JP3883424B2 - ミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システム - Google Patents
ミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、テレビジョン(以下、ＴＶという)信号受信システムおよびＬＡＮ(ローカル・エリア・ネットワーク)システム等に使用されるミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の第１のミリ波帯無線通信システムとしては、特開平１１−３１３０２０号公報に記載されたＴＶ信号受信システムに用いられるものがある。このＴＶ信号受信システムは、図７に示すように、ミリ波帯送信器７３５と、複数のミリ波帯受信器７４５と、上記複数のミリ波帯受信器７４５に接続された複数のＴＶ等の携帯機器７５０とを備えている。上記ミリ波帯送信器７３５と複数のミリ波帯受信器７４５でミリ波帯無線通信システムを構成している。
【０００３】
上記構成のＴＶ信号受信システムにおいて、屋内のアンテナ端子７００からＴＶ信号がミリ波帯送信機７３５に入力され、ミリ波帯に周波数アップコンバートされてアンテナ７０４から無線信号波７１１が送信される。上記送信された無線信号波７１１は、ミリ波帯受信機７４５のアンテナ１１２により受信され、周波数ダウンコンバートされて、屋内にある複数の携帯機器７５０に入力される。このＴＶ信号受信システムでは、地上波ＴＶ放送や衛星放送等の複数の放送波を取り扱う。上記ＴＶ受信システムでは、１つの屋内や部屋では、基本的には１つのＴＶ信号線７００には、１つのミリ波帯送信機７３５が配置され、複数のミリ波帯受信機７４５で受信する構成となっている。
【０００４】
また、従来の第２のミリ波帯無線通信システムとしては、１９９８年７月にリアライズ社から出版された「ミリ波技術の基礎と応用」の２６９頁〜２７２頁に記載されたものがある。図８はこのミリ波帯無線通信システムの基地局用／端末局用のアンテナの構成を示す平面図である。図８に示すように、アンテナ８０１は４角錐状のピラミッド形状部８０２を有し、ピラミッド形状部８０２の各面のアンテナ部分は、マイクロストリップパッチアンテナを用いたアレーアンテナ８０３で構成されている。上記アレーアンテナ８０３の低仰角方向のアンテナ利得方向を改善するために、各面を鉛直軸から３０度傾斜させたピラミッド構造となっている。上記アンテナ８０１の給電線路８０４は、各ＭＭＩＣ(Monolithic Microwave Integrated Circuit:モノリシック・マイクロ波・集積回路)増幅器８０５に接続された後、上記給電線路８０４は、最終的には分配器８０６を介して一本の給電線路８０４cにまとめられダウンコンバータ(Ｄ／Ｃ)８４０または(アップコンバータ(Ｕ／Ｃ)８３０)に接続される構成となっている。図８では図示してはいないが、使用方法として、送信器,受信器夫々に上記アンテナ８０１が用いられ、アンテナ制御部があり、送信・受信各々最適なアンテナの組み合わせになるようにＣＰＵにより制御され、送信アンテナ４面、受信アンテナ４面の１６通りの組み合わせの中から最適な組み合わせが選択される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の第１のミリ波帯無線通信システムでは、ミリ波帯におけるアンテナ指向性が強く、そのアンテナ指向性を生かして、十分な無線伝送距離を確保することが一般的である。しかしながら、アンテナ指向性が強すぎると、部屋のどの場所でも受信できるとは限らず、ミリ波帯送信機７３５のアンテナ１０４とミリ波帯受信機７４５のアンテナ１１２とが、直線上に配置されるようにアンテナの方向を調整することが必要となる。
【０００６】
また、上記従来の第２のミリ波帯無線通信システムでは、アンテナ８０１は、４面のピラミッド形状となっており、各アレーアンテナ８０３の方位角や仰角の制御はできず、かつ、上記４面のアレーアンテナ８０３が１つの給電線路８０５bに対して、ダウンコンバータ８４０(またはアップコンバータ８３０)が接続される構成となっている。このため、アンテナ給電線路８０４,８０４a,８０４b,８０４cは長い経路長(マイクロストリップ線路)と線路を分配する分配器８０６を有しており、その結果、ミリ波帯での給電線路の損失は大きくなってしまうと共に、給電線路自体がアンテナとして動作し、著しく性能が劣化するという問題がある。
【０００７】
また、上記４面のアレーアンテナ８０３は、例えば、送信だけを考えても４面の中から、最適な送信電力,受信電力を選択するため、別にＰＨＳ(Personal Handiphone System:パーソナル・ハンディホン・システム)を用いた制御回線が必要であり、ミリ波アンテナ部分を含めて複雑な制御が必要になるという問題がある。
【０００８】
加えて、各アレーアンテナ８０３は、ピラミッドの１面(台形状)中に形成されるために、アレー化するための素子数が制限され(高々４素子程度)、アレーアンテナ８０３の利得を大きくすることができないため、１５６Ｍbpsの伝送レートでカバーエリアが最大１０ｍ程度であり、実用上、屋内(ビル内、オフィス等)で十分な伝送距離がとれないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保できるミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のミリ波帯無線送信装置は、
アンテナと送信部が一体化された複数のミリ波送信手段を備えたミリ波帯無線送信装置であって、
上記複数のミリ波送信手段の夫々は、上記送信部により入力信号波をミリ波帯に周波数アップコンバートして、その周波数アップコンバートされたミリ波帯の同一無線信号波を上記アンテナを介して１または２以上の受信側の装置に送信すると共に、
上記複数のミリ波送信手段の各アンテナの方位角または仰角の少なくとも一方が異なるように上記各アンテナを配置することによって、上記無線信号波のアンテナ放射パターンを広げていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成のミリ波帯無線送信装置によれば、アンテナ指向性が強くかつ伝送損失の大きいミリ波帯の無線伝送では、アンテナと送信部が一体化された複数のミリ波送信手段の各アンテナの方位角または仰角の少なくとも一方をそのアンテナの放射パターンが広い範囲をカバーするように設定することにより、ミリ波帯での無線伝送エリアを広くすることができる。例えば、各アンテナの方位角が異なるように配置することによって、水平方向に無線伝送エリアを広げる一方、各アンテナの仰角が異なるように配置することによって、上下方向に無線伝送エリアを広げる。なお、各アンテナの方位角と仰角を適宜設定することによって、水平方向かつ上下方向に無線伝送エリアを広げてもよい。また、上記複数のミリ波送信手段においてアンテナと送信部が一体化されているので、アンテナと送信部との間を接続する給電線路を短くして伝送損失を小さくできると共に、給電線路部からの放射を無くすことができ、送信電力を向上できる。
【００１２】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段が屋内または移動体内に配置されたことを特徴としている。
【００１３】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、ＴＶ放送用の電波が遮蔽される場所でかつ多人数が集まる公共空間である屋内や移動体(自動車,電車等)内で上記ミリ波送信手段を配置することによって、例えば、上記ミリ波帯送信手段によりＴＶ信号波をミリ波帯の無線信号波として送信して、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤとの携帯機器により、無線でＴＶ情報等を選局・受信することができる。
【００１４】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段から送信されるミリ波帯の無線信号波は、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられていることを特徴としている。
【００１５】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、周波数分割された複数の周波数帯に異なるチャンネルが夫々割り当てられたミリ波帯の無線信号波を上記ミリ波送信手段から送信することによって、例えば、多チャンネルのＴＶ放送波や複数の無線ＬＡＮ信号波を、各個人の携帯機器に配信することが可能となり、多くの利用者が１度に多くチャンネルの中から所望のＴＶ映像・音声情報、データ放送等およびインターネットからの情報を受信することが可能となる。
【００１６】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段が、ビデオ映像信号と音声信号を変調して、テレビジョン放送波の空チャンネルに多重化したテレビジョン信号波を周波数変換することによりミリ波帯の無線信号波として送信することを特徴としている。
【００１７】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、ビデオ映像信号と音声信号を変調して、その地域のテレビジョン放送波の空チャンネルに多重化したテレビジョン信号波を上記ミリ波送信手段が周波数変換してミリ波帯の無線信号波として送信することによって、例えばその空チャンネルを用いて、このミリ波帯無線送信装置が設置された病院や駅の案内情報等をミリ波無線伝送するような利用も可能である。
【００１８】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段に用いられる周波数アップコンバータが、アンチパラレルダイオード型の周波数変換器であることを特徴としている。
【００１９】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、上記ミリ波送信手段に用いられる周波数アップコンバータにアンチパラレルダイオード型の周波数変換器を用いることによって、周波数アップコンバータからの漏れ信号(局部発振波)を抑圧できる。
【００２０】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いたことを特徴としている。
【００２１】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、上記周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いることによって、受信側の周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として、この送信側の温度補償型水晶発振器の周波数安定度のレベルと実質的に同等の温度補償型水晶発振器を用いた場合、送信側と受信側で局部発振周波数の安定した同期がとれるので、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【００２２】
また、この発明のミリ波帯無線受信装置は、上記ミリ波帯無線送信装置から送信された無線信号波を受信するミリ波帯無線受信装置であって、アンテナと受信部が一体化されたミリ波受信手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
上記構成のミリ波帯無線受信装置によれば、アンテナと受信部が一体化されたミリ波受信手段で受信するので、アンテナと受信部との間を接続する給電線路を短くでき、伝送損失を小さくできる。したがって、ミリ波帯において無線伝送エリアが広くかつ送信電力の大きい上記ミリ波無線送信装置から送信された無線信号波を、受信性能の良好なミリ波帯無線受信装置で受信することができる。
【００２４】
また、一実施形態のミリ波帯無線受信装置は、上記アンテナに受信されるミリ波帯の無線信号波が、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられているとき、上記ミリ波受信手段により上記無線信号波を周波数変換して得られた信号波の複数の周波数帯に割り当てられたチャネルの少なくとも１つを選択することを特徴としている。
【００２５】
上記実施形態のミリ波帯無線受信装置によれば、上記アンテナに受信されるミリ波帯の無線信号波が、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられているとき、上記ミリ波受信手段により上記無線信号波を周波数変換して得られた信号波の複数の周波数帯に割り当てられたチャネルの少なくとも１つを選択する。したがって、例えば、多チャンネルのＴＶ放送波や複数の無線ＬＡＮ信号波を、各個人の携帯機器に配信することが可能となり、多くの利用者が１度に多くチャンネルの中から所望のＴＶ映像・音声情報、データ放送等およびインターネットからの情報を受信することが可能となる。
【００２６】
また、一実施形態のミリ波帯無線受信装置は、上記ミリ波受信手段に用いられる周波数ダウンコンバータが、アンチパラレルダイオード型の周波数変換器であることを特徴としている。
【００２７】
上記実施形態のミリ波帯無線受信装置によれば、上記ミリ波受信手段に用いられるミリ波帯の周波数ダウンコンバータにアンチパラレルダイオード型の周波数変換器を用いることによって、周波数ダウンコンバータからの漏れ信号(局部発振波)を抑圧できる。
【００２８】
また、一実施形態のミリ波帯無線受信装置は、上記周波数ダウンコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いたことを特徴としている。
【００２９】
上記実施形態のミリ波帯無線受信装置によれば、上記周波数ダウンコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いることによって、送信側の周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として、この受信側の温度補償型水晶発振器の周波数安定度のレベルと実質的に同等の温度補償型水晶発振器を用いた場合、送信側と受信側で局部発振周波数の安定した同期がとれるので、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【００３０】
また、この発明のミリ波帯無線通信システムは、上記ミリ波帯無線送信装置と、上記ミリ波帯無線受信装置を夫々備えた複数の電子機器とを備えたことを特徴としている。
【００３１】
上記構成のミリ波帯無線通信システムによれば、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３３】
(第１実施形態)
図１はこの発明の第１実施形態のミリ波帯無線通信システムとしてのＴＶ信号無線システムの構成図であり、２０はＴＶアンテナ、１００は屋内アンテナ端子、３５a,３５b,３５cはミリ波送信手段としてのミリ波帯送信機、４５a,４５b,４５cはミリ波受信手段としてのミリ波帯受信機、５０a,５０b,５０cはＴＶ受信機能を有する携帯機器である。上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、ミリ波帯アップコンバータ３０と送信アンテナ１０４を有し、ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cでミリ波帯無線送信装置を構成している。また、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cは、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０を有し、ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５c夫々がミリ波帯無線受信装置である。
【００３４】
図１に示すように、ＴＶアンテナ２０により受信されたＵＨＦ帯・ＶＨＦ帯のＴＶ信号波である入力信号波１０８aは、アンテナ端子１００を介してミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cのミリ波帯アップコンバータ３０に夫々入力される。そして、その入力信号波１０８aは、ミリ波帯アップコンバータ３０によりミリ波帯に周波数アップコンバートされた後、各送信アンテナ１０４から無線信号波１１１が送信される。
【００３５】
一方、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cの各送信アンテナ１０４より送信されたミリ波帯の無線信号波１１１は、ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cの各受信アンテナ１１２により受信される。そして、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cのミリ波帯ダウンコンバータ４０によりミリ波帯信号から通常の入力信号波(ＵＨＦ帯・ＶＨＦ帯の信号波)１０８bに周波数ダウンコンバートされる。そうして、上記周波数ダウンコンバートされた入力信号波１０８bは通常のＴＶ信号波に変換され、携帯機器５０a,５０b,５０cのＴＶ受信器(図示せず)のチューナにより必要とするＴＶ放送波を選局し、ＴＶ映像をディスプレイにより表示すると共に、ＴＶ音声をスピーカにより再生する。
【００３６】
また、図２は、駅,病院および空港の待合室等の屋内空間９０において、この発明のＴＶ信号無線システムを用いた場合の平面図である。なお、図２において、９１は格子状に配置された複数の椅子である。
【００３７】
図２に示すように、３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(以下まとめて送信ブロック３６という)が部屋の上部(壁面)に配置されている。一方、受信側は、ミリ波帯受信機４５(図１では４５a,４５b,４５c)とＴＶ受信機能を有する携帯機器５０(図１では５０a,５０b,５０c)とを備えた電子機器６０で受信する構成である。
【００３８】
上記ＴＶ信号無線システムは、ＶＨＦ・ＵＨＦ帯のＴＶ放送波をそのままミリ波帯に周波数アップコンバージョンし、各ミリ波帯受信機４５に配信しているため、各端末中のＴＶチューナにより、その地域で使われている放送波と同じチャンネルを選局して受像することが可能となる。ここで、指向性アンテナと一体化された３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、夫々異なった方位・仰角で無線信号波１１１が放射され、ミリ波帯受信機４５と携帯機器５０とを備えた複数の電子機器６０で受信される。これにより、３台のアンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(送信ブロック３６)により、より多くのミリ波帯受信機４５と携帯機器５０とを備えた電子機器６０に対して無線伝送することが可能となる。
【００３９】
図３はアンテナ一体化された３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(送信ブロック３６)の配線と配置について示している。図３に示すように、ＴＶアンテナ２０(図１に示す)からの入力信号波１０８aは、アンテナ端子１００で３分配され、夫々のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cに入力される。上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cからの無線信号波のアンテナ面からの放射方向を矢印２００で示している。ここで、ミリ波帯送信機３５aの平面アンテナ面の２軸方向を夫々Ｘa,Ｙa(Ｘaは水平軸、Ｙaは垂直軸)とし、法線方向をＺaとすると共に、ミリ波帯送信機３５bの平面アンテナ面の２軸方向を夫々Ｘb,Ｙbとし、法線方向をＺbとする。このとき、上記ミリ波帯送信機３５aにおけるＸa−Ｙa平面面とミリ波帯送信機３５bにおけるＸb−Ｙa平面とのなす角つまり方位角の差をθとし、ミリ波帯送信機３５bにおけるＹa軸とＹb軸とのなす角つまり仰角をφとしたとき、夫々のアンテナ４０２(図４に示す)の放射パターンが、各方向に均等に広がるように上記方位角θと仰角φに適当な角度をもたせて、各ミリ波帯送信機３５a,３５bが配置される(ミリ波帯送信機３５cについても同様)。上記方位角θと仰角φに適当な角度の値は、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cのアンテナ放射パターンや、無線伝送エリア(サービスエリア)に依存し、上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cの配置に関しては、主に定性的、場合によっては定量的に決定される。上記のように、ミリ波帯送信機においては、複数のアンテナ一体化された送信機を配置することにより、無線伝送エリアが広く、かつ、小型・軽量の送信機の配置が可能となる。
【００４０】
また、図４はアンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(送信ブロック３６)の詳細配置図を示している。アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは支柱４０１で支えられ、かつ、回転体４００を有しており、夫々のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、φ方向(φa,φb,φc)およびθ方向(θa,θb,θc)に回転させることが可能である。
【００４１】
このように、上記ＴＶ信号無線システムでは、送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化された複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cにおいて送信アンテナ１０４が異なった方位角(θa,θb,θ)または異なった仰角(φa,φb,φc)で夫々配置することによって、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保することができる。
【００４２】
また、上記送信アンテナ１０４の放射方向を夫々変えた複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cを屋内空間の一点に配置しているため、１つの送信部から複数のアンテナを介して送信するよりも送信パワーを大きくすることができる。
【００４３】
また、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cは、送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化されているため、送信アンテナ１０４とミリ波帯アップコンバータ３０との間の給電線路の損失を小さくできると共に、給電線路部からの放射を無くすことができる。また、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５c自体が、図３,図４に示すように、独立に２軸方向(φ方向,θ方向)に回転可能なため、自由に伝送エリアを設定することが可能である。
【００４４】
また、上記ミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cは、受信アンテナ１１２と受信部(ミリ波帯ダウンコンバータ４０を含む)が一体化されているため、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０との間の給電線路の損失を小さくできる。
【００４５】
さらに、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cは、図４に示すように、長方形面にマイクロストリップパッチアンテナ４０２が形成されるため、平面上に効率良く多くのパッチアンテナを配置することが可能となり、アンテナ自体の利得を大きくとることができ、伝送距離を大きくすることができる。
【００４６】
また、図２に示す屋内空間９０において、ＴＶアンテナ線が接続された複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cと、ミリ波帯ダウンコンバート機能を有するミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cを用いてＴＶ信号無線システムを構築することによって、ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cとミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cとの間のアンテナの位置合わせをする必要がなくなる。
【００４７】
ここで、上記携帯機器５０として、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤ等を用いることによって、ディスプレイ動画表示機能を利用して、ＴＶ映像・音声を受像することが可能となる。
【００４８】
さらに、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cがビルディング内や地下街等の屋内または自動車,電車等の移動体内部に配置されることによって、これまで電波が遮蔽される屋内や移動体内部でも、各個人が携帯機器によりＴＶ情報を選局・受信することができる。
【００４９】
また、地上波放送波、衛星放送波、ケーブルＴＶ、ＦＭ放送等の信号波をミリ波帯に周波数アップコンバートすることにより広帯域を有するミリ波帯を利用して無線伝送するため、多くの情報の中から、個人に合ったＴＶ映像・音声情報、データ放送等を携帯機器で選局・受信することが可能となる。
【００５０】
この第１実施形態では、ミリ波送信手段としての３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cを用いたが、ミリ波送信手段は３台に限らず、２台または４台以上でもよい。
【００５１】
さらに、図２において、屋内空間９０がホールやドーム球場等の広い空間である場合は、複数の送信ブロック３６が、屋内空間９０の天井や高所に配置されても構わない。ただし、この場合は、送信ブロック３６同士の干渉等の影響が無視できるように、伝送エリアを考慮する必要がある。上記送信ブロック３６においては、使用するアンテナ一体化送信機の数と配置方向により、円形〜楕円形の受信エリア(１つのセル)となるため、上記屋内空間９０において、円形または楕円形のセル配置(図示せず)としても構わない。
【００５２】
なお、上記携帯機器５０は、地上波放送用のＴＶアンテナも有しており、屋外では、ＴＶ放送用アンテナで受信可能なことは言うまでもない。
【００５３】
上記第１実施形態では、入力信号波１０８aがＶＨＦ・ＵＨＦ帯のＴＶ放送波で示したが、衛星放送波の中間信号(ＩＦ)波、ケーブルＴＶ信号波、ＦＭ放送等の信号波または無線ＬＡＮ等の信号波(例えば２.４ＧＨz帯や５ＧＨz帯の無線信号波または中間[ＩＦ]信号波)であっても構わない。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、ＴＶ放送波である入力信号波１０８aを３分配して、３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cとも同じＴＶ放送波を入力したが、ミリ波帯送信機３５aはＴＶ放送波、ミリ波帯送信機３５bは衛星放送波、ミリ波帯送信機３５cは無線ＬＡＮの信号波(無線信号波,中間周波数信号波)を、夫々の入力信号波としてもよい。
【００５５】
(第２実施形態)
図５にこの発明の第２実施形態のミリ波帯無線通信システムとしての無線ＬＡＮシステムの構成図であり、３０１はＬＡＮ回線、３０２はリピータ／ハブ、３０３a,３０３b,…,３０３zは無線ＬＡＮ装置、３０４は周波数配列器、３５a,３５b,３５cはミリ波送信手段としてのミリ波帯送信機、４５a,４５b,４５cはミリ波受信手段としてのミリ波帯受信機、３０５a,３０５b,３０５cは周波数逆配列器、３０６a,３０６b,３０６cは無線ＬＡＮ装置、５０a,５０b,５０cはＴＶ受信機能を有する携帯機器である。上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、ミリ波帯アップコンバータ３０と送信アンテナ１０４を有し、ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cと周波数配列器３０４でミリ波帯無線送信装置を構成している。また、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cは、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０を有している。上記ミリ波帯受信機４５aと周波数逆配列器３０５aでミリ波帯無線受信装置を構成し、ミリ波帯受信機４５bと周波数逆配列器３０５bでミリ波帯無線受信装置を構成し、ミリ波帯受信機４５cと周波数逆配列器３０５cでミリ波帯無線受信装置を構成している。
【００５６】
この第２実施形態の無線ＬＡＮシステムでは、無線ＬＡＮ回線の信号を入力信号波１０８aとして使用する場合について述べる。下り回線をミリ波帯で受信し、とくに長い時間占有するストリーム系の連続データは、チャンネル不足しやすい。とくに、２.４ＧＨz帯や５ＧＨz帯の周波数帯の場合、多くの人数で使用することが困難であるが、ミリ波帯を用いることによってチャンネル数を増加させることが可能であり、多くの利用者が夫々チャンネルを占有することが可能となる。ただし、この場合は、入力信号側１０８aで、予めミリ波帯に周波数アップコンバートして利用できるように、複数の無線ＬＡＮ装置３０３a,３０３b,…,３０３zからの信号(無線信号または中間周波信号)を、周波数再配列器３０４により、周波数配列しておく必要がある。上記周波数配列された入力信号波１０８aは、３分配され、夫々アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cによりミリ波帯に周波数アップコンバートして無線伝送する。
【００５７】
一方、受信側では、アンテナ一体化されたミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cにより受信され、周波数アップコンバートされた入力信号波１０８bは夫々、周波数逆配列器３０５により、もとの無線ＬＡＮ周波数の信号(無線周波信号またはＩＦ信号)に周波数逆配列され、夫々無線ＬＡＮ装置３０６a,３０６b,…,３０６zに接続されて、信号処理されて携帯機器５０a,５０b,５０cに接続される。ここでは、夫々、３つのミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cおよび、３つの周波数逆配列器３０５a,３０５b.３０５cと３つの無線ＬＡＮ装置３０６a,３０６b,３０６cを独立に用いたが、１つのミリ波帯受信機４５aと周波数逆配列器３０６aにより無線ＬＡＮ信号を生成し、一台からの周波数逆配列信号を各無線ＬＡＮ装置３０６a,３０６b,３０６cに接続しても構わない。
【００５８】
上記第２実施形態のシステム構成することにより、多チャンネルのＴＶ放送波や複数の無線ＬＡＮ信号波を、各個人の携帯機器に配信することが可能となり、多くの利用者が１度に多くチャンネルの中から、個人に合ったＴＶ映像・音声情報、データ放送等、インターネットからの情報を携帯機器で選局・受信することが可能となる。
【００５９】
このように、上記無線ＬＡＮシステムでは、第１実施形態のＴＶ信号無線システムと同様に、送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化された複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cの送信アンテナ１０４が異なった方位角(θa,θb,θ)または異なった仰角(φa,φb,φc)で夫々配置されたＴＶ信号無線システムを構成することによって、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保することができる。
【００６０】
また、上記送信アンテナ１０４の放射方向を夫々変えた複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cを屋内空間の一点に配置しているため、１つの送信部から複数のアンテナを介して送信するよりも送信パワーを大きくすることができる。
【００６１】
また、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cが送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化されているため、送信アンテナ１０４とミリ波帯アップコンバータ３０との間の給電線路の損失を小さくできると共に、給電線路部からの放射を無くすことが可能である。また、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５c自体が、図３,図４に示すように、独立に２軸方向(φ方向,θ方向)に回転可能なため、自由に伝送エリアを設定することが可能である。
【００６２】
また、上記ミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cが受信アンテナ１１２と受信部(ミリ波帯ダウンコンバータ４０を含む)が一体化されているため、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０との間の給電線路の損失を小さくできる。
【００６３】
さらに、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cは、図４に示すように、長方形面にマイクロストリップパッチアンテナ４０２が形成されるため、平面上に効率良く多くのパッチアンテナを配置することが可能となり、アンテナ自体の利得を大きくとることができ、伝送距離を大きくすることができる。
【００６４】
また、屋内空間において、複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cと、ミリ波帯ダウンコンバート機能を有するミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cを用いて無線ＬＡＮシステムを構築することによって、ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cとミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cとの間のアンテナの位置合わせをする必要がなくなる。
【００６５】
ここで、上記携帯機器５０として、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤ等を用いることによって、ディスプレイ動画表示機能を利用して、ＴＶ映像・音声を受像することが可能となる。
【００６６】
さらに、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cがビルディング内や地下街等の屋内または自動車,電車等の移動体内部に配置されることによって、これまで電波が遮蔽される屋内や移動体内部でも、各個人が携帯機器によりＴＶ映像・音声情報、データ放送等の情報を選局・受信することができる。
【００６７】
また、無線ＬＡＮ装置の無線(またはＩＦ)信号をミリ波帯に周波数アップコンバートすることにより広帯域を有するミリ波帯を利用して無線伝送するため、多くの情報の中から、個人に合ったＴＶ映像・音声情報、データ放送等の情報を携帯機器で選局・受信することが可能となる。
【００６８】
この第２実施形態では、図２に示すように、送信ブロック３６を屋内空間９０の上部に配置したが、天井や照明器具に配置しても構わない。
【００６９】
また、上記第２実施形態では、公共空間の待合室の例に無線ＬＡＮシステムを構築することで説明したが、自動車や電車等の移動体内部でもシステム構築可能であることは言うまでもない。
【００７０】
さらに、上記ミリ波帯の送信ブロック３６には、ＴＶ放送のみならず、その地域で使われていない空チャンネルにその場所オリジナルのビデオ映像をＴＶ信号用変調器で変調し、上記送信ブロック３６に多重化して、ミリ波帯受信機４５で受信し、携帯機器５０a,５０b,５０cで、空チャンネルを用いて、その場用のオリジナルな情報を受信するような構成も可能である。例えば病院や駅の待合室等で使用するのであれば、その病院や駅の案内情報等をビデオ映像化し、図５に示すミリ波帯無線通信システムの構成でミリ波無線伝送するような利用も可能である。
【００７１】
図６は上記第１,第２実施形態のミリ波帯無線通信システムに用いられるミリ波帯送信機３５とミリ波帯受信器４５の構成を示している。ここでは、第１実施形態のＴＶ信号無線システム(図１に示す)における動作について説明する。
【００７２】
上記ミリ波帯送信機３５では、ＴＶアンテナ２０(図１に示す)により受信された入力信号波１０８aが屋内のアンテナ端子１００(図１に示す)を介して入力端子１１に入力され、バンドパスフィルタ１２により入力信号波１０８aのみが濾波され、増幅器１３により所定のレベルに増幅する。そうして、増幅された入力信号波１０８aを第１の周波数ミキサ１４により周波数アップコンバートし、バンドパスフィルタ１５により所望波のみを取り出し、取り出された上記所望波は、増幅器１６により増幅され、リミッタ１７によりレベルが制限された後、第２の周波数ミキサ２８により周波数アップコンバートされる。そして、フィルタ２６により所望波のみを取り出し、送信用増幅器２７により増幅した後、アンテナ１０４より無線信号波１１１を送信する。
【００７３】
一方、上記ミリ波帯受信器４５では、受信アンテナ１１２により受信された無線信号波１１１は、受信用増幅器４７により増幅された後、所望の信号波のみをフィルタ４６により取り出す。そして、取り出された所望の信号波を周波数ミキサ４８により周波数ダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号波をローパスフィルタ５１に通過させた後、増幅器５１により増幅する。そうして、増幅された入力信号波１０８bは、通常のアンテナ線からのＴＶ信号波と同じ形式となっており、携帯機器５０a,５０b,５０c中のＴＶ受信機能により選局・受像する。
【００７４】
この発明のミリ波帯無線通信システムを説明するために、送信側の周波数アップコンバートと受信側の周波数ダウンコンバートによる周波数の関係について説明する。図７において、ミリ波帯送信機３５に入力されるＴＶ信号波の周波数をｆTVとし、第１の局部発振信号波の周波数をｆLO1とすれば、第１の周波数変換における中間周波数ｆIFは、第１のフィルタ１９で上側側波帯を選択すれば、
ｆIF ＝ ｆTV＋ｆLO1 …………………… (式１)
となる。さらに第２の周波数変換におけるミリ波周波数ｆRFとし、第２の局部発振信号波ｆLO2とし、第２のフィルタ２６で上側側波帯を選択すれば
ｆRF ＝ ｆIF＋ｆLO2
＝ ｆTV＋(ｆLO1＋ｆLO2) ……………… (式２)
となる。
【００７５】
次に、受信側において、受信した無線信号波(周波数ｆRF)に対して、フィルタ４６で上側側波帯を帯域通過させて、ダウンコンバートされた周波数はｆTVであることから、無線信号波の周波数ｆRFは、
ｆRF ＝ ｆLO3＋ｆTV …………………… (式３)
となる。したがって、受信側の局部発振周波数ｆLO3は、
ｆLO3 ＝ ｆLO1＋ｆLO2 ………………… (式４)
となる。これから受信側の局部発振周波数ｆLO3は、送信側の局部発振周波数ｆLO1とｆLO2の和として設定することになり、周波数安定度をΔとして表現すれば、
ΔｆLO3 ＝ ΔｆLO1＋ΔｆLO2 …………… (式５)
となる。受信側の局部発振器の周波数安定度ΔｆLO3に対して、送信側では、周波数安定度２つの局部発振器の周波数安定度の和となるため、受信側の局部発振器の周波数安定度ΔｆLO3と送信側の２つの局部発振器の周波数安定度の和(ΔｆLO1＋ΔｆLO2)が同等になることが必要である。そのためには、送信側の局部発振器を位相同期発振器(ＰＬＯ(Phase Locked Oscillator)発振器)とし、ＰＬＯの基準信号源の温度補償型水晶発振器ＴＣＸＯ(Temperature Compensated Crystal Oscillator)１９aで第１の局部発振器１８と第２の局部発振器２５を動作させることにより２つの局部発振器は同期するため、送信側の周波数安定度のレベルを実質的に受信側局部発振器の周波数安定度ΔｆLO3のレベルと同等にすることが可能となる。
【００７６】
なお、ここでは、ＴＶ信号波(特にＶＨＦ帯・ＵＨＦ帯)は、周波数範囲がｆTV＝９０ＭＨz〜７７０ＭＨzの範囲にあるため、送信側を２段階で周波数アップコンバートし、この第１,第２実施形態では、不要波となる下側側波帯信号波(周波数ｆLO2−ｆTV)と局部発振信号(周波数ｆLO2)の漏れを除去するために、送信側で中間周波数帯に一旦周波数アップコンバートし、中間周波数信号(周波数ｆIF＝ｆLO1＋ｆTV)を生成し、バンドパスフィルタ１５で除去したあと、もう一度周波数アップコンバートして、ミリ波帯に上昇させる。これによって、周波数ミキサ２８で周波数変換時に生ずる下側側波帯の周波数ｆLO2−ｆIFと局部発振周波数ｆLO2が、上側側波帯周波数帯の周波数ｆRFと大きく離れてくるため、バンドパスフィルタ２６で、これら不要波を除去することが容易にできる。さらに、周波数アップコンバート・周波数ダウンコンバート時に生ずる送信側周波数ミキサ２８,受信側周波数ミキサ４８には、局部発振波のもれをさらに小さくするためにアンチパラレルダイオード型のバランスド型周波数ミキサを使用し、局部発振周波数ｆLO2,ｆLO3のRF側への漏れ信号を抑圧している。
【００７７】
加えて、ミリ波帯に周波数アップコンバートおよび周波数ダウンコンバートするときに用いる局部発振器の周波数安定度を高めるために、送信側,受信側ともに局部発振器を位相同期発振器(ＰＬＯ)とし、送信側の第１,第２の発振器１５,２５および受信側の第３の局部発振器５５の基準発振器として温度補償型水晶発振器(ＴＣＸＯ)１９a,１９bを使用する。
【００７８】
さらに、第２の周波数変換時に、送信側で完全に除去できなかった微少な下側側波帯の信号波[周波数ｆLO2−(ｆLO1±ｆTV)]が雑音成分となるが、受信側では、無線信号波の周波数ｆRFからＴＶ信号波の周波数ｆTVに１回で周波数変換しているため、受信側の周波数変換時の下側側波帯周波数[周波数ｆLO3−(±ｆTV)]と重なることがなく、最終的に周波数ダウンコンバートされた入力信号波１０８bのｆTV成分には、下側側波帯[周波数ｆLO2−(ｆLO1±ｆTV)]の雑音成分は含まれず、良好な受信映像特性を得ることができる。
【００７９】
このように、送信側では２回の周波数変換によりＴＶ信号波からミリ波帯信号波に周波数変換し、受信側で１回の周波数変換でミリ波帯信号波からＴＶ信号波に周波数変換することと、周波数変換器にアンチパラレルダイオードペア型のバランスドミキサを使用することによって、雑音の少ないクリアな受信映像特性を得ることができる。さらに、局部発振器１８,２５および５５に位相同期発振器(ＰＬＯ)と温度補償型水晶発振器１９a,１９bを使用し、送信側では、２つの局部発振器１８,２５で１つの温度補償型水晶発振器１９aを共有化して同期させているために、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明のミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムによれば、例えば、屋内のＴＶアンテナ線または無線ＬＡＮが接続される回線(または無線ＬＡＮが接続されているネットワーク回線)は、各ＴＶ受信手段を有する端末と接続するところで無線化され、ミリ波帯送信機／ミリ波帯受信器間のアンテナの精密な位置合わせをしなければならないという課題を解決することができ、かつ広い範囲で無線伝送を行うことができる。したがって、屋内等のＴＶ放送用の電波が遮蔽される場所で、かつ、多人数が集まる公共空間では、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤ等によって、多チャンネルの中から、無線でＴＶ情報等を選局・受信することができる。また、これまでチャンネル数に制限のあった無線ＬＡＮ信号も、ミリ波帯を用いることによりチャンネル数を大幅に増やすことができる。
【００８１】
さらに、地上波放送波、衛星放送波、ケーブルＴＶ、ＦＭ放送等の信号波の無線伝送に、広い帯域を利用できるミリ波帯を使用して無線伝送するため、多くの情報中から複数の人がＴＶ映像,音声情報およびデータ放送等の情報を電子機器を用いて選局・受信することができる。
【００８２】
また、送信側と受信側の両方で局部発振器に位相同期発振器と温度補償型水晶発振器を使用し、送信側では２つの局部発振器で１つの温度補償型水晶発振器を共有化して同期させているために、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の第１実施形態のミリ波帯無線送信装置を用いたＴＶ信号無線システムの構成図である。
【図２】 図２は上記ＴＶ信号無線システムを屋内空間で用いた場合の平面図である。
【図３】 図３は上記ＴＶ信号無線システムのミリ波帯送信機の配線と配置を説明する概略図である。
【図４】 図４は上記ＴＶ信号無線システムのミリ波帯送信機の配線と配置を説明する詳細配置図である。
【図５】 図５はこの発明の第２実施形態のミリ波帯無線送信装置を用いた無線ＬＡＮシステムの構成図である。
【図６】 図６は上記第１,第２実施形態のミリ波帯送信機とミリ波帯受信器の構成図である。
【図７】 図７は従来のＴＶ信号受信システムの構成図である。
【図８】 図８は従来のミリ波アンテナの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１４…第１の周波数ミキサ、
１８…第１の局部発振器、
１９a,１９b…温度補償型水晶発振器、
２０…ＴＶアンテナ、
２５…第２の局部発振器、
２６…バンドパスフィルタ、
２７…送信用増幅器、
２８…第２の周波数ミキサ、
３０…ミリ波帯アップコンバータ、
３５…ミリ波帯送信機、
３５a,３５b,３５c…ミリ波帯送信器、
３６…送信ブロック、
４０…ミリ波帯ダウンコンバータ、
４５…ミリ波帯受信機、
４６…バンドパスフィルタ、
４７…受信用増幅器、
４８…周波数ミキサ、
５０…携帯機器、
５５…第３の局部発振器、
６０…電子機器、
７０…電波の送信方向、
９０…屋内空間、
９１…椅子、
１００…アンテナ端子、
１０４…送信アンテナ、
１０８a、１０８b…入力信号波、
１１１…無線信号波、
１１２…受信アンテナ、
２００…放射方向を示す矢印、
３００…ＬＡＮ回線、
３０２…リピータ／ハブ、
３０３a,３０３b〜３０３z,３０６a,３０６b３０６c…無線ＬＡＮ装置、
３０４…周波数配列器、
３０５a,３０５b,３０５c…周波数逆配列器、
４００…回転体、
４０１…支柱、
４０２…マイクロストリップパッチアンテナ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、テレビジョン(以下、ＴＶという)信号受信システムおよびＬＡＮ(ローカル・エリア・ネットワーク)システム等に使用されるミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の第１のミリ波帯無線通信システムとしては、特開平１１−３１３０２０号公報に記載されたＴＶ信号受信システムに用いられるものがある。このＴＶ信号受信システムは、図７に示すように、ミリ波帯送信器７３５と、複数のミリ波帯受信器７４５と、上記複数のミリ波帯受信器７４５に接続された複数のＴＶ等の携帯機器７５０とを備えている。上記ミリ波帯送信器７３５と複数のミリ波帯受信器７４５でミリ波帯無線通信システムを構成している。
【０００３】
上記構成のＴＶ信号受信システムにおいて、屋内のアンテナ端子７００からＴＶ信号がミリ波帯送信機７３５に入力され、ミリ波帯に周波数アップコンバートされてアンテナ７０４から無線信号波７１１が送信される。上記送信された無線信号波７１１は、ミリ波帯受信機７４５のアンテナ１１２により受信され、周波数ダウンコンバートされて、屋内にある複数の携帯機器７５０に入力される。このＴＶ信号受信システムでは、地上波ＴＶ放送や衛星放送等の複数の放送波を取り扱う。上記ＴＶ受信システムでは、１つの屋内や部屋では、基本的には１つのＴＶ信号線７００には、１つのミリ波帯送信機７３５が配置され、複数のミリ波帯受信機７４５で受信する構成となっている。
【０００４】
また、従来の第２のミリ波帯無線通信システムとしては、１９９８年７月にリアライズ社から出版された「ミリ波技術の基礎と応用」の２６９頁〜２７２頁に記載されたものがある。図８はこのミリ波帯無線通信システムの基地局用／端末局用のアンテナの構成を示す平面図である。図８に示すように、アンテナ８０１は４角錐状のピラミッド形状部８０２を有し、ピラミッド形状部８０２の各面のアンテナ部分は、マイクロストリップパッチアンテナを用いたアレーアンテナ８０３で構成されている。上記アレーアンテナ８０３の低仰角方向のアンテナ利得方向を改善するために、各面を鉛直軸から３０度傾斜させたピラミッド構造となっている。上記アンテナ８０１の給電線路８０４は、各ＭＭＩＣ(Monolithic Microwave Integrated Circuit:モノリシック・マイクロ波・集積回路)増幅器８０５に接続された後、上記給電線路８０４は、最終的には分配器８０６を介して一本の給電線路８０４cにまとめられダウンコンバータ(Ｄ／Ｃ)８４０または(アップコンバータ(Ｕ／Ｃ)８３０)に接続される構成となっている。図８では図示してはいないが、使用方法として、送信器,受信器夫々に上記アンテナ８０１が用いられ、アンテナ制御部があり、送信・受信各々最適なアンテナの組み合わせになるようにＣＰＵにより制御され、送信アンテナ４面、受信アンテナ４面の１６通りの組み合わせの中から最適な組み合わせが選択される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の第１のミリ波帯無線通信システムでは、ミリ波帯におけるアンテナ指向性が強く、そのアンテナ指向性を生かして、十分な無線伝送距離を確保することが一般的である。しかしながら、アンテナ指向性が強すぎると、部屋のどの場所でも受信できるとは限らず、ミリ波帯送信機７３５のアンテナ１０４とミリ波帯受信機７４５のアンテナ１１２とが、直線上に配置されるようにアンテナの方向を調整することが必要となる。
【０００６】
また、上記従来の第２のミリ波帯無線通信システムでは、アンテナ８０１は、４面のピラミッド形状となっており、各アレーアンテナ８０３の方位角や仰角の制御はできず、かつ、上記４面のアレーアンテナ８０３が１つの給電線路８０５bに対して、ダウンコンバータ８４０(またはアップコンバータ８３０)が接続される構成となっている。このため、アンテナ給電線路８０４,８０４a,８０４b,８０４cは長い経路長(マイクロストリップ線路)と線路を分配する分配器８０６を有しており、その結果、ミリ波帯での給電線路の損失は大きくなってしまうと共に、給電線路自体がアンテナとして動作し、著しく性能が劣化するという問題がある。
【０００７】
また、上記４面のアレーアンテナ８０３は、例えば、送信だけを考えても４面の中から、最適な送信電力,受信電力を選択するため、別にＰＨＳ(Personal Handiphone System:パーソナル・ハンディホン・システム)を用いた制御回線が必要であり、ミリ波アンテナ部分を含めて複雑な制御が必要になるという問題がある。
【０００８】
加えて、各アレーアンテナ８０３は、ピラミッドの１面(台形状)中に形成されるために、アレー化するための素子数が制限され(高々４素子程度)、アレーアンテナ８０３の利得を大きくすることができないため、１５６Ｍbpsの伝送レートでカバーエリアが最大１０ｍ程度であり、実用上、屋内(ビル内、オフィス等)で十分な伝送距離がとれないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保できるミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のミリ波帯無線送信装置は、
アンテナと送信部が一体化された複数のミリ波送信手段を備えたミリ波帯無線送信装置であって、
上記複数のミリ波送信手段の夫々は、上記送信部により入力信号波をミリ波帯に周波数アップコンバートして、その周波数アップコンバートされたミリ波帯の同一無線信号波を上記アンテナを介して１または２以上の受信側の装置に送信すると共に、
上記複数のミリ波送信手段の各アンテナの方位角または仰角の少なくとも一方が異なるように上記各アンテナを配置することによって、上記無線信号波のアンテナ放射パターンを広げていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成のミリ波帯無線送信装置によれば、アンテナ指向性が強くかつ伝送損失の大きいミリ波帯の無線伝送では、アンテナと送信部が一体化された複数のミリ波送信手段の各アンテナの方位角または仰角の少なくとも一方をそのアンテナの放射パターンが広い範囲をカバーするように設定することにより、ミリ波帯での無線伝送エリアを広くすることができる。例えば、各アンテナの方位角が異なるように配置することによって、水平方向に無線伝送エリアを広げる一方、各アンテナの仰角が異なるように配置することによって、上下方向に無線伝送エリアを広げる。なお、各アンテナの方位角と仰角を適宜設定することによって、水平方向かつ上下方向に無線伝送エリアを広げてもよい。また、上記複数のミリ波送信手段においてアンテナと送信部が一体化されているので、アンテナと送信部との間を接続する給電線路を短くして伝送損失を小さくできると共に、給電線路部からの放射を無くすことができ、送信電力を向上できる。
【００１２】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段が屋内または移動体内に配置されたことを特徴としている。
【００１３】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、ＴＶ放送用の電波が遮蔽される場所でかつ多人数が集まる公共空間である屋内や移動体(自動車,電車等)内で上記ミリ波送信手段を配置することによって、例えば、上記ミリ波帯送信手段によりＴＶ信号波をミリ波帯の無線信号波として送信して、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤとの携帯機器により、無線でＴＶ情報等を選局・受信することができる。
【００１４】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段から送信されるミリ波帯の無線信号波は、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられていることを特徴としている。
【００１５】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、周波数分割された複数の周波数帯に異なるチャンネルが夫々割り当てられたミリ波帯の無線信号波を上記ミリ波送信手段から送信することによって、例えば、多チャンネルのＴＶ放送波や複数の無線ＬＡＮ信号波を、各個人の携帯機器に配信することが可能となり、多くの利用者が１度に多くチャンネルの中から所望のＴＶ映像・音声情報、データ放送等およびインターネットからの情報を受信することが可能となる。
【００１６】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段が、ビデオ映像信号と音声信号を変調して、テレビジョン放送波の空チャンネルに多重化したテレビジョン信号波を周波数変換することによりミリ波帯の無線信号波として送信することを特徴としている。
【００１７】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、ビデオ映像信号と音声信号を変調して、その地域のテレビジョン放送波の空チャンネルに多重化したテレビジョン信号波を上記ミリ波送信手段が周波数変換してミリ波帯の無線信号波として送信することによって、例えばその空チャンネルを用いて、このミリ波帯無線送信装置が設置された病院や駅の案内情報等をミリ波無線伝送するような利用も可能である。
【００１８】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記ミリ波送信手段に用いられる周波数アップコンバータが、アンチパラレルダイオード型の周波数変換器であることを特徴としている。
【００１９】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、上記ミリ波送信手段に用いられる周波数アップコンバータにアンチパラレルダイオード型の周波数変換器を用いることによって、周波数アップコンバータからの漏れ信号(局部発振波)を抑圧できる。
【００２０】
また、一実施形態のミリ波帯無線送信装置は、上記周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いたことを特徴としている。
【００２１】
上記実施形態のミリ波帯無線送信装置によれば、上記周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いることによって、受信側の周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として、この送信側の温度補償型水晶発振器の周波数安定度のレベルと実質的に同等の温度補償型水晶発振器を用いた場合、送信側と受信側で局部発振周波数の安定した同期がとれるので、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【００２２】
また、この発明のミリ波帯無線受信装置は、上記ミリ波帯無線送信装置から送信された無線信号波を受信するミリ波帯無線受信装置であって、アンテナと受信部が一体化されたミリ波受信手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
上記構成のミリ波帯無線受信装置によれば、アンテナと受信部が一体化されたミリ波受信手段で受信するので、アンテナと受信部との間を接続する給電線路を短くでき、伝送損失を小さくできる。したがって、ミリ波帯において無線伝送エリアが広くかつ送信電力の大きい上記ミリ波無線送信装置から送信された無線信号波を、受信性能の良好なミリ波帯無線受信装置で受信することができる。
【００２４】
また、一実施形態のミリ波帯無線受信装置は、上記アンテナに受信されるミリ波帯の無線信号波が、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられているとき、上記ミリ波受信手段により上記無線信号波を周波数変換して得られた信号波の複数の周波数帯に割り当てられたチャネルの少なくとも１つを選択することを特徴としている。
【００２５】
上記実施形態のミリ波帯無線受信装置によれば、上記アンテナに受信されるミリ波帯の無線信号波が、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられているとき、上記ミリ波受信手段により上記無線信号波を周波数変換して得られた信号波の複数の周波数帯に割り当てられたチャネルの少なくとも１つを選択する。したがって、例えば、多チャンネルのＴＶ放送波や複数の無線ＬＡＮ信号波を、各個人の携帯機器に配信することが可能となり、多くの利用者が１度に多くチャンネルの中から所望のＴＶ映像・音声情報、データ放送等およびインターネットからの情報を受信することが可能となる。
【００２６】
また、一実施形態のミリ波帯無線受信装置は、上記ミリ波受信手段に用いられる周波数ダウンコンバータが、アンチパラレルダイオード型の周波数変換器であることを特徴としている。
【００２７】
上記実施形態のミリ波帯無線受信装置によれば、上記ミリ波受信手段に用いられるミリ波帯の周波数ダウンコンバータにアンチパラレルダイオード型の周波数変換器を用いることによって、周波数ダウンコンバータからの漏れ信号(局部発振波)を抑圧できる。
【００２８】
また、一実施形態のミリ波帯無線受信装置は、上記周波数ダウンコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いたことを特徴としている。
【００２９】
上記実施形態のミリ波帯無線受信装置によれば、上記周波数ダウンコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いることによって、送信側の周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として、この受信側の温度補償型水晶発振器の周波数安定度のレベルと実質的に同等の温度補償型水晶発振器を用いた場合、送信側と受信側で局部発振周波数の安定した同期がとれるので、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【００３０】
また、この発明のミリ波帯無線通信システムは、上記ミリ波帯無線送信装置と、上記ミリ波帯無線受信装置を夫々備えた複数の電子機器とを備えたことを特徴としている。
【００３１】
上記構成のミリ波帯無線通信システムによれば、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３３】
(第１実施形態)
図１はこの発明の第１実施形態のミリ波帯無線通信システムとしてのＴＶ信号無線システムの構成図であり、２０はＴＶアンテナ、１００は屋内アンテナ端子、３５a,３５b,３５cはミリ波送信手段としてのミリ波帯送信機、４５a,４５b,４５cはミリ波受信手段としてのミリ波帯受信機、５０a,５０b,５０cはＴＶ受信機能を有する携帯機器である。上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、ミリ波帯アップコンバータ３０と送信アンテナ１０４を有し、ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cでミリ波帯無線送信装置を構成している。また、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cは、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０を有し、ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５c夫々がミリ波帯無線受信装置である。
【００３４】
図１に示すように、ＴＶアンテナ２０により受信されたＵＨＦ帯・ＶＨＦ帯のＴＶ信号波である入力信号波１０８aは、アンテナ端子１００を介してミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cのミリ波帯アップコンバータ３０に夫々入力される。そして、その入力信号波１０８aは、ミリ波帯アップコンバータ３０によりミリ波帯に周波数アップコンバートされた後、各送信アンテナ１０４から無線信号波１１１が送信される。
【００３５】
一方、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cの各送信アンテナ１０４より送信されたミリ波帯の無線信号波１１１は、ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cの各受信アンテナ１１２により受信される。そして、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cのミリ波帯ダウンコンバータ４０によりミリ波帯信号から通常の入力信号波(ＵＨＦ帯・ＶＨＦ帯の信号波)１０８bに周波数ダウンコンバートされる。そうして、上記周波数ダウンコンバートされた入力信号波１０８bは通常のＴＶ信号波に変換され、携帯機器５０a,５０b,５０cのＴＶ受信器(図示せず)のチューナにより必要とするＴＶ放送波を選局し、ＴＶ映像をディスプレイにより表示すると共に、ＴＶ音声をスピーカにより再生する。
【００３６】
また、図２は、駅,病院および空港の待合室等の屋内空間９０において、この発明のＴＶ信号無線システムを用いた場合の平面図である。なお、図２において、９１は格子状に配置された複数の椅子である。
【００３７】
図２に示すように、３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(以下まとめて送信ブロック３６という)が部屋の上部(壁面)に配置されている。一方、受信側は、ミリ波帯受信機４５(図１では４５a,４５b,４５c)とＴＶ受信機能を有する携帯機器５０(図１では５０a,５０b,５０c)とを備えた電子機器６０で受信する構成である。
【００３８】
上記ＴＶ信号無線システムは、ＶＨＦ・ＵＨＦ帯のＴＶ放送波をそのままミリ波帯に周波数アップコンバージョンし、各ミリ波帯受信機４５に配信しているため、各端末中のＴＶチューナにより、その地域で使われている放送波と同じチャンネルを選局して受像することが可能となる。ここで、指向性アンテナと一体化された３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、夫々異なった方位・仰角で無線信号波１１１が放射され、ミリ波帯受信機４５と携帯機器５０とを備えた複数の電子機器６０で受信される。これにより、３台のアンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(送信ブロック３６)により、より多くのミリ波帯受信機４５と携帯機器５０とを備えた電子機器６０に対して無線伝送することが可能となる。
【００３９】
図３はアンテナ一体化された３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(送信ブロック３６)の配線と配置について示している。図３に示すように、ＴＶアンテナ２０(図１に示す)からの入力信号波１０８aは、アンテナ端子１００で３分配され、夫々のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cに入力される。上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cからの無線信号波のアンテナ面からの放射方向を矢印２００で示している。ここで、ミリ波帯送信機３５aの平面アンテナ面の２軸方向を夫々Ｘa,Ｙa(Ｘaは水平軸、Ｙaは垂直軸)とし、法線方向をＺaとすると共に、ミリ波帯送信機３５bの平面アンテナ面の２軸方向を夫々Ｘb,Ｙbとし、法線方向をＺbとする。このとき、上記ミリ波帯送信機３５aにおけるＸa−Ｙa平面面とミリ波帯送信機３５bにおけるＸb−Ｙa平面とのなす角つまり方位角の差をθとし、ミリ波帯送信機３５bにおけるＹa軸とＹb軸とのなす角つまり仰角をφとしたとき、夫々のアンテナ４０２(図４に示す)の放射パターンが、各方向に均等に広がるように上記方位角θと仰角φに適当な角度をもたせて、各ミリ波帯送信機３５a,３５bが配置される(ミリ波帯送信機３５cについても同様)。上記方位角θと仰角φに適当な角度の値は、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cのアンテナ放射パターンや、無線伝送エリア(サービスエリア)に依存し、上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cの配置に関しては、主に定性的、場合によっては定量的に決定される。上記のように、ミリ波帯送信機においては、複数のアンテナ一体化された送信機を配置することにより、無線伝送エリアが広く、かつ、小型・軽量の送信機の配置が可能となる。
【００４０】
また、図４はアンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５c(送信ブロック３６)の詳細配置図を示している。アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは支柱４０１で支えられ、かつ、回転体４００を有しており、夫々のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、φ方向(φa,φb,φc)およびθ方向(θa,θb,θc)に回転させることが可能である。
【００４１】
このように、上記ＴＶ信号無線システムでは、送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化された複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cにおいて送信アンテナ１０４が異なった方位角(θa,θb,θ)または異なった仰角(φa,φb,φc)で夫々配置することによって、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保することができる。
【００４２】
また、上記送信アンテナ１０４の放射方向を夫々変えた複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cを屋内空間の一点に配置しているため、１つの送信部から複数のアンテナを介して送信するよりも送信パワーを大きくすることができる。
【００４３】
また、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cは、送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化されているため、送信アンテナ１０４とミリ波帯アップコンバータ３０との間の給電線路の損失を小さくできると共に、給電線路部からの放射を無くすことができる。また、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５c自体が、図３,図４に示すように、独立に２軸方向(φ方向,θ方向)に回転可能なため、自由に伝送エリアを設定することが可能である。
【００４４】
また、上記ミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cは、受信アンテナ１１２と受信部(ミリ波帯ダウンコンバータ４０を含む)が一体化されているため、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０との間の給電線路の損失を小さくできる。
【００４５】
さらに、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cは、図４に示すように、長方形面にマイクロストリップパッチアンテナ４０２が形成されるため、平面上に効率良く多くのパッチアンテナを配置することが可能となり、アンテナ自体の利得を大きくとることができ、伝送距離を大きくすることができる。
【００４６】
また、図２に示す屋内空間９０において、ＴＶアンテナ線が接続された複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cと、ミリ波帯ダウンコンバート機能を有するミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cを用いてＴＶ信号無線システムを構築することによって、ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cとミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cとの間のアンテナの位置合わせをする必要がなくなる。
【００４７】
ここで、上記携帯機器５０として、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤ等を用いることによって、ディスプレイ動画表示機能を利用して、ＴＶ映像・音声を受像することが可能となる。
【００４８】
さらに、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cがビルディング内や地下街等の屋内または自動車,電車等の移動体内部に配置されることによって、これまで電波が遮蔽される屋内や移動体内部でも、各個人が携帯機器によりＴＶ情報を選局・受信することができる。
【００４９】
また、地上波放送波、衛星放送波、ケーブルＴＶ、ＦＭ放送等の信号波をミリ波帯に周波数アップコンバートすることにより広帯域を有するミリ波帯を利用して無線伝送するため、多くの情報の中から、個人に合ったＴＶ映像・音声情報、データ放送等を携帯機器で選局・受信することが可能となる。
【００５０】
この第１実施形態では、ミリ波送信手段としての３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cを用いたが、ミリ波送信手段は３台に限らず、２台または４台以上でもよい。
【００５１】
さらに、図２において、屋内空間９０がホールやドーム球場等の広い空間である場合は、複数の送信ブロック３６が、屋内空間９０の天井や高所に配置されても構わない。ただし、この場合は、送信ブロック３６同士の干渉等の影響が無視できるように、伝送エリアを考慮する必要がある。上記送信ブロック３６においては、使用するアンテナ一体化送信機の数と配置方向により、円形〜楕円形の受信エリア(１つのセル)となるため、上記屋内空間９０において、円形または楕円形のセル配置(図示せず)としても構わない。
【００５２】
なお、上記携帯機器５０は、地上波放送用のＴＶアンテナも有しており、屋外では、ＴＶ放送用アンテナで受信可能なことは言うまでもない。
【００５３】
上記第１実施形態では、入力信号波１０８aがＶＨＦ・ＵＨＦ帯のＴＶ放送波で示したが、衛星放送波の中間信号(ＩＦ)波、ケーブルＴＶ信号波、ＦＭ放送等の信号波または無線ＬＡＮ等の信号波(例えば２.４ＧＨz帯や５ＧＨz帯の無線信号波または中間[ＩＦ]信号波)であっても構わない。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、ＴＶ放送波である入力信号波１０８aを３分配して、３台のミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cとも同じＴＶ放送波を入力したが、ミリ波帯送信機３５aはＴＶ放送波、ミリ波帯送信機３５bは衛星放送波、ミリ波帯送信機３５cは無線ＬＡＮの信号波(無線信号波,中間周波数信号波)を、夫々の入力信号波としてもよい。
【００５５】
(第２実施形態)
図５にこの発明の第２実施形態のミリ波帯無線通信システムとしての無線ＬＡＮシステムの構成図であり、３０１はＬＡＮ回線、３０２はリピータ／ハブ、３０３a,３０３b,…,３０３zは無線ＬＡＮ装置、３０４は周波数配列器、３５a,３５b,３５cはミリ波送信手段としてのミリ波帯送信機、４５a,４５b,４５cはミリ波受信手段としてのミリ波帯受信機、３０５a,３０５b,３０５cは周波数逆配列器、３０６a,３０６b,３０６cは無線ＬＡＮ装置、５０a,５０b,５０cはＴＶ受信機能を有する携帯機器である。上記ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cは、ミリ波帯アップコンバータ３０と送信アンテナ１０４を有し、ミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cと周波数配列器３０４でミリ波帯無線送信装置を構成している。また、上記ミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cは、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０を有している。上記ミリ波帯受信機４５aと周波数逆配列器３０５aでミリ波帯無線受信装置を構成し、ミリ波帯受信機４５bと周波数逆配列器３０５bでミリ波帯無線受信装置を構成し、ミリ波帯受信機４５cと周波数逆配列器３０５cでミリ波帯無線受信装置を構成している。
【００５６】
この第２実施形態の無線ＬＡＮシステムでは、無線ＬＡＮ回線の信号を入力信号波１０８aとして使用する場合について述べる。下り回線をミリ波帯で受信し、とくに長い時間占有するストリーム系の連続データは、チャンネル不足しやすい。とくに、２.４ＧＨz帯や５ＧＨz帯の周波数帯の場合、多くの人数で使用することが困難であるが、ミリ波帯を用いることによってチャンネル数を増加させることが可能であり、多くの利用者が夫々チャンネルを占有することが可能となる。ただし、この場合は、入力信号側１０８aで、予めミリ波帯に周波数アップコンバートして利用できるように、複数の無線ＬＡＮ装置３０３a,３０３b,…,３０３zからの信号(無線信号または中間周波信号)を、周波数再配列器３０４により、周波数配列しておく必要がある。上記周波数配列された入力信号波１０８aは、３分配され、夫々アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a,３５b,３５cによりミリ波帯に周波数アップコンバートして無線伝送する。
【００５７】
一方、受信側では、アンテナ一体化されたミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cにより受信され、周波数アップコンバートされた入力信号波１０８bは夫々、周波数逆配列器３０５により、もとの無線ＬＡＮ周波数の信号(無線周波信号またはＩＦ信号)に周波数逆配列され、夫々無線ＬＡＮ装置３０６a,３０６b,…,３０６zに接続されて、信号処理されて携帯機器５０a,５０b,５０cに接続される。ここでは、夫々、３つのミリ波帯受信機４５a,４５b,４５cおよび、３つの周波数逆配列器３０５a,３０５b.３０５cと３つの無線ＬＡＮ装置３０６a,３０６b,３０６cを独立に用いたが、１つのミリ波帯受信機４５aと周波数逆配列器３０６aにより無線ＬＡＮ信号を生成し、一台からの周波数逆配列信号を各無線ＬＡＮ装置３０６a,３０６b,３０６cに接続しても構わない。
【００５８】
上記第２実施形態のシステム構成することにより、多チャンネルのＴＶ放送波や複数の無線ＬＡＮ信号波を、各個人の携帯機器に配信することが可能となり、多くの利用者が１度に多くチャンネルの中から、個人に合ったＴＶ映像・音声情報、データ放送等、インターネットからの情報を携帯機器で選局・受信することが可能となる。
【００５９】
このように、上記無線ＬＡＮシステムでは、第１実施形態のＴＶ信号無線システムと同様に、送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化された複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cの送信アンテナ１０４が異なった方位角(θa,θb,θ)または異なった仰角(φa,φb,φc)で夫々配置されたＴＶ信号無線システムを構成することによって、ミリ波帯において広い無線伝送エリアが得られ、低損失でかつ十分な伝送距離が確保することができる。
【００６０】
また、上記送信アンテナ１０４の放射方向を夫々変えた複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cを屋内空間の一点に配置しているため、１つの送信部から複数のアンテナを介して送信するよりも送信パワーを大きくすることができる。
【００６１】
また、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cが送信アンテナ１０４と送信部(ミリ波帯アップコンバータ３０を含む)が一体化されているため、送信アンテナ１０４とミリ波帯アップコンバータ３０との間の給電線路の損失を小さくできると共に、給電線路部からの放射を無くすことが可能である。また、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５c自体が、図３,図４に示すように、独立に２軸方向(φ方向,θ方向)に回転可能なため、自由に伝送エリアを設定することが可能である。
【００６２】
また、上記ミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cが受信アンテナ１１２と受信部(ミリ波帯ダウンコンバータ４０を含む)が一体化されているため、受信アンテナ１１２とミリ波帯ダウンコンバータ４０との間の給電線路の損失を小さくできる。
【００６３】
さらに、アンテナ一体化されたミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cは、図４に示すように、長方形面にマイクロストリップパッチアンテナ４０２が形成されるため、平面上に効率良く多くのパッチアンテナを配置することが可能となり、アンテナ自体の利得を大きくとることができ、伝送距離を大きくすることができる。
【００６４】
また、屋内空間において、複数のミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cと、ミリ波帯ダウンコンバート機能を有するミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cを用いて無線ＬＡＮシステムを構築することによって、ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cとミリ波帯受信機４５a.４５b,４５cとの間のアンテナの位置合わせをする必要がなくなる。
【００６５】
ここで、上記携帯機器５０として、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤ等を用いることによって、ディスプレイ動画表示機能を利用して、ＴＶ映像・音声を受像することが可能となる。
【００６６】
さらに、上記ミリ波帯送信機３５a.３５b,３５cがビルディング内や地下街等の屋内または自動車,電車等の移動体内部に配置されることによって、これまで電波が遮蔽される屋内や移動体内部でも、各個人が携帯機器によりＴＶ映像・音声情報、データ放送等の情報を選局・受信することができる。
【００６７】
また、無線ＬＡＮ装置の無線(またはＩＦ)信号をミリ波帯に周波数アップコンバートすることにより広帯域を有するミリ波帯を利用して無線伝送するため、多くの情報の中から、個人に合ったＴＶ映像・音声情報、データ放送等の情報を携帯機器で選局・受信することが可能となる。
【００６８】
この第２実施形態では、図２に示すように、送信ブロック３６を屋内空間９０の上部に配置したが、天井や照明器具に配置しても構わない。
【００６９】
また、上記第２実施形態では、公共空間の待合室の例に無線ＬＡＮシステムを構築することで説明したが、自動車や電車等の移動体内部でもシステム構築可能であることは言うまでもない。
【００７０】
さらに、上記ミリ波帯の送信ブロック３６には、ＴＶ放送のみならず、その地域で使われていない空チャンネルにその場所オリジナルのビデオ映像をＴＶ信号用変調器で変調し、上記送信ブロック３６に多重化して、ミリ波帯受信機４５で受信し、携帯機器５０a,５０b,５０cで、空チャンネルを用いて、その場用のオリジナルな情報を受信するような構成も可能である。例えば病院や駅の待合室等で使用するのであれば、その病院や駅の案内情報等をビデオ映像化し、図５に示すミリ波帯無線通信システムの構成でミリ波無線伝送するような利用も可能である。
【００７１】
図６は上記第１,第２実施形態のミリ波帯無線通信システムに用いられるミリ波帯送信機３５とミリ波帯受信器４５の構成を示している。ここでは、第１実施形態のＴＶ信号無線システム(図１に示す)における動作について説明する。
【００７２】
上記ミリ波帯送信機３５では、ＴＶアンテナ２０(図１に示す)により受信された入力信号波１０８aが屋内のアンテナ端子１００(図１に示す)を介して入力端子１１に入力され、バンドパスフィルタ１２により入力信号波１０８aのみが濾波され、増幅器１３により所定のレベルに増幅する。そうして、増幅された入力信号波１０８aを第１の周波数ミキサ１４により周波数アップコンバートし、バンドパスフィルタ１５により所望波のみを取り出し、取り出された上記所望波は、増幅器１６により増幅され、リミッタ１７によりレベルが制限された後、第２の周波数ミキサ２８により周波数アップコンバートされる。そして、フィルタ２６により所望波のみを取り出し、送信用増幅器２７により増幅した後、アンテナ１０４より無線信号波１１１を送信する。
【００７３】
一方、上記ミリ波帯受信器４５では、受信アンテナ１１２により受信された無線信号波１１１は、受信用増幅器４７により増幅された後、所望の信号波のみをフィルタ４６により取り出す。そして、取り出された所望の信号波を周波数ミキサ４８により周波数ダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号波をローパスフィルタ５１に通過させた後、増幅器５１により増幅する。そうして、増幅された入力信号波１０８bは、通常のアンテナ線からのＴＶ信号波と同じ形式となっており、携帯機器５０a,５０b,５０c中のＴＶ受信機能により選局・受像する。
【００７４】
この発明のミリ波帯無線通信システムを説明するために、送信側の周波数アップコンバートと受信側の周波数ダウンコンバートによる周波数の関係について説明する。図７において、ミリ波帯送信機３５に入力されるＴＶ信号波の周波数をｆTVとし、第１の局部発振信号波の周波数をｆLO1とすれば、第１の周波数変換における中間周波数ｆIFは、第１のフィルタ１９で上側側波帯を選択すれば、
ｆIF ＝ ｆTV＋ｆLO1 …………………… (式１)
となる。さらに第２の周波数変換におけるミリ波周波数ｆRFとし、第２の局部発振信号波ｆLO2とし、第２のフィルタ２６で上側側波帯を選択すれば
ｆRF ＝ ｆIF＋ｆLO2
＝ ｆTV＋(ｆLO1＋ｆLO2) ……………… (式２)
となる。
【００７５】
次に、受信側において、受信した無線信号波(周波数ｆRF)に対して、フィルタ４６で上側側波帯を帯域通過させて、ダウンコンバートされた周波数はｆTVであることから、無線信号波の周波数ｆRFは、
ｆRF ＝ ｆLO3＋ｆTV …………………… (式３)
となる。したがって、受信側の局部発振周波数ｆLO3は、
ｆLO3 ＝ ｆLO1＋ｆLO2 ………………… (式４)
となる。これから受信側の局部発振周波数ｆLO3は、送信側の局部発振周波数ｆLO1とｆLO2の和として設定することになり、周波数安定度をΔとして表現すれば、
ΔｆLO3 ＝ ΔｆLO1＋ΔｆLO2 …………… (式５)
となる。受信側の局部発振器の周波数安定度ΔｆLO3に対して、送信側では、周波数安定度２つの局部発振器の周波数安定度の和となるため、受信側の局部発振器の周波数安定度ΔｆLO3と送信側の２つの局部発振器の周波数安定度の和(ΔｆLO1＋ΔｆLO2)が同等になることが必要である。そのためには、送信側の局部発振器を位相同期発振器(ＰＬＯ(Phase Locked Oscillator)発振器)とし、ＰＬＯの基準信号源の温度補償型水晶発振器ＴＣＸＯ(Temperature Compensated Crystal Oscillator)１９aで第１の局部発振器１８と第２の局部発振器２５を動作させることにより２つの局部発振器は同期するため、送信側の周波数安定度のレベルを実質的に受信側局部発振器の周波数安定度ΔｆLO3のレベルと同等にすることが可能となる。
【００７６】
なお、ここでは、ＴＶ信号波(特にＶＨＦ帯・ＵＨＦ帯)は、周波数範囲がｆTV＝９０ＭＨz〜７７０ＭＨzの範囲にあるため、送信側を２段階で周波数アップコンバートし、この第１,第２実施形態では、不要波となる下側側波帯信号波(周波数ｆLO2−ｆTV)と局部発振信号(周波数ｆLO2)の漏れを除去するために、送信側で中間周波数帯に一旦周波数アップコンバートし、中間周波数信号(周波数ｆIF＝ｆLO1＋ｆTV)を生成し、バンドパスフィルタ１５で除去したあと、もう一度周波数アップコンバートして、ミリ波帯に上昇させる。これによって、周波数ミキサ２８で周波数変換時に生ずる下側側波帯の周波数ｆLO2−ｆIFと局部発振周波数ｆLO2が、上側側波帯周波数帯の周波数ｆRFと大きく離れてくるため、バンドパスフィルタ２６で、これら不要波を除去することが容易にできる。さらに、周波数アップコンバート・周波数ダウンコンバート時に生ずる送信側周波数ミキサ２８,受信側周波数ミキサ４８には、局部発振波のもれをさらに小さくするためにアンチパラレルダイオード型のバランスド型周波数ミキサを使用し、局部発振周波数ｆLO2,ｆLO3のRF側への漏れ信号を抑圧している。
【００７７】
加えて、ミリ波帯に周波数アップコンバートおよび周波数ダウンコンバートするときに用いる局部発振器の周波数安定度を高めるために、送信側,受信側ともに局部発振器を位相同期発振器(ＰＬＯ)とし、送信側の第１,第２の発振器１５,２５および受信側の第３の局部発振器５５の基準発振器として温度補償型水晶発振器(ＴＣＸＯ)１９a,１９bを使用する。
【００７８】
さらに、第２の周波数変換時に、送信側で完全に除去できなかった微少な下側側波帯の信号波[周波数ｆLO2−(ｆLO1±ｆTV)]が雑音成分となるが、受信側では、無線信号波の周波数ｆRFからＴＶ信号波の周波数ｆTVに１回で周波数変換しているため、受信側の周波数変換時の下側側波帯周波数[周波数ｆLO3−(±ｆTV)]と重なることがなく、最終的に周波数ダウンコンバートされた入力信号波１０８bのｆTV成分には、下側側波帯[周波数ｆLO2−(ｆLO1±ｆTV)]の雑音成分は含まれず、良好な受信映像特性を得ることができる。
【００７９】
このように、送信側では２回の周波数変換によりＴＶ信号波からミリ波帯信号波に周波数変換し、受信側で１回の周波数変換でミリ波帯信号波からＴＶ信号波に周波数変換することと、周波数変換器にアンチパラレルダイオードペア型のバランスドミキサを使用することによって、雑音の少ないクリアな受信映像特性を得ることができる。さらに、局部発振器１８,２５および５５に位相同期発振器(ＰＬＯ)と温度補償型水晶発振器１９a,１９bを使用し、送信側では、２つの局部発振器１８,２５で１つの温度補償型水晶発振器１９aを共有化して同期させているために、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明のミリ波帯無線送信装置およびミリ波帯無線受信装置およびミリ波帯無線通信システムによれば、例えば、屋内のＴＶアンテナ線または無線ＬＡＮが接続される回線(または無線ＬＡＮが接続されているネットワーク回線)は、各ＴＶ受信手段を有する端末と接続するところで無線化され、ミリ波帯送信機／ミリ波帯受信器間のアンテナの精密な位置合わせをしなければならないという課題を解決することができ、かつ広い範囲で無線伝送を行うことができる。したがって、屋内等のＴＶ放送用の電波が遮蔽される場所で、かつ、多人数が集まる公共空間では、ＴＶ受信手段を有するノートパソコン、情報携帯機器、携帯電話、ビデオカメラ、カーナビゲーション、ＤＶＤプレーヤ等によって、多チャンネルの中から、無線でＴＶ情報等を選局・受信することができる。また、これまでチャンネル数に制限のあった無線ＬＡＮ信号も、ミリ波帯を用いることによりチャンネル数を大幅に増やすことができる。
【００８１】
さらに、地上波放送波、衛星放送波、ケーブルＴＶ、ＦＭ放送等の信号波の無線伝送に、広い帯域を利用できるミリ波帯を使用して無線伝送するため、多くの情報中から複数の人がＴＶ映像,音声情報およびデータ放送等の情報を電子機器を用いて選局・受信することができる。
【００８２】
また、送信側と受信側の両方で局部発振器に位相同期発振器と温度補償型水晶発振器を使用し、送信側では２つの局部発振器で１つの温度補償型水晶発振器を共有化して同期させているために、周波数安定度の優れた受信映像特性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の第１実施形態のミリ波帯無線送信装置を用いたＴＶ信号無線システムの構成図である。
【図２】 図２は上記ＴＶ信号無線システムを屋内空間で用いた場合の平面図である。
【図３】 図３は上記ＴＶ信号無線システムのミリ波帯送信機の配線と配置を説明する概略図である。
【図４】 図４は上記ＴＶ信号無線システムのミリ波帯送信機の配線と配置を説明する詳細配置図である。
【図５】 図５はこの発明の第２実施形態のミリ波帯無線送信装置を用いた無線ＬＡＮシステムの構成図である。
【図６】 図６は上記第１,第２実施形態のミリ波帯送信機とミリ波帯受信器の構成図である。
【図７】 図７は従来のＴＶ信号受信システムの構成図である。
【図８】 図８は従来のミリ波アンテナの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１４…第１の周波数ミキサ、
１８…第１の局部発振器、
１９a,１９b…温度補償型水晶発振器、
２０…ＴＶアンテナ、
２５…第２の局部発振器、
２６…バンドパスフィルタ、
２７…送信用増幅器、
２８…第２の周波数ミキサ、
３０…ミリ波帯アップコンバータ、
３５…ミリ波帯送信機、
３５a,３５b,３５c…ミリ波帯送信器、
３６…送信ブロック、
４０…ミリ波帯ダウンコンバータ、
４５…ミリ波帯受信機、
４６…バンドパスフィルタ、
４７…受信用増幅器、
４８…周波数ミキサ、
５０…携帯機器、
５５…第３の局部発振器、
６０…電子機器、
７０…電波の送信方向、
９０…屋内空間、
９１…椅子、
１００…アンテナ端子、
１０４…送信アンテナ、
１０８a、１０８b…入力信号波、
１１１…無線信号波、
１１２…受信アンテナ、
２００…放射方向を示す矢印、
３００…ＬＡＮ回線、
３０２…リピータ／ハブ、
３０３a,３０３b〜３０３z,３０６a,３０６b３０６c…無線ＬＡＮ装置、
３０４…周波数配列器、
３０５a,３０５b,３０５c…周波数逆配列器、
４００…回転体、
４０１…支柱、
４０２…マイクロストリップパッチアンテナ。
Claims (11)
- アンテナと送信部が一体化された複数のミリ波送信手段を備えたミリ波帯無線送信装置であって、
上記複数のミリ波送信手段の夫々は、上記送信部により入力信号波をミリ波帯に周波数アップコンバートして、その周波数アップコンバートされたミリ波帯の同一無線信号波を上記アンテナを介して１または２以上の受信側の装置に送信すると共に、
上記複数のミリ波送信手段の各アンテナの方位角または仰角の少なくとも一方が異なるように上記各アンテナを配置することによって、上記無線信号波のアンテナ放射パターンを広げていることを特徴とするミリ波帯無線送信装置。 - 請求項１に記載のミリ波帯無線送信装置において、
上記ミリ波送信手段が屋内または移動体内に配置されたことを特徴とするミリ波帯無線送信装置。 - 請求項１または２に記載のミリ波帯無線送信装置において、
上記ミリ波送信手段から送信されるミリ波帯の無線信号波は、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられていることを特徴とするミリ波帯無線送信装置。 - 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のミリ波帯無線送信装置において、
上記ミリ波送信手段は、ビデオ映像信号と音声信号を変調して、テレビジョン放送波の空チャンネルに多重化したテレビジョン信号波を周波数変換することによりミリ波帯の無線信号波として送信することを特徴とするミリ波帯無線送信装置。 - 請求項１乃至４のいずれか１つに記載のミリ波帯無線送信装置において、
上記ミリ波送信手段に用いられる周波数アップコンバータは、アンチパラレルダイオード型の周波数変換器であることを特徴とするミリ波帯無線送信装置。 - 請求項５に記載のミリ波帯無線送信装置において、
上記周波数アップコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いたことを特徴とするミリ波帯無線送信装置。 - 請求項１乃至６のいずれか１つに記載のミリ波帯無線送信装置から送信された無線信号波を受信するミリ波帯無線受信装置であって、
アンテナと受信部が一体化されたミリ波受信手段を備えたことを特徴とするミリ波帯無線受信装置。 - 請求項７に記載のミリ波帯無線受信装置において、
上記アンテナに受信されるミリ波帯の無線信号波が、周波数分割された複数の周波数帯に夫々異なるチャンネルが割り当てられているとき、上記ミリ波受信手段により上記無線信号波を周波数変換して得られた信号波の複数の周波数帯に割り当てられたチャネルの少なくとも１つを選択することを特徴とするミリ波帯無線受信装置。 - 請求項７または８に記載のミリ波帯無線受信装置において、
上記ミリ波受信手段に用いられる周波数ダウンコンバータは、アンチパラレルダイオード型の周波数変換器であることを特徴とするミリ波帯無線受信装置。 - 請求項９に記載のミリ波帯無線受信装置において、
上記周波数ダウンコンバータ用の局部発振器の基準信号源として温度補償型水晶発振器を用いたことを特徴とするミリ波帯無線受信装置。 - 請求項１乃至６に記載のいずれか１つのミリ波帯無線送信装置と、請求項７乃至１０に記載のいずれか１つのミリ波帯無線受信装置を夫々備えた複数の電子機器とを備えたことを特徴とするミリ波帯無線通信システム。
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