JP5669874B2 - Base station antenna apparatus for mobile communication system - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a base station antenna apparatus for a mobile communication system, and more particularly to a technique for correcting a vertical in-plane directivity deformation caused by an abnormality in a transmission path or a reception path.
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。 A base station antenna apparatus of a mobile communication system needs to adjust the directivity in the vertical plane in order to configure an appropriate communication area. Therefore, for example, in the array antenna according to Patent Document 1, the beam tilt angle is changed by adjusting the phase shifter arranged in the feeding circuit.
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。 On the other hand, for example, in Patent Document 2, phase / amplitude changing means for changing the phase and amplitude of a radio signal frequency in a digital or analog manner is provided for each individual antenna, and a specific radio signal frequency to be estimated is set. An adaptive array antenna apparatus having a configuration for controlling the amount of phase shift of the phase shifter so as to realize directivity adapted to the arrival direction is disclosed.
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。 In the conventional antenna device, the directivity is disturbed when an abnormality such as a phase shifter failure or a coaxial cable disconnection occurs in some of the paths to which the individual antennas are connected. However, since this conventional antenna device cannot quickly cope with the above situation, there is a possibility that an appropriate communication area cannot be secured and the service is deteriorated.
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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a mobile communication system capable of automatically correcting a vertical in-plane directivity deformed due to an abnormality in a transmission path or a reception path to a directivity approximating a normal in-plane directivity. Is to provide a base station antenna apparatus.
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、
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、その異常な送信経路を対応する送信アンテナから切り離すとともに、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、その異常な受信経路を対応する受信アンテナから切り離すとともに、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及び受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調整角αだけ大きな傾角が設定されるように実行され、この調整角αは、前記送信経路の異常による実動送信アンテナ数の減少及び前記受信経路の異常による実動受信アンテナ数の減少に起因した垂直面内指向性の半値幅の拡大によるサービスエリアの変動を抑制する大きさを持つ。
The present invention supplies a high-frequency power signal of a radio signal frequency to each of transmission antennas connected to two or more transmission paths through the transmission paths, and includes a receiving antenna connected to each of two or more reception paths. A base station antenna device of a mobile communication system configured to synthesize received signals via the respective reception paths, wherein each of the transmission antennas and each of the reception antennas are arranged at predetermined intervals in the vertical direction. And
Transmission system detection means for individually detecting the occurrence of an abnormality in each transmission path;
Receiving system detecting means for individually detecting the occurrence of an abnormality in each receiving path;
When an abnormal transmission path is detected by the transmission system detection means, the abnormal transmission path is disconnected from the corresponding transmission antenna, and the phase and amplitude of the transmission signal in the normal transmission path are changed and set. When the abnormal reception path is detected by the reception system detection means, the abnormal reception path is disconnected from the corresponding reception antenna and is normal. Control means for correcting the deformation of the directivity in the vertical plane of the reception antenna caused by the abnormality of the reception path by changing the phase and amplitude of the reception signal in the various reception paths;
Is provided.
The transmitting antenna vertical plane directivity of the modifications and the receiving antenna vertical plane directivity of correction by said control means is performed such large inclination by the adjustment angle α is set than the inclination angle of the radio wave normal, this The adjustment angle α is a variation in service area due to an increase in the half-value width of vertical in-plane directivity due to a decrease in the number of active transmitting antennas due to an abnormality in the transmission path and a decrease in the number of active receiving antennas due to an abnormality in the reception path. It has a size to suppress.
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。 As one aspect, the control means stores in advance in the storage means the change setting of the phase and amplitude of the transmission signal in the normal transmission path and the change setting of the phase and amplitude of the reception signal in the normal reception path. It is executed based on the data in the data table.
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。 As another aspect, the transmission system detection means for individually detecting the occurrence of an abnormality in each transmission path is configured to compare the level of a transmission signal passing through each transmission path with a reference value, and each reception path The reception system detection means for individually detecting the occurrence of the abnormality is configured to compare the level of the reception signal passing through each reception path with a reference value.
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。
In another aspect, the control means includes
Individual transmission system phase / amplitude setting means for setting the phase / amplitude of the transmission signal passing through each transmission path,
Individual reception system phase / amplitude setting means for setting the phase / amplitude of the received signal passing through each of the reception paths, respectively,
The transmission system phase / amplitude setting means provided for the normal transmission path among the transmission paths is used to change and set the phase and amplitude of the transmission signal in the normal transmission path, The phase and amplitude of the received signal in the normal reception path are changed and set using the reception system phase / amplitude setting means provided for the normal reception path.
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。
An amplifier may be arranged after each of the individual transmission system phase / amplitude setting means, and an amplifier may be arranged before each of the individual reception system phase / amplitude setting means.
As another aspect, a transmission / reception shared antenna shared by a transmission radio signal frequency and a reception radio signal frequency is used as each transmission antenna and reception antenna, and the transmission / reception shared antenna is distributed to the corresponding transmission path and reception path. You may make it connect via a combiner | synthesizer.
Further, a plurality of transmission / reception shared antennas connected via the distributor / combiner may be provided.
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。
In another aspect, when the abnormal transmission path is detected, the transmission antenna connected to the abnormal transmission path is disconnected from the transmission path, and the path is terminated to the characteristic impedance of the path; In the case where an abnormal reception path is detected, it is possible to further comprise means for disconnecting the reception antenna connected to the abnormal reception path from the reception path and terminating the path at the characteristic impedance of the path.
As another aspect, the arrangement interval of the transmitting antennas and the arrangement interval of the receiving antennas are both set to 0.5λ ≦ d ≦ 1λ (λ is the wavelength of the center frequency of the used frequency band).
The control unit performs processing for returning the directivity in the transmission antenna vertical plane to normal directivity when the transmission path in which the abnormality has occurred returns to normal, and the reception path in which the abnormality has occurred. Is configured to execute processing for returning the directivity in the vertical direction of the receiving antenna to normal directivity when the signal returns to normal.
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。 According to the present invention, even when one or more transmission paths or reception paths become abnormal, it is possible to automatically correct the vertical in-plane directivity to a directivity that approximates the normal vertical in-plane directivity. Therefore, it is possible to minimize the change in the communication area and prevent the service from being lowered. Further, since the directivity is corrected by changing the phase / amplitude of the signal of the radio signal frequency, a circuit for demodulating the signal of the radio signal frequency into the baseband signal is unnecessary.
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。
FIG. 1 shows an embodiment of a base station antenna apparatus according to the present invention. This antenna device is used to perform communication by a frequency division duplex (FDD) system, and includes a
The
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。
The
Connected to the
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。
The phase shifters 12-1 to 12-4 and 22-1 to 22-4 are, as shown in FIG. 11 as an example of the configuration, the phase shift adjuster 121 that changes the phase of the input signal, and the amplitude of the input signal. An amplitude adjuster 122 for adjusting the phase shift, and a phase shift adjustment digital control signal and an amplitude adjustment digital control signal supplied from the
In the
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。
The
Note that, for the exchange of signals between the
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。
The detectors 13-1 to 13-4 and 23-1 to 23-4 are, as shown in FIG. 12, an example of the configuration thereof, a
For the exchange of signals between the
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。 The transmitting antennas 14-1 to 14-4 are arranged in the vertical direction with a predetermined interval d1, and the receiving antennas 24-1 to 24-4 are also arranged in the vertical direction with an interval d2. In the present embodiment, both the distances d1 and d2 are set to 0.5λ ≦ d ≦ 1λ (λ is the wavelength of the center frequency of the used frequency band), but the present invention is not limited to this.
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。
In FIG. 1, a high frequency power signal of a radio signal frequency output from the
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。
On the other hand, the receiving antennas 24-1 to 24-4 each output a received signal corresponding to the intensity of the received radio signal frequency radio wave to each receiving path. At this time, the amplitude value and the amount of phase shift by the phase shifters 22-1 to 22-4 are set by a control signal from the
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。
The
The
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。
Here, in one of the four transmission paths shown in FIG. 1, for example, the third transmission path to which the transmission antenna 14-3 is connected, for example, a coaxial cable between the
In this case, the level of the output signal of the detector 133 (see FIG. 12) in the detector 13-3 on the third transmission path is lowered. Since the
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。
On the other hand, the detector 13-3 on the third transmission path outputs the switching signal based on the decrease in the output signal level of the detector 133 (see FIG. 12), and the path switch 135 (see FIG. 12). ) Is switched. As a result, the path provided with the detector 13-3 for the third transmission path is disconnected from the antenna, and the disconnected antenna-side line is terminated to the characteristic impedance (for example, 50Ω) of the path. The switching in the
The reason for performing the above termination is to suppress the re-radiation from the antenna of the transmission path where the abnormality has occurred (in the above example, the transmission antenna 14-3 connected to the third transmission path). This is for minimizing the adverse effect of the directivity on the directivity.
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。
When all the n (= 4) transmission paths are normal and a predetermined normal transmission antenna vertical directivity is set, i transmission paths (1 ≦ i < When an abnormality occurs in n), the vertical in-plane directivity is deformed according to the arrangement positions of the transmission antennas of the i abnormal paths. This modified vertical in-plane directivity is corrected by controlling the amplitude value and phase shift amount in the phase shifter of the normal transmission path, that is, approximates the normal vertical in-plane directivity before deformation. Can be made.
Similarly, if all of the m (= 4) reception paths are normal and predetermined normal reception antenna vertical in-plane directivity is set, k transmission paths (1 ≦ k) of them are set. When an abnormality occurs in <m), the vertical in-plane directivity is deformed according to the number k of abnormal paths. This modified vertical in-plane directivity is corrected by controlling the amplitude value and phase shift amount in the phase shifter of the normal reception path, that is, approximates the normal vertical in-plane directivity before deformation. I can make it.
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。
In the transmission system data table of the
Similarly, in the reception system data table of the
The directivity instruction data stored in the data table can be obtained in advance by experiments or simulations.
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。
Next, a specific configuration of the data table will be described.
When an abnormality occurs in one of the four paths of the transmission system, or when an abnormality occurs in one of the four paths of the reception system, a data table having a configuration shown as [first example] below When an abnormality occurs in two of the four paths of the transmission system, or when an abnormality occurs in two of the four paths of the reception system, [Second Example] is described below. A data table having a configuration shown as is applied. In each data table, the stored directivity instruction data is marked with a circle.
[第1の例]
[第2の例]
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。
When all of the n transmission paths are normal, the
On the other hand, for example, when it is determined that only the third transmission path is abnormal, the
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。
As a result, when all of the n transmission paths are normal, a predetermined normal transmission antenna vertical in-plane directivity is realized. Further, when i abnormal paths are generated, the vertical in-plane directivity approximate to the normal vertical in-plane directivity is realized.
Since the
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。
Next, a change in directivity in the vertical plane when an abnormality is detected will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, the tilt angle of the radio wave is expressed as θ tilt with respect to the horizontal direction. Here, the inclination angle θ tilt when all the routes are normal is assumed to be θ 0 shown in FIG.
Here, if the third transmission path becomes abnormal as described above, in this case, the tilt angle θ tilt changes from θ 0 to θ 1 as shown in FIG. At this time, the
In short, the directivity instruction data in the data table is set so that the difference Δθ between θ 0 and θ 2 is minimized.
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。
By the way, if an abnormality occurs in any of the transmission paths, the transmission antennas associated with the abnormal transmission path are disconnected, and the number of actual transmission antennas decreases. As the number of active transmitting antennas decreases, the half-width of the directivity in the vertical plane tends to increase, in other words, the service area tends to be wider than the designed service area. Become.
In order to cope with this, the value of the directivity instruction data in the data table may be set so as to prevent a change in the service area when an abnormality occurs in the transmission path. That is, the service area becomes narrower as the tilt angle of the radio wave increases, so that the tilt angle of the radio wave as illustrated in FIG. 2E is set, that is, the tilt angle of the radio wave shown in FIG. The directivity instruction data value in the data table may be set so that an inclination angle larger by α is set. The adjustment angle α is also determined by experiments and simulations.
The directivity instruction data in the data table is set in consideration of not only the directivity direction but also other antenna characteristics (for example, side lobe level).
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。
3 is a graph showing the directivity in the transmission antenna vertical plane when all of the n transmission paths are normal, FIG. 4 is a graph showing the directivity when an abnormality occurs in a transmission path, and FIG. FIG. 6 is a graph showing a state in which the directivities of FIGS. 3 to 5 are superimposed. FIG. 6 is a graph showing the directivity corrected using the directivity instruction data in the transmission system data table. The corrected directivity shown in FIG. 5 is obtained as a result of correction using directivity instruction data in consideration of the adjustment angle α shown in FIG.
As apparent from FIG. 6, according to the present invention, when an abnormality occurs in the transmission path, the vertical in-plane directivity approximate to the normal vertical in-plane directivity is realized, and the adjustment angle α is set to By increasing the beam tilt angle based on the considered directivity instruction data, it is possible to prevent the service area from changing.
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経路切替器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。
After the above-described directivity correction processing is performed, when the path that has caused an abnormality returns to normal, the path switch 135 (see FIG. 12) in the detector of the abnormal path performs a reset operation. The antenna corresponding to is connected. Further, the
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。
As described above, according to the base station antenna device of the present embodiment, when an abnormality occurs in a specific transmission path and / or reception path, the vertical in-plane directivity approximates the normal vertical in-plane directivity. Therefore, it is possible to minimize the change in the communication area. In addition, since the phase and amplitude change with the radio signal frequency, a circuit that demodulates to baseband is not required, and the data in the data table consisting of non-volatile memory is used for directivity correction control. Therefore, an inexpensive microprocessor (MPU) can be used as the processing means.
In the present embodiment, the positions of the phase shifters 22-1 to 22-4 and the detectors 23-1 to 23-4 can be switched.
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。
By the way, some mobile communication systems have a transmission power input to the antenna of several tens of watts. In that case, the phase shifters 12-1 to 12-4 need to have a high power resistance with the configuration shown in FIG. become. However, the phase shifter with high power durability becomes large in size.
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention that can avoid the use of a phase shifter with high power durability. This embodiment has a configuration in which amplifiers 15-1 to 15-4 are arranged in the subsequent stage of the transmission phase shifters 12-1 to 12-4, respectively. According to this configuration, since the power input to the phase shifters 12-1 to 12-4 can be reduced, these phase shifters are small and have low power resistance (for example, using variable capacitance diodes). Phase shifter) can be used.
Of course, as shown in the figure, amplifiers 25-1 to 25-4 can be arranged in front of the reception system phase shifters 22-1 to 22-4, respectively. In this case, the positions of the receiving amplifiers 25-1 to 25-4 and the detectors 23-1 to 23-4 may be switched.
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。
Normally, elements such as amplifiers have individual differences in phase / amplitude characteristics. However, since the antenna device according to the present invention has a structure in which a phase shifter is arranged in each path, even when an element such as an amplifier is added as described above, the phase / amplitude characteristics can be corrected for each path. Is possible. That is, the phase / amplitude characteristics of a single element such as the amplifier or the phase / amplitude characteristics of the entire path after being incorporated in the path are measured in advance, and the data in the data table of the
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。 FIG. 8 shows transmission / reception shared antennas 17-1 to 17-4 shared by a transmission radio signal frequency and a reception radio signal frequency, and the transmission antennas 14-1 to 14-4 and the reception antenna 24-1 in the first embodiment. The 3rd Embodiment of this invention used instead of -24-4 is shown. In this case, the antennas 17-1 to 17-4 are connected to the corresponding transmission path and reception path via the distribution combiners 16-1 to 16-4, respectively.
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。
The fourth embodiment shown in FIG. 9 has a configuration in which the amplifiers 15-1 to 15-4 shown in FIG. 7 are additionally provided in the third embodiment.
In addition, the fifth embodiment shown in FIG. 10 has a configuration in which the transmission / reception shared antennas 17-1 to 17-4 of the fourth embodiment are respectively arrayed. In this example, arraying is performed using two transmission / reception shared antennas labeled a and b, but it is also possible to perform arraying using three or more shared transmission / reception antennas.
The antennas 14-1 to 14-4 and 24-1 to 24-4 shown in FIGS. 1 and 7 can also be arrayed.
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。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can include various modifications as exemplified below.
[1] In the detector shown in FIG. 12, the level of the signal detected by the
[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。
[2] The
[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。
[3] A configuration in which the
[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。 [4] In the above-described embodiment, common abnormality determination reference values are set for the four paths of the transmission system, and common abnormality determination reference values are set for the four paths of the reception system. However, it is naturally possible to set individual abnormality determination reference values for the four paths of the transmission system and the four paths of the reception system.
[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。
[5] As described above, the
However, since the degree of influence on the vertical in-plane directivity is different between the severe abnormality with a large decrease in the output signal level and the mild abnormality with a small decrease in the output signal level, more accurate vertical in-plane directivity can be obtained. In order to perform correction, it is desirable to execute directivity correction control according to the degree of abnormality.
In order to satisfy the above requirements, a plurality of reference values, for example, three reference values Ta, Tb, Tc (Ta>Tb> Tc) are set as common abnormality determination reference values for the four paths of the transmission system, and the reception system Similarly, a plurality of reference values, for example, three reference values Ra, Rb, Rc (Ra>Rb> Rc) are set as common abnormality determination reference values for the four routes, and are further shown as the above [first example]. The data table having the above configuration may be provided corresponding to the reference values Ta, Tb, Tc and the reference values Ra, Rb, Rc.
In this case, for example, if the output signal level of the
That is, the three transmission system data tables provided corresponding to the reference values Ta, Tb, and Tc indicate that the output signal level V T of the
[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。 [6] The present invention can also be applied to communication using a time division duplex (TDD) method.
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
DESCRIPTION OF
Claims (11)
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、その異常な送信経路を対応する送信アンテナから切り離すとともに、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、その異常な受信経路を対応する受信アンテナから切り離すとともに、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及び受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調整角αだけ大きな傾角が設定されるように実行され、この調整角αは、前記送信経路の異常による実動送信アンテナ数の減少及び前記受信経路の異常による実動受信アンテナ数の減少に起因した垂直面内指向性の半値幅の拡大によるサービスエリアの変動を抑制する大きさを持つ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。
A high frequency power signal of a radio signal frequency is supplied to each of the transmission antennas connected to two or more transmission paths through the transmission paths, and reception signals of the reception antennas connected to two or more reception paths are supplied to the transmission antennas. A base station antenna apparatus of a mobile communication system, configured to synthesize via each reception path, wherein each of the transmission antennas and each of the reception antennas are arranged at predetermined intervals in the vertical direction,
Transmission system detection means for individually detecting the occurrence of an abnormality in each transmission path;
Receiving system detecting means for individually detecting the occurrence of an abnormality in each receiving path;
When an abnormal transmission path is detected by the transmission system detection means, the abnormal transmission path is disconnected from the corresponding transmission antenna, and the phase and amplitude of the transmission signal in the normal transmission path are changed and set. When the abnormal reception path is detected by the reception system detection means, the abnormal reception path is disconnected from the corresponding reception antenna and is normal. Control means for correcting the deformation of the directivity in the vertical plane of the reception antenna caused by the abnormality of the reception path by changing the phase and amplitude of the reception signal in the various reception paths;
With
The transmitting antenna vertical plane directivity of the modifications and the receiving antenna vertical plane directivity of correction by said control means is performed such large inclination by the adjustment angle α is set than the inclination angle of the radio wave normal, this The adjustment angle α is a variation in service area due to an increase in the half-value width of vertical in-plane directivity due to a decrease in the number of active transmitting antennas due to an abnormality in the transmission path and a decrease in the number of active receiving antennas due to an abnormality in the reception path. A base station antenna apparatus for a mobile communication system characterized by having a size to suppress noise .
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。 The control means includes
Individual transmission system phase / amplitude setting means for setting the phase / amplitude of the transmission signal passing through each transmission path,
Individual reception system phase / amplitude setting means for setting the phase / amplitude of the received signal passing through each of the reception paths, respectively,
The transmission system phase / amplitude setting means provided for the normal transmission path among the transmission paths is used to change and set the phase and amplitude of the transmission signal in the normal transmission path, 4. The phase and amplitude of a received signal in the normal reception path are changed and set using the reception system phase / amplitude setting means provided for the normal reception path. The base station antenna apparatus of the mobile communication system described in 1.
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