JP2008283369A - Method for setting beam characteristic of antenna of base station - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、屋内における基地局と端末局との信号伝送に用いる基地局のアンテナのビーム特性の設定方法に関する。 The present invention relates to a method for setting beam characteristics of an antenna of a base station used for signal transmission between a base station and a terminal station indoors.
近年、無線通信の大容量化(高速化)技術として送信側および受信側のそれぞれに複数のアンテナを用いるマルチアンテナ技術の研究が盛んに行われている。そのようなマルチアンテナ技術の一例としてMIMO〔Multiple-Input Multiple-Output〕システムが挙げられる。 In recent years, research on multi-antenna technology using a plurality of antennas on each of a transmission side and a reception side has been actively conducted as a technology for increasing the capacity (speeding up) of wireless communication. An example of such a multi-antenna technique is a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) system.
MIMOシステムでは送信局に複数のアンテナ〔以下、送信アンテナという。〕を設け、これら送信アンテナを用いて複数の送信信号〔以下、ストリームという。〕を送信する。この場合、各ストリームが伝搬媒体である空間で多重化されていると考えることができて、これを空間多重〔spatial multiplexing〕と云う。このような空間多重では、一般的に送信局に入力されたストリームを複数のストリーム〔以下、サブストリームという。〕に分割してそれぞれを各送信アンテナによって同時に送信する。受信局では複数のアンテナで受信した信号から多重された信号系列を分離する。このような空間分割多重伝送(例えば、非特許文献1参照)は特にマルチパスが沢山存在する環境で有効であることが知られている。 In a MIMO system, a transmitting station has a plurality of antennas [hereinafter referred to as transmitting antennas. ] And a plurality of transmission signals [hereinafter referred to as streams] using these transmission antennas. ] Is transmitted. In this case, it can be considered that each stream is multiplexed in a space which is a propagation medium, and this is called spatial multiplexing. In such spatial multiplexing, generally, a stream input to a transmitting station is a plurality of streams (hereinafter referred to as substreams). ] Are transmitted simultaneously by each transmitting antenna. The receiving station separates a multiplexed signal sequence from signals received by a plurality of antennas. It is known that such space division multiplex transmission (for example, see Non-Patent Document 1) is effective particularly in an environment where there are many multipaths.
空間分割多重伝送の中で最も単純な手法は、送信局に無指向性の送信アンテナを複数用いて、各送信アンテナに別々のサブストリームを入力してこれを送信する手法である。これは、送信局で伝搬路のチャネル情報(例えば振幅や位相)を用いずに送信を行う場合として、サブストリームを等電力で送信する手法であり、空間分割多重方式〔SDM : space division multiplexing〕と呼ばれる。また、送信局で伝搬路の状況を受信局からのフィードバック等を行うことで予め把握し、伝搬路の状況から求めた複数の送信指向性でサブストリームを空間的に多重して送信する手法も提案されている。これは、複数のサブストリームごとに最適ウェイトを掛けてマルチビームを形成する手法であり、固有ビーム空間分割多重方式〔E−SDM: Eigenbeam space division multiplexing〕と呼ばれる。最適ウェイトは、送信アンテナと受信アンテナとの間の複素伝達関数を成分とするチャネル行列を特異値分解して得られる。そして、送信指向性を伝搬路のチャネル行列を特異値分解して得られる固有ベクトルビームとすることでチャネルの伝送容量を最大とできることが理論的に示されている。 The simplest technique in space division multiplex transmission is a technique in which a plurality of omnidirectional transmission antennas are used in a transmission station, and a separate substream is input to each transmission antenna and transmitted. This is a technique of transmitting a substream with equal power as a transmission station without transmitting channel information (for example, amplitude or phase), and is a method of transmitting substreams with equal power. Called. In addition, there is also a method of transmitting the substreams by spatially multiplexing with a plurality of transmission directivities obtained from the situation of the propagation path in advance by performing feedback from the receiving station at the transmitting station. Proposed. This is a technique of forming a multi-beam by multiplying an optimum weight for each of a plurality of substreams, and is called an eigenbeam space division multiplexing (E-SDM). The optimum weight is obtained by singular value decomposition of a channel matrix having a complex transfer function between the transmitting antenna and the receiving antenna as a component. It is theoretically shown that the transmission capacity of the channel can be maximized by setting the transmission directivity to an eigenvector beam obtained by singular value decomposition of the channel matrix of the propagation path.
しかし、E−SDMを適用する場合、予め送信局で伝搬路のチャネル情報がわかっていなくてはならない。時間分割で送受共用を行うTDD〔Time Division Duplex〕方式を用いたシステムではアップリンク信号からチャネル情報を推定することが可能であるが、送受信の時間差の間でのチャネル変動により特性劣化が生じるなどの問題がある(非特許文献2参照)。また周波数分割で送受共用を行うFDD〔Frequency Division Duplex〕方式を用いたシステムでは、受信局でチャネル情報の推定をしてその信号をフィードバックする必要があり、フィードバックによるスループットの低下や推定時と送信時の時間差に伴うチャネル変動により特性劣化が生じるという問題がある。また送信指向性を計算するための信号処理回路も必要となり、ハードウエアが複雑になるという問題もある。 However, when E-SDM is applied, channel information of the propagation path must be known in advance by the transmitting station. In a system using a TDD (Time Division Duplex) method that shares transmission and reception by time division, it is possible to estimate channel information from an uplink signal. However, characteristic deterioration occurs due to channel fluctuations between transmission and reception time differences. (See Non-Patent Document 2). In addition, in a system using FDD (Frequency Division Duplex) scheme that shares transmission and reception by frequency division, it is necessary to estimate channel information at the receiving station and feed back the signal. There is a problem in that characteristic deterioration occurs due to channel fluctuation accompanying time difference. In addition, a signal processing circuit for calculating the transmission directivity is required, and there is a problem that the hardware becomes complicated.
これに対してSDMは、送信局でチャネル情報を必要としないため、チャネル情報の推定やその変動による特性劣化が生じず、また、電力配分や送信アンテナの選択を行なわなくてすむため、簡易に構成・実装できる特徴があるが、無指向性アンテナを用いることもありE−SDMよりも特性が劣る。
そこで、簡易な構成で空間分割多重伝送の伝送品質を改善する手法として、送信局に用いる複数の送信アンテナをそれぞれ指向性を有するアンテナとして、各送信アンテナに異なるサブストリームを入力して多重伝送する構成が提案されている(非特許文献3参照)。送信アンテナとして指向性アンテナを用いると、主にアンテナ利得の増加により伝送品質を改善することができる。
Therefore, as a technique for improving the transmission quality of space division multiplex transmission with a simple configuration, a plurality of transmission antennas used for a transmission station are each set as antennas having directivity, and multiplex transmission is performed by inputting different substreams to each transmission antenna A configuration has been proposed (see Non-Patent Document 3). When a directional antenna is used as a transmission antenna, transmission quality can be improved mainly by an increase in antenna gain.
指向性を有するアンテナを送信アンテナとして空間分割多重伝送に用いる場合、伝送品質は指向性アンテナの半値幅(半値角)や指向方向に依存する。有効な半値幅や指向方向は送信局が設置される環境に依存すると考えられ、送信局の送信アンテナをどのような指向性とするのか、また指向方向をどの方向に設定すればよいかは、実際に設置される環境下で種々の半値幅や指向方向を試してチャネル容量ができるだけ良くなるように決定していた。 When an antenna having directivity is used as a transmission antenna for space division multiplex transmission, the transmission quality depends on the half-value width (half-value angle) and the directivity direction of the directional antenna. The effective half-value width and directivity direction are considered to depend on the environment where the transmitting station is installed, and what directivity should be set for the transmitting antenna of the transmitting station, and what direction should the directivity direction be set? In the actual installation environment, various half widths and directivity directions were tried to determine the channel capacity as good as possible.
このような実情に鑑みて、本発明は、直方体状の屋内における信号伝送を前提として、容易に屋内環境下での良好なチャネル容量を実現する、固定局である送信局(基地局)のアンテナのビーム特性の設定方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention is based on the assumption that signal transmission is performed indoors in a rectangular parallelepiped shape, and an antenna of a transmission station (base station) that is a fixed station that easily realizes a good channel capacity in an indoor environment. It is an object of the present invention to provide a method for setting the beam characteristics of a laser beam.
上記課題を解決するために、本発明では、基地局の二つのアンテナをそれぞれ指向性を有するものとして、各アンテナを屋内上部の隅部に並べて配置し、各アンテナの指向性ビームの半値幅をそれぞれ同じとして、当該半値幅を30度以上90度以下から選択する。そして、一方のアンテナの指向性ビームの最大放射方向を、上記隅部に対向する屋内壁面の縦の隅部である縦隅部の一方に対して向け、他方のアンテナの指向性ビームの最大放射方向を、縦隅部の他方に対して向ける。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, the two antennas of the base station are assumed to have directivity, and the antennas are arranged side by side in the upper corner of the indoor, and the FWHM of the directional beam of each antenna is set. In the same manner, the full width at half maximum is selected from 30 degrees to 90 degrees. Then, the maximum radiation direction of the directional beam of one antenna is directed toward one of the vertical corners, which are the vertical corners of the indoor wall facing the corner, and the maximum radiation of the directional beam of the other antenna is performed. The direction is directed against the other of the vertical corners.
本発明のビーム特性設定方法に拠ることで、実際に設置される環境下で種々の半値幅や指向方向を試行することなく、容易に屋内環境下での良好なチャネル容量が実現される。 By using the beam characteristic setting method of the present invention, it is possible to easily realize a good channel capacity in an indoor environment without trying various half-value widths and pointing directions in an actually installed environment.
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1(a)に本発明の実施形態における屋内環境での基地局(1)および例えば移動局とされる端末局(2)の配置関係を示す模式図を示す。
基地局(1)と端末局(2)との間で信号伝送が行なわれる屋内環境は、図1(a)に示すように直方体状の部屋(100)の内部空間とする。
基地局(1)は二つのアンテナ(11)(12)を備えており、各アンテナ(11)(12)はそれぞれ指向性を有する指向性アンテナとする。
また、端末局(2)も二つのアンテナ(21)(22)を備えており、各アンテナ(21)(22)はそれぞれ無指向性アンテナとする。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic diagram showing an arrangement relationship between a base station (1) in an indoor environment and a terminal station (2) that is a mobile station, for example, in an embodiment of the present invention.
An indoor environment in which signal transmission is performed between the base station (1) and the terminal station (2) is an internal space of a rectangular parallelepiped room (100) as shown in FIG.
The base station (1) includes two antennas (11) and (12), and each antenna (11) and (12) is a directional antenna having directivity.
The terminal station (2) also includes two antennas (21) and (22), and each antenna (21) and (22) is an omnidirectional antenna.
基地局(1)は、部屋(100)の上部の隅部(110)に配置される。なお、基地局(1)はアンテナ(11)、アンテナ(12)および各アンテナ(11)(12)にサブストリームを供給するなどの処理を行う処理部(80)などを備えているが、これらが外観上一つの筐体に収まった構成のように一体的構成とされる必要はなく、給電線を延長することでアンテナ(11)、アンテナ(12)を処理部から離した構成とすることもできる。従って、より正確には、基地局(1)の各アンテナ(11)(12)を、部屋(100)の上部の隅部(110)に配置する。以下の説明では、基地局(1)が部屋(100)の上部の隅部(110)に配置される場合を例にとり、単に『基地局(1)を配置する』などとも表現する。このとき、要求される仕様〔例えば搬送波周波数である。〕にもよるが、アンテナ(11)とアンテナ(12)とを近接するように並べて配置する。 The base station (1) is placed in the upper corner (110) of the room (100). The base station (1) includes an antenna (11), an antenna (12), and a processing unit (80) that performs processing such as supplying a substream to each antenna (11) (12). It is not necessary to have an integrated configuration like a configuration in which the housing is housed in one casing, and the antenna (11) and the antenna (12) are separated from the processing unit by extending the feeder line. You can also. Therefore, more precisely, the antennas (11) and (12) of the base station (1) are arranged in the upper corner (110) of the room (100). In the following description, the case where the base station (1) is arranged in the upper corner (110) of the room (100) is taken as an example, and is simply expressed as “place the base station (1)”. At this time, required specifications [for example, carrier frequency. ], The antenna (11) and the antenna (12) are arranged side by side so as to be close to each other.
部屋(100)の上部の隅部(110)とは、部屋(100)の壁面の一つと天井とが接する部分およびその近傍である〔図1(b)参照〕。
近傍の程度は、基地局(1)と端末局(2)との間で信号伝送が行なわれる屋内環境の状況や信号伝送の用途などにもよるので厳格に定義されるものではないが、基地局(1)の各アンテナ(11)(12)の指向性ビームをできるだけ有効に部屋(100)の内部空間に向けられるように、天井に基地局(1)を配置する場合であれば壁面になるべく近い部分に設置するのがよい。また、壁面に基地局(1)を配置する場合であれば、部屋(100)の内部空間を見渡せるようになるべく高い位置、つまりなるべく天井に近い位置に設置するのがよい。
各アンテナ(11)(12)は、天井や壁面の面上に設置される必要はなく、面から或る程度離して設置することができる。
The upper corner (110) of the room (100) is a portion where one of the wall surfaces of the room (100) is in contact with the ceiling and the vicinity thereof (see FIG. 1B).
The degree of the neighborhood is not strictly defined because it depends on the situation of the indoor environment in which signal transmission is performed between the base station (1) and the terminal station (2), the use of signal transmission, and the like. If the base station (1) is placed on the ceiling so that the directional beams of the antennas (11) and (12) of the station (1) can be directed to the interior space of the room (100) as effectively as possible, It is better to install it as close as possible. Further, if the base station (1) is arranged on the wall surface, the base station (1) is preferably installed at a position as high as possible so as to overlook the internal space of the room (100), that is, as close to the ceiling as possible.
The antennas (11) and (12) do not need to be installed on the surface of the ceiling or wall surface, and can be installed at a certain distance from the surface.
基地局(1)は隅部(110)のどこにでも配置できるが、部屋(100)の内部空間においてマルチパスを有効に活用するという観点からは、部屋(100)の壁面のうち一つと天井とで特定される隅部(110)のその中央部(140)に基地局(1)を配置することがよい。ここで中央部(140)とは、隅部(110)の中央を中心とする隅部(110)の長手方向に沿って1/3〜1/4程度の範囲を云い〔図1(b)参照〕、好ましくは、隅部(110)の中央において基地局(1)の設置誤差や基地局(1)の設置幅などを含む程度の範囲である。 The base station (1) can be placed anywhere in the corner (110), but from the viewpoint of effectively using multipath in the interior space of the room (100), one of the wall surfaces of the room (100) and the ceiling It is preferable to arrange the base station (1) in the central part (140) of the corner part (110) specified in (1). Here, the center portion (140) refers to a range of about 1/3 to 1/4 along the longitudinal direction of the corner portion (110) centering on the center of the corner portion (110) [FIG. Reference], preferably in a range including the installation error of the base station (1) and the installation width of the base station (1) at the center of the corner (110).
図1(a)に示す実施形態では、基地局(1)を、上述した隅部(110)の中央部において、部屋(100)の天井であって壁面の一つにできるだけ近い部位に設けるとし、さらに、両アンテナを前記壁面に平行になるように並べて配置している。 In the embodiment shown in FIG. 1 (a), it is assumed that the base station (1) is provided in the central portion of the corner (110) described above at the site as close as possible to the ceiling of the room (100) and one of the wall surfaces. Furthermore, both antennas are arranged side by side so as to be parallel to the wall surface.
そして、各アンテナ(11)(12)の指向性ビームのビーム特性〔半値幅、指向方向〕の設定を、結論から述べれば次のとおりとする。
基地局(1)の各アンテナ(11)(12)の指向性ビームの半値幅をそれぞれ同じとして、30度以上90度以下から選択した角度に設定する。より好ましい半値幅は60度である。以降の説明では、角度は記号「°」をもって表す。
また、アンテナ(11)の指向性ビームの最大放射方向を、基地局(1)が設置された隅部(110)に対向する部屋(100)の壁面(150)の縦の隅部である縦隅部(111a)(111b)の一方に対して向け、他方のアンテナ(12)の指向性ビームの最大放射方向を、縦隅部(111a)(111b)の他方に対して向ける。このことを、図1を参照して説明すると、アンテナ(11)の指向性ビームの最大放射方向は、縦隅部(111a)へと向けられ、アンテナ(12)の指向性ビームの最大放射方向は、縦隅部(111b)へと向けられる。あるいは、アンテナ(11)の指向性ビームの最大放射方向は、縦隅部(111b)へと向けられ、アンテナ(12)の指向性ビームの最大放射方向は、縦隅部(111a)へと向けられる。
The setting of the beam characteristics [half-value width, directivity direction] of the directional beams of the antennas (11) and (12) will be described as follows.
The half-widths of the directional beams of the antennas (11) and (12) of the base station (1) are set to be the same and set to an angle selected from 30 degrees to 90 degrees. A more preferable half width is 60 degrees. In the following description, the angle is represented by the symbol “°”.
Further, the maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (11) is the vertical corner which is the vertical corner of the wall (150) of the room (100) facing the corner (110) where the base station (1) is installed. The maximum radiation direction of the directional beam of the other antenna (12) is directed toward the other of the vertical corners (111a) and (111b). This will be explained with reference to FIG. 1. The maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (11) is directed to the vertical corner (111a), and the maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (12). Is directed to the vertical corner (111b). Alternatively, the maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (11) is directed to the vertical corner (111b), and the maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (12) is directed to the vertical corner (111a). It is done.
ここで、基地局(1)の各アンテナ(11)(12)の指向性ビームのビーム特性を上述の如く設定することで、良好なチャネル容量が実現されることをレイトレーシング伝搬シミュレーションで示す。 Here, ray tracing propagation simulation shows that a good channel capacity is realized by setting the beam characteristics of the directional beams of the antennas (11) and (12) of the base station (1) as described above.
部屋(100)内部の大きさを横6.0[m]×縦6t[m]×高さ2.7[m]とし、異なる大きさの部屋で比較するためパラメータtを0.5から2まで変化させることでアスペクト比を変化させた。部屋(100)の6面は厚さ0.15[m]のコンクリートとした。なお、図1(a)では、用いる搬送波周波数を5[GHz]としたのでその波長λで規格化し、部屋(100)の大きさを横100λ[m]×縦100λt[m]×高さ45λ[m]で表している。また、部屋(100)の内部空間には障害物を設置せず、どの地点も各アンテナ(11)(12)からの見通し内とした。 The size of the interior of the room (100) is 6.0 [m] x 6 t [m] x 2.7 [m] in height, and parameter t is set to 0.5 to 2 for comparison in rooms of different sizes. The aspect ratio was changed by changing to. The six surfaces of the room (100) were made of concrete having a thickness of 0.15 [m]. In FIG. 1A, since the carrier frequency used is 5 [GHz], it is standardized by the wavelength λ, and the size of the room (100) is 100 λ [m] × 100 λt [m] × 45 λ height. [m]. Also, no obstacles were installed in the interior space of the room (100), and any point was within the line-of-sight from each antenna (11) (12).
図1に示すように各アンテナ(11)(12)は、部屋(100)の一つの壁面と天井とで特定される隅部(110)のその中央部であって部屋(100)の天井から0.2[m]、上記壁面から4λ、つまり0.24[m]離れた位置に設置した。各アンテナ(11)(12)の水平面内の指向性は、図2に示すようにF/B比〔Front to Back ratio〕が∞のペンシルビームとした。ペンシルビームの電力強度D(θ)は、その半値幅をθhalfとして式(1)に表すとおりとした。式(1)でαF/BはF/B比の逆数を表す。ここではF/B比が∞のペンシルビームを想定しているためαF/B=0である。
ペンシルビームの利得は、E面、H面における半値幅をθHP、φHPとして式(2)のように定義した。
端末局(2)の二つのアンテナ(21)(22)は、端末局(2)を人間が持ち歩く場合やテーブルの上に設置される場合などを想定して、床から1.0[m]の高さにあるものとし、図3に示すようにx方向〔横方向〕、y方向〔縦方向〕ともに部屋サイズ×1/6間隔で端末局(2)を移動させ、全部で25の測定地点〔図3中の×印〕についてチャネル容量を算出した。なお、端末局(2)の二つのアンテナ(21)(22)は等方性アンテナ〔無指向性アンテナ〕とした。 The two antennas (21) and (22) of the terminal station (2) are assumed to be 1.0 [m] from the floor, assuming that the terminal station (2) is carried around by a person or installed on a table. As shown in FIG. 3, the terminal station (2) is moved in the x direction (horizontal direction) and the y direction (vertical direction) at intervals of 1/6 of the room size, for a total of 25 measurements. The channel capacity was calculated for the point [x in FIG. 3]. The two antennas (21) and (22) of the terminal station (2) are isotropic antennas (non-directional antennas).
チャネル容量Cは式(3)によって導出し、25測定地点の平均値で評価した。式(3)においてmは基地局(1)のアンテナ本数であり、この場合m=2である。Ptは総送信電力、σ2は雑音電力を表す。Aはチャネル行列であり、Hは複素共役転置を表す。Iは単位行列である。チャネル容量は、或る周波数の伝搬路において単位時間当たりに符号間干渉することなく多重できる電磁波の最大密度を表していて、チャネル容量が高いほど周波数利用効率が優れ、一周波数当たりのデータ通信速度が速いことを示す。λiはチャネル行列Aのi番目の固有値を表す。
伝搬シミュレーションではアンテナ(11)およびアンテナ(12)は共に同じ半値幅を持つものとした。さらに、図2、図3に示すように、互いの指向性ビームの最大放射方向〔以下、指向方向とも云う。〕を、基地局(1)に最も近い壁面に垂直な方向に関して対称になるようにした。各指向性ビームの最大放射方向の間の角度をθとする。 In the propagation simulation, it is assumed that the antenna (11) and the antenna (12) both have the same half width. Furthermore, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the maximum radiation directions of the directional beams [hereinafter also referred to as directivity directions]. ] Is symmetric with respect to the direction perpendicular to the wall surface closest to the base station (1). Let θ be the angle between the maximum radiation directions of each directional beam.
その他のシミュレーションシステムの諸元を表1にまとめた。
チャネルモデリングは、レイトレース法に基づき、各パスにおける電界強度を合成し計算した。なお、チャネルの変動、回折、散乱は考慮しなかった。 Channel modeling was based on the ray-trace method and synthesized and calculated the electric field strength in each path. Note that channel fluctuation, diffraction, and scattering were not considered.
レイトレーシング伝搬シミュレーションでは、上記設定の屋内伝搬モデルにおいて、半値幅を固定した状態で、ビーム間角度θを0°から180°まで変化させた。各半値幅の場合についてビーム間角度θと平均チャネル容量との関係を図4−1、図4−2〔以下、図4と略記する。〕に示す。図4(a)〜(d)は、半値幅を30°、60°、90°、120°、150°および無指向性〔omni〕として、アスペクト比のパラメータtを0.5、1.0、1.5、2.0とした場合を示している。 In the ray-tracing propagation simulation, the inter-beam angle θ was changed from 0 ° to 180 ° with the half-value width fixed in the indoor propagation model set as described above. For each half width, the relationship between the inter-beam angle θ and the average channel capacity is shown in FIG. 4-1, FIG. 4-2 [hereinafter abbreviated as FIG. ]. 4A to 4D show the aspect ratio parameter t of 0.5, 1.0, assuming that the half width is 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 ° and omni. , 1.5, and 2.0.
ここで、平均チャネル容量が最大となる半値幅およびビーム間角度を有する指向性ビームを最適ビームと定義する。 Here, a directional beam having a full width at half maximum and an inter-beam angle that maximizes the average channel capacity is defined as an optimum beam.
図4(a)〜(d)から、部屋(100)のアスペクト比を増加させたときの全体的な傾向として、アスペクト比が1以上においては、指向性ビームを採用した場合の方が無指向性ビームを採用した場合よりも平均チャネル容量が優れることがわかる。このことから、基地局(1)は、部屋(100)上部の短手方向の隅部に設けることが良い。なお、アスペクト比が1未満であっても、複数の基地局を設ける場合には、指向性ビームを採用することで他の基地局への干渉を低減できることなどから、無指向性ビームを採用した場合と同程度の平均チャネル容量を得ることができるならば、指向性ビームを採用することが好ましい。 4A to 4D, as an overall tendency when the aspect ratio of the room (100) is increased, the directional beam is omnidirectional when the aspect ratio is 1 or more. It can be seen that the average channel capacity is superior to the case where the beam is used. For this reason, the base station (1) is preferably provided at the corner in the short direction at the top of the room (100). Even when the aspect ratio is less than 1, when a plurality of base stations are provided, an omnidirectional beam is employed because interference with other base stations can be reduced by employing a directional beam. If an average channel capacity comparable to the case can be obtained, it is preferable to employ a directional beam.
そして、ビーム間角度θが小さい場合には平均チャネル容量は増大し、逆に、ビーム間角度θが大きい場合には平均チャネル容量は低下することがわかる。半値幅を小さくするとその傾向は顕著となり、特に半値幅が30°の場合、ビーム間角度θを小さくし過ぎると無指向性ビームを採用した場合よりも特性が劣化してしまう。また、最適ビームの半値幅、ビーム間角度θは共にパラメータtを増加させると小さくなる傾向にあった。 When the inter-beam angle θ is small, the average channel capacity increases, and conversely, when the inter-beam angle θ is large, the average channel capacity decreases. When the half-value width is reduced, the tendency becomes conspicuous. In particular, when the half-value width is 30 °, if the inter-beam angle θ is too small, the characteristics are deteriorated as compared with the case where an omnidirectional beam is employed. Further, both the half width of the optimum beam and the inter-beam angle θ tend to decrease as the parameter t is increased.
次に、アスペクト比と最適ビームの半値幅との関係を示すグラフを図5(a)に、アスペクト比とビーム間角度θとの関係を示すグラフを図5(b)に示す。さらに、各アンテナ(11)(12)の半値幅を60°、各指向方向をそれぞれ交差することなく縦隅部(111a)(111b)に向けるとした場合の平均チャネル容量とアスペクト比に応じた最大の平均チャネル容量との比較を図6に示す。 Next, a graph showing the relationship between the aspect ratio and the half width of the optimum beam is shown in FIG. 5A, and a graph showing the relationship between the aspect ratio and the inter-beam angle θ is shown in FIG. Further, according to the average channel capacity and aspect ratio when the half width of each antenna (11) (12) is 60 ° and each directivity direction is directed to the vertical corners (111a) and (111b) without crossing each other. A comparison with the maximum average channel capacity is shown in FIG.
図5(a)に示す結果から、各アンテナ(11)(12)の指向性ビームの半値幅を30°以上90°以下とすることが良いとの知見を得る。特に、半値幅をほぼ60度とすることが好ましい。また、図5(b)に示す実線の曲線は、各アンテナ(11)(12)の指向性ビームの各指向方向をそれぞれ交差することなく縦隅部(111a)(111b)に向けるとしたときのビーム間角度を表している。この曲線とグラフ中にプロットした最大平均チャネル容量となるビーム間角度との比較結果から、各アンテナ(11)(12)の指向性ビームの各指向方向をそれぞれ交差することなく縦隅部(111a)(111b)に向けることで、良好な平均チャネル容量を得ることができることがわかる。この要因の一つとして、各指向方向をそれぞれ交差することなく縦隅部(111a)(111b)に向けることで、室内空間におけるマルチパスが部屋(100)の内部空間で平均チャネル容量が向上するように形成されたことにあると考えられる。 From the results shown in FIG. 5 (a), the knowledge that the half-value width of the directional beam of each antenna (11) (12) is preferably 30 ° or more and 90 ° or less is obtained. In particular, it is preferable that the full width at half maximum is approximately 60 degrees. In addition, the solid curve shown in FIG. 5B is when the directional beams of the directional beams of the antennas (11) and (12) are directed to the vertical corners (111a) and (111b) without intersecting each other. Represents the angle between beams. From the comparison result between this curve and the inter-beam angle that is the maximum average channel capacity plotted in the graph, the vertical corners (111a) without crossing the directivity directions of the directional beams of the antennas (11) and (12), respectively. ) (111b), it can be seen that a good average channel capacity can be obtained. As one of the factors, the multi-path in the indoor space improves the average channel capacity in the internal space of the room (100) by directing the directivity directions to the vertical corners (111a) and (111b) without crossing each direction. It is thought that it is formed as follows.
さらに、図6に示す結果から、各アンテナ(11)(12)の指向性ビームの半値幅を60度とし、各指向方向をそれぞれ交差することなく縦隅部(111a)(111b)に向けることで、アスペクト比に係らずほぼ最大の平均チャネル容量を得ることができることがわかる。 Furthermore, from the results shown in FIG. 6, the half-value width of the directional beam of each antenna (11) (12) is set to 60 degrees, and each directivity direction is directed to the vertical corners (111a) (111b) without crossing each other. Thus, it can be seen that almost the maximum average channel capacity can be obtained regardless of the aspect ratio.
上述のレイトレーシング伝搬シミュレーションでは、各アンテナ(11)(12)の最大放射方向をそれぞれ交差することなく縦隅部(111a)(111b)に向ける、つまり、アンテナ(11)の指向性ビームの最大放射方向を縦隅部(111a)へ向け、アンテナ(12)の指向性ビームの最大放射方向を縦隅部(111b)へ向けるとした。
しかし、上述のシミュレーション結果で、各指向方向をそれぞれ交差することなく縦隅部(111a)(111b)に向けることで良好な平均チャネル容量を得ることができたことは、主として室内空間におけるマルチパスが部屋(100)の内部空間で平均チャネル容量が向上するように形成されることによるものと考えられるところ、このような観点からすれば、各指向方向を交差しないものとすることは必須の技術事項ではなく、アンテナ(11)の指向性ビームの最大放射方向を縦隅部(111b)へ向け、アンテナ(12)の指向性ビームの最大放射方向を縦隅部(111a)へ向けるとしてもよい。
In the ray tracing propagation simulation described above, the maximum radiation directions of the antennas (11) and (12) are directed to the vertical corners (111a) and (111b) without crossing each other, that is, the maximum of the directional beam of the antenna (11). The radiation direction is directed to the vertical corner (111a), and the maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (12) is directed to the vertical corner (111b).
However, in the above simulation results, it was possible to obtain a good average channel capacity by directing the directivity directions to the vertical corners (111a) and (111b) without crossing each of the directivity directions. However, from this point of view, it is indispensable to not cross each directional direction from the viewpoint that the average channel capacity is formed in the internal space of the room (100). The maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (11) may be directed to the vertical corner (111b), and the maximum radiation direction of the directional beam of the antenna (12) may be directed to the vertical corner (111a). .
なお、以上に説明した実施形態では、基地局(1)の各アンテナ(11)(12)を単一のアンテナとしてそれぞれが指向性を有するとした。
しかしながら、基地局(1)の各アンテナ(11)(12)は、指向性を有する単一のアンテナとすることは必須ではない。例えば図7に示すように、各アンテナ(11)(12)をそれぞれ従来よく知られているアレーアンテナで構成することもできる。このとき、各アンテナ(11)(12)を構成する複数の無指向性アンテナ素子の位相を電力合成器(31)(32)によって調整することで、各アンテナ(11)(12)に指向性を持たせる。
また、図8に示すように、二つのアンテナ(11)(12)を同じアレーアンテナ(15)で共有し、指向性合成回路(40)で二つの指向性ビームを形成する構成としてもよい。つまり、アレーアンテナ(15)を構成する全てのアンテナ素子に対して接続する入出力ポートと、信号多重数分だけアンテナ素子に接続する入出力ポートを有する指向性合成回路(40)によって二つの指向性ビームを形成する構成である。このような構成を採用することによって基地局(1)に備えるアンテナを小型のものとすることができる。
In the embodiment described above, each antenna (11) and (12) of the base station (1) is assumed to be a single antenna and each has directivity.
However, it is not essential that each antenna (11) (12) of the base station (1) is a single antenna having directivity. For example, as shown in FIG. 7, the antennas (11) and (12) can be configured by array antennas that are well known in the art. At this time, the directivity of each antenna (11) (12) is adjusted by adjusting the phases of the plurality of omnidirectional antenna elements constituting each antenna (11) (12) by the power combiners (31) (32). To have.
Further, as shown in FIG. 8, two antennas (11) and (12) may be shared by the same array antenna (15), and two directivity beams may be formed by the directivity synthesis circuit (40). In other words, the directivity synthesis circuit (40) having input / output ports connected to all antenna elements constituting the array antenna (15) and input / output ports connected to the antenna elements by the number of multiplexed signals is used for two directivity. It is the structure which forms a sex beam. By adopting such a configuration, the antenna provided in the base station (1) can be made small.
以上に説明したように、基地局(1)のアンテナに指向性アンテナを採用したことによるアンテナ利得向上効果に加え、指向性ビームの半値幅を30度以上90度以下から選択して設定し、室内空間におけるマルチパスの影響を考慮した指向方向の設定、即ち、各アンテナ(11)(12)の指向性ビームの最大放射方向を縦隅部(111a)(111b)に向けるという設定によって、室内空間のチャネル容量を上げることができる。 As described above, in addition to the antenna gain improvement effect by adopting the directional antenna as the antenna of the base station (1), the half width of the directional beam is selected and set from 30 degrees to 90 degrees, By setting the directivity direction in consideration of the multipath effect in the indoor space, that is, by setting the maximum radiation direction of the directional beam of each antenna (11) (12) to the vertical corners (111a) (111b), The channel capacity of the space can be increased.
本発明は、例えば空間分割多重伝送を行うMIMOシステムなどに用いる基地局のアンテナのビーム特性設定に有用である。 The present invention is useful for setting beam characteristics of a base station antenna used in, for example, a MIMO system that performs space division multiplex transmission.
1 基地局
11 アンテナ
12 アンテナ
100 部屋
110 隅部
1
Claims (4)
二つの上記アンテナをそれぞれ指向性を有するものとして、上記各アンテナを上記屋内上部の隅部に並べて配置し、
上記各アンテナの指向性ビームの半値幅をそれぞれ同じとして、当該半値幅を30度以上90度以下から選択し、
一方の上記アンテナの指向性ビームの最大放射方向を、上記隅部に対向する上記屋内壁面の縦の隅部である縦隅部の一方に対して向け、
他方の上記アンテナの指向性ビームの最大放射方向を、上記縦隅部の他方に対して向ける
ことを特徴とする基地局アンテナのビーム特性の設定方法。 A method of setting beam characteristics of an antenna of a base station used for signal transmission between a base station and a terminal station in a rectangular parallelepiped,
Assuming that each of the two antennas has directivity, the antennas are arranged in the corners of the indoor upper part,
The half width of the directional beam of each antenna is the same, and the half width is selected from 30 degrees to 90 degrees,
Directing the maximum radiation direction of the directional beam of one of the antennas to one of the vertical corners that are the vertical corners of the indoor wall facing the corner,
A method for setting beam characteristics of a base station antenna, characterized in that a maximum radiation direction of a directional beam of the other antenna is directed to the other of the vertical corners.
ことを特徴とする請求項1に記載の基地局アンテナのビーム特性の設定方法。 2. The method for setting beam characteristics of a base station antenna according to claim 1, wherein each of the antennas is arranged at the center of the corner.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の基地局アンテナのビーム特性の設定方法。 The method for setting beam characteristics of a base station antenna according to claim 1 or 2, wherein the corner where the antennas are arranged is a corner in the short direction of the indoor upper part.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の基地局アンテナのビーム特性の設定方法。 The method for setting the beam characteristics of a base station antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the FWHM of each directional beam of each antenna is set to 60 degrees.
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