WO2005041598A1

WO2005041598A1 - マルチアンテナ無線システムおよびアンテナユニット

Info

Publication number: WO2005041598A1
Application number: PCT/JP2003/013731
Authority: WO
Inventors: Toshiaki Funakubo; Tatsuya Oku
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-06
Also published as: JPWO2005041598A1

Abstract

無線基地局（BTS）と複数のアンテナユニット（AU-1，…AU-N）をループ状に接続し、BTSから各AUへの送信信号（TX)と、各AUにおける受信信号（RX）をループに沿って同一方向に流す。各AUにおいては、送信信号のディジタル値を複製してアンテナ（32）から送信し、受信信号のディジタル値を加算部（38）において前段のAUから受け取った値に加算して次段のAUに渡す。

Description

マノレチアンテナ無線システムおよびアンテナユニット

技術分野

本発明は、無線基地局と多数のアンテナュニットとを具備するマルチアンテナ無線システム及びそのシステムにおける使用に適した明

ァンテナュニットに関する。

田背量技術

移動通信システムにおいて、例えばビル内や地下街では建築物の構造により電波の到達距離が極めて小さくなる。このため、不感地帯を減少させるために多数の無線基地局（BTS) の設置が必要となる。

多数の BTSを設置するためには膨大な費用を要するので、例えば C DMA (符号分割多重）が採用された移動通信システムでは、図 1に示すように、多数のアンテナ 10と BTS12とを多数の合成分配器（ハイブリツド回路） 14を介して接続する構成が可能である。

しかしながらこの構成では、了ンテナ 10と BTS12の間に介在する合成分配器 14の数に比例して減衰量が増大するので、それを補うために BTS12の送信側（TX) では極めて大きな送信電力が必要となり、受信側（RX) では高い受信感度が要求される。

また、 BTS12と了ンテナ 10の間の伝幡遅延量は BTS12とアンテナ 10 の閬の距離に応じて異なるので、呼設定要求に対する応答の待ち時間の幅や Rake受信におけるパスサーチの幅をこの遅延時間のばらつきを考慮して設計しなければならない、という問題もある。

特許文献 1 特開 2000— 252922号公報特許文献 2

特許第 2699903号特許文献 3

特開平 5 — 268128号公報特許文献 4

特開平 5 — 268658号公報特許文献 5

特開 2001— 177866号公報特許文献 6

特開 2001— 320348号公報特許文献 7

特開 2002— 186017号公報特許文献 8

特開平 5 — 22316号公報特許文献 9

特開平 5 — 22317号公報特許文献 10

特開平 5 — 22318号公報特許文献 11

特開平 5 — 102979号公報特許文献 12

特開平 5 — 102980号公報特許文献 13

特開平 7 —79244号公報したがって本発明の目的は、比較的低コストで多数のアンテナを配置することを可能にするマルチアンテナ無線システムおよびそのシステムにおける使用に適したアンテナュニットを提供することにある。

本発明によれば、無線基地局と、複数のアンテナユニットと、無線基地局と複数のアンテナュニットを結ぶループに沿って、無線基地局から複数のアンテナュニットへ送信信号を送る送信信号路と、該ループに沿って送信信号と同じ方向で、複数のアンテナュニットから無線基地局へ受信信号を送る受信信号路とを具備し、各アンテナユニットは、アンテナと、アンテナからの送信のために送信信号路に流れる送信信号を複製する複製手段と、アンテナで受信された信号を受信信号路に流れる受信信号に加算する加算回路とを具備するマルチアンテナ無線システムが提供される。

本発明によれば、上記の構成を有するマルチアンテナ無線システムにおいての使用に適したアンテナュニットとして、上記の構成のアンテナュニットもまた提供される。

本発明においては、送信信号については複数のアンテナュニットを直列に結ぶ送信信号路上で各アンテナュニットにおいて送信のために順次複製され、受信信号については複数のアンテナュニットを直列に結ぶ受信信号路上で各アンテナにおける受信信号が順次加算されるので、構成が簡潔であり、多数のアンテナを低コストで配置することが可能となる。

また、受信信号と送信信号はループに沿って同じ方向に運ばれるので、送信信号路（基地局から各アンテナへの伝送路）と受信信号路（各アンテナから基地局への伝送路）における伝送遅延量の合計は各アンテナュニットについて実質的に等しくなり、アンテナと移動機の間の伝幡遅延量の相違のみとなる。したがって、呼設定要求に対する応答の待ち時間の幅や Rake受信におけるパスサーチの幅が狭くなり、処理負荷が軽減される。

前記送信信号路に流れる送信信号および前記受信信号路に流れる受信信号はいずれもディジタル信号であり、各ァンテナュニットは、複製手段が複製した送信信号のディジタル値をアンテナからの送出のためにアナ口グ値に変換する D Z A変換器と、アンテナでの受信信号のアナログ値をディジタル値に変換する A Z D変換器とをさらに具備し、前記複製および加算はそれぞれディジタル値の複製および加算であることが好適である。

■ ディジタル信号の形で信号の伝送、複製および加算を行なうことで、損失なく伝送、複製および加算することが可能となる。図面の簡単な説明

図 1は多数の合成分配器を用いて BTSに多数のァンテナを提供する構成を示すブロック図；

図 2は本発明に係るマルチアンテナ無線システムの第 1の例を示すブロック図；

図 3は図 2のマルチアンテナ無線システムにおけるアンテナュニットの概略構成を示すブロック図；

図 4は本発明に係るマルチアンテナ無線システムの第 2の例を示すブロック図；

図 5は図 4のマルチアンテナ無線システムにおけるアンテナュニットの概略構成を示すプロック図；

図 6は本発明に係るマルチアンテナ無線システムの第 3 の例を示すプロック図；

図 7は図 6のマルチアンテナ無線システムにおけるアンテナュニットの概略構成を示すプロック図；図 8は本発明に係るマルチアンテナ無泉システムの第 4の例を示すブロック図；

図 9は図 8のマルチアンテナ無線システムにおけるアンテナュニットの概略構成を示すブロック図；

図 10はアンテナュニットの詳細な回路構成の第 1の例を示すプロック図；

図 11は BTSの詳細な回路構成の第 1の例を示すプロック図；図 12はアンテナュニットの詳細な回路構成の第 2の例を示すプロック図；

図 13は BTSの詳細な回路構成の第 2の例を示すブロック図；図 14はアンテナュニットの詳細な回路構成の第 3の例を示すプロック図；

図 15は BTSの詳細な回路構成の第 3の例を示すブロック図；図 16はアンテナユニットの詳細な回路構成の第 4の例を示すプロック図；および

図 17は BTSの詳細な回路構成の第 4の例を示すブロック図；発明を実施するための最良の形態

図 2は本発明に係るマルチアンテナ無泉システムを一部に含む CD MA移動通信システムの構成を示す。

図 2に示された移動通信システム 20は、公衆電話網 22に接続された無線回線制御局 24と、従来型の無線基地局 26と、本発明のマルチァンテナ無線システムを一部に含む無線基地局 28とを具備している。図 2に示されたマルチアンテナ無線システムはループ状に接続された多数のアンテナュニット 30を含んでレヽる。

図 3は図 2のマルチアンテナ無線システムに含まれるアンテナュニット 30の概略構成を示す。図 3に示されるように、各アンテナュ二ット 30のアンテナ 32において受信され、デュプレクサ 34において送信信号と分離された受信信号は A Z D変換器 36においてディジタル信号に変換され、加算器 38において前段のアンテナュニットからの受信ディジタル信号に加算され、次段のアンテナュニットへ送出される。前段のアンテナュニットカゝらの送信ディジタル信号についてはそのまま次段のアンテナュニットへ送出するとともに信号線の分岐点 40において複製されたものが D Z A変換器 42においてアナ口グ信号に変換され、デュプレクサ 34を経てァンテナ 32から送信される。前段のアンテナュ-ットから受け取ったアンテナュニットの数を示す信号については加算器 48により 1 を加算して次段のアンテナュニットへ渡す。

この様にして、 BTSからの送信信号がすべてのアンテナュニットに分配され、各アンテナユニットにおける受信信号が送信信号と同一方向に送られつつ加算されてすベてのアンテナについての受信信号の総和が BTSへ送られる。

送信信号と受信信号をループに沿って同一方向に伝送することにより、すべてのアンテナュニットについて BTSとの間の伝送遅延時間が実質的に等しくなる。図示されていないが、加算処理や複製処理などによって生じる、送信信号処理と受信信号処理のアンテナュニット内部における処理時間の差分を調整するための遅延回路を設けても良い。

各アンテナュニットにおいて 1 が加算された信号はループを一巡することにより、アンテナュニットの総数を表わす信号となり、 BT Sへ送られる。 BTSにおいて例えばこの値で受信デジタル信号を割り算することにより、アンテナユニットの台数が変わることによる受信信号のパワーレベルの変動を補償することができる。アンテナュニットの台数が決まっている場合、或いは台数の変動によるパワーレベルの変動を許す場合にはこの処理【ま不要である。

図 4および図 5には、 BTSとアンテナュニットの接続を電気的には環状であるが、機械的には同じケーブルの中で折り返すことにより直列接続とした例を示す。最終段のアンテナユニット（AU-N) から BTSまでの信号線を BTS→ AU - 1→ -→k U-Nまでの信号線と同じケーブル内に同居させることにより、みかけ上直列接続であるが、実際にはループ接続となっている。

図 6および図 7は、図 2および図 3 のアンテナュニットの構成に光 Z電気変換器 50、電気/光変換器 52、分離部 54および合成部 56を追加して光伝送とした例を示す。同様 ίこ図 8および図 9は図 4および図 5のアンテナュニットの構成に光電気変換器 50、電気 Ζ光変換器 52、分離部 54および合成部 56を追办卩して光伝送とした例を示す。なお、合成部 56で時分割多重などにより合成した後に電気 Ζ光変換するのでなく、それぞれの信号を！:レヽに異なる波長の光に変換した後に含波する、波長分割多重を使用すれば、遅延時間の差の発生が少なくなる。

図 10および図 11はそれぞれ、アンテナュニットおよび BTSの詳細な回路構成の第 1 の例を示す。アンテナュニットおよび BTSにそれぞれ設けられた接続検出部 60， 62は、入力側のコネクタ 64， 66の先に装置が接続されているかどうかを検出し、接続されていないときは入力データを強制的にゼ口にしてシステムの誤動作を防止する。特に、初段のアンテナユニット AU-1については、正常運用時においても受信信号の加算値（SumDATA) とアンテナユニットの数を表わす信号（N— DATA) が入力されないので、接続検出部 60の出力は正常運用時においてもゼロとなり、乗算器 68， 70の出力はゼロとなる。従って、初段のアンテナュニット AU- 1力、らは SumDATAとして自ュニットの受信信号のみが出力され、 N DATAとしてはゼロが出力される。その結果、 BTSには N_DATAとしてアンテナュ-ットの台数一 1 が入力されるので、 1 を加算し（72) 、その逆数をとつて（74) 、 Su mDATAに乗算する（76) 。 " QDEM & RRC F IL" のブロック 78においてはディジタル直交復調の処理およびディジタルルートレイズドコサインフィルタの処理が行なわれ、ベースパンド処理部 80へ供給される。ベースバンド処理部 80力らの送信信号は、 " QM0D & RRC F IL " のブロック 82においてディジタル直交変調の処理およびディジタルルートレイズドコサインフイノレタの処理が行なわれ、各アンテナュニットへ分配される。

図 12および図 13はそれぞれ、アンテナュニットおよび BTSの詳細な回路構成の第 2の例を示す。第 1 の例と異なる点は、乗算器 70の後段で 1の加算が行なわれる点と BTSにおいてアンテナュニットの台数による割り算をする代わりに各アンテナュニットにおいて行なわれる点にある。

図 14および図 15はそれぞれ、アンテナュニットおよび BTSの詳細な構成の第 3の例を示す。 BTS (図 15) の AGC部 84におレヽて SumDATA から計算される電力と目標電力値の差分に応じた制御値（Ga in) を算出し、それを各アンテナユニットにフィードパックする。各アンテナユニット（図 14) においては、その制御値により可変増幅器 86 を制御することにより、 BTSにおける受信電力を目標値に収束させる。 N_DATAの値は BTSにおいて異常検出に用いられる。すなわち、記憶部 86においてアンテナュニット数— 1の値を記憶し、実際の値と比較することにより異常を検出する。

図 16および図 17はそれぞれ、アンテナュニットおよび BTSの詳細な回路構成の第 4の例を示す。第 3の例と異なる点は、 AGCが各ァンテナュニッ卜で行なわれ、 BTSでは AGCを行なわない点である。その他にも、図示していないが、アンテナュニットにアナログ無線信号の周波数アップ Zダウン変換器を搭載し、アンテナュニットと BTS間で伝送する信号をディジタル中間周波数信号としてもよい。また、アンテナユニットのデュプレクサ 34と AZD及び D/A間にアンプを搭載し、アナログ無線信号を増幅してもよい。

また'、図 10〜図 17の例では、メタリック線路で記述しているが、図 6〜図 9に示したごとく、アンテナュニットと BTS間の信号伝送を電気信号から、アンテナュニット及び BTSに光 Z電気変換器（O ZE及び電気ノ光変換器： E/O) を搭載して、光信号で伝送してもよい。

Claims

1 . 無線基地局と、

複数のアンテナュニットと、

無線基地局と複数のアンテナュニットを結ぶループに沿づて、無線基地局から複数のアンテナュニットへ送信信号を送る送信信号路青

と、

該ループに沿って送信信号と同じ方向で、複数のアンテナュニッの

トから無線基地局へ受信信号を送る受信信号路とを具備し、

各アンテナュニットは、ァンテナと、アンテナからの送信のために送信信号路に流れる送信信号を複製する囲複製手段と、アンテナで受信された信号を受信信号路に流れる受信信号に加算する加算回路とを具備するマルチアンテナ無線システム。

2 . 前記送信信号路に流れる送信信号および前記受信信号路に流れる受信信号はいずれもデイジタル信号であり、

各アンテナュニットは、複製手段が複製した送信信号のディジタル値をアンテナからの送出のためにアナ口グ値に変換する D Z A変換器と、アンテナでの受信信号のアナ口ダ値をディジタル値に変換する A / D変換器とをさらに具備し、

前記複製および加算はそれぞれディジタル値の複製および加算である請求項 1記載のマルチアンテナ無線システム。

3 . 前記送信信号路および受信信号路は無線基地局と複数のアンテナュニットをループ状に結ぶケーブル内に設けられる請求項 1または 2記載のマルチアンテナ無線システム。

4 . 前記送信信号路および受信信号路は無線基地局と複数のアンテナュニットを直列に結ぶケーブル内に設けられる請求項 1または 2記載のマルチアンテナ無線システム。

5 . 前記ループに沿って複数のュニットから無線基地局へアンテナュニットの数を示す信号を伝送する第 3の信号路をさらに具備し各アンテナュニットは第 3の信号路に流れる信号に 1 を加算する第 2の加算回路をさらに具備する請求項 1〜 4のいずれか 1項記载のマルチアンテナ無線システム。

6 . 無線基地局と、複数のアンテナユニットと、無線基地局と複数のアンテナュニットを結ぶループに沿って、無線基地局から複数のアンテナュニットへ送信信号を送る送信信号路と該ループに沿つて送信信号と同じ方向で、複数のアンテナユニットから無線基地局へ受信信号を送る受信信号路とを具備するマルチアンテナ無線システムにおいての使用に適したアンテナュニットであって，各アンテナュニットは、

ァンテナと、

アンテナからの送信ために送信信号路に流れる送信信号を複製する複製手段と、

アンテナで受信された信号を受信信号路に流れる受信信号に加算する加算回路とを具備するアンテナュニット。

7 . 前記送信信号路に流れる送信信号および前記受信信号路に流れる受信信号はいずれもディジタル信号であり、

複製手段が複製した送信信号のディジタル値をアンテナからの送出のためにアナログ値に変換する D / A変換器と、アンテナでの受信信号のアナ口グ値をディジタル値に変換する A Z D変換器とをさらに具備し、

前記複製および加算はそれぞれディジタル値の複製および加算である請求項 6記載のアンテナュニット。

8 . 前記マノレチアンテナ無線システムは、前記ループに沿って複数のュニットから無線基地局へアンテナュニットの数を示す信号を伝送する第 3 の信号路をさらに具備し、

第 3の信号路に流れる信号に 1 を加算する第 2の加算回路をさらに具備する請求項 6または 7記載のアンテナュニット。