JP3742372B2 - 逆方向リンクの干渉を抑制する建物内の無線通信システム及びその方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多重接続(CDMA)通信システムにおける逆方向リンクから受信する信号の干渉を抑制する装置及び方法に関し、特に、建物などのように密閉された空間内に設置された通信システムにおける逆方向リンクから受信する信号の干渉を抑制することができる装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、建物などのように密閉された空間に設置された移動通信システム(建物内の無線通信システム(in-building mobile communication system))は多数の小型中継器とアンテナを必要とする。
【0003】
図1は従来の建物内の無線通信システム構造を示す図である。
【0004】
図1を参照すると、基地局(BTS:Basestation Transceiver Subsystem)120は建物内の無線通信システムにおける私設通信網で、その建物内に設置される私設基地局である。基地局120は建物内の無線通信システムに位置する端末機MSに伝送される送信信号及び端末機MSから受信した信号を処理する機能を遂行する。基地局120はCDMA方式の通信機能を処理するための変調/復調機能及び符号化/復号化機能を遂行する構成を有する。送受信器110は基地局120から受信した信号の周波数をRF帯域の周波数に上昇変換(up-convert)しRF信号として出力する一方、受信したRF信号の周波数を下降変換(down-convert)して基地局120に伝送する機能を遂行する。送受信器110は多数の小型中継器RU(Repeater Unit)と並列接続されており、小型中継器RUに順方向リンクのRF信号を送信し、小型中継器RUから受信した逆方向リンクのRF信号を基地局120に伝達する機能を遂行する。
【0005】
小型中継器RUは建物内の適切な位置に設置される。設置される位置は、建物内の部屋が部分的に分割されている場合は小型中継器RUをそれぞれ独立的に設置し、広い空間の場合には小型中継器RUを電波環境に従って適切な距離に離隔させて設置する。小型中継器RUのそれぞれは、送受信器110からの出力信号を増幅する送信増幅器15と、送信信号の帯域をろ波しアンテナ11を通じて送信する一方、アンテナ11を通じて受信した信号を増幅して送受信器110に出力する受信増幅器17と、からなる。また、それぞれの小型中継器RUは、送受信器110に並列連結されて、送受信器110から受信した信号をアンテナを通じて端末機MS側に送信し、アンテナを通じて端末機MSから受信した送信信号を送受信器110に伝達する。
【0006】
図1のような構造は、ビル内の一つのフロア(floor)に設置された小型中継器RUの配置として仮定することができる。また、建物内の各フロア面積が小さい場合は、図1のような小型中継器を2以上のフロアに分配して設置することもできる。
【0007】
上述したように、建物内の無線通信システムは建物外に信号を放出するため外部基地局からの信号(forward link signal)を必要とする。このため建物内の適切な位置に多くのアンテナを設置しなければならない。設置されるアンテナは小型中継器に連結され、小型中継器は送信及び受信兼用中継器として使用される。しかしながら、このような場合、アンテナの数の増加に比例して逆方向リンクの受信干渉も増加するといった問題がある。
【0008】
ここで、建物内の無線通信システムで逆方向リンク(端末機から基地局への送信信号)の受信干渉が増加する状態を具体的に説明する。
【0009】
建物内の無線通信システムにより私設無線通信ネットワークを構成するためには、建物内に多くの中継器を設置すべきである。この場合、ネットワークは順方向リンクの構成部のみを実質上必要とするが、現在のすべての中継器は順方向リンクと逆方向リンク双方の構成要素を有している。従って、送受信を兼用する中継器が設置されれば設置されるほど、逆方向リンクの干渉(reverse noise floor)が増加する問題が生じる。
【0010】
図2及び図3は建物内の無線通信システムで中継器の受信増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)の増加による干渉増加と、アンテナの増加による干渉増加を示した図である。即ち、図2は建物内の無線通信システムで中継器の個数に比例してノイズが増加することを示した図であり、図3はアンテナの個数の増加に比例してノイズが増加することを示した図である。
【0011】
図2を参照すると、一つの送受信器110にはN個の小型中継器RUが連結され、それぞれの小型中継器RUはアンテナ11及び受信増幅器17を含んでいる。図2で受信増幅器17はG1の利得を有し、干渉(NF:Noise Figure)は5dBと仮定する。そして、送受信器110内の受信増幅器はG2の利得を有し、NFは約5dBと仮定する。ここで、小型中継器RUのNFをnf1とし、送受信器110の受信増幅器のNFをnf2とする。さらに、基地局120は上述した構造のM個の送受信器110をサービスすると仮定する。すると、基地局周囲で干渉が生じないアイドル状態(idle status)における逆方向リンクの受信信号強さ、即ち、RSSI(Received Signal Strength Indicator)は次のように求めることができる。
【0012】
逆方向リンクのRSSI=−108dBm+10log[NF]+10log[並列接続された中継器RUの個数]
【0013】
即ち、一つの送受信器110に対する干渉値は10log[N*G1]及び10log[N*nf1]になり、基地局100に対する干渉値は10log[M*N*G1*G2]及び10log[M*N*nf1]になる。従って、全体干渉は下記のように表現することができる。
【0014】
【0015】
この状態における中継器RUの個数による計算値及び測定値を下記表1に示す。
【表1】
【0016】
図3は一番近接している2個の小型中継器RUのアンテナと端末機による基地局100のRSSI増加を説明するための図である。図3では便宜上、端末機の出力が0dBmに固定されていると仮定する。ここで経路損失(Pass Loss)PLは下記のように表現することができる。下記式でfは周波数[Mhz]であり、dは距離[Km]である。
【0017】
PL=20*log(f)+20*log(d)+32.44[dB]
【0018】
図3の条件に基づき、アンテナ数による基地局100のRSSI増加を下記表2に示す。
【表2】
【0019】
表2に示したように、同じフロアのアンテナ個数によるRSSI増加は、端末機に一番近接した2個のアンテナのみが重要であり、他のアンテナは無視できることが分かる。また、アンテナ増加による最大RSSI増加は、最大約3dBm程度であることが分かる。
【0020】
上述したように、建物内の無線通信システムは外部基地局への電波をビル外に放出するために多数のアンテナを建物内に設置する必要があり、アンテナは図1に示したように小型中継器RUを通じてシステムと連結される構造を有する。この小型中継器RUは順方向リンク(forward link)と逆方向リンク(reverse link)双方の信号を処理できるように送信及び受信増幅器を含んでいる。その結果、建物内の無線通信システム具現時、順方向リンクネットワークを確保するために拡張したアンテナ数は、反対に逆方向リンクの受信増幅器により受信干渉を増加させる問題をもたらす。
【0021】
上述した問題点を解決するために、Howard H.Xiaなどより“A CDMA-Distributed Antenna System for In-Building Personal Communications Services ”[IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL.14, NO 4, MAY 1996, PP644-650]方法が発表された。この方法は建物内の無線通信システムで受信ノイズの増加を抑制するために考案された方法で、中継器ごとに遅延素子(delay element)を使用し受信ノイズを低減する。即ち、電波の遅延が0.814μsec以上であると、レイク(rake)受信器はノイズではなく相異なる信号として認識する。このような信号が合成されて信号強さを増加する。しかし、0.814μsec以上の遅延が発生するためには約244m以上の距離差が必要であるので、このような方法を建物内で具現する場合、0.814μsec以上の遅延を生じさせるのが難しいといった問題がある。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、建物内の無線通信システムで受信信号の干渉を抑制することができる装置及び方法を提供することにある。
【0023】
本発明の他の目的は、建物内の無線通信システムで、外部電波を建物外に放出すために設置したアンテナに連結される中継器を送信専用に設計して、システムにおける逆方向リンクの干渉を抑制することができる装置及び方法を提供することにある。
【0024】
本発明のさらなる他の目的は、建物内の無線通信システムで、アンテナに連結される小型中継器を建物内の構造条件に従って送受信兼用、または、送信専用に配置して、受信信号の干渉を抑制することができる装置及び方法を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明の建物内の無線通信システムでは、建物の中央に設置され、アンテナを通じて端末機と送受信機能を遂行する送受信中継器と、送受信中継器から視線内で予め設定された所定の距離だけ離隔されて設置され、端末機に対して送信機能を遂行する少なくとも一つの送信中継器と、送受信中継器及び送信中継器を並列に接続する少なくとも一つの送受信器と、送受信器と接続する基地局装置とからなることを特徴とする。
【0026】
このシステムにおける送信中継器は、送受信器から出力される信号を増幅する送信増幅器を備え、順方向リンクの信号をアンテナを通じて伝播するとよい。また、送受信中継器は、送受信器から出力される信号を増幅する送信増幅器と、送信増幅器とアンテナ間に連結され、送信増幅器からの送信信号を帯域フィルタリングしてアンテナに出力する一方、アンテナを通じて受信した受信信号を帯域フィルタリングするデュプレクサと、デュプレクサから受信した受信信号を増幅して送受信器に出力する受信増幅器と、からなると好ましい。さらに、送信中継器は、送受信中継器から5m〜10m程度離隔されて設置されるとよく、建物の中央に設置された送受信中継器から離隔された位置で、障害物が存在する位置に設置される第2送受信中継器をさらに備えるようにしてもよい。さらにまた、送信中継器は送受信中継器から5m〜10m程度離隔されて設置され、送受信中継器との距離が10mを超過する位置には第2送受信中継器が設置されると好ましい。
【0027】
また、本発明では建物内の無線通信システムにおける逆方向リンクの干渉を抑制する方法を提供する。すなわち、端末機と無線通信を遂行する送受信中継器及び少なくとも一つの送信中継器と、送受信中継器及び前記送信中継器を並列に接続する少なくとも一つの送受信器と、送受信器と接続する基地局装置と、を備える建物内の無線通信システムにおける逆方向リンクの干渉を抑制する方法であって、建物の中央に設置された送受信中継器を通じて端末機と順方向及び逆方向通信機能を遂行する過程と、送受信中継器から視線内で予め設定された所定の距離だけ離隔されて設置された送信中継器を通じて端末機と順方向送信機能を遂行する過程とからなることを特徴とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は本発明の要旨のみを明瞭にする目的で省略する。
【0029】
下記説明で受信信号強さや小型中継器の設置距離等のような特定された詳細が本発明のより全般的な理解のために提供されている。しかし、このような特定詳細なしに、または、これらを変更することによっても本発明を実施できることはこの技術分野における通常の技術を有した者には自明であろう。
【0030】
建物内の無線通信システムを具現する場合、外部基地局から送信される電波は、建物内に多くの中継器を設置することで除去することができる。実際的に建物内の無線通信システムを構成するためには、所定の距離(5m〜10m)間隔で小型中継器を設置する。本発明の実施形態による建物内の無線通信システムで小型中継器を建物内に設置する場合、建物中央には双方向通信が可能な送受信中継器を設置し、これから視線(LOS:Line Of Sight)内で5m〜10m以内にある中継器の場合には、逆方向リンクの信号を処理しない(即ち、構成に受信部がない)一方向の送信中継器を設置する。一方、建物内の中央に位置する双方向送受信中継器から5m〜10m以上離れているか、または、5m〜10m以内に設置されても視線(LOS)から外れている場合には、双方向送受信中継器を使用する。即ち、中継器が厚い壁に囲まれた位置に設置されている場合等には双方向送受信中継器を使用する。つまり、本発明よる建物内の無線通信システムは受信干渉をもたらす受信部の構成を最小化することで(双方向中継器をできる限り建物中央のみに設置するようにし、追加的に必要な場合に限り双方向中継器を使用するようにする)、建物内の逆方向リンクの干渉を最大限に抑制する。
【0031】
図4は本発明の実施形態による建物内の無線通信システムの構成を示す図である。
【0032】
図4を参照すると、基地局220は、建物内の無線通信システムにおける私設通信網で、その建物内に設置される私設基地局である。基地局220は建物内の無線通信システムに位置する端末機MSに伝送される送信信号及び端末機MSから受信した信号を処理する機能を遂行する。また、基地局220はCDMA方式の通信機能を処理するための変調/復調機能及び符号化/復号化機能を遂行する構成を有する。送受信器210は基地局220から受信した信号をRF帯域に上昇変換して出力し、受信したRF信号は下降変換して基地局220に伝送する機能を遂行する。送受信器210は、多数の送信中継器240及び送受信中継器250を並列に接続する構成を有して、送信中継器240及び送受信中継器250に順方向リンクのRF信号を送信し、送受信中継器250から受信した逆方向リンクのRF信号を基地局220に伝達する機能を遂行する。
【0033】
送信中継器240及び送受信中継器250は建物内の適切な位置に設置される。設置される位置は、建物の部屋が部分的に分割されている場合には送受信中継器250を設置し、広い空間の場合には少なくとも一つの送受信中継器250と多数の送信中継器240を電波環境に応じて適切な距離だけ離隔させて設置する。
【0034】
送信中継器240は送信専用小型中継器であり受信器構成を設けない。即ち、送信中継器240のそれぞれは、送受信器210から出力される信号を増幅する送信増幅器21と、送信信号を帯域フィルタリングしてアンテナ23tを通じ送信する送信帯域フィルタ(wave filter)22と、からなる。送信中継器240は建物内の電波環境に応じて適当な距離(LOS内で、約5m〜10m)に離隔して設置される。
【0035】
送受信中継器250は建物の中央、他の送受信中継器のLOS内で10m以上離れた位置、または、建物壁があって電波を伝達できない位置などに設置されることができる。送受信中継器250のそれぞれは、送受信器210から出力される信号を増幅する送信増幅器25と、送信信号の帯域をろ波してフィルタ信号をアンテナ23trを通じ送信する一方、アンテナ23trを通じて受信した信号の帯域をろ波するデュプレクサ26と、このデュプレクサ26を通じて帯域フィルタリングされた逆方向リンクの受信信号を増幅して送受信器210に出力する受信増幅器27と、からなる。また、送受信中継器250は送受信器210に連結されて、送受信器210から受信した信号をアンテナ23trを通じて端末機MS側に送信し、アンテナ23trから受信した伝送信号を送受信器210に伝達する。
【0036】
図4のような構成は建物内の一つのフロアに設置される送信及び送受信中継器の配置として想定することができる。図4では一つのフロアが一つの送受信中継器250と多数の送信中継器240によって構成された場合を想定している。図4のような建物環境で壁があり電波を伝達できない状況(即ち、事務室壁が設置されている場合等)であると、該当建物内に送受信中継器250を別途に設置する。
【0037】
図4のような本発明による建物内の無線通信システム設計基準を具体的に説明する。
【0038】
先ず、建物内の無線通信システムの順方向リンクカバレージ(forward link coverage:BS→MS)について説明する。
【0039】
建物内の各フロアごとに、公衆無線通信網の受信電界強度(RSSI)及びEc/Ioを測定する。その測定の結果、公衆網電波が強い場合には、建物内の無線通信システムを構築することができない。このような場合には、該当公衆網サービス事業者と協議して、その建物に向かってサービスをしている基地局のアンテナ出力を低減してもらうか、または、アンテナ方向を変更してもらい電波の強さを弱くして、建物内の無線通信システムを構築する必要がある。
【0040】
ここで、建物内の無線通信システムを構築できない程の順方向リンク電波は、建物内における公衆網のRSSIが約−63dBm以上であるか、Ec/Ioが約−5dB以上である(状況によって変動する)。これに対する具体的な理由は次の通りである。無線局の許可を得ないで使用できる小型中継器の最大電力は10mWであるが、内部基地局(インフォモバイル(InfoMobile))の場合、FA(Frequency Assignment)が3個であるので中継器の最大出力は10dBm/3FAであり、さらに単位FA当たり5dBm(即ち、5dBm/FA)となる。ピーク時の通話量(通話量が約13コール(call)であったとする)のため余分に3dB程度の信号強さが許容されると、出力は2dBm(1.58mW)/FAになる。この時、パイロットチャネル(pilot channel)のディジタル利得(digital gain)は108dBであり、パイロットチャネルの出力は下記式から求めることができる。
【0041】
PI Ch:1.58mW*(108/127)2=0.56dBm(1.14mW)≒0dBm
【0042】
即ち、アイドル状態(Idle state:通話量がない場合)でパイロットチャネルの中継器出力は、約0dBm程度になるべきである。
【0043】
ここで、自由空間(free space)上で簡単な経路損失(Pass Loss)を決定する公式は、下記の通りである。
【0044】
PL(Pass Loss)=20*log(f)+20*log(d)+32.44[dB]
【0045】
この経路損失の公式において、fは周波数[Mhz]であり、dは距離[Km]を示す。この公式によると、半径10m以内における中継器のパイロットチャネル強さは下記のように計算され、約−57.7dBmになる。
【0046】
パイロット強さ(半径10m以内)=0dBm(初期パイロット強さ)−PL(57.5dB)=−57.7dBm
【0047】
PL=20*log(1845Mhz)+20*log(10m/1000m)+32.44=57.7dB
【0048】
即ち、中継器から半径10m以内のパイロット強さは約−58dBmになり、ピーク時の通話量を考慮して、建物内における外部公衆網の電波強さが−63dBm以下となるようにするため約5dBの余分な信号強さが許容される。中継器は測定された外部公衆網の電波強さを参照して窓側から5m〜10m以内の位置となるように設置される(建物内部も同様)。そして、パイロット信号の強さ(Ec/Io)は窓側で−4dB以上(通話量がピークではない場合、即ち、通話量が2コール以下である場合)となるように制御される。
【0049】
Ec/Ioは、通話量がピーク(約13コール程度の通話時)であると、約3dB(−4dB−3dB)を過ぎて減少し、−7dBになる。窓側で外部公衆網の強さが一番強い場合のEc/Ioを−5dBと仮定すると、ハンドオーバは生じなく、内部基地局(InfoMobile)に同期した状態を続けて維持する。ハンドオーバはパイロット強さ間の差異が3dB以上であると発生し、2dB以下であると発生しない。
【0050】
次ぎに、逆方向リンクカバレージ(Reverse Link Coverage:MS→BS)について説明する。
【0051】
建物内の無線通信システムを私設網として構成するためには、建物内に多くの中継器が設置されるべきである。小型中継器を送受信兼用で具現する場合、逆方向リンクの干渉をもたらす。従って、建物内の無線通信システムで小型中継器が設置されれば設置されるほど、逆方向リンクの干渉(Reverse Noise Floor)が増加する問題が発生する。図2及び図3は上述したように、中継器のLNA及びアンテナ増加による干渉の増加を説明する図である。
【0052】
上述したように小型中継器には順方向リンクの構成部のみを設けることが望ましい。即ち、中継器の数が増加して逆方向リンクの受信増幅器やアンテナ個数が増加するとノイズが増加するからである。従って、アンテナ及び受信増幅器の数をできる限り少なくすれば、建物内の無線通信システムの性能を向上させることができる。
【0053】
順方向リンクのカバレージの説明で言及したように、5〜10mの間隔に小型中継器を設置する場合、図4に示したように建物中央に送受信サービスを兼用できる双方向小型中継器を設置する。加えて、双方向小型中継器のLOS内で5〜10m以内となるように受信増幅器の構成を有していない一方向の送信中継器を設置する。その一方、中央の送受信中継器から5m〜10m以上離れているか、又は、5m〜10m以内であってもLOS条件を満足しない位置には双方向送受信中継器を設置する。即ち、中継器を厚い壁に囲まれた位置に設置する場合には双方向送受信中継器を設置する。
【0054】
【発明の効果】
上述したように、本発明により建物内の無線通信システムを構成すれば、中継器の逆方向リンクの干渉を抑制することができ、これにより逆方向リンク加入者の容量を向上させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 符号分割多重接続通信システムが建物内に設置される場合の従来のシステム構成図。
【図2】 建物内の無線通信システムで中継器の個数に比例してノイズが増加することを示した図。
【図3】 図2で構成される移動通信システムにおいてアンテナの増加により発生する逆方向受信強さ強度の影響を分析した図。
【図4】 本発明の実施形態による建物内に設置される符号分割多重接続通信システムの構成図。
Claims (7)
- 建物内の無線通信システムにおいて、
建物の中央に設置され、アンテナを通じて端末機と送受信機能を遂行する送受信中継器と、
前記送受信中継器から視線内で予め設定された所定の距離だけ離隔されて設置され、前記端末機に対して送信機能を遂行する少なくとも一つの送信中継器と、
前記送受信中継器及び前記送信中継器を並列に接続する少なくとも一つの送受信器と、
前記送受信器と接続する基地局装置と、
からなることを特徴とする建物内の無線通信システム。 - 前記送信中継器は、前記送受信器から出力される信号を増幅する送信増幅器を備え、順方向リンクの信号を前記アンテナを通じて伝播する請求項1記載の建物内の無線通信システム。
- 前記送受信中継器は、前記送受信器から出力される信号を増幅する送信増幅器と、前記送信増幅器とアンテナ間に接続され、前記送信増幅器からの送信信号を帯域フィルタリングして前記アンテナに出力する一方、前記アンテナを通じて受信した受信信号を帯域フィルタリングするデュプレクサと、前記デュプレクサから受信した受信信号を増幅して前記送受信器に出力する受信増幅器と、からなる請求項1記載の建物内の無線通信システム。
- 前記送信中継器は、前記送受信中継器から5m〜10m程度離隔されて設置される請求項2又は請求項3記載の建物内の無線通信システム。
- 前記建物の中央に設置された送受信中継器から離隔された位置で、障害物が存在する位置に設置される第2送受信中継器をさらに備える請求項2又は請求項3記載の建物内の無線通信システム。
- 前記送信中継器は前記送受信中継器から5m〜10m程度離隔されて設置され、前記送受信中継器との距離が10mを超過する位置には第2送受信中継器が設置される請求項2又は請求項3記載の建物内の無線通信システム。
- 端末機と無線通信を遂行する送受信中継器及び少なくとも一つの送信中継器と、
前記送受信中継器及び前記送信中継器を並列に接続する少なくとも一つの送受信器と、
前記送受信器と接続する基地局装置と、を備える建物内の無線通信システムにおける逆方向リンクの干渉を抑制する方法であって、
建物の中央に設置された前記送受信中継器を通じて前記端末機と順方向及び逆方向通信機能を遂行する過程と、
前記送受信中継器から視線内で予め設定された所定の距離だけ離隔されて設置された前記送信中継器を通じて前記端末機と順方向送信機能を遂行する過程と、
からなることを特徴とする建物内の無線通信システムにおける逆方向リンクの干渉を抑制する方法。
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