JP3020516B2

JP3020516B2 - 無線通信システム

Info

Publication number: JP3020516B2
Application number: JP1206344A
Authority: JP
Inventors: 秀一尾林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JPH0370220A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えば室内や構内で高周波の無線搬送波を
用いて音声やデータの伝送を行う無線通信システムに関
する。

（従来の技術）オフィスや工場建屋等の室内や構内において、パーソ
ナルコンピュータ、ワードプロセッサ、画像入出力装置
等の端末装置と基地局との間で、高周波の無線搬送波を
用いてデータを伝送する無線通信システムが検討されて
いる。

ところで、このような無線通信システムを構築する場
合、使用環境に基因する多重波伝搬により、伝送特性の
劣化が問題となることが多い。

即ち、オフィスや工場建屋等の室内や構内には、天井
や壁がありまた種々の什器が配置されている。従って、
基地局または端末装置から送信される電波は、これら天
井、壁、什器等により、回折、反射または散乱される。
これにより、例えば送受信間が見通せる場合には、受信
側に、直接到来する電波の他に様々な方向から回折波、
反射波あるいは散乱波等の電波が到来する。

そして、これら複数の電波の相互間の干渉により、信
号強度の急激な変動（フェージング）を発生させ、伝送
特性を劣化させる。

また、伝送速度が大きくなると、多重波伝搬による無
線伝送路の遅延特性により、波形の歪みを生じる。従っ
て、ディジタル伝送の場合は、アイパターンのゆらぎに
よる同期外れ等が発生し、伝送特性が劣化する。

例えば、これまでの研究によれば、“delay spread
Δ（到来波の遅延時間を受信強度で重み付けした標準偏
差）”が伝送速度Ｔの逆数の５％を越えると、伝送特性
の劣化は無視できなくなることがわかっている。

そこで、この種の伝送特性の劣化対策として、複数の
アンテナからの出力を選択または合成したものを受信信
号として取り込むアンテナダイバシチ（以下、「ダイバ
シチ」と省略する。）を適用することが考えられる。即
ち、ダイバシチを用いれば、上述した信号強度の急激な
変動と伝送路遅延特性の両方を改善できるのである。

しかしながら、システムがオフィスや工場建屋等の室
内や構内で構築される場合、天井、壁、什器等による多
重波伝搬は複雑であるため、従来から研究が行われてい
るダイバシチに関する技術では、充分な効果が得られな
いという問題がある。また、室内や構内というように限
られたスペースを考慮すると、適用できない技術もあ
る。

以下、これらの点について言及する。尚、ダイバシチ
には、固定基地局側で行うものと移動局側で行うものと
があるが、本願発明に関連する固定基地局側に係るもの
を示す。

まず、屋内に適用されるダイバシチに関する技術とし
て、例えば文献「コンクリート住宅におけるVHFおよびU
HF帯屋内伝搬特性」（加地：昭和58年度電子通信学会総
合全国大会、1983年４月）には、送信・受信アンテナ高
と伝搬損失との関係を検討している。しかし、建物内部
に什器がない場合の検討である。また、文献「400MHzに
おける屋内伝搬特性の一検討」（関等：昭和62年電子情
報通信学会総合全国大会、1987年３月）も、廊下におけ
る場合の検討であり、建物内の什器は検討の対象外であ
る。更に、これら２つの文献は、アンテナ高による伝送
特性の変化に対する物理的な原因には触れていない。

一方、屋外に適用されるダイバシチに関する技術とし
て、例えば自動車電話方式に採用される技術に関する文
献「大容量移動通信方式用基地局／移動局アンテナ構成
技術」（山田等：研実報、３、10、1986年）がある。し
かし、この場合、信号強度の相関係数を所要の値（0.6
程度以下）にするためには、水平方向に波長の10倍程度
即ち900MHzでは3m強離間して設置する必要があるため、
スペースに限りがある室内や構内には適用が困難であ
る。また、マイクロ波による中継方式では、複数のアン
テナを垂直方向に離すダイバシチ方式が採用されてい
る。しかし、ダクト形の周波数非選択性フェージングに
対して信号強度の相関係数を十分小さくするために十数
ｍといった距離だけ離す必要があるため、垂直方向の空
間に限りがある室内や構内にはなじまない。

（発明が解決しようとする課題）このように多重波伝搬による伝送特性の劣化を抑える
には、ダイバシチが有効であるが、システムがオフィス
や工場建屋等の室内や構内で構築される場合、天井、
壁、什器等による多重波伝搬は複雑であるため、従来の
ダイバシチに関する技術では充分な効果が得られず、ま
た室内や構内というように限られたスペースを考慮する
と、適用できない技術もある。

そこで、本発明はこのような事情に基づき成されたも
ので、室内や構内において空間を有効に利用でき、しか
も広帯域の伝送にも有効なダイバシチ枝を得ることので
きる無線通信システムを提供することを目的としてい
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、複数の電波障
害物が高さを基準として複数に群分される環境内で、第
１局装置と第２局装置との間で電波を用いて通信を行
い、かつ前記第１局装置がアンテナダイバシチを行う複
数のアンテナを有する無線通信システムにおいて、前記
第１局装置の各アンテナをそれぞれ、前記電波障害物の
各群の高さによって分割された複数の高さ範囲のうち
の、２つないしそれ以上の高さ範囲に配置したものであ
る。

（作用）本発明では、第１局装置の各アンテナをそれそれ、電
波障害物の各群の高さによって分割された複数の高さ範
囲のうちの、２つないしそれ以上の高さ範囲に配置した
ので、室内や構内において空間を有効に利用でき、しか
も広帯域の伝送にも有効なダイバシチ枝を得ることがで
きる。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の各種実施例を説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る説明図であり、
同図（ａ）はこの実施例における無線通信システムの使
用の対象となる室内または構内の平面図、同図（ｂ）、
（ｃ）は同図（ａ）内のbb矢視、cc矢視による横断面図
である。

まず、この実施例における無線通信システムの使用の
対象となる室内または構内の環境について説明する。

同図に示す室内または構内は、天井１、壁２及び床３
により囲われている。また、床３上には、机４の他略同
一高さの複数のロッカー５が配置されている。このよう
にロッカー５を略同一高さとしたのは、例えばオフィス
のフロアーにおけるロッカーを着目してみると、これら
は人の頭の高さ程度に統一されていることによる。

次に、この実施例における無線通信システムの構成に
ついて説明する。

図中、６、７は固定基地局の第１、第２のアンテナ、
８は移動局装置（無線通信端末装置）を示している。

固定基地局の第１のアンテナ６は、机４の高さとロッ
カー５の高さの間（R₂の範囲）の高さに配置されてい
る。また、第２のアンテナ７は、ロッカー５の高さと天
井１の高さの間（R₃の範囲）の高さに配置されている。
尚、机４の高さ以下の範囲をR₁とする。そして、固定基
地局は、第１及び第２のアンテナ６、７からの出力を選
択または合成したものを受信信号として取り込むダイバ
シチを行う。

さて、第１のアンテナ６は、高さがR₂の範囲にあるの
で、この第１のアンテナ６からはサービスエリア内の相
当の場所で移動局装置８を見通せない。よって、室内あ
るいは構内の天井１、壁２、ロッカー５等により回折、
反射あるいは散乱されて到来する電波の量が減少し、回
折の角度が小さく直線的に到来する電波10が支配的にな
る。これにより、フェージングの軽減やフェージング周
期の伸長、あるいは多重波の到来遅延時間の広がりが小
さくなり、無線伝送路の遅延特性の改善を達成すること
ができる。特に、第１図（ｃ）に示すロッカー５に囲ま
れた区画に対しては、R₂の範囲にある第１のアンテナ６
の方が干渉の原因となる電波の強度が低減され、遅延特
性の点で有利になる。

これに対し、R₃の範囲にある第２のアンテナ７によれ
ば、移動局装置８には、直接到来する電波11を含め様々
な方向から回折波、反射波、散乱波など多数の電波が到
来する。このため、信号強度のピーク値や平均値は概ね
大きな値となるが、フェージング特性や遅延特性は良く
ならない場合が生ずる。

以上のように、第１及び第２のアンテナ６、７では、
電波伝搬に関して相異なる状況を生ずる可能性が大き
い。したがって、送受信状態の異なるアンテナダイバシ
チ枝が得られ、伝送速度や所望の誤り率・再送の有無な
ど伝送条件に応じた選択あるいは合成を行うことによ
り、アンテナダイバシチによる伝送特性を大幅に改善す
ることができる。

尚、第１及び第２のアンテナ６、７については、放射
指向性の垂直方向において最大放射方向を水平面より仰
角をつけた方向に向けることにより、机４やロッカー５
による回折損失をアンテナ利得で一部補償させるなどの
効果をもたせたり、あるいは最大放射方向を水平面より
俯角をつけた方向に向けることにより、特に範囲R₃に設
置するアンテナからの波がサービスゾーンを越えて、別
の固定基地局がカバーするゾーンに届いてしまい干渉の
原因となるのを防止する等の効果をもたせることも考え
られる。

また、上述した選択法あるいは合成法としては、例え
ば信号強度と遅延特性とを監視する方法では、いずれの
ダイバシチ枝でも“delay spread"が伝送速度の逆数に
比べて十分に小さいときは、信号強度の大きい枝を選択
し、このような枝の重みを多くして合成することが考え
られる。あるいは信号強度が大きくても“delay sprea
d"が大きく遅延特性の劣化による誤りが予想される枝は
選択あるいは合成の対象から外したりすることが考えら
れる。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。

第２図は本発明の第２の実施例に係る説明図であり、
同図（ａ）はこの実施例における無線通信システムの使
用の対象となる室内または構内の平面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）内のｂ矢視による正面図である。

この実施例は、１組の固定基地局が収容できる移動局
装置８の数に制限があり、同一フロアの全域をサービス
するのに必要な容量が足りない場合に、第１及び第２の
アンテナとして指向性アンテナを用いかつ複数の固定基
地局で１つのフロアをサービスする例である。

この実施例では、二組の固定基地局が、それぞれ高さ
の範囲がR₂とR₃にある第１及び第２の指向性アンテナ6
a、7a、6b、7bをダイバシチ枝として用いている。

この場合でも、それぞれの固定基地局がカバーするサ
ービスエリアにおいて、ダイバシチの効果が期待される
ことがわかる。

また、指向性アンテナを用いることにより、隣接する
ゾーンへの隣接チャネル干渉の低減もあわせて期待でき
る。

尚、指向性アンテナを用いる他の方法としては、廊下
においてダイバシチ枝の１つとして範囲R₂あるいはR₁に
あるアンテナの最大放射方向を廊下沿いに向けること
で、廊下をサポートし、廊下以外の場所への放射を防止
することも考えられる。

次に、本発明の第３の実施例を説明する。

第３図は本発明の第３の実施例に係る説明図であり、
同図（ａ）はこの実施例における無線通信システムの使
用の対象となる室内または構内の平面図、同図（ｂ）、
（ｃ）は同図（ａ）内のｂ矢視、ｃ矢視による正面図で
ある。

この実施例は、人間が通行することによって生ずるシ
ャドーイングや反射散乱体の移動の影響などを低減する
ため、第１の実施例に示した第１及び第２のアンテナ
６、７からなるマクロダイバシチを組み合わせてなるも
のである。

この場合、複数のポイントに固定基地局を設ける必要
が生ずるが、電波伝搬に関して相異なる状況を生ずる可
能性が大きいので、送受信状態の異なるアンテナダイバ
シチ枝が得られ、伝送速度や所望の誤り率、再送の有無
など伝送条件に応じた選択あるいは合成を行うことによ
って、さらに信頼性が向上する。

第３図（ｄ）は、固定基地局12がT₁、T₂に設置した計
４つのアンテナ6c、7c、6d、7dでダイバシチ送信あるい
は受信を行う場合の構成例である。

尚、第３図（ｅ）に示すように、それぞれのアンテナ
6c、7c、6d、7dに変復調、蓄積、受取送出などの機能を
持たせた送受信機13a、13b、13c、13dを接続し、これら
をLAN装置14に接続することも考えられる。

また、例えば第３図（ｆ）のように、T₁とT₂の位置に
それぞれ設置した送受信機13e、13fが、それぞれ２組の
アンテナ6c、7c、6d、7dを用いてダイバシチを行った後
に、LAN装置14に接続することも考えられる、次に、本発明の第４の実施例を説明する。

第４図は本発明の第４の実施例に係る説明図であり、
同図（ａ）はこの実施例における無線通信システムの使
用の対象となる室内または構内の正面図、同図（ｂ）は
平面図である。

同図に示す実施例では、固定基地局の第１のアンテナ
６は、机４の高さ以下の範囲R₁にあり、第２のアンテナ
７は、机４の高さとロッカー５の高さの間の範囲R₂の高
さに配置されている。

さて、R2の範囲にある第２のアンテナ７による送受信
では、ロッカー５からの反射波が到来しやすく、伝送速
度が大きくなると伝送路の遅延特性による誤りが生ず
る。これに対し、R₁の範囲にある第１のアンテナ６で
は、ロッカー５が第１のアンテナ６から見通しになる確
率は非常に小さく、到来する反射波は非常に少ないと考
えられる。従って、伝送速度によっては第１のアンテナ
６を選択したり、第１のアンテナ６の重みを多くして合
成することによって誤り率を低減できる可能性がある。

この実施例の場合、机４の間の通路に障害物がある
と、伝搬損失が非常に大きくなる。従って、通常、あま
り人等の通行頻度が少ない場所において有効であると推
測できる。

次に、上述した第４の実施例を想定して、実際の室内
において広帯域特性を含めた電波伝搬特性の測定実験を
行った結果を示す。

第５図は測定場所の概略を示す平面図である。

図中、５は高さ210cmの金属製のロッカー、２は壁で
あり、これらロッカー５及び壁２に囲まれた通路は幅約
1.7mである。尚、図中にはないが、他にも高さ175cm程
度のロッカーや高さ70cm程度の机が多数並んでいる。

そして、先に発表した文献「位置・方位を認識しダイ
バシチ測定機能をもつ構内電波伝搬移動測定装置」（尾
林他：信学技報、Ａ・P88−125、1989年１月）に記載し
ている測定装置に取り付けたボール（高さ190cm）に受
信アンテナ（利得2.15dBi）を設置し、約4Km/hで移動測
定した。

また、前記文献に記載されている同期信号送受信装置
を用いて、1.2GHz帯CWを２本の送信アンテナ（高さ160c
mと140cm、1.5m離して固定、いずれも利得9.4dBi、垂直
偏波）に0.5msごとに交互に切り替えて入力し、この切
り替えのタイミングを受信側で監視して受信信号強度を
測定した。信号強度の平均サンプリング間隔は、各々の
アンテナについて約4ms（約4mm）である。

第６図に受信信号強度移動平均値（測定点の前後500
点の1001点で平均したもの）の空間分布を示す。尚、図
中ａ〜ｅコースの測定値は、ａ′〜ｅ′に移して示す。

同図に示すように、送信点に近い地点では、送信アン
テナの高さが高い方が10〜15dB大きい信号強度が得られ
ている。これに対し、送信点から遠くなると、送信アン
テナの高さによる伝搬損失の違いが小さくなってくる。
特に、コース内の一部の区間では、ほとんど違いのない
ところ、あるいは送信アンテナの高さが低い方が大きい
信号強度が得られるところもある。

第７図にフェージング幅の空間分布を示す。

フェージング幅とは、測定点500点の区間での信号強
度の累積確率の10％、90％にあたる値のdB差で、レイリ
ー分布の場合13.4dBである。

送信点に近いところでは、送信アンテナの高さが高い
方がフェージング幅の小さい良好な特性が得られている
地点が多い。これに対し、送信点から遠くなると、送信
アンテナの高さが低い方がフェージング幅が小さくなっ
てくる区間が現れてくる。

第６図と第７図のＡ点においてdelay profileを測定
した結果を第８図に示す。

これは、1.2GHzの帯域内を掃引して求めた周波数特性
をフーリエ変換して求めたものである。

高さ160cmの場合が、高さ40cmの場合に比べ、最も早
く到来する波の受信信号強度は大きいが、遅延の広がり
が大きくなっている。また、Ａ点において高さ160cmの
方がフェージング幅が大きいのは、この遅延特性が原因
の一つと考えられる。

尚、本発明は以上の実施例に限定されるものではな
い。

例えば、R₁とR₃との組み合わせによるダイバシチ、あ
るいはR₁、R₂、R₃の３つの相異なる範囲に存するアンテ
ナダイバシチ枝によるダイバシチ等も考えられる。

加えて、R₃に相異なる指向性を持つ複数のＮ個のアン
テナを設け、かつR₂にアンテナを設けて、（Ｎ＋１）個
のダイバシチ枝を用いてダイバシチ受信を行う等、R₁〜
R₃のカテゴリーで同じカテゴリーに複数のアンテナを用
いる方法も考えられる。

更に、偏波ダイバシチに応用することも考えられる。
固定基地局のアンテナを設置する高さの範囲によって反
射、散乱、回折の状態が異なるため、偏波の回転の度合
いも異なることが予測される。従って、この場合、相関
の少ないダイバシチ枝が得られる可能性は高い。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、固定基地局の
各アンテナを、群分される電波障害物の各群の高さに基
づく位置に、それぞれ配置したので、室内や構内におい
て空間を有効に利用でき、しかも広帯域の伝送にも有効
なダイバシチ枝を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明する図、第２図は
本発明の第２の実施例を説明する図、第３図は本発明の
第３の実施例を説明する図、第４図は本発明の第４の実
施例を説明する図、第５図は本発明の第４の実施例の有
効性を確認するために行った測定実験の測定場所を説明
する図、第６図は前記測定実験の結果の一例を説明する
図、第７図は前記測定実験の結果の他の一例を説明する
図、第８図は前記測定実験の結果の他の一例を説明する
図である。１……天井、２……壁、３……床、４……机、５……ロ
ッカー、６……第１のアンテナ、７……第２のアンテ
ナ、８……移動局装置。

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−235452（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−46823（ＪＰ，Ａ) 特開平３−55925（ＪＰ，Ａ) 特開平３−48532（ＪＰ，Ａ) 特開平１−114221（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−227130（ＪＰ，Ａ) 実開平２−82143（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 7/00 H04B 7/02 - 7/12 H04B 7/24 - 7/26 113 H04L 1/02 - 1/06 H04Q 7/00 - 7/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電波障害物が高さを基準として複数
に群分される環境内で、第１局装置と第２局装置との間
で電波を用いて通信を行い、かつ前記第１局装置がアン
テナダイバシチを行う複数のアンテナを有する無線通信
システムにおいて、前記第１局装置の各アンテナがそれぞれ、前記電波障害
物の各群の高さによって分割された複数の高さ範囲のう
ちの、２つないしそれ以上の高さ範囲に配置されている
ことを特徴とする無線通信システム。