JP2009522885A - アレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、通信セル（２）の中に少なくとも１つの基地局（１）を含む無線通信システム（Ｃ）に関する。基地局（１）は、少なくとも２つのアンテナポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４；Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）を備える少なくとも１つのアレイアンテナ（３、３２）を具備し、前記少なくとも２つのアンテナポートは、少なくとも２つの対応するアンテナ要素（４、５、６、７；３３、３４、３５、３６）にそれぞれ接続され、前記少なくとも２つのアンテナ要素（４、５、６、７；３３、３４、３５、３６）の内の少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有する。アレイアンテナ（３、３２）は、少なくとも２つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して通信するように構成され、それぞれのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）は、通信セル（２）の中の少なくとも１つのＵＥ（２３）（ユーザ装置）と１つの情報ストリームの通信を行う。本発明のある視点に従えば、第１の動作モードでは、アレイアンテナ（３、３２）は１つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して通信するように構成される。本発明は、また、前記通信を実行するための方法にも関する。

Description

本発明は、通信セルの中に少なくとも１つの基地局を含む無線通信システムに関する。前記基地局は、少なくとも２つのアンテナポートを備える少なくとも１つのアレイアンテナを具備し、前記少なくとも２つのアンテナポートは、少なくとも２つの対応するアンテナ要素にそれぞれ接続され、前記少なくとも２つのアンテナ要素の内の少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有する。

本発明のある視点に従えば、第１の動作モードでは、アレイアンテナは１つのアンテナ放射ローブを介して通信するように構成され、セルの中の少なくとも１つのＵＥ（ユーザ装置）と１つの情報ストリームの通信を行う。

本発明は、また、通信セルの中の基地局アレイアンテナから少なくとも１つの情報ストリームを通信するための方法に関する。ここで、基地局アレイアンテナは、少なくとも２つのアンテナポートを備え、前記少なくとも２つのポートは、少なくとも２つの対応するアンテナ要素にそれぞれ接続され、前記少なくとも２つのアンテナ要素の内の少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有する。

本発明のある視点に従えば、第１の動作モードでは、前記方法は、１つのアンテナ放射ローブを介して、セルの中の少なくとも１つのＵＥ（ユーザ装置）と１つの情報ストリームを通信するステップを含む。

無線通信システムに対する需要は着実な成長を遂げ、現在もなお成長をし続けている。そしてこの成長過程において、多くの技術進歩のステップが得られた。相関除去された(de-correlated)伝搬パスを用いることによって無線システムに対し増大するシステム容量とユーザデータビットレートを確保するため、多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output)システムが、前記容量とユーザデータビットレートとを改善するための好適な技術を構成すると考えられてきた。ＭＩＭＯは、例えば、いくつかの送信アンテナと受信アンテナとによって、多くの分離し独立した信号パスを用いる。

一般に、ＭＩＭＯは、相関除去された、または少なくとも本質的に相関除去された送信信号を利用する。ここにおける「相関除去された信号(de-correlated signals)」は、放射パターンが本質的に相関除去されていることを意味する。相関除去は、今日、アンテナポートの信号の間に低い相関を実現するため空間的に離して配置する、すなわち、少なくとも２つのアンテナを通常は方位角で５〜１０波長（アンテナが設計される周波数帯域の中心周波数から算出される）離して配置する、ことにより可能である。これらの少なくとも２つのアンテナは、それぞれ少なくとも１つのアンテナ放射ローブを有する。

空間分離と偏波分離とを組み合わせることも可能であり、この場合、アンテナはまた、信号の送信と受信とに対して直交した偏波を有するように構成される。

従って、ＭＩＭＯシステムの基地局は、５〜１０波長離れた複数のアンテナで構成することができ、それぞれの基地局アンテナは、１つの偏波か、または、複数の本質的に相関除去された偏波、典型的には２つの本質的に相関除去された偏波に対して設計される。これらのアンテナは、空間においてまたは偏波において、またはその両方において、相関除去されたアンテナ放射ローブを作り出す。

ＭＩＭＯシステムで通信を行うためには、ユーザ装置（例えば、移動体電話または携帯用コンピュータ）は、少なくとも２つのアンテナポートを持つように構成される必要がある。

現行のＭＩＭＯ構成の問題点は、１つの元の情報ストリームが２つ以上の分離された情報ストリームに分割されるので、所与の固定した出力電力ではＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)が劣化する点である。減少したＳＮＲは、転送データの速度、すなわち、データビットレートを減少させる原因になる。

更に、基地局とユーザ装置との間の信号パスは、市街地環境での大きな建物のような、多くの反射を引き起こす多くのものによって遮られる可能性がある。これらの反射は、信号対雑音比（ＳＮＲ）のさらなる劣化の原因となる可能性がある。従って、途中により多くの建物があれば、基地局とユーザ装置との間に伝送される信号は、それだけ、より多くの雑音を含むことになる可能性がある。従って、基地局の付近にだけしかＭＩＭＯを用いることができない可能性がある。よいＭＩＭＯ動作には、よいＳＮＲが必要である。

従って、１つのアンテナに対して１つの情報ストリームを有する伝統的なＭＩＭＯシステムは、本質的に相関除去された信号を得るために基地局のアンテナ放射ローブは空間的に分離さているという事実によって、市街地環境でも地方でも、基地局とユーザ装置との間のデータビットレートに関する欠点に悩まされる。このことは、ＭＩＭＯシステムが、所与の表面領域と出力電力に関して、最適には用いられていないことを意味する。

本発明によって解決するべき課題は、ＭＩＭＯシステムに適した構成を提供することである。その構成は、少なくとも２つのアンテナポートを持つ基地局と、少なくとも２つの基地局アンテナ放射ローブを介して通信を行うための少なくとも２つのアンテナポートを持つユーザ装置との間に、性能が強化された通信を提供することができる。

上記課題は、以下の導入に従う無線通信システムによって解決される。すなわち、アレイアンテナは少なくとも２つのアンテナ放射ローブを介して通信を行うように構成され、それぞれのアンテナ放射ローブは、セルの中の少なくとも１つのＵＥ（ユーザ装置）と１つの情報ストリームの通信を行う。従って、ＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)により通信を行うことができる。

本発明のある視点に従えば、これは第２の動作モードに対応している。

上記課題は、また、通信システムの中で用いるために構成されたアレイアンテナによって解決される。

更に、上記課題は、以下の導入に従う方法によって解決される。すなわち、この方法は、更に、少なくとも２つのアンテナ放射ローブを介して、セルの中の前記少なくとも１つのＵＥ（ユーザ装置）と、少なくとも２つの情報ストリームの通信を行うステップを含む。

本発明のある視点に従えば、これは第２の動作モードに対応している。

このことは、もとの１つの情報ストリームを２つ以上の分離した情報ストリームに分割することによるＳＮＲの減少は、アレイ利得を用いることにより幾分かは回復されることを意味する。この場合、チャネルに関する比較的少量の情報が更に必要になる。

好適な実施形態は従属請求項の中で開示される。

本発明により、いくつかの利点が達成される。例えば、
−より高いビットレート容量、
−容易な備え付け及びより低いサイトコスト、
−複数のアンテナ放射ローブを持った、異なる方向に指向した、及び、十分に相関除去された単一アンテナが、単一のアンテナ放射ローブを持つ複数のアンテナの代わりに用いられる。その結果、アンテナ表面が効率良く用いられ、アンテナアレイ利得の利点が活用され、アンテナ表面全体がそれぞれの放射ローブに対して利得を与える。

本発明は、添付の図面を参照して、より詳しく説明される。

図１ａに示すように、通信システムＣは、ＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)システムの中で通信を行うように構成された基地局１を備える。基地局１は、通信セル２をカバーするように設置される。また、図１ｂを参照すれば、基地局１は、アレイアンテナ３を具備し、第１の実施形態の中のアレイアンテナ３は、第１のアンテナ要素４、第２のアンテナ要素５、第３のアンテナ要素６、及び、第４のアンテナ要素７を備える。それぞれのアンテナ要素４、５、６、７は、少なくとも１つの放射要素を備える。アンテナ要素４、５、６、７は、第１の行８、第２の行９、及び、第１の列１０、第２の列１１の形に設置され、２×２のアレイアンテナ３を形成する。アンテナ要素４、５、６、７は、方位角においてビーム形成するために水平面で約０．５〜１波長（アンテナが設計される周波数帯域の中心周波数から算出される）だけ互いに離し、仰角においてビーム形成するために垂直面に約０．５〜４波長だけ互いに離すことが望ましい。この例では、それぞれのアンテナ要素４、５、６、７は単一偏波で構成され、前記偏波は、それぞれのアンテナ要素４、５、６、７に対して本質的には同じである。これらのアンテナ要素４、５、６、７は、ＦＤＤ（周波数分割複信方式：Frequency Division Duplex）を利用している場合には、信号の受信または送信に同じ周波数帯を用いるが、アップリンクとダウンリンクでは別の周波数帯で用いる。また、ＴＤＤ（時分割複信方式：Time Division Duplex）を利用している場合には、アップリンクとダウンリンクともに同じ周波数帯を用いて信号の受信と送信を行う。

この第１の実施形態では、４つのアンテナ要素４、５、６、７は、それぞれ、第１のアンテナポートＰ１、第２のアンテナポートＰ２、第３のアンテナポートＰ３、第４のアンテナポートＰ４を介して、それぞれ、第１の給電線１２、第２の給電線１３、第３の給電線１４、第４の給電線１５に接続される。そして、給電線１２、１３、１４，１５は、例えば、ディジタルビーム形成デバイスのような従来から知られている型のビーム形成デバイス１６に接続される。ビーム形成デバイス１６は、第１の情報ストリーム給電線１７、第２の情報ストリーム給電線１８、第３の情報ストリーム給電線１９、第４の情報ストリーム給電線２０に接続され、それぞれの情報ストリームは全情報ストリーム給電線２１から生成される。全情報ストリームは、分割デバイス２２によって４つの情報ストリームに分割される。

１つのユーザ装置（ＵＥ）２３がセル２の内部に位置する。ここで、ユーザ装置２３は、例えば、移動体電話または携帯用コンピュータである。ＵＥ２３は、４つの相関除去された信号を受信するように構成されると仮定する。換言すれば、ＵＥ２３は、４つの独立なアンテナポート（図示せず）が具備されていると仮定する。

本発明に従えば、放射ローブ２４、２５、２６、２７は、基地局１とＵＥ２３との間の伝送に対する伝送環境に依存して制御される。制御は、基地局１とＵＥ２３との間に性能が強化された通信が得られるように実行される。

本実施形態では、ビーム形成デバイス１６は、方位角と仰角との固定された所定の方向に、例えば、１（２４）、２（２５）、３（２６）、及び４（２７）の放射ローブがスイッチオンされるように、出力放射ローブの数を制御するよう構成される。放射ローブの数、及び、どの放射ローブを点灯及び消灯するべきかは、基地局１とＵＥ２３との間に性能が強化された通信が得られるように制御される。

第１の動作モードでは、通信はただ１つの放射ローブを介して実行され、１つの情報ストリームが通信される。その場合には、通信システムＣは、ＭＩＭＯを介しての通信を行ってはいない。第２の動作モードでは、通信は少なくとも２つの放射ローブ２４、２５、２６、２７を介して実行され、それぞれの放射ローブ２４、２５、２６、２７は１つの情報ストリームの通信を行う。その場合には、通信システムＣは、ＭＩＭＯを介して通信を行っている。

いくつの放射ローブが用いられるかとは独立に、全情報ストリームからのすべての情報は、常に、４つのアンテナ要素４、５、６、７によってアンテナ要素の開口面の全領域を用いて放射される。

ユーザ装置２３は、基地局１に対して相対的に移動していてもよく、現在可能な最も高いデータビットレートに関して、基地局１に連続的にフィードバックを行う。アンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７は、この情報に基づいて適応的に制御される。適応制御は、それぞれの情報ストリームに異なる電力レベル及び／またはデータビットレートに割り当てるステップとともに、放射ローブの点滅を行うステップを含む。

フィードバックは、通常、チャネルに関して比較的限られた情報を含み、最も簡単な形では、フィードバックは１データビットの形をしているだけである。フィードバックに含まれるチャネルに関する情報が増えれば、それだけ適応制御は良くなる。しかし、チャネルに関する、前記比較的限られた情報でも、許容できる適応制御を達成することは可能である。典型的な型のフィードバックはＣＱＩ(Channel Quality Indicator：チャネル品質表示)値と呼ばれ、この技術分野ではよく知られている。

第２の実施形態は、やはり図１ａ及び図１ｂを参照して実施することができ、ここでは、４つの情報ストリームがビーム形成デバイス１６に供給される。ビーム形成デバイス１６は、ここでは、それぞれの出力アンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７に対して方位角と仰角との方向を制御するように構成される。この例では、ビーム形成デバイス１６はディジタルビーム形成デバイスであることが望ましい。

４つの情報ストリームのそれぞれの１つが基地局アンテナの４つの放射ローブに対応していて、放射ローブのうちのそれぞれの１つがあるＵＥとの最適な通信が達成される方向を指向している。放射ローブの調節は、方位角及び仰角の両方向に行われる。このやり方で放射ローブを指向させる方法は、信号パスに対して、それら信号パスが本質的には相関除去されないという結果をもたらす。しかし本発明に従えば、それらは十分な程度に相関除去される。

第１の実施形態において、ユーザ装置２３は基地局１に対して相対的に移動していてもよく、現在可能な最も高い伝送データビットレートに関して基地局１に連続的にフィードバックを行う。アンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７の方向は、この情報に基づいて適応的に制御される。

従って、本発明の主要な到達点は、たといそれが相関除去の程度を減少させることを意味するとしても、通信の性能を強化することである。従って、すべての実施形態に関して、通信データビットレートを犠牲にしてまで相関除去は維持されないことになる。

上記実施形態に従えば、ディジタルビーム形成デバイス１６は、伝送を行っているときに、それぞれのアンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７に対して、方位角と仰角の所望のアンテナ放射ローブ方向を得るために、４つの情報ストリームのうちのそれぞれの１つを、ある振幅関係及びある位相関係で基地局アレイアンテナ３の中のアンテナポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４のそれぞれの１つに供給する。

これらの例では、それは、第１の情報ストリームが、それぞれのアンテナポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に対してはある振幅関係とある位相関係を持って、すべての４つのアンテナポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に供給されることを意味する。これは、すべての情報ストリームに対して同時に実行することができる。そして、その重畳によって、１つのアンテナ放射ローブがそれぞれの情報ストリームに対応した４つのアンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７が得られ、それぞれのアンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７が４つのアンテナ要素４、５、６、７によって得られる。

第１の実施形態では、アンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７の方向を変化させるための機能は提供されていない。アンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７を点滅して、所定の方向に指向させることが可能なだけである。

上記で説明されたディジタルビーム形成は、それ自体は従来から知られている。従って、ここでは更に詳細には説明されない。

図２の側面図には、第２の実施形態の機能の一例が示され、比較的小さな建物２８がＵＥ２３の前面に位置し、大きな建物２９がＵＥ２３の背後に位置している。３つのアンテナ放射ローブ２４’、２５’、２６’はＵＥ２３を指向し、方位角では本質的に同じ方向角を有するが、仰角では異なる方向を有する。

アンテナ放射ローブの方位角は、アンテナの主放射面の中心からの法線とアンテナ放射ローブの方位角方向との間の角度と定義される。アンテナ放射ローブの仰角方向に対しても対応した定義が当てはまる。アンテナ放射ローブの方向は、アンテナ放射ローブが最大信号レベルを持つ方向と定義されるのが望ましいが、他の定義もあり得る。

信号パスを部分的に遮る小さな建物２８によって、直接にＵＥ２３を指向する程度が多少変化するので、すべての４つのアンテナ放射ローブ２４’、２５’、２６’、２７’がＵＥ２３と最適な通信を達成することはできない。従って、４つのうちの１つのアンテナ放射ローブ２７’、すなわち、この例では第４のアンテナ放射ローブが代りに大きな建物２９の方向に向けられ、第４のアンテナ放射ローブ２７’によって伝送される第４の情報ストリームが大きな建物２９の反射によってＵＥ２３に届くようにする。

もし、例えば、ＵＥ２３が小さな建物２８から離れれば、第４のアンテナ放射ローブ２７’は、ＵＥ２３からのフィードバックにもとづいて、より直接にＵＥを指向するように再指向される。そして、すべての４つのアンテナ放射ローブ２４’、２５’、２６’、２７’は、ＵＥ２３を指向し、方位角では本質的に同じ方向を、しかし、十分に相関除去された伝搬パスを得るために仰角では異なる方向を有する。

図３の上面図には、第２の実施形態の機能の別の例が示され、比較的小さな建物３０がＵＥ２３の前面に位置するが、ＵＥ２３の背面には重要な建物はない。比較的大きな建物３１が、基地局１からＵＥ２３を見て、ＵＥ２３の左側に位置している。

３つのアンテナ放射ローブ２４”、２５”、２６”はＵＥ２３を指向しており、方位角では本質的に同じ方向を有するが、仰角では異なる方向を有する（図３は上面図なので図中には示されていない）。部分的にパスを遮る小さな建物３０によって、４つのアンテナ放射ローブ２４”、２５”、２６”、２７”は、直接ＵＥ２３を指向することによって得られるＵＥ２３との最適な通信は達成できていない。従って、４つのうちの１つのアンテナ放射ローブ２７”、すなわち、この例では第４のアンテナ放射ローブは代りに左側の大きな建物３１の方向に向けられ、第４のアンテナ放射ローブ２７”によって伝送される第４の情報ストリームが、基地局１から見て左側の大きな建物３１の反射によってＵＥ２３に届くようにする。

以前の説明と同様に、ＵＥ２３の移動または他の環境によって、放射ローブの方向は変えることができる。この制御はＵＥのフィードバックに基づいて行われる。

図４の側面図には、第２の実施形態の機能のさらなる別の例が示され、ＵＥ２３は建物のない田舎に位置している。ここでは、すべてのアンテナ放射ローブ２４'''、２５'''、２６'''、２７'''はＵＥ２３を指向しており、方位角では基本的に同じ方向を有するが、仰角では異なる方向を有する。第４の実施形態は、本発明が主として建物の反射の方に注目しているのではなく、周囲条件に拘わらず、また、相関除去の程度が減少するか否かに拘わらず、基地局１とＵＥ２３との間の通信を最適化することに注目していることを示している。

当然のことながら、セルの中に複数のＵＥが存在する場合がしばしばある。図５を参照すると、セル２の中には、第１のＵＥ２３ａ、第２のＵＥ２３ｂ、第３のＵＥ２３ｃがある。本発明に従えば、セル２の中のＵＥ２３ａ、ＵＥ２３ｂ、ＵＥ２３ｃの内のそれぞれ１つのＵＥは、ある時間スロットを受信する。そこでは、すべての基地局アンテナ放射ローブ（図５には図示せず）が共同して基地局１とあるＵＥとの間の通信を最適化している。第１の時間スロットでは、すべての基地局アンテナ放射ローブが共同して基地局１とＵＥ２３ａとの間の通信を最適化する。第２及び第３の時間スロットでは、同様に、基地局１と、それぞれ第２のＵＥ２３ｂ及び第３のＵＥ２３ｃとの間の通信が最適化される。どのようにアンテナ放射ローブがＵＥ２３ａ、ＵＥ２３ｂ、ＵＥ２３ｃに対して指向されるかは、例えば、建物（図示せず）があるかどうか等の、ＵＥ２３ａ、ＵＥ２３ｂ、ＵＥ２３ｃに関する周囲条件に依存する。上記に従う手順は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムに関連する。無論、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システムまたは双方の組み合わせも可能である。

ＵＥ２３は、任意の数のアンテナポートを具備することができるが、ＵＥ２３がＭＩＭＯシステムのために構成されるためには、ＵＥ２３には少なくとも２つのアンテナポートが具備される必要がある。通信が開始されると、基地局１はＵＥ２３が利用可能なアンテナポートの数に適合する。

ＵＥ２３は適応アンテナ(adaptive antenna)を具備することができ、この適応アンテナは、最も高いデータビットレートが達成できる方向に電気的に制御することが可能である。ＵＥ２３はまた、最良の通信特性が得られるＵＥ２３の方向を決定するための手段（図示せず）を具備することもできる。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、添付した請求項の範囲の中で自由に変形を行うことができる。例えば、基地局アレイアンテナは、アンテナ要素の任意の適切な構成を有することができる。例えば、４列４行で４×４のアレイアンテナ形成し、１６個までのアンテナ放射ローブを実現する構成とすることもできる。

更に一般的に、基地局アンテナは少なくとも２つのアンテナポートを具備したアレイアンテナで、ここで、この少なくとも２つのポートは少なくとも２つの対応したアンテナ要素にそれぞれ接続され、この少なくとも２つのアンテナ要素の内の少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有する。

従って、本発明に従えば、少なくとも２つのアンテナポートが基地局アレイアンテナに含まれなければならず、基地局アレイアンテナは２つのアンテナ放射ローブを放射するように構成され、これらはＭＩＭＯ通信に必要なことである。

しかしながら、第１の実施形態が図４に従った状況に用いられるとすれば、基地局１とＵＥ２３との間に最適な通信を実現するためには、それ以上の数の放射ローブは必要ないので、ただ１つのアンテナ放射ローブがスイッチオンされるだけでよいことが理解される。

更に当然理解されるように、制御可能なアンテナ放射ローブを持つ第２の実施形態は、第１の実施形態におけると同じ方法でアンテナ放射ローブを消灯するように構成することもできる。

本発明の第２の実施形態に従う基地局アレイアンテナ３の放射ローブは、方位角にだけ、または、仰角にだけ、または、上記実施形態のように方位角と仰角との両方に制御可能であってよい。当業者には知られているように、方位角と仰角との両方に制御可能な基地局アレイアンテナは、２次元でなければならない。すなわち、行と列の両方にアンテナ要素を持たなければならない、
全ての実施形態に対して、基地局アレイアンテナ３は、デュアル偏波アンテナ要素を更に備えることができ、従って、基地局アレイアンテナ３は、本質的に直交した偏波を介して通信するように構成され、情報ストリームの伝送レートを２倍にすることができる。

いかにしてデュアル偏波アンテナ要素を構成することができるかの一例を、図６を参照して以下で説明する。ここには、第１のアンテナ要素３３、第２のアンテナ要素３４、第３のアンテナ要素３５、第４のアンテナ要素３６を有するアレイアンテナ３２が示されている。それぞれのアンテナ要素３３、３４、３５、３６は、少なくとも１つの放射要素を備える。アンテナ要素３３、３４、３５、３６は、第１の行３７と第２の行３８、及び、第１の列３９と第２の列４０に置かれ、２×２のアレイアンテナ３２を形成する。アンテナ要素３３、３４、３５、３６は、方位角においてビーム形成するために水平面で約０．５〜１波長（アンテナが設計される周波数帯域の中心周波数から算出される）だけ互いに離し、仰角においてビーム形成するために垂直面で約０．５〜４波長だけ互いに離すことが望ましい。それぞれのアンテナ要素３３、３４、３５、３６は、第１の偏波と第２の偏波とに対して設定され、これらの偏波は本質的に相関除去がなされている。

アンテナ要素３３、３４、３５、３６は、ＦＤＤ（周波数分割複信方式）を利用している場合には、信号の受信または送信に同じ周波数帯を用いるが、アップリンクとダウンリンクでは別の周波数帯で用いる。また、ＴＤＤ（時分割複信方式）を利用している場合には、アップリンクとダウンリンクともに同じ周波数帯を用いて信号の受信と送信を行う。

この例においては、第１のアンテナ要素３３、第２のアンテナ要素３４、第３のアンテナ要素３５、及び、第４のアンテナ要素３６の第１の偏波は、それぞれ、第１のアンテナポートＰ１ａ、第２のアンテナポートＰ２ａ、第３のアンテナポートＰ３ａ、及び、第４のアンテナポートＰ４ａを介して、それぞれ、第１の給電線４１、第２の給電線４２、第３の給電線４３、及び、第４の給電線４４に接続される。同様に、第１のアンテナ要素３３、第２のアンテナ要素３４、第３のアンテナ要素３５、及び、第４のアンテナ要素３６の第２の偏波は、それぞれ、第５のアンテナポートＰ１ｂ、第６のアンテナポートＰ２ｂ、第７のアンテナポートＰ３ｂ、及び、第８のアンテナポートＰ４ｂを介して、それぞれ、第５の給電線４５、第６の給電線４６、第７の給電線４７、及び、第８の給電線４８に接続される。

第１の行３７のアンテナ要素３３及びアンテナ要素３４の第１の偏波に接続される第１の給電線４１と第２の給電線４２は、第１の電力分割器４９に接続される。また、第２の行３８のアンテナ要素３５及びアンテナ要素３６の第１の偏波に接続される第３の給電線４３と第４の給電線４４は、第２の電力分割器５０に接続される。

第１の列３９のアンテナ要素３３及びアンテナ要素３５の第２の偏波に接続される第５の給電線４５と第７の給電線４７は、第３の電力分割器５１に接続される。また、第２の列４０のアンテナ要素３４及びアンテナ要素３６の第２の偏波に接続される第６の給電線４６と第８の給電線４８は、第４の電力分割器５２に接続される。

第１の電力分割器４９と第２の電力分割器５０は、第１のビーム形成デバイス５３に接続され、第３の電力分割器５１と第４の電力分割器５２は、第２のビーム形成デバイス５４に接続される。ビーム形成デバイス５３及びビーム形成デバイス５４は、例えば、ディジタルビーム形成デバイスのような従来から知られた型のものである。デバイス５３及びデバイス５４は、１つのビーム形成デバイスに合成されてもよい。

この構成を用いることにより、行３７及び行３８によって形成される第１の偏波を有する放射ローブは、列３９及び列４０によって形成される第２の偏波を有する放射ローブとは分離して制御することができる。アンテナ放射ビームは遠方では相容れない状態で加算される(incoherently added)。

一般に、全てのアンテナ構成は相反性を持つ(reciprocal)ので、これまでに説明した全ての実施形態に対する送信に関して述べた全ての特徴は、受信に関しても適用可能である。

更に、システムがＭＩＭＯのために構成されているならば、基地局アレイアンテナ３及び基地局アンテナ放射ローブ２４、２５、２６、２７の数は、任意に適宜に変えることができる。

上記で示したように、本発明は、任意の数のＵＥ、２３、または、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、に対して適用可能である。例えば、容量に対する需要、及び／または、セル２環境のレイアウトによって、複数の基地局１が必要な場合もある。

基地局１は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）等の、任意の無線通信システムにおける基地局であってもよい。

本発明に従ったシステムの上面図である。 基地局アレイアンテナを示した図である。 本発明の実施形態の側面図である。 本発明の別の実施形態の上面図である。 本発明の別の実施形態の側面図である。 本発明の更に別の実施形態の上面図である。 デュアル偏波基地局アレイアンテナを示した図である。

Claims (17)

1. 通信セル（２）の中に少なくとも１つの基地局（１）を有する無線通信システム（Ｃ）であって、
   前記基地局（１）は、少なくとも２つのアンテナポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）を備える少なくとも１つのアレイアンテナ（３、３２）を具備し、
   前記少なくとも２つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）は、少なくとも２つの対応するアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）にそれぞれ接続され、
   前記少なくとも２つのアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）のうちの少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有し、
   第１の動作モードでは、前記アレイアンテナ（３、３２）が１つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して通信を行うように構成され、前記セル（２）の中の少なくとも１つのＵＥ（２３）（ユーザ装置）と１つの情報ストリームの通信を行い、
   第２の動作モードでは、前記アレイアンテナ（３、３２）が少なくとも２つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して通信を行うように構成され、それぞれのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）が前記セル（２）の中の前記少なくとも１つのＵＥ（２３）と１つの情報ストリームの通信を行い、
   多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output)により通信を行うことを特徴とする無線通信システム（Ｃ）。
2. 通信セル（２）の中に少なくとも１つの基地局（１）を有する無線通信システム（Ｃ）であって、
   前記基地局（１）は、少なくとも２つのアンテナポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）を備える少なくとも１つのアレイアンテナ（３、３２）を具備し、
   前記少なくとも２つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）は、少なくとも２つの対応するアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）にそれぞれ接続され、
   前記少なくとも２つのアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）のうちの少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有し、
   前記アレイアンテナ（３、３２）が少なくとも２つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して通信を行うように構成され、それぞれのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）が前記セル（２）の中の少なくとも１つのＵＥ（２３）（ユーザ装置）と１つの情報ストリームの通信を行い、
   多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output)により通信を行うことを特徴とする無線通信システム（Ｃ）。
3. それぞれのアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）は、少なくとも１つの放射要素を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム（Ｃ）。
4. それぞれのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）は、固定された所与の方位角方向の角度及び仰角方向の角度を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信システム（Ｃ）。
5. それぞれのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）は、点灯または消灯されると共に、前記アンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）に供給されるそれぞれの情報ストリームに異なる電力レベル及び／またはデータビットレートを割り当てることによって制御されることを特徴とする請求項４に記載の通信システム（Ｃ）。
6. それぞれのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）は、前記情報ストリームの前記通信が本質的に最適化されるように、方位角の方向、仰角の方向、または、方位角と仰角の両方向に、個々に制御可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信システム（Ｃ）。
7. 前記アンテナローブ（２４、２５、２６、２７）の制御は、前記ＵＥ（２３）からのフィードバック情報に基づいて適応的に実行され、前記フィードバック情報は、少なくとも１データビットの形をしていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の通信システム（Ｃ）。
8. 前記フィードバック情報は、いわゆるチャネル品質表示（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator)値の形をしていることを特徴とする請求項７に記載の通信システム（Ｃ）。
9. 全体の情報ストリームは前記通信システムの中に供給され、前記全体の情報ストリームは、常に、前記アンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）の開口面の全領域を利用して、前記アンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）によって放射されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の通信システム（Ｃ）。
10. 前記アレイアンテナ（３２）は、デュアル偏波アンテナ要素（３３、３４、３５、３６）を備えることを特徴とするこれまでの請求項のいずれか１項に記載の通信システム（Ｃ）。
11. 前記アレイアンテナ（３２）は少なくとも４つのアンテナ要素（３３、３４、３５、３６）を備え、
    それぞれのアンテナ要素（３３、３４、３５、３６）は第１の偏波と第２の偏波を有し、
    前記偏波は本質的に相関除去されて(de-correlated)おり、
    前記アンテナ要素（３３、３４、３５、３６）は少なくとも２つの行（３７、３８）及び２つの列（３９、４０）を更に形成し、
    前記行（３７、３８）において、前記第１の行３７における前記アンテナ要素（３３、３４）の前記第１の偏波と前記第２の行３８における前記アンテナ要素（３５、３６）の前記第１の偏波とが、ビーム形成デバイス（５３）に接続され、
    前記第１の列（３９）における前記アンテナ要素（３３、３５）の前記第２の偏波と前記第２の列（４０）における前記アンテナ要素（３４、３６）の前記第２の偏波とが、ビーム形成デバイス（５４）に接続され、
    前記行（３７、３８）により形成された前記第１の偏波を有する前記放射ローブが、前記列（３９，４０）により形成された前記第２の偏波を有する前記放射ローブから分離して制御されることを可能とし、
    前記アンテナ放射ローブは、遠方では相容れない状態で加算されることを特徴とする請求項１０に記載の通信システム（Ｃ）。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の通信システム（Ｃ）で用いるように配置されたアレイアンテナ（３、３２）。
13. 通信セル（２）の中の基地局アレイアンテナ（３、３２）から少なくとも１つの情報ストリームを通信するための方法であって、
    前記基地局アレイアンテナ（３、３２）は、少なくとも２つのアンテナポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）を備え、
    前記少なくとも２つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）は、少なくとも２つの対応するアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）にそれぞれ接続され、
    前記少なくとも２つのアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）の内の少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有し、
    第１の動作モードで、１つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して、前記セル（２）の中の少なくとも１つのＵＥ（２３）（ユーザ装置）に対して１つの情報ストリームを通信するステップと、
    第２の動作モードでは、少なくとも２つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して、前記セル（２）の中の前記少なくとも１つのＵＥ（２３）（ユーザ装置）に対して少なくとも２つの情報ストリームを通信するステップとを備えることを特徴とする方法。
14. 通信セル（２）の中の基地局アレイアンテナ（３、３２）から少なくとも２つの情報ストリームを通信するための方法であって、
    前記基地局アレイアンテナ（３、３２）は、少なくとも２つのアンテナポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）を備え、
    前記少なくとも２つのポート（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ、Ｐ４ａ、Ｐ４ｂ）は、少なくとも２つの対応するアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）にそれぞれ接続され、
    前記少なくとも２つのアンテナ要素（４、５、６、７、３３、３４、３５、３６）の内の少なくとも２つは本質的に同じ偏波を有し、
    少なくとも２つのアンテナ放射ローブ（２４、２５、２６、２７）を介して、前記セル（２）の中の少なくとも１つのＵＥ（２３）（ユーザ装置）に対して前記少なくとも２つの情報ストリームを通信するステップを備えることを特徴とする方法。
15. 前記アンテナローブ（２４、２５、２６、２７）は、前記ＵＥ（２３）からのフィードバック情報を用いて適応的に制御され、前記フィードバック情報は、少なくとも１データビットの形をしていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記フィードバックは、いわゆるチャネル品質表示（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator)値を用いることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. デュアル偏波を用いることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の方法。

Images