JP2001523425A - 無線アンテナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、同一の無線アンテナ装置（１０）で、指定された独立した電波同士によってカバーされるエリアと実質的に同一エリアをカバーする狭範囲電波群と広範囲電波を同時に生成する装置及び方法に関するものである。無線アンテナ装置（１０）は、アンテナアレイ（３）、そのアンテナアレイに接続されたバトラーマトリクス（２）、増幅モジュール群（１ａ、…、１ｈ）のセットを有する。無線アンテナ装置の入力群（Ｌ１、…、Ｌ８）のそれぞれの動作は、アンテナアレイ（３）からの高アンテナゲインを有する狭範囲電波によって特徴づけられる放射パターンに対応する。最適な位相関係で同一信号を有する電波ポートを同時に動作することによって、広範囲電波が生成されるように動作する電波ポートに対応する放射パターンの合成が達成される。すべての増幅モジュール群（１ａ、…、１ｈ）が同時に使用されるので、広範囲電波のより低いアンテナゲインは、対応するより高い増幅によって補償される。それゆえ、広範囲電波は、実質的に狭範囲電波群と同一の範囲を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 無線アンテナシステム 背景 技術分野 本発明は、アンテナアレイの放射パターンを生成する装置及び方法に関するも のである。 発明の背景及び技術分野 移動体電話システムでは、基地局と移動局間で転送される音声及び他のタイプ のデータにおける通話チャネルを除けば、いわゆる異なるタイプの制御情報を転 送する制御チャネルも使用される。通話チャネルのような、これらの制御チャネ ルのいくつかは、基地局と移動局間を単点対単点情報（point-to-point informa tion）を転送する。他の制御チャネルは、同時にセクターセル内に存在するすべ ての移動局と通信する基地局によって使用される。これは、注目のセクタ全体を カバーする水平面上に十分な広範囲電波を有する基地局でアンテナが必要となる 。このようなセクタをカバーする電波は、通常、垂直範囲に制限電波幅を有し、 そして、水平円、いわゆる平面電波を形成する。 単点対単点情報のチャネルに対する範囲条件は、単点対多点情報（point-to-m ultipoint information）のチャネルに対する範囲条件と同一である。それゆえ 、本発明のシステムでは、あるセクタと同一のセクタアンテナがこれらの両方の 機能に対し使用される。しかしながら、単点対単点情報は、セクタ内のすべての 移動局がその単点対単点情報を受信できるように、基地局から転送されない。そ れゆえ、基地局は、狭範囲電波の放射パターンを有するアンテナを使用すること によって所望の方向へ、また、横方向までもの送信能力を補償する。同様に、受 信用にいくつかのアンテ ナ群が使用される場合は、所望の方向での受信感度に対応して増設される。この 送信電力の補償と受信感度は、基地局と移動局の両方の送信機に依存して、範囲 を拡大し、かつ／あるいは送信能力を低下させるように使用され得る。チャネル 周波数の繰り返し使用間隔がこの方法によって縮小できるので、移動体電話シス テムの総合能力もまたこの方法によって改善できる。 いくつかの狭範囲電波群を同時に生成するある受信能力は、アンテナアレイに 接続されるバトラーマトリクス（Butler matrix）を使用している。バトラーマ トリクスは、いくつかのハイブリッドカプラ群と固定移相成分群あるいは可変長 転送ケーブルの一方との相互接続で構成する完全な受動相反回路である。Ｎが整 数値であるＮ成分のアンテナに対するバトラーマトリクスは、通常、その２つの 能力は、Ｎ入力ポートとＮ出力ポートを有することで、Ｎ個の狭範囲電波群の生 成を可能にする。バトラーマトリクスへの１つの入力ポート上の信号は、位相は 異なるが実質的に同じ振幅の信号群をバトラーマトリクスの出力ポート群上に出 力する。各入力ポートは、出力ポート群上のある位相の組み合わせに対応する。 これらの組み合わせのそれぞれは、アンテナアレイから狭範囲電波を生成する。 これらのアンテナアレイとバトラーマトリクスは完全な相反関係にあるので、シ ステムは受信も送信も同様に動作する。 バトラーマトリクスで与えられるアンテナを使用することで、狭範囲電波群の 組が実現され、各狭範囲電波の放射パターンは、ある放射パターンが最大能力（ 成分パターンのアンテナゲインを使用して正規化される場合の能力）を示す位置 に対するそれぞれの角度に対してゼロを有する。この基準を満たす狭範囲電波群 は、相互に直交すると言われる。狭範囲電波群の組を達成するためにアンテナア レイを組み合わせたバトラーマトリクスを使用することは、本質的に周知である 。 広範囲電波関数に対しては、分割セクタアンテナあるいはアンテナアレイの選 択対象とするアンテナ素子の１つを使用することができるだろう。広範囲関数に 対するより低いアンテナゲインは、より高い増幅電力で補償 しなければならない。ここで、アンテナゲインは、同一の供給電力におけるアン テナの最大放射とロスのない理想的な無指向性アンテナの放射間の関係を示して いる。例えば、８列のアンテナアレイは、１つのアンテナ列あるいはセクタアン テナよりも９ｄＢ高いアンテナゲインを有している。これは、より低いアンテナ ゲインを補償するために増幅器の増幅電力を９ｄＢより高くしなければならない ことを意味する。 英国特許ＧＢ２１６９４５３号は、異なる方向でいくつかの狭範囲電波群とア ンテナアレイと一緒に使用するすべての狭範囲電波群で同一エリアをカバーする １つの広範囲電波を生成する方法を開示している。ここでは、平行面を有するい わゆるロートマンタイプの電磁気レンズを使用する。その電磁気レンズの一側面 にはいくつかの電波ポート群があり、反対側面にはいくつかのアンテナポート群 がある。これらのアンテナポート群のそれぞれは、増幅モジュールを介して、ア ンテナアレイのアンテナ素子と連結されている。各電波ポートは、従来の狭範囲 電波群の１つに対応する。また、電磁気レンズは、別接続で装備され、そのレン ズ上の別接続の位置が調整されることで、アンテナアレイから広範囲電波が生成 されるようなアンテナポート群を通じて供給された信号電力が、その別接続に配 信されるように、アンテナポート群の物理的な位置を配置される。 電磁気レンズは場所をとり高価なので、市場に向かない。また、上記の場合に おける広範囲電波は、狭範囲電波よりも低いアンテナゲインを取得するので、追 加コスト、つまり、狭範囲電波より小さい範囲を与えない広範囲電波に対する分 割増幅を必要とする。 要約 上述したように、１つのアンテナ装置で、独立した狭範囲電波群同士によって カバーされるエリア、つまり、要求された広範囲電波関数に対する有効範囲を達 成するエリアと同一のエリアを実質的にカバーする狭範囲電 波群と広範囲電波を同時に生成する装置及び方法の実現を可能にすることが要求 されている。広範囲電波の有効範囲は、実質的に狭範囲電波群の有効範囲と同一 でなければならない。狭範囲電波群は、広範囲電波関数と比較してより高いアン テナゲインを有する。これらの要求の発生は、従来の問題点となっている。 本発明は、それぞれが少なくとも１つのアンテナ素子を構成する第１の数のサ ブアレイ群を有するアンテナアレイと、そのアンテナアレイに接続され、第２の 数のアンテナポート群と第３の数の電波ポート群を有するバトラーマトリクスの ような電波生成装置と、アンテナアレイからのメイン狭範囲電波によって特徴付 けられる放射パターンに対応する分割された電波ポート群のすくなくともいくつ かのそれぞれの動作を利用することによって、上記問題点を解決する。最適な移 相の同一信号で電波ポート群の少なくともいくつかの同時動作によって、動作す る電波ポートそれぞれに対応する放射パターンの合成が、広範囲電波が生成され るように達成される。 電波生成装置において、アンテナポート群と電波ポート群は、各ポートに対す る増幅モジュール群を介する電波ポート群の個々の動作がアンテナポート群上の 信号配信を生じるように相互に接続され、そのアンテナポート群は、各電波ポー トを特定し、アンテナアレイからのメイン狭範囲電波を有する特定放射パターン に対応する。電波生成装置の電波ポートへ、増幅モジュール群が接続される。広 範囲電波信号の配信、好ましくは、平均電力配信及び増幅モジュール群を介して 、その平均電力配信を電波ポートへ供給することを伴って、アンテナアレイは、 広範囲電波を生成するように動作する。次に、広範囲電波信号は、相対的に大き な角度間隔を越えるアンテナアレイから送信される。電波ポート群上の広範囲電 波信号の最適な位相関係を伴って、電波生成装置は、アンテナポート群の１つに 大部分の信号電力を集中するように動作する。これによって、信号は、それぞれ が少なくとも１つのアンテナ素子を有するサブアレイ群の１つによって大部分が 送信される。こうして、広範囲電波の電波幅は、サブアレイ群の独 立した放射パターンによって大部分が決定されるであろう。広範囲電波を生成す る場合に増幅モジュール群すべてを同時に使用することによって、広範囲電波の より低いアンテナゲインが、対応するより高い増幅によって補償され、所望の範 囲の広範囲電波を供給する。 広範囲電波関数は、電波信号間の位相関係の最適な選択によって達成される。 本発明の実施形態では、実質的にアンテナポート群の１つと、更に、アンテナア レイのサブアレイ群の１つに電力が集中される。そして、放射パターンは、広範 囲でかつ平滑メイン電波を有する。 本発明の目的は、同一の無線アンテナ装置を使用して、独立した狭範囲電波群 同士によってカバーされるエリアと同一のエリアを実質的にカバーする狭範囲電 波群と広範囲電波を同時に生成できる装置及び方法を達成することである。 本発明の他の目的は、モバイル電話システムに対し、狭範囲電波群を通じて基 地局と移動局間で通信を可能にする装置及び方法を達成することである。 本発明の効果は、有効範囲を獲得するために広範囲電波の生成においてすべて の増幅モジュール群が同時に使用できることである。 本発明の別の効果は、１つの無線アンテナ装置だけで、狭範囲電波群と達成さ れる広範囲電波を同時に生成する装置は、コストと空間上での高い要求を満たす ことである。 本発明の更に別の効果は、削減された混信と改良された周波数の使用が達成で きるモバイル電話システムにおいて狭範囲電波群の利用を可能にすることである 。 本発明は、付属の図面を参照するとともに、以下の実施形態によって、その詳 細が説明されるであろう。 図面の簡単な説明 図１は本発明の実施形態を示すブロック図である。 図２は図１に示される実施形態によって得られる放射パターン群の概観を示す 図である。 図３は図１及び図２に示される実施形態に対する従来技術に従うバトラーマト リクスを示す接続図である。 図４はセルラー式移動体電話システムで使用される本発明の実施形態の概観を 示す図である。 図５は２次元バトラーマトリクスを有する本発明の実施形態の一例を示す概要 ブロック図である。 図６は本発明の実施形態に従うセルラー式移動体電話ネットワークの基地局７ １のブロック図である。 図７ａは図１、図２及び図３に示される実施形態の放射パターン群を示す信号 図である。 図７ｂは図１、図２及び図３に示される実施形態の広範囲電波関数を示す信号 図である。詳細な説明 図１は無線アンテナ装置１０を示し、無線アンテナ装置１０は、８つのアンテ ナ素子群３ａ、…、３ｈからなるアンテナアレイ３と、バトラーマトリクス２と 、８つの増幅モジュール群１ａ、…、１ｈから構成される。一方、バトラーマト リクス２は、それぞれがアンテナ素子３ａ、…、３ｈに接続される８つのアンテ ナポート群Ａ１、…、Ａ８と、また、８つの電波ポート群２_L1、…、２_L8を備え る。上記の８つの増幅モジュール群１ａ、…、１ｈそれぞれは、第１接続群Ｌ１ 、…、Ｌ８と第２接続を備え、第２接続は前記の８つの電波ポート群２_L1、…、 ２_L8に接続される。 図２は無線アンテナ装置１０のメイン放射パターンを示している。無線アンテ ナ装置は、一部が重複する８つの狭範囲電波群４ａ、…、４ｈを生成するように 構成されている。電波ポートの個々の動作は、特定方向のアンテナアレイからの 狭範囲電波に対応するアンテナポート上の各電波ポートの特定する信号配信を行 う。また、無線アンテナ装置は、８つの狭範囲電波群４ａ、…、４ｈを一緒にし たエリアと実質的に同じエリアをカバーする広範囲電波を生成することができる 。 本発明の実施形態に従えば、狭範囲電波群４ａ、…、４ｈは、相互に直交する 。これにより、個々の狭範囲電波の放射パターンは、最大能力を有する別の放射 パターン（要素パターンのアンテナゲインを使用して正規化された能力）のそれ ぞれの角度に対しヌルを有する。 バトラーマトリクス２は、図３でより詳細に示される。電波ポート群２_L1、… 、２_L8とアンテナポート群Ａ１、…、Ａ８間は、従来から知られているように、 各電波ポート２_L1、…、２_L8が各アンテナポートＡ１、…、Ａ８に接続されるよ うに、バトラーマトリクス２はハイブリッドカプラー群２１ａ、…、２１ｄの第 １セット、ハイブリッドカプラー群２３ａ、…、２３ｄの第２セット、ハイブリ ッドカプラー群２８ａ、…、２８ｄの第３セットを構成する。電波ポート群の１ つに供給される信号電力は、実質的に平坦化されてアンテナポートに配信される 。また、バトラーマトリクス は、いくつかの固定移相要素群２２ａ、…、２２ｄ、２４、２５、２６、２７を 構成する。バトラーマトリクスのバンド幅は、ハイブリッドカプラー群と移相要 素の構成に依存する。例として、８つ以上のバンド幅を有するバトラーマトリク スがある。 バトラーマトリクスの定義は、そのバトラーマトリクスの電波ポート群とアン テナポート群間の定義関係を決定する。しかしながら、バトラーマトリクスの多 数の実例が、文献に開示されている。また、本発明は、バトラーマトリクスに限 定されない。他のタイプのマトリクス、例えば、いわゆるブラスマトリクス、あ るいはレネバーグあるいはロートマンタイプ等の電磁気レンズが電波生成装置と して使用しても良い。 アンテナアレイ３で広範囲電波を生成するために、アンテナアレイのアンテナ 素子の１つを使用しても良い。そして、広範囲電波関数に対するより低いアンテ ナゲインは、より高い増幅ゲインで補償されなければならない。例えば、８列の アンテナアレイは、１つのアンテナ列よりも９ｄＢ高いアンテナゲインを有する 。これは、より低いアンテナゲインを補償するために増幅器が９ｄＢより高い増 幅力を有さなければならないことを意味する。 図１に示されるように、本発明の増幅モジュール群１ａ、…、１ｈは、アンテ ナポート群でレーダに適用される共有位置にバトラーマトリクス２の送信側でバ トラーマトリクスの電波ポート群２_L1、…、２_L8が構成される。これらの増幅モ ジュールの増幅は、ひとつの増幅モジュールとひとつの狭範囲電波のアンテナゲ インが範囲条件をみたすように設計される。これは、各狭範囲電波が範囲条件を 満たすことを意味する。 図２の５として示される要求される広範囲電波は、本発明に従って生成され、 本発明において、広範囲電波信号に１つのアンテナポートの位相が追加される一 方で、実質的に完全な相殺が生じる位相関係である他のアンテナポートに広範囲 信号が追加されるように、電波ポート群２_L1、…、２_L8を通して配信される広範 囲電波信号はアンテナポート群Ａ、…、Ａ８に接続される。このようにして、広 範囲電波信号は、アンテナポート群Ａ、… 、Ａ８の１つに補償される。すべての増幅モジュール群は、このようにして一緒 に使用され、総増幅力は、すべての増幅器の出力の総和となる。 各増幅モジュールの増幅力の平均増幅力は、各々独立した狭範囲電波が実効等 方性放射電力（Effective Isotropic Radiated Power:ＥＩＲＰ）を与えるよう に設計される。定義されるＥＩＲＰは、理想的な等方性送信機の正規化アンテナ ゲインによって乗算された出力電力に対応する。広範囲電波関数を生成する場合 、アンテナゲインから生成するＥＩＲＰの一部は、アンテナ素子の数（本実施形 態では８）に対応する約Ｍの減少が見られる。一方、電力増幅から生成するＥＩ ＲＰの一部は、約Ｍの増加が見られ、それによって、ＥＩＲＰは狭範囲電波と広 範囲電波に対し同一となる。 一例として、アンテナアレイ３内の任意の隣接する２つのアンテナ素子間の距 離が等しいと仮定し、つまり、アンテナアレイは、いわゆる、Ｍ＝-８となるア ンテナ素子３ａ、…、３ｈを有する等線形アレイ（Uniform Linear Array:ＵＬ Ａ）である。直接受信する電波に対し、アレイ応答ベクトルａ（θ）が以下の式 に従って得られる。 ここで、θは対象狭範囲電波とアンテナアレイと直交する方向との間の角度を 示し、ｄは波形長に正規化された隣接する２つのアンテナ素子間の距離である。 この応答ベクトルａ（θ）は、アンテナポート群での信号が互いにどのように関 与するかを示している。バトラーマトリクスに対する電波ポート信号とアンテナ ポート信号間の関係は、以下の式に従う送信マトリクスＢによって、本質的に周 知の方法で、説明されるのがふさわしい。 b(θ)=B^Ha(θ) ここで、ｂ（θ）はＭ要素からなるベクトルである。このベクトルの各要素は 、各電波ポートのある放射関数に対応する。送信マトリクスＢは、（Ｍ×Ｍ）次 元を有し、電波ポート上の信号とバトラーマトリクスのアンテナポート群間の関 係を説明する。Ｈはハミルトン接合を示し、これは、送信マトリクスの入れ換え と各マトリクス要素の合成接合の両方である。 送信マトリクスＢの各要素Ｂ^(k)は、各要素特有の角度θ値に対する増幅正規 化アレイ応答ベクトルに対応する。これらの角度は、以下の式で、各要素が相互 に直交するように選択される。 B^HB=E ここで、Ｅは単位マトリクスを示す。これは、以下のようになる。 (B^H)^-1=B いくつかのアンテナポート群の励起状態での結合放射関数ｇ_tot（θ）は、以 下の式に従ってアンテナ素子群の各放射関数が重畳されることによって獲得され る。 ここで、ω_bは電波ポート群２_L1、…、２_L8での励起ベクトルである。 この式は、また、以下のように記述することもできる。 ここで、アンテナ素子の励起は、以下の式に従って獲得される。 ここで、ω_bは電波ポート群２_L1、…、２_L8での励起ベクトルである。すべて の信号電力が１つのアンテナポートに集中する場合、アンテナアレイの結合放射 関数ｇ_tot（θ）は、１つのアンテナ素子の特性によって決定され、これにより 、広範囲電波を与える。それゆえ、アンテナポート群での励起ベクトルω_bは、 ベクトルＵ_kとなるように設定され、ベクトルＵ_kの任意のベクトル要素は定数Ｃ で設定され、それ以外のベクトル要素は０となる。これにより、以下の式が成り 立つ。 例えば、図１のＡ２として示されるアンテナポートが励起される場合、励起ベ クトルω_bに対しては、以下の関数が得られる。 電波ポート群での励起ベクトルω_bは、送信マトリクスＢのある行の１つとな るべきであり、上記の例では、行２が、１つのアンテナ素子のすべての信号電力 を補償するための定数によって乗算される。すべてのマトリクス要素は、理想的 には、バトラーマトリクスに対し同一値を有するので、バトラーマトリクスの電 波ポート群となる手段は、平滑化された広範囲電波を獲得するために同一の信号 強度で励起されるべきである。電波ポート信号の相互位相は、送信マトリクスＢ の任意の行と一致するべきである。 本発明の別の実施形態に従えば、広範囲電波の位相は、広範囲電波信号 からの信号電力がアンテナアレイのあるアンテナ素子から他のアンテナ素子へ移 動するように、バトラーマトリクスの電波ポート群の定点に瞬時に到達するよう に変化する。この処理によって、電力損失と、また、電力損失によって生じる加 熱は分散され、消費電力を低減し、寿命を延ばす。 この例では、バトラーマトリクスは電波生成装置として使用され、直交する狭 範囲電波群を生成する。この事実は、上記の励起ベクトルω_bを減ずる場合や、 他の例で示される場合に使用され、電波ポート群２_L1、…、２_L8での信号増幅は 理想的には等しいべきである。しかしながら、直交性は、本発明に対し、完全な 絶対条件ではない。絶対直交性を与えない電波生成装置が使用される場合がある が、励起ベクトルω_bの要素はアンテナアレイ３から得られる広範囲電波の平均 値に対し異なる値を必要とする。それゆえ、電力増幅モジュール群１ａ、…、１ ｈは、異なる出力電力を供給しなければならず、これにより、無線システムのリ ンク資源が低下する。それゆえ、本実施形態に従えば、電波生成装置は、直交性 あるいは実質的な直交性電波を提供する。 アンテナアレイ３とバトラーマトリクスは完全な相反素子であるので、受信に 対しても、同一のアンテナを使用できる。受信機能は、増幅モジュール群１ａ、 …、１ｈとバトラーマトリクス２との間の全二重フィルタのセットによって動作 できるのがふさわしい。 本実施形態では、広範囲電波信号は、ベースバンド側上で配信される。しかし ながら、広範囲電波信号を別々に変形し、その変形された広範囲電波信号を配信 し、適正な移相の後、その広範囲電波信号を８つの増幅モジュール群１ａ、…、 １ｈの上述の第１接続Ｌ１、…、Ｌ８に与えることが可能である。 無線アンテナ装置１０の適用領域が図４に示される。セルラー式移動体電話シ ステムでは、いわゆるセクターセルが頻繁に使用されている。この場合、３つの 基地局は同一の地理的位置に配置され、通常、サイトして参照され、１２０度の セクターセルを与えるように指示されるアンテナをそれぞれ有している。この図 では、６つの基地局サイト群ＢＳ１、…、ＢＳ ６が示されている。サイトＢＳ４で、第１基地局は第１セルＣ１を与え、第２基 地局は第２セルＣ２を与え、第３基地局は第３セルＣ３を与える。 従来に従えば、基地局のアンテナは、すべてのセクターセルをカバーする広範 囲電波によって特徴づけられている。第１セルＣ１，第２セルＣ２，第３セルＣ ３それぞれをカバーする３つの広範囲電波Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が図に示されている 。この３つの広範囲電波それぞれで、基地局は、セル内で検出される移動局と通 信できる。そのような移動局ＭＳが図に示されている。基地局と移動局間で交換 される情報の大部分は、単点対単点情報からなっている。しかしながら、セクタ 内のすべての移動局が単点対単点情報を受信できるように、その単点対単点情報 が転送される必要はない。これは、目的とされる情報に対する移動局が信号を受 信できることを満足する。本発明の実施形態の基地局は、単点対単点情報に対し 狭範囲電波を使用する。この方法では、出力電力が所望の方向に集中しても良い 。図では、ある狭範囲電波Ｐ１が示されている。この狭範囲電波を用いて移動局 ＭＳは、その移動局が位置するセルＣ２の基地局と通信する。 この方法において、狭範囲電波によって生じるより高いアンテナゲインは、両 方向、つまり、基地局へ及び基地局からの方向のリンク資源を改善する。これは 、基地局と移動局の出力電力に関する範囲を増加させるために利用されても良い 。周波数の繰り返し使用間隔が縮小できるので、移動体電話システムの総最大能 力も従来の技術と比較して改善されている。 しかしながら、基地局によって送信されるいくつかの情報は、関連するセル内 で検出されるすべての移動局に受信されるべきである。それゆえ、本発明に従う 基地局は、広範囲電波も生成することができる。これらは、実質的に狭範囲電波 群として同じ範囲を有するべきである。各基地局は、図１の１０として示される 無線アンテナ装置を構成するので、各基地局は、対象セルを連続してカバーする いくつかの狭範囲電波群を生成できる。同時に、基地局は、実質的にすべてのセ ルをカバーする広範囲電波を生成できる。 図６は送信機、ここでは、セルラー式移動体電話ネットワーク内の基地 局７１の概観図であり、その送信機は本発明の実施形態に従う無線アンテナ装置 からなる。基地局７１は、そのような無線アンテナ装置からなる通信装置の一例 である。同様にして、他のタイプの通信装置はそのような無線アンテナシステム を使用しても良い。 基地局７１は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）部６に接続されるベースバンド処理部４ を構成する。また、基地局７１は、図１に関連して説明されるような無線アンテ ナ装置１０を構成する。無線アンテナ装置１０は、８つのアンテナ素子群を有す るアンテナアレイ３、バトラーマトリクス２を構成する電波生成装置と８つの増 幅モジュールを有する増幅部１を構成する。増幅部１とバトラーマトリクス２間 には、全二重フィルタ部９が配置され、第１、第２、第３セット接続を有する。 増幅部１は第１セット接続に接続され、バトラーマトリクスは第２セット接続に 接続される。第３セット接続へは、第２増幅部８が接続されている。８つの増幅 モジュール群を有する第２増幅部８へは、復調部７が接続されており、逆側には 、ベースバンド処理部４が接続されている。また、ベースバンド処理部４は、変 調部５の入力端子に接続されている。変調部５の出力端子には、増幅部１が接続 されている。 全二重フィルタ部９は、第１増幅部１と変調部５を有する基地局の送信部分か ら、上記第２増幅部８と復調部７を構成する基地局の受信部分を分割する周知の 方法で構成される。 増幅部１の各増幅モジュールは、その出力が全二重フィルタ部９を介してバト ラーマトリクス２の１つの電波ポートに接続され、そして、変調部５の１つの変 調器に接続される。この構成で、特定狭範囲電波内の送信対象信号が単独に変調 される。これに対応して、バトラーマトリクス２の各信号電波ポートからの信号 は、復調部７で別々に復調される。それゆえ、この方法で復調された信号は、１ つの狭範囲電波から生じる。 基地局のセル内のすべての移動局へデータを転送する場合、信号の増幅は、平 均的に変調部のすべての入力に配信される。つまり、増幅部１内のすべての増幅 モジュール群は、この信号の増幅に使用される。最適な信号 の位相関係が使用される場合、バトラーマトリクス２は、バトラーマトリクス２ のアンテナポート群にそのような信号配信を生成し、これにより、広範囲電波が アンテナアレイ３から生成される。 上述した無線アンテナ装置は、特に、同時にいくつかの異なるキャリアが使用 される場合に、シングルキャリア電力増幅（Single Carrier Power Amplifier： ＳＣＰＡ）技術（即ち、基地局で使用されるキャリア特定増幅器）を使用する移 動体電話システムに適している。これは、異なるキャリア波が合成される前に送 信対象の信号が増幅されることを要求する。この要求は、キャリア合成の前に、 電波生成装置の電波ポート側で行われる増幅によって本発明に適合される。また 、本発明に従う無線アンテナ装置は、特に、異なる電波でなく同一のキャリア上 でいくつかの動的無線通信が同時に使用される動的空間分割多重アクセス（Spat ial Division Multiple Access：ＳＤＭＡ）に適している。 上述した本発明の実施形態では、一次元バトラーマトリクスが使用される。こ こで言う一次元とは、たとえ、本発明の実施形態のアンテナアレイの各アンテナ 素子がいくつかのアンテナ要素を有する場合でも、制御が一次元で行われること を意味する。しかしながら、本発明は、一次元の制御だけに限定されるものでは ない。図５では、二次元バトラーマトリクス５０の一例が示され、この二次元バ トラーマトリクス５０によって、アンテナアレイからの電波は、二次元で制御さ れる。二次元バトラーマトリクス５０は、一次元バトラーマトリクス群５１ａ、 …、５１ｆの第１セットを構成する。また、二次元バトラーマトリクス５０は、 一次元バトラーマトリクス群５１ａ、…、５１ｆの第１セットにカスケード接続 される一次元バトラーマトリクス群５２ａ、…、５２ｈの第２セットを構成する 。 バトラーマトリクス群の第１セットの各バトラーマトリクス５１ａ、…、５１ ｆは、８つの電波ポートと８つのアンテナポートを有する。これに対応して、バ トラーマトリクス群の第２セットの各バトラーマトリクス５２ａ、…、５２ｈは 、６つの電波ポートと６つのアンテナポートを有する。バトラーマトリクス５２ ａ、…、５２ｈの各アンテナポートは、二次元 アンテナアレイ５３のアンテナ素子に接続されている。本例でのアンテナアレイ ５３は、６×８＝４８のアンテナ素子を有する。 バトラーマトリクス５１ａの不図示の８つのアンテナポートのそれぞれは、一 次元バトラーマトリクス群の第２セットのバトラーマトリクス群５２ａ、…、５ ２ｈの１つに接続されている。同様にして、バトラーマトリクス群５１ｂ、…、 ５１ｆのそれぞれは、一次元バトラーマトリクス群の第２セットのバトラーマト リクス群５２ａ、…、５２ｈそれぞれに接続されている。同様にして、バトラー マトリクス群５１ａ、…、５１ｆの各アンテナポートは、一次元バトラーマトリ クス群の第２セットのバトラーマトリクス群５２ａ、…、５２ｈの１つに接続さ れている。 バトラーマトリクス群の第１セットを用いて、第１の次元の制御を行う。バト ラーマトリクス群の第２セットを用いて、第２の次元の制御を行う。同様にして 、バトラーマトリクス群の第１セットのバトラーマトリクス群５１ａ、…、５１ ｆの電波ポートのそれぞれの動作は、アンテナアレイからの放射パターンに対応 する。 広範囲電波は、二次元バトラーマトリクス５０へ増幅された広範囲電波信号を 均等に配信する本実施形態に従って生成される。この広範囲電波信号は、不図示 の増幅モジュール群のセットによって増幅された電力である。増幅モジュールに 分配された広範囲電波信号の最適な位相関係を用いて、二次元バトラーマトリク ス５０は、一次元バトラーマトリクス群５２ａ、…、５２ｈの任意のマトリクス の実質上１つのアンテナポートに供給された信号電力が集中するように動作する 。同様に、広範囲電波信号は、おもにアンテナアレイ５３のアンテナ素子群の１ つによって送信される。そして、このようにして得られた広範囲電波の電波幅は 、おもに、このアンテナポートの個々の放射パターンによって決定される。 増幅モジュールに配信された広範囲電波信号の位相関係は、二次元バトラーマ トリクス５０によって決定される。これは、理論的な全電力が一次元バトラーマ トリクス群５２ａ、…、５２ｈの１つのアンテナポートへ集中されることを示す 基準を満たす４８の異なる位相関係を示すことができ る。これらの４８の位相関係のそれぞれは、アンテナアレイの４８のアンテナ素 子の１つへの信号電力の集中に対応する。 本発明の別の実施形態に従えば、広範囲電波信号からの信号電力がアンテナア レイのあるアンテナ素子から別のアンテナ素子へ移動するように、広範囲電波信 号の位相関係は２次元バトラーマトリクスの電波ポート群に合わせて規定点で瞬 時に変化する。この方法において、電力消費、電力消費に関連する発熱は、アン テナ素子を通じて配信されることで、消費量を削減し、寿命を延ばす。 図７ａは、図１、図２及び図３に関連して示される実施形態に対する放射パタ ーンを示す信号図である。信号図では、Ｓは単位が電圧である信号長を示し、θ はアンテナアレイと直交する方向に対する角度を示している。信号図には、狭範 囲電波６１、…、６８のそれぞれと、狭範囲電波と比較される低増幅を有するい くつかのアンテナのサイドローブによって特徴付けられる８つの放射関数が示さ れる。図１の２_L1、…、２_L8で示されるバトラーマトリクスの電波ポート群の１ つの電波ポートの励起は、アンテナアレイ３のサイドローブに関連する狭範囲電 波６１、…、６８の１つに対応する。バトラーマトリクスは直交放射パターンを 生成するので、図７ａに示されるように、実質的に値０を有する放射関数を除く ８つの放射関数すべてにおいて角度が存在する。 図７ｂは、図１、図２及び図３に関連して示される実施形態の広範囲電波関数 を示す信号図である。図１の２_L1、…、２_L8で示される８つの電波ポートすべて が、平均増幅配信と、図１に関連して説明された位相関係で励起される場合、図 ７ａで互いに示される狭範囲電波群６１、…、６８として実質的に同一角度範囲 をカバーする広範囲電波７０が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第２の数のアンテナポート群（Ａ１、…、Ａ８）と第３の数の電波ポート群 （２_L1、…、２_L8）を有する少なくとも１つの電波生成装置と第１の数のサブア レイ群（３ａ、…、３ｈ）を有するアンテナアレイ（３、５３）を有する無線ア ンテナ装置（１０）から広範囲電波と少なくとも１つの狭範囲電波を同時に生成 し、前記アンテナポート群及び電波ポート群は、該電波ポート群の個々の動作が 各電波ポートに対する特定のアンテナポートを通じて信号分配が生じるように相 互に接続され、それによってアンテナアレイ（３、５３）から放射パターンを生 成し、該放射パターンは少なくとも１つの狭範囲電波（４ａ、…、４ｈ、Ｐ１、 ６Ｌ…、６８）によって特徴づけられている方法であって、 並列接続群（Ｌ１、…、Ｌ８）を通じて前記無線アンテナ装置群（１０）へ広 範囲電波信号を配信し、 前記配信された広範囲電波信号の電力を増幅し、 前記電波生成装置（２、５０）を属する前記電波ポート群（２_L1、…、２_L8） の少なくとも１つへ前記増幅された広範囲電波信号を供給し、 前記アンテナアレイ（３、５３）によって前記アンテナポート（Ａ１、…、Ａ ８）に受信されたアンテナ信号を送信することを備え、 前記アンテナアレイ（３、５３）から得られる広範囲電波（５、Ｂ１、Ｂ２、 Ｂ３、７０）を出力する合成放射パターンのような増幅及び位相関係によって前 記広範囲電波信号の配信は徴づけられている ことを特徴とする方法。 ２．前記電波ポート群（２_L1、…、２_L8）を通じる前記広範囲電波信号の電力配 信において、該広範囲電波信号の電力は、主に、前記アンテナポート群（Ａ１、 …、Ａ８）の１つに集中される ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記電波生成装置（２、５０）は、相反である ことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の方法。 ４．前記アンテナアレイ（３）及び前記電波生成装置（２、５０）は、更に、無 線相反として使用される ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。 ５．前記サブアレイ群（３ａ、…、３ｈ）は、アンテナアレイ（３）のアンテナ 素子群を有する ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。 ６．前記狭範囲電波群は、相互に直交する ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。 ７．前記電波生成装置（２、５０）は、少なくとも１つのバトラーマトリクスを 有する ことを特徴とする方法。 ８．並列接続群（Ｌ１、…、Ｌ８）を通じる前記無線アンテナ装置（１０）への 前記広範囲電波信号の配信から得られる前記電波ポート群（２_L1、…、２_L8）上 のすべての信号レベルが実質的に同一となるように、該配信における増幅関係が 生成される ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法。 ９．前記位相関係は、実質的に、バトラーマトリクス（３、５３）の送信マトリ クスの行の１つに対応する ことを特徴とする請求項７あるいは請求項８に記載の方法。 １０．更に、前記広範囲電波信号から生成するすべての信号電力が実質的 にアンテナポート（Ａ１、…、Ａ８）の１つに集中するように前記位相関係かつ ／あるいは増幅関係を再配信する ことを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。 １１．広範囲電波と少なくとも１つの狭範囲電波を同時に生成する無線アンテナ 装置は、 第１の数のサブアレイ群（３ａ、…、３ｈ）を有する第１アンテナアレイ（３ 、５３）と、前記サブアレイ群の各サブアレイは、少なくとも１つのアンテナ素 子を有し、 第２の数のアンテナポート群（Ａ１、…、Ａ８）と第３の数の電波ポート群（ ２_L1、…、２_L8）を有する少なくとも１つの電波生成装置（２、５０）と、前記 アンテナポート群及び前記電波ポート群は、該電波ポート群の個々の動作が対応 する各アンテナポートで特定される該アンテナポート群（Ａ１、…、Ａ８）上の 信号配信するように相互接続され、 前記無線アンテナ装置の各サブアレイ（３ａ、…、３ｈ）は、該サブアレイ群 （３ａ、…、３ｈ）のほとんどに各アンテナポートが接続されるように前記電波 生成装置（２、５０）の前記アンテナポート群（Ａ１、…、Ａ８）の１つに接続 され、前記電波ポート群（２_L1、…、２_L8）の少なくともいくつかの分割動作は 、前記アンテナアレイ（３）からの放射パターンに対応し、前記放射パターンは 、少なくとも１つの狭範囲電波（４ａ、…、４ｈ、Ｐ１、６１、…、６８）によ って特徴づけられ、前記無線アンテナ装置は、第４の数の増幅モジュール群（１ ａ、…、１ｈ）を有し、各増幅モジュールは、第１増幅接続及び第２増幅接続を 有し、広範囲電波（Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、７０）が生成されるように、各動作 された電波ポートに対応する放射パターンの合成を提供する最適な増幅及び位相 関係を有する同一信号を用いて少なくともいくつかの前記電波ポート群（２_L1、 …、２_L8）の同時動作手段と、前記増幅モジュール群（１ａ、…、１ｈ）の多く とも１つに各電波ポートが接続されるように、前記増幅モジュール群（１ａ、… 、１ｈ）それぞれの前記第２増幅接続は、前記電波生成装置 （２、５０）の前記電波ポート群（２_L1、…、２_L8）の１つに接続されることを 特徴とする無線アンテナ装置。 １２．前記電波生成装置（２、５０）は、相反である ことを特徴とする請求項１１に記載の無線アンテナ装置。 １３．更に、前記アンテナアレイ（３）及び前記電波生成装置（２、５０）は、 無線受信用に構成される ことを特徴とする請求項１１あるいは請求項１２に記載の無線アンテナ装置。 １４．前記無線アンテナ装置（１０）は、前記電波生成装置（２）と前記増幅モ ジュール（１ａ、…、１ｈ）間に配置される二重フィルタ群（９）を有する ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の無線アン テナ装置。 １５．前記電波生成装置（２、５０）は、少なくとも１つのバトラーマトリクス を有する ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の無線アン テナ装置。 １６．前記サブアレイ群（３ａ、…、３ｈ）は、アンテナアレイ（３）のアンテ ナ素子群によって構成される ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の無線アン テナ装置。 １７．前記増幅関係は、前記配信から得られる前記電波ポート群（２_L1、…、２ Ｌ₈）上のすべての信号レベルが実質的に同一となる ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の無線アン テナ装置。