JP6053160B2 - Antenna, base station apparatus, and antenna element arrangement method - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナ、基地局装置、及びアンテナ素子の配置方法に関し、特に、MIMO(Multiple Input Multiple Output)による高速伝送技術に関する。   The present invention relates to an antenna, a base station apparatus, and an antenna element arrangement method, and more particularly, to a high-speed transmission technology using MIMO (Multiple Input Multiple Output).

現在、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇している。対策として、第3世代の携帯電話から第4世代の携帯電話への移行や、新しい周波数帯の割り当てが行われている。しかし、サービスの提供を望む事業者が多いことから、各事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。   Currently, with the explosive spread of smartphones, convenient frequency resources in the microwave band are depleted. As countermeasures, a shift from a third-generation mobile phone to a fourth-generation mobile phone and the allocation of a new frequency band are being carried out. However, since there are many businesses that want to provide services, the frequency resources allocated to each business are limited.

携帯電話のサービスにおいては、複数のアンテナ素子を利用したマルチアンテナ・システムによる周波数利用効率の向上を目指す検討が進められている。既に普及している無線標準規格IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)802.11nでは、送信と受信との双方に複数のアンテナ素子を用いるMIMO伝送技術を用いて空間多重伝送を行う。これにより、IEEE802.11nでは、伝送容量を高めて周波数利用効率を向上させている。なお、MIMOという用語は、一般には送信局及び受信局共に複数アンテナを備えることを想定して使われる。受信側が単数アンテナの場合には、MIMOではなく、MISO(Multiple Input Single Output)という用語が使われる。ただし、本明細書では、これらを全て包含する意味でMIMOという用語を用いる。
また、近時の通信技術としては、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式やSC−FDE(Single Carrier Frequency Domain Equalization)方式のように、複数の周波数成分(サブキャリア)に分割して周波数軸上で信号処理を行う方式が一般的である。以下の説明では、特にOFDMやSC−FDEの区別をせず、それらに共通する一般的な方式を前提として「サブキャリア」という用語を用いて説明する。
In mobile phone services, studies are underway to improve frequency utilization efficiency with a multi-antenna system that uses multiple antenna elements. In the widely used wireless standard IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 802.11n, spatial multiplexing transmission is performed using a MIMO transmission technique using a plurality of antenna elements for both transmission and reception. . Thereby, in IEEE 802.11n, the transmission capacity is increased to improve the frequency utilization efficiency. The term MIMO is generally used on the assumption that both the transmitting station and the receiving station are provided with a plurality of antennas. When the receiving side is a single antenna, the term MISO (Multiple Input Single Output) is used instead of MIMO. However, in this specification, the term MIMO is used to encompass all of these.
Moreover, as a recent communication technology, it is divided into a plurality of frequency components (subcarriers) on the frequency axis like OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation system and SC-FDE (Single Carrier Frequency Domain Equalization) system. In general, a signal processing method is used. In the following description, OFDM and SC-FDE are not particularly distinguished, and the description will be made using the term “subcarrier” on the premise of a general scheme common to them.

MIMO伝送技術においては、送信局と受信局との間の伝送路情報を知ることで、より効率的な伝送を行うことが可能となる。最も単純な例としては、送信側にN本のアンテナ素子を備え、受信側に1本のアンテナ素子のみを備える場合、N本のアンテナ素子から送信される信号が受信アンテナにおいて同位相合成されるように送信側で指向性制御を行う。これにより、回線利得を高めることができる。具体的には、第kサブキャリアにおける送信局の第jアンテナから受信局のアンテナまでの間のチャネル情報をh (k)とした時に、そのアンテナ素子に対して下記の数式(1)の送信ウエイトw (k)を算出し、これを送信信号に乗算したものを各アンテナから送信する。なお、上記チャネル情報は、厳密には、送信系および受信系のRF(Radio Frequency)回路内のアンプ、フィルタ等の複素位相の回転、及び振幅の変動情報を含むものとする。
In the MIMO transmission technique, it is possible to perform more efficient transmission by knowing transmission path information between a transmitting station and a receiving station. In the simplest example, when N antenna elements are provided on the transmitting side and only one antenna element is provided on the receiving side, signals transmitted from the N antenna elements are combined in phase at the receiving antenna. Thus, directivity control is performed on the transmission side. Thereby, the line gain can be increased. Specifically, when channel information between the j-th antenna of the transmitting station and the antenna of the receiving station in the k-th subcarrier is h j (k) , the following equation (1) is applied to the antenna element. A transmission weight w j (k) is calculated, and a transmission signal multiplied by this is transmitted from each antenna. Strictly speaking, the channel information includes complex phase rotation and amplitude fluctuation information of amplifiers, filters, and the like in RF (Radio Frequency) circuits of transmission and reception systems.

チャネル情報及び送信ウエイトを各アンテナに対応させた各成分とするベクトルを、アップリンクにおけるチャネルベクトルh(k)および送信ウエイトベクトルw(k)と称する。厳密には、アップリンクにおけるチャネルベクトル→h(k)(「h(k)」の前の記号「→」は、hの上に付与されてベクトルを表すための記号である)は行ベクトル、送信ウエイトベクトル→w(k)は列ベクトルとして表記されるべきである。しかし、本明細書では、簡単のために、行ベクトルと列ベクトルとを区別せずに表記する。また、以降の説明では受信信号Rx、送信信号Txおよびノイズnに関する表記も同様に「→」を付与してベクトルであることを明示すべきであるが、他に紛らわしい表記が無いので「→」を省略して説明する。受信信号Rxは、送信信号Txおよびノイズnに対して下記の数式(2)で与えられる。
数式(1)を数式(2)に代入すると、チャネルベクトルh(k)の各成分の絶対値を全アンテナ成分にわたって加算した値がチャネル利得として得られる。N本アンテナであれば、受信信号の振幅は1本アンテナで送信した場合のN倍になるものと期待される。受信信号強度は、振幅の2乗に比例するからN倍にまで改善される。この値が複数のアンテナ素子をアレーアンテナとして利用した場合の利得である。
A vector having channel information and transmission weight as components corresponding to each antenna is referred to as an uplink channel vector h (k) and transmission weight vector w (k) . Strictly speaking, the channel vector in the uplink → h (k) (the symbol “→” before “h (k) ” is a symbol given to h to represent the vector) is a row vector, The transmission weight vector → w (k) should be expressed as a column vector. However, in this specification, for the sake of simplicity, the row vector and the column vector are not distinguished from each other. In the following description, the notation regarding the reception signal Rx, the transmission signal Tx, and the noise n should be clearly indicated by adding “→” to be a vector, but “→” because there is no other confusing notation. The description is omitted. The reception signal Rx is given by the following mathematical formula (2) with respect to the transmission signal Tx and the noise n.
When Expression (1) is substituted into Expression (2), a value obtained by adding the absolute values of the components of the channel vector h (k) over all antenna components is obtained as the channel gain. In the case of N antennas, the amplitude of the received signal is expected to be N times that of transmission with one antenna. The received signal strength is improved to N 2 times since it is proportional to the square of the amplitude. This value is a gain when a plurality of antenna elements are used as an array antenna.

一般的には、シャノンの定理により、SNR(Signal-Noise Ratio)の改善量に対して、伝送容量の増加は、低SNR領域ほど大きく、高SNR領域ほど小さいことが知られている。そのため、回線利得の改善によって伝送容量の向上を目指すより、受信側にも複数のアンテナを備え、空間多重によって伝送容量の向上を目指すことが多い。空間多重によって伝送容量のアップを目指すのがMIMO伝送技術である。複数の送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネル情報が既知の場合には、そのチャネル行列をSVD(Singular Value Decomposition)分解し、固有モードでの伝送を行うことで伝送容量を最大化する。
具体的には、下記の数式(3)のように、チャネル行列Hをユニタリー行列UとV、および特異値λを対角成分にもつ対角行列Dに分解する。
この際、送信ウエイト行列としてユニタリー行列Vを用いれば、受信信号ベクトルRxは、送信信号ベクトルTx、ノイズベクトルnに対して、下記の数式(4)で与えられる。
受信側では、ユニタリー行列Uのエルミート共役の行列Uを乗算することで、下記の数式(5)を得る。
数式(5)において、対角行列Dの非対角成分はゼロであるから、送信信号のクロスタームは既にキャンセルされ、信号分離された状態となる。各特異値λの絶対値の2乗値が個別の信号系列の回線利得に相当する。各特異値λは、信号系統ごとに異なる値となる。この固有モードの特異値にあわせた伝送モードを最適化することによって、伝送容量を最大化することができる。伝送モードは、変調多値数と誤り訂正の符号化率などの組み合わせで定まる信号伝送の具体的なモードである。
In general, according to Shannon's theorem, it is known that the increase in transmission capacity is larger in the low SNR region and smaller in the high SNR region than the amount of improvement in SNR (Signal-Noise Ratio). Therefore, rather than aiming to improve the transmission capacity by improving the line gain, it is often aimed to improve the transmission capacity by providing a plurality of antennas on the receiving side and spatial multiplexing. The MIMO transmission technology aims to increase the transmission capacity by spatial multiplexing. When channel information between a plurality of transmitting antennas and receiving antennas is known, the channel matrix is decomposed by SVD (Singular Value Decomposition), and transmission in the eigenmode is performed to maximize the transmission capacity.
Specifically, the channel matrix H is decomposed into a unitary matrix U and V, and a diagonal matrix D having a singular value λ as a diagonal component, as shown in the following equation (3).
At this time, if the unitary matrix V is used as the transmission weight matrix, the reception signal vector Rx is given by the following equation (4) with respect to the transmission signal vector Tx and the noise vector n.
On the receiving side, the following formula (5) is obtained by multiplying the Hermite conjugate matrix U H of the unitary matrix U.
In Equation (5), since the non-diagonal component of the diagonal matrix D is zero, the cross term of the transmission signal is already canceled and the signal is separated. The square value of the absolute value of each singular value λ corresponds to the line gain of an individual signal sequence. Each singular value λ is different for each signal system. By optimizing the transmission mode according to the singular value of this eigenmode, the transmission capacity can be maximized. The transmission mode is a specific mode of signal transmission determined by a combination of the modulation multi-level number and the error correction coding rate.

上記は、1台の基地局と1台の端末局を想定したシングルユーザMIMO伝送技術に関する説明である。同様の説明は、1台の基地局と複数台の端末局との間において同時に同一周波数軸上で通信を行うマルチユーザMIMOにも拡張可能である。マルチユーザMIMOにおいては、一般に、各端末は空間多重する合計の信号系統数よりも少ない本数のアンテナ素子で通信を行う。そのため、ダウンリンクにおいては、送信側で事前にユーザ間干渉を抑圧するための指向性制御を行う。具体的な式は若干異なるが、基本的には上記の固有モード伝送と同様に、チャネル行列を把握した上でそれに合わせた送信ウエイトを用いる。   The above is a description of the single user MIMO transmission technique assuming one base station and one terminal station. The same description can be extended to multi-user MIMO that performs communication on the same frequency axis at the same time between one base station and a plurality of terminal stations. In multi-user MIMO, each terminal generally performs communication using a smaller number of antenna elements than the total number of signal systems to be spatially multiplexed. Therefore, on the downlink, directivity control for suppressing inter-user interference is performed in advance on the transmission side. Although the specific expressions are slightly different, basically, as in the above eigenmode transmission, the transmission weight corresponding to the channel matrix is used after grasping the channel matrix.

また、上記の説明では、ダウンリンクを中心に説明を行ったが、アップリンクにおいても同様に事前にチャネル情報を把握した上で、そのチャネル情報を利用した通信を行うことができる。例えば、最初に説明したアレーアンテナとしての処理においては、数式(1)にて与えられる同位相合成のウエイトを受信ウエイトとして用いる他、最大比合成のウエイトとして、下記の数式(6)で与えられるものを用いることも可能である。
数式(6)の定数Cは適宜定められる係数である。ベクトルの各成分の中でh (k)の絶対値が大きいものは大きな重みで足し合わされ、また、小さな信号は小さな重みで足し合わされる。これにより、SNRの大きな信号を重視し、SNRの小さな信号の雑音が過度に影響を与えないように調整が図られる。
Further, in the above description, the description has been focused on the downlink. However, in the uplink as well, communication using the channel information can be performed after grasping the channel information in advance. For example, in the process as the array antenna described first, in-phase combining weight given by Equation (1) is used as a reception weight, and maximum ratio combining weight is given by Equation (6) below. It is also possible to use one.
The constant C in Equation (6) is a coefficient that is appropriately determined. Among the components of the vector, those having a large absolute value of h j (k) are added with a large weight, and small signals are added with a small weight. As a result, a signal with a large SNR is emphasized, and adjustment is made so that noise of a signal with a small SNR does not excessively affect the signal.

以上のマルチユーザMIMO及びアレーアンテナの技術を更に発展させた新しい空間多重伝送技術として、大規模アンテナシステムの提案がなされている(例えば、非特許文献1から非特許文献4参照)。
図9は、大規模アンテナシステムの概要を示す図である。図9においては、基地局1、無線局2、見通し波3、構造物による安定反射波4、地上付近の多重反射波5〜6、構造物7が示されている。図9の大規模アンテナシステムにおいては、基地局1は、多数(例えば100本以上)のアンテナ素子を用いて、ビルの屋上や高い鉄塔の上など高所に設置される。無線局2も同様に、ビルの屋上、家屋の屋根の上、電信柱や鉄塔の上など高所に設置される。そのため、基地局1と無線局2の間は概ね見通し環境にあり、その間には見通し波3のパスや大型の安定的な構造物7の安定反射波4などに加え、地上付近での車や人などの移動体などによる多重反射波5、6が混在する。無線局2は高所にある。更に指向性アンテナを用いる場合などは特に、地上付近の多重反射波5、6は、見通し波3及び安定反射波4などに比べて受信レベルが低くなる。
A large-scale antenna system has been proposed as a new spatial multiplexing transmission technology that is a further development of the above-described multi-user MIMO and array antenna technologies (for example, see Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 4).
FIG. 9 is a diagram showing an outline of a large-scale antenna system. In FIG. 9, a base station 1, a radio station 2, a line-of-sight wave 3, a stable reflected wave 4 by a structure, multiple reflected waves 5 to 6 near the ground, and a structure 7 are shown. In the large-scale antenna system of FIG. 9, the base station 1 is installed at a high place such as a building roof or a high steel tower using a large number (for example, 100 or more) of antenna elements. Similarly, the radio station 2 is installed at a high place such as on the roof of a building, on the roof of a house, on a telegraph pole or a steel tower. Therefore, the base station 1 and the radio station 2 are generally in a line-of-sight environment, and in the meantime, in addition to the path of the line-of-sight 3 and the stable reflected wave 4 of the large stable structure 7, Multiple reflected waves 5 and 6 due to a moving body such as a person are mixed. The radio station 2 is at a high place. Further, particularly when a directional antenna is used, the reception levels of the multiple reflected waves 5 and 6 near the ground are lower than those of the line-of-sight wave 3 and the stable reflected wave 4.

図10は、見通し環境および見通し外環境におけるインパルス応答を表す図である。図10(a)は見通し外環境でのインパルス応答を、図10(b)は見通し環境でのインパルス応答をそれぞれ示している。図10(a)(b)において、横軸は遅延時間、縦軸は各遅延波の受信レベルを表す。図10(a)に示した見通し外環境の場合、見通し区間の直接波成分は存在せず、様々な経路の多重反射波が数多く成分として存在し、各振幅及び複素位相は時間と共にランダムに激しく変動する。これに対し、図9に示した大規模アンテナシステムのような見通し環境を想定する場合、見通し波3、構造物7による安定反射波4の安定パスはレベルが高い。見通し波3、構造物7による安定反射波4よりも遅延量が大きい時変動パスの多重反射波は、多重反射と経路長にともなう減衰により、図10(b)に示すように相対的にレベルが小さくなる。このようなチャネル情報を複数回取得して平均化すると、安定パスの成分は振幅及び複素位相共に毎回安定しているにもかかわらず、時変動パスの成分は複素空間上でランダムに合成され平均化される。そのため、平均化により安定成分のみを効果的に抽出することが可能になる。   FIG. 10 is a diagram illustrating an impulse response in a line-of-sight environment and a non-line-of-sight environment. FIG. 10A shows an impulse response in a non-line-of-sight environment, and FIG. 10B shows an impulse response in a line-of-sight environment. 10A and 10B, the horizontal axis represents the delay time, and the vertical axis represents the reception level of each delayed wave. In the case of the non-line-of-sight environment shown in FIG. 10 (a), there are no direct wave components in the line-of-sight section, multiple reflected waves of various paths exist as components, and each amplitude and complex phase becomes intense with time. fluctuate. In contrast, when a line-of-sight environment such as the large-scale antenna system shown in FIG. 9 is assumed, the level of the stable path of the line-of-sight 3 and the stable reflected wave 4 by the structure 7 is high. When the amount of delay is larger than that of the line-of-sight wave 3 and the stable reflected wave 4 by the structure 7, the multiple reflected wave of the variable path is relatively leveled as shown in FIG. 10 (b) due to multiple reflection and attenuation due to the path length. Becomes smaller. When such channel information is acquired and averaged multiple times, the components of the time-varying path are randomly synthesized in the complex space and averaged, although the components of the stable path are stable both in amplitude and complex phase each time. It becomes. Therefore, only stable components can be extracted effectively by averaging.

このようにして得られる時変動のない安定パスのチャネル情報をもとに、基地局1(図9参照)は送受信ウエイトを算出する。基地局1は、算出した送受信ウエイトを用いて多数のアンテナ素子で同位相合成を行うための指向性制御を行う。上記の送受信ウエイトを用いることで、基地局1は、指向性制御のターゲットとする通信相手の無線局への指向性利得をアンテナ本数Nの2乗倍に比例して高めることができる。また、ターゲット以外の無線局への与干渉の指向性利得はN倍に留まるため、相対的に希望信号と干渉信号との間には単純計算でN倍のギャップが生じる。結果的にSIR(Signal to Interference Ratio)の期待値は10Log10(N)dBとなる。この期待値は、Nが100の場合には20dBとなる。更に相関の小さな無線局を選択的に空間多重する場合には、更なるSIR特性の改善が期待され、より高い空間多重が実現できる。 The base station 1 (see FIG. 9) calculates transmission / reception weights based on the channel information of the stable path without time fluctuation obtained in this way. The base station 1 performs directivity control for performing in-phase synthesis with a large number of antenna elements using the calculated transmission / reception weights. By using the transmission / reception weight described above, the base station 1 can increase the directivity gain to the radio station of the communication partner that is the target of directivity control in proportion to the square of the number N of antennas. In addition, since the directivity gain of interference to radio stations other than the target remains N times, a gap of N times is generated between the desired signal and the interference signal by simple calculation. As a result, the expected value of SIR (Signal to Interference Ratio) is 10 Log 10 (N) dB. This expected value is 20 dB when N is 100. Furthermore, when a radio station having a small correlation is selectively spatially multiplexed, further improvement in SIR characteristics is expected, and higher spatial multiplexing can be realized.

非特許文献3及び非特許文献4には、上記の送受信ウエイトでは抑圧しきれない干渉を更に抑圧するための技術や、より低いチャネル相関の無線局の組み合わせを選択する技術が紹介されている。超高次の空間多重を実現するためには、チャネル情報の相関の小さな無線局を組み合わせることが重要である。基地局の多数のアンテナと第j無線局との間の第kサブキャリアに関するチャネル情報を成分とするチャネル情報ベクトル→h (k)(「h (k)」の前の記号「→」は、hの上に付与されてベクトルを表すための記号である)と、別の第i無線局におけるチャネル情報ベクトル→h (k)との間のチャネル相関は以下の数式(7)で与えられる。
Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4 introduce a technique for further suppressing interference that cannot be suppressed by the above transmission / reception weight and a technique for selecting a combination of radio stations having a lower channel correlation. In order to realize super-high-order spatial multiplexing, it is important to combine radio stations with small correlation of channel information. A channel information vector whose component is channel information related to the k-th subcarrier between the many antennas of the base station and the j-th radio station → h j (k) (the symbol “→” before “h j (k) ” is that it is applied over the h is a symbol for representing the vector), the channel correlation following equation between the channel information vectors in a different i-th radio station → h i (k) (7) Given.

見通し波のみで構成される仮想的なチャネルモデルを想定すると、上記のチャネル相関は二つの異なる無線局の方位の角度差θに強く依存した振る舞いを示すと考えられる。
図11は、基地局から角度θの方位差をもって存在する無線局を示す図である。二つの無線局のチャネル情報ベクトルを→h1 (k)および→h2 (k)とすると、チャネル相関の角度差依存性を計算することができる。
図12は、方位差角度θの二つの無線局におけるチャネル相関の角度差θ依存性を示す図である。ここでのシミュレーション条件としては、基地局のアンテナ数を128本とし、5.2GHzの周波数帯において、2波長間隔で128本のアンテナを円形に配置することを想定した。基地局と無線局との間は3kmで固定し、円形に無線局の座標を動かしながらチャネル相関を計算している。図12を読み取ると、角度差θが例えば5度程度以下であるとチャネル相関が大きな値になる場合があるが、所定の閾値α度を越えると相関は概ね0.2以下となる。非特許文献4に示されるスケジューリング法は、この角度差5度以上のチャネル相関の低さを積極的に利用したものである。
Assuming a virtual channel model composed only of line-of-sight waves, the above-mentioned channel correlation is considered to exhibit a behavior that strongly depends on the angle difference θ between the directions of two different radio stations.
FIG. 11 is a diagram illustrating a radio station that exists with an azimuth difference of an angle θ from the base station. If the channel information vectors of the two radio stations are → h 1 (k) and → h 2 (k) , the angle difference dependence of the channel correlation can be calculated.
FIG. 12 is a diagram illustrating the angle difference θ dependency of the channel correlation in the two radio stations with the azimuth difference angle θ. As simulation conditions here, it was assumed that the number of antennas of the base station is 128, and 128 antennas are arranged in a circle at intervals of two wavelengths in the frequency band of 5.2 GHz. The distance between the base station and the radio station is fixed at 3 km, and the channel correlation is calculated while moving the coordinates of the radio station in a circle. When FIG. 12 is read, the channel correlation may become a large value when the angle difference θ is, for example, about 5 degrees or less, but the correlation is approximately 0.2 or less when a predetermined threshold value α degrees is exceeded. The scheduling method shown in Non-Patent Document 4 positively utilizes the low channel correlation with an angle difference of 5 degrees or more.

太田厚 他、「大規模アンテナ無線エントランスシステムの提案」、電子情報通信学会総合大会B-5-175, 2013年3月.Atsushi Ota et al., `` Proposal of Large-scale Antenna Wireless Entrance System '', IEICE General Conference B-5-175, March 2013. 新井拓人 他、「大規模アンテナ無線エントランスシステムにおける送受信ウェイト算出法」、電子情報通信学会総合大会B-5-176, 2013年3月.Takuto Arai et al., `` Transmission / Reception Weight Calculation Method for Large-scale Antenna Wireless Entrance System '', IEICE General Conference B-5-176, March 2013. 丸田一輝 他、「大規模アンテナ無線エントランスシステムにおけるユーザ間干渉抑圧法」、電子情報通信学会総合大会B-5-177, 2013年3月.Kazuteru Maruta et al., `` Inter-user interference suppression method in large antenna wireless entrance system '', IEICE General Conference B-5-177, March 2013. 黒崎聰 他、「大規模アンテナ無線エントランスシステムにおける低相関スケジューリング法」、電子情報通信学会総合大会B-5-178, 2013年3月.Satoshi Kurosaki et al., `` Low Correlation Scheduling Method for Large-scale Antenna Wireless Entrance System '', IEICE General Conference B-5-178, March 2013.

図12を詳細に見たときに、概ね角度差が25度程度までは安定的に相関値が低い。しかし、角度差が25度程度を越えるとチャネル相関はランダムに変動し、時折、相関値が0.2を超える場合がある。0.2という相関値自体は比較的低い値であるために良好な特性ということができるが、この相関値のばらつきを抑えてより安定的に低い値に抑え込むことができればより高いSIR特性を実現可能である。換言すれば、伝送モードに要求されるSIR値を実現する範囲で可能な空間多重数を増大させることができる。   When FIG. 12 is viewed in detail, the correlation value is stably low until the angle difference is approximately 25 degrees. However, when the angle difference exceeds about 25 degrees, the channel correlation fluctuates randomly, and sometimes the correlation value exceeds 0.2. Although the correlation value of 0.2 is a relatively low value, it can be said to be a good characteristic. However, if the correlation value can be suppressed to a low value more stably by suppressing the dispersion of the correlation value, a higher SIR characteristic can be realized. Is possible. In other words, the number of possible spatial multiplexing can be increased within a range that realizes the SIR value required for the transmission mode.

上記事情に鑑み、本発明は、チャネル相関を抑制することにより、より高いSIR特性を実現し、伝送モードに要求されるSIR値を実現する範囲で可能な空間多重数を増大させるアンテナ、基地局装置、及びアンテナ素子の配置方法を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, the present invention realizes a higher SIR characteristic by suppressing channel correlation, and an antenna and a base station that increase the number of possible spatial multiplexing within a range that realizes an SIR value required for a transmission mode. An object of the present invention is to provide a device and a method for arranging antenna elements.

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を平面または該平面に近似可能な曲面である準平面上に2次元配置したアンテナであって、前記複数のアンテナ素子は、前記平面または準平面とアンテナ設置時の水平面とが交差する直線で表される所定の射影軸、に対して射影した場合に、前記射影軸における各射影が、互いに重ならず、略等間隔である。   One embodiment of the present invention is an antenna in which a plurality of antenna elements are two-dimensionally arranged on a plane or a quasi-plane that is a curved surface approximate to the plane, and the plurality of antenna elements include the plane or quasi-plane and an antenna. When projection is performed with respect to a predetermined projection axis represented by a straight line intersecting with the horizontal plane at the time of installation, the projections on the projection axis do not overlap with each other and are substantially equidistant.

本発明の一態様においては、前記複数のアンテナ素子は、前記射影軸における各射影が、10%の誤差の範囲内で等間隔である。   In one aspect of the present invention, in the plurality of antenna elements, projections on the projection axis are equally spaced within a 10% error range.

本発明の一態様においては、前記複数のアンテナ素子は、指向性アンテナであり、かつ、当該指向性アンテナの最大利得を示す方向を共通とする。   In one aspect of the present invention, the plurality of antenna elements are directional antennas and share a direction indicating the maximum gain of the directional antenna.

本発明の一態様においては、前記指向性アンテナの最大利得を示す方向は、前記平面または準平面に垂直な方向である。   In one aspect of the present invention, the direction indicating the maximum gain of the directional antenna is a direction perpendicular to the plane or quasi-plane.

本発明の一態様は、上記のアンテナを備え、無線チャネルを介して端末局との通信を行う基地局装置である。   One aspect of the present invention is a base station apparatus that includes the antenna and performs communication with a terminal station via a wireless channel.

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を平面または該平面に近似可能な曲面である準平面上に2次元配置するアンテナ素子の配置方法であって、前記複数のアンテナ素子を、前記平面または準平面とアンテナ設置時の水平面とが交差する直線で表される所定の射影軸、に対して射影した場合に、前記射影軸における各射影が、互いに重ならず、略等間隔となるように配置する。   One embodiment of the present invention is an antenna element arrangement method in which a plurality of antenna elements are two-dimensionally arranged on a plane or a quasi-plane that is a curved surface that can be approximated to the plane. When projecting to a predetermined projection axis represented by a straight line intersecting the quasi-plane and the horizontal plane at the time of antenna installation, the projections on the projection axis do not overlap each other and are substantially equidistant. Deploy.

本発明によれば、チャネル相関を抑制して、より高いSIR特性を実現することができる。   According to the present invention, channel correlation can be suppressed and higher SIR characteristics can be realized.

アンテナを円形配置した場合の無線局側から見たアンテナの配置関係を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship of the antenna seen from the radio station side at the time of arranging an antenna circularly. 本発明の基本原理の図を示す図である。It is a figure which shows the figure of the basic principle of this invention. 本発明の基本原理の補足を示す図である。It is a figure which shows the supplement of the basic principle of this invention. 第1のアンテナの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a 1st antenna. 本発明以外のアンテナの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the antennas other than this invention. 第2のアンテナの例を示す図であるIt is a figure which shows the example of a 2nd antenna. 第3のアンテナの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a 3rd antenna. 第1のアンテナの効果をシミュレーションにより評価した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having evaluated the effect of the 1st antenna by simulation. 大規模アンテナシステムの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a large-scale antenna system. 見通し環境および見通し外環境におけるインパルス応答を表す図である。It is a figure showing the impulse response in a line-of-sight environment and a non-line-of-sight environment. 基地局から角度θの方位差を持って存在する無線局を示す図である。It is a figure which shows the radio station which has an azimuth | direction difference of angle (theta) from a base station. 方位差角度θの二つの無線局におけるチャネル相関の角度差θ依存性を示す図である。It is a figure which shows angle difference (theta) dependence of the channel correlation in two radio stations of azimuth | direction difference angle (theta).

大規模アンテナシステムでは、送受信される信号を多数のアンテナで同位相合成することにより、指向性利得と空間多重時のSIR特性の改善を図ることができる。一般に、指向性制御に関与できるアンテナの本数が多いほど、特性を向上できると考えられる。基地局の回路規模を同程度で比較するために、個別のRF回路、ベースバンド処理回路の系統数の総数が同じ条件で検討する。RF回路は、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ、TDD(Time Division Duplex)スイッチ、A/D(Analog/Digital)変換器、D/A(Digital/Analog)変換器等の部材と関連付けられた1系等分のアナログ回路である。より多くのアンテナが関与することにより特性を改善することができるため、全方位に同一の指向性利得を示すオムニ指向性のアンテナの適用が基本となる。さらに、全方位に等方的な特性を示すために、このオムニ指向性のアンテナを円形に配置する。   In a large-scale antenna system, the directivity gain and the SIR characteristic at the time of spatial multiplexing can be improved by synthesizing the transmitted and received signals with the same phase using a large number of antennas. In general, it is considered that the characteristics can be improved as the number of antennas that can participate in directivity control increases. In order to compare the circuit scales of base stations at the same level, the total number of systems of individual RF circuits and baseband processing circuits is examined under the same conditions. The RF circuit is associated with members such as a high power amplifier, a low noise amplifier, a filter, a TDD (Time Division Duplex) switch, an A / D (Analog / Digital) converter, and a D / A (Digital / Analog) converter. It is an analog circuit for the system. Since characteristics can be improved by involving more antennas, the application of an omni-directional antenna that exhibits the same directivity gain in all directions is fundamental. Furthermore, in order to show isotropic characteristics in all directions, this omni-directional antenna is arranged in a circle.

前述の通り、図12に示したチャネル相関の評価では、2波長間隔でアンテナを円形に配置した場合を想定している。図12においては、角度差が25度以上の領域で時折、チャネル相関値が高くなっている箇所がある。この箇所には、概ねチャネル相関が低くなりながらも、アンテナによる指向性の分解能が不足しているために、チャネル相関値の低さを安定的に維持できないという状況が現れていると考えられる。一般的には、空間的な広がりを持った配置でアンテナが設置されている場合ほど、指向性の分解能は高いと考えられる。しかし、空間的な広がりの幅(範囲)が同程度である場合には、アンテナの分布に偏りがない場合ほど、分解能は高くなると期待される。   As described above, the channel correlation evaluation shown in FIG. 12 assumes a case where antennas are arranged in a circle at two wavelength intervals. In FIG. 12, there is a portion where the channel correlation value is occasionally high in a region where the angle difference is 25 degrees or more. It can be considered that a situation where the low channel correlation value cannot be stably maintained appears at this location because the channel correlation is generally low but the directivity resolution by the antenna is insufficient. In general, it is considered that the resolution of directivity is higher as the antenna is installed in a spatially wide arrangement. However, when the width (range) of the spatial spread is about the same, the resolution is expected to be higher as the antenna distribution is not biased.

図1は、アンテナを円形配置した場合の無線局側から見たアンテナの配置関係を示す図である。図1(a)は、図中の座標軸と平行な方向から見た場合の図である。図中の座標軸は、円形の中心からひとつの黒丸で示すアンテナ方向に伸ばした軸である。図1(b)は、図1(a)とは異なる方向から見た場合の図である。図1(a)(b)において、黒丸はアンテナ、大きな矢印は無線局から見た基地局の方向、白丸はこの方向から見た場合に投射されたアンテナの配置関係を示している。つまり、アンテナが存在する水平面内(図は、水平面を上側から見ている状態)において、この水平面内に含まれ、かつ、矢印方向に垂直な一次元の軸上に、黒丸で示したアンテナの位置を投影(射影)したものが白丸である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an antenna arrangement relationship viewed from the radio station side when antennas are arranged in a circle. Fig.1 (a) is a figure at the time of seeing from the direction parallel to the coordinate axis in a figure. The coordinate axis in the figure is an axis extending from the center of the circle in the antenna direction indicated by a single black circle. FIG.1 (b) is a figure at the time of seeing from a different direction from Fig.1 (a). 1A and 1B, black circles indicate antennas, large arrows indicate the direction of the base station viewed from the radio station, and white circles indicate the positional relationship of the antennas projected when viewed from this direction. In other words, in the horizontal plane where the antenna exists (the figure shows the horizontal plane as viewed from above), the antennas indicated by black circles are included in this horizontal plane and on the one-dimensional axis perpendicular to the arrow direction. A white circle is a projection (projection) of the position.

図1(a)のように、円形の中心からひとつの黒丸で示すアンテナ方向に伸ばした軸と平行な方向の無線局から見た場合には、一部の黒丸は投影面上で重複し、12個の黒丸に対して白丸は7個になって見えている。この場合、投影面上で重複するアンテナ同士は指向性利得の向上のためには相互に有効に機能できる反面、指向性を形成する上でのチャネル相関の低減のための分解能的には、有効に機能できないことが予想される。
これに対して、図1(b)のように、若干回転した方向の無線局から見た場合には、黒丸で示すアンテナの位置が投影面上で重複せず、ある部分は投影された白丸の間隔が狭く、ある部分は逆に間隔が広くなっている。このばらつきにより、指向性を形成する上でのチャネル相関の低減のための分解能的には、白丸が重複する図1(a)の場合より優位であることが予想される。しかし、方向が微妙に変わり、図1(a)のように白丸が重複する状態に近づくに従い分解能が低下すると考えられることから、図1(b)の場合であっても、投影(射影)が等間隔になる場合よりは分解能が低くなっているものと考えられる。例えば図1(a)の状態に近い場合などは、その特殊性故に、チャネル相関が部分的に大きくなり、空間多重にあまり適さない状態になる。
When viewed from a wireless station in a direction parallel to the axis extending from the center of the circle to the antenna direction indicated by one black circle as shown in FIG. 1A, some black circles overlap on the projection plane, There are 7 white circles against 12 black circles. In this case, antennas that overlap on the projection plane can function effectively to improve directivity gain, but are effective in terms of resolution to reduce channel correlation in forming directivity. It is expected that it will not function properly.
On the other hand, as shown in FIG. 1B, when viewed from a wireless station in a slightly rotated direction, the positions of the antennas indicated by black circles do not overlap on the projection plane, and certain portions are projected white circles. The interval is narrow, and in some parts, the interval is wide. Due to this variation, it is expected that the resolution for reducing the channel correlation in forming the directivity is superior to the case of FIG. 1A in which white circles overlap. However, since the direction changes slightly and the resolution decreases as the white circles approach as shown in FIG. 1A, the projection (projection) does not occur even in the case of FIG. 1B. It is considered that the resolution is lower than the case where the intervals are equal. For example, in the case of being close to the state of FIG. 1A, for example, the channel correlation is partially increased due to its particularity, and is not suitable for spatial multiplexing.

元来、アンテナを設置する空間的な広がりは大きい方が好ましい。しかし、空間的な広がりが大きいほどアンテナを設置する台座部分が大掛かりになり、より大きな構造物が必要になる。アンテナを狭いところに配置した方が設置する構造物を簡易なもので済ませて、設置費用を低減できる。特性と設置費用とのバランスを考えれば、同程度の広がりの中で配置されたアンテナにおいて、チャネル相関を極力低く抑えることが求められる。   Originally, it is preferable that the spatial extent in which the antenna is installed is large. However, the larger the spatial extent, the larger the pedestal for installing the antenna, and a larger structure is required. If the antenna is placed in a narrow place, the installation structure can be simplified and the installation cost can be reduced. Considering the balance between characteristics and installation cost, it is required to keep the channel correlation as low as possible in the antennas arranged in the same extent.

例えば、周波数として5GHzを想定すると波長は約6cmである。円形に2波長間隔で100本を並べた場合には、全円周が12mであり半径が約1.9m(直径3.8m)に相当する。アンテナ間隔を2波長間隔としているのは、アンテナ間隔が波長に比べて短くなると、アンテナ毎の独立性が損なわれるからである。近傍のアンテナが結合した状況で動作すると、単純に独立な波が重ね合わされて振幅がN倍になることで期待される効果が得られにくい。実際にはアンテナ間隔は、2波長までは必要ではないかもしれない。しかし、アンテナ素子は、少なくとも互いに1/4波長以上離れていることが好ましい。また、アンテナを、1重の円ではなく2重3重の同心円の円周上に配置することで設置部の台座部分の規模を抑えることはできる。しかし、2重3重の同心円の円周上にアンテナを配置すると、方向によっては図1(a)のように投影面上でアンテナが重複したり、図1(b)のように投影面上でのアンテナ間隔が不均一になったりすることが予想される。   For example, assuming a frequency of 5 GHz, the wavelength is about 6 cm. When 100 pieces are arranged in a circle at intervals of two wavelengths, the total circumference is 12 m, and the radius is approximately 1.9 m (diameter 3.8 m). The reason why the antenna interval is set to the two-wavelength interval is that the independence of each antenna is lost when the antenna interval is shorter than the wavelength. When operating in a state where adjacent antennas are coupled, it is difficult to obtain the expected effect by simply superimposing independent waves and increasing the amplitude N times. In practice, antenna spacing may not be required up to two wavelengths. However, the antenna elements are preferably separated from each other by at least a quarter wavelength. Moreover, the scale of the pedestal portion of the installation portion can be suppressed by arranging the antenna on the circumference of a double triple concentric circle instead of a single circle. However, when antennas are arranged on the circumference of double and triple concentric circles, depending on the direction, the antennas overlap on the projection surface as shown in FIG. 1 (a), or on the projection surface as shown in FIG. 1 (b). It is expected that the antenna spacing at the time becomes non-uniform.

以上に説明したように、無線局の方角から見た場合に、水平面内における無線局の方角と直交する軸を定めその軸上に各アンテナの位置を投影した際の投影点について、間隔が不均一であったり、見る方向によっては投影点が重複したりすることが問題を招来していた。この問題は、水平面内にアンテナが配置される場合には原理的に回避することができない。しかし、水平面に直交した平面上に2次元的に指向性アンテナを配置し、その平面と水平面との接する軸上に投影した際に間隔の均等化を図ることは可能である。なお、水平面に直交した平面については、この平面に多少の傾斜をつけて、指向性にチルト角を与える構成としてもよい。   As described above, when viewed from the direction of the radio station, an interval perpendicular to the direction of the radio station in the horizontal plane is defined, and the projection point when the position of each antenna is projected on the axis is not spaced. The problem is that it is uniform or the projection points overlap depending on the viewing direction. This problem cannot be avoided in principle when the antenna is arranged in a horizontal plane. However, it is possible to equalize the intervals when a directional antenna is two-dimensionally arranged on a plane orthogonal to the horizontal plane and projected onto an axis where the plane and the horizontal plane are in contact with each other. In addition, about the plane orthogonal to the horizontal plane, it is good also as a structure which gives a slight tilt to this plane and gives a tilt angle to directivity.

図2は、本発明の実施形態における基本原理を示す図である。図2においては、水平面21、垂直面22、アンテナ23a〜23i、投影点24a〜24iが示されている。投影点24a〜24iは、水平面21と垂直面22とが接する軸上への各アンテナ23a〜23iの投影点である。アンテナ23a〜23iは指向性アンテナである。アンテナ23a〜23iは、垂直面22の片側方向(例えば、図中手前方向)に対しては高い指向性利得を示し、その逆方向(例えば、図中奥行方向)に対しては指向性利得が低くなるように設定している。アンテナ23a〜23iの指向性利得パターンは特に限定されない。しかし、例えば垂直面22の1面でカバーすべきエリアが120度(正面に対して左右60度の範囲)であれば、正面から±60度の範囲で一様に安定的に高い指向性利得を示し、更に±60度を超える範囲では急速に指向性利得が下がることが好ましい。つまり、第1のアンテナにおいて、複数のアンテナ素子は指向性アンテナであり、指向性アンテナの最大利得を示す方向を共通とするとともに、指向性アンテナの最大利得を示す方向は平面に垂直な方向である。   FIG. 2 is a diagram showing a basic principle in the embodiment of the present invention. In FIG. 2, a horizontal plane 21, a vertical plane 22, antennas 23a to 23i, and projection points 24a to 24i are shown. The projection points 24a to 24i are projection points of the antennas 23a to 23i on the axis where the horizontal plane 21 and the vertical plane 22 are in contact with each other. The antennas 23a to 23i are directional antennas. The antennas 23a to 23i exhibit high directivity gain in one side direction (for example, the front direction in the figure) of the vertical surface 22, and directivity gain in the opposite direction (for example, the depth direction in the figure). It is set to be lower. The directivity gain pattern of the antennas 23a to 23i is not particularly limited. However, for example, if the area to be covered by one surface of the vertical surface 22 is 120 degrees (in the range of 60 degrees on the left and right with respect to the front), the directivity gain is uniformly and stably high within a range of ± 60 degrees from the front. In addition, it is preferable that the directivity gain decreases rapidly in the range exceeding ± 60 degrees. That is, in the first antenna, the plurality of antenna elements are directional antennas, and the direction indicating the maximum gain of the directional antenna is common, and the direction indicating the maximum gain of the directional antenna is a direction perpendicular to the plane. is there.

各アンテナ23a〜23iは、各々が独立に動作し、複数素子間でアンテナが結合した特性を示さない構成とするために十分な間隔を離して設置される。例えば、任意のアンテナ同士の間隔が1波長以上となるように設置するために、水平方向のアンテナ(23a〜23c、23d〜23f、23g〜23i)同士では1波長間隔とし、各段のアンテナ(23a〜23c、23d〜23f、23g〜23i)も1波長間隔を離してもよい。
また、垂直面22は、基本的には水平面21に直交するものであるが、例えば基地局のアンテナが高所に設置され、全体的にサービスエリアが下方に位置する場合には若干下向きにチルト角を設け、垂直よりも下向きに設置してもよい。
このようにして設置される各アンテナ23a〜23iに対し、水平面21と垂直面22との接する軸を定め、その軸上に各アンテナ23a〜23iを投影させた投影点24a〜24i(射影)が、各々均等に等間隔で配置されるようにすることで、図1(a)(b)で示した問題を回避することができる。
Each of the antennas 23a to 23i operates independently, and is installed with a sufficient interval so as not to exhibit a characteristic in which the antenna is coupled between a plurality of elements. For example, in order to install the antennas so that the distance between the arbitrary antennas is one wavelength or more, the horizontal antennas (23a to 23c, 23d to 23f, 23g to 23i) have one wavelength interval, 23a-23c, 23d-23f, and 23g-23i) may also be separated by one wavelength interval.
The vertical plane 22 is basically orthogonal to the horizontal plane 21. For example, when the antenna of the base station is installed at a high place and the service area is located entirely, the vertical plane 22 is tilted slightly downward. A corner may be provided and installed below the vertical.
For each antenna 23a to 23i installed in this way, an axis where the horizontal plane 21 and the vertical plane 22 are in contact is determined, and projection points 24a to 24i (projections) obtained by projecting the antennas 23a to 23i on the axis are provided. The problems shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) can be avoided by arranging them at equal intervals.

図3は、本発明の基本原理の補足を示す図である。図3(a)は、設置アンテナを斜め方向から見た構成を示す図である。図3(b)は、設置アンテナを真上方向から見た構成を示す図である。図3(a)(b)の黒い四角は指向性アンテナをあらわしている。   FIG. 3 is a diagram showing a supplement to the basic principle of the present invention. FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration in which the installation antenna is viewed from an oblique direction. FIG. 3B is a diagram illustrating a configuration in which the installation antenna is viewed from directly above. The black squares in FIGS. 3A and 3B represent directional antennas.

図2に示した垂直面22の平面上に2次元的に配置されたアンテナ23a〜23iは指向性アンテナにより構成されるため、360度の全方位に対してサービスを提供することはできない。従って、360度のサービス提供、またはひとつの垂直面22に配置されたアンテナ23a〜23iでカバーできないエリアへのサービス提供を行うためには、垂直面22を複数面設けてカバーできるエリアを拡張する。
図3(a)は、3面構成で各々概ね120度の領域を主にカバーする。3面構成ではなく、2面構成や4面以上の構成としてもよい。垂直面22の各アンテナ素子の関係はここでは規定しないが、基本的に複数面構成とすることで様々な方向の無線局に対しても対応可能な状況を作りだすことができる。
Since the antennas 23a to 23i arranged two-dimensionally on the plane of the vertical plane 22 shown in FIG. 2 are configured by directional antennas, it is not possible to provide a service for all directions of 360 degrees. Therefore, in order to provide 360 degrees of service or provide services to an area that cannot be covered by the antennas 23a to 23i arranged on one vertical surface 22, a plurality of vertical surfaces 22 are provided to expand the area that can be covered. .
FIG. 3A mainly covers an area of approximately 120 degrees in a three-surface configuration. Instead of a three-surface configuration, a two-surface configuration or a configuration with four or more surfaces may be used. Although the relationship between the antenna elements on the vertical plane 22 is not defined here, a situation that can be applied to radio stations in various directions can be created basically by using a multi-plane configuration.

図4は、本発明の実施形態に係る第1のアンテナの例を示す図である。以降の説明では、垂直面22は水平面21に直交するものとし(図2参照)、垂直面22内の水平方向の軸と垂直方向の軸とを明示的に示し、この軸に対するアンテナの配置を説明する。ただし、上述のように、垂直面22に所定のチルト角を与えることにより水平面21に対する垂直軸を垂直面22が含まない場合がある。以下では、このような場合も含めた例として、垂直面22が水平面21と直交する状態を一例として選択して説明を行うが、本発明は上述のようにチルト角を持つ場合も含めた一般的な場合を全て包含するものとする。図4においては、黒四角のアンテナ素子10と、着目すべき場所を示すための丸印のマーカ11a〜11kとが示されている。図4において、アンテナ素子10は、平面上に2次元配置されている。アンテナ素子10は、本図では一例として水平方向に10個並べられ、垂直方向に10段重ねられて、合計100個で構成されている。アンテナ素子10は、各々、指向性アンテナであり、正面方向に高い指向性利得を示す。例えば、水平方向のアンテナ間隔を1波長間隔に設定したとする。図4においては、最左側のアンテナ素子10の列において、1波長間隔のアンテナ間隔を10分割した補助線の点線を明記している。10分割とした理由は、アンテナ素子10が垂直方向に10段重ねられたことによる。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the first antenna according to the embodiment of the present invention. In the following description, the vertical plane 22 is assumed to be orthogonal to the horizontal plane 21 (see FIG. 2), and the horizontal axis and the vertical axis in the vertical plane 22 are explicitly shown, and the antenna arrangement with respect to this axis is shown. explain. However, as described above, the vertical plane 22 may not include the vertical axis with respect to the horizontal plane 21 by giving a predetermined tilt angle to the vertical plane 22. In the following, as an example including such a case, the state in which the vertical plane 22 is orthogonal to the horizontal plane 21 will be selected and described as an example. However, the present invention generally includes the case where the tilt angle is included as described above. All typical cases shall be included. In FIG. 4, a black square antenna element 10 and circle markers 11 a to 11 k for indicating locations to be noted are shown. In FIG. 4, the antenna elements 10 are two-dimensionally arranged on a plane. In the figure, as an example, ten antenna elements 10 are arranged in the horizontal direction, and 10 stages are stacked in the vertical direction, so that a total of 100 antenna elements 10 are configured. Each of the antenna elements 10 is a directional antenna and exhibits a high directivity gain in the front direction. For example, assume that the antenna interval in the horizontal direction is set to one wavelength interval. In FIG. 4, the dotted line of the auxiliary line obtained by dividing the antenna interval of one wavelength interval into 10 is clearly shown in the leftmost antenna element 10 column. The reason for the division into 10 is that the antenna elements 10 are stacked in 10 steps in the vertical direction.

マーカ11a及びマーカ11kの箇所の2つのアンテナ素子10の間隔を10等分し、下から2段目のマーカ11bの箇所のアンテナ素子10を、マーカ11aのアンテナよりも間隔の1/10分だけ右側に寄せて配置する。そのアンテナ素子10から図中右側に向かって隣のアンテナ素子10を1波長間隔で配置する。同様に、下から3段目に関してはマーカ11cのアンテナ素子10をマーカ11aのアンテナ素子10よりも間隔の2/10だけ右側に寄せて配置する。そのアンテナ素子10から図中右側に向かって隣のアンテナ素子10を1波長間隔で配置する。このような配置を上段まで繰り返すと、最上段のマーカ11jのアンテナ素子10の位置から水平方向に間隔の1/10だけ移動すると、マーカ11kのアンテナの位置に一致するようになる。このため、全ての100個のアンテナ素子10を水平方向の軸(射影軸)に投影(射影)すると、投影された位置が均等な間隔となるように全体が構成される。この水平方向の軸は、着目する平面とアンテナ設置時の水平面とが交差する直線で表される所定の射影軸である。なお、図3に示す様に複数の平面により構成される場合には、各平面において個別の射影軸が存在することになる。この射影軸に対して射影した場合に、この射影軸における射影が、互いに重ならず、略等間隔となるように複数のアンテナ素子10が配置される。この図の例では、水平方向の軸への投影点(射影)は、波長の1/10間隔となる。多くの場合、アンテナ間隔は1波長以上離れているので、不要なアンテナの結合現象を回避することが可能であり、各アンテナからの波動の重ねあわせとして動作させることができる。   The interval between the two antenna elements 10 at the positions of the marker 11a and the marker 11k is divided into 10 equal parts, and the antenna element 10 at the position of the marker 11b on the second stage from the bottom is 1/10 of the interval from the antenna of the marker 11a. Arrange them to the right. The adjacent antenna elements 10 are arranged at intervals of one wavelength from the antenna element 10 toward the right side in the figure. Similarly, with respect to the third stage from the bottom, the antenna element 10 of the marker 11c is arranged to the right by 2/10 of the interval from the antenna element 10 of the marker 11a. The adjacent antenna elements 10 are arranged at intervals of one wavelength from the antenna element 10 toward the right side in the figure. When such an arrangement is repeated up to the upper stage, when the antenna element 10 of the uppermost marker 11j is moved from the position of the antenna element 1/10 in the horizontal direction, it coincides with the antenna position of the marker 11k. For this reason, when all the 100 antenna elements 10 are projected (projected) on a horizontal axis (projection axis), the whole is configured so that the projected positions are evenly spaced. This horizontal axis is a predetermined projection axis represented by a straight line intersecting the plane of interest and the horizontal plane when the antenna is installed. In the case of being constituted by a plurality of planes as shown in FIG. 3, there are individual projection axes in each plane. The plurality of antenna elements 10 are arranged so that the projections on the projection axis do not overlap each other and are substantially equidistant when projected onto the projection axis. In the example of this figure, the projection points (projections) on the horizontal axis are at intervals of 1/10 of the wavelength. In many cases, since the antenna interval is more than one wavelength apart, it is possible to avoid an unnecessary antenna coupling phenomenon, and it can be operated as a superposition of waves from each antenna.

図5は、本発明以外のアンテナの例を示す。図5において、黒四角で表されるアンテナ素子10は100個示されている。図5のアンテナは、図2に示した動作原理を考慮した構成とはなっていない。具体的には、図5のアンテナでは、水平方向および垂直方向に各アンテナ素子10は整列しており、完全な格子上の各格子点にアンテナ素子10が配置されている。この場合、水平方向の軸に100個のアンテナ素子10を投影(射影)すると、各10個ずつが重複するために、水平方向の分解能が十分に得られないという問題がある。図4の配置パターンは、この問題を解決可能なアンテナパターンとなっている。   FIG. 5 shows an example of an antenna other than the present invention. In FIG. 5, 100 antenna elements 10 represented by black squares are shown. The antenna shown in FIG. 5 is not configured in consideration of the operation principle shown in FIG. Specifically, in the antenna of FIG. 5, the antenna elements 10 are aligned in the horizontal direction and the vertical direction, and the antenna elements 10 are arranged at respective lattice points on a complete lattice. In this case, when 100 antenna elements 10 are projected (projected) on the horizontal axis, each 10 overlaps, so that there is a problem that sufficient horizontal resolution cannot be obtained. The arrangement pattern in FIG. 4 is an antenna pattern that can solve this problem.

図6は、本発明の実施形態に係る第2のアンテナの例を示す図である。図6においては、図4と同様に、黒四角のアンテナ素子10と、着目すべき場所を示すための丸印のマーカ12a〜12kとが示されている。図6において、アンテナ素子10は、平面上に2次元配置されている。アンテナ素子10は、水平方向に10個並べられ、垂直方向に10段重ねられて、合計100個で構成されている。図6において、図4と異なっているのは、図4では各アンテナ素子10は垂直方向では同一の高さに配置されているが、図6では、マーカ12a〜12kに示す同じ段に属するアンテナ素子10は垂直方向の位置が異なっていることである。図4の水平方向に対しても、列ごとに間隔の1/10ずつのオフセットを加え、結果的に水平方向の軸(射影軸)に対する投影点(射影)が等間隔にずれているようにすると、図6の構成となる。図6における水平方向の軸は、基地局からアンテナへの方向に直交する所定の射影軸である。この射影軸に対して射影した場合に、射影軸における射影が、互いに重ならず、略等間隔となるように複数のアンテナ素子10が配置される。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the second antenna according to the embodiment of the present invention. In FIG. 6, similarly to FIG. 4, a black square antenna element 10 and circle markers 12 a to 12 k for indicating locations to be noted are shown. In FIG. 6, the antenna elements 10 are two-dimensionally arranged on a plane. Ten antenna elements 10 are arranged in the horizontal direction, and 10 stages are stacked in the vertical direction, for a total of 100 antenna elements. 6 differs from FIG. 4 in that each antenna element 10 is arranged at the same height in the vertical direction in FIG. 4, but in FIG. 6, the antennas belonging to the same stage shown by the markers 12a to 12k. The element 10 is different in vertical position. Also in the horizontal direction of FIG. 4, an offset of 1/10 of the interval is added for each column so that the projection points (projection) with respect to the horizontal axis (projection axis) are shifted at equal intervals. Then, it becomes the structure of FIG. The horizontal axis in FIG. 6 is a predetermined projection axis orthogonal to the direction from the base station to the antenna. The plurality of antenna elements 10 are arranged so that the projections on the projection axis do not overlap each other and are substantially equidistant when projected onto the projection axis.

図6では、垂直方向の軸(射影軸)に対して投影点(射影)を求めると、100個のアンテナ素子10が全て均等に配置されている。この結果、水平方向に対する分解能を高めることに加え、垂直方向への分解能も高めることができる。例えば、基地局のアンテナが局舎ビルの屋上のような高所に設置されているとする。図2の垂直面22に対して同一方向の2台の無線局に対して、例えば一方の無線局が基地局に近く、他方の無線局が基地局から遠い場合を考える。基地局に近い無線局の場合は下方に見下ろす方向に位置し、基地局から遠い無線局の場合には比較的水平方向に位置することになる。この結果、垂直方向の角度差に対して分解能が機能する。これにより、各々のチャネル相関を下げることが可能になる。   In FIG. 6, when the projection point (projection) is obtained with respect to the vertical axis (projection axis), all 100 antenna elements 10 are equally arranged. As a result, in addition to increasing the resolution in the horizontal direction, the resolution in the vertical direction can also be increased. For example, it is assumed that the antenna of the base station is installed at a high place such as the roof of a building. Consider two wireless stations in the same direction with respect to the vertical plane 22 in FIG. 2, for example, where one wireless station is close to the base station and the other wireless station is far from the base station. In the case of a radio station close to the base station, the radio station is positioned in a downward direction, and in the case of a radio station far from the base station, the radio station is positioned in a relatively horizontal direction. As a result, the resolution functions for the angular difference in the vertical direction. Thereby, each channel correlation can be lowered.

図7は、本発明の実施形態に係る第3のアンテナの例を示す図である。図7においては、黒丸で位置を表したアンテナ素子10が113個と、着目すべき場所を示すための丸印のマーカ13a〜13gとが示されている。
図4及び図6においては、各アンテナは図5に示した正方格子状に配置されていたものを平行四辺形状に歪ませる変形を行ってアンテナ素子10の配置位置を決定した。しかし、図7では、元の配置は正三角形状に最密充填させた位置にアンテナ素子10を設置している。また、図4及び図6においては、水平軸と垂直軸とを90度の直交状態から歪ませた状態で各アンテナ素子10の相対的な位置関係を調整するように変形していた。しかし、図7では、全体の相対的な位置関係をそのままにして全体を回転させることで、水平方向の軸(射影軸)への投影点(射影)を均等化させる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the third antenna according to the embodiment of the present invention. In FIG. 7, 113 antenna elements 10 whose positions are indicated by black circles and circle markers 13a to 13g for indicating locations to be noted are shown.
4 and 6, the antenna elements 10 are arranged by deforming the antenna elements 10 arranged in the square lattice shape shown in FIG. 5 into a parallelogram shape, and the arrangement positions of the antenna elements 10 are determined. However, in FIG. 7, the antenna element 10 is installed at a position where the original arrangement is closest packed in a regular triangle shape. 4 and 6, the horizontal axis and the vertical axis are deformed so as to adjust the relative positional relationship of each antenna element 10 in a state where the horizontal axis and the vertical axis are distorted from the orthogonal state of 90 degrees. However, in FIG. 7, the projection point (projection) on the horizontal axis (projection axis) is equalized by rotating the whole while maintaining the relative positional relationship of the whole.

水平方向に並ぶ各アンテナ素子は、正三角形状に並ぶために、偶数段と奇数段では水平方向の位置が異なる。1段目のマーカ13aで示すアンテナ素子10、2段目のマーカ13gで示すアンテナ素子10、11段目(最上段)のマーカ13fで示すアンテナ素子10に着目する。これらを全体的に時計回りの方向に回転させる。1段目のマーカ13aで示すアンテナ素子10及び2段目のマーカ13gで示すアンテナ素子10の水平方向の軸への投影点の間隔に対し、11段目(最上段)のマーカ13fで示すアンテナ素子10の水平方向の軸への投影点が5/6の位置に来るように設定する。この結果、マーカ13a〜13gで示す各アンテナ素子10は、水平方向の軸(射影軸)への投影点(射影)が均等に配置されるようになる。また、残りの全てのアンテナ素子10も、水平方向の軸への投影点が均等に配置されるようになる。アンテナ素子10は、平面上に2次元配置されている。図7における水平方向の軸は、着目する平面とアンテナ設置時の水平面が交差する直線で表される所定の射影軸である。この水平方向の軸(射影軸)に対して射影した場合に、水平方向の軸(射影軸)における各射影が、互いに重ならず、略等間隔となるように、複数のアンテナ素子10が配置される。   Since the antenna elements arranged in the horizontal direction are arranged in an equilateral triangle, the positions in the horizontal direction are different between the even-numbered stages and the odd-numbered stages. Attention is paid to the antenna element 10 indicated by the first-stage marker 13a, the antenna element 10 indicated by the second-stage marker 13g, and the antenna element 10 indicated by the eleventh-stage (topmost) marker 13f. These are rotated in the clockwise direction as a whole. The antenna indicated by the eleventh (uppermost) marker 13f with respect to the distance between the projection points on the horizontal axis of the antenna element 10 indicated by the first marker 13a and the antenna element 10 indicated by the second marker 13g. The projection point on the horizontal axis of the element 10 is set at a position of 5/6. As a result, in each antenna element 10 indicated by the markers 13a to 13g, the projection points (projections) on the horizontal axis (projection axis) are evenly arranged. Further, all the remaining antenna elements 10 are evenly arranged with projection points on the horizontal axis. The antenna elements 10 are two-dimensionally arranged on a plane. The horizontal axis in FIG. 7 is a predetermined projection axis represented by a straight line intersecting the plane of interest and the horizontal plane when the antenna is installed. The plurality of antenna elements 10 are arranged so that the projections on the horizontal axis (projection axis) do not overlap with each other when projected onto the horizontal axis (projection axis). Is done.

図7における回転操作の角度は比較的小さい。そのため、回転する前の段階でアンテナの水平偏波方向と水平面が一致するようにアンテナ素子10を固定し、これを回転させることにより水平偏波方向が実際の運用時の水平面とは傾いた状態で運用することも可能である。しかし、この場合には各アンテナ素子の偏波面が水平・垂直軸から傾いた状態となる。見通し環境での運用では、偏波面は回転せずに伝搬することが期待されるため、偏波を考慮した利得を最大とするために、理想的には図7の黒丸で表される点に水平偏波方向と実際の運用時(アンテナ設置時)の水平面とが一致するように角度を調整してアンテナ素子10を固定することが好ましい。なお、この配置は図5の場合も同様であり、正方格子をベースとするアンテナを回転させて図7と同様の関係(偏波面の調整も含む)に設定してもよい。なお、以上の記述は各アンテナ素子の偏波特性を水平偏波とすることを意図するものではなく、あくまでも水平偏波と垂直偏波が定義できるアンテナ素子において、偏波特性に依存せずにあくまでも水平偏波の軸方向のみに着目し、この軸方向がアンテナ設置時の水平面に含まれるように設置することを意図している。
ここで注意すべき点は、本発明が想定する基地局のアンテナは固定的に設置されるものであり、本発明は固定的に設置された状態での特性・特徴を規定するものである。したがって、ここで規定する「アンテナ」とは、図4および図6(図7で示されたアンテナ素子の配置で且つ偏波面が水平に調整されている場合を含む)にて例示された部品としてのアンテナに加えて、図5などのアンテナを、図7に示した様に回転させて設置した、固定状態ないしは運用システムとしてのアンテナの両方を含むこととする。また、アンテナ設置時の水平面とは、アンテナが固定的に設置されたときの水平面を意味する。固定前の流通時や運搬時においても、設置用に備えられた部品(取り付け部品など)の配置や大きさや種類や数、作業穴(ねじ穴など)の配置や大きさや種類や数、または取り付け説明書や設計図の記載、各種の案内情報によって、アンテナ設置時の水平面の面方向は明らかとなる。
The angle of the rotation operation in FIG. 7 is relatively small. Therefore, the antenna element 10 is fixed so that the horizontal polarization direction of the antenna coincides with the horizontal plane before the rotation, and the horizontal polarization direction is inclined with respect to the horizontal plane during actual operation by rotating the antenna element 10. It is also possible to operate with. However, in this case, the polarization plane of each antenna element is inclined from the horizontal and vertical axes. When operating in a line-of-sight environment, the polarization plane is expected to propagate without rotating. Therefore, in order to maximize the gain considering the polarization, ideally the point represented by the black circle in FIG. It is preferable to fix the antenna element 10 by adjusting the angle so that the horizontal polarization direction coincides with the horizontal plane during actual operation (when the antenna is installed). This arrangement is the same as in FIG. 5 and the antenna based on a square lattice may be rotated to set the same relationship as that in FIG. 7 (including adjustment of the polarization plane). Note that the above description does not intend that the polarization characteristics of each antenna element be horizontal polarization, but depends on the polarization characteristics for antenna elements that can define horizontal polarization and vertical polarization. Instead, the focus is only on the axial direction of the horizontally polarized wave, and the installation is intended to be included in the horizontal plane when the antenna is installed.
The point to be noted here is that the antenna of the base station assumed by the present invention is fixedly installed, and the present invention defines the characteristics and characteristics in a fixedly installed state. Therefore, the “antenna” defined here is a part exemplified in FIG. 4 and FIG. 6 (including the case where the antenna element is arranged as shown in FIG. 7 and the plane of polarization is adjusted horizontally). In addition to the antenna of FIG. 5, the antenna of FIG. 5 etc. shall include both the fixed state or the antenna as an operation system installed by rotating as shown in FIG. Further, the horizontal plane when the antenna is installed means a horizontal plane when the antenna is fixedly installed. Even during distribution and transportation before fixing, the arrangement, size, type, and number of parts (mounting parts, etc.) provided for installation, arrangement, size, type, number, or installation of work holes (screw holes, etc.) The surface direction of the horizontal plane when the antenna is installed becomes clear from the description of the manual, the design drawing, and various types of guidance information.

図8は、本発明の実施形態に係る第1のアンテナの効果をシミュレーションにより評価した結果を示す図である。図8(a)は、水平平面内にオムニアンテナを2波長間隔で円形配置した従来技術において、無線局の方位の角度差とチャネル相関との関係(図11参照)を示す図である。
図8(b)は、第1のアンテナ(アンテナ配置は2波長間隔)において、垂直平面から正面0度方向に基準となる無線局を配置し、正面から0〜90度の方向に比較対象の無線局を配置したときの無線局の方位の角度差とチャネル相関との関係を示す図である。
図8(c)は、第1のアンテナ(アンテナ配置は2波長間隔)において、垂直平面から正面方向に60度方向となる方位に基準となる無線局を配置し、その無線局から角度差が0〜150度となる方向に比較対象の無線局を配置したときの無線局の方位の角度差とチャネル相関との関係を示す図である。なお、無線局からの角度差が150度の時、垂直平面にて横向きの方向を指すことになる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a result of evaluating the effect of the first antenna according to the embodiment of the present invention by simulation. FIG. 8 (a) is a diagram showing the relationship (see FIG. 11) between the angle difference between the azimuths of radio stations and the channel correlation in the prior art in which omni antennas are circularly arranged at two wavelength intervals in a horizontal plane.
FIG. 8 (b) shows that the reference radio station is arranged in the direction of 0 degrees from the vertical plane in the first antenna (antenna arrangement is two wavelength intervals), and the comparison target is in the direction of 0 to 90 degrees from the front. It is a figure which shows the relationship between the angle difference of the azimuth | direction of a radio station when a radio station is arrange | positioned, and channel correlation.
FIG. 8 (c) shows that a reference radio station is arranged in a direction of 60 degrees from the vertical plane to the front direction in the first antenna (antenna arrangement is two wavelength intervals), and the angle difference from the radio station is It is a figure which shows the relationship between the angle difference of the azimuth | direction of a radio station, and channel correlation when the radio station for comparison is arrange | positioned in the direction used as 0 to 150 degree | times. When the angle difference from the radio station is 150 degrees, it indicates the horizontal direction on the vertical plane.

評価条件としては、各々、アンテナ素子の本数を100本、周波数5GHz、基地局と無線局との距離100mとした。想定した平面アンテナの指向性利得パターンは、正面に対し±30度の範囲で最大利得、30度から60度の範囲では最大利得から線形に−5dB減少する。60度から90度の範囲では最大利得−5dBから線形に−10dBまで減少し、90度以上(裏面方向)では利得がマイナス無限大である。第1のアンテナにおいて、複数のアンテナ素子は指向性アンテナであり、指向性アンテナの最大利得を示す方向を共通とするとともに、指向性アンテナの最大利得を示す方向は平面に垂直な方向である。   As the evaluation conditions, the number of antenna elements was 100, the frequency was 5 GHz, and the distance between the base station and the radio station was 100 m. The assumed directivity gain pattern of the planar antenna decreases by -5 dB linearly from the maximum gain in the range of ± 30 degrees with respect to the front, and linearly from the maximum gain in the range of 30 degrees to 60 degrees. In the range of 60 degrees to 90 degrees, the maximum gain decreases linearly from -5 dB to -10 dB, and in the case of 90 degrees or more (backward direction), the gain is minus infinity. In the first antenna, the plurality of antenna elements are directional antennas, and the direction indicating the maximum gain of the directional antenna is common, and the direction indicating the maximum gain of the directional antenna is a direction perpendicular to the plane.

図8(a)〜(c)では、比較のために、チャネル相関が0.1となるラインに点線を示した。図8(a)では、角度差が概ね15度程度で一旦チャネル相関が0.1以下となるが、30度を越えた辺りからランダムにチャネル相関が増減し、時折、0.2を超える高いチャネル相関となる点が見られる。つまり、図8(a)では、角度差に関係なくある確率でチャネル相関が0.1以上となる傾向が見られる。
これに対して、図8(b)及び図8(c)では、両者に若干の振る舞いの差はあるが、より条件の厳しい図8(c)においても、角度差が15度以上となるとチャネル相関は急速に減衰し、常に0.1を下回る。
8A to 8C, for comparison, a dotted line is shown in a line where the channel correlation is 0.1. In FIG. 8 (a), the angle difference is approximately 15 degrees and the channel correlation once becomes 0.1 or less, but the channel correlation increases or decreases randomly from around 30 degrees, and occasionally exceeds 0.2. You can see the point of channel correlation. That is, in FIG. 8A, there is a tendency that the channel correlation becomes 0.1 or more with a certain probability regardless of the angle difference.
In contrast, in FIGS. 8 (b) and 8 (c), there is a slight difference in behavior, but even in the more severe condition of FIG. 8 (c), if the angle difference is 15 degrees or more, the channel The correlation decays rapidly and is always below 0.1.

本発明のアンテナは、無線チャネルを介して端末局との通信を行う基地局装置に適用することができる。スケジューリング方式(非特許文献4参照)では、各無線局が所定の角度差以上となるように同時に空間多重を行う無線局を選択する。そのため、より確実に、かつ、より低く、チャネル相関を低減することが可能になる。チャネル相関の低減は、通信の安定性、高SINR特性を実現する。これにより、より高い空間多重数で通信を行うことで通信容量を更に増大させることができる。   The antenna of the present invention can be applied to a base station apparatus that performs communication with a terminal station via a radio channel. In the scheduling method (see Non-Patent Document 4), radio stations that perform spatial multiplexing simultaneously are selected so that each radio station has a predetermined angle difference or more. Therefore, it becomes possible to reduce the channel correlation more reliably and lower. The reduction of channel correlation realizes communication stability and high SINR characteristics. Thereby, communication capacity can be further increased by performing communication with a higher spatial multiplexing number.

上記の説明においては、図2に代表されるように、各アンテナ素子は垂直面上に設置されるとしたが、垂直面は厳密な意味での平面である必要はない。垂直面は、概ね平面と近似できる範囲で緩やかな曲面を構成していたとしてもよい。そのような近似的な平面(準平面)上にアンテナ素子の位置を投影した点をアンテナ素子の位置として捉え直せば、同様の効果を期待することが可能である。また、この場合には着目する準平面とアンテナ設置時の水平面との交わりが直線でなくなる場合がある。この場合には、逆に準平面に近似可能な平面を定め、その平面と設置時の水平面が交差する直線で表される軸を所定の射影軸と見なせば同様の議論が可能となる。   In the above description, as represented by FIG. 2, each antenna element is installed on a vertical plane. However, the vertical plane does not have to be a plane in a strict sense. The vertical surface may be a gentle curved surface within a range that can be approximated to a plane. If the point obtained by projecting the position of the antenna element on such an approximate plane (quasi-plane) is re-interpreted as the position of the antenna element, the same effect can be expected. In this case, the intersection of the quasi-plane of interest and the horizontal plane when the antenna is installed may not be a straight line. In this case, on the contrary, a plane that can be approximated to a quasi-plane is defined, and if the axis represented by a straight line that intersects the horizontal plane at the time of installation is regarded as a predetermined projection axis, the same argument can be made.

また、上記の説明では、垂直平面における2次元的なアンテナ素子の配置は、正方格子や正三角形状に最密充填させた格子のような規則的な配置を基準とし、その配置の座標軸を歪めたり回転したりするなどの処理を施すことで投影点(射影)の間隔の均等化を図っていた。しかし、投影点の間隔の均等化が図れるならば、配置の設定手順や設定方法は任意である。   In the above description, the arrangement of the two-dimensional antenna elements in the vertical plane is based on a regular arrangement such as a square lattice or a lattice closely packed in a regular triangle, and the coordinate axes of the arrangement are distorted. The interval between projection points (projections) is equalized by performing a process such as rotating or rotating. However, the arrangement setting procedure and setting method are arbitrary as long as the intervals between the projection points can be equalized.

また、上記の説明では、垂直平面と水平平面との接する水平方向の軸(射影軸)上への投影点(射影)が等間隔になるものとして説明した。しかし、全てのアンテナ素子の投影点の間隔が完全に均等になっている必要はない。例えば、水平方向の軸上への投影点の平均の間隔に対し、着目する垂直平面のアンテナ素子がカバーするエリアの範囲(例えば、図3の例では、正面方向に対して±60度の合計120度の範囲に相当)における投影を考える。この場合、どの方向においても90%以上の投影点間隔が±10%以内の誤差の範囲に収まっていれば概ね目的のチャネル相関特性を得ることが可能である。つまり、射影軸における各射影が、10%の誤差の範囲内で等間隔となるように、複数のアンテナ素子を配置することが好ましい。この投影点(射影)の間隔の定義において、二つのアンテナ素子の投影点(射影)が一致する場合には、投影点間隔がゼロであるものとみなす。   In the above description, the projection points (projections) on the horizontal axis (projection axis) where the vertical plane and the horizontal plane are in contact with each other are described as being equally spaced. However, the intervals between the projection points of all antenna elements do not have to be completely uniform. For example, the range of the area covered by the antenna element on the vertical plane of interest with respect to the average interval of the projected points on the horizontal axis (for example, in the example of FIG. 3, a total of ± 60 degrees with respect to the front direction Consider a projection at 120 degrees). In this case, if the projection point interval of 90% or more in any direction is within an error range of ± 10%, the target channel correlation characteristic can be obtained. That is, it is preferable to arrange a plurality of antenna elements so that the projections on the projection axis are equally spaced within a 10% error range. In the definition of the interval between the projection points (projections), when the projection points (projections) of the two antenna elements coincide, it is considered that the projection point interval is zero.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計も含まれる。なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design of the range which does not deviate from the summary of this invention is also included. Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.

10…アンテナ素子, 21…水平面, 22…垂直面(平面)   10 ... antenna element, 21 ... horizontal plane, 22 ... vertical plane (plane)

Claims (6)

複数のアンテナ素子を平面または該平面に近似可能な曲面である準平面上に2次元配置したアンテナであって、
前記複数のアンテナ素子は、
前記平面または準平面とアンテナ設置時の水平面とが交差する直線で表される所定の射影軸、に対して射影した場合に、前記射影軸における各射影が、互いに重ならず、略等間隔であるアンテナ。
An antenna in which a plurality of antenna elements are two-dimensionally arranged on a plane or a quasi-plane that is a curved surface that can approximate the plane,
The plurality of antenna elements are:
When projected onto a predetermined projection axis represented by a straight line that intersects the plane or quasi-plane and the horizontal plane at the time of antenna installation, the projections on the projection axis do not overlap each other and are at substantially equal intervals. An antenna.
前記複数のアンテナ素子は、
前記射影軸における各射影が、10%の誤差の範囲内で等間隔である請求項1記載のアンテナ。
The plurality of antenna elements are:
2. The antenna according to claim 1, wherein the projections on the projection axis are equally spaced within an error range of 10%.
前記複数のアンテナ素子は、指向性アンテナであり、かつ、当該指向性アンテナの最大利得を示す方向を共通とする請求項1または2に記載のアンテナ。   The antenna according to claim 1 or 2, wherein the plurality of antenna elements are directional antennas and have a common direction indicating the maximum gain of the directional antenna. 前記指向性アンテナの最大利得を示す方向は、前記平面または準平面に垂直な方向である請求項3に記載のアンテナ。   The antenna according to claim 3, wherein the direction indicating the maximum gain of the directional antenna is a direction perpendicular to the plane or quasi-plane. 請求項1から4のいずれか1項に記載のアンテナを備え、無線チャネルを介して端末局との通信を行う基地局装置。   A base station apparatus comprising the antenna according to claim 1 and performing communication with a terminal station via a wireless channel. 複数のアンテナ素子を平面または該平面に近似可能な曲面である準平面上に2次元配置するアンテナ素子の配置方法であって、
前記複数のアンテナ素子を、
前記平面または準平面とアンテナ設置時の水平面とが交差する直線で表される所定の射影軸、に対して射影した場合に、前記射影軸における各射影が、互いに重ならず、略等間隔となるように配置するアンテナ素子の配置方法。
A method for arranging antenna elements, wherein a plurality of antenna elements are arranged two-dimensionally on a plane or a quasi-plane that is a curved surface approximate to the plane,
The plurality of antenna elements;
When projected onto a predetermined projection axis represented by a straight line intersecting the plane or quasi-plane and the horizontal plane at the time of antenna installation, the projections on the projection axis do not overlap each other and are substantially equidistant. Arrangement method of antenna elements to be arranged.
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