JP4342542B2 - Array antenna and base station - Google Patents
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Description
本発明は、アレーアンテナ及び基地局に関する。 The present invention relates to an array antenna and a base station.
セルラーシステムでは、複数の基地局を用いて、サービスエリアをカバーすることが行われる。又、FDMAやCDMAを用いたシステムでは、隣接する基地局に異なる周波数やコードを与えて移動局との通信を行う。各基地局は、セルと呼ばれる通信エリアを作るが、このとき、隣接するセルに電波を放射すると、隣接セルの通信チャネルに干渉を与えてしまい、システム全体の通信容量が減少してしまう。 In a cellular system, a service area is covered using a plurality of base stations. Further, in a system using FDMA or CDMA, communication with a mobile station is performed by giving different frequencies and codes to adjacent base stations. Each base station creates a communication area called a cell. At this time, if a radio wave is radiated to an adjacent cell, it interferes with the communication channel of the adjacent cell, and the communication capacity of the entire system decreases.
これを防ぐために、基地局では、地面に対してアレーを垂直に配置したフェーズドアンテナを用いて、垂直方向のビームが狭いアンテナのメインビーム方向をセル端に向けて電波を放射して、自セル外に放射する電波を抑圧している。本技術は、ビームチルティングと呼ばれており、一般的に水平方向からメインビーム方向の角度をチルト角と呼ぶ。図13にビームとチルト角との関係を示す。フェーズドアレーアンテナでは、位相器及びアッテネータの値を変えることによって、チルト角やサイドローブを変化させることができ、所望のサービスエリアを得られるように調整を行う(例えば、特許文献1参照。)。以降では、アッテネータの制御で与える振幅の大きさ設定を振幅分配と呼ぶ。 In order to prevent this, the base station uses a phased antenna with an array arranged perpendicular to the ground, and radiates radio waves with the vertical beam narrower toward the cell edge with the main beam direction of the antenna narrow. Suppresses radio waves radiating to the outside. This technique is called beam tilting, and an angle from the horizontal direction to the main beam direction is generally called a tilt angle. FIG. 13 shows the relationship between the beam and the tilt angle. In the phased array antenna, the tilt angle and the side lobe can be changed by changing the values of the phase shifter and the attenuator, and adjustment is performed so as to obtain a desired service area (for example, refer to Patent Document 1). Hereinafter, the amplitude setting given by the control of the attenuator is referred to as amplitude distribution.
しかしながら、他セルへの干渉を抑圧するために、ビーム幅を狭めようとすると、ビーム幅を狭めるにつれて、図14に示すように、アンテナパターンに多数のヌル点が現れてしまう。図15に、このようなアンテナパターンを用いたときの受信レベルの変化を示す。このとき、ヌル方向から電波が到来すると、図15に示す矢印の位置のように、受信レベルの低下につながるという課題があった。 However, if the beam width is narrowed in order to suppress interference with other cells, as the beam width is narrowed, many null points appear in the antenna pattern as shown in FIG. FIG. 15 shows changes in the reception level when such an antenna pattern is used. At this time, when a radio wave arrives from the null direction, there is a problem that the reception level is lowered as indicated by an arrow in FIG.
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができるアレーアンテナ及び基地局を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an array antenna and a base station that can prevent a decrease in reception levels of the base station and the mobile station and can maintain a good communication state. .
上記目的を達成するため、本発明の第1の特徴は、基地局に接続されたアレーアンテナであって、アレーアンテナのアレーの位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、特定の方向にメインビームを向け、当該メインビームを、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、往復動作させることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させる位相振幅制御部を備えるアレーアンテナであることを要旨とする。 In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is an array antenna connected to a base station, which controls a specific direction by controlling at least one of the phase and amplitude of the array of the array antenna. The main beam is directed to and reciprocated in the direction perpendicular to the ground on which the base station is installed, so that the null point is reciprocated in the direction perpendicular to the ground on which the base station is installed. The gist of the present invention is an array antenna including a phase amplitude control unit.
第1の特徴に係るアレーアンテナによると、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができる。 With the array antenna according to the first feature, it is possible to prevent the reception level of the base station and the mobile station from being lowered, and to maintain a good communication state.
又、第1の特徴に係るアレーアンテナの位相振幅制御部は、メインビームを特定の方向に向けたときの各アレーの位相を基準位相として、すべてのアレーの位相を、基準位相から同方向に、正負のある一定の範囲で往復するように変化させ、メインビーム方向を往復動作させてもよい。 In addition, the phase amplitude control unit of the array antenna according to the first feature uses the phase of each array when the main beam is directed in a specific direction as a reference phase, and changes the phase of all the arrays in the same direction from the reference phase. The main beam direction may be reciprocated by changing so as to reciprocate within a certain range of positive and negative.
本発明の第2の特徴は、基地局に接続されたアレーアンテナであって、アレーアンテナのアレーの位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、それぞれアンテナパターンのメインビーム方向が異なるアンテナパターンを形成する、複数の位相振幅制御部と、複数の位相振幅制御部とアレーの接続を切り替えるスイッチングデバイスとを備え、位相振幅制御部それぞれは、アンテナパターン間のメインビーム方向の相対的関係は変わらないまま、メインビームの方向を変化させ、かつ、スイッチングデバイスが接続を切り替えることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させるアレーアンテナであることを要旨とする。 The second feature of the present invention is an array antenna connected to a base station, wherein the antenna pattern has different main beam directions by controlling at least one of the phase and amplitude of the array of the array antenna. A plurality of phase amplitude control units that form a pattern, and a switching device that switches connection between the plurality of phase amplitude control units and the array, each of the phase amplitude control units has a relative relationship in the main beam direction between the antenna patterns. It is an array antenna that reciprocates the null point in a direction perpendicular to the ground where the base station is installed by changing the direction of the main beam without changing and switching the connection of the switching device. And
第2の特徴に係るアレーアンテナによると、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができる。 According to the array antenna according to the second feature, it is possible to prevent the reception level of the base station and the mobile station from being lowered, and to maintain a good communication state.
又、第2の特徴に係るアレーアンテナの複数の位相振幅制御部のうち、1の位相振幅制御部を制御することにより、メインビームの方向を変化させてもよい。 Further, the direction of the main beam may be changed by controlling one phase amplitude control unit among the plurality of phase amplitude control units of the array antenna according to the second feature.
本発明の第3の特徴は、基地局に接続されたアレーアンテナであって、アレーアンテナのアレーで受信したベースバンド信号、あるいは、基地局から送信するベースバンド信号の、位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、特定の方向にメインビームを向け、当該メインビームを、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、往復動作させることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させるディジタル信号処理部を備えるアレーアンテナであることを要旨とする。 A third feature of the present invention is an array antenna connected to a base station, and at least one of a phase or amplitude of a baseband signal received by the array antenna array or a baseband signal transmitted from the base station. By controlling either of these, the main beam is directed in a specific direction, and the main beam is reciprocated in a direction perpendicular to the ground on which the base station is installed, so that the ground on which the base station is installed The gist of the present invention is an array antenna including a digital signal processing unit that reciprocally moves the null point in the vertical direction.
第3の特徴に係るアレーアンテナによると、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができる。 According to the array antenna according to the third feature, it is possible to prevent the reception level of the base station and the mobile station from being lowered, and to maintain a good communication state.
又、第3の特徴に係るアレーアンテナは、アレーそれぞれとディジタル信号処理部との接続を切り替えるスイッチングデバイスを更に備えてもよい。 The array antenna according to the third feature may further include a switching device that switches connection between each array and the digital signal processing unit.
又、第1〜第3の特徴に係るアレーアンテナは、複数のアレーを1ブロックとし、ブロックを複数備えてもよい。 Moreover, the array antenna according to the first to third features may include a plurality of arrays as one block and a plurality of blocks.
本発明の第4の特徴は、アレーアンテナを備える基地局であって、アレーアンテナのアレーの位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、特定の方向にメインビームを向け、当該メインビームを、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、往復動作させることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させる位相振幅制御部を備える基地局であることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a base station including an array antenna, the main beam being directed in a specific direction by controlling at least one of the phase and amplitude of the array of the array antenna, and the main beam. Is provided with a phase amplitude control unit that reciprocates the null point in a direction perpendicular to the ground on which the base station is installed by reciprocating in a direction perpendicular to the ground on which the base station is installed. It is a summary.
第4の特徴に係る基地局によると、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができる。 According to the base station according to the fourth feature, it is possible to prevent the reception level of the base station and the mobile station from being lowered, and to maintain a good communication state.
又、第4の特徴に係る基地局は、アレーアンテナを複数備えてもよい。 The base station according to the fourth feature may include a plurality of array antennas.
本発明によると、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができるアレーアンテナ及び基地局を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the reception level of a base station and a mobile station can be prevented, and the array antenna and base station which can maintain a favorable communication state can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic.
本実施形態では、移動通信システムにおいて、サービスエリアを構成する基地局について説明する。又、本実施形態に係る基地局は、アレーアンテナを備える。 In this embodiment, a base station constituting a service area in a mobile communication system will be described. Further, the base station according to the present embodiment includes an array antenna.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る基地局は、図1に示すように、アンテナパターン制御部10と、アンテナアレー20とを備えるアレーアンテナ100に接続される。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the base station according to the first embodiment is connected to an
アンテナアレー20は、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に配置される。又、アンテナアレー20は、実質的に等間隔で配列され、アンテナ素子として使用される放射素子を含む。放射素子としては、ダイポールアンテナその他線状アンテナやパッチアンテナ、スロットアンテナなどの平面アンテナを用いることができる。 The antenna array 20 is arranged in a direction perpendicular to the ground where the base station is installed. The antenna array 20 includes radiating elements that are arranged at substantially equal intervals and used as antenna elements. As the radiating element, a planar antenna such as a dipole antenna, a linear antenna, a patch antenna, or a slot antenna can be used.
制御用PC30は、後述する位相振幅制御部13に接続され、位相振幅制御部13の設定を変更することができるPCである。
The
アンテナパターン制御部10は、位相器11と、アッテネータ12と、位相振幅制御部13と、給電部14とを備える。
The antenna pattern control unit 10 includes a phase shifter 11, an
位相器11は、アンテナアレー20毎に配置され、各アンテナアレー20の位相を制御する。 The phase shifter 11 is arranged for each antenna array 20 and controls the phase of each antenna array 20.
アッテネータ12は、アンテナアレー20毎に配置され、各アンテナアレー20の振幅を制御する。
The
給電部14は、アンテナアレー20が形成するビーム方向に対応して、各アンテナアレー20の送受信信号の位相差を設定する。
The
位相振幅制御部13は、位相器11あるいはアッテネータ12の少なくともいずれか一方を制御することにより、アンテナアレー20の位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御する。そして、位相振幅制御部13は、特定の方向にメインビームを向け、当該メインビームを、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、往復動作させることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させる。
The phase
図3に、ヌル点制御がないときの基地局と移動局間の距離と受信レベルの関係を実線で示す。ここでは、矢印のヌル点方向から電波が到来した場合を想定する。前述したように、ヌル点方向から電波が到来すると、受信レベルが低くなる。このとき、移動局が停止状態を続けて電波の到来方向に変動がない場合には、受信レベルは図4に示すように、停滞してしまう。 In FIG. 3, the relationship between the distance between the base station and the mobile station and the reception level when there is no null point control is shown by a solid line. Here, it is assumed that radio waves arrive from the null point direction of the arrow. As described above, when radio waves arrive from the null point direction, the reception level decreases. At this time, if the mobile station continues to be stopped and there is no change in the arrival direction of the radio wave, the reception level is stagnated as shown in FIG.
第1の実施形態に係る位相振幅制御部13では、メインビームを特定の方向から垂直方向に往復動作させて、図2に示すように、ヌル点を垂直方向に往復動作させることにより、図3の点線で示す受信レベルパターン1からヌル点制御なしのパターンを経由して、受信レベルパターン2の間を往復するようにすると、受信レベルは、図4のように変化する。この図から、ヌル点を制御したときの受信レベルの平均値とヌル点制御なしの平均値を比較すると、ヌル点を制御したときのほうが高くなり、受信レベルの低下を補償できていることが分かる。
In the phase
次に、メインビームの方向を垂直方向に往復動作させ、ヌル点を垂直方向に往復動作させる方法について説明する。 Next, a method of reciprocating the main beam in the vertical direction and reciprocating the null point in the vertical direction will be described.
この方法は、アレーの位相をある法則に従って動作させることにより、実現することができる。具体的な位相の制御方法について以下に説明する。 This method can be realized by operating the phase of the array according to a certain law. A specific phase control method will be described below.
図1に示すように、アレーアンテナをアレー番号i=0の方を下側、アレー番号i=nの方を上側に設置した場合を考える。このとき、振幅をある一定値とすると、各アレーの位相を以下の式のように設定することにより、メインビーム方向を水平方向からθ度の方向に向けることができる。ここで、θは前述したチルト角を表す。又、ここでは、θが正の値のときに、水平方向より下側の方向を表す。 As shown in FIG. 1, consider a case where the array antenna is installed with the array number i = 0 on the lower side and the array number i = n on the upper side. At this time, if the amplitude is set to a certain value, the main beam direction can be directed from the horizontal direction to θ degrees by setting the phase of each array as shown in the following equation. Here, θ represents the tilt angle described above. Also, here, when θ is a positive value, it represents a direction below the horizontal direction.
w(i)=e-j*2π/λ*di*sinθ …… 式(1)
式(1)において、λは波長、dはアレーの間隔である。ここで、θが上下に往復して変化するように、各アレーの位相を制御すれば、メインビーム方向を垂直方向に動作させ、それに伴いヌル点を垂直方向に動作させることができる。
w (i) = e− j * 2π / λ * di * sinθ Formula (1)
In equation (1), λ is the wavelength and d is the array spacing. Here, if the phase of each array is controlled so that θ reciprocates up and down, the main beam direction can be operated in the vertical direction, and the null point can be operated in the vertical direction accordingly.
メインビームの動かし方は、最初にメインビームを向けている方向から、正負の方向にある一定の範囲で、往復するように動かしてもよい。又、正の方向のある一定の範囲で、往復するように動かしてもよい。これとは逆に、負の方向のある一定の範囲で、往復するように動かしてもよい。位相の回転量を増加させると、メインビームの動く幅が大きくなり、それに伴って、ヌル点の動く幅も増加するので、求める特性に応じて、回転量を決めればよい。又、位相を回転させるスピードに応じて、ヌル点の変化するスピードが変わるので、望みのスピードが得られるように、自由に回転スピードを決定すればよい。 The main beam may be moved so as to reciprocate within a certain range in the positive and negative directions from the direction in which the main beam is first directed. Further, it may be moved so as to reciprocate within a certain range in the positive direction. On the contrary, it may be moved so as to reciprocate within a certain range in the negative direction. Increasing the amount of rotation of the phase increases the width of movement of the main beam, and accordingly, the width of movement of the null point also increases. Therefore, the amount of rotation may be determined according to the required characteristics. Further, since the speed at which the null point changes depends on the speed at which the phase is rotated, the rotational speed may be determined freely so that the desired speed can be obtained.
第1の実施形態に係るアレーアンテナ100及び基地局によると、アレーアンテナのアレーの位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、特定の方向にメインビームを向け、当該メインビームを、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、往復動作させることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させることができる。このため、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができる。
According to the
又、アレーアンテナの位相振幅制御部13は、メインビームを特定の方向に向けたときの各アレーの位相を基準位相として、すべてのアレーの位相を、基準位相から同方向に、正負のある一定の範囲で往復するように変化させ、メインビーム方向を往復動作させてもよい。
Further, the phase
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る基地局は、図5に示すように、予め異なるアンテナパターンを形成する、複数のアンテナパターン制御部10a、10b、10cを備える。アンテナパターン制御部10a、10b、10cの内部構成は、第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 5, the base station according to the second embodiment includes a plurality of antenna pattern control units 10a, 10b, and 10c that form different antenna patterns in advance. Since the internal configuration of the antenna pattern control units 10a, 10b, and 10c is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here.
ここで、各アンテナパターン制御部10a、10b、10cの形成するアンテナパターンは、第1の実施形態と同様に、メインビームの方向が異なり、ヌル点が異なるように設定しておく。例えば、アンテナパターン制御部10aに対応するアンテナパターンを図6のアンテナパターン1、アンテナパターン制御部10bに対応するアンテナパターンを図6のアンテナパターン2、アンテナパターン制御部10cに対応するアンテナパターンを図6のアンテナパターン3、とする。ここで図6のアンテナパターンは、あるチルト角を仮定して、アンテナ利得を距離に投影したものである。このとき、スイッチングデバイス40、50を用いて、アンテナパターン制御部を1→2→3→2→1の順番で繰り返し切り替えると、第1の実施形態のように、ヌル点を制御したときと同様な効果が得られる。
Here, the antenna patterns formed by the antenna pattern control units 10a, 10b, and 10c are set so that the directions of the main beams are different and the null points are different, as in the first embodiment. For example, the antenna pattern corresponding to the antenna pattern control unit 10a is shown as antenna pattern 1 in FIG. 6, the antenna pattern corresponding to the antenna pattern control unit 10b is shown as
ここで、各アンテナパターン制御部10a、10b、10cのパターンは、第1の実施形態と同様に設定すればよい。例えば、アンテナパターン制御部10bの位相を式(1)のように制御することによって、ある方向にメインビームを向けられるようにしておく。アンテナパターン制御部10a及びアンテナパターン制御部10cの振幅は、アンテナパターン制御部10bと同様な値になるように設定しておく。アンテナパターン制御部10aの位相は、アンテナパターン制御部10bで形成されるメインビームの方向から、アンテナパターン制御部10aのメインビームの方向が負方向に一定値だけずれるように、式(1)に従って、調整されるように設定しておく。アンテナパターン制御部10cの位相は、アンテナパターン制御部10bで形成されるメインビームの方向から、アンテナパターン制御部10cのメインビームの方向が、正方向に一定値だけずれるように、式(1)に従って調整されるように設定しておく。このように設定しておき、前述したようなアンテナパターン制御部の切り替えを行うと、第1の実施形態と同様な効果が得られる。より連続的にヌル点を変化させたい場合は、アンテナパターン制御部10bのメインビーム方向から、他のアンテナパターン制御部で形成されるメインビーム方向を一定値だけずらす方法は同じだが、メインビームのずれが小さいアンテナパターン制御部を多数用意することによって、切り替え制御を行えばよい。アンテナパターン制御部の数は、必要に応じて、増減させればよい。切り替えのスピードも求める特性に応じて自由に決定すればよい。又、アンテナパターン制御部10a及びアンテナパターン制御部10cの上段及び下段の位相をずらす方向は、上記した方向と逆方向になってもよい。 Here, the patterns of the antenna pattern control units 10a, 10b, and 10c may be set similarly to the first embodiment. For example, the main beam can be directed in a certain direction by controlling the phase of the antenna pattern control unit 10b as shown in Expression (1). The amplitudes of the antenna pattern control unit 10a and the antenna pattern control unit 10c are set to have the same values as those of the antenna pattern control unit 10b. The phase of the antenna pattern control unit 10a is in accordance with the formula (1) so that the direction of the main beam of the antenna pattern control unit 10a is shifted in the negative direction by a certain value from the direction of the main beam formed by the antenna pattern control unit 10b. Set to be adjusted. The phase of the antenna pattern control unit 10c is expressed by the following equation (1) so that the direction of the main beam of the antenna pattern control unit 10c is deviated from the direction of the main beam formed by the antenna pattern control unit 10b by a certain value in the positive direction. Set to adjust according to. If the antenna pattern control unit is switched as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In order to change the null point more continuously, the method of shifting the main beam direction formed by other antenna pattern control units by a certain value from the main beam direction of the antenna pattern control unit 10b is the same. Switching control may be performed by preparing a large number of antenna pattern control units with small deviations. The number of antenna pattern control units may be increased or decreased as necessary. The switching speed may be determined freely according to the required characteristics. The direction in which the upper and lower phases of the antenna pattern control unit 10a and the antenna pattern control unit 10c are shifted may be opposite to the above-described direction.
アンテナパターン制御部のパターンの設定方法は、これ以外にもいくつか考えられる。例えば、アンテナパターン制御部10aの位相を式(1)のように制御することによって、ある方向にメインビームを向けられるようにしておく。アンテナパターン制御部10b及びアンテナパターン制御部10cの振幅は、アンテナパターン制御部10aと同様な値になるように設定しておく。アンテナパターン制御部10bの位相は、アンテナパターン制御部10aで形成されるメインビームの方向から、アンテナパターン制御部10bのメインビームの方向が、正方向に一定値だけずれるように、式(1)に従って調整されるようにしておく。アンテナパターン制御部10cの位相は、アンテナパターン制御部10bで形成されるメインビームの方向から、アンテナパターン制御部10cのメインビームの方向が、更に正方向に一定値だけずれるように、式(1)に従って調整されるようにしておく。このように設定しておき、前述したようなアンテナパターン制御部の切り替えを行うと、第1の実施形態のような効果が得られる。より連続的にヌル点を変化させたい場合は、アンテナパターン制御部10aのメインビーム方向から、他のアンテナパターン制御部で形成されるメインビーム方向を一定値ずつずらす方法は同じだが、メインビームのずれが小さいアンテナパターン制御部を多数用意することによって、切り替え制御を行えばよい。アンテナパターン制御部の数は、必要に応じて増減させればよい。切り替えのスピードも求める特性に応じて自由に決定すればよい。又、求める特性に応じて、アンテナパターン制御部10b及びアンテナパターン制御部10cと進むに従って、メインビーム方向から負の方向にずれるように、位相を調整してもよい。 There are several other methods for setting the pattern of the antenna pattern control unit. For example, the main beam can be directed in a certain direction by controlling the phase of the antenna pattern control unit 10a as shown in Expression (1). The amplitudes of the antenna pattern control unit 10b and the antenna pattern control unit 10c are set to have the same values as those of the antenna pattern control unit 10a. The phase of the antenna pattern control unit 10b is expressed by the following equation (1) so that the direction of the main beam of the antenna pattern control unit 10b is deviated from the direction of the main beam formed by the antenna pattern control unit 10a by a certain value in the positive direction. To be adjusted according to. The phase of the antenna pattern control unit 10c is expressed by the equation (1) so that the direction of the main beam of the antenna pattern control unit 10c is further deviated by a constant value from the direction of the main beam formed by the antenna pattern control unit 10b. ) To be adjusted according to. When the antenna pattern control unit is switched as described above and the antenna pattern control unit is switched as described above, the effect as in the first embodiment can be obtained. In order to change the null point more continuously, the method of shifting the main beam direction formed by other antenna pattern control units from the main beam direction of the antenna pattern control unit 10a by a constant value is the same, but the main beam direction Switching control may be performed by preparing a large number of antenna pattern control units with small deviations. The number of antenna pattern control units may be increased or decreased as necessary. The switching speed may be determined freely according to the required characteristics. Further, the phase may be adjusted so as to shift from the main beam direction to the negative direction as the process proceeds to the antenna pattern control unit 10b and the antenna pattern control unit 10c according to the required characteristics.
第2の実施形態に係るアレーアンテナ100及び基地局によると、アレーアンテナのアレーの位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、それぞれアンテナパターンのメインビーム方向が異なるアンテナパターンを形成する、複数の位相振幅制御部と、複数の位相振幅制御部とアレーの接続を切り替えるスイッチングデバイスとを備え、位相振幅制御部それぞれは、アンテナパターン間のメインビーム方向の相対的関係は変わらないまま、メインビームの方向を変化させ、かつ、スイッチングデバイスが接続を切り替えることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させることができる。このため、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができる。
According to the
又、アレーアンテナの複数の位相振幅制御部13のうち、1の位相振幅制御部を制御することにより、メインビームの方向を変化させてもよい。
Further, the direction of the main beam may be changed by controlling one of the phase
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、第1の実施形態において無線周波数で行っている処理を、ベースバンドで行うことについて説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a description will be given of performing processing performed at a radio frequency in the first embodiment in baseband.
例えば、図7に示すように、アレーアンテナのアレー20で受信された無線周波数の信号をダウンコンバータ70でベースバンドに変換して、ディジタル信号処理装置60に入力する。ディジタル信号処理装置60は、ベースバンド信号の位相を制御することにより、第1の実施形態と同様に、アンテナパターンを制御する。
For example, as shown in FIG. 7, a radio frequency signal received by the array 20 of the array antenna is converted into a baseband by the
ベースバンド信号の処理方法は、図8に示すように、アレーアンテナのアレー20をスイッチングデバイス80に接続して、順次、無線周波数の信号をダウンコンバートして、ディジタル信号処理装置に入力して、ベースバンド信号の位相及び振幅を制御して、第1の実施形態のようにアンテナパターンを制御してもよい。スイッチングデバイス80を高速に切り替えて、アレーアンテナで受信されてダウンコンバートされたベースバンド信号をディジタル信号処理装置60に保存して、位相を制御することにより、第1の実施形態と同様に、アンテナパターンを制御することができる。アレーアンテナから送信する場合も、スイッチングデバイス80を高速に切り替えることによって、同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 8, the baseband signal processing method is performed by connecting the array antenna array 20 to a switching device 80, sequentially downconverting radio frequency signals, and inputting them to a digital signal processing apparatus. The antenna pattern may be controlled as in the first embodiment by controlling the phase and amplitude of the baseband signal. The switching device 80 is switched at a high speed, and the baseband signal received by the array antenna and down-converted is stored in the digital
第3の実施形態に係るアレーアンテナ100及び基地局によると、アレーアンテナのアレーで受信したベースバンド信号、あるいは、基地局から送信するベースバンド信号の、位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、特定の方向にメインビームを向け、当該メインビームを、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、往復動作させることにより、基地局が設置されている地面に対し垂直方向に、ヌル点を往復動作させることができる。このため、基地局及び移動局の受信レベルの低下を防ぐことができ、良好な通信状態を保つことができる。
According to the
又、アレーアンテナは、アレーそれぞれとディジタル信号処理部との接続を切り替えるスイッチングデバイス80を更に備えてもよい。 The array antenna may further include a switching device 80 that switches connection between each array and the digital signal processing unit.
(第4の実施形態)
第1の実施形態は、図9に示すように、ダイバーシチを行うために、基地局に2本のアンテナを具備しているシステムにも応用できる。ここでは、最初、アンテナ1及びアンテナ2のアンテナパターンは同一で、図10に示す受信レベルパターン2になるように位相が調整されている場合を考える。このとき、第1の実施形態のように、位相制御により、ヌル点の制御を行い、チルト角θを正方向、負方向、そして、正方向の順番で変化させることにより、アンテナ1の受信レベルパターンが2→1→2→3→2の順番で、繰り返し変化するように制御する。一方、アンテナ2の受信レベルパターンは、2→3→2→1→2の順番で、繰り返し変化するように制御する。ここで、各受信レベルパターンの間は途中のパターンで補完されて、連続的につながっているものとする。このように制御することにより、受信レベルは図11のように変化して、アンテナが1本の場合より、受信レベルの低下を救うことができる。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 9, the first embodiment can also be applied to a system in which a base station includes two antennas in order to perform diversity. Here, first, consider a case where the antenna patterns of the antenna 1 and the
受信レベルパターンの変化のさせ方は、この他にも考えられる。例えば、アンテナ1の受信レベルパターンを2→1→2の順番で繰り返し動かすとする。受信レベルパターン間が連続的に補完されるのは、さきほどと同様である。このとき、アンテナ2の受信レベルパターンを、アンテナ1の受信レベルパターンが2まで変化したときに、同様に2→1→2の順番で変化させ始める。こうすることによって、上記のような効果を得ることができる。同様に、アンテナ1及び2のパターンを2→3→2と変化させても同様な効果が得られる。
There are other ways to change the reception level pattern. For example, assume that the reception level pattern of the antenna 1 is repeatedly moved in the order of 2 → 1 → 2. The reception level pattern is continuously supplemented in the same manner as described above. At this time, when the reception level pattern of the antenna 1 changes to 2, the
アンテナ本数は、3本以上の複数でもよい。そのときも各アンテナのヌル点の動きが同期しないようにバラバラに動かすことによって、更に受信レベルの低下を防ぐことができる。 The number of antennas may be three or more. Even at that time, the reception level can be further prevented from lowering by moving the null points of each antenna apart so that they do not synchronize.
(第5の実施形態)
第4の実施形態において説明したアレーアンテナが複数ある場合の方法は、第2の実施形態にも応用できる。例えば、第2の実施形態において、アンテナパターン制御部10bを中心に、アンテナパターン制御部10aのチルト角が、負方向調整されていて、アンテナパターン制御部10cのチルト角が正方向に調整されている場合を考える。図5のアンテナ1のアンテナパターン制御部10aを2→1→2→3→2の順番で繰り返し切り替え、アンテナ2のアンテナパターン制御部10bを2→3→2→1→2の順番で繰り返し切り替えると、第1の実施形態の複数アンテナを用いたときと同じ特性が得られる。各アンテナパターンの設定方法は、第2の実施形態と同様に行えばよい。
(Fifth embodiment)
The method in the case where there are a plurality of array antennas described in the fourth embodiment can be applied to the second embodiment. For example, in the second embodiment, the tilt angle of the antenna pattern control unit 10a is adjusted in the negative direction around the antenna pattern control unit 10b, and the tilt angle of the antenna pattern control unit 10c is adjusted in the positive direction. Think if you are. The antenna pattern control unit 10a of the antenna 1 of FIG. 5 is repeatedly switched in the order of 2 → 1 → 2 → 3 → 2 and the antenna pattern control unit 10b of the
この他にも、アンテナパターン制御部10aからアンテナパターン制御部10b、10cと進むに従って、チルト角が正方向にずれている場合についても、同様な方法が考えられる。例えば、アンテナパターン制御部10aを1→2→3→2→1の順番で繰り返し切り替えるとする。このとき、アンテナ2は、アンテナパターン制御部10aが初めて3に切り替わったときに、同様に、1→2→3→2→1の順番で切り替えをスタートさせる。こうすることによって、上記と同様な効果が得られる。ここで、アンテナパターン制御部10aから、アンテナパターン制御部10b、10cと進むに従って、チルト角が負方向にずれている場合について、同様な切り替え手法を用いることができる。
In addition, a similar method can be considered when the tilt angle is shifted in the positive direction as the antenna pattern control unit 10a progresses from the antenna pattern control unit 10b to 10c. For example, it is assumed that the antenna pattern control unit 10a is repeatedly switched in the order of 1 → 2 → 3 → 2 → 1. At this time, when the antenna pattern control unit 10a is switched to 3 for the first time, the
(第6の実施形態)
第4の実施形態において説明したアレーアンテナが複数ある場合の方法は、第3の実施形態にも応用できる。図7及び図8に示すディジタル信号処理装置60を利用して、ベースバンド信号の位相を制御して、第4の実施形態のように、ヌル点を制御することによって同様な効果が得られる。
(Sixth embodiment)
The method in the case where there are a plurality of array antennas described in the fourth embodiment can be applied to the third embodiment. Similar effects can be obtained by controlling the phase of the baseband signal by using the digital
(第7の実施形態)
第1、第2、第4、第5の実施形態において説明した方法は、図12に示すように、複数のアレー20がブロック22化されているアレーアンテナ100を用いた場合にも適用できる。第1の実施形態と同様に、アンテナパターン制御部10を制御することにより、実現できる。
(Seventh embodiment)
The methods described in the first, second, fourth, and fifth embodiments can be applied to the case where an
10、10a、10b、10c…アンテナパターン制御部
11…位相器
12…アッテネータ
13…位相振幅制御部
14…給電部
20…アンテナアレー
22…ブロック
30…制御用PC
40、50、80…スイッチングデバイス
60…ディジタル信号処理装置
70…ダウンコンバータ
100…アレーアンテナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a, 10b, 10c ... Antenna pattern control part 11 ...
40, 50, 80 ... switching
Claims (1)
前記第1及び第2アンテナアレーの位相又は振幅の少なくともいずれか一方を制御することにより、前記第1及び第2アンテナアレーがそれぞれ形成するアンテナパターンを制御する位相振幅制御部を備え、
前記位相振幅制御部は、前記移動局の位置とは無関係に、前記第1アンテナアレーが形成するアンテナパターンの第1メインビームを垂直方向に第1スピードで往復動作させることにより、前記第1アンテナアレーが形成するアンテナパターンの第1ヌル点を垂直方向に前記第1スピードで往復動作させ、
前記位相振幅制御部は、前記移動局の位置とは無関係に、前記第2アンテナアレーが形成するアンテナパターンの第2メインビームを垂直方向に第2スピードで往復動作させることにより、前記第2アンテナアレーが形成するアンテナパターンの第2ヌル点を垂直方向に前記第2スピードで往復動作させ、
上側を正方向及び下側を負方向とした場合、前記位相振幅制御部は、前記第1メインビームのチルト角を正方向に変化させる際に前記第2メインビームのチルト角を負方向に変化させ、前記第1メインビームのチルト角を負方向に変化させる際に前記第2メインビームのチルト角を正方向に変化させることを特徴とする基地局。 A first array antenna having a plurality of first antenna arrays arranged in a vertical direction and a second array antenna having a plurality of second antenna arrays arranged in a vertical direction, and performing diversity wireless communication with a mobile station A base station that
By controlling at least one of the phase or amplitude of the first and second antenna array, a phase amplitude controller for controlling an antenna pattern in which the first and second antenna array are respectively formed,
The phase and amplitude controller, regardless of the position of the mobile station, by reciprocating motion in the first speed of the first main beam of the antenna pattern of the first antenna array is formed in a vertical direction, said first antenna The first null point of the antenna pattern formed by the array is reciprocated in the vertical direction at the first speed,
The phase amplitude controller reciprocally moves the second main beam of the antenna pattern formed by the second antenna array at a second speed in the vertical direction regardless of the position of the mobile station. Reciprocating the second null point of the antenna pattern formed by the array in the vertical direction at the second speed;
When the upper side is the positive direction and the lower side is the negative direction, the phase amplitude control unit changes the tilt angle of the second main beam to the negative direction when changing the tilt angle of the first main beam to the positive direction. And changing the tilt angle of the second main beam in the positive direction when changing the tilt angle of the first main beam in the negative direction.
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