JP2003347997A - アンテナ装置および無線通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 干渉やマルチパスの影響を低減化し、高利得
な送信ビームを正確に制御し、端末や中継局のアンテナ
装置の大幅な簡易化・低コスト化を図る。 【解決手段】 まず、相手無線局よりパイロット信号を
送信し、パイロット信号を段階的または任意に変化させ
る。その時、送受信アンテナ部１は、パイロット信号に
従って方向を変えながらトレーニング信号の送信を行な
う。相手無線局では、トレーニング信号を受信し続け、
受信レベルの高いパイロット信号を見つける作業を行な
う。見通し内の場合には、最も受信レベルの高い状態
が、送受信アンテナ部１の指向性が相手無線局に向いて
いる状態であるため、見つけたパイロット信号を送信す
ることによって送受信アンテナ部１の指向性を相手無線
局に向けることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定無線サービス
に用いられる端末用、中継局用または基地局に用いて好
適なアンテナ装置および無線通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】無線局間で高速な無線通信を安定して行
なうためには、指向性アンテナを用い、適切な方向にア
ンテナを向ける必要がある。

【０００３】アンテナを自動的に通信相手の無線局に指
向させる方法として、ロービング方式、振幅比較モノパ
ルス方式、ステップ追尾方式等が用いられている。これ
らは指向方向の角度的変位に対する受信レベルの変位を
検出して受信レベルの極大値が得られるように指向方向
を制御するものである。他の方法の一つとして、位相比
較モノパルス方式があり、これはアレーアンテナ素子間
の受信位相差を検知して指向方向を到来方向に追尾させ
る方式である［文献：電子通信学会「アンテナ工学ハン
ドブック」、５章、オーム社 参照］。

【０００４】また、アレーアンテナ素子毎の受信信号の
信号処理を行ない、その結果により指向性を適応制御す
るアダプティブアレーアンテナがある。制御アルゴリズ
ムとして、誤差信号を最小にする最小２乗誤差法や、最
大ＳＮ：Ｒ法等のアルゴリズムが用いられる［文献:菊
間著「アレーアンテナによる適応信号処理」、３〜４章、
科学技術出版 参照］。

【０００５】しかし、前者は、高利得なビームを追尾さ
せることが可能であるが受信レベルのみを参照するた
め、干渉波やマルチパス波が到来した場合の伝送速度低
下を防ぐことができない。後者は、複雑な信号処理回路
が必要で、また高利得化・アレー数増加に伴い、さらに
信号処理回路が複雑化するため、一般的に小規模アレー
において干渉波や長遅延波の影響低減に用いられること
が多い。また、両者の方式では、受信時のビーム制御は
可能であるが、送信ビームの制御は困難である。

【０００６】また、端末や中継局に指向性制御機能を与
える場合、受信レベルや誤差信号などを検知して制御を
行なう回路を個別に付加する必要がある。特に、後者
は、信号処理回路を必要とするため、回路が複雑にな
り、低コストにアンテナを実現することは困難である。
また、受信信号を用いて指向性形成を行なうため、周波
数が異なる等受信と送信時の環境が異なる場合には、送
信ビームを正確に形成することが困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、追尾
方式を用いた従来技術では、干渉波やマルチパス波によ
る伝送速度低下を防ぐことができない、または送信ビー
ムを正確に形成することが困難である、または端末や中
継局に対してもレベル検知用と指向性制御用の追尾回路
が必要になるため装置が複雑化し高コスト化するという
問題があった。

【０００８】また、上述したように、アダプティブアレ
ーアンテナを用いた場合には、高利得なビームを得るこ
とが難しい、または送信ビームの正確な形成が困難であ
る、または複雑な信号処理回路を必要とするため低コス
ト化が困難な上、端末や中継局用アンテナに適用する場
合、個別に回路を付加する必要があるため、システム全
体の低コスト化が困難であるという問題があった。

【０００９】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、干渉やマルチパスの影響を低減化することがで
き、高利得な送信ビームを正確に制御することができ、
端末や中継局のアンテナ装置の大幅な簡易化・低コスト
化を図ることができるアンテナ装置および無線通信シス
テムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項１記載の発明では、所定の指向性制御
情報に基づいて、電気的もしくは機械的にアンテナの指
向性を制御する指向性制御手段と、外部より発せられ
る、指向性制御情報を含むパイロット信号を受信するパ
イロット信号受信手段と、前記パイロット信号受信手段
によって受信されたパイロット信号から指向性制御情報
を抽出するパイロット信号抽出手段と、前記パイロット
信号抽出手段によって抽出された指向性制御情報を前記
指向性制御手段に伝達する抽出信号伝達手段とを具備す
ることを特徴とする。

【００１１】また、上述した問題点を解決するために、
請求項２記載の発明では、所定の指向性制御情報に基づ
いて、電気的にアンテナの指向性を制御する送信電力制
御手段と、外部より発せられる、指向性制御情報を含む
パイロット信号を受信するパイロット信号受信手段と、
前記パイロット信号受信手段によって受信されたパイロ
ット信号から指向性制御情報を抽出するパイロット信号
抽出手段と、前記パイロット信号抽出手段によって抽出
された指向性制御情報を前記送信電力制御手段に伝達す
る抽出信号伝達手段とを具備することを特徴とする。

【００１２】また、上述した問題点を解決するために、
請求項３記載の発明では、所定の指向性制御情報に基づ
いて、電気的にアンテナの指向性を制御する周波数変換
手段と、外部より発せられる、指向性制御情報を含むパ
イロット信号を受信するパイロット信号受信手段と、前
記パイロット信号受信手段によって受信されたパイロッ
ト信号から指向性制御情報を抽出するパイロット信号抽
出手段と、前記パイロット信号抽出手段によって抽出さ
れた指向性制御情報を前記周波数変換手段に伝達する抽
出信号伝達手段とを具備することを特徴とする。

【００１３】また、上述した問題点を解決するために、
請求項４記載の発明では、複数のアンテナ素子より構成
されるアンテナ装置であって、外部より発せられる、指
向性制御情報を含むパイロット信号を受信するパイロッ
ト信号受信手段と、前記パイロット信号受信手段により
受信されたパイロット信号から指向性制御情報を抽出す
るパイロット信号抽出手段と、前記パイロット信号抽出
手段によって抽出された指向性制御情報に基づいて、前
記複数のアンテナ素子の各々への給電電力に位相差を与
えることにより、前記複数のアンテナ素子の指向性を制
御する電子制御型位相差付与手段とを具備することを特
徴とする。

【００１４】また、請求項５記載の発明では、請求項４
記載のアンテナ装置において、前記パイロット信号抽出
手段によって抽出された指向性制御情報に基づいて、前
記複数のアンテナ素子への給電電力レベルを制御する電
子制御型振幅制御手段を具備することを特徴とする。

【００１５】また、請求項６記載の発明では、請求項４
記載のアンテナ装置において、正弦波信号を発生する正
弦波信号源と、前記パイロット信号受信手段によって受
信されたパイロット信号と、前記正弦波信号源の正弦波
信号との位相を比較し、双方の位相差に応じた出力信号
を出力する位相比較手段とを具備し、前記電子制御型位
相差付与手段は、前記位相比較手段により出力される出
力信号に基づいて、前記複数のアンテナ素子の各々への
給電電力に位相差を与えることにより、前記複数のアン
テナ素子の指向性を制御することを特徴とする。

【００１６】また、請求項７記載の発明では、請求項４
記載のアンテナ装置において、前記パイロット信号抽出
手段は、外部より発せられる変調パイロット信号を復調
する復調手段を具備することを特徴とする。

【００１７】また、請求項８記載の発明では、請求項４
記載のアンテナ装置において、前記パイロット信号抽出
手段は、パイロット信号受信手段によって受信されたパ
イロット信号を２つ以上に分岐する信号分岐手段と、前
記信号分岐手段のうち、少なくても１つ以上の出力信号
を遅延させる遅延手段と、前期信号分岐手段により分岐
された出力信号と、前記遅延手段により遅延された出力
信号との位相を比較する位相比較手段とを具備すること
を特徴とする。

【００１８】また、上述した問題点を解決するために、
請求項９記載の発明では、複数の基地局と少なくとも１
つ以上の端末とからなり、互に無線通信する無線通信シ
ステムであって、一方の通信機器から、位相、振幅また
は周波数の少なくともいずれか１つを変化させた、指向
性制御情報を含むパイロット信号を送信し、他方の通信
機器で、前記パイロット信号から指向性制御情報を抽出
し、該指向性制御情報に基づいて、アンテナのビーム方
向、ビーム形状、送信電力または送受信周波数の少なく
ともいずれか１つを遠隔制御することを特徴とする。

【００１９】また、請求項１０記載の発明では、請求項
９記載の無線通信システムにおいて、前記パイロット信
号は、その一部もしくは全てを、前記端末または前記複
数の基地局から発せられる通信キヤリアの被変調信号の
搬送波とすることを特徴とする。

【００２０】この発明では、パイロット信号受信手段に
より、外部より発せられる、指向性制御情報を含むパイ
ロット信号を受信し、パイロット信号抽出手段により、
該パイロット信号から指向性制御情報を抽出し、抽出信
号伝達手段により、該抽出された指向性制御情報を前記
指向性制御手段に伝達し、指向性制御手段により、指向
性制御情報に基づいて、電気的もしくは機械的にアンテ
ナの指向性を制御する。したがって、干渉やマルチパス
の影響を低減化することができ、高利得な送信ビームを
正確に制御することが可能となり、端末や中継局のアン
テナ装置の大幅な簡易化・低コスト化を図ることが可能
となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。 Ａ．第１実施形態 図１は、本発明の第１実施形態によるアンテナ装置の構
成を示すブロック図である。図において、本第１実施形
態によるアンテナ装置は、指向性制御情報を含まない通
信信号（以下、通信信号と称す）と指向性制御情報のみ
を伝送するパイロット信号（以下、パイロット信号と称
す）との双方を発する相手無線局との間で通信を行なう
ことが可能となっている。

【００２２】通信信号の送受信のみを行なう送受信アン
テナ部１は、一次放射器１１１と反射鏡１１２とで構成
され、さらにパイロット信号のみを受信するパイロット
信号受信アンテナ２を有する。パイロット信号受信アン
テナ２により受信されたパイロット信号は、信号抽出回
路３によってアンテナ方向制御用アクチュエータ４１１
の制御信号に変換される。

【００２３】アンテナ方向制御用アクチュエータ４１１
は、制御信号に従って、送受信アンテナ部１全体の方向
を変える。パイロット信号受信アンテナ２がパイロット
信号を受信している間は、送受信アンテナ部１は送信を
行い、パイロット信号が無い場合には、アンテナ方向制
御用アクチュエータ４１１は、送受信アンテナ部１の方
向を保持し、送受信アンテナ部１は受信を行なうものと
する。

【００２４】相手無線局に送受信アンテナ部１の指向性
を向けるには、まず、相手無線局よりパイロット信号を
送信し、パイロット信号を段階的または任意に変化させ
る。その時、送受信アンテナ部１は、パイロット信号に
従って方向を変えながらトレーニング信号の送信を行な
う。相手無線局では、トレーニング信号を受信し続け、
パイロット信号の内容とトレーニング信号受信レベルと
の対応関係から受信レベルの高いパイロット信号を見つ
ける作業を行なう。

【００２５】見通し内の場合には、相手無線局において
最も受信レベルの高い状態が、送受信アンテナ部１の指
向性が相手無線局に向いている状態であるため、見つけ
たパイロット信号を送信することによって送受信アンテ
ナ部１の指向性を相手無線局に向けることができる。

【００２６】以上に述べた構成と制御方法によって、本
アンテナ装置は、自身で判断して指向性制御を行なうた
めの信号処理回路を待たずに、正確な指向性の相手局へ
のポインティングを行なうことが可能となる。これによ
って、指向性制御用信号処理回路を基地局に配置するこ
とが可能となる。端末が複数ある場合には、複数の端末
で基地局にある信号処理回路を共有することになるの
で、コストの低減化を期待できる。また、従来、端末か
ら基地局への送信（アップリンク）ビームを正確にポイ
ンティングすることは困難であったが、本構成によって
正確なポインティングを容易に実現することができる。

【００２７】Ｂ．第２実施形態 次に、図２は、本発明の第２実施形態によるアンテナ装
置の構成を示すブロック図である。なお、図１に対応す
る部分には同一符号を付けて説明を省略する。図におい
て、本第２実施形態によるアンテナ装置は、通信信号と
パイロット信号との双方を発する相手無線局との間で通
信を行なうことが可能となっている。

【００２８】通信信号の送受信のみを行なう送受信アン
テナ部１は、アンテナ素子１２１〜１２４により構成さ
れるアレーアンテナである。パイロット信号受信アンテ
ナ２により受信されたパイロット信号は、信号抽出回路
３によって電子制御式位相差付与回路４２１の制御信号
に変換される。

【００２９】電子制御式位相差付与回路４２１は、制御
信号に従って、送受信用アンテナ素子１２１〜１２４に
位相差を付与する。それによって、アンテナ部１の送受
信ビームは電子的に走査される。パイロット信号受信ア
ンテナ２がパイロット信号を受信している間は、送受信
アンテナ部１は送信を行い、パイロット信号が無い場合
には、電子制御式位相差付与回路４２１は、送受信アン
テナ部ｌのビーム方向を保持し、送受信アンテナ部１は
受信を行なうものとする。

【００３０】相手無線局に送受信アンテナ部１の指向性
を向けるには、まず、相手無線局よりパイロット信号を
送信し、パイロット信号を段階的または任意に変化させ
る。その時、送受信アンテナ部１は、パイロット信号に
従ってビーム方向を変えながらトレーニング信号の送信
を行なう。

【００３１】相手無線局では、トレーニング信号を受信
し続け、パイロット信号の内容とトレーニング信号受信
レベルとの対応関係から受信レベルの高いパイロット信
号を見つける作業を行なう。

【００３２】見通し内の場合には、相手無線局において
最も受信レベルの高い状態が、送受信アンテナ部１の指
向性が相手無線局に向いている状態であるため、見つけ
たパイロット信号を送信することによって送受信アンテ
ナ部１の指向性を相手無線局に向けることができる。

【００３３】以上に述べた構成と制御方法によって、本
アンテナ装置は、自身で判断して指向性制御を行なうた
めの信号処理回路を持たずに、正確な指向性の相手局へ
のポインティングを行なうことが可能となる。これによ
って、指向性制御用信号処理回路を基地局に配置するこ
とが可能となる。端末が複数ある場合には、複数の端末
で基地局にある信号処理回路を共有することになるの
で、コストの低減化を期待できる。また、従来、端末か
ら基地局への送信（アップリンク）ビームを正確にポイ
ンティングすることは困難であったが、本構成によって
正確なポインティングを容易に実現することができる。

【００３４】Ｃ．第３実施形態 次に、図３は、本発明の第３実施形態によるアンテナ装
置の構成を示すブロック図である。なお、図１または図
２に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略す
る。本第３実施形態によるアンテナ装置は、通信信号と
パイロット信号との双方を発する相手無線局との間で通
信を行なうことが可能となっている。

【００３５】通信信号の送受信のみを行なう送受信アン
テナ部１は、アンテナ素子１３１〜１３４により構成さ
れるアレーアンテナである。パイロット信号受信アンテ
ナ２により受信されたパイロット信号は、信号抽出回路
３によって、電子制御式位相差付与回路４３１の制御信
号と電子制御式可変減衰器４３２の制御信号とに分離し
て変換される。電子制御式位相差付与回路４３１は、ア
ンテナ素子１３１〜１３４に対して、送受信用アンテナ
素子に位相差を付与し、電子制御式可変減衰器４３２
は、励振振幅の制御を行なう。それによって、アンテナ
部１の送受信ビームの指向性とレベルとは電子的に制御
される。

【００３６】パイロット信号受信アンテナ２がパイロッ
ト信号を受信している間は、送受信アンテナ部１は送信
を行い、パイロット信号が無い場合には、電子制御式位
相差付与回路４３１と電子制御式可変減衰器４３２と
は、送受信アンテナ部１の指向性を保持し、送受信アン
テナ部１は受信を行なうものとする。

【００３７】送受信アンテナ部１のレベルを適切に制御
するには、まず、前述した第２実施携帯の方法でビーム
方向を制御した後、ビーム方向制御情報を待つパイロッ
ト信号に加え、相手無線局から振幅制御情報を待つパイ
ロット信号を送信し、パイロット信号を段階的または任
意に変化させる。その時、送受信アンテナ部１は、パイ
ロット信号に従ってレベルを変えながらトレーニング信
号の送信を行なう。

【００３８】相手無線局では、トレーニング信号を受信
し続け、パイロット信号の内容とトレーニング信号受信
レベルとの対応関係から受信レベルが適切となるパイロ
ット信号を見つける作業を行なう。ここで、相手無線局
に対し、ある通信回線品質を得るために必要な最低受信
レベルが得られる状態が、他局に与える干渉が最低とな
るので適切な状態であると言える。その状態が得られる
パイロット信号を送信することによって送受信アンテナ
部１のレベルを適切に制御することができる。

【００３９】以上に述べた構成と制御方法によって、本
アンテナ装置は、自身で判断して指向性制御を行なうた
めの信号処理回路を待たずに、正確な指向性の相手局へ
のポインティングと適切なレベル制御を行なうことが可
能となる。これによって、指向性制御用信号処理回路を
基地局に配置することが可能となる。端末が複数ある場
合には、複数の端末で基地局にある信号処理回路を共有
することになるのでコストの低減化を期待できる。

【００４０】Ｄ．第４実施形態 次に、図４は、本発明の第４実施形態によるアンテナ装
置の構成を示すブロック図である。なお、前述した他の
実施形態と対応する部分には同一の符号を付けて説明を
省略する。本第４実施形態によるアンテナ装置は、通信
信号とパイロット信号との双方を発する相手無線局との
間で通信を行なうことが可能となっている。

【００４１】通信信号の送受信のみを行なう送受信アン
テナ部１は、アンテナ素子１４１〜１４４により構成さ
れるアレーアンテナである。パイロット信号受信アンテ
ナ２により受信されたパイロット信号は、正弦波信号源
３４２と位相差を電圧出力する位相比較器３４１とによ
り構成される信号抽出回路３４０に入力される。ここ
で、パイロット信号と正弦波信号源との周波数は、予め
同じになるように設定されているとする。相手無線局側
がパイロット信号の位相をずらすと、位相量に応じて位
相比較器３４１の出力直流電圧を変化させることができ
る。該出力直流電圧を、電圧制御式位相差付与回路４４
０を構成する直列した電圧制御式移相器４４１〜４４３
（全て同一の特性とする）に入力することによって、ア
ンテナ素子１４１〜１４４の位相差を制御する。これに
よって、アンテナ部１の送受信ビームは電子的に走査さ
れる。

【００４２】相手無線局に送受信アンテナ部１の指向性
を向けるには、まず、相手無線局からパイロット信号を
送信し、パイロット信号を段階的または任意に変化させ
る。その時、送受信アンテナ部１は、パイロット信号に
従ってビーム方向を変えながらトレーニング信号の送信
を行なう。

【００４３】相手無線局では、トレーニング信号を受信
し続け、パイロット信号の内容とトレーニング信号受信
レベルとの対応関係から受信レベルの高いパイロット信
号を見つける作業を行なう。

【００４４】見通し内の場合には、相手無線局において
最も受信レベルの高い状態が、送受信アンテナ部１の指
向性が相手無線局に向いている状態であるため、見つけ
たパイロット信号を送信することによって、送受信アン
テナ部１の指向性を相手無線局に向けることができる。

【００４５】以上に述べた構成と制御方法によれば、パ
イロット信号抽出回路を簡易に構成可能で、本アンテナ
装置は、自身で判断して指向性制御を行なうための信号
処理回路を持たずに、正確な指向性の相手局へのポイン
ティングを行なうことが可能となる。これによって、指
向性制御用信号処理回路を基地局に配置することが可能
となる。端末が複数ある場合には、複数の端末で基地局
にある信号処理回路を共有することになるのでコストの
低減化を期待できる。また、従来、端末から基地局への
送信（アップリンク）ビームを正確にポインティングす
ることは困難であったが、本構成によって正確なポイン
ティングを容易に実現することができる。

【００４６】Ｅ．第５実施形態 次に、図５（ａ）は、本発明の第５実施形態によるアン
テナ装置の構成を示すブロック図であり、図５（ｂ）
は、本第５実施形態によるアンテナ装置において、パイ
ロット信号の位相の時間変化を示す概念図である。な
お、前述した他の実施形態に対応する部分には同一の符
号を付けて説明を省略する。本第５実施形態によるアン
テナ装置は、通信信号とパイロット信号との双方を発す
る相手無線局との間で通信を行なうことが可能となって
いる。

【００４７】通信信号の送受信のみを行なう送受信アン
テナ部１は、アンテナ素子１５１〜１５４により構成さ
れるアレーアンテナである。パイロット信号受信アンテ
ナ２は、パイロット信号ｆ₀を受信可能なアンテナであ
るとする。また、パイロット信号は、時間τあたり位相
遅延φが連続的に生ずるようになっている。受信された
パイロット信号は、信号抽出回路３５０に入力され、電
圧制御式位相差付与手段４５０に制御情報を出力する。

【００４８】次に、信号抽出回路３５０の構成と動作の
詳細について述べる。入力された信号は、分配器３５１
により２分岐され、一方の分岐した信号は遅延回路３５
２によりτの遅延を受ける。この分岐された２信号間で
は位相遅延φが生ずるため、位相差を電圧出力する位相
比較器３５３によって位相遅延φを検出することができ
る。位相遅延φをずらすと、φの値に応じて位相比較器
３５３の出力直流電圧を変化させることができる。この
電圧を、電圧制御式位相差付与回路４５０を構成する直
列した電圧制御式移相器４５１〜４５３（全て同一の特
性とする）に入力することによってアンテナ素子１５１
〜１５４の位相差を制御する。それによってアンテナ部
１の送受信ビームは電子的に走査される。

【００４９】相手無線局に送受信アンテナ部１の指向性
を向けるには、まず、相手無線局よりパイロット信号を
送信し、パイロット信号を段階的または任意に変化させ
る。その時、送受信アンテナ部１は、パイロット信号に
従ってビーム方向を変えながらトレーニング信号の送信
を行なう。

【００５０】相手無線局では、トレーニング信号を受信
し続け、パイロット信号の内容とトレーニング信号受信
レベルとの対応関係から受信レベルの高いパイロット信
号を見つける作業を行なう。

【００５１】見通し内の場合には、相手無線局において
最も受信レベルの高い状態が、送受信アンテナ部１の指
向性が相手無線局に向いている状態であるため、見つけ
たパイロット信号を送信することによって送受信アンテ
ナ部１の指向性を相手無線局に向けることができる。

【００５２】以上に述べた構成と制御方法によれば、誤
差の少ないパイロット信号抽出回路を簡易に構成するこ
とができる。前述した第４実施形態では、アンテナ装置
に備えられた信号源により生成される信号とパイロット
信号との位相を比較している。この方法では、パイロッ
ト信号とアンテナ装置の信号源との周波数を完全に一致
させる必要があるため、高精度な信号源が無線局に必要
となる。また、相手無線局においても、同様に時間等で
変動することのない高精度な信号源が必要となる。本第
５実施形態による構成では、アンテナ装置と相手無線局
双方共に高精度な信号源が不要となるため、構成が大幅
に簡易・低コスト化される。

【００５３】Ｆ．第６実施形態 次に、図６は、本発明の第６実施形態によるアンテナ装
置の構成を示すブロック図である。なお、前述した他の
実施形態に対応する部分には同一の符号を付けて説明を
省略する。本第６実施形態によるアンテナ装置は、通信
信号とパイロット信号との双方を発する相手無総局との
間で通信を行なうことが可能となっている。

【００５４】通信信号の送受信のみを行なう送受信アン
テナ部１は、アンテナ素子１６１〜１６４により構成さ
れるアレーアンテナである。パイロット信号受信アンテ
ナ２は、３つの周波数ｆ₀，ｆ₀−Δｆ，ｆ₀＋Δｆを受
信可能なアンテナであるとする。また、ｆ₀−Δｆの成
分は、相手無線局より任意の位相遅延量φが与えられる
ようになっている。パイロット信号受信アンテナ２によ
って受信されたパイロット信号は、信号抽出回路３６０
に入力され、電圧制御式位相差付与手段４６０の制御情
報に変換される。

【００５５】次に、信号抽出回路３６０の構成と動作の
詳細について述べる。入力された信号は、分配器３６１
により３分岐され、バンドパスフィルタ群３６２によっ
て各分岐に異なる周波数成分が分けられる。中央の周波
数成分ｆ₀は、分配器３６３によって２分岐し、他の周
波数成分ｆ₀−Δｆ，ｆ₀＋Δｆにそれぞれミクサ３６
５，３６４によって乗算される。これによって、乗算さ
れた二分岐はΔｆの成分のみを持つことになる。

【００５６】ここで、乗算においては位相遅延量が保存
されることを考えると、二分岐のうち一方は相手無線局
より与えられた位相遅延φが保存されているため、位相
差を電圧出力する位相比較器３６６によって位相遅延φ
を検出することができる。相手無線局側が周波数成分ｆ
₀−Δｆの位相をずらすと、位相量に応じて位相比較器
の出力直流電圧を変化させることができる。この電圧
を、電圧制御式位相差付与回路４６０を構成する直列し
た電圧制御式移相器４６１〜４６３（全て同一の特性と
する）に入力することによって、アンテナ素子１６１〜
１６４の位相差を制御する。これによってアンテナ部１
の送受信ビームは電子的に走査される。

【００５７】相手無線局に送受信アンテナ部１の指向性
を向けるには、まず、相手無線局よりパイロット信号を
送信し、パイロット信号を段階的又は任意に変化させ
る。その時送受信アンテナ部１はパイロット信号に従い
ビーム方向を変えながらトレーニング信号の送信を行な
う。

【００５８】相手無線局では、トレーニング信号を受信
し続け、パイロット信号の内容とトレーニング信号受信
レベルとの対応関係から受信レベルの高いパイロット信
号を見つける作業を行なう。

【００５９】見通し内の場合には、相手無線局において
最も受信レベルの高い状態が、送受信アンテナ部１の指
向性が相手無線局に向いている状態であるため、見つけ
たパイロット信号を送信することによって送受信アンテ
ナ部１の指向性を相手無線局に向けることができる。

【００６０】以上に述へた構成によれば、誤差の少ない
パイロット信号抽出回路を簡易に構成することができ
る。前述した第４実施形態では、アンテナ装置に備えら
れた信号源により生成される信号とパイロット信号との
位相を比較している。この方法では、パイロット信号と
アンテナ装置の信号源との周波数を完全に一致させる必
要があるため、高精度な信号源が無線局に必要となる。
また、相手無線局においても同様に時間等で変動するこ
とのない高精度な信号源が必要となる。

【００６１】本第６実施形態では、パイロット信号を３
周波数成分に分けることによって高精度な信号源を不要
にし、簡易な構成でパイロット信号受信回路を構成する
ことが可能となる。

【００６２】Ｇ．第７実施形態 次に、図７は、本発明の第７実施形態によるアンテナ装
置の構成を示すブロック図である。なお、前述した他の
実施形態に対応する部分には同一の符号を付けて説明を
省略する。本第７実施形態によるアンテナ装置は、通信
信号とパイロット信号との双方を発する相手無線局との
間で通信を行なうことが可能となっている。

【００６３】通信信号の送受信のみを行なう送受信アン
テナ部１は、アンテナ素子１７１〜１７４により構成さ
れるアレーアンテナである。パイロット信号受信アンテ
ナ２は、変調されたパイロット信号を受信可能なアンテ
ナであるとする。受信されたパイロット信号は、信号抽
出回路３７０に入力され、電圧制御式位相差付与手段４
７０の制御情報に変換される。

【００６４】次に、図８を参照して信号抽出回路３７０
の構成と動作の詳細について述べる。図８において、変
調波は１〜２０ＫＨｚの周波数帯域を持ち、帯域内で１
ＫＨｚごとに＃１〜＃２０の信号が多重化されている。
この変調波によって搬送波をＦＭ変調し、パイロット信
号として相手無線局から送信する。これをＦＭ復調器３
７１において復調することによって、変調波が受信側に
おいて再現される。

【００６５】変調波は、可変バンドパスフィルタ３７２
により＃１〜＃２０のいずれかの信号がフィルタにより
抽出され、整流器３７３により直流に変換される。直流
に変換された信号は、電圧制御式位相差付与手段４７０
へと入力される。この構成によって、予めアンテナ装置
と相手無線局との間で被変調波において多重化される信
号（＃１，＃２，…，＃２０のいずれか）を決めておけ
ば、アンテナ装置が多数存在する時でも互いに異なる信
号を用いることによって、干渉を避けられる。電圧制御
式位相差付与手段４７０の制御は、被変調波の各信号の
レベルを変えることによって可能となる。以上に述べた
構成によれば、簡易な構成でパイロット信号を多重化す
ることができる。

【００６６】Ｈ．第８実施形態 次に、図９は、本発明の第８実施形態において、第１な
いし第７実施形態によるアンテナ装置が適用されるシス
テムの構成を示すブロック図である。基地局Ｂ１（６８
１）、基地局Ｂ２（６８２）、基地局Ｂ３〜基地局Ｂｉ
で構成される基地局群６８３と、基地局Ｂｉ＋１…によ
り構成される基地局群６８４は、信号送受信とパイロッ
ト信号送信とが可能なアンテナを具備しており、全ての
基地局のアンテナ構成は同じである。

【００６７】ここで、基地局番号Ｂ１、Ｂ２、…、Ｂ
ｉ、Ｂｉ＋１、…には、端末ａ（同６８０）に直線距離
が近い順に番号が与えられている。端末ａを中心とした
ゾーン７８１は、端末ａから基地局への通信可能距離を
示している。ここで、ゾーン７８１は見通し条件を考慮
しておらず、ゾーン内でも障害８８１等によって無線通
信が不可能な基地局が存在する場合がある。

【００６８】また、基地局群６８３は、ゾーン７８１内
に存在し、ゾーン外の基地局群を６８４とする。したが
って、図では基地局Ｂ１〜基地局Ｂｉまでが端末ａから
の通信可能圏内に存在することになる。この無線通信シ
ステムは、端末ａに本第１ないし第７実施形態のアレー
アンテナを用いることにより、ビーム走査機能を有する
端末アンテナを低価格に実現するものである。

【００６９】次に、図９に示すシステム構成図と、図１
０および図１１に示すフローチャートによって、端末が
新たに設置された場合におけるシステムの処理手順を説
明する。まず、図１０に示す手順により、最も端末ａ
に近い基地局を、予め持っている位置情報等によって割
り出す。すなわち、端末ａに最も近接した基地局に端末
ａを探すように指示する（Ｓ１）。図９の場合、基地局
Ｂ１が最初に割り出される。

【００７０】次に、図１１に示す手順を実行する（Ｓ
２）。手順では、基地局１は端末ａだけが受信するパ
イロット信号を送信し、送信するパイロット信号を連続
的に変化させる（Ｓ１０）。このとき、端末ａは、パイ
ロット信号が受信された場合には、その時点でパイロッ
ト信号からビーム制御情報を抽出し、モニタ用のトレー
ニング信号の送信を開始する。

【００７１】パイロット信号が変化すると、抽出された
ビーム制御情報が変化するためビーム方向も変化する。
その時、基地局Ｂ１は、パイロット信号とモニタした信
号との対応関係を記録する（Ｓ１１）。ここで、基地局
Ｂ１は、障害物のため見通しが取れず、基地局Ｂ１から
端末ａヘパイロット信号が十分に届かない、または端末
ａからのトレーニング信号が基地局Ｂ１に届かないとす
ると、基地局Ｂ１は、端末ａとの通信が不可能と判断
（ＮＧ）し（Ｓ１２）、処理は手順に戻る。

【００７２】手順では、端末ａとの通信可能圏内に他
の基地局があるか否かを判断し（Ｓ４）、他の基地局が
ある場合には、基地局Ｂ１の次に近い基地局を割り出
し、再び、次に最も近接した基地局に端末ａを探すよう
に指示する。この場合、基地局Ｂ２が選ばれ、もう一度
手順を実行する（Ｓ２）。

【００７３】パイロット信号が基地局２から送信され端
末ａからのトレーニング信号を基地局２がモニタし記録
を行なう（Ｓ１０，Ｓ１１）。モニタした信号の中で一
定以上の通信品質を確保できるものがあった場合、さら
にモニタ信号の中で最も品質の高いものを探し出す（Ｓ
１３）。その時に対応するパイロット信号の送信を開始
し（Ｓ１４）、手順に戻る（ＯＫ）。手順において
は、通信が可能であると判断し、無線通信を開始し（Ｓ
３）、端末が新設された場合の処理手順を終える。

【００７４】一方、手順でＮＧであった場合、その次
に近い基地局で手順を行うという形でＯＫが出るまで
手順を繰り返す（Ｓ４，Ｓ５）。繰り返しの結果、基地
局ｉまで達し、かつＯＫが出ない場合には、通信を断念
し（Ｓ６）、処理手順を終了する。

【００７５】また、通信開始後、何らかの理由で通信が
不能となった場合、これまで通信を行なっていた基地局
は、上述した手順を再度実行し、ＮＧが出た場合に
は、手順を再び実行することにより、リンクの再確立
を行なう。また、他に端末が新設された場合も同様な手
順で基地局とのリンクを確立する。ユーザが複数存在す
る場合には、ユーザ数に応じて（周波数ｏｒ符号等が）
異なるパイロット信号を複数用いることによって、ユー
ザ毎に区別して制御することが可能である。

【００７６】以上に述べた構成によれば、パイロット信
号を受信し、ビーム制御情報を抽出し、その抽出信号に
よりビームを制御する機構と、送受信アンテナを有する
端末とは、信号処理回路を持たずとも、適切な基地局に
ビームを向け、無線リンクを確立することができる。ま
た、端末のビームを走査させ端末からの送信ビームを受
信した結果を処理する、基地局の信号処理回路は、複数
ユーザで共有化できるので、システムトータルで低コス
ト化が期待できる。また、リンクが切断されたり、基地
局が故障したり、また基地局の収容能力やデータ通信量
が限界に達した場合であっても、他の基地局からパイロ
ット信号を送信してユーザの収容局を他の基地局に切り
替えさせることが可能であり、柔軟なネットワーク構成
が実現できる。このような手順もユーザ側の再設定・再
設置が不要であるというメリットがある。

【００７７】Ｉ．第９実施形態 次に、図１２は、本発明の第９実施形態によるアンテナ
装置の構成および動作を説明するためのブロック図であ
る。本第９実施形態によるアンテナ装置は、非再生中継
を行なう中継局に用いられる装置である。本アンテナ装
置は、受信アンテナ１９１と送信アンテナ１９２との
他、ミクサ３９１と正弦波信号源３９２とバンドパスフ
ィルタ３９３と周波数逓倍器３９４からなるパイロット
信号抽出部、バンドパスフィルダ４９１とアンプ４９２
とミクサ４９３によって構成される。

【００７８】無線局６９１より送信された伝送信号は、
中継局受信アンテナ１９１により受信される。パイロッ
ト信号と伝送情報とは同じ帯域で送信され、無線局６９
１は、伝送情報の搬送波の中心周波数を変化させること
によりパイロット信号（制御情報）を中継局に与える。
図の場合、伝送信号は、中心周波数ｆ₁が＋Δｆずらさ
れている。受信された信号は、Ｄｉｖ４９４により２分
岐され、一方はパイロット信号抽出部にて正弦波信号源
（ｆ１）３９２により出力される信号とミクサ３９１に
より乗算され、バンドパスフィルタ３９３にてフィルタ
リングされることによりΔｆが抽出される。パイロット
信号は、さらに周波数逓倍器３９４によりＮ倍され、ミ
クサ４９３にて伝送信号に乗算される。これによって伝
送信号は、周波数変換をされ、ｆ₂（ｆ₂＝ｆ₁＋（Ｎ＋
１）Δｆ’）となる。その後、アンプ４９２により増幅
され、バンドパスフィルダ４９１によりフィルタリング
され、送信アンテナ１９２により無線局６９２に送信さ
れる。

【００７９】本第９実施形態による構成によって、出力
周波数が可変な非再生中継装置を簡易な構成で実現する
ことが可能である上、中継時の出力周波数を送信元無線
局で制御することが可能となる。また、制御が高速でな
い場合には、通信周波数帯域幅も殆ど影響を受けないた
め、本第９実施形態による構成導入による利用可能周波
数帯域幅の減少は僅かであるというメリットがある。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パイロット信号受信手段により、外部より発せられる、
指向性制御情報を含むパイロット信号を受信し、パイロ
ット信号抽出手段により、該パイロット信号から指向性
制御情報を抽出し、抽出信号伝達手段により、該抽出さ
れた指向性制御情報を前記指向性制御手段に伝達し、指
向性制御手段により、指向性制御情報に基づいて、電気
的もしくは機械的にアンテナの指向性を制御する。した
がって、干渉やマルチパスの影響を低減化することがで
き、高利得な送信ビームを正確に制御することができ、
端末や中継局のアンテナ装置の大幅な簡易化・低コスト
化を図ることができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態によるアンテナ装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の第２実施形態によるアンテナ装置の
構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の第３実施形態によるアンテナ装置の
構成を示すブロック図である。

【図４】 本発明の第４実施形態によるアンテナ装置の
構成を示すブロック図である。

【図５】 本発明の第５実施形態によるアンテナ装置の
構成を示すブロック図と、本第５実施形態によるアンテ
ナ装置において、パイロット信号の位相の時間変化を示
す概念図である。

【図６】 本発明の第６実施形態によるアンテナ装置の
構成を示すブロック図である。

【図７】 本発明の第７実施形態によるアンテナ装置の
構成を示すブロック図である。

【図８】 本第７実施形態による信号抽出回路の構成と
動作の詳細を説明するための概念図である。

【図９】 本発明の第８実施形態において、第１ないし
第７実施形態によるアンテナ装置が適用されるシステム
の構成を示すブロック図である。

【図１０】 本第８実施形態において、端末が新たに設
置された場合におけるシステムの処理手順を説明するた
めのフローチャートである。

【図１１】 本第８実施形態において、端末が新たに設
置された場合におけるシステムの処理手順を説明するた
めのフローチャートである。

【図１２】 本発明の第９実施形態によるアンテナ装置
の構成および動作を説明するためのブロック図である。

【符号の説明】

１ 送受信アンテナ部（アンテナ） ２ パイロット信号受信アンテナ（パイロット信号受信
手段） ３ パイロット信号抽出回路（パイロット信号抽出手
段） ３４１ 位相比較器（位相比較手段） ３５１，３６１ 分配器（信号分岐手段） ３５２ 遅延回路（遅延手段） ３５３，３６６ 位相比較器（位相比較手段） ３７１ ＦＭ復調器（復調手段） ４１１ アクチュエータ（指向性制御手段） ４２１，４３１ 電子制御式位相差付与回路（指向性制
御手段） ４３２ 電子制御式可変減衰器（送信電力制御手段） ４４０，４５０，４６０，４７０ 電子制御式位相差付
与回路（周波数変換手段） ６８０ 端末 ６８１，６８２ 基地局

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長 敬三 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 水野 秀樹 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5K059 AA12 CC03 DD32 5K067 AA01 AA41 DD27 EE02 EE06 EE10 KK02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の指向性制御情報に基づいて、電気
   的もしくは機械的にアンテナの指向性を制御する指向性
   制御手段と、 外部より発せられる、指向性制御情報を含むパイロット
   信号を受信するパイロット信号受信手段と、 前記パイロット信号受信手段によって受信されたパイロ
   ット信号から指向性制御情報を抽出するパイロット信号
   抽出手段と、 前記パイロット信号抽出手段によって抽出された指向性
   制御情報を前記指向性制御手段に伝達する抽出信号伝達
   手段とを具備することを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 所定の指向性制御情報に基づいて、電気
   的にアンテナの指向性を制御する送信電力制御手段と、 外部より発せられる、指向性制御情報を含むパイロット
   信号を受信するパイロット信号受信手段と、 前記パイロット信号受信手段によって受信されたパイロ
   ット信号から指向性制御情報を抽出するパイロット信号
   抽出手段と、 前記パイロット信号抽出手段によって抽出された指向性
   制御情報を前記送信電力制御手段に伝達する抽出信号伝
   達手段とを具備することを特徴とするアンテナ装置。
3. 【請求項３】 所定の指向性制御情報に基づいて、電気
   的にアンテナの指向性を制御する周波数変換手段と、 外部より発せられる、指向性制御情報を含むパイロット
   信号を受信するパイロット信号受信手段と、 前記パイロット信号受信手段によって受信されたパイロ
   ット信号から指向性制御情報を抽出するパイロット信号
   抽出手段と、 前記パイロット信号抽出手段によって抽出された指向性
   制御情報を前記周波数変換手段に伝達する抽出信号伝達
   手段とを具備することを特徴とするアンテナ装置。
4. 【請求項４】 複数のアンテナ素子より構成されるアン
   テナ装置であって、 外部より発せられる、指向性制御情報を含むパイロット
   信号を受信するパイロット信号受信手段と、 前記パイロット信号受信手段により受信されたパイロッ
   ト信号から指向性制御情報を抽出するパイロット信号抽
   出手段と、 前記パイロット信号抽出手段によって抽出された指向性
   制御情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子の各々へ
   の給電電力に位相差を与えることにより、前記複数のア
   ンテナ素子の指向性を制御する電子制御型位相差付与手
   段とを具備することを特徴とするアンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記パイロット信号抽出手段によって抽
   出された指向性制御情報に基づいて、前記複数のアンテ
   ナ素子への給電電力レベルを制御する電子制御型振幅制
   御手段を具備することを特徴とする請求項４記載のアン
   テナ装置。
6. 【請求項６】 正弦波信号を発生する正弦波信号源と、 前記パイロット信号受信手段によって受信されたパイロ
   ット信号と、前記正弦波信号源の正弦波信号との位相を
   比較し、双方の位相差に応じた出力信号を出力する位相
   比較手段とを具備し、 前記電子制御型位相差付与手段は、前記位相比較手段に
   より出力される出力信号に基づいて、前記複数のアンテ
   ナ素子の各々への給電電力に位相差を与えることによ
   り、前記複数のアンテナ素子の指向性を制御することを
   特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
7. 【請求項７】 前記パイロット信号抽出手段は、外部よ
   り発せられる変調パイロット信号を復調する復調手段を
   具備することを特徴とする請求項４記載のアンテナ装
   置。
8. 【請求項８】 前記パイロット信号抽出手段は、パイロ
   ット信号受信手段によって受信されたパイロット信号を
   ２つ以上に分岐する信号分岐手段と、 前記信号分岐手段のうち、少なくても１つ以上の出力信
   号を遅延させる遅延手段と、 前期信号分岐手段により分岐された出力信号と、前記遅
   延手段により遅延された出力信号との位相を比較する位
   相比較手段とを具備することを特徴とする請求項４記載
   のアンテナ装置。
9. 【請求項９】 複数の基地局と少なくとも１つ以上の端
   末とからなり、互に無線通信する無線通信システムであ
   って、 一方の通信機器から、位相、振幅または周波数の少なく
   ともいずれか１つを変化させた、指向性制御情報を含む
   パイロット信号を送信し、 他方の通信機器で、前記パイロット信号から指向性制御
   情報を抽出し、該指向性制御情報に基づいて、アンテナ
   のビーム方向、ビーム形状、送信電力または送受信周波
   数の少なくともいずれか１つを遠隔制御することを特徴
   とする無線通信システム。
10. 【請求項１０】 前記パイロット信号は、その一部もし
    くは全てを、前記端末または前記複数の基地局から発せ
    られる通信キヤリアの被変調信号の搬送波とすることを
    特徴とする請求項９記載の無線通信システム。