(57)【要約】  無線基地局(20)は、アンテナ(22)と、第１のキャリア信号を受信するように構成された第１の電力増幅器(241)と、第２のキャリア信号を受信するように構成された第２の電力増幅器(242)と、結合器(30)とを有する。結合器(30)は、電力が不均衡となるように結合された信号をアンテナに供給するように構成される。電力が不均衡となるように結合された信号は、アンテナ(22)から送信される際に、第１のキャリア信号の第１の電力レベルと第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間に電力の不均衡を有する。
2010521870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局(20, 20B, 20(3A), 20(3B), 20(5))であって、
第１のキャリア信号を受信するように構成された第１の電力増幅器(241)と、
第２のキャリア信号を受信するように構成された第２の電力増幅器(241)と、
前記増幅された第１のキャリア信号を受信するための第１の端子と、前記増幅された第２のキャリア信号を受信するための第２の端子と、出力信号を提供するための第３の端子とを有する結合器(30, 30(2B), 30(3), 30(3B), 30(3C), 30(5))であって、前記増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と、前記増幅された第２のキャリア信号の第２の割合とを結合して前記出力信号を提供するように構成された結合器と、
前記出力信号を送信するように構成されたアンテナ(22)とを有し、
前記第１の割合が前記第２の割合よりも大きいことを特徴とする無線基地局。
【請求項２】
前記第１の割合が５０％を超え、前記第２の割合が５０％を下回ることを特徴とする請求項１記載の無線基地局。
【請求項３】
前記第１の割合と前記第２の割合との比が約２：１から約１０：１の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線基地局。
【請求項４】
前記第１の割合と前記第２の割合の合計が１であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項５】
前記出力信号のうち前記第１のキャリア信号に基づく部分が、前記無線基地局(20)から第１の距離に位置するユーザに到達するための第１の電力レベルを有し、前記出力信号のうち前記第２のキャリア信号に基づく部分が、前記無線基地局(20)から第２の距離に位置するユーザに到達するための第２の電力レベルを有し、前記第１の距離が前記第２の距離よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項６】
前記結合器(30, 30(2B), 30(3), 30(3B), 30(3C), 30(5))がカプラーを有し、
前記カプラーが、
第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部が前記第１の端子であるとともに前記第１の電力増幅器(241)の出力と接続される第１のカプラー素子(541)と、
第１の端部と第２の端部を有し、前記第１の端部が前記増幅された第２のキャリア信号を受信する第２のカプラー素子(542)と、
前記第１のカプラー素子(541)と前記第２のカプラー素子(542)の間に配置された結合媒体とを有し、
前記複数の第２の端部の一方が給電のために前記アンテナ(22, 22(5))に接続され、他方が前記アンテナ(22, 22(5))と接続されずに終端されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項７】
前記第２のカプラー素子(542)が前記第１のカプラー素子(541)とギャップ(G)によって離間されており、前記第１の割合および前記第２の割合が前記ギャップ(G)の大きさに関連することを特徴とする請求項６記載の無線基地局。
【請求項８】
前記結合媒体(60)の属性が、前記出力信号における前記第１の割合および前記第２の割合の差を与えるために選択されることを特徴とする請求項６または７記載の無線基地局。
【請求項９】
前記属性が、前記結合媒体(60)の誘電率を含むことを特徴とする請求項８記載の無線基地局。
【請求項１０】
前記属性が、前記結合媒体(60)の構成を含むことを特徴とする請求項８記載の無線基地局。
【請求項１１】
前記結合器(30(2B), 30(3B), 30(3C))が、前記増幅された第１のキャリア信号および前記増幅された第２のキャリア信号の可変な割合を結合するため、前記第１のキャリア信号および前記第２のキャリア信号の結合を調整可能に構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項１２】
前記増幅された第１のキャリア信号の前記第１の割合と前記増幅された第２のキャリア信号の前記第２の割合を調整する手段をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の無線基地局。
【請求項１３】
前記カプラーが、
第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部が前記第１の端子であるとともに前記第１の電力増幅器(241)の出力に接続される第１のカプラー素子(541)と、
第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部が前記増幅された第２のキャリア信号を受信するとともに前記第２の電力増幅器(242)の出力に接続される第２のカプラー素子(542)と、
前記第１のカプラー素子(541)と前記第２のカプラー素子(542)との間に配置される結合媒体とを有し、
前記複数の第２の端部の一方が給電のために前記アンテナ(22, 22(5))に接続され、他方が前記アンテナ(22, 22(5))に接続されずに終端されることを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の無線基地局。
【請求項１４】
前記第２のカプラー素子(542)が前記第１のカプラー素子(541)とギャップ(G)によって離間されており、前記ギャップ(G)は、前記第１の割合および前記第２の割合を調節するために調整可能であることを特徴とする請求項１３記載の無線基地局。
【請求項１５】
前記結合媒体(60)または前記結合媒体の属性が、前記第１の割合および前記第２の割合を調整するために変更可能であることを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の無線基地局。
【請求項１６】
前記結合器(30(5))が、前記出力信号の中に２つより多くのキャリア信号を合成するように構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の無線基地局。
【請求項１７】
無線基地局(20, 20B, 20(3A), 20(3B), 20(5))の動作方法であって、
第１のキャリア信号を増幅するステップと、
第２のキャリア信号を増幅するステップと、
前記増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と前記増幅された第２のキャリア信号の第２の割合とを結合して出力信号を提供するステップと、
前記出力信号をアンテナを介して送信するステップとを有し、
前記第１の割合が前記第２の割合よりも大きいことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記結合するステップが、前記増幅された第１のキャリア信号を第１のカプラー素子(541)の第１の端部で受信するステップと、前記増幅された第２のキャリア信号を前記第１のカプラー素子と離間して設けられた第２のカプラー素子(542)の第１の端部で受信するステップと、前記アンテナを介して送信するために前記第１のカプラー素子および前記第２のカプラー素子のいずれかの第２の端部において前記出力信号の前記結合された第１および第２の割合を提供するために、前記増幅された第１のキャリア信号の一部を前記第２のカプラー素子に結合するとともに、結合媒体(60)を介して、前記増幅された第２のキャリア信号の一部を前記ギャップ(G)を超えて前記第１のカプラー素子に結合するステップとを有することを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記出力信号において用いられるべき前記第１の割合および前記第２の割合の関係を選択するステップと、前記第１の割合および前記第２の割合を前記選択された関係にしたがって調整するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記調整するステップが、前記結合媒体(60')を交換するステップを有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記調整するステップが、前記結合媒体(60)の属性を変更するステップを有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記調整するステップが、前記第１のカプラー素子(541)と前記第２のカプラー素子(542)とを離間しているギャップ(G)の大きさを調整するステップを有することを特徴とする請求項１９ないし請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気通信技術に関し、特には無線端末とエアインタフェースを介して通信する基地局の構成及び動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なセルラ方式の無線システムにおいて、無線ユーザ端末ユニット(UE)は無線アクセスネットワーク(RAN)を介して１つ以上のコアネットワークと通信する。ユーザ端末ユニット(UE)は、携帯電話機（”セルラ”電話機）や移動体端末を備えるラップトップコンピュータのような移動機であってよく、従って、無線アクセスネットワークと音声及び／又はデータを通信する、例えばポータブル、ポケット、ハンドヘルド、コンピュータ内蔵型、又は車載型の移動体機器であってよい。あるいは、無線ユーザ端末ユニットは固定無線機器、例えば無線ローカルループ又はそれと同様のシステムの一部である固定セルラ機器／端末であってもよい。
【０００３】
無線アクセスネットワーク(RAN)は、複数のセル領域に分割されている地理的領域をカバーする。各セル領域は、基地局（”ノードＢ”と呼ばれることもある）によって受け持たれる。セルは、基地局サイトにおける無線基地局機器によって無線カバレージが提供される地理的領域である。各セルは固有のIDによって特定され、IDはセル内で同報される。基地局は自身の通信範囲内にあるユーザ端末ユニット(UE)、移動機、移動端末と、エアインタフェース（例えば無線周波数）を介して通信する。無線アクセスネットワークにおいて、一般にはいくつかの基地局が（例えば地上回線又はマイクロ波回線によって）無線ネットワークコントローラ(RNC)に接続される。基地局コントローラ(BSC)と呼ばれることもある無線ネットワークコントローラは、自身に接続されている複数の基地局の様々な働きを監督並びに調整する。無線ネットワークコントローラは通常、１つ以上のコアネットワークに接続されている。
【０００４】
一部の無線アクセスネットワーク構成においては、動作方法の異なる（例えば異なる電力レベルで動作させられている）複数の無線基地局が共通の地理的領域を受け持つことができる。例えば、第１の無線基地局（例えばマクロ無線基地局）は、かなり大きな地理的領域（”マクロ”セル）を受け持つために標準的な、あるいは高い送信電力を用いて動作することができる。そのような無線基地局は、セルの境界付近に地理的に設置されうるユーザであっても、自身のセルのユーザ（例えばユーザ端末ユニット(UE)）についてはサービスを提供しようと試みている。
【０００５】
通常、全てのユーザがセルの境界又は縁近くに位置するとは限らない。実際、マクロセルの地理的境界内に位置するユーザの一部は、実質的にマクロセルに含まれる、より小さな”マイクロ”セル又は”ピコ”セルによってサービスの提供を受けてもよい。より小さなセルは、より少ない送信電力を用いて動作する無線基地局によってサービスを提供することができる。このような、異なる電力を用いて動作する（例えばマクロセル及びマイクロセルを提供する）複数の無線基地局を用いるネットワーク設計配置は、しばしばアンダーレイ／オーバーレイセルと呼ばれる。
【０００６】
無線基地局を設計する際に最も重大な設計パラメータの１つは、その無線基地局の電力効率である。一例として、GSM (Global System for Mobile communications)として知られる電気通信システムに対し、電力増幅器のトランジスタ（従って電力増幅器自体）について良好とされる効率は約５０％であり、通常のシステムについてはむしろ４０％に近いであろう。にもかかわらず、無線基地局ノードの全体的な効率は通常１０％程度である。従って、無線基地局における効率損失の一部は電力増幅器に起因するものであろうが、他の、そしておそらくはより大きな効率損失は、フィルタ処理や結合処理といった他の機能によるものである。
【０００７】
結合は、２つのキャリア（例えば、変調された情報信号を搬送する２つの異なる周波数）が、２つの独立したアンテナではなく、１つの共用アンテナを用いることを容易にする処理である。結合されて共用アンテナから送信される２つのキャリアは、セルの同一セクタにサービスを提供することが多い。例えば、典型的なGSM無線基地局は、セルが、各々が４つのキャリアを用いる３つのセクタを有するように構成されうる。従って、結合により各アンテナから２つのキャリアを送信することが可能になり、基地局の１２のキャリアに対して１２のアンテナを用いる代わりに６つのアンテナを用いることが可能になる。
【０００８】
従前の無線基地局における電力効率の低さについてさらに説明する前に、電力に関するいくつかの測定単位について簡単に説明する。従前の命名法において、”dBm”は、測定された電力の、１ミリワット(mW)を基準とするデシベル(dB)単位の電力比の略称である。dBmは、短い形式で非常に大きな値と非常に小さな値の両方を表現することができるため、無線、マイクロ波及び光ファイバネットワークにおいて、絶対電力の便利な指標として用いられている。dBm（又はdBmW）及びdBWは、インピーダンスとは独立している。ゼロdBmは１ミリワットに等しい。3dBの増加は大まかに電力が２倍となることを表し、つまり3dBmは2mWとほぼ等しい。3dBの減少で電力は大凡半減し、-3dBmは約0.5ミリワットになる。式１を用いて、任意の電力Pをx dBmで表すことができる。あるいは、逆方向については、式２を用いる。
式１： x = 10 log 10(P/P1mw)
式２：P = (P1mx) 10 (x/10)
【０００９】
典型的かつ代表的な従前の無線基地局１２０における電力不足の例を図１に示す。図１に示す、無線基地局１２０の部分は、ハイブリッド結合器１３０に給電する電力増幅器１２４1及び１２４2を備えている。ハイブリッド結合器１３０の出力はデュプレックスフィルタ１３２に与えられ、デュプレックスフィルタ１３２はアンテナ１２２に給電する。電力増幅器１２４1及び１２４2によって駆動されるキャリアはいずれも46 dBm（40 Wパワー）でハイブリッド結合器１３０に与えられる。ハイブリッド結合器１３０による個々のキャリアの電力損失は3.5 dBである。ハイブリッド結合器において、第１の増幅キャリア信号の第１割合が第２の増幅キャリア信号の第２割合と結合され、結合信号となる。この既知のハイブリッドにおいて、第１及び第２割合は等しく、従って２つのキャリア信号は等しく損失を被る。ハイブリッド結合器１３０から出て行く結合信号は、デュプレックスフィルタ１３２において1.5 dBの損失を被る。その結果、アンテナ１２２は、いずれも41 dBmの２つのキャリア信号を有し、総アンテナ出力電力は25 Wである。電力増幅器１２４1及び１２４2に与えられた200ワットのうち、175ワットの熱が回路、例えば負荷１５６、電力増幅器１２４1及び１２４2、及びデュプレックスフィルタ１３２を通じて放出される。
【００１０】
上述の例からわかるように、低い電力効率は無線基地局についての消費電力の問題だけでなく、熱放散の問題も引き起こす。基地局において６つものアンテナが動作しうるので、図１の構成及び熱は６倍されることになり、熱放散は特に重要である。所望の送信出力電力20 ワットを生成するために最大能力で動作している基地局は約2 kWの熱を生成しうる。
【００１１】
基地局の動作的なインテグリティを確実にするため、効率の悪さによる大量の熱損失を何とかするか無くす必要がある。そのような大量の熱副産物を処理又は片付ける方法には、かなり大きな放熱フィンと高性能かつうるさいファンが含まれる。屋外の無線基地局に対する他の冷却対策は、熱交換器及び／又は（例えばコンプレッサーを用いる）複合空調システムを含んでもよい。これら冷却メカニズム及び対策は無線基地局の構成並びに動作コストを大幅に上昇させ、無線基地局の電力消費並びに、無線基地局の大きさ及び重量をなおさら増加させる。これらの結果は、環境にも無線基地局のオペレータに対するコストにも好ましくない。
【００１２】
従って、電力利用及び／又は無線基地局の出力を管理するための装置、システム、方法並びに技術の少なくとも１つが必要であり、それが本発明の目的である。
【発明の概要】
【００１３】
無線基地局は、アンテナと、第１のキャリア信号を受信するように構成された第１の電力増幅器と、第２のキャリア信号を受信するように構成された第２の電力増幅器と、結合器とを有する。結合器は増幅された第１のキャリア信号を受信するための第１の端子と、増幅された第２のキャリア信号を受信するための第２の端子と、出力信号を提供するための第３の端子とを有する。結合器はさらに、前記アンテナから送信するための前記出力信号を提供するため、前記増幅された第１のキャリア信号の第１の割合を前記増幅された第２のキャリア信号の第２の割合とを結合するように構成される。本発明によれば、前記第１の割合は前記第２の割合より大きい。
【００１４】
例示的な実施形態において、前記結合器はカプラーである。前記カプラーは第１のカプラー素子と第２のカプラー素子とを有する。前記第１のカプラー素子は第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部は前記第１の電力増幅器の出力に接続される前記第１の端子である。前記第２のカプラ素子は第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部は前記増幅された第２のキャリア信号を受信する。前記複数の第２の端部の一方は給電のために前記アンテナに接続され、他方の前記第２の端部は終端される（例えば、前記アンテナには接続されずに終端される）。
【００１５】
結合媒体は、第１のカプラー素子及び第２のカプラー素子の間に適切に配置、設置、又は供給される。前記結合媒体の１つ以上の属性は、前記出力信号における前記第１及び第２の割合に差を与えるために選択することができる。前記出力信号における前記第１及び第２の割合に差を与えるために選択することができる前記結合媒体の１つ以上の属性は、例えば結合媒体の特性、組成又は構成（例えば形状や大きさ）であってよい。例示的な実施形態において、前記カプラー素子は図らずしも例えば空気のような流体である。他の例示的な実施形態において、前記結合媒体は、所望の電力不整合を実現するために選択された１つ以上の属性を有する流体、固体又は半固体である。
【００１６】
前記第２のカプラー素子は、前記第１のカプラー素子とギャップによって空間的に分離されている。一部の例示的な実施形態において、前記第１及び第２の割合の差は、前記ギャップの大きさと関連する。換言すれば、前記増幅された第１のキャリア信号の割合と前記増幅された第２のキャリア信号の割合の相互関係が、前記ギャップの大きさに関連する（例えば、前記結合媒体の構造の一例）。典型的には、前記第１及び第２の割合の比が約２：１から約１０：１の範囲にある。別の例示的な実施形態において、前記結合信号における前記第１及び第２の割合の差は前記結合媒体の他の属性の１つ以上（例えば、特性、組成又は構造）に関連する。
【００１７】
一部の例示的な実施形態において、前記結合器は、前記第１のキャリア信号の前記第１の割合が前記第２のキャリア信号の前記第２の割合に関して調整されている選択出力信号を適用するため、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号の結合を調整可能に構成される。非限定的な第１の例として、第２のカプラー素子を第１のカプラー素子から分離するギャップの大きさは、割合を調整するために調整可能である。多くの構造的な配置や手法を用いてギャップの調整を容易にすることが可能である。他の例示的な実施形態において、前記結合媒体は前記割合を調整するために変更可能である。このように、前記割合は可変である。前記結合媒体の可変性は、前記結合媒体の交換又は前記結合媒体の属性（特性、組成又は構造の１つ以上）の変更／調整のいずれかを通じて達成できる。
【００１８】
無線基地局の実装例においては、マクロセルおよびマイクロセルを設けるのと同様に、前記出力信号のうち前記第１のキャリア信号から発生する部分は前記無線基地局から第１の距離に位置するユーザに到達するための第１の電力レベルを有し、前記出力信号のうち前記第２のキャリア信号から発生する部分は前記無線基地局から第２の距離に位置するユーザに到達するための第２の電力レベルを有する（前記第１の距離は前記第２の距離よりも大きい）。
【００１９】
本発明に係る技術の他の見地によれば、無線基地局の動作方法は、第１のキャリア信号を増幅するステップと、第２のキャリア信号を増幅するステップと、前記増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と前記増幅された第２のキャリア信号の第２の割合とを結合して出力信号を提供するステップと、前記出力信号をアンテナを介して送信するステップとを有する。ここで、前記第１の割合は前記第２の割合より大きい。
【００２０】
例示的なモードにおいて、結合ステップは、前記増幅された第１のキャリア信号を第１のカプラー素子の第１の端部で受信するステップと、前記増幅された第２のキャリア信号を前記第１のカプラー素子と空間的に離れた位置関係で設けられた第２のカプラー素子の第１の端部で受信するステップと、アンテナを介して送信するために、前記第１又は前記第２のカプラー素子の第２の端部において、前記出力信号の前記結合された第１および第２の割合を与えるため、前記増幅された第１のキャリア信号の一部を前記第２のカプラー素子に接続するとともに、前記増幅された第２のキャリア信号の一部を結合媒体を介してギャップを越えて前記第１のカプラー素子に接続するステップとを有する。
【００２１】
あるモードはさらに、前記出力信号において用いられる前記第１および前記第２の割合の間の関係を選択するステップと、前記選択された関係に従って前記第１および前記第２の割合を調整するステップとを有する。
【００２２】
前記関係の選択は、前記第１のカプラー素子を前記第２のカプラー素子から分離するギャップの大きさを、電力が不均衡な結合信号における割合間の所望の差に調整することを通じてなすことができる。換言すれば、前記モードは、前記２つの割合の間の所望の関係に関係するギャップ値を有するギャップにより前記第２のカプラー素子を前記第１のカプラー素子から空間的に離間するステップを有する。通常、前記モードは、前記第１の割合と前記第２の割合との比を、約２：１から約１０：１の範囲で調整するステップを含む。
【００２３】
前記関係の選択は、前記結合媒体の属性を変更するか、前記結合媒体を交換することによってなすことができる。前記割合間の前記所望の関係を与えるために選択、調整又は交換される、前記結合媒体の１つ以上の属性は、例えば前記結合媒体の特性、組成又は構造（例えば形状又は大きさ）であってよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従前の無線基地局の一部を示す模式的な図である。
【図２Ａ】結合器を用いるように構成された無線基地局の例示的な実施形態の一部を示す模式的な図である。
【図２Ｂ】図２Ａの無線基地局の実施形態の変形例を示す模式的な図である。
【図３Ａ】結合器を用いるように構成された無線基地局の別の例示的な実施形態の一部を示す模式的な図である。
【図３Ｂ】図３Ａの無線基地局の実施形態の変形例を示す模式的な図である。
【図３Ｃ】図３Ａの無線基地局の実施形態の別の変形例を示す模式的な図である。
【図４Ａ】、
【図４Ｂ】結合器の例示的な実施形態とともに好適に用いられる電力不均衡選択機構の非限定的かつ例示的な実施形態の異なる位置を示す側面図である。
【図５】複数のキャリア信号を取り扱う結合器を有する無線基地局の例示的な実施形態の一部を示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の上述した目的、特徴および長所、および他の目的、特徴および長所は、添付図面に図示されるような好ましい実施形態のより具体的な以下の説明から明らかになるであろう。添付図面において、参照文字は、複数の図面を通じて同一部分を参照している。図面は、必ずしも縮尺されておらず、本発明の原理を説明するにあたって強調が加えられている。
【００２６】
以下の説明においては、限定ではなく説明を目的として、本発明の完全な理解を提供するために特定のアーキテクチャ、インタフェース、技術といった具体的な細部が説明される。しかし、本技術分野に属する当業者には、本発明がそれら具体的な細部から離れた他の態様においても実施可能であることが明らかであろう。すなわち、本技術分野に属する当業者は、本明細書に明示的に説明又は示されていなくても、本発明の原理を具現化する様々な構成を考案することが可能であり、そのような構成は本発明の精神および範囲に含まれる。なお、本発明の説明を不必要な詳細によって妨げないように、周知なデバイス、回路および方法の詳細な説明を省略する場合がある。本明細書において、本発明の原理、見地、および実施形態、並びにその具体例を説明する全ての記述は、構造的等価物および機能的等価物の両方を包含することが意図されている。加えて、そのような等価物は現在知られている等価物のみならず、将来開発される等価物、すなわち、構成にかかわらず、同一機能を実行する今後開発される任意の要素をも含むことが意図されている。従って、例えば、本技術分野に属する当業者には、本明細書におけるブロック図が、技術の原理を具現化する具体的な回路の概念的な表現を表しうることが明らかであろう。
【００２７】
図２Ａは、無線基地局２０の例示的で非限定的な実施形態の一部を示す。無線基地局２０は、共用アンテナ２２と、配線２６1上で第１のキャリア信号入力を受信するように構成された第１の電力増幅器２４1と、配線２６2上で第２のキャリア信号入力を受信するように構成された第２の電力増幅器２４2と、結合器３０とを有する。結合器３０は、増幅された第１のキャリア信号を第１の端子で、増幅された第２のキャリア信号を第２の端子で、それぞれ受信する。結合器３０は、増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と、増幅された第２のキャリア信号の第２の割合とを結合し、電力不均衡結合信号を第３の端子に、アンテナ２２への出力信号として適用する。具体的には、結合器３０は電力不均衡結合信号を中間デュプレックスフィルタ３２に適用し、デュプレックスフィルタ３２から（フィルタ処理されていない）電力不均衡結合信号がアンテナ２２に適用される。図２Ａに示すデュプレックスフィルタ３２は、ケーブルなどのような他の不可逆(lossy)素子をも表している。
【００２８】
一例として、第１の電力増幅器２４1は、DC電源３４1からの電力を受信することにより、５０Ｗで動作することができる。また、第２の電力増幅器２４2は、DC電源３４2からの電力を受信することにより、５６Ｗで動作することができる。説明の便宜上、第１の電力増幅器２４1および第２の電力増幅器２４2はいずれも約４０％の効率を有していてよい。従って、結合器３０に供給される際、配線４４1上の第１のキャリア信号は４３dbm（２０W）の電力を、配線４４2上の第２のキャリア信号は４３．５dbm（２２W）の電力を有するであろう。
【００２９】
（例えば、アンテナから送信される際に）アンテナにおいて、出力信号は、第１のキャリア信号の第１の電力レベルと、第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間で大きな電力不均衡を有する。ここで、大きな電力不均衡とは、結合後、第１のキャリアの電力レベルが第２のキャリアの電力レベルを１０％以上、典型的には５０％以上超過することを意味する。これは、第１のキャリア信号の第１の割合を第２のキャリア信号の第２の割合と結合する際、第１の割合が第２の割合を１０％以上、典型的には５０％以上超過することを意味する。図２Ａは、結合器３０を、二点鎖線で囲んで示している。結合器３０は、結合信号が結合器３０から取り出される際、第１のキャリア信号（第１の電力増幅器２４1から得られるキャリア信号）の第１の電力レベルと第２のキャリア信号（第２の電力増幅器２４2から得られるキャリア信号）の第２の電力レベルと間に、それら２つのキャリア信号がアンテナ２２から送信されるための電力不均衡を与え、又は保証するように機能する、又は構成される。
【００３０】
非限定的かつ例示的な実施形態において、結合器３０はカプラーを有する。カプラーは第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2とを有する。第１のカプラー素子５４1は、第１の電力増幅器２４1に接続される第１の端子を形成する第１の端部と、アンテナ２２に接続される第３の端子を形成する第２の端部とを有する。第２のカプラー素子５４2は、第１のカプラー素子５４1と空間的に離間した関係を持って配置され、第２の電力増幅器２４2に接続される第２の端子を形成する第１の端部と、終端された第２の端部（例えばアンテナ２２に接続されずに終端される）とを有する。正しくは、第２のカプラー素子５４2の第２の端部は、負荷５６に接続される。負荷５６は抵抗、抵抗網、又は他の任意の放熱素子、例えば無線周波数電力を吸収し、吸収した電力を熱として放射するデバイス、を含むことができる。この構成において、第１のカプラー素子５４1における電界および磁界は、第２のカプラー素子５４2における電界および磁界とは異なる方向に移動する。増幅された第１のキャリア信号の第１の割合は、第１のカプラー素子内で保持され、第３の端子へ転送される。一方、増幅された第１のキャリア信号の残りは、第２のカプラ素子に接続される。増幅されたキャリア信号の第２の割合は、ここでは増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と結合されるように第２のカプラー素子から第１のカプラー素子へ接続され、増幅された第２のキャリア信号の残りは（増幅された第１のキャリア信号の残りとともに）負荷に与えられる。なお、第２のカプラー素子の第２の端部が第３の端子として提供されてもよいことを理解すべきである。
【００３１】
第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2はそれぞれ金属ストリップであり、従って結合器３０は２つの、２つの平行した、空間を隔てた金属ストリップを有する。第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2を構成する金属ストリップは、高純度で低損失の金属であることが好ましい。第２のカプラー素子５４2は、第１のカプラー素子５４1とギャップＧだけ離間されている。
【００３２】
結合媒体は、好ましくは第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2との間に配置され、設置され、あるいは提供される。結合器３０の電力不均衡、例えば第１のキャリア信号の第１の電力レベルと第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間の電力不均衡を与えるために、結合素子の１つ以上の属性を選択することができる。電力不均衡を与えるために選択される、結合媒体の１つ以上の属性には、例えば、結合媒体の特性、組成および構造（例えば形状又は大きさ）を含むことができる。図２Ａの例示的な実施形態において、前記カプラー素子は図らずしも例えば空気のような流体であってよい。図３Ａに示す、結合器３０（３）の別の例示的な実施形態では、第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2の間に配置された流体、固体、又は半固体の結合物質６０を有する。結合物質６０の特性（例えば誘電率又は他の特性）、組成、および／又は構造（例えば、幅等の大きさ）は、所望の電力不均衡を実現するために選択又は変更（例えば交換又は修正）することができる。不均衡な結合が提供される方法以外、図３Ａに示す結合器３０（３）の構成および動作は、図２Ａに示す結合器３０と同様である。
【００３３】
図２Ａの例示的な実施形態において、結合器３０から出力される電力不均衡結合信号の電力不均衡はギャップＧの大きさと関係がある。換言すれば、電力不均衡結合信号に含まれる第１のキャリアの第１の電力レベルの、電力不均衡結合信号に含まれる第２のキャリアの第２の電力レベルに対する比が、ギャップＧの大きさと関係する。さらに、ギャップＧの大きさと同様、第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2を構成する金属ストリップの長さは、所望の結合に依存することが多い。典型的には、電力比は約２：１から約１０：１の範囲である。図３Ａに示したような他の例示的な実施形態において、電力不均衡結合信号における電力不均衡は、結合媒体６０の１つ以上の属性（例えば特性、組成又は構造）と関連する。
【００３４】
いくつかの例示的な実施形態において、第１のキャリア信号の第１の電力レベルと第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間に選択された電力不均衡を与えるため、結合器は第１のキャリア信号と第２のキャリア信号との結合を調整できるように構成される。第１の非限定的な例として、図２Ｂは、図２Ａの無線基地局２０の実施形態の変形例を示す。図２Ｂの無線基地局２０Ｂは、図２Ａの無線基地局２０と同様、第２のカプラー素子５４2が第１のカプラー素子５４1とギャップＧだけ離間されている。しかし、図２Ｂの結合器３０（２Ｂ）は、第１のキャリア信号の第１の電力レベルと第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間に選択された電力不均衡を与えるため、ギャップＧの大きさを調整可能なように構成されている。図２Ｂにおいて、ギャップＧの大きさの調整可能範囲を矢印７０で示す。矢印７０は、第２のカプラー素子５４2の、離間された第１のカプラー素子５４1との空間的な関係の調整可能範囲、つまりはギャップＧの調整可能範囲を示している。
【００３５】
ギャップＧの調整を容易にするための、従って第１のキャリア信号の第１の電力レベルと第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間に所望の電力不均衡を選択するための構成や方法は様々なものが可能である。図４Ａおよび図４Ｂは、そのような調整可能性を提供するための電力不均衡選択機構７０の非限定的なほんの一例を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と増幅された第２のキャリア信号の第２の割合を調整するための手段の一例を示している。電力不均衡選択機構７０は、第１のカプラー素子５４1用の支持ブロック７２1と、第２のカプラー素子５４2用の可動支持ブロック７２2とを有するものとして図示されている。第２のカプラー素子５４2用の可動支持ブロック７２2は、ギャップＧの幅方向において選択的な位置をとれるように図示されている。第２のカプラー素子５４2用の可動ブロック７２2は、ベースブロック７４上に位置している。ベースブロック７４と支持ブロック７２1はいずれも基板又は回路基板７６上に設置されている。
【００３６】
ベースブロック７４の上面および可動支持ブロック７２2の下面は、ギャップＧの幅方向において選択的な位置で対になるか、かみ合う形状を有するように構成されている。この例において、ベースブロック７４の上面および可動支持ブロック７２2の下面は、歯車の歯又はラックアンドピニオンのように形成されている。調整可能であるという点から、ギャップＧの大きさは図４Ｂに示すギャップ長Ｇ’（あるいは他の所望の大きさ）に調整可能である。
【００３７】
図４Ａおよび図４Ｂに示される以外に、かみ合わせのための機能が用いられてよい。あるいは、支持ブロック７２2は、ベースブロック７４の上面に沿ってスライド可能又は平行移動可能であってよい。さらに、支持ブロック７２1および支持ブロック７２2の１つ以上が、例えば図４Ａおよび図４Ｂの方法により、移動可能であってよいことが理解されよう。
【００３８】
図３Ｂは、選択された電力不均衡を与えるために、第１のキャリア信号および第２のキャリア信号の調整可能な、あるいは可変な結合の別の例を示す。図３Ｂの結合器３０（３Ｂ）は、第１のキャリア信号の第１の電力レベルと第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間に選択された電力不均衡を与えるため、結合媒体が交換可能に構成されている。図３Ｂにおいて、矢印８０は第１の結合媒体６０の除去を示し、矢印８２は第２の結合媒体６０’の置換挿入を示している。第２の結合媒体６０’は、第１の結合媒体６０と例えば１つ以上の異なる属性、例えば（異なる誘電率のような）異なる特性又は組成を有することが好ましい。
【００３９】
図３Ｃは、選択された電力不均衡を与えるために、第１のキャリア信号および第２のキャリア信号の調整可能な、あるいは可変な結合のさらに別の例を示す。図３Ｃの結合器３０（３Ｃ）は、結合媒体として機能する現存物質又は流体の属性（例えば特性、組成又は構造）を（結合媒体を除去せずに）修正することにより、結合媒体を変更可能なように構成されている。図３Ｃは、矢印９０により、結合媒体６０（３Ｃ）の属性の変更又は修正を表している。矢印９０で示される属性の変更は、（非限定的な例として）キャリア信号間の結合に影響を与えるように、（例えば電気的な）信号を適用する、（電気的又は磁気的な）場、コーティング、注入、処理、又は他の方法を適用すること、のような様々な方法のいずれかによって実現することができる。
【００４０】
無線基地局の例示的な実装において、不均衡結合信号に含まれてアンテナ２２により送信される第１のキャリア信号は、無線基地局から第１の距離に位置するユーザに対するものであり、不均衡結合信号に含まれてアンテナ２２により送信される第２のキャリア信号は、無線基地局から第２の、より短い距離に位置するユーザに対するものである。従って、第１の距離は第２の距離よりも大きい。従って、不均衡結合信号において送信されるような第１の（大きな電力の）キャリア信号は、マクロセルを受け持つマクロ無線基地局からの信号と同様の機能を本質的に提供し、不均衡結合信号において送信されるような第２の（小さな電力の）キャリア信号は、マイクロセルを受け持つマイクロ無線基地局からの信号と同様の機能を本質的に提供する。
【００４１】
本発明に係る技術の他の見地によれば、無線基地局の動作方法は、第１のキャリア信号を増幅するステップと、第２のキャリア信号を増幅するステップと、増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と増幅された第２のキャリア信号の第２の割合とを結合して出力信号を提供するステップと、結合信号、すなわち出力信号をアンテナを介して送信するステップとを有する。従って、結合信号は第１のキャリア信号の第１の電力レベルと第２のキャリア信号の第２の電力レベルとの間に、電力不均衡をを有する。結合器の結合係数は、第１のキャリア信号と第２のキャリア信号との間の電力不均衡に関係する。つまり、結合器は、第１のキャリア信号の第１の電力レベルの、第２のキャリア信号の第２の電力レベルに対する比が、所望の電力不均衡を提供するように構成される。従って、増幅された第１のキャリア信号の第１の割合と増幅された第２のキャリア信号の第２の割合との関係は、所望の電力不均衡に対応する。
【００４２】
従前、同一のアンテナから送信される両方のキャリア信号は、例えば、セル全体に送信するための実質的に同一な電力を有し、セル全体をカバーしている。そのため、２つのキャリアは均衡するように結合されている。最も良く用いられている既存の技術はハイブリッド結合器の利用である。ハイブリッド結合器は１／４波長金属ストリップの配列を有する均衡型結合器である。他の結合技術は、時に大きなシステムで用いられるフィルタ結合である。
【００４３】
これらとは対照的に、ここで説明している技術は、結合器３０によって（例として）説明されるような構成を用いる不均衡結合を用いる。上述の通り、結合器３０の実施形態の一例は、短距離又はギャップＧによって分離された２つの金属ストリップ（例えば第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2）を有する。そして、電力はストリップ間で結合される。各ストリップの出力において、各入力信号の一部が得られる。各キャリアについて得られる電力の比は、ストリップ間の距離Ｇに依存する。
【００４４】
図２Ａおよび図３Ａの例示的な実施形態またはそれらの派生物のいずれにおいても、第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2との間に存在する結合(coupling)は、第１のキャリア信号と第２のキャリア信号の出力電力が相補的に関連するようなものである。つまり、第１の入力（例えば第１のキャリア）の電力が結合器３０の第３の端子で８０％になるならば、すなわち、第１の割合が８０％であれば、第３の端子では第２の入力（例えば第２のキャリア）の電力の２０％、すなわち第２の割合が２０％がになる。相補的な関係の性質を、表１を用いてさらに説明する。２つのキャリアの各々について、表１の各列は、（１）で総出力電力のうち指定されたパーセンテージ（例えば１０％，２０％，３３％，５０％，等）でのキャリア電力と、（２）列の結合シナリオによって生じる、キャリアに対する損失（デシベル単位）を示している。結合によって生じる損失（デシベル単位）は、式３を参照して理解される。
式３：  損失（ｄｂ）＝−１０＊ＬＯＧ（損失（％）／１００）
【００４５】
表１
2010521870.tif 000003
【００４６】
例えば表１によって示され、また理解されるように、結合器は第１のキャリアおよび第２のキャリアをアンテナに適用するため、第１のキャリアの電力と第２のキャリアの電力を相補的に修正するような方法で結合する。つまり、第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2との間隔が、第３の端子での第１のキャリア信号の電力が結合信号の総電力のＸ％なるような間隔であれば、第３の端子での第２のキャリア信号の電力は１００−Ｘ％である。
【００４７】
図２Ａおよび図３Ａに示した具体的な実施形態において既に述べたように、一例の第１の電力増幅器２４1は５０Ｗで動作し、一例の第２の電力増幅器２４2は５６Ｗで動作する。さらに、結合器３０に与えられる際、配線４４1での第１のキャリアは４３dBm（２０Ｗ）の電力を有し、配線４４2での第２のキャリアは４３．５dBm（２２Ｗ）の電力を有する。さらに、いずれのキャリアもデュプレックスフィルタ３２において１．５dB損失する。さらに、第１のキャリアの電力の０．５dBが終端５６に接続され、第１のキャリアの有用な電力の０．５dBが結合によって損失する。その結果、アンテナ２２における不均衡結合信号に含まれる第１のキャリアの電力は４１dBm（４３dBm−０．５dB−１．５dB＝４１dBm）、例えば１２Ｗである。第２のキャリアに関しては、第２のキャリアの電力の１０dBが終端５６に接続され、例えば第２のキャリアの有用な電力の１０dBが結合によって損失する。その結果、アンテナ２２における不均衡結合信号に含まれる第２のキャリアの電力は、３２dBm（４３．５dBm−１．５dB−１０dB＝３２dBm）、例えば２Ｗである。従って、第２のキャリア用の第２の電力増幅器２４2に与えられる電力が第１の電力増幅器２４1に与えられる電力より大きくても、結合器３０によって提供される不均衡結合が、結合信号に含まれるような２つのキャリアの電力の不均衡（第１のキャリアは４１dBm（１２Ｗ）で送信され、第２のキャリアは３２dBm（２Ｗ）で送信される）を与える。従って、アンテナ２２は、４１dBm（１２Ｗ）を有する第１のキャリア信号と、３２dBm（２Ｗ）を有する第２のキャリア信号との２つのキャリア信号を有し、総アンテナ出力電力は１４Ｗとなる。
【００４８】
従って、図２Ａおよび図３Ａに示した実施形態の具体例において、無線基地局２０への電力入力は１０６Ｗである（電源３４1および３４2によって供給される電力の合計）。アンテナ２２によって送信される不均衡結合信号のための無線周波数出力電力は１４Ｗである（第１のキャリア信号の送信電力１２Ｗと、第２のキャリア信号の送信電力２Ｗの合計）。従って、図２Ａおよび図３Ａの無線基地局２０についての熱出力は９２Ｗである。
【００４９】
ちなみに、図２Ａおよび図３Ａの実施形態の例において、第２の電力増幅器２４2に適用される５６Ｗは、アンテナポートで所望の３２dBmの第２のキャリア信号を提供するために計算されたものである。なお、３２dBmは、従前のマイクロ無線基地局の一部に対する電力と合致する。
【００５０】
ここで説明した無線基地局の構成および動作は、図１に示す従前の無線基地局よりも遙かに有益である。従前の無線基地局は例えば入力電力で２００Ｗ消費するが、その１７５Ｗを熱出力として損失するのに対し、図２Ａの無線基地局２０および図３Ａの無線基地局２０（３）は、入力電力で１０６Ｗしか消費せず、熱出力は９２Ｗである。従って、図２Ａおよび図３Ａの例示的な実施形態の無線基地局は、意図した宛先に対する十分な電力のキャリア信号を提供しながら、生成する熱出力および必要とする入力電力のいずれもが少なくて済む。
【００５１】
これらの仮定を用いると、割り当てアルゴリズムが依然としてそのセルを受け持つことが可能であれば、全体的な無線効率は１２．５％から２７％に増加する。上述の計算は、最大出力電力で稼働している無線基地局を示している。これは実際とは異なり、一般には電力を段階的に低下させながら動作している。しかし、最大よりも低い出力電力では、電力増幅器および電源のいずれについても効率が低下する。ここで提案する構成を用いることにより、低い電力のユーザは最大電力近くで動作する電力増幅器を用いるであろうから、より良好な性能が期待される。
【００５２】
ここで、図２Ａおよび図３Ａのような例示的な実施形態とともに与えられた電力値が、図１の従前の無線基地局になぞらえて説明および比較をするための全くの便宜上のものであることを再度強調しておく。ここで説明した技術の精神および範囲を外れることなく、上述の原理および手法を他の電力値とともに他の構成に適用可能であることは理解されよう。
【００５３】
結合器は、アンテナ２２に供給するため、第１のキャリアの電力を第２のキャリアの電力より優先的に修正する方法で、第１のキャリアおよび第２のキャリア信号を結合するように構成される。これにより、結合器によって生じる電力損失を、第２のキャリアより第１のキャリアについて少なくすることができる。このようにして、結合によって生じる第１のキャリア信号の電力損失を削減するため、結合器の相補的な結合物理(coupling physics)が用いられる一方、例えば、マイクロセルのようなより少ないユーザを対象としたサービスと同様な方法で、第２のキャリア信号の有用性は維持される。
【００５４】
そのため、結合器は第１のキャリアに対してより少ない結合損失を与え、第２のキャリア信号に対してはより大きな結合損失を与える。全体的な電力消費が少なくてすみ、それに従って第２のキャリア信号が対象とするユーザを調整するため、第２のキャリア信号がより大きな損失を被るという事実は不利益ではない。ユーザの観点から見ると、大きな電力を有する第１のキャリア信号は従前のキャリア信号と実質的に同等であり、小さな電力を有する第２のキャリア信号はマイクロセル基地局用のキャリア信号と実質的に同等である。
【００５５】
上述の説明から、不均衡結合信号のための異なる比のキャリア信号が、異なる結合係数、例えば第１のカプラー素子５４1と第２のカプラー素子５４2の間のギャップサイズＧを用いて実現できることが理解されよう。
【００５６】
本技術は、空間的に離間された平行な金属ストリップを用いて結合器を実現する場合に限定されない。不均衡結合を実現する任意の好適な構成が包含される。さらに、ギャップ選択と結合媒体の影響とを組み合わせて、本発明の結合を実現してもよい。
【００５７】
本技術は２つのみのキャリア信号を不均衡に結合することにも限定されない。ポートカプラーの組み合わせを用いれば、結合器は３つ以上のキャリア信号を処理することが可能になるであろう。例えば、図５は３つのキャリア信号を搬送する能力を有するアンテナ２２（５）を有する無線基地局２０（５）を示している。換言すれば、図５は、例えば図２の実施形態を参照して説明したような、配線４４1に適用される第１のキャリア信号と配線４４2に適用される第２のキャリア信号だけでなく、配線４４3に適用される第３のキャリア信号も含んだ、３キャリア信号の実施形態を示している。図５の結合器３０（５）は、第１のステージ３０−１（５）および第２のステージ３０−２（５）を含む２つのセクション又はステージを有する。第１のステージ３０−１（５）においては、ステージ３０−１（５）の結合特性、例えば図２Ａの実施形態と同様のギャップＧ（１）の大きさに応じた優先的な結合のために、第１のキャリア信号はカプラー素子５４1への配線４４1に適用され、第２のキャリア信号はカプラー素子５４1への配線４４2に適用される。ステージ３０−１（５）の優先結合の結果得られた結合出力信号は、第２のステージ３０−２（５）のカプラー素子５４4への配線４４4に適用される。第２のステージ３０−２（５）において、第３のキャリア信号がカプラー素子５４3への配線４４3に適用される。第２のステージ３０−２（５）は、配線４４4上の信号を優先して配線４４3上の第３のキャリアと結合するように機能する。第２のステージ３０−２（５）の結合の優先度は、ステージ３０−２（５）の結合特性、例えばギャップＧ（２）の大きさに依存する。第２のステージ３０−２（５）の結合出力は、デュプレックスフィルタ３２（５）に与えられ、３つの結合されたキャリア信号を用いたデュプレックスフィルタ３２（５）のフィルタ出力が、アンテナ２２（５）に与えられる。
【００５８】
結合器３０（５）の各ステージでなされる結合の優先度は、ステージ３０−１（５）についてはカプラ素子間に存在するギャップＧ（１）の大きさ、ステージ３０−２（５）についてはカプラ素子間に存在するギャップＧ（２）の大きさといった、個々のステージの性質又は特性に依存する。第２のステージのギャップＧ（２）の大きさは、例えば、結合器３０（５）の第１のステージのギャップＧ（１）の大きさと同じでも異なっていてもよい。
【００５９】
２、３又はそれより多いキャリア信号を、ここで説明した技術に従って不均衡結合の対象とすることができることは明らかであるため、（例えば）図５の結合器３０（５）のような結合器に、ステージをさらに追加することができる。
【００６０】
上述の説明は具体的な値や構成が多く含まれるが、それらは本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでなく、本発明の現時点において好適な実施形態の一部を説明するためだけに与えられているものと解釈すべきである。本発明の範囲は、本技術分野に属する当業者に自明な他の実施形態を全て包含する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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