JP2006319864A

JP2006319864A - アンテナ装置およびアンテナ装置を用いた無線通信システム

Info

Publication number: JP2006319864A
Application number: JP2005142649A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takahashi; 健治高橋; Takashi Enoki; 貴志榎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】無線アクセスポイント装置を用いた無線通信システムのアンテナ装置を、複数のアンテナ素子を有していても、目立つことなく、安価に、壁に埋め込む又は貼り付けることができるように提供し、アンテナ装置の放射面側に障害物があっても、ＭＩＭＯ通信の品質を保つ。
【解決手段】内壁１０に接着したアンテナ装置１は、複数のアンテナ素子２にそれぞれ接続する複数の給電線３と、給電部４とで構成され、給電部４は複数の結合素子５を備え、その周囲は磁性体６に囲まれている。無線アクセスポイント装置１１はアンテナポート７を備えており、アンテナポート７には同軸ケーブル８が接続される。アダプタ９は給電部４と同構成であり、給電部４とアダプタ９とは電磁結合により給電される。障害物によりアンテナ素子２が覆われる場合には、ＭＩＭＯ通信起動時に、複数のアンテナ素子２の中から通信品質が最適となるアンテナ素子組み合わせを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構内無線ＬＡＮや高速固定通信などの無線通信システムに用いるアンテナ装置に係り、特に無線アクセスポイント装置用のアンテナ装置およびアンテナ装置を用いた無線通信システムに関する。

従来、屋内または屋外で利用される無線通信システムに使用するアンテナ装置として、アンテナ装置を窓ガラスに取り付けて使用する構成としたものが知られている（例えば、特許文献１）。図６は従来のアンテナ装置の取り付け状態を示す断面図である。図６において、窓ガラス９１には貫通穴９１aがあけてあり、貫通穴９１ａにコネクタ９２を通すことにより屋外の受信アンテナ２と屋内の送信アンテナ１を接続している。

また、アンテナ装置が突出せず目立たない構成としたものも知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３）。図７に、従来のアンテナ装置を照明装置の裏に設けたときの分解斜視図を示す。図７において、アンテナ装置を含む通信機能モジュール１０４は照明取付器具１０１に具備されており、照明装置１０２と一体化されて天井１００に取り付けられる。図８は、他の従来のアンテナ装置の実施形態を示す図である。図８において、基板１１１は、ガラスなどの透明な樹脂材料であり、アンテナパターン１１２及び給電線１１３は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜などの透明な伝導材料で構成される。そして、このアンテナ装置を天井や壁に取り付けて使用する。

また、アンテナ装置を壁に埋め込んで使用する構成としたものも知られている（例えば、特許文献４）。図９に、アンテナ装置を壁に埋め込んで使用する従来のアンテナ装置の実施形態を示す。図９において、アンテナ装置１２２は壁１２１に埋め込まれ、ＲＦケーブル１２３を通してアクセスポイント装置１２４に接続され、アンテナ装置１２２は無線通信用端末１２５と送受信を行うことができる。図７から図９に示した従来のアンテナ装置によれば、アンテナ装置自体が目立たないため、屋内の雰囲気を損なうことなく無線通信ができる。
特開２００４−５６４５７号公報（第８ページ、図８）特開２００３−１６８３１号公報（第２−３ページ、図１）特開平１０−２３３６１２号公報（第２ページ、図１）特開２００４−１４０８３２号公報（第６−７ページ、図２）

しかしながら、図６に示したアンテナ装置は、窓ガラスに取り付ける構成となっており、一度アンテナ装置を設置すると、アンテナ装置の位置や向きを動かさない限り、指向性が制御できず、無線通信用端末が移動した場合に通信品質が劣化するという問題があった。

また、図７に示したアンテナ装置は、アンテナ装置自体は目立たない場所に設置できるが、アンテナ装置を含む通信機能モジュールを取り付けるための照明取付器具が新規に必要である。また、ＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）通信のように複数のアンテナ素子を利用して通信をおこなう場合、アンテナ素子の設置スペースが限られてしまう。図８に示したアンテナ装置は、アンテナ装置自体は目立たないように設置できるが、透明な樹脂材料および透明な伝導材料で構成されるため、材料コストが高くなるという問題があった。さらに、図９に示したアンテナ装置もアンテナ装置自体は目立たないように設置できるが、アクセスポイント装置とアンテナ装置の接続のために壁に穴をあける必要があり、ユーザーが容易に取り付けることは困難であった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、無線アクセスポイント装置を用いた無線通信システムのアンテナ装置を、目立つことなく、かつ安価に提供することを目的とするものである。また、障害物によりアンテナ素子が覆われた場合でもＭＩＭＯ通信の通信品質を保つことを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、アンテナ装置と無線アクセスポイント装置との電磁界結合によりアンテナ装置への給電をするものであって、建物の内壁に埋め込むことが可能な構成にしている。

この構成により、アンテナ装置を目立つことがなく設置でき、かつ、アンテナ装置が落下する危険がない。また、アンテナ装置を透明にしなくて済む。そして、アンテナ素子間隔を半波長以上離して配置することが望ましいＭＩＭＯ通信においても、アンテナ装置が目立つことがないため、アンテナ素子数が増えてアンテナ装置を設置するスペースが大きくなっても、屋内の雰囲気を損なうことがない。

また、本発明のアンテナ装置を利用してＭＩＭＯ通信をおこなう場合、複数のアンテナ素子の中からＭＩＭＯ通信に最適な組み合わせを選択する手段を無線アクセスポイント装置に有する。

これにより、アンテナ素子が障害物に覆われても、別のアンテナ素子を利用してＭＩＭＯ通信が可能となるため、通信品質を保つことができる。

本発明は、アンテナ装置と無線アクセスポイント装置との電磁界結合によりアンテナ装置への給電をするものであって、建物の内壁に埋め込むことを可能としたものであり、アンテナ装置を目立つことなく、かつ安価に設置でき、また、アンテナ装置の通信品質を安定的に保持することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ装置およびそれを用いた無線通信システムの利用概念図である。図１に、本発明の無線通信システムを室内に設置した状態を示す。アンテナ装置１は内壁１０に接着した構造である。アンテナ装置１は、複数のアンテナ素子２と、アンテナ素子２にそれぞれ接続する複数の給電線３と、給電部４とで構成される。アンテナ素子２および給電線３は、マイクロストリップで形成される。給電部４は、給電線３にそれぞれ接続する複数の結合素子５を備え、また、給電部４の周囲は磁性体６に囲まれている。そして、アンテナ装置１を壁紙１８で覆っている。ここで、結合素子５は、電磁結合を行うために平面的なコイルを幾重にも配設した構造をしている。

一方、外部の無線アクセスポイント装置１１はアンテナポート７を備えており、アンテナポート７には同軸ケーブル８が接続される。同軸ケーブル８の他端に備えたアダプタ９は、給電部４と同じ構成である。すなわち、アダプタ９には同軸ケーブル８に接続した複数の給電素子５を設け、周囲を磁性体６で囲んでいる。図１では給電部４とアダプタ９を取り外した状態で示しているが、アダプタ９と給電部４とはゴム磁性体などでできた磁性体６の磁力により固定される。また、アンテナ装置への給電方式は、給電部４の結合素子５とアダプタ９の結合素子５との電磁界結合を利用した電磁界結合給電である。

図２は、本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ装置の設置方法を示した斜視図である。図２に示すように、アンテナ装置１は、建物の壁下地板１９と壁紙１８との間に挟まれた構造を有する。また、アンテナ装置１は壁紙１８で放射面が覆われるため、アンテナ素子２の形状は壁紙１８の誘電率を考慮して設計する。

このように、本実施の形態におけるアンテナ装置によれば、アンテナ装置が目立つことなく、壁に穴を開ける必要もなく容易に設置でき、また、アンテナ装置が落下することもない。また、事前の高価なケーブル配線や無線アクセスポイント装置の設置工事が不要である。

以上説明した実施の形態においては、給電部４とアダプタ９との固定方法として磁性体６の磁力を利用したが、その他にも、接着剤や貼着テープなど様々な接着方法を利用することもできる。この場合、室内の雰囲気が若干損なわれるが、内蔵されたアンテナ装置１の位置が、はっきりと目視でき、給電部４とアダプタ９との接続が容易になるという効果が得られる。

なお、本実施の形態では、壁にアンテナ装置を埋め込む形態を示したが、アンテナ装置を額縁に入れて、壁にかけるようにしても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４に、本発明の第２の実施の形態におけるアンテナ装置およびそれを利用したＭＩＭＯ通信システムの利用形態図を示す。なお、第１の実施の形態と同様の構成を有するものについては、同一符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、アンテナ装置１は、絵画などの障害物３０により、アンテナ素子２が覆われてしまう場合がある。本発明の第２の実施の形態では、アンテナ素子２が障害物３０に覆われてもＭＩＭＯ通信により通信品質を保つようにしている。

図４は、本発明の第２の実施の形態におけるＭＩＭＯ通信動作を示す概略ブロック図であり、送信アンテナ２本、受信アンテナ２本を用いたＭＩＭＯ通信動作を想定している。無線アクセスポイント装置１１は、利用するアンテナ素子を切り替えるスイッチ３３と、信号の変復調処理をする複数の送受信回路３４と、チャネル推定処理や時空間復号化処理をおこなう信号処理部３５とで構成される。

ここでは、端末装置１２を送信側、無線アクセスポイント装置１１を受信側として説明する。端末装置１２の一方のアンテナ素子３１からの送信信号がｔ１、端末装置１２の他方のアンテナ素子３２からの送信信号がｔ２である。また、アンテナ装置１で受信した後、無線アクセスポイント装置１１のスイッチ３３、送受信回路３４を経由して信号処理部３５に到達する２つの受信信号のうち、一方の受信信号がｒ１、他方の受信信号がｒ２である。信号処理部３５で推定したチャネル応答値をａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２とする。

図５は、本発明の第２の実施の形態におけるＭＩＭＯ通信における無線アクセスポイント装置１１の動作を表すフローチャートである。ＭＩＭＯ通信が起動されると（Ｓ１）、スイッチ３３が任意のアンテナ素子組み合わせに切り替えられる（Ｓ２）。ここでは、スイッチ３３はアンテナ素子２１とアンテナ素子２２がそれぞれ送受信回路３４に接続させるよう切り替えられるものとする。そして、端末装置１２からアンテナ装置１に送信された信号を送受信回路３４で復調し（Ｓ３）、信号処理部３５でチャネル応答値を推定する（Ｓ４）。そして、アンテナ素子の送受信信号及びチャネル応答値より、チャネル応答行列Ａを算出する（Ｓ５）。チャネル応答値を要素とするチャネル応答行列Ａは下記の数式１のように関係付けられる。

次に、チャネル応答行列Ａとその複素共役転置行列Ｂを用いて、正方行列を形成するために新たに行列Ｃを下記の数式２のように算出する（Ｓ６）。ただし、※印は複素共役を表す。

次に、行列Ｃの行列式ｄを算出する（Ｓ７）。行列式ｄは下記の数式３のように算出する。

そして、算出した行列式ｄを記憶手段に格納しておく（Ｓ８）。この行列式ｄが大きいほど、信号を分離する能力が高いため、ＭＩＭＯ通信の品質が良い。つまり、行列式ｄがＭＩＭＯ通信の品質を表す指標となる。

次に、すべてのアンテナ素子の組み合わせを試行したか否かを判定し（Ｓ９）、すべてのアンテナ素子の組み合わせを試行していなければ、スイッチ３３を別のアンテナ素子組み合わせに切り替え（Ｓ２）、Ｓ３からＳ９の動作を繰り返す。本実施の形態のように、アンテナ装置１のアンテナ素子数が４本で、その中でＭＩＭＯ通信に利用するアンテナ素子が２本の場合、すべてのアンテナ素子組み合わせは６通りであるため、Ｓ３からＳ９の動作は６回繰り返される。

すべてのアンテナ素子組み合わせを試行したら、算出された行列式ｄが最大となるアンテナ素子組み合わせにスイッチ３３を設定し（Ｓ１０）、ＭＩＭＯ通信をおこなう（Ｓ１１）。

このように、本実施の形態におけるアンテナ装置によれば、ＭＩＭＯ通信時において、アンテナ装置の放射面に障害物がある場合にも、アンテナ素子組み合わせを最適化することにより、通信品質の劣化を抑止することができる。

なお、本実施の形態では、行列式を求めるために、チャネル応答行列Ａを用いて新たに正方行列Ｃを算出したが、送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数が同じである場合はチャネル応答行列Ａが正方行列となるため、チャネル応答行列Ａの行列式を直接算出しても良い。この場合、演算処理が削減できるという効果が得られる。

また、図６に示したように、本実施の形態で説明した処理は、ＭＩＭＯ通信動作起動時におこなうとしたが、ＭＩＭＯ通信中におこなっても良い。この場合、屋内の伝搬環境が変動しても、常に最適なアンテナ素子組み合わせを維持できるという効果が得られる。

本発明のアンテナ装置は、無線アクセスポイント装置用のアンテナ装置として使用することができる。

本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ装置およびそれを利用した無線通信システムの利用形態図本発明の第１の実施の形態におけるアンテナ装置の設置方法を示した斜視図本発明の第２の実施の形態におけるアンテナ装置およびそれを利用したＭＩＭＯ通信システムの利用形態図本発明の第２の実施の形態におけるＭＩＭＯ通信動作を示す概略ブロック図本発明の第２の実施の形態におけるＭＩＭＯ通信における無線アクセスポイント装置の動作を表すフローチャート従来の無線信号を屋外から屋内に引き込む無線伝送装置の略線図従来のアンテナ装置の実施形態を示す図従来のアンテナ装置の実施形態を示す図従来のアンテナ装置の実施形態を示す図

符号の説明

１アンテナ装置
２、２１、２２、２３、２４、３１、３２アンテナ素子
３給電線
４給電部
５結合素子
６磁性体
７アンテナポート
８同軸ケーブル
９アダプタ
１０内壁
１１無線アクセスポイント装置
１２端末装置
１８壁紙
１９壁下地板
３０障害物
３３スイッチ
３４送受信回路
３５信号処理部

Claims

無線アクセスポイント装置用のアンテナ装置であって、前記無線アクセスポイント装置から前記アンテナ装置への給電を、前記アンテナ装置のアダプタと前記無線アクセスポイント装置のアダプタとの電磁界結合により行うよう構成したアンテナ装置。
建物の内壁に接着する貼り付け手段を前記アンテナ装置に設けたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記アンテナ装置にアンテナ素子を複数設け、ＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）通信を行うよう構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
請求項３に記載のアンテナ装置を用いてＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）通信を行うよう構成したことを特徴とする無線通信システム。
前記無線アクセスポイント装置は、送受信回路と、アンテナ素子を切り替えるスイッチと、信号処理部とを具備し、ＭＩＭＯ通信時は、前記アンテナ装置の複数のアンテナ素子の組み合わせを選択する選択手段を有することを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
無線通信方法は、ＭＩＭＯ通信時において、端末装置からアンテナ装置に送信された信号を無線アクセスポイント装置で復調するステップと、復調した信号からＭＩＭＯチャネル応答値を推定するステップと、推定したＭＩＭＯチャネル応答値を要素とするチャネル応答行列を形成するステップと、形成したチャネル応答行列と前記チャネル応答行列の複素共役転置行列との積を算出するステップと、算出した行列の行列式を算出するステップとを含み、前記無線アクセスポイント装置のスイッチを切り替えて、複数のアンテナ素子の組み合わせすべてに対して前記行列式の算出をおこない、前記行列式の値が最大となる前記アンテナ素子の組み合わせを選択してＭＩＭＯ通信をおこなうことを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。