JP4502291B2 - 移動体通信システム及びこのシステムに使用する基地局 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、指向性アンテナ装置を備えた基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システム及びこのシステムに使用する基地局に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の移動体通信システムでは、周波数の有効利用、マルチパスフェージング対策、同一チャネル干渉波の除去などのために、基地局に指向性アンテナ装置を用いて移動体の方向に対してのみ指向性を向けて通信を行うようになっている。
【0003】
例えば、特開平10−145286号公報のものは、図13に示すように、制御局1と基地局2からなり、制御局1は、公衆網と接続される変調器3及び復調器4、局部発振器5、ミキサ6、サーキュレータ、給電分配部7、可変減衰器、移相器、光電変換素子、波長多重部8を備え、基地局2は、光ファイバ9と接続された波長多重部10、光電変換素子、局部発振器11、要素アンテナ駆動部12、要素アンテナ13を備えたもので、複数の要素アンテナからなるアレーアンテナを備えた基地局2と移動体とが双方向無線通信するようになっている。アレーアンテナはアンテナに給電する電気信号によってアンテナ指向性が変化する可変指向性アンテナとなっている。
【0004】
基地局2においてアレーアンテナが移動体から受信した信号は制御局1に送られ、制御局1では、この移動体から受信した信号から電波の到来方向を推定し、基地局2のアレーアンテナに給電する電気信号を演算により算出し、この電気信号をアレーアンテナに供給する。アレーアンテナは移動体の位置にあった指向性に可変される。
【0005】
電波の到来方向は、ビームを走査して受信レベルから検出する方法やMUSIC、ESPRITといった到来方向推定方法により推定する。また、移動体の移動に伴い電波の到来方向は常に変化しているため、適当な時間間隔で電波の到来方向の推定とこれに基づく基地局のアレーアンテナに給電する電気信号の演算を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この公報のものは、移動体からの受信信号に基づいてMUSIC、ESPRITといった到来方向推定方法により演算処理を行って方向を推定しアレーアンテナに給電する電気信号を算出するため、演算処理に時間がかかり、このため移動速度が速い移動体に対しては移動体の追尾が間に合わず通信が途中で途絶えてしまうという問題があった。
【0007】
また、アレーアンテナの指向性をビーム状にし、このビームを走査して受信レベルが最大となる方向を捜し出すことも考えられるが、このようにしてもビーム走査のために時間がかかり、やはり移動速度が速い移動体に対しては移動体の追尾が間に合わず通信が途中で途絶えてしまうという問題が生じる。
【0008】
請求項1乃至4記載の発明は、基地局において、移動体の移動中に移動体の方向を検出し、また、移動体方向に指向性を向けるために演算を行うという動作を行う必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムを提供する。
【0010】
請求項5記載の発明は、ゲート内を通過する移動体に対して指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にでき、しかも、指向性切替え制御が簡単な移動体通信システムを提供する。
【0011】
請求項6記載の発明は、移動体の移動中に移動体の方向を検出したり、移動体方向に指向性を向けるために演算を行ったりする必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムに使用する基地局を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、移動体が通過するゲートと、このゲートの端部に設置され、移動体のゲートへの進入を検知して基地局に通知するセンサ手段とを設け、基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を各アンテナ素子への送信信号として重み付け手段にて重み付けを行うために各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて記憶手段に記憶された複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、センサ手段から通知があると電源を投入して、タイミング生成手段が決めたタイミングで記憶手段から移動体の該当する方向の重み係数を読み出し重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えた移動体通信システムにある。
【0014】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の移動体通信システムにおいて、タイミング生成手段は、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体が移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向に順次到達する時間を移動体の移動速度から求めてタイミングを決めることにある。
【0015】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の移動体通信システムにおいて、タイミング生成手段は、移動体の移動速度からこの移動体が移動開始位置から移動終了位置に到達するまでにかかる移動時間を算出し、この算出した移動時間内で複数の時間を設定し、この設定した時間を記憶手段から重み係数を読み出すタイミングとすることにある。
【0016】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のうちいずれか1記載の移動体通信システムにおいて、センサ手段は、さらに移動体の移動速度及び移動方向を検知して基地局に通知するものである。
【0017】
請求項5記載の発明は、基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、移動体をそれぞれ異なる位置で検知して基地局に通知する複数のセンサ手段を設け、基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を各アンテナ素子への送信信号として重み付け手段にて重み付けを行うために各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、各センサ手段の設置位置毎に移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、各センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、いずれかのセンサ手段から通知があると電源を投入して、以後、各センサ手段からの通知により、記憶手段から該当するセンサ手段の設置位置に対応した重み係数を読み出し重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えた移動体通信システムにある。
【0018】
請求項6記載の発明は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を各アンテナ素子への送信信号として重み付け手段にて重み付けを行うために各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、ゲートを通過する移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて記憶手段に記憶された複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、ゲートの端部に設置され、移動体のゲートへの進入を検知して基地局に通知するセンサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、センサ手段から通知があると電源を投入して、タイミング生成手段が決めたタイミングで記憶手段から移動体の該当する方向の重み係数を読み出し重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えた移動体通信システムに使用する基地局にある。
【0019】
【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。
(第1の実施の形態)
図1はアレーアンテナを用いた指向性アンテナ装置を備えた基地局21と、この基地局21が無線通信を行う移動体22からなる移動体通信システムの構成を示している。ここで使用するアレーアンテナは、複数のアンテナ素子23を備え、各アンテナ素子23に入力される受信信号、あるいは各アンテナ素子23から出力される出力信号に対して重み係数を設定することで振幅と位相を調整し、所定の指向性を形成できるようになっている。
【0020】
図1(a)は、移動体22が基地局21に対して−30°方向にある移動開始位置C地点にあって基地局21と無線通信を行っている状態を示している。また、基地局21に対して−45°方向にあるX地点から干渉波や妨害波等の不要波が発生している。このとき、基地局21はC地点の移動体22の方向に指向性が向き、不要波の方向に対してはヌル点が向くような所望の指向性を各アンテナ素子23によって形成する。
【0021】
図1(b)は、移動体22がC地点から、基地局21に対して50°方向にある移動終了位置D地点に移動した状態を示している。移動体22がD地点に移動すると、基地局21はD地点の移動体22の方向に指向性を向き、不要波の方向に対してはヌル点が向くような所望の指向性を各アンテナ素子23によって形成する。
【0022】
そして、移動体22が移動開始位置C地点から移動終了位置D地点まで移動している間は、移動体22の移動速度に合わせて所望の指向性を各アンテナ素子23によって形成し、移動体22を追尾しながら無線通信を行う。移動体22としては、例えば、携帯無線端末や無線タグなどがある。
【0023】
前記基地局21が備えた指向性アンテナ装置は、図2に示すように、前記各アンテナ素子23に対応して複数のアンテナ共用部24を設けると共に受信系として、複数のローノイズアンプ25、複数の第1の周波数変換部26、複数のA/D変換器27を設け、また、送信系として、複数のD/A変換器28、複数の第2の周波数変換部29、複数の電力増幅器30を設け、さらに、送、受信信号に対して振幅と位相に重み係数による重み付けを行うデジタル信号処理部31、基地局本体との間で送、受信データのやり取りを行う送受信部32を設けている。
【0024】
この指向性アンテナ装置は、各アンテナ素子23において電波を受信すると、この各受信信号がそれぞれアンテナ共用部24を介してローノイズアンプ25に供給され増幅される。そして、各受信信号はそれぞれ第1の周波数変換部26によって周波数変換され、それぞれA/D変換器27によってデジタル信号に変換された後、前記デジタル信号処理部31に供給される。
【0025】
前記デジタル信号処理部31は、各アンテナ素子23に対応して複数の振幅と位相の重み付け手段33、前記移動体22の移動開始位置、移動終了位置(移動目的地)、所望波方向及び不要波方向の情報から、前記移動体22の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体22と通信するのに適した振幅と位相の重み係数を予め計算する事前計算処理部34、この事前計算処理部34が計算した振幅と位相の重み係数を記憶する記憶手段としての参照テーブル35、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体22の移動に合わせて参照テーブル35からその移動体22の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成部36、このタイミング生成部36が決めたタイミングで前記参照テーブル35から移動体22の該当する方向の重み係数を読み出し前記各重み付け手段33に設定する制御手段37、前記各重み付け手段33にて重み付けされた受信信号を加算処理して前記送受信部32に出力する加算手段38、前記送受信部32からの送信信号を各アンテナ素子23に対応して複数の送信信号に同相分配してそれぞれ前記各重み付け手段33に供給する同相分配手段39を設けている。
【0026】
そして、前記各A/D変換器27からのデジタル信号(受信信号)に対してそれぞれ各重み付け手段33にて参照テーブル35に記憶されている振幅と位相の重み係数により重み付けを行い、この重み付けされた各デジタル信号を加算手段38にて加算処理して送受信部32に供給される。このとき、タイミング生成部36により移動体22の移動速度に合わせて重み係数を参照テーブル35から読み出すタイミングを決定し、このタイミングに従って制御部37が参照テーブル35から読み出す重み係数を更新し重み付け手段33に設定、すなわち、切替え制御する。
【0027】
また、前記送受信部32から送信信号が出力されると、この送信信号は同相分配手段39にて各アンテナ素子23へ同相分配され、それぞれ重み付け手段33に供給される。各重み付け手段33は参照テーブル35に記憶されている振幅と位相の重み係数を使用して各送信信号に対する重み付けを行う。
【0028】
そして、重み付けされた各送信信号はそれぞれD/A変換器28によりアナログ信号に変換された後、それぞれ第2の周波数変換部29で周波数変換され、さらに、それぞれ電力増幅器30で電力増幅され、各アンテナ共用部24を介して各アンテナ素子23に出力される。
【0029】
図3は前記移動体22がC地点からD地点へ移動する場合に使用する重み係数を記憶した参照テーブル35の一例を示し、所望波の方向−30°、不要波の方向−45°のC地点から、所望波の方向50°、不要波の方向−45°のD地点までを0ステップから80ステップに分け、各ステップ毎にN本の各アンテナ素子23に与える振幅と位相の重み係数を設定している。
【0030】
すなわち、ステップ0には、移動開始位置であるC地点の方向に指向性が向き、X地点の不要波の方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する振幅と位相の重み係数が記憶され、ステップ80には、移動終了位置であるD地点の方向に指向性が向き、X地点の不要波の方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する振幅と位相の重み係数が記憶されている。
【0031】
これらの重み係数は、前記事前計算処理部34で所望波方向と不要波方向の情報を基に、例えば、MSNアルゴリズムを用いたシュミレーションにより算出する。また、移動開始位置C地点の方向−30°から移動終了位置D地点の方向50°までの角度80°を角度1°に分解し、この分解した各角度方向をそれぞれ所望波方向とし、不要波方向は−45°に固定し、各角度方向に指向性が向き、不要波方向にはヌル点を形成する振幅と位相の重み係数を前記事前計算処理部34で算出し参照テーブル35にステップ1からステップ79の情報として記憶する。
【0032】
前記タイミング生成部36は、基地局21とC地点及びD地点との距離、C地点とD地点との距離、移動体22の移動速度から、基地局21からの各角度方向に対応した位置に移動体22が到達する時間を算出して到達タイミングを決定する。前記制御部37は、移動体22がC地点から移動を開始した後の時間をカウントし、前記タイミング生成部36が算出した到達時間になると、その到達時間で移動体22が到達する位置に対応する方向に指向性が向くように、参照テーブル35から該当する振幅と位相の重み係数を読み出して各重み付け手段33に供給し、各アンテナ素子23を重み付け制御する。
【0033】
例えば、図4に示すように、C地点の移動体22がステップ20の所望波方向となるC20地点に到達するのはT20秒後、ステップ40の所望波方向となるC40地点に到達するのはT40秒後、ステップ60の所望波方向となるC60地点に到達するのはT60秒後、ステップ80の所望波方向となるD地点に到達するのはT80秒後というように、Cn地点(但し、n=1〜79)に到達する時間Tnは予め計算によって求めることができる。そして、移動体22がC地点から移動を開始した後、Cn地点に到達する時間Tnで参照テーブル35のステップ1〜79に記憶された各アンテナ素子毎の振幅、位相の重み係数をそれぞれ読み出して各アンテナ素子23に設定する。これにより、移動体22が移動開始地点から移動終了地点まで移動している間、この移動体22を追尾するようにアンテナの指向性が切替えられることになる。
【0034】
また、移動体22の移動速度に合わせ、移動速度が遅い場合は重み係数の切替え角度間隔を細かくし、移動速度が速い場合は重み係数の切替角度間隔を粗くすることで、移動体22の異なる移動速度にも対処できる。
【0035】
図5は移動体22の動作を示す流れ図、図6は基地局21の指向性アンテナ装置の動作を示す流れ図である。
移動体22は、S1にて、基地局21に自局の位置情報を含んだ通信希望を送信し、S2にて、通信を開始する。
【0036】
そして、移動することなく通信を終了する場合は、そのまま通信を終了する。また、移動しながら通信を希望する場合は基地局21に対し、S3にて、移動希望を通知し、S4にて、目的地と移動速度の情報を送信する。
【0037】
その後、S5にて、基地局21から移動開始許可を受信すると、S6にて、移動を開始する。そして、S7にて、目的地に到達して移動終了を確認すると、通信が終了するまで動作を継続する。
【0038】
基地局21は、S11にて、先ず、不要波の方向を検出する。なお、予め不要波の方向が分かっている場合は手入力でもよい。また、不要波が存在しない場合もある。
【0039】
続いて、S12にて、参照テーブル35を作成する。すなわち、事前計算処理部34により基地局21からの移動開始地点の方向と移動終了地点の方向、及びその間で適当な角度毎にずらした複数の所望波方向について最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出し記憶して参照テーブル35を作成する。
【0040】
この状態で、S13にて、移動体22からの通信希望の受信に待機し、通信希望を受信すると、S14にて、参照テーブル35から対応する重み係数を読み出して重み付け手段33に設定し移動体22の方向に各アンテナ素子23の指向性を向け、S15にて、移動体22との通信を開始する。
【0041】
そして、移動体22が移動することなく通信を終了する場合はそのまま通信を終了し、S13にて、移動体から次の通信希望が来るのを待つ。また、移動体22から移動希望の通知があると、S16にて、移動体22からの目的地と移動速度の情報を受信し、S17にて、移動速度から移動開始位置と移動終了位置との間で、基地局21からの各角度方向に対応した位置に移動体22が到達する到達時間を算出し、S18にて、移動体22に対して移動開始許可を送信する。
【0042】
そして、タイミング生成部36により算出した基地局21からの各角度方向に対応した位置に移動体22が到達する到達時間を用い、制御部37にてタイマなどにより重み係数の更新タイミングを計り、更新タイミングになると、S19にて、参照テーブル35から読み出す最適な振幅と位相の重み係数を更新する。そして、移動体22が移動終了位置に到達するまでこの重み係数の更新を各角度方向毎に順次行い移動体の追尾をしながら移動体と通信を行う。
【0043】
移動体22が移動終了位置に到達すると、振幅と位相の重み係数を固定した状態で通信を継続し、通信が終了すると、S13にて、移動体から次の通信希望が来るのを待つ。
【0044】
このように、事前計算処理部34によって移動体22の移動開始位置、移動終了位置及び移動速度の情報から、基地局21からの移動開始位置の方向、移動終了位置の方向及びこの方向間の角度を複数に分割した各分解角度の方向に指向性が向き、基地局21における不要波の方向にヌル点が形成されるように計算で求めた複数の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル35に記憶し、移動体22の移動タイミングに応じて参照テーブル35から該当する方向の指向性が得られる最適振幅重み係数と最適位相重み係数を順次読み出して重み付け手段33に設定するようにしているので、基地局21において移動体22の移動中に、移動体の方向を検出したり、移動体方向に指向性を向けるために演算を行うという動作を行う必要が全くない。従って、移動体の移動速度がたとえ速くても移動体に対する指向性の追尾が確実にでき、基地局21と移動体22との無線通信が常に確実にできる。
【0045】
なお、この実施の形態ではステップ1からステップ80までの各ステップ毎に移動体22が到達する時間をタイミング生成部36で予め算出し、制御部37がこのタイミング生成部36が算出した各到達時間をカウントする毎に参照テーブル35から読み出す重み係数を更新するようにしたが必ずしもこれに限定するものではない。
【0046】
例えば、タイミング生成部36によって移動体22がC地点からD地点まで移動する移動時間T秒を算出するととともにこのT秒をn(nは整数)等分したT/n秒を算出し、また、制御部37によってT/n秒毎に移動体22が到達する移動位置を算出し、参照テーブル35のステップ1〜ステップ79の中でT/n秒毎に到達する移動位置に対応する所望波方向のステップを選択し、この選択したステップの振幅と位相の重み係数を参照テーブル35から読み出して重み付け手段33に設定するようにしてもよい。
【0047】
例えば、図7に示すように、C地点の移動体22がT/4秒後にはC1地点に到達し、2T/4秒後にはC2地点に到達し、3T/4秒後にはC3地点に到達する場合は、T/4秒間隔毎に移動体22の移動位置が計算で求まるので、移動体22の移動位置に対応するステップの所望波方向も分かる。制御部37はタイミング生成部36で算出したT/4秒間隔毎にこのT/4秒で移動体22が到達する位置に対応する方向のステップに記憶した最適な重み係数を参照テーブル35から読み出して重み付け手段33に設定し、移動体の方向にアンテナ指向性を向ける。
【0048】
このようにすれば、参照テーブル35に記憶するステップ数を細かくしておき、タイミング生成部36が算出するT/n秒間隔を調整することで移動体22の追尾精度や移動体22の移動速度、基地局21の処理スピードなどによって参照テーブルから読み出す重み係数の更新タイミングを調整することができる。
【0049】
(第2の実施の形態)
この実施形態は移動体通信システムを自動改札やゲート通過監視などに適用した場合について述べる。なお、基地局の構成は前述した実施の形態と同様である。
【0050】
移動体22はゲート41の一方の側のE地点から他方の側のF地点、又は、他方の側のF地点から一方の側のE地点に移動することになり、移動方向は2種類となる。前記ゲート41の一方の側並びに他方の側には移動体22の進入監視、移動速度監視及び移動方向監視を行うセンサ手段として、それぞれ1対のゲートセンサ42a,42bと1対のゲートセンサ43a,43bを移動体22の移動方向に所定の間隔を隔てて並べて配置している。この各ゲートセンサ42a,42b、43a,43bは、例えば、発光素子と受光素子からなるセンサで、移動体22がゲートセンサ42aと42bとの間を通過することで、あるいはゲートセンサ43aと43bとの間を通過することで移動速度及び移動方向の情報を得ることができるようになっている。この各ゲートセンサ42a,42b、43a,43bが検出した移動体22の進入、移動速度及び移動方向の情報は基地局21に送信されるようになっている。
【0051】
前記基地局21から見て所望波方向となるE地点は−45°方向であり、F地点は30°方向である。また、不要波の到来方向はY地点で−60°方向である。このため、前記基地局21は、指向性アンテナ装置に、例えば、図9に示すように、ゲート41の一方向から他方向に移動体22が移動する場合に与える最適振幅重み係数と最適位相重み係数を記憶した参照テーブル351aとゲート41の他方向から一方向に移動体22が移動する場合に与える最適振幅重み係数と最適位相重み係数を記憶した参照テーブル351bを作成している。
【0052】
具体的には、前記参照テーブル351aには、E地点をステップ0とし、F地点をステップ15とし、この間の所望波方向を分解角度5°に設定している。すなわち、基地局21から見てステップ0のE地点は所望波方向が−45°、不要波方向が−60°となり、ステップ1の地点は所望波方向が−40°、不要波方向が−60°となり、ステップ15のF地点は所望波方向が30°、不要波方向が−60°となる。そして、ステップ0〜15の各地点毎にその地点の方向に指向性が向き、Y地点の不要波方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する最適振幅重み係数と最適位相重み係数が記憶されている。
【0053】
また、前記参照テーブル351bには、F地点をステップ0とし、E地点をステップ15とし、この間の所望波方向を分解角度5°に設定している。すなわち、基地局21から見てステップ0のF地点は所望波方向が30°、不要波方向が−60°となり、ステップ1の地点は所望波方向が25°、不要波方向が−60°となり、ステップ15のE地点は所望波方向が−45°、不要波方向が−60°となる。そして、ステップ0〜15の各地点毎にその地点の方向に指向性が向き、Y地点の不要波方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する最適振幅重み係数と最適位相重み係数が記憶されている。
【0054】
前記基地局21の指向性アンテナ装置は、図10に示すような動作を行う。先ず、S21にて、不要波の方向を検出する。なお、予め不要波の方向が分かっている場合は手入力でもよい。また、不要波が存在しない場合もある。
【0055】
続いて、S22にて、参照テーブル351a,351bを作成する。すなわち、事前計算処理部34により移動開始地点であるE地点の方向と移動終了地点であるF地点の方向、及びその間で分解角度5°毎にずらした複数の所望波方向について最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出し記憶して参照テーブル351a及び351bを作成する。
【0056】
この状態で、通信を行わないときには、S23にて、一旦電源をダウンさせる。そして、S24にて、ゲートセンサ42a,42bあるいはゲートセンサ43a,43bからの信号により移動体22がゲート41に進入したことを検出し、S25にて、電源を投入する。これにより、基地局21での電力消費を抑える。
【0057】
続いて、S26にて、ゲートセンサ42a,42bあるいはゲートセンサ43a,43bからの信号により移動体22の移動方向及び移動速度を検出する。
例えば、ゲートセンサ42aから信号を受けた後ゲートセンサ42bから信号を受けると、移動体22がE地点から進入しF地点方向に移動することが検出できる。また、ゲートセンサ42aから信号を受けた後ゲートセンサ42bから信号を受けるまでの時間により移動体22の移動速度が検出できる。
【0058】
また、逆にゲートセンサ43aから信号を受けた後ゲートセンサ43bから信号を受けると、移動体22がF地点から進入しE地点方向に移動することが検出できる。また、ゲートセンサ43aから信号を受けた後ゲートセンサ43bから信号を受けるまでの時間により移動体22の移動速度が検出できる。
【0059】
続いて、S27にて、各移動位置毎の到達時間を算出する。すなわち、タイミング生成部36は、例えば、移動体22がE地点からF地点へ移動する場合は、前記参照テーブル351aのステップ0からステップ15までの各所望波方向に対応する位置に移動体22が到達する時間を算出する。
【0060】
そして、S28にて、制御部37は、初期ウェイト設定を行う。例えば、移動体22がE地点からF地点へ移動する場合は、先ず、ゲートセンサ42a,42bが移動体22の進入を検出したとき、E地点であるステップ0の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル351aから読み出して重み付け手段33に設定する。これにより、各アンテナ素子23によって形成される指向性パターンは−45°方向に高い指向性を持ち、−60°方向にはヌル点が形成されるパターンとなる。また、時間のカウントを開始する。
【0061】
その後、S29にて、制御部37はタイミング生成部36が算出した時間とカウント時間を比較し、カウント時間がステップ1の所望波方向に対応する位置に移動体22が到達する時間になると、S30にて、ステップ1の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル351aから読み出して重み付け手段33に設定する。すなわち、重み係数更新を行う。
【0062】
以降、移動体22がステップ2、3、…の所望波方向に対応する位置に到達する時間になる毎に参照テーブル351aから読み出す重み係数を更新し、ステップ15、すなわち、F地点に到達してステップ15の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル351aから読み出して重み付け手段33に設定し、通信を終了すると、S23に戻って基地局21の電源をダウンさせ、S24にて、次の移動体の進入に待機する。
【0063】
上記においては、移動体22がE地点から進入しF地点へ移動する場合を例として述べたが、移動体22がF地点から進入しE地点へ移動する場合も同様である。但しこの場合は最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル351bから読み出すことになる。
【0064】
このように、ゲート41内を通過する移動体22に対して、ゲートの両端間を移動体が移動するときの位置をステップ0からステップ15に分割してそれぞれ各アンテナ素子23毎の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出して記憶した参照テーブル351a,351bを作成し、実際に移動体22がゲート41内を移動するときに各ステップの位置に到達する時間を見計って重み付け手段33に設定する重み係数を更新するようにしているので、ゲート41内を通過する移動体22に対して、たとえ移動速度が速くても指向性の追尾が確実にでき、基地局21と移動体22との無線通信が常に確実にできる。
【0065】
(第3の実施の形態)
この実施形態は移動体通信システムを自動改札やゲート通過監視などに適用した場合について述べる。なお、基地局の構成は前述した実施の形態と同様である。
【0066】
この場合も移動体22はゲート41の一方の側のE地点から他方の側のF地点、又は、他方の側のF地点から一方の側のE地点に移動することになり、移動方向は2種類となる。
【0067】
前記ゲート41にはセンサ手段として、その一方の側から他方の側にわたってN個のゲートセンサ44-1,44-2,44-3,44-4,…44-(N-1),44-Nを所定の間隔を隔てて並べて配置している。各ゲートセンサ44-1〜44-Nを配置した位置をそれぞれ移動位置P1,P2,P3,…,PN−1,PNとしている。前記各ゲートセンサ44-1〜44-Nは、例えば、発光素子と受光素子からなるセンサで、それぞれゲート41内を通過する移動体22の位置を検出して前記基地局21に通知するようになっている。
【0068】
前記基地局21は、指向性アンテナ装置に、例えば、図12に示すように、各移動位置P1,P2,P3,…,PN−1,PNの方向に指向性を持ち、Y地点の不要波方向にはヌル点を形成するような指向性パターンを形成するための最適振幅重み係数と最適位相重み係数を記憶した、移動体22がE地点からF地点へ移動する場合に対応した参照テーブル352aと、移動体22がF地点からE地点へ移動する場合に対応した参照テーブル352bを作成している。なお、E地点は移動位置P1に対応し、F地点は移動位置PNに対応している。
【0069】
基地局21の指向性アンテナ装置は、先ず、不要波の方向を検出してから参照テーブル352a,352bを作成する。この作成は事前計算処理部34により各移動位置P1〜PNの方向について最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出し記憶して参照テーブル352a及び352bを作成する。
【0070】
そして、通信を行わないときには、電源をダウンさせておく。この状態でゲートセンサ44-1あるいはゲートセンサ44-Nからの信号により移動体22がゲート41に進入したことを検出し、電源を投入する。
【0071】
例えば、最初にゲートセンサ44-1から信号を受けると、移動体22がE地点から進入したことが検出する。そして、参照テーブル352aから移動位置P1に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段33に設定する。これにより、各アンテナ素子23によって形成される指向性パターンは−45°方向に高い指向性を持ち、−60°方向にはヌル点が形成されるパターンとなる。
【0072】
次に、ゲートセンサ44-2から信号を受けると、参照テーブル352aから移動位置P2に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段33に設定する。次に、ゲートセンサ44-3から信号を受けると、参照テーブル352aから移動位置P3に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段33に設定する。
【0073】
このようにして、移動体22がさらに各移動位置P4〜PNに移動する毎に参照テーブル352aから各移動位置に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段33に設定することになる。
【0074】
また、逆に、最初にゲートセンサ44-Nから信号を受けると、移動体22がF地点から進入したことが検出する。そして、参照テーブル352bから移動位置PNに対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段33に設定する。これにより、各アンテナ素子23によって形成される指向性パターンは30°方向に高い指向性を持ち、−60°方向にはヌル点が形成されるパターンとなる。
【0075】
以降、移動体22が各移動位置PN−1〜P1に移動する毎に参照テーブル352bから各移動位置に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段33に設定することになる。
【0076】
このように、ゲート41内を通過する移動体22に対して、各ゲートセンサ44-1〜44-Nが移動体22を検出する毎に参照テーブル252a又は252bから読み出して重み付け手段33に設定する重み係数を順次切替えるようにしているので、ゲート41内を通過する移動体22に対して、たとえ移動速度が速くても指向性の追尾が確実にでき、基地局21と移動体22との無線通信が常に確実にできる。しかも、指向性切替え制御が簡単である。
【0077】
なお、前述した各実施の形態では基地局に備えた指向性アンテナ装置として、受信信号を第1の周波数変換部26にて周波数変換してからA/D変換器27でデジタル信号に変換してデジタル信号処理部31に供給し、また、同相分配されたデジタル信号処理部31からの送信信号をD/A変換器28でアナログ信号に変換した後第2の周波数変換部29にて周波数変換して電力増幅器30に供給する構成のものについて述べたが必ずしもこれに限定するものではなく、第1の周波数変換部26及び第2の周波数変換部29を省略してもよい。
【0078】
また、前述した各実施の形態では基地局に備えた指向性アンテナ装置として、デジタル信号処理部31にて振幅と位相の重み付け処理を行うものについて述べたが必ずしもこれに限定するものではなく、受信時には、受信したアナログな受信信号にそのまま振幅と位相の重み付けを行って加算合成した後、A/D変換器でデジタルな受信信号に変換して送受信部に供給し、また、送信時には、送受信部からのデジタルな送信信号を同相分配した後、D/A変換器でアナログな送信信号に変換してから振幅と位相の重み付けを行って各アンテナ素子に出力するようにしてもよい。
【0079】
【発明の効果】
請求項1乃至4記載の発明によれば、基地局において、移動体の移動中に移動体の方向を検出し、また、移動体方向に指向性を向けるために演算を行うという動作を行う必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムを提供できる。
【0081】
また、請求項5記載の発明によれば、ゲート内を通過する移動体に対して指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にでき、しかも、指向性切替え制御が簡単な移動体通信システムを提供できる。
【0082】
また、請求項6記載の発明によれば、移動体の移動中に移動体の方向を検出したり、移動体方向に指向性を向けるために演算を行ったりする必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムに使用する基地局を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における移動体通信システムの構成を示す図。
【図2】同実施の形態における基地局に備えた指向性アンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図3】同実施の形態における指向性アンテナ装置に設けた参照テーブルの構成例を示す図。
【図4】同実施の形態における指向性アンテナ装置の重み係数の切替えタイミング例を説明するための図。
【図5】同実施の形態における移動体の動作を示す流れ図。
【図6】同実施の形態における指向性アンテナ装置の動作を示す流れ図。
【図7】同実施の形態における指向性アンテナ装置の重み係数の他の切替えタイミング例を説明するための図。
【図8】本発明の第2の実施の形態における移動体通信システムの構成を示す図。
【図9】同実施の形態における指向性アンテナ装置に設けた参照テーブルの構成例を示す図。
【図10】同実施の形態における指向性アンテナ装置の動作を示す流れ図。
【図11】本発明の第3の実施の形態における移動体通信システムの構成を示す図。
【図12】同実施の形態における指向性アンテナ装置に設けた参照テーブルの構成例を示す図。
【図13】従来例を示すブロック図。
【符号の説明】
21…基地局
22…移動体
23…アンテナ素子
31…デジタル信号処理部
33…振幅と位相の重み付け手段
35…参照テーブル(記憶手段)
36…タイミング生成部
37…制御部
38…加算手段
39…同相分配手段
Claims (6)
- 基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、
前記移動体が通過するゲートと、このゲートの端部に設置され、前記移動体の前記ゲートへの進入を検知して前記基地局に通知するセンサ手段とを設け、
前記基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた前記各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を前記各アンテナ素子への送信信号として前記重み付け手段にて重み付けを行うために前記各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、前記移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて前記記憶手段に記憶された前記複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、前記センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、前記センサ手段から通知があると前記電源を投入して、前記タイミング生成手段が決めたタイミングで前記記憶手段から前記移動体の該当する方向の重み係数を読み出し前記重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えたことを特徴とする移動体通信システム。 - タイミング生成手段は、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体が移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向に順次到達する時間を移動体の移動速度から求めてタイミングを決めることを特徴とする請求項1記載の移動体通信システム。
- タイミング生成手段は、移動体の移動速度からこの移動体が移動開始位置から移動終了位置に到達するまでにかかる移動時間を算出し、この算出した移動時間内で複数の時間を設定し、この設定した時間を記憶手段から重み係数を読み出すタイミングとすることを特徴とする請求項1記載の移動体通信システム。
- 前記センサ手段は、さらに前記移動体の移動速度及び移動方向を検知して前記基地局に通知することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1記載の移動体通信システム。
- 基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、
前記移動体をそれぞれ異なる位置で検知して前記基地局に通知する複数のセンサ手段を設け、
前記基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた前記各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を前記各アンテナ素子への送信信号として前記重み付け手段にて重み付けを行うために前記各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、前記各センサ手段の設置位置毎に前記移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、前記各センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、いずれかのセンサ手段から通知があると前記電源を投入して、以後、前記各センサ手段からの通知により、前記記憶手段から該当するセンサ手段の設置位置に対応した重み係数を読み出し前記重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えたことを特徴とする移動体通信システム。 - 複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた前記各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を前記各アンテナ素子への送信信号として前記重み付け手段にて重み付けを行うために前記各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、ゲートを通過する移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて前記記憶手段に記憶された前記複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、前記ゲートの端部に設置され、前記移動体の前記ゲートへの進入を検知して前記基地局に通知するセンサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、前記センサ手段から通知があると前記電源を投入して、前記タイミング生成手段が決めたタイミングで前記記憶手段から前記移動体の該当する方向の重み係数を読み出し前記重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えたことを特徴とする移動体通信システムに使用する基地局。
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