JP2000115044A - 偏波ダイバーシティ伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動通信等において、大きなフェージング改
善効果を得るための偏波ダイバーシティ伝送方式を提供
することである。 【解決手段】 送信機１はアンテナ２より円偏波或いは
４５°又は１３５°偏波の電波を送信する。上記電波は
垂直及び水平受信アンテナ４，５に入射し、直交偏波成
分がそれぞれ受信される。それぞれの受信信号は受信機
６，７に与えられ、ダイバーシティ受信回路８により、
いずれかの受信機の出力を選択するか、合成して受信出
力回路９に偏波ダイバーシティ受信の出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は通信や放送における
フェージングの影響を軽減する偏波ダイバーシティ伝送
方式の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイバーシティ伝送方式は、異なる周波
数／空間／指向性／偏波等に対してフェージングの相関
が小さいという現象、すなわちダイバーシティ効果を利
用して２つ以上のダイバーシティ受信系の出力を選択切
り換えるか、または合成してフェージングを軽減する方
式である。これらの中で空間ダイバーシティ方式が固定
通信、移動通信に最も広く利用されているが、周波数／
指向性／偏波ダイバーシティ方式はそれぞれ周波数利用
効率が低い、アンテナの構造が複雑になる等の理由であ
まり利用されていない。

【０００３】しかし、移動通信の移動局→基地局回線
（上り回線）の空間ダイバーシティ受信で小さい相関を
得るには基地局のアンテナ間隔を数波長以上とする必要
があり、基地局アンテナの構造が複雑・大型となるので
設置場所に制限を受けるという欠点があった。

【０００４】一方、基地局→移動局回線（下り回線）で
は半波長程度以下のアンテナ間隔でも小さい相関が得ら
れるが、小型の携帯無線機ではこの間隔を実現すること
が物理的に困難なので、空間ダイバーシティ受信による
フェージングの改善効果が十分に得られない欠点があっ
た。

【０００５】また特に携帯電話では、利用者が携帯機を
使用する時に携帯機のアンテナが傾いて本来の偏波面
（垂直偏波）の信号強度が低下する等の理由で、通信の
劣化が避けられなかった。

【０００６】これらの理由から、最近、主として携帯電
話の携帯機の傾きによる信号強度低下の対策として偏波
ダイバーシティ方式が注目されている。この方式は、基
地局受信アンテナとして互いに直交する２つの偏波（垂
直偏波と水平偏波）をダイバーシティ枝で受信するもの
である。この時、２つのアンテナを同一場所に設置でき
るので、基地局アンテナ系の設置の制約が少ない利点が
ある。また、携帯電話の上り回線で、携帯機の傾きによ
り発生する水平偏波成分を基地局の水平偏波アンテナが
受信するので、ダイバーシティ受信により垂直偏波成分
の強度低下を補償できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基本的
に垂直偏波を用いる従来の移動通信システムの中での上
記の偏波ダイバーシティ方式は、携帯機の傾きによる平
均信号強度の低下はある程度補償できるが、通信の瞬断
の原因となる多重干渉による深いフェージングの軽減に
ついては、ダイバーシティ受信の効果が少ない。その理
由は次の通りである。

【０００８】携帯機アンテナが垂直から傾いて基地局で
受信する垂直偏波成分が低下する時には、特別の場合を
除き発生する水平偏波成分を基地局の水平偏波アンテナ
が受信するので、平均信号強度の低下をある程度補償で
きる。しかし、この時の垂直偏波成分と水平偏波成分の
平均信号強度は等しくない確率が高い。周知のように、
一般にダイバーシティ伝送方式のフェージング改善度
は、各ダイバーシティ枝の平均信号強度が等しい時に最
大となるが、平均信号強度の差の増加とともに改善度が
低下する。従って、この方式による偏波ダイバーシティ
受信では理想的条件で理論的に期待されるフェージング
軽減効果が得られない。

【０００９】また、移動機アンテナの傾きが無い場合
（例えば自動車や列車との通信）でも建物等の深い陰で
回折損失が大きい場合には、送信偏波（垂直偏波）に直
交する偏波（水平偏波）が発生し、垂直・水平偏波成分
の平均強度がほぼ等しくなり、また両偏波成分のフェー
ジングが無相関に近くなる現象があるので、偏波ダイバ
ーシティ受信による改善が得られる可能性がある。しか
し、このような建物等の深い陰の部分では回折損失が大
きく、通常のシステムでは通信が可能な状態ではない。
実際に通信が可能な浅い回折領域では、直交偏波成分の
平均強度の差が大きく、相関も十分小さい値にはならな
いので、偏波ダイバーシティ受信のフェージング軽減効
果は理論値よりもかなり小さい。

【００１０】このような理由で、垂直偏波を主体として
用いる従来のシステムの中での偏波ダイバーシティ方式
は、フェージング軽減について空間ダイバーシティ方式
に比べて顕著な改善が認められない欠点があり、いくつ
かの特長を持つにもかかわらず偏波ダイバーシティ方式
がこれまで実用されなかった主な理由であろう。

【００１１】本発明の目的は、従来の各種ダイバーシテ
ィ方式では、特に伝搬条件が複雑な移動通信や屋内無線
ＬＡＮ等の分野で、フェージング改善効果が低いという
欠点を除去し、実用的な利便性や経済性にも配慮して高
いフェージング改善度を得るために、偏波ダイバーシテ
ィ方式において円偏波（或いは４５°又は１３５°偏
波）の特徴的な電波伝搬特性を利用して改善効果の高い
ダイバーシティ方式を提供することにあり、特に移動通
信、無線ＬＡＮや高い周波数帯の放送など、多重波伝搬
によるフェージング環境における伝送品質劣化の改善に
有効な偏波ダイバーシティ伝送方式を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の偏波ダイバーシティ伝送方式（−方向
型）は、円偏波、或いは４５°又は１３５°偏波の電波
を送信する送信局と、上記送信電波の直交する２つの偏
波成分をそれぞれ受信する２組の受信系を有し、該受信
系の各出力を切り換え、或いは合成して偏波ダイバーシ
ティ受信を行うように構成した受信局と、を備えたこと
を要旨とする。

【００１３】また第２の発明の偏波ダイバーシティ伝送
方式（非対称双方向型）は、上りと下り回線に同一の無
線周波数を用いる時分割複信方式の双方向無線通信シス
テムにおいて、円偏波の電波を送信する第１の送信手段
と、送信されてくる電波を円偏波で受信する第１の受信
手段と、上記第１の送信手段と第１の受信手段とを切り
換えて作動させる第１の制御手段と、を備えた移動局
と、上記送信電波の直交する２つの偏波成分をそれぞれ
受信する２組の受信系を有し、該受信系の各出力を選択
して切り換え、或いは合成して偏波ダイバーシティ受信
を行うように構成した第２の受信手段と、上記第２の受
信手段の選択した受信系の偏波と同一の偏波の電波を切
り換えて送信する第２の送信手段と、上記第２の送信手
段と第２の受信手段を、前記第１の制御手段と関連させ
て交互に切り換えて作動させる第２の制御手段と、を備
えた基地局と、から成ることを要旨とする。

【００１４】また第３の発明の偏波ダイバーシティ伝送
方式（対称双方向型）は、上りと下り回線に異なる無線
周波数を用いる周波数分割複信方式の双方向無線通信シ
ステムにおいて、円偏波、或いは４５°又は１３５°偏
波の電波を上り回線として送信する第１の送信手段と、
下り回線として送信されてくる電波の直交する２つの偏
波成分をそれぞれ受信する２組の受信系を有し、該受信
系の各出力を切り換え、或いは合成して偏波ダイバーシ
ティ受信を行なうように構成した第１の受信手段と、を
備えた移動局と、円偏波、或いは４５°又は１３５°偏
波の電波を下り回線として送信する第２の送信手段と、
上り回線として送信されてくる電波の直交する２つの偏
波成分をそれぞれ受信する２組の受信系を有し、該受信
系の各出力を切り換え、或いは合成して偏波ダイバーシ
ティ受信を行なうように構成した第２の受信手段と、を
備えた基地局と、から成ることを要旨とする。

【００１５】なお、第２の発明の偏波ダイバーシティ伝
送方式において、前記移動局は第１の送信手段及び受信
手段として円偏波を送受信できるアンテナを用い、基地
局は、直交する２つの偏波成分をダイバーシティ枝とし
て、それぞれ送受信できるアンテナを用いるようにして
もよい。

【００１６】第３の発明の偏波ダイバーシティ伝送方式
において、前記移動局及び基地局は、送信時には、前記
第１の送信手段及び第２の送信手段として独立した直交
する２つの偏波成分のアンテナを合成して用いること
で、円偏波を送信でき、受信時には前記第１の受信手段
及び第２の受信手段として直交する２つの偏波成分をダ
イバーシティ枝として、それぞれ受信できるアンテナを
用いるようにしてもよい。

【００１７】更に、第３の発明の偏波ダイバーシティ伝
送方式において、前記移動局及び基地局は、送信時に
は、前記第１の送信手段及び第２の送信手段として直交
する２つの偏波成分である垂直偏波と水平偏波のアンテ
ナを合成して用いることで、４５°或いは１３５°偏波
を送信し、受信時には、前記第１の受信手段及び第２の
受信手段として直交する２つの偏波成分をダイバーシテ
ィ枝としてそれぞれ受信できるアンテナを用いるようし
てもよい。

【００１８】なお、第１の発明の偏波ダイバーシティ伝
送方式において、前記送信局は、ＴＶ、音楽、音声等の
アナログ或いはディジタル放送の電波、又は各種データ
情報等のディジタル放送の電波を送信し、前記受信局は
上記放送電波を受信するようにしてもよい。

【００１９】また、第２の発明の偏波ダイバーシティ伝
送方式において、前記移動局はＰＨＳ方式の携帯用電話
機であり、前記基地局はＰＨＳ方式の基地局であって、
前記第１及び第２の制御手段は、上りと下り回線を時分
割的に交互に相互間の送受信を切り換えるようにしても
よい。

【００２０】同様に、第２の発明の偏波ダイバーシティ
伝送方式において、前記移動局は電話、画像、データ情
報等の移動又は携帯通信機、或いは無線ＬＡＮの通信機
であって、前記基地局はこれらの通信用の基地局であっ
て、前記第１及び第２の制御手段は、上りと下り回線を
時分割的に交互に相互間の送受信を切り換えるようにし
てもよい。

【００２１】更に、第３の発明の偏波ダイバーシティ伝
送方式において、前記移動局はＰＤＣ方式の移動用電話
機であり、前記基地局はＰＤＣ方式の基地局であって、
上りと下り回線を異なる無線周波数を使い分けるように
してもよい。

【００２２】同様に第３の発明の偏波ダイバーシティ伝
送方式において、前記移動局は電話、画像、データ情報
等の移動又は携帯通信機、或いは無線ＬＡＮの通信機で
あって、前記基地局はこれらの通信用の基地局であっ
て、上りと下り回線を異なる無線周波数を使い分けるよ
うにしてもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態であ
り、−方向型の伝送システムを示す。同図において、１
は送信機、２は円偏波、或いは４５°又は１３５°偏波
の送信アンテナで、送信局Ｔを構成する。３は電波伝搬
路、４及び５はそれぞれ互いに直交する２つの偏波（例
えば垂直と水平偏波）成分を受信するアンテナ、６及び
７は２つの受信系の受信機、８は受信信号の特性（受信
信号強度や位相）を検出する回路、９はダイバーシティ
受信回路（選択切り換え回路或いは合成回路）、１０は
受信出力回路で、受信局Ｒを構成しており、このシステ
ムの動作は次の通りである。

【００２４】送信機１はアンテナ２より円偏波（右旋円
偏波又は左旋円偏波）或いは４５°又は１３５°偏波の
電波を送信する。伝搬路３では、一般に電波の反射、散
乱、吸収、回折、屈折等を伴う多重波伝搬媒質で、伝搬
媒質や電波の性質と伝搬条件により、電波は減衰、多重
波干渉、偏波の回転等の各種伝搬現象を受ける。この電
波はアンテナに入射し、それぞれ互いに直交する２つの
偏波（この例では、垂直偏波アンテナ４及び水平偏波ア
ンテナ５）成分をそれぞれ受信する。アンテナ４，５及
び受信機６，７の２組の受信系は２つのダイバーシティ
枝を構成する。この受信機出力はダイバーシティ受信回
路９に入力され、受信信号特性検出回路８によって検出
された信号に応じて、切り換えダイバーシティ方式の場
合には規定された法則に従って２つの受信出力のいずれ
かを選択して切り換え受信し、合成ダイバーシティ方式
の場合には規定された法則に従って２つの受信出力を合
成受信する。その結果、受信出力回路１０に偏波ダイバ
ーシティ受信の出力を得る。この方式が従来の各種ダイ
バーシティ方式に比して多くの特徴をもつと同時に、高
いフェージング軽減効果が得られる理由を、以下に説明
する。

【００２５】一般に放送受信や移動通信では、建物等の
反射、回折等により多数の異なる伝搬経路を持つ多重波
伝搬が発生する。電波の反射における入射角がブリュス
ター角以下の場合、偏波面が入射面に垂直な電波は反射
により位相は殆ど変化しないが、偏波面が入射面に平行
な電波の位相は反射により約１８０°変化する性質があ
る。この時、右（又は左）旋円偏波（或いは４５°（又
は１３５°）偏波）は、反射により左（又は右）旋円偏
波（或いは１３５°（又は４５°）偏波）となる。従っ
て、受信に右（又は左）旋円偏波（或いは４５°（又は
１３５°）偏波）を受信するアンテナを用いると反射波
は受信されない。すなわち、円偏波（或いは４５°（又
は１３５°）偏波）を用いるとブリュスター角以下の入
射角で奇数回反射した反射波の干渉によるフェージング
を除去、或いは軽減できる。

【００２６】図２（ａ）は、室内の固定したアンテナか
ら送信した電波を、同じ室内の見通し内の環境で移動受
信した時の受信信号強度の変動（空間的フェージング）
であり、直接波と主として壁面からの反射波との干渉に
よる定在波である。１１は送受信に同じ直線偏波として
垂直偏波アンテナを用いた場合（Ｖ−Ｖ）、１２は送受
信に同じ直線偏波として水平偏波アンテナを用いた場合
（Ｈ−Ｈ）、図２（ｂ）の１３は送受信に同じ円偏波と
して円偏波アンテナ（交叉偏波識別度ＸＰＤ＝１５ｄ
Ｂ）を用いた場合（Ｃ−Ｃ）、１４は送受信に同じ円偏
波アンテナを用いているが、受信側では逆旋円偏波を受
信した場合（Ｃ−Ｘ）の例を示す。円偏波では１回（奇
数回）反射波を受信しないので１３と１１、１１，１２
を比較すると、円偏波によるフェージング軽減効果は明
らかである。フェージングが完全に無くならないのは、
交叉偏波成分及び２回（偶数回）反射波の影響と考えら
れる。

【００２７】図３は、同じ状態で円偏波を送信し、垂直
偏波（Ｖ）及び水平偏波（Ｈ）のアンテナでそれぞれ受
信した時の受信信号強度の変動（空間的フェージング）
であり、直接波と主として壁面からの反射波との干渉に
よる定在波である。１５は円偏波を送信し垂直偏波で受
信した場合（Ｃ−Ｖ）、１６は円偏波を送信し水平偏波
で受信した場合（Ｃ−Ｈ）の例を示す。この円偏波送
信、直交２偏波受信の場合に、２つの受信結果１５と１
６はフェージングがほぼ逆の変化を示すことが明らかで
ある。この時、Ｃ−ＶとＣ−Ｈのフェージングの相関係
数は１０個の測定コースで−０．１５〜−０．５１の値
が得られ、平均値として−０．２７であった。

【００２８】図４は、Ｃ−Ｖ，Ｃ−Ｈの受信信号強度を
自由空間値で正規化した時の相関図の例を示す。この時
の相関係数は−０．３８であった。

【００２９】図５（ａ），（ｂ）は同じ室内で送受信ア
ンテナ間を障害物で遮蔽した時（見通し外）の同様な測
定効果である。図５（ａ）の１７は送受信に同じ直線偏
波として垂直偏波アンテナを用いた場合（Ｖ−Ｖ）、１
８は送受信に同じ直線偏波として水平偏波アンテナを用
いた場合（Ｈ−Ｈ）、図５（ｂ）の１９は送受信に円偏
波アンテナを用いた場合（Ｃ−Ｃ）、２０は受信側では
逆旋円偏波を受信した場合（Ｃ−Ｘ）の例を示す。図５
によれば見通し内と異なり、Ｖ−Ｖ，Ｈ−ＨもＣ−Ｃも
深いフェージングがあり、特にＣ−Ｃでは円偏波による
フェージングの軽減効果が得られていない。これは、直
接波が減衰した状態では、受信点には奇数及び偶数回反
射を含む同程度の強度を持つ複数の波が到来し干渉する
からである。

【００３０】図６は見通し内と同様に見通し外におい
て、円偏波を送信し垂直偏波（Ｖ）及び水平偏波（Ｈ）
のアンテナでそれぞれ受信した時の受信信号強度の変動
の測定結果の一例である。２１は円偏波を送信し垂直偏
波で受信した場合（Ｃ−Ｖ）、２２は円偏波を送信し水
平偏波で受信した場合（Ｃ−Ｈ）の例を示す。この円偏
波送信、直交２偏波受信の場合、見通し内と同様に、２
つの受信結果２１と２２はフェージングがほぼ逆の変化
を示している。

【００３１】図７は、Ｃ−Ｖ、Ｃ−Ｈの相相関図の例を
示す。この時の相関係数は−０．１７であった。

【００３２】以上の結果から、偏波による反射特性の差
異により、見通し内では円偏波を用いれば反射波による
フェージングの軽減が可能であるが、見通し外では軽減
効果が得られないこと、また円偏波送信し、直交２偏波
受信によると見通し内ても見通し外でもフェージングの
相関が負になり得ることが明らかである。これらの性質
は、野外の見通し内、見通し外での実験においても室内
とほぼ同様の特性が確認された。

【００３３】図８（ａ），（ｂ）は、屋外の測定結果に
よるＣ−Ｖ、Ｃ−Ｈの相関図の例で、この時の相関係数
は（ａ）見通し内では−０．１２、（ｂ）通し外では−
０．１８であった。

【００３４】通常の空間ダイバーシティ方式では、多数
の多重波を代表するランダム・モデルでは、アンテナ間
隔を十分広く取ってもダイバーシティ枝間の相関係数の
理論的最小限界はゼロである。負の相関が生じるのは２
波モデルの極めて特殊な条件に限られる。また、通常の
偏波ダイバーシティ方式では、ダイバーシティ枝間で小
さい相関が実際上得難い上に、２つのダイバーシティ枝
の平均信号強度が等しいというフェージング軽減効果の
ための最適条件が殆ど達成できない。

【００３５】これに対して本発明の円偏波を用いた偏波
ダイバーシティ伝送方式は、多重波伝搬環境では反射に
より直交偏波成分の発生が起こり、これが負の相関係数
を生む主原因となる。負の相関とは、一方の信号が最小
の時には他方の信号が最大に近いので、２つのダイバー
シティ枝は殆ど完全に補完的に動作してフェージングを
著しく軽減できる。しかも円偏波を送信する時は、多重
波伝搬環境での受信点における垂直及び水平偏波成分の
エネルギーは常にほぼ等しいので、ダイバーシティ受信
によるフェージング軽減のための最適条件を殆ど常に満
足する。このような理由から、本発明の円偏波送信で、
直交２偏波受信による偏波ダイバーシティ伝送方式は、
従来のダイバーシティ方式の理論限界を超えるフェージ
ング軽減が理論的にも実際上でも可能である。

【００３６】上記の室内実験例について、円偏波送信
で、直交２偏波受信による切り換え及び合成ダイバーシ
ティ受信出力の計算機シミュレーションによる結果を図
９の２３及び２４に示す。フェージングが著しく減少し
ていることが分かる。同様に、屋外実験の場合を確率分
布曲線として図１０に示す。２５（Ｃ−Ｃ）、２６（Ｃ
−Ｈ）、２７（Ｃ−Ｖ）共に２９のレイリー分布に近い
激しい変動を示しているが、２８の電力合成のダイバー
シティ受信の計算機シミュレーション結果は変動幅が著
しく軽減している。以上のように、通常のダイバーシテ
ィ受信よりも明らかに高い改善が可能なことが確認され
た。

【００３７】図１１（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態
であり、上りと下り回線に同一の無線周波数を用いる時
分割複信（ＴＤＤ）方式の双方向無線通信システムで非
対称双方向型の偏波ダイバーシティ伝送方式である。図
１１（ａ）のＭＳ１は移動局、図１１（ｂ）のＢＳ１は
基地局を表す。移動局ＭＳ１において、３０は送信機、
３１は送受信切り換え回路、３２は移相合成器、３３は
円偏波或いは４５°又は１３５°偏波の送受信アンテナ
で、第１の送信手段を構成する。３３のアンテナ、３２
の移相合成器、３１の送受信切り換え回路、３４の受信
機、で第１の受信手段を構成している。３１の送受信切
り換え回路は、第１の送信手段と第１の受信手段とを切
り換えて作動させる第１の制御手段である。

【００３８】基地局ＢＳ１において、３５はそれぞれ互
いに直交する２つの偏波（例えば垂直及び水平偏波）成
分を受信するアンテナ、３６及び３７は２つの受信系を
構成する受信機、３８は受信信号の特性（受信信号強度
や位相など）を検出する回路、３９はダイバーシティ受
信回路（選択切り換え回路或いは合成回路）、４０は受
信出力回路で、第２の受信手段を構成する。４１は送信
機、４２はダイバーシティ送信回路、３５はそれぞれ互
いに直交する２つの偏波（例えば垂直及び水平偏波）成
分を送信するアンテナで、第２の送信手段を構成する。
４３は送受信切り換え回路で、第２の送信手段と第２の
受信手段を、前記第１の制御手段と関連させて交互に切
り換えて作動させる第２の制御手段である。

【００３９】上り回線として、移動局ＭＳ１はアンテナ
２８より円偏波（右旋円偏波又は左旋円偏波）或いは４
５°偏波（又は１３５°偏波）の電波を送信する。各種
伝搬現象を受けた電波は、基地局ＢＳ１の３０及び３１
のアンテナに入射し直交偏波成分をそれぞれ受信する。
アンテナ３０，３１及び受信機３２，３３の２組の受信
系は２つのダイバーシティ枝を構成する。この受信機出
力はダイバーシティ受信回路３５に入力され、受信信号
特性検出回路３４によって検出された信号に応じて、規
定された法則に従って２つの受信出力を選択して切り換
え、もしくは、合成して受信し、受信出力回路３６に偏
波ダイバーシティ受信の出力を得る。

【００４０】下り回線として、基地局ＢＳ１は、受信信
号強度特性検出回路３８によって受信時に検出され選択
した信号に応じて、ダイバーシティ送信回路４２の２つ
の送信出力を切り換え、選択受信した偏波と同じ偏波で
アンテナ３５から送信する。移動局ＭＳ１では、アンテ
ナ３３により受信された信号は、移相合成器３２と送受
信切り換え回路３１を経て受信機３４に入力される。

【００４１】移動局、基地局共に、送信アンテナと受信
アンテナを共用した場合、移動局と基地局それぞれで用
いる偏波の、望ましい組合せを示す。移動局のアンテナ
３３において円偏波（右旋円偏波或いは左旋円偏波）を
送受信する場合、基地局のアンテナ３５はそれぞれ互い
に直交する２つの偏波成分（垂直と水平偏波、或いは４
５°と１３５°偏波等）で送受信する。移動局のアンテ
ナ３３において４５°偏波或いは１３５°偏波を送受信
する場合、基地局のアンテナ３５はそれぞれ互いに直交
する２つの偏波成分である垂直偏波と水平偏波で送受信
する。

【００４２】上述した非対称双方向型の偏波ダイバーシ
ティ伝送方式は時分割複信（ＴＤＤ）方式で適用される
ので、上り回線と下り回線の切り換えが非常に短い時間
価格で行なわれ、その時間間隔では上り回線と下り回線
の伝搬路特性の差異は殆ど無い。そこで、基地局装置の
みで偏波ダイバーシティ受信、偏波ダイバーシティ送信
の制御が行なえ、前述したような著しいフェージングの
軽減効果が得られる。この時、移動局ではダイバーシテ
ィ制御回路が全く不要となるので移動局の装置が簡易に
なる利点がある。

【００４３】また、移動局（特に携帯型端末）で直線偏
波を用いた場合は、通話等の使用時における端末の傾き
が偏波成分の偏りとなって現れ、特に見通し内の伝搬環
境では基地局において、直交する偏波成分の受信信号強
度の平均値に差が生じ、偏波ダイバーシティのフェージ
ング軽減効果が減少する。しかし、移動局で円偏波を用
いた場合には、使用時における端末の傾きの問題が無く
なり、さらなる偏波ダイバーシティによるフェージング
軽減効果が得られる。

【００４４】図１２は本発明の更に他の実施形態であ
り、上りと下り回線に別々の無線周波数を用いる周波数
分割複信（ＦＤＤ）方式の双方向無線通信システムに適
用された本発明の対称双方向型の偏波ダイバーシティ伝
送方式である。

【００４５】移動局ＭＳ２において、４３は送信機、４
４は分配器、４５はアンテナ共用器、４６は円偏波の送
受信アンテナで、第１の送信手段を構成し無線周波数Ｆ
１の電波を送信する。４６はそれぞれ互いに直交する２
つの偏波（例えば、垂直及び水平偏波）成分を受信する
アンテナ、４７及び４８は２つの受信系を構成する受信
機、４９は受信信号の特性（受信信号強度や位相等）を
検出する回路、５０はダイバーシティ受信回路（選択切
り換え回路或いは合成回路）、５１は受信出力回路で、
第１の受信手段を構成し無線周波数Ｆ２の電波を受信す
る。

【００４６】基地局ＢＳ２において、５２は送信機、５
３は分配器、５４はアンテナ共用器、５５は円偏波の送
受信アンテナで、第２の送信手段を構成し無線周波数Ｆ
２の電波を送信する。５５はそれぞれ互いに直交する２
つの偏波（例えば、垂直及び水平偏波）成分を受信する
アンテナ、５６及び５７は２つの受信系を構成する受信
機、５８は受信信号の特性（受信信号強度や位相等）を
検出する回路、５９はダイバーシティ受信回路（選択切
り換え回路或いは合成回路）、６０は受信出力回路で、
第２の受信手段を構成し無線周波数Ｆ１の電波を受信す
る。

【００４７】上り回線として無線周波数Ｆ１を用い、移
動局ＭＳ２はアンテナ４６より円偏波（右旋円偏波或い
は左旋円偏波）の電波を送信する。各種伝搬現象を受け
た電波は、基地局ＢＳ２の５５のアンテナに入射し直交
した偏波成分をそれぞれ受信する。アンテナ５５のそれ
ぞれ直交した偏波成分及び受信機５６，５７で構成され
る２組の受信系は２つのダイバーシティ枝を構成する。
この受信機出力はダイバーシティ受信回路５９に入力さ
れ、受信信号強度特性検出回路５８によって検出された
信号の特性に応じて、規定された法則に従って２つの受
信出力を選択して切り換え、あるいは、合成して受信
し、受信出力回路６０に偏波ダイバーシティ受信の出力
を得る。

【００４８】下り回線として無線周波数Ｆ２を用い、基
地局ＢＳ２はアンテナ５５より円偏波（右旋円偏波或い
は左旋円偏波）の電波を送信する。各種伝搬現象を受け
た電波は、移動局ＭＳ２の４６のアンテナに入射し直交
した偏波成分をそれぞれ受信する。アンテナ４６のそれ
ぞれ直交した偏波成分及び受信機４７，４８で構成され
る２組の受信系は２つのダイバーシティ枝を構成する。
この受信機出力はダイバーシティ受信回路５０に入力さ
れ、受信信号強度特性検出回路４９によって検出された
信号の特性に応じて、規定された法則に従って２つの受
信出力を選択して切り換え、あるいは、合成して受信
し、受信出力回路５１に偏波ダイバーシティ受信の出力
を得る。

【００４９】上述した対称双方向型の偏波ダイバーシテ
ィ伝送方式は周波数分割複信（ＦＤＤ）方式に適用され
る。上り回線と下り回線それぞれは異なった無線周波数
を用いるので結果的に、１方向型の偏波ダイバーシティ
伝送方式を上り回線、下り回線それぞれに適用した形と
なっているので、前述したような著しいフェージングの
軽減効果が得られる。

【００５０】

【実施例】本発明は一般に多重波伝搬におけるフェージ
ングが顕著な無線通信や無線伝送、放送に利用でき、そ
の適用範囲はアナログ或いはディジタル方式、見通し内
或いは見通し外伝搬、上り或いは下り回線の広い範囲で
フェージングを有効に軽減できる。しかも、適切な装置
（特にアンテナ）を使用すれば、経済的にも優れたシス
テムを提供できる可能性がある。以下、本発明の実施例
をあげ、それぞれについての効果を具体的に述べる。

【００５１】（１）放送 図１、実施形態は、ＴＶ、音楽、音声等のアナログ或い
はディジタル放送、又は各種データ情報等のディジタル
放送に適用できる。特に、移動受信する場合にはフェー
ジングの著しい軽減が得られる。また、固定受信する場
合は、空間に存在する定在波を意識せずにアンテナを設
置でき、アンテナ設置の自由度が大きい効果がある。 （２）ＰＨＳシステム 図１１の実施形態は、ＰＨＳシステムに適用できる。こ
のシステムでは、互いに直交した偏波相関係数は負とな
り、また２つのダイバーシティ受信系の平均信号強度が
等しいので、従来の空間ダイバーシティ方式（相関係数
は基地局側で０．６程度）に比べてはるかに高いダイバ
ーシティ利得が得られ、エリアの拡大につながる。しか
も基地局のアンテナを小型化できる。基地局装置のみで
送受信の偏波ダイバーシティを構成するので、携帯端末
に複雑なダイバーシティ回路が不要となり、端末装置を
簡易にできる利点が大きい。さらに、端末のアンテナに
円偏波を用いれば、通話状態による端末の傾きによる信
号強度の劣化を防止する利点もある。 （３）ＴＤＤ方式の移動体通信やマルチメディアシステ
ム 図１１の実施形態がＰＨＳシステムと同様に運用できる
ならば、ＰＨＳと同様である。 （４）ＰＤＣシステム 図１２の実施形態は、ＰＤＣシステムに適用できる。こ
のシステムでは、従来の空間ダイバーシティ方式（相関
係数は基地局で０．６程度、移動局で最低０．２程度）
に比べて、相関係数は負となり、しかも２つのダイバー
シティ受信系の平均信号強度が等しいので、はるかに高
いダイバーシティ利得が得られ、サービスエリアの拡大
につながる。しかも基地局のアンテナを小型化できる。
さらに、端末のアンテナに円偏波を用いれば、通話状態
による端末の傾きによる信号強度の劣化も防止する利点
もある。 （５）ＦＤＤ方式の移動体通信やマルチメディアシステ
ム 図１２の実施形態がＰＤＣシステムと同様に運用できる
ならば、ＰＤＣと同様である。 （６）無線ＬＡＮシステム 屋内無線ＬＡＮシステムでは、親機が基地局に相当し、
子機が移動局に相当する。通常の使い方では、子機は固
定して使用する場合が多いが、この時には室内で移動す
る人間の影響によりフェージングを発生する。本発明の
偏波ダイバーシティ伝送方式はこの種の干渉フェージン
グに対して効果があり、無線ＬＡＮシステムの実施形態
がＴＤＤ方式ならばＰＨＳと同様であり、ＦＤＤ方式な
らばＰＤＣと同様である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、伝
搬条件が複雑な移動通信やＴＶ放送、無線ＬＡＮ等の分
野で高いフェージング改善効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。

【図２】室内固定アンテナからの送信電波を同じ室内
（見通し内）で移動受信した時の受信信号強度の変動を
示す図である。

【図３】図２と同じ室内（見通し内）で円偏波（Ｃ）を
送信し、垂直（Ｖ）及び水平（Ｈ）アンテナでそれぞれ
受信した時の受信結果を示す図である。

【図４】図３におけるＣ−Ｖ，Ｃ−Ｈの受信信号強度の
相関図である。

【図５】同じ室内で送受信アンテナ間を障害物で遮蔽し
た時（見通し外）の受信信号強度の変動を示す図であ
る。

【図６】図５と同じ室内（見通し外）で円偏波（Ｃ）を
送信し、垂直（Ｖ）及び水平（Ｈ）アンテナでそれぞれ
受信した時の受信結果を示す図である。

【図７】図６におけるＣ−Ｖ，Ｃ−Ｈの受信信号強度の
相関図である。

【図８】屋外におけるＣ−Ｖ，Ｃ−Ｈの受信信号強度の
相関図である。

【図９】室内（見通し内）での円偏波ダイバーシティ受
信の切り換え及び合成ダイバーシティ受信出力における
フェージングの計算機シミュレーション結果を示す図で
ある。

【図１０】野外での円偏波ダイバーシティ受信の合成ダ
イバーシティ受信出力における計算機シミュレーション
結果と各種偏波の単一受信の場合を、電界強度の累積分
布曲線で比較して示す図である。

【図１１】本発明の他の実施形態を示すブロック図であ
る。

【図１２】本発明の更に他の実施形態を示すブロック図
である。

【符号の説明】

Ｔ 送信局 １ 送信機 ２ 送信アンテナ ４ 垂直偏波受信アンテナ ５ 水平偏波受信アンテナ ６ 受信機 ７ 受信機 ８ ダイバーシティ受信回路 ９ 受信出力回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池上 文夫 東京都渋谷区神宮前６−27−８ 株式会社 京セラディーディーアイ未来通信研究所内 (72)発明者 前山 利幸 東京都渋谷区神宮前６−27−８ 株式会社 京セラディーディーアイ未来通信研究所内 Ｆターム(参考） 5K059 BB01 CC03 CC05 CC09 DD02 DD25 DD35 EE01 EE02 EE03 5K067 AA02 BB04 BB21 CC24 DD51 EE02 EE10 GG11 KK03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円偏波、或いは４５°又は１３５°偏波
   の電波を送信する送信局と、 上記送信電波の直交する２つの偏波成分をそれぞれ受信
   する２組の受信系を有し、該受信系の各出力を切り換
   え、或いは合成して偏波ダイバーシティ受信を行うよう
   に構成した受信局と、を備えたことを特徴とする偏波ダ
   イバーシティ伝送方式。
2. 【請求項２】 上りと下り回線に同一の無線周波数を用
   いる時分割複信方式の双方向無線通信システムにおい
   て、円偏波の電波を送信する第１の送信手段と、送信さ
   れてくる電波を円偏波で受信する第１の受信手段と、上
   記第１の送信手段と第１の受信手段とを切り換えて作動
   させる第１の制御手段と、を備えた移動局と、 上記送信電波の直交する２つの偏波成分をそれぞれ受信
   する２組の受信系を有し、該受信系の各出力を選択して
   切り換え、或いは合成して偏波ダイバーシティ受信を行
   うように構成した第２の受信手段と、上記第２の受信手
   段の選択した受信系の偏波と同一の偏波の電波を切り換
   えて送信する第２の送信手段と、上記第２の送信手段と
   第２の受信手段を、前記第１の制御手段と関連させて交
   互に切り換えて作動させる第２の制御手段と、を備えた
   基地局と、から成ることを特徴とする偏波ダイバーシテ
   ィ伝送方式。
3. 【請求項３】 上りと下り回線に異なる無線周波数を用
   いる周波数分割複信方式の双方向無線通信システムにお
   いて、円偏波、或いは４５°又は１３５°偏波の電波を
   上り回線として送信する第１の送信手段と、下り回線と
   して送信されてくる電波の直交する２つの偏波成分をそ
   れぞれ受信する２組の受信系を有し、該受信系の各出力
   を切り換え、或いは合成して偏波ダイバーシティ受信を
   行なうように構成した第１の受信手段と、を備えた移動
   局と、 円偏波、或いは４５°又は１３５°偏波の電波を下り回
   線として送信する第２の送信手段と、上り回線として送
   信されてくる電波の直交する２つの偏波成分をそれぞれ
   受信する２組の受信系を有し、該受信系の各出力を切り
   換え、或いは合成して偏波ダイバーシティ受信を行なう
   ように構成した第２の受信手段と、を備えた基地局と、
   から成ることを特徴とする偏波ダイバーシティ伝送方
   式。
4. 【請求項４】 前記移動局は第１の送信手段及び受信手
   段として円偏波を送受信できるアンテナを用い、 前記基地局は第２の送信手段及び受信手段として直交す
   る２つの偏波成分をダイバーシティ枝として、それぞれ
   送受信できるアンテナを用いることを特徴とする請求項
   ２記載の偏波ダイバーシティ伝送方式。
5. 【請求項５】 前記移動局及び基地局は、送信時には、
   前記第１の送信手段及び第２の送信手段として独立した
   直交する２つの偏波成分のアンテナを合成して用いるこ
   とで、円偏波を送信でき、 受信時には、前記第１の受信手段及び第２の受信手段と
   して直交する２つの偏波成分をダイバーシティ枝とし
   て、それぞれ受信できるアンテナを用いることを特徴と
   する請求項３記載の偏波ダイバーシティ伝送方式。
6. 【請求項６】 前記移動局及び基地局は、送信時には、
   前記第１の送信手段及び第２の送信手段として直交する
   ２つの偏波成分である垂直偏波と水平偏波のアンテナを
   合成して用いることで、４５°或いは１３５°偏波を送
   信し、受信時には、前記第１の受信手段及び第２の受信
   手段として直交する２つの偏波成分をダイバーシティ枝
   としてそれぞれ受信するアンテナを用いることを特徴と
   する請求項３記載の偏波ダイバーシティ伝送方式。
7. 【請求項７】 前記送信局は、ＴＶ、音楽、音声等のア
   ナログ或いはディジタル放送の電波、又は各種データ情
   報等のディジタル放送の電波を送信し、 前記受信局は上記放送電波を受信するようになっている
   請求項１記載のダイバーシティ伝送方式。
8. 【請求項８】 前記移動局はＰＨＳ方式の携帯用電話機
   であり、 前記基地局はＰＨＳ方式の基地局であって、 前記第１及び第２の制御手段は、上りと下り回線を時分
   割的に交互に相互間の送受信を切り換えるようになって
   いる請求項２記載の偏波ダイバーシティ伝送方式。
9. 【請求項９】 前記移動局は電話、画像、データ情報等
   の移動又は携帯通信機、或いは無線ＬＡＮの通信機であ
   って、 前記基地局はこれらの通信用の基地局であって、 前記第１及び第２の制御手段は、上りと下り回線を時分
   割的に交互に相互間の送受信を切り換えるようになって
   いる請求項２記載の偏波ダイバーシティ伝送方式。
10. 【請求項１０】 前記移動局はＰＤＣ方式の移動用電話
    機であり、 前記基地局はＰＤＣ方式の基地局であって、 上りと下り回線を異なる無線周波数を使い分けるように
    なっている請求項３記載の偏波ダイバーシティ伝送方
    式。
11. 【請求項１１】 前記移動局は電話、画像、データ情報
    等の移動又は携帯通信機、或いは無線ＬＡＮの通信機で
    あって、 前記基地局はこれらの通信用の基地局であって、 上りと下り回線を異なる無線周波数を使い分けるように
    なっている請求項３記載の偏波ダイバーシティ伝送方
    式。