JP2007221242A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナを切り替えるためのスイッチ数を削減し、高周波信号に生じる損失を低減し、伝送特性の向上、消費電力の低減、コストの低減を図る。
【解決手段】垂直偏波のダイポールアンテナ１１により受信された信号は、該ダイポールアンテナ１１に常時接続されている受信機２１に伝送される。一方、水平偏波のダイポールアンテナ１２、または斜め偏波のダイポールアンテナ１３によって受信された信号のいずれかがスイッチ３によって選択され、受信機２２に供給される。受信ＳＮＲが劣化した場合には、スイッチ３によって他方に切り替え、ＳＮＲが改善する場合には、そのままの接続状態を維持し、その状態で劣化した場合には、元に戻すという操作を行うことによって、ＲＦ（高周波）信号を切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより独立した信号系列を空間多重して送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間の伝達関数行列を基に受信局側でデータの復調を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信を実現する高速無線アクセスシステムに係り、１つの無線局と他の複数の無線局とが同時に、かつ、同一周波数チャネル上で空間多重して通信を行うＭＩＭＯ伝送に用いる無線通信装置に関する。

無線通信において、送受信機の数よりも多い数のアンテナを用い、アンテナを切り替えて利用することによって伝送特性を向上する方法が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。特に、移動通信端末用の無線通信装置では、１つの送受信機と２つのアンテナを用い、特性の良いアンテナを選択利用するダイバーシチ受信が一般的に採用されている。さらに、近年、端末に複数の送受信機を搭載し、それぞれの送受信機がダイバーシチ送信またはダイバーシチ受信を行う例も見られるようになった。小形端末に実装可能なアンテナ数は限られるため、限られた数のアンテナを用いて最適な伝送特性を得るためには、端末に実装された複数のアンテナの中から伝送特性の良いアンテナを自由に選択して送受信機と接続する必要がある。

図８は、従来技術による、複数の送受信機と送受信機数より多いアンテナとを備える無線通信装置の一構成例を示すブロック図である。図において、符号１９と２０は、送受信機である。符号１９１〜１９３は、アンテナである。スイッチ３９１〜３９６によってマトリクススイッチが構成されており、２つの送受信機１９、２０に任意のアンテナ１９１〜１９３のいずれかを接続することができるようになっている。この構成では、各送受信機１９、２０が任意の３つのアンテナ１９１〜１９３のいずれかに接続できるように、少なくとも合計６個のスイッチ３９１〜３９６からなるマトリクススイッチを備えている。
E. Yasuda, K. Hidaka, T. Nakatsuka, A. Watanabe, K. tara, An ultra-low distortion 3P2T antenna switch MMIC for dual-band W-CDMA applications, 2005 IEEE Radio Frequency integrated Circuits (RFIC) Symposium, pp. 455-458, June 2005.

上述した従来技術による無線通信装置では、３素子のアンテナ１９１〜１９３から２素子を選択するために６個のスイッチ３９１〜３９６を用いており、スイッチ数の増加により、高周波信号に生じる損失が増加するという問題がある。また、多数のスイッチを適切に制御する必要があるため、切り替え方法が複雑化し、制御時間が増加するという問題がある。このため、伝送特性の劣化や、消費電力の増加、コストの増加などが問題となる。また、素子数が増加するに従い、これらの問題は深刻になる。また、ＭＩＭＯ伝送を行う場合には、冗長なアンテナ素子を増やすことで、最適なアンテナ組み合わせを探索するための伝送チャネル特性を求める計算時間が増加するという問題が生ずる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、アンテナの偏波や指向性特性を利用することによって、アンテナを切り替えるためのスイッチ数を削減し、高周波信号に生じる損失を低減し、制御スイッチ数の削減により制御時間を短縮することによって、伝送特性の向上、消費電力の低減、コストの低減を図ることができる無線通信装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、１つ以上の垂直偏波を発生する第１のアンテナと、１つ以上の水平偏波を発生する第２のアンテナと、２つ以上の送信装置と、一方の入出力端から入力された信号を他方の二方向以上の入出力端のいずれかに選択的に出力可能な信号切替手段とを具備する無線装置において、前記第１および第２のアンテナを含めてアンテナ総数は、３つ以上であり、前記送信装置のいずれか１つは、前記垂直偏波を発生する第１のアンテナの１つと定常的に接続されており、他の送信装置は、前記信号切替手段を介して、前記送信装置が定常的に接続された前記第１のアンテナ以外のいずれか１つに選択的に接続可能となっていることを特徴とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、１つ以上の垂直偏波を発生する第１のアンテナと、１つ以上の水平偏波を発生する第２のアンテナと、２つ以上の受信装置と、二方向以上の入出力端から入力された信号のいずれかを他方の入出力端に選択的に出力可能な信号切替手段とを具備する無線装置において、前記第１および第２のアンテナを含めてアンテナ総数は、３つ以上であり、前記受信装置のいずれか１つは、前記垂直偏波を発生する第１のアンテナの１つと定常的に接続されており、他の受信装置は、前記信号切替手段を介して、前記受信装置が定常的に接続された前記第１のアンテナ以外のいずれか１つに選択的に接続可能となっていることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記第２のアンテナは、互いに異なる指向性を有する、水平偏波を発生する２つの水平偏波アンテナからなり、前記２つの水平偏波アンテナは、各々、前記信号切替手段の前記他の二方向以上の入出力端に接続されていることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記第２のアンテナは、互いの距離が動作周波数における１／５波長以上で、水平偏波を発生する２つの水平偏波アンテナからなり、前記２つの水平偏波アンテナは、各々、前記信号切替手段の前記他の二方向以上の入出力端に接続されていることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、前記第１のアンテナは、垂直偏波を発生する２つ以上の垂直偏波アンテナからなり、前記垂直偏波アンテナのいずれかと、前記第２の水平偏波のアンテナとは、前記信号切替手段に接続され、いずれかが選択的に前記送信装置または受信装置に接続されることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、１つの信号処理手段を具備し、全ての前記送信装置は、前記１つの信号処理手段に接続されていることを特徴とする。

本発明は、上記の発明において、１つの信号処理手段を具備し、全ての前記受信装置は、前記１つの信号処理手段に接続されていることを特徴とする。

この発明によれば、送信装置のいずれか１つを、垂直偏波を発生する第１のアンテナの１つと定常的に接続し、信号切替手段によって、他の送信装置を、送信装置が定常的に接続された第１のアンテナ以外のいずれか１つに選択的に接続する。したがって、アンテナの偏波や指向性特性を利用することによって、アンテナを切り替えるためのスイッチ数を削減し、高周波信号に生じる損失を低減し、制御スイッチ数の削減により制御時間を短縮することによって、伝送特性の向上、消費電力の低減、コストの低減を図ることができるという利点を得られる。

また、本発明によれば、受信装置のいずれか１つを、垂直偏波を発生する第１のアンテナの１つと定常的に接続し、信号切替手段によって、他の受信装置を、送信装置が定常的に接続された第１のアンテナ以外のいずれか１つに選択的に接続する。したがって、アンテナの偏波や指向性特性を利用することによって、アンテナを切り替えるためのスイッチ数を削減し、高周波信号に生じる損失を低減し、制御スイッチ数の削減により制御時間を短縮することによって、伝送特性の向上、消費電力の低減、コストの低減を図ることができるという利点を得られる。

以下、本発明の一実施形態による電子機器を、図面を参照して説明する。
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。図において、ｘｙ面を水平面とすると、ダイポールアンテナ１１は、ｚ軸に平行に配置され、垂直偏波特性を有する。ダイポールアンテナ１２は、ｘ軸に平行（水平面に平行）に配置され、水平偏波特性を有する。これらダイポールアンテナ１１、１２は、中心がほぼ同じ位置になるように配置されている。

ダイポールアンテナ１３は、ｘｙｚのいずれの軸とも非平行に、かつ、上記ダイポールアンテナ１１、１２から離れた場所に配置され、斜め偏波特性を有する。受信機２１、２２は、信号処理装置４に接続されている。また、受信機２１は、ダイポールアンテナ１１に常時接続されている。一方、受信機２２は、スイッチ３に接続されている。スイッチ３は、ダイポールアンテナ１２、１３のいずれか１つを受信機２２に接続するようになっている。

なお、本第１実施形態では、図示する無線通信装置と別の場所に、図示しない、複数のアンテナおよび送信機を備えた相手方の無線通信装置が存在するものとし、相手方の無線通信装置は、各アンテナから異なる信号、または同一の信号を送信するものとする。

上述した構成において、垂直偏波のダイポールアンテナ１１により受信された信号は、該ダイポールアンテナ１１に常時接続されている受信機２１に供給される。一方、水平偏波のダイポールアンテナ１２、または斜め偏波のダイポールアンテナ１３によって受信された信号のいずれかがスイッチ３によって選択され、受信機２２に供給される。これら受信機２１、２２に供給された信号は、ダウンコンバート、すなわち、低周波に周波数変換され、信号処理装置に供給される。信号処理装置４では、これらの受信信号が復号され、出力信号として出力される。

一般に、屋内環境および屋外環境において、垂直偏波は、高い電力で受信される傾向にあるため、垂直偏波の信号を固定的に利用することで、受信機２１においては、高いＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｓｅ Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）が期待される。一方、同一偏波のアンテナを近接させて配置した場合には、空間相関や、素子間結合などが上昇するため、素子数を増やした場合でも、大きなＭＩＭＯチャネル容量の増加を見込むことができない。

そこで、本第１実施形態では、垂直偏波のダイポールアンテナ１１と、これと偏波の異なる水平偏波のダイポールアンテナ１２、または斜め偏波のダイポールアンテナ１３とを用いることによって、空間相関や、素子間結合などを低減すると同時に、垂直偏波素子と比べてＳＮＲが低下する確率が高いこれらのアンテナ素子を選択的に用いることによって、ＳＮＲ劣化を回避し、同時に低い空間相関を両立することができる。

また、受信ＳＮＲが劣化した場合には、スイッチ３によって他方に切り替え、ＳＮＲが改善する場合には、そのままの接続状態を維持し、その状態で劣化した場合には、元に戻すという操作を行うことによって、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）信号を切り替えればよい。このように、スイッチ３を切り替えるだけでよいため、２つのダイポールアンテナ１２、１３で受信機２２を共用することができ、アンテナ数に対して受信機数を削減することができる。

したがって、本第１実施形態によれば、アンテナ素子数より少ない受信機を用いた場合において、ＳＮＲが高い傾向にある垂直偏波素子を優先的に利用し、ＳＮＲが劣化しやすい非垂直偏波素子を適宜選択して用いるようにしたので、同数の受信機を用い、アンテナ素子の切り替えを実施しない場合よりも、高いチャネル容量を得ることができる。また、異なる偏波のアンテナ素子を用いることで、アンテナ素子の間隔を短縮しても、チャネル容量が劣化しないため、無線通信装置の小形化と高いチャネル容量とを両立することができる。

Ｂ．第２実施形態
次に、図２は、本発明の第２実施形態による無線通信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の符号を付けて説明を省略する。ダイポールアンテナ１２２は、ｙ軸に平行に配置され、水平偏波特性を有する。ダイポールアンテナ１１、１２、１２２は、中心がほぼ同じ位置になるよう配置されている。送受信機３１、３２は、信号処理装置４に接続されている。スイッチ３は、ダイポールアンテナ１２と１２２のいずれか１つを送受信機３２に選択的に接続するようになっている。

なお、本第２実施形態では、図示する無線通信装置と別の場所に、図示しない、複数のアンテナおよび送受信機を備えた相手の無線通信装置が存在するものとし、相手方の無線通信装置は、各アンテナによって異なる信号、または同一の信号を送受信するものとする。

上述した構成において、垂直偏波のダイポールアンテナ１１は、送受信機３１に常時接続されている。一方、水平偏波のダイポールアンテナ１２、１２２のどちらか１つは、スイッチ３によって選択され、送受信機３２に接続される。受信の場合には、ダイポールアンテナ１１、１２、１２２から送受信機３１、３２に供給された信号は、ダウンコンバート、すなわち、低周波に周波数変換され、信号処理装置４に供給される。信号処理装置４では、これらの受信信号が復号され、出力信号として出力される。これに対して、送信の場合には、信号処理装置４により生成された送信信号が送受信機３１、３２に供給され、ダイポールアンテナ１１からは直接放射され、ダイポールアンテナ１２、１２２からはスイッチ３により選択されているどちらかのアンテナ素子から放射される。

一般に、屋内環境および屋外環境において、垂直偏波は、高い電力で受信される傾向にあるため、垂直偏波の信号を固定的に利用することで、送受信機３１においては、高いＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｓｅ Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）が期待される。一方、同一偏波のアンテナを近接させて配置した場合には、空間相関や、素子間結合などが上昇するため、素子数を増やした場合でも、大きなＭＩＭＯチャネル容量の増加を見込むことができない。

そこで、本第２実施形態では、垂直偏波のダイポールアンテナ１１と、２つの指向性が直交する水平偏波ダイポールアンテナ１２、１２２とを用いることによって、空間相関や、素子間結合を低減すると同時に、垂直偏波素子と比べてＳＮＲが低下する確率が高いこれらのアンテナ素子を選択的に用いることによって、ＳＮＲ劣化を回避し、同時に低い空間相関を両立することができる。

２つの水平偏波のダイポールアンテナ１２と１２２においては、主要な放射電界の方向がそれぞれｘ軸とｙ軸に平行であり、双方ともに水平偏波素子であるにもかかわらず、指向性が直交しているため、２つのアンテナの間では、非常に低い結合と空間相関が得られる。そのため、結合低減により高い放射効率が得られる他、水平偏波素子であるダイポールアンテナ１２、１２２のいずれかのＳＮＲが劣化した場合にスイッチ３により他方に切り替えることによって、高いダイバーシチ効果が得られる。

また、いずれかのアンテナに切り替えた場合にＳＮＲが改善する場合には、そのままの接続状態を維持し、劣化した場合には、元に戻すという切り替え操作を行うことによって、ＲＦ信号を切り替えればよい。このように、スイッチ３を切り替えるだけでよいため、２つのダイポールアンテナ１２、１２２で送受信機３２を共用することができ、アンテナ数に対して送受信機数を削減することができる。

また、受信時に高いＳＮＲが観測されたアンテナ素子を送信時に選択することによって、高い効率で情報を伝送することができる上、送信素子数が減るため、信号処理装置４において送信信号を生成するための演算量を削減することができ、信号処理装置４の簡易化によって装置全体の低コスト化を図ることができる。

また、本第２実施形態では、３つのダイポールアンテナ１１、１２、１２２の中心を近接させて配置しても、偏波と指向性の直交性を利用してアンテナ間の結合と相関を低減しているため、アンテナ構成が小形であるにも関わらず、比較的高い伝送チャネル容量を得ることができる。

したがって、本第２実施形態によれば、アンテナ素子数より少ない受信機を用いた場合において、ＳＮＲが高い傾向にある垂直偏波素子を優先的に利用し、ＳＮＲが劣化しやすい水平偏波素子を適宜選択して用いるようにしたので、同数の受信機を用い、アンテナ素子の切り替えを実施しない場合よりも、高いチャネル容量を得ることができる。また、異なる偏波や異なる指向性のアンテナ素子を用い、アンテナ指向性の直交性を利用することによって、アンテナ素子間隔を短縮しても、結合や空間相関上昇が見られず、チャネル容量の劣化を回避できるため、無線通信装置の小形化と高いチャネル容量とを両立することができる。

Ｃ．第３実施形態
次に、図３は、本発明の第３実施形態による無線通信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の符号を付けて説明を省略する。ダイポールアンテナ１２２、１２３は、ｙ軸に平行（水平面に平行）に配置され、共に水平偏波特性をする。ダイポールアンテナ１２３は、ダイポールアンテナ１１、１２２とは異なる場所に配置されている。スイッチ３は、ダイポールアンテナ１２２とダイポールアンテナ１２３のいずれか１つを受信機２２に選択的に接続するようになっている。

なお、本第３実施形態では、図示する無線通信装置と別の場所に、図示しない、複数のアンテナおよび送信機を備えた相手方の無線通信装置が存在するものとし、相手方の無線通信装置は、各アンテナから異なる信号、または同一の信号を送信するものとする。

本第３実施形態による無線通信装置は、第１および第２実施形態とほぼ同様の動作を行うが、ダイポールアンテナ１２２とダイポールアンテナ１２３とが離れて配置されているため、ダイポールアンテナ１２２の受信ＳＮＲが低下するか、または、ダイポールアンテナ１１とダイポールアンテナ１２２との間の相関が環境変動によって上昇した場合に、ダイポールアンテナ１２３のアンテナを選択的に切り替えることによって、伝送チャネル容量を向上させることができるようになる。

したがって、本第３実施形態によれば、アンテナ素子数より少ない受信機を用いた場合において、ＳＮＲが高い傾向にある垂直偏波素子を優先的に利用し、ＳＮＲが劣化しやすい水平偏波素子を適宜選択的に用いるようにしたので、同数の受信機を用い、アンテナ素子の切り替えを実施しない場合よりも、高いチャネル容量を得ることができる。また、同じ水平偏波のアンテナ素子を用い、アンテナ素子の設置場所の違いを利用することによって、高いダイバーシチ効果を期待することができる。

Ｄ．第４実施形態
次に、図４は、本発明の第４実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図３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。ダイポールアンテナ１１、１１２は、ｚ軸に平行に配置され、垂直偏波特性を有する。これらのダイポールアンテナ１１、１１２は、異なる場所に配置されている。ダイポールアンテナ１２は、ｘ軸に平行（水平面に平行）に配置され、水平偏波特性を有し、ダイポールアンテナ１１２と中心が近接するよう配置されている。スイッチ３は、ダイポールアンテナ１２と１１２のいずれか１つを受信機２２に接続するようになっている。

なお、本第４実施形態においても、図示する無線通信装置と別の場所に、図示しない、複数のアンテナおよび送信機を備えた相手方の無線通信装置が存在するものとし、相手方の無線通信装置は、各アンテナから異なる信号、または同一の信号を送信するものとする。

本第４実施形態による無線通信装置は、第１および第２実施形態とほぼ同様の動作を行うが、スイッチ３によってダイポールアンテナ１１２を選択すると、垂直偏波のみを用いて受信を行うことができる。この場合、同じ偏波特性を有するダイポールアンテナ１１１とダイポールアンテナ１１２とを同時に用いることによって、２つのアンテナで指向性を形成することになるので、１本のアンテナよりも高いアンテナ利得を得ることができるようになる。

例えば、本第４実施形態の無線通信装置が相手の無線通信装置から離れており、本第４実施形態の無線通信装置に到達するマルチパス波の到来方向が狭い角度範囲に集中する場合で、相手の無線装置が垂直偏波を用いて送信を行っており、伝搬路による偏波の回転が少ない場合に特に高い効果を発揮できる。一方、相手の無線通信装置と近接し、周辺の散乱物から多数のマルチパス波が高い電力で到来する場合には、ダイポールアンテナ１１と異なる偏波のダイポールアンテナ１２を選択することによって、偏波毎に異なる信号を相手の無線通信装置から送信することにより、空間多重効果を利用し、伝送チャネル容量を増加させることができる。

したがって、本第４実施形態によれば、アンテナ素子数より少ない受信機を用い、１つの垂直偏波素子を定常的に利用する構成において、ＳＮＲが低い場合には、高いＳＮＲが期待できるもう１つの垂直偏波素子であるダイポールアンテナ１１２を選択的に用い、相手無線局と近接する場合には、空間多重効果が期待できる水平偏波素子であるダイポールアンテナ１２を選択的に用いることによって、様々な環境において、比較的高い伝送チャネル容量を得ることができる。

Ｅ．第５実施形態
次に、図５は、本発明の第５実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。なお、図１ないし図４に対応する部分には同一の符号にアルファベットの添え字を付けている。図において、ダイポールアンテナ１１ａは、ｚ軸に平行に配置され、垂直偏波特性を有する。ダイポールアンテナ１２ａ、１２２ａは、それぞれ、ｘ軸とｙ軸に平行（水平面に平行）に配置され、水平偏波特性を有する。ダイポールアンテナ１１ａとダイポールアンテナ１２ａ、１２２ａは、アンテナ素子の中心付近で直接接触しないよう交差させて配設されている。このアンテナ構成を直交３ダイポールと呼ぶ。ダイポールアンテナ１１ｂとダイポールアンテナ１２ｂ、１２２ｂとは、上述したダイポールアンテナ１１ａとダイポールアンテナ１２ａ、１２２ａと同様の構造である。

ダイポールアンテナ１１ａは、受信機２１ａに定常的に接続されている。スイッチ３ａは、水平偏波のダイポールアンテナ１２ａと１２２ａのいずれか１つを受信機２２ａに選択的に接続するようになっている。また、ダイポールアンテナ１１ｂは、受信機２１ｂに定常的に接続されている。スイッチ３ｂは、水平偏波のダイポールアンテナ１２ｂと１２２ｂのいずれか１つを受信機２２ｂに選択的に接続するようになっている。

本第５実施形態によれば、上述した第１ないし第４実施形態を受信装置として用いた場合と同様の効果が得られる。さらに、直交３ダイポールを用い、その２つの水平偏波素子を選択的に利用可能とし、同様の機能を有するもう一組（１１ｂ、１２ｂ、１２２ｂ）の直交ダイポールアンテナを用いている。そのため、例えば、ダイポールアンテナ１２ａとダイポールアンテナ１２ｂとの同じ指向特性を有する水平偏波素子を用いた場合には、２つのダイポールアンテナ１２ａ、１２ｂで指向性を合成する効果が得られるので、利得向上効果を見込むことができ、信号レベルが低く、信号の到来方向が限定さる環境では、通信容量を向上させることができる。

一方、ダイポールアンテナ１２２ａとダイポールアンテナ１２２ｂとの直交する２つの水平偏波素子を選択した場合には、例えば、送信装置と近接した場合で、多数のマルチパスが存在する環境においては、この選択法によってアンテナ間の相関が下がるため、空間多重効果（ＳＤＭ：Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が期待され、通信容量が向上することが期待される。

このように、本第５実施形態による構成では、偏波や、指向性などが直交するアンテナ素子を２組用いることによって、環境に応じて指向性合成効果と空間多重効果とが高いアンテナ素子の組み合わせを用いることができるため、様々な場所や、環境などで、高い通信容量を実現することができる。また、多数のアンテナ素子を近接配置した場合でも、偏波や、指向性などが直交するため、アンテナ素子の間隔を短縮しても、結合や、空間相関などを上昇させることなく、チャネル容量の劣化を回避でき、無線通信装置の小形化と高いチャネル容量とを両立することができる。

Ｆ．本発明の効果
次に、本発明の効果を、数値解析結果を用いて説明する。図６は、本発明の第５実施形態による無線通信装置を用いた場合の伝送モデルを示すブロック図である。比較のため、受信側の無線通信装置において最大の伝送チャネル容量を与えるよう全６素子中４素子を理想的に選択できる構成についても解析を行った。

受信装置（ＵＴとする）と送信装置（ＡＰとする）とは、それぞれ、２．４ＧＨｚの動作周波数で動作する。図６に示すように、ＵＴ側は、小形端末を想定し、信号処理装置４−１と、受信機２１ａ、２２ａと、受信機２１ｂ、２２ｂと、それぞれがアンテナ素子の中心付近で直接接触しないよう交差させて配設されたダイポールアンテナ１１ａ、１２ａ、１２２ａと、ダイポールアンテナ１１ｂ、１２ｂ、１２２ｂとを備え、アレー長ｄ＝０．４３λ_０としている（λ_０：真空中の動作周波数における波長）。

一方、ＡＰ側は、信号処理装置４−２と、送信機２５ａ、２６ａ、２７ａと、送信機２５ｂ、２６ｂ、２７ｂと、それぞれがアンテナ素子の中心付近で直接接触しないよう交差させて配設されたダイポールアンテナ１１ｃ、１２ｃ、１２２ｃと、ダイポールアンテナ１１ｄ、１２ｄ、１２２ｄとを備え、アレー長ｄ＝２．５λ_０（λ_０は真空中の波長）としている。ＡＰは、６つの送信機を備え、全てのアンテナ素子を同時に利用する。環境として、長方形状の部屋を仮定し、部屋の幅・奥行き・高さを、それぞれ１２ｍ、１５ｍ、３ｍ、壁面は金属とし、什器の無い見通し環境とする。部屋の隅を０点とし、ＡＰは、位置（８、１０、１２）で部屋の角付近に設置されるものとし、ＵＴは高さを１ｍとし、ランダムに配置するものとする。解析には、イメージ波源法を用い、反射回数は１０回とした。

図７は、ＵＴにおいて４つのアンテナ素子を選択した場合のチャネル容量の累積確率分布を示す概念図である。ここで、比較のために最も大きな容量を与えるよう理想的にアンテナ素子選択を行った場合（垂直・水平偏波のアンテナを任意に選択した場合）の結果を併せて示す。図より、直交３ダイポールを用いた本発明によるアンテナ素子選択法では、理想的なアンテナ素子選択を行った場合とほぼ等しいチャネル容量が得られることが分かる。これから本発明では、全てのアンテナ素子から自由にアンテナ素子を選択することができないにも関わらず、高い伝送チャネル容量を簡易な回路構成によって実現することができることが示された。

上述した第１ないし第５実施形態によれば、垂直偏波素子と、垂直以外の偏波、または指向性、または設置場所が異なるアンテナ素子を有し、アンテナ素子数よりも送信機数または受信機数が少なく、アンテナ素子を切り替え手段によって選択的に切り替えて用いる無線通信装置において、垂直偏波素子を定常的に利用するよう構成することによって、切り替え手段を簡易に構成することができるようになり、かつ理想的に素子選択を行う場合とほぼ等しい伝送チャネル容量が得られるようになる。

したがって、本第１ないし第５実施形態では、切り替え手段におけるスイッチ数の削減によって、スイッチによる高周波信号の損失を低減するだけではなく、選択する組み合わせ数を減らせるため、スイッチ切り替え制御が簡単になり、最適なアンテナ組み合わせを探索するための伝送チャネル特性を求める計算量を削減できる効果も得られる．したがって，大幅に消費電力とコストを削減した場合でも，理想的に全素子から任意の素子を理想的に選択する場合とほぼ変わらぬチャネル容量を得ることができる。

なお、上述した第１ないし第５実施形態において、無線通信装置が複数の受信機または複数の送受信機を備えている構成についてのみ説明しているが、受信機または送受信機に代えて複数の送信機を備えるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態による無線通信装置を用いた場合の伝送モデルを示すブロック図である。 受信装置（ＵＴ）において４つのアンテナ素子を選択した場合のチャネル容量の累積確率分布を示す概念図である。 従来技術による、複数の送受信機と送受信機数より多いアンテナとを備える無線通信装置の一構成例を示すブロック図である。

符号の説明

３、３ａ、３ｂ スイッチ（信号切替手段）
４、４−１、４−２ 信号処理装置
１１、１１ａ、１１ｂ ダイポールアンテナ（第１のアンテナ）
１１２ ダイポールアンテナ（第１のアンテナ）
１２、１２ａ、１２ｂ ダイポールアンテナ（第２のアンテナ）
１２２、１２２ａ、１２２ｂ ダイポールアンテナ（第２のアンテナ）
１２３ ダイポールアンテナ（第２のアンテナ）
１３ ダイポールアンテナ（第２のアンテナ）
２１、２２ 受信機（受信装置）
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ 受信機（受信装置）
２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ送信機（送信装置）
３１、３２ 送信機（送信装置）
１１ｃ、１１ｄ ダイポールアンテナ（第１のアンテナ）
１２ｃ、１２ｄ ダイポールアンテナ（第２のアンテナ）
１２２ｃ、１２２ｄ ダイポールアンテナ（第２のアンテナ）

Claims (7)

1. １つ以上の垂直偏波を発生する第１のアンテナと、１つ以上の水平偏波を発生する第２のアンテナと、２つ以上の送信装置と、一方の入出力端から入力された信号を他方の二方向以上の入出力端のいずれかに選択的に出力可能な信号切替手段とを具備する無線装置において、
   前記第１および第２のアンテナを含めてアンテナ総数は、３つ以上であり、
   前記送信装置のいずれか１つは、前記垂直偏波を発生する第１のアンテナの１つと定常的に接続されており、
   他の送信装置は、前記信号切替手段を介して、前記送信装置が定常的に接続された前記第１のアンテナ以外のいずれか１つに選択的に接続可能となっていることを特徴とする無線通信装置。
2. １つ以上の垂直偏波を発生する第１のアンテナと、１つ以上の水平偏波を発生する第２のアンテナと、２つ以上の受信装置と、二方向以上の入出力端から入力された信号のいずれかを他方の入出力端に選択的に出力可能な信号切替手段とを具備する無線装置において、
   前記第１および第２のアンテナを含めてアンテナ総数は、３つ以上であり、
   前記受信装置のいずれか１つは、前記垂直偏波を発生する第１のアンテナの１つと定常的に接続されており、
   他の受信装置は、前記信号切替手段を介して、前記受信装置が定常的に接続された前記第１のアンテナ以外のいずれか１つに選択的に接続可能となっていることを特徴とする無線通信装置。
3. 前記第２のアンテナは、互いに異なる指向性を有する、水平偏波を発生する２つの水平偏波アンテナからなり、
   前記２つの水平偏波アンテナは、各々、前記信号切替手段の前記他の二方向以上の入出力端に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の無線通信装置。
4. 前記第２のアンテナは、互いの距離が動作周波数における１／５波長以上で、水平偏波を発生する２つの水平偏波アンテナからなり、
   前記２つの水平偏波アンテナは、各々、前記信号切替手段の前記他の二方向以上の入出力端に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 前記第１のアンテナは、垂直偏波を発生する２つ以上の垂直偏波アンテナからなり、
   前記垂直偏波アンテナのいずれかと、前記第２の水平偏波のアンテナとは、前記信号切替手段に接続され、いずれかが選択的に前記送信装置または受信装置に接続されることを特徴とする請求項１または２記載の無線通信装置。
6. １つの信号処理手段を具備し、全ての前記送信装置は、前記１つの信号処理手段に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項３から５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. １つの信号処理手段を具備し、全ての前記受信装置は、前記１つの信号処理手段に接続されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の無線通信装置。
   
   

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