JPH07336294A - セルラ無線基地局装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電波のフェーディング等が生じても、各国の
国内法で定められるＥＩＲＰの上限を越えることがない
ように送信出力を制御できるセルラ無線基地局装置を提
供する。 【構成】 セルラ無線基地局構成は複数の無線トランシ
ーバ（６０、６１）を有し、１以上の呼に対する各送受
信パスを介して、アンテナアレイ（２０、２２、２４）
との間で無線信号を送受信する。この構成は、電力検出
手段（７０）を有し、アンテナの電力レベルをモニタす
る。ディジタルフィードバックリンクは、検出されたア
ンテナ送信電力レベルを無線トランシーバに送出し、そ
こで、調整手段はアンテナに供給される電力レベルを変
化させ、アンテナ出力を最大許容レベル内に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセルラ無線通信システム
において使用される基地局構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セルラ無線システムは、現在世界的に普
及し、移動ユーザに電気通信を提供している。要求され
る容量を満たすため、利用可能な周波数バンドの割り当
て範囲において、セルラ無線システムは地理的領域をセ
ルに分割してカバーする。各セルの中心に基地局があ
り、これを通して移動局は他の移動局とおよび固定（有
線の）ネットワークとの間で通信を行う。利用可能な通
信チャネルはセル間で分割され、各セルで同じチャネル
グループが繰り返し利用される。繰り返し利用されるセ
ル間の距離は、チャネル間干渉の許容レベルが維持でき
るように設計される。

【０００３】新たにセルラ無線システムが設置される
時、オペレータはアップリンク（移動局から基地局）及
びダウンリンク（基地局から移動局）の範囲を最大にし
ようとする。その範囲を増加することによって、所定の
地理的エリアをカバーするに必要なセルを少なくでき
る。従って、基地局の数を減らすことによって、関連の
基本的経費の削減につながる。このダウンリンクの範囲
は、主に基地局から放射される電力を増加することによ
り増加する。各国の国内法は、特殊な用途に使用される
特殊タイプのアンテナから放射される実効等方向放射電
力（ＥＩＲＰ）量の上限を設定している。例えば、英国
においてはディジタルセルラシステム用のＥＩＲＰ範囲
は、現在＋５６ｄＢｍに設定されている。従ってオペレ
ータはこのような制限を受け、最大範囲を得るために、
ＥＩＲＰ限界を超えることなく、それにできるだけ近い
ようにしなければならない。

【０００４】多方向性アンテナ（通常３または６）を有
する扇形のセルが、範囲を広げるための手段として用い
られ、バランスのとれたリンクを維持する。ビーム幅が
狭いアンテナを用いて高利得を得ることによって、低電
力の移動局との間のアップリンクあるいはダウンリンク
が改善できる。

【０００５】無線リンクを用いる通信システムの一つ特
徴として、特定の周波数の信号動作にはフェーディング
が起きる一方、同じ送受信路間における異なる周波数で
の信号動作はそのようなフェーディングの問題が生じ
る。従って、レーダ送信の間、周波数すなわち「周波数
ホッピング」を変化させることは公知のことである。

【０００６】周波数ホッピングは、ＧＳＭのような通信
システムにおいては標準的な特徴である。ある移動装置
が「フェーディング」状態にあるとき、周波数を変更す
れば先ず確実にフェーディングはなくなる。フェーディ
ングは、非常に局所的なものであることに注意すべきで
ある。例えば、フェーディングが生じた場合、ほんの
２、３のセンチメートル移動装置を動かせばある特定の
周波数に対するフェーディング領域から脱することがで
きる。つまり、その目的は、ほぼ静止状態の移動装置の
品質を維持することにある。

【０００７】周波数ホッピングは、干渉に対してもいく
らかの利点を提供する。周波数ホッピングは、連続的な
ものである。すなわち周波数ホッピングは常時発生して
おり、それは、フェーディングが検出されるときのみあ
るものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、基地局
の数を減らすことは、関連の基本的経費の削減につなが
ために、セルラ無線システムにおいては、基地局から放
射される電力を増加する傾向にある。しかしながら、各
国の国内法は、ＥＩＲＰの上限を設定しているために、
電波のフェーディング等が生じると送信出力はこの上限
を越える等の弊害があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、この
ような制限範囲内で最大電力を得るような出力電力制御
手段を提供する。

【００１０】このような目的を達成するために、本発明
のセルラ無線基地局装置は、１以上の呼に対する各送受
信パスを介して、アンテナアレイとの間で無線信号を送
受信する複数の無線トランシーバを有し、前記各アンテ
ナアレイは、各送信減衰手段と、各呼毎の増幅手段とア
ンテナの近くに置かれた電力検出手段と、検出された出
力電力に応答して減衰手段を制御するためのディジタル
フィードバック手段とを有するように構成される。

【００１１】さらに、本発明のセルラ無線基地局装は、
多くのサブバンドに分割された周波数バンドによるホッ
ピング周波数によって動作し、そこで、前記基地局の増
幅器は、サブバンド周波数の関数として出力信号を増幅
するように構成される。

【００１２】さらに、本発明のセルラ無線基地局装のア
ンテナ構成において、減衰手段の変化は、周波数の関数
となるように構成される。

【００１３】さらに、本発明の１以上の呼に対する各送
受信パスを介して、アンテナアレイとの間で無線信号を
送受信する複数の無線トランシーバを有し、各アンテナ
アレイが、各送信減衰手段と、各呼毎の増幅手段とアン
テナの近くに置かれた電力検出手段と、検出された出力
電力に応答して減衰手段を制御するためのディジタルフ
ィードバック手段とを有するセルラ無線基地局を動作さ
せる方法において：各呼に対して特定の無線周波数の無
線信号を送信し；電力レベル検出手段を介して信号の出
力電力をモニタし；電力レベル検出器に応答してアンテ
ナに供給される電力レベルを変化させるステップを有す
るように構成される。

【００１４】さらに、本発明のセルラ無線基地局装を動
作させる方法において、周波数バンドはサブバンドに分
割され、前記増幅器に供給された信号は、サブバンド動
作周波数に依存する所定の係数によって減衰されるよう
に構成される。

【００１５】さらに、本発明の周波数ホッピング基地局
構成において：（i）アンテナに信号を供給するために
使用される送信機によって特定周波数の無線信号を送信
し、（ii）電力レベル検出手段を介して信号の出力電力
レベルをモニタし；（iii）電力レベル検出手段から送
信機制御手段にディジタル的にデータを送信し；（iv）
電力レベル検出手段に応答してアンテナに供給する電力
レベルを変化させ；（v）呼の動作周波数を変化させ、
周波数が変化するプロセスがくり返されるように構成さ
れる。

【００１６】さらに、本発明のセルラ無線基地局装置を
動作される方法において、基地局の動作周波数を多くの
サブバンド周波数に分割し、サブバンド周波数に応答し
て増幅手段に供給される電力レベルを変化させるステッ
プを有するように構成される。

【００１７】

【作用】本発明のセルラ無線基地局装置においては、複
数の無線トランシーバが１以上の呼に対する各送受信パ
スを介してアンテナアレイとの間で無線信号を送受信
し、各アンテナアレイは、ディジタルフィードバック手
段を有し、アンテナの近くに置かれた電力検出手段によ
って検出された出力電力に応答して減衰手段を制御す
る。

【００１８】さらに、本発明のセルラ無線基地局装は、
多くのサブバンドに分割された周波数バンドによるホッ
ピング周波数によって動作し、そこで、基地局の増幅器
は、サブバンド周波数の関数として出力信号を増幅す
る。

【００１９】さらに、本発明のセルラ無線基地局装のア
ンテナ構成において、減衰の変化は、周波数の関数とな
るように制御される。

【００２０】 さらに、本発明のセルラ無線基地局を動
作させる方法において：各呼に対して特定の無線周波数
の無線信号を送信し；電力レベル検出手段を介して信号
の出力電力をモニタし；電力レベル検出器に応答してア
ンテナに供給される電力レベルを変化させる。

【００２１】さらに、本発明のセルラ無線基地局装を動
作させる方法において、周波数バンドはサブバンドに分
割され、前記増幅器に供給された信号は、サブバンド動
作周波数に依存する所定の係数によって減衰される。

【００２２】さらに、本発明の周波数ホッピング基地局
構成においては：（i）アンテナに信号を供給するため
に使用される送信機によって特定周波数の無線信号が送
信され、（ii）電力レベル検出手段を介して信号の出力
電力レベルをモニタし；（iii）電力レベル検出手段か
ら送信機制御手段にディジタル的にデータを送信し；
（iv）電力レベル検出手段に応答してアンテナに供給す
る電力レベルを変化させ；（v）呼の動作周波数を変化
させる。このような周波数を変化させるプロセスがくり
返される。

【００２３】さらに、本発明のセルラ無線基地局装置を
動作される方法においては、基地局の動作周波数は多く
のサブバンド周波数に分割され、サブバンド周波数に応
答して増幅手段に供給される電力レベルが変化する。

【００２４】

【実施例】図１は、基地局の主な装置の構成を示す図で
ある。図１の基地局の主な構成要素は、アンテナアレイ
列１２を支持するマスト、タワーあるいは建物１０、ビ
ーム形成器、ダイプレクサ、増幅器を含むアンテナ電子
ユニット１４である。このアンテナ電子ユニット１４
（マスト先端のユニット）は、基地局１６に接続され、
この基地局は遠隔地に位置する基地局コントローラ１８
によって制御される。

【００２５】図２はアンテナの詳細構成を示す図であ
る。このアンテナは、アンテナからの無線信号を１以上
の呼を送受信パスを介して送受信する複数の無線トラン
シーバ６０，６１備えている。このアンテナ構成は、１
以上のアンテナアレイ２０，２２，２４が含まれ、その
アンテナアレイは複数のサブアレイ２６を有し、各サブ
アレイ２６は方位角および仰角方向のビームを形成する
ことができ、その各サブアレイは送受信用増幅手段を含
む。各サブアレイビーム形成手段は、少なくとも１つの
無線送信機供給手段に結合され、各無線受信供給手段は
少なくとも２つのサブアレイビーム形成手段に結合され
る。

【００２６】この各アンテナアレイのサブアレイ２６
は、仰角方向にほゞ同時に放射できる分離したビームを
多数形成することができる。このようなアンテナは、同
一出願人の継続中の英国特許出願９４０２９４２．８に
開示されている。説明を簡単にするために、３つのアン
テナ配列２０、２２、２４の内の１つと、２つの無線ト
ランシーバ６０，６１が図示されている。この無線トラ
ンシーバは固定トランシーバ６０とフローティングトラ
ンシーバ６１とから構成される。フローティングトラン
シーバ６１の使用は、オプションであるが、その一例が
図示される。各アンテナアレイ２０、２２、２４は複数
のサブアレイ２６を含み、各サブアレイは従来の各アン
テナ要素列を含んでいる。

【００２７】各サブアレイの送受信信号はダイプレクサ
２８を介してサブアレイに結合される。送受信周波数バ
ンドをカバーするフィルタはそれぞれこの目的のために
使用される。送信パスにおいては、ダイプレクサ２８に
は、自動レベル制御回路（ＡＬＣ）３２を介して、単一
キャリヤ電力増幅器３４から信号が供給される。これら
は、送信に必要な電力レベルまで無線信号を増幅する。

【００２８】図３は単一送信パス用の自動レベル制御回
路３２の詳細構成を示す図である。ＡＬＣ回路３２は、
電力検出素子７０を含み、この電力検出素子７０は、Ａ
／Ｄコンバータ７２およびコンパレータ７４を含む。こ
のコンパレータは、タイムスロット間の信号の存在を検
出するために使用され、マイクロプロセッサ７６内でシ
ーケンスをトリッガするために使われる。このマイクロ
プロセッサ７６は、Ａ／Ｄコンバータからデータを読出
し、次のタイムスロットでこのデータをディジタル的に
シリアルリンクでマイクロプロセッサ７８に送出する。
マイクロプロセッサ７８は、可変減衰器８２を順次制御
する。その変動範囲は、温度、負荷の変動と共に、予想
されるマスト高さの変動にも十分対処できる。送信パス
においては、信号は、送信機６０から減衰器８２を介し
てプリアンプ８０を通して、その後３方向スイッチ５０
のパスを通して供給される。その後、信号はマストヘッ
ドに到着し、そこで信号は、キャリヤ電力増幅器３４に
よって最終的なレベルにまで増幅される。

【００２９】ディジタルフィードバック構成を使用する
ことによって、１つのタイムスロットからの他のタイム
スロットへ電力を急速に変更でき、最少の位相遅れによ
って調整がなされる。さらに、これによって、装置がア
ンテナから離れた距離に置かれていても、マストヘッド
の電力レベルを正確に決定することが可能になる。それ
によって、制御エレクトロニクスは、サービス及び修理
を容易に行うことができる。

【００３０】再び図２に戻ると、受信パスにおいて、ダ
イプレクサ２８は、ほゞ全く同じ特性の低雑音増幅器３
０に信号を供給する。低雑音増幅器は、次の受信パス段
階で低雑音指数（高感度）を確立するためにシステム損
失に先立ち微弱な受信無線信号を増幅するために必要で
ある。信号は、低雑音増幅器３０からプリアンプ４２を
介して分波器４０に通過する。これらは、ｎ方向分波器
である。ここで、ｎは、セクタに割り当てられた固定及
びフローティングトランシーバ（６０，６１）の数に依
存する。受信分波器モジュール４４中において、各分波
器４０からの１つのパスは、多重ダイバーシティ受信機
の１つの受信入力５２，５４，５６，５８に接続され
る。この接続は、直接に固定トランシーバ６０に、また
は３方向スイッチ４６（各面またはセクタに対して１
つ）を介してフローティングトランシーバ６１に行われ
る。

【００３１】以下に、この発明の詳細な特徴を述べ、従
来のセクタタイプの基地局と対比する。アンテナ中で電
力レベル検出器７０の位置をダイプレクサより前に置く
ことによって、放射電力をモニタすることができる。こ
のレベルが、関連するトランシーバに送信される前にデ
ィジタル化される。ＢＴＳ装置からの出力レベルは、ア
ンテナから一定の最大電力レベルで放射できるように調
節される。典型的には、基準によれば、電力レベルはタ
イムスロットの間に変化しないことが必要とされる。１
タイムスロットの間に起きる測定値に対して、このレベ
ルは、次のタイムスロットが特定の信号になるまで、フ
ィードバックによって変化しないように制御される。マ
ストヘッドでの電力をモニタすることによって、このレ
ベルはマスト高さ及びケーブル長さのような構成を独立
にセットできる。同様に、ピーク電力を維持しながら、
このシステムは、温度、負荷、および他の変動要因によ
る変動を吸収できる。

【００３２】送信パスの利得は、多くの周波数サブバン
ドにおいて制御される。すべての周波数は、サブバンド
に分割され、基地局の信号が周波数「Ｆ１」にまさに変
化しようとする寸前に、参照テーブルは、周波数Ｆ１に
関する利得パラメータを調べ、送信機増幅器への入力レ
ベルを可変減衰器の減衰を変化させることによって調節
する。このようにすることによって、出力電力は、周波
数ホップが生じたとしてもディップが生じない。

【００３３】通常、この増幅器は、周波数に依存する利
得を有し、周波数に従って減衰／利得を調整することに
よって、プリセット電力レベルは増幅器の出力で一定に
維持される。周波数依存利得制御をすることなく、ある
周波数において出力電力を減衰させることが可能であ
る。これにより、装置の調整範囲を減少できる。もし、
増幅器に対して単一の制御の設定が行われるならば、こ
の増幅器の利得制御ループは、常にこの点での周波数に
関わりなくセットされる。、この点はいくつかの点で、
増幅器の所定の出力利得より大きく、また、いくつかの
点で、増幅器の所定の出力利得よりも小さい。

【００３４】このように周波数バンドを分割し、サブバ
ンド中でそれを慎重に制御することによって、基地局の
周波数がホップするときに、コントローラがまず行うこ
とは、周波数がＦ１０へ飛ぶことを受信機に知らせるこ
とである。受信機は、参照テーブルを見て、パラメータ
がＦ１０で使われるかを調べ、それによって、増幅器か
ら適当な応答を得て、それによって一定の良好な無線周
波数の範囲を得る。

【００３５】従来の基地局中で共有されるフローティン
グトランシーバを使用すると、分離に関する問題、電力
損失の問題、相互変調積等を有する高電力スイッチの使
用の問題が生じる。この発明においては、主増幅および
レベル検出の前に、低電力スイッチを使用し、そのスイ
ッチによって生じる固有の電力損失を補償する。

【００３６】電力レベル検出器が動的にアンテナ電力出
力を制御することができることは、注目されることであ
る。移動機がこの基地局に近接しているとき、その移動
機においては、最大値出力を出力する必要はない。実
際、この特徴はＧＳＭプロトコルのような伝送プロトコ
ルの一部である。

【００３７】

【発明の効果】上述のように、本発明においては、セル
ラ無線システムにおいて基地局の数を減らすために、基
地局から放射される電力を増加すると共に、電波のフェ
ーディング等が生じても、送信出力が各国の国内法で定
められるＥＩＲＰの上限を越えることがないように送信
出力を制御できる効果がある。また、本発明によれば、
出力電力は、周波数ホップが生じたとしてもディップが
生じないようにできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 基地局の主要装置構成を示す図である。

【図２】 フローティングトランシーバを含む基地局構
成を示す図である。

【図３】 自動レベル制御回路の詳細構成をを示す図で
ある。

【符号の説明】

１２ アンテナアレイ １０ マスト １４ アンテナ電子ユニット １６ 基地局 １８ 基地局コントローラ ２０、２２、２４ アンテナアレイ ２６ サブアレイ ２８ ダイプレクサ ３０ 低雑音増幅器 ３２ 自動レベル制御回路（ＡＬＣ） ３４ 電力増幅器 ４０ 分波器 ４２ プリアンプ ４６，５０ ３方向スイッチ ６０ 固定トランシーバ ６１ フローティングトランシーバ ７０ 電力検出素子 ７２ Ａ／Ｄコンバータ ７４ コンパレータ ７６，７８ マイクロプロセッサ ８０ プリアンプ ８２ 可変減衰器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター・ジョン・クリスティー イギリス国，デボン，ティーキュー５ ０ エヌキュー，ブリックスハム，ガルンプト ン，ストーク ガブリエル ロード 32 (72)発明者 クレメント・フレデリック・フィッシャー イギリス国，デボン，ティーキュー９ ６ エスエックス，トートネス，ストーク ガ ブリエル，ヒルフィールド，ビッケン ヒ ル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １以上の呼に対する各送受信パスを介し
   て、アンテナアレイ（２０、２２、２４）との間で無線
   信号を送受信する複数の無線トランシーバ（６０、６
   １）を有し、 前記各アンテナアレイは、各送信減衰手段（８２）と、
   各呼毎の増幅手段（８０）とアンテナの近くに置かれた
   電力検出手段（７０）と、検出された出力電力に応答し
   て減衰手段を制御するためのディジタルフィードバック
   手段（３２）とを有することを特徴とするセルラ無線基
   地局装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセルラ無線基地局装置に
   おいて、 前記基地局は、多くのサブバンドに分割された周波数バ
   ンドによるホッピング周波数によって動作し、 そこで、前記基地局の増幅器（８０）は、サブバンド周
   波数の関数として出力信号を増幅することを特徴とする
   セルラ無線基地局装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載のセ
   ルラ無線基地局装置において、 前記減衰手段は、周波数の関数として変化するように制
   御されることを特徴とするセルラ無線基地局装置。
4. 【請求項４】 １以上の呼に対する各送受信パスを介し
   て、アンテナアレイ（２０、２２、２４）との間で無線
   信号を送受信する複数の無線トランシーバ（６０、６
   １）を有し、前記各アンテナアレイが、各送信減衰手段
   （８２）と、各呼毎の増幅手段（８０）とアンテナの近
   くに置かれた電力検出手段（７０）と、検出された出力
   電力に応答して減衰手段を制御するためのディジタルフ
   ィードバック手段（３２）とを有するセルラ無線基地局
   において：各呼に対して特定の無線周波数の無線信号を
   送信し；電力レベル検出手段を介して信号の出力電力を
   モニタし；電力レベル検出器で検出されたレベルに応答
   してアンテナに供給される電力レベルを変化させること
   を特徴とするセルラ無線基地局装置を動作させる方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の方法において、 前記周波数バンドはサブバンドに分割され、前記増幅器
   に供給された信号は、サブバンド動作周波数に依存する
   所定の係数によって減衰されることを特徴とするセルラ
   無線基地局装置を動作させる方法。
6. 【請求項６】 周波数ホッピング基地局構成において： （i）アンテナに信号を供給するために使用される送信
   機によって特定周波数の無線信号を送信し、 （ii）電力レベル検出手段を介して信号の出力電力レベ
   ルをモニタし； （iii）電力レベル検出手段から送信機制御手段にディ
   ジタル的にデータを送信し； （iv）電力レベル検出手段に応答してアンテナに供給す
   る電力レベルを変化させ； （v）呼の動作周波数を変化させ、周波数が変化すると
   きは、ステップ（ii）からステップ（iv）の出力電力レ
   ベルをモニタすることを特徴とするセルラ無線基地局装
   置を動作させる方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の方法において、 さらに、基地局の動作周波数を多くのサブバンド周波数
   に分割し、サブバンド周波数に応答して増幅手段（８
   ０、３４）に供給される電力レベルを変化させるステッ
   プを有することを特徴とするセルラ無線基地局装置を動
   作させる方法。