通信システム

专利摘要:
分散アンテナシステム（ＤＡＳ）が説明される。この分散アンテナシステムは、広帯域アンテナデバイスを含む。この広帯域アンテナデバイスは、単一のパッケージに個々に設けられた送信アンテナおよび受信アンテナを備え、使用中に送信アンテナからのノイズが送信アンテナから隔離されるような相互隔離を提供するよう構成され、そのことによって送信と同じ周波数での受信が可能とされた。
公开号:JP2011512740A
申请号:JP2010546396
申请日:2009-02-12
公开日:2011-04-21
发明作者:ギアーズ、トレバー；フリーマン、ベネディクト、ラッセル；ベル、アンドリュー、ロバート；ホウ、グレアム、ロナルド；ボズ、ザファー；メザロッバ、エミリアーノ
申请人:ジンウェーブ リミテッド；
IPC主号:H01Q1-52

专利说明:

[0001] 本発明は、主に通信分野に関する。本発明のより詳細であるが限定的でない態様は、広帯域双方向アンテナデバイス、分散アンテナシステムおよびそのようなシステムを運用する方法に関する。そのようなシステムでは、情報を運ぶ信号が運ばれる。実施の形態は、ＲＦ搬送波上に変調された信号を周波数を変更することなしに送信および受信する。]
背景技術

[0002] 本願において「広帯域（wideband）」という用語は、所与の通過帯域内の全ての周波数が信号の送信および受信の両方のために利用可能であることを意味する。]
[0003] 分散アンテナシステムは既知である。いくつかの既知のシステムでは、伝送媒体の所与の長さに対して十分な伝送品質を得るために、低周波数化を使用する。他のシステムは、例えばフィルタリングや狭帯域増幅器によって提供される内蔵型周波数決定機構を有する。]
発明が解決しようとする課題

[0004] ユーザが行われるべきサービスの数を増やしたいと思うとき、または新たな周波数範囲の入力信号を加えたいと思うとき、追加的なコストが生じることは、最新の分散アンテナシステムの特徴である。行われるべきサービスの用に供される増幅器や他の部材、例えば特定のサービスのために狭い伝送帯域を有する増幅器や他の部材、が必要とされることは、最新の分散アンテナシステムの特徴である。これは、設置者が既成のサービスを提供する場合、異なるそのような部材を多種揃えておかなくてはならないことを意味する。これは、保守をより困難なものにする。]
[0005] 実施の形態の課題は、柔軟な分散アンテナシステムを構築可能とすることである。]
課題を解決するための手段

[0006] ある態様では、広帯域アンテナデバイスが提供される。この広帯域アンテナデバイスは、単一のパッケージに個々に設けられた送信アンテナおよび受信アンテナを備える広帯域アンテナデバイスであって、使用中に送信アンテナからのノイズが送信アンテナから隔離されるような相互隔離を提供するよう構成され、そのことによって送信と同じ周波数での受信が可能とされる。]
[0007] アンテナは相互に物理的に近接して設けられてもよい。]
[0008] アンテナは最低周波数における波長の２倍よりも短い距離だけ互いに離されていてもよい。]
[0009] アンテナは、アンテナ間の電気的な隔離を強めるために、主にアンテナ間に設けられたスタブを備えてもよい。]
[0010] スタブは、最低送信／受信周波数における波長の約４分の１の寸法を有するスタブを含んでもよい。]
[0011] スタブは、前記広帯域の中心周波数付近および最高周波数付近での隔離を提供するよう構成されたスタブを含んでもよい。]
[0012] 別の態様では、分散アンテナシステムが提供される。この分散アンテナシステムは、ハブと、関連する送信アンテナおよび関連する受信アンテナを有する少なくともひとつの遠隔アンテナデバイスと、ハブから送信アンテナへの信号の経路を提供する上りリンクと、受信アンテナからハブへの信号の経路を提供する下りリンクと、を備える。当該システムは異なる複数の通信サービスを同時に行うことができる。]
[0013] システムは、以下のサービス、
Ｔｅｔｒａ、ＥＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００、ＵＭＴＳ、ＷＬＡＮおよびＷｉＭａｘ、
を単一の上りリンクおよび単一の下りリンクを介して同時に行うことができるよう構成されてもよい。]
[0014] さらに別の態様では、分散アンテナシステムが提供される。この分散アンテナシステムは、ハブと、関連する送信アンテナおよび関連する受信アンテナを有する少なくともひとつの遠隔アンテナデバイスと、ハブから送信アンテナへの信号の経路を提供する上りリンクと、受信アンテナからハブへの信号の経路を提供する下りリンクと、を備える。上りリンクおよび下りリンクのそれぞれは補償デバイスを有する。補償デバイスは、対応するリンクにおける周波数に依存する損失に対する補償を提供するよう、複数の選択可能な周波数−利得特性を有する。]
[0015] 送信アンテナおよび受信アンテナは単一のモジュールに設けられてもよい。]
[0016] 上りリンクおよび下りリンクはそれぞれ、１３０ＭＨｚから２．７ＧＨｚの範囲の周波数を有する信号を運んでもよい。]
[0017] ある実施の形態では、上りリンクおよび下りリンクはマルチモードファイバによって提供されてもよい。]
[0018] ある実施の形態では、制限された数のモードを提供するように、好ましくは最低次数のモードおよび最高次数のモードを除去するように、光が各ファイバに入射される。]
[0019] 他の実施の形態では、上りリンクおよび下りリンクは、同軸ケーブルなどの導電性リンクおよびシングルモードファイバのうちのひとつまたは複数によって提供されてもよい。]
[0020] さらに別の態様では、分散アンテナシステムが提供される。この分散アンテナシステムは、ハブと、関連する送信アンテナおよび関連受信アンテナを有する少なくともひとつの遠隔アンテナデバイスと、ハブから送信アンテナへの送信信号の経路を提供する上りリンクと、受信アンテナからハブへの受信信号の経路を提供する下りリンクと、を備える。当該システムは同一周波数の送信および受信信号を同時に運ぶことができる。]
[0021] システムは、遠隔アンテナデバイスを制御するために、下りリンクから命令信号を抽出するフィルタを備えてもよい。]
[0022] 遠隔アンテナデバイスは、フィルタから信号を受信するよう接続された制御デバイスを含んでもよい。制御デバイスは、遠隔アンテナデバイスの部材を制御するための出力を有してもよい。]
[0023] システムは、送信アンテナを駆動するための広帯域パワー増幅手段を有してもよい。この増幅手段は、下りリンクによって運ばれる周波数の上限値および下限値の間の任意の周波数を有する送信信号に対して応答してもよい。]
[0024] システムは、受信アンテナと接続された低ノイズ増幅手段を有してもよい。この低ノイズ増幅手段は、上りリンクによって運ばれる任意の周波数を有する受信信号に対して応答してもよい。]
[0025] さらに別の態様では、分散アンテナシステムが提供される。この分散アンテナシステムは入出力を備え、この入出力は、ひとつまたは複数の外部送信または信号供給ネットワークからの信号が入力可能であり、その信号が当該システムによって伝送可能であり、かつ、その信号が当該システムのアンテナを介して消費者に伝送可能であるように構成される。この入出力は、消費者から外部ネットワークへの帰還経路が形成されうるように構成される。当該システム内での信号伝送は、入出力をアンテナにリンクさせる下りリンクを使用する。下りリンクを通じて伝送された信号は周波数的に入出力における入出力信号の周波数と対応する。]
[0026] さらに別の態様では、分散アンテナシステムの運用方法が提供される。この運用方法は、所定の搬送周波数を有する電気信号に対して、その搬送周波数を有する対応する信号を広帯域リンクを介してアンテナへ運ぶことによって応答することと、アンテナからその周波数を有する信号を放射することと、を含む。]
[0027] リンクは１３０ＭＨｚから２．７ＧＨｚに亘る帯域の信号を運んでもよい。]
[0028] ある実施の形態は、分散アンテナシステムを提供する。この分散アンテナシステムでは、ファイバを介しての光学的伝送が使用される。このシステムは、周波数がこのシステムにおける上限値および下限値の間にある任意の信号が伝送されうる点で広帯域である。さらに、周波数がそれらの限界値の間にある異なる信号が運ばれてもよい。]
[0029] ＤＡＳシステムでは双方向信号伝送が可能である。その結果、広帯域性能によって、信号の送信と同時にその信号の送信が発生している周波数と同じ周波数で信号を受信することが可能となる。これはアンテナに制限を課し、システムの他の部分にも影響を及ぼしうる。]
[0030] したがって、広帯域の周波数範囲全域に亘って同時に送信と受信とを行うことを可能とするために、２つのアンテナが使用される。一方は送信用であり、他方は受信用である。]
[0031] アクティブな広帯域分散アンテナシステムなどのシステムでは、２つのアンテナ間に最小隔離より大きな距離が維持される。もしそうでなければ、送信信号が受信アンテナに入る結果、システムは不安定となって振動しうる。]
[0032] 同様に、送信アンテナは使用中、広帯域ノイズを送信するであろう。この広帯域ノイズは、行われているサービスの受信チャネルと同じ周波数を含みうる。したがって、送信アンテナから放射されるシステムからのノイズは受信アンテナから隔離されなければならない。もしそうでなければ、受信チャネルの感度は低減するであろう。本発明において使用可能なアンテナの実施の形態は、約４０ｄＢの隔離を提供することを目指す。他の実施の形態は、４５ｄＢの隔離を提供することを目指す。]
[0033] いくつかの例示的なシステムの実施の形態は、約１７０ＭＨｚから２７００ＭＨｚの周波数範囲を有する。この範囲は、ＣＥおよびＦＣＣ認定のスペックを達成するための利得（２５±５ｄＢ）および必要な線形性が満たされる周波数の範囲である。]
[0034] さらに別の態様では、分散アンテナシステムが提供される。この分散アンテナシステムは入出力を備え、この入出力は、ひとつまたは複数の外部送信または信号供給ネットワークからの信号が入力可能であり、その信号が当該システムによって伝送可能であり、かつ、その信号が当該システムのアンテナを介して消費者に伝送可能であるように構成される。この入出力は、消費者から外部ネットワークへの帰還経路が形成されうるように構成される。当該システム内での信号伝送は、入出力を前記または各アンテナにリンクさせるひとつまたは複数の光ファイバを使用する。前記または各ファイバを通じて伝送された信号は周波数的に入出力における入出力信号の周波数と対応する。]
[0035] ある実施の形態では、周波数変換は行われない。ある実施の形態では、システムの周波数範囲内にある任意のＲＦ信号は透過的に（transparently）通過する。システムの周波数範囲内ではフィルタリングは行われないからである。]
[0036] いくつかの実施の形態は、帯域幅制限がないという利点を有する。というのも、追加的／将来のサービスがシステムそのものの周波数の上下限の範囲内にある限り、そのＤＡＳによって任意の数の追加的なサービスが行われうるからである。]
[0037] ある実施の形態では、ＴＤＤおよびＦＤＤの両方のサービスが行われうる。狭帯域システムはＴＤＤサービスを行うことができない。送信および受信周波数は異なっており、それらは入出力段の複式フィルタと結合されるという事実にＴＤＤサービスは依存するからである。]
[0038] システムのいくつかの実施の形態は、そのような実施の形態を伴う場合と同様に、経済的な利益をもたらしうる。コストは、行われるサービスの数に直接には関係しない。狭帯域ＤＡＳでは、サービスを追加すると大抵の場合追加的な設備が必要となり、コストはサービスの数と共に増大する。]
[0039] アンテナデバイスの実施の形態では、広帯域の周波数範囲全域に亘って同時に送信と受信とを行うことを可能とするために、２つのアンテナが使用される。一方は送信用であり、他方は受信用である。]
[0040] アクティブな広帯域分散アンテナシステムなどのシステムでは、２つのアンテナ間に最小隔離より大きな距離が維持される。もしそうでなければ、送信信号が受信アンテナに入る結果、システムは不安定となって振動しうる。]
[0041] 例えば１ｍから２ｍ程度物理的に離間された２つのパッチアンテナを使用することで、この隔離は達成されうる。２つのパッチアンテナは、各アンテナの利得応答が他のアンテナの方向において零となるように位置決めされる。しかしながら、このアプローチはいくつかの不利な点を有する。このアプローチは無指向性のアンテナについてはうまくいかないであろう。この無指向性のアンテナは、設置の容易さと部屋などの大きくてオープンな領域をよくカバーすることから、産業界に好まれている。また、このアプローチでは慎重にアンテナを位置決めする必要があり、したがって設置者に要求される技術スキルは高くなる。これは商業的には望ましくない。このアプローチのアンテナは、設置において大きな物理的空間を占めることとなり、視覚的な魅力に欠く。]
[0042] 隔離問題への解は、高い隔離性能を有するデュアルポートの広帯域アンテナモジュールを使用することである。]
[0043] 実施の形態は、２つのアンテナを含む単一のモジュールを提供する。それらのアンテナ間の隔離はデザインの一部として維持されるのであって設置の結果ではない。単一のモジュールというのは産業界にとってより魅力的である。ひとつのモジュールを設置しさえすればよく、したがって設置費用は廉価となり、視覚的にも邪魔になりにくいからである。]
図面の簡単な説明

[0044] 例示のみを目的とし添付の図を参照して、本発明の実施の形態が説明されるであろう。]
[0045] 分散アンテナシステムの実施の形態を示す模式図である。
遠隔ユニットの実施の形態を示す図である。
アンテナモジュールの第１の実施の形態を示す斜視図である。
アンテナモジュールの第２の実施の形態を示す斜視図である。]
実施例

[0046] 広帯域ＤＡＳシステムの３つの重要な部材は、ＤＡＳ内の分配部材と、ＤＡＳの遠隔ユニットと、遠隔ユニットのためのアンテナ、である。]
[0047] １．分配部材
これは、伝送媒体を含む広帯域信号分配システムである。伝送媒体は、低損失性、低歪み性、および上りリンク方向および下りリンク方向間の低クロストーク性を有する。]
[0048] ２．遠隔ユニット
上りリンク方向において、伝送媒体は遠隔に配置された電気的ユニットに信号を供給する。この電気的ユニットを以下遠隔ユニットと称す。この遠隔ユニットは、伝送媒体が光学的信号を運ぶ場合、光学的広帯域信号を電気的ＲＦ広帯域信号に変換する。遠隔ユニットは、カバーする範囲として経済的に十分な程度のパワーレベルまで、高い線形性で増幅する機能を有する。]
[0049] ３．アンテナ
遠隔ユニットの電気信号は送信アンテナに供給される。このアンテナは受信アンテナを伴う。受信アンテナは、送信および受信アンテナの範囲にいる消費者がそのシステムを介して双方向通信を行うことを可能とする。商業的および技術的に望ましい構成では、送信アンテナおよび受信アンテナの両方が単一のコンパクトな筐体のなかに設けられる。]
[0050] 分散アンテナシステムおよびそのようなシステムの運用方法の以下の一連の実施の形態では、システムは、周波数がそのシステムにおける上限値と下限値との間にある信号に対して、完全に透過的である。すなわち、システム自体が上りリンク方向および下りリンク方向の両方において、システムの通過範囲にある任意のタイプまたは周波数の信号を伝送するということである。これらの実施の形態では、システムの周波数範囲内においては周波数変換もフィルタリングもない。]
[0051] ある実施の形態は、搬送信号上に変調された信号を直接表す光を運ぶようにマルチモードファイバが使用されうるという事実を使用する。そこでは周波数−距離積はファイバ自体の仕様をはるかに超えている。そのために、実施の形態は、ひとつまたは複数の別個のサービスを、ファイバの励振前にダウンコンバートする必要なしに、上りリンク方向および下りリンク方向の両方で実装することを可能とする。]
[0052] 信号に対して透過的なシステムを使用しても、信号制御レジームが伝送される信号に制限を課す場合における信号の伝送が妨げられることはないことは無論明らかであろう。言い換えると、透過的な通信システムの使用は、例えば上りおよび下りリンクが所定の周波数関係を有する場合の信号の伝送と衝突しない。]
[0053] この一連の実施の形態のアーキテクチャはいくつかの利点を有する。]
[0054] システムには帯域幅制限がない。追加的／将来のサービスが現行の周波数範囲内にある限り、そのＤＡＳによって任意のそのようなサービスが行われうる。]
[0055] ＴＤＤおよびＦＤＤの両方のサービスが行われうる。狭帯域システムはＴＤＤサービスを行うことができない。送信および受信周波数は異なっており、それらは入出力段の複式フィルタと結合されるという事実にＴＤＤサービスは依存するからである。]
[0056] 経済面。すなわち、コストは、行われるサービスの数に直接には比例しない。狭帯域ＤＡＳでは、サービスを追加すると大抵の場合追加的な設備が必要となり、コストはサービスの数と共に増大する。]
[0057] まず図１を参照すると、信号伝送に光ファイバを使用するＤＡＳ２０の実施の形態が示される。ＤＡＳ２０は、分配システム３０を有する。分配システム３０は、信号ハブ３００と、送信用マルチモードファイバ５０１を介して遠隔ユニット３１０とを有する。信号ハブ３００は、例えば携帯電話の基地局３０１、有線インターネット３０２、有線ＬＡＮ３０３およびそれらと同様のものからの信号３０１−３を受信するよう接続され、その信号を分散アンテナ４００へ伝送する。ハブ３００は信号３０５を受信するよう接続され、信号３０５はアンテナ４００でＤＡＳ２０に入り、受信用マルチモードファイバ５０２および遠隔ユニット３１０を介してハブ３００に伝送される。本実施の形態では、ファイバ５０１、５０２は相互に実質的に同一である。] 図１
[0058] 実施の形態は、例えば以下のサービスを伝送可能に設計される。]
[0059] ]
[0060] 他の媒体、例えば同軸ケーブルなどの導電性手段、を使用する実施の形態は、同様の仕様を有しうる。]
[0061] 実際の信号は現行の伝送状態に依存する。例えば、ある任意の時刻において携帯電話が使用されていない場合、システムはそのような信号を運んでいないであろう。しかしながら、そのシステムは必要なときにそれを行う能力を有する。]
[0062] 図２を参照すると、ハブ３００および遠隔ユニット３１０のそれぞれに設けられた電気−光学変換デバイス３１１、３７０は、ファイバ５０１、５０２に、３Ｇ信号の光学版である光学的信号を生成する。周波数変換は適用されない。光学−電気変換デバイス３５０、３２０は、対応するファイバ５０１、５０２から光学的信号を受け、その光学的信号に類似した電気信号を提供する。その電気信号は受信方向ではハブ３００に供給され、送信方向ではアンテナ４００に供給される。ここでも周波数変換は行われない。] 図２
[0063] 変換デバイス３１１、３７０、３５０、３２０は、ＲＦおよび光学的増幅段を含む。その増幅段は、干渉を引き起こしうる非線形性をもたらさずに広い周波数範囲にわたって複数の搬送波を通過させることができるように、ＤＡＳの周波数範囲にわたって高い線形性を有する。]
[0064] 本実施の形態では、中間のチェーン増幅器（すなわち、ハブおよびモジュールＲＦ経路における）は広い帯域幅（３ｄＢ利得帯域幅２．７ＧＨｚ）およびより高い線形性（平均ＯＩＰ２が５０ｄＢｍ、ＯＩＰ２は２次の２トーン歪み積（two-tone distortion product）が所望の信号と電力的に等しくなる理論的な出力レベルである）を有する。また、線形ＤＦＢレーザは、固定値ではなく工場で較正された入力バイアス電流を使用する場合、３０ｄＢｍのＯＩＰ２を達成する。また、遠隔ユニットのフィルタは２．７ＧＨｚ以上の２次成分（すなわち、１．３５ＧＨｚ以上の搬送信号から生じる２次成分）を減衰させる。これにより、１．３５ＧＨｚ以上における増幅器の性能は、２次よりむしろ３次によって制限されうる（３次による制限は、典型的には２次よりも６ｄＢ低いバックオフ（back-off）を可能とする）。パワー増幅前置ドライバは、１．３５ＧＨｚより下において、６０ｄＢｍのＯＩＰ２を有する。パワー増幅器は、ツイントランジスタ高線形性設計であり、７０ｄＢｍのＯＩＰ２を達成する。]
[0065] よく知られているように、周波数−長さ積である「帯域幅（bandwidth）」、通常は全モード励振（ＯＦＬ、over-filled launch）についてのそれ、によってマルチモードファイバは特徴付けられる。全モード励振の代わりに限定モード励振を高次のモードを避けるために使用することによって、上記パラメータによって示されている表記上の限界について改良し、伝送をより改良された態様で実行しうる。この方法では、ベースバンドデジタル信号は帯域幅パラメータが予測するよりも高い繰り返しレートでまたは長い距離を運ばれうる。本発明者は、許容される周波数の限界値を超えて広がる使用可能な性能領域であって励起モードの適切な選択によってアクセスされうる使用可能な性能領域、があることを発見した。この領域は、励振条件が適切な場合は、おおむね零または損失的な領域を伴わないものとすることができる。]
[0066] 励振は、オフセット付き軸平行、角度オフセット、または他の任意の低次および高次のモードを抑制するような励振のいずれかであってもよい。あるマルチモードファイバについては、中央励振（centre launch）がうまくいく。あるｍｍｆ設置技術においては、中央励振が最初の試みとして使用され、そこで重大な利得の零点（nulls）が存在する場合、次にオフセット励振に切り替えられる。]
[0067] 遠隔ユニット３１０の実施の形態では、上りリンク経路から始めて、フォトダイオード３５０と電子部品（不図示）とレーザ３７０とからなる光学モジュール１８０がある。フォトダイオード３５０は、下りリンクファイバ５０１に対する光学コネクタを伴う。電子部品（不図示）は、光学信号を所望の電気信号に変換する。レーザ３７０は、上りリンクファイバ５０２の接続を可能とする励振を有し、そのレーザのために必要な駆動電子部品（不図示）を伴う。]
[0068] フォトダイオード３５０は、入力ファイバ５０１からの光を受けてノード３５１に電気的出力を提供するように結合されている。電気的ノード３５１における信号は、ファイバ５０１の光の変化と直接対応する。電気的ノード３５１は、遠隔ユニットの電子部品３１５への入力を形成する。電子部品３１５はパワー検出器３５２を有し、そのパワー検出器３５２の出力はフィルタ３５３に接続される。フィルタ３５３は、デジタルコントローラ３５５へのローパス出力３５４を有する。フィルタ３５３のハイパス出力３５６は、スロープ補償器３５７に供給され、そのスロープ補償器３５７の出力はスイッチ３５８および制御可能な減衰器３５９を介して高線形性パワー増幅器３６０（広い動作帯域内でフィルタリングを伴わない）に供給される。高線形性パワー増幅器３６０は、送信アンテナ（不図示）を駆動するための出力３６１を有する。]
[0069] 制御可能な減衰器３５９は出力レベル制御と協働して、異なる損失量を伴う異なる光学リンク長およびタイプを許容する。これはスロープ補償器３５７と連携して使用される。スロープ補償器３５７は後述のように、上記の異なる光学リンクの利得プロファイルを平坦化する。３６２はもうひとつの可変減衰器であり、この可変減衰器はシステムの感度（減衰が零＝感度は高いが干渉に弱い、減衰が大きい＝感度は低いが干渉に強い）を変えるために使用される。]
[0070] ある実施の形態では、ＡＧＣ検出器（不図示）が提供される。ＡＧＣ検出器は、干渉に対する適応的な保護のために使用されうる。以下の場合について、これは広帯域システムにとって有用である。その場合とは、建物の中に、ＤＡＳの帯域内であるがＤＡＳに接続された基地局やリピータには関係のない上りリンク無線源が多く存在するような場合である。]
[0071] ハブからの上りリンク上のパワー検出器３５２は、ハブから遠隔ユニットまでのファイバ損失を測定するために使用される。フィルタ３５２は、ハブと遠隔ユニットとが通信するための低周波数で帯域外の通信チャネルを抽出および挿入可能とする。]
[0072] 本実施の形態の下りリンク側では、受信アンテナからの入力３６２は、制御可能な減衰器３６３の入力にＲＦ信号を提供する。この減衰器は、低ノイズ増幅器３６５と接続された出力ノード３６４を有する。低ノイズ増幅器３６５は、スイッチ３６６を介してフィルタ回路３６７と接続される出力を有する。フィルタ回路３６７の出力は適切な駆動回路（不図示）を介してレーザ３７０、ここではＤＦＢレーザ、に接続される。レーザ３７０の光学的出力は、下りリンクファイバ５０２へ光を入射させるように接続される。]
[0073] コントローラ３５５からの信号は、フィルタ３６７および下りリンクファイバ５０２を介してハブへ返されてもよい。]
[0074] 各ファイバ経路（fibre run）は絶対的な損失を有する。この損失は、媒体や長さや周波数に対する利得のスロープによっても変化するであろう。例えば、より高い周波数（例えば、２．７ＧＨｚ）ではより低い周波数（例えば、２００ＭＨｚ）よりも大きく減衰される。利得スロープは、動作帯域にわたって１８ｄＢ程度となりうる。同軸タイプの実施の形態では、利得スロープは２３ｄＢに達しうる。ハブと全ての遠隔ユニットとの間で略平坦な周波数応答を達成することが望ましい。そうでなければ、異なる周波数と異なる遠隔ユニットにおける複数のサービスについて、それらのサービスの絶対的なおよび相対的なパワーレベルを正確に制御することは不可能となる（広帯域ＲＦシステムにおいては、いったん複数のサービスが統合されると、それらを分離してレベルをシフトさせることはできないからである）。したがって、各相互接続は、全てのサービスの相対的なパワーレベルがケーブルの長さや種類に依らなくなるように、スロープおよび利得について補償されている。これは、スロープ補償器３５７、および上りリンク経路に設けられたその相手となるスロープ補償器によって実現される。実施の形態では、それらの補償器はそれぞれ、自身にプログラムされた選択可能な複数の周波数対利得特性を有する。そこでは、コントローラ３５５は、対象のファイバの特性を実質的に補償する特性を選択しうる。]
[0075] 特性はセットアップ手順の間に選択される。この例では、ハブ内のファイバ５０１、５０２に接続された信号生成器が制御され、所与のパワーレベルを有し所望の第１帯域内周波数を有する信号が下りリンクファイバ５０１に提供され、それ故パワー検出器３５２に提供される。検出されたパワーレベルはコントローラ３５５に伝えられる。次に、異なる第２帯域内周波数が下りリンクファイバ５０１を介して出力され、それに関連するパワーが検出され、その値がコントローラ３５５に供給される。これは異なる周波数について繰り返され、ファイバ３５５の周波数特性についての情報が得られる。本実施の形態のコントローラ３５５は、上りリンクファイバ５０２を介してハブに、パワーレベルについての情報を送り返す。そこでは、最も良くフィットする補償特性の選択が行われている。次に、命令信号が下りリンクファイバ５０１を介して送出される。この信号はコントローラ３５５に渡される。コントローラ３５５は、関連する最も良くフィットする曲線を補償器３５７が選択するよう命令する出力を有する。]
[0076] ループバック（loop-back）スイッチを使用することにより、同様な方法で上りリンクファイバの周波数特性を補償するために、ハブ内の信号生成器を使用することができる。他の実施の形態では、コントローラ３５５は、ハブからのさらなる命令なしにそれ自身が行う測定に基づいて関連補償器３５７の特性を設定するようプログラムされる。他の実施の形態では、信号生成器はハブにも遠隔ユニットにも設けられてもよい。あるいはまた、信号生成器は試運転過程の一部として必要に応じて一時的に接続されてもよい。]
[0077] 本実施の形態では、ファイバはマルチモードファイバであり、レーザ３７０はそのファイバとシングルモードパッチコードを介して接続される。これにより、ファイバ５０２への、同軸であるが空間的にオフセットされた光の入射が提供される。]
[0078] 上りリンク側のスイッチ３５８は下りリンク側のスイッチ３６６と共に、ハブからの信号をハブへスイッチバック可能とするループバック機能を提供する。これにより、ハブはＲＦループバック測定を行うことができる。これは、ケーブル／ファイバの損失を周波数にわたって測定するために、ハブから遠隔ユニットへ行き、ハブに返ってくる測定である。]
[0079] 下りリンク経路上の制御可能な減衰器３５９および上りリンク経路上の制御可能な減衰器３６３はそれぞれ、出力パワー制御および入力信号レベル制御を可能とする。システムでは遠隔ユニットごとに２つのスロープ補償モジュールが必要である。本実施の形態では、上りリンク上の一方３５７はＲＵ３１１に設けられ、下りリンク上のそれ３６３はハブに設けられる。それらは送信チャネルの、特にファイバ５０１での周波数依存の損失を補償するよう動作する。]
[0080] アンテナは典型的にはアクティブ要素およびパッシブ要素からなる。アクティブ要素はアンテナであり、信号のための導電性の接続を有する。パッシブ要素は信号の入力や出力を可能とするよう導電的に接続されてはおらず、以下、「スタブ」と称される。]
[0081] 図３を参照すると、アンテナモジュール１の第１の実施の形態は、２つの広帯域印刷モノポールアンテナ１０、１１を有する。各モノポールアンテナは単一のプリント基板２０上に設けられている。ＰＣＢ２０は共通のグランド面２１と垂直に立設されている。グランド面は幅寸法と長さ寸法を有し、本実施の形態では長さ寸法は幅寸法よりも大きい。アンテナ構成は、要求される隔離、例えばシステムの周波数範囲にわたって４０ｄＢ、を提供するよう構成される。本実施の形態は、単一のアンテナモジュールとしてパッケージされた単一ＰＣＢ解を提供する。この場合、隔離はデザインにもともと備わっているものであってアンテナの位置決めによるものではない。] 図３
[0082] 本実施の形態では、アンテナモジュールはそれを駆動する電子部品から離れている。他の実施の形態では、アンテナモジュールは広帯域パワー伝送増幅器および低ノイズ受信増幅器と一体とされる。この場合、設置の複雑さを最小化できる。]
[0083] 本実施の形態の２つの広帯域印刷モノポールアンテナ１０、１１は横方向に離間され、共通の平面内に並べて配置される。本実施の形態では、２つのアンテナ１０、１１は、略矩形パッチのようなものである。各パッチは、高さ寸法を規定しグランド面２１に垂直な方向に伸びる第１辺を有する。その高さ寸法はアンテナの幅寸法と同様である。その幅寸法は、ＰＣＢに沿う方向であってグランド面２１の長い方の寸法に対応する方向、に伸びる第２辺であって第１辺に垂直な第２辺、によって規定される。他の実施の形態では、各アンテナは棒やストリップやパッチとして構成されうる。]
[0084] 電気技術における高さ寸法は、典型的には最低動作周波数における４分の１波長である。本実施の形態では、パッチ１０、１１の高さはこの値よりも物理的に短い。これは、パッチの面積（要素の周囲）と、基板２０の誘電率である約４．５の誘電率を有する誘電体によってパッチが囲まれており、この場合その誘電体にパッチが固着されているという事実と、による。]
[0085] アンテナ１０、１１は、２λより短い距離だけ互いに離されている。電気的接続は、それぞれの絶縁フィードスルー１２、１３を介する。]
[0086] 各モノポールはその近くに設置された第１スタブ３１、３２、３３、３４の対応する組を有し、かつ、モノポール間に位置する補助的スタブ３５、３６、３７を有する。スタブはグランド面２１にアースを取られており、その面から伸びている。各スタブ３１−３７は、主に高さ寸法と平行に伸びる少なくともひとつの第１近接部を有する。本実施の形態では、第１スタブ３１−３４は主に逆「Ｌ」字形状を有し、その末梢部は、近接部の離れている方の端からグランド面２１の長さ寸法と主に平行に伸びる。本実施の形態では、第１スタブ３１−４は誘電体によって囲まれておらず、比較的細い。したがって、約４分の１波長の電気的長さに対応するその第１スタブの物理的な長さは、パッチの高さよりも大きい。第１スタブは３１と３２の組および３３と３４の組としてプリント基板２０の各サイドに設けられる。第１スタブは縦方向的にはパッチアンテナ１０、１１間に、対応するパッチアンテナからグランド面２１の長さ寸法において離間されて配置される。その離間の距離は、スタブの末梢部の長さとほぼ等しい。その構成は、末梢部の端部が対応するパッチアンテナ１０、１１の縁と揃うような構成である。]
[0087] 本実施の形態を含むいくつかの実施の形態では、アンテナモジュールの全体の寸法をできるだけ小さく保つことが望ましい。これは主に審美的な理由によるが、そのアンテナモジュールをできる限り多様な場所で使用可能とすることを確かなものとするという理由もある。しかしながら、小ささには限定事項が存在する。それは、第１スタブ３１−３４の高さ寸法の長さに起因し、また、第１スタブはアンテナモジュールの中心軸上に設けられていないという事実にも起因する。近接部および末梢部の長さは約λ／４であり、λは最低周波数帯域、例えば８５０−９５０ＭＨｚ、における波長である。]
[0088] この長さを得るため、既述の通り、要素はその長さの一部にわたって水平方向に折り曲げられる。その垂直／水平比はある程度任意である。本実施の形態の場合、その比はアンテナモジュールが収まるレードーム（radome）のプロファイルにぴったりとフィットするよう選択される。しかしながら、スタブ要素を折り曲げることには不利な点がないわけではない。水平部分（末梢部）とグランド面２１との間が近いために、水平部分はスタブに静電容量を加えるからである。余分な静電容量は、パッシブ要素の物理的な全長に影響を与える。]
[0089] 第１スタブ３１−３４の位置の選択は重要である。その選択がアンテナ間の直接的なカップリングの良い相殺を生じさせるからである。位置の選択は、それが複数の要因に依るために、試行錯誤によって得られうる。ひとつのこととして、スタブの電気的な長さの任意の変化は位相の変化を引き起こし、その結果パッシブ要素の物理的な配置に影響が出る。説明されている実施の形態では、第１スタブ３１−３４は寸法的に互いに同一である。異なる長さのスタブが選択されてもよいが、その場合同じ相殺プロファイルを得るための第１スタブの物理的な配置は変わるであろう。]
[0090] 示されている第１スタブは全て外側を向いている。すなわち、第１スタブの末梢部はグランド面の中央領域から離れる向きを向いている。しかしながら、代替的に、いくつかまたは全ての第１スタブが内側を向いていてもよい。この場合、末梢部は互いに対向する。各配向はそれぞれ異なる位相への影響を有しており、第１スタブの異なる配置を必要とする。]
[0091] 説明されている実施の形態は、外向きに折り曲げられた第１スタブ３１−３４を有する。これは、パッチアンテナ１０、１１の周波数性能を低減する利点を有し、スタブとカップリングするパワーに対するよりよい制御を可能とする。]
[0092] 本実施の形態では、さらなるスタブ３５−３７はパッチアンテナ１０、１１と同一平面内にあり、それら自身がパッチ形状を有しており、ＰＣＢ２０上に設けられる。本実施の形態では、スタブ３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７はストリップである。しかしながら、他の実施の形態では、スタブは棒状や他の断面などの任意の好適な形状を有してもよい。本実施の形態では、比較的小さい矩形のスタブ３５、３７と中央矩形スタブ３６との組が存在する。各比較的小さい矩形のスタブ３５、３７は、パッチアンテナ１０、１１の隣接縁間の距離の約３分の１のところに設けられ、パッチアンテナ１０、１１の高さの約３分の１の高さを有する。中央矩形スタブ３６は、小さい矩形のスタブ３５、３７の高さの約２倍の高さを有する。各スタブのＰＣＢ２０の長さ方向に沿った長さは、パッチアンテナ１０、１１間の間隔の約１２分の１である。中央矩形スタブ３６の高さは第１スタブ３１、３２、３３、３４の長さの約半分であり、本実施の形態では１８５０ＭＨｚ−１９５０ＭＨｚの中心周波数範囲において隔離を提供する。小さな矩形のスタブ３５、３７は２．２−２．６ＧＨｚ範囲において同じ機能を有する。]
[0093] ２つのパッチアンテナ１０、１１は、アプリケーションおよびパッケージング上の制限のために、互いに近接して配置される。アンテナ間のＲＦ隔離が最も低い値となるのは、最低周波数のときである。最低周波数において共振的となる第１スタブ３１、３２、３３、３４を追加することによって、アンテナ間に元々のカップリング経路を相殺するような代替的なカップリング経路を提供することができる。その結果アンテナ間の隔離を強めることができる。第１スタブによる相殺の帯域幅は、周波数のより低い範囲をカバーする。]
[0094] より高い周波数帯域では、パッチアンテナ１０、１１間のカップリングパワーは、それらの間の電気的な分離が強まるので減少する。これらの帯域では、スタブはより小さなサイズを有し、したがってパッチアンテナ１０、１１からより遠くに配置されうる。相殺レベルに対する影響は第１スタブ３１−４の影響ほど劇的ではない。しかしながら、それらは高い周波数において数ｄＢ程度の追加的な隔離を提供する。]
[0095] 中央の周波数範囲では、スタブ３１、３２、３３、３４はいくらかの隔離を提供するリフレクタ／ディレクタ（directors）として働く。中央のさらなるスタブ３６はこれらの中央の周波数範囲において共振する傾向にあり、それによって２つのアンテナ１０、１１間の隔離が誘起される。また、小さなさらなるスタブ３５、３７からもいくらかの寄与がある。これらの周波数では、アンテナ間の電気的な分離の明白な強化によって隔離が強められる。]
[0096] 高端の周波数では、小さなさらなるスタブ３５、３７が共振する傾向にあり、それらの影響によってアンテナ１０、１１間の電気的な分離が強まる。第１スタブ３１、３２、３３、３４は全体的な隔離にほとんど寄与せず、中央のさらなるスタブ３６は隔離にいくらか寄与する。]
[0097] 本実施の形態では、スタブおよびさらなるスタブ３１−３７の全ては導電性のグランド面２１に電気的に固着されている。本実施の形態ではモノポールにつき２つの第１スタブが使用されているが、他の数もまた想定される。]
[0098] 本実施の形態では、スタブは対称的に配置される。図３参照。しかしながら他の実施の形態では、所望の性能に対する条件によっては非対称性がよりよい結果を提供しうる。所望の隔離を得るためにはスタブの配置を変えることが必要であろう。スタブの設置がアンテナ−アンテナ間隔離において重要な役割を果たすことが分かったからである。] 図３
[0099] 説明される実施の形態では、デュアルアンテナモジュールは遠隔ユニットと一体とされる。広帯域送信パワー増幅器および信号受信のための低ノイズ増幅器はデュアルアンテナモジュールと一体とされる。これにより、設置の際の複雑さを最小化し、最高のノイズおよびマッチング性能を提供できる。他の実施の形態では、アンテナは遠隔ユニットと分離される。]
[0100] 分散アンテナシステムの説明される実施の形態では、ハブから遠隔ユニットへの信号の伝送はマルチモードファイバを介して行われる。本実施の形態では、各上りリンクファイバおよび各下りリンクファイバについて、そのそれぞれに対応するひとつのレーザダイオードが使用される。これにより、複数のサービスが提供される。もし望まれるのであれば、サービスごとにまたはサービスの異なるグループごとに異なるレーザを使用できることは言うまでもない。他の実施の形態では、信号伝送の他の手段が代わりに使用される。例えば、同軸ケーブルを上りリンクのためにひとつ、下りリンクのためにひとつ使用したデュアル同軸ケーブルを使用できる。あるいはまた、シングルモードファイバを代替的に使用してもよい。]
[0101] 説明されたシステムの実施の形態のアーキテクチャはｍｍｆを使用しているが、それはシングルモードファイバの実施の形態にも完全に適用可能である。光学モジュール１８０および対応するハブ側の光学モジュールが無い場合、ファイバの代わりに導電性リンクが使用されうる。ある実施の形態では、導電性リンクと導電性リンクとをマッチさせて要求される信号レベルを運ぶために、インタフェースモジュールが必要とされる。しかしながら、他の実施の形態では、導電性リンク、例えば同軸ケーブルへの直接接続も可能である。同軸ケーブルリンクが提供される場合、その同軸ケーブルは遠隔ユニットへ電源を供給するために使用されうる。]
[0102] 図４を参照すると、アンテナモジュールの別の実施の形態１００は、２つの広帯域印刷モノポールアンテナ１１０、１１１を有する。各モノポールアンテナは、単一のＰＣＢ２０上に設けられる。このアンテナモジュールは適切なチョークを伴い、システムの周波数範囲にわたって要求される隔離を提供するよう構成される。本実施の形態は、単一のアンテナモジュールとしてパッケージされた単一ＰＣＢ解を提供する。この場合、隔離はデザインにもともと備わっているものであってアンテナの位置決めによるものではない。] 図４
[0103] 説明される実施の形態の２つの広帯域印刷モノポールアンテナは、同一平面内に互いに平行にかつＰＣＢ１２０のグランド面１２１と垂直に設けられる。本実施の形態では、各アンテナ１１０、１１１はパッチのようなものである。しかしながら、他の実施の形態では、各アンテナは棒やストリップやパッチとして構成されてもよい。]
[0104] 両アンテナは同じ配向を有する。すなわち、それらは電気的に共通の金属のグランド面の上に取り付けられており、互いに２λより短い距離だけ離されている。電気的接続は、対応する絶縁フィードスルー１１２、１１３を介する。]
[0105] 各モノポールはその近くに設置されたスタブ１３１、１３２、１３３、１３４の対応する組を有する。これらのスタブにより、ビームパターンを形成して他方のモノポールから離れる向きにより強い指向性を持たせることができる。すなわち、モノポール間の隔離が強化される。本実施の形態では、スタブ１３１、１３２、１３３、１３４はパッチアンテナと実質的に同じ高さを有するストリップである。しかしながら、他の実施の形態では、スタブは棒状や他の断面などの任意の好適な形状を有してもよい]
[0106] ２つのアンテナ１１０、１１１は必然的に互いに近接して配置される。アンテナ間のＲＦ隔離が最も低い値となるのは、最低周波数のときである。この周波数において共振するスタブ１３１、１３２、１３３、１３４を追加することによって、アンテナ間に元々のカップリング経路を相殺するような代替的なカップリング経路を提供することができる。その結果アンテナ間の隔離を強めることができる。スタブによる相殺の帯域幅は、周波数のより低い範囲をカバーする。]
[0107] 中央の周波数範囲では、スタブ１３１、１３２、１３３、１３４は、アンテナ１１０、１１１およびスタブ１３１、１３２、１３３、１３４の結果としての指向性に起因するいくらかの隔離を提供するリフレクタ／ディレクタ（directors）として働く。これらの周波数では、アンテナ間の電気的な分離の明白な強化によって隔離が強められる。]
[0108] 高端の周波数では、隔離は主にアンテナ１１０、１１１間の電気的な分離の強化に起因する。スタブ１３１、１３２、１３３、１３４はアンテナ間の全体的な隔離にほとんど寄与しない。]
[0109] 本実施の形態では、スタブ１３１、１３２、１３３、１３４は導電性のグランド面に電気的に固着されている。本実施の形態ではモノポールにつき２つのスタブが使用されているが、他の数もまた想定される。]
[0110] 多くのアプリケーションにおいて、スタブの長さを約λ／４とすると好適な結果が得られることが見出された。しかしながら、スタブの長さは変更されてもよく、また、全てのスタブが同じ長さを有することは重要ではない。]
[0111] 第２の実施の形態では、スタブは対称的に配置される。しかしながら他の実施の形態では、所望の性能に対する条件によっては非対称性がよりよい結果を提供しうる。所望の隔離を得るためにはスタブの配置を変えることが必要であろう。スタブの設置がアンテナ−アンテナ間隔離において重要な役割を果たすことが分かったからである。スタブは第２の放射源として働き、したがってスタブからスタブそしてスタブからアンテナへの第２のカップリング経路を提供する。これらの第２の経路は、スタブが存在していなければアンテナ間に存在していたはずの主たるカップリング経路を相殺するように構成されうる。]
[0112] 第２の実施の形態では、グランド面をそれ自身の周りで折り返すことによってグランド面を長くし、もって低い周波数での隔離を強化できる。この場合、折りたたまれたグランド面に孔を形成することが必要である。各モノポールの中心の下には単一のグランド面のみが存在するようにするためである。]
[0113] アンテナモジュールの説明される実施の形態では、アンテナモジュールはそれを駆動する電子部品から離されている。他の実施の形態では、アンテナモジュールは広帯域パワー伝送増幅器および低ノイズ受信増幅器と一体とされる。この場合、設置の複雑さが最小化される。説明されるマルチメディアアーキテクチャによると、高い柔軟性を得ることができる。他の実施の形態では、搬送波変調された信号のみがマルチモードファイバによって運ばれ、デジタルまたはベースバンド信号は別のアンテナフィード、例えば同軸ケーブルによって運ばれる。]
[0114] 本発明はいくつかの特定の例に関して説明された。本発明は説明された特徴に限定されるものではない。]

权利要求:

請求項1
単一のパッケージに個々に設けられた送信アンテナおよび受信アンテナを備える広帯域アンテナデバイスであって、使用中に前記送信アンテナからのノイズが前記送信アンテナから隔離されるような相互隔離を提供するよう構成され、そのことによって送信と同じ周波数での受信が可能とされた、広帯域アンテナデバイス。
請求項2
前記アンテナは相互に物理的に近接して設けられる、請求項１に記載のアンテナデバイス。
請求項3
前記アンテナは最低周波数における波長の２倍よりも短い距離だけ互いに離されている、請求項１に記載のアンテナデバイス。
請求項4
前記アンテナ間の電気的な隔離を強めるために、主に前記アンテナ間に設けられたスタブを備える、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナデバイス。
請求項5
前記スタブは、最低送信／受信周波数における波長の約４分の１の寸法を有するスタブを含む、請求項４に記載のアンテナデバイス。
請求項6
前記スタブは、前記広帯域の中心周波数付近および最高周波数付近での隔離を提供するよう構成されたスタブを含む、請求項４に記載のアンテナデバイス。
請求項7
ハブと、関連する送信アンテナおよび関連する受信アンテナを有する少なくともひとつの遠隔アンテナデバイスと、前記ハブから前記送信アンテナへの信号の経路を提供する上りリンクと、前記受信アンテナから前記ハブへの信号の経路を提供する下りリンクと、を備え、当該システムは異なる複数の通信サービスを同時に行うことができる、分散アンテナシステム。
請求項8
以下のサービス、Ｔｅｔｒａ、ＥＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００、ＵＭＴＳ、ＷＬＡＮおよびＷｉＭａｘ、を単一の上りリンクおよび単一の下りリンクを介して同時に行うことができるよう構成された、請求項１に記載のシステム。
請求項9
ハブと、関連する送信アンテナおよび関連する受信アンテナを有する少なくともひとつの遠隔アンテナデバイスと、前記ハブから前記送信アンテナへの信号の経路を提供する上りリンクと、前記受信アンテナから前記ハブへの信号の経路を提供する下りリンクと、を備え、前記上りリンクおよび前記下りリンクのそれぞれは補償デバイスを有し、前記補償デバイスは、対応するリンクにおける周波数に依存する損失に対する補償を提供するよう、複数の選択可能な周波数−利得特性を有する、分散アンテナシステム。
請求項10
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナは単一のモジュールに設けられる、請求項９に記載のシステム。
請求項11
前記上りリンクおよび前記下りリンクはそれぞれ、１３０ＭＨｚから２．７ＧＨｚの範囲の周波数を有する信号を運ぶ、請求項７から１０のいずれかに記載のシステム。
請求項12
前記上りリンクおよび前記下りリンクはマルチモードファイバによって提供される、請求項７から１１のいずれかに記載のシステム。
請求項13
各ファイバの励振の際はモードの数は制限され、好ましくは、前記各ファイバの励振の際は最低次数のモードおよび最高次数のモードが除去される、請求項１２に記載のシステム。
請求項14
前記上りリンクおよび前記下りリンクは、同軸ケーブルなどの導電性リンクおよびシングルモードファイバのうちのひとつまたは複数によって提供される、請求項７から１１のいずれかに記載のシステム。
請求項15
ハブと、関連する送信アンテナおよび関連受信アンテナを有する少なくともひとつの遠隔アンテナデバイスと、前記ハブから前記送信アンテナへの送信信号の経路を提供する上りリンクと、前記受信アンテナから前記ハブへの受信信号の経路を提供する下りリンクと、を備え、当該システムは同一周波数の送信および受信信号を同時に運ぶことができる、分散アンテナシステム。
請求項16
前記遠隔アンテナデバイスを制御するために、前記下りリンクから命令信号を抽出するフィルタを備える、請求項７から１５のいずれかに記載のシステム。
請求項17
前記遠隔アンテナデバイスは、前記フィルタから信号を受信するよう接続された制御デバイスを含み、前記制御デバイスは、前記遠隔アンテナデバイスの部材を制御するための出力を有する、請求項７から１６のいずれかに記載のシステム。
請求項18
所定の搬送周波数を有する電気信号に対して、その搬送周波数を有する対応する信号を広帯域リンクを介してアンテナへ運ぶことによって応答することと、前記アンテナからその周波数を有する信号を放射することと、を含む、分散アンテナシステムの運用方法。
請求項19
前記リンクは１３０ＭＨｚから２．７ＧＨｚに亘る帯域の信号を運ぶ、請求項１８に記載の方法。