JP3287521B2 - アンテナ方向および位置自動調整装置 - Google Patents

アンテナ方向および位置自動調整装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は無線通信システムにおけ
る移動局アンテナの方向および位置調整を自動的に行な
う装置に関し、特に、室内無線LANにおける端末(移
動局)のアンテナ装置に係る。
【0002】
【従来の技術】近年コンピュータ通信のネットワークの
一つであるイーサネット対応(10MbpS)の無線通
信が実用化されている。
【0003】図4は、このようなイーサネット対応の小
規模の無線通信システムの一例を示す図であって、51
はシステムのゾーンを形成する部屋、52は基地局のセ
クタアンテナ、53は移動局のセクタアンテナを表わし
ている。
【0004】図5はマルチパスフェージングの影響につ
いて説明する図であって、(a)は無線信号の帯域が狭
い場合、(b)は無線信号の帯域が広い場合を示してい
る。同図において、横軸は周波数、縦軸は電力を示して
おり、数字符号54は、基地局からの複数の信号経路に
よって影響を受けたための伝搬特性(周波数振幅特
性)、55,56は無線信号の変調スペクトラムの特
性、57は無線信号が伝搬特性によって、電力の損失を
生ずる箇所(ノッチ)を示している。
【0005】図4に示す無線通信システムでは、同図に
示すように無線基地局、移動局ともセクタアンテナ52
あるいは53を用いて複数の方向から到来した信号を選
択して受信する。このような系で用いる周波数帯域で
は、例えば希望波Aと反射等による遅延波BあるいはC
との経路長の差が30mの場合でも周波数振幅特性のノ
ッチ57の間隔が10MHz程度なので、図5(a)の
ようにスペクトラム上には、ノッチ57が、せいぜい1
つ入るだけである。
【0006】これに対して、100Mbpsを超えるよ
うな大容量・広帯域の通信を行う無線LANにおいて
は、マルチパスによる劣化が重大な問題となる。この場
合、上記従来の技術では、図5(b)のように長遅延の
ノッチ57が複数入ってくるので高品質な通信を行なう
ことが困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したような無線通
信システムにおいて、様々な方向から到来する反射波の
影響を抑えるためには移動局アンテナとして指向性を有
するアンテナの利用が有効である。その場合、移動局側
でアンテナの方向(θ方向,φ方向)を合わせる必要が
ある。
【0008】また、アンテナの方向を調節しても、遅延
波が希望波と逆位相となる可能性があるので、アンテナ
の方向をそのまま固定して、アンテナを平行移動させて
位置(x,y,z)を調整する必要がある。使用周波数
帯をミリ波にすると、調節範囲は数cmで済むと考えら
れる。
【0009】ミリ波帯は広い帯域を持ち、大容量の高速
通信に適しているのに加え、ミリ波帯では波長が短いた
め、マルチパス干渉によるレベルの移動のピッチが小さ
く、数cmのアンテナの移動でレベルの最大となる位置
が見つけられることが期待できる。
【0010】図6は、37GHz−100Mbps−Q
PSK信号の通信を行った場合に、移動局アンテナをあ
る方向について±5cm動かしたときの符号誤り率特性
を示したものである。符号誤り率が約7〜8cm間隔で
変動しており、移動局アンテナを3〜4cm程度移動さ
せれば良好な通信特性が得られることが判る。
【0011】アンテナ調節を手動で行なおうとしても、
実際には、その方向や位置を合わせるのは非常に困難で
あり、また、折角合わせても、移動体の位置や姿勢が変
化した場合には、再度調整することが必要となるので、
操作が非常に繁雑となると言う問題があった。
【0012】本発明は、このような従来の課題を解決す
るために成されたもので無線通信における移動局アンテ
ナの方向および位置調整を自動的に行なうことのできる
装置を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成さ
れる。
【0014】すなわち、請求項1の発明は、アンテナ
と、該アンテナの受信レベルを計測する手段と、該アン
テナを経由して受信した信号の符号誤り率を計測する手
段と、該アンテナのθ方向の向きとφ方向の向きとを調
整する手段と、上記アンテナの位置を、X,Y,Z方向
にスライドさせて調整する手段とを設け、受信レベルが
最大となるようにアンテナのθ方向およびφ方向の向き
を調整した後、受信信号の符号誤り率が最小となるよう
にアンテナの位置を調整する手段を設けたことを特徴と
するアンテナ方向および位置自動調整装置である。
【0015】請求項2の発明は、システム内の複数の地
点にビーコンの送信アンテナを設置すると共に、移動局
に、ビーコンの信号を受信するための少なくとも1つの
位置決めアンテナと、基地局の信号を受信するアンテナ
と、該アンテナで受信した信号の符号誤り率を計測する
手段と、該アンテナのθ方向の向きとφ方向の向きとを
調整する手段と、上記アンテナの位置をX,Y,Z方向
にスライドさせて調整する手段とを設けると共に、
【0016】ビーコンからの信号を前記位置決めアンテ
ナを用いて受信して自局の位置を認識する手段と、上記
認識結果に基づいて、自局のアンテナを、前記アンテナ
のθ方向の向きとφ方向の向きとを調整する手段を用い
て、その位置が既知である基地局のアンテナに指向せし
ため後、アンテナからの受信信号の符号誤り率が最小と
なるようにアンテナの位置を調整する手段を設けたこと
を特徴とするアンテナ方向および位置自動調整装置であ
る。
【0017】請求項3の発明は、請求項2記載の発明の
アンテナ装置に、更に、移動局に自局のアンテナで受信
した基地局信号の受信レベルを計測する手段と、自局の
アンテナを基地局のアンテナに指向せしめた後、基地局
の信号を受信してその受信レベルが最大となるようにア
ンテナの方向を再度調整する手段とを設けて構成したも
のである。
【0018】請求項4の発明は、請求項1あるいは請求
項3記載の発明において、受信レベルの計測に際して、
希望波レベル対干渉波レベルの比が所定の値以上ある
か、または、最も大であるときの受信レベルの値を以っ
て計測値とするようにしたものである。
【0019】請求項5の発明は、請求項1、請求項3あ
るいは請求項4記載の発明において、受信レベルの計測
に際して、信号対雑音比(S/NまたはC/N)が所定
の値以上か、または、最も大であるときの受信レベルの
値を以って計測値とするようにしたものである。
【0020】請求項6の発明は、請求項1〜請求項5の
発明において、基地局にPNパターン発生器とディジタ
ル変調器と合成器とを設けて、信号にPNパターンを合
成して送信し、移動局に、分波器を設けて、PNパター
ンでディジタル変調した信号を抽出し、該信号について
符号誤り率を計測する構成としたものである。
【0021】
【作用】請求項1の発明では、例えば、最初基地局から
PNパターンを送り、移動局でレベルと符号誤り率をみ
ながらアンテナをあわせる。アンテナが調整できたら、
通信をはじめる。通信の合間にもアンテナ合わせを連続
的に行うようにすれば良い。
【0022】移動局アンテナの調整方法について説明す
ると1つは受信レベルが最大になるように移動局アンテ
ナの指向性の方向を合わせ、次に移動局アンテナの方向
を保持したまま符号誤り率が最小になるように移動局ア
ンテナを空間内で平行移動させる。
【0023】請求項2の発明では移動局が、空間に固定
した少なくとも4つのビーコンからの信号を基に自局の
位置座標と向きを求めて、これと基地局アンテナとの位
置関係を求め、移動局アンテナを基地局アンテナの方向
に向け、しかる後に移動局アンテナの方向を保持したま
ま符号誤り率が最小になるように移動局アンテナを空間
内で平行移動させる。
【0024】ビーコンを用いた位置決めのアルゴリズム
については公知であるが、ここで、図3を用いて、その
1例について、以下に説明する。図3(a)に示すよう
な座標が既知で同一平面上にない4つのビーコンA,
B,C,Dよりきた信号の遅延差より、AとB,Aと
C,AとDの位置決めアンテナYからの距離差が求めら
れる。それをs1,s2,s3とする。
【0025】位置決めアンテナYから一番近いビーコン
をAとし、YからAまでの距離をYAとすると、Yから
Bまでの距離はYB=YA+s1,すなわちYB−YA
=s1(一定)となるので、YはAとBとを焦点とする
双曲面上にある。同様に、AとC,AとDとを焦点とす
る双曲面上にもある。これら3つの双曲面の交点が同図
(b)に示すようにYの座標である。
【0026】また、移動局では位置決めアンテナを2つ
持つことにより、空間での姿勢を一義的に求めることが
でき、基地局アンテナとの位置関係を一義的に求めるこ
とができる。
【0027】これらの方法により、移動局のアンテナを
その場所における最適な状態に自動的に調整することが
できる。請求項3の発明では、請求項2の発明におい
て、移動局がビーコン信号の受信結果により移動局のア
ンテナを基地局のアンテナに指向せしめた後、更にその
受信レベルが最大になるようにアンテナの方向を調整す
るようにしている。
【0028】請求項4の発明では、請求項1あるいは請
求項3記載の発明において、受信レベルを計測すると
き、希望波レベル対干渉波レベルの比が所定の値以上か
または最も大であるときの受信レベルの値を以って計測
値とするようにしている。
【0029】請求項5の発明においては、請求項1、請
求項3あるいは請求項4記載の発明において、受信レベ
ルの計測に際してS/NまたはC/Nが所定の値以上か
または最も大であるときの受信レベルの値を以って計測
値とするようにしている。
【0030】以上の方法により、アンテナの方向を、よ
り高い精度で基地局のアンテナに指向させることができ
る。
【0031】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示す図であって、
請求項6の態様を採って、請求項1の発明を実施する場
合の例について示している。
【0032】本実施例の移動局2は、はじめに、受信レ
ベルを最大となるようにアンテナ方向調整を行い、次に
符号誤り率が最小となるようにアンテナ位置調整を行
う。同図において、基地局1は基地局アンテナ11と、
ディジタル変調器20と、PNパターン発生器21と、
合成器22とにより構成され、
【0033】一方、移動局2は移動局アンテナ12と、
角度制御回路13と、角度調整装置14と、位置制御回
路15と、位置調整装置16と、AGCアンプ17と、
ディジタル復調器18と、符号誤り率測定器19より構
成される。
【0034】基地局からは正規の信号と、PNパターン
発生器21からの信号をディジタル変調器20で変調し
た変調信号とを合成器22で合成した信号を送信してい
る。
【0035】移動局2ではまず、受信レベルを基準に
し、受信レベルが最大になる方向すなわち基地局アンテ
ナ1の方向に移動局アンテナ12の指向性が一致するよ
うに角度制御回路13で角度調整装置14を制御し、角
度を合わせる。
【0036】次に、移動局アンテナ12の方向を保持し
ながら、分波器23で基地局で付加したPNパターン信
号を取り出し、ディジタル復調器18で復調した符号誤
り率を基準にして位置調整装置16を位置制御回路15
で制御し、移動局アンテナ12を空間内で平行移動さ
せ、符号誤り率が最小になるように位置に移動局アンテ
ナ12を移動させる。
【0037】図2は、本発明の他の実施例を示す図であ
って、請求項6の態様を採って、請求項2の発明を実施
する場合の例を示しており、移動局が複数のビーコンか
らの信号を元に検出した自局の位置座標よりあらかじめ
位置が定められている基地局アンテナの方向を検出し、
自局のアンテナ方向を基地局アンテナの方向に合わせ
る。
【0038】しかる後に符号誤り率が最小となるように
アンテナ位置調整を行う装置の例を示している。同一平
面上にない4つのビーコン31,32,33,34から
同時に信号を送信し、移動局2で各々のビーコンからの
信号を位置決め専用アンテナ35,36で受信すること
により、信号の到達時間差より位置決め専用アンテナ3
5,36の位置座標が求まる。
【0039】移動局2で位置決め専用アンテナを2つ備
えておけば、自局の位置座標および向きが求められる。
基地局1の位置は固定であらかじめ判っているので、移
動局2では基地局アンテナ11の方向が求められ、その
方向に移動局アンテナ12を合わすことができる。
【0040】次に、移動局アンテナ12の方向を保持し
ながら、符号誤り率を基準にして位置調整装置16を位
置制御回路15で制御して空間内を平行移動させ、符号
誤り率が最小になるような位置に移動局アンテナ12を
移動させる。
【0041】請求項3の発明に対応する実施例は特に図
示していないが、例えば図2の構成において、AGCア
ンプ17と角度制御回路13との間にインタフェースを
有せしめることにより、図1の場合と同様な制御を追加
することによって容易に実現できる。
【0042】請求項4の発明については、例えば図1、
あるいは、図2の構成において、AGCアンプ17に希
望波レベルと干渉波レベルを計測して、その比を求める
機能を追加することにより容易に実現できる。
【0043】請求項5の発明については、例えば、図1
あるいは図2に示した構成において、AGCアンプ17
に受信信号と雑音信号とを計測してその比を求める機能
を追加することにより実現できる。
【0044】上記実施例は、それぞれ請求項6に対応す
るもので、基地局にPNパターン発生器21を設け、こ
れをディジタル変調して本来の信号と合波して送信し、
移動局において、受信後これを分波して復調し、誤り率
を計測する構成について示しているが、基地局から送信
される信号のパターンが既知のものであるか、誤り訂正
符号を有するものであれば、特にPNパターンを付加す
ることなく符号誤り率が検出できるものであることは言
うまでもない。
【0045】この場合には、図1あるいは図2の系にお
いて、PNパターンを付加し、あるいは、これを抽出す
る手段を省くことができるから、その構成を更に簡潔な
ものと成し得ることは明白である。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
室内無線LAN等において、移動局のアンテナを自動的
に基地局に指向せしめることが可能であり、移動局が位
置を移動しても自動的に移動局アンテナを最適な状態に
することができるから、常に安定した高品質の通信を提
供できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す図である。
【図3】ビーコンを用いた位置決めのアルゴリズムにつ
いて説明する図である。
【図4】イーサネット対応の無線通信システムの例を示
す図である。
【図5】マルチパスフェージングの影響について説明す
る図である。
【図6】移動局アンテナの位置を移動したときの符号誤
り率特性を示す図である。
【符号の説明】
1 基地局 2 移動局 11 基地局アンテナ 12 移動局アンテナ 13 角度制御回路 14 角度調整装置 15 位置制御回路 16 位置調整装置 17 AGCアンプ 18 ディジタル復調器 19 符号誤り率測定器 20 ディジタル変調器 21 PNパターン発生器 22 合成器 23 分波器 31〜34 ビーコン 35,36 位置決めアンテナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−213904(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/00 - 3/46

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンテナと、 該アンテナの受信レベルを計測する手段と、 該アンテナを経由して受信した信号の符号誤り率を計測
    する手段と、 該アンテナのθ方向の向きとφ方向の向きとを調整する
    手段と、 上記アンテナの位置を、X,Y,Z方向にスライドさせ
    て調整する手段とを設け、 受信レベルが最大となるように、アンテナのθ方向、お
    よび、φ方向の向きを調整した後、 受信信号の符号誤り率が最小となるようにアンテナの位
    置を調整する手段を設けたことを特徴とするアンテナ方
    向および位置自動調整装置。
  2. 【請求項2】 システム内の複数の地点にビーコンの送
    信アンテナを設置すると共に、 移動局に、 ビーコンの信号を受信するための少なくとも1つの位置
    決めアンテナと、 基地局の信号を受信するアンテナと、 該アンテナで受信した信号の符号誤り率を計測する手段
    と、 該アンテナのθ方向の向きとφ方向の向きとを調整する
    手段と、 上記アンテナの位置をX,Y,Z方向にスライドさせて
    調整する手段とを設けると共に、 ビーコンからの信号を前記位置決めアンテナを用いて受
    信して自局の位置を認識する手段と、 上記認識結果に基づいて、自局のアンテナを、前記アン
    テナのθ方向の向きとφ方向の向きとを調整する手段を
    用いて、 その位置が既知である基地局のアンテナに指向せしめた
    後、 アンテナからの受信信号の符号誤り率が最小となるよう
    にアンテナの位置を調整する手段を設けたことを特徴と
    するアンテナ方向および位置自動調整装置。
  3. 【請求項3】 移動局に自局のアンテナで受信した基地
    局信号の受信レベルを計測する手段と、 自局のアンテナを基地局のアンテナに指向せしめた後、
    基地局の信号を受信してその受信レベルが最大となるよ
    うにアンテナの方向を再度調整する手段とを設けた請求
    項2記載のアンテナ方向および位置自動調整装置。
  4. 【請求項4】 受信レベルの計測に際して、希望波レベ
    ル対干渉波レベルの比が所定の値以上あるか、または、
    最も大であるときの受信レベルの値を以って計測値とす
    る請求項1あるいは請求項3記載のアンテナ方向および
    位置自動調整装置。
  5. 【請求項5】 受信レベルの計測に際して、信号対雑音
    比(S/NまたはC/N)が所定の値以上あるか、また
    は、最も大であるときの受信レベルの値を以って計測値
    とする請求項1、請求項3あるいは請求項4記載のアン
    テナ方向および位置自動調整装置。
  6. 【請求項6】 基地局にPNパターン発生器とディジタ
    ル変調器と合成器とを設けて、 信号にPNパターンを合成して送信し、 移動局に、 分波器を設けて、 PNパターンでディジタル変調した信号を抽出し、該信
    号について符号誤り率を計測する構成とした、請求項1
    〜請求項5記載のアンテナ方向および位置自動調整装
    置。
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