(57)【要約】  本発明は、互いに対応付けられた複数のデータを同時に送信するオムニセル方式の無線通信において、経済性に優れアンテナ損失を少なく電波干渉を回避することが可能なアンテナ装置を提供することを課題とする。本発明のアンテナ装置は、電波の放射強度が最大となる最大放射方向が放射状に向くように配置された複数のセクタアンテナ１１を有し、複数のセクタアンテナ１１は、互いに対応付けられた複数の無線信号を同時に発信する。
2010119744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の放射強度が最大となる最大放射方向が放射状に向くように配置された複数のセクタアンテナを有し、前記複数のセクタアンテナは、互いに対応付けられた複数の無線信号を同時に発信する、アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のセクタアンテナを、前記最大放射方向が俯角方向に向くように傾けた状態で支持する支持部材をさらに有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記支持部材が取り付けられた支柱をさらに有し、
前記複数のセクタアンテナは、前記支柱を中心とし、前記電波の波長の２倍以上の長さを直径とする円に沿って配置されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記複数のセクタアンテナは、互いに等間隔に配置されている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記複数のセクタアンテナのそれぞれは、前記複数のセクタアンテナの水平面のビーム幅が１２０度以上の電波を放射する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数のセクタアンテナのそれぞれは、ＦＢ比が２０ｄＢ以上である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記支柱は、金属製である、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置と接続される無線基地局装置と、を有し、
前記無線基地局装置は、
前記複数の無線信号を生成する制御部と、
前記制御部の制御に基づいて、前記複数の無線信号を個別に前記複数のセクタアンテナへ同時に送信する送信部と、を有するマルチアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに対応付けられた複数の無線信号を複数のアンテナから同時に送信するアンテナ装置、およびマルチアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信には、通信エリアを複数のセル（区画）に分割し、セルごとに基地局を配置する通信方式がある。この通信方式には、オムニセル方式とセクタセル方式とがある。オムニセル方式では、無指向性アンテナであるオムニアンテナを設置し、このオムニアンテナより電波が全方向に放射される。一方、セクタセル方式では、一つのセルを中心から複数のセクタセルに分割し、セクタセルごとに指向性アンテナであるセクタアンテナを設置する。すなわち、セクタセル方式では、一つのセルをセクタセルごとに使い分けて無線通信できる。【０００３】
また、無線通信には、近年、伝送容量の増大または伝送の信頼性の向上を可能とする技術としてＭＩＭＯ（Multiple-Input  Multiple-Output）が提案されている。ＭＩＭＯでは、送信側および受信側の双方に複数のアンテナが設けられ、互いに対応付けられた複数の無線信号が送信側の複数のアンテナから同時に送信され、受信側の複数のアンテナに受信される。例えば、複数の無線信号に示されたデータの内容がそれぞれ異なる場合には、これらの無線信号を送信側のアンテナから同時に発信することによって伝送容量が増大する。また、複数の無線信号に示されたデータの内容が同じ場合には、これらの無線信号を送信側のアンテナから同時に発信して受信側で受信信号を適切に処理することによって伝送の信頼性が向上する。【０００４】
図１は、ＭＩＭＯによる無線通信に使用されるオムニアンテナの配置構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、オムニアンテナの配置構成の一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、オムニアンテナの配置構成の一例を示す斜視図である。図１（ａ）に示すように、無線基地局装置（不図示）とともにマルチアンテナシステムを構成する４本のオムニアンテナ１０１が、支柱１０２を中心とする円３０１に沿って等間隔に配置されている。各オムニアンテナ１０１は、図１（ｂ）に示すように、支柱１０２から突出した支持部材１０３によって支持されている。各オムニアンテナ１０１からは、無線基地局装置で生成され、データの内容がそれぞれ異なる複数の無線信号がアンテナビーム２０１にて同時に発信される。【０００５】
図２は、図１に示すマルチアンテナシステムの伝送容量特性をシミュレーションした結果を示す図である。図２では、２本のアンテナを備える端末（不図示）でアンテナビーム２０１を受信した場合のシミュレーション結果を示す。なお、伝送容量が１００％とは、端末の２本のアンテナでそれぞれ受信される信号の位相や振幅が相互に無相関とした場合の理想的な理論限界値である約８．１ｂｐｓ／Ｈｚであることを示す。図２に示すように、オムニアンテナを使用する場合、セル内で伝送容量の変動が少ないという特性がある。【０００６】
オムニセル方式またはセクタセル方式のようにセルごとにアンテナが設置された通信方式では、一方のセルから他方のセルに電波が届く現象、いわゆるオーバーリーチが発生すると、各セルにおいて同じ周波数を用いている場合、他方のセル内で電波干渉が生じて無線信号が正確に伝送されないという問題が起こりうる。そこで、この電波干渉を回避する手段として電気チルト、機械チルトという２つの手段がある。電気チルトは、アンテナに内蔵された位相器内の給電回路で給電位相をずらすことによって電波の放射方向を俯角方向に調整し、電波がセル外に放射されないようにする手段である。一方、機械チルトは、アンテナ自体を俯角方向に傾けて電波がセル外に放射されないようにする手段である。この機械チルトを電波干渉の回避手段として用いるアンテナ装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたアンテナ装置では、複数のアンテナが鉛直方向を中心とする円錐の側面に沿って傾いた状態で配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３３９２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電気チルトを電波干渉の回避手段として用いる場合、給電回路を用いて給電位相をずらすという複雑な回路構成が必要になるので機械チルトを用いる場合よりもアンテナ損失が大きくなり、コストが高くなる。この問題に対して、セクタセルアンテナを使用するセクタセル方式では、電気チルトと機械チルトの両方を電波干渉の回避手段として用いることができるので、機械チルトを選択することで対処できる。しかし、図１に示すようなオムニセル方式のマルチアンテナシステムでは、オムニアンテナを使用しているので機械チルトを電波干渉の回避手段として用いることができない。これは、オムニアンテナは、一様な電波を全方向に放射するので、オムニアンテナ自体を俯角方向に傾けると、電波の一部が仰角方向に放射され、この電波が上述した電波干渉を引き起こす要因となるからである。【０００９】
本発明は、互いに対応付けられた複数のデータを同時に送信するオムニセル方式の無線通信において、経済性に優れ、アンテナ損失を少なく電波干渉を回避することが可能なアンテナ装置およびマルチアンテナシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明によるアンテナ装置は、電波の放射強度が最大となる最大放射方向が放射状に向くように配置された複数のセクタアンテナを有し、前記複数のセクタアンテナは、互いに対応付けられた複数の無線信号を同時に発信する。【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明によるマルチアンテナシステムは、上記のアンテナ装置と、上記のアンテナ装置と接続される無線基地局装置と、を有し、前記無線基地局装置は、前記複数の無線信号を生成する制御部と、前記制御部の制御に基づいて、前記複数の無線信号を個別に前記複数のセクタアンテナへ同時に送信する送信部と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数のセクタアンテナを用いて疑似的にオムニセル方式の無線通信環境を作れる。セクタアンテナを用いているので、電波干渉を回避する手段として機械チルトを用いることができる。よって、経済性に優れ、少ないアンテナ損失で電波干渉を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＭＩＭＯによる無線通信に使用されるオムニアンテナの配置構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示すマルチアンテナシステムの伝送容量特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３】本実施形態のマルチアンテナシステムの構成を示す図である。
【図４】本実施形態のセクタアンテナの配置構成を示す上面図である。
【図５】本実施形態のセクタアンテナが支持部材に支持されている状態を示す図である。
【図６】本実施形態のマルチアンテナシステムの伝送容量特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】本実施形態のマルチアンテナシステムにおいて、電波のビーム幅を変化させた場合の伝送容量特性をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図８】２本のセクタアンテナによるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。
【図９】６本のセクタアンテナによるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。
【図１０】８本のセクタアンテナによるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。
【図１１】１２本のセクタアンテナによるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。
【図１２】オーバーリーチを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明のマルチアンテナシステムの実施形態について説明する。本発明のマルチアンテナシステムは、ＭＩＭＯによる無線通信を行うオムニセル方式のマルチアンテナシステムに置き換えて使用できる。
【００１５】
図３は、本実施形態のマルチアンテナシステムの構成を示す図である。本実施形態のマルチアンテナシステム１は、アンテナ装置１０と、アンテナ装置１０と接続される無線基地局装置２０と、を有する。
【００１６】
まず、アンテナ装置１０について説明する。アンテナ装置１０は、図３に示すように、アンテナビーム３０をそれぞれ放射する４本のセクタアンテナ１１と、鉛直方向（ｚ軸方向）を向いて設置された支柱１２と、支柱１２から突出し、各セクタアンテナ１１を支持する支持部材１３と、を有する。
【００１７】
図４は、セクタアンテナ１１の配置構成を示す上面図である。４本のセクタアンテナ１１は、図４に示すように、水平面（ｘｙ平面）における電波の放射強度が最大となる最大放射方向３１が支柱１２から放射状に向くように、支柱１２を中心とする円４１に沿って等間隔に配置されている。この円４１の直径φは、各セクタアンテナ１１から放射される電波の相関を小さくするために長いほうが望ましい。しかし、設置場所や設置に要するコストの点では、直径φは短い方が望ましい。これらのことを考慮すると、直径φは、各セクタアンテナ１１から放射される電波の波長の２倍から１０倍の範囲内であることが望ましい。本実施形態では、直径φは波長の約４倍である。また、各セクタアンテナ１１から放射される電波のビーム幅３２は、１２０度である。なお、ビーム幅とは、最大放射方向を基準として電波の広がりを示す尺度である。
【００１８】
また、各セクタアンテナ１１は、最大放射方向３１が水平面に対して俯角方向に向くように鉛直方向から傾けた状態で支持部材１３に支持されている。各セクタアンテナ１１の鉛直方向に対する角度θ（図５参照）は、セル外へのアンテナビーム３０の放射を抑制できる角度に設定される。具体的には、角度θは、２度から２０度までの範囲内で適宜設定される。
【００１９】
次に、無線基地局装置２０について説明する。無線基地局装置２０は、図３に示すように、送信部２１と、制御部２２と、を有している。無線基地局装置２０では、制御部２２が、データの内容がそれぞれ異なる複数の無線信号を生成する。具体的には、制御部２２は信号配列がそれぞれ異なる複数の無線信号を送信する。なお、制御部２２はデータの内容が同じ複数の同じ無線信号を生成する機能も備える。この場合、制御部２２は、時間の次元と空間の次元とが符号化された時空間符号化による無線信号を生成する。制御部２２は、信号生成後、生成した複数の無線信号を送信部２１に送出する。送信部２１は、制御部２２の制御に基づいて、制御部２２からの複数の無線信号を個別に各セクタアンテナ１１へ同時に送信する。すると、各セクタアンテナ１１から複数の無線信号がアンテナビーム３０にて同時に発信される。
【００２０】
図６は、マルチアンテナシステム１の伝送容量特性をシミュレーションした結果を示す図である。図６では、２本のアンテナを備える端末（不図示）でアンテナビーム３０を受信した場合のシミュレーション結果を示す。図６において、０、９０、１８０、および−９０は、マルチアンテナシステム１のセルの中心とのなす角度を示す。すなわち、図６では、セル内の位置を角座標に対応させている。また、図６において、伝送容量が１００％とは、図２に示す場合と同様に、理論限界値である約８．１ｂｐｓ／Ｈｚであることを示す。
【００２１】
図６と図２とを比較すればわかるように、マルチアンテナシステム１は、図１に示すオムニセル方式の無線通信と同等の伝送容量特性を有する。すなわち、マルチアンテナシステム１は、図１に示すオムニセル方式の無線通信環境を疑似的に作ることが可能になる。
【００２２】
図７は、マルチアンテナシステム１において、アンテナビーム３０のビーム幅３１を変化させた場合の伝送容量特性をシミュレーションした結果を示すグラフである。図７では、横軸はアンテナビーム３０のビーム幅３１を示し、縦軸は伝送容量を示す。図７において、最小値とは、セル内の伝送容量の最小値を示し、平均値は、セル内の伝送容量の平均値を示す。図７に示すように、ビーム幅３１が１２０度以上になると、マルチアンテナシステム１は、図１に示すオムニセル方式の無線通信と同等の伝送容量特性を有する。
【００２３】
本実施形態によれば、セクタアンテナ１１を用いているので機械チルトにて電波干渉を回避できる。したがって、経済性に優れ、少ないアンテナ損失でオーバーリーチを回避することが可能になる。
【００２４】
なお、本発明では、セクタアンテナ１１の本数は、４本に限定されるものではなく複数であればよい。図８は、２本のセクタアンテナ１１によるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。図９は、６本のセクタアンテナ１１によるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。図１０は、８本のセクタアンテナ１１によるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。図１１は、１２本のセクタアンテナ１１によるマルチアンテナシステムの一実施形態を示す上面図である。セクタアンテナ１１１の本数が多いほど、セル内における伝送容量の変動が少なくなり、かつ伝送容量が増加する。しかし、セクタアンテナ１１の本数が多いほどコストも消費電力も増える。したがって、本発明では、これらのことを考慮してセクタアンテナ１１の本数を適宜決めればよい。
【００２５】
また、図８〜図１１では、各セクタアンテナ１１の支持に構造が同じ支持部材１３を用いる（支持部材１３のコストを下げる）ために各セクタアンテナ１１が支柱１２を中心とする円４１に沿って等間隔に配置されているが、各セクタアンテナ１１は、最大放射方向３１が支柱１２から放射状に俯角方向に向くように配置されていればよい。そのため、各セクタアンテナ１１は、楕円状、または、正方形や長方形に代表される多角形状に配置されていてもよい。
【００２６】
また、本実施形態では、図１２に示すように、最大放射方向の電波であるメインローブ５１を俯角方向に向けることによって、このメインローブ５１がマルチアンテナシステム１のセル６１を越えてセル６１に隣接するセル６２に届かないようにしている。すなわちオーバーリーチを回避している。この場合、セクタアンテナ１１は指向性アンテナなので、メインローブ５１と反対方向の電波であるバックローブ５２が仰角方向に放射される。このバックローブ５２の放射強度は、メインローブ５１の放射強度よりも十分小さいので、バックローブ５２の放射方向に位置するセルへ及ぼす影響はほとんどない。具体的には、セクタアンテナ１１は、下記の式（１）で求められるＦＢ比が２０ｄＢ以上の特性を有することが望ましい。
【００２７】
ＦＢ比＝２０ｌｏｇ１０（メインローブの最大値/バックローブの最大値）…（１）
また、本実施形態では、支柱１２が金属製の場合、支柱１２はセクタアンテナ１１の後方に位置しているので、バックローブ５２が支柱１２で反射される。これにより、バックローブ５２の放射強度を抑制することが可能となる。
【００２８】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００２９】
この出願は、２００９年４月１６日に出願された日本出願特願２００９−０９９８６７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００３０】
１  マルチアンテナシステム
１０  アンテナ装置
１１  セクタアンテナ
１２、１０２  支柱
１３、１０３  支持部材
２０  無線基地局装置
２１  送信部
２２  制御部
３０、２０１  アンテナビーム
３１  最大放射方向
３２  ビーム幅
４１、３０１  円
５１  メインローブ
５２  バックローブ
６１、６２  セル
１０１  オムニアンテナ
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
2010119744.tif 000012
【図１１】
2010119744.tif 000013
【図１２】
2010119744.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月16日(2011.9.16)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の放射強度が最大となる最大放射方向が放射状に向くように配置された複数のセクタアンテナを有し、前記複数のセクタアンテナは、互いに対応付けられた複数の無線信号を同時に発信する、アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のセクタアンテナを、前記最大放射方向が俯角方向に向くように傾けた状態で支持する支持部材をさらに有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記支持部材が取り付けられた支柱をさらに有し、
前記複数のセクタアンテナは、前記支柱を中心とし、前記電波の波長の２倍以上の長さを直径とする円に沿って配置されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記複数のセクタアンテナは、互いに等間隔に配置されている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記複数のセクタアンテナのそれぞれは、前記複数のセクタアンテナの水平面のビーム幅が１２０度以上の電波を放射する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数のセクタアンテナのそれぞれは、ＦＢ比が２０ｄＢ以上である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記支柱は、金属製である、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載のアンテナ装置と、前記アンテナ装置と接続される無線基地局装置と、を有し、
前記無線基地局装置は、
前記複数の無線信号を生成する制御部と、
前記制御部の制御に基づいて、前記複数の無線信号を個別に前記複数のセクタアンテナへ同時に送信する送信部と、を有するマルチアンテナシステム。
【請求項９】
前記制御部は、データの内容または信号配列がそれぞれ異なる複数の無線信号を生成する、請求項８に記載のマルチアンテナシステム。
【請求項１０】
前記制御部は、時間の次元と空間の次元とが符号化された時空間符号化による無線信号を生成する、請求項８に記載のマルチアンテナシステム。
【国際調査報告】
2010119744.tif 000015
2010119744.tif 000016
2010119744.tif 000017
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