JP4040768B2 - アンテナ指向性制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、無線ＬＡＮ通信システムにおける基地局と端末局との間の通信に使用される送信装置と受信装置のアンテナ指向性を制御するアンテナ指向性制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、オフィス等の屋内空間において無線でデータ伝送を行う場合、天井、床、壁、什器類など様々な場所で電波が反射しマルチパス波を生じる。これらのマルチパス波はその伝搬経路長の違いから直接波に対する遅延波として現れ、無線データ伝送における信号劣化要因の１つとなっている。特に、データの伝送速度が速くなると遅延波の遅延時間が伝送データの１ｂｉｔ時間内に入り込んできて直接波との分離が困難となってくる。
【０００３】
このようなことから、例えば、特開平９−７４３７５号公報では、可変指向性アンテナのビーム方向を制御することによって不要な反射遅延波の到来方向に対してアンテナ利得が小さくなるように制御する方法を取っている。すなわち、図２２に示すように、基地局１は最大放射方向の異なる複数のビーム＃１〜＃ｎを形成してアンテナ１ａから送信を行い、端末２にはそのビームの中の幾つかが到達する。基地局１の放射するビームはビーム径が小さく利得が高いものであり、これらのビームは複数が同時に形成されても、また、時分割により順次形成されてもよい構成になっている。そして、各ビームから送信される信号にはどのビームによって送信されたのかを識別することができる情報が含まれている。
【０００４】
端末２は、基地局１から送信される信号を広角の指向性を持つアンテナ２ａで受信し、その信号がどのビームによって送信されてきたものであるのかを識別する手段を備えている。例えば、タイムスロット中にビーム番号情報が含まれている場合には、その情報を識別できるように構成され、また、ビーム番号と周波数が関係付けられている場合には、受信された信号の周波数によりビーム番号を識別できるように構成されている。端末２は複数のビームの信号を受信することができ、その中で所定の評価基準に従って最も都合の良い信号を受信するようになっている。
【０００５】
このときの評価基準としては、 (1)、到達したビーム信号の中で受信信号強度が最大となるものを選択して受信する、 (2)、到達したビーム信号の中で受信信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が最大となるものを選択して受信する、 (3)、 (2)のＳ／Ｎ比の代わりに、搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ比）を用いる、 (4)、 (2)のＳ／Ｎ比の代わりに、誤り訂正機能における誤り訂正量により信号の善し悪しを判断し最も状態の良い信号を選択する、を設定している。
【０００６】
このような評価基準に基づいて、端末２は受信したビームの中から最も良好な受信状態であったビーム番号ｊを選択し、この選択したビーム番号ｊを広角ビームを持つ送信アンテナ２ａを用いて送信する。基地局１は、端末２から送信されたビーム番号ｊを受信する。このときの受信は送信時に用いたアンテナとは別の広角ビームを持つ受信アンテナで行う。このようにして基地局１は端末２に対して最も良好な通信を可能とするアンテナビーム番号ｊを知ることになる。この後、基地局１から端末２に対して送信するデータ信号はｊ番目のアンテナビームを用いて行われるので、基地局１と端末２の間に最も状態の良い通信路が形成される方向にのみ電波が放射される。また、不要な反射波を生ずる方向に対しては電波は放射されない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の無線通信システムでは、基地局が形成する複数ビームとしてビーム幅を可変できる構成にはなっていない。このため、無線通信システムの設置される場所が反射物体の非常に多い環境であった場合、これに対して予め用意するビームのビーム径が十分小さいものでないと予定した効果が得られないという問題が生じる。
【０００８】
また、逆にビーム径が小さくて望ましくない結果をもたらす場合もある。例えば、位置が移動しない電波反射物の数はさほど多くないが、通行人が多数存在するような環境下では、通信経路が通行人によって遮断される確率が高くなる。このような電波伝搬環境下においてはビームのビーム径が小さいと電波の通信経路が通行人によってしばしば遮断され、通信が頻繁に途絶してしまうという問題が生じる。
さらには、時間の移り変わりとともに電波伝搬環境が変動するような場合もあり、このような場合には時間経過とともに通信状態が良くなったり悪くなったりする問題が生じる。
【０００９】
そこで、請求項１記載の発明は、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できるアンテナ指向性制御システムを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、送信装置と受信装置とからなるアンテナ指向性制御システムにおいて、送信装置は、多重伝搬路における電波伝搬遅延時間を求めるための計測信号を生成する計測信号生成手段と、この計測信号生成手段からの計測信号をアンテナを介して送出する送信手段とを備え、受信装置は、アンテナ指向性のビーム径の異なる複数の指向性アンテナと、この各指向性アンテナから１つを選択して受信信号を取込むアンテナ選択手段と、このアンテナ選択手段が受信信号として取込んだ計測信号を直接波と遅延波に分離し、この直接波と各遅延波成分との遅延時間を求める計測手段と、この計測手段が求めた直接波と各遅延波成分との遅延時間の広がりを演算し、その演算結果をアンテナ制御手段に送出する演算手段とを備え、アンテナ制御手段は、演算手段からの演算結果に基づいて各指向性アンテナのうちのどのアンテナを使用するか決定し、アンテナ選択手段を制御することにある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、この実施の形態はこの発明を百貨店、スーパマーケット、ホームセンタ等の大規模小売店や一般の小売店などの店舗に設置するＰＯＳ（ポイント・オブ・セールス）システムに適用したものについて述べる。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、ＰＯＳシステムの要部構成を示す図で、１１はシステム全体を制御し、かつ、商品価格等のデータファイルを備えたＰＯＳシステム制御装置、１２は無線基地局で、これらは通信ケーブル１３を介して接続している。前記ＰＯＳシステム制御装置１１は店舗における事務所等に設置され、また、前記無線基地局１２は天井に取付けられ、この無線基地局１２のアンテナ１４は指向性を可変できる構造になっており、天井から顔を出すような形で設置されている。また、前記通信ケーブル１３は天井裏等に配線され、店舗内からは見ることができないように配置されている。
【００１７】
１５は商品販売データの登録等を行うＰＯＳ端末装置、１６はこのＰＯＳ端末装置１６に取付けた無線端末局で、前記ＰＯＳ端末装置１５は台１７の上に載置されて例えば店舗内の出入口に近い側に設置されている。前記無線端末局１６のアンテナ１８は前記無線基地局１２のアンテナ１４と同様、指向性を可変できる構造になっている。
店舗内には、商品を陳列するための商品陳列棚１９や冷蔵ケース２０、その他店舗内における比較的大型の備品類に代表される什器類等が設置されている。また、店舗内には買い物をする顧客２１が移動している。
【００１８】
前記商品陳列棚１９、冷蔵ケース２０及び台１７等は前記無線基地局１２と無線端末局１６との間での電波の送受信に際して不要な反射波の発生源となる。また、顧客２１はその存在場所によって無線基地局１２と無線端末局１６との間の通信路を遮断する障害物として作用したり、商品陳列棚１９や冷蔵ケース２０などのように不要な反射波の発生源として作用する二面性を持っている。
【００１９】
図２は、前記無線基地局１２及び無線端末局１６の構成を示すブロック図で、これらは送信装置３０、受信装置４０を備えている。前記送信装置３０はアンテナ３１、このアンテナ３１を接続した送信手段３２及びこの送信手段３２に接続し計測信号を生成する計測信号生成手段３３を設け、この計測信号生成手段３３が生成する計測信号を前記送信手段３２及びアンテナ３１を介して送信するようになっている。
【００２０】
前記受信装置４０は、可変指向性受信アンテナ４１、この可変指向性受信アンテナ４１を制御するアンテナ制御手段４２及びこのアンテナ制御手段４２における制御量を求める処理装置４３を備えている。前記可変指向性受信アンテナ４１は、複数のアンテナ素子４４-1，４４-2，４４-3，４４-4とこの各アンテナ素子４４-1〜４４-4に対する振幅と位相を制御する励振ウェイト制御部４５で構成している。前記処理装置４３は、信号検出手段４６、計測手段４７、演算手段４８で構成している。
【００２１】
前記信号検出手段４６は、前記可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５からの出力信号線４９に出力される受信信号を取込み、この受信信号が計測信号であるか否かを判定し、計測信号であることを判定したときには前記アンテナ制御手段４２に対して初期化信号を出力するようになっている。前記アンテナ制御手段４２は初期化信号を取込むと直ちに前記励振ウェイト制御部４５に対する制御量を書換え、前記可変指向性受信アンテナ４１における各アンテナ素子の合成指向性のビーム径がこのアンテナの持ち得るビーム径のうち最も広いものになるように制御するようになっている。
【００２２】
前記計測手段４７は、前記可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５からの出力信号線４９に出力される受信信号を取込み、前記送信装置３０から送信される計測信号を受信し、この計測信号より受信到来波を直接波と遅延波とに分離し、分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測し、その結果を前記演算手段４８に供給するようになっている。前記演算手段４８は、各遅延波成分の遅延時間の広がりを演算し、その演算結果を前記アンテナ制御手段４２に供給するようになっている。前記アンテナ制御手段４２は、演算手段４８からの演算結果に基づいて前記可変指向性受信アンテナ４１の制御量を決定するようになっている。
【００２３】
前記信号検出手段４６における計測信号の検出方法としては次の方法がある。
例えば、前記送信装置３０から計測信号を送信する際に、この計測信号の送出に先だってユニークワード信号を含むヘッダー信号を送出し、信号検出手段４６では当該ユニークワードを受信したかどうかを常に監視する。そして、ユニークワードを検出すると、それに引き続いて計測信号が到来するものとして前記可変指向性受信アンテナ４１の指向性ビーム径が最大となるように制御する。
【００２４】
また、計測信号自体に自己相関値の大きな信号を用いることでこの計測信号をユニークワードとして用いる。この場合、計測信号を複数回送信し、１回目の計測信号を検出した時点で、前記可変指向性受信アンテナ４１の指向性ビーム径を最大とする初期化処理を行い、２回目以降に送信されてくる計測信号を用いて直接波と遅延波の遅延時間を計測し、遅延時間の広がりを計算する。
【００２５】
前記可変指向性受信アンテナ４１は、いわゆるフェーズドアレーアンテナになっている。このアンテナの特性は、各アンテナ素子４４-1〜４４-4の特性を合成したものとして現れる。前記各アンテナ素子４４-1〜４４-4は、例えば、平面パッチアンテナで構成されているが、特にこれに限定されるものではない。
【００２６】
前記各アンテナ素子４４-1〜４４-4に対する励振ウェイト（振幅と位相）を変更することにより、それらの合成特性として現れるアンテナの受信指向特性を制御することができ、従って、ビーム方向やビーム径及び利得の変更等を比較的容易に行うことができる。
【００２７】
この可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５は、図３に示すように、各アンテナ素子４４-1〜４４-4毎に設けられた励振振幅を設定する可変振幅の可変増幅器５０-1、５０-2、５０-3、５０-4と励振位相を設定する移相器５１-1、５１-2、５１-3、５１-4と信号合成器５２とからなり、前記各アンテナ素子４４-1〜４４-4が受信した信号は、それぞれ前記可変増幅器５０-1、５０-2、５０-3、５０-4と移相器５１-1、５１-2、５１-3、５１-4によって各アンテナ素子毎に異なった励振ウェイトの重み付けが行われた後、前記信号合成器５２で合成されるようになっている。そして、前記信号合成器５２で合成された出力信号は出力信号線４９より出力され、前記処理装置４３の計測手段４７に励振ウェイト計算の入力値として供給されるとともに、後段の復調回路（図示せず）に供給されて受信データの復調が行われる。
【００２８】
なお、前記可変増幅器５０-1〜５０-4としては、利得可変の増幅器であっても、増幅器に可変減衰器を組み合わせたものであってもよい。
このような構成の受信装置４０では、アンテナ制御手段４２による励振ウェイトの変更により、可変指向性受信アンテナ４１のビーム方向、ビーム径、利得等を変更することができる。すなわち、受信装置４０の各アンテナ素子４４-1〜４４-4が送信装置３０から無線送信される信号を受信すると、信号検出手段４６がその受信信号が計測信号であるか否かを検出する。もし、計測信号であればアンテナ制御手段４２に初期化信号を出力し、これにより、アンテナ制御手段４２は可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５を制御し、アンテナの合成指向性のビーム径が最大となるように設定する。こうして可変指向性受信アンテナ４１は引き続いて計測信号を確実に受信するようになる。このように、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。
【００２９】
そして、受信した計測信号を計測手段４７が取込み、受信波を直接波と遅延波とに分離し、この分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測する。そして、計測した結果を演算手段４８に供給し、演算手段４８は計測結果から各遅延波成分の遅延時間の広がりを演算し、その演算結果をアンテナ制御手段４２に供給する。これにより、アンテナ制御手段４２は可変指向性受信アンテナ４１の制御量を決定し、その制御量に応じて可変指向性受信アンテナ４１の受信指向特性を可変する。
【００３０】
そして、受信装置４０は計測信号に引き続いて送信装置３０からデータ等の受信信号を受信するようになる。このように、可変指向性受信アンテナ４１のアンテナ指向性のビーム径を各遅延波成分の遅延時間の広がりの程度に従って可変できるので、装置が設置される周辺の電波伝搬環境に適したビーム径を自動的に選択して無線通信することができる。従って、例えば、屋内無線通信において、什器類が多数設置されているために多くの反射波、すなわち、多重遅延波が存在する環境下の場合には、アンテナのビーム径を絞って遅延波の影響を低減した状態で無線通信ができる。このように、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定でき、従って、データ通信における誤り率を改善することができる。
【００３１】
次に、計測信号とこの計測信号によって前記計測手段４７が受信到来波から直接波と各遅延波成分との遅延時間の広がりを測定する方法について説明する。
空間電波伝搬特性を解明するための評価パラメータとして、遅延プロファイルがある。例えば、屋内での電磁波によるデータ伝送を実現しようとすると、送受信点間の見通し経路を直接到達する直接波の外に、電波伝搬経路の途中で、例えば壁面や床面，天井面や什器類等で電波が反射することにより発生する反射も一緒に受信点に到達する。このような反射波は、直接波に比べて長い伝搬経路を経由して受信点に到達するため、受信点への到達時刻は直接波よりも後になり、直接波に対する遅延波として現れる。
【００３２】
遅延プロファイルの計測方法には、無変調波を周波数掃引する方法や鋭い自己相関特性を有する擬似雑音（ＰＮ）で拡散された信号を送信し、受信側では送信ＰＮ信号のレプリカとの相関を取って逆拡散する方法（以下、パルス圧縮法と称する。）等がある。
【００３３】
無変調波を周波数掃引することによって電波の遅延プロファイルを測定する方法は、例えば、測定器としてネットワーク・アナライザを用いることで比較的簡単に遅延プロファイルを測定することができる。これは、直接波のみしか電波が到来しないような電波伝搬環境（電波暗室など）でアンテナや測定系のケーブル等まで含めて測定基準値を測定し、しかる後に、反射波すなわち遅延波が存在する電波伝搬環境にて、同じ測定系を用いて伝搬環境の周波数特性を求めるものである。そして、求まった周波数特性にフーリエ逆変換を施すことにより、時間領域の情報、すなわち、遅延プロファイルを求めることができる。
【００３４】
このようにして求めた屋内空間における遅延プロファイルの計測事例を示すと、例えば、図４や図５に示すようになる。図４及び図５において、横軸は電波（直接波と遅延波）の到来時刻を、縦軸は受信信号の相対レベルを示している。横軸は一番左側の縦軸との交点が遅延時間ゼロの基準時刻、すなわち、送信時刻を示している。縦軸の受信レベルは送信レベルを基準として表示しており、一番上の目盛りが送信時の信号レベル、すなわち、減衰量ゼロのレベルとなっている。また、各遅延時間における受信レベルはこの減衰量ゼロレベルに対する相対値として示している。
【００３５】
図４は、例えば、電波の反射が比較的少なく、また、人通もほとんどないような環境下において測定した遅延プロファイルの一事例である。この事例においては１〜４ＧＨｚの周波数で掃引を行っている。図中、最も到来時刻が早い波ｍ1 が直接波であり、それ以外は全て遅延波である。この事例では比較的反射物が少なかったため、直接波ｍ1 より僅かに遅れて到来する遅延波ｍ2 と、遅延波ｍ3 が比較的大きなレベルの信号として観測されるが、それ以外にはほとんど遅延波は観測されない。なお、レベルＬ未満の信号は測定系の測定限界未満となっているので、ｍ4 のような遅延波は実際には測定されない。
【００３６】
また、図５は、例えば、比較的狭い空間内に電波を反射する什器類が多数配置されている環境下において測定した遅延プロファイルの一事例である。この事例の場合も１〜４ＧＨｚの周波数で掃引を行っている。この事例ではｎ1 が直接波でｎ2 が遅延波である。測定結果は図４の場合に比べて明らかに遅延波の広がりが増大しており、また、直接波と反射波のレベル差も小さいものになっている。
【００３７】
このようにして遅延プロファイルを計測することにより、本装置が設置されている電波伝搬環境が良好であるか否かが分かる。遅延波が広い範囲に広がっていたり、また、遅延波の電力が直接波の電力に比べて比較的大きなレベルにある場合には、遅延波が直接波に対する妨害として深刻な影響を及ぼす。特に、無線データ伝送速度が速い場合は遅延波の影響が大きくなる。
【００３８】
遅延波は電波の伝搬経路の長さの違いによって生じるものであるから、直接波の到来方向と遅延波の到来方向は一般的には異なる。この特徴を利用して受信側のアンテナに可変指向性アンテナやセクタアンテナを用いて反射波の到来方向には受信感度を鈍くすることにより受信状態を改善することができる。
【００３９】
次に、パルス圧縮法を用いて遅延プロファイルを求める具体例について述べる。
図６に示すように、送信装置３０の計測信号発生手段３３は、最長線形符号系列信号発生器で構成され、最長線形符号系列（maximum length linear codes ；以下、ｍ系列と称する。）の計測信号を発生する。このｍ系列の信号は通信や測距の分野で一般的に使用される符号系である。このｍ系列信号は、シフトレジスタ又は遅延素子とその複数個の段の状態の論理的結合をシフトレジスタ又は遅延素子の入力へ帰還する論理回路とで発生することができる。
【００４０】
例えば、符号長が１０２３ビットのｍ系列符号のうちの１つは、図７に示す回路によって実現できる。この回路は、多段のシフトレジスタ３４０〜３４９と、排他的論理和回路３５０とで構成され、例えば、シフトレジスタ３４６とシフトレジスタ３４７との間に前記排他的論理和回路３５０を挿入し、この排他的論理和回路３５０にシフトレジスタ３４６からの信号と最終段のシフトレジスタ３４９からの信号を入力し、その排他的論理和回路３５０からの出力信号をシフトレジスタ３４７に入力している。また、最終段のシフトレジスタ３４９からの信号を初段のシフトレジスタ３４０にも入力している。そして、最終段のシフトレジスタ３４９からｍ系列信号を出力している。
【００４１】
なお、ｍ系列符号は巡回符号であるので、予め符号そのものをメモリに記憶しておき、必要となったときにその内容を順次読み出すという手法を取ることによってｍ系列信号を発生させることも可能である。
【００４２】
このようにして計測信号発生手段３３で生成されたｍ系列信号は、送信手段３２にて、発振器３２１からの周波数ｆc の信号ｆ(t) とミキサー３２２において混合され信号Ｕ(t) としてアンテナ３１から外部に無線送信される。
【００４３】
受信装置４０は、前記送信装置３０からの送信信号Ｕ(t) を可変指向性受信アンテナ４１により受信することになる。そして、信号検出手段４６にて計測信号であることが検出され、計測手段４７のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４７１に知らされる。
【００４４】
前記計測手段４７は、前記マイクロプロセッサ４７１の他、受信信号を位相差０度の成分とこれとは９０度の位相差を持つ成分とに分けて出力するハイブリッド４７２、受信ローカル信号ｆ(t) を発生する発振器４７３、この発振器４７３からの受信ローカル信号ｆ(t) と参照ｍ系列信号ｒ(t) を発生する参照ｍ系列信号発生装置４７４からの参照ｍ系列信号ｒ(t) を混合する第１のミキサー４７５、前記ハイブリッド４７２からの位相差０度の成分と前記第１のミキサー４７５からの信号を混合する第２のミキサー４７６、前記ハイブリッド４７２からの位相差９０度の成分と前記第１のミキサー４７５からの信号を混合する第３のミキサー４７７、前記第２のミキサー４７６からの信号を通過させるローパスフィルタ４７８、前記第３のミキサー４７７からの信号を通過させるローパスフィルタ４７９、前記ローパスフィルタ４７８を通過した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４８０、前記ローパスフィルタ４７９を通過した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４８１及び位相速度制御装置４８２を設けている。
【００４５】
前記位相速度制御装置４８２はマイクロプロセッサ４７１からの制御信号により、前記参照ｍ系列信号発生装置４７４からの参照ｍ系列信号ｒ(t) の位相（周波数を）を制御するとともに、前記発振器４７３からの受信ローカル信号ｆ(t) の周波数を前記送信装置３０の発振器３２１からの発信周波数ｆc からずれないように制御するようになっている。また、前記発振器４７３からの受信ローカル信号ｆ(t) と前記参照ｍ系列信号発生装置４７４からの参照ｍ系列信号ｒ(t) を前記第１のミキサー４７５で混合し、このミキサー４７５からの出力信号を２分配して前記第２、第３のミキサー４７６，４７７にそれぞれ供給している。
【００４６】
このような構成の受信装置４０では、パルス圧縮法により遅延プロファイルの計測を行う。なお、パルス圧縮法による遅延プロファイルの計測方法については、電子情報通信学会・技術研究報告Ａ・Ｐ８７−２６に記載されている。
【００４７】
前記計測信号発生手段３３のｍ系列信号生成回路は、多段のシフトレジスタ３４０〜３４９と、排他的論理和回路３５０とで構成されており、例えば、シフトレジスタの段数をｎ段とすると、この回路によって生成されるｍ系列信号の符号長は、２n −１となる。ｍ系列の符号速度を１／ｔ0 (bps)とすると、ｍ系列信号の周期Ｔは、
【数１】
【００４８】
となる。生成されるｍ系列信号をｓ(t) とすると、その自己相関関数は下式で示される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
上記(2) 式で示される自己相関関数Ｒs （τ）を図に示すと、図８に示すようになる。すなわち、ｍ系列信号の自己相関値は、位相差が０のときにピークレベル２n −１となり、そこから１ビット以上位相がずれるとそのレベルはピークに比べて１／（２n −１）となる。図から明らかなように、ｍ系列信号の符号長をより長くとることにより相関ピークをより大きくすることができ、また、ｍ系列信号信号の符号速度１／ｔ0 (bps) をより速くすることにより測定時間分解能を高くすることができる。
【００５１】
ここで相関ピークが十分大きく、かつ、符号速度も十分速い値に設定した状態であれば、受信側で送信側と同じｍ系列信号を発生し、そのｍ系列信号の位相を制御して符号系列をずらせることにより、伝搬時間に対応した時間位置で鋭い相関波形が得られる。すなわち、伝搬時間が最も短く、かつ、信号レベルが最も大きい直接波が最初に観測され、続いて伝搬時間順に遅延波が観測される。これにより、前述した図４及び図５と同様の計測結果を得ることができる。
【００５２】
次に、遅延プロファイルが計測される原理について説明する。
図６に示すように、送信装置３０はｍ系列符号を周波数ｆc の搬送波を２相位相変調して送信する。このとき、受信装置４０に遅延時間τi ，振幅Ａi 、位相変化φi の多重波が到来すると、受信信号ｖ(t) は次式で示される。
【００５３】
【数３】
【００５４】
図６に示すように、受信装置４０ではハイブリッド４７２により、受信信号を０度成分（Ｉ成分）と９０度成分（Ｑ成分）とに分け、それぞれ送信側のｍ系列信号ｓ(t) と同じであるｍ系列信号と乗積して積分することによって相関をとると、Ｉ，Ｑ成分それぞれの出力ＲI (t) ，ＲQ ( ｔ) は、下式で表される。
【００５５】
【数４】
【００５６】
上記式において、ｒ(t) は、送信装置３０のｍ系列信号ｓ(t) と同じ符号系列を持ち、位相制御されたｍ系列信号である。受信側のｍ系列信号の符号速度を送信側のｍ系列信号の符号速度ｆM ＝１／ｔ0 よりδｆM ずらすことにより連続的に位相を制御することができる。受信側の符号速度をｆM −δｆM とすると、
【数５】
【００５７】
但し、ｋ＝ｆM ／δｆM
上記(6) 式、(7) 式で示されるＩ，Ｑ成分の２乗和平方根を取ることにより、遅延プロファイルＥ(t) を得ることができる。
【００５８】
【数６】
【００５９】
図６の回路構成においては、Ｉ成分に関しては、以下のように処理される。すなわち、受信信号のＩ成分と参照ｍ系列信号ｒ(t) とが、第２のミキサー４７６で掛け合わせられ、その出力をローパスフィルタ４７８で積分することによりＲI (t) が求まる。一方、Ｑ成分に関しては受信信号のＱ成分と参照ｍ系列信号ｒ(t) とが、第３のミキサー４７７で掛け合わせられ、その出力をローパスフィルタ４７９で積分することによりＲQ (t) が求まる。
【００６０】
これら出力の２乗和平方根を、ハードウェアにより求める方法もあるが、図６では、ＲI (t) ，ＲQ (t) をＡ／Ｄ変換器４８０，４８１でそれぞれＡ／Ｄ変換した後、マイクロプロセッサ４７１に取り込み、上記(8) 式の計算を行うことによって遅延プロファイルＥ(t) を求める。
【００６１】
このような構成によって、マイクロプロセッサ４７１で求められる遅延プロファイルＥ(t) をグラフ化すると、図４及び図５のようになる。受信装置側の参照ｍ系列信号ｒ(t) の周波数は、送信装置側のｍ系列信号ｓ(t) に対して、δｆM だけずれている。従って、図４及び図５のような遅延プロファイル波形は、掃引周期（δｆM ）-1毎に現れるということになる。
【００６２】
このように、遅延プロファイルの違いより求めることができる遅延波の広がり状態によって指向性アンテナのビーム径を制御できる。
次に、その制御方法に関して説明する。
【００６３】
図４及び図５のような遅延プロファイル・データを取得したマイクロプロセッサ４７１は、予め定められた論理に従って遅延波の広がり具合を求める。遅延波の広がり具合の判定方法に関しては、幾つかの方法があるが、代表的な事例について説明する。
【００６４】
なお、説明を簡単にするために、図４及び図５のような遅延プロファイル波形の代表例として図９のような遅延プロファイル・データが得られたものとして説明する。時刻ｔにおける受信レベルがＥ(t) という遅延プロファイル・データが得られたとき、受信電力Ｐは次の式で求めることができる。
【００６５】
【数７】
【００６６】
上記の式中、Ｅ(t) は前記(8) 式によって求めることができる。また、ｔS はＥ(t) が掃引周期内で最初に測定限界レベルを越えた時刻、ｔE はＥ(t) が掃引周期内で最後に測定限界レベル以下になった時刻である。図９のように測定限界レベルがＬである場合には、ｔS ＝ｔ0 ，ｔE ＝ｔ5 となり、上記(9) 式は以下のようになる。
【００６７】
【数８】
【００６８】
つまり受信電力Ｐは、測定限界値以上のレベルが受信された区間のレベルの積分値として求めることができる。但し、その積分範囲は、掃引周期（δｆM ）-1の範囲内に限定され、この範囲を越えて積分を行うことはない。また、遅延プロファイル・データを何度か計測して受信電力計算の信頼性を上げるような場合には、掃引周期毎に遅延プロファイル・データを取り直し、その都度受信電力Ｐを計算し直せばよい。
【００６９】
遅延波の広がり状態を判定する指数として、平均遅延時間ＴD 、遅延スプレッドＳがある。これらの指数は以下の計算式によって求めることができる。
【００７０】
【数９】
【００７１】
図９のような波形の場合には、ｔS ＝ｔ0 、ｔE ＝ｔ5 とすればよいことは前述した(9) 式及び(10)式の場合と同様である。上記(12)式より明らかなように、遅延スプレッドＳはＥ(t) の標準偏差である。従って、ＳはＥ(t) の広がり具合を示す指標となり、Ｓが大きいほど遅延波の広がっている時間範囲が広いことを示す。
【００７２】
例えば、前述した図４と図５とを例に取ると、図５の方が図４の場合よりも遅延スプレッドＳが大きくなる。すなわち、図４におけるｍ4 の波形は何れも測定限界レベルＬ以下であり、雑音と同等であるため、図４の方が標準偏差が小さくなる。
【００７３】
そして、図４と図５とでは、図５の方が比較的狭い空間内に多数の什器類が配置されている状態での遅延プロファイルの計測結果であり、反射波が多く、受信状態が悪い状態に相当する。このような環境下では、アンテナの指向性を絞って反射波をできるだけ拾わないようにすることで、遅延波を低減し受信環境を改善することができる。一方、電波伝搬環境が良好な場合や通信相手となる無線機が存在する位置情報が把握できていない場合などでは、アンテナの指向性はできるだけ広く取ることが望ましい。電波伝搬環境は遅延スプレッドＳによって判定可能であるので、遅延スプレッドＳの値に従ってアンテナビーム径を制御することにより、電波伝搬環境に応じたアンテナのビーム制御を行うことができる。
【００７４】
マイクロプロセッサ４７１は、次の演算を行って遅延波の遅延時間の広がりを判定するとともにその判定結果に従って指向性アンテナのビーム径制御を行う。すなわち、Ａ／Ｄ変換器４８０からはＩ成分受信信号ＲI (t) が、Ａ／Ｄ変換器４８１からはＱ成分受信信号ＲQ (t) が得られる。従って、マイクロプロセッサ４７１は、これらＡ／Ｄ変換器の出力信号を前述した(8) 式を用いて演算することにより時刻ｔにおける受信レベルＥ(t) を求める。そして、受信レベルＥ(t) とその受信レベルが得られた時刻ｔとを記憶する。また、マイクロプロセッサ４７１は、受信レベルＥ(t) が掃引周期（δｆM ）-1の中で最初に測定限界レベルを越えた時刻をｔS 、最後に測定限界レベル以下になった時刻をｔE として記憶する。そして、１回の掃引周期が終了した時点で、(9) 式、(11)式、(12)式により受信電力Ｐ、平均遅延時間ＴD 、遅延スプレッドＳを求める。
【００７５】
マイクロプロセッサ４７１により計算して得られた遅延スプレッドＳは演算手段４８に送られる。演算手段４８では、遅延スプレッドＳと予め用意したテーブルとを比較することにより、そのときの遅延スプレッドＳに対応したアンテナビーム幅を求め、これをアンテナ制御手段４２に出力する。アンテナ制御手段４２は、演算手段４８からの信号に従ったアンテナビーム幅を設定する。なお、演算手段４８の機能をマイクロプロセッサ４７１に組込んでもよい。
【００７６】
（第２の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１０に示すように、第１の実施の形態における信号検出手段４６を使用せず、代わりに信号線５３により計測開始タイミング信号を計測手段４７に供給するようになっている。すなわち、受信装置４０１の処理装置４３１は計測手段４７と演算手段４８で構成されている。その他の構成は第１の実施の形態と同一である。なお、計測開始タイミング信号の生成は、例えば、送信装置３０から計測信号を送信するタイミングを知ることができるオペレータがスイッチを操作するなどで行う。
【００７７】
計測開始タイミング信号は、可変指向性受信アンテナ４１が計測信号を受信中であることを前記計測手段４７に通知するための信号で、前記計測手段４７は、計測開始タイミング信号を取込むと、送信手段３０から送信される計測信号を出力信号線４９から取込み、受信波を直接波と遅延波とに分離し、分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測することになる。
【００７８】
このように、信号検出手段の代わりに信号線を介して計測開始タイミング信号を計測手段４７に入力させることによっても可変指向性受信アンテナ４１の制御量を周辺の電波伝搬環境下に基づいて決定することができ、従って、この実施の形態においても通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定でき、データ通信における誤り率を改善することができる。
【００７９】
（第３の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１１に示すように、受信装置４０２と送信装置６０を一体に備えたもので、受信装置と送信装置とでアンテナ素子５４-1、５４-2、５４-3、５４-4及びアンテナ共用装置５５-1、５５-2、５５-3、５５-4を共有する構成になっている。
【００８０】
前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4は方向性結合回路からなり、各アンテナ素子５４-1〜５４-4で受信した信号は前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4を介して受信装置４０１の各可変増幅器５０-1〜５０-4のみに入力され、送信装置６０側へは供給されない。また、前記送信装置６０から前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4に供給される信号は前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4のみに供給され、受信装置４０２側へは供給されない。
【００８１】
前記受信装置４０２は、各アンテナ素子５４-1〜５４-4を前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4によって送信装置６０と共用する以外は、第１の実施の形態の受信装置４０と同一の構成である。そして、前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4、アンテナ共用装置５５-1〜５５-4、各可変増幅器５０-1〜５０-4、各移相器５１-1〜５１-4及び信号合成器５２によって可変指向性受信アンテナを形成している。
【００８２】
前記送信装置６０は、励振ウェイト制御部６１、送信手段６２、計測信号生成手段６３及び制御手段６４からなり、前記励振ウェイト制御部６１は、前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4及びアンテナ共用装置５５-1〜５５-4に対応して、可変増幅器６５-1、６５-2、６５-3、６５-4、移相器６６-1、６６-2、６６-3、６６-4を設け、これに信号分配器６７を加えて構成されている。そして、前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4、アンテナ共用装置５５-1〜５５-4、各可変増幅器６５-1〜６５-4、各移相器６６-1〜６６-4及び信号分配器６７によって可変指向性送信アンテナを形成している。
【００８３】
前記可変指向性送信アンテナは、送信と受信の違いはあるが、前記可変指向性受信アンテナと同様の制御によってアンテナの放射指向特性を可変することができる。この可変指向性送信アンテナの可変増幅器６５-1〜６５-4並びに移相器６６-1〜６６-4の制御量（励振ウェイト）は、受信装置４０２の演算手段４８における遅延波の広がりの演算結果と受信装置４０２のアンテナ制御手段４２における励振ウェイトの計算結果に基づいて、前記制御手段６４が、受信時に決定したアンテナビーム径と等しくなるように送信時のアンテナビーム径を制御するようになっている。
【００８４】
前記計測信号生成手段６３で発生した計測信号及び信号線６８から入力される送信情報信号は、前記信号分配器６７にて均等に分配して前記各移相器６６-1〜６６-4に供給している。そして、この各移相器６６-1〜６６-4から前記各可変増幅器６５-1〜６５-4に供給されるようになっている。これらの信号は前記各移相器６６-1〜６６-4及び各可変増幅器６５-1〜６５-4にて励振ウェイトに従って信号位相及び振幅の制御を受けた後、それぞれ各アンテナ共用装置５５-1〜５５-4を介して各アンテナ素子５４-1〜５４-4から外部に放射されるようになる。
【００８５】
このように、各アンテナ素子５４-1〜５４-4から放射する信号の振幅と位相を制御することにより、合成して得られる可変指向性送信アンテナ全体としての指向特性が制御される。前記各移相器６６-1〜６６-4及び可変増幅器６５-1〜６５-4の励振ウェイトはこの送信時の合成後の放射指向特性が受信時に決定したアンテナビーム径と同じになるように決定されることになる。
【００８６】
従って、この実施の形態においても、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【００８７】
（第４の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１２に示すように、前述した第３の実施の形態におけるアンテナ共用装置５５-1〜５５-4に代えて回路切換え装置５６-1、５６-2、５６-3、５６-4を使用したものである。この各回路切換え装置５６-1〜５６-4の回路切換えは受信装置４０３に設けた送受信切換え制御部５７からの制御信号によって行うようになっている。
【００８８】
このものにおいては、アンテナ共用装置とは異なり全二重通信動作はできない。しかし、その他については第３の実施の形態と同様の動作を行うので、この実施の形態においてもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【００８９】
（第５の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１３に示すように、第１の実施の形態における可変指向性受信アンテナに代えて、アンテナ指向性のビーム径が異なる複数、例えば、３つの指向性アンテナ７１ー1、７１-2、７１-3とこの各指向性アンテナ７１-1〜７１-3から１つを選択して受信信号を取込むアンテナ選択手段７２からなる受信アンテナ７３とこの受信アンテナ７３のアンテナ選択手段７２を制御するアンテナ制御手段４２１を設けた受信装置４０４を使用するものである。なお、受信装置４０４のその他の構成については第１の実施の形態と同一である。
【００９０】
この受信装置４０４においては、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3のうち、アンテナ選択手段７２によって選択されたアンテナのみが出力信号線４９に接続され、これより出力信号線４９に受信信号が出力される。そして、出力信号線４９に出力された受信信号は処理装置４３の信号検出手段４６と計測手段４７に供給される。前記信号検出手段４６が計測信号を検出したときには、前記アンテナ制御手段４２１に初期化信号を出力し、これにより、アンテナ制御手段４２１は前記アンテナ選択手段７２を制御し、このアンテナ選択手段７２は各指向性アンテナ７１-1〜７１-3の中から最もビーム径の広い指向性アンテナを選択するようになっている。また、通信中においては、アンテナ制御手段４２１は演算手段４８からの演算結果に基づいて選択信号を前記アンテナ選択手段７２に出力する。これにより、前記アンテナ選択手段７２は、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3の中から１つのアンテナを選択する。
【００９１】
前記各指向性アンテナ７１-1〜７１-3としては、例えば、図１４に示すものがある。すなわち、このアンテナは、３種類のマルチセクタアンテナ７４、７５、７６を重ね合わせたもので、それぞれ前記指向性アンテナ７１-1、７１-2、７１-3を構成している。前記マルチセクタアンテナ７４，７５，７６は何れも水平方向に限られた角度の指向性を持つホーンアンテナを中心軸に対して放射状に組合わせて構成したものである。
【００９２】
前記マルチセクタアンテナ７４は、水平方向に１２０度の指向性パターンを持つ３個のホーンアンテナ７４ａ，７４ｂ，７４ｃを組合わせて構成している。そして、前記各ホーンアンテナ７４ａ〜７４ｃはアンテナ切換回路（図示せず）により何れか１個のホーンアンテナが選択されて動作するようになっている。
【００９３】
前記マルチセクタアンテナ７５は、水平方向に６０度の指向性パターンを持つ６個のホーンアンテナ７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ，７５ｆを組合わせて構成している。そして、前記各ホーンアンテナ７５ａ〜７５ｆは前記アンテナ切換回路により何れか１個のホーンアンテナが選択されて動作するようになっている。
【００９４】
前記マルチセクタアンテナ７６は、水平方向に３０度の指向性パターンを持つ１２個のホーンアンテナ７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄ，７６ｅ，７６ｆ，７６ｇ，７６ｈ，７６ｉ，７６ｊ，７６ｋ，７６ｌを組合わせて構成している。そして、前記各ホーンアンテナ７６ａ〜７６ｌは前記アンテナ切換回路により何れか１個のホーンアンテナが選択されて動作するようになっている。
【００９５】
前記各ホーンアンテナ７４ａ〜７４ｃ、７５ａ〜７５ｆ、７６ａ〜７６ｌの内部は、例えば、図１５に示すように、各ホーンアンテナ７４ａ〜７４ｃは、アンテナエレメント７４ae，７４be，７４ceと反射／遮蔽板７４ar，７４br，７４crによって構成され、各ホーンアンテナ７５ａ〜７５ｆは、アンテナエレメント７５ae，７５be，７５ce，７５de，７５ee，７５feと反射／遮蔽板７５ar，７５br，７５cr，７５dr，７５er，７５frによって構成され、各ホーンアンテナ７６ａ〜７６ｌは、アンテナエレメント７６ae，７６be，７６ce，７６de，７６ee，７６fe，７６ge，７６he，７６ie，７６je，７６ke，７６leと反射／遮蔽板７６ar，７６br，７６cr，７６dr，７６er，７６fr，７６gr，７６hr，７６ir，７６jr，７６kr，７６lrによって構成されており、それぞれのホーンアンテナのビーム幅が各反射／遮蔽板によって制限されるような構造になっている。
【００９６】
なお、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3の構成はこれに限定するものではない。例えば、ここではアンテナの水平面内指向性に対してビーム幅を制限する構成のものを例として示したが、垂直面内指向特性においてもビーム径を絞る制御を加えるものであってもよい。
【００９７】
このように可変指向性受信アンテナに代えて指向性アンテナ７１ー1、７１-2、７１-3とこの各指向性アンテナから１つを選択して受信信号を取込むアンテナ選択手段７２からなる受信アンテナ７３を設けたものであってもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することができ、従って、遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【００９８】
この実施の形態において、前述した第１の実施の形態と同様に、パルス圧縮法を用いて遅延プロファイルを求める場合の事例について述べると、図１６に示す構成になる。すなわち、計測手段４７の構成は図６の場合と同一である。従って、この場合においても、遅延プロファイルを計測する方法及びアンテナ・ビーム径を制御する方法は前述した図６の場合と全く同様である。
【００９９】
（第６の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１７に示すように、前述した第５の実施の形態における信号検出手段４６を使用せず、代わりに信号線５３により計測開始タイミング信号を計測手段４７に供給するようになっている。すなわち、受信装置４０５の処理装置４３１は計測手段４７と演算手段４８で構成されている。その他の構成は第５の実施の形態と同一である。なお、計測開始タイミング信号の生成は、例えば、送信装置３０から計測信号を送信するタイミングを知ることができるオペレータがスイッチを操作するなどで行う。
【０１００】
計測開始タイミング信号は、受信アンテナ７３が計測信号を受信中であることを前記計測手段４７に通知するための信号で、前記計測手段４７は、計測開始タイミング信号を取込むと、送信手段３０から送信される計測信号を出力信号線４９から取込み、受信波を直接波と遅延波とに分離し、分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測することになる。
【０１０１】
このように、信号検出手段の代わりに信号線を介して計測開始タイミング信号を計測手段４７に入力させることによっても受信アンテナ４１の指向性制御を周辺の電波伝搬環境下に基づいて行うことができる。従って、この実施の形態においても通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定でき、データ通信における誤り率を改善することができる。
【０１０２】
（第７の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１８に示すように、受信装置４０６と送信装置６０１を一体に備えたもので、受信装置と送信装置とで指向性アンテナ７１-1、７１-2、７１-3、アンテナ選択手段７２及びアンテナ共用装置７７を共有する構成になっている。従って、この実施の形態では指向性アンテナ７１-1〜７１-3及びアンテナ選択手段７２は送受信アンテナ７８を構成している。
【０１０３】
前記アンテナ共用装置７７は方向性結合回路からなり、前記指向性アンテナ７１-1〜７１-3及びアンテナ選択手段７２を介して受信した信号は前記アンテナ共用装置７７を介して受信装置４０６の出力信号線４９のみに出力され、送信装置６０１側へは供給されない。また、前記送信装置６０１から前記アンテナ共用装置７７に供給される信号は前記アンテナ選択手段７２を介して指向性アンテナ７１-1〜７１-3のみに供給され、受信装置４０６側へは供給されない。
【０１０４】
前記受信装置４０６は、前記各指向性アンテナ７１-1〜７１-3及びアンテナ選択手段７２をアンテナ共用装置７７によって前記送信装置６０１と共用する以外は、第５の実施の形態の受信装置４０４と同一の構成である。
前記送信装置６０１は、第３の実施の形態と同様の送信手段６２、計測信号生成手段６３を備え、前記各指向性アンテナ７１-1〜７１-3、アンテナ選択手段７２及びアンテナ共用装置７７を前記受信装置４０６と共用する構成になっている。
【０１０５】
このような構成においては、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3のうち何れのアンテナを使用するかを決定するのは受信装置４０６であり、前記アンテナ制御手段４２１がアンテナ選択手段７２を制御して行う。前記送信装置６０１は使用するアンテナの選択は行わない。従って、送信時に使用するアンテナは受信時に選択使用したアンテナと同一になる。
【０１０６】
この実施の形態においてもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することができ、従って、遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【０１０７】
（第８の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１９に示すように、前述した第７の実施の形態におけるアンテナ共用装置７７に代えて回路切換え装置７８を使用したものである。この回路切換え装置７８の回路切換えは送受信切換え制御部７９からの制御信号によって行うようになっている。
【０１０８】
このものにおいては、アンテナ共用装置とは異なり全二重通信動作はできない。しかし、その他については第７の実施の形態と同様の動作を行うので、この実施の形態においてもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【０１０９】
（第９の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図２０に示すように、前述した第４の実施の形態における送信装置に計時手段８０を付加して送信装置６０３を構成している。前記計時手段８０はタイマーとかクロックとか呼ばれる機能を持つ構成要素によって構成される。この計時手段８０は、計測信号生成手段６３と送信手段６２を制御して、予め定められた一定時間間隔毎に計測信号を送出する。
【０１１０】
また、計測信号を送出するタイミングはシステム全体の送受信タイミングの中で決定されるため、前記計時手段８０は、送受信切換え制御部５７、処理装置４３、アンテナ制御手段４２及び制御手段６４にも計時情報を供給し、これらの構成要素の動作タイミングの制御にも関与する。
【０１１１】
この実施の形態においても前述した第４の実施の形態と同様に、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。
【０１１２】
さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。さらにまた、電波伝搬環境の計測動作を一定時間間隔毎に行うので、例えば、通行人の数が大幅に変化するなどして電波伝搬環境か変化しても常に最適なアンテナのビーム径を使用して安定した通信ができる。
【０１１３】
（第１０の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図２１に示すように、前述した第７の実施の形態における送信装置に計時手段８１を付加して送信装置６０４を構成している。前記計時手段８１はタイマーとかクロックとか呼ばれる機能を持つ構成要素によって構成される。この計時手段８１は、計測信号生成手段６３と送信手段６２を制御して、予め定められた一定時間間隔毎に計測信号を送出する。
【０１１４】
また、計測信号を送出するタイミングはシステム全体の送受信タイミングの中で決定されるため、前記計時手段８１は、処理装置４３及びアンテナ制御手段４２にも計時情報を供給し、これらの構成要素の動作タイミングの制御にも関与する。
【０１１５】
この実施の形態においても前述した第７の実施の形態と同様に、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することができ、従って、遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。
【０１１６】
さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。さらにまた、電波伝搬環境の計測動作を一定時間間隔毎に行うので、例えば、通行人の数が大幅に変化するなどして電波伝搬環境か変化しても常に最適なアンテナのビーム径を使用して安定した通信ができる。
【０１１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変するので、周辺の電波伝搬環境に適したビーム径を自動的に選択して無線通信ができる。従って、例えば、屋内無線通信において什器類等が多数設置されているために多くの反射波、すなわち、多重遅延波が存在するような環境下においてはアンテナビーム径を絞ることで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すＰＯＳシステムの要部構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態における無線基地局並びに無線端末局の送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図３】図２における励振ウェイト制御部の構成を示すブロック図。
【図４】同実施の形態における遅延プロファイルの計測事例を示すもので、電波の反射が比較的少ない環境下で計測した場合の事例を示す波形図。
【図５】同実施の形態における遅延プロファイルの計測事例を示すもので、電波の反射が比較的多い環境下で計測した場合の事例を示す波形図。
【図６】同実施の形態において送信装置がｍ系列の計測信号を発生し、受信装置がパルス圧縮法により遅延プロファイルを求める具体例を示すブロック図。
【図７】図６における計測信号発生手段の構成を示すブロック図。
【図８】ｍ系列信号の自己相関値を示すグラフ。
【図９】遅延スプレッドを計算する方法を説明するための遅延プロファイル波形例を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１４】同実施の形態における指向性アンテナの外観構成を示す分解斜視図。
【図１５】同実施の形態における指向性アンテナの内部構成を示す分解斜視図。
【図１６】同実施の形態において送信装置がｍ系列の計測信号を発生し、受信装置がパルス圧縮法により遅延プロファイルを求める具体例を示すブロック図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１９】本発明の第８の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図２０】本発明の第９の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図２１】本発明の第１０の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図２２】従来のアンテナ指向性制御システムを説明するための図。
【符号の説明】
１２…無線基地局
１６…無線端末局
３０…送信装置
３２…送信手段
３３…計測信号生成手段
４０…受信装置
４１…可変指向性受信アンテナ
４２…アンテナ制御手段
４７…計測手段
４８…演算手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、無線ＬＡＮ通信システムにおける基地局と端末局との間の通信に使用される送信装置と受信装置のアンテナ指向性を制御するアンテナ指向性制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、オフィス等の屋内空間において無線でデータ伝送を行う場合、天井、床、壁、什器類など様々な場所で電波が反射しマルチパス波を生じる。これらのマルチパス波はその伝搬経路長の違いから直接波に対する遅延波として現れ、無線データ伝送における信号劣化要因の１つとなっている。特に、データの伝送速度が速くなると遅延波の遅延時間が伝送データの１ｂｉｔ時間内に入り込んできて直接波との分離が困難となってくる。
【０００３】
このようなことから、例えば、特開平９−７４３７５号公報では、可変指向性アンテナのビーム方向を制御することによって不要な反射遅延波の到来方向に対してアンテナ利得が小さくなるように制御する方法を取っている。すなわち、図２２に示すように、基地局１は最大放射方向の異なる複数のビーム＃１〜＃ｎを形成してアンテナ１ａから送信を行い、端末２にはそのビームの中の幾つかが到達する。基地局１の放射するビームはビーム径が小さく利得が高いものであり、これらのビームは複数が同時に形成されても、また、時分割により順次形成されてもよい構成になっている。そして、各ビームから送信される信号にはどのビームによって送信されたのかを識別することができる情報が含まれている。
【０００４】
端末２は、基地局１から送信される信号を広角の指向性を持つアンテナ２ａで受信し、その信号がどのビームによって送信されてきたものであるのかを識別する手段を備えている。例えば、タイムスロット中にビーム番号情報が含まれている場合には、その情報を識別できるように構成され、また、ビーム番号と周波数が関係付けられている場合には、受信された信号の周波数によりビーム番号を識別できるように構成されている。端末２は複数のビームの信号を受信することができ、その中で所定の評価基準に従って最も都合の良い信号を受信するようになっている。
【０００５】
このときの評価基準としては、 (1)、到達したビーム信号の中で受信信号強度が最大となるものを選択して受信する、 (2)、到達したビーム信号の中で受信信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が最大となるものを選択して受信する、 (3)、 (2)のＳ／Ｎ比の代わりに、搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ比）を用いる、 (4)、 (2)のＳ／Ｎ比の代わりに、誤り訂正機能における誤り訂正量により信号の善し悪しを判断し最も状態の良い信号を選択する、を設定している。
【０００６】
このような評価基準に基づいて、端末２は受信したビームの中から最も良好な受信状態であったビーム番号ｊを選択し、この選択したビーム番号ｊを広角ビームを持つ送信アンテナ２ａを用いて送信する。基地局１は、端末２から送信されたビーム番号ｊを受信する。このときの受信は送信時に用いたアンテナとは別の広角ビームを持つ受信アンテナで行う。このようにして基地局１は端末２に対して最も良好な通信を可能とするアンテナビーム番号ｊを知ることになる。この後、基地局１から端末２に対して送信するデータ信号はｊ番目のアンテナビームを用いて行われるので、基地局１と端末２の間に最も状態の良い通信路が形成される方向にのみ電波が放射される。また、不要な反射波を生ずる方向に対しては電波は放射されない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の無線通信システムでは、基地局が形成する複数ビームとしてビーム幅を可変できる構成にはなっていない。このため、無線通信システムの設置される場所が反射物体の非常に多い環境であった場合、これに対して予め用意するビームのビーム径が十分小さいものでないと予定した効果が得られないという問題が生じる。
【０００８】
また、逆にビーム径が小さくて望ましくない結果をもたらす場合もある。例えば、位置が移動しない電波反射物の数はさほど多くないが、通行人が多数存在するような環境下では、通信経路が通行人によって遮断される確率が高くなる。このような電波伝搬環境下においてはビームのビーム径が小さいと電波の通信経路が通行人によってしばしば遮断され、通信が頻繁に途絶してしまうという問題が生じる。
さらには、時間の移り変わりとともに電波伝搬環境が変動するような場合もあり、このような場合には時間経過とともに通信状態が良くなったり悪くなったりする問題が生じる。
【０００９】
そこで、請求項１記載の発明は、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できるアンテナ指向性制御システムを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、送信装置と受信装置とからなるアンテナ指向性制御システムにおいて、送信装置は、多重伝搬路における電波伝搬遅延時間を求めるための計測信号を生成する計測信号生成手段と、この計測信号生成手段からの計測信号をアンテナを介して送出する送信手段とを備え、受信装置は、アンテナ指向性のビーム径の異なる複数の指向性アンテナと、この各指向性アンテナから１つを選択して受信信号を取込むアンテナ選択手段と、このアンテナ選択手段が受信信号として取込んだ計測信号を直接波と遅延波に分離し、この直接波と各遅延波成分との遅延時間を求める計測手段と、この計測手段が求めた直接波と各遅延波成分との遅延時間の広がりを演算し、その演算結果をアンテナ制御手段に送出する演算手段とを備え、アンテナ制御手段は、演算手段からの演算結果に基づいて各指向性アンテナのうちのどのアンテナを使用するか決定し、アンテナ選択手段を制御することにある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、この実施の形態はこの発明を百貨店、スーパマーケット、ホームセンタ等の大規模小売店や一般の小売店などの店舗に設置するＰＯＳ（ポイント・オブ・セールス）システムに適用したものについて述べる。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、ＰＯＳシステムの要部構成を示す図で、１１はシステム全体を制御し、かつ、商品価格等のデータファイルを備えたＰＯＳシステム制御装置、１２は無線基地局で、これらは通信ケーブル１３を介して接続している。前記ＰＯＳシステム制御装置１１は店舗における事務所等に設置され、また、前記無線基地局１２は天井に取付けられ、この無線基地局１２のアンテナ１４は指向性を可変できる構造になっており、天井から顔を出すような形で設置されている。また、前記通信ケーブル１３は天井裏等に配線され、店舗内からは見ることができないように配置されている。
【００１７】
１５は商品販売データの登録等を行うＰＯＳ端末装置、１６はこのＰＯＳ端末装置１６に取付けた無線端末局で、前記ＰＯＳ端末装置１５は台１７の上に載置されて例えば店舗内の出入口に近い側に設置されている。前記無線端末局１６のアンテナ１８は前記無線基地局１２のアンテナ１４と同様、指向性を可変できる構造になっている。
店舗内には、商品を陳列するための商品陳列棚１９や冷蔵ケース２０、その他店舗内における比較的大型の備品類に代表される什器類等が設置されている。また、店舗内には買い物をする顧客２１が移動している。
【００１８】
前記商品陳列棚１９、冷蔵ケース２０及び台１７等は前記無線基地局１２と無線端末局１６との間での電波の送受信に際して不要な反射波の発生源となる。また、顧客２１はその存在場所によって無線基地局１２と無線端末局１６との間の通信路を遮断する障害物として作用したり、商品陳列棚１９や冷蔵ケース２０などのように不要な反射波の発生源として作用する二面性を持っている。
【００１９】
図２は、前記無線基地局１２及び無線端末局１６の構成を示すブロック図で、これらは送信装置３０、受信装置４０を備えている。前記送信装置３０はアンテナ３１、このアンテナ３１を接続した送信手段３２及びこの送信手段３２に接続し計測信号を生成する計測信号生成手段３３を設け、この計測信号生成手段３３が生成する計測信号を前記送信手段３２及びアンテナ３１を介して送信するようになっている。
【００２０】
前記受信装置４０は、可変指向性受信アンテナ４１、この可変指向性受信アンテナ４１を制御するアンテナ制御手段４２及びこのアンテナ制御手段４２における制御量を求める処理装置４３を備えている。前記可変指向性受信アンテナ４１は、複数のアンテナ素子４４-1，４４-2，４４-3，４４-4とこの各アンテナ素子４４-1〜４４-4に対する振幅と位相を制御する励振ウェイト制御部４５で構成している。前記処理装置４３は、信号検出手段４６、計測手段４７、演算手段４８で構成している。
【００２１】
前記信号検出手段４６は、前記可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５からの出力信号線４９に出力される受信信号を取込み、この受信信号が計測信号であるか否かを判定し、計測信号であることを判定したときには前記アンテナ制御手段４２に対して初期化信号を出力するようになっている。前記アンテナ制御手段４２は初期化信号を取込むと直ちに前記励振ウェイト制御部４５に対する制御量を書換え、前記可変指向性受信アンテナ４１における各アンテナ素子の合成指向性のビーム径がこのアンテナの持ち得るビーム径のうち最も広いものになるように制御するようになっている。
【００２２】
前記計測手段４７は、前記可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５からの出力信号線４９に出力される受信信号を取込み、前記送信装置３０から送信される計測信号を受信し、この計測信号より受信到来波を直接波と遅延波とに分離し、分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測し、その結果を前記演算手段４８に供給するようになっている。前記演算手段４８は、各遅延波成分の遅延時間の広がりを演算し、その演算結果を前記アンテナ制御手段４２に供給するようになっている。前記アンテナ制御手段４２は、演算手段４８からの演算結果に基づいて前記可変指向性受信アンテナ４１の制御量を決定するようになっている。
【００２３】
前記信号検出手段４６における計測信号の検出方法としては次の方法がある。
例えば、前記送信装置３０から計測信号を送信する際に、この計測信号の送出に先だってユニークワード信号を含むヘッダー信号を送出し、信号検出手段４６では当該ユニークワードを受信したかどうかを常に監視する。そして、ユニークワードを検出すると、それに引き続いて計測信号が到来するものとして前記可変指向性受信アンテナ４１の指向性ビーム径が最大となるように制御する。
【００２４】
また、計測信号自体に自己相関値の大きな信号を用いることでこの計測信号をユニークワードとして用いる。この場合、計測信号を複数回送信し、１回目の計測信号を検出した時点で、前記可変指向性受信アンテナ４１の指向性ビーム径を最大とする初期化処理を行い、２回目以降に送信されてくる計測信号を用いて直接波と遅延波の遅延時間を計測し、遅延時間の広がりを計算する。
【００２５】
前記可変指向性受信アンテナ４１は、いわゆるフェーズドアレーアンテナになっている。このアンテナの特性は、各アンテナ素子４４-1〜４４-4の特性を合成したものとして現れる。前記各アンテナ素子４４-1〜４４-4は、例えば、平面パッチアンテナで構成されているが、特にこれに限定されるものではない。
【００２６】
前記各アンテナ素子４４-1〜４４-4に対する励振ウェイト（振幅と位相）を変更することにより、それらの合成特性として現れるアンテナの受信指向特性を制御することができ、従って、ビーム方向やビーム径及び利得の変更等を比較的容易に行うことができる。
【００２７】
この可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５は、図３に示すように、各アンテナ素子４４-1〜４４-4毎に設けられた励振振幅を設定する可変振幅の可変増幅器５０-1、５０-2、５０-3、５０-4と励振位相を設定する移相器５１-1、５１-2、５１-3、５１-4と信号合成器５２とからなり、前記各アンテナ素子４４-1〜４４-4が受信した信号は、それぞれ前記可変増幅器５０-1、５０-2、５０-3、５０-4と移相器５１-1、５１-2、５１-3、５１-4によって各アンテナ素子毎に異なった励振ウェイトの重み付けが行われた後、前記信号合成器５２で合成されるようになっている。そして、前記信号合成器５２で合成された出力信号は出力信号線４９より出力され、前記処理装置４３の計測手段４７に励振ウェイト計算の入力値として供給されるとともに、後段の復調回路（図示せず）に供給されて受信データの復調が行われる。
【００２８】
なお、前記可変増幅器５０-1〜５０-4としては、利得可変の増幅器であっても、増幅器に可変減衰器を組み合わせたものであってもよい。
このような構成の受信装置４０では、アンテナ制御手段４２による励振ウェイトの変更により、可変指向性受信アンテナ４１のビーム方向、ビーム径、利得等を変更することができる。すなわち、受信装置４０の各アンテナ素子４４-1〜４４-4が送信装置３０から無線送信される信号を受信すると、信号検出手段４６がその受信信号が計測信号であるか否かを検出する。もし、計測信号であればアンテナ制御手段４２に初期化信号を出力し、これにより、アンテナ制御手段４２は可変指向性受信アンテナ４１の励振ウェイト制御部４５を制御し、アンテナの合成指向性のビーム径が最大となるように設定する。こうして可変指向性受信アンテナ４１は引き続いて計測信号を確実に受信するようになる。このように、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。
【００２９】
そして、受信した計測信号を計測手段４７が取込み、受信波を直接波と遅延波とに分離し、この分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測する。そして、計測した結果を演算手段４８に供給し、演算手段４８は計測結果から各遅延波成分の遅延時間の広がりを演算し、その演算結果をアンテナ制御手段４２に供給する。これにより、アンテナ制御手段４２は可変指向性受信アンテナ４１の制御量を決定し、その制御量に応じて可変指向性受信アンテナ４１の受信指向特性を可変する。
【００３０】
そして、受信装置４０は計測信号に引き続いて送信装置３０からデータ等の受信信号を受信するようになる。このように、可変指向性受信アンテナ４１のアンテナ指向性のビーム径を各遅延波成分の遅延時間の広がりの程度に従って可変できるので、装置が設置される周辺の電波伝搬環境に適したビーム径を自動的に選択して無線通信することができる。従って、例えば、屋内無線通信において、什器類が多数設置されているために多くの反射波、すなわち、多重遅延波が存在する環境下の場合には、アンテナのビーム径を絞って遅延波の影響を低減した状態で無線通信ができる。このように、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定でき、従って、データ通信における誤り率を改善することができる。
【００３１】
次に、計測信号とこの計測信号によって前記計測手段４７が受信到来波から直接波と各遅延波成分との遅延時間の広がりを測定する方法について説明する。
空間電波伝搬特性を解明するための評価パラメータとして、遅延プロファイルがある。例えば、屋内での電磁波によるデータ伝送を実現しようとすると、送受信点間の見通し経路を直接到達する直接波の外に、電波伝搬経路の途中で、例えば壁面や床面，天井面や什器類等で電波が反射することにより発生する反射も一緒に受信点に到達する。このような反射波は、直接波に比べて長い伝搬経路を経由して受信点に到達するため、受信点への到達時刻は直接波よりも後になり、直接波に対する遅延波として現れる。
【００３２】
遅延プロファイルの計測方法には、無変調波を周波数掃引する方法や鋭い自己相関特性を有する擬似雑音（ＰＮ）で拡散された信号を送信し、受信側では送信ＰＮ信号のレプリカとの相関を取って逆拡散する方法（以下、パルス圧縮法と称する。）等がある。
【００３３】
無変調波を周波数掃引することによって電波の遅延プロファイルを測定する方法は、例えば、測定器としてネットワーク・アナライザを用いることで比較的簡単に遅延プロファイルを測定することができる。これは、直接波のみしか電波が到来しないような電波伝搬環境（電波暗室など）でアンテナや測定系のケーブル等まで含めて測定基準値を測定し、しかる後に、反射波すなわち遅延波が存在する電波伝搬環境にて、同じ測定系を用いて伝搬環境の周波数特性を求めるものである。そして、求まった周波数特性にフーリエ逆変換を施すことにより、時間領域の情報、すなわち、遅延プロファイルを求めることができる。
【００３４】
このようにして求めた屋内空間における遅延プロファイルの計測事例を示すと、例えば、図４や図５に示すようになる。図４及び図５において、横軸は電波（直接波と遅延波）の到来時刻を、縦軸は受信信号の相対レベルを示している。横軸は一番左側の縦軸との交点が遅延時間ゼロの基準時刻、すなわち、送信時刻を示している。縦軸の受信レベルは送信レベルを基準として表示しており、一番上の目盛りが送信時の信号レベル、すなわち、減衰量ゼロのレベルとなっている。また、各遅延時間における受信レベルはこの減衰量ゼロレベルに対する相対値として示している。
【００３５】
図４は、例えば、電波の反射が比較的少なく、また、人通もほとんどないような環境下において測定した遅延プロファイルの一事例である。この事例においては１〜４ＧＨｚの周波数で掃引を行っている。図中、最も到来時刻が早い波ｍ1 が直接波であり、それ以外は全て遅延波である。この事例では比較的反射物が少なかったため、直接波ｍ1 より僅かに遅れて到来する遅延波ｍ2 と、遅延波ｍ3 が比較的大きなレベルの信号として観測されるが、それ以外にはほとんど遅延波は観測されない。なお、レベルＬ未満の信号は測定系の測定限界未満となっているので、ｍ4 のような遅延波は実際には測定されない。
【００３６】
また、図５は、例えば、比較的狭い空間内に電波を反射する什器類が多数配置されている環境下において測定した遅延プロファイルの一事例である。この事例の場合も１〜４ＧＨｚの周波数で掃引を行っている。この事例ではｎ1 が直接波でｎ2 が遅延波である。測定結果は図４の場合に比べて明らかに遅延波の広がりが増大しており、また、直接波と反射波のレベル差も小さいものになっている。
【００３７】
このようにして遅延プロファイルを計測することにより、本装置が設置されている電波伝搬環境が良好であるか否かが分かる。遅延波が広い範囲に広がっていたり、また、遅延波の電力が直接波の電力に比べて比較的大きなレベルにある場合には、遅延波が直接波に対する妨害として深刻な影響を及ぼす。特に、無線データ伝送速度が速い場合は遅延波の影響が大きくなる。
【００３８】
遅延波は電波の伝搬経路の長さの違いによって生じるものであるから、直接波の到来方向と遅延波の到来方向は一般的には異なる。この特徴を利用して受信側のアンテナに可変指向性アンテナやセクタアンテナを用いて反射波の到来方向には受信感度を鈍くすることにより受信状態を改善することができる。
【００３９】
次に、パルス圧縮法を用いて遅延プロファイルを求める具体例について述べる。
図６に示すように、送信装置３０の計測信号発生手段３３は、最長線形符号系列信号発生器で構成され、最長線形符号系列（maximum length linear codes ；以下、ｍ系列と称する。）の計測信号を発生する。このｍ系列の信号は通信や測距の分野で一般的に使用される符号系である。このｍ系列信号は、シフトレジスタ又は遅延素子とその複数個の段の状態の論理的結合をシフトレジスタ又は遅延素子の入力へ帰還する論理回路とで発生することができる。
【００４０】
例えば、符号長が１０２３ビットのｍ系列符号のうちの１つは、図７に示す回路によって実現できる。この回路は、多段のシフトレジスタ３４０〜３４９と、排他的論理和回路３５０とで構成され、例えば、シフトレジスタ３４６とシフトレジスタ３４７との間に前記排他的論理和回路３５０を挿入し、この排他的論理和回路３５０にシフトレジスタ３４６からの信号と最終段のシフトレジスタ３４９からの信号を入力し、その排他的論理和回路３５０からの出力信号をシフトレジスタ３４７に入力している。また、最終段のシフトレジスタ３４９からの信号を初段のシフトレジスタ３４０にも入力している。そして、最終段のシフトレジスタ３４９からｍ系列信号を出力している。
【００４１】
なお、ｍ系列符号は巡回符号であるので、予め符号そのものをメモリに記憶しておき、必要となったときにその内容を順次読み出すという手法を取ることによってｍ系列信号を発生させることも可能である。
【００４２】
このようにして計測信号発生手段３３で生成されたｍ系列信号は、送信手段３２にて、発振器３２１からの周波数ｆc の信号ｆ(t) とミキサー３２２において混合され信号Ｕ(t) としてアンテナ３１から外部に無線送信される。
【００４３】
受信装置４０は、前記送信装置３０からの送信信号Ｕ(t) を可変指向性受信アンテナ４１により受信することになる。そして、信号検出手段４６にて計測信号であることが検出され、計測手段４７のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４７１に知らされる。
【００４４】
前記計測手段４７は、前記マイクロプロセッサ４７１の他、受信信号を位相差０度の成分とこれとは９０度の位相差を持つ成分とに分けて出力するハイブリッド４７２、受信ローカル信号ｆ(t) を発生する発振器４７３、この発振器４７３からの受信ローカル信号ｆ(t) と参照ｍ系列信号ｒ(t) を発生する参照ｍ系列信号発生装置４７４からの参照ｍ系列信号ｒ(t) を混合する第１のミキサー４７５、前記ハイブリッド４７２からの位相差０度の成分と前記第１のミキサー４７５からの信号を混合する第２のミキサー４７６、前記ハイブリッド４７２からの位相差９０度の成分と前記第１のミキサー４７５からの信号を混合する第３のミキサー４７７、前記第２のミキサー４７６からの信号を通過させるローパスフィルタ４７８、前記第３のミキサー４７７からの信号を通過させるローパスフィルタ４７９、前記ローパスフィルタ４７８を通過した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４８０、前記ローパスフィルタ４７９を通過した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４８１及び位相速度制御装置４８２を設けている。
【００４５】
前記位相速度制御装置４８２はマイクロプロセッサ４７１からの制御信号により、前記参照ｍ系列信号発生装置４７４からの参照ｍ系列信号ｒ(t) の位相（周波数を）を制御するとともに、前記発振器４７３からの受信ローカル信号ｆ(t) の周波数を前記送信装置３０の発振器３２１からの発信周波数ｆc からずれないように制御するようになっている。また、前記発振器４７３からの受信ローカル信号ｆ(t) と前記参照ｍ系列信号発生装置４７４からの参照ｍ系列信号ｒ(t) を前記第１のミキサー４７５で混合し、このミキサー４７５からの出力信号を２分配して前記第２、第３のミキサー４７６，４７７にそれぞれ供給している。
【００４６】
このような構成の受信装置４０では、パルス圧縮法により遅延プロファイルの計測を行う。なお、パルス圧縮法による遅延プロファイルの計測方法については、電子情報通信学会・技術研究報告Ａ・Ｐ８７−２６に記載されている。
【００４７】
前記計測信号発生手段３３のｍ系列信号生成回路は、多段のシフトレジスタ３４０〜３４９と、排他的論理和回路３５０とで構成されており、例えば、シフトレジスタの段数をｎ段とすると、この回路によって生成されるｍ系列信号の符号長は、２n −１となる。ｍ系列の符号速度を１／ｔ0 (bps)とすると、ｍ系列信号の周期Ｔは、
【数１】
となる。生成されるｍ系列信号をｓ(t) とすると、その自己相関関数は下式で示される。
【００４９】
【数２】
上記(2) 式で示される自己相関関数Ｒs （τ）を図に示すと、図８に示すようになる。すなわち、ｍ系列信号の自己相関値は、位相差が０のときにピークレベル２n −１となり、そこから１ビット以上位相がずれるとそのレベルはピークに比べて１／（２n −１）となる。図から明らかなように、ｍ系列信号の符号長をより長くとることにより相関ピークをより大きくすることができ、また、ｍ系列信号信号の符号速度１／ｔ0 (bps) をより速くすることにより測定時間分解能を高くすることができる。
【００５１】
ここで相関ピークが十分大きく、かつ、符号速度も十分速い値に設定した状態であれば、受信側で送信側と同じｍ系列信号を発生し、そのｍ系列信号の位相を制御して符号系列をずらせることにより、伝搬時間に対応した時間位置で鋭い相関波形が得られる。すなわち、伝搬時間が最も短く、かつ、信号レベルが最も大きい直接波が最初に観測され、続いて伝搬時間順に遅延波が観測される。これにより、前述した図４及び図５と同様の計測結果を得ることができる。
【００５２】
次に、遅延プロファイルが計測される原理について説明する。
図６に示すように、送信装置３０はｍ系列符号を周波数ｆc の搬送波を２相位相変調して送信する。このとき、受信装置４０に遅延時間τi ，振幅Ａi 、位相変化φi の多重波が到来すると、受信信号ｖ(t) は次式で示される。
【００５３】
【数３】
図６に示すように、受信装置４０ではハイブリッド４７２により、受信信号を０度成分（Ｉ成分）と９０度成分（Ｑ成分）とに分け、それぞれ送信側のｍ系列信号ｓ(t) と同じであるｍ系列信号と乗積して積分することによって相関をとると、Ｉ，Ｑ成分それぞれの出力ＲI (t) ，ＲQ ( ｔ) は、下式で表される。
【００５５】
【数４】
上記式において、ｒ(t) は、送信装置３０のｍ系列信号ｓ(t) と同じ符号系列を持ち、位相制御されたｍ系列信号である。受信側のｍ系列信号の符号速度を送信側のｍ系列信号の符号速度ｆM ＝１／ｔ0 よりδｆM ずらすことにより連続的に位相を制御することができる。受信側の符号速度をｆM −δｆM とすると、
【数５】
但し、ｋ＝ｆM ／δｆM
上記(6) 式、(7) 式で示されるＩ，Ｑ成分の２乗和平方根を取ることにより、遅延プロファイルＥ(t) を得ることができる。
【００５８】
【数６】
図６の回路構成においては、Ｉ成分に関しては、以下のように処理される。すなわち、受信信号のＩ成分と参照ｍ系列信号ｒ(t) とが、第２のミキサー４７６で掛け合わせられ、その出力をローパスフィルタ４７８で積分することによりＲI (t) が求まる。一方、Ｑ成分に関しては受信信号のＱ成分と参照ｍ系列信号ｒ(t) とが、第３のミキサー４７７で掛け合わせられ、その出力をローパスフィルタ４７９で積分することによりＲQ (t) が求まる。
【００６０】
これら出力の２乗和平方根を、ハードウェアにより求める方法もあるが、図６では、ＲI (t) ，ＲQ (t) をＡ／Ｄ変換器４８０，４８１でそれぞれＡ／Ｄ変換した後、マイクロプロセッサ４７１に取り込み、上記(8) 式の計算を行うことによって遅延プロファイルＥ(t) を求める。
【００６１】
このような構成によって、マイクロプロセッサ４７１で求められる遅延プロファイルＥ(t) をグラフ化すると、図４及び図５のようになる。受信装置側の参照ｍ系列信号ｒ(t) の周波数は、送信装置側のｍ系列信号ｓ(t) に対して、δｆM だけずれている。従って、図４及び図５のような遅延プロファイル波形は、掃引周期（δｆM ）-1毎に現れるということになる。
【００６２】
このように、遅延プロファイルの違いより求めることができる遅延波の広がり状態によって指向性アンテナのビーム径を制御できる。
次に、その制御方法に関して説明する。
【００６３】
図４及び図５のような遅延プロファイル・データを取得したマイクロプロセッサ４７１は、予め定められた論理に従って遅延波の広がり具合を求める。遅延波の広がり具合の判定方法に関しては、幾つかの方法があるが、代表的な事例について説明する。
【００６４】
なお、説明を簡単にするために、図４及び図５のような遅延プロファイル波形の代表例として図９のような遅延プロファイル・データが得られたものとして説明する。時刻ｔにおける受信レベルがＥ(t) という遅延プロファイル・データが得られたとき、受信電力Ｐは次の式で求めることができる。
【００６５】
【数７】
上記の式中、Ｅ(t) は前記(8) 式によって求めることができる。また、ｔS はＥ(t) が掃引周期内で最初に測定限界レベルを越えた時刻、ｔE はＥ(t) が掃引周期内で最後に測定限界レベル以下になった時刻である。図９のように測定限界レベルがＬである場合には、ｔS ＝ｔ0 ，ｔE ＝ｔ5 となり、上記(9) 式は以下のようになる。
【００６７】
【数８】
つまり受信電力Ｐは、測定限界値以上のレベルが受信された区間のレベルの積分値として求めることができる。但し、その積分範囲は、掃引周期（δｆM ）-1の範囲内に限定され、この範囲を越えて積分を行うことはない。また、遅延プロファイル・データを何度か計測して受信電力計算の信頼性を上げるような場合には、掃引周期毎に遅延プロファイル・データを取り直し、その都度受信電力Ｐを計算し直せばよい。
【００６９】
遅延波の広がり状態を判定する指数として、平均遅延時間ＴD 、遅延スプレッドＳがある。これらの指数は以下の計算式によって求めることができる。
【００７０】
【数９】
図９のような波形の場合には、ｔS ＝ｔ0 、ｔE ＝ｔ5 とすればよいことは前述した(9) 式及び(10)式の場合と同様である。上記(12)式より明らかなように、遅延スプレッドＳはＥ(t) の標準偏差である。従って、ＳはＥ(t) の広がり具合を示す指標となり、Ｓが大きいほど遅延波の広がっている時間範囲が広いことを示す。
【００７２】
例えば、前述した図４と図５とを例に取ると、図５の方が図４の場合よりも遅延スプレッドＳが大きくなる。すなわち、図４におけるｍ4 の波形は何れも測定限界レベルＬ以下であり、雑音と同等であるため、図４の方が標準偏差が小さくなる。
【００７３】
そして、図４と図５とでは、図５の方が比較的狭い空間内に多数の什器類が配置されている状態での遅延プロファイルの計測結果であり、反射波が多く、受信状態が悪い状態に相当する。このような環境下では、アンテナの指向性を絞って反射波をできるだけ拾わないようにすることで、遅延波を低減し受信環境を改善することができる。一方、電波伝搬環境が良好な場合や通信相手となる無線機が存在する位置情報が把握できていない場合などでは、アンテナの指向性はできるだけ広く取ることが望ましい。電波伝搬環境は遅延スプレッドＳによって判定可能であるので、遅延スプレッドＳの値に従ってアンテナビーム径を制御することにより、電波伝搬環境に応じたアンテナのビーム制御を行うことができる。
【００７４】
マイクロプロセッサ４７１は、次の演算を行って遅延波の遅延時間の広がりを判定するとともにその判定結果に従って指向性アンテナのビーム径制御を行う。すなわち、Ａ／Ｄ変換器４８０からはＩ成分受信信号ＲI (t) が、Ａ／Ｄ変換器４８１からはＱ成分受信信号ＲQ (t) が得られる。従って、マイクロプロセッサ４７１は、これらＡ／Ｄ変換器の出力信号を前述した(8) 式を用いて演算することにより時刻ｔにおける受信レベルＥ(t) を求める。そして、受信レベルＥ(t) とその受信レベルが得られた時刻ｔとを記憶する。また、マイクロプロセッサ４７１は、受信レベルＥ(t) が掃引周期（δｆM ）-1の中で最初に測定限界レベルを越えた時刻をｔS 、最後に測定限界レベル以下になった時刻をｔE として記憶する。そして、１回の掃引周期が終了した時点で、(9) 式、(11)式、(12)式により受信電力Ｐ、平均遅延時間ＴD 、遅延スプレッドＳを求める。
【００７５】
マイクロプロセッサ４７１により計算して得られた遅延スプレッドＳは演算手段４８に送られる。演算手段４８では、遅延スプレッドＳと予め用意したテーブルとを比較することにより、そのときの遅延スプレッドＳに対応したアンテナビーム幅を求め、これをアンテナ制御手段４２に出力する。アンテナ制御手段４２は、演算手段４８からの信号に従ったアンテナビーム幅を設定する。なお、演算手段４８の機能をマイクロプロセッサ４７１に組込んでもよい。
【００７６】
（第２の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１０に示すように、第１の実施の形態における信号検出手段４６を使用せず、代わりに信号線５３により計測開始タイミング信号を計測手段４７に供給するようになっている。すなわち、受信装置４０１の処理装置４３１は計測手段４７と演算手段４８で構成されている。その他の構成は第１の実施の形態と同一である。なお、計測開始タイミング信号の生成は、例えば、送信装置３０から計測信号を送信するタイミングを知ることができるオペレータがスイッチを操作するなどで行う。
【００７７】
計測開始タイミング信号は、可変指向性受信アンテナ４１が計測信号を受信中であることを前記計測手段４７に通知するための信号で、前記計測手段４７は、計測開始タイミング信号を取込むと、送信手段３０から送信される計測信号を出力信号線４９から取込み、受信波を直接波と遅延波とに分離し、分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測することになる。
【００７８】
このように、信号検出手段の代わりに信号線を介して計測開始タイミング信号を計測手段４７に入力させることによっても可変指向性受信アンテナ４１の制御量を周辺の電波伝搬環境下に基づいて決定することができ、従って、この実施の形態においても通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定でき、データ通信における誤り率を改善することができる。
【００７９】
（第３の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１１に示すように、受信装置４０２と送信装置６０を一体に備えたもので、受信装置と送信装置とでアンテナ素子５４-1、５４-2、５４-3、５４-4及びアンテナ共用装置５５-1、５５-2、５５-3、５５-4を共有する構成になっている。
【００８０】
前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4は方向性結合回路からなり、各アンテナ素子５４-1〜５４-4で受信した信号は前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4を介して受信装置４０１の各可変増幅器５０-1〜５０-4のみに入力され、送信装置６０側へは供給されない。また、前記送信装置６０から前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4に供給される信号は前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4のみに供給され、受信装置４０２側へは供給されない。
【００８１】
前記受信装置４０２は、各アンテナ素子５４-1〜５４-4を前記アンテナ共用装置５５-1〜５５-4によって送信装置６０と共用する以外は、第１の実施の形態の受信装置４０と同一の構成である。そして、前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4、アンテナ共用装置５５-1〜５５-4、各可変増幅器５０-1〜５０-4、各移相器５１-1〜５１-4及び信号合成器５２によって可変指向性受信アンテナを形成している。
【００８２】
前記送信装置６０は、励振ウェイト制御部６１、送信手段６２、計測信号生成手段６３及び制御手段６４からなり、前記励振ウェイト制御部６１は、前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4及びアンテナ共用装置５５-1〜５５-4に対応して、可変増幅器６５-1、６５-2、６５-3、６５-4、移相器６６-1、６６-2、６６-3、６６-4を設け、これに信号分配器６７を加えて構成されている。そして、前記各アンテナ素子５４-1〜５４-4、アンテナ共用装置５５-1〜５５-4、各可変増幅器６５-1〜６５-4、各移相器６６-1〜６６-4及び信号分配器６７によって可変指向性送信アンテナを形成している。
【００８３】
前記可変指向性送信アンテナは、送信と受信の違いはあるが、前記可変指向性受信アンテナと同様の制御によってアンテナの放射指向特性を可変することができる。この可変指向性送信アンテナの可変増幅器６５-1〜６５-4並びに移相器６６-1〜６６-4の制御量（励振ウェイト）は、受信装置４０２の演算手段４８における遅延波の広がりの演算結果と受信装置４０２のアンテナ制御手段４２における励振ウェイトの計算結果に基づいて、前記制御手段６４が、受信時に決定したアンテナビーム径と等しくなるように送信時のアンテナビーム径を制御するようになっている。
【００８４】
前記計測信号生成手段６３で発生した計測信号及び信号線６８から入力される送信情報信号は、前記信号分配器６７にて均等に分配して前記各移相器６６-1〜６６-4に供給している。そして、この各移相器６６-1〜６６-4から前記各可変増幅器６５-1〜６５-4に供給されるようになっている。これらの信号は前記各移相器６６-1〜６６-4及び各可変増幅器６５-1〜６５-4にて励振ウェイトに従って信号位相及び振幅の制御を受けた後、それぞれ各アンテナ共用装置５５-1〜５５-4を介して各アンテナ素子５４-1〜５４-4から外部に放射されるようになる。
【００８５】
このように、各アンテナ素子５４-1〜５４-4から放射する信号の振幅と位相を制御することにより、合成して得られる可変指向性送信アンテナ全体としての指向特性が制御される。前記各移相器６６-1〜６６-4及び可変増幅器６５-1〜６５-4の励振ウェイトはこの送信時の合成後の放射指向特性が受信時に決定したアンテナビーム径と同じになるように決定されることになる。
【００８６】
従って、この実施の形態においても、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【００８７】
（第４の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１２に示すように、前述した第３の実施の形態におけるアンテナ共用装置５５-1〜５５-4に代えて回路切換え装置５６-1、５６-2、５６-3、５６-4を使用したものである。この各回路切換え装置５６-1〜５６-4の回路切換えは受信装置４０３に設けた送受信切換え制御部５７からの制御信号によって行うようになっている。
【００８８】
このものにおいては、アンテナ共用装置とは異なり全二重通信動作はできない。しかし、その他については第３の実施の形態と同様の動作を行うので、この実施の形態においてもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【００８９】
（第５の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１３に示すように、第１の実施の形態における可変指向性受信アンテナに代えて、アンテナ指向性のビーム径が異なる複数、例えば、３つの指向性アンテナ７１ー1、７１-2、７１-3とこの各指向性アンテナ７１-1〜７１-3から１つを選択して受信信号を取込むアンテナ選択手段７２からなる受信アンテナ７３とこの受信アンテナ７３のアンテナ選択手段７２を制御するアンテナ制御手段４２１を設けた受信装置４０４を使用するものである。なお、受信装置４０４のその他の構成については第１の実施の形態と同一である。
【００９０】
この受信装置４０４においては、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3のうち、アンテナ選択手段７２によって選択されたアンテナのみが出力信号線４９に接続され、これより出力信号線４９に受信信号が出力される。そして、出力信号線４９に出力された受信信号は処理装置４３の信号検出手段４６と計測手段４７に供給される。前記信号検出手段４６が計測信号を検出したときには、前記アンテナ制御手段４２１に初期化信号を出力し、これにより、アンテナ制御手段４２１は前記アンテナ選択手段７２を制御し、このアンテナ選択手段７２は各指向性アンテナ７１-1〜７１-3の中から最もビーム径の広い指向性アンテナを選択するようになっている。また、通信中においては、アンテナ制御手段４２１は演算手段４８からの演算結果に基づいて選択信号を前記アンテナ選択手段７２に出力する。これにより、前記アンテナ選択手段７２は、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3の中から１つのアンテナを選択する。
【００９１】
前記各指向性アンテナ７１-1〜７１-3としては、例えば、図１４に示すものがある。すなわち、このアンテナは、３種類のマルチセクタアンテナ７４、７５、７６を重ね合わせたもので、それぞれ前記指向性アンテナ７１-1、７１-2、７１-3を構成している。前記マルチセクタアンテナ７４，７５，７６は何れも水平方向に限られた角度の指向性を持つホーンアンテナを中心軸に対して放射状に組合わせて構成したものである。
【００９２】
前記マルチセクタアンテナ７４は、水平方向に１２０度の指向性パターンを持つ３個のホーンアンテナ７４ａ，７４ｂ，７４ｃを組合わせて構成している。そして、前記各ホーンアンテナ７４ａ〜７４ｃはアンテナ切換回路（図示せず）により何れか１個のホーンアンテナが選択されて動作するようになっている。
【００９３】
前記マルチセクタアンテナ７５は、水平方向に６０度の指向性パターンを持つ６個のホーンアンテナ７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ，７５ｆを組合わせて構成している。そして、前記各ホーンアンテナ７５ａ〜７５ｆは前記アンテナ切換回路により何れか１個のホーンアンテナが選択されて動作するようになっている。
【００９４】
前記マルチセクタアンテナ７６は、水平方向に３０度の指向性パターンを持つ１２個のホーンアンテナ７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄ，７６ｅ，７６ｆ，７６ｇ，７６ｈ，７６ｉ，７６ｊ，７６ｋ，７６ｌを組合わせて構成している。そして、前記各ホーンアンテナ７６ａ〜７６ｌは前記アンテナ切換回路により何れか１個のホーンアンテナが選択されて動作するようになっている。
【００９５】
前記各ホーンアンテナ７４ａ〜７４ｃ、７５ａ〜７５ｆ、７６ａ〜７６ｌの内部は、例えば、図１５に示すように、各ホーンアンテナ７４ａ〜７４ｃは、アンテナエレメント７４ae，７４be，７４ceと反射／遮蔽板７４ar，７４br，７４crによって構成され、各ホーンアンテナ７５ａ〜７５ｆは、アンテナエレメント７５ae，７５be，７５ce，７５de，７５ee，７５feと反射／遮蔽板７５ar，７５br，７５cr，７５dr，７５er，７５frによって構成され、各ホーンアンテナ７６ａ〜７６ｌは、アンテナエレメント７６ae，７６be，７６ce，７６de，７６ee，７６fe，７６ge，７６he，７６ie，７６je，７６ke，７６leと反射／遮蔽板７６ar，７６br，７６cr，７６dr，７６er，７６fr，７６gr，７６hr，７６ir，７６jr，７６kr，７６lrによって構成されており、それぞれのホーンアンテナのビーム幅が各反射／遮蔽板によって制限されるような構造になっている。
【００９６】
なお、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3の構成はこれに限定するものではない。例えば、ここではアンテナの水平面内指向性に対してビーム幅を制限する構成のものを例として示したが、垂直面内指向特性においてもビーム径を絞る制御を加えるものであってもよい。
【００９７】
このように可変指向性受信アンテナに代えて指向性アンテナ７１ー1、７１-2、７１-3とこの各指向性アンテナから１つを選択して受信信号を取込むアンテナ選択手段７２からなる受信アンテナ７３を設けたものであってもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することができ、従って、遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【００９８】
この実施の形態において、前述した第１の実施の形態と同様に、パルス圧縮法を用いて遅延プロファイルを求める場合の事例について述べると、図１６に示す構成になる。すなわち、計測手段４７の構成は図６の場合と同一である。従って、この場合においても、遅延プロファイルを計測する方法及びアンテナ・ビーム径を制御する方法は前述した図６の場合と全く同様である。
【００９９】
（第６の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１７に示すように、前述した第５の実施の形態における信号検出手段４６を使用せず、代わりに信号線５３により計測開始タイミング信号を計測手段４７に供給するようになっている。すなわち、受信装置４０５の処理装置４３１は計測手段４７と演算手段４８で構成されている。その他の構成は第５の実施の形態と同一である。なお、計測開始タイミング信号の生成は、例えば、送信装置３０から計測信号を送信するタイミングを知ることができるオペレータがスイッチを操作するなどで行う。
【０１００】
計測開始タイミング信号は、受信アンテナ７３が計測信号を受信中であることを前記計測手段４７に通知するための信号で、前記計測手段４７は、計測開始タイミング信号を取込むと、送信手段３０から送信される計測信号を出力信号線４９から取込み、受信波を直接波と遅延波とに分離し、分離した直接波と各遅延波成分との遅延時間を計測することになる。
【０１０１】
このように、信号検出手段の代わりに信号線を介して計測開始タイミング信号を計測手段４７に入力させることによっても受信アンテナ４１の指向性制御を周辺の電波伝搬環境下に基づいて行うことができる。従って、この実施の形態においても通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定でき、データ通信における誤り率を改善することができる。
【０１０２】
（第７の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１８に示すように、受信装置４０６と送信装置６０１を一体に備えたもので、受信装置と送信装置とで指向性アンテナ７１-1、７１-2、７１-3、アンテナ選択手段７２及びアンテナ共用装置７７を共有する構成になっている。従って、この実施の形態では指向性アンテナ７１-1〜７１-3及びアンテナ選択手段７２は送受信アンテナ７８を構成している。
【０１０３】
前記アンテナ共用装置７７は方向性結合回路からなり、前記指向性アンテナ７１-1〜７１-3及びアンテナ選択手段７２を介して受信した信号は前記アンテナ共用装置７７を介して受信装置４０６の出力信号線４９のみに出力され、送信装置６０１側へは供給されない。また、前記送信装置６０１から前記アンテナ共用装置７７に供給される信号は前記アンテナ選択手段７２を介して指向性アンテナ７１-1〜７１-3のみに供給され、受信装置４０６側へは供給されない。
【０１０４】
前記受信装置４０６は、前記各指向性アンテナ７１-1〜７１-3及びアンテナ選択手段７２をアンテナ共用装置７７によって前記送信装置６０１と共用する以外は、第５の実施の形態の受信装置４０４と同一の構成である。
前記送信装置６０１は、第３の実施の形態と同様の送信手段６２、計測信号生成手段６３を備え、前記各指向性アンテナ７１-1〜７１-3、アンテナ選択手段７２及びアンテナ共用装置７７を前記受信装置４０６と共用する構成になっている。
【０１０５】
このような構成においては、各指向性アンテナ７１-1〜７１-3のうち何れのアンテナを使用するかを決定するのは受信装置４０６であり、前記アンテナ制御手段４２１がアンテナ選択手段７２を制御して行う。前記送信装置６０１は使用するアンテナの選択は行わない。従って、送信時に使用するアンテナは受信時に選択使用したアンテナと同一になる。
【０１０６】
この実施の形態においてもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することができ、従って、遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【０１０７】
（第８の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図１９に示すように、前述した第７の実施の形態におけるアンテナ共用装置７７に代えて回路切換え装置７８を使用したものである。この回路切換え装置７８の回路切換えは送受信切換え制御部７９からの制御信号によって行うようになっている。
【０１０８】
このものにおいては、アンテナ共用装置とは異なり全二重通信動作はできない。しかし、その他については第７の実施の形態と同様の動作を行うので、この実施の形態においてもアンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。
【０１０９】
（第９の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図２０に示すように、前述した第４の実施の形態における送信装置に計時手段８０を付加して送信装置６０３を構成している。前記計時手段８０はタイマーとかクロックとか呼ばれる機能を持つ構成要素によって構成される。この計時手段８０は、計測信号生成手段６３と送信手段６２を制御して、予め定められた一定時間間隔毎に計測信号を送出する。
【０１１０】
また、計測信号を送出するタイミングはシステム全体の送受信タイミングの中で決定されるため、前記計時手段８０は、送受信切換え制御部５７、処理装置４３、アンテナ制御手段４２及び制御手段６４にも計時情報を供給し、これらの構成要素の動作タイミングの制御にも関与する。
【０１１１】
この実施の形態においても前述した第４の実施の形態と同様に、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。
【０１１２】
さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。さらにまた、電波伝搬環境の計測動作を一定時間間隔毎に行うので、例えば、通行人の数が大幅に変化するなどして電波伝搬環境か変化しても常に最適なアンテナのビーム径を使用して安定した通信ができる。
【０１１３】
（第１０の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分について説明する。
この実施の形態は、図２１に示すように、前述した第７の実施の形態における送信装置に計時手段８１を付加して送信装置６０４を構成している。前記計時手段８１はタイマーとかクロックとか呼ばれる機能を持つ構成要素によって構成される。この計時手段８１は、計測信号生成手段６３と送信手段６２を制御して、予め定められた一定時間間隔毎に計測信号を送出する。
【０１１４】
また、計測信号を送出するタイミングはシステム全体の送受信タイミングの中で決定されるため、前記計時手段８１は、処理装置４３及びアンテナ制御手段４２にも計時情報を供給し、これらの構成要素の動作タイミングの制御にも関与する。
【０１１５】
この実施の形態においても前述した第７の実施の形態と同様に、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変することができ、従って、遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。また、計測信号を使用しての電波伝搬環境測定を常に良好にできる。
【０１１６】
さらに、通信時において常に電波伝搬環境に応じた最適なアンテナ指向性のビーム径を設定できる。さらにまた、電波伝搬環境の計測動作を一定時間間隔毎に行うので、例えば、通行人の数が大幅に変化するなどして電波伝搬環境か変化しても常に最適なアンテナのビーム径を使用して安定した通信ができる。
【０１１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、アンテナ指向性のビーム径を遅延波の遅延時間の広がりの程度に従って可変するので、周辺の電波伝搬環境に適したビーム径を自動的に選択して無線通信ができる。従って、例えば、屋内無線通信において什器類等が多数設置されているために多くの反射波、すなわち、多重遅延波が存在するような環境下においてはアンテナビーム径を絞ることで遅延波の影響を低減でき、データ通信における誤り率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すＰＯＳシステムの要部構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態における無線基地局並びに無線端末局の送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図３】図２における励振ウェイト制御部の構成を示すブロック図。
【図４】同実施の形態における遅延プロファイルの計測事例を示すもので、電波の反射が比較的少ない環境下で計測した場合の事例を示す波形図。
【図５】同実施の形態における遅延プロファイルの計測事例を示すもので、電波の反射が比較的多い環境下で計測した場合の事例を示す波形図。
【図６】同実施の形態において送信装置がｍ系列の計測信号を発生し、受信装置がパルス圧縮法により遅延プロファイルを求める具体例を示すブロック図。
【図７】図６における計測信号発生手段の構成を示すブロック図。
【図８】ｍ系列信号の自己相関値を示すグラフ。
【図９】遅延スプレッドを計算する方法を説明するための遅延プロファイル波形例を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１４】同実施の形態における指向性アンテナの外観構成を示す分解斜視図。
【図１５】同実施の形態における指向性アンテナの内部構成を示す分解斜視図。
【図１６】同実施の形態において送信装置がｍ系列の計測信号を発生し、受信装置がパルス圧縮法により遅延プロファイルを求める具体例を示すブロック図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図１９】本発明の第８の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図２０】本発明の第９の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図２１】本発明の第１０の実施の形態における送信装置及び受信装置の構成を示すブロック図。
【図２２】従来のアンテナ指向性制御システムを説明するための図。
【符号の説明】
１２…無線基地局
１６…無線端末局
３０…送信装置
３２…送信手段
３３…計測信号生成手段
４０…受信装置
４１…可変指向性受信アンテナ
４２…アンテナ制御手段
４７…計測手段
４８…演算手段
Claims (1)
- 送信装置と受信装置とからなるアンテナ指向性制御システムにおいて、
前記送信装置は、多重伝搬路における電波伝搬遅延時間を求めるための計測信号を生成する計測信号生成手段と、この計測信号生成手段からの計測信号をアンテナを介して送出する送信手段とを備え、
前記受信装置は、アンテナ指向性のビーム径の異なる複数の指向性アンテナと、この各指向性アンテナから１つを選択して受信信号を取込むアンテナ選択手段と、このアンテナ選択手段が受信信号として取込んだ計測信号を直接波と遅延波に分離し、この直接波と各遅延波成分との遅延時間を求める計測手段と、この計測手段が求めた直接波と各遅延波成分との遅延時間の広がりを演算し、その演算結果を前記アンテナ制御手段に送出する演算手段とを備え、
前記アンテナ制御手段は、前記演算手段からの演算結果に基づいて前記各指向性アンテナのうちのどのアンテナを使用するか決定し、前記アンテナ選択手段を制御することを特徴とするアンテナ指向性制御システム。
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