(57)【要約】【課題】送信経路や受信経路の異常に起因した垂直面内指向性の変形を自動修正する。【解決手段】各送信経路の異常の発生を個別に検出する送信系検出手段（１３−１〜１３−４）と、各受信経路の異常の発生を個別に検出する受信系検出手段（２３−１〜２３−４）と、送信系検出手段（１３−１〜１３−４）によって異常な送信経路が検出された場合に、正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅を変更設定して送信経路の異常に起因する送信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正し、受信系検出手段（２３−１〜２３−４）によって異常な受信経路が検出された場合に、正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅を変更設定して受信経路の異常に起因する受信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正する制御手段（３０，４０）と、を備える。【選択図】図１
2014165610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の送信経路にそれぞれ接続された送信アンテナに該各送信経路を介して無線信号周波数の高周波電力信号をそれぞれ供給するとともに、２以上の受信経路にそれぞれ接続された受信アンテナの受信信号を該各受信経路を介して合成するように構成され、前記各送信アンテナ相互及び前記各受信アンテナ相互が共に鉛直方向に所定の間隔で配列された移動通信システムの基地局アンテナ装置であって、
前記各送信経路の異常の発生を個別に検出する送信系検出手段と、
前記各受信経路の異常の発生を個別に検出する受信系検出手段と、
前記送信系検出手段によって異常な送信経路が検出された場合に、正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅を変更設定して前記送信経路の異常に起因する送信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正し、前記受信系検出手段によって異常な受信経路が検出された場合に、正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅を変更設定して前記受信経路の異常に起因する受信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正する制御手段と、
を備えることを特徴とする移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅の変更設定と、前記正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅の変更設定とを、記憶手段に予め格納したデータテーブルのデータに基づいて実行することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項３】
前記各送信経路の異常の発生を個別に検出する送信系検出手段が、前記各送信経路を通過する送信信号のレベルを基準値と比較するように構成され、前記各受信経路の異常の発生を個別に検出する受信系検出手段が、前記各受信経路を通過する受信信号のレベルを基準値と比較するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記各送信経路を通過する送信信号の位相・振幅をそれぞれ設定する個別の送信系位相・振幅設定手段と、
前記各受信経路を通過する受信信号の位相・振幅をそれぞれ設定する個別の受信系位相・振幅設定手段と、を備え、
前記各送信経路のうちの前記正常な送信経路について設けられた前記送信系位相・振幅設定手段を用いて前記正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅を変更設定し、前記各受信経路のうちの前記正常な受信経路について設けられた前記受信系位相・振幅設定手段を用いて前記正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅を変更設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項５】
前記個別の送信系位相・振幅設定手段の後段にそれぞれ増幅器を配置したことを特徴とする請求項４に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項６】
前記個別の受信系位相・振幅設定手段の前段にそれぞれ増幅器を配置したことを特徴とする請求項４または５に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項７】
送信の無線信号周波数と受信の無線信号周波数に共用する送受信共用アンテナを前記各送信アンテナ及び受信アンテナとして使用し、前記送受信共用アンテナを対応する前記送信経路及び前記受信経路に分配合成器を介して接続するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項８】
前記分配合成器を介して接続する前記送受信共用アンテナが複数個であることを特徴とする請求項７に記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項９】
前記異常な送信経路が検出された場合に、その異常な送信経路に接続された送信アンテナを該送信経路から切り離してその経路を該経路の特性インピーダンスに終端する手段と、前記異常な受信経路が検出された場合に、その異常な受信経路に接続された受信アンテナを該受信経路から切り離してその経路を該経路の特性インピーダンスに終端する手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項１０】
前記各送信アンテナの配列間隔及び前記各受信アンテナの配列間隔が共に０．５λ≦ｄ≦１λ（λは、使用周波数帯の中心周波数の波長）に設定されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、異常を生じた前記送信経路が正常に戻った場合に、送信アンテナ垂直面内指向性を正常な指向性に戻す処理を実行し、かつ、異常を生じた前記受信経路が正常に戻った場合に、受信アンテナ垂直面内指向性を正常な指向性に戻す処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信システムの基地局アンテナ装置に関し、特に送信経路や受信経路の異常に起因した垂直面内指向性の変形を修正する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動通信システムの基地局アンテナ装置は、適切な通信エリアを構成するために垂直面内指向性を調整する必要がある。そこで、例えば特許文献１に係るアレーアンテナでは、給電回路に配した移相器を調整してビームチルト角を変化させるようにしている。
【０００３】
一方、例えば特許文献２には、無線信号周波数の信号の位相及び振幅をデジタル的、あるいはアナログ的に変更させる位相・振幅変更手段を個々のアンテナ毎に設け、推定される特定の無線信号周波数の到来方向に適応する指向性が実現されるように上記移相器の移相量を制御する構成を有したアダプティブアレーアンテナ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１１０２５号公報
【特許文献２】特開２００８−３１２１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のアンテナ装置では、個々のアンテナが接続された経路のいくつかにおいて移相器の故障や同軸ケーブルの断線等の異常が生じた場合に、指向性が乱れることになる。しかし、この従来のアンテナ装置は、上記のような事態に速やかに対応することができないので、適正な通信エリアを確保できなくなって、サービスの低下をもたらすおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、送信経路や受信経路の異常に起因して変形した垂直面内指向性を正常時の垂直面内指向性に近似する指向性に自動修正することができる移動通信システムの基地局アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、２以上の送信経路にそれぞれ接続された送信アンテナに該各送信経路を介して無線信号周波数の高周波電力信号をそれぞれ供給するとともに、２以上の受信経路にそれぞれ接続された受信アンテナの受信信号を該各受信経路を介して合成するように構成され、前記各送信アンテナ相互及び前記各受信アンテナ相互が共に鉛直方向に所定の間隔で配列された移動通信システムの基地局アンテナ装置であって、上記目的を達成するため、
前記各送信経路の異常の発生を個別に検出する送信系検出手段と、
前記各受信経路の異常の発生を個別に検出する受信系検出手段と、
前記送信系検出手段によって異常な送信経路が検出された場合に、正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅を変更設定して前記送信経路の異常に起因する送信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正し、前記受信系検出手段によって異常な受信経路が検出された場合に、正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅を変更設定して前記受信経路の異常に起因する受信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正する制御手段と、
を備える。
【０００８】
１つの態様として、前記制御手段は、前記正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅の変更設定と、前記正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅の変更設定とを、記憶手段に予め格納したデータテーブルのデータに基づいて実行される。
【０００９】
他の態様として、前記各送信経路の異常の発生を個別に検出する送信系検出手段が、前記各送信経路を通過する送信信号のレベルを基準値と比較するように構成され、前記各受信経路の異常の発生を個別に検出する受信系検出手段が、前記各受信経路を通過する受信信号のレベルを基準値と比較するように構成される。
【００１０】
別の態様として、前記制御手段は、
前記各送信経路を通過する送信信号の位相・振幅をそれぞれ設定する個別の送信系位相・振幅設定手段と、
前記各受信経路を通過する受信信号の位相・振幅をそれぞれ設定する個別の受信系位相・振幅設定手段と、を備え、
前記各送信経路のうちの前記正常な送信経路について設けられた前記送信系位相・振幅設定手段を用いて前記正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅を変更設定し、前記各受信経路のうちの前記正常な受信経路について設けられた前記受信系位相・振幅設定手段を用いて前記正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅を変更設定する。
【００１１】
前記個別の送信系位相・振幅設定手段の後段にそれぞれ増幅器を配置しても良く、また、前記個別の受信系位相・振幅設定手段の前段にそれぞれ増幅器を配置することができる。
他の態様として、送信の無線信号周波数と受信の無線信号周波数に共用する送受信共用アンテナを前記各送信アンテナ及び受信アンテナとして使用し、前記送受信共用アンテナを対応する前記送信経路及び前記受信経路に分配合成器を介して接続するようにしても良い。
更に、前記分配合成器を介して接続する前記送受信共用アンテナが複数個であっても良い。
【００１２】
別の態様として、前記異常な送信経路が検出された場合に、その異常な送信経路に接続された送信アンテナを該送信経路から切り離してその経路を該経路の特性インピーダンスに終端する手段と、前記異常な受信経路が検出された場合に、その異常な受信経路に接続された受信アンテナを該受信経路から切り離してその経路を該経路の特性インピーダンスに終端する手段とを更に備えることができる。
また、他の態様として、前記各送信アンテナの配列間隔及び前記各受信アンテナの配列間隔が共に０．５λ≦ｄ≦１λ（λは、使用周波数帯の中心周波数の波長）に設定される。
なお、前記制御部は、異常を生じた前記送信経路が正常に戻った場合に、送信アンテナ垂直面内指向性を正常な指向性に戻す処理を実行し、かつ、異常を生じた前記受信経路が正常に戻った場合に、受信アンテナ垂直面内指向性を正常な指向性に戻す処理を実行するように構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、１つ以上の送信経路や受信経路が異常になった場合においても、垂直面内指向性を正常時の垂直面内指向性に近似する指向性に自動修正することができるので、通信エリアの変化を最小限に抑えて、サービスの低下を防止することができる。また、無線信号周波数の信号の位相・振幅を変化させて指向性を修正するので、無線信号周波数の信号をベースバンドの信号に復調する回路が不要である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る基地局アンテナ装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】異常を検出した場合の垂直面内指向性の変化を説明するグラフである。
【図３】送信経路の全てが正常である場合の送信アンテナ垂直面内指向性を示すグラフである。
【図４】ある送信経路に異常が発生した場合の送信アンテナ垂直面内指向性を示すグラフである。
【図５】修正した送信アンテナ垂直面内指向性を示すグラフである。
【図６】図３〜図５の指向性を重ね合わせた状態を示すグラフである。
【図７】本発明に係る基地局アンテナ装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る基地局アンテナ装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る基地局アンテナ装置の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る基地局アンテナ装置の第５の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】移相器の構成例を示すブロック図である。
【図１２】検出器の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、本発明に係る基地局アンテナ装置の一実施形態を示す。このアンテナ装置は、周波数分割複信（FDD:Frequency Division Duplex）方式による通信を行なうために使用され、無線部１０、分配器１１、合成器２１、制御部３０及び記憶部４０を備えている。
無線部１０は、周波数変換、アナログ−デジタル変換、信号処理、通信制御等を行なうものであり、分配器１１に無線信号周波数の高周波電力信号を出力するとともに、合成器２１から出力される後述の合成信号を入力し、更に、制御部３０と通信する。
【００１６】
分配器１１には、ｎ（ｎは２以上の整数であり、本実施形態ではｎ＝４である）個の送信経路が接続されている。第１の送信経路には、移相器１２−１、検出器１３−１及び送信アンテナ１４−１が配置され、第２〜第４の送信経路にも対応する符号を付した同様の要素がそれぞれ配置されている。
合成器２１には、ｍ（ｍは２以上の整数であり、本実施形態ではｍ＝４である）個の受信経路が接続されている。第１の受信経路には移相器２２−１、検出器２３−１及び受信アンテナ２４−１が配置され、第２〜第４の受信経路にも対応する符号を付した同様の要素がそれぞれ配置されている。
【００１７】
移相器１２−１〜１２−４及び２２−１〜２２−４は、図１１にその構成の一例を示すように、入力信号の位相を変更する移相調整器１２１と、入力信号の振幅を調整する振幅調整器１２２と、制御部３０から与えられる移相調整用デジタル制御信号及び振幅調整用デジタル制御信号をそれぞれ対応する直流制御信号に変換して移相調整器１２１及び振幅調整器１２２に出力する信号変換器１２３とを備えている。
移相調整器１２１では、例えば、移相調整用の上記直流制御信号によって容量が変化される容量可変ダイオードが移相素子として使用される。この容量可変ダイオードを用いた移相調整器１２１は、マイクロストリップラインで形成された移相調整器に比べて非常に小さく構成することができるため、各送信経路及び受信経路に配置しても場所を取らない。
【００１８】
振幅調整器１２２は、上記振幅調整用の直流制御信号によって減衰量が変化されるアッテネータである。
なお、制御部３０と信号変換器１２３間における信号のやり取りには、例えばＲＳ４８５のような、同じ信号線に複数の装置を接続できるバス結線が可能なシリアルインタフェースが用いられる。こうすることで、移相器の配置数が増えても信号線を増やす必要がなくなる。
【００１９】
検出器１３−１〜１３−４及び２３−１〜２３−４は、図１２にその構成の一例を示すように、主経路と結合して所定量減衰した高周波信号を取り出す結合器１３１と、特定の周波数の信号を通過させるろ波器１３２と、このろ波器１３２を通った信号を検波するとともに、その検波した信号のレベルが基準値よりも低い場合に切替信号を経路切替器１３５に出力する検波器１３３と、検波器１３３の出力信号をデジタル信号に変換して制御部３０に出力する信号変換器１３４と、検波器１３３からの上記切替信号によって対応する経路をアンテナから切り離すとともに、切り離されたアンテナ側のラインをその経路の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）に終端する機能を有した経路切替器１３５と、を備えている。
制御部３０と信号変換器１３４における信号のやり取りには、例えばＲＳ４８５のような、同じ信号線に複数の装置を接続できるバス結線が可能なシリアルインタフェースが用いられる。こうすることで、検出器の数が増えても信号線を増やす必要がなくなる。
【００２０】
送信アンテナ１４−１〜１４−４は、互いに所定の間隔ｄ１をおいて鉛直方向に配列し、受信アンテナ２４−１〜２４−４も間隔ｄ２をおいて鉛直方向に配列している。本実施形態では、上記間隔ｄ１、ｄ２が共に０．５λ≦ｄ≦１λ（λは、使用周波数帯の中心周波数の波長）に設定されているが、これに限定されない。
【００２１】
図１において、無線部１０から分配器１１に出力された無線信号周波数の高周波電力信号は、該分配器１１によって４つの信号に分配されて、各送信経路にそれぞれ出力される。このとき、移相器１２−１〜１２−４による振幅値および移相量は、所定の送信アンテナ垂直面内指向性が実現されるように制御部４０からの制御信号によって設定されている。従って、各送信経路に接続された送信アンテナ１４−１〜１４−４は、所定の垂直面内指向性が実現されるように励振される。
【００２２】
一方、受信アンテナ２４−１〜２４−４は、受信した無線信号周波数の電波の強度に対応する受信信号を各受信経路にそれぞれ出力する。このとき、移相器２２−１〜２２−４による振幅値および移相量は、所定の受信アンテナ垂直面内指向性が実現されるように制御部４０からの制御信号によって設定されている。各移相器２２−１〜２２−４を通過した信号は、合成器２１で合成されて受信信号として無線部１０に出力される。
【００２３】
制御部３０は、無線部１０とシリアル通信を行うインタフェースと、各移相器１２−１〜１２−４及び２２−１〜２２−４を制御するポートと、各検出器１３−１〜１３−４及び２３−１〜２３−４と信号のやり取りを行うポートと、記憶部４０と信号のやり取りを行うポートとを持つ。この制御部３０のソフトウェアは、無線部１０によって書き換えることが可能である。
不揮発性メモリである記憶部４０は、移相器１２−１〜１２−４及び２２−１〜２２−４の振幅値および移相量を設定するためのデータを予め記憶させた送信系データテーブル及び受信系データテーブルを有している。これらのデータテーブルは、制御部３０を介して無線部１０から書き換えが可能である。
【００２４】
ここで、図１に示す４つの送信経路の内のある経路、例えば、送信アンテナ１４−３が接続された第３番目の送信経路において、例えば分配器１１と検出器１３−３間で同軸ケーブルの断線が生じた場合の動作を説明する。
この場合、第３番目の送信経路の検出器１３−３における検波器１３３（図１２参照）の出力信号のレベルが低下する。制御部３０は各検出器１３−１〜１３−４における検波器１３３の出力信号レベルを監視しているので、検出器１３−３の検波器１３３の出力信号レベルのみが基準値以下に低下したことに基づいて、第３番目の送信経路のみが異常であると判断する。
【００２５】
一方、第３番目の送信経路の検出器１３−３は、その検波器１３３（図１２参照）の出力信号レベルの低下に基づいて前記切替信号を出力し、その経路切替器１３５（図１２参照）を切替え動作させる。これにより、第３番目の送信経路の検出器１３−３が設けられた経路がアンテナから切り離されるとともに、切り離されたアンテナ側のラインがその経路の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）に終端される。この経路切替器１３５における切替えは、その内部に設けられた高周波リレーやピンダイオード等の素子によって行なわれる。
上記の終端を行う理由は、異常を生じた送信経路のアンテナ（上記の例では、第３番目の送信経路に接続された送信アンテナ１４−３）からの再放射を抑制して、この再放射が指向性に与える悪影響を最小限に抑えるためである。
【００２６】
ところで、前記ｎ（＝４）個の送信経路の全てが正常である場合に所定の正常な送信アンテナ垂直面内指向性が設定されるとすると、そのうちのｉ個の送信経路（１≦ｉ＜ｎ）で異常が発生した場合、そのｉ個の異常経路の送信アンテナの配置位置に応じた垂直面内指向性の変形が生じることになる。そして、この変形した垂直面内指向性は、正常な送信経路の移相器における振幅値および移相量を制御することによって修正すること、つまり、変形前の正常な垂直面内指向性に近似させることができる。
同様に、前記ｍ（＝４）個の受信経路の全てが正常である場合に所定の正常な受信アンテナ垂直面内指向性が設定されるとすると、そのうちのｋ個の送信経路（１≦ｋ＜ｍ）で異常が発生した場合、異常経路の個数ｋに応じた垂直面内指向性の変形が生じることになる。そして、この変形した垂直面内指向性は、正常な受信経路の移相器における振幅値および移相量を制御することによって修正すること、つまり、変形前の正常な垂直面内指向性に近似させるができる。
【００２７】
前記記憶部４０の送信系データテーブルには、所定の正常な送信アンテナ垂直面内指向性を得るための送信系移相器１２−１〜１２−４の振幅値および移相量を設定するための指向性指示データ、及び、ｉ個の異常経路が発生した場合に生じる垂直面内指向性の変形を修正するために必要とする、他の（ｎ−ｉ）個の正常送信経路における移相器の振幅値および移相量を設定するための指向性指示データが予め格納される。
同様に、記憶部４０の受信系データテーブルには、所定の正常な受信アンテナ垂直面内指向性を得るための受信系移相器２２−１〜２２−４の振幅値および移相量を設定するための指向性指示データ、及び、ｋ個の異常経路が発生した場合に生じる垂直面内指向性の変形を修正するために必要とする、他の（ｍ−ｋ）個の正常送信経路における移相器の振幅値および移相量を設定するための指向性指示データが予め格納される。
上記データテーブルに格納される指向性指示データは、予め実験やシミュレーションによって得ることが可能である。
【００２８】
次に、データテーブルの具体的な構成について説明する。
送信系の４経路中の１経路に異常が発生した場合、あるいは、受信系の４経路中の１経路に異常が発生した場合には、以下に［第１の例］として示す構成のデータテーブルが適用され、また、送信系の４経路中の２経路に異常が発生した場合、あるいは、受信系の４経路中の２経路に異常が発生した場合には、以下に［第２の例］として示す構成のデータテーブルが適用される。なお、各データテーブルにおいては、格納された指向性指示データが○印で記されている。
【００２９】
［第１の例］
【表１】
2014165610.tif 000003
このデータテーブルによれば、例えば、異常経路が第１番目の経路である場合に、第２番目〜第４番目の経路に対する指向性指示データが設定される。
【００３０】
［第２の例］
【表２】
2014165610.tif 000004
このデータテーブルによれば、例えば、異常経路が第１番目と第２番目の経路である場合に、第３番目と第４番目の経路に対する指向性指示データが設定される。
【００３１】
制御部３０は、ｎ個の送信経路の全てが正常である場合に、それに対応するための指向性指示データを送信系データテーブルから読み出し、その指向性指示データを用いて所定の正常な送信アンテナ垂直面内指向性が実現されるように送信系移相器１２−１〜１２−４の振幅値及び移相量を制御する。
一方、制御部３０は、例えば、第３番目の送信経路のみが異常であると判断した場合に、その異常に対応するための指向性指示データを送信系データテーブルから読み出し、その指向性指示データを用いて第３番目の送信経路の異常に起因する送信アンテナ垂直面内指向性の変形が修正されるように移相器１２−１，１２−２及び１２−４の振幅値及び移相量を制御する。
【００３２】
この結果、ｎ個の送信経路の全てが正常である場合には、所定の正常な送信アンテナ垂直面内指向性が実現される。また、ｉ個の異常経路が発生した場合には、正常な垂直面内指向性に近似した垂直面内指向性が実現されることになる。
制御部３０は、受信系においても上記に準じた処理を実行するので、ｍ個の受信経路の全てが正常である場合に、所定の正常な受信アンテナ垂直面内指向性が実現され、ｋ個の異常経路が発生した場合に、正常な垂直面内指向性に近似した垂直面内指向性が実現される。
【００３３】
次に、図２を参照して、異常を検出した場合の垂直面内指向性の変化について説明する。電波の傾角は、図２（ａ）に示すように、水平方向を基準としてθtiltと表される。ここでは、全ての経路が正常である場合の傾角θtiltを図２（ｂ）に示すθ０とする。
ここで、前述と同様に第３番目の送信経路が異常になったとすると、この場合、図２（ｃ）に示すように傾角θtiltがθ０からθ１に変化する。このとき、第３番目の送信経路の異常を検出した制御部３０は、記憶部４０のデータテーブルの指向性指示データを参照した上述の処理を実行し、その結果、図２（ｄ）に示すように、自律的に傾角がθ０に近似したθ２に修正される。
要するに、上記データテーブルの指向性指示データは、このθ０とθ２の差Δθを最小にさせるようにその値が設定されている。
【００３４】
ところで、送信経路のいずれかに異常が生じると、その異常送信経路に係る送信アンテナが切り離されるために、実動送信アンテナ数が減少する。そして、この実働送信アンテナ数の減少に伴って、垂直面内指向性の半値幅が拡大する傾向を示すこと、換言すれば、サービスエリアが設計されたサービスエリアよりも広くなる傾向を示すことになる。
これに対応するには、送信経路に異常が生じた場合のサービスエリアの変動が防止されるように上記データテーブルの指向性指示データの値を設定しておけばよい。すなわち、サービスエリアは電波の傾角を大きくするほど狭くなるので、図２（ｅ）に例示するような電波の傾角が設定されるように、つまり、図２（ｄ）に示す電波の傾角よりもαだけ大きい傾角が設定されるようにデータテーブルの指向性指示データの値を設定しておけばよい。上記調整角αも実験やシミュレーションによって決定される。
なお、データテーブルの指向性指示データは、指向方向だけでなく、その他のアンテナ特性（例えばサイドローブレベル）も加味して設定される。
【００３５】
図３はｎ個の送信経路の全てが正常である場合の送信アンテナ垂直面内指向性を示すグラフ、図４はある送信経路に異常が発生した場合の同指向性を示すグラフ、図５は送信系データテーブルの指向性指示データを用いて修正した同指向性を示すグラフ、図６は図３〜図５の指向性を重ね合わせた状態を示すグラフである。なお、図５に示す修正済みの指向性は、図２（ｄ）に示す調整角αを考慮した指向性指示データを用いて修正した結果得られたものである。
図６から明らかなように、本発明によれば、送信経路に異常が発生した場合に、正常な垂直面内指向性に近似した垂直面内指向性が実現され、かつ、上記調整角αを考慮した指向性指示データによるビーム傾角の増加によって、サービスエリアの変動も防止することができる。
【００３６】
上記のような指向性修正処理が実行された後、異常を生じていた経路が正常に戻ると、その異常経路の検出器における線路切替器１３５（図１２参照）がリセット動作するので、その線路に対応するアンテナが接続される。また、制御部４０が経路の全てが正常であると判断して、所定の正常な垂直面内指向性を実現するように指向性の制御を実行する。
【００３７】
以上のように、本実施形態の基地局アンテナ装置によれば、特定の送信経路及び／又は受信経路で異常が発生した場合に、垂直面内指向性が正常時の垂直面内指向性に近似するように修正されるため、通信エリアが変化することを最小限に抑えることができる。また、無線信号周波数で位相・振幅を変化させるため、ベースバンドに復調する回路が不要であり、さらに、不揮発メモリからなるデータテーブルのデータを指向性の修正制御に使用するので、複雑な計算処理が不要であり、そのため、安価なマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を処理手段に用いて構成することが可能である。
なお、本実施形態においては、移相器２２−１〜２２−４と検波器２３−１〜２３−４の位置を入れ替えることも可能である。
【００３８】
ところで、移動通信システムでは、アンテナに入力される送信電力が数１０Ｗのものもあり、その場合、図１の構成のままでは移相器１２−１〜１２−４として耐電力の高いものが必要になる。しかし、耐電力の高い移相器はサイズが大きくなってしまう。
図７は、耐電力の高い移相器の使用を回避することができる本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は、送信系移相器１２−１〜１２−４の後段に増幅器１５−１〜１５−４をそれぞれ配置した構成を有する。この構成によれば、移相器１２−１〜１２−４に入力する電力を小さくすることができるので、これらの移相器として小型で耐電力の小さいもの（例えば、容量可変ダイオードを用いた移相器）を使用することが可能になる。
もちろん、図示のように、受信系移相器２２−１〜２２−４の前段に増幅器２５−１〜２５−４をそれぞれ配置することができる。この場合、受信用増幅器２５−１〜２５−４と検波器２３−１〜２３−４の位置は入れ替えてもよい。
【００３９】
通常、増幅器等の素子は位相・振幅特性に個体差がある。しかし、本発明に係るアンテナ装置は、各経路に移相器を配置している構造ため、上記のように増幅器等の素子を追加した場合でも、経路毎に位相・振幅特性を補正することが可能である。すなわち、上記増幅器等の素子単体の位相・振幅特性、あるいは経路に組込んだ後の経路全体の位相・振幅特性を事前に測定し、その測定データを基に記憶部４０のデータテーブルのデータを修正するだけで位相・振幅を補正することが可能である。それ故、上記のように増幅器等の素子を追加した場合でも、補正素子や回路等を追加するなどのハードウェア変更は不要である。なお、データテーブルのデータ修正は、無線部１０により制御部を介して行なうことができる。
【００４０】
図８は、送信の無線信号周波数と受信の無線信号周波数に共用する送受信共用アンテナ１７−１〜１７−４を前記第１実施形態における送信アンテナ１４−１〜１４−４及び受信アンテナ２４−１〜２４−４に代えて使用した本発明の第３の実施形態を示す。この場合、アンテナ１７−１〜１７−４は、それぞれ分配合成器１６−１〜１６−４を介して対応する送信経路と受信経路に接続される。
【００４１】
図９に示す第４の実施形態は、上記第３の実施形態に図７に示した増幅器１５−１〜１５−４を追加配設した構成を有する。
また、図１０に示す第５の実施形態は、上記第４の実施形態の送受信共用アンテナ１７−１〜１７−４をそれぞれアレー化した構成を有する。この例では、符号ａ，ｂを付した２つの送受信共用アンテナを用いてアレー化しているが、３以上の送受信共用アンテナを用いてアレー化することも可能である。
なお、図１、図７に示すアンテナ１４−１〜１４−４及び２４−１〜２４−４もそれぞれアレー化が可能である。
【００４２】
本発明は、上記実施の態様に限定されず、以下に例示するような種々の変形態様を含むことができる。
［１］  図１２に示した検出器では、検波器１３３によって検波された信号のレベルを基準値と比較しているが、この基準値は、必要に応じて制御部３０からの制御信号によって変更調整することができる。上記基準値は、検出器が設けられた線路の異常が適正に検出できるように設定する必要がある。
【００４３】
［２］  各実施形態における無線部１０には、制御部３０に制御信号を送ることによって移相器の位相・振幅を個別に設定する機能を持たせることができる。を例えば図２（ａ）に示す傾角θtiltに設定することが可能である。このときも、異常経路がある場合は、前述のように異常経路がない場合の垂直面内指向性に近似するように移相器の位相・振幅が制御される。
【００４４】
［３］  制御部３０と記憶部４０を無線部１０に取り込む形態も可能である。この場合、検出器１３−１〜１３−４及び２３−１〜２３−４との信号のやりとりや移相器１２−１〜１２−４及び２２−１〜２２−４の制御は無線部１０が受け持つことになる。また、無線部１０は上流装置（例えばベースバンド信号処理を担う基地局装置）と通信を行うことができる。
【００４５】
［４］  上述した実施形態では、送信系の４経路に対して共通の異常判定基準値を設定し、また、受信系の４経路に対しても共通の異常判定基準値を設定している。しかし、送信系の４経路及び受信系の４経路に対して個別の異常判定基準値を設定することも当然可能である。
【００４６】
［５］  前記したように、制御部３０は、検出器１３−１〜１３−４及び検出器２３−１〜２３−４における検波器１３３（図１２参照）の出力信号レベルを監視し、この出力信号レベルが基準値を下まわった場合に対応する経路に異常が発生していると判定して指向性修正制御を実行する。
しかし、上記出力信号レベルの低下度が大きい重度の異常とその低下度が小さい軽度の異常とでは、垂直面内指向性への影響度が相違するので、より精度の高い垂直面内指向性の修正を行うには、異常の程度に応じた指向性修正制御を実行することが望ましい。
上記要望を満たすには、送信系の４経路に対する共通の異常判定基準値として複数の基準値、例えば３つの基準値Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ（Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ）を設定するとともに、受信系の４経路に対する共通の異常判定基準値として、同様に複数の基準値、例えば３つの基準値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ（Ｒａ＞Ｒｂ＞Ｒｃ）を設定し、更に、上記［第１の例］として示した構成のデータテーブルを基準値Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ及び基準値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃに対応してそれぞれ設ければよい。
この場合、制御部３０は、例えば、送信系の第１の経路における上記検波器１３３の出力信号レベルをＶＴ１とすると、このレベルＶＲ１がＴａ≧ＶＴ１＞Ｔｂ，Ｔｂ≧ＶＴ１＞Ｔｃ，Ｔｃ≧ＶＴ１という異常判定条件の内のいずれかに該当しているかどうかを判定する。そして、例えば、レベルＶＴ１がＴａ≧ＶＴ１＞Ｔｂという異常判定条件に該当していると判定した場合には、基準値Ｔａに対応して設定された送信系データテーブルの指向性指示データを適用して指向性修正制御を実行することになる。なお、受信系の経路の異常に対しても同様の手順が実行される。
つまり、基準値Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃに対応して設けられる３つの送信系データテーブルは、送信系の経路における上記検波器１３３の出力信号レベルＶＴがＴａ≧ＶＴ＞Ｔｂ，Ｔｂ≧ＶＴ＞Ｔｃ，Ｔｃ≧ＶＴのときにそれぞれ適用される。同様に、基準値Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃに対応して設けられる３つの受信系データテーブルは、受信系の経路における上記検波器１３３の出力信号レベルＶＲがＲａ≧ＶＲ＞Ｒｂ，Ｒｂ≧ＶＲ＞Ｒｃ，Ｔｃ≧ＶＲのときにそれぞれ適用される。
【００４７】
［６］  本発明は、時分割複信（TDD:Time Division Duplex）方式による通信にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  無線部
１１  分配器
１２−１〜１２−４  移相器
１３−１〜１３−４  検出器
１４−１〜１４−４  送信アンテナ
１５−１〜１５−４  増幅器
１６−１〜１６−４  分配合成器
１７−１〜１７−４  送受信アンテナ
２１  合成器
２２−１〜２２−４  移相器
２３−１〜２３−４  検出器
２４−１〜２４−４  受信アンテナ
２５−１〜２５−４  増幅器
３０  制御部
４０  記憶部
１２１  移相調整器
１２２  振幅調整器
１２３  信号変換器
１３１  結合器
１３２  ろ波器
１３３  検波器
１３４  信号変換器
１３５  経路切替器
【図１】
2014165610.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014165610.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2014165610.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月21日(2014.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
２以上の送信経路にそれぞれ接続された送信アンテナに該各送信経路を介して無線信号周波数の高周波電力信号をそれぞれ供給するとともに、２以上の受信経路にそれぞれ接続された受信アンテナの受信信号を該各受信経路を介して合成するように構成され、前記各送信アンテナ相互及び前記各受信アンテナ相互が共に鉛直方向に所定の間隔で配列された移動通信システムの基地局アンテナ装置であって、
前記各送信経路の異常の発生を個別に検出する送信系検出手段と、
前記各受信経路の異常の発生を個別に検出する受信系検出手段と、
前記送信系検出手段によって異常な送信経路が検出された場合に、正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅を変更設定して前記送信経路の異常に起因する送信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正し、前記受信系検出手段によって異常な受信経路が検出された場合に、正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅を変更設定して前記受信経路の異常に起因する受信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正する制御手段と、
を備え、
前記制御手段による前記送信アンテナ垂直面内指向性の修正は、正常時の電波の傾角よりも大きな傾角が設定されるように実行され、これによって、前記送信経路の異常による実動送信アンテナ数の減少に起因したサービスエリアの変動を抑制するようにしたことを特徴とする移動通信システムの基地局アンテナ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、２以上の送信経路にそれぞれ接続された送信アンテナに該各送信経路を介して無線信号周波数の高周波電力信号をそれぞれ供給するとともに、２以上の受信経路にそれぞれ接続された受信アンテナの受信信号を該各受信経路を介して合成するように構成され、前記各送信アンテナ相互及び前記各受信アンテナ相互が共に鉛直方向に所定の間隔で配列された移動通信システムの基地局アンテナ装置であって、上記目的を達成するため、
前記各送信経路の異常の発生を個別に検出する送信系検出手段と、
前記各受信経路の異常の発生を個別に検出する受信系検出手段と、
前記送信系検出手段によって異常な送信経路が検出された場合に、正常な送信経路における送信信号の位相及び振幅を変更設定して前記送信経路の異常に起因する送信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正し、前記受信系検出手段によって異常な受信経路が検出された場合に、正常な受信経路における受信信号の位相及び振幅を変更設定して前記受信経路の異常に起因する受信アンテナ垂直面内指向性の変形を修正する制御手段と、
を備える。
前記制御手段による前記送信アンテナ垂直面内指向性の修正は、正常時の電波の傾角よりも大きな傾角が設定されるように実行され、これによって、前記送信経路の異常による実動送信アンテナ数の減少に起因したサービスエリアの変動を抑制するようにしている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
［第２の例］
【表２】
2014165610.tif 000017