(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信位置からある周波数バンド内の複数の信号を、セル内に位置する加入者受信機により選択的に受信されるように送信する方法であって、
前記周波数バンドの略すべてを占有するアナログ信号を、所定の極性にて送信するステップであって、前記アナログ信号は前記周波数バンド内のプログラム搬送波周波数で送信される少なくとも一つの通信プログラムを表すプログラム信号を含み、前記アナログ信号は一つのプログラムチャネルを占有するステップを備え、さらに、
少なくとも一つのデジタル通信を表すデジタル信号を、第１のビット速度で、前記プログラムチャネル内の少なくとも一つの第１搬送波周波数を用いて送信するステップであって、前記デジタル信号は前記周波数バンド内の全域に渡っており、前記デジタル信号は前記一つの通信プログラムを表す前記アナログ信号よりは前記周波数バンドの占有度が略少ないステップと、
前記第１の搬送波周波数と、前記第１のビット速度と、前記デジタル通信の所定の送信電力とを選択し、加入者受信機が前記一つの通信プログラムまたは前記デジタル通信のいずれかを選択的に受信可能で、信頼性よく検出可能なステップと、
前記所定の極性とは異なる極性で前記デジタル信号を送信することにより、前記デジタル信号と前記アナログ信号との間の干渉を低減するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記アナログ信号および前記デジタル信号は、前記アナログ信号が第１の極性を持つ第１のセクタに対して送信され、
前記第１の極性とは異なる極性を持つ前記第１のセクタに隣接する第２のセクタに対して前記アナログ信号を送信するステップと、
前記第１の極性を持つ前記第２のセクタ内のさらなるデジタル信号を送信するステップと、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記さらなるデジタル信号は、前記第１のセクタで送信されない少なくとも一つの第２のデジタル通信を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記アナログ信号の極性が隣接するセクタ同士で異なっており、各セクタが略９０°のセクタとなるように配置された第３および第４のセクタに対して前記アナログ信号を送信するステップと、
前記第３および第４のセクタ内で第３および第４のデジタル信号をそれぞれ送信するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
隣接するセル内の送信位置から追加信号を送信するステップとさらに備え、
前記セルは、互いに対向する隣接セル内のセクタが互いに同様の変調および同様の極性の信号を送信することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記デジタル信号は、第１の複数のデジタル信号であり、
前記アナログ信号および前記第１の複数のデジタル信号は、略１８０°以下のセクタ角度を持ち、
前記アナログ信号および第２の複数のデジタル信号は、隣接するが前記第１のセクタと重複しない第２のセクタに対して送信され、
少なくとも前記第２の極性のデジタル信号は、前記第１の複数のデジタル信号が送信される場合の極性とは異なる極性で送信されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
送信位置からある周波数バンド内の複数の信号を、セル内に位置する加入者受信機により選択的に受信されるように送信する方法であって、
前記周波数バンドの略すべてを占有するアナログ信号を、所定の極性にて送信するステップであって、前記アナログ信号は前記周波数バンド内のプログラム搬送波周波数で送信される少なくとも一つの通信プログラムを表すプログラム信号を含み、前記アナログ信号は一つのプログラムチャネルを占有するステップを備え、さらに、
少なくとも一つのデジタル通信を表すデジタル信号を、第１のビット速度で、前記プログラムチャネル内の少なくとも一つの第１搬送波周波数を用いて送信するステップであって、前記デジタル信号は前記周波数バンド内の全域に渡っており、前記デジタル信号は前記一つの通信プログラムを表す前記アナログ信号よりは前記周波数バンドの占有度が略少なく、前記アナログ信号は前記セル内の所定のカバレッジ角度にて送信され、前記デジタル信号は前記所定のカバレッジ角度未満のカバレッジ角度を持つ第１のセクタ内で送信されるステップと、
前記第１の搬送波周波数と、前記第１のビット速度と、前記デジタル通信の所定の送信電力とを選択し、加入者受信機が前記一つの通信プログラムまたは前記デジタル通信のいずれかを選択的に受信可能で、信頼性よく検出可能なステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記所定のカバレッジ角度は３６０°であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第２のセクタ内の前記プログラムチャネル内の周波数で、前記極性とは異なる極性で、さらなるデジタル信号を送信するステップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
デジタル信号を受信機に送信する方法であって、
所定の搬送波周波数を用いてアナログ信号を送信するステップであって、前記アナログ信号は、ある周波数バンドの略すべてを占有するステップと、
前記周波数バンド内の第１の搬送波周波数を用いて前記デジタル信号を、所定のビット速度で送信するステップであって、前記搬送波周波数と前記ビット速度は、前記デジタル信号が前記所定の搬送波周波数の一方の側に全体的に位置するよう前記周波数バンドの一部を占有し、前記所定の搬送波周波数が中心にくる前記周波数バンドの少なくとも略１０％を占める領域は前記デジタル信号によって占有されないようにするステップと、
前記周波数バンドの前記一部での前記受信機により受信されたデジタル信号の信号電力レベルが前記一部での前記アナログ信号の信号電力レベルより６ｄＢだけ高くなるように、前記デジタル信号の送信電力レベルを選択するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
複数の前記デジタル信号が前記周波数バンドの対応する個別部分に対して送信され、
前記受信機により受信されるそれぞれの前記受信信号の全体的な信号電力レベルは、全体的な受信アナログ信号電力レベル未満であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記デジタル信号のそれぞれの前記受信信号電力レベルは、前記周波数バンドの対応する個別部分における前記受信されたアナログ信号電力レベルより少なくとも１２ｄB低いことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記デジタル信号および前記アナログ信号は、同一の極性を持つ同一の送信機の位置から送信されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記アナログ信号は、所定の極性で全方向に送信され、
前記デジタル信号は、１８０°未満のビーム角度を持つ第１のセクタに対して送信され、
複数のさらなるデジタル信号は、前記所定の極性とは異なる極性で第２のセクタに対して送信され、
前記複数のさらなるデジタル信号は、前記周波数バンド内の搬送波周波数で送信され、
前記第１および第２のセクタは、実質的な角度の重複がないことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のセクタは、前記第１のセクタよりも広いことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも他の複数のデジタル信号は、前記第１または第２のセクタと実質的に重複しない第３のセクタで送信され、
隣接するセクタは、相互に異なる極性を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記アナログ信号は、実質的に一定の電力レベルを持つＦＭ信号であり、
前記デジタル信号は、四相位相変調信号であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記アナログ信号は、３．３ＭＨｚより大きい周波数バンドを占有し、
前記デジタル信号は、周波数バンドの約１．５ＭＨｚの幅を占有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記アナログ信号は、１６ＭＨｚ幅より大きい周波数バンドを占有するテレビジョン信号であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
所定の搬送波周波数を用いるアナログ信号を、所定の位置から、所定の極性で送信し、前記アナログ信号が周波数バンドの略すべてを占有する手段と、
前記周波数バンド内で第１の搬送波周波数を用いて、ほぼ前記所定の位置から、前記所定の極性で、少なくとも一つのデジタル信号を送信する手段と、を備え、
前記デジタル信号は、前記アナログ信号の搬送波周波数の一方の側に全体的に位置するように前記周波数バンドの一部を占有し、
前記搬送波周波数を中心とする前記周波数バンドの少なくとも約１０％を占有する領域には、前記デジタル信号がほとんど存在せず、
前記デジタル信号の送信電力レベルは、前記一つのアンテナによりカバーされる領域内で、前記周波数バンドの前記一部での前記デジタル信号のデジタル信号電力レベルは、前記一部での前記アナログ信号の前記信号電力レベルより６ｄＢだけ大きいことを特徴とする送信機。
【請求項２１】
前記アンテナは、略１８０°以下のセクタのカバレッジを持つことを特徴とする請求項２０に記載の送信機。
【請求項２２】
前記少なくとも一つのアンテナは、前記デジタル信号と前記アナログ信号の双方を送信することを特徴とする請求項２０に記載の送信機。
【請求項２３】
前記少なくとも一つのアンテナは、それぞれ異なる搬送波周波数でデジタル信号を同じ極性で送信する複数のアンテナを有し、
アナログ信号を送信する前記手段は、前記複数のアンテナの各ビーム角度の和に略等しいビーム角度を有するさらなるアンテナを備えることを特徴とする請求項２０に記載の送信機。
【請求項２４】
前記さらなるアンテナは、略１８０°のビーム角度を持つことを特徴とする請求項２３に記載の送信機。
【請求項２５】
アナログ信号を送信する前記手段は、全方向のアンテナを有することを特徴とする請求項２０に記載の送信機。
【請求項２６】
前記さらなるアンテナは、１２ＭＨｚ以上の周波数を送信することを特徴とする請求項２０に記載の送信機。
【請求項２７】
送信位置から周波数バンド内の複数の信号を、セル内に位置する加入者受信機により受信するために送信する方法であって、
前記周波数バンドのほとんどすべてを占有するアナログ信号を送信するステップであって、前記アナログ信号は前記周波数バンド内のプログラム搬送波周波数で送信された少なくとも一つの通信プログラムを表すプログラム信号を含み、前記アナログ信号は一つのプログラムチャネルを占有するステップを備え、さらに
前記プログラムチャネル内で、複数のデジタル搬送波周波数を用いて、５つのＴ−１チャネルを含む複数のデジタル通信を表すデジタル信号を送信し、
各デジタル搬送波周波数は、同一の所定の送信電力で送信され、
前記デジタル信号は、全体的に前記周波数バンド内に存在し、前記一つの通信プログラムを表す前記アナログ信号よりも実質的に狭い周波数バンドを占有し、
前記複数のデジタル搬送波周波数、前記第１のビット速度、および前記デジタル通信の前記所定の送信電力のそれぞれを選択し、加入者受信機が前記一つの通信プログラムまたは前記デジタル通信の一つのいずれかを選択的に受信でき、信頼性よく検出できるようにすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、複数の情報信号を一つのバンドを用いて送信するためのシステムに関する。より詳細には、複数の信号チャネルがおのおのの異なる搬送波周波数を用いて送信されるシステムであって、スペクトルの利用が最適化されるようにバンド全体を占有するシステムに関する。
従来の技術の説明
送信される異なる情報流間の干渉を回避するための技術は、非常に古くから知られている。初期の技術は、異なる情報流を運ぶために、おのおのの異なる搬送波周波数を用い、同調された増幅段によって、所望の被変調搬送波と、不要な他の搬送周波数で変調された情報流とを分別する。
欧州特許出願EP A 0429 200 A2において一例として開示されているもう一つの技術においては、指向性および周波数セットの差が用いられる。指向性の意味するところによると、ある一つの顧客によって受信されるべき幾つかの信号は、高度に指向性のある第一の送信アンテナ配列によって、顧客の方向に、比較的狭いビーム角度を持つアンテナを用いて放射され、他方、第一の顧客との位置関係において第一の送信アンテナ配列のカバレッジの外側に位置する別の顧客によって受信されるべき信号は、第一の顧客をカバレッジとして含まない第二のアンテナによって送信される。さらに、上述のように、干渉を抑えるための追加の手段として異なる“周波数セット”が用いられるが、ここで、ある周波数セットが別の周波数セットと異なるとは、対応するチャネルのバンドによって占拠される周波数が互いに排他的であること、あるいはこれらの偏波方向が異なることを意味する。
発明の要約
本発明によると、第一の複数の信号がある与えられた広いバンド内の個々のチャネルのバンドを互いに排他的に占拠する異なる搬送波周波数を用いて送信され、少なくとも一つの追加の信号が前記与えられた広いバンド内のもう一つのチャネルのバンドを用いて送信され、前記互いに排他的な個々のチャネルのバンド幅と前記もう一つのチャネルのバンド幅の総和は前記与えられた広いバンドより大きい。前記少なくとも一つの追加の信号は、搬送波周波数、変調タイプ、および偏波を含む一群から選択される少なくとも２つのダイバーシチ特性において、前記第一の複数の信号と異なり、こうしてある与えられた位置内の受信機が前記複数の送信された信号の任意の一つを選択的に受信することが可能にされる。
本発明による第一の好ましい実施例においては、前記第一の複数の信号は、デジタル信号とされ、前記少なくとも一つの追加の信号は、アナログ信号とされる。このアナログ信号は、実質的に前記与えられたバンド全体を占拠し、前記第一の複数の信号のいずれとも異なる搬送波周波数を用いて送信される。好ましくは、複数の一連の与えられたバンドは広いバンドであり、前記複数の一連のバンドの少なくとも複数を用いて送信されるアナログ信号はＦＭ信号であり、このＦＭ信号は、実質的に、対応する与えられたバンドの全体を占拠する。本発明によるもう一つの好ましい実施例においては、前記第一の複数のデジタル信号の少なくとも一つは、隣接する２つのある与えられたバンドの部分を占拠する個別のバンドを持つ。
この実施例では、前記の与えられたバンドの幅より小さな総バンド幅を持つ小さな複数の狭い信号チャネルと、前記の与えられたバンド全体をカバーする一つの広いバンドのアナログ信号とが送信されるが、この送信機によってカバーされる受信位置においては、前記複数のデジタル信号の送信あるいは前記アナログ信号の送信の任意の一つあるいは複数を、前記複数のデジタル信号あるいは前記アナログ信号の片方の送信のみが受信された場合の品質と、実質的に等しい信号品質にて検波することが可能である。
この受信位置において受信される各デジタル信号の受信電力レベルは、個別に見たとき、好ましくは、アナログ信号の総受信電力レベルより、少なくとも１８ｄＢ小さくされる。ここで、アナログ信号を不当に劣化させないデジタル信号の電力のアナログ信号の電力に対する比は、変調タイプ、デジタル信号の帯域幅、およびデジタル搬送波信号のアナログ搬送波信号に対する位置の関数として定まる。デジタル信号の電力がアナログ信号の電力より３０ｄＢ低い場合は、デジタル搬送波信号のアナログ搬送波に対する位置は、アナログ信号の受信の観点からは、問題とならなくなる。ただし、デジタル信号の電力が高くなると位置はより重要となる。ＮＴＳＣテレビジョン信号の性質のために、デジタル信号がアナログ信号に著しい劣化を与えない“スイートスポット”と、比較的劣化が目立つ位置が存在する。デジタル変調のタイプによっても受信された画像に劣化を与えないデジタル信号の強度が左右され；さらにデジタル信号のタイプによってアーティファクトの問題も左右される。
各デジタル信号の送信によって占拠される周波数バンドの各部分において、各デジタル信号の受信電力レベルは、一般には、同一の周波数バンドの同一の部分を用いて送信されるアナログ信号の受信電力レベルより、６ｄＢ以上高くてはならず；好ましくは、デジタル信号の電力は、アナログ信号の電力より、低く、より好ましくは、１２ｄＢだけ低くされる。ただし、デジタル信号を、対応する部分を用いるアナログ信号の電力よりも１５ｄＢより低くしても、通常はあまり効果はない。
本発明の一つの好ましい実施例においては、ローカルマルチポイント分配サービス（ＬＭＤＳ）セルラマイクロ波信号システム内で採用され、アナログ信号としては、以降、総称的にＦＭビデオ信号と呼ばれる周波数あるいは位相変調されたテレビジョンあるいはビデオ信号が送信される。同一位置（アンテナマスト）から送信されるデジタル信号は、任意の周知の方法にて変調され、これは、ＦＭ信号の電力が比較的低い所に選択された複数の搬送波周波数を用いて送信される。デジタル信号のエラー率を低くするためには、現時点では、好ましくは、直角位相偏移キーシング（ＱＰＳＫ）変調が用いられる。ただし、技術は進歩を続けており、他の変調方法、例えば、１６ＱＡＭあるいは６４ＱＡＭ、さらには、現時点では知られてないあるいはあまり用いられてない他の方法を用いることも考えられる。
本発明の一つの好ましい実施例においては、上述のアナログＦＭ信号は、３ＭＨｚの公称ＦＭ偏移を持つ。生のテレビジョン番組の電力スペクトル密度曲線は、電力のピークは、概ね一定の値を持ち、６ＭＨｚ幅より小さなバンド内に集中し、他の位置では電力は急激におち、２０ＭＨｚの公称チャネルバンドの内の、概ね１４ＭＨｚの幅で、少なくともこれより６ｄＢ低く、１２ＭＨｚの幅で、少なくともこれより１０ｄＢ低いことを示す。これら値は、“最大ホールド”を生成するスペクトルアナライザを介して観察されたもので、画像の変化と共に絶えず変動する瞬間的な分布を反映することはないが；ただし、これは、このバンド内の電力レベルの低いポイントに搬送波周波数が来るように注意深く選択することで、この同一の２０ＭＨｚバンドを用いて、高品質のアナログＴＶと、少なくとも８あるいは９のＴ−１チャネル、あるいは同等のチャネルの両方を受信できる可能性を示唆する。
代替としてＦＭ偏移を５MHzに増加した場合は、概ね一定な電力の領域は、概ね７ＭＨｚに渡る領域に増加する。ただし、各サイドの電力の低下はよりゆるやかとなり、各サイドは、より不規則な曲線を持つこととなる。この結果、電力レベルは、ピーク値より、同一の総チャネルバンドの、概ね１２ＭＨｚの幅で、少なくともこれより６ｄＢ低く、８．５ＭＨｚの幅で、少なくともこれより１０ｄＢ低くなる。これら値は、搬送波周波数を、このバンド内のアナログ電力の低いポイント、すなわち“スイートポット”に来るように注意深く選択することで、同一の２０ＭＨｚバンドを用いて、非常に高品質のアナログＴＶ信号と少なくとも７つのＴ−１チャネルあるいはこれと同等なチャネルを両方とも受信できる可能性を示唆する。
本発明のもう一つの実施例においては、異なる変調タイプの信号が、異なる偏波を用いて送信される。この方法では、各信号が２つのダイバーシチ特性を持ち、受信機は、これらを用いて干渉信号との弁別を行なうことができるために、各変調に対して、全バンド幅を、加入者位置の所での干渉なしに使用することが可能となる。チャネルが片方向の送信のみに用いられる場合は、隣接セル内で偏波は同一とするが、ただし、異なる変調タイプを割当てることで、セル間干渉からの高度の自由（保護）を達成することが可能である。本発明による任意のチャネルが加入者位置との双方向通信に用いられる場合の一つの好ましい実施例においては、リターン信号は、応答されるべき信号と同一の変調タイプを用い、ただし、反対の偏波を用いて送信される。この動作モードの長所は、送信されて反射され、考慮されたセルノードで受信される不所望の反射信号が、所望のリターン信号の変調タイプを持った信号とは異なる偏波を有することである。干渉は、リターン（登り流）信号を、異なる搬送周波数を用いて送信することによりさらに低減することも可能である。
本発明のさらにもう一つの実施例は、ある与えられた総バンド幅を用いて、非常に多数のチャネルを供給する。この方法においては、各偏波に対して、アナログチャネルの全数と、それらアナログチャネルの受信に望ましくない劣化を与えない程度の複数のデジタルチャネルが送信される。送信機が、付近に隣接するセルがない状態で動作する場合は、アナログセルは、対応するチャネル搬送波周波数にて動作すれば満足な結果は得られる。ただし、送信モジュールと受信モジュールの共通性は幾分低減するが、周波数インターリービングを用いると、同一セル内からあるいは他のセルからの番組信号あるいはデジタル信号間の干渉を一層低減することが可能である。この原理によると、バンドの一端において、概ね半分のアナログチャネルのスペースは、アナログ送信には用いられない。下側のチャネルグループは、一方の偏波を用い、バンドの下端から開始するチャネルから順番に上に向って概ね規則的な間隔で配列されたアナログ搬送波信号を運び、デジタル搬送波は、これらアナログ搬送周波数とは異なる選択された（干渉特性が要求される場合はこれらアナログ周波数から十分に離された）周波数にて伝送される。そして、上側チャネルグループは、他方の偏波を用い、下側グループの最下位のチャネルとその次に下位のチャネルとの概ね中間から開始されるチャネルから順番に上に向って概ね規則的な間隔で配列されたアナログ搬送波信号を運ぶ。こうして、各アナロググループのチャネルは、互いに、他方のアナロググループのチャネルに対して、２つの異なるダイバーシチ特性を持ち、他方のアナロググループからの信号との弁別を助ける。この上側チャネルグループにおいても、デジタル搬送波は、これら上側チャネルグループのアナログ搬送波周波数から十分に離れた選択された周波数を用いて送信される。経験から、選択されるＦＭ（あるいは他の変調）の偏移およびチャネルバンド幅によっては、スペクトル内に“スイートポット”なる位置が存在し、デジタル搬送波をこの位置に定めると、アナログ信号との干渉が最小となり、両方の変調において、受信の信頼性が向上することが知られている。さらに、アナログチャネルの間隔を修正することで、上側チャネルのスイートスポットと、下側チャネルのスイートスポットを多少インターリーブすることや；あるいは、一つの偏波のみとセットのアナログチャネルを用いたときに可能な数より少数のデジタルチャネルを一方あるいは両方の偏波において用いることも可能であるが、このように構成を、他方の偏波の信号に対する強さが理想より小さな場合に用いることで、デジタル信号の検波において経験されるエラー率を低減し、あるいは、セル間干渉を最小に抑えるが可能となる。上述のような方法を用いた場合、送信可能なアナログＴＶあるいは他の番組の数は、概ね２倍となり、伝送できるデジタルチャネルの数も増加する。ただし、リターン信号には、リターン専用のチャネルを用いることが必要となる。
この構成では、セルが接近、あるいは重複してない場合は、全指向性伝送が可能であり、安価な構成となる。ただし、下側チャネルを一方の偏波と共に用いるセクタと、上側チャネルを同一偏波と共に用いるセクタとが隣接するようなセルラ配列を用いると、特に、効果的である。セルラ配列は、好ましくは、互いに対向するセクタが、同一のチャネル／偏波組合せを持つように設定される。また、好ましくは、セクタのサイズと方位は、２つのセクタの重複領域の近くに位置する加入者が付近の他のセルの送信機の方を向かないように選択される。
本発明は、特に、ＵＨＦあるいはＳＨＦスペクトルバンドを、本質的に見通し伝搬内で動作する無線送信を利用して送信するのに適する。例えば、政府の規制によって、需要に合わせて信号チャネルの数を増加するのが困難であるような状況において、チャネルのバンド幅が搬送波周波数と比べて比較的小さな用途に用いるのに適する。これは、また、チャネル容量に対する需要が、より広いスペクトルを用いる技術では十分に確保できないような場合に、他のタイプの送信に対して適用することが可能である。
特に、初期の投資資金を抑える必要がある場合は、当初は、利用可能なデジタルチャネルの数は低減されるが、システムの送信サイトにおける重複設備を最小にすることも考えられる。加入者は、アナログのみを選択することで、コストを最小限に抑えることも、月々のコストを上げることで、追加のサービスを受けることも可能である。その後、システムを、元の設備を交換する必要なしに、セクタ化と偏波ダイバーシチが利用できるようにグレードアップすることも可能である；事業計画における主要な不利益は、変更時に、幾つかの加入者のアンテナの偏波角度を変えることが必要となることであるが、ただし、ここでの好ましい周波数バンドに対して用いられる加入者アンテナは、小さく、これらは、個々の加入者によって簡単に向きを変えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、共通の送信アンテナを用いる本発明によるシステムの略図を示し、
図２は、異なる偏波を用いるアンテナを用いる本発明によるシステムの略図を示し、
図３のチャートは、本発明による各セル内に送信用の９０°セクタアンテナを持つセルラ送信配列を示し、
図４のチャートは、本発明による各セル内に１８０°セクタアンテナを持つもう一つのセルラ送信配列を示し、
図５のチャートは、本発明による各セル内で同一偏波の全指向性送信を用いるもう一つのセルラ送信配列を示し、
図６のチャートは、本発明による各セル内で全指向性送信を用いるセルラ送信配列を示し、
図７のチャートは、本発明による各セル内で、全指向性アナログ送信と不均等にセクタ化されたデジタル送信を用いるさらにもう一つのセルラ送信配列を示し、
図８のグラフは、本発明において用いるのが適当な３ＭＨｚ偏移のＦＭビデオ信号のスペクトルを示し、
図９のグラフは、本発明において用いるのが適当な５ＭＨｚ偏移のＦＭビデオ信号のスペクトルを示し、そして、
図１０のグラフは、ＦＭビデオ信号対Ｔ−１ＱＰＳＫ信号の搬送波周波数の干渉に対する強さを示す。
好ましい実施例の説明
図１に簡略的に示されるシステムにおいては、５０種類の周波数変調テレビジョン信号と、これより遥かに多数のデジタル信号の組合せが、セル内の加入者に向けて、全指向性アンテナ１０から送信される。ここではアンテナ１０は、概念的に、加算器１５から信号を供給される単一の全指向性アンテナとして示されるが、ただし、これは、２つあるいはそれ以上のセクタ化されたアンテナから形成することも可能である。好ましくは、２つの送信電力増幅器１２、１４が用いられるが、サービスの信頼性をさらに向上させるために、これら送信電力増幅器は、好ましくは、本出願人による譲受人を同一とするDUAL TRANSMITTER ARRANGEMENT WITH BACK-UP SWITCHINGという名称の係属中の特許出願（弁理士一覧表番号ＰＨＡ  ＣＶ−９０）において説明されるバックアップスイッチング方式で構成される。
アナログチャネル１〜５０のビデオおよび音声信号は、ローカルＴＶ源によって生成、あるいは、全体としてボックス２１にて表される任意の周知の中継リンクによって受信される。各チャネルは、別個のＲＦ生成器２３を持ち、出力はＦＭ変調器２５に供給され、ここで対応するＴＶ信号によって変調される。このＦＭ変調器２５は、好ましくは、公称上、３ＭＨｚのＦＭ偏移を与え、エネルギーが送信されるべき１８〜２０ＭＨｚの帯域の中央の６ＭＨｚに集中するように設計される。こうして変調されたＲＦ信号は、加算器２７によって簡略的に示されるように結合され、次に、アップコンバータ２９内で、例えば、２７．５〜２８．５ＧＨｚ間の、１ＧＨｚ幅のＳＨＦバンドにアップ変換される。当業者においては理解できるように、これら全てのＲＦ生成器２３が同一周波数にて動作するようにすると最も経済的となる。こうした場合、これら生成器および関連する変調器は同一となり、これら変調器の出力を、個別に、例えば、２．１〜３．１ＧＨｚｋの中間バンド内の別個の２０ＭＨｚ幅のチャネルにアップ変換し、その後、これらをグループとして扱い、２８ＧＨｚバンドにアップ変換することが可能となる。
多くの異なるタイプの通信を表すデジタル信号を、これら５０種類のＲＦチャネルと同一のバンド内に位置する複数の周波数を用いて送信することが可能である。例えば、ここでは、低いデータ速度の信号が、ソース３１から得られる入力１Ａ〜１Ｍによって表される。要求される搬送周波数および変調器の数を最小にするために、これら低い速度の信号、例えば、個々の電話、ファクシミリ、コンピュータモデム、あるいは他のデータ端末からの信号は、好ましくは、マルチプレクサ３３内で結合され、これによって、例えば、従来のＴ−１ラインに等しい、少なくとも１ＭＢ／秒のデータ速度の出力が生成される。第一のデータ搬送波用周波数生成器３５からの出力が、直角位相偏移キーシング（ＱＰＳＫ）変調器３７内で、マルチプレクサ３３からのデータ流によって変調される。
同様に、ボックス４１によって表される最大、９個までの他のＴ−１デジタルデータ源からの信号が、生成器４５によって生成される搬送波周波数１Ｐ〜１Ｘにて、変調器４７内で変調される。これら搬送波周波数は、例えば、２．１０〜２．１２ＧＨｚのバンド内に位置するようにすることも、あるいは、このバンドにアップ変換することも可能であるが、個々のデータ搬送波の周波数は、最も低いＦＭチャネルの搬送波を回避し、かつ、そのデジタル伝送に起因するＦＭ  ＴＶの受信の劣化が最小となる“スイートスポット”内に来るように選択される。
第二のＦＭ  ＴＶチャネル内に入る搬送波周波数を用いての送信のためには、デジタル信号源５１からの信号が、最も低いＦＭチャネル内でのデジタル送信のために用いられた搬送波周波数に対応する周波数にてＱＰＳＫ変調される（あるいは変調の後にこの周波数にアップ変換される）。追加のデジタル源からの信号も、全ての他のＦＭチャネルについて、同様にして選択された搬送波周波数にて変調される。こうしてデジタル的に変調されたセットの搬送波全体が、アップコンバータ５９内で、周波数を上昇され、２７．５〜２８．５ＧＨｚのバンドが得られる。
図２のシステムは、図１のシステムと類似するが、アンテナ５０がアナログ信号のみを運び、例えば、セクタ化されたアンテナが用いられる点と；各セクタアンテナ５２に信号を供給する複数のデジタルボックス３１〜５９が提供される点が異なる。図２による一つの実施例においては、図６との関連でさらに詳細に説明されるように、各アンテナは、全指向性であり、一方は水平に偏向され、他方は垂直に偏向される。この構成では、ＦＭ信号と同一のバンドを用いて受信機の所で干渉を起こすことなく、より多数のデジタル搬送波を送信することが可能であり、極端な場合、一つのデジタル搬送波が、ＦＭ搬送波の周波数と同一周波数を用い、ＦＭチャネルのバンド幅全体を、デジタル信号にて満たすことさえ可能である。
図２の略図によって表されるもう一つの実施例においては、少なくともアンテナ５２にセクタ化されたアンテナが用いられ、各セクタは、好ましくは、別個の増幅器１４およびアップコンバータ５９から信号の供給を受ける。図２のシステムが、例えば、図３、図４、あるいは図７に示されるようなセルラ配列内で用いられる場合は、幾つかのデジタル源３１、４１、５１からの信号は、ある与えられたセルの全てのセクタに向けて送信され、他の幾つかのソースからの信号は、それらセクタの一意の一つのみに送信されることも可能である。この方法では、スペクトルの一部分を、異なるセクタ内に位置する個々の加入者に向けて、異なるデジタル信号を送信するために再使用することが可能となる。さらに、各アップコンバータと増幅器の組合せを、上述のように、バックアップスイッチング方式を用いる二重送信機構成とすることで、信頼性の向上が可能となる。
図２の実施例による送信サイトの長方形のセルラ配置が図３に示されるが、ここでは、９０°のセクタが用いられる。これらセクタは、概ね、ロウ３０１、３０２、３０３等と、カラム３０７、３０８、３０９等とが形成されるように配列される。図面から明らかなように、各セルは、アナログ信号の垂直偏波ＡＶと水平偏波ＡＨ、および、デジタル信号の水平偏波ＤＨと垂直偏波ＤＶとが交互するように、４つの部分に分割される。この配列では、隣接セル干渉は最小になる。例えば、セル３１０内の位置３１２の所の加入者の狭いビームのアンテナは、セル３００の送信機３１１とセル３２０の送信機３２１の両方に向けられ、これは、セル３２０からのある与えられた同一タイプの変調を用いる干渉信号を受信するが、ただし、これは、反対の偏波を持ち、しかも、距離差のために、６ｄＢ以上減衰されている。位置３１４の所の加入者のアンテナも、セル３１０の送信機３１１とセル３５０の送信機３５１の両方に向けられるが、同様にして、セル３５０から送信される信号とは異なる偏波を用いる。
セクタの向く角度が傾斜することにより、さらに、２つのセクタの境界付近、例えば、位置３５６の所の加入者が（この加入者の信号強度は、典型的には、これらセクタの端付近に位置するために３ｄＢだけ低減されるが）、セル３１０あるいは３５０から信号を直接に受信しないことを保証される。さらに、隣接セクタ間で異なる偏波が用いられるために、２つのセクタのアンテナの放射パターンが重複して発生する干渉フリンジパターンの問題が大幅に低減される。
デジタル信号が双方向通信のために用いられる場合は、セル３２０の位置３２５の所の加入者は、垂直偏波されたリターン信号を送信機位置３２１の所に送り返すことが考えられるが、この垂直偏波された信号は、通常リターンとして送信される信号には比較的弱い電力が用いられるために、位置３２７の所の加入者に干渉を与えることはない（弱いリターン信号の電力は、送信機位置３２１の所の受信アンテナの開口を大きくすることによって補償される）。同時に、位置３２５からの垂直偏波されたデジタルリターン信号が送信機３１１の所に問題を与えることはない。なぜなら、この受信セクタは、この方向に対しては、水平偏波されたデジタルリターン信号を受信するように設定されているためである。
双方向システムの場合の干渉の回避は、チャネルを、様々な加入者あるいは顧客構内設備に、セル内のそれらの位置に基づいて動的に割当てることによりさらに改善することができる。
図４は、１８０°のセクタアンテナを持つもう一つの配列を示す。ここでも、ある与えられたセクタ内で、それぞれアナログ信号およびデジタル信号に対して、反対の偏波が用いられるが、ここでは、対面するセクタは、同一の偏波を用いる。このタイプの配列は、重複が最小となり、同時に、公称上どのセルにも属さないエリアが最小となるために高密度配列と呼ばれる。この配列は、カラム４０１、４０２、４０３、４０４等と配列される。アンテナは、一つおきのカラム、例えば、カラム４０１、４０３等内では、概ね直線となるように整列され、各セクタのアンテナは、カラム整列と概ね平行となるように向けられる。この結果、各セルの２つのセクタ間の分割を示す点線は、上述の直線（カラムの方向）と概ね垂直となる。このカラム内におけるアナログ偏波の配列は、本発明と譲受人を同一とする係属中の特許出願第０８／５６６、７８０号に示されるような配列とされる。セル４２０に対面するセル４１０のセクタ４１３は、アナログＦＭ信号を水平偏波にて送信し、デジタル信号は垂直偏波にて送信する。セル４１０に対面するセル４２０のセクタ４２３も、これと同一の送信を行なう。
カラム４０２は、完全に異なる整列を持つ。このカラムの各セルは、カラム４０１内の対応する２つのセル、およびカラム４０３内の対応する２つのセルと重複する。セクタを分割するライン（点線）は、カラムの方向に概ね平行となるが、ただし、このカラム内の隣接セルは、同一サイドで、互いに異なる偏波を用いる。セル４１０のセクタ４１３およびセル４２０のセクタ４２３と対面するセル４４０のセクタ４４３は、セル４１０のセクタ４１３およびセル４２０のセクタ４２３と同一の水平アナログ偏波を用いる。例えば、セル４４０の２つのセクタ間の分割ライン付近の位置４４２のような加入者位置における隣接セル、例えば、セル４５０からの干渉を最小にするために、分割ラインが、少なくとも加入者の受信アンテナのビーム角度の半分の角度に等しい小さな角度だけ傾斜される。そして、位置４４２の所の加入者は、加入者のアナログアンテナを、セル４５０からのセル間干渉は水平偏波されているために、垂直偏波に設定する。さらに、デジタル双方向通信が必要とされる場合は、リターン信号が受信されるデジタル信号と反対の偏波を持つようにするために、同一あるいは隣接するカラム内の２つの隣接セルを接続するライン上の加入者は、隣接するセル内のリターン信号とは反対の極性（偏波）を用いて送信する。
図５のセルラ配列では、アナログ信号には全指向性アンテナが使用され、同一セル内において、デジタル信号の送信のためには、同一偏波の全指向性アンテナが用いられる。ロウ５０１、５０２、５０３、およびカラム５０７、５０８、５０９において、隣接するセルは、反対の偏波を用い、このために、セル５１０、５３０、およびセル５５０は、同一の偏波を用いる。セル５１０の位置５１２の所の加入者は、セル５２０の位置５２１の所の送信機からのセル間干渉を避けるために、偏波の差と距離減衰の両方を有する。ただし、位置５０４の所では、セル５５０の位置５５１の所の送信機からの信号に対しては、距離減衰のみが存在する。この構成では、送信設備が大幅に簡素化されるが、アナログ信号と干渉することなく伝送できるデジタルチャネルの数は制限される。さらに、この構成では、双方向通信においては、位置５２７の所の加入者からの水平偏波されたデジタルリターン信号を、位置５２１において、場合によっては、位置５１１からの等しいあるいはより大きな電力の水平偏波されたデジタル信号が存在する中で検波できるように、デジタル信号の送信に用いる周波数とは異なるリターン周波数を用いることが必要となる。
図６のセルラ配列では、アナログ信号には全指向性アンテナが使用され、同一セル内において、デジタル信号の送信のためには、反対の偏波を用いる全指向性アンテナが用いられる。ロウ６０１、６０２、６０３、およびカラム６０７、６０８、６０９において、隣接するセルは、反対の偏波を用い、このために、セル６１０、６３０、６５０は、同一の偏波を用いる。この結果として、セル６１０の位置６１２の所の加入者は、セル６２０の位置６２１の所の送信機からは、偏波の差および距離減衰の両方を持ち、セル間干渉を阻止することが可能であるが；ただし、位置６０４においては、セル６５０の位置６５１の所の送信機からの信号に対しては、距離減衰のみを有する。この構成の場合も、双方向通信においては、位置６２７の所の加入者からの垂直偏波されたデジタルリターン信号を、位置６２１の所で、場合によっては、位置６１１からの等しいあるいはより大きな電力の垂直偏波されたデジタル信号の存在下で検波できるようにするために、デジタル信号の送信周波数とは異なるリターン周波数を用いることが要求される。ただし、この構成では、各セル内において、送信されるアナログ周波数とデジタル周波数との間で偏波が異なるために、実質的にバンド全体を、デジタルチャネルにて満たすことが可能となる。
図７のセルラ配列においては、アナログ信号には全指向性アンテナが用いられ、同一セル内において、デジタル信号の送信のためには、偏波が交互に用いられ、かつ、異なる幅を持つセクタアンテナが用いられる。ロウ７０１、７０２、７０３、およびカラム７０７、７０８、７０９において、隣接するセルは、反対のアナログ（ＦＭ）偏波を用い、このために、セル７１０、７３０、７５０は、図５および図６と同様に、同一のアナログ偏波を用いる。ただし、この構成においては、デジタルセクタが、図４と同様に配列され、同一の偏波が互いに向って放射される。同一の偏波を用いると、ＭＦ信号と干渉することなしに送信することが可能なデジタルチャネルは低減する。このために、アナログ信号と同一の偏波を用いるデジタルセクタは、より狭い、例えば、６０°のビーム幅のビームアンテナを用いて送信され；異なるデジタル偏波を用いるセクタは、１２０°のビームを送信するようにされる。このタイプの構成では、セル内の全ての方向で任意に選択されたデジタルチャネルを用いて、しかも、概ね同数の加入者に到達することが可能となる。
図８のグラフは、３ＭＨｚ偏移ＦＭ生ＴＶプログラムの電力密度スペクトルの上述の“最大ホールド”のタイプを示す。掃引時間は、分割（５．０ＭＨｚ）当たり１秒とされた。図から、このスペクトルにおいては、信号電力のピークは、６ＭＨｚ幅より若干小さな帯域内に密に集中しており、外側の約７．５ＭＨｚ幅の非対称領域では、信号電力は、中央値より少なくとも１０ｄＢ低いことがわかる。この曲線は、おのおの１．５４４ＭＢ／秒のレートの少なくとも８〜９個のデジタル信号Ｔ−１チャネルを、ＦＭ信号を重大に劣化させることなく、送信できる可能性を示す。
図９は、図８のグラフに類似するが、ここでは、偏移が５ＭＨｚに増加されている。実質的に一定な電力ピークは、７ＭＨｚ幅に広がり、また、すそ（スカート）部の傾斜が浅くなるために、信号電力は、外側の約８ＭＨｚ幅の領域において少なくとも６ｄＢだけ低くなり、さらに、外側の約１１ＭＨｚ幅の非対称領域では少なくとも１０ｄＢ低くなる。この曲線は、２０ＭＨｚのアナログＦＭチャネル内で、アナログ信号を重大に劣化させることなく、少なくとも６個のＴ−１チャネル（おのおの１．５４４ＭＢ／秒）を送信できる可能性を示す。
図１０のグラフは、ビデオ信号対ノイズ比を、ｄＢ単位にて、異なる搬送波対干渉信号比に対して示す。これら曲線は、デジタルデータの存在がＴＶ信号を重大に劣化させない２つの広い“スイートスポット”が存在することをはっきりと示す。
図８〜１０の曲線は、目立った非対称性を示す。ただし、個々のデジタル信号が、２０ＭＨｚのＦＭチャネルの境界を固守することは必要でなく、デジタル搬送波の周波数は、専らアナログＴＶ信号との干渉を最小にすることのみを考えて選択することが可能である。
当業者においては、上述の実施例とは異なる多数のバリエーションおよび代替が、本発明の精神から逸脱することなく、可能であることを理解できるものである。例えば、垂直と水平以外の他の直交する偏波を用いることも可能である。運ばれるデジタル信号も、従来のＴ−１タイプに制限される必要はなく、例えば、圧縮／あるいは圧縮なしのデジタルＴＶ信号であっても；狭いバンドのデータ流、あるいはＴ−１より広いバンドのデータ流であっても；ビデオ電話信号であっても；高速コンピュータのデータ伝送であっても；さらには、周知のあるいは将来において知られる、任意の他の信号であっても構わない。異なるデジタルチャネルが、異なる変調タイプを用いることも、異なるビットレートを用いることも、あるいは、異なるチャネル帯域幅を用いることも可能である。さらに、これらデジタルチャネルは、一つのアナログ帯域内で用いることも、あるいは異なる複数のアナログ帯域内で用いることも可能である。アナログ信号は、周波数変調に限定されるものではなく；位相変調も、他の多くの可能性の少なくとも一つとして考えられる。一つあるいは複数の“アナログ”チャネルが、ＴＶチャネル信号とは大幅に異なる信号を運ぶことも可能である。さらに、一つの送信サイトが、２つあるいは３つの別個の周波数バンドを用いて、例えば、２７．５〜２８．３５ＧＨｚ；２９．１〜２９．２５ＧＨｚ；および３１．０〜３１．３ＧＨｚの内の１つ、２つあるいは３つの全てのバンド内で、本発明を利用して、送信することも可能である。さらに、本発明は、マイクロ波周波数に限定されるものではなく、広いスペクトルの信号と、狭いスペクトルの信号が、異なる変調を用いて送信されるあらゆる状況において使用できるものであり、従って、本発明は、改めて述べるのでもなく、請求の範囲によってのみ制限されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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