(57)【要約】【課題】ＭＩＭＯ伝送に用いる複数のアンテナ素子の組み換えにより、端末の分布等の無線環境に応じたアンテナ指向性を設定する。【解決手段】それぞれ所定のアンテナ指向性を有する複数のアンテナ素子を備え、周辺に存在する端末との間のＭＩＭＯ伝送に対応するアンテナ装置のアンテナ指向性制御方法において、複数のアンテナモジュールの各アンテナ素子の配置面を複数の方向に向け、アンテナ素子ごとに、端末からの受信信号から端末ごとの受信信号強度およびアンテナ数を取得し、位置および方向に対応する特定エリアごとの端末密度を判定するステップ１と、端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数を判定し、端末密度の順番に該特定エリアの各端末のアンテナ数に応じてアンテナ素子の指向性を組み換えるステップ２とを有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ所定のアンテナ指向性を有する複数のアンテナ素子を備え、周辺に存在する端末との間のＭＩＭＯ伝送に対応するアンテナ装置において、
多面筐体の１つの面に前記アンテナ素子を配置してアンテナモジュールとし、該アンテナモジュールを複数個用い、前記アンテナ素子の配置面を除く面で互いに接合しかつ組み換え可能とし、全体として１または複数のアンテナ指向性を形成する構成である
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置のアンテナ指向性制御方法において、
複数の前記アンテナモジュールの各アンテナ素子の配置面を複数の方向に向け、前記アンテナ素子ごとに、前記端末からの受信信号から端末ごとの受信信号強度およびアンテナ数を取得し、位置および方向に対応する特定エリアごとの端末密度を判定するステップ１と、
前記端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数を判定し、前記端末密度の順番に該特定エリアの各端末のアンテナ数に応じて前記アンテナ素子の指向性を組み換えるステップ２と
を有することを特徴とするアンテナ指向性制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ指向性制御方法において、
前記ステップ２の前記端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数は、その最大値または最小値または平均値または中央値のいずれかで判定する
ことを特徴とするアンテナ指向性制御方法。
【請求項４】
請求項２に記載のアンテナ指向性制御方法において、
前記ステップ２は、前記端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数と、各端末に対する伝送容量や伝送速度に応じて、前記アンテナ素子の指向性を組み換える
ことを特徴とするアンテナ指向性制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ伝送を行う無線アクセスシステムの基地局で用いるアンテナ装置、および基地局周辺の端末の分布等の通信環境に対応してアンテナ指向性を調整するアンテナ指向性制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
５ＧHz帯の電磁波を用いる高速無線アクセスシステムには、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃなどの規格に基づくものがある。
【０００３】
ＩＥＥＥ８０２．１１ａの規格に基づく高速無線アクセスシステムは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いることにより、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させて、最大54Ｍbit/s のスループットを実現している。
【０００４】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの規格に基づく高速無線アクセスシステムは、複数のアンテナを用いて同一の無線チャネルで空間分割多重を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）や、20ＭHzの周波数チャネルを２つ同時に利用して40ＭHzの周波数チャネルを利用するチャネルボンディング技術を用いて、最大 600Ｍbit/s の伝送速度を実現している。
【０００５】
ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃの規格に基づく高速無線アクセスシステムは、20ＭHzの周波数チャネル４つを同時に利用して80ＭHzの周波数チャネルとして利用するチャネルボンディング技術や、マルチユーザＭＩＭＯを利用して同一の無線チャネルで、複数の無線局に対して同時に伝送を行う空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Spatial Division Multiple Access）の伝送技術を用いて、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの規格より高速かつ高効率な無線通信を実現している。
【０００６】
さらに、高速無線アクセスシステムの伝送特性を高めるために、システムで用いられるアンテナの指向性を切り替えることが検討されている。具体的には、基地局と無線通信する端末の分布などの通信環境に応じてアンテナ装置の指向性を切り替えることにより、端末における受信電力を高めることができる。例えば、ダイポールアンテナと複数の無給電素子を有するアンテナ装置を基地局に配置し、無給電素子を制御することでアンテナ装置の指向性を切り替える技術が提案されている（非特許文献１) 。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J. Cheng, M. Hashiguchi, K. Iigusa, T. Ohira, ” Electronically steerable parasitic array radiator antenna for omni- and sector pattern forming applications to wireless ad hoc networks, ” IEE Proceedings Microwaves, antennas and propagation, vol.150, no.4, Aug. 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の基地局は、高い通信品質を提供するために、高い密度で設置されている。このような通信環境では、基地局と無線通信する端末によっては、オムニ特性である無指向性が適する場合と、セクタ特性を代表とする有指向性（水平面および垂直面）が適する場合とがある。これまでの従来技術では、非特許文献１のように電子制御によって、通信環境に応じて水平面の指向性をオムニ特性とセクタ特性とに切り替えるアンテナ装置が検討されている。
【０００９】
しかしながら、電子制御を行うための電子デバイスのコストや、電子デバイスを動作させるための電力消費が大きくなる課題である。さらに、ＭＩＭＯ伝送を用いる場合には、複数のアンテナ素子を限られたスペースに配置する必要があり、省スペース化が課題である。
【００１０】
本発明は、ＭＩＭＯ伝送に用いる複数のアンテナ素子の組み換えにより、端末の分布等の無線環境に応じたアンテナ指向性を設定することができるアンテナ装置およびアンテナ指向性制御方法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】
【００１１】
第１の発明は、それぞれ所定のアンテナ指向性を有する複数のアンテナ素子を備え、周辺に存在する端末との間のＭＩＭＯ伝送に対応するアンテナ装置において、多面筐体の１つの面にアンテナ素子を配置してアンテナモジュールとし、該アンテナモジュールを複数個用い、アンテナ素子の配置面を除く面で互いに接合しかつ組み換え可能とし、全体として１または複数のアンテナ指向性を形成する構成である。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明のアンテナ装置のアンテナ指向性制御方法において、複数のアンテナモジュールの各アンテナ素子の配置面を複数の方向に向け、アンテナ素子ごとに、端末からの受信信号から端末ごとの受信信号強度およびアンテナ数を取得し、位置および方向に対応する特定エリアごとの端末密度を判定するステップ１と、端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数を判定し、端末密度の順番に該特定エリアの各端末のアンテナ数に応じてアンテナ素子の指向性を組み換えるステップ２とを有する。
【００１３】
第２の発明のアンテナ指向性制御方法において、ステップ２の端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数は、その最大値または最小値または平均値または中央値のいずれかで判定する。
【００１４】
第２の発明のアンテナ指向性制御方法において、ステップ２は、端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数と、各端末に対する伝送容量や伝送速度に応じて、アンテナ素子の指向性を組み換える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、アンテナモジュール単位でアンテナ指向性を設定することにより、複数のアンテナモジュール全体で周辺の端末の分布等の無線環境に応じたアンテナ指向性を容易に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明のアンテナ指向性制御方法の処理手順例を示すフローチャートである。
【図３】本発明のアンテナ指向性制御方法における処理例を示す図である。
【図４】本発明のアンテナ指向性制御方法における処理例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明のアンテナ装置の構成例を示す。
図１において、本発明のアンテナ装置は、例えば基地局におけるＭＩＭＯ伝送用の複数のアンテナ素子１１を備える構成である。
【００１８】
本発明のアンテナ装置の特徴は、図１(1) に示すように、多面筐体１２の１つの面に例えば平面アンテナによるアンテナ素子１１を配置したものをアンテナモジュール１３とし、図１(2),(3) に示すように、このアンテナモジュール１３を複数個組み合わせ、個々のアンテナ素子１１の指向性を考慮して多面筐体１２を組み換えて接合した構成である。ここで、Ｅ方向、Ｎ方向、Ｗ方向、Ｓ方向は水平面において順に90度回転させた方向とし、Ｕ方向およびＤ方向は水平面に対して垂直上下方向とする。
【００１９】
個々のアンテナ素子１１の指向性は固定であり、ここでは配置面に対して垂直前方として図中矢印で示す。また、アンテナ素子１１は、アンテナモジュール１３の設置の向きによって水平偏波または垂直偏波に対応している。
【００２０】
アンテナモジュール１３の多面筐体１２のアンテナ素子１１のない面には、隣接する多面筐体１２と接合するための接合部材（図示せず）が設けられる。ここに示す多面筐体１２は立方体（正六面体）の例であり、その１つの面にアンテナ素子１１があり、他の５つの面に接合部材がある。接合部材としては、凹凸接合面を嵌合させるもの、面ファスナーを用いるものがある。この場合には、アンテナモジュール１３のアンテナ素子１１のない面のすべてで接合が可能であり、アンテナ装置としていろいろな形状に基づくいろいろな指向性のパターンをとりうる。また、５つの面の一部を磁石面とし他を金属面とする場合、もしくは一部を吸盤面とし他を平坦面とする場合には、例えば金属面同士、吸盤面同士、平坦面同士は接合できないので、接合面の組合せによるアンテナ装置の形状および指向性のパターンの種類には制限がある。
【００２１】
複数のアンテナモジュール１３を接合するときに、一部または全部のアンテナ素子１１の指向性を同一方向に向けることも、個々に異なる方向に向けることも可能である。図１(2) に示す例は、６個のアンテナモジュール１３を３×２で接合したものであり、各アンテナ素子１１をＥ方向およびＷ方向に各３面、Ｎ方向およびＳ方向に各２面、Ｕ方向およびＤ方向に各６面に配置することができる。図１(3) に示す例は、６個のアンテナモジュール１３を１×６で接合したものであり、各アンテナ素子１１をＥ方向、Ｗ方向、Ｎ方向およびＳ方向に各６面、Ｕ方向およびＤ方向に各１面に配置することができる。その他、６個のアンテナモジュール１３を任意の形状に組み合わせることも可能であり、６個に限らず２個以上のアンテナモジュール１３を任意に組み合わせてもよい。
【００２２】
また、アンテナモジュール１３の多面筐体１２の形状は立方体（正六面体）に限らず、例えば正四面体（正三角錐）、正四角錐、正八面体、正十二面体などの正多面体や、三角柱、四角柱、六角柱などでもよい。また、接合面は限られるが円柱でもよい。これらの一面にアンテナ素子１１を配置したアンテナモジュール１３を複数組合せることにより、正六面体とは異なる方向の指向性にも対応することができる。
【００２３】
なお、アンテナ素子１１を送受信回路に接続する配線系は省略しているが、アンテナ素子１１を配置する面、またはアンテナモジュール１３を接合する接合面の一部に配線経路を設ける構造であってもよい。
【００２４】
図２は、本発明のアンテナ指向性制御方法の処理手順例を示す。
図２において、基地局のアンテナ素子数に応じて、各アンテナ素子の指向性が互いに異なる複数の方向に向くように配置する（Ｓ１）。例えば、図１に示すようにアンテナモジュール１３の多面筐体１２の形状が立方体であれば、互いに90度または 180度の６方向に向けるためには最低６個用いることにより可能であり、水平面の４方向だけであれば最低４個で対応することができる。なお、「互いに異なる複数の方向」とは互いに90度または 180度の方向だけでなく、多面筐体１２の形状に応じて互いの方向が例えば60度や 120度の組合せでも、また水平面に対して上下方向に所定の角度を有する方向でもよく、端末が存在する可能性のある概ね全方向に向けばよい。
【００２５】
次に、アンテナモジュール１３のアンテナ素子１１ごとに、各端末に対するＲＳＳＩ（受信信号強度）およびアンテナ数を取得し、位置および方向に対応する特定エリアの端末密度を判定する（Ｓ２）。アンテナ素子１１ごとの受信信号から各端末のＩＤを判別してそのＲＳＳＩを測定すれば、所定のＲＳＳＩ以上となる端末数が位置および方向に対応する特定エリアごとにわかり、特定エリアごとの端末数を端末密度として判定することができる。各端末のアンテナ数は、次の処理で用いる。
【００２６】
ここで、図１(2) に示す６個のアンテナモジュール１３を組み合わせたアンテナ装置において、図３(1) に各アンテナ素子１１の指向性と周辺の端末１〜６の関係を示す。Ｗ方向に端末１〜２、Ｅ方向に端末３〜５、Ｓ方向に端末６があり、端末数に対応する端末密度としてはＥ方向の３個が最大となり、Ｗ方向の２個が２番目となる。ここでは、各端末のアンテナ数は２とする。
【００２７】
次に、端末密度が最大になる特定エリア内の各端末のアンテナ数の最大値または最小値または平均値または中央値を判定し、そのいずれかに応じて基地局のアンテナ素子の指向性を組み換える（Ｓ３）。ここでは、図３(2) に示すように、Ｅ方向に２個のアンテナ素子の指向性が向くように、１つのアンテナモジュール１３を回転させて組み換える。このＥ方向に向けた２個のアンテナ素子は確定とする。
【００２８】
次に、端末密度が次点になる特定エリアの各端末のアンテナ数の最大値または最小値または平均値または中央値を判定し、そのいずれかに応じて基地局の残りのアンテナ素子の指向性を組み換える（Ｓ４）。ここでは、図３(3) に示すように、Ｗ方向に２個のアンテナ素子の指向性が向くように、１つのアンテナモジュール１３を回転させて組み換える。このＷ方向に向けた２個のアンテナ素子は確定とする。
【００２９】
なお、ステップＳ３，Ｓ４において、端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数は、その最大値または最小値または平均値または中央値とするが、それぞれ次のような効果の違いがある。アンテナ数の最大値を用いる場合は、特定エリア内の端末のＭＩＭＯ伝送特性の最大化を図ることができるが、他のエリアで利用できる基地局のアンテナ数が減少する。アンテナ数の最小値を用いる場合は、特定エリア内の端末の最低限のＭＩＭＯ伝送特性を担保しつつ、他のエリアで利用できる基地局のアンテナ数が増加する。アンテナ数の平均値または中央値を用いる場合は、最大値または最小値を用いる場合の特性の中間となる。
【００３０】
さらに、ステップＳ３，Ｓ４において、アンテナ素子の方向および設置位置を確定させる際に、各端末に対する伝送容量や伝送速度に基づいて調整してもよい。
【００３１】
次に、他に組み換え可能なアンテナ素子があるか否かを判定し、組み換え可能なアンテナ素子があるうちはステップＳ４の処理を繰り返し、組み換え可能なアンテナ素子がなくなった時点で組み換え終了とする（Ｓ５）。ここでは、図３(3) に示すように、合計４個のアンテナ素子の指向性が確定すると、残りはＮ方向およびＳ方向にそれぞれ向いているアンテナ素子が１個ずつであり、端末密度が次点になるＳ方向の端末のアンテナ数は２であるので、その数に対応する基地局のアンテナ素子の指向性を向けることはできないので、終了となる。すなわち、基地局の周辺の端末３〜５および端末１〜２に対して、各端末のアンテナ数に応じて、それぞれ基地局の２つのアンテナ素子の指向性を向け、端末６に対して基地局の２つのアンテナ素子の指向性を向けることは不可能であるので終了とする。
【００３２】
また、図４(1) に示すように、端末６に対してはＥ方向のアンテナでも対応できるとして、Ｅ方向に３個のアンテナ素子の指向性を向けてもよい。さらに、Ｗ方向の端末１，２に対して３個のアンテナ素子の指向性を向けることにより、当該方向の端末１，２に対する伝送容量や伝送速度の改善が可能となる。同様に、図４(2) に示すように、Ｅ方向の端末３〜５に対して４個のアンテナ素子の指向性を向けてもよい。また、図４(3),(4) に示すように、Ｅ方向、Ｗ方向、Ｓ方向のそれぞれに対して２個のアンテナ素子の指向性を向けるように組み換えてもよい。このように、端末密度に応じた特定エリアの各端末のアンテナ数と、各端末に対する伝送容量や伝送速度に応じて、アンテナ素子の指向性を組み換えるようにしてもよい。
【００３３】
さらに、以上示したアンテナモジュール１３の組み換えにおいて、各アンテナ素子の偏波特性を考慮して配置面を90度回転させ、所定の偏波特性に対応させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１１  アンテナ素子
１２  多面筐体
１３  アンテナモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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