JPH10242739A - Base station antenna system for mobile communication - Google Patents
Base station antenna system for mobile communicationInfo
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- JPH10242739A JPH10242739A JP9047464A JP4746497A JPH10242739A JP H10242739 A JPH10242739 A JP H10242739A JP 9047464 A JP9047464 A JP 9047464A JP 4746497 A JP4746497 A JP 4746497A JP H10242739 A JPH10242739 A JP H10242739A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ストリートマイク
ロセル移動通信における基地局用のアンテナ装置に関
し、特に、アンテナ素子を電気的に制御して、鋭い指向
特性を持たせ、長い遅延波を抑圧することのできる簡潔
な構成のアンテナ装置に係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna device for a base station in a street microcell mobile communication, and more particularly to an antenna device which is electrically controlled to have a sharp directional characteristic and suppress a long delay wave. The present invention relates to an antenna device having a simple configuration that can be used.
【0002】[0002]
【従来の技術】マイクロセル移動通信では、基地局が電
話ボックスやビルの屋上等比較的アンテナ高の低い場所
に設置される。このような場合、特に市街地ではセル形
状は図8に示すように一般に道路に沿ったストリートセ
ルと呼ばれる形状となる。同図において、数字符号8−
1は基地局(CS)、8−2はセル、8−3は道路を表
わしている。(文献:Kozono,et.al.,IEEE Trans.VT-42,
no.1,pp.103-109参照)。2. Description of the Related Art In micro-cell mobile communication, a base station is installed in a place having a relatively low antenna height, such as a telephone booth or the roof of a building. In such a case, especially in an urban area, the cell shape is a shape generally called a street cell along a road as shown in FIG. In FIG.
1 indicates a base station (CS), 8-2 indicates a cell, and 8-3 indicates a road. (Literature: Kozono, et.al., IEEE Trans.VT-42,
no.1, pp.103-109).
【0003】一方、近年のコンピュータの普及により、
移動通信で伝送される信号も従来の音声信号中心からデ
ータ伝送へと信号の性質も変化してきている。それに伴
い移動通信においても伝送品質の高信頼化,伝送速度の
高速化が要求されてきている。On the other hand, with the recent spread of computers,
The characteristics of signals transmitted by mobile communication have also changed from conventional voice signal centers to data transmission. Accordingly, high reliability of transmission quality and high transmission speed have been demanded in mobile communication.
【0004】移動通信において信号伝送の高速化を行う
上で、伝搬路における多重反射によって、長い遅延時間
を有する波が到来することが大きな問題となる。伝送品
質は信号の伝送速度に対する多重伝搬路の遅延時間に大
きく依存する。今後のマルチメディア通信に向けた伝送
線路の高速化を行う上では、伝搬路における遅延波を抑
圧する必要がある。In order to increase the speed of signal transmission in mobile communication, it is a major problem that a wave having a long delay time arrives due to multiple reflections on a propagation path. The transmission quality greatly depends on the delay time of the multiplex propagation path with respect to the signal transmission speed. In order to increase the speed of a transmission line for multimedia communication in the future, it is necessary to suppress delayed waves in a propagation path.
【0005】ストリートセルにおける遅延波は通りに沿
って建っている建物から反射・散乱して到来する。図9
にストリートセルにおける遅延波の到来特性測定結果の
一例を示す。同図において、数字符号9−1は基地局、
9−2は端末、9−3は建造物、9−4は道路、9−5
は要求される指向性を表わしている。この例は基地局か
ら150m離れた地点における基地局側歩道での測定結
果である。図9より明らかなように、特に長い遅延時間
を有する到来波は、道路に沿った方向から到来する。[0005] A delayed wave in a street cell arrives as reflected or scattered from a building standing along the street. FIG.
Fig. 7 shows an example of the result of measuring the arrival characteristics of a delayed wave in a street cell. In the figure, numeral 9-1 is a base station,
9-2 is a terminal, 9-3 is a building, 9-4 is a road, 9-5.
Represents the required directivity. This example is a measurement result on a base station sidewalk at a point 150 m away from the base station. As is clear from FIG. 9, the incoming wave having a particularly long delay time comes from a direction along the road.
【0006】このような長い遅延波の発生要因は、遅延
時間と建物等の配置状況から考察すると、図9に示すよ
うに端末から一旦基地局とは反対側に飛び、建物の角で
反射・散乱して基地局に到来している(文献:長,電子
情報通信学会 96年ソサエテイ大会B−22参照)。Considering the cause of the generation of such a long delay wave from the viewpoint of the delay time and the arrangement of buildings and the like, as shown in FIG. The light is scattered and arrives at the base station (reference: chief, see IEICE 1996 Society Conference B-22).
【0007】このような遅延波を除去する方法として、
指向性アンテナを用いる方法が考えられる。この場合、
図10に示すように指向性アンテナの主ビームを端末の
方向に向け、遅延波の方向に指向性のヌルを向ける必要
がある。同図において、数字符号10−1は基地局、1
0−2は端末、10−3は建造物、10−4はゾーン、
10−5は主ビーム、10−6はビームを表わしてい
る。As a method for removing such a delayed wave,
A method using a directional antenna can be considered. in this case,
As shown in FIG. 10, it is necessary to direct the main beam of the directional antenna toward the terminal and directivity null in the direction of the delay wave. In the figure, numeral 10-1 is a base station, 1
0-2 is a terminal, 10-3 is a building, 10-4 is a zone,
10-5 indicates a main beam, and 10-6 indicates a beam.
【0008】通常の移動通信での雑音に対する信号強度
(SNR)は12dBで評価しており(文献:電子情報
通信学会編:移動通信の基礎p105参照)、所望波以外の
特に長い遅延時間を有する波のレベルを所望波に対して
少なくとも12dB以下に抑えようとすると、基地局の
対面方向への指向性利得を所望波方向に対して−12d
B以下にする必要がある。[0008] The signal strength (SNR) against noise in normal mobile communication is evaluated at 12 dB (refer to the literature: IEICE, edited by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers: Basics of Mobile Communication, p105), and has a particularly long delay time other than the desired wave If the level of the wave is to be suppressed to at least 12 dB or less with respect to the desired wave, the directivity gain in the facing direction of the base station becomes −12 dB with respect to the desired wave direction.
B or less.
【0009】所望波のレベルが一番弱くなる最悪条件と
しては、端末がゾーン端に存在する場合であり、一般的
な市街地の道路幅は15〜50m程度、そのときのマイ
クロセルシステムにおけるセルの大きさは100m〜3
00m程度であることを考慮すると、基地局からみた対
面側のゾーン端への角度αは8度程度になる。The worst condition in which the level of the desired wave becomes the weakest is when the terminal is located at the end of the zone, and the road width in a general urban area is about 15 to 50 m. The size is 100m-3
Considering that the distance is about 00 m, the angle α from the base station to the facing zone end is about 8 degrees.
【0010】さらに図9で示した遅延時間の長い遅延波
(基地局と反対側へ到来した後に到来する波)に対して
は、角度αはさらに小さくなるが、伝搬距離に依存して
自由空間伝搬損失が大きくなるため、遅延時間の長い到
来波の基地局から見た到来角度αに対する自由空間伝搬
損失の関係を図示すると、図11に示すように角度αが
小さくなるにつれて損失が大きくなる。Further, for a delayed wave having a long delay time shown in FIG. 9 (a wave arriving after arriving on the opposite side to the base station), the angle α becomes smaller, but the free space depends on the propagation distance. Since the propagation loss increases, the relationship between the free space propagation loss and the arrival angle α of the arriving wave with a long delay time as viewed from the base station is illustrated in FIG. 11, where the loss increases as the angle α decreases.
【0011】ここで図11の伝搬損失は対面のゾーン端
(図10地点A)から到来する波の伝搬損失を基準とし
ている。よってこの損失を考慮し、端末方向を照射する
ビーム形状を cosnαの関数で近似して、α=0度方向
を端末方向(所望波)とすると、長い遅延時間を有する
遅延波の到来方向の指向性利得を−12dB以下とする
ためには、図12に示すように8度方向の指向性利得が
−15dB以下となるぺンシルビーム(n=168)が
要求されることがわかる。Here, the propagation loss in FIG. 11 is based on the propagation loss of the wave arriving from the facing zone end (point A in FIG. 10). Therefore, considering this loss, the beam shape for irradiating the terminal direction is approximated by a function of cos n α, and when α = 0 degree direction is the terminal direction (desired wave), the arrival direction of the delayed wave having a long delay time In order to make the directivity gain of -12 dB or less, a pencil beam (n = 168) having a directivity gain in the 8-degree direction of -15 dB or less is required as shown in FIG.
【0012】さらに端末の位置は常に動くために、指向
性を端末の移動に合わせて可変できる機能が必要とな
る。指向性可変機能を実現する1つの方法として、指向
性アンテナを機械的に可変する方法がある。しかし通常
マイクロセルシステムでは、周波数多重または時分割多
重方式を用いて複数の端末と同時に通話可能なシステム
を実現しているため、機械的可変の構造とすると、常に
指向性を端末の方向に照射するには非常に高速にアンテ
ナを回転させなければならない。Further, since the position of the terminal always moves, a function is required that can change the directivity according to the movement of the terminal. One method of realizing the variable directivity function is to mechanically change the directional antenna. However, a microcell system usually uses a frequency multiplexing or time division multiplexing method to realize a system that allows simultaneous communication with multiple terminals, so if a mechanically variable structure is used, directivity is always radiated in the direction of the terminal. To do this, you must rotate the antenna very quickly.
【0013】従って、このようなアンテナを多重方式を
用いている基地局アンテナに導入することは困難であ
る。指向性を変化させる別の方法として、複数のアンテ
ナをアレー状に構成し、各アンテナの振幅および位相を
電気的に制御することによって実現する方法がある。こ
の方法を用いると、指向性を電気的に瞬時に変更するこ
とが可能となる。Therefore, it is difficult to introduce such an antenna into a base station antenna using a multiplexing system. As another method of changing the directivity, there is a method in which a plurality of antennas are configured in an array and the amplitude and phase of each antenna are electrically controlled. With this method, the directivity can be electrically changed instantaneously.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】前述したようなペンシ
ルビームをアレー構成を用いて実現する方法として、無
指向性アンテナを半波長間隔で配列する方法が従来一般
的に用いられている。図13に無指向性アンテナを直線
上に半波長間隔で配列して同相励振した際の主ビームと
主ビームから15dB指向性利得が落ちる方向の間の角
度αの素子数に対する関係を示す。図13よりの角度α
が8度となるためには、アンテナの素子数は12素子程
度必要となることが分かる。As a method of realizing the pencil beam as described above using an array configuration, a method of arranging omnidirectional antennas at half-wavelength intervals has been generally used. FIG. 13 shows the relationship between the number of elements and the angle α between the main beam and the direction in which the directional gain drops from the main beam by 15 dB when the omnidirectional antennas are arranged on a straight line at half-wavelength intervals and excited in phase. Angle α from FIG.
It is understood that the number of antenna elements needs to be about 12 in order for the angle to be 8 degrees.
【0015】このように、12素子のアンテナ素子を用
いた場合、各素子毎の振幅・位相制御部を用意すると、
ハードウエアが非常に大きく、かつ、複雑になるという
問題があった。本発明は、上述のようなペンシルビーム
を、アレー構成を用いて実現する場合のハードウエア規
模をできるだけ小さく、簡潔化することを目的とする。As described above, when 12 antenna elements are used, if an amplitude / phase control unit is prepared for each element,
There was a problem that the hardware was very large and complicated. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the hardware scale as much as possible and to simplify the case where the above-described pencil beam is realized using an array configuration.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
課題は、前記特許請求の範囲に記載した手段により解決
される。According to the invention, the above-mentioned object is solved by the means described in the claims.
【0017】すなわち、請求項1の発明は、帯状の領域
を照射する移動通信用の基地局アンテナ装置であって、
アンテナ素子が帯状の領域の長手方向に直交する直線状
に配列され、2素子以上5素子以下の素子数を有し、各
素子間の間隔が1波長以上、3波長以下であり、各素子
からの入力信号の振幅および位相を変化させることので
きる振幅・位相可変器を各アンテナ入力部に有し、That is, the invention of claim 1 is a base station antenna apparatus for mobile communication which irradiates a band-like area,
The antenna elements are arranged in a linear shape orthogonal to the longitudinal direction of the band-shaped region, have a number of elements of 2 to 5 elements, an interval between each element is 1 to 3 wavelengths, Having an amplitude and phase variable device capable of changing the amplitude and phase of the input signal of each of the antenna input units,
【0018】受信側があらかじめ既知の信号と、各アン
テナ素子で受信された信号の合成信号との誤差を最小と
するように各アンテナ入力信号の振幅および位相を計算
する振幅・位相計算部を有し、該振幅・位相計算部によ
って求められた各素子の振幅および位相が当該振幅・位
相可変器の出力となるように各振幅・位相可変器を調整
する構造を有する移動通信用基地局アンテナ装置であ
る。The receiving side has an amplitude / phase calculator for calculating the amplitude and phase of each antenna input signal so as to minimize the error between the signal known in advance and the composite signal of the signal received by each antenna element. A mobile communication base station antenna device having a structure for adjusting each amplitude / phase variable unit such that the amplitude and phase of each element obtained by the amplitude / phase calculation unit become the output of the amplitude / phase variable unit. is there.
【0019】請求項2の発明は、帯状の領域を照射する
移動通信用の基地局アンテナ装置であって、アンテナ素
子が帯状の領域の長手方向に直交する直線状に配列さ
れ、2素子以上5素子以下の素子数を有し、各素子間の
間隔が1波長以上、3波長以下であり、各素子からの入
力信号の振幅および位相を変化させることのできる振幅
・位相可変器を各アンテナ入力部に有し、According to a second aspect of the present invention, there is provided a base station antenna apparatus for mobile communication which irradiates a band-like area, wherein the antenna elements are arranged in a straight line perpendicular to the longitudinal direction of the band-like area, and two or more elements are arranged. The number of elements is equal to or less than the number of elements, and the interval between the elements is not less than 1 wavelength and not more than 3 wavelengths. In the department,
【0020】送信信号として、位相変調信号等の信号が
一定振幅等のある性質を有する変調信号を用い、各アン
テナ素子で受信された信号の合成信号における、振幅一
定等の変調信号の性質からのずれが最小となる各アンテ
ナ入力信号の振幅および位相を計算する振幅・位相計算
部を有し、該振幅・位相計算部によって求められた各素
子の振幅および位相が当該振幅・位相可変器の出力とな
るように各振幅・位相可変器を調整する構造を有する移
動通信用基地局アンテナ装置である。As the transmission signal, a modulated signal such as a phase-modulated signal having a certain property such as a constant amplitude is used. An amplitude / phase calculator for calculating the amplitude and phase of each antenna input signal that minimizes the deviation; the amplitude and phase of each element obtained by the amplitude / phase calculator are output from the amplitude / phase variable device; This is a mobile communication base station antenna device having a structure for adjusting each amplitude / phase variable device so that
【0021】請求項3の発明は、帯状の領域を照射する
移動通信用の基地局アンテナ装置であって、アンテナ素
子が帯状の領域の長手方向に直交する直線状に配列さ
れ、2素子以上5素子以下の素子数を有し、各素子間の
間隔が1波長以上、3波長以下であり、各素子からの入
力信号の振幅および位相を変化させることのできる振幅
・位相可変器を各アンテナ入力部に有し、According to a third aspect of the present invention, there is provided a base station antenna apparatus for mobile communication which irradiates a band-like area, wherein the antenna elements are arranged in a straight line orthogonal to the longitudinal direction of the band-like area, and two or more elements are arranged. The number of elements is equal to or less than the number of elements, and the interval between the elements is not less than 1 wavelength and not more than 3 wavelengths. In the department,
【0022】各アンテナ素子で受信された信号の合成信
号に対し、復調部において判定処理を行った信号と、判
定前の信号との誤差が最小となる各アンテナ入力信号の
振幅および位相を計算する振幅・位相計算部を有し、該
振幅・位相計算部によって求められた各素子の振幅およ
び位相が、当該振幅・位相可変器の出力となるように各
振幅・位相可変器を調整する構造を有する移動通信用基
地局アンテナ装置である。Calculate the amplitude and phase of each antenna input signal which minimizes the error between the signal processed by the demodulator and the signal before the judgment on the synthesized signal of the signal received by each antenna element. A structure that has an amplitude / phase calculator and adjusts each amplitude / phase variable device so that the amplitude and phase of each element obtained by the amplitude / phase calculator becomes the output of the amplitude / phase variable device. Mobile communication base station antenna device.
【0023】請求項4の発明は、前記請求項1〜請求項
3のいずれかに記載の移動通信用基地局アンテナ装置に
おいて、前記アンテナの各素子としてアレーのブロード
サイド方向に双指向性を有する素子を用いることにより
構成したものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the mobile communication base station antenna device according to any one of the first to third aspects, each element of the antenna has bidirectionality in a broadside direction of an array. It is configured by using elements.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て実施例として説明する。図1に本発明の第1の実施例
を示す。同図において、数字符号1−1は無指向性アン
テナ、1−2は周波数変換器、1−3は振幅・位相可変
器、1−4は振幅・位相計算部、1−5は変復調部を表
わしている。図13は本実施例を実際の場に適用した場
合のイメージを示したものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below as examples. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In the figure, numeral codes 1-1 are omnidirectional antennas, 1-2 is a frequency converter, 1-3 is an amplitude / phase variable unit, 1-4 is an amplitude / phase calculation unit, and 1-5 is a modulation / demodulation unit. It represents. FIG. 13 shows an image when the present embodiment is applied to an actual place.
【0025】図1において、無指向性アンテナ1−1で
受信された信号が周波数変換器1−2により中間周波数
に変換され、振幅・位相計算部1−4で計算された振幅
および位相をそれぞれ振幅・位相可変器1−3に設定
し、振幅・位相が変換された受信信号が変復調部1−5
へと入力されていく。振幅・位相計算部1−4の計算結
果の振幅・位相値は振幅・位相可変器1−3に与えら
れ、該振幅・位相可変器1−3の出力が、上記振幅・位
相計算部1−4の計算結果の値となるように制御され
る。In FIG. 1, a signal received by an omnidirectional antenna 1-1 is converted into an intermediate frequency by a frequency converter 1-2, and an amplitude and a phase calculated by an amplitude / phase calculator 1-4 are respectively converted into an intermediate frequency. The received signal whose amplitude / phase has been set is set in the amplitude / phase variable unit 1-3 and is modulated / demodulated by the modem unit 1-5
Will be entered. The amplitude / phase value calculated by the amplitude / phase calculator 1-4 is supplied to the amplitude / phase variable unit 1-3, and the output of the amplitude / phase variable unit 1-3 is output to the amplitude / phase calculator 1- Control is performed so that the value of the calculation result of 4 is obtained.
【0026】振幅・位相計算部1−4での計算内容は請
求項1の発明では、受信側があらかじめ既知の信号と、
各アンテナ素子で受信され合成されたのち復調された信
号との情報の誤差を最小とするように各アンテナ入力信
号の振幅および位相を計算する。According to the first aspect of the present invention, the content of the calculation by the amplitude / phase calculation unit 1-4 is determined by adding a signal known to the receiving side in advance,
The amplitude and phase of each antenna input signal are calculated so as to minimize the information error between the signal received and combined by each antenna element and the demodulated signal.
【0027】請求項2の発明では、各アンテナ素子で受
信された信号の合成信号における、振幅一定等の変調信
号の性質からのずれが最小となる各アンテナ入力信号の
振幅および位相を計算する。According to the second aspect of the present invention, the amplitude and phase of each antenna input signal which minimizes the deviation from the property of the modulated signal such as constant amplitude in the combined signal of the signals received by each antenna element is calculated.
【0028】請求項3の発明では、各アンテナ素子で受
信された信号の合成信号に対し、復調部において判定処
理を行った信号と、判定前の信号との誤差が最小となる
各アンテナ入力信号の振幅および位相を計算する。According to the third aspect of the present invention, each antenna input signal which minimizes an error between a signal obtained by performing a determination process in a demodulation unit on a composite signal of a signal received by each antenna element and a signal before the determination is obtained. Calculate the amplitude and phase of.
【0029】この実施例のアンテナを実際の基地局に適
用したときのイメージを図2に示す。同図において、数
字符号2−1はアンテナ、2−2は基地局装置、2−3
はビルなどの建造物、2−4は道路を表わしている。FIG. 2 shows an image when the antenna of this embodiment is applied to an actual base station. In the figure, numeral 2-1 indicates an antenna, 2-2 indicates a base station apparatus, and 2-3
Represents a building such as a building, and 2-4 represents a road.
【0030】一般的なアンテナの配置方法としては、直
線配列および円形配列が考えられる。また、直線配列ア
レーをストリートセルに配置する際には、アンテナを道
路に直交する方向に配列するブロードサイドアレー構成
および道路と平行にアンテナ配列するエンドファイヤー
アレー構成が考えられる。As a general antenna arrangement method, a linear arrangement and a circular arrangement can be considered. When a linear array is arranged in a street cell, a broadside array configuration in which antennas are arranged in a direction orthogonal to a road and an endfire array configuration in which antennas are arranged in parallel to a road are conceivable.
【0031】アンテナの素子数Nを4、素子間隔sを
0.5波長とし、入力信号対雑音比(SNR:Singal t
o Noize Ratio)に対する誤り率(BER)特性をアンテ
ナ配列を変えて比較した結果を図3に示す。ここで誤り
率特性の計算には測定により得られた遅延波の到来分布
を用い、到来波は最大の受信レベルの遅延波から−30
dB以上の遅延波を用いた。各遅延波は電力を測定して
おり位相成分をもたないため、位相を一様乱数で与え
た。The number of elements N of the antenna is 4, the element interval s is 0.5 wavelength, and the input signal-to-noise ratio (SNR: Singlet)
FIG. 3 shows the result of comparing the error rate (BER) characteristics with respect to the Noize Ratio by changing the antenna arrangement. Here, the arrival rate distribution of the delay wave obtained by the measurement is used for the calculation of the error rate characteristic, and the arrival wave is -30 degrees from the delay wave of the maximum reception level.
A delayed wave of dB or more was used. Since each delayed wave measures power and does not have a phase component, the phase is given by a uniform random number.
【0032】計算に用いた遅延波の到来波特性としては
基地局から150m離れた場所の基地局側歩道上で、2
波長間隔で端末を動かした5地点のものを用い、位相は
ノイズシード数を10回変えて計算した。シミュレーシ
ョン諸元は“表1”に示すものとした。伝送速度は1素
子で受信した際に遅延によるBERのフロアが生じる速
度として2M symbol/sとした。The arrival wave characteristic of the delayed wave used for the calculation is 2 m on the sidewalk of the base station 150 m away from the base station.
Phases were calculated by changing the number of noise seeds ten times using five terminals whose terminals were moved at wavelength intervals. The specifications of the simulation are shown in Table 1. The transmission rate was set to 2M symbol / s as a rate at which a BER floor occurs due to delay when receiving with one element.
【0033】各々の誤り率特性のカーブは異なる伝搬条
件での誤り率特性の相乗平均をとったものである。図3
より明らかなように、ブロードサイド配列とすると最も
入力SNRが低い状態で同じ誤り率特性を得る。これは
ブロードサイド配列とすると、通り方向を照射するビー
ムが一番細くできることに起因している。Each error rate characteristic curve is obtained by taking the geometric mean of the error rate characteristics under different propagation conditions. FIG.
As is clear, when the broadside arrangement is used, the same error rate characteristic is obtained in the state where the input SNR is the lowest. This is because, in the case of a broadside arrangement, the beam irradiating in the passing direction can be narrowest.
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】図4に0.5波長間隔のブロードサイド構
成のアダプティブアンテナによって10-3の誤り率が得
られる入力SNRを基準とし、素子間隔を変えたときの
10 -3の誤り率を得る入力SNRの改善度を示す。図4
より明らかなように素子数が2,3素子のいずれの場合
においても素子間隔を1波長以上とすると、誤り率10
-3を得る入力SNRは0.5dB以上改善できることが
わかる。FIG. 4 shows a broadside structure having 0.5 wavelength intervals.
10 adaptive adaptive antennas-3Error rate
When the element spacing is changed based on the input SNR
10 -35 shows the degree of improvement of the input SNR to obtain the error rate of. FIG.
As is clear, when the number of elements is 2 or 3
If the element spacing is one wavelength or more, the error rate is 10
-3Can be improved by 0.5 dB or more.
Recognize.
【0036】また、素子間隔を3波長以上としても改善
度は良くならない。素子間隔を大きくしていくとアンテ
ナの大きさが大きくなって行くことから、素子間隔は3
波長程度以下とすることが望ましいことがわかる。Further, even if the element interval is set to three or more wavelengths, the improvement is not improved. Increasing the element spacing increases the size of the antenna.
It is understood that it is desirable to set the wavelength to about the wavelength or less.
【0037】アンテナの素子数については、2素子以上
ないとアレーの効果を用いることができず、また、6素
子以上用いることができれば、従来の設計思想であるサ
イドローブが小さいアンテナ(素子間隔を1波長以下)
としても所望のぺンシルビームが構成できるが、本発明
では、これを2素子から5素子で実現できる。With respect to the number of antenna elements, the array effect cannot be used unless there are two or more elements, and if six or more elements can be used, an antenna having a small side lobe, which is a conventional design concept, has a small element spacing. 1 wavelength or less)
However, in the present invention, this can be realized with two to five elements.
【0038】さらに、基地局からみた端末の方向は、端
末の位置によって異なる。例えば、素子数を4、素子間
隔2波長としたときの基地局側歩道上にいる端末からの
信号に対するアダプティブ処理後の放射特性の例を図5
に示す。Furthermore, the direction of the terminal as viewed from the base station differs depending on the position of the terminal. For example, FIG. 5 shows an example of radiation characteristics after adaptive processing on a signal from a terminal on the sidewalk on the base station side when the number of elements is 4 and the element interval is 2 wavelengths.
Shown in
【0039】同図において、数字符号5−1はアンテ
ナ、5−2は端末、5−3の示す斜線を施した部分は通
話品質の悪くなる方向を表わしている。この指向性に固
定した場合、基地局側歩道上にいる端末は主ビームが照
射されるが、図5の影で示されている指向性のヌルの部
分に端末がいた場合、特に所望波のレベルが小さくなり
伝送特性が劣下する。In the same figure, numeral 5-1 indicates an antenna, 5-2 indicates a terminal, and 5-3 indicates a direction in which communication quality is deteriorated. When fixed to this directivity, the terminal on the sidewalk on the base station side is irradiated with the main beam, but when the terminal is located in the null part of the directivity indicated by the shadow in FIG. The level decreases and the transmission characteristics deteriorate.
【0040】そこで各アンテナ入力に振幅・位相を可変
できる振幅・位相可変器を設け、さらに各アンテナ入力
の振幅・位相可変器に与える振幅・位相を計算する振幅
・位相計算器を設けて、端末からの到来波に応じた振幅
・位相を計算し与えることによって、常にビームを端末
の方向に向けることができる。Therefore, an amplitude / phase variable device capable of varying the amplitude / phase is provided for each antenna input, and an amplitude / phase calculator for calculating the amplitude / phase applied to the amplitude / phase variable device of each antenna input is provided. By calculating and giving the amplitude and phase according to the incoming wave from the terminal, the beam can always be directed to the terminal.
【0041】振幅・位相を決定する方法としては、伝送
信号と一緒にあらかじめ既知の信号を送っておき、受信
側で既知信号と受信信号の誤差を最小にする振幅・位相
を求める方法や、変調信号の出力振幅が一定であること
を利用して振幅・位相を決定する方法によって求めるこ
とができる。以上に述べたように、本発明の構造とする
ことにより少ない素子数で伝搬遅延が低減可能な基地局
アンテナを構成することができる。As a method of determining the amplitude and phase, a method is known in which a known signal is transmitted in advance together with the transmission signal, and the receiving side obtains an amplitude and phase that minimizes the error between the known signal and the received signal. It can be obtained by a method of determining the amplitude and phase using the fact that the output amplitude of the signal is constant. As described above, by adopting the structure of the present invention, a base station antenna capable of reducing the propagation delay with a small number of elements can be configured.
【0042】図6は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。同図において、数字符号6−1は双指向性を有する
スロットアンテナ、6−2は3素子アンテナアレー、6
−3は基地局装置、6−4は道路、6−5は建造物を表
わしている。この例は、アンテナのエレメントとしてア
レーのブロードサイド方向に双指向性を有するアンテナ
を用いたことを特徴としている。FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In the figure, numeral 6-1 is a slot antenna having bidirectionality, 6-2 is a three-element antenna array, 6
-3 is a base station device, 6-4 is a road, and 6-5 is a building. This example is characterized in that an antenna having bidirectionality in the broadside direction of the array is used as an antenna element.
【0043】この例では細幅のスロットアンテナを用い
ている。図1に示すように、アンテナエレメントとして
無指向性のアンテナを用いると、図5に示すように放射
パターンはエンドファイヤ方向にも大きなローブが生じ
ており、これにより所望波方向の利得が低下する。In this example, a narrow slot antenna is used. As shown in FIG. 1, when an omni-directional antenna is used as the antenna element, a large lobe is generated in the radiation pattern in the end fire direction as shown in FIG. 5, thereby reducing the gain in the desired wave direction. .
【0044】この実施例に示すように、アレーのブロー
ドサイド方向に双指向性を有し、エンドファイア方向に
ヌルを有するエレメン卜を用いることにより、図5のエ
ンドファイヤ方向のローブを消すことができ、所望波方
向の利得を上げることが可能となる。図7に素子に双指
向性アンテナを用いた際の信号対雑音比(SNR)と伝
送特性の関係を示す。As shown in this embodiment, by using an element having bidirectionality in the broadside direction of the array and having a null in the endfire direction, the lobe in the endfire direction in FIG. 5 can be eliminated. As a result, the gain in the desired wave direction can be increased. FIG. 7 shows a relationship between a signal-to-noise ratio (SNR) and a transmission characteristic when a bidirectional antenna is used as an element.
【0045】図7では素子指向性をcosφで与えてい
る。図7より明らかなように、双指向性を用いることに
より、伝送特性を改善できていることがわかる。一方、
図6に示した例のように細幅のスロットアンテナを双指
向性の素子として用いると棒を横にしたような形状でア
ンテナを構成できるので、景観上も目立たない構成が実
現できる。In FIG. 7, the element directivity is given by cos φ. As is clear from FIG. 7, it can be seen that the transmission characteristics can be improved by using the bidirectionality. on the other hand,
When a narrow slot antenna is used as a bidirectional element as in the example shown in FIG. 6, the antenna can be configured in a shape like a bar lying down, so that a configuration that is inconspicuous in a landscape can be realized.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少ない素子数で伝搬遅延の影響を低減させることのでき
る基地局アンテナを実現できる。これによって、道路な
どの帯状の領域を照射する移動通信用の基地局において
長い遅延波を抑圧することができるので、高速で高い信
頼性を有する無線回線を実現できる利点がある。As described above, according to the present invention,
A base station antenna capable of reducing the influence of propagation delay with a small number of elements can be realized. As a result, a long delay wave can be suppressed in a mobile communication base station that irradiates a belt-like area such as a road, and thus there is an advantage that a high-speed and highly reliable wireless channel can be realized.
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施例を実際の基地局に適用した場合の
イメージ図である。FIG. 2 is an image diagram when the first embodiment is applied to an actual base station.
【図3】本発明のブロードサイドアレー構成の効果を説
明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the broadside array configuration of the present invention.
【図4】素子間隔とSNRの改善度の関係を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the element spacing and the degree of improvement in SNR.
【図5】伝送特性が最良となるように振幅・位相を計算
して振幅・位相を与えたときの放射指向性の例を示す図
である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of radiation directivity when amplitude and phase are calculated and amplitude and phase are given so that transmission characteristics are best.
【図6】本発明の第2の実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図7】アンテナ素子の特性を双指向性としたときの効
果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an effect when the characteristics of the antenna element are set to be bidirectional.
【図8】ストリートセルのイメージを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an image of a street cell.
【図9】遅延波の到来特性の測定結果の例を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of measurement results of arrival characteristics of a delayed wave.
【図10】指向性アンテナにより遅延波を除去する概念
を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a concept of removing a delayed wave by a directional antenna.
【図11】基地局の対面側の建物で反射・散乱する遅延
波の自由空間伝搬損失と基地局への到来角の関係を示す
図である。FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a free space propagation loss of a delayed wave reflected / scattered by a building facing a base station and an angle of arrival at the base station.
【図12】遅延波の伝搬損失とアンテナのビーム形状を
勘案した、伝送特性に影響を与える対面からの遅延波の
基地局での受信レベルを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the reception level at the base station of a face-to-face delayed wave that affects transmission characteristics in consideration of the propagation loss of the delayed wave and the beam shape of the antenna.
【図13】従来のアンテナアレーによりぺンシルビーム
を実現する場合の、素子間隔を半波長とした際の、素子
数と最大放射方向から15dB下がる角度の関係を示す
図である。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between the number of elements and an angle of 15 dB below the maximum radiation direction when the element spacing is set to a half wavelength when implementing a pencil beam by a conventional antenna array.
1−1 無指向性アンテナ 1−2 周波数変換器、 1−3 A/D変換器、 1−4 指向性計算部 1−5 変復調部 2−1,5−1 アレーアンテナ 2−2 基地局装置 2−3,6−5,9−3,10−3 建造物 2−4,6−4,8−3,9−4 道路 5−2,9−2,10−2 端末 5−3 通話品質の悪くなる方向 6−1 スロットアンテナ 6−2 3素子アンテナアレー 6−3,8−1,9−1,10−1 基地局 8−2 セル 9−5 要求される指向性 10−4 ゾーン 10−5 主ビーム 10−6 ビーム 1-1 Non-directional antenna 1-2 Frequency converter, 1-3 A / D converter, 1-4 Directivity calculator 1-5 Modulator / demodulator 2-1, 5-1 Array antenna 2-2 Base station device 2-3, 6-5, 9-3, 10-3 Building 2-4, 6-4, 8-3, 9-4 Road 5-2, 9-2, 10-2 Terminal 5-3 Communication quality Direction 6-1 slot antenna 6-2 three-element antenna array 6-3, 8-1, 9-1, 10-1 base station 8-2 cell 9-5 required directivity 10-4 zone 10 -5 Main beam 10-6 Beam
Claims (4)
局アンテナ装置であって、 アンテナ素子が帯状の領域の長手方向に直交する直線状
に配列され、 2素子以上5素子以下の素子数を有し、 各素子間の間隔が1波長以上、3波長以下であり、 各素子からの入力信号の振幅および位相を変化させるこ
とのできる振幅・位相可変器を各アンテナ入力部に有
し、 受信側があらかじめ既知の信号と、各アンテナ素子で受
信された信号の合成信号との誤差を最小とするように各
アンテナ入力信号の振幅および位相を計算する振幅・位
相計算部を有し、 該振幅・位相計算部によって求められた各素子の振幅お
よび位相が当該振幅・位相可変器の出力となるように各
振幅・位相可変器を調整する構造を有することを特徴と
する移動通信用基地局アンテナ装置。1. A base station antenna device for mobile communication that irradiates a band-shaped area, wherein the antenna elements are arranged in a straight line orthogonal to a longitudinal direction of the band-shaped area, and the number of elements is 2 to 5 elements. The distance between each element is not less than 1 wavelength and not more than 3 wavelengths, and each antenna input section has an amplitude / phase variable device that can change the amplitude and phase of an input signal from each element, The receiving side has an amplitude / phase calculation unit that calculates the amplitude and phase of each antenna input signal so as to minimize an error between a signal known in advance and a composite signal of a signal received by each antenna element, A mobile communication base station antenna having a structure for adjusting each amplitude / phase variable unit so that the amplitude and phase of each element obtained by the phase calculation unit become the output of the amplitude / phase variable unit; apparatus.
局アンテナ装置であって、 アンテナ素子が帯状の領域の長手方向に直交する直線状
に配列され、 2素子以上5素子以下の素子数を有し、 各素子間の間隔が1波長以上、3波長以下であり、 各素子からの入力信号の振幅および位相を変化させるこ
とのできる振幅・位相可変器を各アンテナ入力部に有
し、 送信信号として、位相変調信号等の信号が一定振幅等の
ある性質を有する変調信号を用い、 各アンテナ素子で受信された信号の合成信号における、
振幅一定等の変調信号の性質からのずれが最小となる各
アンテナ入力信号の振幅および位相を計算する振幅・位
相計算部を有し、 該振幅・位相計算部によって求められた各素子の振幅お
よび位相が当該振幅・位相可変器の出力となるように各
振幅・位相可変器を調整する構造を有することを特徴と
する移動通信用基地局アンテナ装置。2. A base station antenna device for mobile communication that irradiates a band-shaped area, wherein the antenna elements are arranged in a straight line orthogonal to the longitudinal direction of the band-shaped area, and the number of elements is 2 to 5 elements. The distance between each element is not less than 1 wavelength and not more than 3 wavelengths, and each antenna input section has an amplitude / phase variable device that can change the amplitude and phase of an input signal from each element, As a transmission signal, a signal such as a phase modulation signal is a modulation signal having a certain property such as a constant amplitude, and in a combined signal of signals received by each antenna element,
An amplitude / phase calculator for calculating the amplitude and phase of each antenna input signal that minimizes the deviation from the property of the modulation signal such as constant amplitude; and the amplitude and phase of each element obtained by the amplitude / phase calculator. A mobile communication base station antenna device having a structure for adjusting each amplitude / phase variable device so that a phase becomes an output of the amplitude / phase variable device.
局アンテナ装置であって、 アンテナ素子が帯状の領域の長手方向に直交する直線状
に配列され、 2素子以上5素子以下の素子数を有し、 各素子間の間隔が1波長以上、3波長以下であり、 各素子からの入力信号の振幅および位相を変化させるこ
とのできる振幅・位相可変器を各アンテナ入力部に有
し、 各アンテナ素子で受信された信号の合成信号に対し、復
調部において判定処理を行った信号と、判定前の信号と
の誤差が最小となる各アンテナ入力信号の振幅および位
相を計算する振幅・位相計算部を有し、 該振幅・位相計算部によって求められた各素子の振幅お
よび位相が当該振幅・位相可変器の出力となるように各
振幅・位相可変器を調整する構造を有することを特徴と
する移動通信用基地局アンテナ装置装置。3. A base station antenna device for mobile communication that irradiates a band-shaped area, wherein the antenna elements are arranged in a straight line orthogonal to the longitudinal direction of the band-shaped area, and the number of elements is 2 to 5 elements. The distance between each element is not less than 1 wavelength and not more than 3 wavelengths, and each antenna input section has an amplitude / phase variable device that can change the amplitude and phase of an input signal from each element, Amplitude / phase for calculating the amplitude and phase of each antenna input signal that minimizes the error between the signal processed by the demodulation unit and the signal before the judgment on the synthesized signal of the signal received by each antenna element A calculator for adjusting each amplitude / phase variable device such that the amplitude and phase of each element obtained by the amplitude / phase calculator are output from the amplitude / phase variable device. And move Communication base station antenna device.
ロードサイド方向に双指向性を有する素子を用いたこと
を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の移
動通信用基地局アンテナ。4. The mobile communication base station antenna according to claim 1, wherein an element having bidirectionality in a broadside direction of the array is used as each element of the antenna. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9047464A JPH10242739A (en) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | Base station antenna system for mobile communication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9047464A JPH10242739A (en) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | Base station antenna system for mobile communication |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10242739A true JPH10242739A (en) | 1998-09-11 |
Family
ID=12775883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9047464A Pending JPH10242739A (en) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | Base station antenna system for mobile communication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10242739A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002021722A1 (en) * | 2000-09-04 | 2002-03-14 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Radio base system, sampling error reducing method, and sampling error reducing program |
US7432857B2 (en) | 2003-11-07 | 2008-10-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Adaptive antenna apparatus provided with a plurality of pairs of bidirectional antennas |
US7439918B2 (en) | 2004-12-08 | 2008-10-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Adaptive antenna apparatus including adaptive controller for adaptive controlling at least two antenna elements |
US7525493B2 (en) | 2006-08-31 | 2009-04-28 | Panasonic Corporation | Adaptive antenna apparatus including a plurality sets of partial array antennas having different directivities |
-
1997
- 1997-03-03 JP JP9047464A patent/JPH10242739A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002021722A1 (en) * | 2000-09-04 | 2002-03-14 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Radio base system, sampling error reducing method, and sampling error reducing program |
US7432857B2 (en) | 2003-11-07 | 2008-10-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Adaptive antenna apparatus provided with a plurality of pairs of bidirectional antennas |
US7439918B2 (en) | 2004-12-08 | 2008-10-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Adaptive antenna apparatus including adaptive controller for adaptive controlling at least two antenna elements |
US7525493B2 (en) | 2006-08-31 | 2009-04-28 | Panasonic Corporation | Adaptive antenna apparatus including a plurality sets of partial array antennas having different directivities |
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