アンテナ・システム及びその送受信方法
【課題】全ての処理及びソフトウエア、並びにディジタル・ハードウエアを、種々のセル・サイトの間に分配されるよりむしろ単一の場所に設置するのを可能にし、それにより、初期設置コスト、並びにメンテナンス及びグレードアップのコストを低減させる。
【解決手段】塔頂部設備用アンテナ・システム２０は、Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素４０のアンテナ・アレイ４５、該アンテナ要素を作動的に相互接続するための共同給電部、地上ベース設備と通信するための逆送チャネル、及びアンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数信号を処理するための無線周波数回路を含む。無線周波数回路は、アンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数信号の処理を要求される実質的に全ての回路を含む。
【解決手段】塔頂部設備用アンテナ・システム２０は、Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素４０のアンテナ・アレイ４５、該アンテナ要素を作動的に相互接続するための共同給電部、地上ベース設備と通信するための逆送チャネル、及びアンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数信号を処理するための無線周波数回路を含む。無線周波数回路は、アンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数信号の処理を要求される実質的に全ての回路を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塔頂部設備用アンテナ・システム及びその送受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ・システムのため、又は方向探知（ＤＦ）応用のための防衛電子機器においては方向操作型ビーム・アンテナ・システム（ｓｔｅｅｒｅｄ ｂｅａｍ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ）が用いられてきた。これらの技術は、干渉の減少及び／又は容量の増強のため商用通信に応用されてきた。後者の産業において一般に認められた用語は、スマート・アンテナである。しかしながら、その用語は、多くの異なる技術及びテクノロジーを述べるため用いられてきた。初期のテクノロジーは、ＲＦ（無線周波数）ビームの方向操作に基づいており、それは、多数の非常に高い指向性アンテナのうちの１つを選択することを用いた。これらのテクノロジーでは、塔頂部アンテナは、通常完全に受動的であり、そしてバトラー（Ｂｕｔｌｅｒ）・マトリックスを介して、又はアンテナを個別に選択することにより形成されるビームを有した。次いで、独立のビーム信号は、基地局で実行された信号選択及びＲＦ切り替えを用いて、基地局へ別個の同軸ＲＦ線を介して供給された。
【０００３】
いずれのタイプのアンテナを塔頂部で用い且つディジタル信号処理技術（ＤＳＰ）を基地局で用いてもよいディジタル適応システムが、試験され、そして市場でゆっくりと利用されつつある。しかしながら、大部分のこれらのテクノロジーは、相変わらず、受動アンテナを塔頂部に用い、且つＲＦ信号を塔から基地局へ同軸（ＲＦ）ケーブルを介して持って来ることに基づいている。次いで、周波数変換、ディジタル変換及びビーム形成処理は、基地局で実行される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
全ての処理及びソフトウエア、並びにディジタル・ハードウエアを、種々のセル・サイトの間に分配されるよりむしろ単一の場所に設置するのを可能にし、それにより、初期設置コスト、並びにメンテナンス及びグレードアップのコストを低減したアンテナ・システム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一局面に従ったアンテナ・システム・アーキテクチャは、ＲＦ電子機器を塔頂部でアンテナと共に、又はアンテナ・ハウジング内に設けることに基づいている。本発明のアンテナ・システム・アーキテクチャの別の局面は、
− 塔頂部電子機器と、
− 分配型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）増幅器システムと、
− 塔頂部での周波数及びディジタル変換と、
− アンテナ／アレイの入力／出力が時分割多重化すること、
− 最後の多重化されたディジタル信号が光ファイバに変換されること、及び
− 逆送（ｂａｃｋｈａｕｌ）のため単一の又は複数の光ファイバ供給ケーブル、又は逆送のためマイクロ波に変換すること
を含む。
【０００６】
その上、このアプローチは、以下のように、機能の基本的分割を可能にする。
− ＲＦ信号処理は、塔頂部に実行されること、及び
− ビーム形成（ＤＳＰ）及びチャネル符号化は、次のような別の場所で実行されること。
【０００７】
ａ） 塔（基地局）又はＢＴＳ（ベース送受信器システム）の底部、又は
ｂ） ＭＳＣ（移動切り替えセンター）、又は
ｃ） ＣＯ（中央切り替え局）。
【０００８】
このアプローチは、全ての処理及びソフトウエア、並びにディジタル・ハードウエアを、種々のセル・サイトの間に分配されるよりむしろ単一の場所に設置するのを可能にする。それは、初期設置コスト、並びにメンテナンス及びグレードアップのコストを低減する筈である。
【０００９】
簡潔には、前述に従った、塔頂部設備のためのアンテナ・システムは、Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素のアレイを備えるアンテナ・アレイ、地上ベース設備と通信するため前記アンテナ要素を逆送リンクと作動的に相互接続するための共同給電部、及び前記アンテナ・アレイと前記逆送リンクの間で無線周波数信号を処理する無線周波数回路を備え、前記無線周波数回路は、前記アレイと前記逆送リンクの間で無線周波数信号の処理を要求される実質的に全ての回路を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、塔頂部に取り付けられた電子機器を有する、汎用のビーム形成器／スマート・アンテナ・システムのための送信のみの構成の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図２】図２は、図１の構成要素、及びそれに対応する基地局に取り付けられた構成要素の機能ブロック図である。
【図３】図３は、スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステムのための受信のみの構成の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図４】図４は、図３と同じ基本構成であるが、各アンテナ要素に低雑音増幅器（ＬＮＡ）回路／構成要素を有する基本構成を示す。
【図５】図５は、送信／受信スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステムのための第１の構成の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図６】図６は、受信モード信号（アップリンク）が共同給電回路網で加えられる前にＬＮＡを介して増幅されることを除いて、図５に類似した構成を示す。
【図７】図７は、基本システムのアーキテクチャを示す。
【図８】図８は、マイクロ波逆送リンクを用いたシステムのためのシステム・アーキテクチャを示す。
【図９】図９は、「第３世代（３Ｇ）送信モード・アンテナ・システム用の塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１０】図１０は、各分岐に対して共同給電部の出力で単一のＬＮＡを有する「第３世代」（３Ｇ）受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１１】図１１は、共同給電回路網の前に、各アンテナ要素上にＬＮＡを有する、「第３世代」（３Ｇ）受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１２】図１２は、各受信分岐上に単一のＬＮＡを有する「第３世代」（３Ｇ）送信／受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１３】図１３は、共同給電回路網の前に、各構成要素上にＬＮＡを有する「第３世代」（３Ｇ）送信／受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで図面を参照すると、図１は、全てのＲＦ回路のため塔頂部に取り付けられた電子機器を用いたビーム形成器／スマート・アンテナ・システムのための送信器システム構成２０を示す。図示された実施形態は、ディジタルＩＦ（中間周波数）信号を（光キャリア（ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｒｒｉｅｒ）又は光ファイバ・ケーブル２２から）取り、ファイバ変換器（ＦＣ）２４で光信号から高速ディジタル信号に変換し、そして高速時間マルチプレクサ（Ｔ−ＭＵＸ）２６で高速ディジタル信号をＭ個のより低い速度のディジタル信号に多重化解除する。送信器２０は、次に、アナログへ、ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２８を介して変換し、そしてアップコンバータ（ＵＣ）３０でアナログＩＦ信号をＲＦに周波数変換する。送信器２０は、次いで、分配型アンテナ手法（ｄｉｓｔｉｂｕｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ａｐｐｒｏａｃｈ）により信号を増幅し、信号のビーム形成された集合をもたらす。この分配型アンテナ手法は、図１に図示された実施形態においては、パッチ／マイクロストリップ・アンテナ要素のようなアンテナ要素４０のＭ×Ｎアレイと、例えば、各アンテナ要素４０の給電点で各アンテナ要素４０に密に結合された電力増幅器（ＰＡ）４２とを備える。こうして、各アップコンバータ３０は、Ｍ個の合成アンテナのうちの１つに給電する。なお、各合成アンテナは、全体でＮ個のアンテナ要素から成る。
【００１２】
動作において、ファイバ（光ＩＦ）からディジタルへの変換後に、選択されたデータ速度Ｘでの高速ディジタル信号は、Ｘ／Ｍのデータ速度でのディジタル信号のＭ個のストリームに多重化解除される。これらの信号は、（中央処理サイト−ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯで決定され且つ固定された）位相及び振幅のためのディジタル・ビーム形成重み及び調整量を含む。ディジタルＩＦ信号は、図１及び以降に説明の図面に示されるように、光ファイバ・ケーブル及び変換器を用いるのとは異なる撚り合わせ対又は同軸ケーブルにより、Ｔ−ＭＵＸへ又はＴ−ＭＵＸから供給され得ることが注目されるであろう。また、ＤＣ電力を地上から塔頂部へ供給するＤＣ電力ケーブル／システムは、単純化のため図面で省略されたが、そのようなシステムに含まれることが理解されるであろう。
【００１３】
図１の図は、Ｎ個のアンテナ要素のＭ列がアンテナ・アレイ４５を形成し、各アンテナ要素は直列の共同給電回路網を介して接続されていることを示す。並列の共同給電構成がまた、ここで及び以降で説明される実施形態の残りの部分全体にわたり用いることも可能である。共同給電回路網は、マイクロストリップ、ストリップライン又はＲＦ同軸ケーブルであってよい。
【００１４】
各アンテナ要素４０は、上記で参照した同時係属出願で説明されている能動／分配型アンテナ・アーキテクチャと同様の要領で、電力増幅器（ＰＡ）モジュール４２を用いて給電される。
【００１５】
共通局部発振器（ＬＯ）３２は、全てのアップコンバータ３０のため用いられ、こうし
てＭ個の経路の各々に対してコヒーレントな位相を保証する。このＬＯ
３２は、固定の周波数の水晶発振器、又はシンセサイザーであってよい。
【００１６】
ファイバ／ディジタル変換器（ＦＣ）２４への光ファイバ入力２２は、別個の線（例えば、多モード・ファイバ）又は単一の線（例えば、単一モード・ファイバ）であってよい。
【００１７】
図２は、機能ブロック形式の図１の塔頂部の構成要素（図２の左手側に示される）、及び地上ベースの中央処理サイト（ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯ）（図２の右手側に示される）を示す。図２において、音声及びデータ・チャネル５０は、ＤＳＰブロック５２に供給され、該ＤＳＰブロック５２は、全てのチャネル処理（ボコーダー（ｖｏｃｏｄｅｒ）、符合拡散／符合分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時間多重化／時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、等化等）、及びビーム形成及び／又は空間的処理を実行する。ＤＳＰブロック５２は、「共通ＤＳＰブロック」と呼ばれ得る。それは、各特定のタスク（チャネル及び空間的処理）に対してプログラムされたＤＳＰプロセスの集合である。ＤＳＰブロック５２からの出力はディジタル・ベースバンド（Ｉ及びＱ−同相及び直角位相）又はディジタルＩＦのいずれかであるが、その出力は、光キャリアにディジタル光ファイバ（ＦＯ）変換器５４を介して変換される。本発明の一実施形態において、このＤＳＰブロック５２及びＦＯ変換器５４は、塔の基底部（セル・サイト）ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯ（中央局）に配置されることができる。
【００１８】
次いで、ファイバ信号は、塔へ、参照番号２２により示される、単一のケーブル又は多モード又は単一モード光ファイバの組合わせを介して搬送される。
図３は、スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム１２０のための受信のみのシステム構成を示す。ＲＦ信号は、ここではパッチ／マイクロストリップ要素の集合として示されるＭ×Ｎアレイのアンテナ要素１４０を介して受信される。アレイの中の各列は、直列の共同給電部を介して加えられる。なお、その直列の共同給電部は、代替として並列の共同給電部であってもよい。この特定の構成において、加えられた信号は、共同給電部の後で、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１４４を介して増幅される。各信号が増幅された後で、それは、ダウンコンバータ（ＤＣ）１６０でＩＦに周波数変換され、そしてアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１６４によりディジタル化される。次いで、ディジタル化された信号は、Ｔ−ＭＵＸ １２６により時分割多重化されて単一の高速ディジタル信号にされ、該単一の高速ディジタル信号は、ファイバ変換器（ＦＣ）１２４に供給され、該ＦＣ １２４は、高速ディジタル信号を光キャリア１２２上へ変換／変調する。この光キャリア１２２は、信号をＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯへ供給するための単一の又は複数の光ファイバ・ケーブルであってよい。送信モード（図１を参照）に類似して、共通ＬＯ １３２を用いて、全ての列／アレイ信号をＲＦからＩＦへコヒーレントに変換する。図１及び図３のシステムは、送信／受信システムを形成するため組み合わされてもよく、それは、次いで、本発明の一実施形態に従ったアンテナ・システム・アーキテクチャを形成するため、図２の地上ベースの構成要素と組み合わされることができる。
【００１９】
図４は、図３と同じ基本的アーキテクチャ（受信のみのサブシステム１２０ａ）であるが、各アンテナ要素１４０にＬＮＡ回路／増幅器モジュール１４２を有するものを示す。従って、信号は、共同給電部を介して加えられる前に増幅される。この構成は、追加のＬＮＡ構成要素のコストに関してより高価となるが、信号が共同給電部回路におけるいずれの損失の前に増幅されるので、感度の増大（より低いシステム雑音指数）を達成するであろう。
【００２０】
図５は、送信／受信スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム２２０の一実施形態を示す。このシステムは、図３の受信のみの構成に類似し、各分岐（即ち、Ｍ×Ｎアレイ
の列）に対して単一のＬＮＡ ２４４を利用する。各アンテナ要素２４０で、周波数ダイプレクサ（Ｄ）２６２を用いて、送信電力と受信電力とを別個の周波数帯域上に分離する。受信電力は、直列の共同給電部（並列でもよい）を介して加えられ、そして各分岐（即ち、Ｍ×Ｎアレイの列）の底部でＬＮＡ ２４４に供給される。次いで、増幅されたＲＦ信号は、ＩＦにダウンコンバータ（ＤＣ）２６０で周波数変換され、Ａ／Ｄ変換器２６４でディジタル化され、そして高速Ｔ−ＭＵＸ（時間領域マルチプレクサ）２２６に供給される。同様に、（ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯからの）送信モード信号は、ＦＣ ２２４、Ｔ−ＭＵＸ ２２６、ＤＡＣ ２２８及びＵＣ ２３０で、それぞれ変換され、多重化解除され、ディジタルからアナログに変換され、そしてＩＦからＲＦへ周波数変換される。周波数変換された信号は、次いで、各分岐上の複数のアンテナ要素に共同給電部（直列又は並列）を介して分配され、そして（各アンテナ要素２４０で）ＰＡ ２４２により増幅される。増幅された信号は、周波数ダイプレクサ（Ｄ）２６２を介してアンテナ２４０に通り、空間に放射される。同じＬＯ源２３２は、全ての分岐のため、高い周波数への変換及び低い周波数への変換の両方のため用いることができる。
【００２１】
従って、光ファイバ・ケーブル２２２は、ディジタルＩＦを光キャリア上で両方向に搬送する。これは、単一のＦＯ（光ファイバ）ケーブル上に波長分割多重化を介して、又は各経路に対して１つ（又はそれより多く）のケーブル当てで複数のＦＯケーブル上に達成することができる。
【００２２】
図６は、受信モード信号（アップリンク）が共同給電回路網で加えられる前に、アンテナ要素２４０でＬＮＡ ２４４により増幅される点を除いて、送信／受信システム２２０ａのための図５に類似するアーキテクチャを示す。これは、図４の受信のみの構成に類似している。
【００２３】
図７は、図１から図６の全ての実施形態に対する、塔頂部のビーム形成器サブシステムのための基本的アーキテクチャを示す。ファイバ変換器（ＦＣ）３２４を有するパネル・アンテナ・システム３００は、光ファイバ伝送線又はケーブル３２２を備えるよう示されている。サブシステム３００は、ＦＣ（ファイバ変換器）３２４までの、図１から図６のいずれのサブシステムの全ての構成要素を含み得る。この構成の利点は、全てのＲＦ機能がただ一つの場所で、即ち塔の頂部で実行されることである。これは、システム全体にわたってＲＦ伝送線の長さを最小にする。例えば、ＲＦを基地局（ＢＴＳ）、ＭＳＣ又はＣＯ ３１０に戻すように送信する必要がない。これは、抵抗損及び電力損失を最小にし、並びにシステム全体の性能（雑音指数等）を増大することをもたらす。これはまた、静的のままで最もありそうである（即ち、性能指向の変化を要求しないことが多い）システムの部分である。
【００２４】
改善されたＤＳＰ可用性及びアルゴリズム、ソフトウエア更新等に起因して変化しそうであるビーム形成システムのセクションは、ただ一つの場所３１０（例えば、ＢＳ／ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯ）において集中化させることができる。このセクションは、図７において参照番号３５２により示されるようにビーム形成器、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）及びチャネル処理構成要素を含み得る。
【００２５】
ファイバ・ケーブル３２２の他方の端部に、ディジタルＩＦに変換するためのファイバ変換器（ＦＣ）３５４及びディジタル・マルチプレクサ３１２があり、それらは基地局３１０の一部であってもよい。上述の構成は、ビーム形成器の高コストの「ディジタル処理」セグメントを中央の場所に配置するのを可能にして、アルゴリズム及びソフトウエア更新、並びにハードウエア（ＤＳＰ）の変更を容易にする。
【００２６】
図８は、ファイバ接続２２（１２２，２２２，３２２）を置換するためのマイクロ波逆
送リンク用アーキテクチャ手法を示す。前の全ての実施形態は、高速逆送リンクが光ファイバ・ケーブルを用いて実施されることを説明した。しかしながら、現在の多くのセル・サイトは、中継（ｔｒｕｎｋｉｎｇ）／逆送（ｂａｃｋｈａｕｌ）のためのマイクロ波（２−４０ＧＨｚ）リンクを用いていて、これは、本発明から離れることなく前述の実施形態で示された光ファイバに取って代わり得る。
【００２７】
図８において、左上に「ＲＦ回路」と示されているブロック３００がある。これは、前述の実施形態に示されたアンテナ要素、ＬＮＡ、ＰＡ、共同給電回路網、ＲＦアップコンバータ及びダウンコンバータ、並びにＡ／Ｄ及びＤＡＣを含む。従って、ディジタル信号は、（前の実施形態に示されるような）複合高速ディジタルＴ−ＭＵＸ ３２６に供給される。しかしながら、時分割ディジタル多重化された信号をファイバ変換器に供給するのとは異なり、信号は、直接に、塔頂部で、マイクロ波（ＭＷ）変換器（送受信器）３１３により変換され、ＰＡ（電力増幅器）３１７により増幅され、マイクロ波周波数ダイプレクサ（Ｄ）３２１を通って放射逆送アンテナ３２３に供給される。この逆送アンテナ３２３は、地上マイクロ波アンテナ、又はＬＭＤＳ（ローカル・マルチポイント分配サービス）アンテナ・システムに類似している。同様に、アンテナ３２３から受信されたアップリンク・マイクロ波信号は、周波数ダイプレクサ（Ｄ）３２１を介して戻すよう供給され、マイクロ波ＬＮＡ ３１９を介して増幅され、そしてディジタルＩＦ（高速）に周波数変換され、高速Ｔ−ＭＵＸ ３２６へ戻される。
【００２８】
ビーム形成器／スマート・アンテナ・サブシステム３２０からの高速ディジタル多重化信号が、ＩＦ信号をマイクロ波伝送に対してより効率的なフォーマットに変調する中間変調器（ＭＯＤ）３１５（破線で示す）に供給され、次いでマイクロ波変換器３１３に供給され得ることは任意である。
【００２９】
図９から図１３はそれぞれ、図１及び図３から図６に類似しているが、図９から図１３は、第３世代ＰＣＳ及びＵＭＴＳ（汎用移動通信サービス）（３Ｇ）システムを示す。ＣＤＭＡ−２０００及びＷ−ＣＤＭＡとして示される２つの標準は、現在、音声及びデータ移送のための全世界ローミング又は移動（セル化された）システムとして使用のため開発されつつある。図１及び図３から図６における図とアーキテクチャ的に非常に類似しているが、図９から図１３は、それらが図９から図１３に示されるＱＰＳＫ（横軸位相偏移変調）変調器及びＲＦアップコンバータ・ブロックを３Ｇ（第３世代ＣＤＭＡ）変調器ブロック４１０及びそれに対応する３Ｇ復調器ブロック５１０及び６１０として用いる点で異なる。この変調器ブロックは、ディジタル・ベースバンドＩ及びＱを入力（出力）上に仮定する。従って、ディジタル・ベースバンド（Ｉ及びＱ）信号を送ること（ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）が、光ファイバ信号の中に埋め込まれていて、それは時分割多重化されているとする。
【００３０】
図９は、３Ｇ送信モード・スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステム４２０を示す。高速ストリーム上を搬送されるディジタル多重化された（ベースバンドＩ及びＱ）信号は、ファイバからディジタルにＦＣ ４２４で変換され、そしてＴ−ＭＵＸ ４２６でＭ個のより低速なストリームに多重化解除される。３Ｇ変調器ブロック４１０は、各分岐上で、信号をディジタルからアナログに変換し、ＱＰＳＫ変調を実行し、キャリアを（適切なＣＤＭＡ拡散符合を介して）拡散し、ＲＦに周波数変換する。図９の残りの部分は、図１に類似している。また、全ての３ＧＭブロック４１０は、同じ局部発振器４３２を用いて、全ての分岐へ高い周波数の方にコヒーレントに変換する。
【００３１】
図１０は、各分岐に対する共同給電部の出力にＬＮＡ ５４４を有する受信モード構成５２０を示す。３Ｇ復調器ブロック５１０は、２つのブロック、即ち「復調器（ＤＥＭＯＤ）」（ダウンコンバータ、ＣＤＭＡ符号デスプレッダ及びＱＰＳＫ復調器）５６０とＡ
／Ｄ ５６４とに分かれている。従って、ディジタル・ベースバンド（Ｉ及びＱ）出力は、Ｔ−ＭＵＸ ５２６で時分割多重化され、そしてディジタル対ファイバ変換器（ＦＣ）５２４に供給され、該ディジタル対ファイバ変換器（ＦＣ）５２４は、多重化されたディジタル・ベースバンド信号をファイバ・キャリア５２２上で送る。
【００３２】
図１１は、各分岐上で、共同給電回路網より前において、各アンテナ要素５４０にＬＮＡ ５４４を有し、そしてその他は図１０と同じである第２の受信モード構成５２０ａを示す。
【００３３】
図１２及び図１３は、各分岐上の各経路（双方向）上に３Ｇ復調器ブロック６１０及び３Ｇ変調器ブロック６１２を有する、送信／受信３Ｇビーム形成器／スマート・アンテナ・システムのための２つの構成６２０、６２０ａを示す。図１２は、各受信分岐上に単一のＬＮＡ ６４４を有する構成を示す。図１３は、共同給電回路網より前の各アンテナ要素にＬＮＡ ６４４を有する構成を示す。図１２及び図１３において、前述の実施形態に用いられた構成要素と類似の構成要素は、参照番号の先頭に６を有する類似の参照番号により示される。また、図１２及び図１３において、３Ｇ復調器ブロック６１０及び３Ｇ変調器ブロック６１２は、それぞれ前述のように、図１０の３Ｇ復調器ブロック５１０及び図９の３Ｇ変調器ブロック４１０の構成要素を含む。
【００３４】
図９から図１３のシステムはファイバ・キャリア４２２、５２２及び６２２を図示するが、それぞれは、代替として図８に示されるタイプのマイクロ波逆送リンクを用いることができる。
【００３５】
本発明の特定の実施形態及び応用が図示され説明されたが、本発明は本明細書に開示された正確な構成に限定されず、種々の修正、変更及び変化が、特許請求の範囲において規定された本発明の趣旨及び範囲から離れることなく上記の記載から明らかであることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３６】
２０ 送信器システム構成
２２、２２２、３２２、５２２ 光キャリア又は光ファイバ・ケーブル
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４ ファイバ変換器（ＦＣ）
２６、１２６、２２６、６２６ 高速時間マルチプレクサ（Ｔ−ＭＵＸ）
２８、１２８、２２８、６２８ ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
３０、２３０ アップコンバータ（ＵＣ）
３２、１３２、２３２、４３２、５３２、６３２ 共通局部発振器（ＬＯ）
４０、１４０、２４０、４４０、５４０、６４０ アンテナ要素
４２、２４２、３１７、６４２ 電力増幅器（ＰＡ）
４５ アンテナ・アレイ
５０ 音声及びデータ・チャネル
５２ ＤＳＰブロック
５４、３５４ ディジタル光ファイバ（ＦＯ）変換器
１２０、１２０ａ スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム
１２２ 光キャリア
１４２ ＬＮＡ回路／増幅器モジュール
１４４、２４４、４４２、５４４、６４４ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
１６０、２６０ ダウンコンバータ（ＤＣ）
１６４、５６４、６６４ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
２２０、２２０ａ 送信／受信スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム
２６２、６６２、６６７ 周波数ダイプレクサ（Ｄ）
３００ パネル・アンテナ・システム、ＲＦ回路
３１０ 基地局
３１２ ディジタル・マルチプレクサ
３１３ マイクロ波（ＭＷ）変換器（送受信器）
３１９ マイクロ波ＬＮＡ
３２１、６６７ マイクロ波周波数ダイプレクサ（Ｄ）
３２６ 複合高速ディジタルＴ−ＭＵＸ
４１０ ３Ｇ変調器ブロック
４２０ ３Ｇ送信モード・スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステム
４２２、５２２ ファイバ・キャリア
４２６ Ｔ−ＭＵＸ
５１０、６１０ ３Ｇ復調器ブロック
５２０、５２０ａ 受信モード構成
５６０、６６０ 復調器
６１２ ３Ｇ変調器ブロック
６２０、６２０ａ 送信／受信３Ｇビーム形成器／スマート・アンテナ・システム
６３０ 変調器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塔頂部設備用アンテナ・システム及びその送受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ・システムのため、又は方向探知（ＤＦ）応用のための防衛電子機器においては方向操作型ビーム・アンテナ・システム（ｓｔｅｅｒｅｄ ｂｅａｍ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ）が用いられてきた。これらの技術は、干渉の減少及び／又は容量の増強のため商用通信に応用されてきた。後者の産業において一般に認められた用語は、スマート・アンテナである。しかしながら、その用語は、多くの異なる技術及びテクノロジーを述べるため用いられてきた。初期のテクノロジーは、ＲＦ（無線周波数）ビームの方向操作に基づいており、それは、多数の非常に高い指向性アンテナのうちの１つを選択することを用いた。これらのテクノロジーでは、塔頂部アンテナは、通常完全に受動的であり、そしてバトラー（Ｂｕｔｌｅｒ）・マトリックスを介して、又はアンテナを個別に選択することにより形成されるビームを有した。次いで、独立のビーム信号は、基地局で実行された信号選択及びＲＦ切り替えを用いて、基地局へ別個の同軸ＲＦ線を介して供給された。
【０００３】
いずれのタイプのアンテナを塔頂部で用い且つディジタル信号処理技術（ＤＳＰ）を基地局で用いてもよいディジタル適応システムが、試験され、そして市場でゆっくりと利用されつつある。しかしながら、大部分のこれらのテクノロジーは、相変わらず、受動アンテナを塔頂部に用い、且つＲＦ信号を塔から基地局へ同軸（ＲＦ）ケーブルを介して持って来ることに基づいている。次いで、周波数変換、ディジタル変換及びビーム形成処理は、基地局で実行される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
全ての処理及びソフトウエア、並びにディジタル・ハードウエアを、種々のセル・サイトの間に分配されるよりむしろ単一の場所に設置するのを可能にし、それにより、初期設置コスト、並びにメンテナンス及びグレードアップのコストを低減したアンテナ・システム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一局面に従ったアンテナ・システム・アーキテクチャは、ＲＦ電子機器を塔頂部でアンテナと共に、又はアンテナ・ハウジング内に設けることに基づいている。本発明のアンテナ・システム・アーキテクチャの別の局面は、
− 塔頂部電子機器と、
− 分配型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）増幅器システムと、
− 塔頂部での周波数及びディジタル変換と、
− アンテナ／アレイの入力／出力が時分割多重化すること、
− 最後の多重化されたディジタル信号が光ファイバに変換されること、及び
− 逆送（ｂａｃｋｈａｕｌ）のため単一の又は複数の光ファイバ供給ケーブル、又は逆送のためマイクロ波に変換すること
を含む。
【０００６】
その上、このアプローチは、以下のように、機能の基本的分割を可能にする。
− ＲＦ信号処理は、塔頂部に実行されること、及び
− ビーム形成（ＤＳＰ）及びチャネル符号化は、次のような別の場所で実行されること。
【０００７】
ａ） 塔（基地局）又はＢＴＳ（ベース送受信器システム）の底部、又は
ｂ） ＭＳＣ（移動切り替えセンター）、又は
ｃ） ＣＯ（中央切り替え局）。
【０００８】
このアプローチは、全ての処理及びソフトウエア、並びにディジタル・ハードウエアを、種々のセル・サイトの間に分配されるよりむしろ単一の場所に設置するのを可能にする。それは、初期設置コスト、並びにメンテナンス及びグレードアップのコストを低減する筈である。
【０００９】
簡潔には、前述に従った、塔頂部設備のためのアンテナ・システムは、Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素のアレイを備えるアンテナ・アレイ、地上ベース設備と通信するため前記アンテナ要素を逆送リンクと作動的に相互接続するための共同給電部、及び前記アンテナ・アレイと前記逆送リンクの間で無線周波数信号を処理する無線周波数回路を備え、前記無線周波数回路は、前記アレイと前記逆送リンクの間で無線周波数信号の処理を要求される実質的に全ての回路を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、塔頂部に取り付けられた電子機器を有する、汎用のビーム形成器／スマート・アンテナ・システムのための送信のみの構成の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図２】図２は、図１の構成要素、及びそれに対応する基地局に取り付けられた構成要素の機能ブロック図である。
【図３】図３は、スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステムのための受信のみの構成の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図４】図４は、図３と同じ基本構成であるが、各アンテナ要素に低雑音増幅器（ＬＮＡ）回路／構成要素を有する基本構成を示す。
【図５】図５は、送信／受信スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステムのための第１の構成の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図６】図６は、受信モード信号（アップリンク）が共同給電回路網で加えられる前にＬＮＡを介して増幅されることを除いて、図５に類似した構成を示す。
【図７】図７は、基本システムのアーキテクチャを示す。
【図８】図８は、マイクロ波逆送リンクを用いたシステムのためのシステム・アーキテクチャを示す。
【図９】図９は、「第３世代（３Ｇ）送信モード・アンテナ・システム用の塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１０】図１０は、各分岐に対して共同給電部の出力で単一のＬＮＡを有する「第３世代」（３Ｇ）受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１１】図１１は、共同給電回路網の前に、各アンテナ要素上にＬＮＡを有する、「第３世代」（３Ｇ）受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１２】図１２は、各受信分岐上に単一のＬＮＡを有する「第３世代」（３Ｇ）送信／受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【図１３】図１３は、共同給電回路網の前に、各構成要素上にＬＮＡを有する「第３世代」（３Ｇ）送信／受信モード構成のための塔頂部構成要素の、部分的にブロック形式による単純化概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで図面を参照すると、図１は、全てのＲＦ回路のため塔頂部に取り付けられた電子機器を用いたビーム形成器／スマート・アンテナ・システムのための送信器システム構成２０を示す。図示された実施形態は、ディジタルＩＦ（中間周波数）信号を（光キャリア（ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｒｒｉｅｒ）又は光ファイバ・ケーブル２２から）取り、ファイバ変換器（ＦＣ）２４で光信号から高速ディジタル信号に変換し、そして高速時間マルチプレクサ（Ｔ−ＭＵＸ）２６で高速ディジタル信号をＭ個のより低い速度のディジタル信号に多重化解除する。送信器２０は、次に、アナログへ、ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２８を介して変換し、そしてアップコンバータ（ＵＣ）３０でアナログＩＦ信号をＲＦに周波数変換する。送信器２０は、次いで、分配型アンテナ手法（ｄｉｓｔｉｂｕｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ａｐｐｒｏａｃｈ）により信号を増幅し、信号のビーム形成された集合をもたらす。この分配型アンテナ手法は、図１に図示された実施形態においては、パッチ／マイクロストリップ・アンテナ要素のようなアンテナ要素４０のＭ×Ｎアレイと、例えば、各アンテナ要素４０の給電点で各アンテナ要素４０に密に結合された電力増幅器（ＰＡ）４２とを備える。こうして、各アップコンバータ３０は、Ｍ個の合成アンテナのうちの１つに給電する。なお、各合成アンテナは、全体でＮ個のアンテナ要素から成る。
【００１２】
動作において、ファイバ（光ＩＦ）からディジタルへの変換後に、選択されたデータ速度Ｘでの高速ディジタル信号は、Ｘ／Ｍのデータ速度でのディジタル信号のＭ個のストリームに多重化解除される。これらの信号は、（中央処理サイト−ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯで決定され且つ固定された）位相及び振幅のためのディジタル・ビーム形成重み及び調整量を含む。ディジタルＩＦ信号は、図１及び以降に説明の図面に示されるように、光ファイバ・ケーブル及び変換器を用いるのとは異なる撚り合わせ対又は同軸ケーブルにより、Ｔ−ＭＵＸへ又はＴ−ＭＵＸから供給され得ることが注目されるであろう。また、ＤＣ電力を地上から塔頂部へ供給するＤＣ電力ケーブル／システムは、単純化のため図面で省略されたが、そのようなシステムに含まれることが理解されるであろう。
【００１３】
図１の図は、Ｎ個のアンテナ要素のＭ列がアンテナ・アレイ４５を形成し、各アンテナ要素は直列の共同給電回路網を介して接続されていることを示す。並列の共同給電構成がまた、ここで及び以降で説明される実施形態の残りの部分全体にわたり用いることも可能である。共同給電回路網は、マイクロストリップ、ストリップライン又はＲＦ同軸ケーブルであってよい。
【００１４】
各アンテナ要素４０は、上記で参照した同時係属出願で説明されている能動／分配型アンテナ・アーキテクチャと同様の要領で、電力増幅器（ＰＡ）モジュール４２を用いて給電される。
【００１５】
共通局部発振器（ＬＯ）３２は、全てのアップコンバータ３０のため用いられ、こうし
てＭ個の経路の各々に対してコヒーレントな位相を保証する。このＬＯ
３２は、固定の周波数の水晶発振器、又はシンセサイザーであってよい。
【００１６】
ファイバ／ディジタル変換器（ＦＣ）２４への光ファイバ入力２２は、別個の線（例えば、多モード・ファイバ）又は単一の線（例えば、単一モード・ファイバ）であってよい。
【００１７】
図２は、機能ブロック形式の図１の塔頂部の構成要素（図２の左手側に示される）、及び地上ベースの中央処理サイト（ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯ）（図２の右手側に示される）を示す。図２において、音声及びデータ・チャネル５０は、ＤＳＰブロック５２に供給され、該ＤＳＰブロック５２は、全てのチャネル処理（ボコーダー（ｖｏｃｏｄｅｒ）、符合拡散／符合分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時間多重化／時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、等化等）、及びビーム形成及び／又は空間的処理を実行する。ＤＳＰブロック５２は、「共通ＤＳＰブロック」と呼ばれ得る。それは、各特定のタスク（チャネル及び空間的処理）に対してプログラムされたＤＳＰプロセスの集合である。ＤＳＰブロック５２からの出力はディジタル・ベースバンド（Ｉ及びＱ−同相及び直角位相）又はディジタルＩＦのいずれかであるが、その出力は、光キャリアにディジタル光ファイバ（ＦＯ）変換器５４を介して変換される。本発明の一実施形態において、このＤＳＰブロック５２及びＦＯ変換器５４は、塔の基底部（セル・サイト）ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯ（中央局）に配置されることができる。
【００１８】
次いで、ファイバ信号は、塔へ、参照番号２２により示される、単一のケーブル又は多モード又は単一モード光ファイバの組合わせを介して搬送される。
図３は、スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム１２０のための受信のみのシステム構成を示す。ＲＦ信号は、ここではパッチ／マイクロストリップ要素の集合として示されるＭ×Ｎアレイのアンテナ要素１４０を介して受信される。アレイの中の各列は、直列の共同給電部を介して加えられる。なお、その直列の共同給電部は、代替として並列の共同給電部であってもよい。この特定の構成において、加えられた信号は、共同給電部の後で、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１４４を介して増幅される。各信号が増幅された後で、それは、ダウンコンバータ（ＤＣ）１６０でＩＦに周波数変換され、そしてアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１６４によりディジタル化される。次いで、ディジタル化された信号は、Ｔ−ＭＵＸ １２６により時分割多重化されて単一の高速ディジタル信号にされ、該単一の高速ディジタル信号は、ファイバ変換器（ＦＣ）１２４に供給され、該ＦＣ １２４は、高速ディジタル信号を光キャリア１２２上へ変換／変調する。この光キャリア１２２は、信号をＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯへ供給するための単一の又は複数の光ファイバ・ケーブルであってよい。送信モード（図１を参照）に類似して、共通ＬＯ １３２を用いて、全ての列／アレイ信号をＲＦからＩＦへコヒーレントに変換する。図１及び図３のシステムは、送信／受信システムを形成するため組み合わされてもよく、それは、次いで、本発明の一実施形態に従ったアンテナ・システム・アーキテクチャを形成するため、図２の地上ベースの構成要素と組み合わされることができる。
【００１９】
図４は、図３と同じ基本的アーキテクチャ（受信のみのサブシステム１２０ａ）であるが、各アンテナ要素１４０にＬＮＡ回路／増幅器モジュール１４２を有するものを示す。従って、信号は、共同給電部を介して加えられる前に増幅される。この構成は、追加のＬＮＡ構成要素のコストに関してより高価となるが、信号が共同給電部回路におけるいずれの損失の前に増幅されるので、感度の増大（より低いシステム雑音指数）を達成するであろう。
【００２０】
図５は、送信／受信スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム２２０の一実施形態を示す。このシステムは、図３の受信のみの構成に類似し、各分岐（即ち、Ｍ×Ｎアレイ
の列）に対して単一のＬＮＡ ２４４を利用する。各アンテナ要素２４０で、周波数ダイプレクサ（Ｄ）２６２を用いて、送信電力と受信電力とを別個の周波数帯域上に分離する。受信電力は、直列の共同給電部（並列でもよい）を介して加えられ、そして各分岐（即ち、Ｍ×Ｎアレイの列）の底部でＬＮＡ ２４４に供給される。次いで、増幅されたＲＦ信号は、ＩＦにダウンコンバータ（ＤＣ）２６０で周波数変換され、Ａ／Ｄ変換器２６４でディジタル化され、そして高速Ｔ−ＭＵＸ（時間領域マルチプレクサ）２２６に供給される。同様に、（ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯからの）送信モード信号は、ＦＣ ２２４、Ｔ−ＭＵＸ ２２６、ＤＡＣ ２２８及びＵＣ ２３０で、それぞれ変換され、多重化解除され、ディジタルからアナログに変換され、そしてＩＦからＲＦへ周波数変換される。周波数変換された信号は、次いで、各分岐上の複数のアンテナ要素に共同給電部（直列又は並列）を介して分配され、そして（各アンテナ要素２４０で）ＰＡ ２４２により増幅される。増幅された信号は、周波数ダイプレクサ（Ｄ）２６２を介してアンテナ２４０に通り、空間に放射される。同じＬＯ源２３２は、全ての分岐のため、高い周波数への変換及び低い周波数への変換の両方のため用いることができる。
【００２１】
従って、光ファイバ・ケーブル２２２は、ディジタルＩＦを光キャリア上で両方向に搬送する。これは、単一のＦＯ（光ファイバ）ケーブル上に波長分割多重化を介して、又は各経路に対して１つ（又はそれより多く）のケーブル当てで複数のＦＯケーブル上に達成することができる。
【００２２】
図６は、受信モード信号（アップリンク）が共同給電回路網で加えられる前に、アンテナ要素２４０でＬＮＡ ２４４により増幅される点を除いて、送信／受信システム２２０ａのための図５に類似するアーキテクチャを示す。これは、図４の受信のみの構成に類似している。
【００２３】
図７は、図１から図６の全ての実施形態に対する、塔頂部のビーム形成器サブシステムのための基本的アーキテクチャを示す。ファイバ変換器（ＦＣ）３２４を有するパネル・アンテナ・システム３００は、光ファイバ伝送線又はケーブル３２２を備えるよう示されている。サブシステム３００は、ＦＣ（ファイバ変換器）３２４までの、図１から図６のいずれのサブシステムの全ての構成要素を含み得る。この構成の利点は、全てのＲＦ機能がただ一つの場所で、即ち塔の頂部で実行されることである。これは、システム全体にわたってＲＦ伝送線の長さを最小にする。例えば、ＲＦを基地局（ＢＴＳ）、ＭＳＣ又はＣＯ ３１０に戻すように送信する必要がない。これは、抵抗損及び電力損失を最小にし、並びにシステム全体の性能（雑音指数等）を増大することをもたらす。これはまた、静的のままで最もありそうである（即ち、性能指向の変化を要求しないことが多い）システムの部分である。
【００２４】
改善されたＤＳＰ可用性及びアルゴリズム、ソフトウエア更新等に起因して変化しそうであるビーム形成システムのセクションは、ただ一つの場所３１０（例えば、ＢＳ／ＢＴＳ、ＭＳＣ又はＣＯ）において集中化させることができる。このセクションは、図７において参照番号３５２により示されるようにビーム形成器、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）及びチャネル処理構成要素を含み得る。
【００２５】
ファイバ・ケーブル３２２の他方の端部に、ディジタルＩＦに変換するためのファイバ変換器（ＦＣ）３５４及びディジタル・マルチプレクサ３１２があり、それらは基地局３１０の一部であってもよい。上述の構成は、ビーム形成器の高コストの「ディジタル処理」セグメントを中央の場所に配置するのを可能にして、アルゴリズム及びソフトウエア更新、並びにハードウエア（ＤＳＰ）の変更を容易にする。
【００２６】
図８は、ファイバ接続２２（１２２，２２２，３２２）を置換するためのマイクロ波逆
送リンク用アーキテクチャ手法を示す。前の全ての実施形態は、高速逆送リンクが光ファイバ・ケーブルを用いて実施されることを説明した。しかしながら、現在の多くのセル・サイトは、中継（ｔｒｕｎｋｉｎｇ）／逆送（ｂａｃｋｈａｕｌ）のためのマイクロ波（２−４０ＧＨｚ）リンクを用いていて、これは、本発明から離れることなく前述の実施形態で示された光ファイバに取って代わり得る。
【００２７】
図８において、左上に「ＲＦ回路」と示されているブロック３００がある。これは、前述の実施形態に示されたアンテナ要素、ＬＮＡ、ＰＡ、共同給電回路網、ＲＦアップコンバータ及びダウンコンバータ、並びにＡ／Ｄ及びＤＡＣを含む。従って、ディジタル信号は、（前の実施形態に示されるような）複合高速ディジタルＴ−ＭＵＸ ３２６に供給される。しかしながら、時分割ディジタル多重化された信号をファイバ変換器に供給するのとは異なり、信号は、直接に、塔頂部で、マイクロ波（ＭＷ）変換器（送受信器）３１３により変換され、ＰＡ（電力増幅器）３１７により増幅され、マイクロ波周波数ダイプレクサ（Ｄ）３２１を通って放射逆送アンテナ３２３に供給される。この逆送アンテナ３２３は、地上マイクロ波アンテナ、又はＬＭＤＳ（ローカル・マルチポイント分配サービス）アンテナ・システムに類似している。同様に、アンテナ３２３から受信されたアップリンク・マイクロ波信号は、周波数ダイプレクサ（Ｄ）３２１を介して戻すよう供給され、マイクロ波ＬＮＡ ３１９を介して増幅され、そしてディジタルＩＦ（高速）に周波数変換され、高速Ｔ−ＭＵＸ ３２６へ戻される。
【００２８】
ビーム形成器／スマート・アンテナ・サブシステム３２０からの高速ディジタル多重化信号が、ＩＦ信号をマイクロ波伝送に対してより効率的なフォーマットに変調する中間変調器（ＭＯＤ）３１５（破線で示す）に供給され、次いでマイクロ波変換器３１３に供給され得ることは任意である。
【００２９】
図９から図１３はそれぞれ、図１及び図３から図６に類似しているが、図９から図１３は、第３世代ＰＣＳ及びＵＭＴＳ（汎用移動通信サービス）（３Ｇ）システムを示す。ＣＤＭＡ−２０００及びＷ−ＣＤＭＡとして示される２つの標準は、現在、音声及びデータ移送のための全世界ローミング又は移動（セル化された）システムとして使用のため開発されつつある。図１及び図３から図６における図とアーキテクチャ的に非常に類似しているが、図９から図１３は、それらが図９から図１３に示されるＱＰＳＫ（横軸位相偏移変調）変調器及びＲＦアップコンバータ・ブロックを３Ｇ（第３世代ＣＤＭＡ）変調器ブロック４１０及びそれに対応する３Ｇ復調器ブロック５１０及び６１０として用いる点で異なる。この変調器ブロックは、ディジタル・ベースバンドＩ及びＱを入力（出力）上に仮定する。従って、ディジタル・ベースバンド（Ｉ及びＱ）信号を送ること（ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）が、光ファイバ信号の中に埋め込まれていて、それは時分割多重化されているとする。
【００３０】
図９は、３Ｇ送信モード・スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステム４２０を示す。高速ストリーム上を搬送されるディジタル多重化された（ベースバンドＩ及びＱ）信号は、ファイバからディジタルにＦＣ ４２４で変換され、そしてＴ−ＭＵＸ ４２６でＭ個のより低速なストリームに多重化解除される。３Ｇ変調器ブロック４１０は、各分岐上で、信号をディジタルからアナログに変換し、ＱＰＳＫ変調を実行し、キャリアを（適切なＣＤＭＡ拡散符合を介して）拡散し、ＲＦに周波数変換する。図９の残りの部分は、図１に類似している。また、全ての３ＧＭブロック４１０は、同じ局部発振器４３２を用いて、全ての分岐へ高い周波数の方にコヒーレントに変換する。
【００３１】
図１０は、各分岐に対する共同給電部の出力にＬＮＡ ５４４を有する受信モード構成５２０を示す。３Ｇ復調器ブロック５１０は、２つのブロック、即ち「復調器（ＤＥＭＯＤ）」（ダウンコンバータ、ＣＤＭＡ符号デスプレッダ及びＱＰＳＫ復調器）５６０とＡ
／Ｄ ５６４とに分かれている。従って、ディジタル・ベースバンド（Ｉ及びＱ）出力は、Ｔ−ＭＵＸ ５２６で時分割多重化され、そしてディジタル対ファイバ変換器（ＦＣ）５２４に供給され、該ディジタル対ファイバ変換器（ＦＣ）５２４は、多重化されたディジタル・ベースバンド信号をファイバ・キャリア５２２上で送る。
【００３２】
図１１は、各分岐上で、共同給電回路網より前において、各アンテナ要素５４０にＬＮＡ ５４４を有し、そしてその他は図１０と同じである第２の受信モード構成５２０ａを示す。
【００３３】
図１２及び図１３は、各分岐上の各経路（双方向）上に３Ｇ復調器ブロック６１０及び３Ｇ変調器ブロック６１２を有する、送信／受信３Ｇビーム形成器／スマート・アンテナ・システムのための２つの構成６２０、６２０ａを示す。図１２は、各受信分岐上に単一のＬＮＡ ６４４を有する構成を示す。図１３は、共同給電回路網より前の各アンテナ要素にＬＮＡ ６４４を有する構成を示す。図１２及び図１３において、前述の実施形態に用いられた構成要素と類似の構成要素は、参照番号の先頭に６を有する類似の参照番号により示される。また、図１２及び図１３において、３Ｇ復調器ブロック６１０及び３Ｇ変調器ブロック６１２は、それぞれ前述のように、図１０の３Ｇ復調器ブロック５１０及び図９の３Ｇ変調器ブロック４１０の構成要素を含む。
【００３４】
図９から図１３のシステムはファイバ・キャリア４２２、５２２及び６２２を図示するが、それぞれは、代替として図８に示されるタイプのマイクロ波逆送リンクを用いることができる。
【００３５】
本発明の特定の実施形態及び応用が図示され説明されたが、本発明は本明細書に開示された正確な構成に限定されず、種々の修正、変更及び変化が、特許請求の範囲において規定された本発明の趣旨及び範囲から離れることなく上記の記載から明らかであることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３６】
２０ 送信器システム構成
２２、２２２、３２２、５２２ 光キャリア又は光ファイバ・ケーブル
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４ ファイバ変換器（ＦＣ）
２６、１２６、２２６、６２６ 高速時間マルチプレクサ（Ｔ−ＭＵＸ）
２８、１２８、２２８、６２８ ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
３０、２３０ アップコンバータ（ＵＣ）
３２、１３２、２３２、４３２、５３２、６３２ 共通局部発振器（ＬＯ）
４０、１４０、２４０、４４０、５４０、６４０ アンテナ要素
４２、２４２、３１７、６４２ 電力増幅器（ＰＡ）
４５ アンテナ・アレイ
５０ 音声及びデータ・チャネル
５２ ＤＳＰブロック
５４、３５４ ディジタル光ファイバ（ＦＯ）変換器
１２０、１２０ａ スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム
１２２ 光キャリア
１４２ ＬＮＡ回路／増幅器モジュール
１４４、２４４、４４２、５４４、６４４ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
１６０、２６０ ダウンコンバータ（ＤＣ）
１６４、５６４、６６４ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
２２０、２２０ａ 送信／受信スマート・アンテナ／ビーム形成サブシステム
２６２、６６２、６６７ 周波数ダイプレクサ（Ｄ）
３００ パネル・アンテナ・システム、ＲＦ回路
３１０ 基地局
３１２ ディジタル・マルチプレクサ
３１３ マイクロ波（ＭＷ）変換器（送受信器）
３１９ マイクロ波ＬＮＡ
３２１、６６７ マイクロ波周波数ダイプレクサ（Ｄ）
３２６ 複合高速ディジタルＴ−ＭＵＸ
４１０ ３Ｇ変調器ブロック
４２０ ３Ｇ送信モード・スマート・アンテナ／ビーム形成器サブシステム
４２２、５２２ ファイバ・キャリア
４２６ Ｔ−ＭＵＸ
５１０、６１０ ３Ｇ復調器ブロック
５２０、５２０ａ 受信モード構成
５６０、６６０ 復調器
６１２ ３Ｇ変調器ブロック
６２０、６２０ａ 送信／受信３Ｇビーム形成器／スマート・アンテナ・システム
６３０ 変調器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い位置にある高所設置部用アンテナ・システムであって、
Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素のアレイを備え、高い位置に配置されるように構成されるアンテナ・アレイと、
高い位置における前記アンテナ・アレイと、地上ベース設備の間でデジタル信号を送受信するための逆送リンクであって、当該デジタル信号が、デジタル・ベースバンド及びデジタルＩＦフォーマットの少なくとも１つであり、前記アレイの前記アンテナ要素に対する位相及び振幅における調整を伴ったビーム形成のためのデジタル信号を含むものと、
前記アンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数通信信号を処理する、高い位置にある前記アンテナ・アレイに近接する無線周波数回路とを備え、
前記無線周波数回路は以下の、
前記逆送リンクと前記アンテナ・アレイの間に配置されて、前記デジタル信号を処理する、多重化回路であって、当該多重化回路が、前記デジタル信号を、Ｍ個の別個の信号部分に分離するように構成され、当該信号部分の各々が、前記アンテナ・アレイのＭ個の別個の部分に対する位相及び振幅における調整を含むものと、
前記Ｍ個の別個の信号部分の、アナログとデジタル信号表現の間を変換するために動作可能な、前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対するアナログ／デジタル変換回路と、
前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対応し、前記アンテナ・アレイの前記通信信号のための無線周波数通信信号フォーマットと他の信号フォーマットの間を変換するために動作可能な、周波数変換回路と、
前記アンテナ要素への信号の送信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合された電力増幅回路と、
前記アンテナ要素からの信号の受信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合されたＬＮＡ回路と、
各アンテナ要素に対応し、前記アンテナ要素の送信信号と受信信号を分離するために、前記電力増幅回路とＬＮＡ回路を、前記アンテナ要素に結合するように構成される周波数ダイプレキサ回路と、
を備え、
前記無線周波数回路は、前記デジタル・ベースバンド及びデジタルＩＦフォーマットのうちの少なくとも１つで前記地上ベース装置と通信信号を送受信するための、前記アンテナ・アレイと前記逆送リンクとの間で無線周波数通信信号の処理を行うように構成される、
塔頂部設備用アンテナ・システム。
【請求項２】
Ｎが１より大きい、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項３】
Ｍが１より大きい、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項４】
前記デジタル信号を、光信号と電気信号の間で変換するためのファイバー変換回路を更に含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項５】
前記周波数変換回路が、ＩＦ信号とＲＦ信号の間で変換する回路を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項６】
前記Ｍ個の別個の信号の各々に対する、前記周波数変換回路が、共通のＬＯ信号を共有する、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項７】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイからの送信のためのＭ個の送信信号を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項８】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイによって受信されるＭ個の受信信号を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項９】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、Ｍ個の送信信号と、Ｍ個の受信信号の双方を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１０】
前記多重化回路が、更に、Ｍ個の別個の信号部分を、逆送リンクのためのデジタル信号に結合するために動作可能である、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１１】
前記アナログ／デジタル変換回路及び周波数変換回路が、前記アンテナ・アレイからのＲＦ信号を、デジタル・ベースバンド信号に変換するために作動可能な回路に結合される（combined in a circuit）、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１２】
高い位置にある高所設置部用アンテナ・システムであって、
Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素のアレイを備え、高い位置に配置されるように構成されるアンテナ・アレイと、
高い位置における前記アンテナ・アレイと、地上ベース設備の間でデジタル信号を送受信するための逆送リンクであって、当該デジタル信号が、デジタル・ベースバンド・フォーマットであり、前記アレイの前記アンテナ要素に対する位相及び振幅における調整を伴ったビーム形成のための信号を含むものと、
前記アンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数通信信号を処理する、高い位置にある前記アンテナ・アレイに近接する無線周波数回路とを備え、
前記無線周波数回路は以下の、
前記逆送リンクと前記アンテナ・アレイの間に配置されて、前記デジタル信号を処理する、多重化回路であって、当該多重化回路が、前記デジタル信号を、Ｍ個の別個の信号部分に分離するように構成され、当該信号部分の各々が、Ｍ個の別個の部分に対する位相及び振幅における調整を含むものと、
前記Ｍ個の別個の信号部分の、アナログとデジタル信号表現の間を変換するために動作可能な、前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対するアナログ／デジタル変換回路と、
前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対応し、前記アンテナ・アレイの前記通信信号のための無線周波数通信信号フォーマットと他の信号フォーマットの間を変換するために動作可能な、周波数変換回路と、
前記アンテナ要素への信号の送信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合された電力増幅回路と、
前記アンテナ要素からの信号の受信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合されたＬＮＡ回路と、
各アンテナ要素に対応し、前記アンテナ要素の送信信号と受信信号を分離するために、前記電力増幅回路とＬＮＡ回路を、前記アンテナ要素に結合するように構成される周波数ダイプレキサ回路と、
を備え、
前記無線周波数回路は、前記デジタル・ベースバンド・フォーマットで前記地上ベース装置と通信信号を送受信するための、前記アンテナ・アレイと前記逆送リンクとの間で無線周波数通信信号の処理を行うように構成される、
塔頂部設備用アンテナ・システム。
【請求項１３】
前記デジタル信号を、光信号と電気信号の間で変換するためのファイバー変換器を更に含む、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【請求項１４】
前記周波数変換回路が、ＩＦ信号とＲＦ信号の間で変換する回路を含む、請求項１２に
記載のアンテナ・システム。
【請求項１５】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイからの送信のためのＭ個の送信信号を含む、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【請求項１６】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイによって受信されるＭ個の受信信号を含む、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【請求項１７】
前記アナログ／デジタル変換回路及び周波数変換回路が、前記アンテナ・アレイからのＲＦ信号を、デジタル・ベースバンド信号に変換するために作動可能な回路に結合される（combined in a circuit）、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【請求項１】
高い位置にある高所設置部用アンテナ・システムであって、
Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素のアレイを備え、高い位置に配置されるように構成されるアンテナ・アレイと、
高い位置における前記アンテナ・アレイと、地上ベース設備の間でデジタル信号を送受信するための逆送リンクであって、当該デジタル信号が、デジタル・ベースバンド及びデジタルＩＦフォーマットの少なくとも１つであり、前記アレイの前記アンテナ要素に対する位相及び振幅における調整を伴ったビーム形成のためのデジタル信号を含むものと、
前記アンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数通信信号を処理する、高い位置にある前記アンテナ・アレイに近接する無線周波数回路とを備え、
前記無線周波数回路は以下の、
前記逆送リンクと前記アンテナ・アレイの間に配置されて、前記デジタル信号を処理する、多重化回路であって、当該多重化回路が、前記デジタル信号を、Ｍ個の別個の信号部分に分離するように構成され、当該信号部分の各々が、前記アンテナ・アレイのＭ個の別個の部分に対する位相及び振幅における調整を含むものと、
前記Ｍ個の別個の信号部分の、アナログとデジタル信号表現の間を変換するために動作可能な、前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対するアナログ／デジタル変換回路と、
前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対応し、前記アンテナ・アレイの前記通信信号のための無線周波数通信信号フォーマットと他の信号フォーマットの間を変換するために動作可能な、周波数変換回路と、
前記アンテナ要素への信号の送信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合された電力増幅回路と、
前記アンテナ要素からの信号の受信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合されたＬＮＡ回路と、
各アンテナ要素に対応し、前記アンテナ要素の送信信号と受信信号を分離するために、前記電力増幅回路とＬＮＡ回路を、前記アンテナ要素に結合するように構成される周波数ダイプレキサ回路と、
を備え、
前記無線周波数回路は、前記デジタル・ベースバンド及びデジタルＩＦフォーマットのうちの少なくとも１つで前記地上ベース装置と通信信号を送受信するための、前記アンテナ・アレイと前記逆送リンクとの間で無線周波数通信信号の処理を行うように構成される、
塔頂部設備用アンテナ・システム。
【請求項２】
Ｎが１より大きい、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項３】
Ｍが１より大きい、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項４】
前記デジタル信号を、光信号と電気信号の間で変換するためのファイバー変換回路を更に含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項５】
前記周波数変換回路が、ＩＦ信号とＲＦ信号の間で変換する回路を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項６】
前記Ｍ個の別個の信号の各々に対する、前記周波数変換回路が、共通のＬＯ信号を共有する、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項７】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイからの送信のためのＭ個の送信信号を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項８】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイによって受信されるＭ個の受信信号を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項９】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、Ｍ個の送信信号と、Ｍ個の受信信号の双方を含む、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１０】
前記多重化回路が、更に、Ｍ個の別個の信号部分を、逆送リンクのためのデジタル信号に結合するために動作可能である、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１１】
前記アナログ／デジタル変換回路及び周波数変換回路が、前記アンテナ・アレイからのＲＦ信号を、デジタル・ベースバンド信号に変換するために作動可能な回路に結合される（combined in a circuit）、請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１２】
高い位置にある高所設置部用アンテナ・システムであって、
Ｍ×Ｎ個のアンテナ要素のアレイを備え、高い位置に配置されるように構成されるアンテナ・アレイと、
高い位置における前記アンテナ・アレイと、地上ベース設備の間でデジタル信号を送受信するための逆送リンクであって、当該デジタル信号が、デジタル・ベースバンド・フォーマットであり、前記アレイの前記アンテナ要素に対する位相及び振幅における調整を伴ったビーム形成のための信号を含むものと、
前記アンテナ・アレイと逆送リンクの間で無線周波数通信信号を処理する、高い位置にある前記アンテナ・アレイに近接する無線周波数回路とを備え、
前記無線周波数回路は以下の、
前記逆送リンクと前記アンテナ・アレイの間に配置されて、前記デジタル信号を処理する、多重化回路であって、当該多重化回路が、前記デジタル信号を、Ｍ個の別個の信号部分に分離するように構成され、当該信号部分の各々が、Ｍ個の別個の部分に対する位相及び振幅における調整を含むものと、
前記Ｍ個の別個の信号部分の、アナログとデジタル信号表現の間を変換するために動作可能な、前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対するアナログ／デジタル変換回路と、
前記Ｍ個の別個の信号部分の各々に対応し、前記アンテナ・アレイの前記通信信号のための無線周波数通信信号フォーマットと他の信号フォーマットの間を変換するために動作可能な、周波数変換回路と、
前記アンテナ要素への信号の送信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合された電力増幅回路と、
前記アンテナ要素からの信号の受信を取り扱うために、各アンテナ要素に結合されたＬＮＡ回路と、
各アンテナ要素に対応し、前記アンテナ要素の送信信号と受信信号を分離するために、前記電力増幅回路とＬＮＡ回路を、前記アンテナ要素に結合するように構成される周波数ダイプレキサ回路と、
を備え、
前記無線周波数回路は、前記デジタル・ベースバンド・フォーマットで前記地上ベース装置と通信信号を送受信するための、前記アンテナ・アレイと前記逆送リンクとの間で無線周波数通信信号の処理を行うように構成される、
塔頂部設備用アンテナ・システム。
【請求項１３】
前記デジタル信号を、光信号と電気信号の間で変換するためのファイバー変換器を更に含む、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【請求項１４】
前記周波数変換回路が、ＩＦ信号とＲＦ信号の間で変換する回路を含む、請求項１２に
記載のアンテナ・システム。
【請求項１５】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイからの送信のためのＭ個の送信信号を含む、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【請求項１６】
前記Ｍ個の別個の信号部分が、前記アンテナ・アレイによって受信されるＭ個の受信信号を含む、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【請求項１７】
前記アナログ／デジタル変換回路及び周波数変換回路が、前記アンテナ・アレイからのＲＦ信号を、デジタル・ベースバンド信号に変換するために作動可能な回路に結合される（combined in a circuit）、請求項１２に記載のアンテナ・システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１２０１８７（Ｐ２０１２−１２０１８７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８７４７５（Ｐ２０１１−２８７４７５）
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【分割の表示】特願２００１−９５４８２（Ｐ２００１−９５４８２）の分割
【原出願日】平成１３年３月２９日（２００１．３．２９）
【出願人】（５９１０３２２７５）アンドリュー・リミテッド ライアビリティ カンパニー (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【分割の表示】特願２００１−９５４８２（Ｐ２００１−９５４８２）の分割
【原出願日】平成１３年３月２９日（２００１．３．２９）
【出願人】（５９１０３２２７５）アンドリュー・リミテッド ライアビリティ カンパニー (22)
【Ｆターム（参考）】
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