JP3341203B2

JP3341203B2 - ディジタル無線通信システム

Info

Publication number: JP3341203B2
Application number: JP22601795A
Authority: JP
Inventors: 覚志馬場
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 2002-11-05
Anticipated expiration: 2015-08-11
Also published as: JPH0955691A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線ＬＡＮシステ
ムなど、主に屋内にて使用される高速ディジタル通信シ
ステムにおいて問題となる多重反射波の妨害を克服する
ためのディジタル無線通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】屋内の
ような閉じられた空間において高速データレートによる
ディジタル無線伝送を行う場合、天井、床、壁面、及び
什器などによる多重反射のため、直接波に多重反射波干
渉が重畳して直接波の品質が劣化してしまうという問題
があった。

【０００３】このような多重反射波による干渉を低減す
るために、例えば特公昭５８−４６８９２号公報では、
水平面内の限定された角度範囲内に指向性を持つ指向性
アンテナを３個以上用意し、これらのアンテナをそれぞ
れ異なる方向に指向性パターンを形成して全体としては
無指向性となるように配置して切り替えダイバーシチ受
信する方式が提案されている。しかしながら、この技術
は受信方式においてのみの多重反射波干渉対策であるた
め、高速のデータレートによる送受信通信に適用するに
は全く満足できないものであった。

【０００４】一方、例えば特開平２−７９６２８号公報
には、受信及び送信ターミナルの双方においてアンテナ
選択を用いる高データレートのセルラー無線電話通信シ
ステムが提案されている。一般に、屋内における通信品
質の動的劣化要因は主に人や物の移動による直接波の遮
断であり、直接波の遮断を救済するためには天井、床、
壁面、及び什器などによる反射波を受信することが必要
であり、複数の通信経路を評価し選択する機能が必要で
ある。しかしながら、この特開平２−７９６２８号公報
によるセルラー無線電話通信システムでは、受信及び送
信ターミナルの双方においてアンテナ選択を行うため、
受信側のアンテナと送信側のアンテナの最適な組合せを
決定しなければならず、アンテナ選択シーケンスが非常
に複雑となってしまう。また、基地局側から複数の子局
側への同報送信（ブロードキャスト）は、子局毎に基地
局とのアンテナの組合せが異なるため基地局から複数回
の送出が必要となってしまう。

【０００５】さらに、屋内における多重反射波干渉のう
ち一般に主要な反射波は壁面にて発生しており、立方体
の空間においては基地局設置位置から壁面へ垂直に入射
する直線上が最も影響のうける領域である。このため、
基地局においてはこれらの直線方向（９０度毎の４方
向）への送信は避けなければならないが、従来技術で
は、この現象に基づいた設計が全くなされていなかっ
た。

【０００６】このように、従来技術では、高速データレ
ートのディジタル通信において、十分な多重波干渉対策
がなされていない点、アンテナの選択方法が複雑である
点が問題となっていた。

【０００７】従って本発明の目的は、屋内での高速デー
タレートのディジタル通信において、一方のターミナル
でのアンテナ選択手段により多重波干渉の影響を克服し
たディジタル無線通信システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、多重波干渉
の影響を克服するため各ターミナルで用いるアンテナの
垂直面内の指向特性を下方又は上方にチルトさせ（一般
には天井に設置する基地局アンテナは下方チルト、卓上
に設置される子局アンテナは上方チルト）、また基地局
アンテナは、壁面への垂直入射方向へのビームを絞るこ
とにより、屋内での高速データレートのディジタル通信
を行う。従来技術とはアンテナの構成方法及びアンテナ
の指向性特性が異なっている。

【０００９】本発明によれば、垂直面においては水平方
向に対して上方又は下方にアンテナの最大ビーム方向を
チルトさせているので、垂直面内において、直接波と反
射波の伝搬経路に離角を確保することが可能である。ま
た、水平面内においても壁面に垂直に入射する方向の基
地局アンテナのビームを絞っているので、水平面内にお
いても直接波と反射波の伝搬経路に離角を確保すること
が可能である。

【００１０】このように、直接波と反射波の伝搬経路に
離角を確保することができるので、角度選択性の高いア
ンテナを用いることで多重反射波の影響を克服すること
が可能となっている。

【００１１】より詳しくは、本発明によれば、水平面内
において互いに異なる方向に限定された角度の指向性ビ
ームをもつ複数のブランチにより、水平面内において壁
面に垂直な方向を除く方向に選択的な指向性をもつアン
テナ、及びこのアンテナに結合され、このアンテナを介
してディジタル信号を受信するための受信機手段を有す
る第１の無線ターミナルと、水平面内又は円錐面内にお
いてビームが無指向性であり、垂直面内においては限定
された角度の指向性ビームを下方又は上方にチルトさせ
た指向特性をもつアンテナ、及びこのアンテナに結合さ
れ、このアンテナを介してディジタル信号を送信するた
めの送信機手段を有する第２の無線ターミナルとを具備
しており、第１及び第２の無線ターミナルの間でディジ
タル通信を行うディジタル無線通信システムが提供され
る。

【００１２】第１の無線ターミナルの各ブランチが、垂
直面内においては限定された角度の指向性ビームを下方
又は上方にチルトさせた指向特性をもつブランチを介し
てディジタル信号を受信するための受信機手段を有する
ことが好ましい。

【００１３】第１の無線ターミナルが、第２の無線ター
ミナルとの間の通信品質を符号誤り、受信電力強度、帯
域内振幅偏差、又はこれらの任意の組合せからなる関数
により評価するための評価手段と、この評価手段によ
り、１つのブランチを選択するためのブランチ選択手段
とを有することが好ましい。

【００１４】第１の無線ターミナルが、上述のブランチ
選択手段により選択したブランチを介してディジタル信
号を送信するための送信機手段を有することが好まし
い。

【００１５】さらに本発明によれば、水平面内において
互いに異なる方向に限定された角度の指向性ビームをも
つ複数のブランチにより、水平面内において壁面に垂直
な方向を除く方向に選択的な指向性をもつアンテナ、及
びアンテナに結合されそれを介してディジタル信号を受
信するための受信機手段を有する第１の無線ターミナル
と、水平面内又は円錐面内において壁面に垂直な方向で
ある９０度毎に利得低下点（ナル点）を有するアンテ
ナ、及びこのアンテナに結合され、このアンテナを介し
てディジタル信号を送信するための送信機手段を有する
第２の無線ターミナルとを具備しており、第１及び第２
の無線ターミナルの間でディジタル通信を行うディジタ
ル無線通信システムが提供される。

【００１６】第２の無線ターミナルのアンテナが、水平
面内において限定された角度に対してビームをもつ４つ
の要素アンテナと、アンテナ合成器とを有することが好
ましい。

【００１７】第２の無線ターミナルが、垂直面内におい
ては限定された角度に指向性ビームを下方又は上方にチ
ルトさせた指向特性をもつアンテナを介してディジタル
信号を送信するための送信機手段を有することも好まし
い。

【００１８】第１の無線ターミナルの各ブランチが、垂
直面内においては限定された角度の指向性ビームを下方
又は上方にチルトさせた指向特性をもつブランチを介し
てディジタル信号を受信するための受信機手段を有する
ことが好ましい。

【００１９】第１の無線ターミナルが、第２の無線ター
ミナルとの間の通信品質を符号誤り、受信電力強度、帯
域内振幅偏差、又はこれらの任意の組合せからなる関数
により評価するための評価手段と、この評価手段によ
り、ブランチを選択するためのブランチ選択手段とを有
することが好ましい。

【００２０】第１の無線ターミナルが、上述のブランチ
選択手段により選択したブランチを介してディジタル信
号を送信するための送信機手段を有することが好まし
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は閉じられた空間の垂直面内
の断面図であって、１００はこの空間内に設置されたオ
ムニアンテナ、ａ、ｂ及びｃはこの空間内の遅延分散の
大きさを濃淡で示したものである。

【００２２】オムニアンテナ１００から等方向に放射さ
れた電波は、天井、床及び壁面にて多重反射し、定常状
態では空間の位置によって遅延分散の分布パターンが形
成される。反射点における電波の入射角が大きいほど反
射波は直接波と重なる領域が増えるため、ａ、ｂ及びｃ
に見られるように反１点に対して垂直に直線上は直接波
と反射波の干渉が厳しい領域である。また、オムニアン
テナ１００に近い領域ほど直接波と反射波の到達時間差
が大きくなり遅延分散が大きくなる。

【００２３】一方、図２は閉じられた空間の水平面内の
断面図であって、１００はこの空間に設置されたオムニ
アンテナ、ｅ、ｆ、ｇ及びｆはこの空間内の遅延分散の
大きさを濃淡で示したものである。

【００２４】オムニアンテナ１００から等方向に放射さ
れた電波は壁面にて多重反射し、定常状態では空間の位
置によって遅延分散の分布パターンが形成される。反射
点における電波の入射角が大きいほど反射波は直接波と
重なる領域が増えるため、ｅ、ｆ、ｇ及びｆに見られる
ように反射点に対して垂直に直線上は直接波と反射波の
干渉が厳しい領域である。また、オムニアンテナ１００
に近い領域ほど直接波と反射波の到達時間差が大きくな
り遅延分散が大きくなる。

【００２５】図３は閉じられた空間の垂直面内の断面図
であって、１１０は第１の無線ターミナル、１２０は第
２の無線ターミナルである。第１及び第２の無線ターミ
ナル１１０及び１２０の間の通信路としては、同図から
も明らかのように、両者を直線で結んだ経路以外にも天
井、床及び壁面にて反射して形成される複数の多重反射
経路が存在する。

【００２６】図１で説明したように、壁に垂直な伝搬路
上では遅延分散が大きく通信品質に影響を与えるため、
第１及び第２の無線ターミナル１１０及び１２０は高低
差を付けて設置されることが望ましい。第１及び第２の
無線ターミナル１１０及び１２０では電波の水平方向へ
の放射を抑制するためビーム方向をそれぞれ上方及び下
方にチルトされた例を示している。なお、第１及び第２
の無線ターミナル１１０及び１２０の位置関係が逆転す
る場合は、チルト方向を逆にとるべきことは容易に推定
されることである。

【００２７】図４は閉じられた空間の水平面内の断面図
であって、１１０は第１の無線ターミナル、１２０は第
２の無線ターミナルである。第１及び第２の無線ターミ
ナル１１０及び１２０の間の通信路としては、同図から
も明らかのように、両者を直線で結んだ経路以外にも天
井、床及び壁面にて反射して形成される複数の多重反射
経路が存在する。

【００２８】図２で説明したように、壁に垂直な伝搬路
上では遅延分散が大きく通信品質に影響を与えるため、
第１及び第２の無線ターミナル１１０及び１２０は壁に
対して垂直な直線上に乗らないように設置されることが
望ましい。

【００２９】第１の無線ターミナル１１０は第２の無線
ターミナル１２０から放射された電波のあらゆる到来方
向に適用できるように３６０度をｎ個のブランチでカバ
ーするようなセクタアンテナが用いられる。ここでは、
６セクタアンテナの例を示している。一般にはｎの数が
多いほど到来方向に対する分解能が向上するためより伝
搬路の選択性が増し通信品質の向上を図ることができる
が、コストとのトレードオフである。

【００３０】第２の無線ターミナル１２０は簡易な手段
としては、水平面内において無指向性のアンテナを用い
ることができる。この場合、高速データレート転送にお
いては第１の無線ターミナル１１０としては１０ブラン
チ以上を確保することが望ましい。また第２の無線ター
ミナル１２０は４方向の壁に対してナル点又はビームを
絞った指向性パターンをもつアンテナが望まれること
は、図２で説明した遅延分散の影響を考えれば明らかで
ある。この目的のため、成型されたビームパターンをも
つ独立した４アンテナ２２１〜２２４にアンテナ結合器
を組合せて同図のように４方向の壁に対してナル点又は
ビームを絞った指向性パターンを形成することが可能で
ある。

【００３１】図５は本発明の第１の無線ターミナルに使
用するアンテナの一例として、６ブランチセクタアンテ
ナの１ブランチの水平面内指向特性である。この特性は
６ブランチセクタモノポールアンテナで実現することが
できる。

【００３２】図６は図５の６ブランチセクタアンテナの
１ブランチの垂直面内指向特性である。この例では上方
２０度のビームチルト角を持たせている。この特性は６
ブランチセクタモノポールアンテナで実現することがで
きる。

【００３３】図７は本発明の第１の無線ターミナルに使
用するアンテナの他の例として、１２ブランチセクタア
ンテナの１ブランチの水平面内指向特性である。この特
性は１２ブランチセクタモノポールアンテナで実現する
ことができる。

【００３４】図８は図７の１２ブランチセクタアンテナ
の１ブランチの垂直面内指向特性である。この例では上
方２０度のビームチルト角を持たせている。この特性は
１２ブランチセクタモノポールアンテナで実現すること
ができる。

【００３５】図９は本発明の第２の無線ターミナルに使
用するアンテナの一例の水平面内指向特性（周波数１
９．５２５ＧＨｚ）である。この特性はモノポールアン
テナで実現することができる。

【００３６】図１０は図９のアンテナの垂直面内指向特
性（周波数１９．５２５ＧＨｚ）である。この例では上
方２０度のビームチルト角を持たせている。この特性は
モノポールアンテナで実現することができる。

【００３７】図１１は本発明における第１の無線ターミ
ナルの一実施形態を示している。

【００３８】同図において、１３０は水平面内の一定領
域に対して選択的な指向性をもつアンテナ、１３１〜１
３６は水平面内においては異なる限定された角度に対し
てビームをもつブランチ、１４０はアンテナ１３０に結
合されておりかつアンテナ１３０を介してディジタル信
号を受信するための受信機手段、１７０は第２の無線タ
ーミナルとの間の通信品質を符号誤り、受信電力強度、
帯域内振幅偏差、又はこれらの任意の組合せからなる関
数により評価するための評価手段、１７５は評価手段１
７０からの制御によりアンテナ１３０を構成する特定の
ブランチに受信機手段１４０又は送信機手段１８０を結
合させるためのブランチ選択手段、１８０はアンテナ１
３０に結合されおりかつアンテナ１３０を介してディジ
タル信号を送信するための送信機手段、１８５は時分割
複信通信（ＴＤＤ通信）のためアンテナ１３０と受信機
手段１４０又は送信機手段１８０とを交互に結合させる
ための送受切り替え手段、１９０はＬＡＮインタフェー
スに対応したＬＡＮコントローラをそれぞれ示してい
る。

【００３９】本実施形態においては、６ブランチ１３１
〜１３６のセクタアンテナを用いており、図５及び図６
に示すような指向性パターンをもつアンテナが適用され
ているが、図７及び図８に示すような指向性パターンを
もつアンテナ（１２セクタアンテナ）を適用することが
可能であることは明らかである。

【００４０】特記すべき点として、第１の無線ターミナ
ルの設置位置によっては、アンテナ１３０は必ずしも水
平面内３６０度をカバーする必要はなく、応用例として
はコーナに設置した場合は水平面内９０度の領域をカバ
ーすることで本発明の課題が解決されることが理解され
るはずである。

【００４１】本実施形態における評価手段１７０は、符
号誤り及び受信電力強度からなるパラメータの関数で定
義される評価値によりブランチ選択手段１７５を駆動す
るように構成されている。また、ＬＡＮコントローラ１
９０としては、イーサネット、トークンリング、ＦＤＤ
Ｉ及びその他の主要なＬＡＮインタフェースをもつＬＡ
Ｎコントローラの適用が可能である。

【００４２】図１２は本発明における第２の無線ターミ
ナルの一実施形態を示している。

【００４３】同図において、１５０は水平面内又は円錐
面内においては無指向性であり、垂直面内においては比
較的狭いビームを下方又は上方にチルトさせた指向特性
をもつアンテナ、１６０はアンテナ１５０に結合されて
おりかつアンテナ１５０を介してディジタル信号を送信
するための送信機手段、２３０は時分割複信通信（ＴＤ
Ｄ通信）のためアンテナ１５０と送信機手段１６０又は
受信機手段２４０とを交互に結合させるための送受切り
替え手段、２４０はアンテナ１５０に結合されておりか
つアンテナ１５０を介してディジタル信号を受信するた
めの受信機手段、２５０はＬＡＮインタフェースに対応
したＬＡＮコントローラをそれぞれ示している。

【００４４】本実施形態においては、アンテナ１５０と
して、図９及び図１０に示すような指向性パターンをも
つアンテナが適用されている。しかしながら、アンテナ
１５０の代わりに水平面内又は円錐面内においては９０
度毎に比較的狭いナル点（利得低下点）を有するアンテ
ナ２２０、アンテナ２２０を構成する水平面内において
限定された角度に対してビームをもつ４つのアンテナ２
２１〜２２４及びアンテナ合成器２２５を用いてもよい
ことは明らかである。

【００４５】さらに、図７及び図８に示すような指向性
パターンをもつブランチを互いに９０度をなすように配
置し、アンテナ合成器２２５にて結合させることでアン
テナ２２０を構成することも可能である。

【００４６】ＬＡＮコントローラ２５０としては、イー
サネット、トークンリング、ＦＤＤＩ及びその他の主要
なＬＡＮインタフェースをもつＬＡＮコントローラの適
用が可能である。

【００４７】以上述べた実施形態は全て本発明を例示的
に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明
は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することがで
きる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均
等範囲によってのみ規定されるものである。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、第１の無線ターミナルと第２の無線ターミナルの
アンテナの指向性と構成を実現することが可能であるか
ら屋内の高速データレート通信においても、多重反射に
よる遅延分散の影響及び人などによる伝搬路の遮断を克
服して安定な通信を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】垂直面内の遅延分散分布を示す図である。

【図２】水平面内の遅延分散分布を示す図である。

【図３】垂直面内の通信経路を示す図である。

【図４】水平面内の通信経路を示す図である。

【図５】６セクタアンテナの水平面内指向特性を示す図
である。

【図６】６セクタアンテナの垂直面内指向特性を示す図
である。

【図７】１２セクタアンテナの水平面内指向特性を示す
図である。

【図８】１２セクタアンテナの垂直面内指向特性を示す
図である。

【図９】モノポールアンテナの水平面内指向特性を示す
図である。

【図１０】モノポールアンテナの垂直面内指向特性を示
す図である。

【図１１】第１の無線ターミナルの一実施形態を示す図
である。

【図１２】第２の無線ターミナルの一実施形態を示す図
である。

【符号の説明】

ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ遅延分散分布帯１００オムニアンテナ１１０第１の無線ターミナル１２０第２の無線ターミナル１３０、１５０、２２０、２２１、２２２、２２３、２
２４アンテナ１３１、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１
３６ブランチ１４０、２４０受信機手段１６０、１８０送信機手段１７０評価手段１７５ブランチ選択手段１８５、２３０送受切り替え手段１９０、２５０ＬＡＮコントローラ２２５アンテナ結合器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 7/02 - 7/12 H04L 1/02 - 1/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水平面内において互いに異なる方向に限
定された角度の指向性ビームをもつ複数のブランチ（１
３１〜１３６）により、水平面内において壁面に垂直な
方向を除く方向に選択的な指向性をもつアンテナ（１３
０）、及び該アンテナ（１３０）に結合され、該アンテ
ナ（１３０）を介してディジタル信号を受信するための
受信機手段（１４０）を有する第１の無線ターミナル
と、水平面内又は円錐面内においてビームが無指向性であ
り、垂直面内においては限定された角度の指向性ビーム
を下方又は上方にチルトさせた指向特性をもつアンテナ
（１５０）、及び該アンテナ（１５０）に結合され、該
アンテナ（１５０）を介してディジタル信号を送信する
ための送信機手段（１６０）を有する第２の無線ターミ
ナルとを具備しており、前記第１及び第２の無線ターミナルの間でディジタル通
信を行うことを特徴とするディジタル無線通信システ
ム。
【請求項２】前記第１の無線ターミナルの各ブランチ
（１３１〜１３６）が、垂直面内においては限定された
角度の指向性ビームを下方又は上方にチルトさせた指向
特性をもつブランチを介してディジタル信号を受信する
ための受信機手段（１４０）を有することを特徴とする
請求項１に記載のディジタル無線通信システム。
【請求項３】前記第１の無線ターミナルが、前記第２
の無線ターミナルとの間の通信品質を符号誤り、受信電
力強度、帯域内振幅偏差、又はこれらの任意の組合せか
らなる関数により評価するための評価手段（１７０）
と、該評価手段（１７０）により、１つのブランチを選
択するためのブランチ選択手段（１７５）とを有するこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載のディジタル無線
通信システム。
【請求項４】前記第１の無線ターミナルが、前記ブラ
ンチ選択手段（１７５）により選択したブランチ（１３
１〜１３６）を介してディジタル信号を送信するための
送信機手段（１８０）を有することを特徴とする請求項
３に記載のディジタル無線通信システム。
【請求項５】水平面内において互いに異なる方向に限
定された角度の指向性ビームをもつ複数のブランチ（１
３１〜１３６）により、水平面内において壁面に垂直な
方向を除く方向に選択的な指向性をもつアンテナ（１３
０）、及び前記アンテナ（１３０）に結合されそれを介
してディジタル信号を受信するための受信機手段（１４
０）を有する第１の無線ターミナルと、水平面内又は円錐面内において壁面に垂直な方向である
９０度毎に利得低下点（ナル点）を有するアンテナ（２
２０）、及び該アンテナ（２２０）に結合され、該アン
テナ（２２０）を介してディジタル信号を送信するため
の送信機手段（１６０）を有する第２の無線ターミナル
とを具備しており、前記第１及び第２の無線ターミナルの間でディジタル通
信を行うことを特徴とするディジタル無線通信システ
ム。
【請求項６】前記第２の無線ターミナルのアンテナ
（２２０）が、水平面内において限定された角度に対し
てビームをもつ４つの要素アンテナ（２２１〜２２４）
と、アンテナ合成器（２２５）とを有することを特徴と
する請求項５に記載のディジタル無線通信システム。
【請求項７】前記第２の無線ターミナルが、垂直面内
においては限定された角度に指向性ビームを下方又は上
方にチルトさせた指向特性をもつアンテナ（２２０）を
介してディジタル信号を送信するための送信機手段（１
６０）を有することを特徴とする請求項５又は６に記載
のディジタル無線通信システム。
【請求項８】前記第１の無線ターミナルの各ブランチ
（１３１〜１３６）が、垂直面内においては限定された
角度の指向性ビームを下方又は上方にチルトさせた指向
特性をもつブランチを介してディジタル信号を受信する
ための受信機手段（１４０）を有することを特徴とする
請求項５から７のいずれか１項に記載のディジタル無線
通信システム。
【請求項９】前記第１の無線ターミナルが、第２の無
線ターミナルとの間の通信品質を符号誤り、受信電力強
度、帯域内振幅偏差、又はこれらの任意の組合せからな
る関数により評価するための評価手段（１７０）と、該
評価手段（１７０）により、ブランチを選択するための
ブランチ選択手段（１７５）とを有することを特徴とす
る請求項５から８のいずれか１項に記載のディジタル無
線通信システム。
【請求項１０】前記第１の無線ターミナルが、前記ブ
ランチ選択手段（１７５）により選択したブランチ（１
３１〜１３６）を介してディジタル信号を送信するため
の送信機手段（１８０）を有することを特徴とする請求
項９に記載のディジタル無線通信システム。