移動通信における直交偏波共用基地局アンテナ技術とシステム評価

(1)

解説論文

移動通信における直交偏波共用基地局アンテナ技術とシステム評価

中野雅之

^†^a)

新井宏之

^††

Orthogonal Polarization Base Station Antenna Technology at Cellular Systems and System Evaluation

Masayuki NAKANO

^†^a)

and Hiroyuki ARAI

^††

あらまし移動通信システムは当初自動車電話の形態では垂直偏波のみが採用されてきたが，携帯端末の形態から直交偏波が利用されるようになった．具体的にダイバーシチから始まりMIMOにも事実上標準で使われるようになっている．本論文では，これらの直交偏波技術を用いた無線基地局アンテナ及びシステムについて，いくつかの適用例とその効果について解説する．

キーワード直交偏波，ダイバーシチ，MIMO，基地局アンテナ

1.

^{まえがき}

携帯電話の契約数が国内人口を超え，そしてスマートフォンの台頭により通信トラヒックが急増している．

一方，電波は有限であるため，無線周波数の有効利用の重要性はますます高くなっている．その中でも無線基地局アンテナは，同一周波数繰返しセルを圏外や弱電界を発生させることなく，かつ干渉電力を低減し高いスループットのエリアを提供する極めて重要な役割を担っている．今までに

IMT-2000

方式の基地局アンテナ設計についての報告

[1]

，携帯電話と

PHS

用アンテナシステムの解説

[2]

，次世代移動通信の基地局・端末アンテナ技術についての解説がある

[3]

．

無線周波数を有効に利用する手段として，直交偏波の利用が考えられる．過去からまた現在にわたって代表的な直交偏波の利用として，固定マイクロ通信において垂直偏波と水平偏波にそれぞれ別の情報を流して伝送容量を拡大する方式

[4]

や，衛星通信における送信と受信で右旋円偏波と左旋円偏波を使い分ける方式

[5]

や，衛星放送でも隣接国で混信を防ぐために直

†（株）KDDI研究所，ふじみ野市

KDDI R&D Laboratories Inc. 2–1–15 Ohara, Fujimino-shi, 356–8502 Japan

††横浜国立大学大学院，横浜市

Graduate School of Engineering, Yokohama National Uni- versity, Yokohama-shi, 240–8501 Japan

a) E-mail: [email protected]

交円偏波を使い分けることなどがある．また，移動通信や

PHS

向けの無線エントランス回線に，直交偏波を用いて伝送特性を評価した例もある

[6], [7]

．一方，

移動通信では，自動車電話システムとして開始され，

垂直偏波の利用を前提とした

[8]

．自動車電話システムにおける移動局用アンテナは，垂直に設置された垂直偏波を励振する車載用トランクリッドアンテナ

[9]

を，

無線基地局では垂直偏波を励振するダイポール素子を用いたアレーアンテナが利用されてきた．その結果，

無線基地局での上り受信品質を改善するダイバーシチ受信技術には，垂直偏波を利用する空間ダイバーシチ

（

Space Diversity: SD

）方式が採用された．直交偏波ダイバーシチ（

Polarization Diversity: PD

）方式は，

鉛直方向に設置された自動車電話用アンテナからの放射では，垂直偏波が支配的であるため，ダイバーシチ利得が

SD

受信方式と比較して，都心部で

1 dB

，開放地で約

4 dB

低くなるとされ

[10]

，結果として普及には至らなかった．

一方，

1990

年代から携帯端末が登場し，端末の小形化が進んだ．携帯端末の通話形態ではきょう体とアンテナが約

60

度傾くとされ

[11]

，そのため水平偏波が強く励振され，従来と比較して電波伝搬構造が大きく変化すると考えられた．そこで無線基地局では上り回線のこの水平偏波成分を受信することで通信品質を向上する

PD

受信方式について改めて評価がなされ，その結果，従来の

SD

受信方式と同等以上の効果がある

(2)

ことが分かった（例えば

[12]

〜

[14]

）．このように自動車電話では効果がないとされた

PD

受信について見直しがされた．実際に携帯端末側で垂直偏波よりも水平偏波が強く励振されることが，実人体と人体ファントムを用いて確認されている

[15]

．その結果，多くの種類の基地局用偏波ダイバーシチアンテナが開発・採用され，現在の移動通信システムでは事実上，必須の技術となっている．

本論文では，この直交偏波技術に焦点をあて，直交偏波技術を用いた無線基地局アンテナ及びシステムについて，いくつかの適用例とその効果について解説する．

2.

では，直交偏波を用いたアンテナ技術と，直交偏波の電波伝搬に関する研究，更に直交偏波を用いたシステム応用についての研究動向を記す．次に

3.

^では，

第

2/3

世代以降，現在まで広く利用されている基地局用直交偏波ダイバーシチアンテナについて紹介し，そのアンテナを用いたシステム応用技術について報告する．具体的には

CDMA

システムに適用し，システム的な評価を行った例と，高速データ移動通信システムにおいて，基地局間で送信偏波面を変えた場合の直交偏波マクロダイバーシチ送信の評価例を紹介する．そして

4.

では，低トラヒック地域でのエリア拡大に有効な直接中継型リピータシステムにおいて，直交偏波技術を適用した高アイソレーションアンテナについて紹介し，送受信間のアイソレーションを改善・屋外環境にて検証した例を説明する．また

5.

では直交偏波技術の将来展望として，

2

ブランチを超える

MIMO

（

Multiple-Input Multiple-Output

）基地局アンテナの構成や効果的にエリアを拡大するための送受信フロントエンド内蔵直交偏波共用アンテナについて述べる．

最後にまとめを述べる．

2.

直交偏波技術の研究動向

本章では，直交偏波技術を用いた基地局アンテナ，

電波伝搬，システム応用についての研究動向を記す．

はじめに，無線基地局用直交偏波偏波ダイバーシチアンテナの報告例として，セクタビーム用

[16]

〜

[20]

，オムニ指向性用

[21]

〜

[23]

，

800 MHz

帯と

2 GHz

帯などで動作するマルチバンド用として

[24]

〜

[28]

などが挙げられる．また，

PHS

用

1.9 GHz

帯において，垂直偏波と水平偏波の無指向性アンテナをそれぞれ別々に配置することにより

PD

を構成した報告がある

[29]

．

150 MHz

帯業務用移動通信用の偏波ダイバーシチア

図1 偏波ダイバーシチアンテナのアレー構成方法 Fig. 1 Array conﬁguration of polarization diversity

antenna.

ンテナの報告

[30]

などもある．これらのアンテナの直交偏波の構成は，主に図

1

に示すように，

(a)

鉛直方向に垂直偏波と水平偏波を並べるもの，

(b)

直交偏波共用素子を構成し，それらを鉛直に配列するものがある．直交偏波共用素子の場合は垂直

/

水平偏波以外に

± 45

度斜め偏波の直交偏波が利用されることがある．

(a)

では，垂直偏波素子と水平偏波素子をそれぞれ個別にチューニングできるため自由度が高いが，反面，

構造が複雑となる．

(b)

では共用素子のため，構造が簡単であるが，パラメータが直交偏波間において共通であり，チューニングの自由度が小さく高性能を実現しにくいという特徴がある．また周波数共用アンテナとして，

(c)

に示すように低い周波数帯の間に高い周波数帯の直交偏波素子を並べる構成が採用されている．

この場合，単周波に比べて，周波数間の結合軽減やアレー化のための素子間隔の最適化などの課題により設計の難易度はかなり上昇する．

一方，セルラーシステムのエリアは屋外だけでなく，

屋内や地下街も重要である．従来より，垂直偏波専用として，例えば

3

周波数に対応した屋内アンテナ

[31]

などの多くの報告がある．屋内用の直交偏波アンテナとしては，オムニエリア用

[32]

などが報告されている．

一方，屋内・地下街などの空間が通路に沿って直線上に拡がる場合では，無指向性よりも双指向性をもたせた方がエリア構築の面で有効である

[33]

．そこで垂直，

水平偏波素子を内蔵してダイバーシチブランチとして使用することができ，

SD

方式に比べ設置本数を半減することが可能な，低姿勢で双指向性，偏波間結合量特性が良好な屋内用偏波共用双指向性アンテナについても報告されている

[34], [35]

．

また，直交偏波アンテナが着目されるにつれて，直

(3)

交偏波に関する電波伝搬の研究も盛んに行われるようになった．古くは

1980

年代に市街地における交差偏波発生要因の検討

[36], [37]

があったが，近年，広帯域移動伝搬における交差偏波識別度に関する研究

[38]

や，市街地における偏波の広がり特性などの研究がある．今井らは伝搬路の偏波方向に対する電力プロファイルを提案し，市街地マクロセル環境の実測データから分析した結果を明らかにしている

[39]

．

続いて，直交偏波アンテナ技術を用いたシステムへの研究も進められている

[40], [41]

．

CDMA

方式への適用

[42], [43]

や藤井らによる

CDMA

方式での送信偏波切換のダイバーシチ評価

[44], [45]

，アダプティブアレーや

SDMA

への応用に関する研究がある

[46]

〜

[49]

．

そして，近年，これまではマルチパス干渉による補償技術として直交偏波技術が利用されてきたが，更に通信容量を拡大するために

MIMO

技術が着目され，無線基地局ではこの直交偏波ダイバーシチアンテナを利用した直交偏波

MIMO

の研究が報告されている

[50]

．また

± 45

度偏波を用いた

MIMO

の多重モードとダイバーシチモードについてシンボルエラーレートでの評価を行われている

[51]

．

更に

OFDMA

を用いたモバイル

WiMAX [52]

や

LTE [53]

システムに適用した研究が盛んになっている．

特に

2 MIMO

の研究が進められている

[54]

．例えば，西森らは実環境において，基地局側にて最大

8

ブランチを構成し，垂直偏波の空間

MIMO

図2 直交偏波基地局アンテナ技術の変遷と発展

Fig. 2 Changes and development of orthogonal polarization base station antenna technology.

（

= VV-MIMO

），直交偏波

MIMO

（

= VH-MIMO

），直交

±45

度偏波

-MIMO

のチャネル容量を評価し，特にブランチ数が少ない場合に直交偏波

MIMO

の効果が高いことを明らかにしている

[55]

．

表1 移動通信における直交偏波技術

Table 1 Orthogonal polarization technique at cellular system.

(4)

一方，

MIMO

技術のうち，互いに干渉しない複数の信号波を送信し，複数の端末に同時に信号を送信できる技術をマルチユーザ

MIMO

と呼んでいる．本間らは，このマルチユーザ

MIMO

について，基地局側に直交偏波アンテナを水平方向に

4

本配置して

8

ブランチを作り，屋外環境にて

MIMO

容量を測定・評価した

[56]

．そして直交偏波を利用した

4

ブランチ

MIMO

の基地局アンテナの検討も進められている

[57]

．

直交偏波の

MIMO

伝搬に関する研究例としては，

2 GHz

帯における伝搬実験に基づく偏波

MIMO

伝搬チャネルについて

XPD

（

Cross Polarization Discrimination

）に着目してモデルの確立を行ったものがある

[58]

．そのほかに，単一偏波と直交偏波における

MIMO

チャネルを測定し，

MIMO

容量を推測する研究もなされている

[59]

．更に直交偏波を用いた中継局

MIMO

の屋外実験

[60]

や，屋内環境において基地局側に

VH

の直交偏波を用いた

VH-MIMO

の研究も進められている

[61]

．

屋内基地局アンテナの相関について，長らはレイトレースにて伝搬解析を行い

[62]

，直交偏波

MIMO

チャネルについて

K

ファクタと

XPD

の特性を実測とシミュレーションにより報告している

[63]

．以上，

VV-MIMO

では，その効果を高く得るためには特に

屋内環境のようなマルチパスリッチな環境が必要であるが，

VH-MIMO

ではマルチパスリッチでない例えば屋外見通し内環境でも，偏波間の相関が低いことから，高い

MIMO

多重の効果が得られやすい．そのため，

MIMO

にも積極的に直交偏波技術が採用されることが期待できる．

表

1

に移動通信の直交偏波技術としてアンテナ，伝搬，システム応用と分類し，その研究項目と効果をまとめたものを示す．また，以上の経緯をまとめ，これまでの直交偏波技術を含むダイバーシチ技術，

MIMO

技術の流れについて示したものを図

2

に示す．

3.

基地局用直交偏波ダイバーシチアンテナとシステム評価

本章では，直交偏波共用アンテナとして国内においてきっかけとなり普及に貢献した

3

セクタ内蔵小型偏波ダイバーシチアンテナ

[16]

について紹介する，更にこの偏波ダイバーシチアンテナにより

CDMA

システムに与える改善効果の報告，及び基地局ごとに送信偏波面を直交とした場合のマクロダイバーシチとしてのセル品質評価の報告について述べる．

3. 1 3

セクタ内蔵小形偏波ダイバーシチアンテナ

本アンテナは折り曲げた無給電素子付きプリントダイポール素子

[62], [63]

により小形化を図り，これを鉛直方向に垂直偏波素子と水平偏波素子が交互に並べた構成をとっている．これが水平面内

120

度離れで

3

セクタを構成している．また

3

素子

1

ブロックのサブアレーとなっており，合計

3

サブアレーによりアレーを構成している．

その結果，この偏波ダイバーシチアンテナは

800 MHz

帯で直径

23 cm

の円形レドーム内に

3

セクタ分の素子を内蔵でき，図

3

に示すように，空間ダイバーシチ方式では最大

6

本必要としたアンテナ本数を最小

1

本とすることが可能となっている．図

4

にアンテナ外観とアンテナ内部の給電系統図を示す．

また図

5

にアンテナ内部の写真を示す．前述のプリントダイポールアンテナ素子は誘電率基板によって構成

図3 空間と偏波のダイバーシチアンテナ構成 Fig. 3 Antenna construction of space and polarization

diversity.

図4 3セクタ内蔵偏波ダイバーシチアンテナ Fig. 4 Polarization diversity antenna within 3-sector.

(5)

図5 3セクタ内蔵偏波ダイバーシチアンテナ（レドーム内）

Fig. 5 Polarization diversity antenna within 3-sector inside radome.

図6 偏波間結合量

Fig. 6 Mutual coupling between polarizations.

図7 水平面内指向性 Fig. 7 Horizontal antenna pattern.

しているため，波長短縮の効果がある．よって，同一偏波素子の間隔は

1λ

以下となり，アレー構成時のグレーティングローブの発生を抑えている．直交偏波ダイバーシチの効果を引き出すためのアンテナに求められる性能として，偏波間アイソレーションと交差偏波特性が重要である．本アンテナの偏波間結合特性を図

6

，交差偏波特性を図

7

に示す．偏波間結合量は利用帯域

818

〜

956 MHz

において

− 40 dB

以下（アイソレーションとして約

40 dB

以上），交差偏波はメインビーム内にて

− 30 dB

程度と良好な直交偏波特性を得

ることができている．

以上，基地局用偏波ダイバーシチアンテナは，移動局が携帯端末の形態において，優れたダイバーシチ受信効果をもたらすと同時に，基地局におけるアンテナ本数を削減することができ，移動通信の普及に大いに貢献している．

3. 2 CDMA

システムにおける直交偏波ダイバー

シチ評価

移動通信システムは

FDMA

方式，

TDMA

方式を経て，現在，

CDMA

方式が主流である．これまでの電波伝搬実験によって基地局

PD

受信は，人体の影響を考慮した携帯端末の形態において効果が高いことが明らかになった．その後，

TDMA

方式における基地局

PD

受信効果の報告が

[66]

，更に

CDMA

のレイク受信と

PD

の組合せによる研究

[67]

が進められている．

本節では，

CDMA

システムにおいて，無線基地局用アンテナに直交偏波ダイバーシチアンテナを適用し，

そのシステム評価を行った例を紹介する．

3. 2. 1 IS-95

（

cdmaOne

）システムの移動機送信電力制御

米国にて規定された

IS-95 [68]

は日本にて

ARIB [69]

によって標準規格名

ARIB-STD-T53

として日本でいち早く導入された

CDMA

システムである．

CDMA

方式では，システム容量を向上させるために，基地局において各移動局からの上り受信レベルを等しくする必要がある（遠近問題といわれる）．そこで，基地局は移動局に対して指示を送り，移動局の送信電力を細かく制御する．

IS-95

では，オープンループ制御として移動局の平均送信電力（

dBm

）を移動局の平均受信電力（

dBm

）に

73

を減じた値を適用する．またクローズドループ制御は基地局での受信レベルがあらかじめ定められたしきい値よりも，高いまたは低い場合，基地局は移動局に対して，移動局の送信電力を

1 dB

減じまたは

1 dB

増やす制御を

1.25 ms

ごとに行っている．また，

IS-95

の移動局の最大電力は

23 dBm

である．ここで，上りダイバーシチ受信効果が向上すると，基地局は移動局に対して，移動局の送信電力を低く制御することができる．よって，移動局の送信電力量から，上り回線のダイバーシチ受信効果を評価できる．本節では上りダイバーシチ受信方式として，

SD

と

PD

について比較評価を行った．

3. 2. 2

実験環境

測定は，香港の屯門地区にて行った．アンテナは前章で紹介した

800 MHz

帯偏波ダイバーシチアンテ

(6)

図8 基地局からの周辺環境 Fig. 8 Environment from test base station.

図9 偏波ダイバーシチアンテナと空間ダイバーシチアンテナ

Fig. 9 Polarization diversity antenna and space diversity antenna.

ナ

[16]

の

12 dBi

の低利得タイプを設置した．通信キャリヤは香港ハチソンテレコムである．基地局高は

60 m

と高く，周辺建物も同等な建物高の建物が乱立している．周辺環境の写真を図

8

に示すように都市環境である．ここで比較用の空間ダイバーシチアンテナはオーストラリアのデルテック社のもので偏波ダイバーシチアンテナとほぼ同利得，同ビーム幅である．図

9

の写真に示すように．平面状の左二つが空間ダイバーシチアンテナ，中央の円柱状のものが偏波ダイバーシチアンテナである．また実験は電測車両の後部ウィンドウに，通話状態を模擬するため天頂より

60

度傾けたアンテナを伸ばした状態の携帯端末を設置し

[11]

，その携帯端末の受信電力及び送信電力を記録した．

3. 2. 3

走行試験結果

走行ルートを図

10

に示す．点線が走行ルート，赤い点が基地局で，赤い点から放射されている線はセクタ方向を示す．赤線で囲んだ基地局は

SD

評価用と

PD

評価用でアンテナ構成を組み換えた基地局である．この基地局の周りには

2

から

4

セクタで構成する四つの基地局が存在する．

SD

と

PD

での場合の受信電力及び送信電力の累積分布を図

11

に示す．受信電力（

Rx Power

）は

SD

と

PD

でほぼ同じである一方，送信電力（

Tx Power

）は

PD

の方が

SD

よりも中央値で約

図10 走行コース Fig. 10 Drive route.

図11 移動機受信電力と送信電力の累積分布 Fig. 11 Cumulative probabilities of Rx power and Tx

power.

3 dB

の低減が図られていることが分かる．この結果より，

PD

の方が

SD

よりも移動局側の送信電力を低減できることが分かる．また，同様に郊外地区として，山梨県甲府市にて評価を行っている．その実験結果ではダイバーシチ無しのシングルブランチと比較して，

SD

で

1

〜

5 dB

，

PD

では

7

〜

11 dB

の送信電力を抑制で

(7)

きることを明らかにしている

[70]

．これらの結果より，

都市環境，郊外環境いずれにおいても，

PD

は

SD

よりも，上り干渉量を低減できるため，

CDMA

移動通信のシステム容量増大に貢献することが明らかになった．

3. 3

直交偏波を用いたマクロダイバーシチ効果の評価

本節では，直交偏波をマクロダイバーシチに適用した場合のシステムに与える効果の一例として，基地局において送信偏波面を変えた場合のエリア品質について報告する．

3. 3. 1

高速データ移動通信システム

3.5

世代高速データ専用移動通信システムである

CDMA2000 1xEV-DO [71]

は移動局におけるパイロットチャネルの

CINR

（

Carrier to Interference plus Noise Ratio

）をもとに下りデータレートを決める方式である．従来の音声通信では所要の

SNR

（

Signal to Noise Power Ratio

）を満足すれば，セル設計が行えた．一方，無線データ通信では

CINR

が高ければ高いほど，移動局は基地局に高いデータレートを要求する．そして基地局はセル内の移動局とのスケジューリングを行いながら，移動局に高いスループットをもたらすものである．図

12

にその制御フローを示す．

CINR

は無線エリアの品質を表している．これは

CDMA

や

OFDMA

など同一周波数を繰り返し利用するシステムにおいて，最も重要なパラメータの一つである．

CINR

は特にセクタ間干渉，セル間干渉によって劣化するので，いかにセクタ間干渉，セル間干渉を低減するエリアを構築することが重要となっている．例えば

HDR

方式（

High Data Rate

：

CDMA2000 1xEV-DO

の

3GPP

標準化前の呼称）では，

CINR

が

− 6 . 5 dB

では

QPSK

を変調方式とし要求データレー

図12 基地局と移動局の制御フロー

Fig. 12 Control ﬂow of base station and mobile station.

トは

153.6 kbit/s

であるが，

9.5 dB

以上では

16QAM

の変調方式を適用でき，最大

2.4 Mbit/s

の伝送速度が規定されている

[72]

．

本節ではこのように高速データ通信システムにおいて重要な

CINR

のエリア評価を移動局の受信偏波面及び基地局の送信偏波面を変えて行った．

3. 3. 2

実験環境

基地局配置と測定ポイントを図

13

に示す．基地局は

3

セクタ構成の六番町局と

1

セクタの半蔵門局により構成し，全セクタの基地局アンテナの送信偏波面が水平偏波の場合（

Case A

）と，六番町局のセクタ

2

のみを垂直偏波で送信し残りのセクタは水平偏波で送信した場合（

Case B

）で行った．また測定ポイントは六番町局と半蔵門局に囲まれたエリア内で，同じく図

13

に示す

16

ポイントにて静止状態で測定した．基地局アンテナはアンテナ高約

35 m

に設置してあり，前章で報告した偏波ダイバーシチアンテナ

[16]

を用いた．

移動局は図

14

に示すように地上高約

1.5 m

で利得約

0 dBd

，水平面内無指向性の垂直偏波用モノポールアンテナ，水平偏波用ターンスタイルアンテナそして水平面内無指向性を得る円偏波用ウィンドミルアンテナの

3

通りを

1

組約

1

波長離隔の空間ダイバーシチ構成で接続し，

CINR

値及び

Rx Power

値を測定した．ここで移動局にて垂直偏波と水平偏波に加えて円偏波を評価した理由は，携帯端末の偏波面は小形きょう体におけるアンテナ特性，携帯端末の傾き，人体の影響などにより直線偏波ではなく，楕円偏波となっていることから，それを模擬するためである．

CINR

値は移動局において，各基地局の

PN

（

Pseudorandom Noise

）を逆拡散して復調した値である．

図13 基地局配置と測定ポイント Fig. 13 BS allocation and measurement points.

(8)

図14 移動局側アンテナ Fig. 14 Mobile measurement antennas.

図15 CINRの頻度分布 Fig. 15 Frequency distribution of CINR.

3. 3. 3

^{実験結果}

図

15

に全

16

ポイントの値を平均した

CINR

の累積頻度分布を示す．図の

V

は垂直偏波，

C

は円偏波，

H

は水平偏波を示す．図より

Case A

の基地局が

H

偏波送信の場合，移動局が

V

，

C

，

H

ともほぼ同じ傾向を示すことが分かる．一方，

Case B

の基地局が

V

偏波送信とした場合，移動局が

H

偏波受信とした場合，

CINR

は低い特性を示すが，移動局が

V

偏波受信とした場合は，

CINR

は高い特性を示す．これは移動局が

V

偏波受信とした場合，周辺の干渉基地局群から送信される

H

偏波は交差偏波に当たるため受信しにくくなる点と所望局から送信される

V

偏波に対しては，

図16 送信偏波面を変えた場合の端末受信CINR Fig. 16 CINR in case of variable Tx polarization.

図17 送信偏波面を変えた場合の端末受信電力 Fig. 17 Rx power in case of variable Tx polarization.

同一偏波のため受信レベルが向上するためである．それでも

CINR

が低いポイントが存在するのは，基地局からポイントまでの伝搬路に反射，屈折，散乱を繰り返しその結果，

V

と

H

のレベル差が縮まり

XPD

が小さくなるためと考えられる．

次に，図

16

に図

13

に示したすべての測定点でのデータを平均化した

Case A

と

Case B

の

CINR

の棒グラフを示す．

Case A

において，移動局では

H

受信が

V

受信の場合に比べて

CINR

が約

1.5 dB

高い．一方，

Case B

の場合は，移動局が

V

受信時に約

6 dB

と高い

CINR

値を示した．これは実験対象セクタからは同一偏波，他干渉局からは直交偏波を受信したためである．一方，

C

受信は

V

受信と

H

受信の中間の値となることが分かる．次に図

17

に図

13

の全測定点の結果を平均した受信電力特性を示す．

V

受信及び

H

受信の場合は図

16

の

CINR

特性と強弱の傾向は同じであるが，

C

受信の場合は高めの受信電力分布が得られた．

また図

16

より

Case A

と

B

では

C

受信による

CINR

差は

1 dB

以下と大きな差分が見られない．よって，現状の携帯端末でもこのような傾向となると考えられる．

一方，将来，携帯端末の偏波面を適応的に変化させることが可能となるような偏波アダプティブ技術によっ

(9)

図18 リピータシステムのコンパクト化 Fig. 18 How to compact of repeater system.

て，例えば

Case B

のような環境で

C

受信と

V

受信の差にあるような約

3 dB

の

CINR

改善が期待できる．

以上，本節では，周辺基地局の送信偏波面及び移動局アンテナの受信偏波面によって，

CINR

に与える影響の基礎的データを得た．そして無線エリアの品質を制御できる可能性を示した

[73]

．

4.

直交偏波技術を用いた直接中継型リピータ用高アイソレーションアンテナ

本章では，郊外の低トラヒック地域でのエリア拡大に有効な直接中継型リピータシステムに対して，直交偏波技術を用いた高アイソレーションアンテナと，その屋外実施例について紹介する．

4. 1

直接中継型リピータ

直接中継型リピータは，基地局または移動局から到来する電波を，周波数を変えるなどの処理をせず，直接増幅し，再輻射するものであり，構成が簡単である特長をもつ．一方，アンプの回り込み発振を抑制するために，送受信間のアイソレーションの十分な確保が必要である．アンプの発振を防ぐためにアンテナ間のアイソレーションを稼ぐには，送受信間のアンテナ間隔を離すことが一般的である．アンテナの指向性にもよるが，

800 MHz

帯の場合，

10 m

以上の間隔を離すことでアイソレーションを約

70 dB

確保することができる．一方，この構成では，アンテナ支柱が送受用として

2

本必要となり，設置コストがかさむ問題がある．

アンテナ間隔を離さずにアイソレーションを改善できる手法があれば，アンテナ支柱は

1

本で構成する場合も考えられ，設置コストを大いに低減できる可能性がある．図

18

にそのイメージを示す．

今までにアイソレーションを改善するために，ディジタル信号処理で回り込み干渉による遅延波に対し

図19 直交偏波を用いたリピータアンテナ Fig. 19 Repeater antenna using orthogonal polarization.

てレプリカを生成し，抑圧する機能を有したリピータ

[74], [75]

や，アンテナにチョークなどの工夫を設けることによりアイソレーションを稼ぐ方法

[76], [77]

などが報告されている．

一方，送受信間のアンテナの偏波面を変えること，

特に直交偏波を用いることによりアイソレーションを改善することが考えられる．基地局からの送信偏波面は垂直偏波が用いられる場合は，移動局側にはその直交偏波である水平偏波を，基地局からの送信偏波面が垂直及び水平偏波の場合は，右旋円偏波若しくは左旋円偏波を用い，移動局側にはその直交偏波である左旋円偏波若しくは右旋円偏波を利用することが考えられる．ちなみに，前章までの報告により移動局はアンテナが

60

度近く傾き，移動局の主偏波は水平偏波であることが明らかになっているため，リピータの移動局側送信に水平偏波を適用することは，移動機側及びリピータ側にて受信電力を向上させ，サービスエリアを拡大できる相乗効果が得られることが期待できる．

4. 2

直接中継型リピータ用高アイソレーションアンテナ

本節では，図

19

に示すようにこの直交偏波をリピータアンテナに適用してアイソレーションを改善する検討を行った．従来，直交偏波技術を用いた無線通信はメインビーム間で適用されてきた．本リピータシステムに適用する場合において大きく異なる点は，メインビーム対向でのアイソレーションではなく，指向性利得の低いバックローブ対向での高い直交偏波分離度を維持し，アイソレーションを改善することである．そのためには，バックローブ比（

FB

比）並びにバックローブ方向の交差偏波識別度を高めることが求められ，

難易度の高い技術が要求される．ここではバック方向，

サイド方向においても交差偏波レベルを低く抑え，広角において高い交差偏波識別度を得るための，リピータアンテナについて説明する

[78]

．またアンテナを試

(10)

図20 リピータアンテナの構造 Fig. 20 Repeater antenna structure.

表2 アンテナ諸元 Table 2 Speciﬁcation of antenna.

作し同一偏波を用いた場合のアイソレーションと直交偏波を用いたアイソレーションの比較評価を行い，直交偏波によるアイソレーション改善効果を確認し，屋外実験によりその効果を報告する．

4. 3

測定結果

図

20

に試作アンテナの構造を示す．垂直偏波に対しては縦方向に

2

素子，水平方向に

4

素子の

2 × 4

のアレー構成を，水平偏波に対しては，縦方向に

4

素子，

水平方向に

2

素子の

4 × 2

のアレー構成である．素子はプリントダイポールを用い，背面にある反射板により反射板付きダイポールとして作用する．表

2

にアンテナの諸元を示す．図

21

に水平面内指向性の実測値を示す．実線が垂直偏波，破線が交差偏波である．アレー素子の振幅にテーパをつけることでビーム幅が若干広がるもののサイドローブが抑制され，バックローブについては

− 30 dB

以下となっている．また交差偏波特性についてはほぼ全方向にわたってより低く維持できていることが分かる．

4. 4

アイソレーション結果と屋外評価

アイソレーションを測定するために図

22

に示すよ

図21 水平面内指向性

Fig. 21 Antenna pattern at horizontal plane.

図22 アイソレーション測定 Fig. 22 Isolation measurement.

図23 相互結合量 Fig. 23 Mutual coupling.

うに電波暗室内の中央に支柱（金属：直径

100 mm

）を設置し，その支柱を介してアンテナを間隔

140 mm

の背面合せで設置した．ネットワークアナライザでアイソレーションを測定した結果を図

23

に示す．実線がアンテナ間で直交偏波を用いた場合，破線が垂直偏波のみを用いた場合である．直交偏波によってアイソレーションが改善するのは，図

21

に示すよう全方位で交差偏波が主偏波よりも，常に低いためである．

図

24

に時間領域（タイムドメイン）波形の結果を示す．アンテナ間直接結合の次に，電波暗室内の反射に

(11)

図24 アイソレーション結果（タイムドメイン）

Fig. 24 Isolation result (time domain analysis).

図25 愛媛県でのアイソレーション測定 Fig. 25 Isolation measurement at Ehime prefecture.

よる

2

波の遅延波が観測されている．同一偏波利用時では，アンテナ間直接結合が

75 dB

に対して，直交偏波利用時では，

88 dB

となっており，

13 dB

の改善が図られている．ちなみに，直交偏波利用時では直接波が壁面などの反射波と同程度のレベルとなるため，これらの反射波の影響を取り除くためには，タイムドメインでの測定が適切である．上記はドナーとサービスアンテナの相対離角が

180

度の場合であるが，実環境ではサービスエリアの位置が様々であり，相対離角やチルト角を変えた評価が行われている

[79]

．

図

25

に愛媛県内にて本アンテナを用いたリピータ局の設置例を示す．ドナー局である基地局とリピータ局との距離は約

4.5 km

で見通しがある．中心のコンクリート柱とドナーとサービスアンテナの離隔は約

120

度で，地上高

15 m

で設置している．周辺は山岳エリアであり，リピータ局の周辺には特に大きな反射物となる構造物は存在しない．図

26

に相互結合特性のタイムドメインの結果を示す．アイソレーションは

82 dB

を達成した．

以上，屋外の実環境においても，直交偏波技術を用いたリピータアンテナシステムによって高いアイソ

図26 屋外での相互結合量実測例

Fig. 26 Measurement of mutual coupling at outdoor environment.

レーションを実現できることを示した．このリピータシステムにより，より広いエリアを構築できていると考えられる．

5.

^{将来展望}

3.9

世代以降の移動通信では，大容量のデータ通信を可能とすべく，以前よりも更に無線セルの干渉問題への対策が重要である．その中で直交偏波を備えながら干渉電力を抑える基地局アンテナへの期待は大きい．

セクタ間干渉を低減する直交偏波シェイプドビームアンテナ基地局アンテナ

[80]

や従来のセクタ構成とは異なるリング・オムニセル構成とそのアンテナ技術などが挙げられる

[81]

．

更に次世代移動通信システムである

LTE

，モバイル

WiMAX

，そして

IMT-Advanced

においては

2

4

ブランチ，

8

ブランチの

MIMO

が検討されているが，その実装面でも偏波共用

MIMO

技術は極めて期待されており，研究開発が進められている

[82]

．図

27

にこれらの直交偏波を適用したアンテナ構成を示す．具体的な

4

ブランチ

MIMO

アンテナを実現するために，直交偏波ブランチの適用を前提に空間ブランチや角度ブランチの組合せ構成が考えられる．更に空間ブランチについては，水平方向にアンテナを並列配置した場合と垂直方向に配置した場合が考えられている．垂直配置は空間配置と比較して外観上のアンテナ本数を増やすことなく実現できるが，十分な上下離隔が取れない場合，相関係数が高くなるため

[83]

，垂直面内のビーム方向をチルト制御によって，

ブランチ間で異ならせることにより相関を下げる研究もされている

[84]

．この場合，上下ブランチではサービスエリアが異なってしまうことが，不等中央値を生じさせ，

MIMO

効果を下げてしまうトレードオフの課題がある．いずれにしろ

4

ブランチ以上では置局に

(12)

図27 2ブランチを超えるMIMO構成例 Fig. 27 MIMO conﬁguration over 2 branch.

与えるアンテナインパクトが大きくなるため，普及には課題の解決が必要である．またシステムの高度化に伴い直交偏波を用いたリピータシステムへの

MIMO

拡張の研究

[85]

や直交偏波での到来方向推定技術の研究

[86]

も，今後大いに拡張・発展することが期待される．

そして，次世代移動通信システムとして

3 GHz

帯以上の高周波化での給電線損失軽減や基地局設備の軽減のため，アンテナと高周波回路が一体化した送受信フロントエンド内蔵基地局アンテナに期待が寄せられている

[87]

．そしてこれらのアンテナも

MIMO

対応が前提と考えられ，直交偏波

MIMO

に対応したアクティブアンテナ素子の研究が進められている

[88]

．

6.

むすび

移動通信システムは当初自動車電話の形態では垂直偏波のみが採用されてきたが，携帯端末の形態では直交偏波が利用されるようになった．具体的にダイバーシチから始まり

MIMO

にも事実上標準で使われるようになっている．本論文では，これらの直交偏波技術を用いた無線基地局アンテナ及びシステムについて，いくつかの適用例とその効果について解説した．基地局直交偏波ダイバーシチ受信について

CDMA

移動通信システムに適用した効果を移動機の送信電力制御量によって評価した．次に直交偏波マクロダイバーシチ送信によるエリア品質の評価を行った．また直交偏波技術を屋外用直接中継型リピータに適用し，アイソレーションを改善する技術の紹介を行った．最後に将来展望として，直交偏波技術を用いた多ブランチ

MIMO

や送受信フロントエンド内蔵アンテナについて述べた．

今後も直交偏波共用アンテナ・伝搬技術は移動通信において欠かせない要素技術であり，更なる研究が進むものと期待できる．

謝辞我が国において偏波ダイバーシチアンテナ普及のきっかけとなる研究開発に御協力頂いた日本電業工作株式会社松岡徹氏，多大なる支援を頂いた元日本移動通信株式会社技術顧問佐藤敏雄氏に感謝する．

文献

[1] 恵比根佳雄，“次世代移動通信用（IMT-2000）基地局アンテナの設計，”信学技報，A·P2000-4, 2000.

[2] H. Arai and K. Cho, “Cellular and PHS base station antenna systems,” IEICE Trans. Commun., vol.E86-B, no.3, pp.980–992, March 2003.

[3] 長敬三，山口良，蒋恵玲，“次世代移動通信システム実現に向けた基地局・端末アンテナ技術，”信学論（B），

vol.J91-B, no.9, pp.886–900, 2008.

[4] 長島康之，小川恭孝，大宮学，伊藤精彦，“直交偏波共用ディジタル陸上移動通信における干渉補償，”信学論

（B-II），vol.J73-B-II, no.11, pp.745–754, Nov. 1990.

[5] 福地一，“直交偏波共用衛星通信回線の回線品質推定法に

ついて，”信学論（B），vol.J69-B, no.11, pp.1556–1561, Nov. 1986.

[6] 山崎正勝，中田学，恵比根佳雄，“周波数変換中継装置のダイバーシチ受信特性，” 1995信学総大，B-393, March 1995.

[7] 古野辰夫，梁川達，多賀登喜雄，“上下回線に直交偏波を用いた基地局間干渉低減法，” 1997信学総大，B-5-107, March 1997.

[8] 桑原守二，自動車電話，電子情報通信学会，1985.

[9] 恵比根佳雄，山田吉英，“車載用ダイバシチアンテナ，”信学技報，CS85-120, 1985.

[10] 奈良武治，恵比根佳雄，山田吉英，“自動車電話用偏波ダイバーシチ基地局アンテナ特性，”昭61信学総全大，2362, 1986.

[11] T. Taga and K. Tsunekawa, “A built-in antenna for 800 MHz band portable radio units,” Proc. ISAP’85, Kyoto, 121-1, pp.425–428, 1985.

[12] 中野雅之，佐藤敏雄，新井宏之，“人体の影響を考慮した 900 MHz帯携帯電話基地局偏波ダイバーシチ受信特性，”信学論（B），vol.J83-B, no.11, pp.1554–1564, Nov. 2000.

[13] 福重勝，今井哲郎，“W-CDMAシステムにおける基地局偏波ダイバーシチ利得に関する検討，” 2006信学ソ大

（通信），B-1-32, Sept. 2006.

[14] 前山利幸，本間輝彰，濱井龍明，新井宏之，“PHS用双指向性偏波ダイバーシヂアンテナにおける伝搬特性の測定，” 1998信学総大，B-1-41, March 1998.

[15] 中野雅之，新井宏之，“携帯機の傾きによる偏波放射特性，” 1999信学総大，B-1-174, March 1999.

[16] 中野雅之，相沢進，佐藤敏雄，松岡徹，新井宏之，“携帯・自動車電話基地局用小型偏波ダイバーシチアンテナ，”

(13)

1997信学ソ大（通信），B-1-42, 1997.

[17] 杉本由紀，恵比根佳雄，“水平面内60^◦ビーム幅を有する移動通信用偏波ダイバーシチアンテナの設計，”信学技報，

A·P98-136, Jan. 1999.

[18] 島田紀彦，森幸一，土澤賢明，“偏波共用60^◦ビームアンテナ，” 2000信学総大，B-1-69, March 2000.

[19] 大山隆幸，大室統彦，倉本晶夫，葛屋亮司，“BTS用V/H 偏波共用広角ヌルフィルアンテナ，” 2005信学ソ大（通信）， B-1-43, 2005.

[20] 中村拓人，掛札祐範，萩原弘樹，“水平面内ビーム幅80^◦ を有する偏波ダイバーシチアンテナの一設計法，” 2008信学ソ大（通信），B-1-109, Sept. 2008.

[21] 木村孝志，桑山一郎，小原明信，山岸傑，多湖紀之，藤江和男，“無指向性偏波ダイバーシチアンテナ，” 1998信学ソ大（通信），B-1-113, Sept. 1998.

[22] 永塚慎一郎，掛札祐範，中野雅之，天野良晃，“偏波共用細径無指向性アンテナ，” 2010信学ソ大（通信），B-1-82, Sept. 2010.

[23] 冨岡孝弘，大島一郎，中野雅之，天野良晃，“移動通信基地局用小型細径偏波共用無指向性アンテナ，” 2010信学ソ大（通信），B-1-85, Sept. 2010.

[24] 志村剛，苅込正敞，恵比根佳雄，“800/1500 MHz帯周波数・偏波共用 120^◦ ビーム移動通信基地局アンテナ，” 2001信学総大，B-1-136, March 2001.

[25] 安藤敏之，松原亮滋，伊藤幹浩，田崎修，“1.5 GHz/

2 GHz帯共用偏波ダイバーシチアンテナ，” 2001信学総大，B-1-137, March 2001.

[26] 中野雅之，田門裕樹，星野誠一，土澤賢明，栗原知宏，

“0.8/2 GHz帯共用基地局偏波ダイバーシチアンテナ，” 2004信学ソ大（通信），B-1-138, March 2004.

[27] 百瀬寛，鹿子嶋憲一，尾保手茂樹，“移動通信基地局用 3周波数偏波共用ダイバーシチアレイアンテナ，”信学技報，A·P2002-155, 2002.

[28] 高野豊久，山岸傑，中上晋志，中野雅之，松野宏己，

“ループ素子を用いた3周波偏波共用アンテナ，” 2011信学ソ大（通信），B-1-117, Sept. 2011.

[29] 川上春夫，羽賀俊行，白濱大輔，日高剛，“PHS帯用水平偏波無指向性アンテナ，” 2004信学ソ大（通信），B- 1-136, Sept. 2004.

[30] 森喜久男，守山栄松，新井宏之，“業務用移動通信基地局における偏波ダイバーシチ用H型アンテナ，”信学論（B）， vol.J85-B, no.4, pp.512–519, April 2002.

[31] 井原泰介，常川光一，“円筒型半円素子を用いた移動通信用屋内設置型アンテナ，”信学技報，A·P97-70, 1997.

[32] 掛札祐範，島村愛，田中崇義，恵比根佳雄，“屋内用偏波共用オムニアンテナの一設計，” 2009信学ソ大（通信），

B-1-79, Sept. 2009.

[33] 藤森和博，新井宏之，“ストリートセル環境における指向性と偏波を考慮した伝搬特性，”信学技報，A·P98-16, 1998.

[34] 三本圭二，松岡徹，中野雅之，“屋内用900 MHz帯偏波共用双指向性アンテナ，” 2000信学総大，B-1-68, March 2000.

[35] 島村愛，掛札祐範，引間丈裕，恵比根佳雄，“屋内設置用偏波共用低姿勢双方向アンテナの一設計，” 2009信学ソ大（通信），B-1-78, Sept. 2009.

[36] 金井敏仁，池上文夫，竹内勉，吉田進，“市街地における交差偏波発生要因の一検討，”信学技報，A·P84-86, 1984.

[37] D.C. Cox, R.R. Murray, H.W. Arnold, A.W. Norris, and M.F. Wazowicz, “Cross-polarization coupling measured for 800 MHz radio transmission in and around houses and large buildings,” IEEE Trans.

Antennas Propag., vol.AP-34, no.1, pp.83–87, Jan.

1986.

[38] 大田喜元，藤井輝也，表英毅，三上学，“広帯域移動伝搬における市街地及び郊外地での交差偏波識別度に関する検討，”信学論（B），vol.J87-B, no.9, pp.1505–1513, Sept. 2004.

[39] 今井哲郎，北尾光司朗，“市街地移動通信環境における伝搬路の偏波広がり特性，”信学技報，A·P2010-147, 2010.

[40] シワソンディワットクリアンサック，ランドマンマーカス，高田潤一，中谷勇太，井田一郎，“見通し外マクロセル環境における双方向偏波伝搬チャネル測定，”信学技報，A·P2005-117, 2005.

[41] R.U. Nabar, H. Bolcskei, V. Erceg, D. Gesbert, and A.J. Paulraj, “Performance of multiantenna signaling techniques in the presence of polarization diversity,”

IEEE Trans. Signal Process., vol.50, no.10, pp.2553–

2562, Oct. 2002.

[42] M. Fukushige and T. Imai, “Analysis of polarization diversity gain at base station in W-CDMA system,”

IEICE Trans. Commun., vol.E90-B, no.9, pp.2360–

2368, Sept. 2007.

[43] B. Lindmark, S. Lundgren, and J.R. Sanford, “Dual polarized array for signal-processing applications in wireless communications,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol.46, no.6, pp.758–763, June 1998.

[44] 藤井輝也，舛井淳祥，“偏波切替CDMA方式の周波数利用率と送信電力の改善効果，”信学論（B），vol.J87-B, no.3, pp.368–479, March 2004.

[45] J. Shapira and S. Miller, “On polarization transmit diversity in CDMA regimes,” 4th EPMCC, Vienna, Feb. 2001.

[46] 藤元美俊，西川訓利，柴田伝幸，鈴木徳祥，菊間信良，稲垣直樹，“到来波の偏波特性を利用するアダプティブアレーの特性解析，”信学論（B），vol.J82-B, no.4, pp.627–636, April 1999.

[47] 小宮一公，西森健太郎，長敬三，堀俊和，“指向性と偏波を制御するSDMA構成の提案，” vol.J88-B, no.7, pp.1289–1299, July 1995.

[48] 西森健太郎，長敬三，“垂直面指向性と偏波を制御するスマートアンテナを用いたSDMAの提案，”信学技報，

A·P2002-92, Oct. 2002.

[49] 袁浩，前山利幸，濱井龍明，“逆Fアンテナを用いる CMAアダプティブアレーの動作特性，” 1998信学総大，

B-1-128, March 1998.

[50] 内田大輔，新井宏之，井上祐樹，長敬三，“偏波共用指向性MIMOアンテナにおける固有値に基づくアンテナ選択，”信学技報，A·P2009-80, 2009.

[51] N.K. Das, M. Shinozawa, N. Miyadai, T. Taniguchi,

(14)

and Y. Karasawa, “Experiments on a MIMO system having dual polarization diversity branches,”

IEICE Trans. Commun., vol.E89-B, no.9, pp.2522–

2529, Sept. 2006.

[52] IEEE 802.16e-2005, “Air interface for ﬁxed and mobile broadband wireless access system, amendment 2 and corrigendum 1”.

[53] 3GPP TR36.211 (V8.7.0)

[54] 廣田祐生，難波忍，岸洋二，“2.1 GHz帯屋外伝搬実験に基づく直交偏波4×4 MIMOの特性評価，”信学技報，A·P2010-99.

[55] K. Nishimori, Y. Makise, M. Ida, R. Kudo, and K.

Tsunekawa, “Channel capacity measurement of 8*2 MIMO transmission by antenna conﬁgurations in an actual cellular environment,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol.54, no.11, pp.3285–3291, Nov. 2006.

[56] N. Honma, R. Kudo, K. Nishimori, Y. Takatori, A.

Ohta, and S. Kubota, “Antenna selection method for terminal antennas employing orthogonal polarizations and patterns in outdoor multiuser MIMO system,” IEEE Trans. Commun., vol.E91-B, no.6, pp.1752–1759, June 2008.

[57] 寺竹博道，尾保手茂樹，鹿子嶋憲一，清水隆行，村野慎介，

“偏波共用4ポートMIMO基地局アンテナに関する一検

討，” 2009信学総大，B-1-236, March 2009.

[58] 西本浩，平明徳，久保博嗣，潘文安，R. Annavajjala，

小池俊昭，P.V. Orlik，A.F. Molisch，“2 GHz帯伝搬測定に基づくMIMOチャネルモデルを用いた直交偏波アンテナ選択法の特性評価(1)—MIMOチャネルモデリング，” 信学技報，RCS2010-233, 2010.

[59] S. Nanba, N. Miyazaki, Y. Hirota, and Y. Kishi,

“MIMO capacity estimation based on single and dual-polarization MIMO channel measurements,”

Proc. APCC 2010, pp.359–364, Oct. 2010.

[60] K. Nishimori, N. Honma, T. Murakami, and T.

Hiraguri, “Eﬀectiveness of relay MIMO transmission by measured outdoor channel state informa- tion,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol.60, no.2, pp.615–623, 2012.

[61] 長敬三，井上祐樹，“MIMO用偏波共用基地局アンテナの端末偏波特性に対する伝送特性解析，”信学技報，

A·P2010-97.

[62] 長敬三，井上祐樹，“セルラ環境における偏波ダイバーシチアンテナの偏波構成による相関特性への影響解析，” 2011信学総大，B-1-191, March 2011.

[63] 國方篤史，今井哲郎，北尾光司郎，“屋内偏波MIMOの実験によるチャネルパラメータ評価，”信学技報，A·P2010- 146, 2010.

[64] 守安慎吾，松岡徹，中野雅之，新井宏之，“変形した無給電素子を配置した反射器付ダイポールアンテナ，” 1999 信学総大，B-1-150, March 1999.

[65] 中野雅之，石川博康，萩原弘樹，“折り曲げた無給電素子を配置した反射板付きダイポールアンテナの解析，” 2011 信学ソ大（通信），B-1-160, Sept. 2011.

[66] 中野雅之，相沢進，佐藤敏雄，松岡徹，新井宏之，“携

帯電話システムにおける上り回線偏波ダイバーシチ特性，” 信学技報，A·P98-15, 1998.

[67] F. Sapienza, M. Nilsson, and C. Beckman, “Polar- ization diversity in CDMA,” IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, vol.4, pp.2236–2239, 1998.

[68] http://www.3gpp2.org/

[69] http://www.arib.or.jp/

[70] 中野雅之，佐藤敏雄，“cdmaOneにおける基地局偏波ダイバーシチ特性，” 1998信学ソ大（通信），B-1-14, 1998.

[71] “cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Speciﬁcation,” 3GPP2 C.S 0024 Ver. 3.0 Sept. 2006.

[72] P. Bender, P. Black, M. Grob, R. Padovani, N.

Sindhushyana, and S. Viterbi, “CDMA/HDR: A bandwidth-eﬃcient high-speed wireless data service for nomadic users,” IEEE Commun. Mag., vol.38, pp.70–77, July 2000.

[73] 中野雅之，“偏波面の違いによる携帯電話システムのC/I 測定，” 2001信学ソ大（通信），B-1-12, Sept. 2001.

[74] 前山利幸，井上隆，“回り込み干渉抑圧機能を搭載した CDMAセルラ用リピータの開発，”信学論（B），vol.J87- B, no.9, pp.1194–1202, Sept. 2004.

[75] 竹内知明，成清善一，横畑和典，今村浩一郎，濱住啓之，

渋谷一彦，“地上デジタル放送のSFN放送波中継局用干渉キャンセラ，”信学論（B），vol.J95-B, no.5, pp.649–661, May 2012.

[76] 木村泰子，恵比根佳雄，長敬三，道下直文，“IMT-2000 用開空間ブースタアンテナの相互結合特性の検証，” 2004 信学ソ大（通信），B-1-134, Sept. 2004.

[77] Y. Lee, J. Kim, and J. Choi, “A compact on- frequency indoor repeater antenna with high isolation for WCDMA applications,” IEICE Trans. Commun., vol.E92-B, no.12, pp.3964–3967, Dec. 2009.

[78] M. Nakano and T. Inoue, “Compact repeater antenna system with extremely high isolation in the 800 MHz band,” ISAP2008, Taipei 1645153, Sept. 2008.

[79] 中野雅之，“直接中継型リピータのアンテナ間アイソレーション評価，”信学技報，A·P2012-80, 2012.

[80] M. Nakano, H. Ishikawa, and S. Nomoto, “Small- sized shaped beam base station antenna with superior intersector interference reduction in high speed cellular systems,” IEICE Trans. Commun., vol.E93-B, no.10, pp.2586–2594, Oct. 2010.

[81] 中野雅之，林高弘，天野良晃，“次世代移動通信用リング・オムニセルの評価，”信学技報，A·P2012-41, 2012.

[82] K. Cho, T. Hori, and K. Kagoshima, “Eﬀectiveness of four-branch height and polarization diversity conﬁg- uration for street microcell,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol.46, no.6, pp.776–781, June 1998.

[83] 恵比根佳雄，高橋龍美，山田吉英，“陸上移動通信におけるアンテナ垂直配置スペースダイバーシチの検討，”信学論

（B-II），vol.J73-B-II, no.6, pp.286–292, June 1990.

[84] 寺竹博道，尾保手茂樹，鹿子嶋憲一，清水隆行，村野慎介，

“ビームチルト角を制御する4ポートMIMO基地局アン

テナの特性解析，”信学技報，A·P2009-133, 2009.

(15)

[85] M. Nakano, T. Hayashi, and H. Ishikawa, “Evaluation of antenna isolation for MIMO repeater in 800 MHz band,” 2011 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP 2011), Paper No.: A11 1012, Jeju, Korea, Oct. 2011.

[86] T. Yamakura, H. Yamada, and Y. Yamaguchi, “Re- solution improvement of the MUSIC algorithm uti- lizing two diﬀerently polarized antennas,” IEICE Trans. Commun., vol.E79-B, no.12, pp.1827–1832, Dec. 1996.

[87] H. Jiang, R. Yamaguchi, and K. Cho, “Investigation of mutual coupling reduction of slot-coupled planar antenna,” ISAP2007, 3B2-4, Aug. 2007.

[88] 佐藤啓介，高橋行隆，松野宏己，中野雅之，“相互結合を低減した送受信偏波共用パッチアンテナ，” 2012信学総大，

B-1-132, March 2012.

（平成24年7月20日受付，10月1日再受付）

中野雅之（正員：シニア会員）

平2横浜国大・工・電子情報卒．平4同大大学院修士課程了．同年日本移動通信

（株）入社．以来，移動通信用アンテナ及び電波伝搬，次世代移動通信の研究・開発に従事，平13 KDDI（株），現在，（株）

KDDI研究所．第8回，第19回電波産業会電波功績賞各受賞．博士（工学）．

新井宏之（正員：フェロー）

昭57東工大・工・電気電子卒．昭62同大大学院博士課程了．工博．同年同大助手．

現在，横浜国立大学大学院工学研究院教授．

電磁波加熱用マイクロ波回路，移動体通信アンテナ及び電波伝搬，EMCなどの研究に従事．平元篠原記念学術奨励賞．第8回，

第17回，第22回電波功績賞各賞受賞，著書「電波工学（共著）」「新アンテナ工学」ほか，IEEEシニア会員．

移動通信における直交偏波共用基地局アンテナ技術とシステム評価

解説論文