JPH06233348A

JPH06233348A - 近距離場結合通信システム

Info

Publication number: JPH06233348A
Application number: JP5290264A
Authority: JP
Inventors: Edward A Richley; エイ．リッチリーエドワード; Lawrence Butcher; ブッチャーローレンス
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1994-08-19
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: EP0600695B1; EP0600695A3; DE69330861T2; DE69330861D1; JP2528259B2; EP0600695A2; US5437057A

Abstract

(57)【要約】【目的】無線リンクアクセスチャネルを有するセルラ
ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）に関し、近距離
場結合を用いた通信システムを提供することを目的とす
る。【構成】信号が携帯局と基地局との間においていずれ
かの方向に転送されるときはいつでも、基地局が、サー
ビスエリア内に存在するそれぞれの携帯局のアンテナが
少なくとも１つの基地局のアンテナに近距離場結合され
るように配置され、アンテナの近距離場結合は信号の転
送を優勢に支配するのに十分に強力である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、ワイヤレ
ス通信システムに関し、より詳細には、無線リンクアク
セスチャネル(radio linked access channels)を有する
セルラローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはそ
れに類似するものに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】よく
知られるように、セルラ無線通信システムの利点の１つ
は、システムの帯域幅が個々のどんなセルの帯域幅より
も非常に大きいということである。実際には、第１近似
に対して、そのようなシステムの総合帯域幅(aggregate
bandwidth) は個々のセルの帯域幅の和に近づくことが
できる。このことは既存のセルラシステムの重要な特徴
である。なぜなら、このことは、単一セルが処理するこ
とを要求されるトラフィックよりもはるかに多くのトラ
フィックを既存のセルラシステムが提供することを可能
にするからであり、それによって、個々のセルのそして
システム全体の価格と複雑さを減少させるからである。

【０００３】周知のセルラシステムへのクライアントア
クセス（すなわち、ユーザおよびネットワークされた装
置(networked device)のアクセス）は、典型的には、遠
距離場結合無線リンク(far field coupled radio link
s) によって提供される。アンテナのような放射要素の
遠距離場の電磁界の強度は、伝搬距離ｒの１乗の逆数と
して（すなわち、１／ｒとして）減衰するので、その電
力は１／ｒ²で減衰する。従来、これらの遠距離場結合
セルラシステム内での隣接するセルは、種々の搬送周波
数（すなわち、種々の“チャネル”）で動作し、そのた
めに、それぞれのセルの全体にわたって適切な信号対干
渉レベルを維持するのに十分な規模の緩衝ゾーン(buffe
r zones)によって、同一チャネルで動作するセルがお互
いから空間的に隔てられることを確実にする。この方法
を適合させるために、移動クライアントは、それらがセ
ルからセルに移動するときにチャネルからチャネルにス
イッチされるので、これらの“手渡し(hand-off)”の移
行を品位をもって成し遂げるために高度に複雑なスイッ
チングが要求されるのである。ゆえに明らかに、もしす
べてのセルが１つまたは複数の同一チャネルで動作する
ならば、相当の経費節減が実現されるであろう。しかし
残念ながら、これらの遠距離場のシステムにおいて放射
される電力の空間のロールオフ率(rolls-off rate)は、
セルの境界および／又はそれらの間の“不感地帯(dead
zones)”の近くの著しく劣化した動作性(performance)
を被ることなしに、隣接するセルにおいて同一チャネル
の使用を許可するにはゆるやかすぎる（図１参照）。

【０００４】セルラＬＡＮのようなローカル通信システ
ムにおいて遠距離場結合無線リンクを使用することのも
う１つの不都合は、壁体構造用金属スタッドを有するビ
ルディングのような、種々の無線周波数の反射体を包含
する環境にこれらのシステムが設置されることである。
例えば、遠距離場結合セルラシステムは、一般に、あま
り大きくない寸法で製作されたアンテナが効率的な放射
体として働くことができるようにＵＨＦ周波数で動作す
る。しかしながら、ＵＨＦ信号はほんの３０ｃｍ程度の
波長を有し、そのことは比較的に小さな対象物でさえも
相当の反射を生じさせることがありうることを意味す
る。小さな部屋または事務室の壁の中またはその近くの
反射体のような無線周波数の反射体の多くが比較的に短
い信号波長の整数倍の距離だけ放射源から空間的に隔て
られかつお互いからも隔てられているビルディングある
いはそれに類似する場所においては、そのような無線周
波数の反射は強い共振をもたらす傾向がある。その結果
として、これらの共振に関連づけられる定在波のパター
ンは、予測するのが複雑かつ困難なパターンに従って著
しく放射電磁界をかき乱す傾向を示す（図２参照）。さ
らに、もし空間的に隣接する隣り合ったセルが同一搬送
周波数で動作させられるならば、これらの定在波パター
ンによって引き起こされる問題は複雑なものとなるであ
ろう。なぜなら、隣り合ったセル内で生成される定在波
パターンがさらにセルからセルへの移行を非単調なもの
にするからである。

【０００５】明らかに、携帯用コンピュータおよびその
他の移動装置に対してＬＡＮおよびそれに類似するサー
ビスへの簡便なアクセスを提供するために、そのような
装置の携帯性を損なうことなく、信頼性のあるワイヤレ
ス通信が必要とされる。複数のユーザの帯域幅の需要が
経済的に満足されるように、ＬＡＮにおけるセルラシス
テムの総合帯域幅の容量を活用できることが極めて有益
なことであることもまた明白である。

【０００６】この目的のために、本発明によれば、クラ
イアント装置をＬＡＮにワイヤレス結合するための近距
離場結合(near field coupling) を用いることによって
上述の問題が克服されることがわかるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】予め定められたサービス
エリア内で双方向通信サービスを提供する近距離場結合
通信システムにおいて、サービスエリア内に空間的に分
散された複数の静止した基地局であって、基地局のそれ
ぞれが出力信号を送信しかつ入力信号を検知するアンテ
ナを有する、複数の静止した基地局と、サービスエリア
内を場所から場所へ移動することのできる少なくとも１
つの携帯局であって、携帯局のそれぞれが出力信号を送
信しかつ入力信号を検知するアンテナを有する、少なく
とも１つの携帯局と、を備えて構成し、ここで、、信号
が携帯局と基地局との間においていずれかの方向に転送
されるときはいつでも、基地局が、サービスエリア内に
存在するそれぞれの携帯局のアンテナが少なくとも１つ
の基地局のアンテナに近距離場結合されるように配置さ
れるとともに、アンテナの近距離場結合が信号の転送を
優勢に支配するのに十分に強力である。

【０００８】

【実施例】〔近距離場アンテナ〕遠距離場放射に加え
て、励振されたアンテナは伝搬する波を生じさせること
のない電磁界成分(field components)をも生成する。こ
れらの非伝搬成分は“近距離場(near field)”として知
られており、回路理論における無効電力の概念に非常に
類似している。電界および磁界からなる近距離場成分は
送信アンテナに“束縛”される。ゆえに、それらの成分
は、受信アンテナが送信機に十分に近接する場合（すな
わち、それの“近距離場領域”内にある場合）にのみ有
効電力を伝送する。このことは、受信機が存在しない場
合でさえもエネルギーを放射する遠距離場成分とは著し
く対照的である。すべてのアクティブアンテナは近距離
場効果を示しはするが、それらの実質的な利点を得るた
めの役に立つ簡単な手段を磁気的なダイポールが提供す
る。しかしながら、１組の完全に類似する特性が電気的
なダイポールに対して存在することに注意すべきであ
る。

【０００９】小さなループアンテナは、たとえそれらが
よく知られた非効率的な放射体であっても、本発明によ
って意図される近距離場結合に対しては驚くほど効率的
である。周知のように、ループを流れる小さな振動電流
によって生成される磁界はつぎの関係式で定義される。Ｈ_r＝ＩＡ／２π・ε^-jkr（ｊｋ／ｒ²＋１／ｒ³）ｃｏｓθ ・・・・・（１）Ｈθ＝ＩＡ／４π・ε^-jkr（−ｋ²／ｒ＋ｊｋ／ｒ²＋１／ｒ³）ｓｉｎθ ・・・・・（２）Ｅφ＝η・ＩＡ／４π・ε^-jkr（ｋ²／ｒ−ｊｋ／ｒ²）ｓｉｎθ ・・・・・（３）ここで、Ａはループの面積、Ｉはループのピーク電流、
ｒはループの中心からの距離、θはループ軸の角度、φ
は方位角、ηは自由空間の特性インピーダンス（３７７
Ω）、そして、ｋは伝搬定数（ｋはω／ｃに等しい。こ
こで、ωは角周波数、ｃは光の速度である）である。

【００１０】上述の式から、１／ｒに比例して変化する
項が遠距離場の項すなわち伝搬する項であり、それらの
項はお互いに同位相であることがわかる。これらの遠距
離場の項は、１／ｒ²の項をポインティングベクトルに
与え、アンテナから発射される有効電力を表現する。式
（１）〜（３）の残りの項は捕捉されるエネルギーを表
現する近距離場の項である。この捕捉されたエネルギー
の重要な特性は、それらの電磁界成分の空間の減衰率(d
ecay rate)であり、それらは１／ｒ²または１／ｒ³で
ある。

【００１１】上述の式のすべての項はづぎの式で与えら
れる距離において等しい強度であることは明白である。ｒ_boundary＝ｃ／ω ・・・・・（４）ここで、ｒ_boundaryは、近距離場領域のおおよその境界
を定義する。この領域の範囲内では、近距離場の項が優
勢となり、場の強度(field strength)は半径方向の距離
ｒによって急激に変化する。この領域の外側では、遠距
離場の項が優勢となり、場の強度はよりゆるやかに変化
する（すなわち、主として１／ｒに比例して）。

【００１２】式（１）〜（３）はまた、ダイポール強度
(dipole strength) ＩＡと角周波数ωが放射電磁界を決
定することをも表している。その周波数が増加すると
（あるいは、波長が減少すると）、近距離場が優勢とな
る領域はアンテナの近傍により限定される。ゆえに、近
距離場セルラシステムにおいは、セルの大きさは搬送周
波数によって大きく影響される。オフィスサイズのセル
に対しては、搬送周波数は一般に５〜１５ＭＨｚが適切
であるが、これらのシステムは異なった動作環境にそれ
らを適合させるためにこの範囲の上下の搬送周波数で動
作するように設計されてもよいことが理解されるべきで
ある。

【００１３】小さなループアンテナは、電気的には、ル
ープの大きさと形状に依存するインダクタンスの値を備
えたコイルに一般的に類似すると考えられる。より詳細
には、ループを構成するワイヤの直径よりはるかに大き
な半径を備えた空中のループはつぎの簡単な法則に従
う。Ｌ＝μ₀ａ〔ｌｎ（１６ａ／ｄ）−２〕・・・・・（５）ここで、ａおよびｄはループの半径およびワイヤの直径
（どちらも単位はメートル）、μ₀は自由空間の透磁
率、Ｌはヘンリーの単位を有する。さらに、このループ
に流れる電流は印加された電圧Ｖにつぎのように関係す
る。Ｉ＝Ｖ／ωＬ・・・・・（６）ゆえに、与えられる場の強度を生成するのに必要な電圧
はループの大きさに強く依存することは明らかである。
さらに明白には、式（５）がインダクタンスはループ面
積の平方根とループ面積の対数との乗算に比例して変化
することを示しているのに対して、式（１）〜（３）は
ダイポール強度ＩＡがループの面積によって直接に変化
することを表している。このことは、アンテナが定電圧
源によってドライブされる場合には、ダイポール強度は
ループ面積の単調増加関数であることを意味する。言い
換えれば、ループの面積が増加するにしたがって、与え
られた電圧はより強い電磁界を生成するであろう。

【００１４】米国において、連邦通信委員会条例 Part1
5.223 は、本発明によって意図される形態のセルラシス
テムにおいて使用されるアンテナのような無免許の発振
源アンテナから３０ｍの位置で測定されるときの放射さ
れる場の最大許容強度に制限を課している。この制約を
考慮して、例えば５．３ＭＨｚの搬送周波数で上述にお
いて定義されるような近距離場領域以遠での、好ましい
ダイポール強度ＩＡは、

【００１５】

【外１】

【００１６】であり、ここで、ＩＡは〔Ａｍ²〕の単位
を有する。このことから、遠距離場のダイポール強度を
望ましい低いレベルに制限するとともに、ループアンテ
ナの面積Ａおよびそれに流されるピーク電流Ｉが、一方
に対して他方を相殺されてもよいことは明白である。

【００１７】ループアンテナをドライブする特に簡便な
方法は、直接にループに接続されたＣ級ドライバステー
ジを使用することである。ループに並列に並列のコンデ
ンサと抵抗を有する簡単な共振回路は、ループ電流が有
効（Ｄ．Ｃ）電力からよりむしろ主に共振から得られる
ことを可能にする（いくぶん帯域幅を広げることを提供
するために抵抗が都合よく含まれる）。もしそのような
ドライバに対して５Ｖの論理レベルがレール電圧(rail
voltage)として選択されるならば、そして、もし搬送周
波数が５．３ＭＨｚであることが選択されるならば、式
（６）および（７）は、直径０．１２５インチを有する
ワイヤで構成されるループアンテナが０．２４４ｍ²ま
での面積を有することを示すのに使用されることができ
る。十分な許容度を見込んだのちに、本発明を実施する
ために約０．１２ｍ²（２０インチ²）の面積を有する
ループアンテナがうまく使用された。そのようなループ
のインダクタンスは約３００ｎＨであり、誘導性リアク
タンスは約１０Ωである。したがって、共振は約３００
０ｐｆのキャパシタンスによって発生する。

【００１８】〔セルラＬＡＮのための近距離場結合〕Ｌ
ＡＮは、典型的には、相当の数の異なったクライアント
へのそしてクライアントからの本質的に同時に発生する
メッセージトラフィックを支援するための十分な帯域幅
を有する。例えば、このメッセージトラフィックは、そ
れぞれが適切に１つかあるいはそれ以上のクライアント
にアドレスされたパケットまたはデータブロックでＬＡ
Ｎによって伝送されてもよい。好ましくは、単一のクラ
イアントあるいはクライアントのサブセットがそれの公
平な有効帯域幅の割り当てよりも多くを使用することを
許可されないように、ＬＡＮの帯域幅はＬＡＮによって
サービスを受けるクライアントの間に公平に割り振られ
る。このことをセルラＬＡＮにおいて実現するために、
かなりのＬＡＮの帯域幅の断片部分(fractionalportio
n)をデマンドに基づいてあるいはコンテンションに基づ
いてそれぞれのセルが利用することができることを保証
する用意がなされる。以下で分かるように、コンテンシ
ョン制御アクセス方式は、デマンドアクセス方式より多
くのＬＡＮの帯域幅の断片部分がいかなる時にでも間に
合ってアクティブ状態のセルのそれぞれに割り振られる
ことを許可するが、その問題は本発明の範囲外のことで
ある。

【００１９】実際には、帯域幅の“公平な割り当て”と
それを達成するための種々の方法は、ＬＡＮに関する文
献において幅広く論議されてきた問題であるので、セル
ラＬＡＮのそれぞれのセルが比較的にあまり大きくない
帯域幅チャネルによってＬＡＮの“基幹(backbone)”で
ある広い帯域幅に適切にインタフェースされることに注
意するにとどめる（便宜上、この広帯域の基幹は、クラ
イアントがＬＡＮとインタフェースするより狭帯域のセ
ルラチャネルとその基幹とを区別するために、時々、
“ＬＡＮ”としてここで参照される）。

【００２０】図４に示されるように、ＬＡＮへのセルラ
インタフェースは、ＬＡＮの広帯域基幹を例えばビルデ
ィング（図示されない）の異なった領域内に配置された
携帯局に結合するために、お互いから一定の間隔で配置
された複数の基地局を備える。隣接する基地局のサービ
スエリアの境界の近くには多少のオーバラップが存在し
てもよいが、基地局はそれらのそれぞれのサービスセル
内に配置される携帯局へのそして携帯局からのメッセー
ジを転送するお互いに独立した通信チャネルを効率的に
提供する。ゆえに、セルラインタフェースチャネルの帯
域幅は総合されたものである。例えば、異なった基地局
によってサービスされるセルはビルディング内の異なっ
た部屋あるいは部屋の異なった区域に及ぶように範囲が
設定される。

【００２１】図示されるように、それぞれの基地局はＬ
ＡＮとトランシーバ１２との間に結合されたコンピュー
タ１０を含む。それぞれのトランシーバ１２は、効果的
な近距離場結合を得るように配置されたアンテナ構成１
３および１４を有する。優れた非指向性(directional i
nsensitivity) のために直角位相アンテナ(phase quadr
ature antenna)が基地局として一般的には好ましいが、
より大きな指向性を備えた基地局アンテナが許容される
かあるいは望ましくさえもある適用業務が存在するかも
しれない。他方、それぞれの携帯ユニットは、典型的に
は、いくつかの計算資源１６（例えばラップトップコン
ピュータまたはハンドヘルドコンピュータのような）、
コンピュータ１６に結合されるトランシーバ１７、およ
び、基地局アンテナ１３および１４との効果的な近距離
結合のためにトランシーバ１７に結合されるアンテナ１
８、を含む。

【００２２】上述において指摘したように、近距離場結
合セルラシステムは、同じものに結合されるそれらの遠
距離場よりも厳密に定義されるセル境界を提供するとい
う利点を有する。このことは、主に、発振源からの半径
距離が増加するにつれて近距離場の強度が減少する比較
的に急激な空間の減衰率の結果として生じる。図３は、
１対の隣接するセルの範囲内での近距離場の強度が半径
方向に強く依存することを示す。以下で明白となるよう
に、これらの場が強度が単調に減衰する急激な空間減衰
率は、一方のセルから隣のセルへの単調な移行を容易に
する。

【００２３】近距離場結合システムでのセルからセルへ
の移行の単調性はさらに高められる。なぜなら、これら
のシステムは、典型的には、比較的に低い搬送周波数で
動作するからである。例えば、近距離場の項が標準のオ
フィスまたは類似する部屋の大きさに近い面積に対して
優勢であるようにｒ_boundaryが選択される場合、選ばれ
る搬送周波数は５〜１５ＭＨｚ程度であり、それは標準
の遠距離場結合システムで一般に使用されるＵＨＦ搬送
周波数よりほぼ２桁も低いことが想起されるであろう。
これらのより低い搬送周波数のより長い波長を考慮する
と、反射は、典型的な屋内環境で見いだされる壁体構造
用金属スタッドのようなより大きな無線周波数反射体か
らだけ発生するであろう。これらの反射体は、定在波パ
ターンを生成する十分な距離だけアンテナから空間的に
隔てられているかもしれないし、あるいは隔てられてい
ないかもしれないが、近距離場の急激な空間減衰率が、
反射されるエネルギーがもとの信号より非常に弱いこと
を効果的に保証する。ゆえに、遠距離場の場合（図２参
照）と異なって、近距離場結合セルラシステムは、一般
的に、たとえそれらが反射のある環境で動作させられる
ときであっても、セルからセルへの単調な移行を提供す
るのである。

【００２４】上述において要点が述べられたセルの大き
さの議論と上述の連邦通信委員会条例 Part15.223 の両
方はより低い搬送周波数の使用を推奨する傾向がある
が、搬送周波数を選択するときに作用し始める対抗する
考察事項が存在する。例えば、それぞれのチャネルは、
明らかに、期待されるメッセージトラフィック負荷を処
理するのに十分な帯域幅を有する必要がある。さらに、
回路設計を簡単化するために、かつ電力消費を減少させ
るために、一般に、搬送周波数よりかなり小さい値にチ
ャネル帯域幅を制限することが望ましい。したがって、
使用されるデータ伝送速度は、好ましくは、搬送周波数
よりかなり低い。幸いにも、これらの目的は、通常は、
共振アンテナを用いるかぎりは実現される。例えば、も
しアンテナが約１０のＱを有するなら、５．３ＭＨｚの
搬送波はＦＳＫ（周波数シフトキーイング）変調を用い
て約２５０ｋｂｐｓに達するデータ伝送速度で適切に変
調される。もちろん、この例は単に１つの特定の事例を
説明するだけだが、それは理論的設計方法を表すのでよ
り広い意義を有する。

【００２５】〔基地局および携帯局の詳細〕説明された
ように、基地局および携帯局は半２重装置(half-duplex
device)であるので、それらのそれぞれは送信と受信の
両方に対して単一のアンテナ構成を適切に利用する。本
発明を実現するのに一般に使用されるＲＦスペクトル部
分における床の雑音は、オフィスおよびそれに類似する
環境に普通に存在する電磁妨害雑音（ＥＭＩ）によって
主に決定されるので、それらのアンテナの感度はさほど
重大なことではない。しかしながら、ループアンテナが
好ましいものであるかぎり、そのようなアンテナが呈し
がちな指向性を少なくとも部分的に無効にするための対
策が都合よく講じられることが理解されるべきである。
それを成し遂げるために、それぞれの基地局アンテナ
は、物理的にお互いに関して９０°に配向された２つの
ループ１３および１４を有する。送信中は、これらの２
つのループ１３および１４が直角位相で電気的にドライ
ブされて、それらが送信する信号の偏波の回転を生じさ
せる。他方、受信はループ１３および１４によって直角
位相で検知される２つの信号を合成することによって実
行される。もし要求されるならば、携帯局のループアン
テナの指向性を減少させるために同様の技術が使用され
てもよいが、そうすることは一般には必要ではない。な
ぜなら、基地局は、通常は、それらの送信モードと受信
モードの両方において十分に非指向性であり、かつ携帯
局は、必要があれば、満足すべき受信のために手動であ
らたに方位合わせを行ってもよいからである。

【００２６】図５および図６に注目すると、基地局（図
５）と携帯局（図６）とが同一の基本構造を適切に有す
ることは明らかであろう。実際には、この場合は、それ
らの２重ループアンテナに適用される信号を分割しかつ
それらの２重ループアンテナによって検知される信号を
合成するために基地局において講じられる対策は別とし
て、基地局および携帯局は構造的に同一である。したが
って、類似する構成要素を識別するために類似する参照
番号が図５および図６において使用される。

【００２７】基地局と携帯局とのためのそれぞれのトラ
ンシーバは送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１３および１
３’のそれぞれを有し、それらのスイッチは、アンテナ
とそれの受信チャネルとの間の接続を開放および短絡の
それぞれにするとともに、トランシーバ内の送信チャネ
ルを選択的に使用禁止および使用可能にするように動作
させられる。Ｔ／Ｒスイッチは良く知られており種々の
形態が使用されてもよいので、スイッチ１３および１
３’は概略的な形式で描写されている。

【００２８】図示されるように、それぞれのトランシー
バの送信チャネルは、例えば周波数シフト変調のよう
な、送信されるべきデータによって適切な搬送波信号を
変調する変調器１０を備える。つぎに、この変調された
搬送波の周波数は、例えば分周器１１または１１’によ
って、送信のために要求される搬送周波数に低減(stepd
own) されてもよい。例えば、例示される実施例におい
ては、それぞれの基地局トランシーバの送信チャネル
は、÷４分周器１１を含む。なぜなら、分周器１１は２
重ループの基地局アンテナ１４および１５をドライブす
るのに使用される直角位相信号を生成する簡便な手段で
あるからである。類似する分周器１１’がそれぞれの携
帯局の送信チャネルに含まれるが、それは、共通の構成
要素の使用を容易にする構造的な一致を提供するだけの
ために携帯局において使用される。ゆえに、図５に示さ
れるように、分周器１１の直角位相出力が、Ｃ級増幅器
１２のそれぞれを経由して基地局アンテナのループ１４
および１５に適用される。他方、図６は、分周器１１’
のただ１つの出力が携帯局アンテナの単一のループ１
４’にＣ級増幅器１２’経由して適用されることを示
す。

【００２９】基地局トランシーバの受信チャネルもまた
携帯局トランシーバの受信チャネルよりもわずかだけよ
り複雑なだけである。図５に示されるように、特に、そ
れぞれの基地局トランシーバの受信チャネルは、お互い
が直角位相である２重ループ基地局アンテナの個々のル
ープ１３および１４によって検知される信号を合成する
直角合成器(quadrature combiner) ２０を備え、それに
よって、着信するどのような変調搬送波信号でもそれの
方向的に感度抑圧されたものを生成する。しかしなが
ら、他の点では、基地局および携帯局のためのトランシ
ーバの受信チャネルは本質的に全く同じに機能し、そし
て共通な構成要素を共通に使用する。このように、それ
らの両方において、着信する搬送波信号は、典型的に
は、増幅器２１によって増幅され、つぎにこの増幅され
た信号が帯域通過フィルタ２２によってフィルタされて
外部雑音を除去する。つぎに、変調された搬送波信号
は、搬送波が搬送したデータを再生するために復調器２
４によって復調されるまえに、さらにもう１つの増幅器
２３によって適切に増幅される。

【００３０】〔拡張機能〕本発明によって構成される送
信機および受信機は、５．３ＭＨｚの搬送周波数が使用
されかつ電力レベルが無免許操作に関する連邦条例の範
囲内であるように選択される場合に非常に前途有望であ
ることを説明した。結果としての近距離場パターンは約
１２〜１５フィートの有効範囲を有することがわかり、
そして、２５０ｋｂｐｓのデータ伝送速度が達成され
た。携帯用トランシーバの単一ループアンテナの指向性
によってもたらされるピークとヌル(peaks and nulls)
があるだけで、このシステムにおけるピークとヌルは明
らかではない。実際には、携帯用トランシーバの指向性
は、典型的には、そのようなトランシーバがセルの境界
の近くに配置される場合を除いて、性能の問題ではな
い。さらに、それは、それのアンテナがその携帯局が通
信を行っている基地局とより良く調整されるように、単
純に携帯局のあらたな方位合わせを行うことによって容
易に処理されることができる問題である。

【００３１】しかしながら、上述において論議された簡
単なダイポールシステムより優れた多少の付加的な改善
がなされてもよい。もちろん、共通の目的は明確なセル
の境界とセル内の良好なカバレージ(coverage)とを提供
することである。例えば、原理において、４極子(quadr
upoles) のようなより優れた種類の発振源を取り入れる
ことによって上述のダイポールの概念をさらに実現する
ことが可能である。４極子発振源は反対方向に作用する
近接して配置された２つのダイポールと機能的に等価で
ある。ゆえに、結果として生じる電磁界は１／ｒ⁴に比
例して減衰する近距離場成分を有する。さらに、近距離
場パターンを要求される形状に適合させるために、いく
つかの発振源が単一セルの中にグループ化されてもよ
い。そのようなグループ化は、セル内のカバレージの均
一性を改善するために、同一の発振源によってドライブ
されるいくつかのダイポールまたはいくつかの４極子ま
たはその両方の組み合わせを含む。

【００３２】本発明の上述された実施例のループアンテ
ナは、特に、普通のオフィスのような部屋と比較できる
程度の長さと幅において使用するのに適している。しか
しながら、廊下または通路のような長くて狭い領域にお
ける基地局と携帯局との間の通信をサポートすることが
望ましいかもしれない。一見したところでは、長導線ア
ンテナ(long wire antenna) が廊下あるいはそれに類似
する領域において近距離場結合のための魅力的な選択と
思われるかもしれない。しかし、そのようなアンテナは
隣接するセルと干渉を引き起こす傾向があり、また政府
の電波法の規制に従う必要がある。加えて、長導線アン
テナは、一般的に、それがＲＦ信号によって励振される
ときにそれによって生成される定在波パターンのために
ヌルを有するので、要求される均一なカバレージを提供
するには適していない。

【００３３】したがって、図７を参照すると、本発明
は、基地局トランシーバ１２にねじりループアンテナ(t
wisted loop antenna)５０を備えることによって、これ
らのより不規則な形状をなすセル内の近距離場結合カバ
レージを提供するという問題を処理しようとするもので
ある。この構成においては、上述された２重ループアン
テナの代わりに、単一のアンテナループのみが基地局に
使用される。しかしながら、この単一ループアンテナ５
０は、一緒により合わせられた２本のワイヤ、またはそ
れと違って、一連の反対にポーリングされるダイポール
セグメント(oppositely polled dipole segments) ５４
にアンテナ５０を効果的に細分化するために例えば点５
２で重ね合わせられた２本のワイヤからなる。これらの
セグメント５４のそれぞれは、トランシーバ１２によっ
てアンテナに適用される高周波エネルギーの波長（λ）
よりも短い。実際には、それらは、典型的には、１／４
・λの長さの程度である。しかしながら、たとえアンテ
ナ５０の全体の長さのために存在するかもしれない比較
的に高い雑音レベルの存在下であっても、それらはそれ
ぞれ数フィートの距離にわたって近距離場無線周波数信
号を送信および受信するのに十分な長さである。好まし
くは、アンテナ５０は、トランシーバ１２がそれの送信
モードで動作中にアンテナに適用されるドライブ電流に
対する吸い込み(sink)を提供するために平衡抵抗５１に
よって終端され、それによって、信号の反射を抑制し、
かつそのような反射が引き起こす定在波パターンを抑制
する。実際には、アンテナ５０は１つかあるいはそれ以
上の２本のワイヤのより合わせを含むように製造されて
もよく、あるいはワイヤの単純な交差によって形成され
てもよいので、そのような構成の一般的な記述としてこ
こでは“クリスクロシング(crisscrossing) ”が使用さ
れることが理解されるべきである。さらに、例えば廊下
またはそれに類似するものの単一セルのカバレージを提
供するために、アンテナ５０は一直線に設置されてもよ
い。あるいは、アンテナ５０は、種々の形状と大きさの
領域をカバーするために、曲線、くの字型、またはジグ
ザグのパターンに設置されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】遠距離場放射体からの公称の電磁界パターンを
示すグラフである。

【図２】定在波効果が存在するときの遠距離場放射体か
らの典型的な電磁界パターンを示すグラフである。

【図３】近距離場結合を用いた隣り合ったセルからの相
対的な場の強度を示すグラフである。

【図４】本発明によるシステムを説明する概略機能ブロ
ック図である。

【図５】本発明による基地局トランシーバの概略機能ブ
ロック図である。

【図６】本発明による携帯用トランシーバの概略機能ブ
ロック図である。

【図７】通路、廊下、またはそれに類似するもののよう
な細長い領域での通信のための本発明の変形の概略構成
図である。

【符号の説明】

１０・・・変調器１１、１１’・・・分周器１２、１２’・・・Ｃ級増幅器１３、１４、１５、１８・・・ループアンテナ１３、１３’・・・送信／受信スイッチ２０・・・直角合成器２２・・・帯域通過フィルタ２３・・・増幅器２４・・・復調器５０・・・ループアンテナ５４・・・タイポールセグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ローレンスブッチャーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94040 マウンテンビュウアパートメント８カリンズコート 4315

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め定められたサービスエリア内で双方
向通信サービスを提供する近距離場結合通信システムに
おいて、前記サービスエリア内に空間的に分散された複数の静止
した基地局であって、前記基地局のそれぞれが出力信号
を送信しかつ入力信号を検知するアンテナを有する、前
記複数の静止した基地局と、前記サービスエリア内を場所から場所へ移動することの
できる少なくとも１つの携帯局であって、前記携帯局の
それぞれが出力信号を送信しかつ入力信号を検知するア
ンテナを有する、前記少なくとも１つの携帯局と、を備え、信号が前記携帯局と前記基地局との間において
いずれかの方向に転送されるときはいつでも、前記基地
局が、前記サービスエリア内に存在するそれぞれの前記
携帯局のアンテナが前記少なくとも１つの基地局のアン
テナに近距離場結合されるように配置されるとともに、
前記アンテナの近距離場結合が前記信号の転送を優勢に
支配するのに十分に強力である、ことを特徴とする近距
離場結合通信システム。