KR100268653B1 - 무선기지국장치 - Google Patents

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KR100268653B1
KR100268653B1 KR1019970040023A KR19970040023A KR100268653B1 KR 100268653 B1 KR100268653 B1 KR 100268653B1 KR 1019970040023 A KR1019970040023 A KR 1019970040023A KR 19970040023 A KR19970040023 A KR 19970040023A KR 100268653 B1 KR100268653 B1 KR 100268653B1
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히로유키 소고
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아끼구사 나오유끼
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Abstract

본 발명은 이동기로부터 송신되는 신호의 수신 상태에 따라서, 이동기에 대한 송신 전력을 증감하는 송신 전력 증감 수단과 송신 전력의 증감에 대응하여, 안테나의 빔 틸트각을 변환시키는 빔틸트각 변환 수단을 포함한다. 이것에 의해 신호의 수신 상태에 따라서 송신 전력을 증감하는 동시에 안테나의 빔틸트각을 변환함으로써 채널 용량에 따른 셀사이즈를 설정할 수 있으며, 셀 밖에서의 불필요한 전파의 영향으로 채널 용량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

무선 기지국 장치{WIRELESS BASE STATION EQUIPMENT}
본 발명은 무선 기지국 장치에 관한 것으로, 특히 이동통신 시스템의 무선 기지국 장치에 관한 것이다.
이동통신 시스템에서는 주파수 효율이 높은 통신 방식의 개발이 행해지고 있으며, 특히 CDMA(부호 분할 다원 접속) 방식이 대용량화를 실현할 수 있는 방식으로서 유력시되고 있다.
도 18은 종래의 CDMA 방식의 무선 기지국 장치의 블록도를 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 송신 데이타는 부호화부(10)로 스펙트럼 확산 부호화된 후, D/A 변환부(12)로 아날로그화된다. 이 후, 변조부(14)에서 예컨대 직교 변조등의 변조가 행해진다. 변조된 신호는 가변 이득 앰프(16)로 증폭되어, 주파수 변환 회로(18)에서 고주파 신호로 된 후, 하이 파워 앰프(20:HPA)로 증폭되며, 분파기(22)로부터 동축 케이블(24)을 거쳐서 안테나(26)에 공급되어 송신된다.
또한, 안테나(26)에 수신된 고주파 신호는 동축 케이블(24)로부터 분파기(22)를 거쳐서 로우 노이즈 앰프(20:LNA)에 공급되어 증폭된 후, 주파수 변환 회로(32)에서 IF 신호로 된다. 이 IF 신호는 AGC 앰프(34)를 통하여 복조부(36)에 공급되어 직교복조된다. 복조된 신호는 A/D 변환부(38)에서 디지탈화되고, 복호화부(40)에서 스펙트럼 확산 복호화되어, 이것에 의해서 얻어진 수신 데이타가 출력된다.
종래로부터, 예컨대 특허 공개 공보 평4-322521호에 기재되어 있는 바와 같이 무선 기지국 장치에서, 기지국의 송신 전력을 셀사이즈에 적합하게 변환시키는 것이 있다. 상기 특허에서는, 어떤 기지국의 셀내의 채널 용량이 소정치를 초과하여 증가하면, 그 기지국은 송신 전력을 저하시켜서 셀사이즈를 축소한다. 따라서, 이 기지국의 셀외의 주위에 있는 가입자의 이동기는 이 기지국의 송신 신호를 수신할 수 있기 때문에 다른 기지국과 통신을 행하여, 채널 용량이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 기지국의 송신 전력을 저하하면 셀 주위의 가입자의 이동기에서의 착신 전력은 저하하고, 기지국의 송신측에서 본 셀사이즈는 축소되지만, 이 기지국의 수신측에서는 변화가 없으며, 자기셀 밖의 이동기로부터 송신되어 기지국에서 수신되는 불필요 전파가 감소하는 일은 없다. CDMA 방식에서는 채널 용량은 스펙트럼 확산되어 있는 수신 신호의 전력과, 스펙트럼 확산 복호화에 의해서 협대역화한 가입자 전력과의 비로 결정되기 때문에, 상기 불필요 전파가 감소하지 않으면 채널 용량이 저하하는 문제가 있었다.
또한, 무선 기지국 장치에서, 기지국의 셀사이즈에 맞춰서 안테나의 틸트각을 제어하는 것도 있지만, 송신 전력이 고정되기 때문에, 셀의 경계에서의 전력이 높게 된다. 이동국은 주로 복수의 기지국으로부터 제어 신호의 수신 전계 강도의 대소에 의해 통신하는 기지국을 선택하기 때문에, 셀의 경계에 위치한 이동국은 다른 기지국으로 원활하게 신호를 처리할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기의 점에 감안하여 이루어진 것으로, 채널 용량에 따른 셀사이즈를 설정할 수 있으며, 불필요 전파의 영향으로 채널 용량이 저하하는 것을 방지하는 무선 기지국 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 장치에 대한 블록도.
도 2는 본 발명을 설명하기 위한 도면.
도 3은 빔틸트 안테나 및 빔틸트각 변환부의 구성도.
도 4는 빔틸트각 변환 기구를 설명하기 위한 도면.
도 5는 검파 전압과 빔틸트각과의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 빔틸트 안테나 및 빔틸트각 변환부의 구성도.
도 7은 지연 회로의 구성도.
도 8은 검파 전압과 지연량과의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 빔틸트 안테나 및 빔틸트각 변환부의 구성도.
도 10은 지연 회로의 구성도.
도 11은 검파 전압과 지연량과의 관계를 나타내는 도면.
도 12는 빔틸트 안테나 및 빔틸트각 변환부의 구성도.
도 13은 지연 회로의 구성도.
도 14는 검파 전압과 지연량과의 관계를 나타내는 도면.
도 15는 빔틸트 안테나 및 빔틸트각 변환부의 구성도.
도 16은 검파 전압과 지연량과의 관계를 나타내는 도면.
도 17은 검파 전압과 지연량과의 관계를 나타내는 도면.
도 18은 종래 장치의 블록도.
〈발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
50 : 부호화부
52 : D/A 변환부
54 : 변조부
56 : 가변 이득 앰프
58,72 : 주파수 변환 회로
60 : 하이 파워 앰프
62 : 분파기
64 : 동축 케이블
66 : 빔틸트 안테나
68 : 빔틸트각 변환부
70 : 로우 노이즈 앰프
74 : AGC 앰프
76 : AGC 컨트롤러
78 : 복조부
80 : A/D 변환부
82 : 복호화부
청구범위 제1항에 기재된 발명에 따르면, 이동기로부터의 신호 수신 상태에 따라서, 이동기로 송신하는 송신 신호의 송신 전력을 증감하는 송신 전력 증감 수단과, 상기 송신 전력의 증감에 대응하여 안테나의 빔틸트각을 변환시키는 빔틸트각 변환 수단을 갖는다.
이것에 의해 수신 상태에 따라서 송신 전력을 증감하는 동시에, 안테나의 빔틸트각을 변환시킴으로써 채널 용량에 따른 셀사이즈를 설정할 수 있으며, 셀밖에서의 불필요 전파의 영향으로 채널 용량이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
청구범위 제2항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 송신 전력 증감 수단은 수신 전력이 클 때에 송신 전력을 감소하도록 송신 전력의 증감을 행하고, 빔틸트각 변환 수단은 송신 전력의 감소에 따라서 안테나의 빔틸트각을 수평 방향으로 보았을 때 하향으로 변환시킨다.
이 때문에, 채널 용량이 크고 수신 전력이 클 때, 송신 전력이 저하되는 동시에 안테나의 빔틸트각이 하향으로 되며 셀사이즈가 축소되기 때문에, 셀밖의 이동기로부터의 불필요 전파를 수신하는 안테나의 수신 전력이 작아져서 불필요 전파의 영향으로 채널 용량이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 청구범위 제3항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 송신 전력 증감 수단은 수신 전력이 작을 때, 송신 전력을 증대하도록 송신 전력을 증감하고, 빔틸트각 변환 수단은 송신 전력의 증대에 따라서 안테나의 빔틸트각을 수평 방향으로 접근하도록 상향으로 변환시킨다.
이 때문에, 채널 용량이 작고 수신 전력이 작을 때 송신 전력이 증대되는 동시에, 안테나의 빔틸트각이 상향으로 되어 셀사이즈가 확대되기 때문에, 확대된 셀내의 이동기와의 송수신이 가능해져서 채널 용량을 증대할 수 있다.
청구범위 제4항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 빔틸트각 변환 수단은 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 검파하는 검파 수단과 검파 수단의 출력 신호에 따라서 안테나의 장착 각도를 변환시키는 안테나 장착 각도 변환 기구를 갖는다.
이와 같이, 송신 신호의 검파 출력에 따라서 안테나 장착 각도를 변환시킴으로써 송신 전력에 따른 빔틸트각의 변환이 가능해진다.
청구범위 제5항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 안테나는 복수의 안테나 소자로 구성된 어레이 안테나이고, 빔틸트각 변환 수단은 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 검파하는 검파 수단과 검파 수단의 출력 신호에 따라서 상기 복수의 안테나 소자 각각에 대응하는 지연량을 설정하여, 송신 신호를 지연하여 복수의 안테나 소자 각각에 공급하는 복수의 지연 수단을 갖는다.
이와 같이, 안테나의 장착 각도를 변환시키는 것은 아니고 전기적으로 지연 수단의 지연량을 설정하여 빔틸트각을 변환시키기 때문에, 변환 제어의 응답이 빠르고 상당한 시간이 경과한 후에도 신뢰성이 보장된다.
청구범위 제6항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제5항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 검파 수단을 복수의 안테나 소자의 부근에 설치한다.
이와 같이, 검파 수단을 안테나 소자의 부근에 설치함으로써 동축 케이블의 길이가 변하고 동축 케이블에 의한 송신 신호의 감쇠량이 변화하여도 안테나의 송신 전력에 따른 빔틸트각의 정확한 설정이 가능해진다.
청구범위 제7항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 상기 안테나는 복수의 안테나 소자로 구성된 어레이 안테나이고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 상기 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 공급하며, 그 전력 변화에 따라서 자기 바이어스가 변화하여 통과 위상이 변화하고 출력하는 송신 신호를 각 안테나 소자에 공급하는 이상기로 구성된다.
이 때문에, 빔틸트각 변환 수단의 구성이 간단해져서 회로의 소형화 및 저비용화가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 CDMA 방식의 무선 기지국 장치의 일실시예의 블록도를 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 송신 데이타는 부호화부(50)에 공급되고, 여기서 스펙트럼 확산 부호화된다. 이 부호화 데이타는 D/A 변환부(52)에서 아날로그화되고, 변조부(54)에 공급된다. 변조부(54)는 예컨대 2계통의 아날로그화된 부호화 데이타로 직교변조를 행하여 수득된 피변조 신호는 가변 이득 앰프(56)로 증폭된 후, 주파수 변환 회로(58)에 공급되어 고주파 신호로 변환된다. 이 고주파 신호는 하이 파워 앰프(HPA)(60)로 전력증폭되어, 분파기(62)로부터 동축 케이블(64)을 거쳐서 빔틸트 안테나(66)에 공급되어 송신된다. 빔틸트 안테나(66)에는 그 빔틸트각을 변환시키는 빔틸트각 변환부(68)가 설치된다.
또한, 빔틸트 안테나(66)에 수신된 고주파 신호는 동축 케이블(64)로부터 분파기(62)를 거쳐서 로우 노이즈 앰프(70:LNA)에 공급되어 증폭된 후, 주파수 변환 회로(72)에서 IF 신호로 된다. 이 IF 신호는 AGC 앰프(74)로 증폭된다. AGC 앰프(74)가 출력하는 IF 신호는 AGC 컨트롤러(76)에 공급되고, AGC 컨트롤러(76)는 IF 신호의 검파를 행하여 검파 출력의 평균치 즉 수신 전력이 소정 레벨이 되도록 이득을 제어하여 AGC 앰프(74) 제어 신호를 공급한다. CDMA 방식에서의 이 수신 전력은 각 코드의 수신 전력의 합이다.
AGC 앰프(74)가 출력하는 IF 신호는 복조부(78)에 공급되어 직교복조된다. 여기서 얻어진 복조 신호는 A/D 변환부(80)로 디지탈화되어 복호화부(82)에 공급된다. 복호화부(82)는 스펙트럼 확산 복호화를 행하여 수신 데이타를 취출하여 이 수신 데이타를 출력한다.
그런데, AGC 컨트롤러(76)는 AGC 앰프(74)의 이득 제어를 행하는 동시에, 가변 이득 앰프(56)에도 제어 신호를 공급하고 있다. 이것에 의해 가변 이득 앰프(56)와 AGC 앰프(74) 각각의 이득은 동일 방향으로 증대 또는 저하된다. 여기서, CDMA 방식에서는 무선 기지국 장치의 채널 용량이 낮은 경우에는 틸트 안테나(66)의 수신 전력은 각 채널의 수신 전력의 합이기 때문에 낮아진다. 이 경우, AGC 컨트롤러(76)는 AGC 앰프(74)의 이득을 증대시키고, 이것과 함께 가변 이득 앰프(56)의 이득도 증대한다. 반대로 채널 용량이 높은 경우에는 AGC 앰프(74) 및 가변 이득 앰프(56)의 이득은 저하한다. 즉, AGC 앰프(74), AGC 컨트롤러(76), 가변 이득 앰프(56)가 송신 전력 증감 수단에 대응한다. 빔틸트각 변환 수단으로서의 빔틸트각 변환부(68)는 동축 케이블(64)로부터 공급되는 송신 전력에 따라서 빔틸트 안테나(66)의 빔틸트각을 변환설정한다. 여기서는, 상기 송신 전력이 작을 때에, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 빔틸트각을 최대 θtl까지 크게 한다. 또한 송신 전력이 커질 때에 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 빔틸트각을 최소 θt2까지 작게 한다. 또, 빔틸트각은 송신 전계 강도가 주위보다도 3dB 커지는 영역의 수평면으로부터 본 각도이다. 이것에 의해서 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 빔틸트각이 θtl으로 큰 경우에는 셀사이즈는 작아져서 송신 전력도 작다. 또한 빔틸트각이 θt2로 작은 경우에는 셀사이즈가 커져서 송신 전력도 크다.
채널 용량인 이용자수 UN은 하기의 수학식 1에 의해 제공된다.
Figure pat00001
단지, W는 확산대역폭, R은 데이타 비율, Ga는 안테나·섹트리제이션 게인, Gv는 보이스·액티비티·게인, Eb/I0은 비트당 신호/노이즈비, f는 자기 셀에 대한 다른 셀의 간섭비이다. 여기서, (W/R),Ga,Gv,Eb/I0각각이 일정하면, 안테나 게인이 0dB일 때 f=0.55가 되고, 안테나 게인이 3dB일 때 f=0.275가 된다. 안테나 게인을 0dB에서 3dB로 하면, {(1.55/1.275)-1}×100=21.6이 되어, 이용자수 UN은 약 20% 증가한다.
도 3은 빔틸트 안테나(66) 및 빔틸트각 변환부(68)의 제1 실시예의 회로 구성도를 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 하이 파워 앰프(60)가 출력하는 고주파 신호는 직류 저지용 콘덴서 C1을 통해 동축 케이블(64)에 공급되어 있다. 이 하이 파워 앰프(60)의 출력 단자와 콘덴서 C1과의 사이는 마이크로 스트립 선로(72)로 접속되고, 마이크로 스트립 선로(72)에는 γ/4커플러(74)가 병설되어 있다. γ/4커플러(74)에는 고주파 신호가 유도되며, 이 고주파 신호는 γ/4커플러(74)에 접속된 검파 수단으로서의 다이오드(75)로 검파된다. 저항(78)은 검파 전압을 얻기 위해서 설치된다. 다이오드(76)와 저항(78)의 접속점은 동축 케이블(64)에 접속되어 있으며, 상기 검파 전압은 동축 케이블(64)에 공급된다.
동축 케이블(64)의 타단은 직류 저지용 콘덴서(80)를 통해 빔틸트 안테나(66)를 구성하는 섹터 안테나(82)에 접속되는 동시에, 교류 저지용 코일(84)을 통해 모터 구동 회로(86)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 하이 파워 앰프(60)가 출력하는 고주파 신호가 섹터 안테나(82)에 공급되고, 다이오드(76)에서 얻어진 검파 전압이 모터 구동 회로(86)에 공급된다. 모터 구동 회로(86)는 상기 검파 전압에 대응하는 회전 위치까지 모터(88)를 회전구동하고, 이 모터(88)의 회전 위치에 따라서 섹터 안테나(82)의 장착 각도가 변환된다.
섹터 안테나(82)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 안테나 장착용의 마스트(90)를 축으로 하여, 그 주위에 등각도 간격으로 복수 장착되어 있다. 도면에서는 1개의 섹터 안테나(82)만이 도시되어 있다. 빔틸트각 변환 아암(92)은 모터(88)에 구동되어 섹터 안테나(82)의 마스트(90)에 대한 장착 각도를 빔틸트각이 최소 θt2가 되는 도 4의 (a)에 도시된 상태로부터 빔틸트각이 최대 θtl이 되는 도 4의 (b)에 도시된 상태로 변환된다. 상기의 모터 구동 회로(86), 모터(88), 빔틸트각 변환 아암(92)이 안테나 장착 각도 변환 기구에 대응한다. 도 5에 검파 전압과 섹터 안테나(82)의 빔틸트각과의 관계를 나타낸다.
빔틸트각 변환부(68)는 상기 γ/4커플러(74), 다이오드(76), 저항(78), 모터 구동 회로(86), 모터(88), 빔틸트각 변환 아암(92)으로 구성되어 있다. 또, 빔틸트각 θtl과 θt2는 최소/최대 셀사이즈나 지형에 따라 적절하게 선택된다.
그런데, CDMA 방식에서는 기지국에서의 각 이동기의 송신 신호의 수신 전력이 거의 일정하게 되도록, 기지국에서는 스펙트럼 확산 복호화한 각 이동기의 신호 강도에 따라서 각 이동기에 제어 데이타를 송신하고, 각 이동기의 송신 전력을 변환시키고 있다. 이 이동기의 송신 전력 변환 제어의 주기는 예컨대 수밀리초 단위로 고속으로 행해진다. 이것에 대하여, 상기 빔틸트각의 변환 제어의 주기는 수10분 단위의 저속으로 나타난다.
이와 같이, 채널 용량이 크고 수신 전력이 클 때, 송신 전력이 저하되는 동시에, 안테나의 빔틸트각이 하향으로 되어 셀사이즈가 축소되기 때문에, 셀밖의 이동기로부터의 불필요 전파를 수신하는 안테나의 수신 전력이 작아지고, 이것에 의해 불필요 전파의 영향으로 채널 용량이 저하하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 채널 용량이 작고 수신 전력이 작을 때, 송신 전력이 증대되는 동시에, 안테나의 빔틸트각이 상향으로 되어 셀사이즈가 확대되기 때문에, 확대된 셀내의 이동기와의 송수신이 가능해져서 채널 용량을 증대할 수 있다.
그런데, 송신 전력을 변화시키지 않고 일정하게하여 빔틸트각만을 변환시켜서 셀사이즈를 축소 또는 확대시키는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 빔틸트각을 크게 하여 셀사이즈를 축소했을 때에 가장 적합해지도록 송신 전력을 설정하였다고 하면, 빔틸트각을 작게 하여 셀사이즈를 확대할 때, 셀내의 기지국에서 먼 위치의 이동기에는 기지국의 송신 신호의 감쇠가 크게 되어 수신불능이 될 우려가 있다.
이와는 반대로, 빔틸트각을 작게 하여 셀사이즈를 확대했을 때에 가장 적합해지도록 송신 전력을 설정하였다고 하면, 빔틸트각을 크게 하여 셀사이즈를 축소했을 때, 셀내의 어떤 위치의 이동기에 있어서도 기지국의 송신 신호의 수신 전력이 이동기의 수신가능한 최저의 수신 전력보다도 커지며, 기지국의 송신 전력이 지나치게 커져서 낭비가 커진다. 즉, 본 발명과 같이 송신 전력의 변화와 안테나의 빔틸트각의 변환을 동시에 행하는 것이야말로 큰 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 빔틸트 안테나(66) 및 빔틸트각 변환부(68)의 제2 실시예의 회로 구성도를 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 하이 파워 앰프(60)에서 출력하는 고주파 신호는 직류 저지용 콘덴서 C1을 통해 동축 케이블(64)에 공급된다. 이 하이 파워 앰프(60)의 출력 단자와 콘덴서 C1과의 사이는 마이크로 스트립 선로(72)로 접속되며, 마이크로 스트립 선로(72)에는 γ/4커플러(74)가 병설되어 있다. γ/4커플러(74)에는 고주파 신호가 유도되며, 이 고주파 신호는 γ/4커플러(74)에 접속된 검파 수단으로서의 다이오드(76)로 검파된다. 저항(78)은 검파 전압을 얻기 위해서 설치된다. 다이오드(76)와 저항(78)의 접속점은 동축 케이블(64)에 접속되어 있으며, 상기 검파 전압은 동축 케이블(64)에 공급된다.
동축 케이블(64)의 타단은 지연 회로(100∼104) 각각을 통해 안테나 소자(105∼109)에 접속되어 있다. 안테나 소자(105∼109)는 예컨대 다이폴 안테나이다. 지연 회로(100∼104) 각각의 구성은 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 있어서, 직류 저지용의 콘덴서(110)는 동축 케이블(64)로부터 공급되는 고주파 신호를 수신하여 이상기(112)에 공급한다. 교류 저지용 코일(111)은 동축 케이블(64)로부터 공급되는 검파 전압을 수신하여 이상기(112)에 바이어스 전압으로서 공급한다. 이상기(112)는 바이어스의 검파 전압에 비례하는 지연량으로 고주파 신호를 지연하여 안테나 소자에 공급한다.
지연 수단인 지연 회로(100∼104) 각각의 바이어스 즉 검파 전압과 지연량과의 관계는 도 8에 도시된 바와 같이 기울기가 다르며, 임의의 검파 전압에 대하여 지연 회로(100,101,102,103,104)의 순으로 지연량이 작아지고 있다. 안테나 소자(105∼109)는 안테나용 마스트의 낮은 위치로부터 순서대로 높은 위치로 향하여 인접하여 고정되어 있으며, 임의의 검파 전압에 대하여 높은 위치의 안테나 소자일수록 지연량이 크게 되기 때문에, 도 3에 도시된 빔틸트각의 방향을 가지며, 또한 검파 전압이 크게 될수록 지연량이 작게 되어 빔틸트각이 작아진다.
빔틸트각 변환부(68)는 상기의 γ/4커플러(74), 다이오드(76), 저항(78), 지연회로(100∼104)로 구성되고, 빔틸트 안테나(66)는 안테나 소자(105∼109)로 구성되어 있다.
이 실시예에서는 빔틸트각이 전기적으로 변환되기 때문에, 빔틸트각의 변환 제어를 정확하고 또한 고속으로 행할 수 있으며, 상당한 시간이 경과한 후에도 신뢰성이 보장된다. 또한, 마스트를 축으로 하여 등각도 간격으로 설치되는 수직 타입의 섹터 안테나뿐만아니라, 단일의 안테나로 마스트를 축으로 하여 360도를 커버하는 옴니안테나를 구성하는 것도 가능하다.
도 9는 빔틸트 안테나(66) 및 빔틸트각 변환부(68)의 제3 실시예의 회로 구성도를 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 하이 파워 앰프(60)의 출력 단자는 동축 케이블(64)의 일단에 접속되어 있다. 동축 케이블(64)의 타단은 지연 회로(120∼124) 각각을 통해 안테나 소자(125∼129)에 접속되어 있다. 안테나 소자(125∼129)는 예컨대 다이폴 안테나이다. 지연 회로(120∼124) 각각은 도 10에 나타내는 구성이다. 도 10에 있어서, 동축 케이블(64)은 마이크로 스트립 선로(132)로 이상기(142)에 접속되고, 마이크로 스트립 선로(72)에는 γ/4커플러(134)가 병설되어 있다. γ/4커플러(134)에는 고주파 신호가 유도되고, 이 고주파 신호는 γ/4커플러(134)에 접속된 다이오드(136)로 검파된다. 저항(138)은 검파 전압을 수득하기 위해서 설치된다. 다이오드(136)와 저항(138)의 접속점은 저항(140)을 통해 이상기(142)의 바이어스 입력 단자에 접속되어 있으며, 상기 검파 전압은 저항(140)을 통해서 바이어스로서 이상기(142)에 공급된다. 이상기(142)는 바이어스 인가 전압에 비례하는 지연량으로 고주파 신호를 지연하여 안테나 소자에 공급한다.
지연 회로(120∼124) 각각의 검파 전압과 지연량과의 관계는 저항(140)을 선택함으로써 도 11에 도시된 바와 같이 기울기가 다르며, 임의의 검파 전압에 대하여 지연 회로(120,121,122,123,124)의 순으로 지연량이 작아지고 있다. 안테나 소자(125∼129)는 안테나용 마스트의 낮은 위치로부터 순서대로 높은 위치로 향하여 인접하여 고정되어 있으며, 임의의 검파 전압에 대하여 높은 위치의 안테나 소자일수록 지연량이 커지기 때문에, 도 3에 도시된 빔틸트각의 방향을 가지며, 또한 검파 전압이 커질수록 지연량이 작게 되어 빔틸트각이 작아진다. 빔틸트각 변환부(68)는 지연 회로(120∼124)로 구성되며, 빔틸트 안테나(66)는 안테나 소자(125∼129)로 구성되어 있다.
이 실시예에서는 이상기(142)에 가까운 위치에서 검파 전압을 수신하기 때문에, 무선 기지국에 의해서 동축 케이블(64)의 길이가 변하고, 동축 케이블(64)에 의한 송신 신호의 감쇠량이 변하였다고 하여도 안테나에 있어서의 송신 전력에 따른 검파 전압을 수신하여, 안테나에서의 송신 전력에 따른 빔틸트각을 정확히 설정할 수 있다.
도 12는 빔틸트 안테나(66) 및 빔틸트각 변환부(68)의 제4 실시예의 회로 구성도를 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 하이 파워 앰프(60)의 출력 단자는 동축 케이블(64)에 연결된다. 동축 케이블(64)의 타단은 마이크로 스트립 선로(162) 및 직류 저지용 콘덴서(163)를 통해 지연 회로(150∼154) 각각에 접속되며, 지연 회로(150∼154) 각각은 안테나 소자(155∼159)에 접속되어 있다. 안테나 소자(155∼159)는 예컨대 다이폴 안테나이다. 마이크로 스트립 선로(162)에는 γ/4커플러(164)가 병설되어 있다. γ/4커플러(164)에는 고주파 신호가 유도되고, 이 고주파 신호는 γ/4커플러(164)에 접속된 다이오드(166)로 검파된다. 검파 전압을 얻기 위해 저항(168)이 설치된다. 다이오드(166)와 저항(168)의 접속점에는 지연 회로(150∼154)가 접속되어 있다.
지연 회로(150∼154) 각각의 구성은 도 13에 도시되어 있다. 도 13에 있어서, 직류 저지용의 콘덴서(170)는 콘덴서(163)를 통해 공급되는 고주파 신호를 수신하여 이상기(174)에 공급한다. 교류 저지용의 코일(171)은 검파 전압을 수신하여 저항(172)을 통해서 이상기(174)에 바이어스 전압으로서 공급한다. 이상기(174)는 바이어스의 인가 전압에 비례하는 지연량으로 고주파 신호를 지연하여 안테나 소자에 공급한다.
그런데, 상기의 지연 회로(150∼154) 및 안테나 소자(155∼159)는 1장의 프린트판 상에 형성되어 있다.
지연 회로(150∼154) 각각의 검파 전압과 지연량과의 관계는 저항(172)을 선택함으로써 도 14에 도시된 바와 같이 기울기가 다르며, 임의의 검파 전압에 대하여 지연 회로(150,151,152,153,154)의 순으로 지연량이 작아지고 있다. 안테나 소자(155∼159)는 안테나용 마스트의 낮은 위치로부터 순서대로 높은 위치로 향하여 인접하여 고정되어 있으며, 임의의 검파 전압에 대하여 높은 위치의 안테나 소자일수록 지연량이 커지기 때문에, 도 3에 도시된 빔틸트각의 방향을 가지며, 또한 검파 전압이 커질수록 지연량이 작게 되어 빔틸트각이 작아진다. 빔틸트각 변환부(68)는 γ/4커플러(162), 다이오드(166), 저항(168), 지연 회로(150∼154)로 구성되고, 빔틸트 안테나(66)는 안테나 소자(155∼159)로 구성되어 있다. 이 실시예는 제3 실시예와 비교하여 γ/4커플러와 다이오드와 저항을 공통화할 수 있다.
도 15는 빔틸트 안테나(66) 및 빔틸트각 변환부(68)의 제5 실시예의 회로 구성도를 나타낸다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 하이 파워 앰프(60)의 출력 단자는 동축 케이블(64)의 일단에 접속되어 있다. 동축 케이블(64)의 타단은 지연 회로(180∼184) 각각을 통해 안테나 소자(185∼189)에 접속되어 있다. 안테나 소자(185∼189)는 예컨대 다이폴 안테나이다.
지연 회로(180∼184)의 구성은 도 16에 도시되어 있다. 도 16에 있어서, 동축 케이블(64)의 단부는 이상기(190)에 접속되어 있다. 이상기(190)는 다이오드로 구성되어 있으며, 동축 케이블(64)과 접속되는 입력 단자는 접지되며, 안테나 소자와 접속되는 출력 단자는 직렬접속된 고주파 차단용의 코일(191) 및 저항(192)을 통해 접지되고 직류 루프가 형성되어 있다. 여기서는 이상기(190)의 입력 전력이 커지면 고주파 차단용의 코일(191)을 통해서 저항(192)에 흐르는 전류, 즉 이상기(190)의 다이오드의 자기 바이어스 전류가 커지도록 변화하여, 이것에 의해서 다이오드의 지연량이 작아지도록 통과 위상이 변화한다. 이 이상기(190)에 의해 지연된 고주파 신호는 안테나 소자에 공급된다.
지연 회로(180∼184) 각각의 바이어스 즉 검파 전압과 지연량과의 관계는 도 17에 도시된 바와 같이 기울기가 다르며, 임의의 검파 전압에 대하여 지연 회로(180,181,182,183,184)의 순으로 지연량이 작아지게 되어 있다. 안테나 소자(185∼189)는 안테나용 마스트의 낮은 위치로부터 순서대로 높은 위치로 향하여 인접하여 고정되어 있으며, 임의의 검파 전압에 대하여 높은 위치의 안테나 소자일수록 지연량이 커지기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같은 빔틸트각의 방향을 가지며, 또한 검파 전압이 커질수록 지연량이 작게 되어 빔틸트각이 작아진다.
빔틸트각 가변부(68)는 지연 회로(180∼184)로 구성되고, 빔틸트 안테나(66)는 안테나 소자(185∼189)로 구성되어 있다. 이 실시예는 빔틸트각 변환부(68)로서의 지연 회로(150∼154) 각각의 구성이 간단하며 소형화 및 저비용화할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 청구범위 제1항에 기재된 발명은 이동기로부터의 수신 신호의 수신 상태에 따라서, 이동기로의 송신 신호의 송신 전력을 증감하는 송신 전력 증감 수단과,
상기 송신 전력의 증감에 따라서, 안테나의 빔틸트각을 변환하는 빔틸트각 변환 수단을 갖는다.
이것에 의해, 수신 상태에 따라서 송신 전력을 증감하는 동시에, 안테나의 빔틸트각을 변환시킴으로써, 채널 용량에 따른 셀사이즈를 설정할 수 있으며, 셀밖에서의 불필요한 전파의 영향으로 채널 용량이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 청구범위 제2항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 상기 송신 전력 증감 수단은 수신 전력이 클 때에 송신 전력을 감소하도록 송신 전력의 증감을 행하고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 송신 전력의 감소에 따라서 안테나의 빔틸트각을 수평 방향에서 봐서 하향으로 변환시킨다.
이 때문에, 채널 용량이 크고 수신 전력이 클 때, 송신 전력이 저하되는 동시에 안테나의 빔틸트각이 하향이 되어 셀사이즈가 축소되기 때문에, 셀밖의 이동기로부터의 불필요 전파의 상기 안테나에 있어서의 수신 전력이 작아져서 이것에 의해 불필요한 전파의 영향으로 채널 용량이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 청구범위 제3항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 상기 송신 전력 증감 수단은 수신 전력이 작을 때에 송신 전력을 증대하도록 송신 전력의 증감을 행하고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 송신 전력의 증대에 따라서 안테나의 빔틸트각을 수평 방향으로 접근하도록 상향으로 변환시킨다.
이 때문에, 채널 용량이 작고 수신 전력이 작을 때, 송신 전력이 증대되는 동시에 안테나의 빔틸트각이 상향으로 되어 셀사이즈가 확대되기 때문에, 확대된 셀내의 이동기와의 송수신이 가능해져서 채널 용량을 증대할 수 있다.
또한, 청구범위 제4항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 상기 빔틸트각 변환 수단은 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 검파하는 검파 수단과 상기 검파 수단의 출력 신호에 따라서 안테나의 장착 각도를 변환시키는 안테나 장착 각도 변환 기구를 갖는다.
이와 같이, 송신 신호의 검파 출력에 따라서 안테나 장착 각도를 변환시킴으로써 송신 전력에 따른 빔틸트각의 변환이 가능해진다.
또한, 청구범위 제5항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 상기 안테나는 복수의 안테나 소자로 구성된 어레이 안테나이고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 상기 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 검파하는 검파 수단과 상기 검파 수단의 출력 신호에 따라서 상기 복수의 안테나 소자 각각에 대응한 지연량을 설정하여, 상기 송신 신호를 지연하여 복수의 안테나 소자 각각에 공급하는 복수의 지연 수단을 갖는다.
이와 같이, 안테나의 장착 각도를 변환시키는 것이 아니라 전기적으로 지연 수단의 지연량을 설정하여 빔틸트각을 변환시키기 때문에, 변환 제어의 응답이 빠르고 상당한 시간이 경과한 후에도 신뢰성이 보장된다.
또한, 청구범위 제6항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제5항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 상기 검파 수단을 상기 복수의 안테나 소자의 부근에 설치한다.
이와 같이, 검파 수단을 안테나 소자의 부근에 설치함으로써 동축 케이블의 길이가 변하고 동축 케이블에 의한 송신 신호의 감쇠량이 변하여도, 안테나에 있어서의 송신 전력에 따른 빔틸트각의 정확한 설정이 가능해진다.
또한, 청구범위 제7항에 기재된 발명에 따르면, 청구범위 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 기재된 무선 기지국 장치에 있어서, 상기 안테나는 복수의 안테나 소자로 구성된 어레이 안테나이고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 상기 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 공급하고, 그 전력 변화에 따라서 자기 바이어스가 변화하고 통과 위상이 변화하여 출력하는 송신 신호를 각 안테나 소자에 공급하는 이상기로 구성한다.
이 때문에, 빔틸트각 변환 수단의 구성이 간단해지고 회로의 소형화 및 저비용화가 가능해진다.

Claims (7)

  1. 이동기로부터의 신호 수신 상태에 따라서, 이동기로 송신되는 송신 신호의 송신 전력을 증감하는 송신 전력 증감 수단과,
    상기 송신 전력 증감 수단에 의한 송신 전력의 증감에 따라서 안테나의 빔틸트각을 수평면에 대하여 변환시키는 빔틸트각 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 기지국 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송신 전력 증감 수단은 수신 전력이 클 때에 송신 전력을 감소하도록 송신 전력의 증감을 행하고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 송신 전력의 감소에 따라서 안테나의 빔틸트각을 수평 방향에서 보았을 때 하향으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 무선 기지국 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송신 전력 증감 수단은 수신 전력이 작을 때에 송신 전력을 증대하도록 송신 전력의 증감을 행하고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 송신 전력의 증대에 따라 안테나의 빔틸트각을 수평 방향에 근접하도록 상향으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 무선 기지국 장치.
  4. 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔틸트각 변환 수단은 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 검파하는 검파 수단과, 상기 검파 수단의 출력 신호에 따라서 안테나의 장착 각도를 변환시키는 안테나 장착 각도 변환 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 기지국 장치.
  5. 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 복수의 안테나 소자로 구성된 어레이 안테나이고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 상기 안테나로부터 송신되는 송신 신호를 검파하는 검파 수단과 상기 검파 수단의 출력 신호에 따라서 상기 복수의 안테나 소자 각각에 대응하는 지연량을 설정하고 상기 송신 신호를 지연하여 복수의 안테나 소자 각각에 공급하는 복수의 지연 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 기지국 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 검파 수단은 상기 복수의 안테나 소자의 부근에 설치되는 것을 특징으로 하는 무선 기지국 장치.
  7. 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 복수의 안테나 소자로 구성된 어레이 안테나이고, 상기 빔틸트각 변환 수단은 상기 안테나로부터 송신되는 송신 신호가 공급되며 그 전력 변화에 따라서 자기 바이어스가 변화하고 통과 위상이 변화하여 출력하는 송신 신호를 각 안테나 소자에 공급하는 이상기로 구성하는 것을 특징으로 하는 무선 기지국 장치.
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