JP3484277B2 - 適応型指向性アンテナシステムおよびその適応化方法 - Google Patents

適応型指向性アンテナシステムおよびその適応化方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワーク内通
信用システムに関し、特に、適応型アンテナパターン技
術を用いて信号指向性を向上させ、移動トランシーバま
たはリモートトランシーバでの通信に要する電力を削減
する通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のシステムとしては、Ｇａｒｄｎ
ｅｒ他に対する米国特許５，２６０，９６８号が「無線
通信信号の多重化」方法を開示しており、それは、「ス
ペクトルオーバラッピング信号のブラインド適応空間ろ
波手段」を用いるものである。この方法においては、複
雑なディジタル信号処理装置を要する「自己（スペクト
ル）コヒーレンス回復」技術を利用し、該方法を遂行す
るのに欠くことのできない自己相関関数が提供される。
Ｇａｒｄｎｅｒの「適応型」アンテナ配列は、移動体側
ではなく、基地局側に据えつけられている。
【０００３】また、Ｒｏｂｅｒｔｓに対する米国特許
４，２９８，８７３号では、干渉源側ではその指向性を
零位にふりむけるような適応型アンテナが開示されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＲ
ｏｂｅｒｔｓの方法は、受信信号中から信号の最大値を
求める本発明の方法とは異なっているのがわかる。ま
た、Ｒｏｂｅｒｔｓの方法は、その「零位アンテナプロ
セッサ」の操作に欠くことのできない遅延線調節および
振幅平衡を実行するために、比較的複雑なハードウェア
を必要とする。
【０００５】さらに、その他の従来技術を含めても、セ
ルラ通信装置として、適応型指向性多重単極アンテナシ
ステムを利用するものは見られない。
【０００６】また、携帯式セルラ装置として多くのもの
が現在市販されているが、それらすべてがバッテリ駆動
式なので、各装置の作動期間は連続する再充電までの間
に保つバッテリ寿命によって制限される。しかしなが
ら、既定のバッテリ寿命は、バッテリに接続された装置
の電力消費を縮小することによって引き延ばされるの
で、バッテリ駆動式セルラフォン装置の電力消費を削減
するシステムが非常に望まれるところである。
【０００７】それゆえ、本発明は、セルラフォンまたは
他の類似トランシーバの電力消費を削減し、トランシー
ババッテリの作動寿命を延ばすことのできる通信トラン
シーバシステムを提供することを目的とする。
【０００８】また、本発明は、既存のセルラトランシー
バシステムに対するハードウェアの拡張を最小限にとど
めてトランシーバの電力消費を削減することのできる通
信トランシーバシステムを提供することを目的とする。
【０００９】さらに、本発明は、セルラ基地局に（トラ
ンシーバによって）送信された信号の信号対雑音比（Ｎ
／Ｓ比）を高めるのみならず、基地局から（トランシー
バによって）受信された信号のＮ／Ｓ比も高める通信ト
ランシーバシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、その複
数の実施形態の各々で、セルラフォン、または他の類似
リモートトランシーバの電力消費を削減するシステムが
設けられている。これら実施形態においては、それぞれ
適応型指向性アンテナを用い、全方向性（無指向）に高
周波出力を発する代わりに、セルラフォン（または他装
置の）基地局の方向に該高周波出力を発する。このアン
テナの指向性は、受信のみならず送信にも有効である。
なぜならば、受信信号の強度を増すと共に、セルラトラ
ンシーバによって拾われるノイズ量を減少させるためで
ある。本発明のシステムは、ラップトップ型コンピュー
タ、または「パーソナルディジタルアシスタント」など
他のリモートコンピュータ装置を用いるものなど、携帯
式コンピュータ用途に特によく適したものである。
【００１１】本システムの一形態においては、手動式
か、またはマイクロプロセッサ経由かで切り替えること
ができ、例えば、通信基地局や通信衛星の周辺コードラ
ント（四分円）、あるいは半球に向けて高周波エネルギ
を発する簡易適応型アンテナシステムが設けられる。こ
のシステムは、トランシーバのバッテリ電力を節約し、
トランシーバと基地局または衛星との間の信号利得を最
大にしながら、基地局または衛星に対する移動トランシ
ーバの方向転換を補償する。
【００１２】セルラフォンシステムにおいては、セルラ
フォン（または他のトランシーバ）の信号がセルラネッ
トワークで一つのセルから他のセルに進むと、通常「ハ
ンドオフプロトコル」を用いて通信回線を一つの基地局
から他の基地局へ転送する。また同様に、この同じ手法
を用いて、通信回線を一つの軌道衛星から他のものへ転
送することもできる。また、本発明の他の実施形態にお
いては、ハンドオフが実行されると、トランシーバアン
テナの方向が変わり、アンテナパターンが新しい基地局
または衛星に振り向けられる。
【００１３】本システムのさらに他の実施形態において
は、一つのセルから他のセルへの通信転送がハンドオフ
プロトコルそれ自身経由で達成される。すなわち、基地
局から受信された通信経由でハンドオフが検出される
と、セルラフォンがアンテナをそれに適応させるように
なっている。
【００１４】また、本システムのさらに他の実施形態に
おいては、最も強い復帰信号の方向に向けて定期的に走
査が行われる。それゆえ、ハンドオフが実行されると、
セルラフォンは次の定期方向走査の際自動的にアンテナ
パターンを適応させる。
【００１５】本発明のさらに他の実施様態においては、
多様な指向性アンテナのデザインが網羅されており、送
り信号の位相を他のアンテナエレメントに移行すること
によって、それらの放射パターンを適応させることがで
きる。通常、移動コンピュータ装置とその回りにスペー
スが限られるので、アンテナは二つのエレメント（例え
ば、ノートブック型コンピュータの端部に搭載された二
つの磁気単極等）に限定されやすい。さらにまた、広域
アンテナパターンローブが求められるので、簡易式二単
極適応型アンテナが本システムによく適したものとな
る。
【００１６】また上述したように、携帯式セルラ装置と
して現在市販されているものは多いが、これらの携帯式
装置はすべてバッテリ駆動式なので、各装置の作動期間
は連続する再充電までの間に保つバッテリ寿命によって
制限される。しかしながら、既定のバッテリ寿命は、バ
ッテリに接続された装置の電力消費を縮小することによ
って引き延ばされるので、バッテリ駆動式セルラフォン
装置の電力消費削減が望まれる所以である。
【００１７】それゆえ本発明によれば、複数の実施形態
において、トランシーバから基地局に対してエネルギ効
率の良い通信パスを設立すべく、リモートまたは移動セ
ルラトランシーバのアンテナパターンを適応させて、基
地局または衛星と該トランシーバとの間で信号を送受信
する方法がそれぞれ設けられている。ここに記載される
本発明は、基地局か衛星のいずれかで適用できるもので
ある。これから説明される本発明の記載は「基地局」を
利用するものであるが、これらの手法は同様に衛星にも
適用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本システムは、携帯式セルラ通信
トランシーバに接続された指向性アンテナを用いて、そ
のアンテナパターンをセルラ通信システムの基地局に振
り向けるのに適したものである。本文で用いられている
ように、「セルラ通信トランシーバ」という用語には、
セルラ通信網を利用するセルラテレフォン、両方向ビー
パ（ポケットベル等）、無線ＬＡＮ、および移動体コン
ピュータなどが含まれている。現在、携帯式のセルラ装
置として多くのものが市販されている。例えば、ＰＣＭ
ＣＩＡ（世界ＰＣメモリカード協会 "PC Memory Card I
nternational Association" ）カードが、セルラフォン
に内蔵された機能と共に入手可能であり、また、ＥＯ
ＰＤＡ（パーソナルセルラアシスタント）がセルラフォ
ンのオプションを有している。一般的なセルラフォンと
しては、例えば、磁気単極アンテナを用い、約６００ｍ
Ｗの高周波出力を水平面で全方向にパターンを発するも
のがある。しかしながら、簡単な指向性アンテナでも、
磁気単極アンテナの場合よりも大きい、約３ｄＢの利得
をた易く保つことができる。したがって、一つの磁気単
極子を二つの単極子に取り替えることによって、基地局
に向けて同じ出力強度を維持しながら、発せられる出力
は３００ｍＷにまで削減することができる。
【００１９】移動トランシーバはセルラフォン基地局に
対してその位置を変えるので、指向性アンテナを利用す
る場合、最適な通信パスを設けるべく方向的に適応させ
なければならない。本システムの一実施形態では、簡易
適応型指向性アンテナシステムを備えており、選択され
たコードラントや半球の領域に高周波エネルギを差し向
けることができるので、信号損失を最小限にとどめなが
ら、基地局に対する位置づけを大きく変更することが可
能となる。後述する図６〜図８は、そのようなシステム
によって利用され、必要な指向性を提供することのでき
る種々のアンテナパターンを示している。
【００２０】図１は本システムの一実施形態を示すもの
で、アンテナシステム１０１では、携帯式コンピュータ
１００の端部付近に搭載された二つの磁気単極アンテナ
１０２および１０２′が用いられている。二元式単極ア
ンテナを利用する類似のアンテナシステム１０１は、セ
ルラテレフォン、両方向ビーパ（ポケットベル等）およ
び無線ＬＡＮ等で用いることもできる（図示せず）。
【００２１】次に、図２は本システムに係わり、二元式
単極アンテナの二つの実施形態を示すハードウェアのブ
ロック図である。図２に示すように、アンテナシステム
１０１は二つの磁気単極エレメント１０２および１０
２′からなる。ここで、アンテナエレメント１０２はト
ランシーバ２１０に接続され、アンテナエレメント１０
２′はスイッチ２２０および移相器２３０の双方に接続
されている。これら二つの実施形態の内簡略化されたも
のの方では、補助比較器ブロック２３５を用いずに、手
動式のスイッチ２２０で、移相器２３０をトランシーバ
２１０と直列に接続するか、移相器２３０を回路からは
ずすかのいずれかに切り替えることにより、いずれかの
アンテナパターンを選択する。例えば、セルラフォンの
場合には、トランシーバの操作者がトグルスイッチ２２
０を回して、音量を最大にしてもよい。また、非音声セ
ルラ装置の場合には、操作者が信号強度メータ２１５を
調べてトグルスイッチ２２０を回し、アンテナを優勢な
配置に適応させることもできる。
【００２２】また図３は、二者択一のアンテナパターン
間で、システムアンテナ構成を適応させるのに利用され
る一方法を示すフローチャートである。さらに、図６お
よび図７は、本実施形態のシステムが適応可能な交互に
発生するアンテナパターンを頭上から見た図である。図
２に示す二つの実施形態の内二番目のものは、これら図
３、図６および図７を含めて参照することによって最適
に説明される。この実施形態において、比較器２３５
は、メモリ装置２４０とスイッチコントローラ２６０と
の間に接続された信号強度比較器２５０である。動作に
おいては、ステップ３０５で、この比較器２５０が、先
ず、移相器２３０を回路からはずす位置にスイッチ２２
０を設定するようスイッチコントローラ２６０に命じ
る。それゆえ、アンテナエレメント１０２および１０
２′は同調して、図６に示すのと同様のアンテナパター
ンを生成させる。次に、ステップ３１０で、比較器２５
０が、送信側の基地局から受信された信号の強度を測定
する。この比較器２５０は、マイクロプロセッサか、フ
ァームウェアやハードウェアかのいずれによって制御さ
れてもよい。また、スイッチコントローラ２６０は、マ
イクロプロセッサかファームウェア・ハードウェアのい
ずれかの制御を選択することができ、さらに、比較器２
５０の代わりにシステム制御を提供してもよい。そし
て、ステップ３１０において、比較器２５０が受信信号
のサンプルを受け取り、その信号強度を表す値をメモリ
装置２４０に格納する。フローチャートを最初に通過す
る時には、パス３１３が環状をなしてステップ３３０に
戻される。
【００２３】ステップ３３０では、比較器２５０がスイ
ッチコントローラ２６０に命じ、アンテナエレメント１
０２′とトランシーバ２１０とをつなぐ回路に移相器２
３０を接続しなおす位置にスイッチ２２０をセットさせ
る。それにより、アンテナエレメント１０２および１０
２′はもはや同調しておらず、図７に示すのと同様のア
ンテナパターンを生成させる。移相器２３０によって与
えられた位相偏移は約１８０゜であり、同相アンテナパ
ターンに対してそれぞれ９０゜方向にずれたローブを有
するアンテナパターンを提供する。次いで、ステップ３
１０では、比較器２５０が、送信側の基地局から受信し
た信号の強度を再び測定する。この時点で、フローチャ
ートを通して後に続く工程のすべてがステップ３２０を
経由する。このステップ３２０では、比較器２５０によ
って、現在受信されている信号の強度が、メモリ２４０
に既に格納されている前の信号値と比較される。ここ
で、現在の信号強度が格納値よりも強い場合には、現在
選択されているアンテナパターンが望ましいものであ
り、システムはステップ３４０で所定時間待機した後、
いずれのアンテナ配置が選択されるべきかを再び判断す
る。
【００２４】しかしながら、現在の信号強度が既に格納
されている値よりも弱いなら、比較器２５０はスイッチ
コントローラ２６０に命じ、元に戻して移相器２３０を
接続するようスイッチ２２０をセットさせ、代わりのア
ンテナパターンを生成させる。この場合、比較器２５０
がステップ３１０とステップ３２０を実行した後に、ス
テップ３４０へと進むはずである。ステップ３４０で、
システムは所定時間待機し、その後いずれのアンテナ配
置を選択すべきかが再び判断される。それゆえ、本発明
にしたがって動作するセルラ通信トランシーバは、基地
局から送信された信号の方向を操作し、トランシーバア
ンテナパターンを選択するので、基地局の一般的な方向
でより有効に高周波エネルギを送受信することができ
る。
【００２５】次に、図４は、本セルラトランシーバシス
テムの二つの他の実施形態を示すハードウェアのブロッ
ク図で、両方とも基地局からの特定「メッセージ」の検
出手段を利用したものである。これら実施形態の内の一
つは、ハンドオフメッセージがトランシーバエレクトロ
ニクスによって検出された場合に、移動トランシーバが
アンテナ配置を適応させるものである。また、もう一方
の実施形態では、二つのメッセージを基地局から移動ト
ランシーバに送信して、アンテナを向けるのにより有効
な方向をトランシーバが判断できるようにしたものであ
る。
【００２６】ハンドオフメッセージ 一般的なセルラフォーンシステムの通常動作では、セル
ラトランシーバの受信範囲内に一つの基地局のみが存在
している。しかしながら、セルラフォーンがセルの境界
線に接近する場合には、少なくとも二つの基地局がその
範囲内に入る。一般的なセルラフォーンシステムにおい
て、そのトランシーバと現在通信しているセルにおける
よりも、隣接するセルにおいてより強くトランシーバか
らの信号が受信される場合には、ハンドオフプロトコル
を用いてハンドオフメッセージが隣接セルの次の基地局
に送信される。この場合、適応型アンテナを備えたセル
ラフォーンシステムが用いられるなら、ハンドオフが実
行されると、トランシーバのアンテナ方向を変更する必
要が生じるかもしれず、それに応じてトランシーバのア
ンテナパターンが新しい基地局に向けられる。本システ
ムのさらに他の実施形態において、これは、セル間ハン
ドオフ通信を監視するセルラトランシーバによって達成
される。該トランシーバは、ハンドオフが検出されるた
びにアンテナ配置を適応させようとするものである。こ
の方法は、基地局が接続される範囲では、移動トランシ
ーバに向けられた特別な適応型アンテナの通信プロトコ
ルがない場合と同様、「受動的」なものである。
【００２７】図４に示すように、メッセージ検出回路４
２０が、図２および図３について説明されたのと同様の
適応型アンテナシステムに接続される。図４に示された
システムのアンテナ配置適応化原理は、図２に示された
ものと本質的には同じなので、ここでは、異なる機能を
果たす本実施形態の独自性のみを詳細に説明する。ここ
で、付け加えて言えば、比較器２５０かスイッチコント
ローラ４６０が、内蔵ファームウェアと、制御システム
オペレーションに十分なメモリとを備えているなら、マ
イクロプロセッサおよびメモリの回路２４０および２４
５はオプションとなる。マイクロプロセッサ２４０が有
る場合、それはメッセージ検出回路４２０に接続される
と共に、比較器２５０およびスイッチコントローラ４６
０にも接続される。
【００２８】動作においては、メッセージ検出回路４２
０がアンテナエレメント１０２および１０２′双方から
の信号を受信する。エレメント１０２′から受信された
信号はスイッチ２２０を通過するが、このスイッチ２２
０は、移相器２３０を介して信号を導びくか、あるい
は、これら信号がアンテナエレメント１０２からのもの
と同調する場合には、直接メッセージ検出回路４２０に
転送することができる。本実施形態においては、初期信
号強度値がオプションの比較器メモリ２５５に格納され
るか、個別マイクロプロセッサを利用する場合には、マ
イクロプロセッサメモリ２４５に格納される。この信号
強度値は、現在送信している基地局から既存のトランシ
ーバアンテナ配置を利用して受信された伝送の信号強度
を表している。ここで、セル間ハンドオフメッセージが
トランシーバによって受信されると、メッセージ検出回
路４２０が、スイッチコントローラ４６０にトルグスイ
ッチ２２０を回させ、次いで、アンテナ１０１に代わり
のアンテナパターンを生成させる。それから、比較器２
５０が、現在の信号強度と前のアンテナ配置の間に格納
された値とを比較する。この現在のアンテナパターン
が、前のパターンで受信したものより強い信号をもたら
すならば、次のハンドオフが検出されるまで、そのアン
テナ配置は固定されたままとなる。しかしながら、現在
のアンテナパターンが前のパターンで受信したものより
弱い信号をもたらすならば、比較器２５０はスイッチコ
ントローラ４６０に命じて、現在のアンテナ配置を元の
配置に戻すように変更させ、次のハンドオフが検出され
るまでその元の配置のままとどめておく。
【００２９】ここで、マイクロプロセッサ２４０を用い
る場合には、メッセージ検出回路４２０がマイクロプロ
セッサ経由でスイッチコントローラ４６０に通じると共
に、比較器２５０がマイクロプロセッサメモリ２４５を
用いて信号強度値を格納することになる。
【００３０】適応メッセージ 基地局からの伝送がない間に、トランシーバアンテナを
良好な配置に適応させ得る特殊なプロトコルを必要とす
る場合もある。本発明のさらに他の実施形態では、二方
向の各々に向けられるアンテナでセルラフォーンがメッ
セージを受信すべく、基地局からの「適応メッセージ」
を所定時間内に二度繰り返す。そして、基地局からの信
号を最も強く受信した方向に最大限指向させるようにア
ンテナがセットされる。上述したハンドオフプロトコル
の検出とは異なり、この方法は、移動トランシーバに特
別に導入される基地局プロトコルの追加構成要素を必要
とする。これは、移動トランシーバを「誘導（home i
n)」し得る信号を基地局が別に送信していない場合に、
アンテナの向きを方向づけさせるのに有効である。
【００３１】この「適応メッセージ」の動作原理は、上
述した「ハンドオフメッセージ」のものに類似してお
り、ここでは、本実施形態の動作における独自性のみを
詳細に説明する。図４に示すように、本システムは、メ
ッセージ検出回路４２０を利用して、基地局から送信さ
れる適応メッセージの出現を検出する。動作において、
適応メッセージがトランシーバによって受信されると、
信号強度値がオプションの比較器メモリ２５５に格納さ
れるか、個別マイクロプロセッサを利用する場合には、
マイクロプロセッサメモリ２４５に格納される。この信
号強度値は、現在送信している基地局から既存のトラン
シーバアンテナ配置を利用して受信された伝送の信号強
度を表している。そして、格納直後に、メッセージ検出
回路４２０は、スイッチコントローラ４６０にトルグス
イッチ２２０を回させ、次いで、アンテナ１０１に代わ
りのアンテナパターンを出現させる。それから、二番目
の適応メッセージが検出されると、比較器２５０が、現
在の信号強度と前のアンテナ配置の間に格納された値と
を比較する。この現在のアンテナパターンが、前のパタ
ーンで受信したものより強い信号をもたらすならば、次
の適応メッセージが検出されるまで、そのアンテナ配置
は固定されたままとなる。しかしながら、現在のアンテ
ナパターンが前のパターンで受信したものより弱い信号
をもたらすならば、比較器２５０はスイッチコントロー
ラ４６０に命じて、現在のアンテナ配置を元の配置に戻
すように変更させ、次のハンドオフが検出されるまでそ
の元の配置のままとどめておく。
【００３２】二元式高周波フロントエンド 図５は二つの高周波フロントエンドレシーバ（以下、フ
ロントエンドと称する）５１０および５１０′を利用し
た一実施形態のハードウェアを示すブロック図である。
図５に示すように、移相器２３０は該システムに組み込
まれており、フロントエンド５１０および５１０′で出
入力される信号間に通常１８０゜の固定位相差を与え
る。動作においては、アンテナエレメント１０２および
１０２′からの信号がフロントエンド５１０および５１
０′によってそれぞれ同時に処理される。この場合、比
較器２５０が両アンテナ配置からの信号強度を測定し、
トランシーバ２１０に振り向けるべく、強い方の信号を
供給する配置を選択するようスイッチ２２０に命じる
際、特別なプロトコルまたはメッセージを必要としな
い。その代わりに、固定パターンをそれぞれ備えた二つ
（以上）の個別アンテナを用い、その各々が別の方向に
向けられている。
【００３３】アンテナパターン 指向性アンテナのデザインは数多くあり、その放射パタ
ーンは、送り信号の位相を別のアンテナエレメントへと
切り替えることによって適応可能なものである。しかし
ながら、スペースは移動コンピュータ装置に限られるの
で、アンテナ数は２、３のエレメントに限定される可能
性がある（例えば、携帯式コンピュータの端部に搭載さ
れた二つの磁気単極子等）。また、広域アンテナパター
ンローブが求められるので、二つの磁気単極子を有する
簡易適応型アンテナがこの適用によく適したものとな
る。ここで、図６および図７は、二つの磁気単極からな
るアンテナエレメントによって送受信される信号の位相
を変えることによって得られる一対の対応アンテナパタ
ーンを示している。
【００３４】先ず、図６は、ＳＰ１の間隔を置いて隔離
された単極エレメント６０２および６０２′を有するア
ンテナシステムを頭上から見た図である。これは、送受
信される信号の１／２の波長であるのが好ましい。ここ
で、ローブ６１０および６１０′が東西（Ｅ／Ｗ）軸に
沿って方向づけられ、零位Ｎ１およびＮ２が南北（Ｎ／
Ｓ）軸に向けられているのがわかる。このアンテナパタ
ーンは、エレメント６０２および６０２′によって受信
されたか、またはそれらに振り向けられた信号が互いに
同調する場合に生じる。
【００３５】次に、図７は、図６に示したのと同じアン
テナシステムを頭上から見た図である。ここでは、ロー
ブ６１０および６１０′がＮ／Ｓ軸に沿って方向づけら
れ、零位Ｎ３およびＮ４がＥ／Ｗ軸に向けられているの
がわかる。このアンテナパターンは、エレメント６０２
および６０２′によって受信されたか、またはそれらに
振り向けられた信号が、１８０゜ずれて互いに同調して
いない場合に生じるものである。図６および図７に表さ
れたアンテナシステムは、本質的に「両指向性」のもの
である。
【００３６】二元式磁気単極子および二元式双極子のい
ずれを用いるかに係わらずアンテナパターンが選ばれ、
該当する携帯装置と通信している基地局からの復帰信号
を最大限に増すことができる。信号を最大限に増大する
ことは、既存のアンテナパターンの各々を利用して、セ
ルラフォンで受信された基地局からの信号出力量をアン
テナパターン配置ごとに測定することによって達成され
る。
【００３７】また図８は、一対の双極子を用いて実現可
能なアンテナパターンを頭上から見た図である。このよ
うに生成されたカージオイド形（ハート形）のアンテナ
パターンは、通常、図６および図７に示した単極子エレ
メント対によって生じるパターンよりも指向性が強くな
る。図８に示すように、双極子８０２および８０２′
は、ＳＰ２の間隔を置いて分離されており、これは通常
１／４の波長となる。同調信号がエレメント８０２およ
び８０２′に振り向けられると、その結果カージオイド
形パターン８１０が生じる。そして、例えば、充当され
た信号が９０゜ずれると、図８に示されるようなアンテ
ナパターンが生成される。すなわち、双極子エレメント
間の相対的な位相が変わると、主ローブ８１０の方向
が、地点Ｃに対応する回転移動を示す。図８に見られる
ように、上記カージオイド形パターンは、実際には単一
指向性であり、この場合は、主ローブ８１０がＮ方向に
向けられている。他の実施形態においては、エレメント
８０２および８０２′が、双極子の代わりに単極子であ
ってもよい。さらに他の実施形態としては、アンテナエ
レメント８０２および８０２′が単極子か双極子かに係
わらず、どちから一つのアンテナパターンを選択するこ
とができ、ユーザ方向に発せられる高周波エネルギを最
小限にとどめるように、零位がトランシーバのユーザに
向けられる。
【００３８】さらに補足して言えば、本方法は、間隔お
よび位相関係が二つ以上の選択可能な配置の生成を可能
にする単極子または双極子エレメントで機能を果たすこ
とができるものである。
【００３９】以上、本発明を上述した好ましい実施形態
で説明したが、本発明はそれらの記述に制限されるもの
ではなく、発明の範囲内で他の変形や変化をも網羅して
いることは明らかである。
【００４０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、トランシーバから基地局に対してエネルギ効率の
良い通信パスを設立すべく、互いに排他的な指向性を有
する少なくとも二つのアンテナを利用して、リモートま
たは移動セルラトランシーバのアンテナパターンを適応
させ、基地局または衛星と該トランシーバとの間で信号
を送受信するので、既存の移動トランシーバシステムに
対するハードウェアの拡張を最小限にとどめてトランシ
ーバの電力消費を削減すると共に、基地局に（トランシ
ーバによって）送信された信号の信号対雑音比（Ｎ／Ｓ
比）を高めるのみならず、基地局から（トランシーバに
よって）受信された信号のＮ／Ｓ比も高めることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わるシステムの一実施形態を示す
略斜視図であり、ここでは、二つの磁気単極アンテナが
携帯型コンピュータの端部付近に搭載されている。
【図２】 本発明に係わるシステムのハードウェアの一
実施形態を示すブロック図である。
【図３】 本発明に係わるシステムのアンテナ構成を適
応させるのに用いる一方法を示すフローチャートであ
る。
【図４】 本発明に係わるシステムのハードウェアの他
の二実施形態を示すブロック図である。
【図５】 二つの高周波フロントエンドを使用する本シ
ステムのハードウェアの他の実施形態を示すブロック図
である。
【図６】 本システムの実施形態の内一つが適応された
場合のアンテナパターンを頭上から見た図である。
【図７】 本システムの実施形態の内一つが適応された
場合のアンテナパターンを頭上から見た図である。
【図８】 本システムの実施形態の内他の一つが適応さ
れた場合のアンテナパターンを頭上から見た図である。
【符号の説明】 １０１ アンテナ １０２，１０２′ アンテナエレメント ２１０ トランシーバ ２１５ 信号強度メータ ２２０ スイッチ ２３０ 移相器 ２３５ 比較器 ２４０ メモリ ２６０ スイッチコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 7/26 １０７ (56)参考文献 特開 平４−74002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−149419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−131701（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69847（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−226395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−207403（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−152489（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−31386（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/00 H01Q 3/00 H04B 1/00

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線通信網領域内において、第一のメッ
    セージとこれに続く第二のメッセージからなる位置設定
    メッセージ対を定期的に送信するように構成された基地
    局と無線通信を行う携帯式通信トランシーバ用の適応型
    指向性アンテナシステムであって、 （ａ）前記携帯式通信トランシーバに接続され、前記通
    信網領域内の基地局から第一の信号を受信する少なくと
    も２つのアンテナと、 （ｂ）前記アンテナの一つに接続され、前記少なくとも
    ２つのアンテナを動作させて相互に排他的な指向性を有
    する複数のアンテナパターンを生成させるための回路手
    段と、 （ｃ）前記複数のアンテナパターンにおける各受信信号
    強度値を格納するメモリと、 （ｄ）前記トランシーバと共に動作し、前記アンテナパ
    ターンの中から一つのアンテナパターンを選択するスイ
    ッチ手段と、 （ｅ）前記アンテナ手段および前記スイッチ手段間に接
    続され、前記位置設定メッセージの第一のメッセージを
    検出して当該第一のメッセージの信号強度を表す値を前
    記メモリに格納すると共に、前記第一の位置設定メッセ
    ージの検出に応じて前記アンテナパターンの中から他の
    一つを前記スイッチ手段に選択させ、前記位置設定メッ
    セージの第二のメッセージを検出する検出手段と、 （ｆ）前記メモリに格納された値を前記第二のメッセー
    ジの信号強度と比較する比較手段を有し、前記スイッチ
    手段を作動させて前記アンテナパターンの内から前記基
    地局から受信した前記第一の信号が最大信号強度となる
    アンテナパターンを選択するように動作させるスイッチ
    コントローラと、 の各手段を備えることを特徴とする適応型指向性アンテ
    ナシステム。
  2. 【請求項２】 セルラ通信網を構成する各セルに設置さ
    れて第一の信号を発信する基地局であって、携帯式通信
    トランシーバから発信された第二の信号の第一のセルに
    位置する基地局における受信信号強度よりも第二のセル
    の基地局における受信信号強度の方が強い場合に、ハン
    ドオフプロトコルを用いてハンドオフメッセージを前記
    第二のセルに位置する基地局に送信するように構成され
    基地局と無線通信を行う携帯式通信トランシーバ用の適
    応型指向性アンテナシステムであって、 （ａ）前記携帯式通信トランシーバに接続され、前記通
    信網内の基地局から第一の信号を受信する少なくとも２
    つのアンテナと、 （ｂ）前記アンテナの一つに接続され、前記少なくとも
    ２つのアンテナを動作させて相互に排他的な指向性を有
    する複数のアンテナパターンを生成させるための回路手
    段と、 （ｃ）前記複数のアンテナパターンにおける各受信信号
    強度値を格納するメモリと、 （ｄ）前記トランシーバと共に動作し、前記アンテナパ
    ターンの内から一つのアンテナパターンを選択するスイ
    ッチ手段と、 （ｅ）前記アンテナ手段および前記スイッチ手段間に接
    続され、前記ハンドオフメッセージを検出して前記第一
    の信号強度を表す値を前記メモリに格納すると共に、該
    検出に応じて前記アンテナパターンの内から他の一つを
    前記スイッチ手段に選択させる検出手段と、 （ｆ）前記メモリに格納された値を前記選択されたアン
    テナパターンの前記第一の信号強度と比較する比較手段
    を有し、前記スイッチ手段を作動させて前記アンテナパ
    ターンの内から前記基地局から受信した前記第一の信号
    が最大信号強度となるアンテナパターンを選択するよう
    に動作させるスイッチコントローラと、 の各手段を備えることを特徴とする適応型指向性アンテ
    ナシステム。
  3. 【請求項３】 前記スイッチコントローラは、使用者が
    前記スイッチ手段を手動操作するための信号を供給する
    請求項１又は２に記載の適応型指向性アンテナシステ
    ム。
  4. 【請求項４】 前記スイッチコントローラは、所定時間
    間隔毎に、前記スイッチ手段を操作して前記アンテナパ
    ターンの各々を選択し、各アンテナパターンの内から前
    記基地局から受信した前記第一の信号の最大信号強度を
    提供するアンテナパターンを選択することを特徴とする
    請求項１又は２に記載の適応型指向性アンテナシステ
    ム。
  5. 【請求項５】 前記アンテナパターンの各々は、実質的
    に単一指向性ローブからなることを特徴とする請求項１
    又は２に記載の適応型指向性アンテナシステム。
  6. 【請求項６】 前記アンテナパターンの各々が、双方向
    性であり、実質的に反対側に置かれた二つのローブから
    なることを特徴とする請求項１又は２に記載の適応型指
    向性アンテナシステム。
  7. 【請求項７】 前記アンテナパターンの一つを経由し
    て、最新の前記第一の信号を受信するための第二の信号
    が送信されることを特徴とする請求項１又は２に記載の
    適応型指向性アンテナシステム。
  8. 【請求項８】 前記アンテナ手段は、二つの磁気単極ア
    ンテナから構成され、前記回路手段が前記スイッチ手段
    と作動可能な移相手段を備え、複数のアンテナパターン
    の内から所望の一つを生成して前記二つの単極アンテナ
    間で所望の信号位相関係を確立させるようにしたことを
    特徴とする請求項１又は２に記載の適応型指向性アンテ
    ナシステム。
  9. 【請求項９】 前記複数のアンテナパターンは、二つの
    アンテナパターンで構成され、 前記アンテナパターンの各々は、双方向性であって実質
    的に反対側に置かれた二つのローブから成り、 前記アンテナパターンの各々は、互いに約９０゜ずれて
    指向され、 最初の前記アンテナパターンは、第一の前記位相関係が
    ０゜になるように生成され、 第２の前記アンテナパターンは、第二の前記位相関係が
    １８０゜になるように相当する確立することによって生
    成される、 ことを特徴とする請求項８記載の適応型指向性アンテナ
    システム。
  10. 【請求項１０】 前記アンテナ手段は、二つ以上の磁気
    単極アンテナから成ると共に、前記回路手段が前記スイ
    ッチ手段と作動可能な移相回路を備え、前記単極アンテ
    ナ間で所望の信号位相関係を確立するように生成される
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の適応型指向性
    アンテナシステム。
  11. 【請求項１１】 前記複数のアンテナパターンは、ｎ個
    のアンテナパターンで構成され、 前記アンテナパターンの各々は、実質的に単一指向性ロ
    ーブから成り、 前記アンテナパターンの各ローブは、隣接するローブに
    対して約３６０゜／ｎずれて指向され、 前記アンテナパターンの各々が、前記単極アンテナ間に
    おいて適切な位相関係を確立するように生成されること
    を特徴とする請求項１０記載の適応型指向性アンテナシ
    ステム。
  12. 【請求項１２】 前記アンテナパターンの各々は、カー
    ジオイド形パターンからなることを特徴とする請求項１
    １記載の適応型指向性アンテナシステム。
  13. 【請求項１３】 前記適応型指向性アンテナシステムに
    おいて、前記アンテナ手段は、単極子エレメント間に第
    一の位相関係が存在する第一の配置を備えた二つの磁気
    単極アンテナから構成され、 （ａ）前記単極子エレメント間に第二の位相関係が存在
    する第二の配置を確立する移相手段と、 （ｂ）二つの信号の相対的信号強度を判断する比較手段
    と、 （ｃ）それぞれが前記二つのアンテナの各々と前記比較
    手段との間に接続される二つの高周波レシーバと、 を備え、前記比較手段が前記スイッチ手段と作動し、前
    記相対信号強度が強くなる配置に前記トランシーバを接
    続することを特徴とする請求項１又は２に記載の適応型
    指向性アンテナシステム。
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