JP2006042369A

JP2006042369A - 建物内部でワイヤレス通信の無線周波数カバレッジを拡張する方法

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Publication number: JP2006042369A
Application number: JP2005220110A
Authority: JP
Inventors: Walter Honcharenko; ホンチャレンコウォルター; Gregg Nardozza; ナルドザグレッグ; Vic Pan; パンヴィック
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: EP1622287A2; EP1622287B1; CN1728595A; JP4824361B2; DE602005006907D1; US7406300B2; KR20060048953A; KR101156269B1; EP1622287A3; US20060025072A1

Abstract

【課題】ワイヤレス通信システムにおいて、建物内部の改良されたＲＦカバレッジ拡張を簡単な施工と経済性をもって提供する。
【解決手段】ワイヤレス通信システムは、充分なＲＦカバレッジを住宅等の建物内に供給する少なくとも１つのリピーターアンテナアセンブリを含む。実施例のリピーターアンテナアセンブリは受信信号に関連する経路損失に応じて制御される自動調整可能なゲインを有し、基地局の送受信機の感度低下及び正帰還を回避する。開示されるアセンブリは基地局の感度低下及び正帰還を回避する。他の開示される技術は建物内での選択された最小リンクバジェットを維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には電気通信に関する。より具体的には、本発明はワイヤレス通信システムに関する。

ワイヤレス通信システムは能力及び人気において急成長してきた。現在では、音声、データ及びビデオ通信能力を携帯電話、パーソナルデジタル機器及びラップトップコンピュータのような移動体装置に提供する様々な無線サービスプロバイダーが存在する。サービスプロバイダーの増加と技術的能力の向上によってワイヤレス通信はますます広く使用されるようになった。

そのような通信に関する一つの制約は、住宅の中で充分な信号を得る能力は非常に限られているため、個々のユーザーに対して、彼らの住宅からの全ての通信を移動体装置だけに頼るための信頼性を提供することはできないことであった。多くの住宅の中又は周囲における乏しい無線周波数（ＲＦ）カバレッジをもたらすことについては種々の要因がある。例えば、多くの住宅やビルの構造の金属部分がＲＦを遮断してしまうか、或いは大量の信号伝送と干渉してしまう。ビルの外壁に隣接する住宅においては、断絶物又は窓の加工が金属やフォイルを含んでいることが多く、それによって住宅内部のＲＦカバレッジが減少してしまう。さらに、例えば、種々の金属物や内壁の構造が、多くの場合充分な内部ＲＦカバレッジを妨害してしまうので、個々のユーザーは、住宅の中の全ての場所において一定して彼らの移動体装置に頼ることができなくなってしまう。

住宅や小さなビジネスビル内でも充分なＲＦカバレッジを提供する能力、例えば、移動体装置がそのような構造内でも常に使用できるような能力への要求がある。さらに、ある者にとっては有線の電話システムや高速インターネットをなくし、ワイヤレス通信だけの方がよいということもある。

建物（「ライティングアップ」ビルディング）内にＲＦカバレッジを提供するには従来のリピーターによる手法が２つある。第１の手法は、「外部からのＲＦビル照射」といわれるもので、時として非常に高価であったり、多くの居住区域では入手できなかったりするルーフトップやタワー型等のリピーターアンテナサイトを必要とする。リピーターは外部のＲＦマクロセル信号を捉え、昇圧し、その昇圧された信号を、それが建物の透過損失を上回るであろう期待の下、建物に照射する。しかしながら、建物のＲＦ遮断は不均一であり、予測できるものではなく、十分でないこともある。最終的な内部のＲＦカバレッジは、住宅の内部で呼を受ける場所、サービス局の位置に対する住宅の位置、建物の構造、リピーターサイトの位置、及びリピーターアンテナの向きに依存するので、必要な所で内部の信号レベルが十分でないこともある。

第２の手法は、内部及び外部リピーターアンテナを用いて建物の透過損失をバイパスするものであり、マクロセルＲＦ信号を捉えるための外部アンテナ、建物の透過損失をバイパスするための同軸ケーブル、信号増幅のためのリピーター、及び所望の場所で内部ＲＦカバレッジを作る１以上の内部アンテナを用いるものである。よく見かけるＹａｇｉ等の外部アンテナが住宅の屋根上にサービングマクロセルを指して設置され、長い同軸ケーブルでＲＦ信号を内部に引き込み、リピーターが信号を昇圧して１以上の内部アンテナに供給する。住居、小企業、及び大きなビル内の会議室のような小さなエリアにおいて、通常は低電力リピーターが、リピーターのハウジング部に内蔵された内部アンテナに信号を供給する。設備を設置し、Ｙａｇｉアンテナを所定の方向に向け、リピーター及び内部アンテナを設置し、リピーターゲインを設定するために技術者の訪問がしばしば必要となる。技術者が必要な上、ケーブルを這わせたり外部アンテナを設置したりする必要があることから、多くの家主や小企業の所有者の手の届かない程のコストがかかってしまう。

住宅のような建物内のＲＦカバレッジを最大化するための、システム設計者に対する重大な課題は、例えば、増幅器ゲインの増大によって、基地局受信機の感度低下又はリピーターの正帰還が発生するまで内部のＲＦカバレッジを増大させることである。それらの状態が１つでも起こると、基地局又はリピーターはもはや適切に動作できなくなり、内部カバレッジ、外部マクロセルカバレッジ及びトラフィック容量の損失をもたらす。従って、可能な最良の内部ＲＦカバレッジは、リピーターゲインが基地局受信機の感度低下及びリピーター増幅の正帰還を回避しつつそれらの可能な最も高い設定にセットされた場合に与えられる。

基地局受信機の感度低下は、リピーターがノイズをワイヤレス受信機に注入し、ノイズ底値を上昇させた時に起こる。ノイズレベルはワイヤレス受信機内で上昇するので、高出力の受信信号がノイズの上昇を相殺するために必要となり、「感度低下」をもたらす。これは、特にＣＤＭＡシステムでは問題となる。住宅用リピーターが広く使用された場合、基地局受信機の感度低下を防止する何らかの設備が必要となる。

リピーターの増幅器の出力と入力との間にＲＦ経路がある。物理経路は増幅器入力と出力とに接続されたリピーターアンテナ間での経路損失を持つ。リピーターゲインが高すぎると、増幅器出力から入力までの総経路損失は実用の範囲を超え、リピーター増幅器は制御不能に発振してリピーター又は基地局が動作不能となってしまう。リピーター及びサービング基地局のドナーセルの適切な動作のために、リピーターゲインは正帰還及び基地局受信機の感度低下の双方を回避するように制限されなくてはならない。

リピーターは通常、ＣＤＭＡ・ＩＳ−９５、ＣＤＭＡ２０００、ＵＭＴＳ、ＧＳＭ、ＴＤＭＡ・ＩＳ−１３６及びＯＦＤＭＡのような複数のワイヤレスＣＡＩ（コモン・エア・インターフェイス）をサポートするよう設計された増幅回路を含む。これらは現在のところ、基地局受信機の感度低下及び正帰還を回避しつつ増幅器ゲインをそれらの可能な最も高い設定に自動的にセットする能力を有していない。それらは一般に、可能な最良の内部パフォーマンスを達成するために必要な増幅器ゲインを自動的にセットするようには特定のＣＡＩの特性を活用しない。正帰還打消し回路を持つものもあるが、それでもなお、リピーターアンテナ間に十分な絶縁がない場合は制御不能に発振することがある。これは、アンテナアセンブリの設計がリピーターの増幅器回路設計に集約されていない場合に起こる。また、正帰還が起こる前に自動的にリピーターゲインを戻すものもあるが、基地局受信機の感度低下を防ぐことはできない。また、それらは、所望の最小内部リンクバジェットがサポートされるときのみリピーターが動作することを可能とするＲＦ信号レベルしきい値を与えるわけでもない。

本発明はこの技術の現在の状況を脱し、建物内部の改良されたＲＦカバレッジ拡張を簡単な施工と経済性をもって提供するものである。

１つの開示される実施例の通信方法は、リピーターアンテナアセンブリのゲインをリピーターアンテナアセンブリで受信された信号に関連する推定損失に基づいて自動的に調整するステップを含むものである。一実施例において、推定損失は、リピーターアンテナアセンブリが設置される住宅又はビルとサービング基地局との間の経路損失に相当する。この推定は全てのＣＡＩの共通特性、即ち、それらの受信された「アクセス及び制御チャネル」信号強度がこの損失と反比例することを利用して行われる。そのような推定によって、基地局受信機の感度低下を回避しつつリピーターゲインをそれらの可能な最も高い設定にセットすることができる。

一実施例のアセンブリは、いくつかの特徴を共通の全体設計に集約するものである。１つの特徴は、基地局受信機の感度低下及び正帰還を回避するために、リピーターゲインを、可能な最良の内部ＲＦカバレッジのための可能な最も高い設定に自動的にセットする能力である。この実施例はまた、多くの住宅消費者が工具を用いずに、かつ、ＲＦ測定を行わずに設置できるような、窓に実装される統合アンテナアセンブリ設計を有する。この実施例はまた、アンテナアセンブリ設計をリピーター増幅器の自動ゲイン設定回路に統合して正帰還を回避する。この実施例の内部回路によって、リピーターがサービスの少なくとも最低の所望内部グレードを提供する。

一実施例において、リピーターアンテナアセンブリは外部アンテナ、内部アンテナ及び双方向ＲＦ増幅器を含む。アンテナアセンブリに関連するゲインは、基地局受信機の感度低下及び正帰還を回避して建物構造内部の可能な最良のＲＦカバレッジを与えるために自動的に調整される。一実施例において、基地局からリピーターアンテナアセンブリまでの損失とリピーターアンテナアセンブリのゲインとの間の選択された比を維持することによって、建物内の可能な最良のＲＦカバレッジを提供し、増幅器ゲインを基地局受信機の感度低下を防止するレベルに維持するとともに正帰還を回避する。

一実施例では、リピーターアンテナアセンブリのアップリンクゲインがアセンブリのダウンリンクゲインと同じに維持される。通常は、ほとんどのマクロセルは均等化されたリンクバジェットに対して設計されるので、上記によって内部及び外部リンクバジェットの均衡が保たれる。

一実施例では、ＣＤＭＡ／ＵＭＴＳ「アクセス及び制御チャネル」に関連する受信されるパイロット信号の電力レベルが用いて、基地局受信機の感度低下を回避しつつも可能な最も高いリピーターゲインを見つけることを可能とするリピーターアンテナアセンブリのゲインを調整する。他の実施例では、統合受信信号電力レベルが、ＣＤＭＡ／ＵＭＴＳシステムにおける損失を推定するために用いられ、減少された損失推定精度でパイロット復調を不要とする。ゲインオフセットは減少された精度を考慮に入れて説明される。再び更に他の実施例では、ＧＳＭ並びにそのＢＣＣＨアクセス及び制御チャネルにこの技術が適用される。

可能な最も高いリピーターゲインを用いても、信号を増幅して所望の最小内部ＲＦカバレッジを提供するのに十分でないこともある。１つの開示される実施例のリピーターアンテナアセンブリは外部ＲＦ信号の状態が最低の所望の内部リンクバジェットをサポートできる時を識別するＲＦ信号レベル表示を含む。従って、オペレーターは内部ＲＦカバレッジにどれだけ信頼性を持たせるかをＲＦ信号レベル表示のしきい値を設定することで選択できる。他のＲＦ信号レベル表示は、アンテナアセンブリが深いレイリーフェーディングを回避するための最適点を探すことを容易にする。

本発明の種々の特徴及び効果が、当業者には以下の詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明に付随する図面は、図面の簡単な説明の欄において説明されている。

図１はワイヤレス通信システム２０を選択された部分により模擬的に示す図である。基地局２２は複数の移動体装置２４とのワイヤレス通信を促進する。このような通信が公知のやり方で行われる。

図１の実施例はまた、建物２６内にワイヤレス無線周波数（ＲＦ）信号カバレッジを提供するのに適しているものであり、建物２６は例えば、住宅、小企業又はオフィスビルの一部分であればよい。説明する実施例において、リピーターアンテナアセンブリ３０が建物２６の少なくとも１つの窓３２に関連付けられている。リピーターアンテナアセンブリ３０は少なくとも最小の内部リンクバジェットを提供し、基地局２２から受信した信号に基づいて建物２６内にＲＦカバレッジを提供する。実施例のリピーターアンテナアセンブリ３０は、正帰還及び基地局受信機の感度低下を回避する可能な最も高いゲインで動作するように設計される。

基地局受信機の感度低下はＧ/Ｌ＜１/Ｆのときは起こらない。ここで、Ｇはリピーターのアップリンクゲイン、Ｌはリピーターと基地局との間の総損失、Ｆはリピーター増幅器４９のノイズファクタである（全て次元のない単位である）。一実施例において、基地局受信機の感度低下を回避するステップは損失Ｌをなくし、リピーターゲインをＧ＝ｋＬ/Ｆとなるように設定する。ここで、ｋは、リピーター増幅器を基地局の感度低下にどれくらい近づけるか決定するｋ＜１のオフセットパラメータである。各リピーターアンテナアセンブリに対する損失Ｌは一般に異なるので、各リピーターは専用のゲイン設定を持っている。

ワイヤレスＣＡＩは、サービング基地局とリピーターとの間の総経路損失Ｌに反比例する受信ダウンリンク電力を持つ移動体アクセス制御チャネルを含んでいる。例えば、一般のＣＤＭＡシステム（ＣＤＭＡ・ＩＳ−９５、ＣＤＭＡ２０００及びＵＭＴＳ）に関連するダウンリンクパイロット信号は基地局で一定の電力で送信されるので、受信パイロット電力はＬに反比例する。他の実施例として、ＢＣＣＨチャネルを用いるＧＳＭ、ＤＣＣＨチャネルを用いるＴＤＭＡ・ＩＳ−１３６、及びアナログ制御チャネルを用いるＡＭＰがある。従って、Ｌを推定する方法は特定のＣＡＩのアクセス制御チャネルに依存する。

総経路損失Ｌを推定するための１つの開示される方法は、一般的なＣＤＭＡシステム内で受信パイロットＰ_rcvpilot（ｍＷ）を復調するステップ、及びその電力をリピーターで測定するステップを含む。Ｐ_０（ｍＷ）を基地局でのパイロット電力（既知の基地局パラメータの値）とすると、Ｌ１＝Ｐ_０/Ｐ_rcvpilot（次元なし）となる。ここで、Ｌ１は受信ＣＤＭＡパイロットの復調に基づくＬの推定値である。総経路損失Ｌを推定する他の開示される方法は、Ｌ２＝ｋ'Ｐ_０/Ｐ_rcvという関係を用いることである。ここで、Ｌ２は統合受信ＲＦ信号の測定のみに基づくＬの推定値であり、Ｐ_rcv（ｍＷ）はリピーターでのダウンリンクキャリアの合計受信電力であり、ｋ'はｋ'＞１のオフセットパラメータである。ＣＤＭＡの一般的な例において、Ｐ_０は既知の基地局構成パラメータであり、最大ダウンリンク基地局電力（標準的なもので３０００ｍＷ）の１５％として選択されることが多く、追加的なトラフィック電力がＰ_rcvを８ｄＢ高いところまで上げることができる。受信パイロット電力の４ｄＢ以内（又はファクタ２．５以内）にするために、ｋ'＝２．５を選ぶ。従って、Ｌ２は、パイロット復調回路を必要としない４ｄＢの精度を有する一般的なＣＤＭＡ・ＣＡＩに対する総経路損失の推定値の例である。Ｌの精度推定値が小さいと、感度低下を回避するのに大きなオフセットが必要になる。説明の目的において、Ｌの推定のうちより低いコストのＬ２を一般的なＣＤＭＡ・ＣＡＩに対して想定する。ＧＳＭ、ＴＤＭＡ又はＡＭＰＳについても、Ｌの推定値はＣＤＭＡに対するＬ１の式と同様のアクセス制御チャネルにおいて、受信電力を測定することによって同様に求められる。例えば、ＧＳＭシステムについて、ＢＣＣＨチャネルに対して調整された２００ｋＨｚの受信機が受信された統合電力Ｐ_rcvを測定し、Ｌに対する推定値はＬ３＝Ｐ_０ＧＳＭ/Ｐ_rcvとなる。ここで、Ｐ_０ＧＳＭは既知のＧＳＭ基地局電力レベルである。同様の式をＴＤＭＡ、ＡＭＰＳ及び他のＣＡＩについて求めることができる。

図２及び３を参照すると、総損失推定値Ｌ２＝ｋ'Ｐ_０/Ｐ_rcvを用いて自動的にリピーターゲインを設定するステップを含み、統合受信電力Ｐ_rcvがＬＮＡ６０によって最初に増幅され、ＲＭＳ検出器６２によってＲＦ信号に共通な一時的フェーディングをなだらかにするために積分され、そしてＡ／Ｄ変換回路６４によってデジタル化される。マイクロプロセッサ６６内の参照表によって、Ｐ_rcvをダウンリンクリピーターゲインＧ_down＝ｋ'ｋＰ_０/ＦＰ_rcvに対してＬの推定値であるＬ２を用いてマッピングし、Ｄ／Ａ変換回路６８がデジタル信号をアナログに戻す変換をする。このゲイン設定がアップリンク自動ゲイン制御回路７０及びダウンリンク自動ゲイン制御回路７２に入力される。この実施例において、リピーター増幅器ゲインが等しく設定される。従って、Ｌの推定精度を補償するための十分なオフセットｋによって基地局受信機の感度低下が起こらないように、リピーターゲインがＧ＝ｋＬ２/Ｆによって設定される。例えば、ＣＤＭＡの実施例については、ｋは１/２.５よりも低くして感度低下を回避する。他のＣＡＩの実施例も、他のＬの推定値に基づいて適切な精度オフセットでリピーターゲインを自動的にセットする。これら他の実施例は、前述したようにＣＡＩアクセス及び制御チャネルの測定によってＬを推定する。図３の実施例におけるＡＤＣ６４、ＤＡＣ６８及びマイクロプロセッサ６６によって示されるＤ/Ａ、Ａ/Ｄ及び参照表等の機能を実行する低価格なチップは市販されている。

正帰還を回避するために、参照表は、正帰還を引き起こすリピーターゲインよりも低いリピーターゲインのみで埋められている。これによってアンテナアセンブリ設計が自動リピーターゲイン回路に集約される。正帰還のゲイン値はアンテナアセンブリの設計に依存する。図２はアンテナアセンブリの実施例を示し、図５は正帰還の経路ゲイン計算方法１００を模擬的に示すものである。図示された実施例において、アンテナアセンブリの代表部材のＲＦ仕様は、ラムダ波長が０.３５２９４１メートル、窓３２の結合損失が３ｄＢ、接続ケーブル４６に関連する損失が３ｄＢ、内部アンテナゲインが６ｄＢｉ、及び外部パッチアンテナの前方・後方比が２５ｄＢである。表１は下記の計算に基づいて、最大正帰還リピーターゲインを３つの異なる動作周波数、及びアンテナ間隔を１、２及び３メートルとした３つの異なる統合アンテナ設計についてまとめたものである。

図２は、窓に実装されたアンテナアセンブリ３０を模擬的に示すものである。この実施例では、外部アンテナ３４がベース３６によってサポートされている。例えば、ベース３６の実装面３８によってベース３６が窓３２の外部表面に保持される。一実施例では、フックやループファスナーの構成が窓に接着され、実装面３８がそのフックやループファスナーに適切に保持されるように構成される。他の実施例では、実装面３８は窓表面に直接保持される接着物を備える。種々の実装方法を用いることができ、この説明から利益を受ける当業者は、適切な実装構成を選択して、それぞれの特定の状況での要求に対処することができる。

窓リピーターアンテナアセンブリ３０の実施例は、実装面３８が保持される窓の内側に対して反対側を向いて支持されるよう適合されたＲＦ結合器４０を含む。この実施例では、ＲＦ結合器４０は、窓に対して接着のような周知のやり方で保持される実装面４２を含む。

一実施例において、ベース３６とＲＦ結合器４０とが互いに窓の反対面に直接的に配置されるような「サンドイッチ」構成で、ベース３６及びＲＦ結合器４０は窓３２の反対の面に保持される。このような構成では、窓のガラス又は混合材料によってアンテナ３４とＲＦ結合器４０との間で多少の損失がもたらされる。一実施例では、窓の材質及び結合器によって３ｄＢの結合損失がもたらされる。ＲＦ結合器４０は建物の外側にあるアンテナ３４によって公知のやり方で検知されるＲＦ信号を効率的に取り込む。

実施例のＲＦ結合器４０は、内部アンテナ４８のための物理的な台としての役割も持つ双方向ＲＦ増幅器４９に接続されるケーブル４６とともにケーブル接続部４４を有する。建物内の様々な場所が内部アンテナ４８のために選択され得る。一実施例として、内部アンテナ４８のベース４９によって、内部アンテナ４８を手軽に、例えば棚や机に置くことも又は内壁に取り付けることが可能となる。ケーブル４６によってＲＦ結合器４０と双方向増幅器４９及び内部アンテナ４８との間の直接の接続がなされ、それらの間の十分な物理的間隔を取ることができ正帰還を回避できる。

多くのものが正帰還の要因となる。例えば、外部アンテナ３４の前方・後方比、ＲＦ結合器４０の損失、内部アンテナ４８と外部アンテナ３４後方との間の経路損失、内部アンテナ４８のゲイン、ケーブル４６の損失、及びアセンブリ４９の増幅器ゲインの全てが正帰還の要因となる。これらの要因の例は正帰還が存在するかを判別するためにＲＦ成分仕様の設定を考慮して合成される。正帰還経路損失（ＰＧ）の一例が図５に模擬的に示され、以下の式によって表される。
ＰＧ＝−Ｌ_cable＋Ｇ_inside−Ｌ_pl−Ｌ_couple−Ｌ_feedback−Ｌ_couple＋Ｇ_amp

経路ゲインが０ｄＢよりも小さければ正帰還は起こらない。リピーターアンテナアセンブリ４９の増幅器のゲインＧ_ampを制限してアンテナ３４と４８との間の最小距離を設定することによって、ＰＧの値が０ｄＢ未満に維持されて正帰還を回避できる。一例として、経路損失Ｌ_plに対応する経路損失のゲインＧ_plが下記のように表される。
Ｇ_pl＝１０log(λ^２/（４πＲ）^２)（ｄＢ）
ここで、Ｒは外部アンテナ３４と内部アンテナ４８との間の距離であり、λは動作周波数の波長であり、メートル単位で表される。

一例において、アンテナ間の距離Ｒが少なくとも１メートルに保たれ、増幅器ゲインが６０ｄＢ以下に維持されると正帰還は起こらない。検討される実施例において、ダウンリンクゲインを６０ｄＢ未満に保てば正帰還を回避できるので、マイクロプロセッサ６６内の参照表が６０ｄＢ未満のゲインで埋められる。一例において、アップリンクゲインはダウンリンクゲインに等しく設定される。

アンテナ間の他の離間距離も、システム構成及び動作周波数のような動作パラメータに従って使うことができる。表１は、それぞれ図５に示される成分ＲＦ仕様の例に基づいて、８５０ＭＨｚ、１.９ＧＨｚ及び２.１ＧＨｚで動作するいくつかの他の例を含んでいる。経路ゲイン計算は内部アンテナが外部アンテナの後方を向くという悪条件を想定してなされるので、これらの結果は控えめなものである。実際には、これらのアンテナは普通は離れて互いに向き合うものである。

一例において、外部アンテナ３４及び内部アンテナ４８は指向性アンテナである。指向性外部アンテナ３４の使用により、サービングマクロセルへの経路損失が低減され、他のマクロセルからのＲＦ干渉が低減される。従って、指向性外部アンテナによって、より多くの住宅がカバーされ、より高いワイヤレスデータレートが達成可能となる。より大きいＲＦ効率のために内部を向いた指向性内部アンテナ４８を使用することにより、信号の大部分が建物２６内に向けられる。２つの指向性アンテナの使用により、それらアンテナ間の効率的なＲＦ結合が低下するので、高いリピーターゲインが正帰還なしに用いられる。アンテナ設計を自動ゲイン回路に集約するにあたり、いくつかのキーアンテナ設計での検討事項がある。一例において、少なくとも内部アンテナ４８の接地面が６ｄＢｉのボアサイトゲインと２５ｄＢの前方・後方比を有する９０°の方位角を生成する。例えば、表１から理解できるように、いくつかの実施例において、動作周波数及び外部アンテナ３４と内部アンテナ４８との物理的間隔は、両方向で約６０〜７６ｄＢまでのＲＦ増幅器ゲインを達成するのに充分である。

実施例の統合された窓アンテナは、通常の住宅所有者に手軽に設置できるように設計され、費用のかかる技術者の訪問を不要とする。実施例のリピーターアンテナアセンブリ３０の重要な利点は、建物構造に対して改修を要せず、建物内の配線の変更を要せず、又は特別な工具を要せずに建物の窓に簡単かつ手軽に設置できることである。

開示される実施例のリピーターアンテナアセンブリ３０の他の特徴は、外部ＲＦ信号が利用可能で内部経路損失の最小の所望レベルが常にサポートされ得る程度に強い時には（図３に示すように）点灯されたＬＥＤ５０のような視覚的表示を使用者に提供できることである。これによって技術者がＲＦ測定を行う必要がなくなる。内部リピーター回路によって、このＬＥＤが点灯しているときのみリピーターが機能することを可能とする。これによって、ワイヤレスサービスプロバイダーにＲＦカバレッジサービスの最小の内部グレードを常に提供する能力が与えられる。この特徴によって、ワイヤレスサービスプロバイダーが最小の所望内部リンクバジェットを選択することを可能として顧客の苦情を防止できる。

レイリーフェーディングによって外部アンテナ３４の位置決めが更に複雑になる。よく知られるように、外部アンテナをわずか数インチ移動しても２０〜２５ｄＢの深い信号フェーディングを発生させてしまう。これらの深いフェーディングによって内部リンクバジェットがダイナミックに低減し、又はリピーターアンテナアセンブリ３０が特定の住宅では使用不能なものとなってしまう。受信ＲＦ信号強度の追加の視覚的表示（即ち、より強い受信ＲＦ信号を示すための複数の順次点灯されるＬＥＤ）を提供することによって、住人がレイリーフェーディングのない、最小又は最小より良い内部リンクバジェットがサポートされるようなアンテナ位置を見つけることを可能とする。

住宅又は小企業の地理的位置が、不十分な受信外部ＲＦ信号のために所望の最小内部リンクバジェットがサポートされないようなものであることもある。この場合、ＬＥＤ５０は点灯せず、リピーターは動作しない。住宅が、「残存」又は余りのマクロセルリンクバジェットＲがあるような所に物理的に位置している場合、内部の移動体はそれが外部アンテナ３４の設置場所に位置する場合よりもより電力レベルがＲｄＢ多く送信できる。内部リンクバジェットを提供するに当たり、その残存のものがリピーターゲインを補う。

一般的に、物理的にサービングマクロセルの近くに位置する住宅の方が、遠くに位置するものよりも多くの残存リンクバジェットを有する。従って、近くに位置する住宅は一般に、より良い内部カバレッジを持つことになる。それらはまた、より強い「アクセス及び制御チャネル」信号強度を外部で有することになり、最初のＬＥＤ５０が点灯するしきい値が、どれだけの残存リンクバジェット、及びどれだけの内部リンクバジェットがサポートされるのかを判別する。

ＬＥＤのしきい値は、最大許容リピーターゲインに対する所望の最小内部リンクバジェットと利用可能な残存リンクバジェットとをトレードオフするリンクバジェット手法に従う。所望の最小内部リンクバジェットの値はサービスプロバイダーの方針上の選択になる。最大許容リピーターゲインは、先に述べたようにアンテナアセンブリ設計及び動作周波数に依存する。利用可能な残存リンクバジェットはサービング基地局の位置に対する住宅の位置に依存する。リンクバジェット手法の詳細は特定のＣＡＩに固有のノイズ及び干渉の取り扱いに依存する。当業者であれば、この一般的記載から特定のＣＡＩ及びアンテナアセンブリに対して関係する詳細事項をどのように導入ればよいかは理解できるであろう。

「残存」リンクバジェットＲの最も直感的定義は、移動体がちょうど外部アンテナが配置されている場所に位置するときの最大送信移動体電力と実際の送信移動体電力との差である（単位はｄＢ）。バランスの取れたドナーセルリンクバジェットであれば、残存リンクバジェットもまた数学的に表すことができる。それは、
Ｒ＝Ｍ−ｐＬ（ｄＢ）である。
ここで、
Ｒ（ｄＢ）は直感的に定義される残存リンクバジェットである。
Ｍ（ｄＢ）は建物や乗り物の透過損失を除いたＣＡＩ固有のドナーマクロセルリンクバジェットであり、アンテナゲインの単位はｄＢｉである。
ｐＬ（ｄＢ）は基地局の増幅器出力点と外部リピーターアンテナが配置される窓外部の点との間の損失である。

なお、ｐＬはＬとは若干異なって定義されている。厳密には、Ｌはサービング基地局の増幅器の出力とダウンリンクリピーターの増幅器の入力との間の損失である。ｐＬとＬとの関係は、
Ｌ＝ｐＬ−Ａｎｔ_outside＋Ｃｌ（ｄＢ）である。
ここで、
Ｃｌ（ｄＢ）は外部アンテナ端子からダウンリンクリピーターの増幅器の入力までのケーブル及びＲＦ結合の損失である。
Ａｎｔ_outside（ｄＢ）は外部リピーターアンテナのゲインである。
従って、ダウンリンクリピーターの増幅器の入力での残存リンクバジェットＲは、
Ｒ'＝Ｒ＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ（ｄＢ）で与えられる。
ここで、Ｒ'（ｄＢ）はダウンリンクリピーターの増幅器の入力での残存リンクバジェットである。

内部リンクバジェットＬＢ_insideは、
ＬＢ_inside＝Ｒ'＋Ｇ＋Ａｎｔ_inside（ｄＢ）で与えられる。
ここで、
ＬＢ_inside（ｄＢ）は内部リンクバジェット又は内部経路損失である。
Ｇ（ｄＢ）はリピーターの増幅器の自動的にセットされるゲインである。
Ａｎｔ_inside（ｄＢｉ）は内部アンテナのゲインである。

内部リンクバジェットＬＢ_insideは、直感的残存リンクバジェットＲの観点で表される。
Ｇ＜Ｇ_fbに対して設定されたＬについて：
ＬＢ_inside＝Ｒ＋Ｇ＋Ａｎｔ_inside＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ（ｄＢ）
上記以外の場合：
ＬＢ_inside＝Ｒ＋Ｇ_fb＋Ａｎｔ_inside＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ（ｄＢ）
ここで、Ｒ及びＧ（ｄＢ）はＬについての単調関数である。
Ｇ_fb（ｄＢ）は正帰還を回避するために参照表に入力される最大ゲインであり、アンテナアセンブリの設計に依存する。
再度説明すると、リピーターゲインはＬの推定値に基づいて自動的に設定され、Ｇが正帰還を回避するためにＧ＜Ｇ_fbで以下のようになる。
Ｇ＜Ｇ_fbの全てのＬについて：
Ｇ＝Ｌ−ｆ＋Ｋ（ｄＢ）
上記以外の場合：
Ｇ＝Ｇ_fb（ｄＢ）
ここで、
Ｇ（ｄＢ）は自動的にセットされるアップリンク及びダウンリンクリピーターゲインである。
ｆ（ｄＢ）はリピーターの増幅器のノイズ値であり、ｆ＝１０log(Ｆ)である。
ＫはＬを推定する精度を考慮するための先に定義されたオフセットパラメータであり、Ｋ＝１０log(ｋ)、ｋ＜１である。

Ｇ＜Ｇ_fbにおいて、
Ｌ＝Ｇ＋ｆ−Ｋ、即ち、
ｐＬ＝Ｇ＋ｆ−Ｋ＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ
Ｍ−Ｒ＝Ｇ＋ｆ−Ｋ＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ
Ｒ＝Ｍ−Ｇ−ｆ＋Ｋ−Ａｎｔ_outside＋Ｃｌ（ｄＢ）
従って、内部リンクバジェットは、
ＬＢ_inside＝Ｍ−ｆ＋Ｋ＋Ａｎｔ_inside（ｄＢ）、Ｇ＜Ｇ_fbとなる。

Ｇ＝Ｇ_fbにおいて、所望の最小内部リンクバジェットＤ_inside（ｄＢ）を選ぶ。
残存リンクバジェットは、
Ｒ＞Ｄ_inside−Ｇ_fb−Ａｎｔ_inside＋Ａｎｔ_outside＋Ｃｌ（ｄＢ）を満たさなければならない。
住宅は、最小の所望の内部リンクバジェットを得るためには、以下の経路損失ｐＬ（ｄＢ）のサービングドナーマクロセル内に位置しなければならない。
ｐＬ＜Ｍ−Ｄ_inside＋Ｇ_fb＋Ａｎｔ_inside＋Ａｎｔ_outside＋Ｃｌ（ｄＢ）
ｐＬの最大値ｐＬ_maxは以下のように与えられる。
ｐＬ_max＜Ｍ−Ｄ_inside＋Ｇ_fb＋Ａｎｔ_inside＋Ａｎｔ_outside＋Ｃｌ（ｄＢ）

図４は、以下のパラメータの値においての、所望のリンクバジェットＤ_inside対最大損失ｐＬ_maxの例示的トレードオフを示すものである。
Ｍ＝１.５４（ｄＢ）、Ｍは建物又は乗り物の透過損失を除いたマクロセルリンクバジェットである。
Ｇ_fb＝７０（ｄＢ）、表１における実施例の１つに示したアンテナアセンブリ設計でサポートされるものである。
Ａｎｔ_inside＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ＝６（ｄＢ）
図４は、所望の内部リンクバジェットが大きくなるほどサービングドナーマクロセルからサービスを受ける住宅又は小企業への最大損失ｐＬが少なくなることを示すプロット線８０を含む。これは、リピーターによってカバーされる住宅が少ないほど最小の所望の内部リンクバジェットは大きくなることを意味する。正確なトレードオフは特定のＣＡＩリンクバジェット、動作周波数及び使用されるアンテナアセンブリに依存する。

ＬＥＤ５０のような最小ＲＦ信号強度表示は、最大損失ｐＬ_maxに対応する受信ＲＦ信号レベルでトリガされる。トリガレベルはＣＡＩ及びアンテナアセンブリの設計に依存する。一般的なＣＤＭＡ・ＣＡＩ実施例において、損失ＬについてのＬ１推定を用いると、
Ｌ＝Ｐ_０−Ｐ_rcvpilot（ｄＢ）となる。
ここで、
Ｐ_０（ｄＢｍ）は基地局から送信されるパイロット電力である。
Ｐ_rcvpilot（ｄＢｍ）はリピーターの入力での受信パイロット電力である。
Ｌ＝ｐＬ−Ａｎｔ_outside＋Ｃｌ（ｄＢ）なので、最大損失ｐＬ_maxにおいて、最も弱いものを示すＬＥＤ・ＲＦ信号強度表示が次式の最小ＲＦ信号電力を示すように調整される。
Ｐ_rcvpilotmin＝Ｐ_０−ｐＬ_max＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ（ｄＢｍ）、又は
Ｐ_rcvpilotmin＝Ｐ_０−Ｍ＋Ｄ_inside−Ｇ_fb＋Ａｎｔ_inside−Ｃｌ（ｄＢｍ）
ここで、
Ｐ_rcvpilotmin（ｄＢｍ）は最小ＲＦ信号表示のしきい値である。
Ｄ_inside（ｄＢ）は最小の所望の内部リンクバジェットである。
Ｇ_fbは正帰還を防ぐための参照表における最大ゲインである。
追加のＲＦ信号強度表示が５〜１０ｄＢ刻みで高くなるように設定され、アンテナの位置決めがレイリーフェーディングを回避することを可能とする。

一般的なＣＤＭＡ・ＣＡＩ実施例において、損失ＬについてのＬ２推定を用いると、
Ｌ＝Ｐ_０−Ｐ_rcv−１０log(ｋ')（ｄＢ）となる。
ここで、
Ｐ_０（ｄＢ）は基地局で送信されるパイロット電力である。
Ｐ_rcv（ｄＢ）はリピーターの入力での統合受信電力である。
ｋ'（次元なし）はＬ２の定義において定義されるｋ'＞１のオフセットパラメータである。
Ｌ＝ｐＬ−Ａｎｔ_outside＋Ｃｌ（ｄＢ）なので、最大損失ｐＬ_maxにおいて、最も弱いものを示すＬＥＤ表示が次式の最小ＲＦ信号電力を示すように調整される。
Ｐ_rcvpilotmin＝Ｐ_０−１０log(ｋ')−ｐＬ_max＋Ａｎｔ_outside−Ｃｌ（ｄＢｍ）、又は
Ｐ_rcvpilotmin＝Ｐ_０−１０log(ｋ')−Ｍ＋Ｄ_inside−Ｇ_fb＋Ａｎｔ_inside−Ｃｌ（ｄＢｍ）
ここで、
Ｐ_rcvpilotmin（ｄＢｍ）は最小ＲＦ信号表示器のしきい値である。
Ｄ_inside（ｄＢ）は最小の所望の内部リンクバジェットである。
Ｇ_fbは正帰還を防ぐための参照表における最大ゲインである。
他の同様のＬＥＤしきい値を、Ｌの他の推定及び他のＣＡＩ実施例について計算することができる。

図１に戻ると、第２のリピーターアンテナアセンブリ８０が建物２６に関連している。この実施例では、一方のリピーターアンテナアセンブリが音声通信専用の周波数に調整され、他方のリピーターアンテナアセンブリがデータ通信専用の周波数に調整される。この実施例において、無線は音声通信用（即ち、ＰＯＴＳ）にもインターネットサービスにも使用でき、例えば、有線のＤＳＬ接続から置き換えるものである。リピーターは、音声のみ、データのみ又は音声及びデータ混合をサポートする単一の又は複数のキャリアをサポートするように調整される。例えば、リピーターはＣＤＭＡ・ＩＳ−９５、ＣＤＭＡ・１Ｘ、ＣＤＭＡ・ＤＯ、ＣＤＭＡ・ＤＶ、ＵＭＴＳ、ＨＳＤＰＡ、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ及びＯＦＤＭＡをサポートするように調整される。

建物２６内での充分なＲＦカバレッジを必要とする移動体装置が用いられる異なるタイプの通信に従って、適切な数のリピーターアンテナアセンブリを選択すればよい。上述のゲイン調整とリンクバジェット均衡化技術があれば、複数のリピーターアンテナアセンブリを本発明の実施例に従って設計することによって、正帰還や基地局受信機の感度低下の危険がなくなる。

先述の説明は制限的なものではなく例示的なものである。当業者には、開示された実施例に対する展開例や変更例は本発明の本質から必ずしも離れるものではないことは明らかである。本発明に対して与えられる権利範囲は特許請求の範囲を検討することによってのみ決定される。

図１は本発明の実施例を含むワイヤレス通信システムの選択された部分を模擬的に説明する図である。図２は本発明の実施例で使用できるアンテナアセンブリの例を模擬的に説明する図である。図３は本発明の実施例で使用できる電子回路の例を模擬的に説明する図である。図４は所望のリンクバジェットと損失との間のトレードオフを説明する図である。図５は正帰還の経路を模擬的に示す図である。

符号の説明

２０．ワイヤレス通信システム
２２．基地局
２４．移動体装置
２６．建物
３０．リピーターアンテナアセンブリ
３２．窓
３４．外部アンテナ
３６．ベース
３８．実装面
４０．ＲＦ結合器
４２．実装面
４４．ケーブル接続部
４６．ケーブル
４８．内部アンテナ
４９．ＲＦ増幅器
５０．ＬＥＤ
６０．ＬＮＡ
６２．ＲＭＳ検出器
６４．Ａ／Ｄ変換回路
６６．マイクロプロセッサ
６８．Ｄ／Ａ変換回路
７０．アップリンク自動ゲイン制御回路
７２．ダウンリンク自動ゲイン制御回路
８０．リピーターアンテナアセンブリ

Claims

リピーターアンテナアセンブリを用いて通信する方法であって、
該リピーターアンテナアセンブリに関連する経路損失に基づいて該リピーターアンテナアセンブリのゲインを自動調整するステップ
からなる方法。
請求項１記載の方法であって、
該経路損失を自動的に推定するステップ、及び
該推定された経路損失に対するゲインの所望比を満足するように該ゲインを自動的に調整するステップ
からなる方法。
請求項１記載の方法であって、
該リピーターアンテナアセンブリによって受信される信号の強度を定量するステップ、及び
該定量された強度に基づいて推定される該損失を求めるステップ
からなる方法。
請求項１記載の方法であって、ダウンリンクゲインをアップリンクゲインに等しく設定するステップからなる方法。
請求項１記載の方法であって、
該リピーターアンテナアセンブリによって受信される信号の強度を定量するステップ、及び
該定量された強度が最小の所望リンクバジェットに対応するしきい値を超えている場合に表示を提供するステップ
からなる方法。
請求項５記載の方法であって、該定量された強度に基づいて該表示を調整するステップからなる方法
請求項１記載の方法であって、該リピーターアンテナアセンブリに関連する最小のリンクバジェットを維持するように該ゲインを設定するステップからなる方法。
請求項１記載の方法であって、
第１のリピーターアンテナアセンブリを、データ又は音声通信の少なくとも一方に対して専用の第１の周波数に割り当てるステップ、及び
第２のリピーターアンテナアセンブリを、データ又は音声通信の少なくとも他方に対して専用の第２の周波数に割り当てるステップ
からなる方法。
請求項１記載の方法であって、該ゲインを、安定なリピーターアンテナアセンブリ又は安定な基地局動作の少なくとも一方に対応する最大値に設定するステップからなる方法。
請求項９記載の方法において、該安定なリピーターアンテナアセンブリが内部アンテナ及び外部アンテナからなり、該方法は、該ゲイン及び該アンテナ間の距離を該アンテナに関連する正帰還が起こらないように設定するステップからなる方法。