JP2017103592A - 基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストが増大するのを抑えつつ通信品質を向上させることが可能な基地局装置を得ること。【解決手段】基地局装置１は、ブランチ数が２の送信ダイバーシチ符号化された２系統の信号である第１の信号および第２の信号を予め決められた方向に移動する移動局に向けて送信する送信信号として生成する変調装置１０と、移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、第１の信号を送信する第１のアンテナ（アンテナ３０−１，３０−３）と、移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、第２の信号を送信する第２のアンテナ（アンテナ３０−２，３０−４）と、を備え、２本の第１のアンテナは互いに直交する偏波で第１の信号を送信し、２本の第２のアンテナは互いに直交する偏波で第２の信号を送信し、移動走路の同じ側に設置されている第１のアンテナの偏波と第２のアンテナの偏波が直交する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを用いて無線通信を行う基地局装置に関する。

列車および自動車といった、予め定められた経路上を走行する移動局と基地局とが無線通信を行うことを想定した通信システムでは、非特許文献１に記載されているように、移動局の移動経路に沿って指向性アンテナを具備した基地局を設置し、移動経路に沿った基地局アンテナビームを形成することが好適である。これにより、移動経路に沿った細長いセルを構成することができ、他システムへの干渉を抑圧しつつ、セル長を大きくすることができる。

西本浩他、"高速移動体向けミリ波リニアセルの提案"、電子情報通信学会総合大会、Ｂ−５−７７、２０１５年３月

非特許文献１に記載された技術では、移動経路を挟んだ片側にのみ基地局を設置した場合について検討されている。この非特許文献１に記載された構成では、移動局である列車または自動車のすれ違いが発生すると、車体により電波が遮蔽され、基地局が設置されている側の車線と反対側の車線を走行する移動局では基地局からの電波を受信できず、通信が断絶するおそれがある。

この問題を解決するためには、移動経路を挟んだ両側に基地局および基地局アンテナを設置すればよい。ただし、この場合、基地局および基地局アンテナの数がともに２倍となり、コストが増大する。そこで、移動経路を挟んだ両側には基地局アンテナのみを設置し、１台の基地局から同一信号を移動経路両側の基地局アンテナから送信する構成とすることにより、基地局数の増加を抑圧することができる。ただし、この場合、移動局のすれ違いがなく、１台の移動局が移動経路両側の基地局アンテナからの電波を同時に受信できるとき、移動局の位置によってはビート干渉が発生して通信品質が劣化するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストが増大するのを抑えつつ通信品質を向上させることが可能な基地局装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる基地局装置は、ブランチ数が２の送信ダイバーシチ符号化された２系統の信号である第１の信号および第２の信号を予め決められた方向に移動する移動局に向けて送信する送信信号として生成する信号生成部を備える。また、基地局装置は、移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、第１の信号を送信する２本の第１のアンテナと、移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、第２の信号を送信する２本の第２のアンテナと、を備える。基地局装置の２本の第１のアンテナは互いに直交する偏波で第１の信号を送信し、２本の第２のアンテナは互いに直交する偏波で第２の信号を送信し、移動走路の同じ側に設置されている第１のアンテナの偏波と第２のアンテナの偏波が直交する。

本発明によれば、コストが増大するのを抑えつつ通信品質を向上させることが可能な基地局装置を実現できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる基地局装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる変調装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる変調装置を実現する処理回路の一例を示す図 実施の形態１にかかるアンテナの偏波割り当ての組み合わせを示す図 実施の形態１にかかる基地局装置のアンテナ設置例を示す図 実施の形態２にかかる基地局装置の構成例を示す図 実施の形態２にかかる基地局装置のアンテナ設置例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる基地局装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる基地局装置の構成例を示す図である。基地局装置１は、信号生成部である変調装置１０およびアンテナ３０−１〜３０−４を備える。アンテナ３０−１〜３０−４は指向性アンテナであり、特定の方向にビームを形成する。アンテナ３０−１〜３０−４の指向性は固定とする。変調装置１０とアンテナ３０−１〜３０−４は信号線２０−１〜２０−４を介して接続されている。また、アンテナ３０−１〜３０−４は、図示を省略している移動局の移動走路である移動局走路４０の両側に設置されている。移動局は移動局走路４０上を双方向に、すなわち図１に示した矢印が示す左右方向に直線的に移動するものとする。なお、実際には基地局装置１は移動局から受信する信号を処理するための復調装置等を備えてよいが、以下の説明では受信側の機能ブロックを参照しないため受信側の機能ブロックを省略し、図を簡略化している。また、移動局は、偏波が直交するアンテナを少なくとも１組は備えるものとする。

図２は変調装置１０の構成例を示す図である。変調装置１０は、変調処理装置１１、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換装置１２および周波数変換装置１３を備える。

変調装置１０において、変調処理装置１１は、外部から入力された送信ビット系列に対して変調処理を実行し、送信信号を生成する。変調処理装置１１が実行する変調処理では、時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ：Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｅ）、差動時空間ブロック符号（ＤＳＴＢＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＳＴＢＣ）、空間周波数ブロック符号（ＳＦＢＣ：Ｓｐａｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｅ）、差動空間周波数ブロック符号（ＤＳＦＢＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＳＦＢＣ）などの、符号化率が１の２ブランチ送信ダイバーシチ符号化された２系統の送信信号、すなわち、ブランチ数が２の送信ダイバーシチを実現する、符号化率が１の符号化された２系統の送信信号を生成する。ここで、送信ダイバーシチを実現するための符号化方式はどうような方式でもよく、例えば、ＳＴＢＣ方式ではＡｌａｍｏｕｔｉ符号など、既存の符号化方式を用いることができる。ＤＡ変換装置１２は、変調処理装置１１から出力された変調処理後の２系統の送信信号であるデジタル信号に対してＤＡ変換を実行して２系統のアナログ信号に変換する。周波数変換装置１３は、ＤＡ変換装置１２から出力された２系統のアナログ信号を搬送波周波数の信号に周波数変換する。ＤＡ変換装置１２および周波数変換装置１３は既存の公知の技術で構成すればよい。

変調装置１０の変調処理装置１１および周波数変換装置１３は、例えば、図３に示した処理回路１００で実現することが可能である。処理回路１００は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）１０１およびその周辺回路１０２で構成されている。変調装置１０のＤＡ変換装置１２はＤＡコンバータで実現することが可能である。

信号線２０−Ｍ（Ｍ＝１〜４）は、変調装置１０の周波数変換装置１３から出力された信号をアンテナ３０−Ｍに伝送する。信号線２０−Ｍは、同軸ケーブル、光ファイバなど、信号を伝送できる有線ケーブルであれば、媒体は問わない。アンテナ３０−Ｍは、信号線２０−Ｍから入力される信号を通信相手である移動局に対して電波で送信する。ここで、本実施の形態の基地局装置１では、アンテナ３０−１およびアンテナ３０−２を一対の組、アンテナ３０−３およびアンテナ３０−４を一対の組とし、各アンテナ組は、移動局走路４０を挟み、移動局走路４０の両側に、すなわち移動局の移動方向に直交する方向の異なる端部に、設置される。移動局走路４０の同じ側に設置される、アンテナ３０−１およびアンテナ３０−２のアンテナ組は物理的に異なる２つのアンテナでもよいし、偏波共用アンテナのように１つの筐体に実装されるアンテナでもよい。同様に、アンテナ３０−３およびアンテナ３０−４のアンテナ組は物理的に異なる２つのアンテナでもよいし、偏波共用アンテナのように１つの筐体に実装されるアンテナでもよい。

また、周波数変換装置１３は、ＤＡ変換装置１２から入力されるアナログ信号を、ＤＡ変換装置１２から入力される信号の周波数より高く、かつ搬送波周波数より低い中間周波数に変換し、アンテナ３０−Ｍが中間周波数のアナログ信号を搬送波周波数に周波数変換後、電波で送信する構成としてもよい。あるいは、ＤＡ変換装置１２および周波数変換装置１３を変調装置１０ではなくアンテナ３０−Ｍが備えることとし、信号線２０−Ｍは変調処理装置１１で生成されたデジタル信号を伝送する構成としてもよい。

次に、アンテナ３０−Ｍで送信する送信信号について説明する。基地局装置１において、変調装置１０は、生成した２系統の送信信号の一方を信号線２０−１および２０−３へ出力し、他方を信号線２０−２および２０−４へ出力する。すなわち、変調装置１０で生成された２系統の送信信号の一方である第１の信号は第１のアンテナであるアンテナ３０−１および３０−３へ入力され、他方である第２の信号は第２のアンテナであるアンテナ３０−２および３０−４へ入力される。したがって、２本の第１のアンテナであるアンテナ３０−１および３０−３から同一の信号（２系統の送信信号の一方）が送信され、２本の第２のアンテナであるアンテナ３０−２および３０−４から同一の信号（２系統の送信信号の他方）が送信される。

続いて、アンテナ３０−Ｍの偏波について、図４を用いて説明する。図４は、アンテナ３０−Ｍの各々に対する偏波割り当ての組み合わせを示す図である。図４に示したように、移動局走路４０の同じ側に設置されるアンテナ３０−１およびアンテナ３０−２は互いに直交した偏波を使用する。同様に、アンテナ３０−３およびアンテナ３０−４は互いに直交した偏波を使用する。また、アンテナ３０−１およびアンテナ３０−４を同一偏波とし、アンテナ３０−２およびアンテナ３０−３を同一偏波とする。例えば、アンテナ３０−１〜３０−４を直線偏波アンテナとし、アンテナ３０−１の偏波を垂直偏波とした場合、アンテナ３０−２の偏波は水平偏波、アンテナ３０−３の偏波は水平偏波、アンテナ３０−４の偏波は垂直偏波となる。これは、図４の偏波割当例１に示した組み合わせである。アンテナ３０−Ｍの偏波割り当てのその他の組み合わせとしては、図４の偏波割当例２〜４に示した組み合わせが挙げられる。偏波割当例２は、アンテナ３０−１および３０−４の偏波が水平偏波、アンテナ３０−２および３０−３の偏波が垂直偏波の組み合わせである。偏波割当例３および４はアンテナ３０−１〜３０−４を円偏波アンテナとした場合の偏波割り当ての例である。偏波割当例３は、アンテナ３０−１および３０−４の偏波が右旋偏波、アンテナ３０−２および３０−３の偏波が左旋偏波の組み合わせ、偏波割当例４は、アンテナ３０−１および３０−４の偏波が左旋偏波、アンテナ３０−２および３０−３の偏波が右旋偏波の組み合わせである。

したがって、変調装置１０で生成される２系統の送信信号をそれぞれ送信信号系統１および送信信号系統２とし、アンテナ３０−１およびアンテナ３０−４の偏波を偏波Ａ、アンテナ３０−２およびアンテナ３０−３の偏波を偏波Ａと直交する偏波Ｂとすると、移動局走路４０を挟んで設置される片側のアンテナ組からは送信信号系統１が偏波Ａで、送信信号系統２が偏波Ｂで送信され、もう片側のアンテナ組からは送信信号系統１が偏波Ｂで、送信信号系統２が偏波Ａで送信される。このように、送信信号系統１（第１の信号）は、移動局走路４０の両側に設置されたアンテナ３０−１および３０−３（第１のアンテナ）から互いに直交する偏波で送信され、送信信号系統２（第２の信号）は、移動局走路４０の両側に設置されたアンテナ３０−２および３０−４（第２のアンテナ）から互いに直交する偏波で送信される。また、移動局装置４０の同じ側に設置された２本のアンテナは互いに直交する偏波で信号を送信する。図示を省略した移動局は、偏波Ａのアンテナと偏波Ｂのアンテナとを１組とする少なくとも１組のアンテナを備え、偏波Ａおよび偏波Ｂのそれぞれで、送信信号系統１と送信信号系統２とが重畳された信号を受信する。

以上説明したように、本実施の形態にかかる基地局装置１は、２ブランチ送信ダイバーシチ符号化により２系統の送信信号を生成する変調装置と、偏波が直交する２本の偏波アンテナを１組とした２組のアンテナ組とを備え、この２組のアンテナ組を移動局の移動経路である移動局走路４０の両側に１組ずつ設置している。また、基地局装置１は、２系統の送信信号を各アンテナ組から送信し、このとき、同一系統の送信信号を、移動経路の左右両側のアンテナから互いに直交する偏波で送信することとした。これにより、移動局のすれ違いがなく移動局と移動経路左右両側のアンテナとが見通し内環境、すなわち移動局と各アンテナとの間に他の移動局などの遮蔽物が存在しない状態にある場合のビート干渉を抑圧でき、基地局装置１における変調装置１０とアンテナ３０−１〜３０−４とを接続する信号線２０−１〜２０−４およびアンテナ３０−１〜３０−４を除く装置の増加を抑圧しつつ、送信ダイバーシチ効果を得ることができる。よって、基地局装置１のコストが増大するのを抑えつつ通信品質を向上させることができる。

また、アンテナ３０−Ｍを直線偏波アンテナ、すなわちアンテナ３０−Ｍの偏波を図４に示した偏波割当例１または２に示した組み合わせの直線偏波とし、アンテナ３０−Ｍの各々を適宜傾けて設置してもよい。具体的には、アンテナの指向性方向を回転軸として、アンテナ３０−Ｍの各々を、垂直に設置した状態から４５度傾けた状態で設置してもよい。すなわち、アンテナ３０−Ｍの各々から放射される各電波の偏波面が水平面に対して４５度となるようにアンテナ３０−Ｍを傾けて設置してもよい。このとき、図５に示すように、各アンテナ３０−Ｍを傾ける方向は全て同一とする。また、移動局が備えるアンテナも同様に４５度傾けるものとする。

一般的に、降雨による電波減衰量は垂直偏波より水平偏波の方が大きい。これは、空気中の雨粒は水平方向に潰れた形状となっているからである。図５に示したように垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナとを同一方向に４５度傾けて設置することで、各アンテナから放射される電波の偏波面が水平方向に対して４５度傾いた状態となり、降雨時の偏波間による電波減衰量の差をなくすことができる効果を併せて得ることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかる基地局装置の構成例を示す図である。基地局装置１ａは、実施の形態１で説明した図１に記載の基地局装置１が備えているアンテナ３０−１〜３０−４をアンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４に置き換えたものである。本実施の形態では実施の形態１と異なる部分について説明し、実施の形態１と同じ部分については説明を省略する。

基地局装置１ａのアンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４の設置位置は、実施の形態１にかかる基地局装置１のアンテナ３０−１〜３０−４と同様とする。すなわち、アンテナ３０ａ−１およびアンテナ３０ａ−２を一対の組、アンテナ３０ａ−３およびアンテナ３０ａ−４を一対の組とし、各アンテナ組は、移動局走路４０を挟み、移動局走路４０の両側に設置される。移動局走路４０の同じ側に設置されるアンテナ３０ａ−１と３０ａ−２とは物理的に異なる２つのアンテナでもよいし、偏波共用アンテナのように１つの筐体に実装されるアンテナでもよい。同様に、アンテナ３０ａ−３と３０ａ−４とは物理的に異なる２つのアンテナでもよいし、偏波共用アンテナのように１つの筐体に実装されるアンテナでもよい。

第１のアンテナであるアンテナ３０ａ−１およびアンテナ３０ａ−３は変調装置１０で生成された２系統の送信信号の一方を電波で送信し、第２のアンテナであるアンテナ３０ａ−２およびアンテナ３０ａ−４は変調装置１０で生成された２系統の送信信号の他方を電波で送信する。ここで、アンテナ３０ａ−１およびアンテナ３０ａ−２は互いに直交した偏波を使用し、アンテナ３０ａ−３およびアンテナ３０ａ−４は互いに直交した偏波を使用する。また、アンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４の各々を同じ向きとしたときにアンテナ３０ａ−１およびアンテナ３０ａ−３が同一偏波となり、アンテナ３０ａ−２およびアンテナ３０ａ−４が同一偏波となるものにする。ただし、アンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４が使用する偏波を直線偏波に限定する。また、本実施の形態にかかる基地局装置１ａでは、アンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４を、放射される電波が垂直偏波または水平偏波となる位置を基準とし、アンテナの指向性方向を回転軸として４５度傾けて設置する。すなわち、アンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４の各々から放射される各電波の偏波面が水平面に対して４５度となるようにアンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４を傾けて設置する。このとき、図７に示すように、アンテナ３０ａ−１およびアンテナ３０ａ−２の組と、アンテナ３０ａ−３およびアンテナ３０ａ−４の組の回転方向すなわち傾ける方向を逆にする。具体的には、アンテナ３０ａ−１およびアンテナ３０ａ−２の組を右方向（時計回り）に４５度傾けて設置する場合は、アンテナ３０ａ−３およびアンテナ３０ａ−４の組を左方向（反時計回り）に４５度傾けて設置する。各アンテナを傾ける方向はこの逆であってもよい。また、アンテナ３０ａ−１およびアンテナ３０ａ−２の組を左方向に４５度傾けて設置する場合は、アンテナ３０ａ−３およびアンテナ３０ａ−４の組を右方向に４５度傾けて設置する。

図７に示したようにアンテナ３０ａ−１から３０ａ−４を傾けて設置することにより、アンテナ３０ａ−１から放射される電波の偏波面とアンテナ３０ａ−３から放射される電波の偏波面とが直交し、アンテナ３０ａ−２から放射される電波の偏波面とアンテナ３０ａ−４から放射される電波の偏波面とが直交する。

このように、本実施の形態にかかる基地局装置１ａでは、実施の形態１にかかる基地局装置１とは異なり、２系統の送信信号である送信信号系統１および送信信号系統２の各々を、移動局の移動経路の左右両側の直線偏波アンテナから同一の偏波で送信することとし、また、送信信号系統１を送信する偏波および送信信号系統２を送信する偏波を互いに直交する偏波とし、移動経路左右両側の直線偏波アンテナを、指向性方向を回転軸として移動経路左右両側のアンテナの回転方向が反対方向となるように４５度傾けて設置することとした。

以上の構成とすることでも、実施の形態１と同様に、移動局のすれ違いがなく移動局と移動経路左右両側の基地局アンテナが見通し内環境にある場合のビート干渉を抑圧でき、基地局装置１ａにおける変調装置１０とアンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４とを接続する信号線２０−１〜２０−４およびアンテナ３０ａ−１〜３０ａ−４を除く装置の増加を抑圧しつつ、送信ダイバーシチ効果を得ることができるとともに、降雨時の偏波間による電波減衰量の差をなくすことができる。

以上のように、本発明にかかる基地局装置は、送信ダイバーシチを行う無線通信に有用であり、特に、予め定められた経路上を移動する移動局との無線通信に適している。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１ａ 基地局装置、１０ 変調装置、１１ 変調処理装置、１２ ＤＡ変換装置、１３ 周波数変換装置、２０−１〜２０−４ 信号線、３０−１〜３０−４，３０ａ−１〜３０ａ−４ アンテナ、４０ 移動局走路、１００ 処理回路、１０１ ＦＰＧＡ、１０２ 周辺回路。

Claims (5)

1. ブランチ数が２の送信ダイバーシチ符号化された２系統の信号である第１の信号および第２の信号を予め決められた方向に移動する移動局に向けて送信する送信信号として生成する信号生成部と、
   前記移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、前記第１の信号を送信する２本の第１のアンテナと、
   前記移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、前記第２の信号を送信する２本の第２のアンテナと、
   を備え、
   前記２本の第１のアンテナは互いに直交する偏波で前記第１の信号を送信し、
   前記２本の第２のアンテナは互いに直交する偏波で前記第２の信号を送信し、
   前記移動走路の同じ側に設置されている前記第１のアンテナの偏波と前記第２のアンテナの偏波が直交する、
   ことを特徴とする基地局装置。
2. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナを直線偏波アンテナとすることを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナを円偏波アンテナとすることを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
4. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナの各々から放射される各電波の偏波面が水平面に対して４５度となるよう、指向性方向を回転軸として同一方向に傾けて設置されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。
5. ブランチ数が２の送信ダイバーシチ符号化された２系統の信号である第１の信号および第２の信号を予め決められた方向に移動する移動局に向けて送信する送信信号として生成する信号生成部と、
   前記移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、前記第１の信号を送信する２本の第１のアンテナと、
   前記移動局の移動走路の両脇にそれぞれ設置され、前記第２の信号を送信する２本の第２のアンテナと、
   を備え、
   前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナを直線偏波アンテナとし、
   前記第１のアンテナの各々は指向性方向を回転軸として異なる方向に傾けて設置され、
   前記第２のアンテナの各々は指向性方向を回転軸として異なる方向に傾けて設置され、
   前記移動走路の同じ側に設置されている前記第１のアンテナの偏波と前記第２のアンテナの偏波は直交し、
   前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナの各々から放射される各電波の偏波面が水平面に対して４５度の傾きを有する、
   ことを特徴とする基地局装置。

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