JPWO2005069436A1 - アンテナ装置および無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
アンテナ装置１０は、上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とを対にした方位角領域（セクタ）アンテナ、および上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とを対にした別のセクタアンテナとを備えている。上方指向性アンテナ２１，２３は、上方のチルト角領域に指向するアンテナであり、下方指向性アンテナ２２，２４は、下方のチルト角領域に指向するアンテナである。セクタアンテナは、全方位を３以上に分割した方位角領域（セクタ）の無線信号を送信または受信するアンテナであり、セクタ毎に２つずつ水平方向に並べて設置される。こうした構成により、設置スペースを効率的に使いつつダイバーシチの効果を向上できる。
Description
この発明は、特定の方位角領域ごとに無線信号を送受信する方位角領域アンテナを備えたアンテナ装置、およびこのアンテナ装置を備えた無線通信装置に関するものである。
従来のアンテナ装置は、例えば、特開平３−３８９３３号公報に記載されるように、移動通信の基地局に適用されるものであって、スペースダイバーシチ用の第１アンテナと第２アンテナとで構成される。
この他、例えば、特開平５−６３６３４号公報に記載されるように、移動通信の基地局に適用されるアンテナ装置であって、外部ゾーンに対応した第１アンテナと、垂直面内指向性をふ角方向に電気的又は機械的に傾斜させることが可能な第２アンテナとで構成されるものがある。
これら従来のアンテナ装置において、ダイバーシチの効果を向上させるためにアンテナの数を増やそうとする場合、単純にアンテナの数を増やすだけでは、設置スペースが無闇に増えてしまうという問題があった。
この他、例えば、特開平５−６３６３４号公報に記載されるように、移動通信の基地局に適用されるアンテナ装置であって、外部ゾーンに対応した第１アンテナと、垂直面内指向性をふ角方向に電気的又は機械的に傾斜させることが可能な第２アンテナとで構成されるものがある。
これら従来のアンテナ装置において、ダイバーシチの効果を向上させるためにアンテナの数を増やそうとする場合、単純にアンテナの数を増やすだけでは、設置スペースが無闇に増えてしまうという問題があった。
本発明の目的は、設置スペースを効率的に使いつつ、ダイバーシチの効果を維持でき又はダイバーシチの効果を向上できるアンテナ装置および無線通信装置を提供することである。
本発明のアンテナ装置は、全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べて構成したアンテナ装置であって、前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであることを特徴とする。
本発明によれば、方位角領域アンテナを水平方向に２以上並べ、各方位角領域アンテナを２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナとすること、すなわち、空間ダイバシチと指向性ダイバシチとを組合わせることによって、設置スペースを効率的に使いつつダイバーシチの効果を向上できる。
また本発明のアンテナ装置は、全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに備えたアンテナ装置であって、前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであり、かつ、隣接する方位角領域に対応した方位角領域アンテナとともに共通支柱によって支持されることを特徴とする。
本発明によれば、方位角領域アンテナを２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナとすることによって、指向性ダイバーシチの効果を維持するとともに、相互に隣接する方位角領域にそれぞれ対応した方位角領域アンテナをともに共通支柱で支持するため、設置スペースを効率的に使うことができる。
また本発明の無線通信装置は、全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べて構成したアンテナ装置と、該アンテナ装置を介して受信した信号に対して処理を行う受信装置と、前記アンテナ装置を介して送信する信号に対して送信処理を行う送信装置とを備えた無線通信装置であって、前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであることを特徴とする。
本発明の無線通信装置によれば、上記アンテナ装置と同様に、設置スペースを効率的に使いつつダイバーシチの効果を向上できる。
本発明のアンテナ装置は、全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べて構成したアンテナ装置であって、前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであることを特徴とする。
本発明によれば、方位角領域アンテナを水平方向に２以上並べ、各方位角領域アンテナを２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナとすること、すなわち、空間ダイバシチと指向性ダイバシチとを組合わせることによって、設置スペースを効率的に使いつつダイバーシチの効果を向上できる。
また本発明のアンテナ装置は、全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに備えたアンテナ装置であって、前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであり、かつ、隣接する方位角領域に対応した方位角領域アンテナとともに共通支柱によって支持されることを特徴とする。
本発明によれば、方位角領域アンテナを２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナとすることによって、指向性ダイバーシチの効果を維持するとともに、相互に隣接する方位角領域にそれぞれ対応した方位角領域アンテナをともに共通支柱で支持するため、設置スペースを効率的に使うことができる。
また本発明の無線通信装置は、全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べて構成したアンテナ装置と、該アンテナ装置を介して受信した信号に対して処理を行う受信装置と、前記アンテナ装置を介して送信する信号に対して送信処理を行う送信装置とを備えた無線通信装置であって、前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであることを特徴とする。
本発明の無線通信装置によれば、上記アンテナ装置と同様に、設置スペースを効率的に使いつつダイバーシチの効果を向上できる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図２は、実施の形態１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。
図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置のチルト角指向性を示す図である。
図４は、比較例１に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図５は、比較例１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。
図６は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図７は、実施の形態２に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。
図８は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の電気的構成を示す図である。
図９は、実施の形態３に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図１０は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図１１は、本発明の実施の形態５に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図１２は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
図１３は、比較例２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
図２は、実施の形態１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。
図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置のチルト角指向性を示す図である。
図４は、比較例１に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図５は、比較例１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。
図６は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図７は、実施の形態２に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。
図８は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の電気的構成を示す図である。
図９は、実施の形態３に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図１０は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図１１は、本発明の実施の形態５に係る無線通信装置の構成を示す図である。
図１２は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
図１３は、比較例２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置１は、アンテナ装置１０および受信装置５０を備え、たとえば移動体通信システムにおいて移動体通信端末と無線通信を行う基地局に適用可能なものである。
アンテナ装置１０は、上方指向性アンテナ２１，２３、下方指向性アンテナ２２，２４および支柱４１〜４４を備えている。上方指向性アンテナ２１は、上方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４１によって支持される。下方指向性アンテナ２２は、下方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４２によって支持される。上方指向性アンテナ２３は、上方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４３によって支持される。下方指向性アンテナ２４は、下方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４４によって支持される。
これらのアンテナのうち、上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とが対になって、無線通信装置１周囲の全方位を均等に３分割した方位角領域（以降、セクタと呼ぶ）の無線信号を受信するセクタアンテナを構成する。同様に、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とが対になって、セクタアンテナを構成する。図１では、１セクタに対応した構成のみを図示している。上方指向性アンテナ２１，２３は、同一のチルト角領域（上方）に指向するアンテナであり、空間ダイバーシチの効果を得るために、互いに無線周波数に応じた距離Ｌ０だけ水平方向に離して設置する。同様に、下方指向性アンテナ２２，２４は、同一のチルト角領域（下方）に指向するアンテナであり、空間ダイバーシチの効果を得るために、互いに無線周波数に応じた距離Ｌ０だけ水平方向に離して設置する。無線周波数に応じた距離Ｌ０とは、具体的には、無線搬送波の波長よりも大きな距離のことである。
一方、上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とで、指向性ダイバーシチの効果を得ることができるため、これらは近接（距離Ｌ１）して設置することができる。同様に、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とで、指向性ダイバーシチの効果を得ることができるため、これらも近接（距離Ｌ１）して設置することができる。このように、空間ダイバーシチと指向性ダイバーシチとを組合わせることによって、設置スペースを効率的に使いつつダイバーシチの効果を向上できる。
受信装置５０は、無線受信部（ＲＸ）５１〜５４および選択合成受信部５５を備えている。無線受信部５１は、上方指向性アンテナ２１で受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する。同様に、無線受信部５２〜５４は、指向性アンテナ２２〜２４で受信した高周波信号をそれぞれベースバンド信号に変換する。選択合成受信部５５は、各指向性アンテナ２１〜２４を経由して得られた信号を基に、選択あるいは合成の処理を行うことにより、受信信号を決定する。
選択合成受信部５５で行う選択合成処理には、空間ダイバーシチおよび指向性ダイバーシチのそれぞれについて、次のものがある。
まず、空間ダイバーシチを行う上方指向性アンテナ２１，２３の対について、いずれか受信品質の良好な信号を選択する選択型と、２信号を合成する合成型とがある。前者は、受信品質の低い信号による影響を除去できる利点があり、後者は、フェージング等により局所的に受信レベルが低下した場合の一方の信号を他方の信号で補うことができる利点がある。また、空間ダイバーシチを行う下方指向性アンテナ２２，２４の対についても、同様に選択型と合成型とがあり、利点も同様である。更に、選択型と合成型とのいずれかを選択する選択合成型も適用可能である。選択合成型は、選択型の利点と合成型の利点の両方を有する。
指向性ダイバーシチを行う上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２との対、および上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４との対については、いずれか受信品質の良好な信号を選択する選択型と、２信号を合成する合成型とがある。選択型は、受信品質の低い信号による影響を除去できる利点がある。具体的に説明すると、通信相手が無線通信装置１と通話可能な通信エリアのうち外側エリアにいる場合は、より利得の高い上方指向性アンテナからの信号を選択でき、利得が低くノイズを拾う下方指向性アンテナからの信号を除去できる。反対に、通信相手が通話エリアのうち内側エリアにいる場合は、より利得の高い下方指向性アンテナからの信号を選択でき、利得が低くノイズを拾う上方指向性アンテナからの信号を除去できる。合成型は、通信相手が通話エリアのうち外側エリアと内側エリアとの境界付近にいる場合、ともに利得が低くなった上方指向性アンテナからの信号と下方指向性アンテナからの信号とを合成して互いに補い合うことで、利得の高い受信信号を得ることが可能である。更に、空間ダイバーシチの場合と同様に、選択合成型も適用可能である。
図２は、実施の形態１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。アンテナ装置１０は、図１で説明した上方指向性アンテナ２１，２３、下方指向性アンテナ２２，２４および支柱４１〜４４に加えて、上方指向性アンテナ２５，２７，２９，３１、下方指向性アンテナ２６，２８，３０，３２および支柱４５〜４９を備えている。このうち、図１で説明した上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とで第１セクタアンテナ１１を構成し、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とで第１セクタアンテナ１２を構成する。同様に、上方指向性アンテナ２５と下方指向性アンテナ２６とで第２セクタアンテナ１３を構成し、上方指向性アンテナ２７と下方指向性アンテナ２８とで第２セクタアンテナ１４を構成する。また、上方指向性アンテナ２９と下方指向性アンテナ３０とで第３セクタアンテナ１５を構成し、上方指向性アンテナ３１と下方指向性アンテナ３２とで第３セクタアンテナ１６を構成する。
支柱４４は、図１で説明したように下方指向性アンテナ２４を支持するのに加えて、上方指向性アンテナ２５をも支持する。支柱４５は、下方指向性アンテナ２６を支持する。支柱４６は、上方指向性アンテナ２７を支持する。支柱４７は、下方指向性アンテナ２８とともに上方指向性アンテナ２９を支持する。支柱４８は、下方指向性アンテナ３０を支持する。支柱４９は、上方指向性アンテナ３１を支持する。支柱４１は、図１で説明したように上方指向性アンテナ２１を支持するのに加えて、下方指向性アンテナ３２をも支持する。
第１セクタアンテナ１１，１２、第２セクタアンテナ１３，１４および第３セクタアンテナ１５，１６は、三角形の各辺を描くようにそれぞれ配置する。これに合せて、支柱４１〜４９も三角形を描くように配置し、特に２つの指向性アンテナを共通に支持する支柱４１，４４，４７は、支柱４１〜４９が描く三角形の頂点に配置する。
図１について、第１セクタアンテナ１１，１２を離して配置させる一方で、上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とは近接配置が可能であること、および上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とは近接配置が可能であることを説明したが、第２セクタおよび第３セクタにそれぞれ対応したアンテナについても、同じことが言える。したがって、図２に示すように、３箇所に纏まったスペースを確保するだけでアンテナ装置１０を設置することができ、スペースの利用効率を向上できる。
また、支柱４１，４４，４７を、各セクタと隣接するセクタとに共通に使用するので、アンテナ装置１０の設置に関し、スペースの利用効率をさらに向上することができる。
なお、図２において、全セクタに対応したアンテナ装置１０の構成について説明したが、図１の受信装置５０も第１セクタのみに対応した構成であって、実際の受信装置５０は、第２セクタおよび第３セクタについても、図１と同様の構成、すなわち無線受信部と選択合成受信部とを含む構成を有する。
さらに、図１および図２では、３つのセクタに対応し、各セクタ当り２つのセクタアンテナを有し、２つのチルト角領域に指向するアンテナ装置および無線通信装置を図示したが、これに限るものではなく、４以上のセクタに対応し、各セクタ当り３以上のセクタアンテナを有し、３以上のチルト角領域に指向する構成にも拡張可能である。
図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置のチルト角指向性を示す図である。チルト角は、アンテナ装置１０を含む鉛直面内において水平方向を基準とする角度である。曲線６１は、チルト角に対する上方指向性アンテナによるアンテナ利得を示すものである。曲線６２は、チルト角に対する下方指向性アンテナによるアンテナ利得を示すものである。曲線６３は、上方および下方の両チルト角領域をカバーするアンテナによるアンテナ利得を示すものである。
曲線６１は、特定の中心軸（長軸６１ａ）を持つ楕円形をなす。したがって、上方指向性アンテナによるアンテナ利得は、この長軸６１ａのチルト角を中心にした狭いチルト角領域に指向性を有する。同様に、曲線６２は、特定の中心軸（長軸６２ａ）を持つ楕円形をなす。したがって、下方指向性アンテナによるアンテナ利得は、この長軸６２ａのチルト角を中心にした狭いチルト角領域に指向性を有する。長軸６１ａのチルト角は、長軸６２ａのチルト角よりも小さく、水平に近い。こうしたチルト角指向性によって、無線通信装置１は、遠くの通信相手に対して主に上方指向性アンテナを使い、近くの通信相手に対して主に下方指向性アンテナを使って、無線通信を行うことができる。
図４は、比較例１に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置１０１は、図１に示した無線通信装置１のうち、アンテナ装置１０をアンテナ装置１１０に置換えたものである。その他の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略し、アンテナ装置１１０の構成を説明する。アンテナ装置１１０は、第１セクタアンテナ１１１〜１１４および支柱４１〜４４を備えている。第１セクタアンテナ１１１〜１１４は、特にチルト角指向性を有するものではなく、それぞれ無線周波数に応じた所定の間隔を空けて配置される。
図５は、比較例１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。アンテナ装置１１０は、図４に示した第１セクタアンテナ１１１〜１１４および支柱４１〜４４に加えて、第２セクタアンテナ１１５〜１１８、第３セクタアンテナ１１９〜１２２および支柱４５〜４９を備えている。
以上のような比較例１に係る無線通信装置１０１と、実施の形態１に係る無線通信装置１とを比較すると、比較例１が各セクタ毎にセクタアンテナを単純に４本並べて空間ダイバーシチのみを行うのに対し、実施の形態１は各セクタ毎に空間ダイバーシチと指向性ダイバーシチとを組合わせるので、設置スペースの利用効率が高い。
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置２は、図１に示した無線通信装置１において、アンテナ装置１０をアンテナ装置７０に置換えたものである。アンテナ装置７０は、アンテナ装置１０において個別の支柱に支持されていた上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とを共通の支柱７７で支持するとともに、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とを共通の支柱７８で支持したものである。支柱７７上では、上方指向性アンテナ２１が下方指向性アンテナ２２の上方に、支柱７８上では、上方指向性アンテナ２３が下方指向性アンテナ２４の上方にそれぞれ配置される。その他の構成については、図１の無線通信装置１と同一であるため、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
このように、上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを共通の支柱で支持することによって、アンテナ装置を設置する場合に、スペースの利用効率をさらに向上することができる。
図７は、実施の形態２に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。アンテナ装置７０は、図６で説明した上方指向性アンテナ２１，２３、下方指向性アンテナ２２，２４，および支柱７７，７８に加えて、上方指向性アンテナ２５，２７，２９，３１、下方指向性アンテナ２６，２８，３０，３２および支柱７９を備えている。このうち、図６で説明した上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とで第１セクタアンテナ７１を構成し、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とで第１セクタアンテナ７２を構成する。同様に、上方指向性アンテナ２５と下方指向性アンテナ２６とで第２セクタアンテナ７３を構成し、上方指向性アンテナ２７と下方指向性アンテナ２８とで第２セクタアンテナ７４を構成する。また、上方指向性アンテナ２９と下方指向性アンテナ３０とで第３セクタアンテナ７５を構成し、上方指向性アンテナ３１と下方指向性アンテナ３２とで第３セクタアンテナ７６を構成する。
支柱７８は、図６で説明したように第１セクタアンテナ７２を支持するのに加えて、第２セクタアンテナ７３をも支持する。支柱７９は、第２セクタアンテナ７４とともに第３セクタアンテナ７５を支持する。支柱７７は、図６で説明したように第１セクタアンテナ７１を支持するのに加えて、第３セクタアンテナ７６をも支持する。
第１セクタアンテナ７１，７２、第２セクタアンテナ７３，７４および第３セクタアンテナ７５，７６は、三角形の各辺を描くようにそれぞれ配置する。これに合せて、支柱７７〜７９も三角形の頂点に配置する。
このように、各セクタに対応するセクタアンテナと、隣接するセクタに対応するセクタアンテナとを共通の支柱で支持するとともに、上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを共通の支柱で支持することによって、３本の支柱だけを使ってアンテナ装置を設置することができ、スペースの利用効率をさらに向上することができる。
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の電気的構成を示す図である。アンテナ装置８０は、図６で示したアンテナ装置７０において、個別に有していた上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とを、単一の第１セクタアンテナ８１に共通化させたものである。アンテナ装置８０は、第１セクタアンテナ８１、分配器８５〜８８、位相補正器８９〜９２および出力コネクタ９３，９４を備えている。第１セクタアンテナ８１は、鉛直方向に並べて配置され個別に無線信号の受信が可能なアンテナ素子９５〜９８から構成される。分配器８５〜８８は、アンテナ素子９５〜９８からの信号を同一の２信号に分配させる。分配器８５〜８８から出力される信号線の各一方は、出力コネクタ９３に位相補正器を介さずに接続される。分配器８５〜８８から出力される信号線の各一方は、位相補正器８９〜９２をそれぞれ介して出力コネクタ９４に接続される。
このように、アンテナ素子９５〜９８からの各信号が位相補正を受けず同位相のまま合成されて出力コネクタ９３から出力される一方、アンテナ素子９５〜９８からの各信号が位相補正を受けて位相がずれた状態で合成され出力コネクタ９４から出力されるので、単一の指向性アンテナ８１を使って２つのチルト角領域に指向した受信信号を出力することができる。このような特性を使って、図３と同じチルト角指向性を持たせることが可能である。
図９は、実施の形態３に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置３は、図６で示した無線通信装置２において、アンテナ装置７０をアンテナ装置８０に置換えたものである。図８では、第１セクタアンテナ８１に関する構成のみを図示したが、実際には、アンテナ装置８０は第１セクタに対応したもう一方の第１セクタアンテナ８２をも備えている。さらには、第２セクタ、第３セクタにそれぞれ対応したセクタアンテナを２本ずつ備えている。
こうした構成により、各セクタアンテナ毎に上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを統合することができ、アンテナの設置スペースを縮小できる。
実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置４は、図１で示した無線通信装置１に、送信装置２００とデュプレクサ２１１〜２１４を追加したものである。無線通信装置１と同一構成には、同一の参照符号を付して説明を省略し、無線通信装置１と異なる構成について以下に説明する。
送信装置２００は、選択送信部２０１、無線送信部（ＴＸ）２０２，２０３および分配器２０４，２０５を備えている。選択送信部２０１は、受信装置５０の選択合成部５５からの指示に従って上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、選択されたチルト角指向性に対応した無線送信部２０２または無線送信部２０３にベースバンドの送信信号を出力する。無線送信部２０２，２０３は、ともに選択送信部２０１から受けたベースバンドの送信信号を無線送信可能な高周波帯域の信号に変換する。このうち無線送信部２０２は、分配器２０４およびデュプレクサ２１１を介して上方指向性アンテナ２１に接続され、分配器２０４およびデュプレクサ２１３を介して上方指向性アンテナ２３に接続されており、上方指向性に対応したものである。無線送信部２０３は、分配器２０５およびデュプレクサ２１２を介して下方指向性アンテナ２２に接続され、分配器２０５およびデュプレクサ２１４を介して下方指向性アンテナ２４に接続されており、下方指向性に対応したものである。分配器２０４は、無線送信部２０２から出力された高周波信号を、上方指向性アンテナ２１側と上方指向性アンテナ２３側とに分配する分配器である。分配器２０５は、無線送信部２０３から出力された高周波信号を、下方指向性アンテナ２２側と下方指向性アンテナ２４側とに分配する分配器である。
デュプレクサ２１１は、上方指向性アンテナ２１と無線受信部５１とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５１と分配器２０４とを接続する。デュプレクサ２１２は、下方指向性アンテナ２２と無線受信部５２とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５２と分配器２０５とを接続する。デュプレクサ２１３は、上方指向性アンテナ２３と無線受信部５３とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５３と分配器２０４とを接続する。デュプレクサ２１４は、下方指向性アンテナ２４と無線受信部５４とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５４と分配器２０５とを接続する。
この他、選択合成受信部５５は、受信信号について上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、これに合せて送信信号についても上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択させるため、これを送信装置２００の選択送信部２０１に指示する。
次に、無線通信装置４の送信動作について説明する。
無線通信装置４において、通信相手に送信するための送信信号が作られると、この送信信号は選択送信２０１によって無線送信部２０２もしくは無線送信部２０３またはその両方に出力される。いずれに出力されるかは、選択合成受信部５５からの指示に従う。
すなわち、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性を選択した場合、送信信号についても上方指向性を選択させるための指示信号が選択合成受信部５５から選択送信部２０１に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部２０１は上方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部２０１から無線送信部２０２へ出力される。選択送信部２０１からの送信信号は、無線送信部２０２において周波数変換の処理を受ける。無線送信部２０２からの送信信号は、分配器２０４によって上方指向性アンテナ２１と上方指向性アンテナ２３とに分配される。分配された送信信号は、デュプレクサ２１１を経由して上方指向性アンテナ２１、およびデュプレクサ２１３を経由して上方指向性アンテナ２３から、それぞれ無線送信される。無線送信された各信号は、空中で合成され通信相手まで伝送される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について下方指向性を選択した場合、送信信号についても下方指向性を選択させるための指示信号が選択送信部２０１に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部２０１は下方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部２０１から無線送信部２０３へ出力される。選択送信部２０１からの送信信号は、無線送信部２０３において周波数変換の処理を受ける。無線送信部２０３からの送信信号は、分配器２０５によって下方指向性アンテナ２２と下方指向性アンテナ２４とに分配される。分配された送信信号は、デュプレクサ２１２を経由して下方指向性アンテナ２２、およびデュプレクサ２１４を経由して下方指向性アンテナ２４から、それぞれ無線送信される。無線送信された各信号は、空中で合成され通信相手まで伝送される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性および下方指向性を選択した場合、上述した上方指向性および下方指向性の２系統の信号が両方ともに無線送信される。
このように、受信信号について選択したチルト角指向性を、受信信号の発信元と同一の通信相手への送信信号にも適用することによって、無線信号を効率良く通信相手に伝送することができる。
実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置５は、図１０で示した無線通信装置４において、送信装置２００に替えて送信装置３００を設けたものである。無線通信装置４と同一構成には、同一の参照符号を付して説明を省略し、無線通信装置４と異なる構成について以下に説明する。
送信装置３００は、ＳＴＴＤ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｄｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；時空間ブロック符号化送信ダイバーシチ）符号化部３０１、選択送信部３０２，３０３および無線送信部（ＴＸ）３０４〜３０７を備えている。ＳＴＴＤ符号化部３０１は、１つの送信信号と、この送信信号に時間的順序入れ替え、正負反転、複素共役の処理を施した送信信号とを生成し、一方を選択送信部３０２に他方を選択送信部３０３に出力する。これにより、空間ダイバーシチと時間ダイバーシチとを組合わせた時空間ダイバーシチを実現できる。
選択送信部３０２は、受信装置５０の選択合成部５５からの指示に従って、上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、選択されたチルト角指向性に対応した無線送信部３０４または無線送信部３０５にベースバンドの送信信号を出力する。選択送信部３０３は、受信装置５０の選択合成部５５からの指示に従って、上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、選択されたチルト角指向性に対応した無線送信部３０６もしくは無線送信部３０７またはその両方にベースバンドの送信信号を出力する。これにより、鉛直方向においては、２つのチルト角領域のいずれかまたはその両方に指向した無線信号を選択的に送信することができる。
無線送信部３０４，３０５は、ともに選択送信部３０２から受けたベースバンドの送信信号を無線送信可能な高周波帯域の信号に変換する。同様に、無線送信部３０６，３０７は、ともに選択送信部３０３から受けたベースバンドの送信信号を無線送信可能な高周波帯域の信号に変換する。無線送信部３０４は、デュプレクサ２１１を介して上方指向性アンテナ２１に接続されており、上方指向性に対応したものである。無線送信部３０５は、デュプレクサ２１２を介して下方指向性アンテナ２２に接続されており、下方指向性に対応したものである。無線送信部３０６は、デュプレクサ２１３を介して上方指向性アンテナ２３に接続されており、上方指向性に対応したものである。無線送信部３０７は、デュプレクサ２１４を介して下方指向性アンテナ２４に接続されており、下方指向性に対応したものである。
この他、選択合成受信部５５は、受信信号について上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、これに合せて送信信号についても上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択させるため、これを送信装置３００の選択送信部３０２，３０３に指示する。なお、複数の受信信号について、上方指向性と下方指向性とに分かれた場合は、主に選択されたチルト角指向性を選択することとする。
次に、無線通信装置５の送信動作について説明する。
無線通信装置５において、通信相手に送信するための送信信号が作られると、この送信信号に基づきＳＴＴＤ符号化部３０１において２つの送信信号が生成される。２つの信号のうち、一方は選択送信部３０２に、他方は選択送信部３０３に出力される。選択送信部３０２に出力された方の信号は、選択送信部３０２によって無線送信部３０４もしくは無線送信部３０５またはその両方に出力される。いずれに出力されるかは、選択合成受信部５５からの指示に従う。
すなわち、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性を選択した場合、送信信号についても上方指向性を選択させるための指示信号が選択合成受信部５５から選択送信部３０２に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部３０２は上方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部３０２から無線送信部３０４へ出力される。選択送信部３０２からの送信信号は、無線送信部３０４において周波数変換の処理を受ける。無線送信部３０４から出力された送信信号は、デュプレクサ２１１を経由して上方指向性アンテナ２１から無線送信される。
ＳＴＴＤ符号化部３０１によって選択送信部３０３に出力された方の信号は、選択送信部３０３によって無線送信部３０６もしくは無線送信部３０７またはその両方に出力される。いずれに出力されるかは、選択送信部３０２と同様に、選択合成受信部５５からの指示に従う。
すなわち、選択送信部３０２が上方指向性を選択した場合、選択送信部３０３も同様に上方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部３０３から無線送信部３０６へ出力される。選択送信部３０３からの送信信号は、無線送信部３０６において周波数変換の処理を受ける。無線送信部３０６から出力された送信信号は、デュプレクサ２１３を経由して上方指向性アンテナ２３から無線送信される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について下方指向性を選択した場合、送信信号についても下方指向性を選択させるための指示信号が選択送信部３０２，３０３に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部３０２，３０３は下方指向性を選択する。この場合、一方の送信信号は、選択送信部３０２から無線送信部３０５へ出力され、他方の送信信号は、選択送信部３０３から無線送信部３０７へ出力される。選択送信部３０２からの送信信号は、無線送信部３０５において周波数変換の処理を受け、選択送信部３０３からの送信信号は、無線送信部３０７において周波数変換の処理を受ける。無線送信部３０５からの送信信号は、デュプレクサ２１２を経由して下方指向性アンテナ２２から無線送信される。無線送信部３０７からの送信信号は、デュプレクサ２１４を経由して下方指向性アンテナ２４から無線送信される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性および下方指向性を選択した場合、上述した上方指向性および下方指向性の２系統の信号が両方ともに無線送信される。
このように、受信信号について選択したチルト角指向性を、受信信号の発信元と同一の通信相手への時空間送信ダイバーシチ信号にも適用することによって、無線信号を効率良く通信相手に伝送することができる。
実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す図である。アンテナ装置４００は、図７に示したアンテナ装置７０において、各セクタ毎に２つずつセクタアンテナを設けていたものを、各セクタ毎のセクタアンテナを１つずつに変更したものである。
アンテナ装置４００は、第１セクタアンテナ４０１、第２セクタアンテナ４０２、第３セクタアンテナ４０３および支柱４２１を備えている。第１セクタアンテナ４０１は、上方指向性アンテナ４１１および下方指向性アンテナ４１２から構成される。第２セクタアンテナ４０２は、上方指向性アンテナ４１３および下方指向性アンテナ４１４から構成される。第３セクタアンテナ４０３は、上方指向性アンテナ４１５および下方指向性アンテナ４１６から構成される。支柱４２１は、上方指向性アンテナ４１１，４１３，４１５および下方指向性アンテナ４１２，４１４，４１６の全てを共通に支持する支柱である。
このように、第１〜第３セクタの各セクタアンテナを共通の支柱で支持するとともに、各セクタアンテナに含まれる上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを共通の支柱で支持することにより、全ての指向性アンテナを１本の支柱４２１で支持するので、アンテナ装置の設置スペースを効率的に使用できる。
なお、アンテナ装置４００に、実施の形態１〜５の受信装置、さらには送信装置を組合わせることによって、無線通信装置を構成することが可能である。ただし、実施の形態１〜５はいずれも各セクタ毎に２つずつのセクタアンテナを設けたが、アンテナ装置４００はセクタ毎のセクタアンテナが１つずつであるため、その分だけ受信装置および送信装置の構成も簡略化することができる。
図１３は、比較例２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。アンテナ装置５００は、図５で示したアンテナ装置１１０において、各セクタ毎に４つずつセクタアンテナを設けていたものを、各セクタ毎のセクタアンテナを２つずつに変更したものである。
アンテナ装置５００は、第１セクタアンテナ５０１，５０２、第２セクタアンテナ５０３，５０４、第３セクタアンテナ５０５，５０６および支柱５１１，５１２，５１３を備えている。支柱５１１は、第１セクタアンテナ５０１および第３セクタアンテナ５０６を共通に支持する支柱である。支柱５１２は、第１セクタアンテナ５０２および第２セクタアンテナ５０３を共通に支持する支柱である。支柱５１３は、第２セクタアンテナ５０４および第３セクタアンテナ５０５を共通に支持する支柱である。
以上のような比較例２に係るアンテナ装置５００と、実施の形態６に係るアンテナ装置４００とを比較すると、比較例２が各セクタ毎にセクタアンテナを水平方向に２本並べて空間ダイバーシチを行うのに対し、実施の形態６は各セクタ毎に指向性ダイバーシチを行うので、設置スペースの利用効率が高い。
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置１は、アンテナ装置１０および受信装置５０を備え、たとえば移動体通信システムにおいて移動体通信端末と無線通信を行う基地局に適用可能なものである。
アンテナ装置１０は、上方指向性アンテナ２１，２３、下方指向性アンテナ２２，２４および支柱４１〜４４を備えている。上方指向性アンテナ２１は、上方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４１によって支持される。下方指向性アンテナ２２は、下方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４２によって支持される。上方指向性アンテナ２３は、上方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４３によって支持される。下方指向性アンテナ２４は、下方のチルト角領域に指向するアンテナであり、支柱４４によって支持される。
これらのアンテナのうち、上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とが対になって、無線通信装置１周囲の全方位を均等に３分割した方位角領域（以降、セクタと呼ぶ）の無線信号を受信するセクタアンテナを構成する。同様に、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とが対になって、セクタアンテナを構成する。図１では、１セクタに対応した構成のみを図示している。上方指向性アンテナ２１，２３は、同一のチルト角領域（上方）に指向するアンテナであり、空間ダイバーシチの効果を得るために、互いに無線周波数に応じた距離Ｌ０だけ水平方向に離して設置する。同様に、下方指向性アンテナ２２，２４は、同一のチルト角領域（下方）に指向するアンテナであり、空間ダイバーシチの効果を得るために、互いに無線周波数に応じた距離Ｌ０だけ水平方向に離して設置する。無線周波数に応じた距離Ｌ０とは、具体的には、無線搬送波の波長よりも大きな距離のことである。
一方、上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とで、指向性ダイバーシチの効果を得ることができるため、これらは近接（距離Ｌ１）して設置することができる。同様に、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とで、指向性ダイバーシチの効果を得ることができるため、これらも近接（距離Ｌ１）して設置することができる。このように、空間ダイバーシチと指向性ダイバーシチとを組合わせることによって、設置スペースを効率的に使いつつダイバーシチの効果を向上できる。
受信装置５０は、無線受信部（ＲＸ）５１〜５４および選択合成受信部５５を備えている。無線受信部５１は、上方指向性アンテナ２１で受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する。同様に、無線受信部５２〜５４は、指向性アンテナ２２〜２４で受信した高周波信号をそれぞれベースバンド信号に変換する。選択合成受信部５５は、各指向性アンテナ２１〜２４を経由して得られた信号を基に、選択あるいは合成の処理を行うことにより、受信信号を決定する。
選択合成受信部５５で行う選択合成処理には、空間ダイバーシチおよび指向性ダイバーシチのそれぞれについて、次のものがある。
まず、空間ダイバーシチを行う上方指向性アンテナ２１，２３の対について、いずれか受信品質の良好な信号を選択する選択型と、２信号を合成する合成型とがある。前者は、受信品質の低い信号による影響を除去できる利点があり、後者は、フェージング等により局所的に受信レベルが低下した場合の一方の信号を他方の信号で補うことができる利点がある。また、空間ダイバーシチを行う下方指向性アンテナ２２，２４の対についても、同様に選択型と合成型とがあり、利点も同様である。更に、選択型と合成型とのいずれかを選択する選択合成型も適用可能である。選択合成型は、選択型の利点と合成型の利点の両方を有する。
指向性ダイバーシチを行う上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２との対、および上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４との対については、いずれか受信品質の良好な信号を選択する選択型と、２信号を合成する合成型とがある。選択型は、受信品質の低い信号による影響を除去できる利点がある。具体的に説明すると、通信相手が無線通信装置１と通話可能な通信エリアのうち外側エリアにいる場合は、より利得の高い上方指向性アンテナからの信号を選択でき、利得が低くノイズを拾う下方指向性アンテナからの信号を除去できる。反対に、通信相手が通話エリアのうち内側エリアにいる場合は、より利得の高い下方指向性アンテナからの信号を選択でき、利得が低くノイズを拾う上方指向性アンテナからの信号を除去できる。合成型は、通信相手が通話エリアのうち外側エリアと内側エリアとの境界付近にいる場合、ともに利得が低くなった上方指向性アンテナからの信号と下方指向性アンテナからの信号とを合成して互いに補い合うことで、利得の高い受信信号を得ることが可能である。更に、空間ダイバーシチの場合と同様に、選択合成型も適用可能である。
図２は、実施の形態１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。アンテナ装置１０は、図１で説明した上方指向性アンテナ２１，２３、下方指向性アンテナ２２，２４および支柱４１〜４４に加えて、上方指向性アンテナ２５，２７，２９，３１、下方指向性アンテナ２６，２８，３０，３２および支柱４５〜４９を備えている。このうち、図１で説明した上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とで第１セクタアンテナ１１を構成し、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とで第１セクタアンテナ１２を構成する。同様に、上方指向性アンテナ２５と下方指向性アンテナ２６とで第２セクタアンテナ１３を構成し、上方指向性アンテナ２７と下方指向性アンテナ２８とで第２セクタアンテナ１４を構成する。また、上方指向性アンテナ２９と下方指向性アンテナ３０とで第３セクタアンテナ１５を構成し、上方指向性アンテナ３１と下方指向性アンテナ３２とで第３セクタアンテナ１６を構成する。
支柱４４は、図１で説明したように下方指向性アンテナ２４を支持するのに加えて、上方指向性アンテナ２５をも支持する。支柱４５は、下方指向性アンテナ２６を支持する。支柱４６は、上方指向性アンテナ２７を支持する。支柱４７は、下方指向性アンテナ２８とともに上方指向性アンテナ２９を支持する。支柱４８は、下方指向性アンテナ３０を支持する。支柱４９は、上方指向性アンテナ３１を支持する。支柱４１は、図１で説明したように上方指向性アンテナ２１を支持するのに加えて、下方指向性アンテナ３２をも支持する。
第１セクタアンテナ１１，１２、第２セクタアンテナ１３，１４および第３セクタアンテナ１５，１６は、三角形の各辺を描くようにそれぞれ配置する。これに合せて、支柱４１〜４９も三角形を描くように配置し、特に２つの指向性アンテナを共通に支持する支柱４１，４４，４７は、支柱４１〜４９が描く三角形の頂点に配置する。
図１について、第１セクタアンテナ１１，１２を離して配置させる一方で、上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とは近接配置が可能であること、および上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とは近接配置が可能であることを説明したが、第２セクタおよび第３セクタにそれぞれ対応したアンテナについても、同じことが言える。したがって、図２に示すように、３箇所に纏まったスペースを確保するだけでアンテナ装置１０を設置することができ、スペースの利用効率を向上できる。
また、支柱４１，４４，４７を、各セクタと隣接するセクタとに共通に使用するので、アンテナ装置１０の設置に関し、スペースの利用効率をさらに向上することができる。
なお、図２において、全セクタに対応したアンテナ装置１０の構成について説明したが、図１の受信装置５０も第１セクタのみに対応した構成であって、実際の受信装置５０は、第２セクタおよび第３セクタについても、図１と同様の構成、すなわち無線受信部と選択合成受信部とを含む構成を有する。
さらに、図１および図２では、３つのセクタに対応し、各セクタ当り２つのセクタアンテナを有し、２つのチルト角領域に指向するアンテナ装置および無線通信装置を図示したが、これに限るものではなく、４以上のセクタに対応し、各セクタ当り３以上のセクタアンテナを有し、３以上のチルト角領域に指向する構成にも拡張可能である。
図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置のチルト角指向性を示す図である。チルト角は、アンテナ装置１０を含む鉛直面内において水平方向を基準とする角度である。曲線６１は、チルト角に対する上方指向性アンテナによるアンテナ利得を示すものである。曲線６２は、チルト角に対する下方指向性アンテナによるアンテナ利得を示すものである。曲線６３は、上方および下方の両チルト角領域をカバーするアンテナによるアンテナ利得を示すものである。
曲線６１は、特定の中心軸（長軸６１ａ）を持つ楕円形をなす。したがって、上方指向性アンテナによるアンテナ利得は、この長軸６１ａのチルト角を中心にした狭いチルト角領域に指向性を有する。同様に、曲線６２は、特定の中心軸（長軸６２ａ）を持つ楕円形をなす。したがって、下方指向性アンテナによるアンテナ利得は、この長軸６２ａのチルト角を中心にした狭いチルト角領域に指向性を有する。長軸６１ａのチルト角は、長軸６２ａのチルト角よりも小さく、水平に近い。こうしたチルト角指向性によって、無線通信装置１は、遠くの通信相手に対して主に上方指向性アンテナを使い、近くの通信相手に対して主に下方指向性アンテナを使って、無線通信を行うことができる。
図４は、比較例１に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置１０１は、図１に示した無線通信装置１のうち、アンテナ装置１０をアンテナ装置１１０に置換えたものである。その他の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略し、アンテナ装置１１０の構成を説明する。アンテナ装置１１０は、第１セクタアンテナ１１１〜１１４および支柱４１〜４４を備えている。第１セクタアンテナ１１１〜１１４は、特にチルト角指向性を有するものではなく、それぞれ無線周波数に応じた所定の間隔を空けて配置される。
図５は、比較例１に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。アンテナ装置１１０は、図４に示した第１セクタアンテナ１１１〜１１４および支柱４１〜４４に加えて、第２セクタアンテナ１１５〜１１８、第３セクタアンテナ１１９〜１２２および支柱４５〜４９を備えている。
以上のような比較例１に係る無線通信装置１０１と、実施の形態１に係る無線通信装置１とを比較すると、比較例１が各セクタ毎にセクタアンテナを単純に４本並べて空間ダイバーシチのみを行うのに対し、実施の形態１は各セクタ毎に空間ダイバーシチと指向性ダイバーシチとを組合わせるので、設置スペースの利用効率が高い。
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置２は、図１に示した無線通信装置１において、アンテナ装置１０をアンテナ装置７０に置換えたものである。アンテナ装置７０は、アンテナ装置１０において個別の支柱に支持されていた上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とを共通の支柱７７で支持するとともに、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とを共通の支柱７８で支持したものである。支柱７７上では、上方指向性アンテナ２１が下方指向性アンテナ２２の上方に、支柱７８上では、上方指向性アンテナ２３が下方指向性アンテナ２４の上方にそれぞれ配置される。その他の構成については、図１の無線通信装置１と同一であるため、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
このように、上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを共通の支柱で支持することによって、アンテナ装置を設置する場合に、スペースの利用効率をさらに向上することができる。
図７は、実施の形態２に係るアンテナ装置の配置を示す平面図である。アンテナ装置７０は、図６で説明した上方指向性アンテナ２１，２３、下方指向性アンテナ２２，２４，および支柱７７，７８に加えて、上方指向性アンテナ２５，２７，２９，３１、下方指向性アンテナ２６，２８，３０，３２および支柱７９を備えている。このうち、図６で説明した上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とで第１セクタアンテナ７１を構成し、上方指向性アンテナ２３と下方指向性アンテナ２４とで第１セクタアンテナ７２を構成する。同様に、上方指向性アンテナ２５と下方指向性アンテナ２６とで第２セクタアンテナ７３を構成し、上方指向性アンテナ２７と下方指向性アンテナ２８とで第２セクタアンテナ７４を構成する。また、上方指向性アンテナ２９と下方指向性アンテナ３０とで第３セクタアンテナ７５を構成し、上方指向性アンテナ３１と下方指向性アンテナ３２とで第３セクタアンテナ７６を構成する。
支柱７８は、図６で説明したように第１セクタアンテナ７２を支持するのに加えて、第２セクタアンテナ７３をも支持する。支柱７９は、第２セクタアンテナ７４とともに第３セクタアンテナ７５を支持する。支柱７７は、図６で説明したように第１セクタアンテナ７１を支持するのに加えて、第３セクタアンテナ７６をも支持する。
第１セクタアンテナ７１，７２、第２セクタアンテナ７３，７４および第３セクタアンテナ７５，７６は、三角形の各辺を描くようにそれぞれ配置する。これに合せて、支柱７７〜７９も三角形の頂点に配置する。
このように、各セクタに対応するセクタアンテナと、隣接するセクタに対応するセクタアンテナとを共通の支柱で支持するとともに、上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを共通の支柱で支持することによって、３本の支柱だけを使ってアンテナ装置を設置することができ、スペースの利用効率をさらに向上することができる。
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の電気的構成を示す図である。アンテナ装置８０は、図６で示したアンテナ装置７０において、個別に有していた上方指向性アンテナ２１と下方指向性アンテナ２２とを、単一の第１セクタアンテナ８１に共通化させたものである。アンテナ装置８０は、第１セクタアンテナ８１、分配器８５〜８８、位相補正器８９〜９２および出力コネクタ９３，９４を備えている。第１セクタアンテナ８１は、鉛直方向に並べて配置され個別に無線信号の受信が可能なアンテナ素子９５〜９８から構成される。分配器８５〜８８は、アンテナ素子９５〜９８からの信号を同一の２信号に分配させる。分配器８５〜８８から出力される信号線の各一方は、出力コネクタ９３に位相補正器を介さずに接続される。分配器８５〜８８から出力される信号線の各一方は、位相補正器８９〜９２をそれぞれ介して出力コネクタ９４に接続される。
このように、アンテナ素子９５〜９８からの各信号が位相補正を受けず同位相のまま合成されて出力コネクタ９３から出力される一方、アンテナ素子９５〜９８からの各信号が位相補正を受けて位相がずれた状態で合成され出力コネクタ９４から出力されるので、単一の指向性アンテナ８１を使って２つのチルト角領域に指向した受信信号を出力することができる。このような特性を使って、図３と同じチルト角指向性を持たせることが可能である。
図９は、実施の形態３に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置３は、図６で示した無線通信装置２において、アンテナ装置７０をアンテナ装置８０に置換えたものである。図８では、第１セクタアンテナ８１に関する構成のみを図示したが、実際には、アンテナ装置８０は第１セクタに対応したもう一方の第１セクタアンテナ８２をも備えている。さらには、第２セクタ、第３セクタにそれぞれ対応したセクタアンテナを２本ずつ備えている。
こうした構成により、各セクタアンテナ毎に上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを統合することができ、アンテナの設置スペースを縮小できる。
実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置４は、図１で示した無線通信装置１に、送信装置２００とデュプレクサ２１１〜２１４を追加したものである。無線通信装置１と同一構成には、同一の参照符号を付して説明を省略し、無線通信装置１と異なる構成について以下に説明する。
送信装置２００は、選択送信部２０１、無線送信部（ＴＸ）２０２，２０３および分配器２０４，２０５を備えている。選択送信部２０１は、受信装置５０の選択合成部５５からの指示に従って上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、選択されたチルト角指向性に対応した無線送信部２０２または無線送信部２０３にベースバンドの送信信号を出力する。無線送信部２０２，２０３は、ともに選択送信部２０１から受けたベースバンドの送信信号を無線送信可能な高周波帯域の信号に変換する。このうち無線送信部２０２は、分配器２０４およびデュプレクサ２１１を介して上方指向性アンテナ２１に接続され、分配器２０４およびデュプレクサ２１３を介して上方指向性アンテナ２３に接続されており、上方指向性に対応したものである。無線送信部２０３は、分配器２０５およびデュプレクサ２１２を介して下方指向性アンテナ２２に接続され、分配器２０５およびデュプレクサ２１４を介して下方指向性アンテナ２４に接続されており、下方指向性に対応したものである。分配器２０４は、無線送信部２０２から出力された高周波信号を、上方指向性アンテナ２１側と上方指向性アンテナ２３側とに分配する分配器である。分配器２０５は、無線送信部２０３から出力された高周波信号を、下方指向性アンテナ２２側と下方指向性アンテナ２４側とに分配する分配器である。
デュプレクサ２１１は、上方指向性アンテナ２１と無線受信部５１とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５１と分配器２０４とを接続する。デュプレクサ２１２は、下方指向性アンテナ２２と無線受信部５２とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５２と分配器２０５とを接続する。デュプレクサ２１３は、上方指向性アンテナ２３と無線受信部５３とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５３と分配器２０４とを接続する。デュプレクサ２１４は、下方指向性アンテナ２４と無線受信部５４とを繋ぐ信号線上に設けられ、無線受信部５４と分配器２０５とを接続する。
この他、選択合成受信部５５は、受信信号について上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、これに合せて送信信号についても上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択させるため、これを送信装置２００の選択送信部２０１に指示する。
次に、無線通信装置４の送信動作について説明する。
無線通信装置４において、通信相手に送信するための送信信号が作られると、この送信信号は選択送信２０１によって無線送信部２０２もしくは無線送信部２０３またはその両方に出力される。いずれに出力されるかは、選択合成受信部５５からの指示に従う。
すなわち、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性を選択した場合、送信信号についても上方指向性を選択させるための指示信号が選択合成受信部５５から選択送信部２０１に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部２０１は上方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部２０１から無線送信部２０２へ出力される。選択送信部２０１からの送信信号は、無線送信部２０２において周波数変換の処理を受ける。無線送信部２０２からの送信信号は、分配器２０４によって上方指向性アンテナ２１と上方指向性アンテナ２３とに分配される。分配された送信信号は、デュプレクサ２１１を経由して上方指向性アンテナ２１、およびデュプレクサ２１３を経由して上方指向性アンテナ２３から、それぞれ無線送信される。無線送信された各信号は、空中で合成され通信相手まで伝送される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について下方指向性を選択した場合、送信信号についても下方指向性を選択させるための指示信号が選択送信部２０１に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部２０１は下方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部２０１から無線送信部２０３へ出力される。選択送信部２０１からの送信信号は、無線送信部２０３において周波数変換の処理を受ける。無線送信部２０３からの送信信号は、分配器２０５によって下方指向性アンテナ２２と下方指向性アンテナ２４とに分配される。分配された送信信号は、デュプレクサ２１２を経由して下方指向性アンテナ２２、およびデュプレクサ２１４を経由して下方指向性アンテナ２４から、それぞれ無線送信される。無線送信された各信号は、空中で合成され通信相手まで伝送される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性および下方指向性を選択した場合、上述した上方指向性および下方指向性の２系統の信号が両方ともに無線送信される。
このように、受信信号について選択したチルト角指向性を、受信信号の発信元と同一の通信相手への送信信号にも適用することによって、無線信号を効率良く通信相手に伝送することができる。
実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係る無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置５は、図１０で示した無線通信装置４において、送信装置２００に替えて送信装置３００を設けたものである。無線通信装置４と同一構成には、同一の参照符号を付して説明を省略し、無線通信装置４と異なる構成について以下に説明する。
送信装置３００は、ＳＴＴＤ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｄｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；時空間ブロック符号化送信ダイバーシチ）符号化部３０１、選択送信部３０２，３０３および無線送信部（ＴＸ）３０４〜３０７を備えている。ＳＴＴＤ符号化部３０１は、１つの送信信号と、この送信信号に時間的順序入れ替え、正負反転、複素共役の処理を施した送信信号とを生成し、一方を選択送信部３０２に他方を選択送信部３０３に出力する。これにより、空間ダイバーシチと時間ダイバーシチとを組合わせた時空間ダイバーシチを実現できる。
選択送信部３０２は、受信装置５０の選択合成部５５からの指示に従って、上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、選択されたチルト角指向性に対応した無線送信部３０４または無線送信部３０５にベースバンドの送信信号を出力する。選択送信部３０３は、受信装置５０の選択合成部５５からの指示に従って、上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、選択されたチルト角指向性に対応した無線送信部３０６もしくは無線送信部３０７またはその両方にベースバンドの送信信号を出力する。これにより、鉛直方向においては、２つのチルト角領域のいずれかまたはその両方に指向した無線信号を選択的に送信することができる。
無線送信部３０４，３０５は、ともに選択送信部３０２から受けたベースバンドの送信信号を無線送信可能な高周波帯域の信号に変換する。同様に、無線送信部３０６，３０７は、ともに選択送信部３０３から受けたベースバンドの送信信号を無線送信可能な高周波帯域の信号に変換する。無線送信部３０４は、デュプレクサ２１１を介して上方指向性アンテナ２１に接続されており、上方指向性に対応したものである。無線送信部３０５は、デュプレクサ２１２を介して下方指向性アンテナ２２に接続されており、下方指向性に対応したものである。無線送信部３０６は、デュプレクサ２１３を介して上方指向性アンテナ２３に接続されており、上方指向性に対応したものである。無線送信部３０７は、デュプレクサ２１４を介して下方指向性アンテナ２４に接続されており、下方指向性に対応したものである。
この他、選択合成受信部５５は、受信信号について上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択し、これに合せて送信信号についても上方もしくは下方またはその両方のチルト角指向性を選択させるため、これを送信装置３００の選択送信部３０２，３０３に指示する。なお、複数の受信信号について、上方指向性と下方指向性とに分かれた場合は、主に選択されたチルト角指向性を選択することとする。
次に、無線通信装置５の送信動作について説明する。
無線通信装置５において、通信相手に送信するための送信信号が作られると、この送信信号に基づきＳＴＴＤ符号化部３０１において２つの送信信号が生成される。２つの信号のうち、一方は選択送信部３０２に、他方は選択送信部３０３に出力される。選択送信部３０２に出力された方の信号は、選択送信部３０２によって無線送信部３０４もしくは無線送信部３０５またはその両方に出力される。いずれに出力されるかは、選択合成受信部５５からの指示に従う。
すなわち、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性を選択した場合、送信信号についても上方指向性を選択させるための指示信号が選択合成受信部５５から選択送信部３０２に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部３０２は上方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部３０２から無線送信部３０４へ出力される。選択送信部３０２からの送信信号は、無線送信部３０４において周波数変換の処理を受ける。無線送信部３０４から出力された送信信号は、デュプレクサ２１１を経由して上方指向性アンテナ２１から無線送信される。
ＳＴＴＤ符号化部３０１によって選択送信部３０３に出力された方の信号は、選択送信部３０３によって無線送信部３０６もしくは無線送信部３０７またはその両方に出力される。いずれに出力されるかは、選択送信部３０２と同様に、選択合成受信部５５からの指示に従う。
すなわち、選択送信部３０２が上方指向性を選択した場合、選択送信部３０３も同様に上方指向性を選択する。この場合、送信信号は選択送信部３０３から無線送信部３０６へ出力される。選択送信部３０３からの送信信号は、無線送信部３０６において周波数変換の処理を受ける。無線送信部３０６から出力された送信信号は、デュプレクサ２１３を経由して上方指向性アンテナ２３から無線送信される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について下方指向性を選択した場合、送信信号についても下方指向性を選択させるための指示信号が選択送信部３０２，３０３に伝えられ、この指示信号に従って、選択送信部３０２，３０３は下方指向性を選択する。この場合、一方の送信信号は、選択送信部３０２から無線送信部３０５へ出力され、他方の送信信号は、選択送信部３０３から無線送信部３０７へ出力される。選択送信部３０２からの送信信号は、無線送信部３０５において周波数変換の処理を受け、選択送信部３０３からの送信信号は、無線送信部３０７において周波数変換の処理を受ける。無線送信部３０５からの送信信号は、デュプレクサ２１２を経由して下方指向性アンテナ２２から無線送信される。無線送信部３０７からの送信信号は、デュプレクサ２１４を経由して下方指向性アンテナ２４から無線送信される。
また、選択合成受信部５５が受信信号について上方指向性および下方指向性を選択した場合、上述した上方指向性および下方指向性の２系統の信号が両方ともに無線送信される。
このように、受信信号について選択したチルト角指向性を、受信信号の発信元と同一の通信相手への時空間送信ダイバーシチ信号にも適用することによって、無線信号を効率良く通信相手に伝送することができる。
実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す図である。アンテナ装置４００は、図７に示したアンテナ装置７０において、各セクタ毎に２つずつセクタアンテナを設けていたものを、各セクタ毎のセクタアンテナを１つずつに変更したものである。
アンテナ装置４００は、第１セクタアンテナ４０１、第２セクタアンテナ４０２、第３セクタアンテナ４０３および支柱４２１を備えている。第１セクタアンテナ４０１は、上方指向性アンテナ４１１および下方指向性アンテナ４１２から構成される。第２セクタアンテナ４０２は、上方指向性アンテナ４１３および下方指向性アンテナ４１４から構成される。第３セクタアンテナ４０３は、上方指向性アンテナ４１５および下方指向性アンテナ４１６から構成される。支柱４２１は、上方指向性アンテナ４１１，４１３，４１５および下方指向性アンテナ４１２，４１４，４１６の全てを共通に支持する支柱である。
このように、第１〜第３セクタの各セクタアンテナを共通の支柱で支持するとともに、各セクタアンテナに含まれる上方指向性アンテナと下方指向性アンテナとを共通の支柱で支持することにより、全ての指向性アンテナを１本の支柱４２１で支持するので、アンテナ装置の設置スペースを効率的に使用できる。
なお、アンテナ装置４００に、実施の形態１〜５の受信装置、さらには送信装置を組合わせることによって、無線通信装置を構成することが可能である。ただし、実施の形態１〜５はいずれも各セクタ毎に２つずつのセクタアンテナを設けたが、アンテナ装置４００はセクタ毎のセクタアンテナが１つずつであるため、その分だけ受信装置および送信装置の構成も簡略化することができる。
図１３は、比較例２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。アンテナ装置５００は、図５で示したアンテナ装置１１０において、各セクタ毎に４つずつセクタアンテナを設けていたものを、各セクタ毎のセクタアンテナを２つずつに変更したものである。
アンテナ装置５００は、第１セクタアンテナ５０１，５０２、第２セクタアンテナ５０３，５０４、第３セクタアンテナ５０５，５０６および支柱５１１，５１２，５１３を備えている。支柱５１１は、第１セクタアンテナ５０１および第３セクタアンテナ５０６を共通に支持する支柱である。支柱５１２は、第１セクタアンテナ５０２および第２セクタアンテナ５０３を共通に支持する支柱である。支柱５１３は、第２セクタアンテナ５０４および第３セクタアンテナ５０５を共通に支持する支柱である。
以上のような比較例２に係るアンテナ装置５００と、実施の形態６に係るアンテナ装置４００とを比較すると、比較例２が各セクタ毎にセクタアンテナを水平方向に２本並べて空間ダイバーシチを行うのに対し、実施の形態６は各セクタ毎に指向性ダイバーシチを行うので、設置スペースの利用効率が高い。
Claims (13)
- 全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べて構成したアンテナ装置であって、
前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記請求の範囲１記載のアンテナ装置であって、
前記チルト角指向アンテナを、隣接する方位角領域に対応したチルト角指向アンテナとともに支持する共通支柱を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記請求の範囲１記載のアンテナ装置であって、
前記チルト角指向アンテナは、前記チルト角領域にそれぞれ指向する個別アンテナを組合わせて構成されることを特徴とするアンテナ装置。 - 前記請求の範囲３記載のアンテナ装置であって、
前記個別アンテナをともに支持する共通支柱を備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記請求の範囲１記載のアンテナ装置であって、
前記チルト角指向アンテナは、鉛直方向に２以上並べたアンテナ素子と、前記アンテナ素子から出力された信号の位相を調整して合成することにより、２以上の前記チルト角領域に指向した信号を生成するための位相調整部とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。 - 全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに備えたアンテナ装置であって、
前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであり、かつ、隣接する方位角領域に対応した方位角領域アンテナとともに共通支柱によって支持されることを特徴とするアンテナ装置。 - 全方位を３以上に分割した方位角領域の無線信号を送信または受信する方位角領域アンテナを、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べて構成したアンテナ装置と、該アンテナ装置を介して受信した信号に対して処理を行う受信装置とを備えた無線通信装置であって、
前記方位角領域アンテナは、２以上のチルト角領域に指向するチルト角指向アンテナであることを特徴とする無線通信装置。 - 前記請求の範囲７記載の無線通信装置であって、
前記受信装置は、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べた方位角領域アンテナを介して受信した信号のいずれかを選択または合成することにより、受信信号を生成することを特徴とする無線通信装置。 - 前記請求の範囲７記載の無線通信装置であって、
前記受信装置は、前記チルト角領域に指向した信号のいずれかを選択または合成することにより、受信信号を生成することを特徴とする無線通信装置。 - 前記請求の範囲７記載の無線通信装置であって、
前記アンテナ装置を介して送信する信号に対して送信処理を行う送信装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。 - 前記請求の範囲１０記載の無線通信装置であって、
前記送信装置は、前記チルト角領域に指向した信号のいずれかを選択または合成することにより、送信信号を生成することを特徴とする無線通信装置。 - 前記請求の範囲１１記載の無線通信装置であって、
前記送信装置は、前記受信装置による前記チルト角領域に指向した信号の受信状態に応じて、前記チルト角領域に指向した信号のいずれかを選択または合成することにより、送信信号を生成することを特徴とする無線通信装置。 - 前記請求の範囲１０記載の無線通信装置であって、
前記送信装置は、前記方位角領域ごとに水平方向に２以上並べた方位角領域アンテナを介して、互いに時間的順序を入れ替えた関係にある信号をそれぞれ送信することを特徴とする無線通信装置。
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