JP2006060682A - Antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般にセルラ方式の無線通信の技術分野に関し、特に無線基地局のアンテナ装置に関する。 The present invention generally relates to the technical field of cellular radio communication, and more particularly to an antenna device of a radio base station.
この種の技術分野では、無線リソースを効率的に使用するため、セル内にできるだけ多くのユーザを収容することが望まれる。収容可能なユーザ数、即ち回線容量を増やす技術として、適応アレーアンテナ制御が挙げられる。これは、指向性を適応的に変化させることが可能なアンテナ装置を設け、ユーザ毎に指向性を合わせるものである。その結果、無線基地局は少ない送信電力でユーザに電波を送信でき、且つ移動端末の送信電力も少なくて済む。 In this type of technical field, it is desirable to accommodate as many users as possible in a cell in order to efficiently use radio resources. As a technique for increasing the number of users that can be accommodated, that is, the line capacity, adaptive array antenna control can be mentioned. In this method, an antenna device capable of adaptively changing the directivity is provided, and the directivity is adjusted for each user. As a result, the radio base station can transmit radio waves to the user with a small transmission power, and the transmission power of the mobile terminal can be small.
また、無線基地局からの電波をなるべく自セル内に閉じこめ、他セルへの干渉を抑制することで、回線容量を増やすこともできる。これは、アンテナの垂直面内指向性をチルト角だけ傾けることによって実現され、ビームチルティングとも呼ばれる。図１に示されるように、チルト角θｔは、無線基地局のアンテナ高さＨｂｓとユーザまでの距離Ｄとの比率（Ｈｂｓ／Ｄ）で定まる。具体的には、θｔ＝ｔａｎ−１（Ｈｂｓ／Ｄ）である。距離Ｄが、セル端までの距離（即ち、セル半径）Ｌに等しい場合のチルト角は、見込み角と呼ばれる。 Further, it is possible to increase the line capacity by confining radio waves from the radio base station in the own cell as much as possible and suppressing interference with other cells. This is realized by tilting the directivity in the vertical plane of the antenna by the tilt angle, and is also called beam tilting. As shown in FIG. 1, the tilt angle θ t is determined by the ratio (Hbs / D) between the antenna height Hbs of the radio base station and the distance D to the user. Specifically, θ t = tan −1 (Hbs / D). The tilt angle when the distance D is equal to the distance to the cell edge (that is, the cell radius) L is called a prospective angle.
図２は、ビームチルティングを行なうアンテナ装置の一部を示す。概して、図には、Ｎ個の放射素子２０２−１〜Ｎを有するプリント基板２０４と、給電箱２０６とが示されている。いくつかの放射素子は１つのサブアレーを構成し、図示の例では、破線枠で示されるように、４つの放射素子で１つのサブアレーが形成される。サブアレーの各々に対して１つの給電端子が設けられ、図示の例では、Ｋ（＝Ｎ／４）個の給電端子２０８−１〜Ｋがプリント基板２０４に設けられている。サブアレーは、１以上の電力分配器２１２を有し、この電力分配器２１２及び給電線路を通じて、給電端子及び放射素子が互いに接続される。図中、給電線路は、直線、折れ線又は波線で示され、破線の給電線路は信号の位相を一定量だけ進ませる又は遅らせる機能を有する。給電箱２０６は、１つの入出力端子２１８と、Ｋ個の端子２２０−１〜Ｋを有する。Ｋ個の端子２２０−１〜Ｋは、同軸ケーブル２１０−１〜Ｋを介して給電端子２０８−１〜Ｋにそれぞれ接続される。入出力端子２１８及び端子２２０−１〜Ｋの間も給電線路で接続される。この給電線路も、直線又は波線で図示され、波線の給電線路は、信号の位相を一定量だけ進退させる。
FIG. 2 shows a part of an antenna apparatus that performs beam tilting. Generally, the figure shows a printed circuit board 204 having N radiating elements 202-1 to 202-1 and a
放射素子により送受信される信号は、給電箱２０６及びプリント基板２０４を経由して、入出力端子２１８を通じて送受信される。給電箱２０６内の給電線路の位相を適切に調整することで、アンテナの指向性に所望のチルト角θｔを与えることができる。この種の技術については、例えば、特許文献１に記載されている。
しかしながら、従来の適応アレーアンテナは、アンテナ素子を水平方向に並べることに起因して、多くの設置スペースを必要とする。空間ダイバーシチが行なわれる場合には、ブランチ間の相関が十分低下する程度に離してダイバーシチブランチ数の適応アレーアンテナを設ける必要があり、更に多くの設置スペースを必要とする。このことは、アンテナ装置及びそれを利用する無線基地局等の装置規模を小型化する観点からは不都合である。 However, the conventional adaptive array antenna requires a lot of installation space because the antenna elements are arranged in the horizontal direction. When space diversity is performed, it is necessary to provide adaptive array antennas having the number of diversity branches as far as the correlation between the branches is sufficiently lowered, and more installation space is required. This is inconvenient from the viewpoint of reducing the size of the antenna apparatus and the radio base station using the antenna apparatus.
また、従来のビームチルティングでは、チルト角は固定的に定められている（図２に示される給電線路の長さ等の属性は不変である）。従って、設定されているチルト角が、実際の通信環境の回線容量を増やすことに充分に貢献しないかもしれない。 In the conventional beam tilting, the tilt angle is fixedly determined (attributes such as the length of the feed line shown in FIG. 2 are unchanged). Therefore, the set tilt angle may not sufficiently contribute to increasing the line capacity of the actual communication environment.
本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、変化する通信環境に適切なチルト角を設定し、多くのアンテナ設置スペースを要しないアンテナ装置を得ることである。 The present invention has been made to address at least one of the above-mentioned problems, and the problem is to set an appropriate tilt angle for a changing communication environment and to provide an antenna device that does not require a lot of antenna installation space. Is to get.
本発明では、
１つの給電端子と該給電端子に接続された１以上のアンテナ素子とを有するサブアレーを複数個含むコリニアアレーアンテナ手段と、
所与のチルト角の下で、指向性を定める重み係数を適応的に算出する適応処理手段と、
複数のサブアレーの個々の給電端子を通過する信号を、前記重み係数で重み付けする手段と、
を備え、前記コリニアアレーアンテナ手段は、セル半径及び無線基地局のアンテナ高度の比率で定まる見込み角に、所定の範囲内の数値を乗算し、前記チルト角を求める
ことを特徴とするアンテナ装置
が用いられる。
In the present invention,
Collinear array antenna means including a plurality of subarrays having one feeding terminal and one or more antenna elements connected to the feeding terminal;
Adaptive processing means for adaptively calculating a weighting factor that determines directivity under a given tilt angle;
Means for weighting a signal passing through each feeding terminal of a plurality of subarrays with the weighting factor;
The collinear array antenna means obtains the tilt angle by multiplying a prospective angle determined by a ratio of a cell radius and an antenna altitude of a radio base station by a numerical value within a predetermined range. Used.
本発明のアンテナ装置によれば、垂直面内の指向性制御を行う適応アレーアンテナに適切なチルト角を設定でき、設置スペースも少なくて済む。 According to the antenna device of the present invention, an appropriate tilt angle can be set for an adaptive array antenna that performs directivity control in a vertical plane, and installation space can be reduced.
本発明の一態様によれば、コリニアアレーアンテナ手段に、複数のサブアレーが含まれ、そのサブアレーの各々が、１つの給電端子に接続された１以上のアンテナ素子を有する。給電端子の各々を通過する信号は、適応的に算出された重み係数で重み付けされる。チルト角は、セル半径及び無線基地局のアンテナ高度の比率で定まる見込み角に、所定の範囲内の数値を乗算することで求められる。本発明の一態様では、複数のサブアレーは、チルト角を定める垂直面内に並べられる。 According to one aspect of the invention, the collinear array antenna means includes a plurality of subarrays, each of the subarrays having one or more antenna elements connected to one feed terminal. A signal passing through each of the power supply terminals is weighted with an adaptively calculated weighting factor. The tilt angle is obtained by multiplying a prospective angle determined by the ratio of the cell radius and the antenna altitude of the radio base station by a numerical value within a predetermined range. In one aspect of the present invention, the plurality of subarrays are arranged in a vertical plane that defines a tilt angle.
適応アレーアンテナの複数の放射素子をコリニアアレーアンテナ手段として設けるので、放射素子の設置スペースを節約することができる。放射素子の軸に直角にそれらを並べると（はしご状に並べると）、立体的に多くの場所を要するが、放射素子の軸に沿ってそれらを並べると、平面的なコンパクトなスペースで済む。見込み角及びチルト角の間の相互関係を利用するので、変化する通信環境に適切なチルト角を設定できる。 Since the plurality of radiating elements of the adaptive array antenna are provided as the collinear array antenna means, the installation space of the radiating elements can be saved. If they are arranged at right angles to the axis of the radiating element (arranged in a ladder shape), a lot of space is required in three dimensions, but if they are arranged along the axis of the radiating element, a flat and compact space is sufficient. Since the correlation between the prospective angle and the tilt angle is used, it is possible to set a tilt angle suitable for a changing communication environment.
本発明の一態様では、サブアレー内のアンテナ素子が、反射板付きダイポールアンテナから構成される。これにより、更なる小型化及び軽量化を図ることができる。 In one aspect of the present invention, the antenna element in the sub-array is constituted by a dipole antenna with a reflector. Thereby, further size reduction and weight reduction can be achieved.
本発明の一態様では、所定の範囲内の数値は、見込み角の増加と共に増える性質を有する。本発明の一態様では、所定の範囲内の数値は、所与の見込み角について、接続されるユーザ数を増やすように定められる。本発明の一態様では、前記所定の範囲は、２．２乃至５．５の数値範囲である。本発明の一態様では、チルト角は、前記見込み角が増加すると減少するように設定される。本発明の一態様では、チルト角は、サブアレー数が増えるほど増加するように設定される。 In one embodiment of the present invention, the numerical value within the predetermined range has a property of increasing with an increase in the viewing angle. In one aspect of the invention, a numerical value within a predetermined range is defined to increase the number of connected users for a given prospective angle. In one aspect of the invention, the predetermined range is a numerical range of 2.2 to 5.5. In one aspect of the present invention, the tilt angle is set to decrease as the prospective angle increases. In one embodiment of the present invention, the tilt angle is set to increase as the number of subarrays increases.
本発明の一態様では、コリニアアレーアンテナ手段が複数個設けられ、空間ダイバーシチが行なわれる。 In one aspect of the present invention, a plurality of collinear array antenna means are provided to perform space diversity.
図３は、本発明の一実施例で使用されるアンテナ装置３００を示す。このアンテナ装置は、本実施例ではセルラ通信システムの無線基地局に設けられるが、他の装置に設けられてもよい。このアンテナ装置３００は、第１のコリニアアレーアンテナ３０２−１と、第２のコリニアアレーアンテナ３０２−２と、第１群のウエイト設定部３１２−１〜４と、第２群のウエイト設定部３２２−１〜４と、合成部３０４と、適応処理部３０６とを有する。第１のコリニアアレーアンテナ３０２−１は、４つのサブアレー３１４−１〜４を有する。第２のコリニアアレーアンテナ３０２−２も、４つのサブアレー３２４−１〜４を有する。簡単のため、受信側のアンテナ装置の様子が描かれているが、送信側についても同様に構成できる。
FIG. 3 shows an
第１及び第２のコリニアアレーアンテナ３０２−１，２は、それらに含まれる複数の放射素子が垂直方向に軸を揃えて並ぶように形成される。２つのコリニアアレーアンテナは、空間ダイバーシチが行なわれるように、互いに非相関であるように設けられる。本実施例では、それらは水平方向に２０波長程度の距離を隔てて設けられる。 The first and second collinear array antennas 302-1 and 302-2 are formed such that a plurality of radiating elements included in them are aligned with their axes aligned in the vertical direction. The two collinear array antennas are provided so as to be uncorrelated with each other so that spatial diversity is performed. In this embodiment, they are provided at a distance of about 20 wavelengths in the horizontal direction.
図４は、コリニアアレーアンテナの詳細を示す図である。第１及び第２のコリニアアレーアンテナの構成及び動作は同様であるので、第１のコリニアアレーアンテナ３０２−１がそれらを代表して説明される。図には、Ｎ個の放射素子４０２−１〜Ｎを有するプリント基板４０４が示されている。図３の例では、Ｎ＝１６である。いくつかの放射素子は１つのサブアレーを構成し、図３の例では、破線枠で示されるように、４つの放射素子で１つのサブアレーが形成される。サブアレーの各々に対して１つの給電端子が設けられ、図示の例では、Ｋ（＝Ｎ／４）個の給電端子４０８−１〜Ｋがプリント基板４０４に設けられている。サブアレーは、１以上の電力分配器４１２を有し、この電力分配器４１２及び給電線路を通じて、給電端子及び放射素子が互いに接続される。図中、給電線路は、直線、折れ線又は波線で示され、破線の給電線路は信号の位相を一定量だけ進ませる又は遅らせる機能を有する。サブアレー内で設定されている位相の進み又は遅れは、図２に示されるような従来法と同様に固定的に設定される。ここで、サブアレー内で設定される位相量は、サブアレー指向性のピーク方向が所定のチルト角θｔとなるように設定される。Ｋ個の給電端子４０８−１〜Ｋは、同軸ケーブル４１０−１〜Ｋを介してウエイト設定部３１２−１〜Ｋに接続される。
FIG. 4 is a diagram showing details of the collinear array antenna. Since the configurations and operations of the first and second collinear array antennas are the same, the first collinear array antenna 302-1 will be described as a representative thereof. In the figure, a printed circuit board 404 having N radiating elements 402-1 to 402-N is shown. In the example of FIG. 3, N = 16. Some radiating elements constitute one subarray, and in the example of FIG. 3, one subarray is formed by four radiating elements, as indicated by a broken line frame. One power supply terminal is provided for each of the subarrays. In the illustrated example, K (= N / 4) power supply terminals 408-1 to 408 -K are provided on the printed circuit board 404. The subarray includes one or
放射素子により送受信される信号は、プリント基板４０４を経由して、給電端子４０８−１〜Ｋを通じて送受信される。給電端子４０８−１〜Ｋを通じて伝送される信号の位相を（又は振幅及び位相を）適応的に調整することで、所与のチルト角における適切な指向性を実現できる。図２に示されるような従来の構成では、サブアレー間の相対的な位相関係は、給電箱２０６内で固定的に設定されているが、本実施例では、サブアレー間の相対的な位相等の関係が適応的に制御される。その結果、サブアレーの各々からの指向性が、適応的に合成される。従来もサブアレー毎の指向性は形成されるが、それらの合成における相対的な位相関係は１通りしかなく、本実施例と大きく異なる。
A signal transmitted / received by the radiating element is transmitted / received through the power supply terminals 408-1 to 408 -K via the printed circuit board 404. Appropriate directivity at a given tilt angle can be realized by adaptively adjusting the phase (or amplitude and phase) of the signal transmitted through the power supply terminals 408-1 to 408 -K. In the conventional configuration as shown in FIG. 2, the relative phase relationship between the subarrays is fixedly set in the
図３の第１のウエイト設定部３１２−１〜４は、第１のコリニアアレーアンテナ３０２−１からの受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘ４（ｔ）にウエイトｗ１〜ｗ４をそれぞれ与える。個々のウエイト設定部は、例えば複素乗算器で構成してもよい。同様に、第２のウエイト設定部３２２−１〜４は、第２のコリニアアレーアンテナ３０２−２からの受信信号ｘ５（ｔ）〜ｘ８（ｔ）にウエイトｗ５〜ｗ８をそれぞれ与える。
The first weighting unit 312-1～4 of FIG. 3 provides the received signal x 1 (t) ~x 4 ( t) to the
合成部３０４は、重み付けされた受信信号を合成し、合成信号ｙ（ｔ）を出力する。合成信号ｙ（ｔ）は、後段の復調処理部（図示せず）に伝送されることに加えて、適応処理部３０６にも与えられる。
The combining
適応処理部３０６は、重み付けされる前の受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘ８（ｔ）と、合成信号ｙ（ｔ）と、パラメータ情報に基づいて、適切なウエイトｗ１〜ｗ８を算出し、それらをウエイト設定部３１２−１〜８にそれぞれ与える。
The
動作を次に説明する。アンテナ装置３００は、概して、セル内のユーザ毎に指向性を合わせながら無線通信を行うのに使用される。但し、本実施例では、アンテナ装置の垂直面内方向について、チルト角に配慮した指向性の適応制御が行なわれ、水平面内方向については、空間ダイバーシチが行なわれる。先ず、コリニアアレーアンテナ３０２−１，２で受信した信号は、プリント基板内の移相用線路によってサブアレー毎に所定のチルト角となるように位相量が設定される。各サブアレー出力は、重み付けされた後に合成され、適応処理部３０６に入力される。適応処理部３０６では、指向性を決定するウエイト（重み係数）が算出される。この場合において、サブアレー３１４は、見込み角ψに、所定の数値範囲内の係数ｃを乗算することで、チルト角θｔを求める。
The operation will be described next. The
θｔ＝ｃ×ψ
所定の数値範囲内の係数ｃは、所与の見込み角に対して、回線容量が最大になるように設定される。この係数と見込み角の関係は、予め行なわれたシミュレーションにより求められている。なお、サブアレー内で所定のチルト角を実現する位相量は、図４に示す移相用線路により設定することが一般的であるが、可変位相器により設定してもよい。その結果は、メモリに記憶されている。このシミュレーションについては後述される。
θ t = c × ψ
The coefficient c within the predetermined numerical range is set so that the line capacity is maximized for a given prospect angle. The relationship between the coefficient and the prospective angle is obtained by a simulation performed in advance. Note that the phase amount for realizing a predetermined tilt angle in the subarray is generally set by a phase shift line shown in FIG. 4, but may be set by a variable phase shifter. The result is stored in the memory. This simulation will be described later.
上記のように算出されたチルト角の下で、所与のユーザに関する信号品質（例えば、ＳＩＲ，ＳＩＮＲ等）が良くなるように、重み係数の適応制御が行なわれる。この適応制御に使用される最適化アルゴリズムについては、既存のものが使用される。この場合において、非希望波にヌルを向けるように指向性を制御するよりも、希望波が大きくなるように指向性を制御することが望ましい。なぜなら、適応アレーアンテナに含まれるアンテナ素子数（本実施例では、サブアレー数）をＭとすると、指向性パターンにおけるヌル点はＭ−１個形成されうるが、セル内に収容されるユーザ数はＭよりも大きいのが一般的だからである。適応処理部３０６で算出された重み係数ｗ１〜ｗ８は、ウエイト設定部３１２，３２２に与えられ、所望の指向性が実現される。
Under the tilt angle calculated as described above, adaptive control of the weighting factor is performed so that the signal quality (for example, SIR, SINR, etc.) for a given user is improved. An existing optimization algorithm is used for the adaptive control. In this case, it is desirable to control the directivity so that the desired wave becomes larger than to control the directivity so that null is directed to the undesired wave. This is because if the number of antenna elements included in the adaptive array antenna (the number of subarrays in this embodiment) is M, M−1 null points in the directivity pattern can be formed, but the number of users accommodated in the cell is This is because it is generally larger than M. The weighting factors w 1 to w 8 calculated by the
更に、本実施例では、重み係数の適応制御に加えて、水平方向に距離を隔てて設けられた２つのコリニアアレーアンテナを用いて空間ダイバーシチが行なわれ、信号品質が改善される。ダイバーシチブランチ数は２つに限定されず、様々な値をとり得る。各ブランチからの受信信号は、最大比合成その他の合成法で合成される。 Furthermore, in this embodiment, in addition to adaptive control of the weighting factor, spatial diversity is performed using two collinear array antennas provided at a distance in the horizontal direction, and the signal quality is improved. The number of diversity branches is not limited to two, and can take various values. The received signals from each branch are combined by maximum ratio combining or another combining method.
次に、パラメータ情報を導出するためのシミュレーションについて説明する。本実施例では、所定の場所率（例えば、９５％）でシステムの所要ＳＩＲ（信号電力対干渉電力比）を確保できる場合の同時接続ユーザ数（回線容量）が、最大になるように、見込み角ψ、チルト角θｔ、係数ｃ等のパラメータの相互間の関係が決定される。場所率９５％とは、考察対象のセル又はセクタの９５％以上の場所で、システムの所要ＳＩＲを達成できることをいう。ＳＩＲは、ユーザ毎に求められる。この場合に、パス毎のＳＩＲが算出され、それらをレーク（Ｒａｋｅ）合成することで、そのユーザのＳＩＲが算出される。シミュレーションでは、様々なチルト角を変えながら、ユーザ数は少ない値から徐々に増やされ、所要ＳＩＲが確保できなくなるまで増やされる。但し、重み係数は、ＳＩＲが向上するように逐次的に更新される。パラメータ相互間の関係は、シミュレーションにより予め検討され、メモリに記憶される。本実施例におけるシミュレーションでは、以下のことが想定されている：
・３つのセクタを有するセルが１９個存在し、それら全体で１つのサービスエリアが形成される（図５参照）；
・ユーザは、セクタ内に一様に分布し、同一の伝送レートサービスを受ける；
・電波は、等レベル２パスモデルに従って伝搬する；
・ビームの角度広がりは、水平方向に５度及び垂直方向に０．５度である；
・アンテナパターンは、水平及び垂直面内の双方で、Ａｃｏｓｎ（θ）に従い、Ａは送信電力が一定になるように決定される；
・半値幅は水平方向に１２０度及び垂直方向に７８度である；
・受信電界レベルは、３．５乗則に従って減衰する；
・サイドローブレベルは、メインローブよりも１５ｄＢ以上減衰したものである；
・無線基地局のアンテナ高さは６０ｍであり、移動端末のアンテナ高さは１．５ｍである；
・多重化方式は、チップレート３．８４Ｍｃｐｓのチップレート及び３０ｋｓｐｓのシンボルレートにおけるＣＤＭＡ方式である；
・所要ＳＩＲは、６ｄＢである；
・１つのコリニアアレーアンテナに含まれる放射素子の総数（Ｎ）は、２４である；
・サブアレー数Ｍは、３個、４個又は６個である、即ちサブアレー当たりの放射素子数Ｌは、８＝２４／３個、６＝２４／４個又は４＝２４／６個である。）；
・サブアレー同士の間隔は、
サブアレー数が３個の場合に、５．３６波長，
サブアレー数が４個の場合に、４．０２波長，
サブアレー数が６個の場合に、２．６８波長である。
Next, a simulation for deriving parameter information will be described. In the present embodiment, the number of simultaneously connected users (line capacity) when the required SIR (signal power to interference power ratio) of the system can be secured at a predetermined location rate (for example, 95%) is expected to be maximized. The relationship among parameters such as angle ψ, tilt angle θ t , coefficient c, etc. is determined. The location rate of 95% means that the required SIR of the system can be achieved at a location of 95% or more of the cell or sector to be considered. The SIR is obtained for each user. In this case, the SIR for each path is calculated, and the SIR of the user is calculated by rake combining them. In the simulation, the number of users is gradually increased from a small value while changing various tilt angles until the required SIR cannot be secured. However, the weighting factor is updated sequentially so that the SIR is improved. The relationship between parameters is examined in advance by simulation and stored in a memory. In the simulation in this example, the following is assumed:
There are 19 cells with 3 sectors, which together form a service area (see FIG. 5);
Users are uniformly distributed within the sector and receive the same transmission rate service;
• Radio waves propagate according to an equal level two-path model;
The angular spread of the beam is 5 degrees horizontally and 0.5 degrees vertically;
The antenna pattern is determined so that the transmission power is constant according to A cos n (θ) both in the horizontal and vertical planes;
The half width is 120 degrees horizontally and 78 degrees vertically;
The received electric field level is attenuated according to the 3.5th power law;
The side lobe level is attenuated by 15 dB or more from the main lobe;
The antenna height of the radio base station is 60 m and the antenna height of the mobile terminal is 1.5 m;
The multiplexing scheme is a CDMA scheme with a chip rate of 3.84 Mcps and a symbol rate of 30 ksps;
The required SIR is 6 dB;
The total number (N) of radiating elements contained in one collinear array antenna is 24;
The number M of sub-arrays is 3, 4 or 6, ie the number of radiating elements L per sub-array is 8 = 24/3, 6 = 24/4 or 4 = 24/6. );
・ The interval between sub-arrays is
When the number of subarrays is 3, 5.36 wavelengths,
When the number of subarrays is 4, 4.02 wavelengths,
When the number of subarrays is 6, the wavelength is 2.68.
１つのサブアレーで形成される垂直面内の主ビームのビーム幅は、それぞれ次のような値になった：
サブアレー数が３個（Ｌ＝８）の場合に、９．２６度，
サブアレー数が４個（Ｌ＝６）の場合に、１２．４２度，
サブアレー数が６個（Ｌ＝４）の場合に、１８．６６度。
The beam width of the main beam in the vertical plane formed by one subarray has the following values:
When the number of subarrays is 3 (L = 8), 9.26 degrees,
When the number of subarrays is 4 (L = 6), 12.42 degrees,
18.66 degrees when the number of subarrays is 6 (L = 4).
図６は、上記の前提条件の下に、場所率９５％でシステムの所要ＳＩＲを確保できる場合の同時接続ユーザ数（回線容量）が、最大になるように決定された、見込み角ψ、チルト角θｔ及び係数ｃの関係を示すグラフである。図中横軸は見込み角ψであり、縦軸は係数ｃである。チルト角θｔは、見込み角ψ×係数ｃで与えられる。図中○印は、サブアレー数Ｍが３個（Ｌ＝８個）の場合のグラフを示す。□印は、サブアレー数Ｍが４個（Ｌ＝６）の場合のグラフを示す。◇印は、サブアレー数Ｍが６個（Ｌ＝４）の場合のグラフを示す。 FIG. 6 shows that the expected angle ψ and tilt are determined so that the number of simultaneously connected users (line capacity) is maximized when the required SIR of the system can be secured at a location rate of 95% under the above-mentioned preconditions. It is a graph which shows the relationship between angle (theta) t and the coefficient c. In the figure, the horizontal axis is the prospective angle ψ, and the vertical axis is the coefficient c. The tilt angle θ t is given by a prospective angle ψ × coefficient c. In the figure, a circle indicates a graph when the number of subarrays M is 3 (L = 8). A square indicates a graph when the number of subarrays M is four (L = 6). The marks indicate graphs when the number of subarrays M is 6 (L = 4).
例えば、見込み角が３．８度の場合に、グラフから読みとれる係数ｃは、Ｍ＝６，４，３の場合について、それぞれ５．５，４．７，３．１であるので、チルト角θｔは、それぞれ２０．９度、１７．９度、１１．８度となる。同様に、見込み角が４．９度の場合に、グラフから読みとれる係数ｃは、Ｍ＝６，４，３に対して４．８，３．７，３．０５であるので、チルト角θｔは、それぞれ２１．１度、１８．１度、１４．９度となる。見込み角が５．７度の場合には、Ｍ＝６，４，３に対して係数ｃは３．７，２．６，２．６であるので、チルト角θｔは２１．１度、１４．９度、１４．９度となる。 For example, when the prospective angle is 3.8 degrees, the coefficients c that can be read from the graph are 5.5, 4.7, and 3.1 for M = 6, 4, and 3, respectively. θ t is 20.9 degrees, 17.9 degrees, and 11.8 degrees, respectively. Similarly, when the prospective angle is 4.9 degrees, the coefficient c that can be read from the graph is 4.8, 3.7, and 3.05 for M = 6, 4, and 3, so the tilt angle θ t is 21.1 degrees, 18.1 degrees, and 14.9 degrees, respectively. When the prospective angle is 5.7 degrees, the coefficient c is 3.7, 2.6, 2.6 for M = 6, 4, 3, so the tilt angle θ t is 21.1 degrees, 14.9 degrees and 14.9 degrees.
従って、サブアレー数Ｍ、即ち重み係数ｗｉの数（ｉ＝１，．．．，Ｍ）が多い場合にはチルト角θｔは大きく設定すべきであり、サブアレー数Ｍが少ない場合にはチルト角θｔは小さく設定すべきである。サブアレー数Ｍが多く、適応的に合成する自由度が大きいほど、チルト角θｔを大きく設定でき、他セルへの干渉を大きく減らすことができる。また、グラフから、見込み角ψが小さい場合、即ちセルが大きい場合は、チルト角θｔを小さくして遠方まで電波が届くようにすべきことがわかる。逆に、見込み角ψが大きい場合、即ちセルが小さい場合はチルト角θｔを大きくして、電波が広がらないようにすべきこともわかる。更に、係数ｃは、２．２乃至５．５程度の範囲内に収まっていることもわかる。 Therefore, when the number of subarrays M, that is, the number of weighting factors w i (i = 1,..., M) is large, the tilt angle θ t should be set large, and when the number of subarrays M is small, the tilt The angle θ t should be set small. Subarrays number M is large, the larger the degree of freedom to adapt synthesized, can be set large tilt angle theta t, it is possible to greatly reduce the interference to other cells. Further, from the graph, when the visual angle ψ is small, ie, when the cell is large, it can be seen that should allow radio waves to far to reduce the tilt angle theta t. Conversely, when the prospective angle ψ is large, that is, when the cell is small, it is also understood that the tilt angle θ t should be increased so that the radio wave does not spread. Further, it can be seen that the coefficient c is within the range of about 2.2 to 5.5.
このように、回線容量を向上させる観点から、チルト角や見込み角等のパラメータ相互間の関係を事前に調査し、メモリに記憶しておくことで、所与の通信環境における重み係数を設定する際に、最適なチルト角を考慮に入れることが可能になる。 As described above, from the viewpoint of improving the line capacity, the relationship between parameters such as the tilt angle and the prospective angle is investigated in advance and stored in the memory, thereby setting the weighting coefficient in a given communication environment. The optimum tilt angle can be taken into account.
２０２−１〜Ｎ 放射素子； ２０４ プリント基板； ２０６ 給電箱； ２０８−１〜Ｋ 給電端子； ２１０−１〜Ｋ 同軸ケーブル； ２１２ 電力分配器； ２１８ 入出力端子； ２２０−１〜Ｋ 端子；
３００ アンテナ装置； ３０２−１，２ コリニアアレーアンテナ； ３０４ 合成部； ３０６ 適応処理部； ３１２−１〜４，３２２−１〜４ ウエイト設定部； ３１４−１〜４，３２４−１〜４ サブアレー；
４０２−１〜Ｎ 放射素子； ４０４ プリント基板； ４０８−１〜Ｋ 給電端子； ４１０−１〜Ｋ 同軸ケーブル；
θｔ チルト角； ψ 見込み角； ｃ チルト角及び見込み角の比率
202-1 to N radiation element; 204 printed circuit board; 206 feeding box; 208-1 to K feeding terminal; 210-1 to K coaxial cable; 212 power distributor; 218 input / output terminal;
300 antenna apparatus; 302-1 collinear array antenna; 304 combining unit; 306 adaptive processing unit; 312-1 to 4, 322-1 to 4 weight setting unit; 314-1 to 4, 324-1 to 4 subarrays;
402-1 to N radiation element; 404 printed circuit board; 408-1 to K feeding terminal; 410-1 to K coaxial cable;
θ t Tilt angle; ψ Expected angle; c Ratio of tilt angle and expected angle
Claims (9)
所与のチルト角の下で、指向性を定める重み係数を適応的に算出する適応処理手段と、
複数のサブアレーの個々の給電端子を通過する信号を、前記重み係数で重み付けする手段と、
を備え、前記コリニアアレーアンテナ手段は、セル半径及び無線基地局のアンテナ高度の比率で定まる見込み角に、所定の範囲内の数値を乗算し、前記チルト角を求める
ことを特徴とするアンテナ装置。 Collinear array antenna means including a plurality of subarrays having one feeding terminal and one or more antenna elements connected to the feeding terminal;
Adaptive processing means for adaptively calculating a weighting factor that determines directivity under a given tilt angle;
Means for weighting a signal passing through each feeding terminal of a plurality of subarrays with the weighting factor;
The collinear array antenna means obtains the tilt angle by multiplying a prospective angle determined by a ratio of a cell radius and an antenna altitude of a radio base station by a numerical value within a predetermined range.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the numerical value within the predetermined range has a property of decreasing as the prospective angle increases.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the numerical value within the predetermined range is determined so as to increase the number of connected users for a given prospective angle.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the predetermined range is a numerical range of 2.2 to 5.5.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the tilt angle is set so that the tilt angle increases as the prospective angle increases.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna apparatus according to claim 1, wherein the tilt angle is set so that the tilt angle increases as the number of subarrays increases.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the plurality of subarrays are arranged in a vertical plane that defines a tilt angle.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 The antenna apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the collinear array antenna means are provided to perform space diversity.
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
The antenna device according to claim 1, wherein the antenna element is a dipole antenna with a reflector.
Priority Applications (1)
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| JP2004242335A JP2006060682A (en) | 2004-08-23 | 2004-08-23 | Antenna system |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009290494A (en) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Kyocera Corp | Radio communication system, base station, simulator, and antenna control method |
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-
2004
- 2004-08-23 JP JP2004242335A patent/JP2006060682A/en active Pending
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| US8077111B2 (en) | 2006-11-23 | 2011-12-13 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Optimized radiation patterns |
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