JP3374750B2 - 移動通信用基地局アンテナ - Google Patents
移動通信用基地局アンテナInfo
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- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Description
局アンテナに関するものである。
する方法として、基地局を高所に設置する方法が有効で
ある。図10に基地局高と伝搬損失の関係を示す(市坪
他,1996電子情報通信学会 アンテナ伝搬研究会 AP96
-15 )。ここで端末高は1.5mとしている。図10に
示すように基地局高(Hb )が高くなると端末との伝搬
損失が小さくなり、サービスエリアを広くできることが
わかる。
くなると遅延波の伝搬損失も小さくなるために、長い遅
延時間を有する電波も基地局に到来しやすいようにな
る。無線伝送時の伝送特性は到来する遅延波の遅延時間
が長くなるほど劣化するため(Jake,"Microwave Mobile
Communication",IEEE Press 1992 )、基地局高が高く
なると伝送特性が劣化するという問題がある。
低減する手法として、従来はアンテナのビームをチルト
する方法が用いられている。遅延波の多くは水平方向か
ら到来するため、アンテナのビームをチルトし、指向性
のヌルを水平方向に向けることによって遅延波の方向に
ヌルが向くことになり、受信波の遅延が低減できる。し
かしビームをチルトしてしまうと高所設置基地局によっ
て得られるゾーンが低アンテナ高基地局とほぼ同じぐら
いに狭くなってしまい、高所設置のメリットで得られる
大ゾーンが実現できないという問題があった。
ンテナ構成を提案するものである。
数の素子を垂直方向に配列されたアレー構成とし、アレ
ー合成する際の各素子からの信号の位相値を、少なくと
も一つの該アンテナ素子の受信電力に応じて切り替え、
アンテナのチルト角を到来波の方向とするように構成し
たことを特徴としている。
設置される移動通信に用いられる基地局アンテナにおい
て、双指向性素子が垂直方向に配列された2つのアレー
アンテナをお互いのビーム方向が直交するように配置
し、各素子からの信号に振幅および位相の重み付けを行
い垂直面の指向性を各々形成し、指向性形成部の出力信
号を入力として信号の強さまたは信号の伝送特性を判定
して判定信号を出力する信号判定部と、信号判定部の制
御信号により2つのアンテナからの信号を切り替える信
号切替部を具備し、該信号判定部の出力判定信号によっ
てアンテナアレー1または2の選択、およびチルト角の
制御を行う。
指向性アンテナを2つの無指向性アレーアンテナを同相
または逆相でアレー合成することにより実現したことを
特徴としている。
垂直面の指向性形成の計算を片側のアレーアンテナだけ
で行ったことを特徴としている。
および遠方に存在する場合の基地局における遅延プロフ
ァイルを示す。図よりわかるように、到来する遅延波の
遅延時間は端末が基地局近傍にいる場合、長い遅延時間
の波が到来し、端末が基地局から遠方に存在する場合、
遅延時間が短くなる。一般に端末が基地局に近い場合平
均的な受信電力が大きく、基地局から遠くなると受信電
力が小さくなるために、位相制御装置にあらかじめチル
ト角の深さの異なる位相設定値を保持し、受信電力を検
出して受信電力が大きい場合、すなわち端末が基地局近
傍ではチルト角を大きくし、受信電力が小さい場合、す
なわち端末が遠方の場合チルト角を小さくなるように位
相制御装置により、各アンテナに接続した移相器の設定
を制御することによってゾーン内の遅延を低減しつつセ
ルサイズの大きいゾーンを構成できる。
の伝送特性を示している。水平面指向性が無指向性の場
合、ゾーンを大きくするためのアンテナの高利得化は、
垂直方向のアレー長を長くする必要があるため、給電線
路の損失により一定以上利得をあげることは困難である
が、水平面を双指向性とすることで無指向性アンテナと
同等の長さで高い利得を得ることができる。双指向性ア
ンテナをストリートセルに用いた場合、通常道路に沿う
方向に指向性が向くようにアンテナを配置するが、道路
直交方向は指向性のヌル方向となるために伝送特性が劣
化する。そこで本発明のように受信レベルは観測して、
受信レベルが低下した時にアンテナの指向性を道路直交
方向に切り替えることによって受信レベルの低下を押さ
えると共に、道路に沿う方向から到来する長遅延波を低
減できるために伝送特性を改善できる。
施例を説明する。
ンテナ、1−2は指向性形成部、1−3は指向性形成部
内の移相器(1−2)を制御するための振幅・位相制御
装置、1−5は送受信装置、1−6は受信電力を検出す
るための受信電力検出装置である。ここでは簡単のため
に各ブランチの振幅に重み付けを行わない構成で記述し
ているが、振幅の重み付けも同様に行うことができる。
アンテナ(1−1)は垂直方向にアレー構成として配置
しているために、指向性形成部(1−2)による操作で
垂直面内の指向性が変化する。指向性形成部(1−2)
における各ブランチの位相の操作は例えばバラクタダイ
オードを用いた連続可変移相器などを用いることができ
る。指向性形成部(1−2)に設定する移相値はチルト
角に対応して移相器の制御電圧値を振幅・位相制御装置
(1−3)内にあらかじめ設定して保存しておく(1−
4)。受信電力検出装置(1−6)内には、受信レベル
の瞬時変動によって指向性が切り替わらないように、平
滑回路を設けることが望ましい。
長の5素子アレーアンテナを用いた屋上設置用の基地局
アンテナにおいて、主ビーム方向を−15度チルトした
アンテナで受信した場合と、常に端末の方向に主ビーム
方向が向くようにチルト角を制御したアダプティブアン
テナで受信した場合において、端末が基地局近傍(50
m)および遠方(300m)に存在するときの遅延スプ
レッドを示す。図2にはチルトしていないアンテナにお
ける遅延スプレッド特性も合わせて示している。図2よ
り明らかなように、端末が基地局から50mと基地局近
傍にいる場合、チルトなしアンテナで受信した場合に比
較して、チルトアンテナでは遅延スプレッドを100n
s程度低減できており、またアダプティブアンテナでも
チルトアンテナと同様に遅延スプレッドを低減してい
る。端末が基地局から300mと離れた場合の遅延スプ
レッドは、チルトなし・チルトアンテナ・アダプティブ
アンテナとも基地局近傍(50m)における値より小さ
い値となっており、50m地点に比較して遅延による特
性劣化は起こらないことがわかる。
素子間隔0.7波長の5素子アレーアンテナにおいて、
水平面がヌルとなるようにチルト角を固定した場合と、
本発明のようにアンテナの主ビームを常に端末方向にな
るようにチルト角を制御した場合の、基地局からの距離
に対するアンテナの指向性を考慮した伝搬損失の比較を
示している。図3より明らかなように、受信レベルで端
末の位置を判定し、常に端末の方向にチルト角を調整す
ることにより指向性を考慮した伝搬損失が120dB、
130dBで従来のチルトアンテナに比べてそれぞれ
1.4倍、1.6倍のゾーン長が実現できることがわか
る。
る。本実施例では移相器内に対応するチルト角に移相設
定値を設定しておき、レベル検出器(1−4)の信号を
直接移相器に入力して指向性を切り替えるものである。
たとえば移相器としてはローディッドライン型の移相器
でダイオードスイッチ(2−1)を内部で切り替えるも
のを用いることで実現できる。本構成とすれば、振幅・
位相制御装置を省略することができるために装置の簡単
化が実現できる。
である。5−1は細幅パッチで構成された双指向性のエ
レメントが垂直方向に配列され、各エレメント毎に給電
できる構造を持つアンテナアレー、5−2は5−1と直
交するように細幅パッチが構成された基板を配置した5
−1と同様の構成をもつアンテナアレー、5−3は指向
性形成部、5−4は信号切替器、5−5は信号品質判定
装置、5−6は指向性制御部である。信号品質判定装置
(5−4)の結果を用い、信号切替部でチルト角に端末
の方向に制御すると共にアンテナアレー1および2の出
力を切り替えることにより、端末の位置に応じた指向性
を有する基地局アンテナを形成することが可能となる。
である。6−1および6−2は無指向性のエレメントが
垂直方向に配列され、各エレメント毎に給電できる構造
を持つアンテナアレー、6−3は指向性形成部、6−4
は同相または逆相で合成する信号合成器、6−5は信号
品質判定装置、6−6は指向性制御部である。アンテナ
6−1および6−2を半波長間隔程度道路に平行に配列
することにより、同相で給電した場合道路に直交の双指
向性となり、逆相で給電した場合道路に平行の双指向性
となる。よって信号品質判定装置(6−4)の結果を用
い、チルト角を制御すると共に、信号合成部の位相を切
り替えることにより、端末の位置に応じた指向性を有す
る基地局アンテナを形成することが可能となる。
際の素子間隔に対する図中のA−A’方向のレベルの関
係を示す。同相に給電した場合、素子間隔(アンテナ間
隔)が半波長よりも広くなると直交する方向のレベル
(A−A’方向)が大きくなっていく。図11よりわか
るように、直交方向のレベルが−10dB以下となる素
子間隔0.6波長以下で本構成の効果があることがわか
る。
である。この例は図6の実施例において指向性制御部を
第1のアンテナだけに配置し、第2のアンテナの指向性
制御は第1のアンテナと同じとするものである指向性制
御部によって制御される指向性は垂直面指向性であり、
2つのアンテナの間隔は半波長程度と近接しているため
に、2つのアンテナで同じ垂直面指向性を用いても問題
ないため、ハードウエアを簡略化することが可能とな
る。
遅延特性を低減しつつセルサイズを大きくできるアンテ
ナが実現できる。
遠方にいる場合、ビームを端末方向に向けたときの遅延
特性を示す図である。
のチルトアンテナの伝搬損失の比較を示す図である。
示す図である。
たときの伝送特性を示す図である。
示す図である。
す。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の素子から構成されるアンテナアレ
ーと、各素子からの信号に振幅および位相の重み付けを
行ったのち合成を行うことでアレー指向性を構成する指
向性形成部と、少なくとも一つの該アンテナ素子の受信
電力を検出する受信電力検出装置と、該指向性形成部の
振幅および位相値を制御する振幅・位相制御装置で構成
される移動通信用基地局アンテナにおいて、 アンテナアレーの素子が垂直方向に配置され、少なくと
も2組の該指向性形成に設定する振幅および位相値がプ
リセット値としてあらかじめ前記振幅・位相制御装置に
保持され、前記受信電力検出装置の出力信号に応じたチ
ルト角を有するように、あらかじめ該出力信号の大きさ
に対応させた前記振幅・位相制御装置のプリセット値の
一つに前記指向性形成部の振幅および位相値を設定する
ことを特徴とした移動通信用基地局アンテナ。 - 【請求項2】 移動通信に用いられる基地局アンテナに
おいて、 水平面の放射指向性が双指向性で、素子の主ビーム方向
が相互に同じで垂直方向に配列され、各素子からの信号
をそれぞれ取り出せる構成を有するアンテナアレー1
と、 該アンテナアレー1と直交する方向に双指向性を有する
該アンテナアレー1と同様の構成を有するアンテナアレ
ー2と、 各アンテナアレーごとに配置された各エレメントからの
信号に振幅および位相の重み付けを行ったのち合成を行
うことでアレー指向性を構成する指向性形成部1および
2と、 指向性形成部の出力信号を入力として信号の強さまたは
信号の伝送特性を判定して判定信号を出力する信号判定
部と、 信号判定部の制御信号により2つのアンテナからの信号
を切り替える信号切替部を具備し、 該信号判定部の出力信号によってアンテナアレー1また
は2の選択により、適する素子指向性を選択し、その素
子を用いてチルト角の制御を行うことを特徴とする移動
通信用基地局アンテナ。 - 【請求項3】 移動通信に用いられる基地局アンテナに
おいて、 水平面の放射指向性が無指向性の複数の素子と、該複数
の素子から垂直方向に構成され、各素子からの信号をそ
れぞれ取り出せる構成を持ち、0.6波長以下の間隔で
道路に沿って配置された2つのアンテナアレーと、各ア
ンテナアレーごとに配置された各素子からの信号に振幅
および位相の重み付けを行ったのち合成を行うことでア
レー指向性を構成する指向性形成部と、 両指向性形成部からの出力信号を同相または逆相で合成
する信号合成部と、 それぞれのアンテナアレーに配置された、各々の指向性
形成部からの出力信号を入力として、各アンテナアレー
の指向性形成部に設定する振幅および位相を計算する指
向性計算部と、 信号合成部の出力信号を入力として信号の強さまたは信
号の伝送特性を判定して判定信号を出力する信号判定部
を具備し、 該信号判定部の出力判定信号によって該信号合成部の合
成の同相と逆相での切り替えおよびチルト角の制御を行
うように構成したことを特徴とする移動通信用基地局ア
ンテナ。 - 【請求項4】 指向性計算部を一方のアンテナアレーに
だけ配置し、 他方のアンテナアレーに配置された指向性形成部の振幅
および位相値を、該指向性計算部で計算した値を用いる
ことを特徴とする請求項2または3記載の移動通信用基
地局アンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18329698A JP3374750B2 (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 移動通信用基地局アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18329698A JP3374750B2 (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 移動通信用基地局アンテナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000004114A JP2000004114A (ja) | 2000-01-07 |
JP3374750B2 true JP3374750B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=16133196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18329698A Expired - Lifetime JP3374750B2 (ja) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | 移動通信用基地局アンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3374750B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4498540B2 (ja) * | 2000-05-11 | 2010-07-07 | Dxアンテナ株式会社 | アンテナ装置 |
GB0224341D0 (en) | 2002-10-19 | 2002-11-27 | Qinetiq Ltd | Mobile radio base station |
JP4589821B2 (ja) * | 2005-06-21 | 2010-12-01 | マスプロ電工株式会社 | アンテナ装置 |
-
1998
- 1998-06-16 JP JP18329698A patent/JP3374750B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000004114A (ja) | 2000-01-07 |
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