JP3573269B2 - 符号分割アレー・アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）基地局用のアンテナ、特にアレー・アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラー方式の移動体電話装置においては、サービスすべきエリアをセルと呼ばれる小区画に切り分け、それぞれのセルに基地局を配置し、基地局は自分の属するセル内を無線区間として、セル内にある移動局を把握し、セル内の移動局からの通信回線要求、もしくはセル内の移動局に対する通話要求に対して、通話回線の確保を行い、また通話終了後は速やかに通話回線の終了操作をおこなう。
【０００３】
また、移動局が通話状態にあり、移動することにより隣接セルに移動する場合、無線通信路が確保されている間（移動局が自セル内にいる間）に、隣接セルに移動する可能性を察知し、移動する先であるセルの基地局と連携して、通話がとぎれる事無く、通信回線を引き渡す操作を行う。
【０００４】
ここで、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）を用いたセルラ一方式移動体電話装置においては、多くの移動局に対するサービスを同時に行うために、多数の周波数チャンネルを用意し、通話中の移動局毎に異なる周波数チャンネルを用意し、基地局はそれぞれの周波数チャンネルに対応して同時に通話回線を確保している。
【０００５】
一方、移動局を小型、軽量、低消費電力化するために、一般に移動局は同時には１周波数のみの受信を行えるのみであるため、移動局が移動して隣接セルに移る場合、事前に基地局は移動する先の基地局の周波数チャンネル情報等を通知し、速やかに移動局を隣接セルの基地局に引き渡す操作を行うが、移動局の周波数設定の変更等の作業により時間を要し、セル間の切り替えに、通話の瞬断は避けられない問題があった。
【０００６】
これに対して、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を用いたセルラー方式の移動体電話装置においては、多くの移動局に対するサービスを同時に行うために、互いに相関の小さい（場合によって直交した）符号系列を多数用意し、それぞれの通話に対応する情報をこの符号系列それぞれにて拡散して送信している。受信時には通話回線に対応する符号にて逆拡散することにより、必要な通話情報を取得できる。
【０００７】
この符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）においては同一周波数にて複数の通話回線が確保できるため、移動局が移動して隣接セルに移る場合、移動局は同一周波数を受信し、自セルの基地局からの通話を継続すると同時に、隣接セル基地局からの自局に対する拡散符号系列で逆拡散することにより、同一周波数にて送信される隣接セル基地局からの自局に対する回線を確保することができる。従って、移動局が隣接セルに移動した場合の通話回線の切り替えは上記ＦＤＭＡの場合に比較して、はるかにスムーズに行われる。
【０００８】
ところで、セルラー方式の移動体電話装置は、セルに対応して小無線区間で通話回線を確保するため、広域的に見れば、同一周波数をセル単位で再利用しており、周波数利用効率を著しく増加させた。しかし、近年移動局の増加に伴い、同時通話回線の増加が必要となり、また、都市部においては基地局設置のための新たな場所の確保が難しい等の理由から、従来以下の小ゾーンセルによる周波数再利用が難しくなった。
【０００９】
そこで、指向性アンテナを用いることにより、同一基地局において、基地局からの方位角により従来のセル領域を分割して、それぞれ独立した領域として扱う方式（セクター方式）となった。ここで、セルを分割する領域をセクターと呼ぶ。従来のセルのみの構成と比較して、セクターを用いる方式はセルを小区域化して基地局数を増加させたのと等価な周波数利用効率が得られると同時に、移動局の移動に関しては、セクター間での移動がセル間の移動と比較して多いため、同一基地局にて移動に伴う操作が出来、基地局間でのやり取りを必要とするセル間の移動に対応する操作の煩雑さを回避できるという特長を持っていた。
【００１０】
ＣＤＭＡを用いた場合、受信された信号を分離すべき符号にて逆拡散する操作により、必要な信号を個別に取得できる。ここで、複数のアンテナ・エレメント（信号の合成を目的とした複数のアンテナをアンテナ・エレメントと呼び、以降アンテナ・エレメントの集合体をアンテナと呼び、以下区別して記す）で取得された信号を、区別すべき符号毎に位相合成することにより特定の信号に対するアンテナ指向性を、区別すべき信号毎同時に形成できる。この様な複数のアンテナ・エレメントを空間的に分離して配置し、区別すべき符号に対応して個別に同時に振幅および位相調整して合成するアンテナを符号分割アレー・アンテナと呼ぶ。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
符号分割アレー・アンテナは複数のアンテナ・エレメントからの信号を振幅および位相調整して合成し、アンテナの指向性を分離すべき信号毎に制御するアンテナである。ここで、複数のアンテナ・エレメントの信号の位相合成の場合、従来からレーダーに用いられてきたフェーズド・アレー・アンテナは、送信信号が既知で、単一であるため、各アンテナ・エレメントからの信号を合成するには、送信信号に対応する１通りの信号合成を行えばよかった。
【００１２】
しかし、符号分割アレー・アンテアの場合、すべてのアンテナ・エレメントからの信号を一旦取り込み、信号合成を行うべき複数の信号について、振幅および位相調整して加算する合成を同時に行う必要があった。特に、アンテナが屋外に設置される場合には、アンテナ・エレメントの数だけ屋外から信号を引き込む必要があり、信号線数が著しく増加するという問題があった。また、既存の固定指向性アンテナにより構成された基地局のアンテナを容易に符号分離アレー・アンテナに変更できない問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明は、符号分割アレー・アンテアにおいて、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を用いて、分離すべき信号各々に対して重み付け加算する操作を、隣接アンテナ・エレメント間の限られた数の信号線のみを用いて行うと共に、分離された各信号を屋内装置に伝送することを目的とする。
【００１４】
さらに、本発明は、符号分割アレー・アンテナにおいて、アンテナエレメントや送信部、受信部により構成される各アンテナユニット部に故障が生じた場合や、任意のアンテナユニット部を点検或いは修理などのために取り外す場合にも、アレイアンテナの動作を中断させることなく継続することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の符号分割アレー・アンテナは、複数のアンテナ・エレメントと、該複数のアンテナ・エレメントより取り出された信号を所定時間間隔で同期して個別にサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段でサンプリングされたサンプリング信号を、隣接する前記アンテナ・エレメント毎に単位遅延時間づつ順次長く設定された時間で遅延させる遅延手段と、この遅延手段でそれぞれ遅延されたサンプリング信号に、分離すべき信号各々に対して振幅および位相を調整する調整手段と、各アンテナ・エレメント間で同期した所定時間幅のサンプリング信号をそれぞれ保持する記憶手段と、前記調整手段で調整された信号を、前記遅延手段の遅延時間の短い側から逐次加算する加算手段を備え、振幅及び位相調整された信号を遅延操作と隣接アンテナ・エレメント間の加算操作の繰り返しにより、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を重み付け加算する操作を、隣接アンテナ・エレメント間の限られた数の信号線のみを用いて、分離すべき信号各々に対して行うとともに、同一時刻で同一時間幅の各アンテナ・エレメントのサンプリング信号を共通線を用いて処理装置に伝送することを特徴とする。
【００１６】
この請求項１記載の構成によれば、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を重み付け加算する操作を、振幅及び位相調整された信号を遅延操作と隣接アンテナ・エレメント間の加算操作の繰り返しにより行うことで、屋内の信号処理装置への信号線数を、アンテナ・エレメント数に関わらず、セクタ数などの分離すべき信号数に見合った数に抑制できると共に、隣接するアンテナ・エレメント間の限られた数の配線のみを用いて、全体の配線長を短くすることができる。また、重み付けされていない生の受信データを処理装置に送ることができ、これに基づいて分離すべき信号に対する重み付けを常に適正に設定することができる。また、このための信号線は、共通線を用いるため、少ない線数とすることができる。
【００１９】
請求項２記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項１に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナ・エレメントおよび分離すべき信号各々に対するアンテナ・エレメントの振幅および位相調整を、各アンテナ・エレメント、分離すべき信号に対応するアドレスを設定するアドレス共通線、および振幅および位相調整量を設定するデータ共通線により行うことを特徴とする。
【００２０】
この請求項２記載の構成によれば、各アンテナ・エレメントおよび分離すべき信号各々に対するアンテナ・エレメントの振幅および位相調整を、アドレス共通線およびデータ共通線により行うことができるから、振幅および位相調整のための信号線数を削減することができる。
【００２１】
請求項３記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項１または２に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して、前記加算手段の遅延時間と等しい遅延時間を持つバイパス手段を設け、このバイパス手段により前記加算手段をバイパス可能としたことを特徴とする。
【００２２】
この請求項３記載の構成によれば、請求項１または２に記載された、加算処理を各アンテナエレメントで分散して処理する符号分割アレー・アンテナにおいて、各加算手段毎にバイパス手段を設けているから、アレイアンテナの機能を維持したまま必要に応じてバイパスさせる処置を執ることができる。
【００２３】
請求項４記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項３記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して設けられ、少なくとも前記サンプリング手段と前記遅延手段と前記調整手段と前記加算手段とを含むアンテナユニット部の故障を検知する故障検知手段を設け、この故障検知手段が故障を検知したときに前記バイパス手段を動作させ、前記加算手段をバイパスさせることを特徴とする。
【００２４】
この請求項４記載の構成によれば、各アンテナユニット部に故障が発生した場合に、その故障発生に応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、著しくアレイ・アンテナの信頼性を向上させることができる。
【００２５】
請求項５記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項３載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して設けられ、少なくとも前記サンプリング手段と前記遅延手段と前記調整手段と前記加算手段とを含むアンテナユニット部を取り外し可能に構成すると共に、このアンテナユニット部の取り外しを検知する取り外し検知手段を設け、この取り外し検知手段が取り外しを検知したときに前記バイパス手段を動作させ、前記加算手段をバイパスさせることを特徴とする。
【００２６】
この請求項５記載の構成によれば、任意のアンテナユニット部を、点検とか、修理のために取り外す場合にも、その取り外しに応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、アレイアンテナの動作を中断させることなく、当該アンテナユニット部の修理などが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００２８】
図１、図２は本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの特に受信系に関わるブロック図である。図１において、アンテナ・エレメント１−１〜アンテナ・エレメント１−Ｎは、基地局に空間的に分離設置されており、本実施例では１８個のアンテナ・エレメントが円環状に配置されたアレイ・アンテナを想定している。送受共用器２−１〜送受共用器２−Ｎは、送信信号或いは受信信号を切り換えて振り分ける。受信回路部３−１〜受信回路部３−Ｎは、受信した信号を増幅・周波数変換する。Ａ／Ｄ変換回路部４−１〜Ａ／Ｄ変換回路部４−Ｎは、各アンテナ・エレメントにおける受信したアナログ信号を、各アンテナ・エレメント間で同期してディジタル信号に変換する。
【００２９】
遅延回路部５−１〜遅延回路部５−Ｎは、後述するレジスタ部８−１Ａおよびレジスタ部８−１Ｂ間などで行う加算に充分な時間幅に対して、整数倍の遅延時間を持っている。そしてこの例では、遅延回路部５−１が１単位遅延時間、遅延回路部５−２が２単位遅延時間、遅延回路部５−ＮがＮ単位遅延時間というように、隣接するアンテナ・エレメント毎に１単位遅延時間づつ、遅延時間が長くなっている。なお、最初の遅延回路部５−１の遅延時間を０とすることもでき、この場合当然ながら順次１単位遅延時間づづ短くされる。
【００３０】
重み付け・記憶回路部６−１〜重み付け・記憶回路部６−Ｎは、各アンテナ・エレメントに対して、分離すべき信号それぞれに対する振幅及び位相調整するための重み付けと共に、各受信信号を記憶するものであり、この詳細が図２に示されている。
【００３１】
図２で重み付け・記憶回路部６−１を代表して見ると、各アンテナ・エレメントに対して、分離すべき信号それぞれに対する振幅及び位相調整するための重み付け回路部６−１Ａと、入力された信号に各重みＷｔ１〜Ｗｔｎを掛けた値をそれぞれレジスタＲｅ１〜Ｒｅ１２に記憶させる重み付け結果を保持するレジスタ部６−１Ｂと、各アンテナ・エレメントで同一時刻に同一時間幅にわたって同期取得された信号をそのままの形で保持しておくための記憶回路部６−１Ｃとから構成されており、各重みの値は外部からの制御信号により変更される。なお、重み付け・記憶回路部６−２〜重み付け・記憶回路部６−Ｎも同様である。
【００３２】
初期値設定レジスタ７は、分離すべき信号それぞれに対する初期値を設定しておく。
【００３３】
加算手段８−１〜加算手段８−Ｎは、各アンテナ・エレメント間をつなぐ信号線１０−０〜信号線１０−Ｎ−１を介して送られてきた前段からの信号と重み付け・記憶回路部６−１ないし重み付け・記憶回路部６−Ｎからの重み付けされた信号とを加算し、次段に出力するものであり、この詳細が図２に示されている。図２で加算手段８−１を代表してみると、隣接アンテナ・エレメントからの信号（この場合は初期値設定レジスタ７の設定値である）を保持するためのレジスタ部８−１Ａと、各アンテナ・エレメントの信号を加算するためのレジスタ部８−１Ｂと、隣接アンテナ・エレメントからの信号との加算結果を入れるレジスタ部８−１Ｃとからなり、それぞれレジスタＲｅ１〜レジスタＲｅ１２を有している。
【００３４】
結果保持レジスタ９は、屋内側に設けられ、加算手段８−１〜加算手段８−Ｎで逐次重み付け加算され、屋内装置へ伝送するための信号線１０Ｎを介して送られてきた結果を保持するもので、この保持された結果が、それぞれ分離された信号となる。
【００３５】
重み付け制御回路１１は、各アンテナ・エレメントの振幅及び位相を調整するためもので、制御線１２を介して重み付け・記憶回路部６−１〜重み付け・記憶回路部６−Ｎを制御する。
【００３６】
ここで、レジスタ部６−１Ｂ、レジスタ部８−１Ａ、レジスタ部８−１Ｂ、レジスタ部８−１Ｃなどは、それぞれＲｅ１〜Ｒｅ１２の１２個のレジスタを有している。この内、レジスタＲｅ１〜レジスタＲｅ６は、この基地局のエリアであるセルを方位角によって区分された６つのセクタに対するものであり、レジスタＲｅ７〜レジスタＲｅ１０は、任意の位置或いは形状のセクタに対応するためのものである。また、レジスタＲｅ１１，レジスタＲｅ１２は、記憶回路部６−１Ｃに保持された、各アンテナ・エレメントで同一時刻に同一時間幅にわたって同期取得された信号を、加算手段８−１〜加算手段８−Ｎを介して、結果保持レジスタ９に伝送するためのものである。
【００３７】
このため、重み付け・記憶回路部６−１に設定される重み値は、重みＷｔ１〜重みＷＴ６は方位角によって区分された６つのセクタに対する値に設定され、重みＷｔ７〜重みＷｔ１０は任意の位置或いは形状のセクタに対応する値に設定され、また、重みＷｔ１１，重みＷｔ１２は零に設定される。
【００３８】
図３は本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの特に送信系に関わるブロック図である。図３においては、符号分割アレー・アンテナのアンテナ・エレメントの内、アンテナ・エレメント１−１，アンテナ・エレメント１−２について示している。他のアンテナ・エレメントについても同様である。
【００３９】
図３において、屋内側の信号処理装置（図示していない）から信号線２５にて送られてきた各セクタ毎の信号は、重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２に供給される。重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２は、制御線１２を介して屋内側の信号処理装置（図示していない）から重み値Ｗｔ１〜重み値Ｗｔ６がそれぞれ設定されており、これら重み値Ｗｔ１〜重み値Ｗｔ６と各セクタ毎の信号とが掛け算されて出力される。
【００４０】
加算回路部２３−１，加算回路部２３−２では、重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２からの各重み付けされた信号を加算する。この加算信号がＤ／Ａ変換回路部２２−１、Ｄ／Ａ変換回路部２２−２でアナログ信号に変換される。変調回路部２１−１、変調回路部２１−２では、アナログ信号に変換された重み付け加算信号で搬送波を変調する。そして変調された搬送波が、送受共用器２−１、送受共用器２−２を介して、アンテナ・エレメント１−１、アンテナ・エレメント１−２から送信される。
【００４１】
さて、このように構成される、本発明の実施例に係る、符号分割アレー・アンテナの受信動作を、図１，図２を参照して説明する。
【００４２】
各アンテナ・エレメント１‐１〜１‐Ｎで受信された信号は、送受共用器２−１〜送受共用器２−Ｎで分岐され受信回路部３−１〜受信回路部３−Ｎに供給される。受信回路部３‐１〜受信回路部３‐Ｎで、受信信号は増幅、周波数フィルタリング、周波数ダウン・コンバートされ、Ａ／Ｄ変換回路部４−１〜Ａ／Ｄ変換回路部４−Ｎでデジタル信号に変換された後、遅延回路部５‐１〜遅延回路部５‐Ｎに供給される。
【００４３】
この遅延回路部５‐１〜遅延回路部５‐Ｎにおける遅延量は、レジスタ８‐１Ａ＋レジスタ８−１Ｂ＝レジスタ８−１Ｃの加算（なお、２〜Ｎに付いても同様）を行うために必要な単位遅延時間τの整数倍の時間であり、それぞれ次のように設定される。遅延回路部５−１については「τ」、遅延回路部５−２については「２τ」、・・・、遅延回路部部５−Ｎについては「Ｎτ」というように、隣接するアンテナ・エレメント毎に順次τ時間だけ長く設定される。なお、最初の遅延回路部５−１の遅延時間を「０」とすることもでき、この場合当然ながら各アンテナ・エレメントではτ時間づづ短くされる。
【００４４】
遅延回路部５−１〜遅延回路部５−Ｎを通過した信号は、分離すべき信号毎に６‐１Ａ〜６‐ＮＡにて振幅及び位相調整されて、一日レジスタ６‐１Ｂ〜６‐ＮＢに保持された後、レジスタ８‐１Ｂ〜レジスタ８‐ＮＢにセットされる。
【００４５】
分離されるべき信号はそれぞれ、初期値設定レジスタ７で初期値が設定され（この場合初期値は０に設定されている）、レジスタ８‐１Ａにセットされ、τ時間だけ遅延されているレジスタ８‐１Ｂの信号との間で、それぞれ加算され、レジスタ８‐１Ｃに保持される。ここで、この加算に要する時間は、前記した「τ」より短い。レジスタ８‐１Ｃの信号は、アンテナ・エレメント間の信号線１０‐１によりレジスタ８−２Ａにセットされる。
【００４６】
一方、遅延回路部５−２で「２τ」だけ遅延させられ、重み付けされた信号がレジスタ８−２Ｂにセットされる。この時、レジスタ８−２Ａにセットされた信号と、レジスタ８−２Ｂにセットされた信号とは、アンテナ・エレメント１−１とアンテナ・エレメント１−２で同時刻にサンプリングされた信号であり、レジスタ８−２Ａにセットされた信号と、レジスタ８−２Ｂにセットされた信号とが加算され、レジスタ８‐２Ｃに入力される。
【００４７】
この加算操作が各アンテナ・エレメント毎に繰り返えされて、分離すべき信号毎に振幅位相調整された信号が加算され、屋内装置へ信号線１０−Ｎで伝送される。この操作はＡ／Ｄ変換回路部で各アンテナ・エレメント毎に同期サンプリングした時間周期で繰り返される。
【００４８】
以上の構成とすることにより、分離すべき信号は各アンテナ・エレメントにおいて、隣接アンテナ・エレメント間の接続により、順次分散的に重み付け加算されるため、各アンテナ・エレメントにおいては、隣接アンテナ・エレメントからの信号との加算を行い、次隣接のアンテナ・エレメントに伝送すれば良く、配線構成が簡素化される。
【００４９】
次に、本発明実施例では、各アンテナ・エレメントで、分離すべき信号に対する振幅及び位相調整値を設定するために、重み付け回路部６−１Ａ〜重み付け回路部６−１Ｎを備えているが、それぞれの重みＷｔ１〜重みＷｔ１２は、重みＷｔ１〜重みＷＴ６が方位角によって区分された６つのセクタに対する値に設定され、重みＷｔ７〜重みＷｔ１０が任意の位置或いは形状のセクタに対応する値に設定され、また、重みＷｔ１１，重みＷｔ１２が零に設定される。これらの重みＷｔ１〜重みＷｔ１２の値は、屋内に設けられた重み付け制御回路１１から、各アンテナ・エレメントに対応するアドレス共通線と設定値を伝送するためのデータ共通線より成る制御線１２により必要に応じて設定変更される。
【００５０】
次に、本発明実施例では、各アンテナ・エレメント毎に同一時刻に同一時間幅にわたって同期取得された信号を記憶保持する記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣを設けている。そして、これら記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣに記憶された信号を、それぞれ単独に結果保持レジスタ９に伝送するようにしている。
【００５１】
この伝送の手段として、重み付け回路部６−１Ａ〜重み付け回路部６−ＮＡの重みＷｔ１１，重みＷｔ１２を「０」とすることにより、加算手段８−１〜加算手段８−ＮのすべてのレジスタＲｅ１１、すべてのレジスタＲｅ１２には重み付けされた信号は一切保持されないようにされている。
【００５２】
そして、重み付け制御回路１１から制御線１２を介して記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣに与えられる読み出し指示に従って、記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣから同一時間幅に渡り同期サンプリングされた信号が読み出され、それぞれ自分のアンテナ・エレメントに属するレジスタ部８−１Ｂ〜レジスタ部８−ＮＢのレジスタＲｅ１１、Ｒｅ１２に保持される。この後、各アンテナ・エレメント間で順次伝送され、それぞれ単独に結果保持レジスタ９に保持され、また取り出される。
【００５３】
このようにして屋内装置側に伝送された、各アンテナ・エレメントの同一時間幅に渡る同期サンプリングされた信号を用いて、重み付け・記憶回路部６−１〜重み付け・記憶回路部６−Ｎの各重みＷｔ１〜Ｗｔ１０の適正化のために、分離すべき信号毎に過去の調整値との差分により適正化がはかれると同時に、分離すべき信号毎に繰り返し解析により適正化を行う事ができる。
【００５４】
なお、分離すべき信号としては、固定指向性アンテナに対応するセクター信号としても、個別移動局に対する個別チャンネル信号としても、また同一移動局に対する複数マルチバス信号としても良く、その割り当て、或いは利用の仕方は希望により、任意に設定することができる。
【００５５】
以上より、屋外に設置されているアンテナ・アンテナに対して、屋内装置との信号線数の著しい増加を軽減することができるし、また既存の固定指向性アンテナにより構成された基地局のアンテナを容易に符号分離アレー・アンテナに変更変更することができる。
【００５６】
次に、本発明の実施例に係る、符号分割アレー・アンテナの送信動作を、図３を参照して説明する。
【００５７】
図３で、屋内側の信号処理装置（図示していない）から信号線２５にて送られてきた各セクタ毎の信号は、重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２で重み値Ｗｔ１〜重み値Ｗｔ６と掛け算されて出力される。そして、代表してアンテナ・エレメント１−１についてみると、重み付けされた各セクタ分の信号が加算器２３−１で加算される。
【００５８】
この加算信号がＤ／Ａ変換回路部２２−１でアナログ信号に変換され、変調回路部２１−１で搬送波を変調する。そして変調された搬送波が、送受共用器２−１を介して、アンテナ・エレメント１−１から送信される。この送信動作は、他のアンテナ・エレメント１−２〜アンテナ・エレメント１−Ｎでも同様に行われる。
【００５９】
なお、この例ではセクタを６として説明しているが、このほかに個別移動局に対する個別チャンネル信号、同一移動局に対する複数マルチバス信号、など必要に応じて、受信系と同様にその数と用途を設定することができる。
【００６０】
これによると、送信系においても、屋内装置との間の信号線は設定したセクタ数などの制限された数で済むから、経済的に符号分割アレイ・アンテナ構成することができる。
【００６１】
つぎに、図４は、加算手段に対するバイパス構成を示す図である。先に図１〜図３を参照して説明した符号分割アレー・アンテナは、隣接するアンテナエレメントからの信号に重み付け、遅延させたアンテナエレメントの信号を加算し、その加算された信号を別の側の隣接アンテナエレメントに伝達する。この別の側の隣接アンテナエレメントでも、加算、伝達が行われ、このようにして順次、加算しつつ伝達されている。
【００６２】
このため、１つのアンテナエレメントに対応するアンテナユニット部に故障が生じた場合とか、点検、修理のために任意のアンテナエレメントを取り外す場合にも、全体としてのアレイ・アンテナの動作を確保する必要がある。図４に示す実施例はこのような、課題に対応するものである。
【００６３】
図４において、図１〜図３で説明した構成要素には同一の符号を付しており、再度の説明は省略する。また、各アンテナエレメントに対応して同様の図面となるため、ここでは第１番目のアンテナエレメント１−１に対応するものについて説明する。
【００６４】
アンテナユニット部４０−１は、アンテナ・エレメント１−１、重み付け回路部２４−１、加算器２３−１、Ｄ／Ａ変換回路部２２−１、変調回路部２１−１、送受共用器２−１等からなる送信部、受信回路部３−１、Ａ／Ｄ変換回路部４−１、遅延回路部５−１、重み付け・記憶回路部６−１等からなる受信部、加算手段８−１、さらに故障検知手段３４−１、スイッチ手段３３−１Ａ、３３−１Ｂを有している。尚、アンテナ・エレメント１−１は、このアンテナユニット部４０−１の外部に別に設けることもできる。また、このアンテナユニット部４０−１は、マザーボードに抜き差し可能に取り付けられる。
【００６５】
取り外し検知手段３５−１は、アンテナユニット部４０−１がマザーボードから取り外されたことを検知する。また、３６−１はオア回路、３７−１はノット回路である。
【００６６】
バイパス手段３０−１は、スイッチ３２−１Ａ、３２−１Ｂ、遅延手段３１−１から構成されている。この遅延手段３１−１は、レジスタ部３１−１Ａ、遅延部３１−１Ｂ、及びレジスタ部３１−１Ｃからなり、その遅延時間は、レジスタ８−１Ａ、８−１Ｂ、８−１Ｃからなる加算手段の遅延時間と等しく設定されている。
【００６７】
このように構成された図４の動作について、説明する。通常動作時、則ち故障検知手段３４−１、取り外し検知手段３５−１がともに動作していないときには、各スイッチは図示の状態にある。信号線１０−０から供給された信号はスイッチ３３−１Ａを通って加算手段８−１に入力され、所定の加算動作が行われて、スイッチ３３−１Ｂを通って、信号線１０−１により、つぎの隣接するアンテナユニット部４０−２に供給される。
【００６８】
さて、アンテナユニット部４０−１のいずれかの構成要素が故障したとすると、故障検知手段３４−１がその故障を検知して、故障検知信号がオア回路３６−１を介して、スイッチ３３−１Ａ、３３−１Ｂを開放する。同時に、故障検知信号がオア回路３６−１、ノット回路３７−１を介して、スイッチ３２−１Ａ、３２−１Ｂを閉成する。これにより、加算手段８−１は、両側の隣接するアンテナユニット部から切り離され、代わってバイパス手段３０−１が両側の隣接するアンテナユニット部間に接続される。
【００６９】
この場合、バイパス手段３０−１の遅延時間は遅延手段３１−１により切り離された加算手段８−１の遅延時間と同じ値に設定されているから、アレー・アンテナとしての時間的な整合には何ら問題はない。そして、多数のアンテナエレメントの内の一部のアンテナエレメントがバイパスされることにより、アンテナビームパターンに影響が生じるが、バイパスされたアンテナエレメントを補完するように、故障したアンテナエレメントを制御部に伝達することにより新たな重み付けが指令されたり、あるいは自動アレイ調整手段等により、他のアンテナエレメントの重み付けが調整される。
【００７０】
また、図４において、点検或いは修理のために、アンテナユニット部４０−１がマザーボードから取り外される場合について説明する。アンテナユニット部４０−１を引き抜くときは、その引き抜き動作を取り外し検知手段３４−１で検知し、その検知信号がオア回路３６−１に供給される。その後は故障検知のときと同様にして、バイパス手段３０−１が接続され、同様に機能する。
【００７１】
この図４のバイパス手段３０−１〜３０−Ｎにより、例えアンテナユニット部４０−１〜４０−Ｎが故障もしくは取り外されたとしても、複数用意されたアンテナエレメントの内の１部のアンテナエレメントからの信号が欠落するだけで、アレイアンテナ全体の動作を妨げるものではない。また、各々のアンテナエレメントからの信号を重み付けする際に、故障もしくは取り外されたアンテナエレメントを補完するように重み付けし直すことにより、例え１部のアンテナエレメントに故障が発生し、或いは点検、修理などで取り外された場合においても、ほとんどアレー・アンテナの動作を乱すことがない。
【００７２】
【発明の効果】
この請求項１記載の構成によれば、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を重み付け加算する操作を、振幅及び位相調整された信号を遅延操作と隣接アンテナ・エレメント間の加算操作の繰り返しにより行うことで、屋内の信号処理装置への信号線数を、アンテナ・エレメント数に関わらず、セクタ数などの分離すべき信号数に見合った数に抑制できると共に、隣接するアンテナ・エレメント間の限られた数の配線のみを用いて、全体の配線長を短くすることができる。また、重み付けされていない生の受信データを処理装置に送ることができ、これに基づいて分離すべき信号に対する重み付けを常に適正に設定することができる。また、このための信号線は、共通線を用いるため、少ない線数とすることができる。
【００７４】
請求項２の構成によれば、請求項１と同様の効果を奏すると共に、各アンテナ・エレメントおよび分離すべき信号各々に対するアンテナ・エレメントの振幅および位相調整を、アドレス共通線およびデータ共通線により行うことができるから、振幅および位相調整のための信号線数を削減することができる。
【００７５】
請求項３記載の構成によれば、請求項１または２に記載された、加算処理を各アンテナエレメントで分散して処理する符号分割アレー・アンテナにおいて、各加算手段毎にバイパス手段を設けているから、アレイアンテナの機能を維持したまま必要に応じてバイパスさせる処置を執ることができる。
【００７６】
請求項４記載の構成によれば、各アンテナユニット部に故障が発生した場合に、その故障発生に応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、著しくアレイ・アンテナの信頼性を向上させることができる。
【００７７】
請求項５記載の構成によれば、任意のアンテナユニット部を、点検とか、修理のために取り外す場合にも、その取り外しに応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、アレイアンテナの動作を中断させることなく、当該アンテナユニット部の修理などが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの受信系に関わるブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの受信系に関わるブロック図。
【図３】本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの送信系に関わるブロック図。
【図４】本発明の実施例に係る、加算手段に対するバイパス構成を示す図。
【符号の説明】
１ アンテナ・エレメント
２ 送受共用器
３ 受信回路部
４ Ａ／Ｄ変換回路部
５ 遅延回路部
６ 重み付け・記憶回路部
７ 初期値設定レジスタ
８ 加算手段
９ 結果保持レジスタ
１０ 信号線
１１ 重み付け制御回路
１２ 制御線
３０ バイパス手段
３１ 遅延手段
３２、３３ スイッチ
３４ 故障検知手段
３５ 取り外し検知手段
３６ オア回路
３７ ノット回路
４０ アンテナユニット部
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）基地局用のアンテナ、特にアレー・アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラー方式の移動体電話装置においては、サービスすべきエリアをセルと呼ばれる小区画に切り分け、それぞれのセルに基地局を配置し、基地局は自分の属するセル内を無線区間として、セル内にある移動局を把握し、セル内の移動局からの通信回線要求、もしくはセル内の移動局に対する通話要求に対して、通話回線の確保を行い、また通話終了後は速やかに通話回線の終了操作をおこなう。
【０００３】
また、移動局が通話状態にあり、移動することにより隣接セルに移動する場合、無線通信路が確保されている間（移動局が自セル内にいる間）に、隣接セルに移動する可能性を察知し、移動する先であるセルの基地局と連携して、通話がとぎれる事無く、通信回線を引き渡す操作を行う。
【０００４】
ここで、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）を用いたセルラ一方式移動体電話装置においては、多くの移動局に対するサービスを同時に行うために、多数の周波数チャンネルを用意し、通話中の移動局毎に異なる周波数チャンネルを用意し、基地局はそれぞれの周波数チャンネルに対応して同時に通話回線を確保している。
【０００５】
一方、移動局を小型、軽量、低消費電力化するために、一般に移動局は同時には１周波数のみの受信を行えるのみであるため、移動局が移動して隣接セルに移る場合、事前に基地局は移動する先の基地局の周波数チャンネル情報等を通知し、速やかに移動局を隣接セルの基地局に引き渡す操作を行うが、移動局の周波数設定の変更等の作業により時間を要し、セル間の切り替えに、通話の瞬断は避けられない問題があった。
【０００６】
これに対して、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を用いたセルラー方式の移動体電話装置においては、多くの移動局に対するサービスを同時に行うために、互いに相関の小さい（場合によって直交した）符号系列を多数用意し、それぞれの通話に対応する情報をこの符号系列それぞれにて拡散して送信している。受信時には通話回線に対応する符号にて逆拡散することにより、必要な通話情報を取得できる。
【０００７】
この符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）においては同一周波数にて複数の通話回線が確保できるため、移動局が移動して隣接セルに移る場合、移動局は同一周波数を受信し、自セルの基地局からの通話を継続すると同時に、隣接セル基地局からの自局に対する拡散符号系列で逆拡散することにより、同一周波数にて送信される隣接セル基地局からの自局に対する回線を確保することができる。従って、移動局が隣接セルに移動した場合の通話回線の切り替えは上記ＦＤＭＡの場合に比較して、はるかにスムーズに行われる。
【０００８】
ところで、セルラー方式の移動体電話装置は、セルに対応して小無線区間で通話回線を確保するため、広域的に見れば、同一周波数をセル単位で再利用しており、周波数利用効率を著しく増加させた。しかし、近年移動局の増加に伴い、同時通話回線の増加が必要となり、また、都市部においては基地局設置のための新たな場所の確保が難しい等の理由から、従来以下の小ゾーンセルによる周波数再利用が難しくなった。
【０００９】
そこで、指向性アンテナを用いることにより、同一基地局において、基地局からの方位角により従来のセル領域を分割して、それぞれ独立した領域として扱う方式（セクター方式）となった。ここで、セルを分割する領域をセクターと呼ぶ。従来のセルのみの構成と比較して、セクターを用いる方式はセルを小区域化して基地局数を増加させたのと等価な周波数利用効率が得られると同時に、移動局の移動に関しては、セクター間での移動がセル間の移動と比較して多いため、同一基地局にて移動に伴う操作が出来、基地局間でのやり取りを必要とするセル間の移動に対応する操作の煩雑さを回避できるという特長を持っていた。
【００１０】
ＣＤＭＡを用いた場合、受信された信号を分離すべき符号にて逆拡散する操作により、必要な信号を個別に取得できる。ここで、複数のアンテナ・エレメント（信号の合成を目的とした複数のアンテナをアンテナ・エレメントと呼び、以降アンテナ・エレメントの集合体をアンテナと呼び、以下区別して記す）で取得された信号を、区別すべき符号毎に位相合成することにより特定の信号に対するアンテナ指向性を、区別すべき信号毎同時に形成できる。この様な複数のアンテナ・エレメントを空間的に分離して配置し、区別すべき符号に対応して個別に同時に振幅および位相調整して合成するアンテナを符号分割アレー・アンテナと呼ぶ。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
符号分割アレー・アンテナは複数のアンテナ・エレメントからの信号を振幅および位相調整して合成し、アンテナの指向性を分離すべき信号毎に制御するアンテナである。ここで、複数のアンテナ・エレメントの信号の位相合成の場合、従来からレーダーに用いられてきたフェーズド・アレー・アンテナは、送信信号が既知で、単一であるため、各アンテナ・エレメントからの信号を合成するには、送信信号に対応する１通りの信号合成を行えばよかった。
【００１２】
しかし、符号分割アレー・アンテアの場合、すべてのアンテナ・エレメントからの信号を一旦取り込み、信号合成を行うべき複数の信号について、振幅および位相調整して加算する合成を同時に行う必要があった。特に、アンテナが屋外に設置される場合には、アンテナ・エレメントの数だけ屋外から信号を引き込む必要があり、信号線数が著しく増加するという問題があった。また、既存の固定指向性アンテナにより構成された基地局のアンテナを容易に符号分離アレー・アンテナに変更できない問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明は、符号分割アレー・アンテアにおいて、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を用いて、分離すべき信号各々に対して重み付け加算する操作を、隣接アンテナ・エレメント間の限られた数の信号線のみを用いて行うと共に、分離された各信号を屋内装置に伝送することを目的とする。
【００１４】
さらに、本発明は、符号分割アレー・アンテナにおいて、アンテナエレメントや送信部、受信部により構成される各アンテナユニット部に故障が生じた場合や、任意のアンテナユニット部を点検或いは修理などのために取り外す場合にも、アレイアンテナの動作を中断させることなく継続することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の符号分割アレー・アンテナは、複数のアンテナ・エレメントと、該複数のアンテナ・エレメントより取り出された信号を所定時間間隔で同期して個別にサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段でサンプリングされたサンプリング信号を、隣接する前記アンテナ・エレメント毎に単位遅延時間づつ順次長く設定された時間で遅延させる遅延手段と、この遅延手段でそれぞれ遅延されたサンプリング信号に、分離すべき信号各々に対して振幅および位相を調整する調整手段と、各アンテナ・エレメント間で同期した所定時間幅のサンプリング信号をそれぞれ保持する記憶手段と、前記調整手段で調整された信号を、前記遅延手段の遅延時間の短い側から逐次加算する加算手段を備え、振幅及び位相調整された信号を遅延操作と隣接アンテナ・エレメント間の加算操作の繰り返しにより、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を重み付け加算する操作を、隣接アンテナ・エレメント間の限られた数の信号線のみを用いて、分離すべき信号各々に対して行うとともに、同一時刻で同一時間幅の各アンテナ・エレメントのサンプリング信号を共通線を用いて処理装置に伝送することを特徴とする。
【００１６】
この請求項１記載の構成によれば、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を重み付け加算する操作を、振幅及び位相調整された信号を遅延操作と隣接アンテナ・エレメント間の加算操作の繰り返しにより行うことで、屋内の信号処理装置への信号線数を、アンテナ・エレメント数に関わらず、セクタ数などの分離すべき信号数に見合った数に抑制できると共に、隣接するアンテナ・エレメント間の限られた数の配線のみを用いて、全体の配線長を短くすることができる。また、重み付けされていない生の受信データを処理装置に送ることができ、これに基づいて分離すべき信号に対する重み付けを常に適正に設定することができる。また、このための信号線は、共通線を用いるため、少ない線数とすることができる。
【００１９】
請求項２記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項１に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナ・エレメントおよび分離すべき信号各々に対するアンテナ・エレメントの振幅および位相調整を、各アンテナ・エレメント、分離すべき信号に対応するアドレスを設定するアドレス共通線、および振幅および位相調整量を設定するデータ共通線により行うことを特徴とする。
【００２０】
この請求項２記載の構成によれば、各アンテナ・エレメントおよび分離すべき信号各々に対するアンテナ・エレメントの振幅および位相調整を、アドレス共通線およびデータ共通線により行うことができるから、振幅および位相調整のための信号線数を削減することができる。
【００２１】
請求項３記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項１または２に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して、前記加算手段の遅延時間と等しい遅延時間を持つバイパス手段を設け、このバイパス手段により前記加算手段をバイパス可能としたことを特徴とする。
【００２２】
この請求項３記載の構成によれば、請求項１または２に記載された、加算処理を各アンテナエレメントで分散して処理する符号分割アレー・アンテナにおいて、各加算手段毎にバイパス手段を設けているから、アレイアンテナの機能を維持したまま必要に応じてバイパスさせる処置を執ることができる。
【００２３】
請求項４記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項３記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して設けられ、少なくとも前記サンプリング手段と前記遅延手段と前記調整手段と前記加算手段とを含むアンテナユニット部の故障を検知する故障検知手段を設け、この故障検知手段が故障を検知したときに前記バイパス手段を動作させ、前記加算手段をバイパスさせることを特徴とする。
【００２４】
この請求項４記載の構成によれば、各アンテナユニット部に故障が発生した場合に、その故障発生に応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、著しくアレイ・アンテナの信頼性を向上させることができる。
【００２５】
請求項５記載の符号分割アレー・アンテナは、請求項３載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して設けられ、少なくとも前記サンプリング手段と前記遅延手段と前記調整手段と前記加算手段とを含むアンテナユニット部を取り外し可能に構成すると共に、このアンテナユニット部の取り外しを検知する取り外し検知手段を設け、この取り外し検知手段が取り外しを検知したときに前記バイパス手段を動作させ、前記加算手段をバイパスさせることを特徴とする。
【００２６】
この請求項５記載の構成によれば、任意のアンテナユニット部を、点検とか、修理のために取り外す場合にも、その取り外しに応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、アレイアンテナの動作を中断させることなく、当該アンテナユニット部の修理などが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００２８】
図１、図２は本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの特に受信系に関わるブロック図である。図１において、アンテナ・エレメント１−１〜アンテナ・エレメント１−Ｎは、基地局に空間的に分離設置されており、本実施例では１８個のアンテナ・エレメントが円環状に配置されたアレイ・アンテナを想定している。送受共用器２−１〜送受共用器２−Ｎは、送信信号或いは受信信号を切り換えて振り分ける。受信回路部３−１〜受信回路部３−Ｎは、受信した信号を増幅・周波数変換する。Ａ／Ｄ変換回路部４−１〜Ａ／Ｄ変換回路部４−Ｎは、各アンテナ・エレメントにおける受信したアナログ信号を、各アンテナ・エレメント間で同期してディジタル信号に変換する。
【００２９】
遅延回路部５−１〜遅延回路部５−Ｎは、後述するレジスタ部８−１Ａおよびレジスタ部８−１Ｂ間などで行う加算に充分な時間幅に対して、整数倍の遅延時間を持っている。そしてこの例では、遅延回路部５−１が１単位遅延時間、遅延回路部５−２が２単位遅延時間、遅延回路部５−ＮがＮ単位遅延時間というように、隣接するアンテナ・エレメント毎に１単位遅延時間づつ、遅延時間が長くなっている。なお、最初の遅延回路部５−１の遅延時間を０とすることもでき、この場合当然ながら順次１単位遅延時間づづ短くされる。
【００３０】
重み付け・記憶回路部６−１〜重み付け・記憶回路部６−Ｎは、各アンテナ・エレメントに対して、分離すべき信号それぞれに対する振幅及び位相調整するための重み付けと共に、各受信信号を記憶するものであり、この詳細が図２に示されている。
【００３１】
図２で重み付け・記憶回路部６−１を代表して見ると、各アンテナ・エレメントに対して、分離すべき信号それぞれに対する振幅及び位相調整するための重み付け回路部６−１Ａと、入力された信号に各重みＷｔ１〜Ｗｔｎを掛けた値をそれぞれレジスタＲｅ１〜Ｒｅ１２に記憶させる重み付け結果を保持するレジスタ部６−１Ｂと、各アンテナ・エレメントで同一時刻に同一時間幅にわたって同期取得された信号をそのままの形で保持しておくための記憶回路部６−１Ｃとから構成されており、各重みの値は外部からの制御信号により変更される。なお、重み付け・記憶回路部６−２〜重み付け・記憶回路部６−Ｎも同様である。
【００３２】
初期値設定レジスタ７は、分離すべき信号それぞれに対する初期値を設定しておく。
【００３３】
加算手段８−１〜加算手段８−Ｎは、各アンテナ・エレメント間をつなぐ信号線１０−０〜信号線１０−Ｎ−１を介して送られてきた前段からの信号と重み付け・記憶回路部６−１ないし重み付け・記憶回路部６−Ｎからの重み付けされた信号とを加算し、次段に出力するものであり、この詳細が図２に示されている。図２で加算手段８−１を代表してみると、隣接アンテナ・エレメントからの信号（この場合は初期値設定レジスタ７の設定値である）を保持するためのレジスタ部８−１Ａと、各アンテナ・エレメントの信号を加算するためのレジスタ部８−１Ｂと、隣接アンテナ・エレメントからの信号との加算結果を入れるレジスタ部８−１Ｃとからなり、それぞれレジスタＲｅ１〜レジスタＲｅ１２を有している。
【００３４】
結果保持レジスタ９は、屋内側に設けられ、加算手段８−１〜加算手段８−Ｎで逐次重み付け加算され、屋内装置へ伝送するための信号線１０Ｎを介して送られてきた結果を保持するもので、この保持された結果が、それぞれ分離された信号となる。
【００３５】
重み付け制御回路１１は、各アンテナ・エレメントの振幅及び位相を調整するためもので、制御線１２を介して重み付け・記憶回路部６−１〜重み付け・記憶回路部６−Ｎを制御する。
【００３６】
ここで、レジスタ部６−１Ｂ、レジスタ部８−１Ａ、レジスタ部８−１Ｂ、レジスタ部８−１Ｃなどは、それぞれＲｅ１〜Ｒｅ１２の１２個のレジスタを有している。この内、レジスタＲｅ１〜レジスタＲｅ６は、この基地局のエリアであるセルを方位角によって区分された６つのセクタに対するものであり、レジスタＲｅ７〜レジスタＲｅ１０は、任意の位置或いは形状のセクタに対応するためのものである。また、レジスタＲｅ１１，レジスタＲｅ１２は、記憶回路部６−１Ｃに保持された、各アンテナ・エレメントで同一時刻に同一時間幅にわたって同期取得された信号を、加算手段８−１〜加算手段８−Ｎを介して、結果保持レジスタ９に伝送するためのものである。
【００３７】
このため、重み付け・記憶回路部６−１に設定される重み値は、重みＷｔ１〜重みＷＴ６は方位角によって区分された６つのセクタに対する値に設定され、重みＷｔ７〜重みＷｔ１０は任意の位置或いは形状のセクタに対応する値に設定され、また、重みＷｔ１１，重みＷｔ１２は零に設定される。
【００３８】
図３は本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの特に送信系に関わるブロック図である。図３においては、符号分割アレー・アンテナのアンテナ・エレメントの内、アンテナ・エレメント１−１，アンテナ・エレメント１−２について示している。他のアンテナ・エレメントについても同様である。
【００３９】
図３において、屋内側の信号処理装置（図示していない）から信号線２５にて送られてきた各セクタ毎の信号は、重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２に供給される。重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２は、制御線１２を介して屋内側の信号処理装置（図示していない）から重み値Ｗｔ１〜重み値Ｗｔ６がそれぞれ設定されており、これら重み値Ｗｔ１〜重み値Ｗｔ６と各セクタ毎の信号とが掛け算されて出力される。
【００４０】
加算回路部２３−１，加算回路部２３−２では、重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２からの各重み付けされた信号を加算する。この加算信号がＤ／Ａ変換回路部２２−１、Ｄ／Ａ変換回路部２２−２でアナログ信号に変換される。変調回路部２１−１、変調回路部２１−２では、アナログ信号に変換された重み付け加算信号で搬送波を変調する。そして変調された搬送波が、送受共用器２−１、送受共用器２−２を介して、アンテナ・エレメント１−１、アンテナ・エレメント１−２から送信される。
【００４１】
さて、このように構成される、本発明の実施例に係る、符号分割アレー・アンテナの受信動作を、図１，図２を参照して説明する。
【００４２】
各アンテナ・エレメント１‐１〜１‐Ｎで受信された信号は、送受共用器２−１〜送受共用器２−Ｎで分岐され受信回路部３−１〜受信回路部３−Ｎに供給される。受信回路部３‐１〜受信回路部３‐Ｎで、受信信号は増幅、周波数フィルタリング、周波数ダウン・コンバートされ、Ａ／Ｄ変換回路部４−１〜Ａ／Ｄ変換回路部４−Ｎでデジタル信号に変換された後、遅延回路部５‐１〜遅延回路部５‐Ｎに供給される。
【００４３】
この遅延回路部５‐１〜遅延回路部５‐Ｎにおける遅延量は、レジスタ８‐１Ａ＋レジスタ８−１Ｂ＝レジスタ８−１Ｃの加算（なお、２〜Ｎに付いても同様）を行うために必要な単位遅延時間τの整数倍の時間であり、それぞれ次のように設定される。遅延回路部５−１については「τ」、遅延回路部５−２については「２τ」、・・・、遅延回路部部５−Ｎについては「Ｎτ」というように、隣接するアンテナ・エレメント毎に順次τ時間だけ長く設定される。なお、最初の遅延回路部５−１の遅延時間を「０」とすることもでき、この場合当然ながら各アンテナ・エレメントではτ時間づづ短くされる。
【００４４】
遅延回路部５−１〜遅延回路部５−Ｎを通過した信号は、分離すべき信号毎に６‐１Ａ〜６‐ＮＡにて振幅及び位相調整されて、一日レジスタ６‐１Ｂ〜６‐ＮＢに保持された後、レジスタ８‐１Ｂ〜レジスタ８‐ＮＢにセットされる。
【００４５】
分離されるべき信号はそれぞれ、初期値設定レジスタ７で初期値が設定され（この場合初期値は０に設定されている）、レジスタ８‐１Ａにセットされ、τ時間だけ遅延されているレジスタ８‐１Ｂの信号との間で、それぞれ加算され、レジスタ８‐１Ｃに保持される。ここで、この加算に要する時間は、前記した「τ」より短い。レジスタ８‐１Ｃの信号は、アンテナ・エレメント間の信号線１０‐１によりレジスタ８−２Ａにセットされる。
【００４６】
一方、遅延回路部５−２で「２τ」だけ遅延させられ、重み付けされた信号がレジスタ８−２Ｂにセットされる。この時、レジスタ８−２Ａにセットされた信号と、レジスタ８−２Ｂにセットされた信号とは、アンテナ・エレメント１−１とアンテナ・エレメント１−２で同時刻にサンプリングされた信号であり、レジスタ８−２Ａにセットされた信号と、レジスタ８−２Ｂにセットされた信号とが加算され、レジスタ８‐２Ｃに入力される。
【００４７】
この加算操作が各アンテナ・エレメント毎に繰り返えされて、分離すべき信号毎に振幅位相調整された信号が加算され、屋内装置へ信号線１０−Ｎで伝送される。この操作はＡ／Ｄ変換回路部で各アンテナ・エレメント毎に同期サンプリングした時間周期で繰り返される。
【００４８】
以上の構成とすることにより、分離すべき信号は各アンテナ・エレメントにおいて、隣接アンテナ・エレメント間の接続により、順次分散的に重み付け加算されるため、各アンテナ・エレメントにおいては、隣接アンテナ・エレメントからの信号との加算を行い、次隣接のアンテナ・エレメントに伝送すれば良く、配線構成が簡素化される。
【００４９】
次に、本発明実施例では、各アンテナ・エレメントで、分離すべき信号に対する振幅及び位相調整値を設定するために、重み付け回路部６−１Ａ〜重み付け回路部６−１Ｎを備えているが、それぞれの重みＷｔ１〜重みＷｔ１２は、重みＷｔ１〜重みＷＴ６が方位角によって区分された６つのセクタに対する値に設定され、重みＷｔ７〜重みＷｔ１０が任意の位置或いは形状のセクタに対応する値に設定され、また、重みＷｔ１１，重みＷｔ１２が零に設定される。これらの重みＷｔ１〜重みＷｔ１２の値は、屋内に設けられた重み付け制御回路１１から、各アンテナ・エレメントに対応するアドレス共通線と設定値を伝送するためのデータ共通線より成る制御線１２により必要に応じて設定変更される。
【００５０】
次に、本発明実施例では、各アンテナ・エレメント毎に同一時刻に同一時間幅にわたって同期取得された信号を記憶保持する記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣを設けている。そして、これら記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣに記憶された信号を、それぞれ単独に結果保持レジスタ９に伝送するようにしている。
【００５１】
この伝送の手段として、重み付け回路部６−１Ａ〜重み付け回路部６−ＮＡの重みＷｔ１１，重みＷｔ１２を「０」とすることにより、加算手段８−１〜加算手段８−ＮのすべてのレジスタＲｅ１１、すべてのレジスタＲｅ１２には重み付けされた信号は一切保持されないようにされている。
【００５２】
そして、重み付け制御回路１１から制御線１２を介して記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣに与えられる読み出し指示に従って、記憶回路部６−１Ｃ〜記憶回路部６−ＮＣから同一時間幅に渡り同期サンプリングされた信号が読み出され、それぞれ自分のアンテナ・エレメントに属するレジスタ部８−１Ｂ〜レジスタ部８−ＮＢのレジスタＲｅ１１、Ｒｅ１２に保持される。この後、各アンテナ・エレメント間で順次伝送され、それぞれ単独に結果保持レジスタ９に保持され、また取り出される。
【００５３】
このようにして屋内装置側に伝送された、各アンテナ・エレメントの同一時間幅に渡る同期サンプリングされた信号を用いて、重み付け・記憶回路部６−１〜重み付け・記憶回路部６−Ｎの各重みＷｔ１〜Ｗｔ１０の適正化のために、分離すべき信号毎に過去の調整値との差分により適正化がはかれると同時に、分離すべき信号毎に繰り返し解析により適正化を行う事ができる。
【００５４】
なお、分離すべき信号としては、固定指向性アンテナに対応するセクター信号としても、個別移動局に対する個別チャンネル信号としても、また同一移動局に対する複数マルチバス信号としても良く、その割り当て、或いは利用の仕方は希望により、任意に設定することができる。
【００５５】
以上より、屋外に設置されているアンテナ・アンテナに対して、屋内装置との信号線数の著しい増加を軽減することができるし、また既存の固定指向性アンテナにより構成された基地局のアンテナを容易に符号分離アレー・アンテナに変更変更することができる。
【００５６】
次に、本発明の実施例に係る、符号分割アレー・アンテナの送信動作を、図３を参照して説明する。
【００５７】
図３で、屋内側の信号処理装置（図示していない）から信号線２５にて送られてきた各セクタ毎の信号は、重み付け回路部２４−１、重み付け回路部２４−２で重み値Ｗｔ１〜重み値Ｗｔ６と掛け算されて出力される。そして、代表してアンテナ・エレメント１−１についてみると、重み付けされた各セクタ分の信号が加算器２３−１で加算される。
【００５８】
この加算信号がＤ／Ａ変換回路部２２−１でアナログ信号に変換され、変調回路部２１−１で搬送波を変調する。そして変調された搬送波が、送受共用器２−１を介して、アンテナ・エレメント１−１から送信される。この送信動作は、他のアンテナ・エレメント１−２〜アンテナ・エレメント１−Ｎでも同様に行われる。
【００５９】
なお、この例ではセクタを６として説明しているが、このほかに個別移動局に対する個別チャンネル信号、同一移動局に対する複数マルチバス信号、など必要に応じて、受信系と同様にその数と用途を設定することができる。
【００６０】
これによると、送信系においても、屋内装置との間の信号線は設定したセクタ数などの制限された数で済むから、経済的に符号分割アレイ・アンテナ構成することができる。
【００６１】
つぎに、図４は、加算手段に対するバイパス構成を示す図である。先に図１〜図３を参照して説明した符号分割アレー・アンテナは、隣接するアンテナエレメントからの信号に重み付け、遅延させたアンテナエレメントの信号を加算し、その加算された信号を別の側の隣接アンテナエレメントに伝達する。この別の側の隣接アンテナエレメントでも、加算、伝達が行われ、このようにして順次、加算しつつ伝達されている。
【００６２】
このため、１つのアンテナエレメントに対応するアンテナユニット部に故障が生じた場合とか、点検、修理のために任意のアンテナエレメントを取り外す場合にも、全体としてのアレイ・アンテナの動作を確保する必要がある。図４に示す実施例はこのような、課題に対応するものである。
【００６３】
図４において、図１〜図３で説明した構成要素には同一の符号を付しており、再度の説明は省略する。また、各アンテナエレメントに対応して同様の図面となるため、ここでは第１番目のアンテナエレメント１−１に対応するものについて説明する。
【００６４】
アンテナユニット部４０−１は、アンテナ・エレメント１−１、重み付け回路部２４−１、加算器２３−１、Ｄ／Ａ変換回路部２２−１、変調回路部２１−１、送受共用器２−１等からなる送信部、受信回路部３−１、Ａ／Ｄ変換回路部４−１、遅延回路部５−１、重み付け・記憶回路部６−１等からなる受信部、加算手段８−１、さらに故障検知手段３４−１、スイッチ手段３３−１Ａ、３３−１Ｂを有している。尚、アンテナ・エレメント１−１は、このアンテナユニット部４０−１の外部に別に設けることもできる。また、このアンテナユニット部４０−１は、マザーボードに抜き差し可能に取り付けられる。
【００６５】
取り外し検知手段３５−１は、アンテナユニット部４０−１がマザーボードから取り外されたことを検知する。また、３６−１はオア回路、３７−１はノット回路である。
【００６６】
バイパス手段３０−１は、スイッチ３２−１Ａ、３２−１Ｂ、遅延手段３１−１から構成されている。この遅延手段３１−１は、レジスタ部３１−１Ａ、遅延部３１−１Ｂ、及びレジスタ部３１−１Ｃからなり、その遅延時間は、レジスタ８−１Ａ、８−１Ｂ、８−１Ｃからなる加算手段の遅延時間と等しく設定されている。
【００６７】
このように構成された図４の動作について、説明する。通常動作時、則ち故障検知手段３４−１、取り外し検知手段３５−１がともに動作していないときには、各スイッチは図示の状態にある。信号線１０−０から供給された信号はスイッチ３３−１Ａを通って加算手段８−１に入力され、所定の加算動作が行われて、スイッチ３３−１Ｂを通って、信号線１０−１により、つぎの隣接するアンテナユニット部４０−２に供給される。
【００６８】
さて、アンテナユニット部４０−１のいずれかの構成要素が故障したとすると、故障検知手段３４−１がその故障を検知して、故障検知信号がオア回路３６−１を介して、スイッチ３３−１Ａ、３３−１Ｂを開放する。同時に、故障検知信号がオア回路３６−１、ノット回路３７−１を介して、スイッチ３２−１Ａ、３２−１Ｂを閉成する。これにより、加算手段８−１は、両側の隣接するアンテナユニット部から切り離され、代わってバイパス手段３０−１が両側の隣接するアンテナユニット部間に接続される。
【００６９】
この場合、バイパス手段３０−１の遅延時間は遅延手段３１−１により切り離された加算手段８−１の遅延時間と同じ値に設定されているから、アレー・アンテナとしての時間的な整合には何ら問題はない。そして、多数のアンテナエレメントの内の一部のアンテナエレメントがバイパスされることにより、アンテナビームパターンに影響が生じるが、バイパスされたアンテナエレメントを補完するように、故障したアンテナエレメントを制御部に伝達することにより新たな重み付けが指令されたり、あるいは自動アレイ調整手段等により、他のアンテナエレメントの重み付けが調整される。
【００７０】
また、図４において、点検或いは修理のために、アンテナユニット部４０−１がマザーボードから取り外される場合について説明する。アンテナユニット部４０−１を引き抜くときは、その引き抜き動作を取り外し検知手段３４−１で検知し、その検知信号がオア回路３６−１に供給される。その後は故障検知のときと同様にして、バイパス手段３０−１が接続され、同様に機能する。
【００７１】
この図４のバイパス手段３０−１〜３０−Ｎにより、例えアンテナユニット部４０−１〜４０−Ｎが故障もしくは取り外されたとしても、複数用意されたアンテナエレメントの内の１部のアンテナエレメントからの信号が欠落するだけで、アレイアンテナ全体の動作を妨げるものではない。また、各々のアンテナエレメントからの信号を重み付けする際に、故障もしくは取り外されたアンテナエレメントを補完するように重み付けし直すことにより、例え１部のアンテナエレメントに故障が発生し、或いは点検、修理などで取り外された場合においても、ほとんどアレー・アンテナの動作を乱すことがない。
【００７２】
【発明の効果】
この請求項１記載の構成によれば、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を重み付け加算する操作を、振幅及び位相調整された信号を遅延操作と隣接アンテナ・エレメント間の加算操作の繰り返しにより行うことで、屋内の信号処理装置への信号線数を、アンテナ・エレメント数に関わらず、セクタ数などの分離すべき信号数に見合った数に抑制できると共に、隣接するアンテナ・エレメント間の限られた数の配線のみを用いて、全体の配線長を短くすることができる。また、重み付けされていない生の受信データを処理装置に送ることができ、これに基づいて分離すべき信号に対する重み付けを常に適正に設定することができる。また、このための信号線は、共通線を用いるため、少ない線数とすることができる。
【００７４】
請求項２の構成によれば、請求項１と同様の効果を奏すると共に、各アンテナ・エレメントおよび分離すべき信号各々に対するアンテナ・エレメントの振幅および位相調整を、アドレス共通線およびデータ共通線により行うことができるから、振幅および位相調整のための信号線数を削減することができる。
【００７５】
請求項３記載の構成によれば、請求項１または２に記載された、加算処理を各アンテナエレメントで分散して処理する符号分割アレー・アンテナにおいて、各加算手段毎にバイパス手段を設けているから、アレイアンテナの機能を維持したまま必要に応じてバイパスさせる処置を執ることができる。
【００７６】
請求項４記載の構成によれば、各アンテナユニット部に故障が発生した場合に、その故障発生に応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、著しくアレイ・アンテナの信頼性を向上させることができる。
【００７７】
請求項５記載の構成によれば、任意のアンテナユニット部を、点検とか、修理のために取り外す場合にも、その取り外しに応じて加算手段は自動的にバイパスされるから、アレイアンテナの動作を中断させることなく、当該アンテナユニット部の修理などが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの受信系に関わるブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの受信系に関わるブロック図。
【図３】本発明の実施例に係る符号分割アレー・アンテナの送信系に関わるブロック図。
【図４】本発明の実施例に係る、加算手段に対するバイパス構成を示す図。
【符号の説明】
１ アンテナ・エレメント
２ 送受共用器
３ 受信回路部
４ Ａ／Ｄ変換回路部
５ 遅延回路部
６ 重み付け・記憶回路部
７ 初期値設定レジスタ
８ 加算手段
９ 結果保持レジスタ
１０ 信号線
１１ 重み付け制御回路
１２ 制御線
３０ バイパス手段
３１ 遅延手段
３２、３３ スイッチ
３４ 故障検知手段
３５ 取り外し検知手段
３６ オア回路
３７ ノット回路
４０ アンテナユニット部
Claims (5)
- 複数のアンテナ・エレメントと、
該複数のアンテナ・エレメントより取り出された信号を所定時間間隔で同期して個別にサンプリングするサンプリング手段と、
このサンプリング手段でサンプリングされたサンプリング信号を、隣接する前記アンテナ・エレメント毎に単位遅延時間づつ順次長く設定された時間で遅延させる遅延手段と、
この遅延手段でそれぞれ遅延されたサンプリング信号に、分離すべき信号各々に対して振幅および位相を調整する調整手段と、
各アンテナ・エレメント間で同期した所定時間幅のサンプリング信号をそれぞれ保持する記憶手段と、
前記調整手段で調整された信号を、前記遅延手段の遅延時間の短い側から逐次加算する加算手段を備え、
振幅及び位相調整された信号を遅延操作と隣接アンテナ・エレメント間の加算操作の繰り返しにより、同時刻の複数アンテナ・エレメントの信号を重み付け加算する操作を、隣接アンテナ・エレメント間の限られた数の信号線のみを用いて、分離すべき信号各々に対して行うとともに、同一時刻で同一時間幅の各アンテナ・エレメントのサンプリング信号を共通線を用いて処理装置に伝送することを特徴とする符号分割アレー・アンテナ。 - 請求項１に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナ・エレメントおよび分離すべき信号各々に対するアンテナ・エレメントの振幅および位相調整を、各アンテナ・エレメント、分離すべき信号に対応するアドレスを設定するアドレス共通線、および振幅および位相調整量を設定するデータ共通線により行うことを特徴とする符号分割アレー・アンテナ。
- 請求項１または２に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して、前記加算手段の遅延時間と等しい遅延時間を持つバイパス手段を設け、このバイパス手段により前記加算手段をバイパス可能としたことを特徴とする符号分割アレー・アンテナ。
- 請求項３に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して設けられ、少なくとも前記サンプリング手段と前記遅延手段と前記調整手段と前記加算手段とを含むアンテナユニット部の故障を検知する故障検知手段を設け、この故障検知手段が故障を検知したときに前記バイパス手段を動作させ、前記加算手段をバイパスさせることを特徴とする符号分割アレー・アンテナ。
- 請求項３に記載の符号分割アレー・アンテナにおいて、各アンテナエレメントに対応して設けられ、少なくとも前記サンプリング手段と前記遅延手段と前記調整手段と前記加算手段とを含むアンテナユニット部を取り外し可能に構成すると共に、このアンテナユニット部の取り外しを検知する取り外し検知手段を設け、この取り外し検知手段が取り外しを検知したときに前記バイパス手段を動作させ、前記加算手段をバイパスさせることを特徴とする符号分割アレー・アンテナ。
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