JP2006203541A

JP2006203541A - 交差偏波通信システム

Info

Publication number: JP2006203541A
Application number: JP2005012970A
Authority: JP
Inventors: Kenkichi Hiraide; 賢吉平出; Yasuhiro Kazama; 保裕風間; Yohei Miura; 庸平三浦; Yasuhiro Tsunemitsu; 康弘常光; Jiro Hirokawa; 二郎廣川; Makoto Ando; 真安藤; Naohisa Goto; 尚久後藤
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】送信受信を同一周波数で、時分割に依らずに同時併行双方向通信が可能な通信システムの提供。
【解決手段】互いに無線通信する無線局の各々に同じ周波数で動作する送信アンテナと受信アンテナを互いに偏波面が交差するようにして設け且つ、一方の無線局の送信アンテナの偏波面と他方の無線局の受信アンテナの偏波面とを一致させ、他方の無線局の送信アンテナの偏波面と一方の無線局の受信アンテナの偏波面とを一致させるようにし、両無線局は同じ周波数で同時に送信するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＦＷＡ（Fixed Wireless Access System）或いはＥｎｔｒａｎｃｅ無線のようなアンテナ固定型のミリ波帯或いはマイクロ波帯等の高周波帯の無線通信システムの技術分野に属する。

従来、このような無線通信においては、１つのパラボラアンテナやマイクロストリップアンテナ等を用い、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式、或いはＴＤＤ（Time Division Duplex）方式で送受信を行っている。
ＦＤＤ方式は、送信と受信とでは同一偏波の異なる周波数を用いている。これにより送信と受信が併行して同時に行うことができる。

ＴＤＤ方式は、送信、受信ともに同一偏波同一周波数を用いている。そのため、或る瞬間について見れば送信と受信を同時に行うことは不可能であるが、送受信する情報の時間長から見て実用上、同時併行送受信とみなせるように送信と受信を時間軸上で高速に切り替えるということを行っている。
阪田史郎、「ワイヤレスユビキタス─高速無線ＬＡＮ／ＵＷＢ／３．５Ｇ携帯電話」、第１版、株式会社秀和システム、２００４年８月３日、Ｐ．２１

しかしながら、ＦＤＤ方式においては、送信と受信で異なる周波数を同時に用いるわけであるから、送受信合わせて、情報伝達に必要な周波数帯域幅の２倍の帯域幅が必要であり、また、１つのアンテナで異なる２つの周波数の送信受信を行うわけであるからその分だけアンテナに広い周波数帯域幅が要求されるという問題がある。

また、１つのアンテナで、周波数の異なる送信、受信を同時に行うために、送信機と受信機をともにアンテナと結合して置かなければならないが、このとき、送信機の出力はアンテナへのみ行き受信機の方へは行かないようにし、アンテナで受信された信号は、受信機の方へのみ行き送信機の方へは行かないようにするために、周波数選別特性の急峻なデュプレクサ（Duplexer）を用いなければならないという問題もある。

ＴＤＤ方式においては、送信、受信ともに同じ周波数を用いているから、アンテナの周波数帯域幅はＦＤＤ方式の場合のように、広帯域が要求されるわけではないが、１つのアンテナを、送信時には送信機へ結合し、受信時には受信機へ結合するというように、送信受信に合わせてアンテナの結合を切り替えなければならない。そして、この切替は、実用上送信と受信が同時に行われるように見せかけるために、送受信しようとする情報の時間長に対して非常に短い時間区間で、送信機と受信機のアンテナへの結合切替えを行わなければならない。即ち、高速の結合切替えを行わなければならない。

このような結合切替えのためには、高速切替え可能の結合切替器が必要であるとともに、この結合切替器に高速切替え動作を行わせるための高速切替え駆動回路が必要になる。この駆動回路は送信機の送信動作、受信機の受信動作と同期して切替え動作を行わなければならず、非常に複雑なものになるという問題がある。

そのうえ、結局は、情報は完全な内容ではなく間引きされて送られることになり、情報自体の帯域が圧縮されたと同様になる。もし圧縮されない情報を送ろうとするならば時間が倍かかるということになってしまうという問題がある。

本発明の課題は、上記背景技術の問題点に鑑みて、アンテナに広帯域を要求せず、デュプレクサや結合切替器、高速切替駆動回路等を用いずに、送信受信を同一周波数で同時に併行して行うことのできるアンテナ固定型無線通信システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段構成を有する。
本発明の第１の構成（基本構成）は、一方側の無線局と他方側の無線局との間で無線通信を行う通信システムにおいて、両側の無線局はそれぞれ、同じ周波数帯で動作し偏波面が交差する送信アンテナと受信アンテナを具備し、一方側の無線局の送信アンテナの偏波面と他方側の無線局の受信アンテナの偏波面が揃うようにし、他方側の無線局の送信アンテナの偏波面と一方側の無線局の受信アンテナの偏波面が揃うようにして設けられていることを特徴とする交差偏波通信システムである。

本発明の第２の構成は、前記第１の構成において、一方側の無線局又は他方側の無線局が複数局存在することを特徴とする交差偏波通信システムである。

本発明の無線通信システムにおいては、各無線局は相手側無線局に向けて送信用アンテナと受信用アンテナを具備しており、この両アンテナ間においては偏波面が交差している。
そのため、アンテナの周波数特性自体が同じであっても、送信アンテナから送信した電波は自局の受信アンテナでは受信されにくい。即ち、送信アンテナから受信アンテナへの回り込みは抑制される。

これに対して、一方側の無線局の送信アンテナの偏波面と他方側の無線局の受信アンテナの偏波面が揃えられ、他方側の無線局の送信アンテナの偏波面と一方側の受信アンテナの偏波面が揃えられているので互いに、相手方無線局からの送信波は受信アンテナで良く受信される。
偏波面を上記のように揃えた結果、両無線局の送信アンテナ同士の偏波面は、揃っていないので相手方無線局からの送信電波は送信アンテナでは受信されにくい。

以上の結果、一方側の無線局と他方側の無線局が同一の周波数で送信しても、自局の受信アンテナは、自局の送信電波の受信を抑制し、相手局の送信電波を良く受信するということになる。
従って、自局と相手局の送信周波数が同じであっても、換言すれば、それぞれの無線局において、送信周波数と受信周波数が同じであっても送受同時併行の双方向交信が可能となる。このことは従来のＦＤＤ方式に較べて使用帯域幅が半分で済むこと、或いは１つの使用帯域幅で２倍の伝送容量を持つことに等しいという利点があるうえ、従来のＦＤＤ方式のようにアンテナの広帯域特性は要求されず、デュプレクサも不要となり、また従来のＴＤＤ方式におけるような高速結合切替器や複雑な高速切替駆動回路が不要になるという極めて顕著な利点がある。

本発明通信システムでは１つの無線局において送信アンテナと受信アンテナを有し、両アンテナの偏波面が交差していることが最も重要な点であり、この交差角度を直角にするのが最良の形態である。いわゆる直交偏波である。
直交偏波にすることにより、自局送信アンテナから自局受信アンテナへの回り込みを最も少なくすることができＳＮ比をよくすることができるからである。

また、一方側の無線局の送信アンテナの偏波面と他方側の無線局の受信アンテナの偏波面を揃える場合には、偏波面を一致させるのが最良である。
偏波面を一致させると、相手方無線局の送信電波を最もよく受信することができＳＮ比の向上に資するからである。

交差角を直角にし、一方側の無線局の送信アンテナの偏波面と他方側の無線局の受信アンテナの偏波面を一致させた場合には、他方側の無線局の送信アンテナの偏波面と一方側の無線局の受信アンテナの偏波面は必然的に一致する。
構造的には、同一構造の送信アンテナと受信アンテナを偏波面を直交させて機械的に一体化固定するか、最初から両アンテナを一体構造としたものが最良である。

一体化固定或いは一体構造のものは、偏波面交差角は固定されているので設置工事の際の調整が不要であるうえ、対向無線局にあっては、同じアンテナを用いて対向軸を中心に９０度傾けて設置するだけで、対向する送信アンテナと受信アンテナの偏波面が一致するという利点もある。

以下、本発明の交差偏波通信システムの実施例を図面を参照して述べる。
図１は、本発明交差偏波通信システムの構成を示すブロック図である。一方側の無線局である基地局Ａと他方側の無線局である基地局Ｂとの間で交信する状況を示している。基地局Ａでは受信アンテナ３Ａに受信装置１Ａが接続され、送信アンテナ４Ａが送信装置２Ａに接続されている。
同様にして、基地局Ｂにおいても受信アンテナ３Ｂが受信装置１Ｂに接続され、送信アンテナ４Ｂが送信装置２Ｂに接続されている。

そして、基地局Ａの受信アンテナ３Ａと基地局Ｂの送信アンテナ４Ｂは水平偏波で送受を行い、基地局Ａの送信アンテナ４Ａと基地局Ｂの受信アンテナ３Ｂは垂直偏波で動作する。従って各基地局における送信アンテナと受信アンテナの偏波面交差角は直角である。

このため、各基地局内において送信装置の送信周波数と、受信装置の受信周波数が同じであっても、送信アンテナから受信アンテナへの回り込みは実用上殆どないに近い。従って、相手基地局の送信装置が、自基地局の送信装置と同じ送信周波数で送信して来ても自基地局の送信装置からの送信電波に妨害されることなく受信することができる。

実際装置の設計においては、相手基地局からの送信信号と自局送信アンテナからの回り込み信号の強度比、即ちＳＮ比が実用上支障がないように設定される。その結果、基地局Ａと基地局Ｂとは同じ周波数で同時に併行して送受信が可能となる。

図１は、基地局Ａと基地局Ｂの１対１構成（Ｐ−Ｐ：Point to Point）てあるが、基地局Ａ側又は基地局Ｂ側が複数の無線局からなる１対多構成（Ｐ−ＭＰ：Point to Multipoint）とすることも可能である。

図２は、図１の実施例に用いる導波管スロットアレーアンテナの例である。
（ａ）は送受波方向から見た正面図であり、（ｂ）はその断面図である。この例は、スロットアレーアンテナとして導波管型スロットアレーアンテナを用いた例である。
放射用導波路７が多数併行に設けられたベース体１０にスロット５やスロット６が設けられたスロット板９を取り付けた構造となっている。直線Ｃを境として、受信アンテナ３と送信アンテナ４が隣り合っている構成となっている。受信アンテナ３のスロット５と送信アンテナ４のスロット６の長手方向の向きはそれぞれ直線Ｃに対して４５度ずつ対称に傾いているので両アンテナのスロットの向きのなす角は丁度９０度即ち直角になっている。

これにより、受信アンテナ３の偏波面と、送信アンテナ４の偏波面は直交（交差）することになる。従って、送信アンテナ４から放射された電磁波は受信アンテナ３では受波されず、いわゆる回わり込み受波がなく、相手基地局から受信アンテナ３の偏波面と同じ偏波面で送られて来た電磁波は受波される。
それ故、１周波数での双方向同時併行送受信が可能となる。

図３は、同じく導波管スロットアレーアンテナの他の例である。
スロット５およびスロット６の長手方向が放射用導波路７の方向と一致させて設けられているアンテナで受信アンテナ３のスロット５の方向と、送信アンテナ４のスロット６の方向が直交するように配置することにより両アンテナの偏波面が直交するようになっている。

このようなアンテナを一体的に製造してもよいし、別々に製造されたものを一体の枠体等に取り付け固定したものであってもよい。
この他、誘電体基板にプリントされた給電用のマイクロストリップとパッチアレーとからなる２つのパッチアレーアンテナを偏波面を直交させて用いてもよい。

本発明交差偏波通信システムの構成を示すブロック図である。本発明交差偏波通信システムに用いられる直交偏波導波管スロットアレーアンテナの構成図である。本発明交差偏波通信システムに用いられる直交偏波導波管スロットアレーアンテナの他の例の構成図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ受信装置
２Ａ，２Ｂ送信装置
３，３Ａ，３Ｂ受信アンテナ
４，４Ａ，４Ｂ送信アンテナ
５，６スロット
７放射用導波路
８境界壁
９スロット板
１０ベース体
１１給電用導波路

Claims

一方側の無線局と他方側の無線局との間で無線通信を行う通信システムにおいて、両側の無線局はそれぞれ、同じ周波数帯で動作し偏波面が交差する送信アンテナと受信アンテナを具備し、一方側の無線局の送信アンテナの偏波面と他方側の無線局の受信アンテナの偏波面が揃うようにし、他方側の無線局の送信アンテナの偏波面と一方側の無線局の受信アンテナの偏波面が揃うようにして設けられていることを特徴とする交差偏波通信システム。
一方側の無線局又は他方側の無線局が複数局存在することを特徴とする請求項１記載の交差偏波通信システム。