JP2004260670A

JP2004260670A - 移動通信基地局アンテナ

Info

Publication number: JP2004260670A
Application number: JP2003050651A
Authority: JP
Inventors: Kazutada Komiya; 一公小宮; Koichi Tsunekawa; 光一常川; Taiji Takatori; 泰司鷹取; Keizo Cho; 敬三長
Original assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】システムの所要ＳＩＲを得ることができる最大収容ユーザ数とした場合にアダプティブアンテナのアンテナ素子指向性がＷ−ＣＤＭＡ上りリンク回線容量に与える影響について計算機シミュレーションにより評価することにより、アダプティブアンテナを構成するアンテナ素子のビーム幅を最適化してシステム全体としての回線容量を増大した移動通信基地局アンテナを提供する。
【解決手段】アンテナアレイ１０を構成する各アンテナ素子の主ビーム放射方向に直交する方向にアンテナ素子を配列してアダプティブアンテナ１を各セクタに設置した移動通信基地局アンテナにおいて、アンテナ素子ビーム幅を３６０°をセクタ数で除算した値の０．５３倍以上１．０倍未満の値に設定した移動通信基地局アンテナ。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、移動通信基地局アンテナに関し、特に、回線容量を増大する観点から最適なセクタセルを構成するアダプティブアンテナより成る移動通信基地局アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なアダプティブアンテナを図４を参照して説明しておく。
図４に示されるアダプティブアンテナは、所定のビーム幅を有する複数のアンテナ素子１１、１２、・・・１ｋより成るアンテナアレイ１０と、アンテナアレイ１０の各アンテナ素子１１、１２、・・・１ｋの出力信号ｘ_ｋ（ｔ）に対して重み付けを行う重み付け装置３１、３２、・・・３ｋと、重み付け装置３ｋから出力される信号を合成する合成装置４と、合成装置４の出力信号ｙ_ｋ（ｔ）に基づいて重み付け装置４の重み係数を制御するアダプティブプロセッサ２を有する。
【０００３】
以上のアダプティブアンテナの従来例は、サービスエリアの全域において所定の電界強度を得るという観点から設計がなされていた。具体的には、セクタ角とアンテナ素子の電力半値幅であるビーム幅を同一に設計することにより、セクタ境界においてビーム幅でクロスオーバーさせていた。即ち、セクタ数が３であれば３６０°を３で除算した１２０°にアンテナ素子のビーム幅を設計していた。セクタ数が６であれば、６０°にアンテナ素子のビーム幅を設計していた。
アダプティブアンテナを移動通信の基地局アンテナとして使用する場合、移動通信システム全体として回線容量を拡大するという観点からアダプティブアンテナのアンテナ素子のビーム幅を最適化する必要に迫られる。
ところで、Ｗ−ＣＤＭＡシステムのリンク回線容量増大を図るために使用することが検討されているアダプティブアンテナに関してアンテナアレイの素子数、角度広がりと上り回線容量の関係、ユーザ数一定のときの素子指向性と回線容量の関係の検討もなされている（特許文献１、２、非特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３７９２０９公報
【特許文献２】
特開２０００−２７０３６１公報
【非特許文献１】
森他、信学総大、Ｂ−５−４０，２００２
【非特許文献２】
三上他、信学ソ大、Ｂ−５−７１，２００１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実伝播環境下におけるＣＤＭＡシステムの収容ユーザ数はトータルの干渉電力量により制限される。このために、システムの所要ＳＩＲが与えられたとき、トータルの端末送信電力を最小とすれば収容ユーザ数は最大となる。ＳＩＲとは希望波電力と干渉波電力の比（ＳｉｇｎａｌｔｏＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＲａｔｉｏ）で定義される値である。
ここで、この発明は、システムの所要ＳＩＲを得ることができる最大収容ユーザ数とすることに着目し、アダプティブアンテナのアンテナ素子指向性がＷ−ＣＤＭＡ上りリンク回線容量に与える影響について計算機シミュレーションにより評価することにより、アダプティブアンテナを構成するアンテナ素子のビーム幅を最適化してシステム全体としての回線容量を増大した移動通信基地局アンテナを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
アンテナアレイ１０を構成する各アンテナ素子の主ビーム放射方向に直交する方向にアンテナ素子を配列してアダプティブアンテナ１を各セクタに設置した移動通信基地局アンテナにおいて、各アンテナ素子のビーム幅を３６０°をセクタ数で除算した値の０．５３倍以上１．０倍未満の値に設定した移動通信基地局アンテナを構成した。
そして、先の移動通信基地局アンテナにおいて、アンテナ素子は反射板付ダイポールアンテナより成る移動通信基地局アンテナを構成した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１を参照して説明する。図１は３セクタ、１９正六角セルの繰り返しマルチセルの移動通信システムにこの発明の実施例を適用したところを示す図である。
図１において、１はアダプティブアンテナ全体を示す。１１ないし１ｋはｋ素子のアンテナアレイ１０を構成する各アンテナ素子を示す。アダプティブアンテナ１は、アンテナアレイ１０を構成する各アンテナ素子の主ビーム放射方向に直交する方向に配列して各セクタに設置している。アンテナ素子自体は、反射板付ダイポールアンテナにより構成する。
【０００８】
表１はアダプティブアンテナ１に対するシミュレーション条件を示す。
【表１】

ここで、アンテナ素子数をｋ＝４とし、アンテナ素子間隔ｄをキャリア周波数の半波長としている。ユーザは各セクタ内に一様に分布し、同一伝送レートサービスを行うものとする。アンテナの素子パターンとして図２に示される如く水平面内の半値幅ＢＷが１２０°のとき、セクタ端で３ｄＢ低下となるＡｃｏｓ^ｎ（θ）パターンを適用し、サイドローブレベルはピークから−１５ｄＢ一定値とした。Ａは送信電力一定（図１の面積一定）となる様に決定するものとした。
【０００９】
一般に、ＣＤＭＡでは干渉波数がアダプティブアンテナの生成するヌル点より多いので、ここではアダプティブアンテナの動作は着目ユーザの各到来波（Ｓ）に対して最大比合成を行うものとした。着目ユーザ以外、他セクタ、および他セルからの到来波は全て干渉波として取り扱い、素子パターンを考慮した総干渉電力（Ｉ）を求める。これらより各到来波毎にＳＩＲを求め、ＲＡＫＥ合成してユーザの出力ＳＩＲとしている。１ｄＢステップで追従する端末での送信電力制御および基地局アダプティブアンテナの最大比合成を繰り返して計算し、各端末の送信電力と各端末に対する受信アンテナパターンは共に全端末のＳＩＲが収束するまで更新させている。その結果、システムの所要ＳＩＲに対して常にトータルの端末送信電力は最小になる。この検討においては、場所率９５％でシステムの所要ＳＩＲを得ることができる最大同時接続ユーザ数を容量として定義する。なお、セクタ間、セル間ハンドオーバ、素子間相互結合の影響は考慮していない。
【００１０】
ここで、図３を参照してアンテナ素子指向性のＷ−ＣＤＭＡ上りリンク回線容量に与える影響について検討する。図３（ａ）は以上のシミュレーション結果を示す図であり、図３（ｂ）は素子パターンとアダプティブアンテナパターンの間の関係を概念的に説明する図である。
図３（ａ）を参照するに、回線容量は、半値幅１２０°のときの値で規格化して表示しており、素子半値幅が７０°から１１０°の範囲で回線容量を増大することができることが認識される。
図３（ｂ）を参照するに、アダプティブアンテナパターンは素子パターンの制限を受けてセクタ角内でステアリングを行う。パターンのヌル点より干渉波が多いので、ＳＩＲはメインローブのピーク値およびビーム幅（利得）とサイドローブレベルの比でほぼ決まる。素子パターンが広い場合はセクタ端のユーザに対する利得低下量は少ないものの、セクタ中央のユーザに対する利得もそれ程高くない。一方、素子パターンが狭い場合の利得はセクタ端で低くセクタ中央で高い。このことがメインローブおよびサイドローブレベルの双方に当てはまるので、この総合的な割合が最も小さくなる素子パターンが存在し、その最適半値幅は従来のセクタビーム幅より狭いものと考えられる。
【００１１】
上述した通り、システムの所要ＳＩＲを得ることができる最大収容ユーザ数とした場合、アダプティブアンテナのアンテナ素子指向性がＷ−ＣＤＭＡ上りリンク回線容量に与える影響について計算機シミュレーションにより評価し、素子半値幅には最適値が存在することを示した。
なお、実施例において、アンテナ素子数をｋ＝４、アンテナ素子間隔ｄを半波長としたが、この発明はこれに限定されるものではない。また、アンテナ素子の正規化素子ビーム幅と正規化容量の関係についても、同様に最適値が存在することは言うまでもない。
【００１２】
【発明の効果】
上述した通りであって、この発明によれば、アダプティブアンテナのアンテナアレイを構成するアンテナ素子のビーム幅を、３６０°をセクタ数で除算した値の０．５３倍以上１．０倍未満の値に設計することにより、システム全体としての回線容量を増大した移動通信基地局アンテナを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】素子パターンを示す図。
【図３】規格化して表示した回線容量を示す図。
【図４】一般的なアダプティブアンテナを説明する図。
【符号の説明】
１アダプティブアンテナ１０アンテナアレイ
１１、１２、・・・１ｋアンテナ素子２アダプティブプロセッサ
３１、３２、・・・３ｋ重み付け装置４合成装置

Claims

アンテナアレイを構成する各アンテナ素子の主ビーム放射方向に直交する方向にアンテナ素子を配列してアダプティブアンテナを各セクタに設置した移動通信基地局アンテナにおいて、
各アンテナ素子のビーム幅を３６０°をセクタ数で除算した値の０．５３倍以上１．０倍未満の値に設定したことを特徴とする移動通信基地局アンテナ。
請求項１に記載される移動通信基地局アンテナにおいて、
アンテナ素子は反射板付ダイポールアンテナより成ることを特徴とする移動通信基地局アンテナ。