JP3832083B2

JP3832083B2 - 基地局アンテナ装置

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Publication number: JP3832083B2
Application number: JP9602398A
Authority: JP
Inventors: 裕幸大嶺; 徹深沢; 勇千葉; 幸弘本田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: JPH11298225A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯を利用した基地局と移動体間で高速通信を行うシステムにおいて、特にＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）アクセスで有効な干渉低減機能を有するアダプティブアレーアンテナを用いた基地局アンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の移動体通信では音声だけでなく、マルチメディア対応のデータや画像の高速通信が要求されているため、現在の移動体通信で主流である１ＧＨｚ帯付近のＵＨＦ帯からより周波数の高いマイクロ波帯及び準ミリ波帯を有効に利用することが必要である。しかしながら、高周波数帯になるに従い、遮弊等による通話の切断、あるいは多重反射から生じる遅延スプレッドによる通話品質の劣化は重要な課題である。
【０００３】
図８は携帯電話、ＰＨＳに代表される移動体通信の一般的な例を示している。図において、１ａ，１ｂ，１ｃは建物、２ａ，２ｂは山、丘等の地物、３は基地局、４は基地局アンテナ、５ａ，５ｂは移動体であり、ここでは人間を例示しており、６は移動体であり、ここでは車を例示しており、７ａ，７ｂは携帯機、８は直接波、９は反射波、１０は回折波である。
【０００４】
基地局アンテナ４と携帯機７ａ，７ｂ間で通信を行う場合、伝搬環境は、直接波８以外にも周囲の建物、地物による反射波９及び回折波１０が合成された多重波による伝搬になる。多重波伝搬においては、伝搬遅延時間に差が生じるため、帯域内の振幅と位相の変動が一様ではなく、特定の周波数での受信レベルが低下する周波数選択性のフェージングを生じる。高速デジタル信号伝送を行う場合、この影響が無視できなくなり波形歪が生じる。
【０００５】
この多重波を遅延時間に対して分離したものを遅延プロファイルと呼ぶ。最初に直接波８が到達する。続いて、建物、地物等により反射した反射波９及び回折波１０が時間遅れで到達する。遅延プロファイルを統計的に表したものを遅延スプレッドといい、この遅延スプレッドの大小が高速デジタル信号を行う場合の符号間干渉の評価を与えるため、重要である。
【０００６】
周波数の利用効率を向上させる方式としてマイクロセルがある。マイクロセルは空間的に利用効率を上げるため、周波数を繰り返して使用できる。又、加入者容量を増大させるマルチアクセス方式として、ＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡがあり、特に近年ＣＤＭＡが注目されている。これらは例えば、藤野、田近、”無線アクセス技術”、電子情報通信学会誌、Ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．２，ｐｐ．１２７−１３２１９９５年に記されている。
ＣＤＭＡは、スペクトル拡散技術を利用し、情報信号が必要とする帯域幅よりも十分広い帯域幅を用いて伝送する方式である。各ユーザは同じ周波数・時間を共用し、各チャネルには、互いに直交する拡散符号を割り当て、この符号によって送信側で拡散し、受信側で逆拡散することによってチャネルの分離を行う。
【０００７】
ＣＤＭＡの重要な問題として遠近問題がある。その様子を図１２に示す。図において、１１は近距離の携帯機からの信号、１２は遠距離の携帯機からの信号、１３は送信電力制御を行う携帯機である。
基地局と移動局の距離に応じて電界の強さが変化し、遠方の携帯機からの信号１２は電界が弱くなる。よって、電界が強い近距離の携帯機からの信号１１によって大きな干渉を受ける遠近問題が生じる。これを克服するためには、基地局において各移動局からの受信電界を等レベルになるよう、携帯機が移動するのに伴い、送信電力を変化させる送信電力制御が必要になる。ＣＤＭＡを達成するためにはこの送信電力制御不可欠な技術である。高精度な送信電力制御を行うため、通常オープンループ制御とクローズループ制御の二つの制御を併用して実現しており、高度な技術が必要である。
【０００８】
又、セルの繰り返しに使用のためには、他のセルで同一周波数を用いる基地局アンテナからの電波が到達すると干渉波になるため、セルの繰り返し使用が制限され、周波数の有効利用ができなくなる。特にＣＤＭＡでは、各ユーザに割り当てられた拡散符号間の相互干渉のために、ユーザ間に干渉が生じ、加入者容量が抑えられてしまう。
このような電波環境において、基地局アンテナの指向性を制御することで同一チャネル干渉を抑え、所望の電波のみを有効に受信する方式としてアダプティブアレーがある。例えば、大鐘、”陸上移動通信におけるＣＭＡアダプティブアレーの選択性フェージング補償特性”、信学論（Ｂ−ＩＩ）、Ｊ７３−Ｂ−ＩＩ，１０，ｐｐ．４８９−４９７１９９０年にその例が示されている。
【０００９】
アダプティブアレーは所望方向にビームを向け、干渉波の方向にヌルを形成することで適応的に干渉を抑圧する技術である。一般的にマルチパスの遅延時間差が長くなると等化器では構成が複雑になり、等化器特性も劣化する。このため、より長い遅延時間差をもつマルチパスの抑圧または同一周波数の干渉の抑圧にアダプティブアレーが適用できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このようにアダプティブアレーアンテナを用いることで、干渉波を空間的に分離できるため、遅延波の分離、あるいは同一周波数干渉低減に優れている。特にマイクロ波帯以上の高周波数帯を用い、さらに良い伝送品質が要求される高速伝送を行うためには有効な手段である。
しかしながら、アダプティブアレーは素子アンテナ数が多くなると、その分計算処理負荷が増大するため、ハードウェアの実現が困難になり、又、高価になる問題がある。アダプティブアレーのハードウェアは素子数に応じて複雑となるため、実用上の観点からアンテナ構成を最適化し、素子数を削減することが重要である。
【００１１】
又、基地局から距離に応じて送受信電力が大きく異なるため、特に遠いところでは、ゾーンの端では受信レベルが低下し、通話品質が劣化する。あるいは、基地局周辺では通話できない問題がある。さらに、ＣＤＭＡを達成するためには、高精度な送信電力制御が不可欠であり、ハードウェアの構成が複雑になる問題があった。
【００１２】
この発明はこのような課題を解決するためのものであり、携帯機をできるだけ簡易なものにし、構成が簡単で、低コスト化、低消費電力化を可能とする高速伝送時における基地局アンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による基地局アンテナ装置は、一つの無線基地局と複数の無線端末間で通信を行う無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性において、水平方向のアンテナ放射特性を不要波の方向に適用的にヌルを形成するアダプティブアレーとし、垂直方向のアンテナ放射特性を固定のコセカント２乗特性としたものである。
【００１４】
また、第２の発明による基地局アンテナ装置は、垂直方向を複数の素子アンテナ配列を単位としたリニアアレーで構成し、上記リニアアレーを１つの給電端子から給電することで固定のコセカント２乗特性を有するようにしたものである。
【００１５】
また、第３の発明による基地局アンテナ装置は、垂直方向を複数の素子アンテナ配列を単位としたリニアアレーで構成し、且つリニアアレーを１つの給電端子から給電することで通信エリア内は固定のコセカント２乗特性を有し、通信エリア外は他の基地局方向にヌルを形成するように垂直方向のアンテナ放射特性としたものである。
【００１６】
また、第４の発明による基地局アンテナ装置は、垂直方向を複数の素子アンテナを配列することで固定のコセカント２乗特性を有したリニアアレーを２列以上の複数列配列を単位としたサブアレーとし、このサブアレーを単位として振幅あるいは位相あるいはその両方を可変することで水平方向の不要波の方向に適応的にヌルを形成するようにしたものである。
【００１７】
また、第５の発明による基地局アンテナ装置は、垂直方向に固定のコセカント２乗特性を有するリニアアレーを水平方向に複数列配列し、各列毎に設けたデジタル回路でビームを形成するＤＢＦアンテナとし、ＦＦＴあるいはＤＦＴ演算によりマルチビームを形成したその出力によって、参照信号との誤差を検出し誤差が最小となるように処理を行うようにビームスペースでアダプティブ処理を施したものである。
【００１８】
また、第６の発明による基地局アンテナ装置は、マルチビームの最も強い受信レベルのビーム方向を所望波とするアダプティブ処理を行うアダプティブ処理器１と２番目に強い受信レベルのビーム方向を所望波とするアダプティブ処理を行うアダプティブ処理器２と、上記アダプティブ処理器１あるいはアダプティブ処理器２あるいはその両方の出力を最尤系列推定を行う適応等化器に入力し、上記アダプティブ処理器１あるいはアダプティブ処理器２あるいはその両方の出力の時間遅延を補正し合成することでパスダイバーシチを得るようにしたものである。
【００１９】
また、第７の発明による基地局アンテナ装置は、垂直方向に固定のコセカント２乗特性を有するリニアアレーを平面上に２次元配列させ、水平方向の放射特性を適応的に可変するアダプティブアレーとしたアレーアンテナを、その放射面の反対の背側を対向させ、両放射面側にそれぞれビームを放射させるように２つ並べ、このアレーアンテナをストリート状に構成された道路の端に設置することで、道路長方向の両側に双ビームを有することでストリート状の道路にビームを照射するようにしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示しており、図１（ａ）は概略構成図、（ｂ）はアンテナビームを上から見た上面図、（ｃ）はアンテナビームを横から見た側面図である。図において、１ａ，１ｂ，１ｃは建物、２ａ，２ｂは山、丘等の地物、３は基地局、５ａは移動体（人）、６は移動体（車）、７ａは携帯機、１４はアダプティブアレーを有する基地局アンテナ、１５はコセカント２乗特性を有するアンテナビームである。
【００２１】
基地局アンテナ１４と携帯機７ａ間で通信あるいはデータ伝送を行っている例を示している。周囲の建物、山、丘等の地物による反射波及び回折波が合成された多重波による伝搬環境になる。高速デジタル信号伝送を行う場合、周波数選択性のフェージングが無視できない。そこで、図１（ｂ）に示すように、水平方向にアダプティブアレーを適用する。所望波１６である直接波に対して、干渉波となる遅延波１７ａ，１７ｂが２波異なる方向より入射している場合を考える。所望波の方向にビームを形成し、干渉波の方向にヌルを形成することで、空間的に分離でき干渉波の影響を小さくできる。又、同一周波数を用いる基地局からの干渉波も抑圧することができる。
【００２２】
一方、垂直面に関しては図１（ｃ）に示すように通信エリアで均一な分布となるコセカント２乗ビームを形成する。ＣＤＭＡを行うためには、遠近で送受信電力を一定にしなければならず高精度な送信電力制御が不可欠であるが、コセカント２乗ビームを形成することで均等な電力で送受信できる。すなわち、高精度な送信電力制御が不要となり、大幅な低コスト化が達成できる。
【００２３】
ここで、アダプティブアレーの動作について説明する。図２はアダプティブアレーアンテナの構成の一例を示したものである。図において、１８はコセカント２乗特性を有するアレーアンテナ、１９は可変複素ウエイト、２０はミキサ、２１はアダプティブプロセッサである。
ｎ番目の素子アンテナで受信された信号Ｘｎ（ｔ）は、その振幅と位相を制御するため、可変複素ウエイト１９において、複素ウエイトと掛け合わされる。振幅と位相を制御された信号は、ミキサ２０において他の素子アンテナで受信された信号と混合され、アダプティブアレーアンテナの出力ｙ（ｔ）となる。アダプティブプロセッサ２１にて、出力信号ｙ（ｔ）を用いて計算した参照信号との誤差を検出し、誤差が少なくなるように可変複素ウエイト１９に与える複素ウエイトＷｎを制御する。このようなフィードバックループにより、アダプティブアレーアンテナは所望の信号を出力するように動作する。最適化を図るアルゴリズムの代表的なものとして、適応フィルタの理論に基づくＬＭＳアルゴリズムとＣＭＡアルゴリズムがある。ＬＭＳアダプティブアレーは所望の参照信号と実際のアレー出力信号との誤差信号の２乗誤差を最小にするように最適ウエイトＷｎを決定する手法である。ＣＭＡアダプティブアレーは変調信号が定包絡線であるという知識を用いてアレー出力から直接誤差信号を作ることができる。所望波が定包絡線、つまり、位相変調、周波数変調の場合に適用可能な手法である。
【００２４】
アダプティブアレーをＤＢＦ（ＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）で構成した例を図３に示す。図において、２２はＬＮＡ（低雑音増幅器）、２３はダウンコンバータ、２４はＡ／Ｄ変換器、２５は信号処理部である。図では受信の場合を示しており、ＤＢＦアンテナは個々のコセカント２乗特性を有するアレーアンテナ１８の信号をまずＬＮＡ２２で増幅し、ダウンコンバータ２３でＩＦ帯あるいはベースバンドにまで周波数をダウンさせる。その信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変えて取り込み、アダプティブプロセッサである信号処理部２５で複素ウエイトの計算、制御を行う。
【００２５】
ここでは、基地局での受信の場合を示したが、送信の場合もその効果は受信ほど大きくないが、同様な効果が期待できる。複素ウエイトを受信時に求めビームを形成するが、そのウエイトをそのまま送信に用いると若干誤差が生じる。しかし、送信アンテナのビーム形成の際、干渉となる基地局の方向に受信と同様なヌルを形成することによって、不要方向に電波が放射されなくなる。この動作は各基地局がそれぞれ行うことで、結果として、受信時のようなパスダイバーシチ効果は得られないが、各移動局のＳＩＲが改善されるため、同様な効果が期待できる。
又、ここではリニアアレーを複数列配列する例を示したが、四角配列あるいは三角配列であってもよく、配列の方法には依存しない。
尚、ここでは、車、人間、電車等の陸上における移動体通信を例として示したが、例えば港湾における船舶用基地局アンテナ、飛行場における基地局アンテナ等他の基地局アンテナであってもこの発明は有効である。
【００２６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２を示す概略図であり、図４（ａ）はスロットアレーを用いたリニアアレー、図４（ｂ）はパッチアレーを用いたリニアアレーの図を示している。図において、２６はスロットアレー、２７は放射部であるスロット、２８はリニアアレーで形成したコセカント２乗ビーム、２９は給電部の位置、３０はパッチアレー、３１はパッチアンテナである。
【００２７】
垂直方向の固定のコセカント２乗ビームを得るために、リニアアレーを構成する。アンテナの構成を簡単にするために、給電部２９は１箇所とする。スロットアレーの場合、導波管内を伝搬することで各スロットが励振され、パッチアンテナの場合、マイクロストリップ線路等で各素子アンテナを給電することにより、容易に、簡単な構成でコセカント２乗ビームを励振できる。
【００２８】
ここでは、スロットアレー及びパッチアレーの例を示したが、ダイポールアレー、モノポールアレー、ノッチアレー、ホーンアレー等他のアンテナ素子であってもこの発明は有効である。
【００２９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３を示す概略図である。図において、３２は他の基地局、３３は他の基地局アンテナ、３４はコセカントｎ乗ビーム（ｎ＞２）、３５はヌルパターン、３６は他の基地局への干渉波、３７は角度調整機構である。
【００３０】
他のセルで同一周波数を用いる基地局アンテナからの電波が到達すると干渉波になるため、セルの繰り返し使用が制限され、周波数の有効利用ができなくなる。特にＣＤＭＡでは、各ユーザに割り当てられた拡散符号間の相互干渉のために、ユーザ間に干渉が生じ、加入者容量が抑えられてしまう。そこで、リニアアレーで通信エリア内ではコセカント２乗ビームを形成するが、通信エリア外で同一周波数を用いる他の基地局の方向にヌルを形成することで、干渉波の影響を小さくするようにしたものである。これによりセルの繰り返し数を小さくすることができ周波数の有効利用が可能になる。
図５では、同一周波数を使用する他の基地局アンテナ３３の方向にヌルパターン３５を形成することで、干渉波３６の影響を低減している。この方式により、周波数の再利用が可能になる。
【００３１】
図６には、コセカント２乗ビームの計算例を示している。０度方向に他の基地局がある場合を想定し、ヌルパターンを形成している。又、５度方向から６０度方向までコセカント２乗ビームを形成することで、通信エリアを均一分布で覆うことができる。
【００３２】
図６では、垂直方向はコセカント２乗ビームを有する放射パターンの例を示したが、他の基地局への干渉波を低減するためには、その方向にヌルを形成する必要がある。しかし、ヌルパターンとコセカント２乗パターンの両方を形成し、両者の角度が接近している場合、問題が生じる。すなわち、ビーム成形が困難になる。ヌル点をＡ点（図６参照）、コセカント２乗ビームのピーク点をＢ点とすると、両点が接近している場合、Ａ点からＢ点とへの急速な立ち上がりが要求される。そのためにはアンテナ開口径を大きくしなければならず、実現が困難になる。
周波数の再利用を優先させた設計では、ヌル点を優先させるため、コセカント２乗ビームの放射パターンが乱れると共にピーク点の位置が基地局から見て手前方向にずれるため、基地局近傍の照射レベルが高くなってしまう。そこで、通信エリア内を均一に照射するためには、コセカント２乗特性よりもさらに傾きを大きくした例えばコセカント２．５乗、コセカント３乗のようにすることで通信エリア内を均一に覆うことができる。
【００３３】
又、ナル点の角度範囲は狭いため、１度ずれてもレベルが上昇することになる。そこで、垂直方向には角度を０．１度程度を目安とした角度で微調整する角度調整機構３７を設け、常に他の基地局方向がヌルになるようにしなければならない。
又、図６の放射パターンの計算例で示したように、他の基地局アンテナ方向にヌルを形成できるが、図では０度から−２０度まで低サイドローブ化を達成できている。すなわち、基地局以外の不要な方向、例えば、反対車線や他の道路等の電波を照射したくない箇所がある場合においても極めて有効な手段である。
【００３４】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４を示す概略図である。図において、４０はサブアレーである。実施の形態２及び３では、垂直方向のリニアアレーでコセカント２乗ビームを形成し、水平方向はこのリニアアレーを複数列配列し、それぞれリニアアレー毎にＡ／Ｄ変換器へ送受信機を設けることで、アダプティブアレーを構成した。ここでは、さらにリニアアレーを２列以上配列したものを単位としてサブアレー化する。サブアレー化毎にＡ／Ｄ変換器を設け、アダプティブアレーを構成することで、高価なＬＮＡ、Ａ／Ｄ変換器の数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。又、計算処理時間も低減することができる。さらに、サブアレー化することでリニアアレーに比べ指向性をもつことができ、干渉波の影響を受けにくくなる。
サブアレー内の各列はそれぞれ等振幅、等位相である必要はなく、それぞれの列の振幅・位相を変えることで、ビーム方向、ビーム幅を変えることができる。ここでは、２列からなるサブアレーの例を示したが、３列以上のサブアレーとしてもこの発明は有効である。
【００３５】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５を示す概略図である。図において、１８は垂直方向にコセカント２乗ビームを形成したリニアアレー、４１はマルチビーム形成器、４２はビーム選択器、２５はアダプティブ処理を行う信号処理部である。
【００３６】
図８では、低雑音増幅器２２を経由してＲＦ信号からＩＦ信号あるいはベースバンド信号にダウンコンバータ２３を用いたダウンコンバートする。Ａ／Ｄ変換器２４でデジタル化し、ＦＦＴあるいはＤＦＴによりマルチビーム形成器４１でマルチビーム化され、ビーム選択器４２を介して信号処理部でアダプティブ処理が行われる。
マルチビームを形成するためには、アナログ方式もある。そのためにはＢＦＮ（ＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋ）を構成する必要があり、給電線路がマトリクス状に配回されるため、アンテナ素子数が多くなるほど複雑になる。又、ビームにフレキシビリティがなく、ビームの再形成ができない等の問題がある。一方、図８のように、ＤＢＦにすることで、大規模なマルチビーム形成ができ、ビームの精密な制御が可能になる。又、マルチビームを用いて複数波の到来方向を検知することもできる。
【００３７】
マルチビームを用いて、ビームスペースでアダプティブ処理を行う。リニアアレー毎に処理を行う場合、所望信号は雑音や干渉波の中に深く埋もれるので、最適ウエイトを見つけるのに時間がかかる問題がある。これに対して、ビームスペースは、指向性を有しているのでそのいくつかのビームにはかなり受信レベルが高く、それらのビーム出力だけを使うことで処理時間の短縮化を図ることができる。さらに、複雑な電波環境に適応的な動作が求められる高速移動通信には適している。
ここでは、受信の例を示したが、送信においても、逆にデジタル信号処理部内で信号にウエイトをかけて、Ｄ／Ａ変換器によってアナログ信号に変換し、その後増幅器を通って各素子アンテナから放射することが実現できる。
【００３８】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６を示す概略図である。図において、４３はアダプティブ処理器１、４４はアダプティブ処理器２、４５は適応等化器である。
【００３９】
図９はビームスペースを用いたパスダイバーシチの構成例を示している。この構成により、アダプティブアレーを用いて同一チャネル干渉を除去すると同時に一定時間間隔で存在する所望波の遅延波を合成することでパスダイバーシチ効果が得られる。マルチビーム形成器では図８に示したように、すでにコセカント２乗ビームを形成したリニアアレーからＡ／Ｄ変換器を介して、マルチビーム形成器に入力されているものとする。
ここでは、直接波と遅延波を１波ずつ処理する場合を考え、処理の手順を以下に示す。まず、ビーム選択器４２では、受信電力が決められたしきい値を超えたビームを選び出す。次に、アダプティブ処理器１４３では、最も受信電力の大きいビームのみに初期ウエイト１を与え、残りは零としてアダプティブ処理を行う。アダプティブ処理アルゴリズムにはＣＭＡ等が用いられる。アダプティブ処理器２４４では受信電力が２番目に大きいビームのみに初期ウエイト１を与え残りは零としてアダプティブ処理を行う。アダプティブ処理器１では直接波、アダプティブ処理器２では遅延波がそれぞれ所望波として保存される。続いて、分離受信された直接波と遅延波をダイバーシチ合成あるいは最尤推定を行う適応等化器４５を組合せることでパスダイバーシチ効果が得られる。又、直接波と遅延波の時間差が小さく分離できない場合であっても、直接波以外に一定時間内の遅延波も同時に取り込み、最尤系列推定を行うことで、パスダイバーシチ効果が得られる。
ここでは、最尤系列推定を行う例を示したが、判定帰還型等化器を用いてもよく、又、最大比合成等のダイバーシチ構成としてもこの発明は有効である。
【００４０】
実施の形態７．
図１０はこの発明の実施の形態７を示す概略図である。図において、４６は平面状の構成したアダプティブアレー、４７ａ，４７ｂはコセカント２乗ビームである。
垂直方向にコセカント２乗ビームを形成したリニアアレーを水平方向に複数列配列しアダプティブ処理を行う平面上のアレーアンテナを、放射面の反対の背側を対向させ、両放射面側にそれぞれビームを放射させるように並べる。このアンテナをストリート状に構成された道路の端に設置することで、道路長方向の両側に双ビームを有することができるため、ストリート状の道路にビームを照射することができる。１つの基地局でストリート状のエリアをカバーすることができるため、基地局の数を削減することができる。
【００４１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、基地局アンテナの水平方向のビーム指向制御にアダプティブアレーを適用することで、周囲からの干渉波の影響を小さくできる効果がある。又、垂直面内にコセカント２乗ビームを形成することで、所定通信エリアの送受信レベルを一定にすることができ、特にＣＤＭＡにおける送信電力制御を簡単化できる効果がある。
【００４２】
また、第２の発明によれば、垂直面内の固定のコセカント２乗ビームをリニアアレーで形成することで、アダプティブアレーの構成を簡単化できる効果がある。又、パッチアンテナを用いることで製作性が容易になる効果がある。
【００４３】
また、第３の発明によれば、垂直方向のアンテナ放射特性は通信エリア内は固定のコセカント２乗特性を有し、通信エリア外は他の基地局方向にヌルを形成するようにしたことで、周波数の繰り返し数が改善でき、周波数の利用効率が向上できる効果がある。又、角度調整機構を設けることで常に他の基地局アンテナ方向にヌルを向けることができる。又、ヌル形成を優先させることにより生じるコセカント２乗ビームの乱れをコセカントｎ乗（ｎ＞２）にすることで、通信エリアを均一に照射できる効果がある。
【００４４】
また、第４の発明によれば、リニアアレーを２列以上の複数列配列を単位としたサブアレーと構成することで送受信機、Ａ／Ｄ変換器数を削減することができ、低コスト化を図ることができる効果がある。
【００４５】
また、第５の発明によれば、ビームスペースを用いてアダプティブ処理を行うことで、処理速度を高速化できる効果がある。
【００４６】
また、第６の発明によれば、マルチビームの最も強い受信レベルのビーム方向を所望波とするアダプティブ処理を行うアダプティブ処理器１と２番目に強い受信レベルのビーム方向を所望波とするアダプティブ処理を行うアダプティブ処理器２と、上記アダプティブ処理器１あるいはアダプティブ処理器２あるいはその両方の出力を最尤推定を行う適応等化器に入力し、時間遅延を補正し合成することでパスダイバーシチが得られ、Ｓ／Ｎが向上し、通信品質が改善される効果がある。
【００４７】
また、第７の発明によれば、ストリート状に構成された道路の端に設置し、道路長方向の両側に双ビームを有することでストリート状の道路にビームを照射することができ、基地局の数を削減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態１の概略構成図である。
【図２】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態１のアダプティブアレーの基本構成を示す図である。
【図３】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態１のＤＢＦの基本構成を示す図である。
【図４】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態２の概略構成図である。
【図５】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態３の構成を示す概略構成図である。
【図６】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態３の放射パターンの計算例を示す図である。
【図７】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態４のアンテナ装置の構成を示す概略構成図である。
【図８】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態５のアンテナ装置の構成を示す概略構成図である。
【図９】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態６の信号処理部の構成を示す図である。
【図１０】この発明による基地局アンテナ装置の実施の形態７のアンテナ装置の構成を示す概略構成図である。
【図１１】従来の基地局アンテナ装置の例を示す概略構成図である。
【図１２】従来の基地局アンテナ装置の遠近問題を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１建物、２山、丘等の地物、３基地局、４基地局アンテナ、５移動体（人）、６移動体（車）、７携帯機、８直接波、９反射波、１０回折波、１１近距離の携帯機からの信号、１２遠距離の携帯機からの信号、１３送信電力制御を行う携帯機、１４アダプティブアレー、１５コセカント２乗ビーム、１６所望波、１７干渉波、１８コセカント２乗特性を有するアレーアンテナ、１９可変複素ウエイト、２０ミキサ、２１アダプティブプロセッサ、２２ＬＮＡ（低雑音増幅器）、２３Ｄ／Ｃ（ダウンコンバータ）、２４Ａ／Ｄ（Ａ／Ｄ変換器）、２５信号処理部、２６スロットアレー、２７スロット、２８コセカント２乗ビーム、２９給電部、３０パッチアレー、３１パッチアンテナ、３２他の基地局、３３他の基地局アンテナ、３４コセカントｎ乗ビーム（ｎ＞２）、３５ヌルパターン、３６干渉波、３７角度調整機構、３８コセカント２乗ビーム、３９ヌルパターン、４０サブアレー、４１マルチビーム形成器、４２ビーム選択器、４３アダプティブ処理器１、４４アダプティブ処理器２、４５適応等化器、４６アダプティブアレー、４７コセカント２乗ビーム。

Claims

複数の素子アンテナを有するアレーアンテナと、各素子アンテナで受信した信号の振幅と位相の両方あるいはいずれか一方を任意に制御する回路と、この回路からの各素子アンテナの出力あるいは入力信号を合成する信号回路と、振幅と位相の両方あるいはいずれか一方の制御量を決定するための演算回路とを具備し、放射特性を適宜可変するアダプティブアレーアンテナ、あるいは適宜指向性を可変するアンテナを有する少なくとも一つの無線基地局と複数の移動体間で通信を行う無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ放射特性において、水平方向のアンテナ放射特性は不要波の方向に適宜ヌルを形成し、垂直方向のアンテナ放射特性はコセカント２乗特性を有する放射特性としたことを特徴とする基地局アンテナ装置。
上記基地局アンテナ装置の垂直方向を複数の素子アンテナ配列を単位としたリニアアレーで構成し、上記リニアアレーの１つの給電端子から給電することで、垂直方向のアンテナ放射特性は固定のコセカント２乗特性を有するようにしたことを特徴とする請求項１記載の基地局アンテナ装置。
上記基地局アンテナ装置の垂直方向を複数の素子アンテナ配列を単位としたリニアアレーで構成し、上記リニアアレーの１つの給電端子から給電し、垂直方向のアンテナ放射特性は通信エリア内は固定のコセカント２乗特性を有し、通信エリア外は他の基地局方向にヌルを形成したことを特徴とする請求項１あるいは２記載の基地局アンテナ装置。
上記基地局アンテナ装置の垂直方向を数の素子アンテナ配列を単位としたリニアアレーで構成し、上記リニアアレーの１つの給電端子から給電することで、垂直方向のアンテナ放射特性は通信エリア内は固定のコセカントｎ状（ｎ＞２）特性を有し、通信エリア外は他の基地局方向にヌルを形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基地局アンテナ装置。
上記基地局アンテナ装置の垂直方向をコセカント２乗放射特性を有するリニアアレーと、水平方向に上記リニアアレーを複数列配列した２次元配列アレーと、上記各リニアアレーの受信部あるいは送信部のＲＦ信号を増幅する増幅器と、上記ＲＦ信号をＩＦ信号あるいはベースバンド信号に変換するミキサと上記ＩＦ信号あるいはベースバンド信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と上記デジタル信号を合成することで得られた出力と、参照信号との誤差を検出し誤差が最小となるように処理を行うアダプティブプロセッサーとを具備することでデジタル回路でビームを形成するＤＢＦ（ＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）アンテナであって、ＦＦＴあるいはＤＦＴ演算によりマルチビームを形成し、上記マルチビームの出力によってビームスペースによりアダプティブ処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基地局アンテナ装置。
上記ビームスペースによりアダプティブ処理を行う基地局アンテナであって、上記マルチビームの最も強い受信レベルのビーム方向を所望波とするアダプティブ処理を行うアダプティブ処理器１と２番目に強い受信レベルのビーム方向を所望波とするアダプティブ処理を行うアダプティブ処理器２と、上記アダプティブ処理器１あるいはアダプティブ処理器２あるいはその両方の出力を最尤推定を行う適応等化器に入力し、上記アダプティブ処理器１あるいはアダプティブ処理器２あるいはその両方の出力の時間遅延を補正し合成することでパスダイバーシチを得ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基地局アンテナ装置。