JP5317543B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本願の発明は、電波の送受信に指向性アンテナを用いたギガヘルツ帯以上のマイクロ波やミリ波による無線通信システムに係り、特に、移動中継に好適な無線通信システムに関する。

例えばスポーツ中継など、野外において発生する種々の通信需要に応え、通信回線を半固定的に展開するためには、例えばパラボラアンテナなどの指向性アンテナを用いて２地点間での無線通信回線を確保するようにした移動用の無線通信システムが、従来から使用されている。
このとき、指向性のアンテナが用いられるのは、無線通信回線となる電波の伝送経路を細く絞ることにより、伝送経路の存在が知られてしまう虞を少なくし、妨害波による影響を抑え、伝送距離の増加と周波数資源の有効利用が図れるようにするためである。

ここで、図３は、このような移動用の通信システムにおいて、従来から用いられている無線通信装置の一例で、この場合、指向性空中線部１１と送信部１２、受信部１３、電界強度測定部１４、空中線駆動部１７、それにサーキュレータＳにより通信装置１０が構成されている(例えば特許文献１参照)。
そして、この通信装置１０を、見通し距離にある電波の伝送経路の一方の地点と他方の地点に、指向性空中線部１１の双方が対向するようにしてそれぞれ配置し、無線通信システムを構成している。

ところで、このような無線通信システムにおいては、各通信装置１０の設置に際して、各々の指向性空中線部１１の指向方向が電波の送信源に正しく向い、指向性アンテナの最大利得点が得られるようにする調整、いわゆるアラインメント調整が必要である。
この場合、まず、当初は、作業者の目視により与えられる方位角、或いは地図から与えられる方位角により、各々の指向性空中線部１１の向きを知り、その方向に設定することにより、とりあえず指向方向が相互に合うようにしておく。

その後、各通信装置１０では、指向性空中線部１１に相手側からの電波が入感され、受信部１３で信号が受信されている状態で、指向性空中線部１１の向きを動かし、電界強度測定部１４により測定されている電界強度が最大になる方向を求め、求まった方向を指向方向として指向性空中線部１１に設定する。
このとき、電界強度が最大になったということは、そのとき、指向性空中線部１１の指向方向が相手側に向う方向に一致したことを意味し、従って、上記のようにして求まった方向を指向性空中線部１１に設定してやれば、指向方向が正しく設定できるのである。

ところで、このような無線通信システムの場合、その運用に際して、他の無線通信システムに干渉しないことが要件であり、このためには送信電力の抑制が有効である。
そこで、受信電波の電界強度に応じて送信電力が制御されるようにした送信レベル動的制御形通信装置を用いた無線通信システムも、従来から知られている。
特開２０００−２２３９２１号公報

上記従来技術は、送信レベル動的制御形通信装置の存在に配慮がされておらず、このような通信装置による無線通信システムには適用が困難であるという問題があった。
すなわち、送信レベル動的制御形通信装置を用いた通信システムの場合、受信電波の電界強度が最大になる方向を見い出そうとして指向性アンテナの向きを変えたとき、受信電波の電界強度に応じて送信電力が制御されてしまうため、電界強度の変化が抑えられてしまうので、指向方向の設定が困難になってしまうのである。

従って、この従来技術の場合、指向性アンテナのアラインメント調整に際しては、通信装置を特別な動作モードにし、相手側の送信電力を固定させた上で自局のアラインメント調整を行い、次いで自局の送信電力を固定してから相手側でアラインメント調整を行うようにする必要があった。
本発明の目的は、特別な動作モードを持つことなく簡単に指向性アンテナのアラインメント調整が得られるようにした無線通信システムを提供することにある。

上記の目的は、一方と他方の無線局での電波の送受信に指向性アンテナを用いた中継用の無線通信システムにおいて、前記他方の無線局には、受信電力を計測し、計測した受信電力値を当該他方の無線局から前記一方の無線局に送信する信号に重畳させて伝送する送信データ生成部を設け、前記一方の無線局には、前記他方の無線局から伝送された前記受信電力値に応じて送信電力制御信号を発生し、当該一方の無線局から送信される送信電力を前記送信電力制御信号に応じて制御する送信電力制御部と、当該一方の無線局の受信部から入力される電界強度レベルを前記送信電力制御部より出力される前記送信電力制御信号により補正し、アナログ強度レベル電圧を算出するモニター電圧演算部とを設け、前記一方の無線局において、前記アナログ強度レベル電圧の値から前記指向性アンテナのアラインメント調整が得られるようにして達成される。

本発明によれば、送信レベル動的制御形通信装置を用いた場合でも、特別なモードにすることなく指向性アンテナのアラインメント調整が可能になり、この結果、高所など作業が困難な場所においても、常に安全に、しかも効率的にアラインメント調整を行うことができる。

以下、本発明に係る無線通信システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明の第１の実施形態で、これは、２台の無線機Ａ、Ｂを用い、これらの無線機Ａ、Ｂを一方と他方の無線通信装置とし、例えばパラボラアンテナなどの指向性アンテナ１、２を用い、これらの間をマイクロ波やミリ波の電波による伝送経路Ｃで結んで無線通信システムとしたものであり、このとき、無線機Ａは、送信部３と受信部４、送信電力制御部５、モニター電圧演算部６、それに端子部７を備え、無線機Ｂは、送信部１０と受信部１１、受信電力計測部１２、それに送信データ生成部１３を備えている。

始めに、このシステムによる中継動作について説明する。
この場合、無線機Ａの送信部Ａ３と無線機Ｂの受信部Ｂ１１、無線機Ｂの送信部Ｂ１０と無線機Ａの受信部Ａ４、それに無線機Ａの指向性アンテナ１と無線機Ｂの指向性アンテナ２は夫々対になって無線機Ａ側にある一方の外部機器(図示してない)と無線機Ｂ側にある他方の外部機器(図示してない)の間での無線通信による中継動作が得られるようになっている。
そして、まず、無線機Ａには、無線機Ｂに伝送すべきデータ(例えばディジタル映像信号データ)が、一方の外部機器から入力され、これが送信部Ａ３に供給される。

そこで、この入力されたデータより変調された高周波電力が送信部Ａ３から指向性アンテナ１に供給され、この結果、無線機Ｂの指向性アンテナ２に電波が入感され、受信部Ｂ１１により復調されたデータが他方の外部機器に供給される。
また、他方の外部機器から、無線機Ａに伝送すべきデータ(例えば連絡用通話信号や制御データ)が無線機Ｂに入力された場合は、送信部Ｂ１０から変調された高周波電力が指向性アンテナ２に供給され、この結果、無線機Ａの指向性アンテナ１に電波が入感し、受信部Ａ４により復調されたデータが一方の機器に供給されることになり、従って、これにより中継動作が得られることになる。

次に、無線機Ａの受信部Ａ４は、指向性アンテナ１に入感した無線機Ｂ側からの電波の強度レベルＡＬを検出して送信電力制御部５に供給する。そこで、送信電力制御部５は、この電波強度レベルＡＬの値に応じて送信部Ａ３から出力される高周波信号の電力を制御し、これにより指向性アンテナ１に供給される高周波電力が、受信電波の強度に応じてフィードバック制御されることになり、この結果、無線機Ａは、上記した送信レベル動的制御形通信装置として動作することになる。
ところで、このままでは、従来技術で説明したように、指向性アンテナのアラインメント調整が困難になる。

しかし、このとき無線機Ｂ側では、その受信部Ｂ１１により、指向性アンテナ２に入感した無線機Ａ側からの電波の強度レベルが検出されていて、それが受信電力計測部１２に供給されている。そして、この受信電力計測部１２では、入力された強度レベルＢＬが計測され、それがディジタル化された強度レベルデータＢＬＤとして出力される。
そして、このディジタル化された強度レベルデータＢＬＤが送信データ生成部１３に供給され、ここで他方の外部機器から無線機Ａに伝送すべきデータに重畳されて送信部Ｂ１０から指向性アンテナ２を介して送信される。なお、このとき、例えば他方の外部機器から無線機Ｂを介して無線機Ａに伝送すべきデータの無線フレームにヘッダー部分として挿入されるのが一般的である。

そうすると、この場合、無線機Ａ側では、指向性アンテナ１に入感した信号、つまり無線機Ｂ側からの電波による信号を受信部Ａ４により復調し、例えばヘッダー部分に重畳されてるデータを取り出すことにより強度レベルＢＬを得ることができ、この結果、無線機Ｂの受信部Ｂ１１において受信された信号の強度レベルが、無線機Ａ側でも同じようにして得られることになる。
ここで、いま、無線機Ａ側にある指向性アンテナ１の向きを変え、このとき変えた方向が正しい方向から外れる方向であった場合は、無線機Ｂの受信部Ｂ１１で受信された信号の強度レベルは低下し、反対に、変えた方向が、より正しい方向に向うものであった場合には強度レベルが増加する。

そこで、無線機Ａ側にある指向性アンテナ１の向きを変え、受信部Ａ４から出力される強度レベルＢＬが最大になるようにして止めてやれば、このときの指向性アンテナ１の向きが正しい指向方向になったこと、つまり指向性アンテナの最大利得点が得られたことを意味し、従って、これにより無線機Ａ側で、その指向性アンテナ１のアラインメント調整が行えることになる。

受信部Ａ４から出力される強度レベルＢＬは、モニター電圧演算部６に供給され、ここでアナログ強度レベル電圧Ｍに変換された上で、モニター電圧として端子部７に供給される。
そこで、この端子部７に、図示のように、テスタを接続してレベル計測用のメータとすることにより、アナログ強度レベル電圧Ｍを、これに応じて、すなわち受信部Ａ４から出力される強度レベルＢＬの値に応じてテスタのメータを振らせることができる。
従って、この実施形態によれば、指向性アンテナ１のアラインメント調整に際して、作業者は、テスタのメータを見ながら指向性アンテナ１を動かして少しづつ向きを変え、メータの振れが最大になったときアンテナの向きを固定すれば、指向性アンテナ１の最大利得点に指向方向が正しく設定され、アラインメント調整を終えることができる。

ところで、この実施形態では、モニター電圧演算部６には、受信部Ａ４から無線機Ｂ側での受信強度レベルＢＬが供給されるだけではなく、送信電力制御部５から出力される送信電力制御信号ＡＴＬも入力されている。
ここで、まず、この送信電力制御信号ＡＴＬについて説明すると、この実施形態では、上記したように、送信部Ａ３から出力される高周波電力は、受信部Ａ４で受信された信号の電界強度レベルＡＬの値により制御されるようになっている。
このため送信電力制御部５には、受信部Ａ４から電界強度レベルＡＬが入力され、これにより送信電力制御部５は、この電界強度レベルＡＬに応じて信号を発生し、それを送信部Ａ３に送信電力制御信号ＡＴＬとして供給し、送信電力が制御されるようにしてあり、この結果、この信号ＡＴＬの値は、送信部Ａ３から実際に出力される高周波電力を表わすものとなっている。つまり、送信部Ａ３から実際に出力される高周波電力を実送信電力ＡＰ_R とすると、ＡＰ_R ＝ＡＴＬと看做せる。

一方、送信部Ａ３が出力可能な高周波電力の最大値を最大送信電力ＡＰ_M とすると、これは定格値のことで、言うまでもなく設計仕様で決り、従って、予め定数として知ることができる。
そこで、モニター電圧演算部６は、送信電力制御部５から入力された送信電力制御信号ＡＴＬを実際に送信部Ａ３から出力される実送信電力ＡＰ_R とし、これと、同じく入力された受信強度レベルＢＬ及び定数として与えられる最大送信電力ＡＰ_M とから次の(1)式により、アナログ強度レベル電圧Ｍを算出する。
Ｍ＝ＢＬ−ＡＰ_R ＋ＡＰ_M …………(1)
このとき、実送信電力ＡＰ_R と最大送信電力ＡＰ_M については、「ＡＰ_R≦ＡＰ_M」の関係にあることは、言うまでもない。

モニター電圧演算部６により、このようにしてアナログ強度レベル電圧Ｍを算出した場合、条件「ＡＰ_R＜ＡＰ_M」が成立している間、つまり送信部Ａ３から、その定格送信電力より低い値の電力が送信されている間は、端子部７から出力されるモニター電圧は、無線機Ａ側の受信部Ａ４での受信電力相当値よりも大きな値として得られ、しかも、この場合、実送信電力ＢＰ_R が減算されていることから、実送信電力ＢＰ_R の変動が相殺され、この結果、双方の無線機Ａ、Ｂで送信レベル動的制御機能が働いているときでも容易に指向性アンテナ１の最大利得点を見付け出すことができ、高精度のアラインメント調整を確実に得ることができる。

このときの指向性アンテナ１のアラインメント調整も上記した場合と同じで、繰り返すと、このときも作業者がテスタのメータを見ながら指向性アンテナ１を動かして少しづつ向きを変え、メータの振れが最大になった位置でアンテナの向きを固定してやれば、指向性アンテナ１の最大利得点に指向方向が正しく設定され、アラインメント調整が完了されることになる。
ところで、ここでも説明を判り易くするため、無線機Ａと無線機Ｂの構成を分けて示したが、一般的には双方の無線機が同等の構成を有しているが通例であり、従って、無線機Ｂ側でも同様に指向性アンテナのアラインメント調整が可能なことは言うまでもない。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
ここで図２は、本発明の第２の実施形態で、この実施形態が、上記した第１の実施形態とブロック構成上異なる点は、無線機Ａには受信電力計測部８が設けられ、無線機Ｂには送信電力制御部１４がもけられている点にあり、その他の点は同じである。
そして、これにより、まず、無線機Ａ側では、無線機Ｂの送信部Ｂ１０から出力される高周波送信電力の強度レベルＢＰを知ることができるようにしてあり、このため、無線機Ｂ側では、送信部１０から出力される高周波送信電力を制御するため、送信電力制御部１４から出力されている強度レベルＢＰのデータ、つまり強度レベルデータＢＰＤが送信データ生成部１３に入力され、これにより無線機Ｂから無線機Ａに伝送すべきデータの、例えば無線フレームにヘッダー部分に、この強度レベルデータＢＰＤが挿入され、送信信号に重畳されて伝送され中継されるようになっている。

このとき、無線機Ｂ側の送信電力制御部１４は、この強度レベルデータＢＰＤを送信部Ｂ１０に送信電力の制御信号として供給し、送信電力が制御されるようにしてあり、この結果、この強度レベルデータＢＰＤが表わす値は、送信部Ａ３から実際に出力される高周波電力を表わすものとなっている。つまり、送信部Ｂ１０から実際に出力される高周波電力を実送信電力ＢＰ_R とすると、ＢＰ_R ＝ＢＰＤと看做せる。
また、ここで送信部Ｂ１０が出力可能な高周波電力の最大値を最大送信電力ＢＰ_M とすると、これは言うまでもなく設計仕様で決まる定格値のことであり、従って、予め定数として知ることができる。

そこで、無線機Ａ側のモニター電圧演算部６は、受信部Ａ４から入力された強度レベルデータＢＰＤを実際に無線機Ｂ側の送信部Ｂ１０から出力される実送信電力ＢＰ_R とし、これと、同じく入力された受信強度レベルＢＬ及び定数として与えられる最大送信電力ＢＰ_M とから次の(2)式により、アナログ強度レベル電圧Ｍを算出する。
Ｍ＝ＢＬ−ＢＰ_R ＋ＢＰ_M …………(2)
このときも実送信電力ＢＰ_R と最大送信電力ＢＰ_M については、「ＢＰ_R≦ＢＰ_M」の関係にあることは、言うまでもない。

このようにして、モニター電圧演算部６によりアナログ強度レベル電圧Ｍを算出した場合、この図２の実施形態においても、条件「ＢＰ_R＜ＢＰ_M」が成立している間、つまり無線機Ｂ側の送信部Ｂ１０から、その定格送信電力より低い値の電力が送信されている間は、端子部７から出力されるモニター電圧は、無線機Ｂ側の受信部Ｂ１１での受信電力相当値よりも大きな値として得られ、しかも、この場合、実送信電力ＡＰ_R が減算されていることから、実送信電力ＡＰ_R の変動が相殺され、この結果、双方の無線機Ａ、Ｂで送信レベル動的制御機能が働いているときでも容易に指向性アンテナ１の最大利得点を見付け出すことができ、高精度のアラインメント調整を確実に得ることができる。

このときの指向性アンテナ１のアラインメント調整も上記した場合と同じで、作業者がテスタのメータを見ながら指向性アンテナ１を動かして少しづつ向きを変え、メータの振れが最大になった位置でアンテナの向きを固定してやれば、指向性アンテナ１の最大利得点に指向方向が正しく設定され、アラインメント調整が完了されることになる。
ところで、以上は、説明を判り易くするため、無線機Ａと無線機Ｂの構成を分けて示したが、一般的には双方の無線機が同等の構成を有しているが通例であり、従って、無線機Ｂ側でも同様に指向性アンテナのアラインメント調整が可能なことは言うまでもない。

次に、本発明の更に他の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態で、この実施形態が、上記した第１の実施形態とブロック構成上異なる点は、無線機Ａに目標値設定部９が設けられている点だけで、その他の点は同じである。
この目標値設定部９は、指向性アンテナ１のアラインメント調整に目標範囲を設定する働きをするもので、このため目標範囲を表わす電圧、つまり目標値ＶＸを発生し、この目標値ＶＸはモニター電圧演算部６に入力され、アナログ強度レベル電圧Ｍの演算に使用されるようになっている。

ここで、指向性アンテナの指向特性について説明すると、これは、一般に最大利得点の近傍では緩やかな特性になっている。従って、アラインメント調整を高精度に設定しようとすると、メータの振れが極大値付近あるとき、僅かな振れの変化に応じてアンテナを細かく動かす必要が有り、作業に根気が必要で時間も多く掛ってしまう。
一方、実用上は、それ程、高精度に設定しなくても充分な場合があり、この場合は、或る精度範囲内に収めて設定してやればよい。
そこで、この第３の実施形態では、上記した目標値ＶＸを設定し、これにより上記した精度範囲内に収めることができるようにしたものである。

従って、モニター電圧演算部６は、送信電力制御部５から入力された送信電力制御信号ＡＴＬを実際に送信部Ａ３から出力される実送信電力ＡＰ_R とし、これと、同じく入力された受信強度レベルＢＬ及び定数として与えられる最大送信電力ＡＰ_M 、それに目標値ＶＸから次の(3)式により、アナログ強度レベル電圧Ｍを算出する。
Ｍ＝ＢＬ−ＡＰ_R ＋ＡＰ_M −ＶＸ…………(3)
このとき、実送信電力ＡＰ_R と最大送信電力ＡＰ_M について「ＡＰ_R≦ＡＰ_M」の関係にあることに変わりはない。

従って、この第３の実施形態によっても、双方の無線機Ａ、Ｂで送信レベル動的制御機能が働いているときに確実に指向性アンテナの指向方向が電波の送信源に正しく向い、指向性アンテナの最大利得点が見付け出せることになる点は、第１の実施形態と同じであるが、このとき、アナログ強度レベル電圧Ｍが目標値ＶＸの差分で与えられるので、アラインメント調整について、その精度が目標値ＶＸで設定されている範囲内に収まったとき、アナログ強度レベル電圧Ｍが０になるようにすればよいので、アラインメント調整が簡素化でき、作業に必要な時間が短縮できる。

本発明による無線通信システムの第１の実施の形態を示すブロック構成図である。 本発明による無線通信システムの第２の実施の形態を示すブロック構成図である。 本発明による無線通信システムの第３の実施の形態を示すブロック構成図である。

符号の説明

１：指向性アンテナ(無線機Ａの指向性アンテナ)
２：指向性アンテナ(無線機Ｂの指向性アンテナ)
３：送信部Ａ
４：受信部Ａ
５：送信電力制御部
６：モニター電圧演算部
７：端子部
８：受信電力計測部
９：目標値設定部
１０：送信部Ｂ
１１：受信部Ｂ
１２：受信電力計測部
１３：送信データ生成部
１４：送信電力計測部。
Ａ：
Ｃ：伝送経路

Claims (1)

1. 一方と他方の無線局での電波の送受信に指向性アンテナを用いた中継用の無線通信システムにおいて、
   前記他方の無線局には、
   受信電力を計測し、計測した受信電力値を当該他方の無線局から前記一方の無線局に送信する信号に重畳させて伝送する送信データ生成部を設け、
   前記一方の無線局には、
   前記他方の無線局から伝送された前記受信電力値に応じて送信電力制御信号を発生し、当該一方の無線局から送信される送信電力を前記送信電力制御信号に応じて制御する送信電力制御部と、当該一方の無線局の受信部から入力される電界強度レベルを前記送信電力制御部より出力される前記送信電力制御信号により補正し、アナログ強度レベル電圧を算出するモニター電圧演算部とを設け、
   前記一方の無線局において、前記アナログ強度レベル電圧の値から前記指向性アンテナのアラインメント調整が得られるように構成したことを特徴とする無線通信システム。

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