JP2015529991A - ４偏波（ｑｕａｄｒｉ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）アンテナ発振器、４偏波アンテナ、４偏波マルチアンテナアレイ - Google Patents

Abstract

本開示は、４偏波アンテナ発振器、４偏波アンテナ、４偏波マルチアンテナアレイを提供する。４偏波アンテナ発振器は、４つの偏波発振器を備える。そこでは、４つの偏波発振器の中心点は一致しており、第１の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向であり、第２の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向に対して垂直であり、第３の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向と４５度の角度を有し、第４の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向と−４５度の角度を有する。１つのアンテナ発振器に、異なる偏波方向を有する４つの偏波発振器を統合することにより、ＭＩＭＯマルチアンテナの幅は縮小され、偏波共用アンテナの２つのコラム間の水平面の空間は、もはや要求されない。依って、ＬＴＥおよび４Ｇネットワークの展開は、基地局の上面に、余分な空間を要求することなく、好ましく実現される。

Description

本開示は、通信の分野に関する。さらに特には、４偏波アンテナ発振器、４偏波アンテナ、４偏波マルチアンテナアレイに関する。

現在、モバイル通信ネットワークテクニックは、第３世代（３Ｇと呼ぶ）に発展し、３Ｇネットワークは、既に展開され、世界で大規模に商業的に使用されている。データサービスおよびモバイルインターネットの連続的な普及および促進で、国際的な通信標準化機構は、モバイル通信のLong Term Evolution（ＬＴＥと呼ぶ）、４Ｇ、および、ネットワーク技術並びにサービス能力の連続的な発展および促進を満たす同等のものの技術標準を確立している。Multiple Input and Multiple Output（ＭＩＭＯと呼ぶ）技術は、独立した空間伝播路を適切に使用することによって、ネットワークサービスレートおよびリンクパフォーマンスを改善することができるように、ＬＴＥおよび未来の４Ｇ技術において最も重要なコア技術の１つになる。

現在、２Ｇおよび３Ｇネットワークの大半は、低周波数帯域リソースを利用している。例えば、Global System of Mobile Communication（ＧＳＭ（登録商標）と呼ぶ）は、９００ＭＨｚで使用され、Code Division Multiple Access（ＣＤＭＡと呼ぶ）システムは、８００ＭＨｚで使用され、ＬＴＥおよび４Ｇは、将来的には２ＧＨｚより大きい周波数帯域で使用されるだろうことが可能であり、このことは、２Ｇおよび３Ｇネットワークの信号伝播性能が、ＬＴＥまたは４Ｇシステムの信号伝播性能より良いことを意味する。現在、基地局の数量を増加させることはとても困難であるので、ネットワークプロバイダは、一般的に、ＬＴＥまたは４Ｇネットワークを展開する場合、複数のシステムに１つの基地局を共有させる。このような条件において、ＬＴＥまたは４Ｇシステムの基地局が、２Ｇ／３Ｇシステムの基地局と同じカバレッジ能力を有するようにする場合、ＭＩＭＯマルチアンテナ技術を使用しなければならない。従って、ＬＴＥまたは４Ｇシステムのカバレッジ能力を改善するために、可能な限り、ＬＴＥおよび４ＧシステムのＭＩＭＯアンテナの数量を増加させることが不可欠である。

ＭＩＭＯマルチアンテナ技術において、複数のアンテナが、信号送信および受信に必要とされる。現存のＭＩＭＯマルチアンテナ展開スキームにおいて、ある一定の水平面の距離が、マルチアンテナ信号送信および受信を達成するために、一般的に複数のアンテナ間で間隔が開けられている。しかしながら、このようなスキームが、ネットワークプロバイダのネットワーク展開にとって、大きな困難をもたらすだろう。

特に、ＭＩＭＯアンテナにとって、一般のアンテナコンフィギュレーションスキームは、２×２、４×２、４×４コンフィギュレーションおよび同等のものを含む。このことは、１つの基地局が、信号送信および受信のために４つのアンテナで構成されることが必要であることを意味する。ところが、今は、主流の設計である２×２ＭＩＭＯアンテナスキームにおいて、偏波共用（dual-polarized）アンテナは、２つの偏波方向において弱い相関を有するので、２×２ＭＩＭＯアンテナの設計必要条件が満たされることができるように、偏波共用アンテナが、一般的に使用されている。アンテナの数量の増加は、アンテナの信号に対する組み合わせまたはダイバシティ処理を可能にし、そのことで、システム性能を大いに改善することができる。しかしながら、４×２または４×４ＭＩＭＯアンテナにとって、さらなる２つのアンテナが、上記の偏波共用アンテナの他に必要とされる。２つの独立した偏波共用アンテナは、１−１０λのうちのある距離、水平に間隔をあけられる（λは、アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である）ことが慣例的である。波長の特定の値は、送信機と受信機との間のワイヤレス伝播環境に関連しているが、距離は、弱い相関をよりよく保証するためにより大きく設定される。このような水平面方向において間隔を開く方式は、２つのセットのアンテナインスタレーションシステムを設けるために、基地局の上面の十分に大きな空間が不可欠であることをもたらす。同時に、アンテナインスタレーションシステムを設ける間、一致すべき２つの水平面に間隔が開いた偏波共用アンテナの下方向傾斜角を保証することが不可欠であり、基地局の上面上のアンテナの数量は、水平面に間隔が開いたＭＩＭＯアンテナのために、実際増加させられる。このことは、ネットワークプロバイダにとって、基地局を設立するために所有物の持ち主との交渉をするという困難さを増加させるだろう。従って、水平面に間隔が開いた方式で上記のＭＩＭＯアンテナを利用することは、実際のネットワーク構造およびある程度の展開において困難である。

電磁放射問題に対する人々の高い注目により、独立の物理アンテナの数量は、多くの基地局の立地において増加させることは難しく、多くの基地局が、４およびそれより多くのＭＩＭＯアンテナを設置することを要求される場合特に、複数のアンテナの水平面に間隔が開いた距離を保証するために十分な空間を有することは困難であるという結果になる。従って、複数の物理アンテナを採用するスキームは、ＬＴＥおよび４Ｇネットワークの展開に資さない。

本開示は、４偏波アンテナ発振器、４偏波アンテナ、４偏波マルチアンテナアレイに向けられたものである。１つのアンテナ発振器に異なる偏波方向を有する４つの偏波発振器を統合することにより、ＭＩＭＯマルチアンテナの幅は縮小され、偏波共用アンテナの２つのコラムの間の水平面の間隔距離は、もはや要求されない。依って、ＬＴＥおよび４Ｇネットワークの展開は、基地局の上面に、余分な空間を要求することなく、好ましく実現されることができる。

本開示の１つの観点は、４つの偏波発振器を備える４偏波アンテナ発振器である。前記４つの偏波発振器の中心点は一致し、第１の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向であり、第２の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向に対して垂直であり、第３の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向と４５度の角度を有し、第４の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向と−４５度の角度を有する。

本開示の別の観点は、上述したように、長さ方向（longitudinal）に配置されている少なくとも１つの４偏波アンテナ発振器を備える４偏波アンテナであり、１つの同じ偏波方向を一緒に有する偏波発振器は、前記偏波方向に偏波アンテナを構成する。４偏波アンテナは、４つの偏波アンテナを備え、第１の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向であり、第２の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向に対して垂直であり、第３の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向と４５度の角度を有し、第４の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向と−４５度の角度を有する。

好ましくは、２つの隣接する４偏波アンテナ発振器の間の間隔距離は、４偏波アンテナ発振器の数量が１より多い場合、０．５λ〜１λであり、λは、４偏波アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である。

好ましくは、アップリンク受信システムにとって、偏波アンテナの各々は、アップリンク受信処理に使用されることができる。

好ましくは、ダウンリンク信号送信システムにとって、第２の偏波アンテナの優先度レベルは、最も高く、第１の偏波アンテナの優先度レベルは最も低い。

好ましくは、ダウンリンクデュアル送信ＭＩＭＯシステムにとって、第３の偏波アンテナの優先度レベルおよび第４の偏波アンテナの優先度レベルは、最も高く、第１の偏波アンテナの優先度レベルは最も低い。

本開示の別の観点は、上述された少なくとも２つの水平面に配置された４偏波アンテナを備える４偏波マルチアンテナアレイであり、２つの隣接する４偏波アンテナ間の水平面の間隔距離は、０．５λより大きい。λは、二次偏波（quadric）アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である。

好ましくは、４偏波アンテナアレイは、単一の１つの物理アンテナを形成するために物理アンテナカバー内に封入されることができる。

本開示において、１つのアンテナ発振器に異なる偏波方向を有する４つの偏波発振器を統合することにより、ＭＩＭＯマルチアンテナの幅は縮小され、偏波共用アンテナの２つのコラムの間の水平面の空間は、もはや要求されない。依って、ＬＴＥおよび４Ｇネットワークの展開は、基地局の上面に、余分な空間を要求することなく、好ましく実現されることができる。

添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれており、この明細書の一部に組み込まれ、この明細書の一部を構成する。前述の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方は、単に例示的であり、不適当に本開示を制限するというよりむしろ、請求項の本質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。

本開示にしたがった、４偏波アンテナ発振器の１つの実施形態の概略図である。 本開示にしたがった、４偏波アンテナの１つの実施形態の概略図である。 本開示にしたがった、４偏波マルチアンテナアレイの１つの実施形態の概略図である。

本開示は、添付の図面および実施形態と関連して、以下にさらに詳細に図示されるだろう。

図１は、本開示において、４偏波（quadri-polarized）アンテナ発振器の１つの実施形態の概略図である。図１に示されるように、４偏波アンテナ発振器は、４つの偏波発振器を備える。そこでは、４つの偏波発振器の中心点は一致しており、第１の偏波発振器１の偏波方向は、水平面方向であり、第２の偏波発振器２の偏波方向は、水平面方向に対して垂直であり、第３の偏波発振器３の偏波方向は、水平面方向と４５度の角度を有し、第４の偏波発振器４の偏波方向は、水平面方向と−４５度の角度を有する。

上で図示されたような４偏波アンテナ発振器を基礎として、４つの偏波発振器は、１つのアンテナ発振器に統合され、４つの偏波発振器の中心点は、一致しており、第１の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向であり、第２の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向に対して垂直であり、第３の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向と４５度の角度を有し、第４の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向と−４５度の角度を有する。１つのアンテナ発振器に異なる偏波方向を有する４つの偏波発振器を統合することにより、ＭＩＭＯマルチアンテナの幅は縮小され、偏波共用アンテナの２つのコラム間の水平面の空間は、もはや要求されない。依って、ＬＴＥおよび４Ｇネットワークの展開は、基地局の上面に、余分な空間を要求することなく、好ましく実現されることができる。

好ましくは、４偏波アンテナ発振器における４つの偏波発振器は、１つの同じ平面または異なる平面に配置されてもよい。例えば、第１の偏波発振器および第２の偏波発振器は、１つの平面に配置されてもよく、第３の偏波発振器および第４の偏波発振器は、別の平面に配置されてもよい。

図２は、本開示における、４偏波アンテナの１つの実施形態の概略図である。図２に示されるように、４偏波アンテナ１０は、長さ方向に配置された少なくとも１つの４偏波アンテナ発振器１１を備える。４偏波アンテナ発振器は、図１に示される４偏波アンテナ発振器であり、１つの同じ偏波方向を一緒に有する偏波発振器は、偏波方向における偏波アンテナを構成する。

４偏波アンテナは、４つの偏波アンテナを備え、第１の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向であり、第２の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向に対して垂直であり、第３の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向と４５度の角度を有し、第４の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向と−４５度の角度を有する。

上で図示されたように４偏波アンテナを基礎として、４偏波アンテナは、長さ方向に配置されている少なくとも１つの４偏波アンテナ発振器を備え、１つの同じ偏波方向を一緒に有する偏波アンテナ発振器は、前記偏波方向に偏波アンテナを構成する。従って、４偏波アンテナは、４つの偏波アンテナを備え、第１の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向であり、第２の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向に対して垂直であり、第３の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向と４５度の角度を有し、第４の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向と−４５度の角度を有する。１つのアンテナに異なる偏波方向を有する４つの偏波アンテナを統合することにより、アンテナの幅は縮小され、偏波共用アンテナの２つのコラム間の水平面の空間は、もはや要求されない。依って、ＬＴＥおよび４Ｇネットワークの展開は、基地局の上面に、余分な空間を要求することなく、好ましく実現される。

１つの４偏波アンテナにおける４偏波アンテナ発振器の数量は、アンテナの利得要求に従って設定されてもよい。好ましくは、１つの４偏波アンテナにおいて、２つの隣接する４偏波アンテナ発振器間の間隔距離は、０．５λ〜１λに設定され、λは、４偏波アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である。

４偏波アンテナが、ＬＴＥシステムで使用される場合、特定の送信および受信スキームが、考慮されるべきである。アップリンク受信システムにとって、アップリンク信号は、各アンテナにより受信されることができ、基地局におけるアップリンク受信処理ユニットは、各アンテナにより受信されたアップリンク信号を組み合わせることができ、そのため、アップリンクマルチアンテナ処理利得は、取得されることができる。従って、４偏波アンテナにおける各偏波アンテナは、アップリンク受信処理のために使用されることができる。

ダウンリンク送信システムにとって、ＬＴＥ端末の制限された処理能力および電力消費問題を鑑みると、ＬＴＥ端末の大半は、現在、２つの次元でＭＩＭＯアンテナを支持しているだけである。ダウンリンク送信用のアンテナの数量は、現存のＬＴＥシステムにおいて、アップリンク受信用のアンテナの数量より少ないことを意味する、そのため、優先度は、ダウンリンク送信用のアンテナのために設定されるべきである。ワイヤレス信号の伝播特性についての分析に基づいて、水平面の偏波信号の伝播特性が不十分なので、第１の偏波アンテナの優先度は、ダウンリンク送信用のアンテナにおいて最も低い。ダウンリンク信号送信システムにとって、９０度方向において偏波された信号の伝播特性は最も良く、そのため、第２の偏波アンテナの優先度は、最も高く、第１の偏波アンテナの優先度は、最も低い。ダウンリンクデュアル送信ＭＩＭＯシステムにとって、ＭＩＭＯシステムにおける信号間に直交性があることが要求される、そのため、第３の偏波アンテナおよび第４の偏波アンテナの優先度が、最も高く、第１の偏波アンテナの優先度が、最も低い。

アンテナポートは、アンテナの底部に構成されてもよい。４偏波アンテナ発振器が採用されるので、４つのアンテナポートは、アンテナの底部に設定されるべきであり、４つのアンテナポートは、それぞれ、４つの偏波方向における偏波アンテナに対応する。

図３は、本開示における４偏波マルチアンテナアレイの１つの実施形態の概略図である。図３に示されるように、４偏波マルチアンテナアレイは、少なくとも２つの水平面に配置された４偏波アンテナ１０を備える。４偏波アンテナ１０は、図２において示されている実施形態として図示された４偏波アンテナであり、２つの隣接する４偏波アンテナ間の水平面の間隔距離は、０．５λより大きい。λは、４偏波アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である。

上で図示されたような４偏波マルチアンテナアレイを基礎として、４偏波マルチアンテナアレイは、少なくとも２つの水平面に配置された４偏波アンテナを備え、４偏波アンテナは、上の実施形態で図示されている４偏波アンテナであり、２つの隣接する４偏波アンテナ間の水平面の間隔距離は、０．５λより大きく、λは、４偏波アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である。１つのアンテナに異なる偏波方向を有する４つの偏波アンテナを統合することにより、アンテナの幅は縮小され、偏波共用アンテナの２つのコラム間の水平面の空間は、もはや要求されず、依って、ＬＴＥおよび４Ｇネットワークの展開は、基地局の上面に、余分な空間を要求することなく、好ましく実現されることができる。

好ましくは、４偏波アンテナアレイは、１つの物理アンテナを形成するために物理アンテナカバーに封入されることができ、このことは、ＭＩＭＯマルチアンテナの構造および展開をさらにいっそう容易にするでしょう。

本開示に従った４偏波マルチアンテナは、４×２または４×４コンフィギュレーションスキームとしてＭＩＭＯアンテナを構成する間、マルチプルアンテナを間隔をとって隔てるのを避けることができ、より高いコンフィギュレーションでＭＩＭＯアンテナを構成する場合、アンテナの水平面の幅の寸法についての要求を下げることができる。

当業者にとって、ここに説明されたような本開示の好ましい実施形態に対する様々な修正は、添付の特許請求の範囲で定義されるような本開示の精神または範囲から逸脱することなしに、なされることができることは明らかである。このように、本開示は、修正やバリエーションを、それらが添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で生じるとすれば、カバーする。

Claims (8)

1. ４つの偏波発振器を備える４偏波アンテナ発振器であって、
   前記４つの偏波発振器の中心点は、一致しており、
   第１の偏波発振器の偏波方向は、水平面方向であり、
   第２の偏波発振器の偏波方向は、前記水平面方向に対して垂直であり、
   第３の偏波発振器の偏波方向は、前記水平面方向と４５度の角度を有し、
   第４の偏波発振器の偏波方向は、前記水平面方向と−４５度の角度を有する
   ４偏波アンテナ発振器。
2. 長さ方向に配置された少なくとも１つの４偏波アンテナ発振器を備える４偏波アンテナであって、
   前記４偏波アンテナ発振器は、請求項１に記載の前記４偏波アンテナ発振器であり、１つの同じ偏波方向を一緒に有する前記偏波発振器は、前記偏波方向における偏波アンテナを構成し、
   前記４偏波アンテナは、４つの前記偏波アンテナを備え、
   第１の偏波アンテナの偏波方向は、水平面方向であり、
   第２の偏波アンテナの偏波方向は、前記水平面方向に対して垂直であり、
   第３の偏波アンテナの偏波方向は、前記水平面方向と４５度の角度を有し、
   第４の偏波アンテナの偏波方向は、前記水平面方向と−４５度の角度を有する
   ４偏波アンテナ。
3. ２つの隣接する４偏波アンテナ発振器間の間隔距離は、
   前記４偏波アンテナ発振器の数量が１より多い場合、０．５λ〜１λであり、λは、前記アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である、請求項２に記載の４偏波アンテナ。
4. アップリンク受信システムにとって、前記偏波アンテナの各々は、アップリンク受信処理に使用されることができる、請求項２または３に記載の４偏波アンテナ。
5. ダウンリンク信号送信システムにとって、前記第２の偏波アンテナの優先度レベルは、最も高く、前記第１の偏波アンテナの優先度レベルは最も低い、請求項２または３に記載の４偏波アンテナ。
6. ダウンリンクデュアル送信ＭＩＭＯシステムにとって、前記第３の偏波アンテナの優先度レベルおよび前記第４の偏波アンテナの優先度レベルは最も高く、前記第１の偏波アンテナの優先度レベルは最も低い、請求項２または３に記載の４偏波アンテナ。
7. 少なくとも２つの水平面に配置された４偏波アンテナを備える、４偏波マルチアンテナアレイであって、
   前記４偏波アンテナは、請求項２−６の何れかの４偏波アンテナであり、
   ２つの隣接する４偏波アンテナ間の水平面の間隔距離は、０．５λより大きく、λは、前記アンテナの周波数帯域の中心周波数点の波長である、
   ４偏波マルチアンテナアレイ。
8. 前記４偏波アンテナアレイは、単一の１つの物理アンテナを形成するために物理アンテナカバー内に封入されることができる、請求項７に記載の４偏波マルチアンテナアレイ。

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