JPH04237223A - セクタゾーンアンテナ構成方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動通信におけるセクタ
ゾーンアンテナ構成方式に係り、特に指向性アンテナを
用いてセクタゾーンを構成する場合のセクタゾーンアン
テナ構成方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】同一チャネルを繰り返し再使用するセル
ラー移動通信方式では、無線ゾーン構成方法にはオムニ
ゾーン構成方法とセクタゾーン構成方法がある。

【０００３】図５はオムニゾーンの構成例を説明するた
めの図を示す。基地局５２から移動局５３に電波を放射
する場合にオムニゾーンの構成方法は、無線ゾーン５１
の中心に基地局５２を設置し、水平面内無指向性アンテ
ナ５２で無線ゾーンを構成する。

【０００４】一方、図６はセクタゾーンの構成例を説明
するための図を示す。同図は３セクタ分割の場合を示す
。セクタゾーンを構成する方法は複数のセクタゾーンに
分割して、９０°，１２０°等水平面内に指向性をもっ
た指向性アンテナ６２を用いて個別に異なる周波数の無
線チャネルを割り当てるものである。同図の場合は指向
性アンテナ６２の指向が１２０°であるため、３セクタ
分割になっている。また、指向性アンテナ６２の指向が
９０°である場合には４セクタ分割となる。

【０００５】図７はセクタゾーンのアンテナの構成を説
明するための図である。同図（Ａ）はアンテナの構成を
示す。アンテナは１２０°指向性アンテナ７１とチルテ
ィング調整用位相ケーブル７２で構成される。チルティ
ング角調整用位相ケーブルは指向性アンテナ７１のチル
ティング角を調整するものである。

【０００６】セクタゾーンを構成する場合には水平面内
指向性がセクタゾーンの大きさに適合する１本のアンテ
ナで構成する場合が一般的である。また、空間ダイバー
シチ受信をする場合には２本以上のアンテナを用いるが
、セクタゾーンを構成するという意味では１本のアンテ
ナと等価である。但し、この場合には遠方でチルティン
グ効果を得るためにアンテナ７１はビームチルティング
角を制御できるチルティング調整用位相ケーブル７２等
を備えている。

【０００７】同図（Ｂ）はアンテナ指向性を説明するた
めの図である。同図（Ａ）で示したアンテナ７１は（Ｂ
）に示すように相対利得が０より３ｄＢ下がったところ
で、１２０°指向性アンテナとなるため、このアンテナ
７１は１つのアンテナで１２０°のセクタゾーンをカバ
ーすることになる。

【０００８】図８はセクタ分割による干渉波数低減の原
理を説明するための図である。セクタゾーンの構成方法
は指向性アンテナの弁別比（フロントバック比）により
後方より到来する電波を弁別比分だけ減衰できるため、
同図に示すように基地局が受信する同一チャネル干渉波
源数はオムニゾーン構成方法に比べて軽減できる。同図
では３セクタゾーン構成を示す。オムニゾーン構成での
干渉波数は点線で表される３つの干渉波と実線で表され
る３つの干渉波で合計６であるが、指向性アンテナ７１
を用いることによりセクタゾーン構成は点線で表されて
いる後方からの３つの干渉波が減衰する。その結果、主
な干渉波数は実線で示している３つの干渉波となり、干
渉波がおおよそ３に低減している。従って、セクタゾー
ン構成はオムニゾーン構成に比べて短い距離間隔で同一
チャネルが繰り返し使用できるので周波数の空間使用率
を増大できる。

【０００９】しかし、より一層干渉を軽減して周波数利
用率を向上させようとしてセクタ数を多くした場合、マ
ルチチャネルアクセス方式を採用している移動通信にお
いては無線チャネルを複数のセクタゾーンに分割すると
分割損が増大するため、逆に周波数利用率は低下する。 このため、システム毎に決まっている希望波電力対干渉
波電力比（ＣＩＲ）により周波数の空間利用率を最大に
する最適なセクタ数を設定する方法がある（１９９０年
度電子情報通信学会秋期全国大会講演論文集Ｂ−２４８
「無線ゾーンセクタ分割時の周波数利用率の検討」（朝
倉、他））。

【００１０】一方、垂直面内の指向性を俯角方向に機械
的または電気的に傾斜させるアンテナビームチルティン
グは自局ゾーンに放射電力を集中させ、、干渉領域の放
射電力を低減できるため、特にチルティング角を最適化
した場合は非常に大きい干渉軽減効果が図られ、周波数
利用率を大幅に向上させることができる。この場合のチ
ルティング角（θ）の最適値の目安はアンテナ高（Ｈｂ
）と基地局との距離が最大となる無線ゾーン半径（ｒ）
の関数（θ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／ｒ））で与えられる。 チルティング角（θ）が大きい程、一般に干渉軽減効果
は大きい（１９９０年度電子情報通信学会秋期全国大会
講演論文集Ｂ−２４７「無線ゾーンセクタ分割時の周波
数利用率の検討」（藤井、他））。

【００１１】上記の内容は基地局が単一の場合で無線ゾ
ーンの形が円形となる場合である。しかし、実際には基
地局は複数あり、無線ゾーンの形についても円形と異な
る場合が多い。このため、以下に無線ゾーンの形が円形
から変形した場合の基地局のアンテナのチルティング角
の最適化方法について説明する。ここでは例として、セ
クタ数が３で１２０°セクタ構成の場合について述べる
。

【００１２】図９は正６角形の中心に基地局がある規則
的な基地局配置下でのセクタゾーン構成を示す。同図に
示すように規則的な基地局配置時のセクタゾーン６３は
全て同一形状であり、ほぼ１２０°の扇形ゾーンで近似
できる。六角形ゾーン９０の中心には基地局６１があり
、指向性アンテナ６２を有している。扇形ゾーンの半径
（Ｒ）は正六角形の一辺とする。この結果、基地局とゾ
ーン端間距離はおおよそ一定（≒Ｒ）であるため、ビー
ムチルティング角（θ）は以下のような方法でセクタゾ
ーン全体で一つの最適値に決定される。

【００１３】θ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｒ）図１０は基地
局が不規則的に配置されている場合のセクタゾーン構成
を示す。同図に示すような不規則な基地局配置ではそれ
ぞれの基地局間距離に応じて規則的な扇形ゾーンから複
雑に変形したセクタゾーンが形成される。 無線ゾーンより不規則な扇形ゾーン３０だけを取り出し
てみた場合の扇形ゾーン３０’のうち点線で示される位
置から基地局６１が配置されている中心に向かった方向
が規則的配置でのセクタゾーンである。従って、基地局
６１とゾーン端の最長距離ＲＮは規則的な配置の場合の
距離Ｒと比較して長いためＲＮ＞Ｒという関係になる。

【００１４】このような不規則な基地局配置下でのセク
タゾーンでチルティング角を決定する場合は、一般に基
地局とゾーン端の最長距離が大きいＲＮを基に以下のよ
うな方法で決定する。

【００１５】θ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／ＲＮ）

【００１６
】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、不規則な基
地局配置下でのセクタゾーンでチルティング角を決定す
る場合には規則的な基地局配置時に比べてビームチルテ
ィング角を小さくしなければならなくなり、あまり干渉
軽減効果は得られないという欠点がある。

【００１７】また、基地局の不規則な配置下においてこ
の問題を解消しようとした場合に、セクタ分割数を３セ
クタから６セクタ分割等に多くしてよりきめ細やかにビ
ームチルティング角を設定する。この方法は図１０で示
すＥ方向、Ｎ方向で最適化するというものであるが、上
記で述べたようにセクタ分割数には最適分割数があるた
め、すでにセクタ分割数が最適化されている場合におい
て、これ以上分割すると分割損が増大するために周波数
利用率の低下を招くという問題が発生する。

【００１８】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
不規則な基地局配置時であっても最適なビームチィルテ
ィング角を設定できるセクタゾーンに適するセクタゾー
ンアンテナ構成方式を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】無線ゾーンの中心に基地
局を配置し、基地局から互いに方向の異なる指向性を有
するアンテナによりサービスエリアを構成するセクタゾ
ーンアンテナ構成方式において、サービスエリア内のセ
クタゾーンを２つまたはそれ以上の複数の小セクタゾー
ンに分割し、分割された小セクタゾーン内では独立に垂
直面内指向性が俯角方向に傾斜させることができるビー
ムチルティングアンテナを用い、複数の小セクタゾーン
によりセクタゾーンを構成する。

【００２０】

【作用】本発明はセクタゾーンを構成する際に複数のア
ンテナを使用し、水平面内指向性がセクタゾーンより狭
い状態で、最適化方法によりセクタ数を設定し同一のセ
クタゾーン内で異なる方向毎にビームチルティング角を
独立に設定可能なアンテナを複数合成して所要のセクタ
ゾーンを構成する。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の一実施例のセクタゾーンアン
テナの構成を示す。本実施例では例として１２０°セク
タゾーンアンテナ構成とする。ここでは合成すべきアン
テナの数を３とする。同図中、指向方向−４０°の指向
性アンテナ１０、指向方向０°の指向性アンテナ１１、
指向方向４０°の指向性アンテナ１２を用いる。それぞ
れの指向性アンテナ１０，１１，１２は各々チルティン
グ角調整用位相ケーブル１３、１４、１５を有しており
、これにより各アンテナは個別にビームチルティング角
を設定する。従って、半値角が４０°の水平面内指向性
を持つこのアンテナ１０，１１，１２を合成することに
より１２０°セクタゾーンを構成する。

【００２２】図２は本発明の一実施例の水平面内指向性
を持つ各アンテナを説明するための図を示す。アンテナ
１０は指向方向−４０°であり、相対利得は０より３ｄ
Ｂ下がったところで、半値角が４０°となる。アンテナ
１１は指向方向０であり、アンテナ１０と同様に相対利
得は０より３ｄＢ下がったところで、半値角４０°とな
る。アンテナ１２は指向方向＋４０であり、相対利得は
０より３ｄＢ下がったところでやはり半値角４０となる
。この３つのアンテナ１０，１１，１２を合成すると１
２０°のセクタゾーンをカバーすることができる。

【００２３】次に不規則な基地局配置時のセクタゾーン
形成の場合について説明する。図３は本発明の一実施例
の基地局６１が不規則に配置されている場合のセクタゾ
ーンの形成例を示す。同図中、点線で示すゾーンは規則
的な基地局６１配置時のセクタゾーンを示し、実線で示
すゾーンは不規則な基地局配置時のセクタゾーンを示す
。

【００２４】ここで、アンテナ１０をａ、アンテナ１１
をｂ、アンテナ１２をｃとすると、この３つのアンテナ
の方向をそれぞれ、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃとする。また、ア
ンテナ１０，１１，１２がカバーすべきゾーンをＺａ，
Ｚｂ，Ｚｃとする。ぞれぞれのゾーンにおける基地局６
１とゾーン端の最長距離は同図中、矢印で示すＲａ，Ｒ
ｂ，Ｒｃとなる。従来１つのアンテナでカバーしていた
場合には基地局６１とゾーン端の最長距離はアンテナ１
０に対応するＲａである。従って、ビームチルティング
角は基地局６１との距離が最大となる無線ゾーン半径の
ｒに変えてこのＲａを以下の式 θ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｒａ） に代入することにより決定されていた。

【００２５】本発明では基地局６１とゾーン端の最長距
離Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃに応じてそれぞれ、ビームチルティ
ング角を個別に最適化する。アンテナ１０のビームチル
ティング角θａは θａ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｒａ） となり、アンテナ１１のビームチルティング角θｂはθ
ｂ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｒｂ） となり、アンテナ１２のビームチルティング角θｃはθ
ｃ＝ｔａｎ−１（Ｈｂ／Ｒｃ） となる。

【００２６】これにより各アンテナ毎に個別にみると、
アンテナ１０はＤａ方向に対してビームチルティング角
θａ、アンテナ１１はＤｂ方向に対してビームチルティ
ング角θｂ、アンテナ１２はＤｃ方向に対してビームチ
ルティング角θｃのそれぞれを個別に設定する。特にＤ
ｂ，Ｄｃ方向に関してはＤａ方向よりも基地局６１とゾ
ーン端の最長距離Ｒｂ，Ｒａが短いためにＤａ方向より
干渉が少なくなる。次にこれらの各アンテナのビームチ
ルティング角を合成し、セクタゾーンを構成する。

【００２７】これを従来のビームチルティング角との比
較を行うと、アンテナの方向であるＤｂ，Ｄｃ方向から
の干渉を大幅に軽減できる。図４はビームチルティング
角と干渉改善効果を説明する図を示す。同図に示すよう
に、ビームチルティング角が大きくなるほど干渉軽減効
果が大きくなる。

【００２８】本実施例では、合成するアンテナ数を３つ
の場合で説明したがアンテナ数を３つ以外の２つで構成
することも可能である。また、合成するアンテナ数を４
つ以上で構成すればさらに大きな改善効果が得られるこ
とは容易に類推できる。

【００２９】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、セクタゾ
ーンの形状に応じて、ビームチルティング角を最適化し
た複数のアンテナの合成によりセクタゾーンの構成が可
能である。このため不規則な基地局配置時であっても、
不規則なゾーンに合わせて各アンテナ毎に適当なビーム
チルティング角を設定するために干渉を大幅に軽減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のセクタゾーンアンテナの構
成図である。

【図２】本発明の一実施例の水平面内指向性を持つアン
テナの説明するための図である。

【図３】本発明の一実施例の基地局が不規則に配置され
ている場合のセクタゾーンの形成例を示す図である。

【図４】チルティング角と干渉軽減効果の関係を示す図
である。

【図５】オムニゾーンの構成例を説明するための図であ
る。

【図６】セクタゾーンの構成例を説明するための図であ
る。

【図７】セクタゾーンのアンテナの構成を説明するため
の図である。

【図８】セクタ分割による干渉波数低減の原理を説明す
るための図である。

【図９】正六角形の中心に基地局がある規則的な基地局
配置下でのセクタゾーンの構成図である。

【図１０】基地局が不規則に配置されている場合のセク
タゾーンの構成図である。

【符号の説明】

１０，１１，１２　　指向性アンテナ １３，１４，１５　　チルティング角調整用位相ケーブ
ル６１　　基地局

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　無線ゾーンの中心に基地局を配置し、
   該基地局から互いに方向の異なる指向性を有するアンテ
   ナによりサービスエリアを構成するセクタゾーンアンテ
   ナ構成方式において、サービスエリア内のセクタゾーン
   を２つまたはそれ以上の複数の小セクタゾーンに分割し
   、分割された該小セクタゾーン内では独立に垂直面内指
   向性が俯角方向に傾斜させることができるビームチルテ
   ィングアンテナを用い、複数の該小セクタゾーンにより
   セクタゾーンを構成することを特徴とするセクタゾーン
   アンテナ構成方式。