JP2652955B2 - 適合型チルトビームダイバーシティ送受信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、伝送媒体中に異常気象に起因するダクトが
生じても、受信信号電力の低下を抑圧し、高品質な通信
を提供することができる適合型チルトビームダイバーシ
ティ送受信方式に関するものである。

（従来の技術） 従来、地上マイクロ波伝送系においては、異常気象時
に伝送媒体中にダクトを生じ、電波伝搬特性が正常な大
気の場合とは異なる特性となり、受信信号電力が低下し
てしまう（ダクト性フェージング）ことが知られている
（例えば、松尾三郎著、「マイクロ波伝搬」コロナ社、
昭和28年８月10日初版発行）。このようなダクト性フェ
ージングによる受信信号電力の低下を補償する方式とし
て、受信アンテナの指向性をある方向に固定して受信す
る方式が知られている（例えば、佐々木、細矢、吉川、
“フェージングを軽減するチルドビームダイバーシチ受
信方式”、電子情報通信学会論文誌、Vol.J70−Ｂ No.
10 pp.1254−1253）。

（発明が解決しようとする問題） しかし、ダクトは伝送媒体中に常に存在するものでは
なく、異常気象時に多く発生し、受信信号電力が低下す
ることが知られている（例えば、三宅、武内、“中近東
ペルシャ湾岸地域におけるマイクロ波ブラックアウトタ
イプフェージング”、昭和62年度電子情報通信学会総合
全国大会講演論文集、分冊３、講演番号568）。

さらに、伝送媒体中にダクトが存在する場合、大気の
上昇にともないダクトの特性は時々刻々変化していくこ
とが知られている（例えば、松尾三郎著、マイクロ波伝
搬、コロナ社、昭和28年８月10日初版発行）。このよう
に、ダクトは時々刻々変化していくため、受信アンテナ
の指向性を固定して受信している場合、十分な受信電力
低下補償能力を得ることができない。

また、伝搬媒体中の大気の気温、気象、水蒸気圧を求
め、ダクトの特性をあらかじめ知ることができれば、受
信点において、送信点から受信点までの距離、送信アン
テナの地上からの高さ、送信アンテナの送信ビーム方向
及び受信アンテナの地上からの高さをあらかじめ知って
おけば、受信アンテナ位置における送信信号の到達角度
を、例えば、レイ・トレーシングのような手法を用いる
ことによって求めることができる。このように、受信信
号の到達方向がわかれば、その方向からの信号を受信す
るように受信アンテナの指向性を設定することによっ
て、ダクト性フェージングによって生じる受信信号電力
の低下を補償することができる。

しかし、送信点から受信点までの伝搬路にわたって、
時々刻々変動しているダクトの特性を求めることは非常
に困難である。

（問題を解決するための手段） 本願の第１の発明は、指向性を有する送信アンテナと
受信アンテナを用いて通信を行なう送受信方式に関し、
送信側において、前記送信アンテナのビームをある設定
された送信方向を中心にして、一定の送信アンテナビー
ム変動周波数で前記送信アンテナのビームの送信方向を
変動し、制御回線を介して、前記送信アンテナで受信す
る受信信号の受信信号電力を検出し、前記受信信号電力
と前記送信アンテナビーム変動周波数と同一の周波数の
信号との相関を取り、得られた相関値に基づいて、前記
設定された送信方向を再設定している。

本願の第２の発明は、指向性を有する送信アンテナと
受信アンテナを用いて通信を行なう送受信方式に関し、
受信側において、前記受信アンテナのビームをある設定
された受信方向を中心にして、一定の受信アンテナビー
ム変動周波数で前記受信アンテナのビームの受信方向を
変動し、得られた受信信号から受信信号電力を検出し、
前記受信信号電力と前記受信アンテナビーム変動周波数
と同一の周波数の信号との相関を取り、得られた相関値
に基づいて、前記設定された受信方向を再設定してい
る。

本願の第３の発明は、指向性を有する送信アンテナと
受信アンテナを用いて通信を行なう送受信方式に関し、
送信側において、前記送信アンテナのビームを、ある設
定された送信方向を中心にして、一定の送信アンテナビ
ーム変動周波数で前記送信アンテナのビームの送信方向
を変動し、受信側において、前記受信アンテナのビーム
を、ある設定された受信方向を中心にして、前記送信ア
ンテナビーム変動周波数と直交関係にある受信アンテナ
ビーム変動周波数で前記受信アンテナのビームの受信方
向を変動し、得られた受信信号から受信信号電力を検出
し、前記受信信号電力と前記送信アンテナビーム変動周
波数と同一の周波数の信号及び前記受信アンテナビーム
変動主周波数と同一の周波数の信号との相関を取り、得
られた相関値に基づいて、前記設定された送信方向及び
設定された受信方向再設定している。

（作用） ダクト性フェージングは大気の気象状況の変化に依存
するため、フェージングの変動周期は、数分〜数時間に
わたるような非常にゆっくりしたものと考えられる。こ
の場合、例えば、受信アンテナの指向性を、フェージン
グの変動時間よりも短い時間周期Ｔにわたって、Ｔより
もさらに短い時間周期Ｔ′である中心方向の回りで細か
く上下に変動させることを考える。このようにすると、
受信アンテナの指向性はＴ′の周期で変動しているか
ら、受信信号レベルもＴ′の周期で変動している。この
周期Ｔ′で変動している受信信号レベルをＴにわたって
観測することによって、受信アンテナ指向性を上向きに
した場合と下向きにした場合の受信信号レベルを比較す
ることができる。従って、Ｔ間隔で受信アンテナ指向性
の中心方向を、信号レベルがより大きくなる方向へ変動
することができる。以上のように受信アンテナ指向性の
中心角を制御することによって、ダクトの特性を求める
ことなしに受信アンテナ指向性を最適に制御することに
よって、ダクトの特性を求めることなしに受信アンテナ
指向性を最適に制御することが可能になる。

また、以上の結果は、受信アンテナではなく、送信ア
ンテナを同様に制御することによって得ることができ
る。ただ、送信アンテナを制御する場合は、観測音する
信号は、受信アンテナから送出される制御信号を用いる
点だけが異なる。

さらに、以上の制御を送受信ともに行なうことによっ
て、より大きな効果を得ることができる。これは、送受
信アンテナのビームの方向を、ある方向を中心としてそ
れぞれ異なる周波数で変動することによって実現するこ
とができる。すなわち、送信アンテナのビームを変動さ
せる周波数と受信アンテナのビームを変動させる周波数
として直交している周波数の組を選べば、受信信号の平
均電力をそれぞれの周波数の信号と相関をとり、得られ
た相関値を積分することによって、送信アンテナのビー
ムを変動させたことに起因する受信信号の平均電力の変
化と、受信アンテナのビームを変動させたことに起因す
る受信信号の平均電力の変化を、それぞれ独立に観測す
ることができる。このようにして、観測された受信信号
の平均電力に基づいて、受信信号の平均電力が大きくな
る方向へ、送受信アンテナのビームを変動させて行くこ
とによって、時々刻々変動する伝搬路のダクトの特性を
直接求めることなしに、受信信号電力の低下を抑圧する
ことができる。

（実施例） 第１図は、第１の発明の原理を実現するための実施例
である。第１図において、110は送信アンテナ、111は平
均電力検出回路、112は乗算器、113は積分器、114は比
較器、115はアンテナビーム平均方向設定回路、116はカ
ウンタ、117はアンテナビーム変動周波数の発信器、118
は加算器、119はアンテナビーム方向変動回路、200は制
御回線である。

次に、この実施例の動作について説明する。

制御回線200を介して受信系から送られた制御信号
は、送信アンテナ110で受信される。また、送信アンテ
ナ110の指向性は、アンテナビーム方向変動回路119によ
って制御される。送信アンテナ110で受信された制御信
号は、平均電力検出回路111に入力され、平均電力が検
出される。平均電力検出回路111で検出された平均電力
とアンテナビーム変動周波数の発信器117からの出力は
乗算器113に入力され、相関が取られる。また、アンテ
ナビーム変動周波数の発信器117の出力は、カウンタ116
及び加算器118にも入力される。カウンタ116はアンテナ
ビーム変動周波数の発信器117からの信号の変動回数を
数え、ある設定された回数に達したときに、パルスを積
分器113、比較器114及びアンテナビーム平均方向設定回
路115に出力する。積分器113は、乗算器からの信号をカ
ウンタ116からのパルスが入力されるまで積分し、カウ
ンタ116からのパルスが入力したときに比較器114に出力
し、放電する。比較器114は、カウンタ116からのパルス
が入力されたときに、積分器113からの出力が正である
か負であるかを判定し、判定結果をアンテナビーム平均
方向設定回路115に出力する。アンテナビーム平均方向
設定回路115は、カウンタ116からのパルスが入力された
ときに、比較器113の入力に基づいてアンテナビーム平
均方向は更新される。また、アンテナビーム平均方向設
定回路115は、アンテナビーム平均方向を加算器118に常
に出力している。加算器118は、アンテナビーム平均方
向設定回路115の出力信号とアンテナビーム変動周波数
の発信器117からの出力信号を加算して、アンテナビー
ム方向の制御信号として、119はアンテナビーム方向変
動回路へ出力する。

第２図は、第２の発明の原理を実現するための実施例
である。第２図において、201は受信アンテナ、211は平
均電力検出回路、212は乗算器、213は積分器、214は比
較器、215は受信アンテナビーム、平均方向設定回路、2
16はカウンタ、217は受信アンテナビーム変動周波数の
発信器、218は加算器、219は受信アンテナビーム方向変
動回路である。この実施例では、第１図の送信アンテナ
と、送信アンテナの入力信号が制御回線からの入力信号
てあるという２点が、それぞれ、受信アンテナ、受信ア
ンテナの入力信号が送信点からの情報信号となっている
点において異なっているが、他の部分の動作は、第１図
と全く同様である。

第３図は、第３の発明の原理を実現するための実施例
である。第３図において、１は送信信号入力端子、２は
受信信号出力端子、11、12はそれぞれ送信及び受信アン
テナ、21、22はそれぞれ送受信アンテナビーム変動周波
数の発信器、23、24はそれぞれ送受信アンテナビームの
方向を変化させるアンテナビーム方向変動回路、25は平
均電力検出回路、26、27は乗算器、28、29は積分器、3
0、31は比較器、32、33はカウンタ、34、35はそれぞれ
送受信アンテナビーム平均方向設定回路、36、37は加算
器、38は制御回線である。

次に、この実施例の動作について説明する。

送信側では、伝送すべき信号を送信信号入力端子１へ
入力する。ここで、送信アンテナ１のビームは、送信ア
ンテナビーム方向変動回路によって制御されている。こ
の送信アンテナビーム方向変動回路23には加算器36の出
力が供給される。加算器36の入力は、送信アンテナビー
ム平均方向設定回路43の出力信号と、送信アンテナビー
ム変動周波数の発信器21の出力である。従って、送信ア
ンテナビームは、送信アンテナビーム平均方向設定回路
34で設定される方向を中心として、送信アンテナビーム
変動周波数で周期的に変動し、送信アンテナの送信指向
性は、送信アンテナビーム変動周波数で周期的に変動す
ることとなる。

また、受信アンテナ２のビームも同様に、受信アンテ
ナビーム平均方向設定回路35によって設定される方向を
中心として、受信アンテナビーム変動周波数で周期的に
変動するため、受信アンテナの受信指向性は、受信アン
テナビーム変動周波 受信側では、上述のようにして送
受信された信号を、平均電力検出回路25に入力し、受信
信号の平均信号電力を求める。また、送信された信号を
復調するため、受信信号を受信信号出力端子２にも出力
する。ここで、平均電力検出回路25で求められた平均受
信信号電力は、送受信アンテナビームともに変動してい
るから、両者の変動の周期を合成した周期で変動してい
る。平均電力検出回路25の出力を、乗算器26、27及び積
分器28、29を用いて、送信及び受信アンテナビーム変動
周波数の発信器21、22の出力と相関を取る。ここで、カ
ウンタ33は、制御回線38を介して送信アンテナビーム変
動周波数の発信器21の変動回数をカウントし、送信アン
テナビーム変動周波数の発信器21の変動回数が、ある決
められた回数に達したときにパルスを出力する。カウン
タ32も同様に、送信アンテナビーム変動周波数の発信器
21の変動回数をカウントし、送信アンテナビーム変動周
波数の発信器21の変動回数が、ある決められた回数に達
したときにパルスを出力する。積分器28、29は、カウン
タ33の出力を入力とし、カウンタ33からパルスが入力さ
れたときに積分値を出力し、放電する。このようにして
得られた積分器28、29の出力は、それぞれ、受信アンテ
ナビーム、送信アンテナビームの変動に起因した平均信
号電力の変動分を示している。

ここで、送受信アンテナビーム変動周波数の発信器2
1、22の出力信号が正弦状であり、送受信アンテナビー
ムが送受信アンテナビーム変動周波数の発信器21、22の
出力信号の正負にしたがって、上下に変動するように設
定する。このように設定すれば、積分器の出力の正であ
れば、アンテナビームを上向きにしたときに平均受信信
号電力が大となり、負であればアンテナビームを下向き
にしたときに平均受信信号電力が大となることを示して
いる。比較器30、31は、それぞれ、積分器28、29の出力
を入力して入力信号の正負の判定し、正であれば＋１、
負であれば−１を出力する。

受信アンテナビーム平均方向設定回路34は、カウンタ
33の出力と比較器30の出力を入力とし、カウンタ33の出
力パルスが入力したときに、比較器33の出力を、以前の
出力信号に加算して得られた信号を出力する。送信アン
テナビーム平均方向設定回路35も同様に、カウンタ32の
出力パルスが入力したときも、制御回路38を介して比較
器31の出力を入力し、以前の出力信号に加算して得られ
た信号を出力する。このようにして、アンテナビームの
最適な方向制御が行われる。

（発明の効果） 本発明により、伝送媒体において生じるダクト性フェ
エージングによる受信信号電力低下の補償能力を、伝送
媒体中のダクトの特性を求めることなく大幅に改善する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願の第１の発明の実施例を示す系統図であ
る。図において、110……送信アンテナ、111……平均電
力検出回路、112……乗算器、113……積分器、114……
比較器、115……アンテナビーム平均方向設定回路、116
……カウンタ、117……アンテナビーム変動周波数の発
信器、118……加算器、119……アンテナビーム方向変動
回路、200……制御回線、である。 第２図は、本願の第２の発明の実施例を示す系統図であ
る。図において、201……受信アンテナ、211……平均電
力検出回路、212……乗算器、213……積分器、214……
比較器、215……受信アンテナビーム平均方向設定回
路、216……カウンタ、217……受信アンテナビーム変動
周波数の発信器、218……加算器、219……受信アンテナ
ビーム方向変動回路、である。 第３図は、本願の第３の発明の実施例を示す系統図であ
る。図において、１……送信信号入力端子、２……受信
信号出力端子、11……送信アンテナ、12……受信アンテ
ナ、21……送信アンテナビーム変動周波数の発信器、22
……受信アンテナビーム変動周波数の発信器、23、24…
…アンテナビーム方向変動回路、25……平均電力検出回
路、26、27……乗算器、28、29……積分器、30、31……
比較器、32、33……カウンタ、34、35……アンテナビー
ム平均方向設定回路、36、37……加算器、38……制御回
線、である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指向性を有する送信アンテナと受信アンテ
   ナを用いて通信を行なう送受信方式に関し、送信側にお
   いて、前記送信アンテナのビームをある設定された送信
   方向を中心にして、一定の送信アンテナビーム変動周波
   数で前記送信アンテナのビームの送信方向を変動し、制
   御回線を介して、前記送信アンテナで受信する受信信号
   の受信信号電力を検出し、前記受信信号電力と前記送信
   アンテナビーム変動周波数と同一の周波数の信号との相
   関を取り、得られた相関値に基づいて、前記設定された
   送信方向を再設定することを特徴とする適合型チルトビ
   ームダイバーシティ送信方式。
2. 【請求項２】指向性を有する送信アンテナと受信アンテ
   ナを用いて通信を行なう送受信方式に関し、受信側にお
   いて、前記受信アンテナのビームをある設定された受信
   方向を中心にして、一定の受信アンテナビーム変動周波
   数で前記受信アンテナのビームり受信方向を変動し、得
   られた受信信号から受信信号電力を検出し、前記受信信
   号電力と前記受信アンテナビーム変動周波数と同一の周
   波数の信号との相関を取り、得られた相関値に基づい
   て、前記設定された受信方向を再設定することを特徴と
   する適合型チルトビームダイバーシティ受信方式。
3. 【請求項３】指向性を有する送信アンテナと受信アンテ
   ナを用いて通信を行なう送受信方式に関し、送信側にお
   いて、前記送信アンテナのビームを、ある設定された送
   信された送信方向を中心にして、一定の送信アンテナビ
   ーム変動周波数で前記送信アンテナのビームの送信方向
   を変動し、受信側において、前記受信アンテナのビーム
   を、ある設定された受信方向を中心にして、前記送信ア
   ンテナビーム変動周波数と直交関係にある受信アンテナ
   ビーム変動周波数で前記受信アンテナのビームの受信方
   向を変動し、得られた受信信号から受信信号電力を検出
   し、前記受信信号電力と前記送信アンテナビーム変動周
   波数と同一の周波数の信号及び前記受信アンテナビーム
   変動周波数と同一の周波数の信号との相関を取り、得ら
   れた相関値に基づいて、前記設定された送信方向及び設
   定された受信方向を再設定することを特徴とする適合型
   チルトビームダイバーシティ送受信方式。