JP3606385B2 - サテライト基地局装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、移動通信システムにおいて、地下街等に所望の無線ゾーンを拡張するサテライト基地局装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多くの都市では、移動通信システムの無線基地局が設けられ、車載型や携帯型の移動局に対して種々の通信サービスが提供されている。また、このような携帯型の移動局（以下、単に「携帯局」という。）は、特に都市部では、狭くかつ複雑に交差する地下通路に沿って形成された地下街の中を移動する場合が多い。しかし、上述した移動通信システムの無線周波数はＨＦ帯以下の低い無線周波数に比較して顕著な直進性を有し、かつ地物によって生じる透過損失や遮蔽損失が著しい。したがって、このような地下街では、最寄りの無線基地局が形成する無線ゾーンから電磁的に遮蔽されて上述した通信サービスは提供されない。
【０００３】
従来、このような地下街に位置する携帯局に地上の携帯局と同等のサービスを提供する方法としては、その地下街の通路に沿ってサテライト局を適宜設置することにより、所望の無線ゾーンの拡張をはかる方法が採用されている。
【０００４】
図７は、サテライト局の第一の設置例を示す図である。
図において、無線基地局７０が形成する無線ゾーン内には基地局対向部７１が設置され、その基地局対向部７１は、低損失の光ファイバを用いてスター状に構成された双方向の光伝送路７２を介して、地下街の所定の位置に個別に設置されたサテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ に接続される。
【０００５】
基地局対向部７１では、無線基地局７０のアンテナの方向に主ビームが調整された指向性のアンテナ７４がアンテナ共用器７５Ｂ のアンテナ端子に接続され、その送信出力は増幅器７６Ｂ および電気−光変換部（Ｅ／Ｏ）７７Ｂ を介して光伝送路７２の下り方路に接続される。さらに、光伝送路７２上り方路は、光−電気変換部（Ｏ／Ｅ）７８Ｂ および増幅器７９Ｂ を介してアンテナ共用器７５Ｂ の受信入力に接続される。
【０００６】
サテライト基地局装置７３１ の構成は、地下街の天井面等に対する取り付けが容易な平板状の形状を有する無指向性のアンテナ８０１ が指向性のアンテナ７４に代えて備えられた点を除き、基地局対向部７１の構成と同じである。したがって、サテライト基地局装置７３１ の対応する個々の構成要素については、第一の添え文字を「Ｓ 」とし、かつ第二の添え文字を「１ 」とした同じ参照番号を付与して示し、ここではその説明を省略する。さらに、サテライト基地局装置７３２ 〜７３Ｎ の構成については、サテライト基地局装置７３１ の構成と同じであるから、対応する個々の構成要素の参照番号に第二の添え文字としてそれぞれ「２ 」〜「Ｎ 」を付与し、ここではその説明を省略する。
【０００７】
このような構成の中継システムでは、基地局対向部７１のアンテナ７４として高利得の八木アンテナ等が採用され、共用器７５はそのアンテナを介して基地局７０から送信された送信波を取り込む。増幅器７６Ｂ はこのような送信波を所定のレベルに増幅し、電気−光変換部７７Ｂ はその増幅された送信波を光信号に変換して光伝送路７２を介しサテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ に分配する。
【０００８】
一方、サテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ では、アンテナ８０１ 〜８０Ｎ は、例えば、図８に示すように、地下街に格子状に形成された通路の交差点中央部の天井面に個別に配置される。サテライト基地局装置７３１ では、光−電気変換部７８Ｓ１、増幅器７９Ｓ１およびアンテナ共用器７５Ｓ１は、基地局対向部７１と反対の処理を上述した光信号に施すことにより送信波を復元し、アンテナ８０１ を介して再送信する。サテライト基地局装置７３２ 〜７３Ｎ では、同様にしてそれぞれアンテナ８０２ 〜８０Ｎ から復元された送信波が再送信される。さらに、増幅器７９Ｓ１〜７９ＳＮの利得が予め所定の値に設定され、サテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ は、図８に実線で示すように、地下街の内、移動局が位置し得る場所に不感地帯を含まずにほぼ一様な無線ゾーンを形成する。
【０００９】
また、地下街に位置する携帯局から送信された送信波は、無線基地局７０から送信された送信波と同様にして、その移動局が位置する場所に無線ゾーンを形成するサテライト基地局装置によって光信号に変換され、かつ光伝送路７２および基地局対向部７１を介して無線基地局７０に中継される。
【００１０】
以下、現行の移動通信システムに割り付けられた８００ＭＨｚ帯の無線周波数とポケットベルシステム等に割り付けられた２００ＭＨｚ以下の低い無線周波数とについて、上述した地下街の通路に沿った電波の伝搬特性を説明する。なお、このような伝搬特性については、地下街の床、壁および天井の構造や材質に併せて、その地下街における人の密度や分布に応じて多少の差異が生じるが、ここでは、簡単のため、アンテナ８０１ は通路の天井面のように人の頭頂部より高い位置に設置されたものとする。
【００１１】
アンテナ８０１ から放射された８００ＭＨｚ帯の送信波のレベルは、そのアンテナから１０ｍ程度の近傍では、その送信波の放射レベルに対してほぼ自由空間損失に等しい５０ｄＢ減衰する（図９▲１▼）。さらに、アンテナ８０１ からの距離が１０ｍ以上隔たった位置における送信波のレベルは、その距離が１００ｍ増加する毎に１０ｄＢないし２０ｄＢ減衰する（図９▲２▼）。また、該当する通路に直交する通路では、急激に２０ｄＢ減衰し（図９▲３▼）、両者の交差点からの距離が１００ｍ増加する毎に１０ｄＢないし２０ｄＢ減衰する（図９▲４▼）。
【００１２】
一方、アンテナ８０１ の位置から放射された２００ＭＨｚ以下の周波数の送信波については、その送信波のレベルは、そのアンテナから１０ｍ程度の近傍では、同様にして５０ｄＢ程度減衰する（図９▲１▼）。しかし、このような送信波のレベルは、送信点から１０ｍ以上隔たった位置では、通路の機械的寸法がその送信波の波長に比べて大きいために、１００ｍ遠ざかる毎に３０ｄＢないし５０ｄＢと大きな割合で減衰する（図９▲５▼）。
【００１３】
図１０は、サテライト局の第二の設置例を示す図である。
図において、図７に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ参照番号を付与して示し、ここではその説明を省略する。
【００１４】
図７に示すサテライト局の構成例との相違点は、無線基地局のアンテナ系に双方向に結合する結合器９１がアンテナ７４に代えて設けられ、その結合器を介して上述した基地局対向部７１を無線基地局に併合することにより無線基地局装置９２が構成された点にある。
【００１５】
このような無線基地局装置９２の構成は図７に示す基地局対向部７１の設置場所が確保できない場合に適用され、かつその無線基地局装置と地下街との間に双方向の中継伝送路を形成するが、その地下街に設置されるサテライト基地局装置７３１〜７３Ｎの構成は図７に示すものと同じである。したがって、無線基地局９２によって形成された無線ゾーンは、地下街の通路に沿って同様に拡張される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のサテライト基地局装置では、アンテナ８０１ 〜８０Ｎ の設置場所は地下街の柱や天井のような構造物の材質、構造等によって制約され、図８に示すような理想的な場所に設置することは必ずしも許容されない。したがって、実際には、例えば、図１１に示すように、アンテナ８０５ は通路の交差点から何れかの通路側に偏った場所に設置される場合が多かった。
【００１７】
しかし、このような場合には、アンテナ８０５ によって形成される無線ゾーンは同図に実線で示すように図８に示す無線ゾーンに比べて歪んだ形状を有し、特に、そのアンテナが設置された通路と直交する通路では、上述したように伝搬損失が増加するために、隣接するサテライト局によって形成される無線ゾーンとの間に不感地域が生じた。
【００１８】
また、２００ＭＨｚ以下の無線周波数では、このような問題点は上述したように地下街における伝搬損失が大きいためにさらに顕著に生じ、８００ＭＨｚ帯に適応したサテライト基地局装置と同等の性能を有するサテライト基地局装置を用いて所望の無線ゾーンを形成することは難しかった。
【００１９】
さらに、上述した不感地域の発生を回避する方法としては、多くのサテライト基地局を設置したり、個々のサテライト基地局によって形成される無線ゾーンを拡大する方法があるが、通話品質の確保や回線制御にかかわる技術的な制約、コストの上限その他に制約されて実際には何れも適用できなかった。
【００２０】
本発明は、アンテナの設置場所にかかわる制約に柔軟に対応し、かつ簡単な構成により所望の無線ゾーンを形成できるサテライト基地局装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
図１は、請求項１および請求項２に記載の発明の原理ブロック図である。
請求項１に記載の発明は、無線基地局が形成する無線ゾーンと電磁的に遮蔽され、かつこの無線基地局にアクセス可能な移動局が位置し得る空間に、その空間に形成された通路に沿って個別に配置されると共に、この無線ゾーンを拡張する複数のアンテナ１１１〜１１Ｎと、無線ゾーンに中継伝送路を介して接続され、その中継伝送路を複数のアンテナ１１１〜１１Ｎに個別に対応した方路に分岐させる分配手段１３と、分配手段１３によって分岐された方路と複数のアンテナ１１１〜１１Ｎとの間に個別にこれらのアンテナの給電路を形成し、通路の交差点および屈曲部における伝搬路の屈曲に応じて生じる伝搬損失と分配手段１３の方路毎の挿入損失との差以下の挿入損失を有する給電線１５１〜１５Ｎとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、無線基地局が形成する無線ゾーンと電磁的に遮蔽され、かつこの無線基地局にアクセス可能な移動局が位置し得る空間に、その空間に形成された通路に沿って個別に配置されると共に、この無線ゾーンを拡張する複数のアンテナ２１１〜２１Ｎと、無線ゾーンに中継伝送路を介して接続され、その中継伝送路を複数のアンテナ２１１〜２１Ｎに個別に対応した方路に分岐させる分配手段２３と、分配手段２３によって分岐された方路と複数のアンテナ２１１〜２１Ｎとの間に個別にこれらのアンテナの給電路を形成する給電線２５１〜２５Ｎとを備え、給電線２５１〜２５Ｎの長さおよび挿入損失は、複数のアンテナ２１１〜２１Ｎによって拡張された全ての無線ゾーンについて、個々の無線ゾーンを形成するアンテナと、そのアンテナから一定の距離に亘って隔たった点との間における共通の伝搬損失と、分配手段２３の入力端から給電線２５１ 〜２５Ｎ を介してこのアンテナの給電点に至る給電路の損失との差分の総和がその共通の伝搬損失以上となる値に設定されたことを特徴とする。
【００２３】
【作用】
請求項１に記載の発明にかかわるサテライト基地局装置では、アンテナ１１１ 〜１１Ｎ と分配手段１３との間が給電線１５１〜１５Ｎを介して接続される。したがって、これらのアンテナは、空間に形成された通路の屈曲部や交差点の中央部に取り付けることがその通路の構造等に起因してできない場合には、その通路に沿って屈曲部や交差点から離れた位置に個別に取り付け可能となる。さらに、分配手段１３は、同様にしてアンテナ１１１〜１１Ｎから離れた位置やこれらのアンテナの何れかの近傍に取り付け可能となる。
【００２４】
また、アンテナ１１１ 〜１１Ｎ によって空間内に拡張される無線ゾーンでは、通路の屈曲部や交差点で生じる伝搬路の屈曲に応じた伝搬損失はその屈曲部や交差点近傍の構造によって決定されるが、分配手段１３の各方路およびその方路に接続された給電線の挿入損失の和はこのような伝搬損失より小さな値に設定される。
【００２５】
したがって、アンテナ１１１〜１１Ｎは、このような給電線の挿入損失の範囲内において、上述した屈曲部や交差点で仕切られた通路の区間毎に個別に配置され、かつ上述した伝搬損失のように大きな損失を伴うことなく確実に無線ゾーンを形成する。
【００２６】
請求項２に記載の発明にかかわるサテライト基地局装置では、アンテナ２１１ 〜２１Ｎ と分配手段２３との間が給電線２５１〜２５Ｎを介して接続される。したがって、これらのアンテナは空間に形成された通路の構造等に起因して取り付け場所に制約が課せられる場合にはその通路に沿って分散して取り付け可能となり、かつ分配手段１３は同様にしてアンテナ２１１〜２１Ｎから離れた位置やこれらのアンテナの何れかの近傍に取り付け可能となる。
【００２７】
また、給電線２５１〜２５Ｎの長さおよび挿入損失は、アンテナ２１１〜２１Ｎによって形成される全ての無線ゾーンについて、個々の無線ゾーンを形成するアンテナと、そのアンテナから一定の距離に亘って隔たった点との間における共通の伝搬損失と、分配手段２３の入力端から給電線２５１〜２５Ｎ を介してこのアンテナの給電点に至る給電路の損失との差分の総和がその共通の伝搬損失以上となる値に設定される。
【００２８】
このように設定された給電線２５１〜２５Ｎの長さおよび挿入損失の下では、アンテナ２１１〜２１Ｎによって空間内に形成される全ての無線ゾーンで所定の伝送品質が確保される範囲内で許容される伝搬損失の和は、分配手段２３の各方路および給電線２５１ 〜２５Ｎ の挿入損失によって減少するが、これらのアンテナと同じ特性を有する単一のアンテナによって形成される無線ゾーンに許容される伝搬損失に比べて大きな値となる。
【００２９】
すなわち、アンテナ２１１〜２１Ｎによって形成される無線ゾーンの面積や幅の和は、上述した単一のアンテナによって形成される無線ゾーンの面積や幅に比べて大きくなる。したがって、単一のサテライト基地局装置によって空間内に形成される無線ゾーンは、確実に拡大される。
【００３０】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説明する。
図２は、請求項１に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
【００３１】
図において、図７に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ参照番号を付与して示し、ここではその説明を省略する。また、基地局対向部７１および光伝送路７２の構成については、図７に示す従来例と同じであるから、ここではその説明を省略する。
【００３２】
本実施例の構成の特徴は、図７に示すサテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ に代えて個別に設けられたサテライト基地局装置３１１ 〜３１Ｎ の構成にある。
サテライト基地局装置３１１ とサテライト基地局７３１ との構成の相違点は、アンテナ８０１ に代えて４つのアンテナ３２１１〜３２４１が設けられ、これらのアンテナが何れも同軸ケーブル３３１１〜３３４１を介して分配器３４１ の対応する入出力に接続され、さらに、その共通入出力が共用器７５Ｓ１のアンテナ端子に接続された点にある。
【００３３】
なお、以下では、サテライト基地局装置３１１ の内、アンテナ３２１１〜３２４１および同軸ケーブル３３１１〜３３４１を除いた部分を中継部と称し、符号「３５１ 」を付して示す。
【００３４】
さらに、サテライト基地局装置３１２ 〜３１Ｎ の構成については、サテライト基地局装置３１１ の構成と同じであるから、ここではその説明を省略する。
また、本実施例と図１に示すブロック図との対応関係については、アンテナ３２１１〜３２４１はアンテナ１１１ 〜１１Ｎ に対応し、電気−光変換部７７Ｓ１、光−電気変換部７８Ｓ１、増幅器７６Ｓ１、７９Ｓ１、共用器７５Ｓ１および分配器３４１ は分配手段１３に対応し、同軸ケーブル３３１１〜３３４１は給電線１５１ 〜１５Ｎ に対応する。
【００３５】
以下、本実施例の動作を説明する。
アンテナ３２１１〜３２４１は、指向性を有し、かつ図３に示すように直交する通路の交差点からその通路に沿った４方向に等距離隔たった点の天井面に個別に設置される。
【００３６】
分配器３４１ は、３つの３ｄＢハイブリッドを組み合わせて構成される。また、分配器３４１ は、光−電気変換部７８Ｓ１によって復元され、かつ増幅器７９Ｓ１および共用器７５Ｓ１を介して与えられる送信波を同軸ケーブル３３１１〜３３４１を介し並行してアンテナ３２１１〜３２４１に給電する。さらに、これらのアンテナに携帯局から到来した受信波はそれぞれ同軸ケーブル３３１１〜３３４１を介して分配器３４１ に与えられ、その出力に得られる合成波は、共用器７５Ｓ１、増幅器７６Ｓ１、電気−光変換部７７Ｓ１および光伝送路７２を介して基地局対向部７１や無線基地局装置９２に伝送される。
【００３７】
また、サテライト基地局装置３１１ によって形成される無線ゾーンの周端部における電界強度Ｒ１ は、共用器７５Ｓ１から送出される送信波信号のレベルＰ０（ここでは、簡単のため、０ｄＢｍ と仮定する。）、アンテナ３２１１〜３２４１の利得Ｇ１ 、これらのアンテナ近傍における伝搬損失Ｌ０ 、分配器３４１ の挿入損失Ｌ１ 、同軸ケーブル３３１１〜３３４１の挿入損失Ｌ２ および通路の伝搬損失Ｌ３ に対して
Ｒ１ ＝（Ｐ０ ＋Ｇ１ ）−（Ｌ０ ＋Ｌ１ ＋Ｌ２ ＋Ｌ３ ） ・・・▲１▼
の式で与えられる。
【００３８】
ここに、伝搬損失Ｌ０ は図９▲１▼に示すように約５０ｄＢであり、挿入損失Ｌ１ は上述した３ｄＢハイブリッドの挿入損失にそのバラツキ等のマージン１ｄＢを加えた７（＝３×２＋１）ｄＢと見積もられる。挿入損失Ｌ２ は、サテライト基地局３１１ の中継部３５１ が交差点から何れかの通路に沿って１０ｍ隔たった位置に取り付けられ、かつ同軸ケーブル３３１１〜３３４１の単位長当たりの損失が０．１５ｄＢであると仮定すると、３ｄＢ（＝０．１５ｄＢ／ｍ×１０ｍ×２）となる。伝搬損失Ｌ３ は、図９▲２▼に示される伝搬特性により１００ｍ当たり約２０ｄＢとなる。なお、上述した通路が１００ｍ毎に他の通路と直交して格子状に形成されているものとすると、アンテナ３２１１〜３２４１には個々の設置点に最寄りの交差点と反対側の一方向のみに指向性を有することが要求されるので、利得Ｇ１ は約５ｄＢと見積もられる。
【００３９】
したがって、上式▲１▼で与えられる電界強度Ｒ１ は、約−７５（＝０＋５−５０−７−３−２０）ｄＢｍ となる。
一方、従来のサテライト基地局装置７３１ によって形成される無線ゾーンの周端部における電界強度レベルＲ２ は、上述した送信波信号のレベルＰ０ 、アンテナ近傍の伝搬損失Ｌ０ に併せて、通路に沿った伝搬損失Ｌ４ 、伝搬路に通路の交差点が介在する場合に生じる伝搬損失Ｌ５ およびアンテナ８０１ の利得Ｇ２ 、に対して
Ｒ２ ＝（Ｐ０ ＋Ｇ２ ）−（Ｌ０ ＋Ｌ４ ＋Ｌ５ ） ・・・▲２▼
の式で与えられる。
【００４０】
ここに、伝搬損失Ｌ４ は、図９▲２▼に示される伝搬特性により１００ｍ当たり約２０ｄＢとなり、伝搬損失Ｌ５ は図９▲３▼に示すように約２０ｄＢとなる。さらに、利得Ｇ２ は、アンテナ８０１ がアンテナ３２１１〜３２４１のような指向性を持たないので、約０ｄＢと見積もられる。
【００４１】
したがって、電界強度Ｒ２ は、上式▲２▼に上述した各値を代入することにより、約−９０（＝０＋０−５０−２０−２０）ｄＢｍ となる。
このように本実施例によれば、共用器７５Ｓ１から出力される送信波の電力は分配器３４１ を介してアンテナ３２１１〜３２４１側にほぼ均等に分配されるが、分配器３４１ の各方路およびその方路に接続された給電線の挿入損失の和が上述した伝搬損失Ｌ５ より小さな値に設定される。したがって、図４に細線で示される従来例と太線で示される本実施例との電界分布の差で示されるように、アンテナ３２１１〜３２４１が個々に形成する無線ゾーンの周端部の電界強度は、従来例に比べて約１５ｄＢ高い値となる。さらに、図８に示す理想的な無線ゾーンの周端部と電界強度が同じ値となる位置は、図４に示されるように、その無線ゾーンの外側に数十メートル（＝Ｄ）シフトする。
【００４２】
したがって、アンテナの設置場所にかかわる制約に柔軟に対応しつつ図３に実線で示されるように、通路にそって理想的な無線ゾーンが形成され、不感地域の発生が確実に回避される。
【００４３】
なお、本実施例では、アンテナ３２１１〜３２４１として指向性を有するアンテナが採用されているが、本発明はこのようなアンテナに限定されず、通路に沿った所定の位置に取り付け可能であり、かつ交差点を中心とする通路の各分岐路毎に上述した理想的な無線ゾーンが形成されるならば、無指向性のアンテナを採用してもよい。
【００４４】
また、本実施例では、上述した伝搬損失Ｌ５ が伝搬路である通路の交差点で生じるものと仮定されているが、本発明は、このような交差点に限定されず、例えば、通路の方向に急激な変化がある屈曲部についても同様にして伝搬損失を求めることにより適用可能である。
【００４５】
図５は、請求項２に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
図において、図３に示す実施例との相違点は、中継部３５１ に代えて中継部４１１ が備えられ、アンテナ３２１１〜３２４１に代えて１５０Ｈｚの無線周波数に適応した無指向性のアンテナ４２１ 〜４２３ が備えられた点にある。なお、中継部４１１ の構成については、送信波および受信波の無線周波数が８００ＭＨｚ帯から上述した無線周波数に変わったことに適応すべき部分を除き、図２に示すものと同じであるから、ここでは簡単のため同じ符号を用いて示し、かつその説明を省略する。
【００４６】
また、アンテナ４２２ は図３に示すアンテナ３３４１と同様に中継部４１１ の近傍に設置され、かつアンテナ４２１ 、４２３ は中継部４１１ の設置点を中心として通路に沿って同じ距離隔たった位置に設置される。
【００４７】
なお、本実施例と図１に示すブロック図との対応関係については、アンテナ４２１ 〜４２３ はアンテナ２１１ 〜２１Ｎ に対応し、中継部４１１ は分配手段２３に対応し、同軸ケーブル３３１１、３３３１は給電線２５１ 〜２５Ｎ に対応する。
【００４８】
以下、本実施例の動作を説明する。
アンテナ４２１ 〜４２３ によって個別に形成される無線ゾーンの周端部における電界強度ｒ１ は、共用器７５Ｓ１から送出される送信波信号のレベルｐ０（ここでは、簡単のため０ｄＢｍ と仮定する。）、これらのアンテナの利得ｇ１ 、これらのアンテナ近傍の伝搬損失ｌ０ 、分配器３４１ の挿入損失ｌ１ 、同軸ケーブル３３１１〜３３３１の個々の挿入損失ｌ２ および通路に沿った伝搬損失ｌ３ に対して
ｒ１ ＝（ｐ０ ＋ｇ１ ）−（ｌ０ ＋ｌ１ ＋ｌ２ ＋ｌ３ ） ・・・▲３▼
の式で与えられる。
【００４９】
ここに、上式▲３▼の各項の内、伝搬損失ｌ０ は上述した伝搬損失Ｌ０ と同様にして約５０ｄＢとなり、挿入損失ｌ１ は上述した挿入損失Ｌ１ と同様にして７（＝３×２＋１）ｄＢと見積もられる。さらに、利得ｇ１ は、アンテナ４２１〜４２３の無指向性に基づいて０ｄＢと見積もられる。
【００５０】
さらに、同軸ケーブル３３１１〜３３３１の挿入損失ｌ２ は、アンテナ４２１ 〜４２３ によって形成される個々の無線ゾーン内でアンテナから一定の相対距離の点に至る伝搬損失と、分配器３４１ および同軸ケーブル３３１１〜３３３１の挿入損失ｌ１，ｌ２ との差分のこれらの無線ゾーンにかかわる総和がその伝搬損失以上となる値に設定される。
【００５１】
すなわち、アンテナ４２１ 〜４２３ によって地下街に形成される全ての無線ゾーンにおいて所定の伝送品質が確保される伝搬損失の和は、分配器３４１ の各方路および同軸ケーブル３３１１〜３３３１の挿入損失によって減少するが、これらのアンテナと同じ特性を有する単一のアンテナによって形成される無線ゾーンにおいて同じ条件で許容される伝搬損失に比べて大きな値となる。
【００５２】
このような挿入損失ｌ２ の具体的な設定例としては、同軸ケーブル３３１１、３３３１に単位長当たりの挿入損失が０．１ｄＢ である１０Ｄケーブルを採用し、かつ長さを何れも１１２ｍに設定することにより、１１．２（＝０．１ｄＢ／ｍ×１１２ｍ）となる。
【００５３】
一方、中継部４１１ から通路に沿ってこれらの長さにそれぞれ等しい距離隔たった位置にアンテナ４２１ 、４２３ が設置され、伝搬損失ｌ３ が１００ｍ当たり４０ｄＢであると仮定すると、アンテナ４２２ によって形成される無線ゾーンの電界強度の分布は上式▲３▼に基づいて図６▲１▼に示される折線で表され、かつアンテナ４２１ 、４２３ によって形成される電界強度の分布は何れも図６▲２▼に示される折線で表される。なお、図６では、上式▲３▼は、折線▲１▼、▲２▼の勾配が小さな部分にそれぞれ対応する。
【００５４】
このように設定された各パラメータの下では、アンテナ４２１ 、４２３ によって形成される無線ゾーンとアンテナ４２２ によって形成される無線ゾーンとのオーバラップ領域の中心は、上述した２つの折線の交点（図６▲４▼）で与えられる。さらに、その交点における電界強度は、所望の品質を確保して通信サービスを提供可能な電界強度（ここでは、簡単のため−８０ｄＢｍ とする。）に一致する。
【００５５】
また、アンテナ４２２ よって形成される無線ゾーンの半径は、上述した交点の位置（図６▲５▼）によって与えられ、約７０ｍとなる。さらに、アンテナ４２１ 、４２３ によって形成される無線ゾーンの直径はこれらのアンテナの位置と上述した交点との距離の２倍の値（＝８２ｍ（＝（１１２−７０）×２））で与えられる。
【００５６】
したがって、アンテナ４２１〜４２３によって通路に沿って形成される無線ゾーンの幅の総和は、３０８（＝（７０×２＋８２×２））ｍとなる。なお、アンテナ４２１ 、４２３ によって形成される無線ゾーンでは、図６▲６▼に示すように、約１２．８ｄＢの伝搬損失が許容される。
【００５７】
一方、従来のサテライト基地局装置により同様に１５０ＭＨｚの無線周波数について形成される無線ゾーンでは、その周端部における電界強度ｒ２ は、上述した送信波信号のレベルｐ０ 、アンテナ近傍の伝搬損失ｌ０ に併せて、通路に沿った伝搬損失ｌ４ およびアンテナの利得ｇ２ に対し
ｒ２ ＝（ｐ０ ＋ｇ２ ）−（ｌ０ ＋ｌ４ ） ・・・▲４▼
の式で与えられる。
【００５８】
ここに、伝搬損失ｌ４ が１００ｍ当たり４０ｄＢであり、かつアンテナ４２１ 〜４２３ がアンテナ３２１１〜３２４１のような指向性を持たないので、利得ｇ２ が０ｄＢであると仮定すると、アンテナ４２２ によって形成される無線ゾーンの電界強度の分布は図６▲７▼に示される折線で表される。なお、このような折線の勾配が小さな部分は、上式▲４▼に対応する。
【００５９】
単一のアンテナ４２２ よって形成される無線ゾーンの半径は、所望の品質を確保して通信サービスを提供可能な電界強度（＝−８０ｄＢｍ ）が確保される位置（図６▲８▼）で与えられ、約８５ｍとなる。したがって、アンテナ４２２ によって通路に沿って形成される無線ゾーンでは、図６▲９▼に示すように３０ｄＢの伝搬損失が許容されるが、直径は１７０（＝（８５×２））ｍとなる。
【００６０】
このように本実施例では、中継部４１１ やアンテナ４２１ 〜４２３ の取り付け位置に関する制約に柔軟に対応しつつ、単一の中継部４１１ を用いて複数の無線ゾーンを形成し、従来例に比べて広い無線ゾーンを形成することができる。
【００６１】
なお、本実施例では、中継部４１１ に３つのアンテナ４２１ 〜４２３ が接続されているが、本発明はこのような構成に限定されず、複数のアンテナに対して個別の給電路を形成する同軸ケーブルや分配器の挿入損失とアンテナの利得の組合せに基づいて無線ゾーンが確実に拡大されるならば、これらのアンテナの数や利得については何ら限定されない。
【００６２】
また、上述した各実施例では、個々のサテライト基地局から再送信される送信波の電界レベルを基準としてそのサテライト基地局によって形成される無線ゾーンの説明を行ったが、携帯局から到来する受信波については、アンテナ特性の可逆性に基づいて同様に理想的な無線ゾーンが形成されるので、ここではその説明を省略する。
【００６３】
したがって、本発明は、自動車電話システムや携帯電話システムのように全二重方式の通信を行うシステムに限定されず、ポケットベルシステムのように再送信のみを行うサテライト基地局にも適用可能であり、反対に無線基地局に対して送信された受信波の中継のみを行うサテライト基地局にも適用可能である。
【００６４】
さらに、本実施例では、全二重方式の通信システムに適応させるためにアンテナの送受共用をはかる共用器７５Ｓ１が搭載されているが、本発明が上述した単信方式の通信システムに適用された場合には、このような共用器は不要となる。したがって、このような場合には、共用器の挿入損失がなくなるので、個々のアンテナによって形成される無線ゾーンがさらに拡大され、これらのアンテナに要求される利得を下げることも可能となる。
【００６５】
また、上述した各実施例では、光伝送路７２、共用器７５Ｓ１その他の挿入損失を補償するために、増幅器７６Ｓ１、７９Ｓ１が用いられているが、本発明はこのような構成に限定されず、分配器３４１ 、同軸ケーブル３３１１〜３３４１の挿入損失があってもアンテナの配置に関する制約に柔軟に対応しつつ不感地域を回避したり無線ゾーンが拡大されるならば、これらの増幅器は搭載しなくてもよい。
【００６６】
さらに、上述した各実施例では、アンテナ３２１１〜３２４１、４２１ 〜４２３ が通路の天井面に取り付けられているが、本発明はこのような取り付け場所に限定されず、これらのアンテナの特性の劣化が許容範囲内に抑えられるならば、例えば、所定の固定治具を介して壁面に取り付けてもよい。
【００６７】
また、上述した各実施例では、単一の無線基地局によって形成される無線ゾーンが地下街に拡張される場合について示したが、本発明は、小ゾーン方式および大ゾーン方式の何れの移動通信システムについても適用可能である。
【００６８】
さらに、上述した各実施例では、光伝送路７２の伝送方式については記述されていないが、所望の伝送品質が得られるならば、例えば、中継の対象となる送信波や受信波の信号に応じてレーザ光を振幅変調したり、その信号を所定のディジタル信号に変換した後にそのディジタル信号に応じてレーザ光を断続する方式を適用してもよい。
【００６９】
また、本発明は、このような光伝送路を用いた中継伝送路に限定されず、例えば、アナログ伝送方式やディジタル伝送方式に基づく同軸伝送路を用いたり、中継すべき信号を所定の中間周波信号やベースバンド信号に変換して伝送する伝送装置を用いてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、単一の分配手段に給電線を介して複数のアンテナを接続して構成することにより、これらのアンテナや分配手段の設置場所にかかわる制約が容易に回避される。さらに、これらのアンテナが配置される通路の直線部、屈曲部および交差点の伝搬損失に適応した値に分配手段および給電線の挿入損失を設定することにより、このような屈曲部や交差点で仕切られた通路の区間毎に確実に無線ゾーンを形成したり、単一のアンテナによって形成される無線ゾーンに比べて広い範囲に分散させたり連ねて無線ゾーンを形成することができる。
【００７１】
すなわち、アンテナの設置場所にかかわる制約に柔軟に対応しつつ空間に所望の無線ゾーンが形成されるので、本発明を適用した移動通信システムでは、地下街その他の空間に安価にかつ効率的に無線ゾーンが拡張されて保守や運用にかかわる作業性の向上と低廉化とがはかられ、かつ利用者に対するサービス品質が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１および請求項２に記載の発明の原理ブロック図である。
【図２】請求項１に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
【図３】本実施例におけるアンテナの配置を示す図である。
【図４】本実施例における電界強度の分布を示す図である。
【図５】請求項２に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
【図６】本実施例における電界強度の分布を示す図である。
【図７】サテライト基地局の第一の設置例を示す図である。
【図８】地下街の通路における理想的なアンテナの配置を示す図である。
【図９】地下街の通路に沿った電波の伝搬特性を示す図である。
【図１０】サテライト基地局の第二の設置例を示す図である。
【図１１】実際に形成される無線ゾーンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１，３２，４２，８０ アンテナ
１３，２３ 分配手段
１５，２５ 給電線
３１，７３ サテライト基地局装置
３３ 同軸ケーブル
３４ 分配器
３５，４１ 中継部
７０ 無線基地局
７１ 基地局対向部
７２ 光伝送路
７４ アンテナ
７５ 共用器
７６，７９ 増幅器
７７ 電気−光変換部（Ｅ／Ｏ）
７８ 光−電気変換部（Ｏ／Ｅ）
９１ 結合器
９２ 無線基地局装置
【産業上の利用分野】
本発明は、移動通信システムにおいて、地下街等に所望の無線ゾーンを拡張するサテライト基地局装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多くの都市では、移動通信システムの無線基地局が設けられ、車載型や携帯型の移動局に対して種々の通信サービスが提供されている。また、このような携帯型の移動局（以下、単に「携帯局」という。）は、特に都市部では、狭くかつ複雑に交差する地下通路に沿って形成された地下街の中を移動する場合が多い。しかし、上述した移動通信システムの無線周波数はＨＦ帯以下の低い無線周波数に比較して顕著な直進性を有し、かつ地物によって生じる透過損失や遮蔽損失が著しい。したがって、このような地下街では、最寄りの無線基地局が形成する無線ゾーンから電磁的に遮蔽されて上述した通信サービスは提供されない。
【０００３】
従来、このような地下街に位置する携帯局に地上の携帯局と同等のサービスを提供する方法としては、その地下街の通路に沿ってサテライト局を適宜設置することにより、所望の無線ゾーンの拡張をはかる方法が採用されている。
【０００４】
図７は、サテライト局の第一の設置例を示す図である。
図において、無線基地局７０が形成する無線ゾーン内には基地局対向部７１が設置され、その基地局対向部７１は、低損失の光ファイバを用いてスター状に構成された双方向の光伝送路７２を介して、地下街の所定の位置に個別に設置されたサテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ に接続される。
【０００５】
基地局対向部７１では、無線基地局７０のアンテナの方向に主ビームが調整された指向性のアンテナ７４がアンテナ共用器７５Ｂ のアンテナ端子に接続され、その送信出力は増幅器７６Ｂ および電気−光変換部（Ｅ／Ｏ）７７Ｂ を介して光伝送路７２の下り方路に接続される。さらに、光伝送路７２上り方路は、光−電気変換部（Ｏ／Ｅ）７８Ｂ および増幅器７９Ｂ を介してアンテナ共用器７５Ｂ の受信入力に接続される。
【０００６】
サテライト基地局装置７３１ の構成は、地下街の天井面等に対する取り付けが容易な平板状の形状を有する無指向性のアンテナ８０１ が指向性のアンテナ７４に代えて備えられた点を除き、基地局対向部７１の構成と同じである。したがって、サテライト基地局装置７３１ の対応する個々の構成要素については、第一の添え文字を「Ｓ 」とし、かつ第二の添え文字を「１ 」とした同じ参照番号を付与して示し、ここではその説明を省略する。さらに、サテライト基地局装置７３２ 〜７３Ｎ の構成については、サテライト基地局装置７３１ の構成と同じであるから、対応する個々の構成要素の参照番号に第二の添え文字としてそれぞれ「２ 」〜「Ｎ 」を付与し、ここではその説明を省略する。
【０００７】
このような構成の中継システムでは、基地局対向部７１のアンテナ７４として高利得の八木アンテナ等が採用され、共用器７５はそのアンテナを介して基地局７０から送信された送信波を取り込む。増幅器７６Ｂ はこのような送信波を所定のレベルに増幅し、電気−光変換部７７Ｂ はその増幅された送信波を光信号に変換して光伝送路７２を介しサテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ に分配する。
【０００８】
一方、サテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ では、アンテナ８０１ 〜８０Ｎ は、例えば、図８に示すように、地下街に格子状に形成された通路の交差点中央部の天井面に個別に配置される。サテライト基地局装置７３１ では、光−電気変換部７８Ｓ１、増幅器７９Ｓ１およびアンテナ共用器７５Ｓ１は、基地局対向部７１と反対の処理を上述した光信号に施すことにより送信波を復元し、アンテナ８０１ を介して再送信する。サテライト基地局装置７３２ 〜７３Ｎ では、同様にしてそれぞれアンテナ８０２ 〜８０Ｎ から復元された送信波が再送信される。さらに、増幅器７９Ｓ１〜７９ＳＮの利得が予め所定の値に設定され、サテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ は、図８に実線で示すように、地下街の内、移動局が位置し得る場所に不感地帯を含まずにほぼ一様な無線ゾーンを形成する。
【０００９】
また、地下街に位置する携帯局から送信された送信波は、無線基地局７０から送信された送信波と同様にして、その移動局が位置する場所に無線ゾーンを形成するサテライト基地局装置によって光信号に変換され、かつ光伝送路７２および基地局対向部７１を介して無線基地局７０に中継される。
【００１０】
以下、現行の移動通信システムに割り付けられた８００ＭＨｚ帯の無線周波数とポケットベルシステム等に割り付けられた２００ＭＨｚ以下の低い無線周波数とについて、上述した地下街の通路に沿った電波の伝搬特性を説明する。なお、このような伝搬特性については、地下街の床、壁および天井の構造や材質に併せて、その地下街における人の密度や分布に応じて多少の差異が生じるが、ここでは、簡単のため、アンテナ８０１ は通路の天井面のように人の頭頂部より高い位置に設置されたものとする。
【００１１】
アンテナ８０１ から放射された８００ＭＨｚ帯の送信波のレベルは、そのアンテナから１０ｍ程度の近傍では、その送信波の放射レベルに対してほぼ自由空間損失に等しい５０ｄＢ減衰する（図９▲１▼）。さらに、アンテナ８０１ からの距離が１０ｍ以上隔たった位置における送信波のレベルは、その距離が１００ｍ増加する毎に１０ｄＢないし２０ｄＢ減衰する（図９▲２▼）。また、該当する通路に直交する通路では、急激に２０ｄＢ減衰し（図９▲３▼）、両者の交差点からの距離が１００ｍ増加する毎に１０ｄＢないし２０ｄＢ減衰する（図９▲４▼）。
【００１２】
一方、アンテナ８０１ の位置から放射された２００ＭＨｚ以下の周波数の送信波については、その送信波のレベルは、そのアンテナから１０ｍ程度の近傍では、同様にして５０ｄＢ程度減衰する（図９▲１▼）。しかし、このような送信波のレベルは、送信点から１０ｍ以上隔たった位置では、通路の機械的寸法がその送信波の波長に比べて大きいために、１００ｍ遠ざかる毎に３０ｄＢないし５０ｄＢと大きな割合で減衰する（図９▲５▼）。
【００１３】
図１０は、サテライト局の第二の設置例を示す図である。
図において、図７に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ参照番号を付与して示し、ここではその説明を省略する。
【００１４】
図７に示すサテライト局の構成例との相違点は、無線基地局のアンテナ系に双方向に結合する結合器９１がアンテナ７４に代えて設けられ、その結合器を介して上述した基地局対向部７１を無線基地局に併合することにより無線基地局装置９２が構成された点にある。
【００１５】
このような無線基地局装置９２の構成は図７に示す基地局対向部７１の設置場所が確保できない場合に適用され、かつその無線基地局装置と地下街との間に双方向の中継伝送路を形成するが、その地下街に設置されるサテライト基地局装置７３１〜７３Ｎの構成は図７に示すものと同じである。したがって、無線基地局９２によって形成された無線ゾーンは、地下街の通路に沿って同様に拡張される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のサテライト基地局装置では、アンテナ８０１ 〜８０Ｎ の設置場所は地下街の柱や天井のような構造物の材質、構造等によって制約され、図８に示すような理想的な場所に設置することは必ずしも許容されない。したがって、実際には、例えば、図１１に示すように、アンテナ８０５ は通路の交差点から何れかの通路側に偏った場所に設置される場合が多かった。
【００１７】
しかし、このような場合には、アンテナ８０５ によって形成される無線ゾーンは同図に実線で示すように図８に示す無線ゾーンに比べて歪んだ形状を有し、特に、そのアンテナが設置された通路と直交する通路では、上述したように伝搬損失が増加するために、隣接するサテライト局によって形成される無線ゾーンとの間に不感地域が生じた。
【００１８】
また、２００ＭＨｚ以下の無線周波数では、このような問題点は上述したように地下街における伝搬損失が大きいためにさらに顕著に生じ、８００ＭＨｚ帯に適応したサテライト基地局装置と同等の性能を有するサテライト基地局装置を用いて所望の無線ゾーンを形成することは難しかった。
【００１９】
さらに、上述した不感地域の発生を回避する方法としては、多くのサテライト基地局を設置したり、個々のサテライト基地局によって形成される無線ゾーンを拡大する方法があるが、通話品質の確保や回線制御にかかわる技術的な制約、コストの上限その他に制約されて実際には何れも適用できなかった。
【００２０】
本発明は、アンテナの設置場所にかかわる制約に柔軟に対応し、かつ簡単な構成により所望の無線ゾーンを形成できるサテライト基地局装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
図１は、請求項１および請求項２に記載の発明の原理ブロック図である。
請求項１に記載の発明は、無線基地局が形成する無線ゾーンと電磁的に遮蔽され、かつこの無線基地局にアクセス可能な移動局が位置し得る空間に、その空間に形成された通路に沿って個別に配置されると共に、この無線ゾーンを拡張する複数のアンテナ１１１〜１１Ｎと、無線ゾーンに中継伝送路を介して接続され、その中継伝送路を複数のアンテナ１１１〜１１Ｎに個別に対応した方路に分岐させる分配手段１３と、分配手段１３によって分岐された方路と複数のアンテナ１１１〜１１Ｎとの間に個別にこれらのアンテナの給電路を形成し、通路の交差点および屈曲部における伝搬路の屈曲に応じて生じる伝搬損失と分配手段１３の方路毎の挿入損失との差以下の挿入損失を有する給電線１５１〜１５Ｎとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、無線基地局が形成する無線ゾーンと電磁的に遮蔽され、かつこの無線基地局にアクセス可能な移動局が位置し得る空間に、その空間に形成された通路に沿って個別に配置されると共に、この無線ゾーンを拡張する複数のアンテナ２１１〜２１Ｎと、無線ゾーンに中継伝送路を介して接続され、その中継伝送路を複数のアンテナ２１１〜２１Ｎに個別に対応した方路に分岐させる分配手段２３と、分配手段２３によって分岐された方路と複数のアンテナ２１１〜２１Ｎとの間に個別にこれらのアンテナの給電路を形成する給電線２５１〜２５Ｎとを備え、給電線２５１〜２５Ｎの長さおよび挿入損失は、複数のアンテナ２１１〜２１Ｎによって拡張された全ての無線ゾーンについて、個々の無線ゾーンを形成するアンテナと、そのアンテナから一定の距離に亘って隔たった点との間における共通の伝搬損失と、分配手段２３の入力端から給電線２５１ 〜２５Ｎ を介してこのアンテナの給電点に至る給電路の損失との差分の総和がその共通の伝搬損失以上となる値に設定されたことを特徴とする。
【００２３】
【作用】
請求項１に記載の発明にかかわるサテライト基地局装置では、アンテナ１１１ 〜１１Ｎ と分配手段１３との間が給電線１５１〜１５Ｎを介して接続される。したがって、これらのアンテナは、空間に形成された通路の屈曲部や交差点の中央部に取り付けることがその通路の構造等に起因してできない場合には、その通路に沿って屈曲部や交差点から離れた位置に個別に取り付け可能となる。さらに、分配手段１３は、同様にしてアンテナ１１１〜１１Ｎから離れた位置やこれらのアンテナの何れかの近傍に取り付け可能となる。
【００２４】
また、アンテナ１１１ 〜１１Ｎ によって空間内に拡張される無線ゾーンでは、通路の屈曲部や交差点で生じる伝搬路の屈曲に応じた伝搬損失はその屈曲部や交差点近傍の構造によって決定されるが、分配手段１３の各方路およびその方路に接続された給電線の挿入損失の和はこのような伝搬損失より小さな値に設定される。
【００２５】
したがって、アンテナ１１１〜１１Ｎは、このような給電線の挿入損失の範囲内において、上述した屈曲部や交差点で仕切られた通路の区間毎に個別に配置され、かつ上述した伝搬損失のように大きな損失を伴うことなく確実に無線ゾーンを形成する。
【００２６】
請求項２に記載の発明にかかわるサテライト基地局装置では、アンテナ２１１ 〜２１Ｎ と分配手段２３との間が給電線２５１〜２５Ｎを介して接続される。したがって、これらのアンテナは空間に形成された通路の構造等に起因して取り付け場所に制約が課せられる場合にはその通路に沿って分散して取り付け可能となり、かつ分配手段１３は同様にしてアンテナ２１１〜２１Ｎから離れた位置やこれらのアンテナの何れかの近傍に取り付け可能となる。
【００２７】
また、給電線２５１〜２５Ｎの長さおよび挿入損失は、アンテナ２１１〜２１Ｎによって形成される全ての無線ゾーンについて、個々の無線ゾーンを形成するアンテナと、そのアンテナから一定の距離に亘って隔たった点との間における共通の伝搬損失と、分配手段２３の入力端から給電線２５１〜２５Ｎ を介してこのアンテナの給電点に至る給電路の損失との差分の総和がその共通の伝搬損失以上となる値に設定される。
【００２８】
このように設定された給電線２５１〜２５Ｎの長さおよび挿入損失の下では、アンテナ２１１〜２１Ｎによって空間内に形成される全ての無線ゾーンで所定の伝送品質が確保される範囲内で許容される伝搬損失の和は、分配手段２３の各方路および給電線２５１ 〜２５Ｎ の挿入損失によって減少するが、これらのアンテナと同じ特性を有する単一のアンテナによって形成される無線ゾーンに許容される伝搬損失に比べて大きな値となる。
【００２９】
すなわち、アンテナ２１１〜２１Ｎによって形成される無線ゾーンの面積や幅の和は、上述した単一のアンテナによって形成される無線ゾーンの面積や幅に比べて大きくなる。したがって、単一のサテライト基地局装置によって空間内に形成される無線ゾーンは、確実に拡大される。
【００３０】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説明する。
図２は、請求項１に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
【００３１】
図において、図７に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ参照番号を付与して示し、ここではその説明を省略する。また、基地局対向部７１および光伝送路７２の構成については、図７に示す従来例と同じであるから、ここではその説明を省略する。
【００３２】
本実施例の構成の特徴は、図７に示すサテライト基地局装置７３１ 〜７３Ｎ に代えて個別に設けられたサテライト基地局装置３１１ 〜３１Ｎ の構成にある。
サテライト基地局装置３１１ とサテライト基地局７３１ との構成の相違点は、アンテナ８０１ に代えて４つのアンテナ３２１１〜３２４１が設けられ、これらのアンテナが何れも同軸ケーブル３３１１〜３３４１を介して分配器３４１ の対応する入出力に接続され、さらに、その共通入出力が共用器７５Ｓ１のアンテナ端子に接続された点にある。
【００３３】
なお、以下では、サテライト基地局装置３１１ の内、アンテナ３２１１〜３２４１および同軸ケーブル３３１１〜３３４１を除いた部分を中継部と称し、符号「３５１ 」を付して示す。
【００３４】
さらに、サテライト基地局装置３１２ 〜３１Ｎ の構成については、サテライト基地局装置３１１ の構成と同じであるから、ここではその説明を省略する。
また、本実施例と図１に示すブロック図との対応関係については、アンテナ３２１１〜３２４１はアンテナ１１１ 〜１１Ｎ に対応し、電気−光変換部７７Ｓ１、光−電気変換部７８Ｓ１、増幅器７６Ｓ１、７９Ｓ１、共用器７５Ｓ１および分配器３４１ は分配手段１３に対応し、同軸ケーブル３３１１〜３３４１は給電線１５１ 〜１５Ｎ に対応する。
【００３５】
以下、本実施例の動作を説明する。
アンテナ３２１１〜３２４１は、指向性を有し、かつ図３に示すように直交する通路の交差点からその通路に沿った４方向に等距離隔たった点の天井面に個別に設置される。
【００３６】
分配器３４１ は、３つの３ｄＢハイブリッドを組み合わせて構成される。また、分配器３４１ は、光−電気変換部７８Ｓ１によって復元され、かつ増幅器７９Ｓ１および共用器７５Ｓ１を介して与えられる送信波を同軸ケーブル３３１１〜３３４１を介し並行してアンテナ３２１１〜３２４１に給電する。さらに、これらのアンテナに携帯局から到来した受信波はそれぞれ同軸ケーブル３３１１〜３３４１を介して分配器３４１ に与えられ、その出力に得られる合成波は、共用器７５Ｓ１、増幅器７６Ｓ１、電気−光変換部７７Ｓ１および光伝送路７２を介して基地局対向部７１や無線基地局装置９２に伝送される。
【００３７】
また、サテライト基地局装置３１１ によって形成される無線ゾーンの周端部における電界強度Ｒ１ は、共用器７５Ｓ１から送出される送信波信号のレベルＰ０（ここでは、簡単のため、０ｄＢｍ と仮定する。）、アンテナ３２１１〜３２４１の利得Ｇ１ 、これらのアンテナ近傍における伝搬損失Ｌ０ 、分配器３４１ の挿入損失Ｌ１ 、同軸ケーブル３３１１〜３３４１の挿入損失Ｌ２ および通路の伝搬損失Ｌ３ に対して
Ｒ１ ＝（Ｐ０ ＋Ｇ１ ）−（Ｌ０ ＋Ｌ１ ＋Ｌ２ ＋Ｌ３ ） ・・・▲１▼
の式で与えられる。
【００３８】
ここに、伝搬損失Ｌ０ は図９▲１▼に示すように約５０ｄＢであり、挿入損失Ｌ１ は上述した３ｄＢハイブリッドの挿入損失にそのバラツキ等のマージン１ｄＢを加えた７（＝３×２＋１）ｄＢと見積もられる。挿入損失Ｌ２ は、サテライト基地局３１１ の中継部３５１ が交差点から何れかの通路に沿って１０ｍ隔たった位置に取り付けられ、かつ同軸ケーブル３３１１〜３３４１の単位長当たりの損失が０．１５ｄＢであると仮定すると、３ｄＢ（＝０．１５ｄＢ／ｍ×１０ｍ×２）となる。伝搬損失Ｌ３ は、図９▲２▼に示される伝搬特性により１００ｍ当たり約２０ｄＢとなる。なお、上述した通路が１００ｍ毎に他の通路と直交して格子状に形成されているものとすると、アンテナ３２１１〜３２４１には個々の設置点に最寄りの交差点と反対側の一方向のみに指向性を有することが要求されるので、利得Ｇ１ は約５ｄＢと見積もられる。
【００３９】
したがって、上式▲１▼で与えられる電界強度Ｒ１ は、約−７５（＝０＋５−５０−７−３−２０）ｄＢｍ となる。
一方、従来のサテライト基地局装置７３１ によって形成される無線ゾーンの周端部における電界強度レベルＲ２ は、上述した送信波信号のレベルＰ０ 、アンテナ近傍の伝搬損失Ｌ０ に併せて、通路に沿った伝搬損失Ｌ４ 、伝搬路に通路の交差点が介在する場合に生じる伝搬損失Ｌ５ およびアンテナ８０１ の利得Ｇ２ 、に対して
Ｒ２ ＝（Ｐ０ ＋Ｇ２ ）−（Ｌ０ ＋Ｌ４ ＋Ｌ５ ） ・・・▲２▼
の式で与えられる。
【００４０】
ここに、伝搬損失Ｌ４ は、図９▲２▼に示される伝搬特性により１００ｍ当たり約２０ｄＢとなり、伝搬損失Ｌ５ は図９▲３▼に示すように約２０ｄＢとなる。さらに、利得Ｇ２ は、アンテナ８０１ がアンテナ３２１１〜３２４１のような指向性を持たないので、約０ｄＢと見積もられる。
【００４１】
したがって、電界強度Ｒ２ は、上式▲２▼に上述した各値を代入することにより、約−９０（＝０＋０−５０−２０−２０）ｄＢｍ となる。
このように本実施例によれば、共用器７５Ｓ１から出力される送信波の電力は分配器３４１ を介してアンテナ３２１１〜３２４１側にほぼ均等に分配されるが、分配器３４１ の各方路およびその方路に接続された給電線の挿入損失の和が上述した伝搬損失Ｌ５ より小さな値に設定される。したがって、図４に細線で示される従来例と太線で示される本実施例との電界分布の差で示されるように、アンテナ３２１１〜３２４１が個々に形成する無線ゾーンの周端部の電界強度は、従来例に比べて約１５ｄＢ高い値となる。さらに、図８に示す理想的な無線ゾーンの周端部と電界強度が同じ値となる位置は、図４に示されるように、その無線ゾーンの外側に数十メートル（＝Ｄ）シフトする。
【００４２】
したがって、アンテナの設置場所にかかわる制約に柔軟に対応しつつ図３に実線で示されるように、通路にそって理想的な無線ゾーンが形成され、不感地域の発生が確実に回避される。
【００４３】
なお、本実施例では、アンテナ３２１１〜３２４１として指向性を有するアンテナが採用されているが、本発明はこのようなアンテナに限定されず、通路に沿った所定の位置に取り付け可能であり、かつ交差点を中心とする通路の各分岐路毎に上述した理想的な無線ゾーンが形成されるならば、無指向性のアンテナを採用してもよい。
【００４４】
また、本実施例では、上述した伝搬損失Ｌ５ が伝搬路である通路の交差点で生じるものと仮定されているが、本発明は、このような交差点に限定されず、例えば、通路の方向に急激な変化がある屈曲部についても同様にして伝搬損失を求めることにより適用可能である。
【００４５】
図５は、請求項２に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
図において、図３に示す実施例との相違点は、中継部３５１ に代えて中継部４１１ が備えられ、アンテナ３２１１〜３２４１に代えて１５０Ｈｚの無線周波数に適応した無指向性のアンテナ４２１ 〜４２３ が備えられた点にある。なお、中継部４１１ の構成については、送信波および受信波の無線周波数が８００ＭＨｚ帯から上述した無線周波数に変わったことに適応すべき部分を除き、図２に示すものと同じであるから、ここでは簡単のため同じ符号を用いて示し、かつその説明を省略する。
【００４６】
また、アンテナ４２２ は図３に示すアンテナ３３４１と同様に中継部４１１ の近傍に設置され、かつアンテナ４２１ 、４２３ は中継部４１１ の設置点を中心として通路に沿って同じ距離隔たった位置に設置される。
【００４７】
なお、本実施例と図１に示すブロック図との対応関係については、アンテナ４２１ 〜４２３ はアンテナ２１１ 〜２１Ｎ に対応し、中継部４１１ は分配手段２３に対応し、同軸ケーブル３３１１、３３３１は給電線２５１ 〜２５Ｎ に対応する。
【００４８】
以下、本実施例の動作を説明する。
アンテナ４２１ 〜４２３ によって個別に形成される無線ゾーンの周端部における電界強度ｒ１ は、共用器７５Ｓ１から送出される送信波信号のレベルｐ０（ここでは、簡単のため０ｄＢｍ と仮定する。）、これらのアンテナの利得ｇ１ 、これらのアンテナ近傍の伝搬損失ｌ０ 、分配器３４１ の挿入損失ｌ１ 、同軸ケーブル３３１１〜３３３１の個々の挿入損失ｌ２ および通路に沿った伝搬損失ｌ３ に対して
ｒ１ ＝（ｐ０ ＋ｇ１ ）−（ｌ０ ＋ｌ１ ＋ｌ２ ＋ｌ３ ） ・・・▲３▼
の式で与えられる。
【００４９】
ここに、上式▲３▼の各項の内、伝搬損失ｌ０ は上述した伝搬損失Ｌ０ と同様にして約５０ｄＢとなり、挿入損失ｌ１ は上述した挿入損失Ｌ１ と同様にして７（＝３×２＋１）ｄＢと見積もられる。さらに、利得ｇ１ は、アンテナ４２１〜４２３の無指向性に基づいて０ｄＢと見積もられる。
【００５０】
さらに、同軸ケーブル３３１１〜３３３１の挿入損失ｌ２ は、アンテナ４２１ 〜４２３ によって形成される個々の無線ゾーン内でアンテナから一定の相対距離の点に至る伝搬損失と、分配器３４１ および同軸ケーブル３３１１〜３３３１の挿入損失ｌ１，ｌ２ との差分のこれらの無線ゾーンにかかわる総和がその伝搬損失以上となる値に設定される。
【００５１】
すなわち、アンテナ４２１ 〜４２３ によって地下街に形成される全ての無線ゾーンにおいて所定の伝送品質が確保される伝搬損失の和は、分配器３４１ の各方路および同軸ケーブル３３１１〜３３３１の挿入損失によって減少するが、これらのアンテナと同じ特性を有する単一のアンテナによって形成される無線ゾーンにおいて同じ条件で許容される伝搬損失に比べて大きな値となる。
【００５２】
このような挿入損失ｌ２ の具体的な設定例としては、同軸ケーブル３３１１、３３３１に単位長当たりの挿入損失が０．１ｄＢ である１０Ｄケーブルを採用し、かつ長さを何れも１１２ｍに設定することにより、１１．２（＝０．１ｄＢ／ｍ×１１２ｍ）となる。
【００５３】
一方、中継部４１１ から通路に沿ってこれらの長さにそれぞれ等しい距離隔たった位置にアンテナ４２１ 、４２３ が設置され、伝搬損失ｌ３ が１００ｍ当たり４０ｄＢであると仮定すると、アンテナ４２２ によって形成される無線ゾーンの電界強度の分布は上式▲３▼に基づいて図６▲１▼に示される折線で表され、かつアンテナ４２１ 、４２３ によって形成される電界強度の分布は何れも図６▲２▼に示される折線で表される。なお、図６では、上式▲３▼は、折線▲１▼、▲２▼の勾配が小さな部分にそれぞれ対応する。
【００５４】
このように設定された各パラメータの下では、アンテナ４２１ 、４２３ によって形成される無線ゾーンとアンテナ４２２ によって形成される無線ゾーンとのオーバラップ領域の中心は、上述した２つの折線の交点（図６▲４▼）で与えられる。さらに、その交点における電界強度は、所望の品質を確保して通信サービスを提供可能な電界強度（ここでは、簡単のため−８０ｄＢｍ とする。）に一致する。
【００５５】
また、アンテナ４２２ よって形成される無線ゾーンの半径は、上述した交点の位置（図６▲５▼）によって与えられ、約７０ｍとなる。さらに、アンテナ４２１ 、４２３ によって形成される無線ゾーンの直径はこれらのアンテナの位置と上述した交点との距離の２倍の値（＝８２ｍ（＝（１１２−７０）×２））で与えられる。
【００５６】
したがって、アンテナ４２１〜４２３によって通路に沿って形成される無線ゾーンの幅の総和は、３０８（＝（７０×２＋８２×２））ｍとなる。なお、アンテナ４２１ 、４２３ によって形成される無線ゾーンでは、図６▲６▼に示すように、約１２．８ｄＢの伝搬損失が許容される。
【００５７】
一方、従来のサテライト基地局装置により同様に１５０ＭＨｚの無線周波数について形成される無線ゾーンでは、その周端部における電界強度ｒ２ は、上述した送信波信号のレベルｐ０ 、アンテナ近傍の伝搬損失ｌ０ に併せて、通路に沿った伝搬損失ｌ４ およびアンテナの利得ｇ２ に対し
ｒ２ ＝（ｐ０ ＋ｇ２ ）−（ｌ０ ＋ｌ４ ） ・・・▲４▼
の式で与えられる。
【００５８】
ここに、伝搬損失ｌ４ が１００ｍ当たり４０ｄＢであり、かつアンテナ４２１ 〜４２３ がアンテナ３２１１〜３２４１のような指向性を持たないので、利得ｇ２ が０ｄＢであると仮定すると、アンテナ４２２ によって形成される無線ゾーンの電界強度の分布は図６▲７▼に示される折線で表される。なお、このような折線の勾配が小さな部分は、上式▲４▼に対応する。
【００５９】
単一のアンテナ４２２ よって形成される無線ゾーンの半径は、所望の品質を確保して通信サービスを提供可能な電界強度（＝−８０ｄＢｍ ）が確保される位置（図６▲８▼）で与えられ、約８５ｍとなる。したがって、アンテナ４２２ によって通路に沿って形成される無線ゾーンでは、図６▲９▼に示すように３０ｄＢの伝搬損失が許容されるが、直径は１７０（＝（８５×２））ｍとなる。
【００６０】
このように本実施例では、中継部４１１ やアンテナ４２１ 〜４２３ の取り付け位置に関する制約に柔軟に対応しつつ、単一の中継部４１１ を用いて複数の無線ゾーンを形成し、従来例に比べて広い無線ゾーンを形成することができる。
【００６１】
なお、本実施例では、中継部４１１ に３つのアンテナ４２１ 〜４２３ が接続されているが、本発明はこのような構成に限定されず、複数のアンテナに対して個別の給電路を形成する同軸ケーブルや分配器の挿入損失とアンテナの利得の組合せに基づいて無線ゾーンが確実に拡大されるならば、これらのアンテナの数や利得については何ら限定されない。
【００６２】
また、上述した各実施例では、個々のサテライト基地局から再送信される送信波の電界レベルを基準としてそのサテライト基地局によって形成される無線ゾーンの説明を行ったが、携帯局から到来する受信波については、アンテナ特性の可逆性に基づいて同様に理想的な無線ゾーンが形成されるので、ここではその説明を省略する。
【００６３】
したがって、本発明は、自動車電話システムや携帯電話システムのように全二重方式の通信を行うシステムに限定されず、ポケットベルシステムのように再送信のみを行うサテライト基地局にも適用可能であり、反対に無線基地局に対して送信された受信波の中継のみを行うサテライト基地局にも適用可能である。
【００６４】
さらに、本実施例では、全二重方式の通信システムに適応させるためにアンテナの送受共用をはかる共用器７５Ｓ１が搭載されているが、本発明が上述した単信方式の通信システムに適用された場合には、このような共用器は不要となる。したがって、このような場合には、共用器の挿入損失がなくなるので、個々のアンテナによって形成される無線ゾーンがさらに拡大され、これらのアンテナに要求される利得を下げることも可能となる。
【００６５】
また、上述した各実施例では、光伝送路７２、共用器７５Ｓ１その他の挿入損失を補償するために、増幅器７６Ｓ１、７９Ｓ１が用いられているが、本発明はこのような構成に限定されず、分配器３４１ 、同軸ケーブル３３１１〜３３４１の挿入損失があってもアンテナの配置に関する制約に柔軟に対応しつつ不感地域を回避したり無線ゾーンが拡大されるならば、これらの増幅器は搭載しなくてもよい。
【００６６】
さらに、上述した各実施例では、アンテナ３２１１〜３２４１、４２１ 〜４２３ が通路の天井面に取り付けられているが、本発明はこのような取り付け場所に限定されず、これらのアンテナの特性の劣化が許容範囲内に抑えられるならば、例えば、所定の固定治具を介して壁面に取り付けてもよい。
【００６７】
また、上述した各実施例では、単一の無線基地局によって形成される無線ゾーンが地下街に拡張される場合について示したが、本発明は、小ゾーン方式および大ゾーン方式の何れの移動通信システムについても適用可能である。
【００６８】
さらに、上述した各実施例では、光伝送路７２の伝送方式については記述されていないが、所望の伝送品質が得られるならば、例えば、中継の対象となる送信波や受信波の信号に応じてレーザ光を振幅変調したり、その信号を所定のディジタル信号に変換した後にそのディジタル信号に応じてレーザ光を断続する方式を適用してもよい。
【００６９】
また、本発明は、このような光伝送路を用いた中継伝送路に限定されず、例えば、アナログ伝送方式やディジタル伝送方式に基づく同軸伝送路を用いたり、中継すべき信号を所定の中間周波信号やベースバンド信号に変換して伝送する伝送装置を用いてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、単一の分配手段に給電線を介して複数のアンテナを接続して構成することにより、これらのアンテナや分配手段の設置場所にかかわる制約が容易に回避される。さらに、これらのアンテナが配置される通路の直線部、屈曲部および交差点の伝搬損失に適応した値に分配手段および給電線の挿入損失を設定することにより、このような屈曲部や交差点で仕切られた通路の区間毎に確実に無線ゾーンを形成したり、単一のアンテナによって形成される無線ゾーンに比べて広い範囲に分散させたり連ねて無線ゾーンを形成することができる。
【００７１】
すなわち、アンテナの設置場所にかかわる制約に柔軟に対応しつつ空間に所望の無線ゾーンが形成されるので、本発明を適用した移動通信システムでは、地下街その他の空間に安価にかつ効率的に無線ゾーンが拡張されて保守や運用にかかわる作業性の向上と低廉化とがはかられ、かつ利用者に対するサービス品質が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１および請求項２に記載の発明の原理ブロック図である。
【図２】請求項１に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
【図３】本実施例におけるアンテナの配置を示す図である。
【図４】本実施例における電界強度の分布を示す図である。
【図５】請求項２に記載の発明に対応した実施例を示す図である。
【図６】本実施例における電界強度の分布を示す図である。
【図７】サテライト基地局の第一の設置例を示す図である。
【図８】地下街の通路における理想的なアンテナの配置を示す図である。
【図９】地下街の通路に沿った電波の伝搬特性を示す図である。
【図１０】サテライト基地局の第二の設置例を示す図である。
【図１１】実際に形成される無線ゾーンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１，３２，４２，８０ アンテナ
１３，２３ 分配手段
１５，２５ 給電線
３１，７３ サテライト基地局装置
３３ 同軸ケーブル
３４ 分配器
３５，４１ 中継部
７０ 無線基地局
７１ 基地局対向部
７２ 光伝送路
７４ アンテナ
７５ 共用器
７６，７９ 増幅器
７７ 電気−光変換部（Ｅ／Ｏ）
７８ 光−電気変換部（Ｏ／Ｅ）
９１ 結合器
９２ 無線基地局装置
Claims (2)
- 無線基地局が形成する無線ゾーンと電磁的に遮蔽され、かつこの無線基地局にアクセス可能な移動局が位置し得る空間に、その空間に形成された通路に沿って個別に配置されると共に、この無線ゾーンを拡張する複数のアンテナと、
前記無線ゾーンに中継伝送路を介して接続され、その中継伝送路を前記複数のアンテナに個別に対応した方路に分岐させる分配手段と、
前記分配手段によって分岐された方路と前記複数のアンテナとの間に個別にこれらのアンテナの給電路を形成し、前記通路の交差点および屈曲部における伝搬路の屈曲に応じて生じる伝搬損失と前記分配手段の方路毎の挿入損失との差以下の挿入損失を有する給電線と
を備えたことを特徴とするサテライト基地局装置。 - 無線基地局が形成する無線ゾーンと電磁的に遮蔽され、かつこの無線基地局にアクセス可能な移動局が位置し得る空間に、その空間に形成された通路に沿って個別に配置されると共に、この無線ゾーンを拡張する複数のアンテナと、
前記無線ゾーンに中継伝送路を介して接続され、その中継伝送路を前記複数のアンテナに個別に対応した方路に分岐させる分配手段と、
前記分配手段によって分岐された方路と前記複数のアンテナとの間に個別にこれらのアンテナの給電路を形成する給電線とを備え、
前記給電線の長さおよび挿入損失は、前記複数のアンテナによって拡張された全ての無線ゾーンについて、個々の無線ゾーンを形成するアンテナと、そのアンテナから一定の距離に亘って隔たった点との間における共通の伝搬損失と、前記分配手段の入力端から前記給電線を介してこのアンテナの給電点に至る給電路の損失との差分の総和がその共通の伝搬損失以上となる値に設定されたこと
を特徴とするサテライト基地局装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1051094A JP3606385B2 (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | サテライト基地局装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1051094A JP3606385B2 (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | サテライト基地局装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221690A JPH07221690A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3606385B2 true JP3606385B2 (ja) | 2005-01-05 |
Family
ID=11752223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1051094A Expired - Lifetime JP3606385B2 (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | サテライト基地局装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3606385B2 (ja) |
-
1994
- 1994-02-01 JP JP1051094A patent/JP3606385B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07221690A (ja) | 1995-08-18 |
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