JPH10200322A - 移動体通信基地局用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線アクセスとしてＣＤＭＡ方式を用いた移
動体通信システムにおいて、通信品質の大きな劣化要因
の一つである、他チャネルの干渉を低減することを目的
とする。 【解決手段】 変調器１６により信号を変調し、ビーム
選択回路１０により受信時に受信電力が最大となったビ
ームを選択し、拡散変調器１５により拡散変調を行い、
ＤＡコンバータ１４でアナログ信号に変換し、アップコ
ンバータ１３で周波数変換を行い、その後、マルチビー
ム形成部４でマルチビームを形成し、大電力増幅器１２
により増幅し、アンテナ共用器２により送信波のみを分
離し、各ビーム毎に素子アンテナ１から放射する。

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
局に用いられる移動体通信基地局アンテナ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５は無線アクセスとしてＣＤＭＡ
（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａ
ｃｃｅｓｓ）を用いた場合の従来の移動体通信システム
の構成図である。セクターの大きさは基地局アンテナの
パターンにより決定される。基地局用アンテナ２７とし
ては一定のサービスエリア２９をカバーする、広い指向
性を持つアンテナが用いられている。

【０００３】ＣＤＭＡは基本的には、すべてのセクター
で同一周波数を用いて、基地局と移動局の通信を行う。
移動局２８は１つのセクター内に多数存在するため、移
動局２８間の信号の分離は、各移動局２８の信号に特定
の拡散符号を付加し、その符号との相関をとることによ
り行われる。結果、相関のない信号は干渉雑音となる
が、相関のある信号は高いＳ／Ｎで受信でき、通信が可
能となる。このように、ＣＤＭＡを用いた移動体通信シ
ステムでは、多数の移動局の信号の分離を拡散符号によ
り行うため、同一周波数を用いても大容量の通信が可能
となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＣＤＭ
Ａを用いた移動体通信システムでは、多数の移動局の信
号の分離を拡散符号により行うため、他チャネルの信号
は受信時には干渉雑音となるが、同一周波数を用いるた
め、他チャネルの数が増加するにつれて、干渉雑音レベ
ルは上昇する。その結果、Ｓ／Ｎが劣化し通信品質が劣
化したり、通信が遮断するという問題がある。これをモ
デル化したものを、図１６に示す。全ての干渉雑音電力
１８を同一とすると、他チャネル数が増加するにつれ、
Ｓ／Ｎが劣化することが分かる。なお、図１６において
１７は信号電力、１９は熱雑音電力を示す。

【０００５】このように、ＣＤＭＡはＴＤＭＡやＦＤＭ
Ａと異なり干渉限界型の無線アクセス方式であるため、
総合の干渉電力で通信品質が決定するので、他チャネル
の干渉波が大きな問題となる。

【０００６】この発明は、上記課題を解決するためにな
されたもので、他チャネル干渉を低減でき、良好な通信
品質が確保できる移動体通信基地局用アンテナ装置を得
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明の移動体通信
基地局用アンテナ装置は、無線アクセスとしてＣＤＭＡ
方式を用いた移動体通信システムにおいて用いる装置で
あり、マルチビーム形成部によりマルチビームを形成し
て、各セクター内にマルチビームを形成する機能を備え
たものである。

【０００８】第２の発明の移動体通信基地局用アンテナ
装置は、無線アクセスとしてＣＤＭＡ方式を用いた移動
体通信システムにおいて用いる装置であり、バトラーマ
トリックス回路、移相器、合成回路・分配回路より構成
されるマルチビーム形成部を有し、セクター内に、水平
面内はマルチビームを形成し、垂直面内はチルト角可変
なビームを形成する機能を備えたものである。

【０００９】第３の発明の移動体通信基地局用アンテナ
装置は、無線アクセスとしてＣＤＭＡ方式を用いた移動
体通信システムにおいて用いる装置であり、移相器、合
成回路・分配回路、デジタル信号処理部より構成される
マルチビーム形成部を有し、セクター内に、水平面内は
マルチビームを形成し、垂直面内はチルト角可変なビー
ムを形成する機能を備えたものである。

【００１０】第４の発明の移動体通信基地局用アンテナ
装置は、無線アクセスとしてＣＤＭＡ方式を用いた移動
体通信システムにおいて用いる装置であり、デジタル信
号処理部より構成されるマルチビーム形成部を有し、セ
クター内に、水平面内、垂直面内共にマルチビームを形
成する機能を備えたものである。

【００１１】第５の発明の移動体通信基地局用アンテナ
装置は、無線アクセスとしてＣＤＭＡ方式を用いた移動
体通信システムにおいて用いる装置であり、第２，３，
４の発明の移動体通信基地局用アンテナ装置のビーム選
択回路をビーム間最大比合成回路とし、第２，３，４の
発明の機能に加え、受信時にマルチビーム最大比合成を
行う機能を備えたものである。

【００１２】第６の発明の移動体通信基地局用アンテナ
装置は、無線アクセスとしてＣＤＭＡ方式を用いた移動
体通信システムにおいて用いる装置であり、第２，３，
４の発明の移動体通信基地局用アンテナ装置の受信系の
ビーム選択回路をビーム間最大比合成回路、送信系のビ
ーム選択回路を送信ビーム形成回路とし、第２，３，４
の発明の機能に加え、受信時にはマルチビーム間の最大
比合成、送信時には素子アンテナの振幅、位相のウェイ
トを受信時と同一とし、ビームを成形する機能を備えた
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１、図２、図３はこの発明における実
施の形態１の１例を示すものである。アンテナは図１に
示すように、横方向、縦方向に素子アンテナ１をそれぞ
れＮ個、Ｍ個並べたアレーアンテナである。

【００１４】受信時の動作を、図２より説明する。ま
ず、素子アンテナ１毎に受信される各信号を、アンテナ
共用器４により受信波のみに分離し、低雑音増幅器５に
より増幅し、その後、マルチビーム形成部６でマルチビ
ーム３を形成し、ダウンコンバータ７で周波数変換を行
い、ＡＤコンバータ８でデジタル信号に変換し、相関器
９により各ビーム端子毎の相関処理を行い、ビーム選択
回路１０により受信電力が最大となる信号を選択し、復
調器１１により信号を復調する。一方、送信時の動作を
図３より説明する。まず、変調器１６により信号を変調
し、ビーム選択回路１０により受信時に受信電力が最大
となったビームを選択し、拡散変調器１５により拡散変
調を行い、ＤＡコンバータ１４でアナログ信号に変換
し、アップコンバータ１３で周波数変換を行い、その
後、マルチビーム形成部４でマルチビームを形成し、大
電力増幅器１２により増幅し、アンテナ共用器２により
送信波のみを分離し、各ビーム毎に素子アンテナ１から
放射する。

【００１５】形成されるビームは、マルチビーム形成部
の構成により異なるが、各セクター２内にマルチビーム
３を形成する。

【００１６】次に、セクター２内にマルチビーム３を形
成することで、他チャネル干渉が低減することを示した
モデルを図４に示す。セクター内にマルチビームを形成
し、受信電力が最大となるビームを選択するため、従来
の基地局用アンテナと比較して、ビームが狭くなり、自
チャネル以外の方向からの他チャネルの干渉波を低減で
きる。これより、従来の基地局構成より良好なＳ／Ｎ特
性が得られる。

【００１７】実施の形態２．図５、図６はこの発明にお
ける実施の形態２を示すものであり、横方向素子アンテ
ナ数を４、縦方向素子アンテナ数を３としたものであ
る。実施の形態１のマルチビーム形成部を、バトラーマ
トリックス回路２０、移相器２１、合成回路２２・分配
回路２３から構成する。

【００１８】図５より受信時には素子アンテナ１毎に受
信される各信号を、アンテナ共用器２により受信波のみ
に分離し、低雑音増幅器３により増幅し、バトラーマト
リックス回路２０により水平面内のマルチビームを形成
する。次に、移相器２１により垂直面内のビームを形成
し、合成回路２２により電力を合成してビーム毎に出力
する。その後各ビームをダウンコンバータ７により周波
数変換、ＡＤコンバータ８によりデジタル信号に変換
し、相関器９により各ビーム端子毎の相関処理を行い、
ビーム選択回路１０により受信電力が最大となる信号を
選択し、復調器１１により信号を復調する。

【００１９】また図６より送信時には変調器１６により
信号を変調し、ビーム選択回路１０により受信時に受信
電力が最大となったビームを選択し、拡散変調器１５に
より拡散変調を行い、ＤＡコンバータ１４でアナログ信
号に変換し、アップコンバータ１３により周波数変換を
行う。次に、分配回路２３により電力を分配し、移相器
２１により垂直面内のビームを形成する。この際、移相
器の位相量の設定により、それぞれのビームのチルト角
を任意に設定できる。その後、大電力増幅器１２により
増幅し、バトラーマトリックス回路２０により水平面の
マルチビームを形成し、アンテナ共用器２により送信波
のみを分離し、各ビーム毎に素子アンテナ１から放射す
る。

【００２０】セクター内に形成されるビームは、水平面
内は横方向の素子アンテナ数と同等のマルチビーム（た
だし２ⁿ ：ｎは整数）で、垂直面内はチルト角可変の１
ビームである。

【００２１】実施の形態３．図７、図８はこの発明にお
ける実施の形態３を示すものであり、横方向素子アンテ
ナ数を４、縦方向素子アンテナ数を３としたものであ
る。実施の形態１のマルチビーム形成部を、移相器２
１、合成回路２２・分配回路２３、およびデジタル信号
処理部２４から構成する。

【００２２】図７より受信時には素子アンテナ１毎に受
信される各信号を、アンテナ共用器２により受信波のみ
に分離し、低雑音増幅器３により増幅する。次に、移相
器２１により垂直面内のビームを形成し、合成回路２２
により電力を合成して出力する。その後、各ビームをダ
ウンコンバータ７により周波数変換、ＡＤコンバータ８
によりデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部２４
により水平面内のマルチビームを形成しビーム毎に出力
し、相関器９により各ビーム端子毎の相関処理を行い、
ビーム選択回路１０により受信電力が最大となる信号を
選択し、復調器１１により信号を復調する。

【００２３】また図８より送信時には変調器１６により
信号を変調し、ビーム選択回路１０により受信時に受信
電力が最大となったビームを選択し、拡散変調器１５に
より拡散変調を行い、デジタル信号処理部２４により水
平面内のマルチビームを形成し、ＤＡコンバータ１４で
アナログ信号に変換し、アップコンバータ１３により周
波数変換を行う。次に、分配回路２３により電力を分配
し、移相器２１により垂直面内のビームを形成する。こ
の際、移相器の位相量の設定により、ビームのチルト角
を任意に設定できる任意のチルト角のビームを形成でき
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により送信波のみを分離し、各ビーム毎に素子
アンテナ１から放射する。

【００２４】セクター内に形成されるビームは、水平面
内は横方向の素子アンテナ数と同等のマルチビームで、
垂直面内はチルト角可変の１ビームである。

【００２５】実施の形態４．図９、図１０はこの発明に
おける実施の形態４を示すものであり、横方向素子アン
テナ数を４、縦方向素子アンテナ数を３としたものであ
る。実施の形態１のマルチビーム形成部を、デジタル信
号処理部２４から構成する。

【００２６】受信時には素子アンテナ１毎に受信される
各信号を、アンテナ共用器２により受信波のみに分離
し、低雑音増幅器３により増幅する。その後、各ビーム
をダウンコンバータ７により周波数変換、ＡＤコンバー
タ８によりデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部
２４により水平面内、垂直面内のマルチビームを形成し
ビーム毎に出力し、相関器９により各ビーム端子毎の相
関処理を行い、ビーム選択回路１０により受信電力が最
大となる信号を選択し、復調器１１により信号を復調す
る。

【００２７】また送信時には変調器１６により信号を変
調し、ビーム選択回路１０により受信時に受信電力が最
大となったビームを選択し、拡散変調器１５により拡散
変調を行い、デジタル信号処理部２４により水平面内の
マルチビームを形成し、ＤＡコンバータ１４でアナログ
信号に変換し、アップコンバータ１３により周波数変換
を行う。その後、大電力増幅器１２により増幅し、アン
テナ共用器２により送信波のみを分離し、各ビーム毎に
素子アンテナ１から放射する。

【００２８】セクター内に形成されるビームは、水平面
内は横方向の素子アンテナ数、垂直面内は縦方向の素子
アンテナ数と同等のマルチビームである。

【００２９】実施の形態５．図１１はこの発明における
実施の形態５を示すものであり、横方向素子アンテナ数
を４、縦方向素子アンテナ数を３としたものである。こ
れは実施の形態２の移動体通信基地局用アンテナ装置に
おいて、受信系のビーム選択回路１０をビーム間最大比
合成回路２５とし、相関器９により各ビーム端子毎の相
関処理を行い、ビーム間最大比合成回路２５により全て
のビーム間の最大比合成を行い、復調器１１により信号
を復調する。さらに実施の形態３，４においても、受信
系のビーム選択回路１０をビーム間最大比合成回路２５
とし、相関器９により各ビーム端子毎の相関処理を行
い、ビーム間最大比合成回路２５により全てのビーム間
の最大比合成を行い、復調器１１により信号を復調す
る。

【００３０】この動作を説明する。例えば、１セクター
を６０゜ビーム（０゜〜６０゜の範囲）とし、図１２に
示すような２ビームでこのセクターを構成した場合、３
０゜方向にユーザーがいると、ビーム選択回路１０によ
り受信電力が最大のビームを選択するビーム選択法で
は、受信電力はピーク利得に比べて、約３ｄＢレベルが
低くなる。そこで、この３０゜方向の受信電力を最大比
合成した場合の放射パターンを図１３に示す。ビーム間
最大比合成により、３０゜方向にビームが形成され、高
利得を保持したまま、他チャネル干渉をより低減できる
ことがわかる。

【００３１】実施の形態６．図１４はこの発明における
実施の形態６を示すものであり、横方向素子アンテナ数
を４、縦方向素子アンテナ数を３としたものである。こ
れは実施の形態２の移動体通信基地局用アンテナ装置に
おいて、受信系のビーム選択回路１０をビーム間最大比
合成回路２５とし、相関器９により各ビーム端子毎の相
関処理を行い、ビーム間最大比合成回路２５により全て
のビーム間の最大比合成を行い、復調器１１により信号
を復調する。また、送信系のビーム選択回路１０を送信
ビーム形成回路２６とし、送信時には変調器１６により
信号を変調し、送信ビーム形成回路２６により、素子ア
ンテナの振幅、位相のウェイトを受信時と同一とし、ビ
ームを成形する。さらに実施の形態３，４においても、
受信系のビーム選択回路１０をビーム間最大比合成回路
２５とし、相関器９により各ビーム端子毎の相関処理を
行い、ビーム間最大比合成回路２５により全てのビーム
間の最大比合成を行い、復調器１１により信号を復調す
る。また、送信系のビーム選択回路１０を送信ビーム形
成回路２６とし、送信時には変調器１６により信号を変
調し、送信ビーム形成回路２６により、素子アンテナの
振幅、位相のウェイトを受信時と同一とし、ビームを成
形する。

【００３２】

【発明の効果】第１の発明によれば、セクター内にマル
チビームを形成することで、他チャネル干渉を低減で
き、良好な通信品質を確保できる。また、通常のセクタ
ーアンテナと比較して、高利得のアンテナとなるため、
移動機側の送信電力を軽減できるという効果もある。

【００３３】第２の発明によれば、セクター内の水平面
内にマルチビームを形成することが可能となり、他チャ
ネル干渉を低減でき、良好な通信品質を確保できる。ま
た、各ビーム毎に垂直面内のチルト角の設定が可能なた
め、状況に適応した、柔軟なシステム構成が可能とな
る。さらに、移相器により増幅器の通過位相を補償で
き、精度の高いビームを形成できる。

【００３４】第３の発明によれば、セクター内の水平面
内にマルチビームを形成することが可能となり、他チャ
ネル干渉を低減でき、良好な通信品質を確保できる。ま
た、水平面内のビーム形成をデジタル信号処理部により
行うため、通信量や干渉量に適応したビーム形成が可能
であり、また、直面内のチルト角の設定も可能なため、
柔軟なシステム構成が可能となる。

【００３５】第４の発明によれば、セクター内の水平面
内、垂直面内にマルチビームを形成することが可能とな
り、他チャネル干渉を低減でき、良好な通信品質を確保
できる。また、水平面内、垂直面内のビーム形成をデジ
タル信号処理により行うため、ビーム形成の自由度が大
きく、状況に適応した、柔軟なシステム構成が可能とな
る。

【００３６】第５の発明によれば、第２，３，４の発明
と同様の効果に加え、セクター内にマルチビームを形成
し、全てのビームの最大比合成をすることが可能とな
り、等価的に各チャネル毎の追尾を行うため、高利得を
保持したまま、他チャネル干渉を低減でき、良好な通信
品質を確保できる。

【００３７】第６の発明によれば、第２，３，４の発明
と同様の効果に加え、セクター内のマルチビーム全ての
ビームの最大比合成をすることが可能となり、等価的に
各チャネル毎の追尾を行うため、高利得を保持したま
ま、他チャネル干渉を低減できる。また、送信時にも受
信時と同じウェイトを持った、送信ビームを形成するこ
とが可能となり、移動機は高利得の受信利得が得られ、
端末の小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の移動体通信システ
ム構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１のアンテナ装置の受
信系構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態１のアンテナ装置の送
信系構成図である。

【図４】 ＣＤＭＡ方式を用いた移動体通信システムに
おいて、従来の基地局用アンテナに対して、この発明の
実施の形態１〜１０のアンテナ装置を用いた場合のＳ／
Ｎ改善のモデル図である。

【図５】 この発明の実施の形態２のアンテナ装置の受
信系構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態２のアンテナ装置の送
信系構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態３のアンテナ装置の受
信系構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態３のアンテナ装置の送
信系構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態４のアンテナ装置の受
信系構成図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４のアンテナ装置の
送信系構成図である。

【図１１】 この発明の実施の形態５のアンテナ装置の
受信系構成図である。

【図１２】 セクターを従来の単一ビームではなく、マ
ルチビームで構成した場合の放射パターンである。

【図１３】 セクター内のマルチビーム全てを最大比合
成した場合の放射パターンである。

【図１４】 この発明の実施の形態８のアンテナ装置の
送信系構成図である。

【図１５】 ＣＤＭＡ方式を用いた、従来の移動体通信
システムの構成図である。

【図１６】 ＣＤＭＡ方式を用いた移動体通信システム
において、従来の基地局用アンテナを用いた場合の他チ
ャネル干渉によるＳ／Ｎの劣化のモデル図である。

【符号の説明】

１ 素子アンテナ、２ セクター、３ マルチビーム、
４ アンテナ共用器、５ 低雑音増幅器、６ マルチビ
ーム形成部、７ ダウンコンバータ、８ ＡＤコンバー
タ、９ 相関器、１０ ビーム選択回路、１１ 復調
器、１２ 大電力増幅器、１３ アップコンバータ、１
４ ＤＡコンバータ、１５ 拡散変調器、１６ 変調
器、１７ 信号電力、１８ 干渉雑音電力、１９ 熱雑
音電力、２０バトラーマトリックス、２１ 移相器、２
２ 合成回路、２３ 分配回路、２４ デジタル信号処
理部、２５ ビーム間最大比合成回路、２６ 送信ビー
ム形成回路、２７ 移動体通信基地局用アンテナ、２８
移動局、２９ サービスエリア。

フロントページの続き (72)発明者 米澤 ルミ子 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 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線アクセスとしてＣＤＭＡ方式を用
   い、セクター方式より構成される移動体通信基地局用ア
   ンテナ装置において、各セクター内にマルチビームを形
   成する機能を備えたことを特徴とする、移動体通信基地
   局用アンテナ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の移動体通信基地局用アン
   テナ装置において、水平面内はバトラーマトリックス回
   路によりマルチビームを形成し、垂直面内は移相器、分
   配回路・合成回路によりチルト角可変なビームを形成す
   ることを特徴とする、移動体通信基地局用アンテナ装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の移動体通信基地局用アン
   テナ装置において、水平面内はデジタル信号処理部によ
   りマルチビームを形成し、垂直面内は移相器、分配回路
   ・合成回路によりチルト角可変なビームを形成すること
   を特徴とする、移動体通信基地局用アンテナ装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の移動体通信基地局用アン
   テナ装置において、水平面内、垂直面内共にデジタル信
   号処理部によりマルチビームを形成することを特徴とす
   る、移動体通信基地局用アンテナ装置。
5. 【請求項５】 請求項２，３，４記載のいずれかの移動
   体通信基地局用アンテナ装置において、受信系回路にお
   いてビーム間最大比合成回路を保持し、受信時にはマル
   チビームの各ビームの端子毎の相関処理を行った信号
   を、ビーム間最大比合成回路により全てのビーム間の最
   大比合成を行い、復調器により復調することを特徴とす
   る、移動体通信基地局用アンテナ装置。
6. 【請求項６】 請求項２，３，４記載のいずれかの移動
   体通信基地局用アンテナ装置において、受信系回路にお
   いてビーム間最大比合成回路を保持し、受信時にはマル
   チビームの各ビームの端子毎の相関処理を行った信号
   を、最大比合成回路により全てのビーム間の最大比合成
   を行い、復調器により復調する、また、送信系回路にお
   いては送信ビーム形成回路を保持し、送信時には変調器
   により信号を変調し、送信ビーム形成回路により各素子
   アンテナの振幅、位相のウェイトを受信時と同一とし、
   ビームを成形することを特徴とする、移動体通信基地局
   用アンテナ装置。