专利名称：天线装置和多天线系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及从多个天线同时发射多个相互对应的无线信号的天线装置，以及多天线系统。
背景技术：
对于无线通信来说，存在将通信区域划分为多个小区(区域)并为每一个小区定位基站的通信系统。该通信系统包括全向小区系统和扇形小区系统。根据全向小区系统， 安装有作为无方向天线的全向天线，并且无线电波从该全向天线向所有方向辐射。根据扇形小区系统，一个小区被从中心划分为多个扇形小区，并且为每一个扇形小区安装作为定向天线的扇形天线。换句话说，所述扇形小区系统通过对每一不同的扇形小区使用一个小区来进行无线通信。近年来，对于无线通信，提出MIMO(多入多出)作为增加发射容量或提高发射可靠性的技术。在MIMO中，在发射方和接收方都安装多个天线，并且从发射方的多个天线同时发射多个相互对应的无线信号，从而由接收方的多个天线接收。例如，当由多个无线信号指示的数据的内容相互不同时，来自发射方的天线的无线信号的同时发射使得发射容量增加。当由多个无线信号指示的数据的内容相似时，同时发射来自发射方天线的无线信号以便由接收方合适地处理所接收的信号，可以使得发射可靠性提高。图IA和IB示出了用于MIMO无线通信的全向天线的安装结构的实例。图IA为示出了全向天线的安装结构的实例的顶视图，而图IB为示出了全向天线的安装结构的示例透视图。如图IA所示，与无线基站装置(未示出)一起构成多天线系统的四个全向天线 101绕着支撑圆柱体102沿圆周301等距离地安装。如图IB所示，每一个全向天线101由从支撑圆柱体102凸起的支撑构件103所支撑。从每一个全向天线101，由所述无线基站装置产生并且在数据内容上不同的多个无线信号被天线波束201同时发射。图2示出了模拟图IA和图IB中所示的多天线系统的发射容量特性的结果。图2 示出了当包括两个天线的终端(未示出)接收天线波束201时的模拟结果。当由终端的两个天线接收的信号在相位或幅度上不相关时，100%的发射容量表示理想的理论极限值， 即，大约为8. lbps/Hz。如图2所示，当使用全向天线时，在小区中的发射容量中具有仅存在有限波动的特性。在为每一个小区安装天线的诸如全向小区系统或扇形小区系统的通信系统中，当无线电波从另一个小区到达一个小区(即，越区)的现象发生时，假如在小区之间使用相同的频率，就会发生在另一个小区中产生无线电波干扰以致不能准确地进行无线信号发送的问题。为了防止这样的无线电波干扰，存在两个方案，即，电子倾斜和机械倾斜。电子倾斜是通过由包含在天线中的移相器的反馈电路来偏移功率反馈相位，从而将无线电波辐射方向调整为俯角方向的方案，由此防止在小区外的无线电波的辐射。机械倾斜是通过将天线自身在俯角方向倾斜来防止小区外的无线电波辐射的方案。例如，在例如专利文献1中公开了使用机械倾斜作为无线电波干扰防止方案的天线装置。在专利文献1中公开的天线装置中，以沿着围绕垂直方向的圆锥体的侧表面倾斜的状态，安装多个天线。引用列表专利文献专利文献1 日本专利公开JP2001-339237A
发明内容
要解决的问题使用电子倾斜作为无线电波干扰防止方案使得通过使用反馈电路来偏移功率反馈相位的复合电路结构成为必要。因此，天线损耗要比使用机械倾斜时的更大，从而导致成本增加。在使用扇形小区天线的扇形小区系统中，电子倾斜和机械倾斜均可以用作无线电波干扰防止方案，因此可以通过选择机械倾斜来解决该问题。然而，在如图IA和IB中所示的全向小区系统的多天线系统中，全向天线的使用抑制了机械倾斜作为无线电波干扰防止方案的使用。这是因为由于全向天线在所有方向上辐射相同的无线电波，当全向天线自身向在俯角方向上倾斜时，一部分无线电波在仰角方向上辐射，并且该无线电波导致上述无线电波干扰。因此，本发明的一个目的在于在用于同时发射多个相互对应的数据的全向小区系统的无线通信中，提供具有极好的性价比、并且能够减小天线损耗和防止无线电波干扰的天线装置，以及多天线系统。解决问题的方案为了实现本发明的目的，天线装置包括安装为放射性地设置最大辐射方向的多个扇形天线，该最大辐射方向为无线电波的辐射强度为最大的方向。该多个扇形天线同时发射多个相互对应的无线信号。为了实现本发明的目的，上述多天线系统包括上述天线装置，和连接到该天线装置的无线基站装置。该无线基站装置包括配置为产生多个无线信号的控制单元，和发射单元，其配置为在所述控制单元的控制下同时将所述多个无线信号分别发送到多个扇形天线。发明效果根据本发明，可以通过使用多个扇形天线以伪方式创建全向小区系统的无线通信环境。扇形天线的使用使得能够使用机械倾斜作为无线电波干扰防止方案。因此，所述天线装置具有极好的性价比，并以较低的天线损耗来防止无线电波干扰。
图IA和IB为每一个都示出了用于通过MIMO无线通信的全向天线的安装结构的示例的图；图2为示出了模拟在图IA和IB中所示的多天线系统的发射容量特性的结果的图；图3为示出了根据实施例的多天线系统的结构的图；图4为示出根据该实施例的扇形天线的安装结构的顶视图；图5为示出根据该实施例由支撑构件支撑的扇形天线的状态的图6为示出了模拟根据该实施例的多天线系统的发射容量特性的结果的图；图7为示出了根据该实施例，在多天线系统中，当无线电波的波束宽度改变时，模拟发射容量特性的结果的图；图8为示出了根据实施例的包括两个扇形天线的多天线系统的顶视图9为示出根据实施例的包括六个扇形天线的多天线系统的顶视图10为示出根据实施例的包括八个扇形天线的多天线系统的顶视图11为示出了根据实施例的包括十二个扇形天线的多天线系统的顶视图
图12为示出了越区的示例性原理视图。
参考标号的说明
1多天线系统
10天线装置
11扇形天线
12、102支撑圆柱体
13、103支撑构件
20无线基站装置
21发射单元
22控制单元
30、201天线波束
31最大辐射方向
32波束宽度
41,301圆周
51主瓣
52后瓣
61,62小区
101全向天线
具体实施例方式下文中，将参照
根据本发明的实施例的多天线系统。根据本发明的多天线系统可以代替通过MIMO执行无线通信的全向天线系统的多天线系统来使用。图3示出了根据该实施例的多天线系统的配置。根据该实施例的该多天线系统包括天线装置10和连接到该天线装置10的无线基站装置20。首先，对所述天线装置10进行说明。如图3所示，天线装置10包括4个用于辐射天线波束30的扇形天线11、在垂直方向(ζ-轴方向)上安装的支撑圆柱体12以及从该支撑圆柱体12上突起以支撑上述扇形天线11的支撑构件13。图4是示出上述扇形天线11的安装结构的顶视图。如图4所示，4个扇形天线11 围绕上述支撑圆柱体12沿着圆周41等距离地安装，以便能够从支撑圆柱体12放射性地设置在水平面(xy平面)上无线电波的辐射强度为最大的最大辐射方向31。优选地，圆周41 的直径Φ足够长，以便减小从扇形天线11辐射的无线电波之间的相关。然而，就安装位置或安装的费用而言，优选短的直径Φ。由于这些原因，该直径Φ优选被设置为从每个扇形天线11辐射的无线电波的波长的2倍到10倍的范围内。根据该实施例，该直径Φ大约为所述波长的4倍。从每个扇形天线11辐射的无线电波的波束宽度32是120度。该波束宽度为基于最大的辐射方向的无线电波的传播的量度。由处于从垂直方向倾斜的状态下的支撑构件13来支撑每一个扇形天线11，以便相对于水平面，在俯角方向上设置所述最大辐射方向31。每一个扇形天线11相对于与垂直方向的角度θ (参见图幻被设置为能够抑制在小区之外的天线波束30的辐射。特别地， 将该角度θ合适地设置在2度到20度的范围内。接下来，将对上述无线基站装置20进行说明。如图3所示，无线基站装置20包括发射单元21和控制单元22。在无线基站装置20中，控制单元22产生数据内容不同的多个无线信号。特别地，该控制单元22以不同的信号阵列发射该多个无线信号。该控制单元22 还具有产生在数据内容上相似的多个相似无线信号的功能。在这种情况下，该控制单元22 使用空时编码产生无线信号，所述空时编码为时间维和空间维被编码的编码方式。在信号产生以后，该控制单元22将所产生的多个无线信号传送到发射单元21。在控制单元22的控制下，发射单元21同时将来自控制单元21的多个无线信号分别发送到扇形天线11。然后，上述扇形天线11通过天线波束30同时发射该多个无线信号。图6示出了模拟多天线系统1的发射容量特性的结果。图6示出了当包括两个天线的终端(未示出)接收天线波束30时的模拟结果。在图6中，示出相对于多天线系统1 的小区中心而形成的角度0、90、180和-90。换句话说，在图6中，小区中的位置对应于角度坐标。在图6中，100%的发射容量表示在如图2中示出的情形下的理论极限值，即大约 8.lbps/Hz。从图6与图2的比较可以理解，多天线系统1具有与用于如图1所示全向小区系统的无线通信类似的发射容量特性。换句话说，多天线系统1可以以伪方式创建如图1中所示的全向小区系统的无线通信环境。图7是示出了当在多天线系统1中的天线波束30的波束宽度31改变时，模拟发射容量特性的结果的图。在图7中，水平轴表示天线波束30的波束宽度31，而垂直轴表示发射容量。在图7中，最小值为小区中的发射容量的最小值，而平均值为小区中的发射容量的平均值。如图7所示，当波束宽度31变得等于或大于120度时，多天线系统1具有与用于如图1中所示的全向小区系统的无线通信类似的发射容量特性。根据该实施例，使用该扇形天线11能够通过机械倾斜防止无线电波干扰。因此， 能够以极好的性价比和较低的天线损耗防止无线电波干扰。根据本发明，扇形天线11的数量并不限制于4个。只要是多数，可以设置为任意的数目。图8是示出了根据实施例包括两个扇形天线11的多天线系统的顶视图。图9是示出了根据实施例包括六个扇形天线的多天线系统的顶视图。图10是示出了根据实施例包括八个扇形天线的多天线系统的顶视图。图11是示出了根据实施例包括十二个扇形天线的多天线系统的顶视图。更多的扇形天线111使得在小区中的发射容量有更小的波动和更大的发射容量。然而，更多的扇形天线11导致费用增加和更高的功耗。因此，根据本发明，可以通过考虑这些因素而合适地确定扇形天线11的数量。在图8到图11中，使用结构上类似的支撑构件13来支撑扇形天线11 (以减少支撑构件13的成本)，因此，围绕支撑圆柱体12、沿着圆周41等距离地安装扇形天线11。然而，每个扇形天线11仅需要安装为能够从支撑圆柱体12在俯角方向上放射性地设置最大辐射方向31。因此，每一个扇形天线11都能够形成多边形形状，具有代表性的为椭圆形、正方形或长方形。根据该实施例，如图12所示，在俯角方向上设置主瓣51，即最大辐射方向的无线电波。这可以防止主瓣51越过多天线系统1的小区61，到达与该小区61邻近的小区62。 换言之，防止越区。在这种情况下，扇形天线11为定向天线，从而在仰角方向上辐射后瓣 52，即与主瓣51相对的无线电波。后瓣52的辐射强度小于主瓣51的辐射强度，从而在位于后瓣52的辐射方向上的小区上几乎没有波动。特别地，扇形天线11优选具有由以下等式(1)计算的FB(Fr0nt-t0-BaCk)率为20分贝或更多的特性。FB率=201og10 (主瓣的最大值/后瓣的最大值)…(1)根据该实施例，当上述支撑圆柱体12由金属致成时，该支撑圆柱体12位于上述扇形天线11的后面，从而后瓣52被支撑圆柱体12反射。因此，能够抑制后瓣52的辐射强度。已经对本发明的该实施例做出说明。然而，本发明不限制于该实施例。可以进行本领域技术人员所知的在本发明的结构和细节上的各种改变和更改。本申请要求以2009年4月16日提交的日本专利申请2009-099867为优先权，其作为参考被完全引用。
权利要求
1.一种天线装置，包括多个扇形天线，安装为放射性地设置最大辐射方向，该最大辐射方向为无线电波的辐射强度为最大的方向，其中所述多个扇形天线同时发射多个相互对应的无线信号。
2.根据权利要求1所述天线装置，还包括支撑构件，该支撑构件用于在倾斜状态下支撑所述多个扇形天线，以便将所述最大辐射方向设置为俯角方向。
3.如权利要求2所述天线装置，还包括用于固定所述支撑构件的支撑圆柱体；其中所述多个扇形天线围绕着所述支撑圆柱体沿着圆周安装，该圆周具有所述无线电波波长的两倍或者更大的直径。
4.如权利要求1至3的任意一个所述的天线装置，其中等距离地安装所述多个扇形天线。
5.如权利要求1至4的任意一个所述的天线装置，其中所述多个扇形天线的每一个都辐射无线电波，其中在所述多个扇形天线的水平面上的波束宽度大于或等于120度。
6.如权利要求1至5的任意一个的所述天线装置，其中所述多个扇形天线的每一个都具有设置为大于或等于20分贝的FB率。
7.如权利要求3所述天线装置，其中所述支撑圆柱体由金属制成。
8.一种多天线系统，包括根据权利要求1至7的任意一个所述的天线装置；和连接到所述天线装置的无线基站装置，其中所述无线基站装置包括配置为产生多个无线信号的控制单元，和配置为在所述控制单元控制下，分别将所述多个无线信号同时发送到所述多个扇形天线的发射单元。
全文摘要
本发明的目的是提供一种具有极好的性价比、能够减少天线损耗并能够消除无线电波干扰的天线装置，其用于在全向小区系统的无线通信中，同时发射多个相互对应的数据。所述天线装置包括多个扇形天线(11)，所述扇形天线被安装，以便放射性地设置无线电波的辐射强度为最大的最大辐射方向。所述多个扇形天线(11)同时发射多个相互对应的无线信号。
文档编号H04B7/04GK102396111SQ20108001713
公开日2012年3月28日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年4月16日
发明者田边浩介 申请人:日本电气株式会社