(57)【要約】  本発明は、携帯電話システムにおける無線基地局のアンテナ装置（５００、６００、７００）を開示し、アンテナ装置は、第１のデータストリーム（Ｄ１）に対する第１の入力接続部及び第２のデータストリーム（Ｄ２）に対する第２の入力接続部と、前記データストリームの各々に対して１つずつ設けられる第１の偏波形成器（５１０、６１０、７１０）及び第２の偏波形成器（５１１、６１１、７１１）とを具備する。装置は、第１の偏波の第１のアンテナ（５３０、６３０、７３０）及び第２の偏波の第２のアンテナ（５３２、６３２、７３２）と、それぞれのアンテナに対して１つずつ設けられる増幅器とを更に具備する。偏波形成器からの出力が第１のアンテナ及び第２のアンテナの各々に対する入力として組合されるように、装置は、第１の組合せ器（５１５、６１５、７１５）及び第２の組合せ器（５１６、６１６、７１６）を更に具備する。
2008527792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のデータストリーム（Ｄ１）に対する第１の入力接続部及び第２のデータストリーム（Ｄ２）に対する第２の入力接続部と、
前記データストリームの各々に対して１つずつ設けられた第１の偏波形成器（５１０、６１０、７１０）及び第２の偏波形成器（５１１、６１１、７１１）と、
第１の偏波の第１のアンテナ（５３０、６３０、７３０）及び第２の偏波の第２のアンテナ（５３２、６３２、７３２）と、を具備し、
前記アンテナは、それぞれ１つの増幅器（５２０、６２０、７２０；５２２、６２２、７２２）を更に具備する携帯電話システムにおける無線基地局のアンテナ装置（５００、６００、７００）であって、
前記偏波形成器からの出力が、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの各々に対する入力として組合されるように、前記装置は、第１の組合せ器（５１５、６１５、７１５）及び第２の組合せ器（５１６、６１６、７１６）を更に具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの各々は、同一の位相中心を有する少なくとも１つの放射要素をそれぞれ具備することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の偏波形成器（５１０、６１０、７１０）及び前記第２の偏波形成器（５１１、６１１、７１１）の各々は、前記第１のアンテナ（５３０、６３０、７３０）及び前記第２のアンテナ（５３２、６３２、７３２）に対する入力として組合せることができる２つの出力を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記偏波形成器は、入力データストリームを２つのデータストリームに分割し、前記２つのデータストリームを相互間に位相差を伴って出力でき、
前記データストリームのうち第１のデータストリームは、前記組合せ器のうち第１の組合せ器に対する入力として使用され、
前記データストリームのうち第２のデータストリームは、前記組合せ器のうち第２の組合せ器に対する入力として使用される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち少なくとも一方のアンテナは、
該アンテナの第１のアンテナ要素として、同一の偏波を有する少なくとも１つの別の放射要素を更に具備し、
前記装置は、該アンテナに対してビーム形成器を更に具備し、
前記ビーム形成器は、その出力端子により前記アンテナの放射要素のうち少なくとも２つの放射要素に接続され、
前記ビーム形成器は、前記偏波形成器から出力される前記データストリームのうち一方をその入力として使用する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記ビーム形成器は、入力データストリームを２つのデータストリームに分割し、前記２つのデータストリームを相互間に位相差を伴って出力することができ、
前記データストリームのうち第１のデータストリームは、前記組合せ器のうち第１の組合せ器に対する入力として使用され、
前記データストリームのうち第２のデータストリームは、前記組合せ器のうち第２の組合せ器に対する入力として使用される
ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
少なくとも第３のデータストリームに対する入力接続部を更に具備し、
前記装置は、前記少なくとも第３のデータストリームに対する第１の追加のビーム形成器を更に具備し、
前記入力接続部は、前記データストリームを前記第１の追加のビーム形成器に接続し、
前記ビーム形成器からの出力は、前記組合せ器のうち少なくとも２つの組合せ器に対する入力として使用される
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記少なくとも第３のデータストリームに対する追加の偏波形成器と、前記少なくとも第３のデータストリームに対する第２の追加のビーム形成器とを更に具備し、
前記第３のデータストリームは、前記追加の偏波形成器に対する入力として使用され、
前記追加の偏波形成器の第１の出力は、前記第１の追加のビーム形成器に対する入力として使用され、その第２の出力は、前記第２の追加のビーム形成器に対する入力として使用される
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話システムにおける無線基地局のアンテナ装置を開示する。装置は、第１のデータストリームに対する第１の入力接続部及び第２のデータストリームに対する第２の入力接続部と、前記データストリームの各々に対して１つずつ設けられた第１の偏波形成器及び第２の偏波形成器と、第１の偏波の第１のアンテナ及び第２の偏波の第２のアンテナとを具備する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話網における周知の無線基地局には、いわゆる無線チェーンが複数存在する。各無線チェーンは、電力増幅器を具備する。電力増幅器自体は、共通の入力ポート及び共通の出力ポートを有するように接続された複数の増幅器から構成されてもよい。通常、各無線チェーンは、１つ以上のアンテナ要素を更に具備する。それらのアンテナ要素は、電気的に操向可能なアレイアンテナのような、より多くのアンテナ要素を含む大型アンテナの一部であってもよい。
【０００３】
将来の無線基地局においては、通常、各ユーザへ１つのデータストリームが送信されるいわゆるＢＦ送信（ビーム形成）と、各ユーザへ複数のデータストリームが送信されるいわゆるＭＩＭＯ送信（多入力多出力）の双方を基地局が支援できれば好都合であろう。
【０００４】
ＢＦ送信に関して要求されるアンテナの条件は、ＭＩＭＯ送信に関して要求されるアンテナの条件とは全く異なるため、それら２つの送信方式が可能である無線基地局を設計する従来の方法は、方式ごとに別個のアンテナを使用しなければならず、また、アンテナごとに別個の無線チェーンを使用するか又は電力増幅器資源とアンテナとの間に切替え装置を配置していた。
【０００５】
ＭＩＭＯとＢＦとは、通常、同時には使用されないので、この設計によれば、無線基地局は、電力増幅資源を十分に使用できず、また、無線基地局の機器の量が膨大になってしまう事態が生じるであろう。これらは、いずれも望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、ＭＩＭＯ又はＢＦのいずれかに対して、あるいは可能であればその２つの方式に対して同時に融通性をもって使用できるような携帯電話システムにおける無線基地局のアンテナ装置が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１のデータストリームに対する第１の入力接続部及び第２のデータストリームに対する第２の入力接続部と、前記データストリームの各々に対して１つずつ設けられた第１の偏波形成器及び第２の偏波形成器とを具備する携帯電話システムにおける無線基地局のアンテナ装置を開示することにより、上記の要求に対処する。
【０００８】
本発明の装置は、第１の偏波の第１のアンテナ及び第２の偏波の第２のアンテナと、アンテナの各々に対して１つずつ設けられた増幅器とを更に具備する。偏波形成器からの出力が第１のアンテナ及び第２のアンテナの各々に対する入力として組合されるように、装置は、第１の組合せ器及び第２の組合せ器を更に具備する。
【０００９】
第１のアンテナ及び第２のアンテナの各々は、同一の位相中心を有することができる１つ以上の放射要素を具備するのが適切である。
【００１０】
以下の詳細な説明から更に明らかになるように、本発明によって、増幅器を更に効率よく使用することが可能になる。これは、１つには、装置の偏波形成器及び組合せ器を使用するためである。
【００１１】
以下に更に詳細に説明されるように、同一の信号を送信するために、偏波の異なるアンテナが使用されるので、信号は、送信後に空中で出力偏波として組合される。このようにして、従来の型の信号組合せに伴う信号損失は回避されうる。
【００１２】
本発明の装置のいくつかの実施形態においては、第１のアンテナ及び第２のアンテナのうち少なくとも一方が、そのアンテナの第１のアンテナ要素として同一の偏波を有する少なくとも１つの別の放射要素を更に具備し、装置がそのアンテナに対するビーム形成器を更に具備するため、それらの実施形態においてはビーム形成を更に実行できる。
【００１３】
従って、本発明により、同一の物理的機器によって、ビーム形成送信又はＭＩＭＯ送信のいずれか、あるいは可能であれば双方の方式を実行できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明において使用される構成要素のうちいくつかを示すためのシステム１００の図である。データストリームＤ１は、携帯電話網のユーザへ送信されるデータである。これを実現するために、装置１００は、第１のアンテナ１３０を具備する。本実施形態の場合、第１のアンテナ１３０は、図示されるように垂直偏波である偏波の１つのアンテナ要素から構成される。単一のアンテナ要素１３０の代わりに、同一の偏波の２つ以上のアンテナ要素が使用されてもよいが、本実施形態においては、複数のアンテナ要素も単一の要素として示され、単一の要素として扱われる。
【００１５】
送信前に信号を所望のレベルまで増幅するために、アンテナ要素１３０は、電力増幅器１２０と接続される。点線により示されるように、アンテナ１００は、適切な別の偏波の複数の要素を更に具備してもよいであろう。本実施形態の場合、アンテナにそのような追加のアンテナ要素は含まれないため、点線の終端に「０」が示される。アンテナ要素１３０と同様に、それらの追加のアンテナ要素の代わりに、同一の偏波の複数のアンテナ要素が使用されてもよいが、本実施形態においては、それらの追加のアンテナ要素も単一の要素として示され、単一の要素として扱われる。
【００１６】
装置１００は、いわゆる偏波形成器（ＰＦ）１１０を更に具備する。ＰＦは、アンテナが偏波の異なる複数のアンテナ要素を具備する場合に、送信信号の複合偏波を形成する。図１のアンテナは、単一のアンテナ要素のみ含むので、図示される装置において、ＰＦは、本質的には機能を果たさないが、図中には示される。
【００１７】
しかし、図示されるように、ＰＦは、入力データストリーム、本実施形態の場合にはデータストリームＤ１を偏波の異なる複数のアンテナ要素の間で分割し、その後、本明細書において後で詳細に説明される乗算関数により、分割されたデータストリームを処理させることができる。本実施形態の場合、点線の終端の「存在しない」アンテナ要素に向かうと考えられるデータストリームに０が乗算される。
【００１８】
要するに、図１のデータストリームＤ１の全てが電力増幅器１２０により増幅された後、垂直偏波アンテナ要素１３０により送信される。
【００１９】
明確にするため、図２は、図１の装置１００に類似する装置２００による第２のデータストリームＤ２の送信方法を示す。この場合、装置２００には、装置１００の構成要素の全てが存在しているので、改めて構成要素を詳細に説明することは割愛する。しかし、装置２００のアンテナ要素２３０は、図１のアンテナ要素の偏波とは異なる偏波の要素であり、偏波は水平偏波である。従って、Ｄ２は、電力増幅器２２０により増幅された後、アンテナ２３０から水平偏波を伴って送信される。
【００２０】
図３は、複数の異なる偏波の信号を同時に送信することの効果を示す。第１の信号は、垂直偏波（「Ｖ」）を伴って送信され、第２の信号は、水平偏波（「Ｈ」）を伴って送信される。それら２つの信号が「同相」で送信される場合、すなわち２つの信号の間に位相ずれが存在しない場合、アンテナの前方に立ってアンテナを見ている観察者から見たときの複合信号は、「Ｘ」と呼ばれ且つ＋４５°として示される偏波として組合される。
【００２１】
しかし、例えば水平偏波を伴って送信される信号など、２つの信号のうち一方に１８０°の位相ずれが導入された場合、先に説明したのと同一の「正面視」で見たときの複合信号は、「Ｙ」と呼ばれ且つ−４５°として示される偏波として組合される。
【００２２】
尚、本明細書において説明される２つの偏波、すなわち水平偏波及び垂直偏波は、単なる例である。任意の２つの偏波が使用されてもよく、使用される２つの偏波は、互いに直交している必要はないが、直交していることが好ましい。また、導入される位相ずれは、０°／１８０°である必要はなく、他の複合偏波が望まれるのであれば、所望の複合偏波をもたらす他の位相ずれ、例えば０°／９０°が使用されてもよく、その場合は円偏波をもたらす。
【００２３】
従って、図３に示されるように、異なる偏波で送信される２つの信号のうち一方に位相ずれを導入することにより、任意の所望の偏波を実現できる。
【００２４】
図４は、本発明のアンテナ装置４００の基本的な実施形態を示す。図４に示される装置４００と先に図示された装置１００、２００との主な相違は、装置４００が２つの放射要素４３０、４３２を有するアンテナを具備することである。
【００２５】
先の例の場合と同様に、２つのアンテナ要素４３０、４３２の各々は、同一の偏波の複数の要素が含まれていてもよい。このことは、本明細書中で後に示され且つ説明される他の実施形態にも当てはまり、１つのアンテナ要素は、複数の要素を含んでいてもよい。
【００２６】
第１のアンテナ要素は垂直偏波され、第２のアンテナ要素は水平偏波されるが、２つのアンテナ要素は、同一の位相中心を有する。
【００２７】
ここで、本発明の装置に適用される一般的原理を説明する。異なる固有偏波の２つのアンテナを使用した結果として、ある所望の偏波を形成するためには、アンテナにより送信される信号の間に所望の位相関係が存在していなければならない。これを実現するための１つの条件は、２つのアンテナ要素が同一の位相中心を有することである。
【００２８】
装置は、アンテナの放射要素及び偏波ごとに１つの電力増幅器４２０、４２２を更に具備する。従って、本実施形態においては、２つの電力増幅器が存在する。
【００２９】
装置４００は、先に示された偏波形成（ＰＦ）装置４１０を更に具備する。図４に示されるＰＦ装置は、入力データストリームＤ１を２つの等しいストリームに分割する。各ストリームは、アンテナ４３０、４３２のうち一方を介して送信される。従って、使用される２つの偏波の各々に対して、１つのデータストリームが存在する。
【００３０】
図３に示され且つ先に説明されたように、ＰＦは、Ｄ１ストリームのうち１つに位相ずれを導入することにより、２つの放射要素４３０、４３２により送信される信号の間に所定の複合偏波を実現できる。
【００３１】
図４において、ＰＦ関数の括弧により示されるように、本実施形態の場合のＰＦ関数は、別個のアンテナ要素へ向かう信号のいずれにも位相ずれを導入しない。括弧内の数字により示されるように、各信号は、単に係数１を乗算される。従って、本実施形態において信号により実現される複合偏波は、図３に＋４５°として示された複合偏波である。
【００３２】
図５は、本発明の装置５００の一実施形態を示す。装置５００は、２つのデータストリームＤ１及びＤ２に対して入力接続部を具備する。前記のデータストリームの各々に対して、装置５００は、１つの偏波形成器５１０、５１１を具備する。更に、装置５００は、２つのアンテナを具備する。各アンテナは、１つの放射要素を具備し、２つの要素は、異なる偏波を有する。本実施形態の場合、一方のアンテナ要素５３０は垂直偏波の要素であり、他方のアンテナ要素５３２は水平偏波の要素である。
【００３３】
各放射要素５３０、５３２は、１つの電力増幅器５２０、５２２と接続する。
【００３４】
各偏波形成器（ＰＦ）５１０、５１１は、対応するデータストリームを２つの別個のストリームに分割し、例えば、一方のストリームに複素数exp (-jn*P)を乗算することにより、それら２つの別個のストリームの間に位相ずれを発生させることができる。式中、nは、正又は負の整数である。２つの複素数の間で所望の位相差が維持される場合、別個のストリームの双方に複素数を乗算することによっても、同一の結果を実現できることは言うまでもない。位相差を実現する別の方法は、データストリームのうち一方に遅延を導入する方法である。
【００３５】
従って、各ＰＦ５１０、５１１からの出力は、同一のデータを含むが、それらの間に所望の位相関係を伴う２つのストリームである。
【００３６】
図５に示されるように、２つのＰＦを使用する一例は、第１のデータストリームＤ１に対して使用されるＰＦが、Ｄ１の分割により形成される２つの別個のストリームの間に位相差を導入しない構成である。すなわち、図５においてＰＦ５１０の中の括弧内の数字（１，１）により示されるように、ＰＦ５１０は、「Ｄ１ストリーム」とＰＦ係数（１，１）との乗算を実行する。従って、ＰＦ５１０からの出力は、相互間に位相ずれを伴わないＤ１の第１のストリーム及び第２のストリームである。
【００３７】
これに対し、装置５００における他方のＰＦ、すなわちＰＦ５１１は、Ｄ２の分割により形成される２つのデータストリームの間に位相差を導入する。本実施形態の場合には、２つのＤ２ストリームの間に１８０°の位相ずれがあり、それらのストリームはＰＦ５１１から出力される。
【００３８】
従って、ＰＦ５１１からの出力は、相互間に−１８０°の位相差を有する第１のＤ２ストリーム及び第２のＤ２ストリームである。ＰＦ５１１の出力は、同様に、図５のＰＦ５１１の中の括弧内の数字（１，−１）により示される。
【００３９】
図５に示されるように、装置５００は、第１の組合せ器５１５及び第２の組合せ器５１６を更に具備する。それらの組合せ器は、対応する電力増幅器５２０、５２２を介して第１のアンテナ要素５３０及び第２のアンテナ要素５３２の各々に供給される入力を形成するために、偏波形成器からの出力を組合せるために使用される。
【００４０】
従って、各ＰＦ５１０、５１１からの２つの出力ストリームのうち一方は、組合せ器のうち一方に入力される。すなわち、第１の組合せ器５１５の場合、入力は第１の「Ｄ１ストリーム」及び第１の「Ｄ２ストリーム」であり、第２の組合せ器５１６の場合には、入力は第２の「Ｄ１ストリーム」及び第２の「Ｄ２ストリーム」である。
【００４１】
そこで、２つのＤ１ストリームについて考慮する。２つのＤ１ストリームは、それぞれ対応する電力増幅器５２０、５２２を通過し、別個のアンテナ５３０、５３２から送信される。それらのアンテナは異なる偏波を有し、一方のアンテナは垂直偏波であり、他方のアンテナは水平偏波である。従って、位相ずれがＰＦにより導入されなかったため、２つのＤ１ストリームは、図３に示される通り、すなわち「＋４５°」として表されるように、送信後に空中で組合される。
【００４２】
一方、２つのＤ２ストリームについて考慮すると、以下のことが理解されるであろう。第１のＤ２ストリーム及び第２のＤ２ストリームも、同様に第１の組合せ器５１５及び第２の組合せ器５１６をそれぞれ通過し、更にそれぞれ対応する第１の電力増幅器５２０及び第２の電力増幅器５２２、並びにアンテナ要素５３０、５３２を通過する。
【００４３】
しかし、ＰＦ５１１は、２つのＤ２ストリームの間に１８０°の位相ずれを導入した。この位相ずれがあるため、２つのＤ２ストリームは、図３において−４５°として表されるように送信後に組合される。
【００４４】
従って、図５の装置５００は、偏波ごとに１つのデータストリームＤ１、Ｄ２を２つの有効偏波により送信する。偏波の一方は−４５°であり、他方は＋４５°である。
【００４５】
２つのデータストリーム、更に正確には、２つのＰＦ５１０、５１１からの第１の出力及び第２の出力の双方は、電力増幅器５２０、５２２に入力されるので、電力増幅器資源は、データストリームＤ１とＤ２との間で共用される。最大出力電力に関して、１つの増幅器の増幅器資源をＰとして表すと、使用される総増幅器資源は２Ｐである。
【００４６】
図６は、本発明による装置の更に別の実施形態６００を示す。先に示された実施形態は、垂直偏波及び水平偏波の各偏波に対して１つのアンテナ要素のみを具備していた。図６に示されるように、一方又は（図６に示されるように）双方の偏波に対して、１つではなく２つのアンテナ要素を有することも可能である。偏波ごとの２つのアンテナ要素は、アレイアンテナを構成する。
【００４７】
従って、図６の図中符号６３０及び６３２は、垂直偏波及び水平偏波の各偏波に対して２つの要素を有するアレイアンテナを表す。言うまでもなく、偏波ごとの放射要素の数を任意に変更できる。
【００４８】
アンテナ理論においては周知であるように、同一の偏波に２つ以上の放射要素が含まれる場合、いわゆるビーム形成を実行すること、すなわちそれぞれの放射要素に供給される信号に重み付けすることにより、その偏波における放射パターンの形状に影響を及ぼすことが可能である。
【００４９】
装置６００は、ビーム形成のための手段、すなわち第１のデータストリームＤ１に対する第１のビーム形成器（ＢＦ）６５２及び第２のデータストリームＤ２に対する第２のビーム形成器６５６を具備する。本明細書中で後に説明される追加のビーム形成器は、点線により示され、図中符号６５０、６５４により表される。
【００５０】
図６に示されるように、２つのＰＦ６１０、６１１の各々からの２つの出力データストリームの各々は、１つのビーム形成器６５２、６５６への入力として使用される。本実施形態においては、ＰＦは、出力データストリームの一方に０を乗算するので、各ＰＦからの有効データストリーム出力は唯一つである。
【００５１】
ＢＦは、各入力データストリームを並列データストリームに分割し、本実施形態においては２つである出力データストリームの間に位相ずれ（及び可能であれば振幅差）を導入する。
【００５２】
図６に示されるように、一例としてＢＦ６５２を取り上げると、２つのデータストリームＤ１は、相互間に前述のような位相ずれを伴ってＢＦから出力される。それら２つのデータストリームＤ１はそれぞれ、一方の偏波を有する放射要素の一方、本実施形態の場合には垂直偏波要素６３０に対する入力として使用される。各放射要素は、１つの組合せ器６１５及び１つのＰＡ６２０を更に具備する。
【００５３】
従って、垂直「アレイアンテナ」６３０からの出力は、データストリームＤ１を送信するために使用される所望の形状を有する１つの出力ビームである。
【００５４】
同様に、水平「アレイアンテナ」６３２は、データストリームＤ２を送信するために使用される所望の形状を有する１つの出力ビームを発生する。
【００５５】
図６に示される装置６００には偏波形成器６１０、６１１が含まれるが、各データストリームはアレイアンテナ６３０、６３２のうち一方のみに接続されるので、それらの偏波形成器は、本質的に装置内で全く機能を果たさないことがわかる。これを更に示すために、ＰＦ６１０の「水平ブランチ」出力に０が乗算され、同様に、ＰＦ６１１の「垂直ブランチ」出力にも０が乗算される。従って、図６の実施形態により実現される効果は、データストリームＤ１〜Ｄ４をそれぞれ対応するビーム形成器に接続することによっても実現可能であろう。
【００５６】
図７は、図６において導入された装置の別の発展形態７００を示す。両者の相違点は、装置７００の場合、ビーム形成器７５０、７５２、７５４、７５６の全てが使用されることである。
【００５７】
図７からわかるように、第１のデータストリームＤ１は、第１の偏波形成器７１０に入力され、そこで、２つの同等のストリームに分割される。この場合、２つのストリームの間に位相ずれは導入されない。２つの「同相」Ｄ１ストリームのうち一方のストリームは、垂直ビーム形成器７５２に対する入力として使用され、他方のＤ１ストリームは、水平ビーム形成器７５０に対する入力として使用される。本明細書において使用される「垂直」及び「水平」は、ビーム形成器からの出力がその偏波のアレイアンテナに対する入力として使用されることを意味する。
【００５８】
同様に、第２のデータストリームＤ２は、第２の偏波形成器７１１に入力され、そこで、２つの同等のストリームに分割される。この場合、２つのストリームの間に１８０°の位相差が存在する。「同相」Ｄ２ストリームは、垂直ビーム形成器７５４に対する入力として使用され、「−１８０°」Ｄ２ストリームは、水平ビーム形成器７５６に対する入力として使用される。
【００５９】
図７の装置は、２つの垂直偏波放射要素を有する第１のアレイアンテナ７３０と、２つの水平偏波要素を有する第２のアレイアンテナ７３２とを更に具備する。２つのアレイアンテナは、同一の位相中心を有する。各放射要素は、組合せ器７１５、７１６及び電力増幅器７２０、７２２と接続される。従って、装置７００には合わせて４つの送信チェーンが存在し、各送信チェーンは、組合せ器、増幅器及び放射要素を具備する。
【００６０】
各ビーム形成器７５０、７５２、７５４、７５６は、第１のデータストリーム及び第２のデータストリームを更に出力し、それらのデータストリームは、次のように使用される。Ｄ１と関連する垂直ビーム形成器７５２からの２つの出力は、垂直アレイアンテナ７３０の２つの送信チェーンに対するそれぞれの入力として使用され、Ｄ１と関連する水平ビーム形成器７５０からの２つの出力は、水平アレイアンテナ７３２の２つの送信チェーンに対するそれぞれの入力として使用される。
【００６１】
同様に、Ｄ２と関連する垂直ビーム形成器７５４からの２つの出力は、垂直アレイアンテナ７３０の２つの送信チェーンに対するそれぞれの入力として使用され、Ｄ２と関連する水平ビーム形成器７５６からの２つの出力は、水平アレイアンテナ７３２の２つの送信チェーンに対するそれぞれの入力として使用される。
【００６２】
その結果、装置７００における各送信チェーンは、双方のストリームＤ１及びＤ２により使用される。水平アレイアンテナ７３２により送信されるＤ１ストリーム及び垂直アレイアンテナ７３２により送信されるＤ１ストリームは、ＰＦ７１０により導入される位相ずれを含まず、従って、図３に＋４５°として示される偏波として送信後に空中で組合される。
【００６３】
これに対し、水平アレイアンテナ７３２により送信されるＤ２ストリーム及び垂直アレイアンテナ７３０により送信されるＤ２ストリームは、ＰＦ７１１により導入された−１８０°の位相ずれを伴っており、従って、図３に−４５°として示される偏波として送信後に空中で組合される。通常、ＢＦ７５２＝ＢＦ７５０及びＢＦ７５６＝ＢＦ７５４である。
【００６４】
重要な点は、この構成の融通性である。すなわち、図６の場合、電力資源は、データストリームごとに専用であったが、図７の場合には、全電力資源が双方のストリームにより共有される（共同利用電力資源）。共同利用される資源は、本発明の装置において、データストリーム間で均等に共用されるか又は不均等に共用されることが可能である。更に、信号の空中組合せにより、一般に共同利用電力資源と関連する組合せ損失は排除される。
【００６５】
また、アレイアンテナ７３０、７３２により発生されるビームは、ビーム形成器７５０、７５２、７５４、７５６により所望のビーム形状が与えられる。
【００６６】
図８は、本発明の更に別の実施形態８００を示す。本実施形態に示されるように、本発明の装置において使用されるデータストリームの数は、必ずしも２つではない。すなわち、その一例として示される実施形態８００の場合、４つのデータストリームＤ１〜Ｄ４が使用される。
【００６７】
各データストリームＤ１〜Ｄ４は、先に説明したＰＦと同一の機能を有するＰＦ８１０〜８１３に対する入力として使用される。従って、ＰＦ８１０〜８１３は、入力データストリームを２つのデータストリームに分割し、２つのデータストリームの間に位相ずれを与え、可能であれば振幅の差を導入する。
【００６８】
本発明の実施形態８００を理解し易くするために、図８においては、各ＰＦ８１０〜８１３は、出力データストリームのうち一方に０を乗算するものとして示される。従って、各ＰＦからは、１つのデータストリームのみ出力される。そのため、図８の実施形態により実現される効果は、データストリームＤ１〜Ｄ４をそれぞれ対応するビーム形成器に直接接続することによっても実現できるであろう。
【００６９】
各ＰＦからの各出力データストリームは、対応するビーム形成器ＢＦ８５２〜８５６に対する入力として使用される。実施形態８００のＢＦは、先に説明されたＢＦと同一の機能を有するので、ここでは詳細な説明を省略する。しかし、各ＢＦは、入力データストリームを第１の出力データストリーム及び第２の出力データストリームに分割する。
【００７０】
各ＢＦ８５２〜８５６からの第１の出力データストリーム及び第２の出力データストリームの各々は、図８に示されるように、装置の送信チェーンのうち１つに対する入力として使用される。実施形態８００と先に示された実施形態との相違点は、２つの「ビーム形成済み」データストリームＤ１−Ｄ２及びＤ３−Ｄ４が、それぞれＰＦを通過し、そこで同一の偏波形成関数により処理された後、同一の送信チェーンに対する入力として組合されることである。
【００７１】
図８からわかるように、例えば、第１のデータストリームＤ１及び第２のデータストリームＤ２は、それぞれ対応するＰＦにより、偏波形成関数（１，０）により処理される。
【００７２】
ビーム形成後、Ｄ１及びＤ２の各々から形成され、出力される第１のデータストリームＤ１１、Ｄ２１は、同一の送信チェーンに対する入力として組合され、Ｄ１及びＤ２の各々から形成され、出力される第２のデータストリームＤ１２、Ｄ２２も同様にして得られる。
【００７３】
データストリームＤ１及びＤ２に対して、偏波関数は同一であるので、データストリームＤ１、Ｄ２の各々が処理される際のビーム形成関数ＢＦ（Ｄ１）、ＢＦ（Ｄ２）は、そのデータストリームに対して独自の関数でなければならない。従って、送信後、共に同一の偏波を有するが、ＭＩＭＯ送信を支援するのに十分な差を伴う１つのＤ１ビーム及び１つのＤ２ビームが存在することになる。
【００７４】
同様に、２つのデータストリームＤ３及びＤ４は、同一の偏波形成関数（０，１）により処理され、その後、同一の送信チェーンに対する入力として使用される。送信後、共に同一の偏波を有するが、ＭＩＭＯ送信を支援するのに十分な差を伴う１つのＤ３ビーム及び１つのＤ４ビームが存在することになる。
【００７５】
図９は、図８の装置の更なる発展形態９００を示す。実施形態９００と実施形態８００との１つの相違点は、実施形態９００においては、電力増幅器資源が共同利用されるということである。
【００７６】
従って、本実施形態においては、４つのデータストリームＤ１〜Ｄ４が装置に入力される。各データストリームＤ１〜Ｄ４は偏波形成器に入力され、偏波形成器は入力データストリームを第１の出力データストリーム及び第２の出力データストリームに分割する。各偏波形成器からの第１の出力データストリームは、第１のビーム形成器ＢＦに対する入力として使用され、各偏波形成器からの第２の出力データストリームは、第２のビーム形成器ＢＦに対する入力として使用される。
【００７７】
従って、一例として入力データストリームＤ１を考慮すると、このデータストリームは、偏波形成及びビーム形成の後、垂直偏波のためのビーム形成器ＢＦ（Ｄ１，Ｖ）からの第１のＤ１ストリーム及び第２のＤ１ストリーム、並びに水平偏波のためのビーム形成器ＢＦ（Ｄ１，Ｈ）からの第１のＤ１ストリーム及び第２のＤ１ストリームに分割される。
【００７８】
垂直偏波に対応する第１のＤ１ストリーム及び第２のＤ１ストリームは、垂直偏波に対応するアンテナの第１の送信チェーン及び第２の送信チェーンにそれぞれ入力される。
【００７９】
垂直偏波に対応するアンテナの第１の送信チェーン及び第２の送信チェーンにおいて、第１のＤ１ストリーム及び第２のＤ１ストリームは、入力データストリームＤ２、Ｄ３及びＤ４からの第１のストリーム及び第２のストリームとそれぞれ組合される。
【００８０】
図９に示されるように、Ｄ１及びＤ２に対する偏波形成関数は同一であり、Ｄ３及びＤ４に対する偏波形成関数もそれぞれ同一である。図８に関連して指摘したように、ＭＩＭＯ送信を支援するためには、同一のＰＦ関数を有し且つ同一のアンテナに入力される２つのデータストリームは、異なるビーム形成関数を通過していなければならない。水平偏波要素を介して送信されるストリームも、これに従って処理される。
【００８１】
本発明は、先に示された実施形態の例に限定されず、添付の請求の範囲の範囲内で自在に変形されてもよい。
【００８２】
例えば、可能な１つの変形例としては、入力データストリームを、先に示したような２つではなく４つの出力データストリームに分割するビーム形成器を使用することが挙げられる。４つの出力データストリームの各々は、アレイアンテナ中の別個のアンテナ要素に接続され、これにより、アレイアンテナは、より高い利得を有し、幅の狭いビームを発生するであろう。更に多くの出力を伴うビーム形成器の使用を考慮できるように、この原理を更に発展させることが可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】背景技術を示す図である。
【図２】背景技術を示す図である。
【図３】複数の異なる偏波及びそれらの組合せを示す図である。
【図４】アンテナ装置の基本的な実施形態を示す図である。
【図５】本発明の第１の基本的な実施形態を示す図である。
【図６】ビーム形成を利用する本発明の種々の実施形態を示す図である。
【図７】ビーム形成を利用する本発明の種々の実施形態を示す図である。
【図８】ビーム形成を利用する本発明の種々の実施形態を示す図である。
【図９】ビーム形成を利用する本発明の種々の実施形態を示す図である。
【図１】
2008527792.tif 000003
【図２】
2008527792.tif 000004
【図３】
2008527792.tif 000005
【図４】
2008527792.tif 000006
【図５】
2008527792.tif 000007
【図６】
2008527792.tif 000008
【図７】
2008527792.tif 000009
【図８】
2008527792.tif 000010
【図９】
2008527792.tif 000011
【国際調査報告】
2008527792.tif 000012
2008527792.tif 000013