JPH10336087A - 最大比合成送信ダイバーシティ装置 - Google Patents

最大比合成送信ダイバーシティ装置

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JPH10336087A
JPH10336087A JP9158038A JP15803897A JPH10336087A JP H10336087 A JPH10336087 A JP H10336087A JP 9158038 A JP9158038 A JP 9158038A JP 15803897 A JP15803897 A JP 15803897A JP H10336087 A JPH10336087 A JP H10336087A
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Japan
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antenna
phase
signal
antenna elements
transmission
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JP9158038A
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Kazuhiro Yamamoto
和弘 山本
Muneo Iida
宗夫 飯田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
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    • H04W52/38—TPC being performed in particular situations
    • H04W52/42—TPC being performed in particular situations in systems with time, space, frequency or polarisation diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0602—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using antenna switching
    • H04B7/0608—Antenna selection according to transmission parameters

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アレイアンテナによって得られるアンテナゲ
インの改善とアンテナ素子間の相関を抑えることによる
空間ダイバーシティ効果の両方を得ることのできる最大
比合成送信ダイバーシティ装置を提供することである。 【解決手段】 アンテナ素子２０の間隔はλ／２以上、
例えば５λにとってある。アンテナ素子２０からの受信
信号はアンテナ共用部２１を介して受信機２３に送られ
て復調される。その復調信号は位相電力検出部２５に送
られて、受信電力及び位相が検出され、制御部２６がそ
の検出結果に基づいて送信信号の位相及び電力を算出す
る。その算出結果に基づいて送信信号発生回路２７は送
信信号をアンテナ共用部２１を介して各アンテナ素子２
０に与えて送信する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＰＨＳ（パーソナル
・ハンディフォン・システム）のような移動体通信等に
好適な最大比合成送信ダイバーシティ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の送信用アンテナ装置の一つとして
アレイアンテナがあり、このアレイアンテナにはフェー
ズド・アレイアンテナ、アダプティブ・アレイアンテナ
等がある。また他の装置としてはアンテナ選択ダイバー
シティ装置がある。フェーズド・アレイアンテナは、一
般に図８に示すような構成となっている。
【０００３】同図において、１は複数のアンテナ素子、
２は移相器、３はアンテナ共用（切換）器、４は受信
機、５は送信機、６は制御部である。移相器２は送信信
号の位相を調整する機能を有し、各アンテナ素子１の給
電部に配置され、制御部６によって制御されるようにな
っている。制御部６により各移相器２を制御することに
よって各アンテナ素子１に送られる送信信号の位相を調
整し、空間で送信電波の位相合成を行なうことにより、
所定方向に電波ビーム７を形成させ、アンテナゲインを
改善することを目的としている。
【０００４】而してこの場合、一般に各アンテナ素子１
の間隔はλ／２（λは使用電波の波長）以下に配置する
必要があり、アンテナ素子１の本数をＮとすると、Ｎ倍
のアンテナゲインを所定の方向に対し上げることが可能
となる。このようにフェーズド・アレイアンテナによっ
て形成された電波ビームは電波環境の変化に応じて適応
的に制御可能であるが、その適応時間や移相器の精度等
の問題から移動通信にはあまり利用されていない。
【０００５】これらの欠点を改良するために、アダプテ
ィブアレイ技術が開発されている。図９に従来のアダプ
ティブアレイの構成例を示す。同図において、１０は複
数のアンテナ素子、１１はアンテナ共用部、１２は送信
機、１３は受信機、１４はディジタル信号処理部で、位
相電力検出部１５、送信信号発生回路１６及び制御部１
７から成る。
【０００６】アダプティブアレイも図９に示すように、
フェーズドアレイと同様に複数のアンテナ素子１０をλ
／２以下の間隔ｄで配置し、各アンテナ素子１０からの
受信信号を受信機１３で復調し、その復調信号から位相
電力検出部１５で検出された位相及び電力に基づいて制
御部１７で送信信号の位相及び電力を算出し、これに応
じて送信信号発生回路１６により発生された送信信号を
送信機１２で変調しアンテナ素子１０に供給することに
よって空間で送信電波を合成する。このアダプティブア
レイによればフェーズドアレイの欠点である適応時間、
位相調整の精度等の問題が解決される。
【０００７】次にアンテナ選択ダイバーシティ装置は、
複数のアンテナ素子を、アンテナ間相関係数を小さくす
るために、λ／２以上の間隔で配置し、その複数のアン
テナ素子で受信された電力レベル等から送信を行なうア
ンテナ素子を選択する方式をとる。この装置でのアンテ
ナ素子間隔と相関係数の関係は図１０に示すようにな
り、λ／２以上の間隔でアンテナ素子を配置した場合、
アンテナ素子間の相関係数を小さくすることができる
が、各アンテナ素子が独立に変動するフェージングを受
けるため図１１に示すようにアンテナ素子を選択するこ
とによってフェージングの影響を軽減することができ
る。なお、図１１において横軸は時間、縦軸は各アンテ
ナ素子での受信レベルである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】而して上述した従来の
送信用アンテナ装置には下記のような欠点がある。ま
ず、前記アレイアンテナでは、所定方向に電波ビームを
形成するという目的から、各アンテナ素子をλ／２以下
の間隔に配置する必要があるため、各アンテナ素子間の
相関係数が大きく、フェージングの影響を受けて特性が
劣化してしまう欠点がある。
【０００９】またアンテナ選択ダイバーシティ装置は、
複数のアンテナ素子からの受信信号の電力に基づいてそ
の複数アンテナ素子から１本のアンテナ素子を選択して
送信を行なう方式をとっているので、アレイアンテナの
位相合成によるゲインと比べると、移動端末での受信電
力の改善（アンテナゲインの改善）は大きくなく、特に
フェージングのない見通しのよい環境下での受信電力の
改善は得られない。
【００１０】本発明の目的は上述した従来のアレイアン
テナ及びアンテナ選択ダイバーシティ装置の欠点を改良
してアレイアンテナによって得られるアンテナゲインの
改善とアンテナ素子間の相関を抑制することによる空間
ダイバーシティ効果の両方を得ることを可能にした最大
比合成送信ダイバーシティ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１の発明の最大比合成送信ダイバーシティ装置
は、使用電波の波長をλとしてλ／２以上の間隔で配置
された複数のアンテナ素子と、上記アンテナ素子の夫々
に対応する複数の送信機及び受信機と、各アンテナ素子
を上記受信機又は送信機に選択的に接続するアンテナ共
用手段と、上記各受信機からの受信信号の位相を検出
し、その検出結果に応じた位相を有する送信信号を上記
各送信機に与えて各アンテナ素子から送信する信号処理
手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１２】請求項３の発明のパーソナル・ハンディフ
ォン・システムは、使用電波の波長をλとしてλ／２以
上の間隔で配置された複数のアンテナ素子と、上記アン
テナ素子の夫々に対応する複数の送信機及び受信機と、
各アンテナ素子を上記受信機又は送信機に選択的に接続
するアンテナ共用手段と、上記各受信機からの受信信号
の位相を検出し、その検出結果に応じた位相の送信信号
を上記各送信機に与えて各アンテナ素子から送信する信
号処理手段と、を備えた最大比合成送信ダイバーシティ
装置を基地局とすることを要旨とする。
【００１３】上記各発明において、信号処理手段は各受
信機からの位相に加え、電力を検出し、その検出結果に
応じた位相及び電力を有する送信信号を上記各送信機に
与えて各アンテナ素子から送信するようにしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態としては、例
えば、図１に示すように複数本のアンテナ素子２０を、
夫々の間隔ｄをλ／２以上にして配置してある。２１は
アンテナ共用（切換）部で、各アンテナ素子２０を送信
機２２及び受信機２３で選択的に共用するためのもの
で、これを介して受信信号が受信機２３に送られ、復調
される。その復調信号はディジタル信号処理部２４内の
位相電力検出部２５に送られて、受信電力及び位相が検
出され、制御部２６がその検出結果に基づいて送信信号
の位相及び電力を算出し、その算出結果を送信信号発生
回路２７に与える。送信信号発生回路２７は算出された
位相及び電力を有する送信信号を発生し、送信機２２で
変調しアンテナ共用部２１を介して各アンテナ素子２０
から送信する。
【００１５】而して図１の本発明の装置では各アンテナ
素子の間隔をλ／２以上にとって配置したことにより、
前記アレイアンテナの特徴である位相合成によるアンテ
ナゲインと、前記アンテナ選択ダイバーシティ装置によ
る空間ダイバーシティゲインの両方を兼ね備えたことを
特徴としている。
【００１６】各アンテナ素子２０の配置は、例えば、図
２（ａ），（ｂ）に示すようなものがある。また、従来
のアンテナ選択ダイバーシティ装置で、４本のアンテナ
素子を有し各アンテナ素子の間隔ｄをλ／２以下とした
場合のアンテナ放射パターンの一例を図３に示す。更に
上述した本発明の装置で、各アンテナ素子の間隔ｄをλ
／２以上とした場合の放射パターンの一例を図４に示
す。図４から明らかなように、本発明のように各アンテ
ナ素子の間隔ｄをλ／２以上にした場合、一定方向に指
向性を持たせる電波放射ビームを形成することはなく、
３６０°全方向にわたって多数のピークがほぼ均等に各
方向に出るような放射パターンとなるので、無指向性
で、しかもアンテナゲインはアンテナ素子間隔をλ／２
以下にした場合と同様になる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図５は本発明による最大比合成送信ダイバーシテ
ィ装置の一実施例を示す。同図において、３１ａ〜３１
ｄは送受信共用アンテナ素子で、各アンテナ素子の間隔
ｄはλ／２以上で、例えば５λにとってある。
【００１８】３３ａ〜３３ｄは受信機、３４ａ〜３４ｂ
は送信機であり、夫々アンテナ共用（切換）器３２ａ〜
３２ｄを介して各アンテナ素子３１ａ〜３１ｄに接続さ
れている。３５ａ〜３５ｄはＡ／Ｄ変換器、３６ａ〜３
６ｄはＤ／Ａ変換器、３７ａはシグナルプロセッサ部、
３８は制御部で、シグナルプロセッサ部３７内には各ア
ンテナチャンネル毎に受信電力及び位相を検出する位相
電力検出部が設けられており、受信機３３ａ〜３３ｄの
出力はＡ／Ｄ変換器３５ａ〜３５ｄによりディジタル信
号に変換されてシグナルプロセッサ３７に送られると共
に制御部３８からのディジタル送信信号はＤ／Ａ変換器
３６ａ〜３６ｄによりアナログ信号に変換されて送信機
３４ａ〜３４ｄに与えられるようになっている。
【００１９】上記実施例では４チャンネルａ〜ｄのアン
テナチャンネルが設けられているが、そのうちの１チャ
ンネルａの動作について説明を行ない、他チャンネルｂ
〜ｄについては同様の動作を行なうため、ここではその
動作説明を省略する。
【００２０】アンテナ素子３１ａによって受信された信
号は、制御部３８により制御されるアンテナ共用器３２
ａを介して受信機３３ａに送られる。受信機３３ａは受
信信号の復調を行ないその復調信号はＡ／Ｄ変換器３４
ａによってディジタル信号に変換され、シグナルプロセ
ッサ部３７に送られる。
【００２１】シグナルプロセッサ部３７は各アンテナ素
子３１ａ〜３１ｄで受信された信号の相対位相及び電力
を夫々検出し、その検出結果に基づいて送信に最適な各
アンテナ素子に与える送信信号の相対位相及び電力を算
出し、そのデータを制御部３８に送る。
【００２２】制御部３８は算出データ及び各アンテナ素
子の重みづけに基づいて送信信号を生成し、Ｄ／Ａ変換
器３６ａに送る。Ｄ／Ａ変換器３６ａによってアナログ
信号に変換された送信信号は送信機３４ａによって変調
され、その変調信号はアンテナ共用器３２ａを介してア
ンテナ素子３１ａに送られて送信される。
【００２３】各アンテナ素子毎に上述した動作が行なわ
れることによりフェーズド・アレイ・アンテナとしての
アンテナゲインと空間ダイバーシティ特性の両方を得る
ことができる。
【００２４】図６及び図７は夫々図１２のように配置し
た４本のアンテナ素子３１ａ〜３１ｄを使用する基地局
で従来の空間ダイバーシティでアンテナ素子間隔ｄ＜λ
／２とした場合及びｄ＞λ／２とした本発明の最大比合
成送信ダイバーシティ装置の場合のアンテナゲイン（Po
wer Gain）及び子局（移動機）でのＣＮＲ改善（Divers
ity Gain）を計算機シミュレーションによって求めた結
果を示すグラフである。
【００２５】図７から明らかなように本発明の実施例の
ようにアンテナ素子間隔をλ／２以上とし、各アンテナ
素子に送信に最適な位相及び電力の送信信号を与えて送
信する場合、約６ｄＢのアンテナゲインが得られる。こ
れに対し図６の従来の場合ではアンテナゲインは平均で
３ｄＢであるので、本発明では約３ｄＢのアンテナゲイ
ンの改善を計ることができることが解る。従ってまた従
来と同程度のアンテナゲインに抑えるとすれば、約３ｄ
Ｂの電力節約を果たすことができる。更に図６，図７か
ら明らかなように、移動機（子局）でのＣＮＲの改善
（ダイバーシティ・ゲイン）は従来では平均１０．４４
ｄＢ、本発明では平均１３．６２ｄＢであり、これも本
発明によればアンテナゲインと同様に約３ｄＢ改善され
ることが解る。
【００２６】本発明の最大比合成送信ダイバーシティ装
置は移動体通信、特に同一周波数を用いてＴＤＤ方式に
より移動機と通信するＰＨＳ（パーソナル・ハンディフ
ォン・システム）の基地局として好適である。ＰＨＳシ
ステムは、図１３に基地局と移動機の各送受信スロット
のタイミングを示すＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式（Time divis
ion multiple access/Time divisionduplex）を採用し
ている。つまり通信相手と同一の周波数を用いて、送信
（受信）時間をずらすことによって、通信を行なってい
る。通信相手と周波数が同一なことから、受信信号の位
相及び電力の情報から、送信信号の位相及び電力を導き
だすことが容易である。そのため、本発明はＴＤＤ方式
に適している。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数本のアンテナ素子を用いた送信ダイバーシティ装置に
おいて、各アンテナ素子の間隔をλ／２以上に設定する
ことにより、アレイアンテナの特徴である位相合成によ
るアンテナゲインと、アンテナ選択ダイバーシティによ
る空間ダイバーシティゲインの両方の特徴を兼ね備えさ
せることができ、特にＰＨＳの基地局に好適な最大比合
成送信ダイバーシティ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様を示すブロック図である。
【図２】本発明におけるアンテナ素子の配置例を示す図
である。
【図３】従来の装置におけるアンテナ素子による放射パ
ターンの一例を示すチャートである。
【図４】本発明におけるアンテナ素子による放射パター
ンの一例を示すチャートである。
【図５】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図６】従来の空間ダイバーシティの場合のアンテナゲ
インとダイバーシティゲインを示す計算機シミュレーシ
ョンによるグラフである。
【図７】本発明の場合のアンテナゲインとダイバーシテ
ィゲインを示す計算機シミュレーションによるグラフで
ある。
【図８】従来のフェーズド・アレイアンテナの構成を示
すブロック図である。
【図９】従来のアダプティブ・アレイの構成を示すブロ
ック図である。
【図１０】従来のアンテナ選択ダイバーシティ装置にお
けるアンテナ素子間隔と相関係数の関係を示すグラフで
ある。
【図１１】アンテナ選択ダイバーシティ装置におけるア
ンテナ素子の選択の状態を示す図である。
【図１２】４本のアンテナ素子の配置例を示す図であ
る。
【図１３】ＰＨＳにおけるＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式の基地
局と移動機の各送受信スロットタイミングを示す図であ
る。
【符号の説明】
２０ アンテナ素子 ２１ アンテナ共用部 ２２ 送信機 ２３ 受信機 ２４ ディジタル信号処理部 ２５ 位相電力検出部 ２６ 制御部 ２７ 送信信号発生回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 使用電波の波長をλとしてλ／２以上の
    間隔で配置された複数のアンテナ素子と、 上記アンテナ素子の夫々に対応する複数の送信機及び受
    信機と、 各アンテナ素子を上記受信機又は送信機に選択的に接続
    するアンテナ共用手段と、 上記各受信機からの受信信号の位相を検出し、その検出
    結果に応じた位相を有する送信信号を上記各送信機に与
    えて各アンテナ素子から送信する信号処理手段と、を備
    えたことを特徴とする最大比合成送信ダイバーシティ装
    置。
  2. 【請求項２】 前記信号処理手段は、各受信機からの位
    相に加え、電力を検出し、その検出結果に応じた位相及
    び電力を有する送信信号を上記各送信機に与えて各アン
    テナ素子から送信するようにしたことを特徴とする請求
    項１に記載の最大比合成送信ダイバーシティ装置。
  3. 【請求項３】 使用電波の波長をλとしてλ／２以上の
    間隔で配置された複数のアンテナ素子と、 上記アンテナ素子の夫々に対応する複数の送信機及び受
    信機と、 各アンテナ素子を上記受信機又は送信機に選択的に接続
    するアンテナ共用手段と、 上記各受信機からの受信信号の位相を検出し、その検出
    結果に応じた位相の送信信号を上記各送信機に与えて各
    アンテナ素子から送信する信号処理手段と、を備えた最
    大比合成送信ダイバーシティ装置を基地局とすることを
    特徴とするパーソナル・ハンディフォン・システム。
  4. 【請求項４】 前記信号処理手段は、各受信機からの位
    相に加え、電力を検出し、その検出結果に応じた位相及
    び電力を有する送信信号を上記各送信機に与えて各アン
    テナ素子から送信するようにしたことを特徴とする請求
    項３に記載のパーソナル・ハンディフォン・システム。
JP9158038A 1997-05-30 1997-05-30 最大比合成送信ダイバーシティ装置 Pending JPH10336087A (ja)

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JP9158038A JPH10336087A (ja) 1997-05-30 1997-05-30 最大比合成送信ダイバーシティ装置
US09/085,489 US6453150B1 (en) 1997-05-30 1998-05-27 Maximum-ratio synthetic transmission diversity device
EP98109882A EP0881782A3 (en) 1997-05-30 1998-05-29 Maximum-ratio synthetic transmission diversity device
CN98102045A CN1098573C (zh) 1997-05-30 1998-06-01 最大比合成发送分集装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP9158038A JPH10336087A (ja) 1997-05-30 1997-05-30 最大比合成送信ダイバーシティ装置

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EP (1) EP0881782A3 (ja)
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