專利名稱：天線裝置和多天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從多個天線同時發(fā)射多個相互對應(yīng)的無線信號的天線裝置，以及多天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于無線通信來說，存在將通信區(qū)域劃分為多個小區(qū)(區(qū)域)并為每一個小區(qū)定位基站的通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)包括全向小區(qū)系統(tǒng)和扇形小區(qū)系統(tǒng)。根據(jù)全向小區(qū)系統(tǒng)， 安裝有作為無方向天線的全向天線，并且無線電波從該全向天線向所有方向輻射。根據(jù)扇形小區(qū)系統(tǒng)，一個小區(qū)被從中心劃分為多個扇形小區(qū)，并且為每一個扇形小區(qū)安裝作為定向天線的扇形天線。換句話說，所述扇形小區(qū)系統(tǒng)通過對每一不同的扇形小區(qū)使用一個小區(qū)來進(jìn)行無線通信。近年來，對于無線通信，提出MIMO(多入多出)作為增加發(fā)射容量或提高發(fā)射可靠性的技術(shù)。在MIMO中，在發(fā)射方和接收方都安裝多個天線，并且從發(fā)射方的多個天線同時發(fā)射多個相互對應(yīng)的無線信號，從而由接收方的多個天線接收。例如，當(dāng)由多個無線信號指示的數(shù)據(jù)的內(nèi)容相互不同時，來自發(fā)射方的天線的無線信號的同時發(fā)射使得發(fā)射容量增加。當(dāng)由多個無線信號指示的數(shù)據(jù)的內(nèi)容相似時，同時發(fā)射來自發(fā)射方天線的無線信號以便由接收方合適地處理所接收的信號，可以使得發(fā)射可靠性提高。圖IA和IB示出了用于MIMO無線通信的全向天線的安裝結(jié)構(gòu)的實例。圖IA為示出了全向天線的安裝結(jié)構(gòu)的實例的頂視圖，而圖IB為示出了全向天線的安裝結(jié)構(gòu)的示例透視圖。如圖IA所示，與無線基站裝置(未示出)一起構(gòu)成多天線系統(tǒng)的四個全向天線 101繞著支撐圓柱體102沿圓周301等距離地安裝。如圖IB所示，每一個全向天線101由從支撐圓柱體102凸起的支撐構(gòu)件103所支撐。從每一個全向天線101，由所述無線基站裝置產(chǎn)生并且在數(shù)據(jù)內(nèi)容上不同的多個無線信號被天線波束201同時發(fā)射。圖2示出了模擬圖IA和圖IB中所示的多天線系統(tǒng)的發(fā)射容量特性的結(jié)果。圖2 示出了當(dāng)包括兩個天線的終端(未示出)接收天線波束201時的模擬結(jié)果。當(dāng)由終端的兩個天線接收的信號在相位或幅度上不相關(guān)時，100%的發(fā)射容量表示理想的理論極限值， 即，大約為8. lbps/Hz。如圖2所示，當(dāng)使用全向天線時，在小區(qū)中的發(fā)射容量中具有僅存在有限波動的特性。在為每一個小區(qū)安裝天線的諸如全向小區(qū)系統(tǒng)或扇形小區(qū)系統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，當(dāng)無線電波從另一個小區(qū)到達(dá)一個小區(qū)(即，越區(qū))的現(xiàn)象發(fā)生時，假如在小區(qū)之間使用相同的頻率，就會發(fā)生在另一個小區(qū)中產(chǎn)生無線電波干擾以致不能準(zhǔn)確地進(jìn)行無線信號發(fā)送的問題。為了防止這樣的無線電波干擾，存在兩個方案，即，電子傾斜和機械傾斜。電子傾斜是通過由包含在天線中的移相器的反饋電路來偏移功率反饋相位，從而將無線電波輻射方向調(diào)整為俯角方向的方案，由此防止在小區(qū)外的無線電波的輻射。機械傾斜是通過將天線自身在俯角方向傾斜來防止小區(qū)外的無線電波輻射的方案。例如，在例如專利文獻(xiàn)1中公開了使用機械傾斜作為無線電波干擾防止方案的天線裝置。在專利文獻(xiàn)1中公開的天線裝置中，以沿著圍繞垂直方向的圓錐體的側(cè)表面傾斜的狀態(tài)，安裝多個天線。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利公開JP2001-339237A

發(fā)明內(nèi)容
要解決的問題使用電子傾斜作為無線電波干擾防止方案使得通過使用反饋電路來偏移功率反饋相位的復(fù)合電路結(jié)構(gòu)成為必要。因此，天線損耗要比使用機械傾斜時的更大，從而導(dǎo)致成本增加。在使用扇形小區(qū)天線的扇形小區(qū)系統(tǒng)中，電子傾斜和機械傾斜均可以用作無線電波干擾防止方案，因此可以通過選擇機械傾斜來解決該問題。然而，在如圖IA和IB中所示的全向小區(qū)系統(tǒng)的多天線系統(tǒng)中，全向天線的使用抑制了機械傾斜作為無線電波干擾防止方案的使用。這是因為由于全向天線在所有方向上輻射相同的無線電波，當(dāng)全向天線自身向在俯角方向上傾斜時，一部分無線電波在仰角方向上輻射，并且該無線電波導(dǎo)致上述無線電波干擾。因此，本發(fā)明的一個目的在于在用于同時發(fā)射多個相互對應(yīng)的數(shù)據(jù)的全向小區(qū)系統(tǒng)的無線通信中，提供具有極好的性價比、并且能夠減小天線損耗和防止無線電波干擾的天線裝置，以及多天線系統(tǒng)。解決問題的方案為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，天線裝置包括安裝為放射性地設(shè)置最大輻射方向的多個扇形天線，該最大輻射方向為無線電波的輻射強度為最大的方向。該多個扇形天線同時發(fā)射多個相互對應(yīng)的無線信號。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，上述多天線系統(tǒng)包括上述天線裝置，和連接到該天線裝置的無線基站裝置。該無線基站裝置包括配置為產(chǎn)生多個無線信號的控制單元，和發(fā)射單元，其配置為在所述控制單元的控制下同時將所述多個無線信號分別發(fā)送到多個扇形天線。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以通過使用多個扇形天線以偽方式創(chuàng)建全向小區(qū)系統(tǒng)的無線通信環(huán)境。扇形天線的使用使得能夠使用機械傾斜作為無線電波干擾防止方案。因此，所述天線裝置具有極好的性價比，并以較低的天線損耗來防止無線電波干擾。


圖IA和IB為每一個都示出了用于通過MIMO無線通信的全向天線的安裝結(jié)構(gòu)的示例的圖；圖2為示出了模擬在圖IA和IB中所示的多天線系統(tǒng)的發(fā)射容量特性的結(jié)果的圖；圖3為示出了根據(jù)實施例的多天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖；圖4為示出根據(jù)該實施例的扇形天線的安裝結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖5為示出根據(jù)該實施例由支撐構(gòu)件支撐的扇形天線的狀態(tài)的圖6為示出了模擬根據(jù)該實施例的多天線系統(tǒng)的發(fā)射容量特性的結(jié)果的圖；圖7為示出了根據(jù)該實施例，在多天線系統(tǒng)中，當(dāng)無線電波的波束寬度改變時，模擬發(fā)射容量特性的結(jié)果的圖；圖8為示出了根據(jù)實施例的包括兩個扇形天線的多天線系統(tǒng)的頂視圖9為示出根據(jù)實施例的包括六個扇形天線的多天線系統(tǒng)的頂視圖10為示出根據(jù)實施例的包括八個扇形天線的多天線系統(tǒng)的頂視圖11為示出了根據(jù)實施例的包括十二個扇形天線的多天線系統(tǒng)的頂視圖
圖12為示出了越區(qū)的示例性原理視圖。
參考標(biāo)號的說明
1多天線系統(tǒng)
10天線裝置
11扇形天線
12、102支撐圓柱體
13、103支撐構(gòu)件
20無線基站裝置
21發(fā)射單元
22控制單元
30、201天線波束
31最大輻射方向
32波束寬度
41,301圓周
51主瓣
52后瓣
61,62小區(qū)
101全向天線
具體實施例方式下文中，將參照

根據(jù)本發(fā)明的實施例的多天線系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的多天線系統(tǒng)可以代替通過MIMO執(zhí)行無線通信的全向天線系統(tǒng)的多天線系統(tǒng)來使用。圖3示出了根據(jù)該實施例的多天線系統(tǒng)的配置。根據(jù)該實施例的該多天線系統(tǒng)包括天線裝置10和連接到該天線裝置10的無線基站裝置20。首先，對所述天線裝置10進(jìn)行說明。如圖3所示，天線裝置10包括4個用于輻射天線波束30的扇形天線11、在垂直方向(ζ-軸方向)上安裝的支撐圓柱體12以及從該支撐圓柱體12上突起以支撐上述扇形天線11的支撐構(gòu)件13。圖4是示出上述扇形天線11的安裝結(jié)構(gòu)的頂視圖。如圖4所示，4個扇形天線11 圍繞上述支撐圓柱體12沿著圓周41等距離地安裝，以便能夠從支撐圓柱體12放射性地設(shè)置在水平面(xy平面)上無線電波的輻射強度為最大的最大輻射方向31。優(yōu)選地，圓周41 的直徑Φ足夠長，以便減小從扇形天線11輻射的無線電波之間的相關(guān)。然而，就安裝位置或安裝的費用而言，優(yōu)選短的直徑Φ。由于這些原因，該直徑Φ優(yōu)選被設(shè)置為從每個扇形天線11輻射的無線電波的波長的2倍到10倍的范圍內(nèi)。根據(jù)該實施例，該直徑Φ大約為所述波長的4倍。從每個扇形天線11輻射的無線電波的波束寬度32是120度。該波束寬度為基于最大的輻射方向的無線電波的傳播的量度。由處于從垂直方向傾斜的狀態(tài)下的支撐構(gòu)件13來支撐每一個扇形天線11，以便相對于水平面，在俯角方向上設(shè)置所述最大輻射方向31。每一個扇形天線11相對于與垂直方向的角度θ (參見圖幻被設(shè)置為能夠抑制在小區(qū)之外的天線波束30的輻射。特別地， 將該角度θ合適地設(shè)置在2度到20度的范圍內(nèi)。接下來，將對上述無線基站裝置20進(jìn)行說明。如圖3所示，無線基站裝置20包括發(fā)射單元21和控制單元22。在無線基站裝置20中，控制單元22產(chǎn)生數(shù)據(jù)內(nèi)容不同的多個無線信號。特別地，該控制單元22以不同的信號陣列發(fā)射該多個無線信號。該控制單元22 還具有產(chǎn)生在數(shù)據(jù)內(nèi)容上相似的多個相似無線信號的功能。在這種情況下，該控制單元22 使用空時編碼產(chǎn)生無線信號，所述空時編碼為時間維和空間維被編碼的編碼方式。在信號產(chǎn)生以后，該控制單元22將所產(chǎn)生的多個無線信號傳送到發(fā)射單元21。在控制單元22的控制下，發(fā)射單元21同時將來自控制單元21的多個無線信號分別發(fā)送到扇形天線11。然后，上述扇形天線11通過天線波束30同時發(fā)射該多個無線信號。圖6示出了模擬多天線系統(tǒng)1的發(fā)射容量特性的結(jié)果。圖6示出了當(dāng)包括兩個天線的終端(未示出)接收天線波束30時的模擬結(jié)果。在圖6中，示出相對于多天線系統(tǒng)1 的小區(qū)中心而形成的角度0、90、180和-90。換句話說，在圖6中，小區(qū)中的位置對應(yīng)于角度坐標(biāo)。在圖6中，100%的發(fā)射容量表示在如圖2中示出的情形下的理論極限值，即大約 8.lbps/Hz。從圖6與圖2的比較可以理解，多天線系統(tǒng)1具有與用于如圖1所示全向小區(qū)系統(tǒng)的無線通信類似的發(fā)射容量特性。換句話說，多天線系統(tǒng)1可以以偽方式創(chuàng)建如圖1中所示的全向小區(qū)系統(tǒng)的無線通信環(huán)境。圖7是示出了當(dāng)在多天線系統(tǒng)1中的天線波束30的波束寬度31改變時，模擬發(fā)射容量特性的結(jié)果的圖。在圖7中，水平軸表示天線波束30的波束寬度31，而垂直軸表示發(fā)射容量。在圖7中，最小值為小區(qū)中的發(fā)射容量的最小值，而平均值為小區(qū)中的發(fā)射容量的平均值。如圖7所示，當(dāng)波束寬度31變得等于或大于120度時，多天線系統(tǒng)1具有與用于如圖1中所示的全向小區(qū)系統(tǒng)的無線通信類似的發(fā)射容量特性。根據(jù)該實施例，使用該扇形天線11能夠通過機械傾斜防止無線電波干擾。因此， 能夠以極好的性價比和較低的天線損耗防止無線電波干擾。根據(jù)本發(fā)明，扇形天線11的數(shù)量并不限制于4個。只要是多數(shù)，可以設(shè)置為任意的數(shù)目。圖8是示出了根據(jù)實施例包括兩個扇形天線11的多天線系統(tǒng)的頂視圖。圖9是示出了根據(jù)實施例包括六個扇形天線的多天線系統(tǒng)的頂視圖。圖10是示出了根據(jù)實施例包括八個扇形天線的多天線系統(tǒng)的頂視圖。圖11是示出了根據(jù)實施例包括十二個扇形天線的多天線系統(tǒng)的頂視圖。更多的扇形天線111使得在小區(qū)中的發(fā)射容量有更小的波動和更大的發(fā)射容量。然而，更多的扇形天線11導(dǎo)致費用增加和更高的功耗。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以通過考慮這些因素而合適地確定扇形天線11的數(shù)量。在圖8到圖11中，使用結(jié)構(gòu)上類似的支撐構(gòu)件13來支撐扇形天線11 (以減少支撐構(gòu)件13的成本)，因此，圍繞支撐圓柱體12、沿著圓周41等距離地安裝扇形天線11。然而，每個扇形天線11僅需要安裝為能夠從支撐圓柱體12在俯角方向上放射性地設(shè)置最大輻射方向31。因此，每一個扇形天線11都能夠形成多邊形形狀，具有代表性的為橢圓形、正方形或長方形。根據(jù)該實施例，如圖12所示，在俯角方向上設(shè)置主瓣51，即最大輻射方向的無線電波。這可以防止主瓣51越過多天線系統(tǒng)1的小區(qū)61，到達(dá)與該小區(qū)61鄰近的小區(qū)62。 換言之，防止越區(qū)。在這種情況下，扇形天線11為定向天線，從而在仰角方向上輻射后瓣 52，即與主瓣51相對的無線電波。后瓣52的輻射強度小于主瓣51的輻射強度，從而在位于后瓣52的輻射方向上的小區(qū)上幾乎沒有波動。特別地，扇形天線11優(yōu)選具有由以下等式(1)計算的FB(Fr0nt-t0-BaCk)率為20分貝或更多的特性。FB率=201og10 (主瓣的最大值/后瓣的最大值)…(1)根據(jù)該實施例，當(dāng)上述支撐圓柱體12由金屬致成時，該支撐圓柱體12位于上述扇形天線11的后面，從而后瓣52被支撐圓柱體12反射。因此，能夠抑制后瓣52的輻射強度。已經(jīng)對本發(fā)明的該實施例做出說明。然而，本發(fā)明不限制于該實施例?？梢赃M(jìn)行本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)上的各種改變和更改。本申請要求以2009年4月16日提交的日本專利申請2009-099867為優(yōu)先權(quán)，其作為參考被完全引用。
權(quán)利要求
1.一種天線裝置，包括多個扇形天線，安裝為放射性地設(shè)置最大輻射方向，該最大輻射方向為無線電波的輻射強度為最大的方向，其中所述多個扇形天線同時發(fā)射多個相互對應(yīng)的無線信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述天線裝置，還包括支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件用于在傾斜狀態(tài)下支撐所述多個扇形天線，以便將所述最大輻射方向設(shè)置為俯角方向。
3.如權(quán)利要求2所述天線裝置，還包括用于固定所述支撐構(gòu)件的支撐圓柱體；其中所述多個扇形天線圍繞著所述支撐圓柱體沿著圓周安裝，該圓周具有所述無線電波波長的兩倍或者更大的直徑。
4.如權(quán)利要求1至3的任意一個所述的天線裝置，其中等距離地安裝所述多個扇形天線。
5.如權(quán)利要求1至4的任意一個所述的天線裝置，其中所述多個扇形天線的每一個都輻射無線電波，其中在所述多個扇形天線的水平面上的波束寬度大于或等于120度。
6.如權(quán)利要求1至5的任意一個的所述天線裝置，其中所述多個扇形天線的每一個都具有設(shè)置為大于或等于20分貝的FB率。
7.如權(quán)利要求3所述天線裝置，其中所述支撐圓柱體由金屬制成。
8.一種多天線系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一個所述的天線裝置；和連接到所述天線裝置的無線基站裝置，其中所述無線基站裝置包括配置為產(chǎn)生多個無線信號的控制單元，和配置為在所述控制單元控制下，分別將所述多個無線信號同時發(fā)送到所述多個扇形天線的發(fā)射單元。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種具有極好的性價比、能夠減少天線損耗并能夠消除無線電波干擾的天線裝置，其用于在全向小區(qū)系統(tǒng)的無線通信中，同時發(fā)射多個相互對應(yīng)的數(shù)據(jù)。所述天線裝置包括多個扇形天線(11)，所述扇形天線被安裝，以便放射性地設(shè)置無線電波的輻射強度為最大的最大輻射方向。所述多個扇形天線(11)同時發(fā)射多個相互對應(yīng)的無線信號。
文檔編號H04B7/04GK102396111SQ20108001713
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者田邊浩介 申請人:日本電氣株式會社