JPH11514506A - アンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティ携帯電話アンテナと方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通信システムで、２つのマルチビームアンテナ（２０、２０ａ）測方に互に離れていてシステムのユーザーから信号を受信するため方位セクターの範囲をもつ。各アンテナはそのビーム（２１'、２２'、２３'、２４'）の間のクロスオーバー（７４、７５、７６）の地域に低い利得パフォーマンスを供するが、それは各ビーム（図４、７２）のセンターライン（７０）に沿ったピーク利得に比べてである。２つのマルチビームアンテナを、関心のあるセクター内（９６）の異なる方位に並べることにより、アンギュラーダイバーシィティが達成される。同様のアンテナ（図５）のビームクロスオーバーの地域に並べられた１つのマルチビームアンテナのピーク利得ビームセンターラインでもって、５デシベルの最少利得改良は２つの４−ビームアンテナ（２０、２０ａ）で得られるが、それは同しセクター範囲をシングルセクターワイドビーム（１２'）をもつ１つ又はそれ以上のアンテナ（１２）を比較してである。アンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティを達成するためのシステムと方法が記述されている。

Description

【発明の詳細な説明】 アンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティ 携帯電話アンテナと方法 この発明は車の利用者からの通信信号を受信するためのアンテナシステムに、 そして特に、車の利用者の装置から発される信号を高利得で受信することのでき る角多様性と空間多様性の両方を用いるマルチビームアンテナ方法とシステムに 関するものである。 背景技術 動いている車の無線通信は、例えば、ふつう固定の局を経るか又はセルサイト を利用する。各セルサイトは は セルサイトのまわりのごく狭まい地域内にある 自動車からの比較的低い電力の信号を伝送したり受信したりするよう配置されて いる１つ又はそれ以上のアンテナを含んでいる。期待のアンテナ範囲を得るため 、セルサイトのまわりの地域はセクターに分割される。方位で９０度の４つのセ クター、又は１２０度の３つのセクター、このようにセルサイトのまわり３６０ 度となるようにする。セルという用語は通信の範囲をひろげるために、これにつ らなる隣接のセルの必要性をもたらす。 １２０度セクターの１つをとってみると、１２０度セクター範囲とするアンテ ナシステムの設計は比較的簡単である。そのアンテナシステムは望みのセクター 範囲の地域内のすべての利用者に信号を送るのに効果的であろう。もし信号がセ クターの範囲の一番外側にいる利用者にとどくのに弱すぎるときは、伝送電力は 高レベルにすることができる。しかし、セクターの外縁にいる利用者から受信さ れるべき信号については、利用者の伝送はふつう車の装備から伝送される電力の 制限の下に入る。もし利用者の伝送電力がセクター地域の外部から信頼できる受 信をするのに不適切であるときは、セルの全体のサイズと固定セルの受信アンテ ナの利得は限定された対象となってくる。多くの関連事項は、予想使用者数や利 用できる周波数帯を含めて、又各セルサイトの範囲の理想的サイズの決定に関与 してくる。しかし、小さい範囲のセルも連続した地域をカバーするのに必要であ ることは明らかである。セルサイトの追加には各種のコストが必要となってくる 。各セルサイトでの高利得のアンテナは遠方の信号を受信を確かなものにする。 しかし、今までのアンテナでは、利得は直接ビーム幅に関係し、１２０度方位セ クターの範囲のアンテナは比較的低い利得であった。高利得は大きなアンテナの 利用で達成されるが、大きさとコストは限定された要素である。高利得は又狭い ビーム幅の利用で可能であるが、それはセクターの一部のみの範囲内である。多 数の狭いビームの設備によるセクター範囲を供給するアンテナシステムの利用は 、シングルワイドビームセクターアンテナの利用によって得られるより、より高 い利得を供給するように配置できる。しかし、マルチビームアンテナについて、 隣接する狭いビームの間のビーム交差で与えられるアンテナパターン利得は、各 の狭いビームのビーム中心線に沿って与えられるピーク利得よりかなり低い。全 セクター範囲に対し、２つもしくはそれ以上のより狭いビームを提供するアンテ ナをもつシングルワイドビームセクターアンテナの置換えによって得られる利得 の改良は、それ故に、隣接するビームの間の交差で与えられる効果的利得によっ て限定される。 故にこの発明の目的は、従来の車の通信や他のタイプのアンテナシステムより も１つ或はそれ以上のコストや操作上の利点を提供する改良された新らしいマル チビーム受信アンテナを提供することにある。 発明の開示 発明によると、方位セクター内の高アンテナ利得と、このようなセクター内に ある利用者からの信号を受信するための受信システムを含む通信システム内のス ペーストダイバーシィティ受信の両方を提供するためのアンギュラーダイバーシ ィティ／スペーストダイバーシィティ方法は次のステップを構成している： (ａ)セクターに範囲を与えるマルチビームアンテナをもち、夫々のビームセン ターラインに沿うピーク利得値と第１のアンテナ群の隣接するビームの間のビ ームクロスオーバーの部分にクロスオーバー利得値を含んでいる第１のアンテナ 群を提供する； (ｂ)第１アンテナ群のアンテナパターンをセクター内の第１の方位に並べる； (ｃ)第２のアンテナ群を供するのだが、それは操作周波数において多くの波長 により第１のアンテナ群から側方におかれていて、セクター内に範囲をもち、ピ ーク利得値を各ビームセンターラインに沿ってもち、クロスオーバー利得値を第 ２のアンテナ群の隣接ビームの間のビームクロスオーバーの区域内にもっている 所のマルチビームアンテナパターンを有している； (ｄ)第１のアンテナ群の第１の方位に関連して少くとも第２のアンテナ群のビ ームセンターラインの１つを第１のアンテナ群のビームクロスオーバーの地域と 並んでおき、第２のアンテナ群の各ビームが第１のアンテナ群の少くとも１つの ビームによって与えられる範囲と一部重なる範囲を与えるように、セクター内の 異なる方位に第２のアンテナ群のアンテナパターンを並べること； (ｅ)ユーザーから受信した第１の信号を第１のアンテナ群のビームの１つに提 供すること； (ｆ)ユーザーから受信した第２の信号を第２のアンテナ群のビームの中に、第 １のアンテナ群の前述のビームの１つと一部重ねて提供すること； (ｇ)受信システムの中で次の１つを処理すること：第１の信号、第２の信号と 第１と第２の信号の組合わせ；ユーザーから信号を受信した方位に、無関係にク ロスオーバー利得値より高い利得値と信号のスペーストダイバーシィティ受信を 提供するために。 又発明によると、アンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィテ ィアンテナシステムは、方位セクターにいるユーザーからのユーザー信号を受信 する受信システムを含む通信システムに用いるのに適していて、次のアンテナ群 を含んでいる。第１のアンテナ群はマルチービームアンテナパターンをもってい て、ビームセンターラインに沿ってピーク利得値と第１のアンテナ群の隣接する ビームの間のビームクロスオーバーの地域のクロスオーバー利得値をもつ多くの ビームを経て、セクター内に範囲を提供している。第２のアンテナ群は、第１の アンテナ群と同様に、操作周波数において多く波長により第１のアンテナ群から 側方に離れていて、そして、第１のアンテナ群に関して記述したようにピーク利 得値及びクロスオーバー利得値をもつ多くのビームを経てセクター内に範囲を提 供する。第２のアンテナ群は、セクター内で異なる方位で並べられていて、それ は第１のアンテナ群と関連しているが、第１のアンテナ群のビームクロスオーバ ー地域に並べてビームセンターラインの少くても１つを置くためである。その結 果、第２のアンテナ群の各ビームは、第１のアンテナ群の少くとも１つのビーム と１部重なるようになっている。アンテナは又第１の出力ポートを含んでいて、 それは第１のアンテナ群と結合していて、ユーザーから受信した第１の信号を第 １のアンテナ群のビームの１つに供給し、そしてアンテナは第２の出力ポートを 含んでいて、第２のアンテナ群と結合していて、ユーザーから受信した第２の信 号を第２のアンテナ群のビームの中に供給するかそれは第１のアンテナ群のビー ムの１つと重なっている。アンテナシステムは第１と第２の出力ポートで供給さ れた信号に接近できる受信システムが次の１つを処理することができるよう配列 されている：第１の信号、第２の信号、又は第１と第２の信号の組合わせ、そし てそれはユーザーから信号を受信した所の方位には無関係に信号のスペーストダ イバーシィティ受信とクロスオーバー利得値より高い利得値を供給するためであ る。 アンテナシステムの特別な具体例で、第１と第２のアンテナ群の各は４つのビ ームをつくるようになっているが、３０度のビーム幅をもっていて、３０度の隣 接ビーム間に方位差をもち、１２０度の方位セクターの範囲を提供する。この配 列では第１のアンテナ群にくらべ第２のアンテナ群の並びの異なる方位は１５度 である。 この発明のよりよき理解のため、図面を引用し、そして発明の範囲はクレイム で示す。 図面の簡単な説明 図１はアンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティアンテナ システムを取入れた携帯型通信システムを示したものである。 図２はコントローラユニットの形をより詳細に示したものである。 図３は図１のシステムの操作を記すのに有用な角／時間ダイアグラムを示した ものである。 図４は４つのビームアンテナパターンであり発明を表わすのに有用である。 図５はアンギュラーダイバーシィティをもつ図４に示されているビームの上に 重ねられた４つの追加のビームを示すアンテナパターン表示である。 図６ａと６ｂは図１のアンテナ群２０と２０ａの形を詳細に示したものである 。図６ｃと６ｄは夫々図６ａと６ｂのアンテナの中のスロットとダイポール放射 要素を示したものである。 図７は図６ａと６ｂのアンテナ群２０と２０ａの並びを示したもので、それはア ンギュラーダイバーシィティと結果としての遠方アンテナパターン部を示してい る。 発明を実施するための最良の形態 さて図１に関し、自動車ユーザーからの信号を受信するための通信システムの 型式が、高利得受信を供給するこのような通信システムの利用に適切なアンギュ ラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティアンテナシステム１０の型 式が示されている。 通信システムはセクターアンテナ１２、送受切換器１４、送信器１６と受信器 １８を含んでいる。通信システムは又同様なセクターアンテナ１２ａを含んでい るが、それは２つの異なる信号路を経てスペーストダイバーシィティ信号受信を 供給するために操作帯域で周波数で数波長だけセクターアンテナ１２から側方に 離れている。この例では、各セクターアンテナ１２と１２ａは１２０度方位セク ターの範囲を供給するため効果的ビーム幅をもっているので、全ての重なるセク ターの範囲の結果となる。このシステムは又送受切換器１４ａ、第２の送信器１ ６ａと第２の受信システム１８ａを含んでいる。送信器１６ａと受信システム１ ８ａは追加の操作容量をつくるため、送信器１６と受信システム１８に用いられ る信号周波数と異なる周波数で操作されるよう配列されている。受信につづき、 ユーザー信号はユーザー指向のパーティーに次の処理や伝送のため受信器出力１ ９と１９ａに与えられる。アンテナシステム１０がないときは各アンテナ１２と １２ａは受信器システム１８に結合され、受信システム１８がセクターアンテナ １２又はセクターアンテナ１２ａを経て受信された第１のユーザー信号を用いる か、その組合わせを経た信号を用いることができるようになっている。同様に、 アンテナシステム１０がないとき、受信システム１８ａは異なる周波数で発信さ れた第２のユーザーからの信号の受信のためアンテナ１２と１２ａのどちらか又 は両方からの信号を用いるよう配列されている。他の応用で、基本的な通信シス テムはシングル送信器／受信器／アンテナ組合せをふくんでもよいし或は他の構 成の変化をもってもよい。 図１に示すアンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティアン テナシステム１０は、アンテナ群２０で示されているように、マルチビーム第１ アンテナ群手段を含んでいるが、それはダイポール又は他の放射要素配列の４つ の並んだ鉛直アレイを構成してもよいが、それは４つの第１のアンテナビーム２ １’−２４’を供給するのに適しているが、その各は１２０度セクターより狭い ビーム幅をもっていてそして、４つのビームがまとめて少くともセクターの部分 をカバーするように並べられている。もし４つのビームアンテナ構成が用いられ ると、第１のアンテナビームは全１２０度方位セクターをまとめてカバーするよ う配列される。望みのビームは放射要素のアレイを用いることにより提供される が、適切なビーム形成ネットワークを含むもよい含まなくてもよく、又はこの道 に技術のある人にとって他の適当な方法でもかまわない。４つの第１のアンテナ ビームに受信された各結合された第１のアンテナビーム信号に対してビームポー ト２１−２４が用意される。ビームポート２５は同様にセクターアンテナ１２の ビームの中に受信されたセクタービーム信号の結合をさせる。 図１のアンテナ システム１０は又マルチカプラー手段２７−３０を含んでい るが、それは夫々ビームポート２１−２４と結合している。示されているように 、マルチカップラー手段２７−３０はビームポート２１−２４でつくられ図１の 各ユニット２７−３０の底部から発している。３つの出力リードによって示され ている３つの平行のポートで用いられている。加うるに、３１で示すよう にマルチカップラー手段は同様に送受切換器１４を経てセクタービーム信号をつ くるが、それは３つの平行ポートで用いられている。マルチカップラーユニット ２７−３１は受信器増幅器と関連信号分離回路の形をとるが、それは受信信号に 応答し低ノイズ増幅と各関連信号にマルチポートアクセスを供するためであるが 、一方、特別の応用のために望まれる受信信号の搬送周波数の維持と転換もする 。他の具体例で、３つの平行ポートより多いか又は少ない利用もある。低ノイズ 増幅器はマルチカップラーユニット２７−３１の各に含まれるが、ビームポート ２１−２４の前にアンテナ２０のビーム出力の所でもあるし、又はこれらの両方 の場所でもよい。他のマルチ出力ジャンクション装置又はマトリックス結合配列 のタイプもこの道に技術のある人は用いることができよう。 説明したように、アンテナシステム１０は更に複数のスイッチ手段を含んでい て、シングルポールの５つの位置のスイッチ装置３３−３５として示されている 。スイッチ装置３３−３５の各はビームポート２１−２５の各と結合されていて 、マルチカップラユニット２７−３１の平行出力ポートを経ている。スイッチ手 段は複数のスイッチ出力ポート３７−３９をもっていて、スイッチ装置３３−３ ５と結合していて、そして各スイッチ装置は各スイッチ装置３３−３５の各に夫 々連結された点線を通って供給される選択信号に応答している。この配列で、ア ンテナシステム１０からの第１のアンテナビーム信号のすべてが独立して選ばれ た基礎の上の第１のスイッチ出力ポート３７、第２のスイッチ出力ポート３８と 第３の出力スイッチポート３９に選択的に供給される。示したように、第１と第 ３のスイッチ出力ポートは夫々第１と第２の受信器システム１８と１８ａに連結 されている。スイッチ装置３３−３５はスイッチ手段をもっていて複数の入力の １つと出力をカップリング可能にするため電気的、電子的、機械的、光学的又は 他の適切な装置の型を有している。 制御器４０は又図１のアンテナシステム１０の中に含まれている。制御器４０ は第２のスイッチ出力ポート３８及びスイッチ装置３３−３５に結合されている 。制御手段４０は次のものを含む複数の機能をはたすよう構成されている。第１ に、選択信号をスイッチ手段のスイッチ装置３４に供給し第１のアンテナ２０の ビームの異なるものの中で受信した第１のアンテナビーム信号を連続して第２の スイ ッチ出力ポート３８に供給するようにするためで、そしてそれによって、制御器 ４０に入力させることになる。このような連続選択は連続基礎の上で望みに応じ 進められるが、一方アンテナシステム１０は操作中である。 第２に、連続的に供されるビーム信号と選択の解析のため、所定の基礎の上に、 ビーム信号は第１のアンテナビームの１つの上に受信される。このような選択基 礎は最も高いユーザー信号振幅をもつビーム信号の選択をするか、又は他の３つ の第１のアンテナビーム信号に関連しにせの信号割り当てに対し最善の信号をで ある。 第３に、選択信号をスイッチ手段のスイッチ装置３３に供し、第１アンテナ２０ からの選択ビーム信号を第１スイッチ出力ポート３７を経て受信システム１８に 結合させることである。その結果、ユーザー信号は狭いビーム／高い利得のアン テナによる受信にもとずき受信システム１８に供給されるか、それはアンテナ利 得にセクターアンテナ１２によるのより約６ｄＢ高いものとなる。 操作の中で、制御器４０はこのような信号解析と選択を続けるようアレンジさ れている。その結果、もしユーザーが位置やまわりの信号を変えると伝送条件は 変化し、新しい位置のよりよき範囲はアンテナ群２０の他のビームの１つによっ て供給され、そのビームからの信号は受信システム１８と結合される。制御器４ ０は又同し時間周期の中で異なるユーザーからの入ってくる多くの信号を扱うよ う構成されることができるが、それは短かい時間内に信号を繰返し処理すること 又は他の適当な方法によってなされる。制御器４０の構成については更に後にふ れる。図１に示すように、制御器４０は又スイッチ装置３３に適用された選択信 号を経てセクターアンテナ１２のセクタービーム１２’の中に受信された信号の 結合の制御も可能である。代表的な操作では、セクターアンテナ１２からのユー ザー信号は第１の受信器１８に供給される。（ａ）最初ユーザーの確認、（ｂ） この信号かビーム２１'−２４’からの信号よりも高い振幅をもっているとき、 （ｃ）アンテナシステム１０が働かないかサービス中であるとき、（ｄ）ユーザ ーが固定セルサイトに非常に近くて信号レベルが高いとき、又は（ｅ）他のきめ られた操作条件の下にあるとき。かかる構成でもって、通信システムは基礎レベ ルの連続能力をもつがそれはアンテナシステム１０の存在なしのパフォーマンス に相 当する。 図１の構成の他の特徴を示そう。制御器４０の除外で、アンテナシステム１０ は２つの左右対称の所がある。図１の右側は“ａ”という接尾辞がついている。 もし２つの４ビームアンテナ群２０と２０ａが側方にはなれてそして各がセクタ ーの全範囲を与えたら、スペーストダイバーシィティ受信はセクター内の各ユー ザー位置に利用ができる。信号解析、信号選択及び制御器４０で得られる選択信 号は特別のユーザーにとって受信器１８に役立つようにすることになるが、同様 にスイッチ出力ポート３７を径て結合したアンテナ群２０のビームの１つからの ユーザー信号そしてスイッチ出力ポート３９を径て結合したアンテナ群２０ａの ビームの１つからのユーザー信号もそうである。受信システム１８はそれでその 右又は左の入力を最善の信号受信として選択をする。前に示したように、送信器 １６ａと受信器システム１８ａは、送信器１６と受信器１８によって用いられる これらから異なる信号周波数で操作するようアレンジされてもよい。このことは 制御器４０に第２のユーザーからのアンテナ群２０と２０ａによって受信された 最良のビーム信号を選ぶのを可能としているが、その信号は第１のユーザーから 異なる周波数で送信されたものであり、そしてこれらの第２のユーザーの信号を 受信器１８ａの左と右の入力に結合させるが、受信器１８に結合した第１のユー ザーの信号とは独立している。別の件として、図１には又サンプリングカップラ ーがある、それは直接的カップラー４２と４２ａであるが、制御器４０に、送信 器１６と１６ａから送信された信号の非常に低い電力のサンプルを供給するよう アレンジされている。このようなサンプルは制御器４０にユーザー信号の受信の 時間に関する関連目標のための同期信号を導き出すことを可能にしている。 図２で、図１のアンテナシステム１０のなかで用いるのに適している制御器４ ０の１つの型を説明する。示されているように、信号分離器５０と５０ａは図１ に含まれているスイッチ出力ポート３８と３８ａからの無線周波数ビーム信号を 受信する。分離器５０はポート３８からのビーム信号受信器５２と５２ａの入力 に供給する。受信器５２はアンテナ群２０の選択されたビーム信号からの第１の ユーザー／第１の周波数信号を選び、検波しビデオ周波数フォーマットとする。 その結果としてのビデオ信号はアナログデジタルコンバーター５４で処理されバ ッファーメモリ５６にデジタルとして記憶される。同様に分離器５０ａはポート ３８ａからのビーム信号を受信器５３と５３ａに供給する。受信器５３はアンテ ナ群２０ａからの第１ユーザー／第１周波数信号を選択し、検波するが、それは デジタルの形にコンバートされバッファーメモリ５７に記憶される。同様に、ア ンテナ群２０と２０ａからの第２のユーザー／第２の周波数信号は受信器５２ａ と５３ａで選ばれ、処理されそしてバッファーメモリ５６ａと５７ａに記憶され る。 第１と第２のプロセッサー６０と６０ａは中央処理機能をもつマイクロプロセ ッサーを備えて信号解析と選択のため記憶されているデジタル信号を処理する。 約１５ミリ秒の間に、入ってくる信号の１２０サンプルがバッファーメモリ５６ に記憶され次の時間幅で処理される。スイッチ装置３４の連続処理の結果、制御 器４０からの選択信号の制御の下で、これらの１２０のサンプルはビーム１２‘ と２１'−２４‘の各の中に受信された信号のサンプルを具合よく含むことにな る。これら１２０サンプルのうち、セクターアンテナ１２からの信号の２４のサ ンプルが第１のユーザーから入ってくる送信を特定し有効にする。図３の角／時 間のダイアグラムで示すように、第１のアンテナビーム２１'、２２'、２３'と ２４'からの信号の２４サンプルの連続グループはそれでビーム信号の解析と選 択に用いられ第１のユーザーからの高品質信号をつくりだす。選ばれたビーム信 号（例えば２１'）は、制御器４０からスイッチ装置３３に供された選択信号の 結果としてポート３７を経て受信器システム１８に結合されることとなる。タイ ミング構成のシステムに従い、第１のタイム幅の中の記憶された１２０サンプル の処理は、次のタイム幅のなかでアンテナ２０によって受信された第１のユーザ ー信号のサンプルの解析で、毎９０ミリ秒約６回繰返される。第１のユーザー信 号の記憶と解析の繰返しの間、この操作のモードで他の５人のユーザーから受信 した信号は、それぞれ１５ミリ秒で５つの中間時間幅の中に記憶され解析される 。各１２５ミリ秒につき１サンプルの割合でのサンプルのサイクルは第１のタイ ム幅の中の第１のユーザー信号に対して１２０サンプルを供給すし、そして次の ５つの時間幅の中の５人の追加ユーザーに同しことをすることは処理枠を示すが それは周期的に繰返される。同時に、１つのタイム幅に記憶された記憶サンプル は次の 時間幅の中で解析される。このように、第１のユーザーのサンプルは第１のタイ ム幅の中に記憶されそして第２のタイム幅の中で解析され、第２のユーザーのサ ンプルは第２のタイム幅の中に記憶されそして第３のタイム幅のなかで解析され る、等々。それから、操作の次の枠内で第１のユーザーに対する新サンプルは７ 番目のタイム幅の中に記憶される、等々、７番目のタイム幅はかくして６つのタ イム幅の第２の枠のスタートを示すこととなる。もし第１のユーザーに対する第 ２の枠の新サンプルの解析が、第１のユーザーの信号が異なるビームのなかでよ り強くなったと指摘したら、異なるビームは受信器システムと結合されるよう行 動がとられる。処理と解析の手続きの１部として、第１のユーザーに対する連続 枠の第１のタイム幅の中に記憶された信号サンプルは、マルチパス受信の効果を 平に平均化される。この操作は受信器５２、コンバータ５４とバッファメモリ５ ６と共に第１のプロセッサー６０で扱はれる。異なる信号サンプリングと処理の アプローチの様々のものが用いられる。例えば、小数の信号サンプルはより短か い継続期間のタイム幅で選択される。又、サンプル処理は平行してはじめられあ とのサンプルは同しタイム幅で受信される、それは上で論じたように次のタイム 幅で処理するのではなくてである。 図３の上の部分に関して、セクタービーム１２ａ'とビーム２４ａ'、２３ａ' 、２２ａ'と２１ａ'の中で受信された第１のユーザー信号に関し、ユニット５３ 、５５と５９と共に同し処理が同時に第１のプロセッサー６０でなされるという ことが判断されよう。同様に、前のタイプの操作が第２の周波数で送信されたユ ーザー信号に対して進められるが、サフィクス“ａ”で特定される図２の右側の 対応ユニットの中でである。その結果、第２のプロセッサー６０ａは、第２の受 信器システム１８ａに結合したアンテナ群２０ａとアンテナ群２０によって受信 された選択された第２のユーザー／第２の周波数信号を次の利用や処理のためタ ーミナル１９ａで処理し準備させるのに有効となる。この発明を理解すれば、図 ２の制御器の要素は色々の方面に使用できよう。アンテナシステム１０はセクタ ーアンテナを含む各種の通信システムに応用できる。例として携帯電話システム 、特別自動車無線、トラックやタクシーに用いられる内部連結サービスなどがあ る。他の応用としてアンテナシステムは１つ又はそれ以上のマルチビームアンテ ナを 用いてワイドビームセクターアンテナなしでモードを送受信するのに用いられよ う。又、色々なデジタルや他の伝送技術、パルスコート変調及び周波数分割、時 間分割又はコード分割多重アクセスなどの多重アクセス技術を含め、それらは発 明を用いるシステムで利用される。 受信アンテナシステムについて記述してきたが、それはユーザーの存在の確認 、これらのユーザーが通信システムを用いる現在の権利、ユーザーからのより強 い信号の受信のための受信器に結合した適切な高利得アンテナビーム、を可能に しているものである。代りに、受け入れられる信号レベルは維持され、遠距離の ユーザー信号を確実に受信し、それにより、大きなセルとより小さなアンテナシ ステムを可能にしている。より狭いビーム幅アンテナの利用による６ｄＢの受信 利得の改良で、アンテナの場所を半分に減らすことができる。本アンテナシステ ムによっての節約は、タイム幅の中の申込者やユーザーの存在を検出することが できるということである。システムはユーザーからの最良の受信信号を現在供給 しているビームを決定し、スイッチ装置を活動させビームを受信器と結合される 。システムはそれからつづけてビームを最良の受信信号で追い、そしてスイッチ 手段を制御しユーザーに対する最良の信号が受信器と結合させるようにする。特 別の具体例では、システムは３つの基本モードで操作するようアレンジされてい る。まず、システムはシステム同期の目的で送信された信号から得られた信号サ ンプルの利用によってはじめられる。システムはそれから上述のようにふつうの 操作モードで操作される。第３のモードは、以前には説明してないが、システム 維持を指向しているがそれは自動的な自己テストと診断目的のためのマニュアル モードを含むことによるが、この技術に知識のある人には明らかなことであろう 。 さて図４において、図１のアンテナ群２０のようなマルチビームアンテナによ って得られる簡易放射パターンを示そう。図４で示すように、各ビーム２１’− ２４’はビーム中心線に沿って、ピークアンテナパターン利得を表わしている。 （例、ビーム２１’の中心線７０に沿って）しかし前に論じた全１２０度セクタ ーに関しては、全セクター範囲はビーンクロスオーバーにおいてより低い利得パ ーフォーマンスに従っている。この利得差は７２に指摘されているが、ビームセ ンターラインの利得と７４、７５、７６のビームクロスオーバーにおける利得の 差を示している。図４でビーム２１’−２４’は同一のビームの側面をもつと思 われる、それは基準電力レベルでの放射電力対角のでき上がったアンテナ放射パ ターン表示に従ってビームが観測されるときである。 図４はベースラインが図１のシングルセクターアンテナ１２の例だが、それは 基準アンテナ利得をもつ１２０度方位セクターの範囲をつくり出す。アンテナ１ ２の利得側面はビームセンターラインに沿ったピーク利得に比べ、左と右のセク ター境界で４ｄＢ下がると思われる。アンテナ１２はふつう１１ｄＢのピーク利 得を与えるが、しかし、特別のセクターアンテナの実際のパフォーマンスは特別 の応用のために用意されたアンテナのサイズ、タイプと設計目的によって決定さ れる。図４の放射パターンは、４つの狭いビーム２１’−２４’を供するアンテ ナ群の利用によって、１２０度セクターを範囲とする結果を示しているが、結果 として、有効利用ビーム幅は４つのビーム２１’−２４’の各についてアンテナ １２に対して１２０度を３０度に下げている。このアレンジメントで、４つのビ ーム合成アンテナパターンは高い利得をピークで６ｄＢ増加させるが、ビームク ロスオーバー ７４−７６では２ｄＢのみである。例えば、特別のマルチビーム ネットワークに対してはビームクロスオーバービームピークの−４ｄＢ低く、そ れで図４の７２に示される利得差は４ｄＢである。これは利得の改良の変化の結 果で、ワイドビームセクターアンテナに比較してであるが、狭いビームピークで ６ｄＢ狭いビームクロスオーバーで２ｄＢの間である。 発明によると、隣接する狭いビームの間のクロスオーバにおける利得のロスは 、第１のビームのセットに比べ方位を角度変移することによってアンギュラーダ イバーシィティを用意するよう並べられた第２のビームのセットを利用すること によって１部打勝つことができる。これは図５に示されているが、それは変移し た角関連の中でビーム２１’−２４’の上に重ねられたビーム２４ａ’−２１ａ ’を示している。更には、ビーム２４ａ’−２２ａ’のビームセンターラインは ビーム２１’−２４’の間のビームクロスオーバーの地域に列んで位置している 。第２のアンテナ群２０ａのビーム２４ａ’−２１ａ’の間のこの列とともに、 第１のアンテナ群２０のビーム２１’−２４’に関係して、ピーク利得とビーム クロスオーバーの利得の間の利得差は図５の７８に指摘されている利得差を減少 さ せる。論じられた例で、ビームピークとクロスオーバー利得の間の図５の利得差 はただの２ｄＢである。かくして、ビームピークで６ｄＢ利得改良がシングルワ イドビームセクターアンテナの利得に比較し得られ、そしてビームクロスオーバ ーは５ｄＢ増加する。発明の応用で、受信信号の処理は異なる方法で進められる が、そのとき技術によっては６ｄＢピーク利得値を減らすのもあるが、方位セク ターをこえて最少有効利得５ｄＢ利得改良以下に減らすことはない。 発明によるアンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティ操作 の今迄の記載の利点でもって、検討は今や発明を利用したアンテナシステム１０ にむかう。図６ｂでは、２０で第１のアンテナ群の例を示しているが、それは複 数のビームを経て関心のある方位セクターの範囲を供するマルチビームアンテナ パターンを有している。図４で示してあるように、各ビーム２１’−２４’は各 ビームセンターラインに沿ってピーク利得値及び第１アンテナ群の隣接ビーム２ １’−２４’の間のクロスオーバー７４、７５、７６の近くにビームクロスオー バーの地域の中にクロスオーバー利得値をもっている。すでに論じたように、ピ ークとクロスオーバー利得値の間の利得の差は７２で示すようにふつう４ｄＢで ある。図６ｂで示すように、アンテナ群２０ははなれて並んだ構成の放射要素の ４つの鉛直アレイ８１−８４、及びビーム形成器として示されている関連の伝導 性のシート８０とビーム形成ネットワークを有している。図６ｃと６ｄで示すよ うに、鉛直アレイ８１−８４にアレンジされた２０の放射要素は、伝導性シート ８０の後にのびている横励起カップラー９０をもったスロット８８又はダイポー ル９２である。スロット、ダイポール、当て板、モノポールその他の放射要素の 型はよく知られている。ビーム形成ネットワークは又よく知られていて、ビーム ビーム形成器８６はポート８７のようなビーム形成器の４つのポートの１つにお いてビーム２１’−２４’の１つの中に受信された第１の信号を供するようアレ ンジされることができる。他のアンテナ群の部品、例えば内部結合導体、は特別 の構成で適切なものとして供される。 図６ａの２０ａではアンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィ ティアンテナシステム１０に用いるのに適した第２のアンテナ群が示されている 。示されているとおり、第２のアンテナ群２０ａは第１のアンテナ群２０から距 離 ９４だけ側方に離れていて、それは少なくとも操作周波数の複数の波長に相当す る。“操作周波数”はアンテナ群が操作するよう設計されている周波数範囲内の 周波数であり、又“複数の波長”は望みの波長だけ複数の波長をこえるところの 距離をとり囲むということは理解されよう。第２のアンテナ群２０ａは第１のア ンテナ群２０と似ていて、群２０で示したようにピーク利得値とクロスオーバ利 得値をもっていているが、しかしすべての具体例で同じになる必要はない。示し たとおり、対応する成分は図６ａのなかでサフィックス“ａ”をつけている。こ の論議の目的のため、第１と第２のアンテナ群２０と２０ａは鏡の像と同しと考 えられよう。 さて図７に関して、具体例のなかの図６ａと６ｂのアンテナ群２０と２０ａの 簡略した平面図が示されているが、その中でアレイ８１−８４と８１ａ−８４ａ は鉛直に並んだ複数のダイポールを有している。図７で、第２のアンテナ群２０ ａは第１のアンテナ群２０に比較し関心のあるセクター内で異なる方位で並んで いる。更に、示されているように、方位差９６があるがそれは本例では名義上１ ５度である。図７の上部はアンテナ群２０によってつくられた広域アンテナパタ ーンの部分表示であり、２０ａは下部について示される。第１のアンテナ群２０ のビーム２２’と２３’はセンターライン１００と１０２をもっているが、それ はこの例では３０度で角１０４で分けられている。第２のアンテナ群２０ａのビ ーム２３ａ’は角１０８でビームセンターライン１０２から分けられているビー ムセンターライン１０６をもっているが、角１０８は列角９６に対応する１５度 である。第１と第２のアンテナ群の夫々のビームは図５に示されるように第２の アンテナ群２０ａの各ビームと関連があり、１部第１のアンテナ群の少なくとも １つのビームと重なっている。その結果図４で示されるクロスオーバー利得値差 ７２のピークは、図５に示される。クロスオーバ利得値差７８の対応ピークに減 ぜられる。ここで用いたように“ｎｏｍｉｎａｌ”と“ｎｏｍｉｎａｌｌｙ”は 値が安定値又は安定レベルのプラスマイマス２０パーセント内にあるといること を指摘している。これと一致して、第２のアンテナ群の２つのビームの間のビー ムクロスオーバーの地域をもつ第１のアンテナ群の１つのビームのビームセンタ ーラインの並びの記述が“地域”を用いているが、それはビーム間のクロスオ ーバー点をもつ並びを指摘している。 アンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティアンテナシステ ム１０は更に第１の出力ポート３７と第２の出力ポート３９ａを含んでいる。ポ ート３７はユーザーから受けた第１の信号を供するようアレンジされ、第１のア ンテナ群２０のビームの１つを経てセクター内に位置するが、これらのビームは ふつう最も大きい振幅のユーザー信号を供するビームとして選択される。これに 対応しポート３９ａは第２のアンテナ群２０ａのビームの１つを経た同しユーザ ーから受けた第２の信号を供するようアレンジされている。第２のアンテナ群の このようなビームは、ふつう第１の信号をポート３７に供している第１のアンテ ナ群のビームによって供せられる１部範囲が重なっている範囲を供している。し かしこれは信号伝送のある条件の下では適さない。アンテナシステム１０は受信 器システム１８に次の１つを処理できるようにアレンジされている：第１のポー ト３７からの第１の信号、第２のポート３９ａからの第２の信号、第１と第２の 信号の組合せ。セクター内のユーザーからの信号をうけた所の方位には関係なく 、クロスオーバー利得値よりも高い結果としての利得値をもつユーザーからの信 号のスペーストダイバーシィティとアングルダイバーシィティ受信を供給する。 アングルダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティアンテナシステムの 以上の記述からみて、方位セクターの中の高アンテナ利得そしてセクター内のユ ーザーからの信号を受けるための受信システムを含む通信システムのスペースト ダイバーシィティ受信の両方を供するため、次のステップを含んでいる： (ａ)セクターに範囲を与えるマルチビームアンテナをもち夫々のビームセンタ ーラインに沿うピーク利得値と第１のアンテナ群の隣接するビームの間のビーム クロスオーバーの部分のクロスオーバー利得値を含んでいる第１のアンテナ群を 提供する； (ｂ)第１アンテナ群のアンテナパターンをセクター内の第１の方位に並べる； (ｃ)第２のアンテナ群を提供するのだが、それは操作周波数において多くの波 長により第１のアンテナ群から側方におかれていて、セクター内に範囲をもち、 ピーク利得値を各ビームセンターラインに沿ってもち、クロスオーバー利得値を 第２のアンテナ群の隣接ビームの間のビームクロスオーバーの区域内にもってい る所のマルチビームアンテナパターンを有している； (ｄ)第１のアンテナ群の第１の方位に関連して少くとも第２のアンテナ群のビ ームセンターラインの１つを第１のアンテナ群のビームクロスオーバーの地域と 並んでおき、第２のアンテナ群の各ビームが第１のアンテナ群の少くとも１つの ビームによって与えられる範囲と一部重なる範囲を与えるようにセクター内の異 なる方位に第２のアンテナ群のアンテナパターンを並べること； (ｅ)ユーザーから受信した第１の信号を第１のアンテナ群のビームの１つに提 供すること； (ｆ)ユーザーから受信した第２の信号を第２のアンテナ群のビームの中に、第 １のアンテナ群の前述のビームの１つと１部重ねて提供すること； (ｇ)受信システムの中で次の１つを処理すること：第１の信号、第２の信号と 第１と第２の信号の組合せ、ユーザーから信号を受信した方位に無関係にクロス オーバー利得値より高い利得値と信号のスペーストダイバーシィティ受信を提供 する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】クレイム １．アンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティ方法で、方 位セクターにより高い利得と通信システムにスペーストダイバーシィティ受信の 両方を供するもので、それは上記のセクターの中のユーザーからのユーザー信号 を受けるための受信システムを含んでいて、次のステップを構成している： (ａ)上記セクターに範囲を与えるマルチビームアンテナを持ち、夫々のビーム センターラインに沿うピーク利得値と前記第１のアンテナ群の隣接するビームの 間のビームクロスオーバーの部分にクロスオーバー利得値を含んでいる前記第１ のアンテナ群を供する； (ｂ)上記第１アンテナ群のアンテナパターンを上記セクター内の第１の方位に 並べる； (ｃ)第２のアンテナ群を供するのだが、それは操作周波数において多くの波長 により上記第１のアンテナ群から側方におかれていて、上記セクター内に範囲を もち、ピーク利得値を各ビームセンターラインに沿ってもち、クロスオーバー利 得値を上記第２のアンテナ群の隣接ビーム間のビームクロスオーバーの区域内に もっている所のマルチビームアンテナパターンを有している； (ｄ)上記第１のアンテナ群の上記第１の方位に関連して少くとも上記第２のア ンテナ群のビームセンターラインの１つを上記第１のアンテナ群のビームクロス オーバーの地域と並んでおき、上記第２のアンテナ群の各ビームが上記第１のア ンテナ群の少なくとも１つのビームによって与えられる範囲と一部重なる範囲を 与えるようにセクター内の異なる方位に上記第２のアンテナ群のアンテナパター ンを並べること； (ｅ)上記ユーザーから受信した第１の信号を上記第１のアンテナ群のビームの １つに供すること； (ｆ)上記ユーザーから受信した第２の信号を上記第２のアンテナ群のビームの 中に、上記第１のアンテナ群の前記のビームの１つの１部重ねて供すること； (ｇ)上記受信システムの中で次の１つを処理すること：上記第１の信号、記第 ２の信号と上記第１と第２の信号の組合せ、上記ユーザーから信号を受信した方 位に、そこでは信号は上記セクター内にいる上記ユーザーから受信するのだが、 無関係に上記クロスオーバ利得値より高い利得値と信号のスペーストダイバーシ ィティ受信を供するためにである。 ２．クレイム１記載の方法で、その中では上記ステップ（ｄ）の１列並べは、 上記第２のアンテナ群のアンテナパターンを上記第１の方位から上記第１のアン テナ群のビームのビーム幅の半分に等しい角度だけ異なる方位に並べることを含 んでいる。 ３．クレイム１記載の方法で、その中ではステップ（ａ）と（ｃ）は３０度ー ム幅の４つのビームで構成される１２０度ワイドアンテナパターンをもつアンテ ナ群を供するもので、そして上記ステップ（ｄ）の１列並べは各アンテナパター ンを並べ上記第１のアンテナ群のビームのビームセンターラインに関し１５度の 方位角で上記第２のアンテナ群のビームのセンターラインを置くことを含んでい る。 ４．アンギュラーダイバーシィティ／スペーストダイバーシィティアンテナシ ステムで、通信システムに用いるのに適していて、方位セクターにいるユーザー からのユーザー信号を受けるための受信システムを含んでいて、次の構成をもっ ている： 第１のアンテナ群で、マルチビームアンテナパターンをもっていてそれは複数 のビームを経て上記セクターに範囲を供するが、各ビームはそのビームセンター ラインに沿ってピーク利得値を、そして上記第１のアンテナ群の隣接するビーム の間のクロスオーバーの地域の中にクロスオーバー利得値をもっている； 第２のアンテナ群で、上記の第１のアンテナ群と似ていて、上記の第１のアン テナ群から側方に操作周波数における複数の波長だけ離れていて、そして上記の セクターに複数のビームを経て範囲を供するが、各ビームは上記第１のアンテナ 群で記載したようにピーク利得値とクロスオーバー利得値をもっていて、上記の 第２のアンテナ群は上記の第１のアンテナ群に関連し上記セクター内に異なる方 位で並で、少くとも上記第２のアンテナ群のビームの１つをビームクロスオーバ ーの地域に並べ、それで上記第２のアンテナ群は、上記第１のアンテナ群の少く とも１つのビームにより供された１部範囲が重なる範囲を供する； 第１の出力ポートで、上記第１のアンテナ群と結合し上記ユーザーから受けた 第１の信号を上記第１のアンテナ群のビームの１つに供する；そして 第２の出力ポートで、上記のアンテナ群と結合し、上記ユーザーから受けた第 ２の信号を上記第２のアンテナ群のビームの中に供する； アンテナシステムで上記の第１と第２の出力ポートで供された信号をアクセス する受信システムに次の１つを処理できるようにアレンジされている、上記第１ の信号、上記第２の信号、上記第１と第２の信号の組合せ、それは上記セクター にいる上記ユーザーから信号を受けた所の方位角に無関係に、上記クロスオーバ ー利得値よりも高い結果としての利得値をもつユーザーからの信号のスペースト ダイバーシィティとアングルダイバーシィティを提供するためである。 ５．クレイム４記載のアンテナシステムで、その中で上記第１と第２のアンテ ナ群は４つのビームを供するよう構成されているが、それは３０度の隣接ビーム の間の方位差をもつ３０度ビーム幅であり、又１２０度方位セクターに範囲をも ち、そしてそのシステムの中では上記第１のアンテナ群に関して上記第２のアン テナ群の並びの上記異なる方位は１５度である。 ６．クレイム４記載のアンテナシステムで、その中では上記第１と第２のアン テナ群は、並んだ構成のダイポールの４つの鉛直アレイと上記アレイに結合した 関連ビーム形成ネットワークを含んでいる。 ７．クレイム４記載のアンテナシステムで、その中では上記第１と第２のアン テナ群は、並んだ構成の中のスロットの４つの鉛直アレイと上記アレイに結合し た関連ビーム形成ネットワークを含んでいる。 ８．クレイム４記載のアンテナシステムで、更に上記第１と第２の出力ポート に結合した受信システムを含み、次の１つを処理するようアレンジされている： 上記第１の信号、上記第２の信号、そして第１と第２の信号の組合せ。 ９．クレイム４記載のアンテナシステムで、その中では上記の第２のアンテナ システムは、上記第２のアンテナシステムの上記ビームの所定のビームセンター ラインが上記第１のアンテナ群のビームクロスオーバーの上記地域の１つに関連 して１例となっている。 １０．クレイム４記載のアンテナシステムで、その中では、上記第１と第２の アンテナ群の各はビーム形成ネットワークを含んでいる。 １１．クレイム４記載のアンテナシステムで、その中では上記第２の信号は上 記第２のアンテナ群のビームの中に受信されるが、上記の第１の信号を供する所 の上記第１のアンテナ群のビームによって供される１部範囲が重なる範囲を供す る。