 도 1A에서의 다운틸트 섹터 안테나의 높이에서의 로브 패턴을 도시한 도면이다. 안테나에서는 송신 특성과 수신 특성 간에 상호의존 관계가 있기 때문에 안테나는 송신 방향과 수신 방향에서 동일한 로브 패턴을 갖는다. 섹터 안테나(1)의 주로브(6)는 수평면 아래로 β각도로 다운틸트된다. (주로브 방향은 최대 전력 방사 방향이다.) 도면 부호 7은 제1 상부 로브, 도면 부호 8은 제1 하부 로브, 도면 부호 9는 후부 로브를 나타낸다. 화살표(51)는 주로브 축을 나타낸다. 주로브(6)와 제1 상부 로브(7) 사이의 공백 영역은 수평면 주위에 있다. 이 공백 영역은 많은 고층 빌딩의 상층이 있는 공간 영역이다. 일반적으로, 이 공백 영역에서의 셀룰러 신호 강도는 주로브의 최대 신호 강도보다 20dB 낮다. 따라서, 셀룰러 시스템 내의 기지국 안테나의 다운틸팅에 의해서 대부분의 고층 빌딩의 상층에서의 셀룰러 신호는 동일 영역 내의 고층 빌딩의 하층이나 저층 빌딩에서의 셀룰러 신호보다 평균적으로 신호 강도가 20dB 낮게 된다. 좌표(XY)는 기준으로서 나타낸 것이다(X축은 수평 방향을 나타내고 Y축은 높이 방향을 나타낸다.).FIG. 1B shows a lobe pattern at the height of the downtilt sector antenna in FIG. 1A in the transmit and receive directions. The antenna has the same lobe pattern in the transmission direction and the reception direction because there is an interdependence relationship between the transmission characteristics and the reception characteristics in the antenna. The main groove 6 of the sector antenna 1 is down tilted at an angle of β below the horizontal plane. (The main lobe direction is the maximum power radiation direction.) 7 denotes a first upper lobe, 8 denotes a first lower lobe, and 9 denotes a rear lobe. Arrow 51 represents the main axis. The blank area between the main lobe 6 and the first upper lobe 7 is around the horizontal plane. This blank area is a space area with the upper floors of many skyscrapers. In general, the cellular signal strength in this blank region is 20 dB below the maximum signal strength of the mains. Hence, due to downtilting of the base station antenna in the cellular system, the cellular signal at the upper floors of most skyscrapers has an average signal strength of 20 dB lower than the cellular signal at the lower or lower floors of the skyscrapers in the same area. The coordinate XY is shown as a reference (the X axis represents the horizontal direction and the Y axis represents the height direction).

도 1C는 이동 셀룰러 시스템의 통상적인 지상 셀의 개략적인 3D 커버리지 모양을 도시한 도면이다. 다운틸트 무지향성 안테나(2)가 커버하는 면적과 공간은 지상 셀(11)을 구성한다. 이것은 중심에서는 높고 경계부분에서는 낮은 커다란 돔 형상을 가질 수 있다. 도면 부호 13은 지상 셀(1)의 경계를 나타낸다. 안테나(2)는 BTS(5)에 연결되며 지표면 위로 높이(h1)에 설치된다. 지상 셀(11)은 높이(h1)보다 더 높은 공간을 커버하지 못한다. 이 커버리지 높이는 셀 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 안테나의 송신 특성과 수신 특성 간의 상호의존 관계때문에 지상 셀(11)은 송신 방향과 수신 방향에서 대략 동일한 커버리지 모양과 범위를 갖는다. (무지향성 안테나는 방위에서 무지향성인 방사 패턴을 갖는다. 그 수직 방사 패턴은 임의의 모양이 될 수 있다.)1C shows a schematic 3D coverage shape of a typical terrestrial cell of a mobile cellular system. The area and space covered by the downtilt omnidirectional antenna 2 constitute the ground cell 11. It can have a large dome shape that is high at the center and low at the boundary. Reference numeral 13 denotes a boundary of the ground cell 1. The antenna 2 is connected to the BTS 5 and is installed at a height h1 above the ground surface. The ground cell 11 does not cover a space higher than the height h1. This coverage height decreases as the distance from the cell center increases. Because of the interdependence relationship between the transmit and receive characteristics of the antenna, the terrestrial cell 11 has approximately the same coverage shape and range in the transmit direction and the receive direction. (The omnidirectional antenna has a radiation pattern that is omnidirectional in orientation. The vertical radiation pattern can be any shape.)

도 1D는 송신 방향과 수신 방향에서의 지상 이동 셀룰러 네트워크의 개략적인 3D 커버리지 모양을 도시한 도면이다. 복수의 지상 셀은 지상 이동 셀룰러망을 구성하는 지표 상에 나란히 배열된다. 이들 지상 셀은 그들의 다운틸트 기지국 안테나 아래의 공간만을 커버한다. 이들의 셀 경계 근처의 커버리지는 신호 강도와 커버리지가 더 나빠진다. 전술한 바와 같이, 지상 이동 셀룰러망은 많은 고층 빌딩의 상층을 커버하지 못한다. 이것이 바로 해결되어야 할 과제이다. 본 발명의 목적은 이 과제를 저비용으로 달성하자는 것이다. 지상 이동 셀룰러망은 송신 방향과 수신 방향에서 대략 동일한 커버리지 모양과 범위를 갖는다.FIG. 1D shows a schematic 3D coverage shape of a terrestrial mobile cellular network in a transmission direction and a reception direction. The plurality of terrestrial cells are arranged side by side on the surface of the land mobile cellular network. These terrestrial cells only cover the space under their downtil base station antenna. Coverage near these cell boundaries results in worse signal strength and coverage. As mentioned above, land mobile cellular networks do not cover the top floors of many skyscrapers. This is the challenge to be solved. It is an object of the present invention to achieve this problem at low cost. Terrestrial mobile cellular networks have approximately the same coverage shape and range in both the transmit and receive directions.

도 2A 내지 2G는 본 발명의 제1 기본 개념을 나타낸 것으로, 기지국 안테나는 고층 빌딩의 상층을 커버하도록 그 주로브가 상방으로 향해 있어 그 상층에서의 셀룰러 신호 강도를 증가시키고, 특정 지역 내의 지표면 위의 공간은 복수의 작은 서비스 공간, 즉 상부 셀들로 분할되고, 상부 셀 각각을 송신 및 수신 방향에서의 기지국 안테나의 하나 또는 복수의 상부 주로브가 커버하고, 복수의 상부 셀은 상부 셀룰러망을 구성하며 그 특정 지역 내의 지표면 위의 공간을 커버한다. 이와 같은 구성에 의해서 상부 셀룰러망은 이동 셀룰러 시스템에 있어서 특정 지역 내의 지표면 위의 공간에, 특히 대부분의 고층 빌딩의 상층에 셀룰러 신호 커버리지를 제공한다.2A to 2G illustrate the first basic concept of the present invention, where the base station antenna is directed upward to cover the upper floors of a high-rise building, increasing cellular signal strength at the upper floors, and above the ground surface within a particular area. The space of is divided into a plurality of small service spaces, i.e., upper cells, each of the upper cells is covered by one or a plurality of upper mains of the base station antennas in the transmitting and receiving directions, and the plurality of upper cells constitutes the upper cellular network. And cover the space above the earth's surface within that particular area. This configuration allows the upper cellular network to provide cellular signal coverage in the space above the surface of a particular area in mobile cellular systems, particularly in the upper floors of most skyscrapers.

도 4A 내지 4C는 본 발명의 제2 기본 개념을 나타낸 것으로, 업틸트 안테나와 다운틸트 안테나가 서로 결합되어 기지국 송수신기에 연결된다. 즉, 이들 안테나는 기지국 송수신기를 공유함으로써 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 공유하여 간섭을 피한다. 이들 안테나는 기지국의 BTS 전부 또는 일부를 공유할 수 있다. 업틸트 안테나는 지표면 위의 공간, 즉 상부 셀을 커버하고, 다운틸트 안테나는 지표, 즉 지상 셀을 커버한다. 이들 안테나는 동일한 무선 신호원을 공유하기 때문에 상부 셀과 지상 셀 간에는 간섭이 생기지 않을 것이다. 이 간섭 제거 기법과 빔 다운틸팅 및 빔 업틸팅의 간섭 제거 기법은 조합되어 전체 셀룰러망에서의 간섭을 제거하는데 이용될 수 있다.4A to 4C illustrate a second basic concept of the present invention, in which an uptilt antenna and a downtilt antenna are coupled to each other and connected to a base station transceiver. That is, these antennas share a cellular frequency or frequency spectrum by sharing base station transceivers to avoid interference. These antennas may share all or part of the BTS of the base station. The uptilt antenna covers the space above the ground surface, ie the upper cell, and the downtilt antenna covers the ground, ie the ground cell. Since these antennas share the same radio signal source, there will be no interference between the top cell and the ground cell. This interference cancellation technique and the interference cancellation techniques of beam downtilting and beam uptilting can be used in combination to eliminate interference in the entire cellular network.

이동 셀룰러 시스템의 기지국은 적어도 하나의 BTS, 적어도 하나의 송신 안테나, 적어도 하나의 수신 안테나를 포함한다. BTS 각각은 적어도 하나의 송신기와 적어도 하나의 수신기를 포함한다. 송신 안테나는 송신기에 결합되어 송신기에 의해 발생된 무선 신호를 그 셀로 전송하고, 수신 안테나는 수신기에 결합되어 그 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신한다. 이 안테나들은 대략 동일한 방사 특성 패턴을 갖는다. 이들 안테나들은 안테나 지지 구조물에 설치된다. 송신기는 이동 셀룰러망의 하나 이상의 셀들에서 재사용될 수 있는 주파수 범위 내에서 그 셀에 제공될 셀룰러 무선 신호를 발생시킨다. 송신기에 의해 발생된 무선 신호는 그 셀 내의 송신 안테나 위에서 그 주로브가 상방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 송신 안테나로부터 방사된다. 수신기는 그 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신 안테나를 통해 수신한다. 기지국은 종종 송신 및 수신 안테나로 이용된다.A base station of a mobile cellular system includes at least one BTS, at least one transmit antenna, and at least one receive antenna. Each BTS includes at least one transmitter and at least one receiver. The transmit antenna is coupled to the transmitter to transmit the radio signal generated by the transmitter to the cell, and the receive antenna is coupled to the receiver to receive the radio signal generated by the subscriber station within that cell. These antennas have approximately the same radiation characteristic pattern. These antennas are installed in the antenna support structure. The transmitter generates a cellular radio signal to be provided to the cell within a frequency range that can be reused in one or more cells of the mobile cellular network. The radio signal generated by the transmitter is radiated from the transmit antenna in a radiation characteristic pattern with its main direction pointing upward above the transmit antenna in the cell. The receiver receives via a receive antenna a radio signal generated by a subscriber station in that cell. Base stations are often used as transmit and receive antennas.

전술한 바와 같이, 셀룰러 신호 강도는 만일 기지국 안테나가 그 주로브가 고층 빌딩의 상층을 커버하도록 업틸트되어 있다면 고층 빌딩의 상층에서 평균적으로 20dB까지 증가할 것이다. 안테나의 송신 특성과 수신 특성 간의 상호의존 관계때문에, 기지국 안테나가 송신 및 수신 안테나로서 이용되는 경우에는, 고층 빌딩 상층에 있는 가입자국(예컨대, 이동 전화)으로부터 발생되어 기지국 안테나에 의해 수신된 무선 신호의 강도는 기지국 수신기에서와 마찬가지로 평균적으로 20dB까지 증가할 것이다. 이것은 고층 빌딩 상층에서의 셀룰러 통신 상황을 크게 변화시킬 것이다. 하나의 업틸트 기지국 안테나는 그 셀 내의 많은 고층 빌딩의 상층을 커버할 수 있다. 이것은 비용면에서 효율적인 커버리지 문제 해결책이며 구현하기도 쉽다. (이후로는, 빔 업틸트 기지국 안테나를 간단히 "업틸트 안테나"라고 부르고, 빔 업틸트 기지국 섹터 안테나를 간단히 "업틸트 섹터 안테나"라고 부르기로 한다.)As mentioned above, cellular signal strength will increase on average 20 dB at the top of the skyscraper if the base station antenna is up tilted to cover the top of the skyscraper. Due to the interdependence relationship between the transmit and receive characteristics of the antenna, when the base station antenna is used as the transmit and receive antenna, a radio signal generated by a subscriber station (e.g., a mobile phone) on the upper floor of a skyscraper and received by the base station antenna The intensity of will increase to 20dB on average as in base station receivers. This will greatly change the cellular communication situation on the upper floors of skyscrapers. One uptilt base station antenna may cover the top floors of many tall buildings in that cell. This is a cost-effective coverage problem solution and is easy to implement. (Hereinafter, the beam uptilt base station antenna will be referred to simply as "uptilt antenna", and the beam uptilt base station sector antenna will be referred to simply as "uptilt sector antenna".)

이동 셀룰러 시스템에서 기지국과 가입자국 간의 무선 통신 프로세스는 공지의 기술로서, 본 발명의 영역이 아니다. 안테나는 셀룰러 기지국에서는 대개 송신 및 수신 안테나로 사용된다. 이 안테나는 송신 및 수신 시에 동일한 이들과 방향 선택을 갖는다. 이 안테나는 그 커버리지 밖에 있는 가입자국으로부터의 무선 신호는 수신하지 않을 것이다. 예컨대, 업틸트 안테나는 그 셀 내의 지표면 상의 가입자국으로부터의 무선 신호는 수신하지 않을 것이다. 업틸트 안테나는 다운틸트 안테나와 동일한 방식으로 이동 셀룰러망 내의 셀들 간의 간섭을 제거하는 한 가지 방법으로 이용될 수 있다. 기지국에서는 특정의 이유로 별도의 송신 및 수신 안테나가 이용될 수 있다. 이들 별도의 안테나는 (기지국으로부터 가입자국으로의) 다운링크와 (가입자국으로부터 기지국으로의) 업링크 간의 차의 균형을 맞추기 위하여 서로 다른 특성을 갖고 있다. 어떤 상황에서도 이동 셀룰러망에서 기지국은 송신 방향과 수신 방향에서 동일한 커버리지 모양과 범위를 갖는 것이 바람직하다.The process of wireless communication between a base station and a subscriber station in a mobile cellular system is a well known technique and is not within the scope of the present invention. Antennas are commonly used as transmit and receive antennas at cellular base stations. This antenna has the same direction selection as those in transmission and reception. This antenna will not receive radio signals from subscriber stations that are out of coverage. For example, the uptilt antenna will not receive radio signals from subscriber stations on the earth's surface in that cell. The uptilt antenna can be used in one way to eliminate interference between cells in the mobile cellular network in the same way as the downtilt antenna. At the base station, separate transmit and receive antennas may be used for certain reasons. These separate antennas have different characteristics to balance the difference between the downlink (from base station to subscriber station) and the uplink (from subscriber station to base station). In any situation, it is desirable for a base station in a mobile cellular network to have the same coverage shape and range in both the transmit and receive directions.

지표면 위의 공간은 본 발명에서는 커버리지에서 3차원적인 것으로 취급된다. 본 발명에서는 지상 셀과 지상 섹터 이외에도 상부 셀과 상부 섹터 개념이 도입된다. 상부 셀은 지표면 위의 미리 정해진 공간으로서, 하나 또는 복수의 기지국 안테나로부터 상방으로 향해 있는 하나 또는 복수의 주로브가 커버하는 공간이다. 상부 셀은 복수의 상부 섹터(예컨대, 3개의 상부 섹터)로 분할될 수 있다. 상부 섹터는 상부 셀 내에서 지표면 위의 미리 정해진 공간으로서, 하나 또는 복수의 기지국 섹터 안테나로부터 상방으로 향해 있는 하나 또는 복수의 주로브가 커버하는 공간이다. 상부 셀 각각은 적어도 하나의 BTS와 적어도 하나의 송신 및 수신) 안테나를 포함한다. 안테나는 BTS에 결합되어 안테나 지지 구조물에 설치된다. 상부 섹터 각각은 BTS와 적어도 하나의 (송신 및 수신) 섹터 안테나를 포함한다. 섹터 안테나는 BTS에 결합되어 안테나 지지 구조물에 설치된다. 커버리지 차이를 제외하고는 상부 셀과 섹터는 지상 셀 및 섹터와 별 차이가 없다. 네트워크 수준에서는 지상 셀들로 분할된 지표 영역과 마찬가지로, 특정 지역 내의 지표면 위의 공간은 복수의 작은 서비스 공간, 즉 본 발명에서 이동 셀룰러 시스템에서의 상부 셀들로 분할된다. 복수의 상부 셀은 상부 셀룰러망을 구성한다. 이것은 이동 셀룰러 시스템에 있어서 특정 지역 내의 지표면 위의 공간을 커버한다. 필요하다면, (셀룰러 시스템의 종류와 상부 셀룰러망의 규모에 따라서) 상부 셀들에서는 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼이 재사용된다. 상부 셀룰러망은, GSM 셀룰러 시스템에서 이용되는 7/21 또는 4/12 주파수 재사용 계획과 같이, 상부 셀들 간의 간섭을 제거하기 위하여 기존의 지상 셀룰러망에서와 유사한 주파수 재사용 계획을 채택할 수 있다. 본 발명에서는 기지국 안테나 높이와 그 주로브 업틸트 각을 조정하여 (적용 상황에 따라서) 특정 높이 내에 있는 상부 셀들 간의 간섭을 제거하는 것이 바람직하다. 상부 셀룰러망은 적어도 하나의 제어 센터를 더 포함한다. 제어 센터는 상부 셀룰러망의 각 기지국과 연결된다. 이것은 마찬가지로 다른 통신 시스템과 연결될 수 있다. 제어 센터는 상부 셀룰러망의 기지국과 가입자국의 통신을 제어한다. 이것은 또한 그 이동 셀룰러 시스템과 다른 시스템 간의 통신을 제어한다. 상부 셀룰러망에서의 제어 센터의 통신 제어 방법은 공지의 기술로서 본 발명의 범위에 속하지 않는다. 기존의 지상 셀룰러망은 지표면을 커버한다. 상부 셀룰러망은 이 기존의 지상 셀룰러망과 통합되어 특정 지역 내의 지표면 위의 공간으로 그 커버리지를 확장할 수 있다. 이들 셀룰러망들은 공통의 시스템 제어 센터를 공유할 수 있다.The space above the ground surface is treated as three-dimensional in coverage in the present invention. In the present invention, the concept of the upper cell and the upper sector is introduced in addition to the ground cell and the ground sector. The upper cell is a predetermined space on the ground surface and is a space covered by one or a plurality of mains facing upward from one or more base station antennas. The upper cell may be divided into a plurality of upper sectors (eg, three upper sectors). The upper sector is a predetermined space on the ground surface in the upper cell, and is a space covered by one or a plurality of mains facing upward from one or more base station sector antennas. Each of the upper cells includes at least one BTS and at least one transmit and receive antenna. The antenna is coupled to the BTS and installed in the antenna support structure. Each of the upper sectors includes a BTS and at least one (sending and receiving) sector antenna. The sector antenna is coupled to the BTS and installed in the antenna support structure. Except for the difference in coverage, the upper cells and sectors are not significantly different from the ground cells and sectors. At the network level, like the ground area divided into terrestrial cells, the space on the ground surface within a particular area is divided into a plurality of small service spaces, i.e., upper cells in a mobile cellular system in the present invention. The plurality of upper cells make up the upper cellular network. This covers the space above the earth's surface within a particular area in a mobile cellular system. If necessary, the cellular frequency or frequency spectrum is reused in the upper cells (depending on the type of cellular system and the size of the upper cellular network). The upper cellular network may adopt a frequency reuse scheme similar to that of existing terrestrial cellular networks to eliminate interference between upper cells, such as the 7/21 or 4/12 frequency reuse scheme used in GSM cellular systems. In the present invention, it is preferable to adjust the base station antenna height and its main uptilt angle to remove interference between upper cells within a specific height (depending on the application situation). The upper cellular network further includes at least one control center. The control center is connected to each base station of the upper cellular network. It can likewise be connected with other communication systems. The control center controls the communication between the base station of the upper cellular network and the subscriber station. It also controls communication between the mobile cellular system and other systems. The communication control method of the control center in the upper cellular network is a known technique and does not belong to the scope of the present invention. Conventional terrestrial cellular networks cover the earth's surface. The upper cellular network can be integrated with this existing terrestrial cellular network to extend its coverage into space above the surface of the earth within a particular area. These cellular networks can share a common system control center.

이동 셀룰러 시스템에 있어서 고층 빌딩 커버리지를 위한 적용에서, 기지국 안테나로부터의 상부 주로브는 그 상부 셀 내의 고층 빌딩의 상층으로 향해 있다. 각 상부 셀은 그 상부 셀 내의 고층 빌딩의 상층에 있는 이동 셀룰러 시스템의 가입자국에 서비스를 제공하며, 각 상부 섹터는 그 상부 섹터 내의 고층 빌딩의 상층에 있는 이동 셀룰러 시스템의 가입자국에 서비스를 제공한다. 본 발명에서는 업틸트 안테나 높이와 그 주로브 업틸트 각을 조정하여 그 상부 셀 내의 고층 빌딩의 상층에서의 커버리지를 최대화시키고 그 상부 셀 밖의 고층 빌딩에서의 커버리지를 최소화시키는 것이 바람직하다. 기존의 지상 셀룰러망은 지표면, 저층 빌딩, 및 고층 빌딩의 하층을 커버한다. 상부 셀룰러망은 이 기존의 지상 셀룰러망과 통합하여 그 커버리지를 특정 지역 내의 대부분의 고층 빌딩의 상층으로 확장시킬 수가 있다. 이들 셀룰러망은 공통의 시스템 제어 센터를 공유할 수 있다. 상부 셀룰러망은 다른 응용에서 이용될 수 있다. 예컨대, 상부 셀룰러망은 공간 커버리지를 위해 비육상 이동 셀룰러 시스템에서 구현될 수 있다.In an application for tall building coverage in a mobile cellular system, the upper main lobe from the base station antenna is directed to the upper floor of the tall building in the upper cell. Each upper cell serves a subscriber station of a mobile cellular system on top of a skyscraper in that upper cell, and each upper sector services a subscriber station of a mobile cellular system on a top floor of a tall building within its upper sector. do. In the present invention, it is desirable to adjust the uptilt antenna height and its main uptilt angle to maximize coverage at the top of the tall building in the upper cell and minimize coverage at the tall building outside the top cell. Existing terrestrial cellular networks cover the lower floors of the earth's surface, low rise buildings, and high rise buildings. The upper cellular network can integrate with this existing terrestrial cellular network to extend its coverage to the top floors of most skyscrapers within a given area. These cellular networks can share a common system control center. The top cellular network can be used in other applications. For example, the upper cellular network can be implemented in a landless mobile cellular system for spatial coverage.

도 2A는 본 발명의 기본 개념을 나타낸 것으로, 업틸트 안테나는 고층 빌딩의 상층을 커버한다. 섹터 안테나(10)는 RF 케이블(4)을 통해 BTS(15)에 연결된다. 이 안테나는 기둥(3)에 설치된다. 이 안테나는 그 설치 위치로부터 수평면 위로 그 빔 업틸트 각 α(예컨대, 10°)를 가지며 그 상부 섹터 (또는 상부 셀) 내의 고층 빌딩(20)의 상층을 향해 있다. 화살표(51)는 빔(또는 주로브) 축을 나타낸다. BTS(15)의 송신기에 의해 발생된 셀룰러 신호는 안테나(10)를 통해 상방으로 방사되어 그 상부 섹터(또는 상부 셀) 내의 고층 빌딩(20)의 상층 내에 있는 가입자국에 제공된다. BTS(15)의 수신기는 상부 섹터(또는 상부 셀) 내의 고층 빌딩(20)의 상층 내에 있는 가입자국에 의해 발생된 셀룰러 무선 신호를 안테나(10)를 통해 수신한다. 도 2A에는 기계적으로 업틸트된 것이 도시되어 있지만, 안테나 빔은 전기적으로 업틸트되거나, 이 두 가지 방식으로 업틸트될 수 있다. 안테나(10)는 기둥(3) 대신에 탑이나 옥상 같이 임의의 안테나 지지 구조물에 설치될 수 있다. 안테나(10)의 커버리지 목표는 도 2A에서는 고층 빌딩이지만, 지상의 탑이나 다른 기타의 고층 건축물이 될 수도 있다. 도 2A에서, 안테나(10)는 송신 및 수신 안테나로 기능한다. 이것은 무선 신호를 송신 및 수신 시에 대략 동일한 방향 선택을 갖는다. BTS(15)는 송신 및 수신 방향에서 대략 동일한 커버리지를 갖는다. 이것은 그 상부 섹터(또는 상부 셀)가 송신 및 수신 방향에서 대략 동일한 커버리지 모양과 범위를 갖는 다는 것을 의미한다.2A illustrates the basic concept of the present invention, where the uptilt antenna covers the upper floors of a high-rise building. The sector antenna 10 is connected to the BTS 15 via an RF cable 4. This antenna is installed in the pillar 3. This antenna has its beam uptilt angle α (eg 10 °) above the horizontal plane from its installation position and points towards the upper floor of the tall building 20 in its upper sector (or upper cell). Arrow 51 represents the beam (or main) axis. The cellular signal generated by the transmitter of the BTS 15 is radiated upward through the antenna 10 and provided to the subscriber station in the upper floor of the skyscraper 20 in its upper sector (or upper cell). The receiver of the BTS 15 receives, via the antenna 10, cellular radio signals generated by subscriber stations within the upper floors of the skyscraper 20 in the upper sector (or upper cell). While FIG. 2A shows a mechanical uptilt, the antenna beam can be electrically uptilted or uptilted in both ways. The antenna 10 may be installed in any antenna support structure such as a tower or rooftop instead of the pillar 3. The coverage goal of the antenna 10 is a high rise building in FIG. 2A, but may be a tower on the ground or other high rise building. In FIG. 2A, the antenna 10 functions as a transmit and receive antenna. It has approximately the same direction selection when transmitting and receiving wireless signals. The BTS 15 has approximately the same coverage in the transmit and receive directions. This means that the upper sector (or upper cell) has approximately the same coverage shape and range in the transmit and receive directions.

도 2B는 도 2A와 동일한 개념을 나타낸 것으로, 다만, 업틸트 안테나(10)가 업틸트 무지향성 안테나(14)로 바뀌어 있다. 이 안테나(14)는 상부 셀에서의 셀룰러 신호 커버리지를 제공한다.2B shows the same concept as FIG. 2A, except that the uptilt antenna 10 is replaced with an uptilt omnidirectional antenna 14. This antenna 14 provides cellular signal coverage in the upper cell.

도 2C는 도 2A와 동일한 개념을 나타낸 것으로, 다만, 기지국(15)이 별도의 송신 섹터 안테나(10t)와 수신 섹터 안테나(10r)를 사용한다. 안테나(10t)는 그 설치 위치로부터 수평면 위로 그 빔 업틸트 각 α(예컨대, 10°)를 가지며 그 상부 섹터 (또는 상부 셀)를 커버한다. 이것은 RF 케이블(4)을 통해 BTS(15)의 송신기(TXs)에 연결된다. 안테나(10r)는 그 빔이 그 설치 위치로부터 수평면 위로 동일한 각 α으로 상방으로 향해 있으며, 그 상부 섹터 (또는 상부 셀)를 커버한다. 이것은 RF 케이블(4)을 통해 BTS(15)의 수신기(RXs)에 연결된다. 이들 안테나는 기둥(3)에 설치된다. 이들 안테나는 대략 동일한 방향 선택을 갖고 있다. 화살표(51)는 빔(또는 주로브) 축을 나타낸다. BTS(15)의 송신기에 의해 발생된 셀룰러 신호는 안테나(10t)를 통해 상방으로 방사되어 그 상부 섹터(또는 상부 셀) 내의 가입자국에 제공된다. BTS(15)의 수신기는 상부 섹터(또는 상부 셀) 내의 가입자국에 의해 발생된 셀룰러 무선 신호를 안테나(10r)를 통해 수신한다. 안테나들(10t 및 10r)은 이득은 서로 다를 수 있지만, 업링크와 다운링크 간에 균형을 갖도록 대략 동일한 커버리지 범위를 갖는 것이 바람직하다.2C shows the same concept as FIG. 2A, except that the base station 15 uses separate transmit sector antenna 10t and receive sector antenna 10r. The antenna 10t has its beam uptilt angle α (eg 10 °) above the horizontal plane from its installation position and covers its upper sector (or upper cell). It is connected to the transmitters TXs of the BTS 15 via an RF cable 4. The antenna 10r has its beam directed upwards at the same angle α above the horizontal plane from its installation position and covers its upper sector (or upper cell). It is connected to the receiver RXs of the BTS 15 via an RF cable 4. These antennas are installed in the pillar 3. These antennas have approximately the same direction selection. Arrow 51 represents the beam (or main) axis. The cellular signal generated by the transmitter of the BTS 15 is radiated upward through the antenna 10t and provided to a subscriber station in its upper sector (or upper cell). The receiver of the BTS 15 receives, via the antenna 10r, cellular radio signals generated by subscriber stations in the upper sector (or upper cell). The antennas 10t and 10r may have different gains, but preferably have approximately the same coverage range to balance the uplink and downlink.

도 2D는 송신 및 수신 방향에서 도 2A에서의 업틸트 섹터 안테나의 높이에서의 로브 패턴을 도시한 도면이다. 주로브(16)는 수평면 위로 α각도로 업운틸트된다. 도면 부호 17은 제1 상부 로브, 도면 부호 18은 제1 하부 로브, 도면 부호 19는 후부 로브를 나타낸다. 화살표(51)는 주로브 축을 나타낸다. 주로브(6)와 제1 상부 로브(7) 사이의 공백 영역은 수평면 주위에 있다. 본 발명에서는 안테나 업틸트 각을 조정하여 주로브(16)와 제1 하부 로브(18) 간의 공백 영역을 안테나 설치 위치로부터 수평면 주위에서 발생시키는 것이 바람직하다. 이것은 안테나 설치 높이에서 수평면 주위의 셀룰러 신호 강도를 최소화시켜, 셀룰러 신호가 다른 상부 셀 내로 방사되는 것을 막아 간섭을 최소화시킨다. 좌표(XY)는 기준으로서 나타낸 것이다(X축은 수평 방향을 나타내고 Y축은 높이 방향을 나타낸다.).2D shows a lobe pattern at the height of the uptilt sector antenna in FIG. 2A in the transmit and receive directions. The main groove 16 is tilted up at an angle over the horizontal plane. Reference numeral 17 denotes a first upper lobe, reference numeral 18 denotes a first lower lobe, and reference numeral 19 denotes a rear lobe. Arrow 51 represents the main axis. The blank area between the main lobe 6 and the first upper lobe 7 is around the horizontal plane. In the present invention, it is preferable to generate an empty area between the main lobe 16 and the first lower lobe 18 around the horizontal plane from the antenna installation position by adjusting the antenna uptilt angle. This minimizes cellular signal strength around the horizontal plane at the antenna mounting height, minimizing interference by preventing cellular signals from radiating into other top cells. The coordinate XY is shown as a reference (the X axis represents the horizontal direction and the Y axis represents the height direction).

도 2E는 송신 및 수신 방향에서 본 발명의 상부 셀의 개략적인 3D 커버리지 모양의 실시예를 도시한 도면이다. 업틸트 무지향성 안테나(14)가 커버하는 공간은 상부 셀(21)을 구성한다. 이것은 거꾸로 뒤집어진 커다란 돔 형상을 가질 수 있다. 도면 부호 23은 그 경계를 나타낸다. 안테나(14)는 BTS(15)에 연결되며 지표면 위로 높이(h2)에 설치된다. 상부 셀(21)은 높이(h2)보다 더 높은 공간을 커버하지 못한다. 이 비커버리지(non-coverage) 높이는 셀 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 본 발명에서는 상부 셀은 송신 방향과 수신 방향에서 대략 동일한 커버리지 모양과 범위를 갖는 것이 바람직하다.2E illustrates a schematic 3D coverage embodiment of the upper cell of the present invention in a transmit and receive direction. The space covered by the uptilt omnidirectional antenna 14 constitutes the upper cell 21. It may have a large dome shape that is upside down. Reference numeral 23 denotes the boundary. The antenna 14 is connected to the BTS 15 and is installed at a height h2 above the ground surface. The upper cell 21 does not cover a space higher than the height h2. This non-coverage height increases with increasing distance from the cell center. In the present invention, the upper cell preferably has approximately the same coverage shape and range in the transmission direction and the reception direction.

도 2F는 상부 셀 및 상부 섹터의 개략적인 3D 커버리지 모양의 실시예를 도시한 도면이다. 상부 셀(21)은 3개의 상부 섹터(22a, 22b, 및 22c)로 분할된다. 업틸트 섹터 안테나(10a)는 BTS(15a)에 연결되어 상부 섹터(22a)를 커버하고, 업틸트 섹터 안테나(10b)는 BTS(15b)에 연결되어 상부 섹터(22b)를 커버하고, 업틸트 섹터 안테나(10c)는 BTS(15c)에 연결되어 상부 섹터(22c)를 커버한다. 도면 부호 23은 상부 셀(21)의 경계를 나타낸다. 3개의 업틸트 섹터 안테나는 지표면 위로 높이(h3)에 설치된다. 본 발명에서는 상부 셀은 송신 방향과 수신 방향에서 대략 동일한 커버리지 모양과 범위를 갖는 것이 바람직하다.FIG. 2F shows a schematic 3D coverage embodiment of the top cell and top sector. FIG. The upper cell 21 is divided into three upper sectors 22a, 22b, and 22c. Up tilt sector antenna 10a is connected to BTS 15a to cover upper sector 22a, and up tilt sector antenna 10b is connected to BTS 15b to cover upper sector 22b, and up tilt Sector antenna 10c is connected to BTS 15c to cover upper sector 22c. Reference numeral 23 denotes a boundary of the upper cell 21. Three up-tilt sector antennas are mounted at a height h3 above the ground surface. In the present invention, the upper cell preferably has approximately the same coverage shape and range in the transmission direction and the reception direction.

도 2G는 상부 셀룰러망의 개략적인 3D 커버리지 모양의 실시예를 도시한 도면이다. 복수의 상부 셀(21)은 지표면에 나란히 놓여져 상부 셀룰러망을 구성한다. 본 발명에서는 안테나 높이와 그 빔 업틸트 각을 적당히 조정하여 그 상부 셀에서의 신호 방사는 최대화시키고 그 상부 셀 밖에서는 신호 방사를 제한시키는 것이 바람직하다. 지상 셀들 간의 간섭을 제거하는 다운틸트 안테나와 다운틸트 섹터 안테나와 마찬가지로, 업틸트 안테나와 업틸트 섹터 안테나도 특정 지역 내의 특정 높이 (예컨대, 최대 고층 빌딩 높이) 내에서 상부 셀들 간의 간섭을 제거할 수 있다. 상부 셀룰러망은 특정 지역 내의 대부분의 고층 빌딩의 상층을 커버할 것이다. 이것은 이동 셀룰러 시스템에서 오랫 동안 있어왔던 고층 빌딩 커버리지 문제를 저비용으로 해결한다. 상부 셀룰러망은 송신 방향과 수신 방향에서 대략 동일한 커버리지 모양과 범위를 갖는 것이 바람직하다.FIG. 2G illustrates a schematic 3D coverage shape embodiment of an upper cellular network. FIG. The plurality of upper cells 21 are placed side by side on the ground surface to form an upper cellular network. In the present invention, it is desirable to adjust the antenna height and its beam uptilt angle appropriately to maximize signal emission in the upper cell and limit signal emission outside the upper cell. Like the downtilt and downtilt sector antennas, which eliminate interference between terrestrial cells, the uptilt and uptilt sector antennas can also eliminate interference between upper cells within a certain height (eg, maximum skyscraper height) within a specific area. have. The upper cellular network will cover the top floors of most skyscrapers within a particular area. This solves the high-rise building coverage problem that has long existed in mobile cellular systems at low cost. The upper cellular network preferably has approximately the same coverage shape and range in both the transmit and receive directions.

상부 셀룰러망은 이동 셀룰러 시스템에서 오직 도시 지역에서만 필요할 수 있다. 커버리지 목표(고층 빌딩)가 한정되면 상부 셀룰러망의 규모도 동일 영역 내의 지상 셀룰러망과 비교해 더 작아진다. 이것은 상부 셀들 간의 간섭과 상부 셀과 지상 셀들 간의 간섭을 줄이는데 도움이 된다. 중간 규모 또는 소규모 도시에서는 필요한 상부 셀들은 모든 하나의 클러스터 내에 있을 수 있다. (하나의 클러스터는 7/21 주파수 재사용 계획에서는 7개의 셀을 갖는다.) 이 경우, FDMA 또는 TDMA 이동 셀룰러 시스템에 있어서 상부 셀룰러망에서 셀룰러 주파수는 재사용될 필요가 없다. 고립된 시골 지역에서 몇 개의 고층 빌딩을 커버하는데는 하나의 상부 셀 또는 상부 섹터만으로 충분할 것이다. 본 발명의 상부 셀, 상부 섹터 및 상부 셀룰러망은 고층 빌딩의 상층에 셀룰러 신호 커버리지를 제공하기 위하여 여러가지 형태의 이동 셀룰러 시스템으로 구현될 수 있다.The upper cellular network may only be needed in urban areas in mobile cellular systems. If the coverage target (high-rise building) is limited, the size of the upper cellular network will also be smaller compared to the terrestrial cellular network within the same area. This helps to reduce the interference between the upper cells and the interference between the upper cell and the ground cells. In medium or small cities, the upper cells needed may be in all one cluster. (One cluster has 7 cells in the 7/21 frequency reuse scheme.) In this case, the cellular frequency does not need to be reused in the upper cellular network in an FDMA or TDMA mobile cellular system. A single top cell or top sector will suffice to cover several skyscrapers in isolated rural areas. The upper cell, upper sector, and upper cellular network of the present invention may be implemented with various types of mobile cellular systems to provide cellular signal coverage on top of skyscrapers.

이론적으로는, 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼은 상부 셀룰러망 내의 상부 셀에서 재사용되어야 한다. 실제 상부 셀룰러망에서는 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼이 재사용되는지 여부는 상부 셀룰러망의 시스템 종류, 구조 및 규모에 달려있지 않다. 예컨대, 이동 셀룰러 시스템이 CDMA 시스템이라면, 특정 지역 내의 모든 상부 셀들은 동일한 확산 스펙트럼을 재사용한다. TDMA 또는 FDMA 이동 셀룰러 시스템의 경우에 있어서는, 상부 셀룰러망이 클러스터보다 크다면, 상부 셀들은 셀룰러 주파수가 재사용될 수 있다. 더 넓은 도시 지역에 많은 고층 빌딩이 있는 대도시에서는 대규모 상부 셀룰러망이 필요하게 된다.In theory, the cellular frequency or frequency spectrum should be reused in the upper cell in the upper cellular network. In a real upper cellular network, whether the cellular frequency or frequency spectrum is reused does not depend on the type, structure and scale of the upper cellular network. For example, if the mobile cellular system is a CDMA system, all upper cells in a particular area reuse the same spread spectrum. In the case of a TDMA or FDMA mobile cellular system, if the upper cellular network is larger than the cluster, the upper cells may be reused for cellular frequency. In large cities with many skyscrapers in wider urban areas, a large upper cellular network is needed.

도 3A 내지 3D는 지상 셀룰러망 상에 상부 셀룰러망이 여러가지 방식으로 중첩될 때 높이에 따른 공간 커버리지 프로필의 실시예들을 도시한 도면이다. 지상 이동 셀룰러 시스템의 커버리지를 지표면 위의 공간으로, 특히 고층 빌딩의 상층으로 확장시키기 위하여 상부 셀룰러망이 기존의 지상 셀룰러망에 중첩될 수 있다. 지상 셀룰러망에 상부 셀룰러망을 중첩시키는 방식은 여러가지가 있다. 도 3A내지 3D는 그 4가지 예를 보여주는 것이다.3A-3D illustrate embodiments of spatial coverage profiles according to height when the upper cellular network overlaps in various ways on the terrestrial cellular network. The upper cellular network can be superimposed on the existing terrestrial cellular network to extend the coverage of the ground mobile cellular system to space above the ground surface, in particular to the upper floors of skyscrapers. There are several ways to superimpose the upper cellular network on the terrestrial cellular network. 3A to 3D show four examples.

도 3A에서, 상부 셀은 지상 셀과 중첩하는데, 이 때, 이들 셀의 기지국 안테나들은 대략 동일한 궤적에서 대략 동일한 높이에 있다. 상부 셀(21b, 21a, 21e)(실선 영역)은 지상 셀(11b, 11a, 11e)(점선 영역)에 각각 중첩되어 있다. 사이의 빈 공간들(29)은 상부 셀과 지상 셀이 커버하지 못하는 공간이다. 도 3A에서, 상부 셀의 기지국은 지상 셀의 기지국과 나란히 배치된다.In FIG. 3A, the upper cell overlaps with the ground cells, where the base station antennas of these cells are at approximately the same height at approximately the same trajectory. The upper cells 21b, 21a, 21e (solid line region) overlap the ground cells 11b, 11a, 11e (dashed line region), respectively. The empty spaces 29 between are spaces that the upper cell and the ground cell do not cover. In FIG. 3A, the base station of the upper cell is arranged side by side with the base station of the ground cell.

도 3B는 도 3A와 동일한 시나리오를 보여주며, 다만, 상부 셀의 기지국 안테나가 대략 동일한 궤적에서 지상 셀의 기지국 안테나 아래에 있는 것만 다르다. 중첩된 공간(28)(빗금 영역)은 상부 셀과 지상 셀 모두에 의해 커버되는 영역이다. 도 3A와 도 3B에서 중첩의 이점은 상부 셀이 장비실, 전원 장치, 탑, 매체 등과 같이 지상 셀의 기존의 기지국 설비의 전부 또는 일부를 공유할 수 있다는 것이다. 도 4A에 도시된바와 같이, 지상 셀의 기존의 BTS라도 공유될 수 있다. 도 3B에서의 중첩 방식은 도 3B에는 커버되지 않은 공간이 더 적기 때문에 도 3A에서의 중첩 방식에 비해 더 양호한 공간 커버리지를 제공한다.FIG. 3B shows the same scenario as FIG. 3A, except that the base station antenna of the upper cell is below the base station antenna of the terrestrial cell at approximately the same trajectory. The overlapped space 28 (hatched area) is the area covered by both the top cell and the ground cell. The advantage of overlap in FIGS. 3A and 3B is that the upper cell may share all or part of the existing base station equipment of the terrestrial cell, such as the equipment room, power supply, tower, medium, and the like. As shown in FIG. 4A, even existing BTSs of the terrestrial cell may be shared. The overlapping scheme in FIG. 3B provides better spatial coverage compared to the overlapping scheme in FIG. 3A because there is less uncovered space in FIG. 3B.

도 3C에서, 상부 셀 중심이 두 개의 지상 셀 간의 경계 근처에 위치해 있으며, 이 때, 상부 셀과 지상 셀의 기지국 안테나들은 대략 동일한 높이에 있다. 상부 셀(21b)의 중심은 지상 셀들(11b, 11a) 간의 경계 근처에 있고, 상부 셀(21a)의 중심은 지상 셀들(11a, 11e) 간의 경계 근처에 있고, 상부 셀(21e)의 중심은 지상 셀들(11e, 11g) 간의 경계 근처에 있다. 사이의 빈 공간(29)들은 상부 셀과 지상 셀이 커버하지 못하는 공간이다.In FIG. 3C, the upper cell center is located near the boundary between two ground cells, where the base station antennas of the upper cell and the ground cell are at approximately the same height. The center of the upper cell 21b is near the boundary between the ground cells 11b and 11a, the center of the upper cell 21a is near the boundary between the ground cells 11a and 11e, and the center of the upper cell 21e is It is near the boundary between the ground cells 11e and 11g. The empty spaces 29 therebetween are spaces that the upper cell and the ground cell do not cover.

도 3D는 도 3C와 동일한 시나리오를 보여주며, 다만, 상부 셀의 기지국 안테나가 높이에 있어 지상 셀의 기지국 안테나 아래에 있는 것만 다르다. 중첩된 공간(28)(빗금 영역)은 상부 셀과 지상 셀 모두에 의해 커버되는 영역이다. 도 3C와 도 3D에서 중첩의 이점은 상부 셀 기지국의 위치를 자유로이 선택할 수 있다는 것이다. 도 3D에서의 중첩 방식은 도 3D에는 커버되는 공간이 더 많기 때문에 도 3C에서의 중첩 방식에 비해 더 양호한 공간 커버리지를 제공한다.FIG. 3D shows the same scenario as FIG. 3C, except that the base station antenna of the upper cell is at a height below the base station antenna of the ground cell. The overlapped space 28 (hatched area) is the area covered by both the top cell and the ground cell. The advantage of overlap in FIGS. 3C and 3D is that the position of the upper cell base station can be freely selected. The overlapping scheme in FIG. 3D provides better spatial coverage compared to the overlapping scheme in FIG. 3C because there is more space covered in FIG. 3D.

실제적인 상부 셀룰러망은 여러가지 중첩 방식을 조합해서 비용 효율면이나 고층 빌딩 커버리지 융통성 면에서 개선될 수 있다.Practical upper cellular networks can be improved in terms of cost-effectiveness or high-rise building flexibility by combining various overlapping approaches.

도 4A는 본 발명의 중요한 내용인 상부 셀(또는 상부 섹터)과 지상 셀(또는 지상 섹터) 간의 공유 기지국과, 상부 셀과 지상 셀 간의 주파수 간섭을 피하는 방법을 나타낸다. 이 방법은 또한 상부 셀과 지상 셀 간에 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼과 기지국 장치들을 공유하여 그 들 셀간의 주파수 간섭을 제거하는 방법이다.4A illustrates a shared base station between an upper cell (or upper sector) and a terrestrial cell (or terrestrial sector), and an important method of the present invention, and a method of avoiding frequency interference between the upper cell and the ground cell. This method is also a method of sharing the cellular frequency or frequency spectrum and base station devices between an upper cell and a terrestrial cell to eliminate frequency interference between those cells.

각 이동 셀룰러 시스템에는 가용 주파수 스펙트럼이 한정되어 있고 또 주파수 스펙트럼은 거의 모두 기존의 지상 이동 셀룰러 시스템에서, 특히 도시 지역에서 이용되었기 때문에, 상부 셀룰러망은 지상 셀룰러망과 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 공유해야 한다. 이것은 이들 셀룰러망 간의 주파수 간섭이라고 하는 새로운 문제를 유발할 수 있다. 이 문제는 본 발명에 의해 쉽게 해결된다. 해결책은 상부 셀과 이 셀에 거의 나란히 배치된 지상 셀이 기지국 송신기 및 수신기의 전부 또는 일부를 공유한다는 것이다. 즉, 이 셀들이 BTS 전부 또는 일부를 공유하는 것이다. 공유된 송신기와 수신기는 이동 셀룰러 시스템의 적어도 하나의 제어 채널과 적어도 하나의 트래픽 채널을 포함한다. 상부 셀의 송신 안테나와 지상 셀의 송신 안테나는 (RF 신호를 균등하게 또는 불균등하게 분할/결합시키는) 분할기/결합기 또는 커플러를 통해 서로 결합되어 공유 송신기(TXs)에 연결되고, 상부 셀의 수신 안테나와 지상 셀의 수신 안테나는 분할기/결합기 또는 커플러를 통해 서로 결합되어 공유 수신기(TXs)에 연결된다. 이 해결책에서는 상부 셀은 지표면 위의 공간에 있는 지상 셀의 확장이 된다. 이들 셀 간에는 간섭이 없다. 공유 송신기에 의해 발생된 셀룰러 신호는 상부 셀의 송신 안테나 위로 방사되어 상부 셀 내에 있는 가입자국에 제공된다. 또한, 셀룰러 신호는 지상 셀의 송신 안테나 아래로 방사되어 지상 셀 내에 있는 가입자국에 제공된다. 공유 수신기는 상부 셀의 수신 안테나를 통해 상부 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 셀룰러 무선 신호를 수신하고, 또 지상 셀의 수신 안테나를 통해 지상 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 셀룰러 무선 신호를 수신한다. 이 상황에서 상부 셀과 지상 셀도 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼과, 매체나 제어 센터와 같은 많은 이동 셀룰러 시스템 장치를 공유한다. 이 해결책은 비용면에서 매우 효율적이면서 구현하기가 쉽다. 기존의 이동 셀룰러 시스템은 이들의 기지국 안테나 시스템에 업틸트 안테나를 부가함으로써 최소의 비용으로 그 커버리지를 지표면 위의 공간, 특히 고층 빌딩의 상층으로 확장한다.Because each mobile cellular system has a limited frequency spectrum available, and because almost all of the frequency spectrum has been used in conventional terrestrial mobile cellular systems, especially in urban areas, the upper cellular network must share the cellular frequency or frequency spectrum with the terrestrial cellular network. do. This can cause a new problem called frequency interference between these cellular networks. This problem is easily solved by the present invention. The solution is that the upper cell and the terrestrial cell disposed almost parallel to this cell share all or part of the base station transmitter and receiver. That is, these cells share all or part of the BTS. The shared transmitter and receiver comprise at least one control channel and at least one traffic channel of a mobile cellular system. The transmit antenna of the upper cell and the transmit antenna of the terrestrial cell are coupled to a shared transmitter (TXs) by being coupled to each other through a divider / combiner or coupler (which divides / combines RF signals evenly or unevenly), and the receive antenna of the upper cell The receiving antennas of the and terrestrial cells are coupled to each other through a divider / combiner or coupler and connected to the shared receivers (TXs). In this solution, the upper cell is an extension of the ground cell in the space above the ground surface. There is no interference between these cells. The cellular signal generated by the shared transmitter is radiated over the transmit antenna of the upper cell and provided to a subscriber station in the upper cell. In addition, the cellular signal is radiated below the transmit antenna of the ground cell and provided to a subscriber station in the ground cell. The shared receiver receives the cellular radio signal generated by the subscriber station in the upper cell via the receive antenna of the upper cell and receives the cellular radio signal generated by the subscriber station in the terrestrial cell via the receive antenna of the terrestrial cell. In this situation, the upper cell and the terrestrial cell also share the cellular frequency or frequency spectrum and many mobile cellular system devices such as media or control centers. This solution is very cost effective and easy to implement. Existing mobile cellular systems add up-tilt antennas to their base station antenna systems to extend their coverage to space above ground, especially high-rise buildings, at minimal cost.

도 4A는 이 해결책의 실시예를 나타낸 것이다. 상부 섹터의 업틸트 섹터 안테나(10)와 지상 섹터의 다운틸트 섹터 안테나(1)는 분할기/결합기(30)(또는 커플러)를 통해 서로 결합되어 RF 케이블(4)을 통해 BTS(5)의 공유 송신기 및 수신기에 연결된다. 안테나(10)의 빔은 그 설치 위치로부터 수평면 위로 각 α(예컨대, 10°)로 업틸트되며 그 상부 섹터 내의 고층 빌딩(20)의 상층을 향해 있다. 안테나(1)의 빔은 그 설치 위치로부터 수평면 아래로 각 β(예컨대, 8°)로 다운틸트되며 그 지상 섹터 내의 지표면과 저층 빌딩(20a)을 향해 있다. 이들 안테나는 기둥(3)에 설치되어 있다. 화살표(51)는 빔(또는 주로브) 축을 나타낸다. 도 4A에서, 상부 섹터는 지표면 위의 공간에 있는 지상 섹터의 확장이 된다. BTS(5)의 송신기에 의해 발생된 셀룰러 신호는 안테나(10) 위로 방사되어 상부 섹터 내에 있는 가입자국에 제공되고, 또한, 안테나(1) 아래로 방사되어 지상 섹터 내에 있는 가입자국에 제공된다. BTS(5)의 수신기는 안테나(10)를 통해 상부 섹터 내의 가입자국에 의해 발생된 셀룰러 무선 신호를 수신하고, 또 안테나(1)를 통해 지상 섹터 내의 가입자국에 의해 발생된 셀룰러 무선 신호를 수신한다. 도 4A에는 업틸트 안테나(10)가 다운틸트 안테나(1) 아래에 설치되어 있지만, 위에 또는 동일한 높이로 설치되어 된다. 또, 도 4A에는 안테나(1)가 다운틸트 섹터 안테나로 나타나 있지만, 다운틸트 무지향성 안테나이어도 된다. 또, 도 4A에는 안테나(10)가 업틸트 섹터 안테나로 나타나 있지만, 업틸트 무지향성 안테나이어도 된다. 또, 도 4A에는 기둥(3)이 도시되어 있지만, 탑이나 옥상 같이 안테나 지지 구조물이어도 된다. 도 4A에서는 안테나(1)과 안테나(10)가 BTS(5)의 송신기 모두와 수신기 모두를 공유하는 것으로 나타나 있지만, 일부 만을 공유해도 된다. 도 4A에서 분할기/결합기(또는 커플러)가 안테나에 삽입되면 지상 섹터의 안테나 시스템에 (RF 신호가 균등하게 분할되는 경우에) 약 3dB의 손실을 가져올 것이다. 도시 지역 내의 대부분의 지상 셀 및 섹터는 크기가 작고 그 기지국이 저이득 안테나를 사용하기 때문에, 이 저이득 안테나를 고이득 안테나로 대체하기만 해도 이러한 손실을 쉽게 보상할 수 있다. 도 4A에서 안테나(1)와 안테나(10)는 각각 송신 안테나와 수신 안테나로서 기능한다. 이 해결책에서, 상부 셀(또는 섹터)도 지상 셀룰러망의 네트워크 매체와 제어 센터를 공유한다. (여기서, 분할기/결합기는 송신 방향에서는 한 방향으로부터의 무선 신호 전력을 2 또는 그 이상의 방향으로 분할하고, 수신 방향에서는 2 또는 그 이상의 방향으로부터의 무선 신호들을 한 방향으로 결합시키는 것을 말한다. 때로는 이것은 무선 신호 전력이 한 방향으로부터 2 방향으로 균등하게 분할될 때에 전력 분할기라고 부른다. 이것은 수동 소자이다. 이곳에서는 신호 정보가 처리되지 않는다. 송신 방향과 수신 방향에서 입력 무선 신호와 출력 무선 신호는 정확히 동일한 정보를 포함하나, 다만, 분할기/결합기 또는 커플러 내의 무선 경로 때문에 신호 강도가 다르고, 또 그 신호들 간에 약간의 시간 변이가 있을 뿐이다. 송신 방향에서는 동일한 입력 신호로부터 분할된 2 또는 그 이상 방향의 출력 신호는 정확히 동일한 정보를 포함하나, 다만, 분할기/결합기 또는 커플러 내에서 각 방향으로의 무선 경로가 서로 약간 다를 수 있기 때문에 각 방향에서의 신호 강도가 서로 다를 수 있고 또 그 신호들 간에 약간의 시간 변이가 있을 뿐이다.)4A shows an embodiment of this solution. The uptilt sector antenna 10 of the upper sector and the downtilt sector antenna 1 of the ground sector are coupled to each other via the splitter / combiner 30 (or coupler) to share the BTS 5 via the RF cable 4. It is connected to the transmitter and the receiver. The beam of the antenna 10 is tilted up at an angle α (eg 10 °) above the horizontal plane from its installation position and directed towards the upper floors of the skyscraper 20 in its upper sector. The beam of antenna 1 is tilted down at an angle β (e.g. 8 °) below the horizontal plane from its installation position and directed towards the ground surface and the low rise building 20a in its ground sector. These antennas are provided in the pillar 3. Arrow 51 represents the beam (or main) axis. In FIG. 4A, the upper sector is an extension of the ground sector in space above the ground surface. The cellular signal generated by the transmitter of the BTS 5 is radiated above the antenna 10 to a subscriber station in the upper sector and also to a subscriber station radiated below the antenna 1 in the ground sector. The receiver of the BTS 5 receives the cellular radio signal generated by the subscriber station in the upper sector via the antenna 10 and the cellular radio signal generated by the subscriber station in the ground sector via the antenna 1. do. In FIG. 4A, the uptilt antenna 10 is provided below the downtilt antenna 1, but is provided above or at the same height. In addition, although the antenna 1 is shown by the down tilt sector antenna in FIG. 4A, it may be a down tilt omnidirectional antenna. In addition, although the antenna 10 is shown by the up tilt sector antenna in FIG. 4A, it may be an up tilt omnidirectional antenna. In addition, although the pillar 3 is shown by FIG. 4A, an antenna support structure may be sufficient, such as a tower and a rooftop. Although FIG. 4A shows that the antenna 1 and the antenna 10 share both the transmitter and the receiver of the BTS 5, only some of them may be shared. Inserting a divider / combiner (or coupler) into the antenna in FIG. 4A will result in a loss of about 3 dB to the antenna system in the ground sector (if the RF signal is split evenly). Since most terrestrial cells and sectors in urban areas are small and their base stations use low gain antennas, simply replacing this low gain antenna with a high gain antenna can easily compensate for this loss. In Fig. 4A, the antenna 1 and the antenna 10 function as a transmitting antenna and a receiving antenna, respectively. In this solution, the upper cell (or sector) also shares the control center with the network medium of the terrestrial cellular network. (Here, the divider / combiner divides the radio signal power from one direction in two or more directions in the transmission direction, and combines the radio signals from two or more directions in the reception direction in one direction. When the radio signal power is divided evenly from one direction to two, it is called a power divider, which is a passive element, where the signal information is not processed, the input radio signal and the output radio signal in the transmission direction and the reception direction are exactly the same. Contains information, but differs in signal strength due to the radio path in the divider / combiner or coupler, and there is only a slight time variation between the signals in the transmission direction, output in two or more directions divided from the same input signal The signal contains exactly the same information, but , The signal strength in each direction because the divider / combiner or the radio path in the coupler in each direction may differ slightly from one another may be different from each other and only have a second bit of the time variations between the signals.)

도 4A도 상부 셀(또는 상부 섹터)과 지상 셀(또는 지상 섹터) 간의 공유 기지국의 실시예를 나타낸다. 상부 셀(또는 상부 섹터)과 지상 셀(또는 지상 섹터)은 기지국의 공통 BTS를 공유한다. 이 기지국은 공유 기지국이다. 이것은 상부 셀(또는 상부 섹터)과 지상 셀(또는 지상 섹터) 간에 공유된 공유 기지국의 송신기 및 수신기의 일부 만이 되어도 된다. 공유 기지국의 이점은 자명하다. 이 이점은 커버리지 확장, 비용 절감, 주파수 자원 절감, 및 간섭에 대한 면역성 등이다.4A also illustrates an embodiment of a shared base station between an upper cell (or upper sector) and a ground cell (or ground sector). The upper cell (or upper sector) and the ground cell (or ground sector) share a common BTS of the base station. This base station is a shared base station. This may only be part of the transmitter and receiver of the shared base station shared between the upper cell (or upper sector) and the ground cell (or ground sector). The advantages of a shared base station are self-evident. These benefits include extended coverage, cost savings, frequency resource savings, and immunity to interference.

도 4B는 본 발명의 공유 기지국의 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 4A에서의 송신 및 수신 안테나로 사용된 안테나와 달리, 도 4B의 공유 기지국에서는 별도의 송신 및 수신 안테나가 사용된다. 상부 섹터(또는 상부 셀)의 업틸트 안테나(10t)와 지상 섹터(또는 지상 셀)의 다운틸트 안테나(1t)는 분할기/결합기(30)(또는 커플러)를 통해 서로 결합되어 RF 케이블(4)을 통해 BTS(5)의 공유 송신기에 연결되고, 상부 섹터(또는 상부 셀)의 업틸트 안테나(10r)와 지상 섹터(또는 지상 셀)의 다운틸트 안테나(1r)는 다른 분할기/결합기(30)(또는 커플러)를 통해 서로 결합되어 RF 케이블(4)을 통해 BTS(5)의 공유 수신기에 연결된다. 본 실시예에서, 안테나(10t, 1t)는 송신 안테나로 기능하고, 안테나(10r, 1r)는 수신 안테나로 기능한다. 안테나(10t, 1t)는 상부 섹터(또는 상부 셀) 내에서 대략 동일한 업틸트 각과 대략 동일한 커버리지 범위를 가지며, 안테나(10r, 1r)는 지상 섹터(또는 지상 셀) 내에서 대략 동일한 다운틸트 각과 대략 동일한 커버리지 범위를 가진다.4B illustrates another embodiment of a shared base station of the present invention. Unlike the antenna used as the transmit and receive antenna in FIG. 4A, separate transmit and receive antennas are used in the shared base station of FIG. 4B. The uptilt antenna 10t of the upper sector (or the upper cell) and the downtilt antenna 1t of the ground sector (or the ground cell) are coupled to each other via the splitter / combiner 30 (or coupler) so that the RF cable 4 Connected to the shared transmitter of the BTS 5 via the uptilt antenna 10r of the upper sector (or upper cell) and the downtilt antenna 1r of the ground sector (or ground cell) to the other splitter / combiner 30. It is coupled to each other via a (or coupler) and connected via RF cable 4 to the shared receiver of the BTS 5. In this embodiment, the antennas 10t and 1t function as transmit antennas, and the antennas 10r and 1r function as receive antennas. Antennas 10t, 1t have approximately the same uptilt angle and approximately the same coverage range within the upper sector (or upper cell), while antennas 10r, 1r have approximately the same downtilt angle within the ground sector (or ground cell). Have the same coverage range.

도 4A 및 4B에 나타난 상황에서, 업틸트 안테나가 커버하는 상부 섹터(또는 상부 셀)와 다운틸트 안테나가 커버하는 지상 섹터(또는 지상 셀)는 3D 공간 커버리지 범위를 갖는 하나의 섹터(또는 셀)로 간주될 수 있다. 상부 섹터(또는 상부 셀)은 지표면 위의 공간 내의 지상 섹터(또는 지상 셀)의 확장이다. 가입자국이 이들 섹터 간에 이동할 때에는 스위칭이 일어나지 않는다. 예컨대, 이동 전화로 통화하고 있는 어떤 사람이 도 4A에서 고층 빌딩(20) 중 한 빌딩의 1층에서 꼭대기 층으로 이동할 때에 그 사람의 이동 전화와 BTS(5) 간에는 전화 통화의 무선 통신 회선이 끊기지 않고 계속 유지된다.In the situation shown in Figures 4A and 4B, the upper sector (or upper cell) covered by the uptilt antenna and the ground sector (or ground cell) covered by the downtilt antenna are one sector (or cell) having a 3D spatial coverage range. Can be considered. The upper sector (or upper cell) is the expansion of the ground sector (or ground cell) in the space above the ground surface. No switching occurs when the subscriber station moves between these sectors. For example, when a person talking on a mobile phone moves from the first floor to the top floor of one of the skyscrapers 20 in FIG. 4A, the wireless communication line of the phone call is disconnected between that person's mobile phone and the BTS 5. Will remain.

상부 셀룰러망과 지상 셀룰러망 간의 간섭을 제거할 다른 해결책은 특정 지역 내의 상부 셀룰러망에서 전용의 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 사용하는 것이다. 예컨대, 기존의 이동 셀룰러 시스템에서는 사용되지 않았던 일부 예비 셀룰러 주파수 채널이 상부 셀룰러망에서 전용 셀룰러 주파수로 사용될 수 있다. 이 해결책에서는 상부 셀룰러망은 지상 셀룰러망과 무관할 수 있다. 상부 셀의 기지국은 그 특정 지역 내의 임의의 선호하는 장소에 위치할 수 있다. 이 기지국은 지상셀의 기지국과 나란히 배치될 필요는 없다. 상부 셀룰러망은 다른 셀룰러망 구조와 주파수 재사용 계획을 채택할 수 있다. 예컨대, 상부 셀룰러망은 4/12 주파수 재사용 계획을 채택하는 반면에, 지상 셀룰러망은 7/21 주파수 재사용 계획을 채택할 수 있다. 상부 셀룰러망은 지상 셀룰러망의 시스템 제어 센터를 공유하거나, 그 자신의 시스템 제어 센터를 가질 수 있다.Another solution to eliminate the interference between the upper cellular network and the terrestrial cellular network is to use a dedicated cellular frequency or frequency spectrum in the upper cellular network within a particular area. For example, some spare cellular frequency channels that were not used in existing mobile cellular systems may be used as dedicated cellular frequencies in the upper cellular network. In this solution, the upper cellular network may be independent of the terrestrial cellular network. The base station of the upper cell may be located at any preferred place within that particular area. This base station need not be arranged side by side with the base station of the ground cell. The upper cellular network may adopt different cellular network structures and frequency reuse schemes. For example, the upper cellular network may adopt the 4/12 frequency reuse plan, while the terrestrial cellular network may employ the 7/21 frequency reuse plan. The upper cellular network may share a system control center of the terrestrial cellular network or may have its own system control center.

전술한 두 가지 방법은 하나의 셀룰러에서 융통성있게 통합되어 비용 효율면과 커버리지 면에서 최대의 효율을 달성할 수 있다. 즉, 일부 상부 셀은 지상 셀과 기지국 및 시스템 제어 센터를 공유하고, 다른 일부 상부 셀은 자신의 기지국과 시스템 제어 센터를 가지거나 지상 셀과 시스템 제어 센터를 공유한다.The two methods described above can be flexibly integrated in one cellular to achieve maximum efficiency in terms of cost efficiency and coverage. That is, some upper cells share the base station and the system control center with the ground cell, and some other upper cells have their own base station and system control center or share the ground cell and system control center.

도 2A도 상부 섹터가 자신의 기지국에서 전용의 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 사용하는 것에 대한 실시예를 나타낸 것이다.2A also shows an embodiment for the upper sector to use a dedicated frequency or frequency spectrum at its base station.

도 2B도 상부 섹터가 자신의 기지국에서 전용의 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 사용하는 것에 대한 실시예를 나타낸 것이다.Figure 2B also shows an embodiment for the upper sector to use a dedicated frequency or frequency spectrum at its base station.

도 4C는 전용의 주파수 또는 주파수 스펙트럼이 상부 셀의 기지국에서 사용되는 것에 대한 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도 4C에서는 상부 섹터의 기지국과 지상 섹터의 기지국은 나란히 배치되어 있다. 상부 섹터의 BTS4(15)에는 전용의 주파수 또는 주파수 스펙트럼이 사용된다. 상부 섹터의 업틸트 섹터 안테나(10)는 RF 케이블(4)을 통해 BTS4(15)에 연결된다. 지상 섹터의 다운틸트 섹터 안테나(1)는 RF 케이블(4)을 통해 BTS1(5)에 연결된다. 이 안테나 모두는 기둥(3)에 설치된다. 화살표(51)는 빔(또는 주로브) 축을 나타낸다. 안테나(1)와 안테나(10)는 각각 송신 및 수신 안테나로서 기능한다. 도 4C에서는 상부 섹터의 BTS4(15)와 지상 섹터의 BTS1(5)은 서로 무관하다. 이들은 서로 다른 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼에서 동작한다.4C shows another embodiment where a dedicated frequency or frequency spectrum is used at the base station of the upper cell. In FIG. 4C, the base station of the upper sector and the base station of the ground sector are arranged side by side. A dedicated frequency or frequency spectrum is used for the BTS4 15 of the upper sector. The uptilt sector antenna 10 of the upper sector is connected to the BTS4 15 via an RF cable 4. The down tilt sector antenna 1 of the ground sector is connected to the BTS1 5 via an RF cable 4. All of these antennas are installed in the pillar 3. Arrow 51 represents the beam (or main) axis. Antenna 1 and antenna 10 function as transmit and receive antennas, respectively. In FIG. 4C, the BTS4 15 of the upper sector and the BTS1 5 of the ground sector are independent of each other. They operate at different cellular frequencies or frequency spectrums.

도 5A 내지 도 5D는 상부 셀룰러망의 시스템과 이 시스템의 지상 셀룰러망의 시스템과의 통합에 대한 실시예들을 나타낸 것이다.5A-5D illustrate embodiments of the integration of a system of an upper cellular network with a system of a terrestrial cellular network of this system.

본 발명의 상부 셀룰러망은 적어도 하나의 제어 센터(예컨대, 교환 센터)를 더 포함한다. 이것은 상부 셀룰러망의 통신과, 지상 셀룰러망과 공중 교환 전화망(PSTN) 등과 같은 다른 시스템과의 통신을 제어한다. 상부 셀룰러망과 지상 셀룰러망은 공통 제어 센터를 공유할 수 있다.The upper cellular network of the present invention further comprises at least one control center (eg, a switching center). It controls the communication of the upper cellular network and other systems such as terrestrial cellular networks and public switched telephone networks (PSTNs). The upper cellular and terrestrial cellular networks can share a common control center.

도 5A는 본 발명의 상부 이동 셀룰러망의 시스템의 실시예를 나타낸 것이다. 도 5A에서는 7개의 상부 셀(21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f 및 21g)이 하나의 상부 이동 셀룰러망을 구성한다. 상부 셀(21a)은 3개의 상부 섹터(22a1, 22a2, 및 22a3)로 분할되고, 상부 셀(21c)은 3개의 상부 섹터(22c1, 22c2, 및 22c3)로 분할된다. 상부 셀(21d)은 완전한 셀이 아니다. 이 셀은 단지 두 개의 상부 섹터(22d1, 22d3) 만을 포함한다. 상부 셀(21e)은 완전한 셀이 아니다. 이 셀은 단지 하나의 상부 섹터(22e1) 만을 포함한다. 상부 셀(21f)은 완전한 셀이 아니다. 이 셀은 단지 하나의 상부 섹터(22f1) 만을 포함한다. 상부 셀(21b, 21g)은 섹터로 분할되어 있지 않다. 이들 셀 각각은 하나의 업틸트 무지향성 안테나에 의해 커버될 수 있다. 상부 셀 각각은 대략 그 셀 중심에 BTS를 갖고 있다. 이들은 각각 BTS들(15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 및 15g)이다. 기지국 제어 센터(BSC1)(25a)는 매체(27)(케이블, 광섬유, 마이크로웨이브 무선, 등)를 통해 각자의 상부 셀(21a, 21e, 21f, 및 21g)의 BTS(15a, 15e, 15f, 및 15g)를 제어한다. BSC2(25b)는 매체(27)를 통해 각자의 상부 셀(21b, 21c 및 21d)의 BTS(15b, 15c 및 15d)를 제어한다. MSC(24)는 매체(26)(케이블, 광섬유, 마이크로웨이브 무선, 등)를 통해 BSC1(25a)과 BSC2(25b)를 제어한다. 이것은 또한 PSTN에도 연결된다. 상부 이동 셀룰러망의 구조와 동작은 기존의 지상 셀룰러 시스템과 유사하며, 다만, 그 지상 셀과 섹터가 상부 셀 및 섹터로 대체된다. 이 시스템의 동작 방법은 공지의 기술로서 본 발명의 범위에 속하지 않는다.5A illustrates an embodiment of a system of the upper mobile cellular network of the present invention. In FIG. 5A, seven upper cells 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, and 21g constitute one upper mobile cellular network. The upper cell 21a is divided into three upper sectors 22a1, 22a2, and 22a3, and the upper cell 21c is divided into three upper sectors 22c1, 22c2, and 22c3. The upper cell 21d is not a complete cell. This cell contains only two upper sectors 22d1, 22d3. The upper cell 21e is not a complete cell. This cell contains only one upper sector 22e1. The upper cell 21f is not a complete cell. This cell contains only one upper sector 22f1. The upper cells 21b and 21g are not divided into sectors. Each of these cells may be covered by one uptilt omnidirectional antenna. Each of the upper cells has a BTS at approximately the center of the cell. These are BTSs 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, and 15g, respectively. The base station control center (BSC1) 25a is connected to the BTSs 15a, 15e, 15f, of the respective upper cells 21a, 21e, 21f, and 21g via the medium 27 (cable, optical fiber, microwave radio, etc.). And 15g). The BSC2 25b controls the BTSs 15b, 15c, and 15d of the respective upper cells 21b, 21c, and 21d through the medium 27. MSC 24 controls BSC1 25a and BSC2 25b via medium 26 (cable, fiber, microwave radio, etc.). It is also connected to the PSTN. The structure and operation of the upper mobile cellular network is similar to the existing terrestrial cellular system, except that the above ground cells and sectors are replaced by upper cells and sectors. The method of operation of this system is well known and is not within the scope of the present invention.

도 5B는 상부 이동 셀룰러망과 지상 이동 셀룰러망의 통합에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 도 5B에 도시된 바와 같이, 점선과 원은 지상 이동 셀룰러망을 나타내고, 실선과 원은 상부 이동 셀룰러망을 나타낸다. 이들은 함께 통합되어 있다. 지상 이동 셀룰러망은 7개의 지상 셀(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f 및 11g)을 포함한다. 각 지상 셀은 대략 그 셀 중심에 BTS를 갖고 있다. 이들은 각각 BTS들(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 및 5g)이다. BSC1(25a)는 매체(27)를 통해 지상 셀(11a, 11e, 11f, 및 11g)을 제어한다. BSC2(25b)는 매체(27)를 통해 지상 셀(11b, 11c, 및 11d)을 제어한다. MSC(24)는 매체(26)를 통해 BSC1(25a)과 BSC2(25b)를 제어한다. 각 지상 셀은 3개의 지상 섹터로 분할된다. 예컨대, 지상 셀(11d)은 지상 섹터(12d1, 12d2, 12d3)로 분할된다. 상부 이동 셀룰러망은 5개의 상부 셀(21a, 21b, 21c, 21f, 21g)을 포함한다. 상부 셀(21a)은 3개의 상부 섹터(22a1, 22a2, 및 22a3)로 분할되고, 상부 셀(21b)은 3개의 상부 섹터(22b1, 22b2, 및 22b3)로 분할되고, 상부 셀(21g)은 3개의 상부 섹터(22g1, 22g2, 및 22g3)로 분할된다. 상부 셀(21c)은 완전한 셀이 아니다. 이 셀은 단지 두 개의 상부 섹터(22c1, 22c3) 만을 포함한다. 상부 셀(21f)도 완전한 셀이 아니다. 이 셀은 단지 하나의 상부 섹터(22f1) 만을 포함한다. 본 실시예에서는 각 상부 셀은 지상 셀과 공통의 BTS를 공유한다. 상부 셀(21a)은 지상 셀(11a)의 BTS(5a)를 공유하고, 상부 셀(21b)은 지상 셀(11b)의 BTS(5b)를 공유하고, 상부 셀(21c)은 지상 셀(11c)의 BTS(5c)를 공유하고, 상부 셀(21f)은 지상 셀(11f)의 BTS(5f)를 공유하고, 상부 셀(21g)은 지상 셀(11g)의 BTS(5g)를 공유한다. 따라서, 상부 이동 셀룰러망은 마찬가지로 지상 이동 셀룰러망의 BSC1(25a), BSC2(25b) 및 MSC(24)를 공유한다. 본 실시예는 업틸트 안테나가 지상 셀 및/또는 지상 섹터의 안테나와 함께 결합되어 (도 4A에 도시된) 이동 셀룰러 시스템에서 일부 지상 셀 및/또는 지상 섹터의 BTS를 공유하는 상황을 나타낸 것이다. 이것은 이동 셀룰러망의 커버리지를 고층 빌딩의 상층으로 확장하는데 있어 비용면에서 가장 효율적인 방법이다. 이 시스템의 동작 방법은 공지의 기술로서 본 발명의 범위에 속하지 않는다.5B illustrates an embodiment of the integration of an upper mobile cellular network with a terrestrial mobile cellular network. As shown in Figure 5B, the dashed lines and circles represent the ground mobile cellular network, and the solid lines and circles represent the upper mobile cellular network. These are integrated together. The terrestrial mobile cellular network includes seven terrestrial cells 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f and 11g. Each terrestrial cell has a BTS approximately in its center. These are BTSs 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, and 5g, respectively. BSC1 25a controls terrestrial cells 11a, 11e, 11f, and 11g via medium 27. BSC2 25b controls terrestrial cells 11b, 11c, and 11d via medium 27. MSC 24 controls BSC1 25a and BSC2 25b via medium 26. Each ground cell is divided into three ground sectors. For example, the ground cell 11d is divided into ground sectors 12d1, 12d2, and 12d3. The upper mobile cellular network comprises five upper cells 21a, 21b, 21c, 21f, 21g. The upper cell 21a is divided into three upper sectors 22a1, 22a2, and 22a3, the upper cell 21b is divided into three upper sectors 22b1, 22b2, and 22b3, and the upper cell 21g is It is divided into three upper sectors 22g1, 22g2, and 22g3. The upper cell 21c is not a complete cell. This cell contains only two upper sectors 22c1 and 22c3. The upper cell 21f is also not a complete cell. This cell contains only one upper sector 22f1. In this embodiment, each upper cell shares a common BTS with the ground cell. The upper cell 21a shares the BTS 5a of the ground cell 11a, the upper cell 21b shares the BTS 5b of the ground cell 11b, and the upper cell 21c is the ground cell 11c. ) Share the BTS 5c, the upper cell 21f shares the BTS 5f of the ground cell 11f, and the upper cell 21g shares the BTS 5g of the ground cell 11g. Thus, the upper mobile cellular network likewise shares the BSC1 25a, BSC2 25b and MSC 24 of the terrestrial mobile cellular network. This embodiment illustrates a situation where an uptilt antenna is coupled with an antenna of a terrestrial cell and / or terrestrial sector to share the BTS of some terrestrial cell and / or terrestrial sector in a mobile cellular system (shown in FIG. 4A). This is the most cost-effective way to extend the coverage of mobile cellular networks to the upper floors of skyscrapers. The method of operation of this system is well known and is not within the scope of the present invention.

도 5B도 상부 셀룰러망과 지상 셀룰러망 간의 간섭을 피하기 위한 공유 기지국과 그 방법에 대한 실시예를 나타낸 것이다.5B also illustrates an embodiment of a shared base station and method for avoiding interference between the upper cellular network and the terrestrial cellular network.

도 5C는 상부 이동 셀룰러 시스템과 지상 이동 셀룰러 시스템의 통합에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 도 5C에 도시된 바와 같이, 점선과 원은 지상 이동 셀룰러망을 나타내고, 실선과 원은 상부 이동 셀룰러망을 나타낸다. 이들은 함께 통합되어 있다. 지상 이동 셀룰러망은 7개의 지상 셀(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f 및 11g)을 포함한다. 각 지상 셀은 대략 그 셀 중심에 BTS를 갖고 있다. 이들은 각각 BTS들(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 및 5g)이다. BSC1(25a)는 매체를 통해 지상 셀(11a, 11e, 11f, 및 11g)을 제어한다. BSC2(25b)는 매체를 통해 지상 셀(11b, 11c, 및 11d)을 제어한다. MSC1(24a)는 매체를 통해 BSC1(25a)과 BSC2(25b)를 제어한다. 도 5B에서와는 달리, 도 5C에서는 상부 셀과 지상 셀 간에 BTS, BSC 및 MSC의 공유가 없다. 상부 이동 셀룰러망은 3개의 상부 셀(21a, 21b, 21c)을 포함한다. 상부 셀 각각은 대략 지상 셀의 경계 근처에 위치해 있다. 상부 셀(21a)은 완전한 셀이 아니다. 이 셀은 두 개의 상부 섹터(22a1, 22a3)를 포함한다. 상부 셀(21b)은 섹터가 없다. 이것은 업틸트 무지향성 안테나에 의해 커버될 수 있다. 상부 셀(21c)은 3개의 상부 섹터(22c1, 22c2, 및 22c3)로 분할된다. 상부 셀 각각은 방위 방향에 있어서) 대략 그 셀 중심에 BTS를 갖고 있다. 이들은 각각 BTS들(15a, 15b, 15c)이다. BSC3(25c)는 매체(27)를 통해 BTS들을 제어한다. 상부 이동 셀룰러망은 그 자신의 제어 센터 MSC2(24b)를 갖고 있다. 이것은 매체(26)를 통해 BSC3(25c)을 제어한다. MSC(24b)도 PSTN에 연결된다. 본 실시예에서는 상부 이동 셀룰러 시스템은 지상 이동 셀룰러 시스템과 무관하다.5C illustrates an embodiment of the integration of a top mobile cellular system with a land mobile cellular system. As shown in Figure 5C, the dashed lines and circles represent ground mobile cellular networks, and the solid lines and circles represent top mobile cellular networks. These are integrated together. The terrestrial mobile cellular network includes seven terrestrial cells 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f and 11g. Each terrestrial cell has a BTS approximately in its center. These are BTSs 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, and 5g, respectively. BSC1 25a controls terrestrial cells 11a, 11e, 11f, and 11g through the medium. BSC2 25b controls terrestrial cells 11b, 11c, and 11d through the medium. MSC1 24a controls BSC1 25a and BSC2 25b through the medium. Unlike in FIG. 5B, there is no sharing of BTS, BSC and MSC between the top cell and the ground cell in FIG. 5C. The upper mobile cellular network comprises three upper cells 21a, 21b, 21c. Each of the upper cells is located approximately near the boundary of the ground cell. The upper cell 21a is not a complete cell. This cell contains two upper sectors 22a1 and 22a3. The upper cell 21b is free of sectors. This may be covered by an uptilt omnidirectional antenna. The upper cell 21c is divided into three upper sectors 22c1, 22c2, and 22c3. Each of the upper cells has a BTS at its center approximately in the azimuth direction. These are the BTSs 15a, 15b and 15c, respectively. BSC3 25c controls the BTSs via medium 27. The upper mobile cellular network has its own control center MSC2 24b. This controls the BSC3 25c through the medium 26. The MSC 24b is also connected to the PSTN. In this embodiment, the upper mobile cellular system is independent of the ground mobile cellular system.

도 5C도 상부 셀룰러망에서 전용의 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 사용함으로써 상부 셀룰러망과 지상 셀룰러망 간의 간섭을 피하기 위한 방법에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 도 5C에서는 상부 셀(15a, 15b, 15c)에 전용 주파수를 사용하여 지상 셀룰러망과의 간섭을 피한다.FIG. 5C also shows an embodiment of a method for avoiding interference between an upper cellular network and a terrestrial cellular network by using a dedicated frequency or frequency spectrum in the upper cellular network. In FIG. 5C, dedicated frequencies are used for the upper cells 15a, 15b, 15c to avoid interference with terrestrial cellular networks.

도 5D는 상부 이동 셀룰러 시스템과 지상 이동 셀룰러 시스템의 더 복잡한 통합에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 이것은 도 5B와 도 5C에서의 통합 실시예들의 조합이다. 즉, 일부 상부 셀과 상부 섹터는 지상 셀, 지상 섹터 및 지상 셀룰러망의 BTS, BSC 및 MSC를 공유하고, 일부 상부 셀과 상부 섹터는 자신의 BTS, BSC, 및 MSC를 가진다. 도 5D에서는 상부 셀(21s)은 지상 셀(11b)의 BTS(5b)를 공유한다. 이것은 두 개의 상부 섹터(22s1, 22s3)를 포함한다. 상부 셀(21t)은 지상 셀(11c)의 BTS(5c)를 공유한다. 이것은 두 개의 상부 섹터(22t1, 22t3)를 포함한다. 상부 셀(21s, 21t)은 지상 이동 셀룰러망의 BSC2(25b) 및 MSC1(24a)를 공유한다. 반면에 상부 셀(21a, 21b, 21c) 각각은 지상 셀의 경계 근처에 자신의 BTS를 가진다. 이들은 각각 BTS들(15a, 15b, 15c)이다. 또한 이들은 자신의 BSC3(25c)와 MSC2(24b)를 가진다. 상부 셀(21a, 21b, 21c, 21s, 21t)은 상부 이동 셀룰러망을 구성한다. 본 실시예는 이동 셀룰러 시스템의 커버리지를 지표면 위의 공간으로 확장시키는데 있어 융통성을 발휘하고 비용면에서도 효율적이다.5D illustrates an embodiment for more complex integration of a top mobile cellular system with a land mobile cellular system. This is a combination of the integrated embodiments in FIGS. 5B and 5C. That is, some upper cells and upper sectors share BTSs, BSCs, and MSCs of ground cells, ground sectors, and terrestrial cellular networks, and some upper cells and upper sectors have their own BTSs, BSCs, and MSCs. In FIG. 5D, the upper cell 21s shares the BTS 5b of the ground cell 11b. This includes two upper sectors 22s1 and 22s3. The upper cell 21t shares the BTS 5c of the ground cell 11c. It comprises two upper sectors 22t1, 22t3. The upper cells 21s and 21t share the BSC2 25b and the MSC1 24a of the land mobile cellular network. On the other hand, each of the upper cells 21a, 21b, 21c has its own BTS near the boundary of the ground cell. These are the BTSs 15a, 15b and 15c, respectively. They also have their own BSC3 (25c) and MSC2 (24b). The upper cells 21a, 21b, 21c, 21s, 21t constitute the upper mobile cellular network. This embodiment is flexible and cost effective in extending the coverage of a mobile cellular system to space above the ground surface.

도 5D는 상부 셀과 지상 셀 간에 기지국을 공유함으로써 간섭을 피하는 방법과 상부 셀룰러망에서 전용의 주파수 또는 주파수 스펙트럼을 사용함으로써 간섭을 피하는 방법의 조합에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 도 5D에서는 상부 셀(21a, 21b, 21c)에서 전용 주파수를 사용하여 지상 셀과의 간섭을 피한다.5D illustrates an embodiment of a combination of a method of avoiding interference by sharing a base station between an upper cell and a terrestrial cell and a method of avoiding interference by using a dedicated frequency or frequency spectrum in the upper cellular network. In FIG. 5D, dedicated frequencies are used in the upper cells 21a, 21b, 21c to avoid interference with terrestrial cells.

CDMA 이동 셀룰러 시스템의 경우에 있어서는, 상부 셀과 지상 셀의 기지국이 나란히 배치되어 있지 않을 때에 상부 셀에 지상 셀의 확산 스펙트럼이 재사용될 수 있다. 이 겨우, 상부 셀은 공간적으로 지상 셀의 인접 셀로 기능한다. 예컨대, 도 5C에서 이동 셀룰러 시스템이 CDMA 시스템이라면 상부 셀(21a, 21b, 21c)은 지상 셀의 확산 스펙트럼을 재사용할 수 있다. 상부 셀(21b)은 상부 셀(21a, 21c)의 인접 셀로 기능하는 것 외에도 지표면 위의 공간에서 지상 셀(11a, 11b, 11g)의 인접 셀로서 기능한다. 3D 셀룰러망에서는 인접 셀들을 3D 시각으로 생각해야 한다.In the case of a CDMA mobile cellular system, the spread spectrum of the ground cell can be reused in the upper cell when base stations of the upper cell and the ground cell are not arranged side by side. In this case, the upper cell functions spatially as an adjacent cell of the ground cell. For example, in FIG. 5C, if the mobile cellular system is a CDMA system, the upper cells 21a, 21b, 21c may reuse the spread spectrum of the terrestrial cell. In addition to functioning as the adjacent cells of the upper cells 21a and 21c, the upper cell 21b functions as an adjacent cell of the ground cells 11a, 11b and 11g in the space on the ground surface. In a 3D cellular network, adjacent cells should be considered in 3D perspective.

통상의 기지국 섹터 안테나는 방위각은 넓고 고도는 작은 빔 패턴을 갖고 있는데, 이는 지상 섹터 커버리지에는 잘 맞다. 도 6A는 통상의 기지국 섹터 안테나, 그 빔 패턴, 및 커버리지를 나타낸 것이다. 섹터 안테나(31)는 수직 평면에서 정렬된 방사 소자(예컨대, 다이폴) 세트를 포함한다. 이것은 그 방위 빔폭(φ)(예컨대, 45°)이 고도 빔폭(θ)(예컨대, 10°)보다 훨씬 큰 빔(33)을 발생시킨다. 빔(33)은 안테나(33)가 비록 업틸트되어 있더라도 고층 빌딩(20)(예컨대, 500 미터)에 가까이 있을 때에는 그 고층 빌딩 전체를 커버할 수는 없다. 좌표(XYZ)는 기준으로서 나타낸 것이다(Y축은 고도 방향을 나타내고, X축과 Z축은 수평면에서의두 개의 수직 방향을 나타낸다.).A typical base station sector antenna has a wide azimuth and a small altitude beam pattern, which is well suited for terrestrial sector coverage. 6A shows a typical base station sector antenna, its beam pattern, and coverage. Sector antenna 31 comprises a set of radiating elements (eg, dipoles) aligned in a vertical plane. This produces a beam 33 whose azimuth beamwidth φ (eg 45 °) is much larger than the altitude beamwidth θ (eg 10 °). The beam 33 cannot cover the entire skyscraper when the antenna 33 is close to the skyscraper 20 (eg 500 meters), even if it is up tilted. The coordinate XYZ is shown as a reference (the Y axis represents the altitude direction, and the X axis and the Z axis represent two vertical directions in the horizontal plane).

고층 빌딩은 어디에서나 있는 것은 아니다. 이들은 도시의 작은 중심 상가 지역에 집중되어 있으며, 넓은 도시 지역에 산재해 있다. 아마도 특정 지역 내에서 커버될 고층 빌딩은 아주 적을 것이다. 도시의 이동 셀룰러 시스템에서는 셀 크기가 작으므로 많은 셀룰러 기지국에 고층 빌딩에 근접해 있다. 기지국 안테나는 상부 셀 전체를 커버하지 않고 그 커버리지를 각 고층 빌딩에 집중시킬 수 있다. 그렇게 하는 것은 안테나 방사를 셀 전체가 아니라 셀의 일부 공간에 집중시키기 때문에 고층 빌딩에서 셀룰러 신호 강도가 더 커지고 셀룰러망에 대한 간섭은 더 줄어들게 되어 시스템 성능에는 유리해 질 것이다.Skyscrapers are not everywhere. They are concentrated in the small central shopping districts of the city and are scattered in large urban areas. Perhaps there are very few skyscrapers to be covered within a certain area. In urban mobile cellular systems, the cell size is small and many cellular base stations are close to skyscrapers. The base station antenna can concentrate its coverage in each skyscraper without covering the entire upper cell. Doing so will concentrate antenna radiation in some cell space rather than the cell as a whole, resulting in greater cellular signal strength and less interference with cellular networks in high-rise buildings, which will benefit system performance.

본 발명은 이동 셀룰러 시스템에 있어서 고층 빌딩에서의 셀룰러 신호 커버리지를 위한 다른 방법을 제공한다. 이 방법은 빔이 방위 빔폭보다 고도 빔폭이 더 큰 좁은 빔 안테나를 이동 셀룰러 시스템의 기지국에 설치하는 것이다. 이 안테나는 기지국의 BTS에 연결된다. 이 안테나는 BTS에 의해 발생된 셀룰러 신호를 고도는 높으나 방위각은 좁은 빔 패턴으로 방사하고, 그 빔을 바로 가까이에 있는 고층 빌딩으로 향하게 한다. 간섭을 피하기 위하여, 빔은 상방을 향하도록 업틸트되거나, 기지국에서 전용의 셀룰러 주파수 또는 주파수 스펙트럼이 사용된다. 이 해결책은 하나의 고층 빌딩, 또는 짧은 거리 내에서 서로 인접해 잇는 고층 빌딩 그룹을 커버하는데 유용하다.The present invention provides another method for cellular signal coverage in tall buildings in a mobile cellular system. This method is to install a narrow beam antenna at the base station of the mobile cellular system where the beam has a higher altitude beamwidth than the azimuth beamwidth. This antenna is connected to the BTS of the base station. The antenna emits cellular signals generated by the BTS in a high altitude but narrow azimuth beam pattern and directs the beam to a nearby skyscraper. To avoid interference, the beam is tilted upwards, or a dedicated cellular frequency or frequency spectrum is used at the base station. This solution is useful to cover one skyscraper or a group of skyscrapers adjacent to each other within a short distance.

도 6B는 상기 안테나와 상기 방법에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 안테나(34)는 수평면에서 정렬되는 방사 소자(35)(예컨대, 다이폴) 세트를 포함한다. 이 안테나는 그 고도 빔폭(θ)(예컨대, 45°)이 그 방위 빔폭(φ)(예컨대, 10°)보다 훨씬 큰 빔(36)을 발생시킨다. 이것은 각도 α(예컨대, 30°)로 업틸트되어 고층 빌딩(20)을 커버한다. 좌표(XYZ)는 기준으로 나타낸 것이다. 안테나(34)는 쉽게 구현될 수 있다. 도 6A의 안테나(31)를 X축에 대해 90°만큼 회전시키면 도 6B의 안테나(34)가 된다. 안테나(34)는 짧은 거리 내에서 개별의 고층 빌딩 또는 소그룹의 고층 빌딩의 커버리지에 적합하다.6B shows an embodiment of the antenna and the method. Antenna 34 includes a set of radiating elements 35 (eg, dipoles) that are aligned in a horizontal plane. This antenna generates a beam 36 whose altitude beamwidth θ (eg 45 °) is much larger than its azimuth beamwidth φ (eg 10 °). It is tilted up at an angle α (eg 30 °) to cover the skyscraper 20. Coordinates XYZ are shown as a reference. Antenna 34 can be easily implemented. Rotating the antenna 31 of FIG. 6A by 90 ° about the X axis results in the antenna 34 of FIG. 6B. The antenna 34 is suitable for the coverage of individual skyscrapers or small groups of skyscrapers within a short distance.

도 7A 내지 7F는 안테나 하나를 가지고서 상부 셀(또는 상부 섹터)과 지상 셀(또는 지상 섹터)을 커버하는데 사용될 수 있는 새로운 형태의 다중빔 다중틸트 안테나를 도시한 것이다.7A-7F illustrate a new type of multibeam multitilt antenna that can be used to cover the top cell (or top sector) and the ground cell (or ground sector) with one antenna.

기지국에서 안테나 설치 공간은 한정되어 있고 안테나 지지 구조물에 설치될 안테나 수는 많기 때문에 안테나는 다중 기능을 가지는 것이 바람직하다. 다중 기능 안테나는 공간을 절감하는 것 이외에도 경제적이다. 이런 이유로 해서, 하나의 안테나로 지상 셀(또는 지상 섹터)과 상부 셀(또는 상부 섹터) 모두를 커버하는 새로운 형태의 다중빔 다중틸트가 창안되었다. 이 안테나는 적어도 두 세트의 방사 소자, 지지 장치, 및 빔 틸트 수단을 포함한다. 방사 소자 세트 각각은 적어도 두 개의 방사 소자를 포함한다. 각 세트의 방사 소자는 서로 이격되어 지지 장치에 설치된다. 이 안테나도 설치 구조물, 하우징, 및 신호 입출력 포트(들)를 포함한다. 방사 소자 세트, 지지 장치, 및 빔 틸트 수단은 하우징 내에 배치된다. 제1 세트의 방사 소자는 제1 빔을 제1 방향에서 발생시키고, 제2 세트의 방사 소자는 제2 빔을 제1 방향과는 다른 제2 방향에서 발생시킨다. 빔 틸트 수단은 소정의 방향에서 각 빔을 틸트시키기 위한 기계적 수단, 또는 전기적 수단, 또는 양 수단을 다 포함한다. 따라서 이 안테나는 두 가지 방향에서 무선 신호 커버리지를 제공한다. 각 빔은 무지향성 또는 지향성일 수 있다. 제1 세트 및 제2 세트의 방사 소자는 동일한 이동 셀룰러 주파수 대역, 또는 전체적으로 겹치지 않는 서로 다른 이동 셀룰러 주파수 대역에 작동할 수 있다. 제1 빔의 극성과 제2 빔의 극성은 서로 같거나 다를 수 있다. 두 개의 빔 간의 각도는 3°와 60°사이에 있다. 본 발명에서는 셀룰러 기지국에 이 안테나를 사용할 때에 제1 빔은 하방으로 향하고 제2 빔은 상방으로 향하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 이것은 하나의 안테나로 지상 셀(또는 지상 섹터)과 상부 셀(또는 상부 섹터) 모두를 커버한다.Since the antenna installation space is limited in the base station and the number of antennas to be installed in the antenna support structure is large, it is desirable that the antenna have multiple functions. Multi-function antennas are economical in addition to saving space. For this reason, a new type of multibeam multitilt has been devised that covers both the ground cell (or ground sector) and the upper cell (or upper sector) with one antenna. The antenna comprises at least two sets of radiating elements, support devices and beam tilt means. Each set of radiating elements comprises at least two radiating elements. Each set of radiating elements is installed in the support device spaced apart from each other. This antenna also includes an installation structure, a housing, and signal input / output port (s). The radiating element set, the support device and the beam tilting means are arranged in the housing. The first set of radiating elements generates a first beam in a first direction, and the second set of radiating elements generates a second beam in a second direction different from the first direction. The beam tilting means includes mechanical means, or electrical means, or both means for tilting each beam in a predetermined direction. This antenna therefore provides wireless signal coverage in two directions. Each beam may be omni or directional. The first and second sets of radiating elements may operate in the same mobile cellular frequency band, or in different mobile cellular frequency bands that do not overlap entirely. The polarity of the first beam and the polarity of the second beam may be the same or different from each other. The angle between the two beams is between 3 ° and 60 °. In the present invention, when the antenna is used for a cellular base station, the first beam is directed downward and the second beam is directed upward. Thus, this covers both the ground cell (or ground sector) and the upper cell (or upper sector) with one antenna.

도 7A는 단일 셀룰러 주파수 대역과 수직 극성을 갖는 본 발명의 다중빔 다중틸트에 대한 실시예를 도시한 것이다. 도 7B는 고도에서의 그 로브 패턴을 나타낸다. 이중빔 이중틸트 안테나(38)는 두 세트의 방사 소자(39(점선 위의 것), 40(점선 아래 것))를 포함한다. 이들 두 세트의 방사 소자는 수직 극성을 가지며 동일한 주파수 대역(예컨대, 800MHz 셀룰러 주파수 대역)에서 작동한다. 방사 소자 세트(39)는 서로 이격되어 지지 장치(예컨대, 접지판)에 설치된 4개의 방사 소자를 포함한다. 이것은 수평면 위로 각도 α(예컨대, 10°)로 업틸트되는 빔(37a)을 발생시킨다. 화살표(51a)는 빔(37a)의 축을 나타낸다. 화살표(51b)는 빔(37b)의 축을 나타낸다. 빔(37a, 37b)은 각각 송신 및 수신 방향에서 대략 동일한 특성을 갖는다. 포트(41)는 안테나의 RF 신호 입출력부이다. 각 빔의 틸트는 기계적 또는 전기적, 또는 이 두 가지 방식으로 구현될 수 있다.FIG. 7A illustrates an embodiment of the multibeam multitilt of the present invention having a single cellular frequency band and vertical polarity. 7B shows the grove pattern at altitude. The double beam double tilt antenna 38 includes two sets of radiating elements 39 (above the dotted lines) and 40 (under the dotted lines). These two sets of radiating elements have vertical polarity and operate in the same frequency band (eg 800 MHz cellular frequency band). The radiating element set 39 comprises four radiating elements spaced apart from each other and installed in a support device (eg, ground plane). This produces a beam 37a that is uptilted at an angle α (eg 10 °) above the horizontal plane. Arrow 51a represents the axis of the beam 37a. Arrow 51b represents the axis of the beam 37b. Beams 37a and 37b each have approximately the same characteristics in the transmit and receive directions. The port 41 is an RF signal input / output unit of the antenna. The tilt of each beam can be implemented mechanically or electrically, or in two ways.

도 7E는 소정의 방향에서 도 7A에서의 안테나(38)의 각 빔을 틸트시키는 전기적 수단에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 접지된 지지판(47)에는 세트(39)의 4개의 방사 소자(39a, 39b, 39c, 39d)가 대략 동일한 간격으로 설치된다. 세트(40)의 4개의 방사 소자(40a, 40b, 40c, 40d)도 지지판(47)에 대략 동일한 간격으로 설치된다. 지지판(47)은 대략 수직 방향을 갖는다. 도면 부호 50a는 세트(39)의 신호 급전 회로이다. 이것은 (신호를 균등하게 또는 불균등하게 분할하는) 분할기(49)를 통해 포트(41)에 연결된다. 방사 소자(39a, 39b, 39c, 39d)의 공급 회로는 그 길이가 단계적으로 증가한다. 따라서, 이들의 위상이 단계적으로 증가한다(예컨대, 소자(39a)에서 시작하여, 위상이 소자(39b)에서는 δ로 증가하고, 소자(39c)에서는 2δ로 증가하고, 소자(39d)에서는 3δ로 증가한다.). 따라서, 세트(39)에 의해서 발생된 빔은 다운틸트된다(다운틸트 각은 주파수와 위상 변이 단계 δ에 종속한다.). 도면 부호 50b는 세트(40)의 신호 급전 회로이다. 이것은 분할기(49)를 통해 포트(41)에 연결된다. 방사 소자(40a, 40b, 40c, 40d)의 공급 회로는 그 길이가 단계적으로 증가한다. 따라서, 이들의 위상이 단계적으로 증가한다(예컨대, 소자(40a)에서 시작하여, 위상이 소자(40b)에서는 γ로 증가하고, 소자(40c)에서는 2γ로 증가하고, 소자(40d)에서는 3γ로 증가한다.). 따라서, 세트(40)에 의해서 발생된 빔은 업틸트된다(업틸트 각은 주파수와 위상 변이 단계 γ에 종속한다.). 하우징(45)의 내부 후면에는 방사 신호를 다시 반사시키기 위한 반사판(46)이 설치된다. 방사 소자들, 지지판(47), 급전 회로(50a, 50b), 분할기(49) 및 반사판(46)은 하우징 내부(45)에 설치된다. 설치 구조물은 하우징(45)의 외부 후면(도면에는 미도시)에 부착된다. 따라서, 도 7E의 안테나는 업틸트 빔과 다운틸트 빔을 발생시킨다. 이것은 단일 대역 이중빔 이중틸트 기지국 섹터 안테나이다.FIG. 7E illustrates an embodiment of electrical means for tilting each beam of antenna 38 in FIG. 7A in a given direction. The four radiating elements 39a, 39b, 39c, 39d of the set 39 are provided in the grounded supporting plate 47 at approximately equal intervals. Four radiating elements 40a, 40b, 40c, 40d of the set 40 are also provided on the support plate 47 at approximately equal intervals. The support plate 47 has a substantially vertical direction. Reference numeral 50a denotes a signal feeding circuit of the set 39. It is connected to port 41 via divider 49 (which divides the signal evenly or unevenly). The supply circuits of the radiating elements 39a, 39b, 39c, 39d increase in length in stages. Thus, their phases increase in stages (e.g., starting at element 39a, the phase increases to δ in element 39b, to 2δ in element 39c, and to 3δ in element 39d). Increases). Thus, the beam generated by the set 39 is down tilted (down tilt angle depends on the frequency and phase shift step δ). Reference numeral 50b denotes a signal feeding circuit of the set 40. It is connected to port 41 via divider 49. The supply circuits of the radiating elements 40a, 40b, 40c, and 40d increase in length in stages. Thus, their phases increase in stages (e.g., starting at element 40a, the phase increases to γ in element 40b, increases to 2γ in element 40c, and 3γ in element 40d). Increases). Thus, the beam generated by the set 40 is uptilted (the uptilt angle depends on the frequency and phase shift stage γ). The inner back surface of the housing 45 is provided with a reflecting plate 46 for reflecting the radiation signal again. The radiating elements, the supporting plate 47, the power feeding circuits 50a and 50b, the divider 49 and the reflecting plate 46 are installed in the housing interior 45. The mounting structure is attached to the outer backside of the housing 45 (not shown in the figure). Thus, the antenna of FIG. 7E generates an uptilt beam and a downtilt beam. This is a single band double beam double tilt base station sector antenna.

도 7C는 이중 셀룰러 주파수 대역과 교차(cross) 극성을 갖는 본 발명의 다중빔 다중틸트에 대한 실시예를 도시한 것이다. 도 7D는 고도에서의 그 로브 패턴을 나타낸다. 이중빔 이중틸트 안테나(42)는 두 세트의 방사 소자(43(점선 위의 것), 44(점선 아래 것))를 포함한다. 이들 두 세트의 방사 소자는 교차 극성을 가진다. 세트(43)는 제1 주파수 대역(예컨대, 800MHz 셀룰러 주파수 대역)에서 작동하고, 세트(44)는 다른 주파수 대역(예컨대, 1900MHz 셀룰러 주파수 대역)에서 작동한다. 세트(43)는 서로 이격되어 지지 장치(예컨대, 접지판)에 설치된 4개의 방사 소자를 포함한다. 이것은 수평면 아래로 각도 β(예컨대, 8°)로 다운틸트되는 빔(37d)을 발생시킨다. 세트(44)는 서로 이격되어 지지 장치에 설치된 4개의 방사 소자를 포함한다. 이것은 수평면 위로 각도 α(예컨대, 10°)로 업틸트되는 빔(37c)을 발생시킨다. 화살표(51c)는 빔(37c)의 축을 나타낸다. 화살표(51d)는 빔(37d)의 축을 나타낸다. 빔(37c, 37d)은 각각 송신 및 수신 방향에서 대략 동일한 특성을 갖는다. 포트(41a)는 세트(43)의 RF 신호 입출력부이다. 포트(41b)는 세트(4)의 RF 신호 입출력부이다. 각 빔의 틸트는 기계적 또는 전기적, 또는 이 두 가지 방식으로 구현될 수 있다.FIG. 7C illustrates an embodiment of the multibeam multitilt of the present invention having a dual cellular frequency band and cross polarity. 7D shows the grove pattern at altitude. The double beam double tilt antenna 42 includes two sets of radiating elements 43 (above the dotted lines) and 44 (under the dotted lines). These two sets of radiating elements have cross polarity. Set 43 operates in a first frequency band (eg, 800 MHz cellular frequency band) and set 44 operates in another frequency band (eg, 1900 MHz cellular frequency band). The set 43 includes four radiating elements spaced apart from one another and installed in a support device (eg, ground plane). This generates a beam 37d down tilted at an angle β (eg 8 °) below the horizontal plane. The set 44 includes four radiating elements spaced from each other and installed in the support device. This generates a beam 37c which is up tilted at an angle α (eg 10 °) above the horizontal plane. Arrow 51c represents the axis of the beam 37c. Arrow 51d indicates the axis of the beam 37d. The beams 37c and 37d have approximately the same characteristics in the transmitting and receiving directions, respectively. The port 41a is an RF signal input / output unit of the set 43. The port 41b is an RF signal input / output unit of the set 4. The tilt of each beam can be implemented mechanically or electrically, or in two ways.

도 7F는 소정의 방향에서 도 7C에서의 안테나(42)의 각 빔을 틸트시키는 기계적 수단에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 세트(43)는 4개의 방사 소자(43a, 43b, 43c, 43d)를 포함한다. 이들은 접지된 지지판(47a)에 대략 동일한 간격으로 설치된다. 지지판(47a)은 수직 방향으로부터 각도 β로 다운틸트된다. 세트(44)는 4개의 방사 소자(44a, 44b, 44c, 44d)를 포함한다. 이들은 접지된 지지판(47b)에 대략 동일한 간격으로 설치된다. 지지판(47b)은 수직 방향으로부터 각도 α로 업틸트된다. 도면 부호 48a는 세트(43)의 신호 급전 회로이다. 이것은 포트(41a)에 연결된다. 각 방사 소자의 공급 회로는 그 길이와 위상이 대략 동일하다. 따라서, 세트(43)는 지지판(47a)을 관통하는 방향으로 빔을 발생시킨다. 도면 부호 48b는 세트(44)의 신호 급전 회로이다. 이것은 포트(41b)에 연결된다. 각 방사 소자의 공급 회로는 그 길이와 위상이 대략 동일하다. 따라서, 세트(44)는 지지판(47b)을 관통하는 방향으로 빔을 발생시킨다. 하우징(45)의 내부 후면에는 방사 신호를 다시 반사시키기 위한 반사판(46)이 설치된다. 설치 구조물은 하우징(45)의 외부 후면(도면에는 미도시)에 부착된다. 도면 부호 49는 급전 회로 내의 분할기를 나타낸다. 방사 소자들, 지지판(47a, 47b), 급전 회로(48a, 48b), 및 반사판(46)은 하우징 내부(45)에 설치된다. 따라서, 도 7F의 안테나는 빔다운 틸트 각 β와 빔업틸트 각 α를 발생시킨다. 이것은 이중 대역 이중빔 이중틸트 기지국 섹터 안테나이다. FIG. 7F illustrates an embodiment of the mechanical means for tilting each beam of antenna 42 in FIG. 7C in a given direction. Set 43 includes four radiating elements 43a, 43b, 43c, 43d. They are provided at approximately the same intervals on the grounded support plate 47a. The support plate 47a is down tilted at an angle β from the vertical direction. Set 44 includes four radiating elements 44a, 44b, 44c, 44d. They are provided at approximately the same intervals on the grounded support plate 47b. The support plate 47b is up tilted at an angle α from the vertical direction. Reference numeral 48a denotes a signal feeding circuit of the set 43. It is connected to port 41a. The supply circuit of each radiating element is approximately equal in length and phase. Thus, the set 43 generates a beam in the direction passing through the support plate 47a. Reference numeral 48b denotes a signal feeding circuit of the set 44. It is connected to port 41b. The supply circuit of each radiating element is approximately equal in length and phase. Thus, the set 44 generates a beam in a direction penetrating the support plate 47b. The inner back surface of the housing 45 is provided with a reflecting plate 46 for reflecting the radiation signal again. The mounting structure is attached to the outer backside of the housing 45 (not shown in the figure). Reference numeral 49 denotes a divider in the power supply circuit. The radiating elements, the support plates 47a and 47b, the power feeding circuits 48a and 48b, and the reflecting plate 46 are provided in the housing interior 45. Therefore, the antenna of FIG. 7F generates the beamdown tilt angle β and the beamup tilt angle α. This is a dual band double beam double tilt base station sector antenna.

본 발명의 다중빔 다중틸트 안테나는 이동 셀룰러 시스템의 기지국에 적용되어 3D 공간 커버리지를 제공할 수 있다. 이 적용에서, 다중빔 다중틸트 안테나는 기지국의 BTS에 연결된다. 한 빔은 하방으로 향해져 지상 셀(또는 지상 섹터)을 커버하고, 다른 한 빔은 상방으로 향해져 상부 셀(또는 상부 섹터)을 커버한다. 따라서, 이 기지국은 3D 공간 커버리지를 제공한다. 예컨대, 도 7A의 단일 대역 이중빔 이중틸트 안테나(38)는 도 4A에서의 안테나(1), 안테나(10) 및 분할기/결합기(또는 커플러)(30)를 대체하는데 사용될 수 있다. 포트(41)는 BTS(5)에 연결된다. 한 빔은 하방으로 향하고 다른 한 빔은 상방으로 향해져 지상 섹터와 상부 섹터 모두를 커버한다. 본 적용에서, 안테나(38)는 일체형의 업틸트 안테나(10) 및 다운틸트 안테나(1)로 기능한다. 다른 예로서, 도 7C의 이중대역 이중빔 이중틸트 안테나(42)는 도 4C의 안테나(1)와 안테나(10)를 대체하는데 사용될 수 있다. 포트(41a)는 지상 섹터의 BTS1(5)에 연결되고, 포트(41b)는 상부 섹터의 BTS4(15)에 연결된다. 안테나(42)는 BTS1(5)에 의해 발생된 빔을 하방으로 향하게 하여 지상 섹터를 커버한다. 안테나(42)는 BTS4(15)에 의해 발생된 빔을 상방으로 향하게 하여 상부 섹터를 커버한다. 따라서, 이 안테나는 지상 섹터와 상부 섹터 둘 다를 커버한다.The multibeam multitilt antenna of the present invention can be applied to a base station of a mobile cellular system to provide 3D spatial coverage. In this application, the multibeam multitilt antenna is connected to the BTS of the base station. One beam is directed downward to cover the ground cell (or ground sector) and the other beam is directed upward to cover the upper cell (or upper sector). Thus, this base station provides 3D spatial coverage. For example, the single band dual beam double tilt antenna 38 of FIG. 7A can be used to replace antenna 1, antenna 10 and divider / combiner (or coupler) 30 in FIG. 4A. The port 41 is connected to the BTS 5. One beam is directed downward and the other beam is directed upward to cover both the ground sector and the upper sector. In this application, the antenna 38 functions as an integrated uptilt antenna 10 and downtilt antenna 1. As another example, the dual band dual beam double tilt antenna 42 of FIG. 7C can be used to replace antenna 1 and antenna 10 of FIG. 4C. Port 41a is connected to BTS1 5 of the ground sector and port 41b is connected to BTS4 15 of the upper sector. Antenna 42 covers the ground sector with the beam generated by BTS1 5 pointing downward. Antenna 42 covers the upper sector with the beam generated by BTS4 15 facing upwards. Thus, this antenna covers both the ground sector and the upper sector.

본 발명에 의해 달성된 것은 이동 셀룰러 시스템에 있어서 고층 빌딩에 셀룰러 신호 커버리지를 제공하는데 있어 비용면에서 효율적인 해결책이다. 본 발명의 네트워크, 방법, 기지국 및 안테나는 다른 셀룰러 통신 시스템에도 사용되어 지표면과 지표면 위의 공간에 셀룰러 신호 커버리지를 제공할 수 있다.What has been achieved by the present invention is a cost-effective solution for providing cellular signal coverage in skyscrapers in mobile cellular systems. The networks, methods, base stations and antennas of the present invention may be used in other cellular communication systems to provide cellular signal coverage in the surface and in the space above the surface.

전술한 설명에서는, 공지의 균등물을 갖는 완전체에 대해 설명되었지만, 그와 같은 균등물은 마치 개별적으로 설명된 것처럼 여기에 포함된다.In the foregoing description, although completes with known equivalents are described, such equivalents are included herein as if individually described.

본 발명은 예시적으로 실시예들을 통해 설명되었지만, 본 발명의 범위와 본질에서 벗어남이 없이 여러가지로 개량 및 변경할 수 있음은 물론이다. 예컨대, 특히 업링크의 기지국에서의 안테나 공간 다이버시티는 다중경로 페이딩을 극복하고 이동 통신 시스템의 시스템 성능을 향상시키기 위해 지상 셀과 섹터에 사용되는 통상의 방법이다. 이것은 동일한 목적으로 상부 셀과 상부 섹터의 기지국에서 구현될 수 있다. 그것은 상부 셀(또는 상부 섹터)의 기지국에서 업틸트 안테나용의 업틸트 공간 다이버시티 안테나를 부가하는 것이다. 다른 예로서, 기지국에서 BTS를 공유하는 업틸트 안테나와 다운틸트 안테나는 도 7A의 안테나(38)와 같이 동일한 기능을 제공하는 하나의 일체형 안테나로 구성될 수 있다. Although the present invention has been described by way of example, various modifications and changes can be made without departing from the scope and spirit of the invention. For example, antenna spatial diversity, particularly at base stations in the uplink, is a common method used for terrestrial cells and sectors to overcome multipath fading and improve system performance of mobile communication systems. This may be implemented at the base station of the upper cell and the upper sector for the same purpose. It is to add an uptilt spatial diversity antenna for an uptilt antenna at the base station of the upper cell (or upper sector). As another example, the uptilt antenna and the downtilt antenna sharing the BTS at the base station may be configured as one integrated antenna providing the same function as the antenna 38 of FIG. 7A.

Claims (26)

복수의 셀로 분할된 특정 지역에 셀룰러 통신 서비스를 제공하기 위한 셀룰러 통신망에 있어서,In the cellular communication network for providing a cellular communication service in a specific area divided into a plurality of cells, 각각이 상기 셀들 중 어느 한 관련 셀 내의 가입자국에 무선 신호를 제공하는 복수의 기지국을 포함하되,A plurality of base stations, each providing a radio signal to a subscriber station in an associated cell of any of said cells, 상기 기지국들 중 적어도 하나의 제1 기지국은,At least one first base station of the base stations, 상기 제1 기지국과 관련된 상기 셀들 중 제1 셀 내에 제공될 제1 무선 신호를 상기 셀들 중 하나 이상의 셀에서 재사용할 수 있는 주파수 범위 내에서 발생시키는 송신기;A transmitter for generating a first radio signal to be provided in a first cell of the cells associated with the first base station within a frequency range that can be reused in one or more of the cells; 상기 송신기에 결합되어, 상기 제1 무선 신호를 주로브가 하방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사하기 위한 제1 안테나; 및A first antenna coupled to the transmitter for radiating the first wireless signal in a radiation characteristic pattern with a primary directed downward; And 상기 송신기에 결합되어, 상기 제1 무선 신호를 주로브가 상방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사하기 위한 제2 안테나를 포함하고,A second antenna coupled to the transmitter for radiating the first wireless signal in a radiation characteristic pattern with a primary directed upward; 상기 제1 무선 신호를 상기 제1 안테나 아래로 그리고 상기 제2 안테나 위로 상기 제1 셀 내로 방사하되, 상기 제1 무선 신호가 상기 기지국들 중 다른 기지국들로부터의 무선 신호들과 간섭을 일으킬 수 있는 상기 셀들 중 다른 셀들로는 방사되지 못하게 하는 셀룰러 통신망.Radiating the first radio signal under the first antenna and over the second antenna into the first cell, wherein the first radio signal may interfere with radio signals from other base stations of the base stations. A cellular network that prevents radiation to other cells of the cells. 제1항에 있어서, 상기 제1 기지국은 상기 제1 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신하기 위한 수신기를 더 포함하는 셀룰러 통신망.The cellular network of claim 1, wherein the first base station further comprises a receiver for receiving a radio signal generated by a subscriber station in the first cell. 제2항에 있어서, 상기 수신기는 상기 제1 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 상기 무선 신호를 상기 제1 및 제2 안테나 중 적어도 어느 한 안테나를 통해 수신하기 위하여 상기 제1 및 제2 안테나에 결합된 셀룰러 통신망.3. The receiver of claim 2, wherein the receiver is coupled to the first and second antennas for receiving the radio signal generated by a subscriber station in the first cell via at least one of the first and second antennas. Cellular network. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나는 실질적으로 나란히 배치된 셀룰러 통신망.The cellular communication network according to claim 1, wherein the first and second antennas are arranged substantially side by side. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안테나는 높이에 있어 상기 제2 안테나 위에 위치한 셀룰러 통신망.5. The cellular communication network as claimed in claim 1, wherein the first antenna is above the second antenna at a height. 6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 일체적으로 형성된 셀룰러 통신망.The cellular communication network according to any one of claims 1 to 5, wherein the first antenna and the second antenna are integrally formed. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기지국들 중 제2 기지국은,The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the second one of the base stations, 상기 제2 기지국과 관련된 상기 셀들 중 제2 셀 내에 제공될 제2 기지국 무선 신호를 상기 셀들 중 하나 이상의 셀에서 재사용할 수 있는 주파수 범위 내에서 발생시키는 제2 기지국 송신기; 및A second base station transmitter for generating a second base station radio signal to be provided in a second cell of the cells associated with the second base station within a frequency range that can be reused in one or more of the cells; And 상기 제2 기지국 송신기에 결합되어, 상기 제2 기지국 무선 신호를 주로브가 상방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사하기 위한 제2 기지국 안테나를 포함하여,A second base station antenna coupled to the second base station transmitter for radiating the second base station radio signal in a radiation characteristic pattern with a primary facing upwards; 상기 제2 기지국 무선 신호를 상기 제2 기지국 안테나 위로 상기 제2 셀 내로 방사하되, 상기 제2 기지국 무선 신호가 상기 기지국들 중 다른 기지국들로부터의 무선 신호들과 간섭을 일으킬 수 있는 상기 셀들 중 다른 셀들로는 방사되지 못하게 하는 셀룰러 통신망.Radiating said second base station radio signal over said second base station antenna into said second cell, wherein said second base station radio signal may interfere with radio signals from other base stations; Cellular network that prevents radiation to cells. 제7항에 있어서, 상기 제2 기지국은 상기 제2 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신하기 위한 수신기를 더 포함하는 셀룰러 통신망.8. The cellular network of claim 7, wherein the second base station further comprises a receiver for receiving a radio signal generated by a subscriber station in the second cell. 복수의 셀로 분할된 특정 지역에 셀룰러 통신 서비스를 제공하기 위한 방법에 있어서,A method for providing a cellular communication service in a specific area divided into a plurality of cells, the method comprising: 상기 셀들 중 어느 한 관련 셀 내의 가입자국에 각각 제공되며 상기 셀들 중 하나 이상의 셀에서 재사용할 수 있는 주파수 범위를 갖는 복수의 무선 신호를 발생시키는 단계; 및Generating a plurality of radio signals each having a frequency range provided to a subscriber station in any associated cell of said cells and reusable in at least one of said cells; And 상기 무선 신호 각각을 관련 셀에 제공하는 단계를 포함하되,Providing each of said wireless signals to an associated cell, 상기 무선 신호들 중 제1 무선 신호는,The first wireless signal of the wireless signals, 제1 안테나로부터 상기 제1 무선 신호를 주로브가 하방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사하고, 그리고Radiating the first wireless signal from a first antenna in a radiation characteristic pattern with a main facing downward; and 제2 안테나로부터 상기 제1 무선 신호를 주로브가 상방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사함으로써By radiating the first radio signal from the second antenna in a radiation characteristic pattern with the main facing upwards 상기 제1 무선 신호와 관련된 상기 셀들 중 제1 셀에 제공되고,Provided to a first cell of said cells associated with said first wireless signal, 상기 제1 무선 신호를 상기 제1 안테나 아래로 그리고 상기 제2 안테나 위로 상기 제1 셀 내로 방사하되, 상기 제1 무선 신호가 상기 복수의 무선 신호들 중 다른 무선 신호들과 간섭을 일으킬 수 있는 상기 셀들 중 다른 셀들로는 방사되지 못하게 하는 셀룰러 통신 서비스 제공 방법.Radiating the first radio signal under the first antenna and over the second antenna into the first cell, wherein the first radio signal may interfere with other radio signals of the plurality of radio signals; A method of providing a cellular communication service that prevents radiation to other cells. 제9항에 있어서, 가입자국으로부터의 적어도 하나의 무선 신호를 상기 제1 셀에서 수신하는 단계를 더 포함하는 셀룰러 통신 서비스 제공 방법.10. The method of claim 9, further comprising receiving at the first cell at least one radio signal from a subscriber station. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 무선 신호는 상기 제1 및 제2 안테나 중 적어도 어느 한 안테나를 통해 수신하는 셀룰러 통신 서비스 제공 방법.The method of claim 10, wherein the at least one radio signal is received through at least one of the first and second antennas. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안테나는 실질적으로 나란히 배치되는 셀룰러 통신 서비스 제공 방법.12. The method of any one of claims 9 to 11, wherein the first and second antennas are disposed substantially side by side. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안테나는 높이에 있어 상기 제2 안테나 위에 있는 셀룰러 통신 서비스 제공 방법.13. The method of any one of claims 9 to 12, wherein the first antenna is above the second antenna in height. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 일체적으로 형성되는 셀룰러 통신 서비스 제공 방법.The method of any one of claims 9 to 13, wherein the first antenna and the second antenna are integrally formed. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 신호들 중 제2 무선 신호는,The method according to any one of claims 9 to 14, wherein the second one of the wireless signals, 제2 셀 안테나로부터 상기 제2 무선 신호를 주로브가 상방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사함으로써By radiating the second radio signal from the second cell antenna in a radiation characteristic pattern with the primary facing upwards 상기 제2 무선 신호와 관련된 상기 셀들 중 제2 셀에 제공되고,Provided to a second one of said cells associated with said second wireless signal, 상기 제2 무선 신호를 상기 제2 셀 안테나 위로 상기 제2 셀 내로 방사하되, 상기 제2 무선 신호가 상기 복수의 무선 신호들 중 다른 무선 신호들과 간섭을 일으킬 수 있는 상기 셀들 중 다른 셀들로는 방사되지 못하게 하는 셀룰러 통신 서비스 제공 방법.Radiating the second radio signal onto the second cell antenna into the second cell, wherein the second radio signal radiates to other ones of the cells that may interfere with other radio signals of the plurality of radio signals. How to provide cellular communication services to prevent 복수의 셀로 분할된 특정 지역에 복수의 셀룰러 무선 신호를 제공하기 위한 셀룰러 통신망의 기지국에 있어서,A base station of a cellular communication network for providing a plurality of cellular radio signals to a specific area divided into a plurality of cells, 상기 셀들 중 제1 셀 내에 제공될 송신기 무선 신호를 발생시키되, 상기 셀들 중 하나 이상의 셀에서 재사용할 수 있는 주파수 범위 내에서 동작하는 송신기;A transmitter for generating a transmitter radio signal to be provided in a first cell of said cells, said transmitter operating within a frequency range reusable in one or more of said cells; 상기 송신기에 결합되어, 상기 송신기 무선 신호를 주로브가 하방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사하기 위한 제1 안테나; 및A first antenna coupled to the transmitter for radiating the transmitter radio signal in a radiation characteristic pattern with a primary facing downward; And 상기 송신기에 결합되어, 상기 송신기 무선 신호를 주로브가 상방으로 향해 있는 방사 특성 패턴으로 방사하기 위한 제2 안테나를 포함하고,A second antenna coupled to the transmitter for radiating the transmitter radio signal in a radiation characteristic pattern with a primary facing upwards; 상기 송신기 무선 신호를 상기 제1 안테나 아래로 그리고 상기 제2 안테나 위로 상기 제1 셀 내로 방사하되, 상기 송신기 무선 신호가 상기 복수의 무선 신호들 중 다른 무선 신호들과 간섭을 일으킬 수 있는 상기 셀들 중 다른 셀들로는 방사되지 못하게 하는 기지국.Radiating the transmitter radio signal below the first antenna and above the second antenna into the first cell, wherein the transmitter radio signal may interfere with other radio signals of the plurality of radio signals; A base station that prevents radiation to other cells. 제16항에 있어서, 상기 제1 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 무선 신호를 수신하기 위한 수신기를 더 포함하는 기지국.17. The base station of claim 16, further comprising a receiver for receiving a radio signal generated by a subscriber station in the first cell. 제16항에 있어서, 상기 수신기는 상기 제1 셀 내의 가입자국에 의해 발생된 상기 무선 신호를 상기 제1 및 제2 안테나 중 적어도 어느 한 안테나를 통해 수신하기 위하여 상기 제1 및 제2 안테나에 결합된 기지국.17. The apparatus of claim 16, wherein the receiver is coupled to the first and second antennas for receiving the wireless signal generated by a subscriber station in the first cell via at least one of the first and second antennas. Base station. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 일체적으로 형성된 셀룰러 통신망.19. The cellular communication network according to any one of claims 16 to 18, wherein the first antenna and the second antenna are integrally formed. 셀룰러 통신용 주파수 범위에서 동작하는 기지국 안테나에 있어서,A base station antenna operating in a frequency range for cellular communication, 서로 간에 공간적으로 이격된 적어도 두 개의 방사 소자를 포함하고, 제1 주파수 범위에서 동작가능하고, 제1 주로브가 제1 방향에 있는 방사 특성 패턴을 갖는 제1 세트의 방사 소자;A first set of radiating elements comprising at least two radiating elements spaced apart from each other, operable in a first frequency range, the first set of radiating elements having a radiation characteristic pattern in a first direction; 서로 간에 공간적으로 이격된 적어도 두 개의 방사 소자를 포함하고, 제2 주파수 범위에서 동작가능하고, 제2 주로브가 제2 방향에 있는 방사 특성 패턴을 갖는 제2 세트의 방사 소자; 및A second set of radiating elements comprising at least two radiating elements spaced apart from each other, operable in a second frequency range, the second set of radiating elements having a radiation characteristic pattern in a second direction; And 상기 제1 방향에서의 상기 제1 주로브와 상기 제2 방향에서의 상기 제2 주로브를 틸트시키기 위한 수단을 포함하되,Means for tilting the first main lobe in the first direction and the second main lobe in the second direction, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 간의 각도가 3°와 60° 사이이고,The angle between the first direction and the second direction is between 3 ° and 60 °, 상기 기지국 안테나는 두 개의 주로브가 두 개의 방향에 있는 방사 특성 패턴을 갖는 기지국 안테나.The base station antenna has a base station antenna having a radiation characteristic pattern in which two main waves are in two directions. 제20항에 있어서, 상기 제1 주파수 범위와 상기 제2 주파수 범위는 동일한 기지국 안테나.21. The base station antenna of claim 20 wherein the first frequency range and the second frequency range are the same. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 방사 소자는 동일한 무선국에 의해 구동될 수 있는 기지국 안테나.23. The base station antenna of claim 21, wherein the first and second sets of radiating elements can be driven by the same radio station. 제20항에 있어서, 상기 제1 주파수 범위와 상기 제2 주파수 범위는 완전히 중첩되는 것은 아닌 기지국 안테나.21. The base station antenna of claim 20, wherein the first frequency range and the second frequency range do not fully overlap. 제23항에 있어서, 상기 제1 세트의 방사 소자는 제1 무선국에 의해 독립적으로 구동될 수 있고, 상기 제2 세트의 방사 소자는 제2 무선국에 의해 독립적으로 구동될 수 있는 기지국 안테나.24. The base station antenna of claim 23, wherein the first set of radiating elements can be independently driven by a first radio station, and the second set of radiating elements can be independently driven by a second radio station. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기지국 안테나는 섹터 안테나인 기지국 안테나.The base station antenna as claimed in claim 20, wherein the base station antenna is a sector antenna. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기지국 안테나는 무지향성 안테나인 기지국 안테나.25. The base station antenna of any one of claims 20 to 24, wherein the base station antenna is an omnidirectional antenna.
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