(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信機と受信機を、通信可能なように複数のアンテナに結合する装置において、
各送信機に接続できるようになっている複数の送信ポートと、各受信機に接続できるようになっている複数の受信ポートと、
異なるゾーンをカバーするように物理的にそれぞれ離れた位置に配置された各送受アンテナに接続できるようになっている複数のアンテナ・ポートと、
ハイブリッド・カップラを含み、各送信ポートに接続された入力と各アンテナ・ポートに接続された出力を有し、前記送信ポートで受信された個々の送信信号を合波して合波送信信号を形成し、この合波送信信号を各アンテナ・ポートに並列に出力する第１の結合手段と、
ハイブリッド・カップラを含み、各アンテナ・ポートに接続された入力と各受信ポートに接続された出力を有し、前記アンテナ・ポートで受信された個々の受信信号を合波して合波受信信号を形成し、この合波受信信号を前記受信ポートに並列に出力する第２の結合手段とを備え、
前記複数の送信機と受信機を前記複数のアンテナに受動的に結合し、その間の高周波信号を伝送することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の結合手段の出力が接続される前記アンテナ・ポートは、前記第２の結合手段の入力が接続されるアンテナ・ポートとは別個のものであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
複数の多重化器を備え、その各々が前記第１の結合手段の各出力に接続された送信端子と、前記第２の結合手段の各入力に接続された受信端子と、個々のアンテナ・ポートに接続されたアンテナ端子とを有し、送信信号と受信信号の両方が、同じアンテナ・ポートを通過することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記第１の結合手段は、２×２ハイブリッド・パワー・カプラのマトリックスによって構成されることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
各送信ポートと前記第１の結合手段の入力との間、および各受信ポートと前記第２の結合手段の出力との間に、直列に接続されたアイソレータとフィルタとを備えることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
未使用の送信ポート、受信ポート、またはアンテナ・ポートにおいてターミネータを備えることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
当該装置が接続されるようになっている前記受信機は、第１の入力と第２の入力を有するダイバーシティ受信機であり、
前記複数の受信ポートは、前記ダイバーシティ受信機の第１の入力および第２の入力それぞれに接続するための、第１のポートの組と第２のポートの組とを含み、
前記第２の結合手段は、前記複数のアンテナ・ポートのいくつかからの個別の受信信号を合波して第１の合波受信信号を形成する第１のハイブリッド・カプラ手段と、前記複数のアンテナ・ポートの他のポートからの個別の受信信号を合波して第２の合波受信信号を形成する第２のハイブリッド・カプラ手段とを含み、
前記第１の合波受信信号は、前記第１のポートの組の各受信ポートに並列に供給され、また、前記第２の合成受信信号は、前記第２のポートの組の各受信ポートに並列に供給されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第２のハイブリッド・カプラ手段は、１−２スプリッタに接続された出力を有する２×２ハイブリッド・パワー・カプラによって構成されることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
複数の送信機と受信機と、
物理的にそれぞれ離れた位置に配置された各アンテナがカバー・ゾーンを規定し、そのゾーン内でアンテナが信号を送信および受信する該アンテナの配列と、
各々が、前記配列の各アンテナに接続されたアンテナ端子と、送信端子と、受信端子とを有する複数の多重化器と、
ハイブリッド・カップラを含み、各送信機に接続された入力と前記多重化器の送信信号に接続された出力を有し、各送信機で生成された個々の送信信号を合波して合波送信信号を形成し、この合波送信信号を前記多重化器各々に並列に供給する第１の結合手段と、
ハイブリッド・カップラを含み、前記多重化器の個々の受信端子に接続された入力と各受信機に接続された出力を有し、前記多重化器より送られた個々の受信信号を合波して合波受信信号を形成し、この合波受信信号を前記受信機各々に並列に供給する第２の結合手段とを備え
前記多重化器、前記第１の結合手段、前記第２の結合手段は、前記複数の送信機および受信機と前記複数のアンテナとの間を、受動的に、通信可能に、結合させることを特徴とするセルラ通信システム。
【請求項１０】
前記第１の結合手段は、２×２ハイブリッド・パワー・カプラのマトリックスによって構成されることを特徴とする請求項９記載のセルラ通信システム。
【請求項１１】
各送信機と前記第１の結合手段の入力との間、および各受信機と前記第２の結合手段の出力との間に、直列に接続されたアイソレータとフィルタとを備えることを特徴とする請求項１０記載のセルラ通信システム。
【請求項１２】
前記受信機は、第１の入力と第２の入力を有するダイバーシティ受信機であり、
前記第２の結合手段は、前記複数のアンテナ・ポートの第１の組より発した個別の受信信号を合波して第１の合波受信信号を形成する第１のハイブリッド・カプラ手段と、前記複数のアンテナ・ポートの第２の組より発した個別の受信信号を合波して第２の合波受信信号を形成する第２のハイブリッド・カプラ手段とを含み、
前記複数の第１の合波受信信号は、前記ダイバーシティ受信機の第１の入力各々に供給され、また、前記第２の合波受信信号は、前記ダイバーシティ受信機の第２の入力各々に供給されることを特徴とする請求項９記載のセルラ通信システム。
【請求項１３】
前記第１の組は、交互のゾーン内にある前記配列のアンテナ中のアンテナを含み、前記第２の組は、交互のゾーン内にある前記配列の他のアンテナを含むことを特徴とする請求項１２記載のセルラ通信システム。
【請求項１４】
前記第１および第２のハイブリッド・カプラ手段各々は、１−２スプリッタに接続された出力を有する２×２ハイブリッド・パワー・カプラによって構成されることを特徴とする請求項１３記載のセルラ通信システム。
【請求項１５】
複数のアンテナ・ポートと、複数の送信機と受信機と、
ハイブリッド・カップラを含み、各々が、個々のアンテナ・ポートに接続されたアンテナ端子と、送信端子と、受信端子とを有する複数の多重化器と、各送信機に接続された入力と前記多重化器の送信端子に接続された出力を有し、各送信機で生成された個々の送信信号を合波して合波送信信号を形成し、この合波送信信号を前記送信端子各々に並列に供給する第１の結合手段と、
ハイブリッド・カップラを含み、前記多重化器の個々の受信端子に接続された入力と各受信機に接続された出力を有し、前記多重化器より送られた個々の受信信号を合波して合波受信信号を形成し、この合波受信信号を前記受信機各々に並列に供給する第２の結合手段とを含む基地局と、
互いに異なる位置に配置された各アンテナが、前記基地局の各アンテナ・ポートに接続され、また、各アンテナがカバー・ゾーンを規定し、そのゾーン内でアンテナが信号を送信および受信する該アンテナの配列とを備え、
前記多重化器、前記第１の結合手段、前記第２の結合手段は、前記複数の送信機および受信機と前記複数のアンテナとの間を、受動的に、通信可能に、結合させることを特徴とするセルラ通信システム。
【請求項１６】
１つの入力と２つの出力を有するスプリッタを備え、前記基地局のアンテナ・ポートが、前記スプリッタの入力に接続され、また、このスプリッタの前記２つの出力が、前記配列中の個々のアンテナに接続されることを特徴とする請求項１５記載のセルラ通信システム。
【請求項１７】
前記基地局と同様の他の基地局と、２つの入力と１つの出力を有する結合器とを備え、前記基地局のアンテナ・ポートと前記他の基地局のアンテナ・ポートが、前記結合器の各入力に接続され、また、前記結合器の出力が、前記配列中のアンテナに接続されることを特徴とする請求項１５記載のセルラ通信システム。
【請求項１８】
前記基地局と同様の他の基地局と、２つの入力と２つの出力を有する結合器とを備え、前記基地局のアンテナ・ポートと前記他の基地局のアンテナ・ポートが、前記結合器の各入力に接続され、また、前記結合器の２つの出力が、前記配列中の各アンテナに接続されることを特徴とする請求項１５記載のセルラ通信システム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、一般的には無線通信に関連し、特に、低電力の無線周波数信号を送信するよう配されたアンテナを利用するセルラ通信システムに関するものである。このセルラ・システムは、配されたアンテナに多数のトランシーバ無線機（すなわち、送信機および受信機）を接続する装置を含んでおり、これによって、各々の無線機が全てのアンテナに通信できるように接続されている。
発明の背景
大規模な地理的地域にサービスを提供する従来のセルラ通信システムは、通常、その地域を小さなサービス区域に分けてサービスの提供を行っており、これらのサービス区域は、普通、マクロセルラ・ネットワークと呼ばれる隣接セルによるクラスタを形成する。各々のセルでは、マクロセルラ・システムを使用して、特定の区域におけるセルラ・サービスをサポートしており、全てのセルが、従来の移動電話交換網を介して通信できるように連結されている。また、この移動電話交換網によって、セルラ・システムが公衆電話交換網に接続され、それにより、移動電話装置の使用者が陸上の電話回線にアクセスしたり、その逆を行えるようになっている。
基本的なマクロセルラ・システムは、通常、異なる送信チャネル（すなわち、各々の無線機が、固有の送信搬送周波数および固有の受信搬送周波数で動作している）を有する、２０個から１００個のトランシーバ無線機を持つ基地局と、これら多数の無線機を共通のアンテナに接続する結合器とを備える。各トランシーバ無線機は、移動電話交換網からの入力信号、例えば、音声信号を受けることができ、この入力信号を、その固有送信搬送周波数に変調する。この結合器は、全てのトランシーバ無線機より受信した個々の送信チャンネル信号を結合し、この結合した信号を増幅器に送ることで、この増幅器は、その信号を１つのアンテナを介して無線放送する。一般的に、マクロセルラ・システムのアンテナから送信される電力は、３０から７０ワットの範囲にある。
各マクロセル・システムでは、放送信号は、セル周辺内の全部の地理的な地域を網羅するために長距離を伝搬するような、高電力の無線周波数（ＲＦ）信号でなければならない。しかし、この伝搬は、概ね特定セルの境界がその限界となるよう意図されており、そうすることで、隣接セルのＲＦ信号による干渉が発生しない。干渉の問題を低減するため、各セルは、異なる送信チャネル周波数の組が割り当てられて動作し、さらに、割り当てられた組の周波数は、隣接するセルで異なっており、互いに十分離れたセル以外では、繰り返して使用されることはない。
これら従来のマクロセルラ・システムは、主として、高電力のＲＦ信号が環境に遮られることなく容易に伝搬するような、屋外に設置されて使用される。例えば、ユーザの要求が大きく、比較的高価な基地局やアンテナ構成を許容する傾向にある大都市において、そのように使用される。しかし、セルラ・サービスを望むが、このような高価な出費を許容するほどの要求はない、多数の「コールド・スポット（ｃｏｌｄ  ｓｐｏｔ）」地域が存在し、あるいは、これらの地域では、従来のマクロセル・システムによるサービスが受けられない。コールド・スポットには、例えば、マクロセル・サービスが行われている地域間における屋外「ホール（ｈｏｌｅ）」、地下道や都心のショッピング通路のような地下歩行者用区域、そして、オフィスビルや倉庫、コンベンション・センタのような地上の建物集合体が含まれる。また、マクロセルが網羅する地域には「ホット・スポット（ｈｏｔ  ｓｐｏｔ）」があり、そこでは、マクロセルラ・システムの容量は、加入者の要求をサポートするには不十分である。
従って、明らかに、従来のマクロセルラ・システムの不十分な点を克服するシステムが必要となる。
発明の概要
本発明の目的は、新規かつ改善された無線システム、すなわち、セルラ通信システムを提供することである。
本発明に係る第１の態様によれば、複数の送信機と受信機を、通信可能なように複数のアンテナに結合する装置において、各送信機に接続できるようになっている複数の送信ポートと、各受信機に接続できるようになっている複数の受信ポートと、異なるゾーンをカバーするように物理的にそれぞれ離れた位置に配置された各送受アンテナに接続できるようになっている複数のアンテナ・ポートと、ハイブリッド・カップラを含み、各送信ポートに接続された入力と各アンテナ・ポートに接続された出力を有し、前記送信ポートで受信された個々の送信信号を合波して合波送信信号を形成し、この合波送信信号を各アンテナ・ポートに並列に出力する第１の結合手段と、ハイブリッド・カップラを含み、各アンテナ・ポートに接続された入力と各受信ポートに接続された出力を有し、前記アンテナ・ポートで受信された個々の受信信号を合波して合波受信信号を形成し、この合波受信信号を前記受信ポートに並列に出力する第２の結合手段とを備え、前記複数の送信機と受信機を前記複数のアンテナに受動的に結合し、その間の高周波信号を伝送することを特徴とする。
本発明の第２の態様によれば、複数の送信機と受信機と、物理的にそれぞれ離れた位置に配置された各アンテナがカバー・ゾーンを規定し、そのゾーン内でアンテナが信号を送信および受信する該アンテナの配列と、各々が、前記配列の各アンテナに接続されたアンテナ端子と、送信端子と、受信端子とを有する複数の多重化器と、ハイブリッド・カップラを含み、各送信機に接続された入力と前記多重化器の送信端子に接続された出力を有し、各送信機で生成された個々の送信信号を合波して合波送信信号を形成し、この合波送信信号を前記多重化器各々に並列に供給する第１の結合手段と、ハイブリッド・カップラを含み、前記多重化器の個々の受信端子に接続された入力と各受信機に接続された出力を有し、前記多重化器より送られた個々の受信信号を合波して合波受信信号を形成し、この合波受信信号を前記受信機各々に並列に供給する第２の結合手段とを備え、前記多重化器、前記第１の結合手段、前記第２の結合手段は、前記複数の送信機および受信機と前記複数のアンテナとの間を、受動的に、通信可能に、結合させることを特徴とする。
第３の態様によれば、複数のアンテナ・ポートと、複数の送信機と受信機と、各々が、個々のアンテナ・ポートに接続されたアンテナ端子と、送信端子と、受信端子とを有する複数の多重化器と、ハイブリッド・カップラを含み、各送信機に接続された入力と前記多重化器の送信端子に接続された出力を有し、各送信機で生成された個々の送信信号を合波して合波送信信号を形成し、この合波送信信号を前記送信端子各々に並列に供給する第１の結合手段と、ハイブリッド・カップラを含み、前記多重化器の個々の受信端子に接続された入力と各受信機に接続された出力を有し、前記多重化器より送られた個々の受信信号を合波して合波受信信号を形成し、この合波受信信号を前記受信機各々に並列に供給する第２の結合手段とを含む基地局と、互いに異なる位置に配置された各アンテナが、前記基地局の各アンテナ・ポートに接続され、また、各アンテナがカバー・ゾーンを規定し、そのゾーン内でアンテナが信号を送信および受信する該アンテナの配列とを備え、前記多重化器、前記第１の結合手段、前記第２の結合手段は、前記複数の送信機および受信機と前記複数のアンテナとの間を、受動的に、通信可能に、結合させることを特徴とする。
以降、このセルラ・システムを、「マイクロセル」あるいは「マクロセルラ」システムと呼ぶ。本発明に係るマイクロセルラ・システムは、アンテナの配列と、低電力ＲＦエネルギーを使用して、比較的大きな領域において、コスト効果のあるセルラのカバー領域を提供し、また、従来のマクロセルラ・システムには適さない、あるいは、それによってはサービスが提供されない環境に合致するものである。このシステムは、信号の「マルチキャスト」分配を行う低電力減衰特性を有する装置を装備しており、これによって、各送信機、受信機が、通信できるように全アンテナに接続されている。本マイクロセルラ・システムは、例えば、従来のマクロセルラ・システムの補助装置として使用され、利用率の高い「ホット・スポット」領域の容量を増大し、また、マクロセルラのカバー領域という観点から、「コールド・スポット」であるビル内の領域を満たす。これは、ビル内のセルラ・サービス能力をサポートするため、企業通信システムとともに相互動作する室内用顧客所有装置として提供され、また、戸外のアンテナを使用して、そのビル外における低電力の領域カバーをも提供する。さらに、本マイクロセルラ・システムは、トンネル外のマクロセルとの橋渡しをする手段として、トンネル内で使用できる。また、通常はセルラのトラヒックがまばらな、郊外の高速道路に配備して、安価なセルラ領域カバーを提供する。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面を参照して、以下のマクロセルラ通信システムの説明より、さらに理解できる。これらの添付図面において、
図１は、本発明に係るマイクロセルラ・システムの概略を示す図であり、
図２は、結合器の概略構成を示す図であり、
図３は、アンテナ配列の例を示しており、
図４は、内部にコールド・スポットおよびホット・スポットの両方が存在するオフィスビルを有するマクロセルが網羅する範囲を示す図であり、
図５ａ，図５ｂ，図５ｃは、マイクロセルラ・システムの他の例を示す図である。
実施の形態
図１において、符号１０で示されるのは、マイクロセルラ通信システムの例である。このマイクロセルラ・システム１０は、通信できるようにアンテナ配列１４に接続された基地局１２を備える。リンク１６は、この基地局１２と、従来の移動電話交換網のようなインタフェース用の通信装置（不図示）との間において、音声および／またはデータ符号化信号を搬送する。基地局１２で生成され、アンテナ配列１４で無線放送されるＲＦ信号は、セルラ空間インタフェース標準に則っており、従来の移動電話機（不図示）がサポートされる。
基地局１２には、複数のトランシーバ無線機１８が含まれ、その各々が、結合器２４に対する送信路接続２０と受信路接続２２ａ，２２ｂを有する。この結合器２４は、ケーブル２６によって、アンテナ配列１４の各アンテナ２８に接続されている。この結合器２４を介して、全ての無線機１８が、全てのアンテナ２８への送信路と、全てのアンテナ２８からの受信路とを有することになるので、各アンテナ２８が全ての無線機１８からの信号を送信し、また、各無線機１８が、全てのアンテナ２８からの信号を受信する。簡略化のため、図１には示していないが、全てのトランシーバ無線機１８には、通常の電源があることが分かる。
トランシーバ無線機１８は、従来からある装置であり、その各々が、当該技術分野では良く知られた機能を有する、一体化した送信機と受信機とを備える。各無線機１８の送信機と受信機は、通常は、ＲＦエネルギー・スペクトラム内の固有周波数チャネルで動作する。例えば、特定の送信機は、リンク１６上の音声信号を受信し、その音声信号を固有の送信周波数チャネルに変調して、その結果得られた送信路接続２０上のＲＦ信号を、結合器２４の対応する送信ポートへ供給する。各トランシーバ無線機１８の受信機は、好ましくは、２つの受信入力を有する２分岐ダイバーシティ受信機を有しており、その各々が、各受信路接続２２ａ，２２ｂ上の、結合器２４の対応受信ポートからの信号を受ける。各受信機は、特定の周波数チャネルに同調されており、その周波数チャネルで、２つの入力受信信号の内、最強のものを選択し、再生した信号をリンク１６に出力する。ダイバーシティ受信機は、当該技術分野では良く知られており、それをマイクロセルラ・システムで都合良く利用することは、以下の説明により、より明らかになる。
トランシーバ無線機１８は、好適には、０．５ワットオーダの出力電力を生成できる送信機を有する。しかし、ダイバーシティ受信機が好ましい場合でも、それらは、通常の１チャネル受信機と置き換えられることがある。さらに、トランシーバ無線機１８は、個別の送信無線機や受信無線機の代わりとなりうることが分かるので、トランシーバ無線機１８へ言及することは、これら両方の構成を網羅することを意図している。
図２に示されているのは、結合器２４であり、最大４つのトランシーバ無線機と、最大４つのアンテナを有するアンテナ配列とをサポートするよう構成されている。この結合器２４は、ＴＸ１，ＴＸ２と付された２つの送信ポートを含み、その各々が、フィルタ３４と直列にアイソレータ３２に接続され、そのフィルタは、第１の２×２ハイブリッド・パワー・カプラ３６の個々の入力に接続されている。さらに２つの送信ポートＴＸ３，ＴＸ４の各々が、フィルタ３４と直列にアイソレータ３２に接続され、そのフィルタは、第２のハイブリッド・カプラ３８の個々の入力に接続されている。これらのハイブリッド・カプラ３６，３８は、マトリクス６８の形式で、さらに２つのハイブリッド・パワー・カプラ４０，４２に接続され、最初のカプラ３６，３８の組の４つの出力は、２番目のハイブリッド・カプラ４０，４２の組に、適当なクロス接続を用いて供給される。この第２のカプラ４０，４２の組の４つの出力は、その各々が、多重化器４４，４６，４８，５０の送信端子４４ａ，４６ａ，４８ａ，５０ａ各々に接続されている。これらの多重化器は、アンテナ端子４４ｃ，４６ｃ，４８ｃ，５０ｃを有し、それらが、ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４と付された、結合器２４の個々のアンテナ・ポートに接続されている。
多重化器４４，４６の受信端子４４ｂ，４６ｂは、その各々が、２×２ハイブリッド・パワー・カプラ５４の入力に接続され、多重化器４８，５０の受信端子４８ｂ，５０ｂ各々が、ハイブリッド・カプラ５２の入力に接続されている。カプラ５２の２つの出力は、その各々が、ウイルキンソン・パワー・スプリッタのような、符号５６，５８が付された個々の１−２スプリッタに接続され、カプラ５４の出力は、ウイルキンソン・パワー・スプリッタ６０，６２各々に接続されている。スプリッタ５６，５８の４つの出力は、対応する４つのアイソレータ６６と直列に４つのフィルタ６４に接続されており、これらのアイソレータ各々は、結合器２４の受信ポートＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３，ＲＡ４個々に接続されている。スプリッタ６０，６２の４つの個々の出力は、対応する４つのアイソレータ６６と直列になった、他の４つのフィルタ６４に接続されており、これらのアイソレータ各々は、個々の受信ポートＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３，ＲＢ４に接続されている。
送信ポートＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３，ＴＸ４に印加された信号に対して、アイソレータ３２は、ハイブリッド・カプラ３６，３８，４０，４２で構成されるマトリクスによって与えられる分離（アイソレーション）に加えて、個々の送信信号間のアイソレーションを行う。これらのアイソレータ３２は、あるアプリケーションでは任意的（オプション）なものであり、高いアイソレーションや低挿入損を得たり、また、良好な電圧定在波形式を生成するためには絶対必要なものである。フィルタ３４もまた、任意的な装置であり、送信信号の高調波あるいはスプリアス信号を減衰させるのに使用される。このフィルタ機能は、低域通過、高域通過、帯域通過、および帯域ノッチ特性を有する。これらアイソレータおよびフィルタは、上述した目的に適していれば、どのような形式のものでもよい。
ハイブリッド・カプラ３６，３８，４０，４２によるマトリクス６８は、個々の送信信号を結合し、結合した信号を個々のアンテナ・ポートへ送る機能を実行する。こうすることで、送信機接続から送信ポートＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３、あるいはＴＸ４へ、ポートＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４に接続された全てのアンテナへの送信路が生成される。ハイブリッド・パワー・カプラは、既に商業的には入手可能な素子であり、それを利用することで、良好なポート−ポートのアイソレーション、バランス、良好な電圧定在波形式、および、普通は、３．５ｄＢオーダの低挿入（電力）損（すなわち、入力信号が２等分されて２つの出力信号になるので、理想的な損失が３ｄＢあり、また、デバイスでの抵抗による約０．５ｄＢの実質的な損失がある）を有する広帯域デバイスを生成することができる。このことは、マイクロセルラ・システムを低電力レベルで動作させようとする際に有利に働き、また、結合器２４によって低挿入損が達成されるため、多くのアプリケーションでは、トランシーバ無線機で生成された送信信号は、さらに増幅せずにアンテナ配列に直接伝搬させることができる。その結果、低価格の装置を使用してシステムを動作させることができる。
多重化器４４，４６，４８，５０は、独立した送信および受信フィルタを備え、これらのフィルタは、１つのアンテナ・ポートにおいて、送信および受信の両信号を多重化する機能を提供するように結合されている。送信方向において、この多重化器は、アンテナ・ポートにおける受信信号とともに、ハイブリッド・カプラ４０，４２の出力信号中に存在する帯域外スプリアス信号を減衰し、その結果得られた送信信号を、対応するアンテナ・ポートＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４へ供給する。受信方向では、帯域外スプリアス信号および無線送信信号が減衰され、その結果としての受信信号は、特定の多重化器の受信ポート４４ｂ，４６ｂ，４８ｂ，５０ｂに送られる。
多重化器４８，５０からの受信信号は、ハイブリッド・カプラ５２に提供され、このカプラは、実際には、アンテナ・ポートＡＮＴ３，ＡＮＴ４からの２つの受信信号を結合し、結合した信号をスプリッタ５６，５８へ出力する。これらスプリッタは、同一信号の４つの複製信号を、フィルタ６４およびアイソレータ６６を介して、受信ポートＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３，ＲＡ４へ効率的に供給する。こうして、ポートＡＮＴ３，ＡＮＴ４に接続されたアンテナからの信号が、ダイバーシティ・トランシーバ無線機の１つの入力チャネルに供給される。同様にして、アンテナ・ポートＡＮＴ１，ＡＮＴ２に印加された受信信号が結合され、その結果、それが、受信ポートＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３，ＲＢ４において、ダイバーシティ受信機の第２のチャネルに出力される。フィルタ６４は任意的なものであり、好適には、受信信号中の帯域外干渉を低減するのに使用される。アイソレータ６６もまた、任意的なデバイスであり、好適には、さらに受信のポート−ポートのアイソレーションを提供するためにある。
結合器２４は受動素子によって構成され、好ましくは、セラミック多重化器とプリント基板搭載用の部品を使用して、生産性の改善とともに、大きさとコストを最小にしている。また、この結合器２４は、シールドされた筐体に格納されており、ＥＭＩ／ＥＭＣを防止している。送信ポート、受信ポート、アンテナ・ポートは、商業的に入手可能な、どのような型のＲＦ同軸コネクタでもよい。結合器２４は、８６９ＭＨｚ〜８９４ＭＨｚの範囲にあるフォワード（送信）周波数帯域をサポートすることができ、送信ポートＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３，ＴＸ４とアンテナ・ポートＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４との間で、約１１ｄＢの挿入損がある。アンテナ・ポートにおける送信信号の公称電力レベルの設計値は、好適には、１７ｄＢｍ±３ｄＢ（すなわち、２５〜１００ミリワットの範囲にあり、好ましい値は、約５０ミリワット）であり、従って、トランシーバ無線機が、約２７ｄＢｍの送信信号を生成することができる。この結合器２４は、８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚの範囲の受信周波数帯域をサポートし、アンテナ・ポートと受信ポートとの間で、約９ｄＢの挿入損がある。アンテナ配列からの、受信ポートＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３，ＲＡ４，ＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３，ＲＢ４における受信信号レベルの設計値は、−３０ｄＢｍ（最大）と−１００ｄＢｍ（最小）の間にある。
図２に示す結合器２４は、１〜４個のトランシーバ無線機と、１〜４個のアンテナをサポートするよう構成されている。しかし、この特有な構成は、図示のためだけであり、さらに多くの無線機および／またはアンテナをサポートするように結合器２４を容易に改造できることは明らかである。結合器２４の構成は、それ自身の受信路において、ダイバーシティ受信器とインタフェースするように意図されたものである。その他の点において、ハイブリッド・カプラ５２，５４とスプリッタ５６，５８，６０，６２の組み合わせは、上記ハイブリッド・カプラのマトリクス６８に似たマトリクス構成によって置き換えることができる。さらに、アンテナ・ポートの数と、それに対応するアンテナを減らすには、多重化器を使用するのがよいが、独立したアンテナとポートの組を使用して信号を送信し、また、独立した組を使用して信号を受信するようにもできる。
図１に戻り、本発明に係るマイクロセルラ・システム１０は、アンテナ配列１４を使用して、広範な地域を低電力によって網羅している。各アンテナ２８で送信される電力は、好適には５０〜１００ミリワットの範囲にある。このアンテナ２８は、通常の装置であり、様々な型式のものを使用して、無指向性ならびに多方向性のパターンを含む、任意のカバー範囲を設定でき、８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚの範囲で動作する広帯域アンテナである。図示した基地局１２についての例では、各アンテナ２８は、ケーブル２６によって、この基地局１２のアンテナ・ポートに接続されており、内部的には、結合器２４の４つのアンテナ・ポートＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４の１つに接続されている。このケーブル２６は、直径が０．２５０〜０．５００インチの同軸ケーブルであり、一般的には、直径の大きいケーブルでの損失は小さい。このような同軸ケーブルは、手ごろなコストで良好な性能を呈するが、より良好な性能が要求されるようなアプリケーションでは、直径の大きい同軸ケーブル、あるいは、光ファイバのような他の型のケーブルが、それにとって代わることになる。使用していないアンテナ・ポートは、整合用ターミネータによって適切に接続されていること、すなわち、５０オームによる終端が必要である。
図３は、マイクロセル・カバー領域７０を規定するアンテナ配列１４の構成を例示している。この配列１４は、４つのアンテナ７２ａ，７４ａ，７６ａ，７８ａによって構成され、これらによって、このマイクロセル・カバー領域７０が、４つの隣接ゾーン７２，７４，７６，７８に区分され、各々のアンテナが、対応するゾーンを網羅している。上述のように、このマイクロセルラ基地局のトランシーバ無線機より発信された送信信号は、４つのアンテナ７２ａ，７４ａ，７６ａ，７８ａを介して無線放送されるため、このマイクロセルの全領域７０に渡って網羅されることになる。さらに、ダイバーシティ受信機に対しては、結合器が、第１のアンテナの組、例えば、ゾーン１およびゾーン３内のアンテナ７２ａ，７６ａからの受信信号を結合し、この結合した信号をトランシーバ無線機の受信入力の１つに供給する。ゾーン２およびゾーン４内それぞれのアンテナ７４ａ，７８ａによる第２のアンテナの組からの信号もまた、結合器２４によって結合され、結合器が、この結合した信号をトランシーバ無線機の第２の受信入力へ供給する。
本発明によれば、全てのトランシーバ無線機が、全アンテナへの送信路、および全アンテナからの受信路を有しているので、ダイバーシティ無線機を使用することが、１つの分岐受信機を介した信号対ノイズ比が改善されるという点において利点となる。ダイバーシティを使用しない場合、携帯電話機から発せられた信号とノイズを含む４つのアンテナの各受信信号の結合に、各無線機が注意を払うことになる。例えば、携帯電話機がゾーン１（７２）で動作している場合、全てのアンテナ７２ａ，７４ａ，７６ａ，７８ａが、この電話機から発せられた信号を受信するようになるが、アンテナ７２ａで受信された信号が、優勢な電力レベルを有する。従って、各ゾーン２，３，４内の他の３つのアンテナ７４ａ，７６ａ，７８ａで受信された信号は弱く、主として不要ノイズとなる。ダイバーシティ機能を使用することで、無線機は、最も強い受信信号（上記の例では、アンテナ７２ａ，７６ａからの結合信号）を選択し、大部分がノイズであるアンテナ７４ａ，７８ａからの信号を無視する。適切なアンテナ接続を確実に行うことが利点を生み、それによって、当該ダイバーシティ機能による利点を完全に達成できる。第１に考慮に入れなければならないのは、交互のアンテナ（すなわち、ゾーン）からの信号が、ダイバーシティ無線機の各受信入力へ送信するために結合されるということである。
以下に説明するのは、本マイクロセルラ・システムが、どのようにして、マクロセルラ・システムに囲まれたビル内環境に適合して、ホットおよびコールド・スポットを網羅するのか、ということである。図４において、破線８０は、公衆マイクロセルラ・システムによりサービスされる都市部で設置された、通常のマクロセルのカバー地域を描いたものである。ここで公衆とは、移動電話装置を使用している全てのセルラ加入者が、標準の制御チャネルを介してサービスにアクセスできることを意味している。コールド・スポットは、マクロセルラ・システムが適当なカバー領域を提供できない地域である。例えば、マクロセル信号は、オフィスビル８２の外壁を通って伝搬し、様々な階８４においてサービスを提供できる程、十分な強度を有する信号であるが、ビル８２の最下階８６に達することはできない。本マイクロセルラ・システムは、この最下階８６のようなコールド・スポットにサービスを提供するのに使用される。階８４はホット・スポットであり、マクロセルラ・システムの能力では、セルラ・トラヒック量（すなわち、多数の移動電話ユーザがいる領域）に対して不十分である。本マイクロセルラ・システムは、これらの領域で使用して、マクロセル・サービスをオフロードすることで、その領域の容量を増やし、また、良好な受信を確実に行えるようにする。本マイクロセルラ・システムは、とり囲んでいるマクロセルラ・システムとの関連で、低電力レベルで動作するよう設計されており、よって、隣接するマクロセルからの周波数を再利用したり、あるいは、そのマイクロセル専用の特定周波数チャネルを使用する。
通常、同じオフィスビル内には、コールド・スポットとホット・スポットの両方が存在し、最適な性能を得るために、マイクロセルラ・システムのＲＦサブシステムを各ビルにおいて個別に配置する決定がなされる。このＲＦサブシステムは、ケーブル、アンテナ配列、そして、マイクロセル基地局と携帯電話装置との間のリンクを実行するのに必要な、他の全てのＲＦ素子から成る。
コールド・スポットをカバーするアプリケーションでは、マイクロセルからの信号が、マクロセルによってカバーされない領域を網羅して、セルラ・ユーザにとって、２つのシステムの境界をまたぐ、継ぎ目のないサービスを提供する必要がある。コールド・スポットでの干渉の主な原因は、熱雑音と人工的な雑音である。マイクロセルの干渉レベルは、好ましくは、−１００ｄＢｍに設計されている。このレベルは、周波数再利用システムと専用チャネル・システムの両方に適用される。携帯電話機がマイクロセル・システムとマクロセル・システムの両方から信号を受信できる境界領域では、携帯電話装置は、より強い信号を発するシステムにアクセスする。
ホット・スポットのアプリケーションでは、マクロセル・システムのトラヒックの多い領域にマイクロセルを敷設して、そのマクロセル・システムをオフロードする。この場合、マイクロセルからの標準制御チャネル（ＣＣＨ）信号は、マクロセルのＣＣＨ信号よりも高くなければならず、これにより、携帯電話装置が、マクロセル・システムのＣＣＨ信号よりも、マイクロセルのＣＣＨ信号に確実に固定されるようになる。さらに、マイクロセルが、隣接するマクロセル周波数を再利用するならば、マイクロセル制御信号およびトラヒック・チャネル信号は、同一チャネル干渉を克服しなければならない。両方の基準に合致するよう、マイクロセルの最小ＣＣＨ信号は、２つの干渉の内、最大のものを克服するように設計されている。例えば、マクロセルのＣＣＨ信号が−７０ｄＢｍで、同一チャネル干渉が−８０ｄＢｍであれば、マイクロセル・システムにおいて設計されるべき最小ＣＣＨ信号は、−７０ｄＢｍより高い。専用チャネル・システムに対しては、マクロセルＣＣＨ信号だけを考慮に入れなければならない。ホット・スポットのアプリケーションに対して、マイクロセルが適合できる好適な設計干渉範囲は、−６８ｄＢｍ〜−１００ｄＢｍである。最大の干渉が−６８ｄＢｍより大きい領域では、マイクロセルの有効カバー領域は狭くなる。
図１に示すマイクロセルラ・システム１０の例は、最大４個のトランシーバ無線機１８と、配列１４内の最大４つのアンテナ１８を含む。上述のように、その容量は、結合器の構成を変更して、より多くの無線機１８および／またはアンテナ２８をサポートすることで拡張できる。一旦、マイクロセルラ・システム１０が、特定の数のトランシーバ無線機１８とアンテナ２８を備えるように設計された場合、それは、一般的に、潜在的な顧客によって要求される容量の予測に実質的に基づくものであるが、システム１０は、比較的大きな規模で、理想的に作られる。それによって、製造費用が最小にできる。従って、顧客の特定な要求に応じてマイクロセルラ・システム１０を再設計することは、改良システムの設計という観点からは簡単にできるが、そのようなことは、製造の点から見るとコストがかさむことになる。
それに代って、マイクロセルラ・システム１０は、さらに、基地局１２の外部に備えられた、約３．５ｄＢという、送信電力に比較的小さな影響を及ぼす結合器とスプリッタ装置を使用して、以下のようにシステムを拡張させることが可能である。
予想される移動電話ユーザの数が、１つのマイクロセルラ・システム１０の能力を越えるようなカバー領域に関して、その能力は、具体的にはシステムに含まれるトランシーバ無線機１８の数の関数であり、もう一つのマイクロセルラ・システムを同じ領域に置くことによって、そのカバー領域において、呼容量を効果的に２倍にすることができる。この構成では、分離した２つのアンテナ配列にそれぞれ接続された、２つの基地局を用いている。しかし、両方の基地局を１つのアンテナ配列と通信させて、装置のコストを削減するのが望ましい。図５ａにおいて、２−１結合装置９２（すなわち、ハイブリッド・パワー・カプラ）を使用して、分離した２つの基地局１２ａ，１２ｂのアンテナ・ポートを結合している。基地局１２ａのアンテナ・ポートと基地局１２ｂのアンテナ・ポート各々が、ケーブル２６’とケーブル２６”によって、結合装置９２の２つの入力端に接続され、その１つの出力が、ケーブル２６”’によって、４つのアンテナ配列１４の個々のアンテナに接続されている。図５ａの変形として、８つのトランシーバ無線機を提供し、それによって、トラヒック容量を増大させるが、実効的なカバー領域は、結合装置９２内の損失によって小さくなる。この構成は、ホールやコンベンション・センタのような大きな空き領域に向いている。
長くて狭いオフィスビルの廊下のように、一般的に損失が大きい環境、あるいは健康への害が少なくなるように低電力信号の通信が要求されるようなカバー領域に関して、図５ｂのような構成が都合がよい。図５ｂに示す例では、アンテナを８つに増やし、基地局１２の４つのアンテナ・ポートのそれぞれは、ケーブル２６’によって、１−２スプリッタ９０の各入力端に接続される。各スプリッタ９０の２つの出力は、別々のケーブル２６”，２６”’を通って、全部で８つのアンテナ２８を有する配列１４内の個々のアンテナ２８に接続されている。スプリッタ９０は、入力送信信号を約３．５ｄＢｍ減衰させ、２つの出力信号を生成する。それによって、各アンテナ２８で送信される電力は、４つのアンテナ装置との関連において、必然的に２等分される。しかし、カバー領域全体に関して、図５ｂの構造は、少なくとも従来の装置と同じである。それは、アンテナの数が２倍になり、それが、カバー領域の形成に関して、より柔軟性を呈するからである。さらに、アンテナ２８の位置決めが、サービス環境に、より適するように行えるので、カバー領域を有効に増大でき、より効率的な装置となる。
図５ｃに示す変形例は、２×２結合器９４（すなわち、ハイブリッド・パワー・カプラ）を用いて、２つの基地局１２ａ，１２ｂを、８つのアンテナ２８の配列１４に連結させ、それによって、容量とカバー領域の形成の際の柔軟性の両方が増大する。基地局１２ａのアンテナ・ポートと基地局１２ｂのアンテナ・ポートそれぞれが、ケーブル２６’とケーブル２６”によって、結合器９４の２つの入力に接続されている。結合器９４の２つの出力は、ケーブル２６”’とケーブル２６””によって、８つのアンテナ配列１４の各アンテナに接続されている。
当業者には、本発明の精神や範囲から逸脱することなく、本発明に種々の修正や変形を加えることができることが分かる。従って、上記各実施の形態に対して特に限定がない場合、請求の範囲は、上記のマイクロセルラ・システムの厳格な実施の形態に限定されるとすることはできないことが分かる。
【図１】
0003892483.tif 000002
【図２】
0003892483.tif 000003
【図３】
0003892483.tif 000004
【図４】
0003892483.tif 000005
【図５ａ】
0003892483.tif 000006
【図５ｂ】
0003892483.tif 000007
【図５ｃ】
0003892483.tif 000008