JPH10200321A - 移動体通信基地局用デジタルビームフォーミングアンテナ - Google Patents

移動体通信基地局用デジタルビームフォーミングアンテナ

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JPH10200321A
JPH10200321A JP224497A JP224497A JPH10200321A JP H10200321 A JPH10200321 A JP H10200321A JP 224497 A JP224497 A JP 224497A JP 224497 A JP224497 A JP 224497A JP H10200321 A JPH10200321 A JP H10200321A
Authority
JP
Japan
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antenna
beams
transmission
communication base
mobile communication
Prior art date
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Pending
Application number
JP224497A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Sumiyoshi
秀夫 住吉
Yoshiyuki Chatani
嘉之 茶谷
Rumiko Yonezawa
ルミ子 米澤
Yoshihiko Konishi
善彦 小西
Isamu Chiba
勇 千葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH10200321A publication Critical patent/JPH10200321A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 送信アンテナと受信アンテナのビーム幅やビ
ーム方向を同一にすることでサービスエリアの均一化を
図る。 【解決手段】 受信信号および送信信号をそれぞれのデ
ジタル信号に変換し、複数ビームの各ビームに対して、
ウェイト乗算やビーム合成をデジタル信号処理装置によ
り行うものであり、その際に送信と受信で異なるウェイ
トを与えてビームの合成を行う手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、移動体通信基地
局用アンテナとして用いられる基地局用デジタルビーム
フォーミングアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図11は従来のマルチビームを用いた場
合の移動体通信基地局用アンテナを説明するために必要
な基地局用アンテナを示す図である。
【0003】上記の移動体通信基地局用アンテナ25で
は、マルチビーム27のうち一つ、または複数のビーム
で一つのサービスエリア26をカバーする。また、移動
体通信においては送信と受信は異なる周波数を用いる
が、設置性・経済性等の条件より、一般的には送受共用
アンテナが用いられている。例えば図12に示すよう
な、マイクロストリップアンテナ28(以下MSAとい
う。)を用い、MSA28を送受信帯域をカバーするよ
うに高帯域化を計り、送受共用アンテナとしている。そ
のため、送受信帯域で同一の開口を共有していることに
なる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】移動体通信基地局アン
テナにおいては送信と受信で同一のサービスエリア26
をカバーすることが必要である。一方、マルチビーム2
7を用いた場合の移動体通信基地局用アンテナ25にお
いて、送受信アンテナで同一開口を共有した場合、送信
と受信では周波数が異なるため、周波数が高い方は低い
方に比べて、アンテナビーム幅が狭くなてしまう。その
ため、サービスエリア26のエッジ部分では、アンテナ
利得が低くなるため、S/Nが劣化し通信品質が劣化す
るという問題がある。また、移動体通信ではセル間の干
渉を低減し、周波数利用効率を向上させるため、主ビー
ム方向を水平面より下方にむけるビームチルドが一般的
に行われるが、この場合周波数が高い方が低い方より、
チルト角が小さくなってしまう。そのため、セル間の干
渉が大きくなり、周波数利用効率が劣化するという問題
もある。
【0005】この発明は、上記課題を解決するためにな
されたもので、受信信号および送信信号をそれぞれデジ
タル信号に変換し、ウェイト乗算やビーム合成をデジタ
ル信号処理装置によって行う、デジタルビームフォーミ
ングを用いる移動体通信基地局用アンテナに関するもの
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明の移動体通信
基地局用デジタルビームフォーミングアンテナは、前記
マルチビームを用いた移動体通信システムに用いる移動
体通信基地局用アンテナであって、受信信号および送信
信号をそれぞれデジタル信号に変換し、複数ビームの各
ビームに対して、ウェイト乗算やビーム合成をデジタル
信号処理装置により行うものであり、その際に送信と受
信で異なるウェイトを与えてビームの合成を行う手段を
備えたものである。
【0007】第2の発明の移動体通信基地局用デジタル
ビームフォーミングアンテナは、前記マルチビームを用
いた移動体通信システムに用いる移動体通信基地局用ア
ンテナであって、複数ビームの各ビームに対して、送信
アンテナと受信アンテナの水平面内ビーム幅が同一とな
るようなウェイトをデジタル回路により与える手段を備
えたものである。
【0008】第3の発明の移動体通信基地局用デジタル
ビームフォーミングアンテナは、前記マルチビームを用
いた移動体通信システムに用いる移動体通信基地局用ア
ンテナであって、複数ビームの各ビームに対して、送信
アンテナと受信アンテナの垂直面内ビーム幅が同一とな
るようなウェイトをデジタル回路により与える手段を備
えたものである。
【0009】第4の発明の移動体通信基地局用デジタル
ビームフォーミングアンテナは、前記マルチビームを用
いた移動体通信システムに用いる移動体通信基地局用ア
ンテナであって、複数ビームの各ビームに対して、送信
アンテナと受信アンテナの垂直面内ビーム方向が同一と
なるようなウェイトをデジタル回路により与える手段を
備えたものである。
【0010】第5の発明の移動体通信基地局用デジタル
ビームフォーミングアンテナは、前記マルチビームを用
いた移動体通信システムに用いる移動体通信基地局用ア
ンテナであって、複数ビームの各ビームに対して、送信
アンテナと受信アンテナの水平面内ビーム方向が同一と
なるようなウェイトをデジタル回路により与える手段を
備えたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.図1はこの発明の移動体通信基地局用ア
ンテナの実施の形態1の1例を示すものである。この実
施例を受信時の動作を対象に説明する。まず、各素子ア
ンテナ1より受信された電波は、アンテナ共用器2によ
り受信波のみに分離され、低雑音増幅器3により増幅さ
れる。次に、ダウンコンバータ4により受信周波数から
ベースバンド周波数に周波数変換後、ADコンバータ5
によりデジタル信号に変換される。そして、受信用デジ
タル回路6において、形成する複数のビーム毎に、それ
ぞれ各素子アンテナにウェイトを与えて合成し、ビーム
毎に出力する。その後、各ビーム毎に復調器7により受
信信号に復調する。次に、送信時には変調器8により各
ビーム毎の送信信号を変調し、送信用デジタル回路9に
おいて、形成する複数のビーム毎に、それぞれ各素子ア
ンテナにウェイトを与える。次に、DAコンバータ10
によりアナログ信号に変換し、アップコンバータ11に
よりベースバンド周波数から送信周波数に周波数変換す
る。その後、大電力増幅器12により増幅し、アンテナ
共用器2により送信波のみに分離し、各素子アンテナ1
より放射される。
【0012】送受信時共に、各素子アンテナに与えるウ
ェイトは要求仕様に適応したものとなる。例えば、デジ
タル回路によりFFTアルゴリズムを実行し、マルチビ
ームとして30゜ビームを4本形成した場合の放射パタ
ーンを図2に示す。このデジタル回路を送受信毎に設け
て、送受信で独立にウェイトを与えることで、サービス
エリアを柔軟に構成できる。
【0013】実施の形態2.図3はこの発明における実
施の形態2を示す図である。実施の形態1において各ビ
ームの水平面内ビーム幅が同一となるように、水平面内
素子アンテナにウェイトを与えたものである。
【0014】次に動作について説明する。まず送信中心
周波数fTx、受信中心周波数fRxにおいて、fRx
Tx、fRx=1.1fTxとし、素子アンテナとしてはM
SAを用いた5素子アレーアンテナの場合について考え
る。この放射パターンは素子アンテナの水平面内放射パ
ターンとアレーファクターの積で求められ、数1で示さ
れる。ここで、周波数が高くなると、素子アンテナの放
射パターンは狭くなる。またアレーファクターの項も、
アンテナが等価的に大きくなるため放射パターンは狭く
なる。結果、周波数が高くなるとビームは狭くなる。例
えば、素子アンテナ間隔を送信中心周波数の半波長と
し、各素子アンテナを等振幅、同位相で励振した場合の
一本のビームの放射パターンを図4に示す。受信アンテ
ナにおいて、ビーム幅は狭くなっている。
【0015】
【数1】
【0016】そこで受信アンテナの振幅分布を数2で示
されるようにテーパをつけ、振幅制御を行うと水平面内
ビーム幅は広がり、図5に示すように送信アンテナと同
一となる。この振幅制御は、ビーム幅を評価関数とし
て、例えばミニマックス法などの指向性合成アルゴリズ
ムをデジタル信号処理により行い、これを各ビームに対
して行うことで実現できる。
【0017】
【数2】
【0018】実施の形態3.図6はこの発明における実
施の形態3を示す図である。図6において各ビームの垂
直面内ビーム幅20が同一となるようにウェイトを与え
たものである。なお17は垂直面内素子アンテナ、18
は垂直面内受信パターン、19は垂直面内送信パターン
である。
【0019】これは実施の形態2と同様の方法で、各ビ
ームに対して、それぞれ垂直面内素子アンテナ17にウ
ェイトを設けることで実現できる。
【0020】実施の形態4.図7はこの発明における実
施の形態4を示す図である。図7において各ビームの垂
直面内ビーム方向21、22が同一となるように、垂直
面内素子アンテナ17にウェイトを与えたものである。
【0021】次に動作について説明する。まず送信中心
周波数fTx、受信中心周波数fRxにおいて、fRx
Tx、fRx=1.1fTxとし、素子アンテナとしてはM
SAを用いた12素子アレーアンテナの場合について考
える。この放射パターンは素子アンテナの垂直面内放射
パターンとアレーファクターの積で求められ、数3で示
される。一方、移動体通信基地局用アンテナでは、他の
サービスエリアへの干渉軽減のためビームチルトが行わ
れる。そこで例えば、素子アンテナ間隔を送信中心周波
数の半波長とし、各素子アンテナを一様振幅で励振し、
チルト角αを10゜とした場合の一本のビームの放射パ
ターンを図8に示す。ここで、周波数が高くなると、素
子アンテナ間隔が波長に対して等価的に長くなるため
に、チルト角αが小さくなり、送受信アンテナにおける
ビーム方向が異なることとなる。
【0022】
【数3】
【0023】そこで、受信アンテナの初期位相を数4を
満足するように制御した場合、チルト角αが大きくな
り、図9に示すように送信アンテナと同一となる。これ
を各ビームに対して行うことで実現できる。
【0024】
【数4】
【0025】実施の形態5.図10はこの発明における
実施の形態5を示す図である。図10において各ビーム
の水平面内ビーム方向23、24が同一となるようにウ
ェイトを与えたものである。
【0026】これは実施の形態4と同様の方法で、各ビ
ームに対して、それぞれ水平面内素子アンテナ13にウ
ェイトを設けることで実現できる。
【0027】
【発明の効果】第1の発明によれば、送信ビームと受信
ビームとのビーム形成のウェイトを変えることで、複数
のビーム形成を柔軟に行うことを可能にするものであ
る。このビーム形成の調整は、各信号へのウェイト乗算
や合成がデジタル信号処理装置によって行われることか
ら容易に実現されるという効果がある。
【0028】第2の発明によれば、複数のビームの送信
アンテナと受信アンテナの水平面内ビーム幅をデジタル
信号処理により、容易に同一にできる。
【0029】第3の発明によれば、複数のビームの送信
アンテナと受信アンテナの垂直面内ビーム幅をデジタル
信号処理により、容易に同一にできる。
【0030】第4の発明によれば、複数のビームの送信
アンテナと受信アンテナの垂直面内ビーム方向をデジタ
ル信号処理により、容易に同一にできる。
【0031】第5の発明によれば、複数のビームの送信
アンテナと受信アンテナの水平面内ビーム方向をデジタ
ル信号処理により、容易に同一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1のアンテナ構成図で
ある。
【図2】 この発明の実施の形態1において、FFTア
ルゴリズムにより各素子アンテナのウェイトを設定し、
マルチビームを形成した場合の放射パターンを示した図
である。
【図3】 この発明の実施の形態2のアンテナ構成図で
ある。
【図4】 この発明の実施の形態2において、送受信ア
ンテナの水平面内送受信アンテナのビーム幅が異なる場
合の水平面内放射パターンを示した図である。
【図5】 この発明の実施の形態2において、送受信ア
ンテナの水平面内送受信アンテナのビーム幅が同一とな
る場合の水平面内放射パターンを示した図である。
【図6】 この発明の実施の形態3のアンテナ構成図で
ある。
【図7】 この発明の実施の形態4のアンテナ構成図で
ある。
【図8】 この発明の実施の形態4において、送受信ア
ンテナの垂直面内ビーム方向が異なる場合の垂直面内放
射パターンを示した図である。
【図9】 この発明の実施の形態4において、送受信ア
ンテナの垂直面内ビーム方向が同一となる場合の垂直面
内放射パターンを示した図である。
【図10】 この発明の実施の形態5のアンテナ構成図
である。
【図11】 従来のマルチビームを用いた場合の基地局
用アンテナの一実施例を示した図である。
【図12】 送受信で同一の開口を共有するアンテナの
一例を示した図である。
【符号の説明】
1 素子アンテナ、2 アンテナ共用器、3 低雑音増
幅器、4 ダウンコンバータ、5 ADコンバータ、6
受信用デジタル回路、7 復調器、8 変調器、9
送信用デジタル回路、10 DAコンバータ、11 ア
ップコンバータ、12 大電力増幅器、13 水平面内
素子アンテナ、14 水平面内受信パターン、15 水
平面内送信パターン、16 垂直面内ビーム幅、17
垂直面内素子アンテナ、18 垂直面内受信パターン、
19 垂直面内送信パターン、20 垂直面内ビーム
幅、21 垂直面内受信ビーム方向、22 垂直面内送
信ビーム方向、23 水平面内受信ビーム方向、24
水平面内送信ビーム方向、25 移動体通信基地局用ア
ンテナ、26 サービスエリア、27 マルチビーム、
28 マイクロストリップアンテナ。
フロントページの続き (72)発明者 小西 善彦 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 千葉 勇 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の素子アンテナと、上記素子アンテ
    ナ毎に受信した受信波の周波数変換を行うダウンコンバ
    ータと、このコンバータにより周波数変換された受信波
    をデジタル信号に変換するADコンバータと、上記デジ
    タル信号を形成するビームに応じてウェイトを与えて合
    成を行う処理を複数の受信アンテナビーム毎に行う受信
    用デジタル回路と、上記受信アンテナビーム毎の信号を
    復調する復調器、および、各送信アンテナビームの信号
    を変調する変調器と、形成するビーム毎に応じて、上記
    素子アンテナ毎にウェイトを与える処理を行う送信用デ
    ジタル回路と、送信波をアナログ信号に変換するDAコ
    ンバータと、上記送信波を周波数変換するアップコンバ
    ータと、このコンバータにより周波数変換された送信波
    を各ビーム毎に放射する複数の素子アンテナとから構成
    され、上記ウェイトを送信アンテナと受信アンテナで独
    立に設定することを特徴とする、移動体通信基地局用デ
    ジタルビームフォーミングアンテナ。
  2. 【請求項2】 上記ウェイトとして、複数のビーム毎の
    送信アンテナと受信アンテナの水平面内ビーム幅が、送
    受信アンテナで同一となるものを用いることを特徴とす
    る、請求項1記載の移動体通信基地局用デジタルビーム
    フォーミングアンテナ。
  3. 【請求項3】 上記ウェイトとして、複数のビーム毎の
    送信アンテナと受信アンテナの垂直面内ビーム幅が送受
    信アンテナで同一となるものを用いることを特徴とす
    る、請求項1記載の移動体通信基地局用デジタルビーム
    フォーミングアンテナ。
  4. 【請求項4】 上記ウェイトとして、複数のビーム毎の
    送信アンテナと受信アンテナの垂直面内ビーム方向が送
    受信アンテナで同一となるものを用いることを特徴とす
    る、請求項1記載の移動体通信基地局用デジタルビーム
    フォーミングアンテナ。
  5. 【請求項5】 上記ウェイトとして、複数のビーム毎の
    送信アンテナと受信アンテナの水平面内ビーム方向が送
    受信アンテナで同一となるものを用いることを特徴とす
    る、請求項1記載の移動体通信基地局用デジタルビーム
    フォーミングアンテナ。
JP224497A 1997-01-09 1997-01-09 移動体通信基地局用デジタルビームフォーミングアンテナ Pending JPH10200321A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003081803A1 (en) * 2002-03-21 2003-10-02 Lg Electronics Inc. Apparatus and method for transmitting signal in mobile communication system
KR101130053B1 (ko) 2012-01-09 2012-03-28 삼성탈레스 주식회사 밀리미터파 대역 수신기

Cited By (4)

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