JP5387191B2

JP5387191B2 - 通信装置

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Publication number: JP5387191B2
Application number: JP2009167956A
Authority: JP
Inventors: 安宏中舍
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: JP2011024020A

Description

本発明は、通信装置に関する。

ミリ波帯はマイクロ波帯と比較して波長が短く、高い指向性を有するアンテナを小型に実現できる点で有利である。アンテナ開口面の大きさは電波の波長に反比例するため、例えば指向性１°のパラボラアンテナを考えた場合、３ＧＨｚでは約７ｍと巨大アンテナとなるのに対し、９０ＧＨｚでは約２３ｃｍの卓上アンテナとなる。反面、ミリ波は、マイクロ波と比較して、大気減衰が大きく、降雨など天候の影響を受けやすい。その上、現状ではそれらの減衰をカバーするための十分な送信電力を生成する高出力増幅器の入手も技術的見地から難しい。そこで、ミリ波帯を利用したｋｍ程度の中長距離通信装置では、高い指向性を有するアンテナを用いてミリ波ビームを形成し、大気などによる減衰をアンテナ利得で補うものが多い。

高指向性アンテナを使用する場合、ビーム径が小さくなるために、対向する送信装置と受信装置の間での光軸合わせ、すなわち電波到来方向の探索とその方向へのアンテナの向き調整が大きな課題となる。例えば、周波数８５ＧＨｚ、アンテナ利得４０ｄＢｉのレンズアンテナは、光軸方向から±１°の指向性である。このアンテナを使用した送受信装置を１ｋｍ離して対向させた場合、電波の照射範囲は約３５ｍしかない。この課題は通信装置の初期設置時だけのものでなく、強風や大地振動などにより送受信装置が揺れて受信電波強度が変動するために、通常稼動時においても問題となる。

電波到来方向の探索とアンテナ向きの調整の方法としては、双眼鏡などによる目視、レーザ光線の照射などがある。これらは人間の手を介するため精度が低い上に多大な時間を要する。更には、天候によっては良好な視界が得られず、調整不能に陥る場合もある。

また、受信強度をモニタしながら最大強度の得られる方向にアンテナ向きを調整する方法が知られている（例えば、特開２０００−３０４８３９号公報参照）。そこでは、指向性アンテナを回転させ、送信側から送信された連続波を受信し、指向性アンテナの受信信号電力を測定する。この方法は、電波強度の変動、アンテナ駆動系の回転精度などを考慮した探索アルゴリズムが必要で、それらに雑音の影響が加わると最大強度点に収束させることが難しい。

この他に、２Ｄ−ＭＵＳＩＣ法、ＦＦＴ−ＭＵＳＩＣ法、２Ｄ−ＵｎｉｔａｒｙＥＳＰＲＩＴ法などが知られている。例えば、ＰＮ符号系列でＰＳＫ変調した信号を送信する送信装置と、平面上に配列された複数のアンテナ素子で受信した信号群をそれぞれ中間周波数又は復調信号に変換して出力する受信装置と、この受信装置から出力された信号群を信号処理することにより受信装置へ入射した信号の分析を行う信号処理装置とを備える電波環境分析装置が知られている（例えば、特開平１１−３４４５１７号公報参照）。複数の受信アンテナ素子とそれぞれの受信アンテナに繋がる受信部が存在するので装置が大型化するだけでなく、信号処理部の演算量が大きいために消費電力の増大を招く。

特開２０００−３０４８３９号公報特開平１１−３４４５１７号公報

本発明の目的は、天候などの影響を抑制し、高精度及び／又は高速にアンテナの方向を調整することができる通信装置を提供することである。

通信装置は、送信装置を有し、前記送信装置は、信号を無線送信する第１の指向性アンテナと、前記第１の指向性アンテナより指向性が低く、信号を無線送信する第２の指向性アンテナと、第１の送信モードでは前記第１の指向性アンテナを介してデータ信号を無線送信し、第２の送信モードでは前記第２の指向性アンテナを介して複数の周波数成分を含む位置情報信号を無線送信する送信部とを有し、前記送信部は、前記データ信号を生成するデータ信号生成部と、前記位置情報信号を生成する位置情報信号生成部と、前記第１の送信モードでは前記データ信号生成部により生成されたデータ信号を基にインパルスを生成し、前記第２の送信モードでは前記位置情報信号生成部により生成された位置情報信号を基にインパルスを生成するインパルス発生器と、前記インパルス発生器により生成されたインパルスをフィルタリングするバンドパスフィルタとを有する。

天候などの影響を抑制し、高精度及び／又は高速に通信装置のアンテナの方向を調整することができる。

本発明の第１の実施形態による通信システムの構成例を示す図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は図１の送信装置の構成例を示す図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は図１の受信装置の構成例を示す図である。第１の実施形態による通信システムの電波到来方向の推定とアンテナ方向の調整の原理と動作アルゴリズムについて説明するための図である。図２（Ｂ）のベースバンド信号生成部の構成例を示す図である。図６（Ａ）〜（Ｃ）は図２（Ｂ）のインパルス発生器を示す図である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は図２（Ｂ）の高指向性アンテナの特性を示す図である。図２（Ｂ）の位置情報信号生成部の構成例を示す図である。図２（Ｂ）の低指向性アンテナの周波数特性を示す図である。図１０（Ａ）及び（Ｂ）はＮＲＤガイド（Non-Radiative Dielectric waveguide）周波数走査アンテナを示す図である。図３（Ｂ）のベースバンド信号復号部の構成例を示す図である。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は図３（Ｂ）の位置情報検出部を示す図である。図１３（Ａ）〜（Ｃ）は図２（Ｂ）のアンテナ方向調整モードにおける送信装置の一部を示す図である。図１４（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第２の実施形態による送信装置の構成例を示す図である。図１５（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第３の実施形態による送信装置の構成例を示す図である。図１６（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第３の実施形態による受信装置の構成例を示す図である。図１７（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第４の実施形態による送信装置が送信する位置情報信号を示す図である。通信システムの他の構成例を示す図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による通信システムの構成例を示す図である。通信システムは、送信装置１０１及び受信装置１０２を有する。送信装置１０１は、大容量データ送信部１１１及び位置情報送信部１１２を有する。受信装置１０２は、大容量データ受信部１２１、電波到来方向推定部１２２及びアンテナ方向調整部１２３を有する。通信モードは、通常モード（第１のモード）及びアンテナ方向調整モード（第２のモード）を有する。通常モードでは、送信装置１０１内の大容量データ送信部１１１が大容量データを無線送信し、受信装置１０２内の大容量データ受信部１２１がその大容量データを無線受信する。アンテナ方向調整モードでは、送信装置１０１内の位置情報送信部１１２が位置情報を無線送信し、受信装置１０２内の電波到来方向推定部１２２が受信した位置情報を基に電波到来方向を推定し、受信装置１０２内のアンテナ方向調整部１２３が推定された電波到来方向を基に受信装置１０２のアンテナの方向を調整する。

図２（Ｂ）は図１の送信装置１０１の構成例を示す図であり、図２（Ａ）は送信装置１０１内のアンテナ部２１０の配置例を示す図である。送信装置１０１は、例えばインパルス無線送信装置であり、ベースバンド信号生成部２０１、位置情報信号生成部２０２、スイッチ２０３、通信モード選択信号出力部２０４、送信部２０５、スイッチ２０９及びアンテナ部２１０を有する。送信部２０５は、インパルス発生器２０６、バンドパスフィルタ２０７及び送信アンプ２０８を有する。アンテナ部２１０は、高指向性アンテナ２１１及び低指向性アンテナ２１２を有する。図２（Ａ）に示すように、例えば、高指向性アンテナ２１１はアンテナ部２１０の中央部に設けられ、低指向性アンテナ２１２は高指向性アンテナ２１１の下に設けられる。

高指向性アンテナ２１１は、データ信号を無線送信するためのアンテナである。低指向性アンテナ２１２は、高指向性アンテナ２１１より指向性が低く、位置情報信号を無線送信するためのアンテナである。ベースバンド信号生成部２０１は、データ信号を生成するデータ信号生成部である。データ信号は、データが「１」であるときにはパルスが有り、データが「０」であるときにはパルスがない信号である。位置情報信号生成部２０２は、位置情報信号を生成する。位置情報信号は、一定の周波数間隔Δｆの複数の周波数成分を含む信号である（図１３（Ｂ）参照）。通信モード選択信号出力部２０４は、通常モード（第１の送信モード）又はアンテナ方向調整モード（第２の送信モード）の信号をスイッチ２０３及び２０９に出力する。

まず、通信モード選択信号出力部２０４が通常モードの信号をスイッチ２０３及び２０９に出力する場合を説明する。スイッチ２０３は、通常モードの信号を入力すると、インパルス発生器２０６の入力端子をベースバンド信号生成部２０１の出力端子に接続する。スイッチ２０９は、アンテナ方向調整モードの信号を入力すると、送信アンプ２０８の出力端子を高指向性アンテナ２１１に接続する。インパルス発生器２０６は、ベースバンド信号生成部２０１により生成されたデータ信号を基にインパルスを生成する。具体的には、インパルス発生器２０６は、データ信号内のパルス毎にインパルスを生成する。バンドパスフィルタ２０７は、インパルス発生器２０６により生成されたインパルスをフィルタリングし、所定の周波数帯域の成分のみを通過させる。これにより、許可されている無線通信の周波数帯域のみを使用した通信を行うことができる。送信アンプ２０８は、バンドパスフィルタ２０７により出力されたデータ信号を増幅し、高指向性アンテナ２１１を介して受信装置１０２に無線送信する。ミリ波帯を利用したｋｍ程度の中長距離通信装置では、高指向性アンテナ２１１を用いてミリ波ビームを形成することにより、大気などによる減衰をアンテナ利得で補うことができる。

次に、通信モード選択信号出力部２０４がアンテナ方向調整モードの信号をスイッチ２０３及び２０９に出力する場合を説明する。スイッチ２０３は、アンテナ方向調整モードの信号を入力すると、インパルス発生器２０６の入力端子を位置情報信号生成部２０２の出力端子に接続する。スイッチ２０９は、アンテナ方向調整モードの信号を入力すると、送信アンプ２０８の出力端子を低指向性アンテナ２１２に接続する。インパルス発生器２０６は、位置情報信号生成部２０２により生成された位置情報信号を基にインパルスを生成する。バンドパスフィルタ２０７は、インパルス発生器２０６により生成されたインパルスをフィルタリングし、所定の周波数帯域の成分のみを通過させる。送信アンプ２０８は、バンドパスフィルタ２０７により出力された位置情報信号を増幅し、低指向性アンテナ２１２を介して受信装置１０２に無線送信する。

以上のように、通常モードでは、ベースバンド信号生成部２０１→送信部２０５→高指向性アンテナ２１１の経路が確立し、アンテナ方向調整モードでは、位置情報信号生成部２０２→送信部２０５→低指向性アンテナ２１２の経路が確立する。それらのモードは、通信モード選択信号出力部２０４により切り替えられる。ベースバンド信号生成部２０１は、送信するデータに応じた「１」、「０」のデジタルのデータ信号を生成する。位置情報信号生成部２０２は、周波数間隔Δｆの繰り返し信号を位置情報信号として生成する。この位置情報信号は、正弦波でも矩形波でもよい。インパルス無線送信装置の送信部２０５は、インパルス発生器２０６、バンドパスフィルタ２０７及び送信アンプ２０８を有する。インパルス発生器２０６は、ベースバンド信号生成部２０１又は位置情報信号生成部２０２から入力される信号を使って、極めて半値幅の小さいインパルス信号（例えば１０ピコ秒以下）を生成する。インパルス発生器２０６により生成されたインパルス信号は、バンドパスフィルタ２０７を通過することにより、所望の周波数成分を有するミリ波パルス信号が生成される。このミリ波パルス信号は、送信アンプ２０８で必要なパワーレベルに増幅され、高指向性アンテナ２１１又は低指向性アンテナ２１２を介して空間に放射される。

図３（Ｂ）は図１の受信装置１０２の構成例を示す図であり、図３（Ａ）は受信装置１０２内のアンテナ部３１０の配置例を示す図である。受信装置１０２は、例えばインパルス無線受信装置であり、ベースバンド信号復号部３０１、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２、位置情報検出（周波数検出）部３０３、スイッチ３０４、通信モード選択信号出力部３０５、受信アンプ３０６、スイッチ３０７，３０８、バン／チルト選択信号出力部３０９及びアンテナ部３１０を有する。アンテナ部３１０は、高指向性アンテナ３１１、バン方向（水平方向）検出アンテナ３１２及びチルト方向（垂直方向）検出アンテナ３１３を有する。図３（Ａ）に示すように、例えば、高指向性アンテナ３１１はアンテナ部３１０の中央部に設けられ、バン方向検出アンテナ３１２は高指向性アンテナ３１１の上に水平方向に設けられ、チルト方向検出アンテナ３１３は高指向性アンテナ３１１の横に垂直方向に設けられる。

高指向性アンテナ３１１は、データ信号を送信装置１０１から無線受信するためのアンテナである。バン方向検出アンテナ３１２及びチルト方向検出アンテナ３１３は、複数の周波数成分を含む位置情報信号の受信角に応じて位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を送信装置１０１から無線受信するためのアンテナである。バン方向検出アンテナ３１２は、第１の方向（バン方向）の位置情報信号の受信角に応じて位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第１の方向のアンテナであり、第１の方向（バン方向）の位置情報信号受信角を検出するためのアンテナである。チルト方向検出アンテナ３１３は、第１の方向（バン方向）に対して垂直の第２の方向（チルト方向）の位置情報信号の受信角に応じて位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第２の方向のアンテナであり、第２の方向（チルト方向）の位置情報信号受信角を検出するためのアンテナである。

通信モード選択信号出力部３０５は、通常モード（第１の受信モード）又はアンテナ方向調整モード（第２の受信モード）の信号をスイッチ３０４及び３０７に出力する。通常モードは、送信装置１０１からデータ信号を受信する通常の受信モードである。アンテナ方向調整モードは、アンテナ部３１０の方向を調整するためのモードである。通常モードでは、送信装置１０１は高指向性アンテナ２１１によりデータ信号を送信するため、受信装置１０２内のアンテナ部３１０は送信装置１０１の方向を向いている必要がある。そこで、アンテナ方向調整モードにより、受信装置１０２内のアンテナ部３１０の方向を調整する。その後、通常モードで、送信装置１０１から受信装置１０２へのデータ信号通信を行う。

アンテナ方向調整モードにおいて、バン／チルト選択信号出力部３０９は、バン方向モード又はチルト方向モードの信号をスイッチ３０８に出力する。バン方向モードは、アンテナ部３１０のバン方向の向きを調整するためのモードである。チルト方向モードは、アンテナ部３１０のチルト方向の向きを調整するためのモードである。

まず、通信モード選択信号出力部３０５が通常モードの信号をスイッチ３０４及び３０７に出力する場合を説明する。スイッチ３０７は、通常モードの信号を入力すると、受信アンプ３０６の入力端子を高指向性アンテナ２１１に接続する。スイッチ３０４は、通常モードの信号を入力すると、受信アンプ３０６の出力端子をベースバンド信号復号部３０１の入力端子に接続する。高指向性アンテナ３１１は、送信装置１０１からデータ信号を無線受信する。受信アンプ３０６は、高指向性アンテナ３１１を介して無線受信したデータ信号を増幅する。ベースバンド信号復号部３０１は、受信アンプ３０６により増幅されたデータ信号を復号する。

次に、通信モード選択信号出力部３０５がアンテナ方向調整モードの信号をスイッチ３０４及び３０７に出力する場合を説明する。その場合、バン／チルト選択信号出力部３０９は、バン方向モード又はチルト方向モードの信号をスイッチ３０８に出力する。まず、バン／チルト選択信号出力部３０９がバン方向の信号をスイッチ３０８に出力する場合を説明する。スイッチ３０７は、アンテナ方向調整モードの信号を入力すると、受信アンプ３０６の入力端子をノードＮ１に接続する。スイッチ３０４は、アンテナ方向調整モードの信号を入力すると、受信アンプ３０６の出力端子を位置情報検出部３０３の入力端子に接続する。スイッチ３０８は、バン方向モードの信号を入力すると、ノードＮ１をバン方向検出アンテナ３１２に接続する。バン方向検出アンテナ３１２は、送信装置１０１により送信された位置情報信号のバン方向の受信角に応じた周波数成分のみを無線受信する。受信アンプ３０６は、バン方向検出アンテナ３１２を介して無線受信した位置情報信号を増幅する。位置情報検出部３０３は、受信アンプ３０６により増幅された位置情報信号の周波数を検出する。電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報検出部３０３により検出された周波数を基に、送信装置１０１からの位置情報信号の電波到来方向を推定する。具体的には、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報検出部３０３により検出された周波数を基に、送信装置１０１により送信された位置情報信号のバン方向検出アンテナ３１２の受信角を求める。次に、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、求められた受信角を基にその受信角が０°になるように、すなわちアンテナ部３１０が送信装置１０１の方向を向くように、アンテナ部３１０のバン方向の向きをモータ等により動かして調整する。

次に、アンテナ方向調整モードにおいて、バン／チルト選択信号出力部３０９がチルト方向の信号をスイッチ３０８に出力する場合を説明する。スイッチ３０８は、チルト方向モードの信号を入力すると、ノードＮ１をチルト方向検出アンテナ３１３に接続する。チルト方向検出アンテナ３１３は、送信装置１０１により送信された位置情報信号のチルト方向の受信角に応じた周波数成分のみを無線受信する。受信アンプ３０６は、チルト方向検出アンテナ３１３を介して無線受信した位置情報信号を増幅する。位置情報検出部３０３は、受信アンプ３０６により増幅された位置情報信号の周波数を検出する。電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報検出部３０３により検出された周波数を基に、送信装置１０１からの位置情報信号の電波到来方向を推定する。具体的には、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報検出部３０３により検出された周波数を基に、送信装置１０１により送信された位置情報信号のチルト方向検出アンテナ３１３の受信角を求める。次に、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、求められた受信角を基にその受信角が０°になるように、すなわちアンテナ部３１０が送信装置１０１の方向を向くように、アンテナ部３１０のチルト方向の向きをモータ等により動かして調整する。

以上のように、バン方向検出アンテナ３１２及びチルト方向検出アンテナ３１３は、漏れ波アンテナのように、周波数により指向性の異なるアンテナを使用する。通常モードでは、高指向性アンテナ３１１→受信アンプ３０６→ベースバンド信号復号部３０１の経路が確立し、アンテナ方向調整モードでは、バン／チルト方向検出アンテナ３１２，３１３→受信アンプ３０６→位置情報検出部３０３の経路が確立する。それらのモードは、通信モード選択信号出力部３０５により切り替えられる。更に、受信装置１０２には、アンテナ方向調整モードの中にバン方向モード及びチルト方向モードが存在し、それらのモードはバン／チルト選択信号出力部３０９により切り替えられる。ベースバンド信号復号部３０１は、検波器を含み、受信信号よりデータを復号する。位置情報検出部３０３は、周波数検出器を含み、受信した位置情報信号の周波数を検出して、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２にその周波数の情報を出力する。

図４は、本実施形態による通信システムの電波到来方向の推定とアンテナ方向の調整の原理と動作アルゴリズムについて説明するための図である。通信システムは、送信装置１０１及び受信装置１０２を有する。送信装置１０１は、低指向性アンテナ２１２を有する。受信装置１０２は、バン方向検出アンテナ３１２を有する。ここでは、送信装置１０１及び受信装置１０２を対向させ、受信装置１０２のバン方向アンテナ３１２の向きを調整して通信を行う場合を想定する。

送信装置１０１は、低指向性アンテナ２１２を介して位置情報信号を送信する。その位置情報信号は、周波数Δｆの繰り返し信号であり、周波数Δｆのインパルス列である。周波数Δｆのインパルス列は、周波数軸上で見ると、周波数間隔Δｆでスペクトルが立つコム（櫛形）波とみなせる。これはフーリエ理論により容易に確認することができる。図２（Ｂ）の送信装置１０１内のバンドパスフィルタ２０７によりコム波中から所望の周波数帯のみ抽出して、位置情報信号として低指向性アンテナ２１２により放射する。低指向性アンテナ２１２からの電波は、高指向性アンテナ２１１のようなビームを形成せず、広角で放射される。そのため、送信装置１０１及び受信装置１０２の光軸（対向軸）がずれていても、強度は小さくなるものの位置情報信号の送受信は可能である。送信装置１０１から放射される位置情報信号には、周波数間隔Δｆでさまざまな周波数スペクトルが混在する。しかし、図３（Ｂ）の受信装置１０２がバン方向検出アンテナ３１２及びチルト方向検出アンテナ３１３により受信できるのは、周波数により指向性が異なるため、送信装置１０１及び受信装置１０２の対向角度で決まる周波数成分のみとなる。例えば、図１０（Ｂ）に示すように、受信装置１０２のバン方向検出アンテナ３１２及びチルト方向検出アンテナ３１３は、受信角が０°の場合には約８１ＧＨｚの周波数成分のみを受信し、受信角が３０°の場合には約８５ＧＨｚの周波数成分のみを受信する。そこで、バン方向検出アンテナ３１２及びチルト方向検出アンテナ３１３により受信した信号の周波数を検出すれば、受信装置１０２は電波到来方向を推定でき、アンテナ部３１０の向きの補正が可能となる。受信装置１０２の受信信号の強度は微弱となるが、雑音に強い周波数検出を行うため、検出確度は高い。受信信号の周波数が電波到来方向の角度０°の周波数と一致するまで、補正を繰り返せば光軸が正確に合うことになる。バン方向→チルト方向→バン方向・・・と交互に補正を繰り返し、バン方向及びチルト方向の両方で電波到来方向の角度０°の周波数に完全に一致した時点でアンテナ部３１０の方向の調整を完了する。

以上のように、バン方向検出アンテナ３１２は、漏れ波アンテナ又は周波数走査アンテナを使用する。送信装置１０１が送信する位置情報信号４０２は、周波数範囲ｆ１〜ｆｎ及び周波数間隔Δｆのコム波である。図２（Ｂ）において、位置情報信号生成部２０２及びインパル発生器２０６が周波数Δｆのインパルスを生成し、バンドパスフィルタ２０７がフィルタリングすることにより、周波数間隔Δｆのコム波が生成される。コム波の位置情報信号は、低指向性アンテナ２１２により放射される。位置情報信号４０２の放射により、送信装置１０１から受信装置１０２への入射信号４０１は、例えば、周波数がｆｎ−１であり、バン方向の角度がθｎ−１である。周波数ｆｃは、バン方向の角度が０°のときに受信される周波数である。図３（Ｂ）の受信装置１０２において、位置情報検出部３０３はバン方向検出アンテナ３１２で受信した信号の周波数ｆｎ−１を検出し、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は受信信号の周波数ｆｎ−１より到来方向（バン方向）の角度θｎ−１を特定する。そして、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、受信装置１０２又はアンテナ部３１０を角度θｎ−１回転させてアンテナ部３１０の光軸を合わせる。上記の処理は、受信信号の周波数が、到来方向の角度０°の周波数ｆｃとなるまで繰り返す。チルト方向検出アンテナ３１３を用いて、チルト方向についても、バン方向と同様に、アンテナ方向を調整する。

図１８は、通信システムの他の構成例を示す図である。通信システムは、第１の通信装置１８０１及び第２の通信装置１８０２を有する。第１の通信装置１８０１は、送信装置１０１及び受信装置１０２を有する。第２の通信装置１８０２は、送信装置１０１及び受信装置１０２を有する。通信装置１０１及び１０２は、上記の送信装置１０１及び受信装置１０２と同じである。通信装置１８０１及び１８０２は、それぞれ送信装置１０１により送信し、受信装置１０２により受信することができる。通信装置１８０１及び１８０２は、相互に無線通信することができる。第１の通信装置１８０１内の送信装置１０１が送信した信号は第２の通信装置１８０２内の受信装置１０２が受信し、第２の通信装置１８０２内の送信装置１０１が送信した信号は第１の通信装置１８０１内の受信装置１０２が受信する。

まず、第１の通信装置１８０１内の送信装置１０１の機能をオンし、第２の通信装置１８０２内の受信装置１０２の機能をオンし、第２の通信装置１８０２のアンテナについてアンテナ方向の調整を行う。次に、送受信の役割を交代し、第１の通信装置１８０１内の受信装置１０２の機能をオンし、第２の通信装置１８０２内の送信装置１０１の機能をオンし、第１の通信装置１８０１のアンテナについてアンテナ方向の調整を行う。必要であれば、再度、送受信の役割を交代して上記の調整を繰り返す。このようにして、対向する通信装置１８０１及び１８０２間で光軸（アンテナ方向）を完全に一致させる。その後、通常モードにおいて、通信装置１８０１及び１８０２間で高指向性アンテナ２１１を使ったデータ信号の伝送を開始する。光軸合わせが確立した後でも、バン方向検出アンテナ３１２及びチルト方向検出アンテナ３１３による受信周波数のモニタを継続することにより、システム稼働中であっても、風、振動などによる光軸のブレを補正することができる。

なお、通信装置１８０１及び１８０２間のモード切り替えの同期は、通常モードにおけるデータ通信により行われる。このデータ通信により、通信装置１８０１及び１８０２のモード切り替えを同時に行うことができる。

第１の通信装置１８０１内の送信装置１０１は、信号を無線送信する第１の高指向性アンテナ２１１と、第１の高指向性アンテナ２１１より指向性が低く、信号を無線送信する第１の低指向性アンテナ２１２と、第１の送信部２０５とを有する。第１の送信部２０５は、通常モードでは第１の高指向性アンテナ２１１を介してデータ信号を無線送信し、アンテナ方向調整モードでは第１の低指向性アンテナ２１２を介して複数の周波数成分を含む位置情報信号を無線送信する。

第２の通信装置１８０２内の受信装置１０２は、第１の通信装置１８０１内の送信装置１０１からデータ信号を無線受信する第１のアンテナ３１１と、第１の通信装置１８０１内の送信装置１０１から受信する位置情報信号の受信角に応じて位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第２のアンテナ３１２，３１３と、第１の受信部３０６と、第１のアンテナ方向調整部３０２とを有する。第１の受信部３０６は、通常モードでは第１のアンテナ３１１を介してデータ信号を無線受信し、アンテナ方向調整モードでは第２のアンテナ３１２，３１３を介して位置情報信号を無線受信する。第１のアンテナ方向調整部３０２は、アンテナ方向調整モードでは、第１の受信部３０６により受信した位置情報信号の周波数に応じて第１のアンテナ３１１及び第２のアンテナ３１２，３１３を含むアンテナ部３１０の方向を調整する。

第２の通信装置１８０２内の送信装置１０１は、信号を無線送信する第２の高指向性アンテナ２１１と、第２の高指向性アンテナ２１１より指向性が低く、信号を無線送信する第２の低指向性アンテナ２１２と、第２の送信部２０５とを有する。第２の送信部２０５は、通常モードでは第２の高指向性アンテナ２１１を介してデータ信号を無線送信し、アンテナ方向調整モードでは第２の低指向性アンテナ２１２を介して複数の周波数成分を含む位置情報信号を無線送信する。

第１の通信装置１８０１内の受信装置１０２は、第２の通信装置１８０２内の送信装置１０１からデータ信号を無線受信する第３のアンテナ３１１と、第２の通信装置１８０２内の送信装置１０１から受信する位置情報信号の受信角に応じて位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第４のアンテナ３１２，３１３と、第２の受信部３０６と、第２のアンテナ方向調整部３０２とを有する。第２の受信部３０６は、通常モードでは第３のアンテナ３１１を介してデータ信号を無線受信し、アンテナ方向調整モードでは第４のアンテナ３１２，３１３を介して位置情報信号を無線受信する。アンテナ方向調整部３０２は、アンテナ方向調整モードでは、第２の受信部３０６により受信した位置情報信号の周波数に応じて第３のアンテナ３１１及び第４のアンテナ３１２，３１３を含むアンテナ部３１０の方向を調整する。

以上、インパルス無線通信装置の構成を例に説明したが、他の方式の通信装置にも適用することができる。本実施形態の通信システムは、送信装置１０１として大容量データ送信用高指向性アンテナ２１１とそれより指向性の低い位置情報信号送信用アンテナ２１２を備え、受信装置１０２として大容量データ受信用高指向性アンテナ３１１と受信周波数に依存して指向性が異なるバン／チルト方向検出アンテナ３１２，３１３を備える。インパルス無線通信装置では、位置情報信号として周波数間隔Δｆのコム波を用いた例を説明したが、周波数間隔Δｆは所望周波数帯域内で一定である必要はなく、連続スペクトルを有する信号を使用することも可能である。

通信システムは、例えば、７０〜８０ＧＨｚ帯の１０Ｇｂ／ｓのインパルス無線通信装置１８０１及び１８０２を有する。以下、図２（Ｂ）の送信装置１０１の構成例を説明する。

図５は、図２（Ｂ）のベースバンド信号生成部２０１の構成例を示す図である。ベースバンド信号生成部２０１は、論理積（ＡＮＤ）回路５０１を有する。論理積回路５０１は、データ信号Ｄ１及びクロック信号ＣＫの論理積信号をデータ信号Ｄ２として出力する。データ信号Ｄ１は、１０Ｇｂ／ｓのノンリターンゼロ（ＮＲＺ）のデータ信号である。クロック信号ＣＫは、１０ＧＨｚのクロック信号である。データ信号Ｄ２は、１０Ｇｂ／ｓのリターンゼロ（ＲＺ）のデータ信号である。論理積回路５０１は、伝送速度１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺデータ信号Ｄ１を１０ＧＨｚのクロック信号ＣＫによりＲＺデータ信号Ｄ２に変換する。データ信号Ｄ２は、データが「１」のときにハイレベルパルスが発生し、データが「０」のときにハイレベルパルスが発生しない。

図６（Ａ）は図２（Ｂ）のインパルス発生器２０６の構成例を示す回路図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のインパルス発生器２０６の動作例を示すタイミングチャートであり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のインパルス発生器２０６により生成されるインパルスのパルス幅を示すグラフである。

図６（Ａ）に示すように、インパルス発生器２０６は、バッファ６０１、遅延制御バッファ６０２，６０３、否定論理積（ＮＡＮＤ）回路６０４及びバッファ６０５を有する。バッファ６０１は、信号Ｄ２をバッファリングし、データ信号ＩＮを出力する。遅延制御バッファ６０２は、制御電圧ＣＮＴ１に応じた遅延時間φ１だけデータ信号ＩＮを遅延させ、遅延させたデータ信号Ａを出力する。遅延制御バッファ６０３は、制御電圧ＣＮＴ２に応じた遅延時間φ２だけデータ信号ＩＮを遅延させ、遅延させたデータ信号の反転データ信号Ｂを出力する。否定論理積回路６０４は、データ信号Ａ及びＢの否定論理積信号Ｑをインパルス６０６として出力する。バッファ６０５は、信号Ｑをバッファリングし、データ信号ＯＵＴを出力する。

図６（Ｃ）は、横軸が電圧ＣＮＴ１を示し、縦軸がインパルス６０６のパルス半値幅を示す。ここで、制御電圧ＣＮＴ２は、０．６Ｖ固定である。制御電圧ＣＮＴ１を制御することにより、インパルス６０６のパルス半値幅を変えることができる。インパルス発生器２０６は、入力されるＲＺデータ信号Ｄ２を基にパルス半値幅１０ｐｓ以下の極短いパルス６０６を生成する。これにより、インパルス発生器２０６は、７０〜８０ＧＨｚの周波数帯で十分大きなスペクトルをもつパルス信号ＯＵＴを生成することができる。送信装置１０１は、このパルス信号ＯＵＴをバンドパスフィルタ２０７に通し、送信アンプ２０８で信号を増幅してアンテナ２１１又は２１２を介して送信する。

図７（Ａ）は図２（Ｂ）の高指向性アンテナ２１１の指向性を示す図であり、図７（Ｂ）は周波数特性を示す図である。高指向性アンテナ２１１は、誘電体レンズアンテナを使用し、６インチ径で４０ｄＢｉのアンテナ利得を得る。これは、図７（Ａ）の−２０ｄＢにおいて±１°の指向性に相当する。

図８は、図２（Ｂ）の位置情報信号生成部２０２の構成例を示す図である。位置情報信号生成部２０２は、発振器８０１を有する。発振器８０１は、周波数Δｆ（例えば１００ＭＨz）の正弦波又は矩形波を位置情報信号ＯＵＴとして出力する。周波数Δｆは、図１３（Ｂ）の周波数間隔Δｆに対応する。

図１３（Ａ）は図２（Ｂ）のアンテナ方向調整モードにおける送信装置１０１の一部の構成を示す図であり、図１３（Ｂ）はバンドパスフィルタ２０７の通過特性を示す図であり、図１３（Ｃ）はバンドパスフィルタ２０７が出力する位置情報信号を示す図である。

発振器８０１（図８）は、位置情報信号生成部２０２に対応する。発振器８０１は、周波数Δｆ（例えば１００ＭＨｚ）の正弦波又は矩形波を出力する。インパルス発生器２０６は、発振器８０１により生成された正弦波又は矩形波を基にインパルスを生成する。バンドパスフィルタ２０７は、図１３（Ｂ）の通過特性を有し、ｆ１からｆｎまでの周波数帯域の成分のみを通過させる。その結果、バンドパスフィルタ２０７は、周波数範囲がｆ１からｆｎまでの周波数間隔Δｆのスペクトルを有するコム波（図４参照）を出力する。バンドパスフィルタ２０７の出力信号は、図１３（Ｃ）に示すように、周期が１／Δｆのコム波になる。発振器８０１の周波数Δｆを変えることにより、図１３（Ｂ）の周波数間隔Δｆを変えることができる。

図９は、図２（Ｂ）の低指向性アンテナ２１２の周波数特性を示す図である。低指向性アンテナは、例えばホーンアンテナを使用する。

次に、図３（Ｂ）の受信装置の構成を説明する。図３（Ｂ）の高指向性アンテナ３１１は、送信装置１０１の高指向性アンテナ２１１と同じ誘電体レンズアンテナを使用する。

図１０（Ａ）はＮＲＤガイド（Non-Radiative Dielectric waveguide）周波数走査アンテナの構成例を示す図であり、図１０（Ｂ）はＮＲＤガイド周波数走査アンテナの受信ビーム角と受信周波数の関係を示す図である。図３（Ｂ）のバン方向検出アンテナ３１２及びチルト方向検出アンテナ３１３は、ＮＲＤガイド周波数走査アンテナを使用することができる。漏れ波アンテナのビーム角θは、ＮＲＤガイドの規格化位相定数β／ｋ₀（ｋ₀：自由空間の波数）のｓｉｎ^-1で表される（θ＝ｓｉｎ^-1（β／ｋ₀））。この漏れ波アンテナとして、バン方向検出アンテナ３１２は水平方向に、チルト方向検出アンテナ３１３は垂直方向に設置する。

ＮＲＤガイド周波数走査アンテナは、金属板１００１、誘電体１００２及び開口面１００３を有する。誘電体１００２は、例えばポリメチルペンテン（εｒ＝２．２１）であり、金属板１００１に挟まれている。図１０（Ｂ）に示すように、ＮＲＤガイド周波数走査アンテナは、受信ビーム角に応じて受信周波数が異なる。

図１１は、図３（Ｂ）のベースバンド信号復号部３０１の構成例を示す図である。ベースバンド信号復号部３０１は、包絡線検波ダイオード１１０１、リミットアンプ１１０２及びＣＤＲ（クロックデータリカバリ）回路１１０３を有する。包絡線検波ダイオード１１０１は、入力信号を整流により検波する。リミットアンプ１１０２は、検波された信号を増幅する。ＣＤＲ回路１１０３は、増幅された信号を基にクロック信号を生成し、データを復号する。ベースバンド信号復号部３０１は、受信した７０〜８０ＧＨｚのミリ波信号を基に１０Ｇｂ／ｓのデータを復号する。

図１２（Ａ）は図３（Ｂ）の位置情報検出部３０３の構成例を示す回路図であり、図１２（Ｂ）は位置情報検出部３０３の入力信号１２０１の周波数ｆと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフである。位置情報検出部３０３は、容量Ｃ０及びインダクタＬ０，Ｌ１を有し、入力信号１２０１を入力し、出力信号１２０２を出力する。容量Ｃ０は、入力信号１２０１の入力端子及び基準電位間に接続される。インダクタＬ０は、容量Ｃ０に並列に接続される。インダクタＬ１は、入力信号１２０１の入力端子及び出力信号１２０２の出力端子間に接続される。容量Ｃ０及びインダクタＬ０の並列回路の共振周波数ｆ０は、次式で表わされる。

ｆ０＝１／｛２π×√（Ｌ０×Ｃ０）｝

図１２（Ｂ）は、横軸が入力信号１２０１の周波数ｆを示し、縦軸が出力信号１２０２の電圧Ｖｏｕｔを示す。特性領域１２０３を使用することにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力信号１２０１の周波数ｆに応じて変化する。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔを調べれば、入力信号１２０１の周波数を知ることができ、バン方向検出アンテナ３１２又はチルト方向検出アンテナ３１３の受信周波数を知ることができる。以上のように、出力電圧Ｖｏｕｔは周波数依存性を有するため、入力信号１２０１の周波数ｆを出力電圧Ｖｏｕｔの関数として検出することができる。

図３（Ｂ）の電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報信号検出部３０３からの信号１２０２に基づき電波到来方向の受信角を推定し、受信角を基に受信装置１０２を搭載する回転台を回転させる。

（第２の実施形態）
図１４（Ｂ）は本発明の第２の実施形態による送信装置１０１の構成例を示す図であり、図１４（Ａ）は送信装置１０１内のアンテナ部２１０の配置例を示す図である。図１４（Ｂ）の送信装置は、図２（Ｂ）の送信装置に対して、２個の位置情報信号生成部２０２ａ及び２０２ｂを設けた点が異なる。以下、図１４（Ｂ）の送信装置が図２（Ｂ）の送信装置と異なる点を説明する。粗調整用の位置情報信号生成部２０２ａは、例えば１００ＭＨｚの位置情報信号を発振器で生成する。微調整用の位置情報信号生成部２０２ｂは、例えば１０ＭＨｚの位置情報信号を発振器で生成する。通信モード選択信号出力部２０４は、通常モード又はアンテナ方向調整モードの信号をスイッチ２０３及び２０９に出力する。更に、通信モード選択信号出力部２０４は、アンテナ方向調整モードにおいては、粗調整モード又は微調整モードの信号をスイッチ２０３に出力する。スイッチ２０３は、通常モードを入力すると、インパルス発生器２０６の入力端子をベースバンド信号生成部２０１の出力端子に接続する。また、スイッチ２０３は、アンテナ方向調整モードにおける粗調整モードの信号を入力すると、インパルス発生器２０６の入力端子を粗調整用の位置情報信号生成部２０２ａの出力端子に接続する。また、スイッチ２０３は、アンテナ方向調整モードにおける微調整モードの信号を入力すると、インパルス発生器２０６の入力端子を微調整用の位置情報信号生成部２０２ｂの出力端子に接続する。粗調整モードでは、バンドパスフィルタ２０７は、１００ＭＨｚの周波数間隔の位置情報信号を出力する（図１７（Ｂ）参照）。微調整モードでは、バンドパスフィルタ２０７は、粗調整モードの１００ＭＨｚの周波数間隔よりも狭い１０ＭＨｚの周波数間隔の位置情報信号を出力する（図１７（Ａ）参照）。送信部２０５は、アンテナ方向調整モードにおいて、粗調整モードでは第１の周波数間隔（１００ＭＨｚ）の位置情報信号を送信し、微調整モードでは第１の周波数間隔（１００ＭＨｚ）よりも狭い第２の周波数間隔（１０ＭＨｚ）の位置情報信号を送信する。

送信装置１０１は、最初は粗調整モードで位置情報信号を送信し、その後、受信装置１０２が受信した位置情報信号の周波数が受信角０°の周波数ｆｃに近づいたら、微調整モードに切り替えて、光軸合わせの精度を高める。受信装置１０２は、受信角が閾値より大きいときには粗調整モードで位置情報信号を送信するように送信装置１０１に指示し、受信角が閾値より小さいときには微調整モードで位置情報信号を送信するように送信装置１０１に指示する。受信装置１０２から送信装置１０１への指示は、通常モードにおけるデータ通信により行われる。位置情報信号の周波数間隔Δｆを粗調整モード時及び微調整モード時で変更することにより、光軸合わせの高精度化と高速化を両立させることができる。

（第３の実施形態）
図１５（Ｂ）は本発明の第３の実施形態による送信装置１０１の構成例を示す図であり、図１５（Ａ）は送信装置１０１内のアンテナ部２１０の配置例を示す図である。第１及び第２の実施形態ではインパルス無線通信装置の例を説明したが、本実施形態ではマルチバンド方式通信装置の例を説明する。マルチバンド方式通信装置は、例えば、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）の通信装置である。図１５（Ｂ）の送信装置は、図２（Ｂ）の送信装置に対して、送信部２０５の構成が異なる。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。

送信部２０５は、局部発振器１５０１、ミキサ１５０２及び送信アンプ２０８を有する。通信モード選択信号出力部２０４は、通常モード又はアンテナ方向調整モードの信号をベースバンド信号生成部２０１及びスイッチ２０９に出力する。ベースバンド信号生成部２０１は、通常モードの信号を入力したときにはデータ信号を生成し、アンテナ方向調整モードの信号を入力したときには位置情報信号を生成する。通常モードでは、通常のマルチバンド方式のデータ信号が生成される。アンテナ方向調整モードでは、無変調の複数のサブキャリアのコム波が位置情報信号として生成される（図１７（Ａ）参照）。局部発振器１５０１は、局部周波数の局部信号を生成する。ミキサ１５０２は、ベースバンド信号生成部２０１により生成されたデータ信号又は位置情報信号と局部発振器１５０１により生成された局部信号とをミキシングする。送信アンプ２０８は、ミキシングされた信号を増幅する。通常モードでは、送信アンプ２０８は高指向性アンテナ２１１を介してデータ信号を無線送信する。アンテナ方向調整モードでは、送信アンプ２０８は低指向性アンテナ２１２を介して位置情報信号を無線送信する。

図１６（Ｂ）は本発明の第３の実施形態による受信装置１０２の構成例を示す図であり、図１６（Ａ）は受信装置１０２内のアンテナ部３１０の配置例を示す図である。第１及び第２の実施形態ではインパルス無線通信装置の例を説明したが、本実施形態ではマルチバンド方式通信装置の例を説明する。図１６（Ｂ）の受信装置は、図３（Ｂ）の受信装置に対して、局部発振器１６０１及びミキサ１６０２が追加されている。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。

通信モード選択信号出力部３０５は、通常モード又はアンテナ方向調整モードの信号をベースバンド信号復号部３０１及びスイッチ３０７に出力する。局部発振器１６０１は、局部周波数の局部信号を生成する。ミキサ１６０２は、受信アンプ３０６により増幅されたデータ信号又は位置情報信号と局部発振器１６０１により生成された局部信号とをミキシングする。ベースバンド信号復号部３０１は、通常モードの信号を入力すると、ミキシングされたデータ信号を復号する。また、アンテナ方向調整モードでは、位置情報検出部３０３は、ミキシングされた位置情報信号をベースバンド信号復号部３０１を介して入力し、位置情報信号の周波数を検出する。電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報検出部３０３により検出された周波数を基に、送信装置１０１からの位置情報信号の電波到来方向を推定する。

アンテナ方向調整モードでは、バン／チルト選択信号出力部３０９は、バン方向モード又はチルト方向モードの信号をスイッチ３０８に出力する。スイッチ３０８は、バン方向モードの信号を入力すると、ノードＮ１をバン方向検出アンテナ３１２に接続する。その場合、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報検出部３０３により検出された周波数を基に、送信装置１０１により送信された位置情報信号のバン方向検出アンテナ３１２の受信角を求め、受信装置１０２又はアンテナ部３１０のバン方向の向きをモータ等により動かして調整する。

また、スイッチ３０８は、チルト方向モードの信号を入力すると、ノードＮ１をチルト方向検出アンテナ３１３に接続する。その場合、電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部３０２は、位置情報検出部３０３により検出された周波数を基に、送信装置１０１により送信された位置情報信号のチルト方向検出アンテナ３１３の受信角を求め、受信装置１０２又はアンテナ部３１０のチルト方向の向きをモータ等により動かして調整する。

以上のように、本実施形態は、マルチバンド方式通信装置である。周波数間隔Δｆは所望周波数帯域内で一定である必要はなく、連続スペクトルを有する信号を使用することも可能である。

（第４の実施形態）
図１７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第４の実施形態による送信装置１０１が送信する位置情報信号を示す図である。本実施形態は、第３の実施形態のマルチバンド方式通信装置に、第２の実施形態を適用する例を示す。以下、本実施形態が第３の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態の送信装置１０１は、第２の実施形態のように、粗調整用の位置情報信号又は微調整用の位置情報信号を送信する。図１５（Ｂ）のベースバンド信号生成部２０１は、図１４（Ｂ）の粗調整用の位置情報信号生成部２０２ａ及び微調整用の位置情報信号生成部２０２ｂの機能を有する。

通信モード選択信号出力部２０４は、アンテナ方向調整モードにおいては、粗調整モード又は微調整モードの信号をベースバンド信号生成部２０１に出力する。ベースバンド信号生成部２０１は、粗調整モードの信号を入力すると、サブキャリアの一部を間引き、図１７（Ｂ）の第１の周波数間隔の位置情報信号をミキサ１５０２に出力する。送信アンプ２０８は、低指向性アンテナ２１２を介して第１の周波数間隔の位置情報信号を送信する。

また、ベースバンド信号生成部２０１は、微調整モードの信号を入力すると、サブキャリアの間引きを行わず、第１の周波数間隔より狭い図１７（Ａ）の第２の周波数間隔の位置情報信号をミキサ１５０２に出力する。送信アンプ２０８は、低指向性アンテナ２１２を介して第２の周波数間隔の位置情報信号を送信する。

本実施形態は、第２の実施形態と同様に、位置情報信号の周波数間隔Δｆを粗調整モード時及び微調整モード時で変更することにより、光軸合わせの高精度化と高速化を両立させることができる。

また、ベースバンド信号生成部２０１は、アンテナ方向調整モードの信号を入力したときには、図１７（Ｃ）の位置情報信号をミキサ１５０２に出力するようにしてもよい。図１７（Ｃ）の位置情報信号は、図１７（Ａ）の信号の一部のサブキャリアの信号を除去することにより生成される。送信部２０５は、アンテナ方向調整モードでは、第１の周波数ｆｃ近傍では周波数間隔が狭く、第１の周波数ｆｃから離れるほど周波数間隔が広い位置情報信号を送信する。第１の周波数ｆｃは、図４に示すように、バン方向又はチルト方向の角度が０°のときにバン方向検出アンテナ３１２又はチルト方向検出アンテナ３１３が受信する周波数である。これにより、バン方向又はチルト方向が０°付近では、位置情報信号の周波数間隔が狭く、微調整のアンテナ方向調整を行うことができる。また、バン方向又はチルト方向が０°から離れるほど、位置情報信号の周波数間隔が広く、粗調整のアンテナ方向調整を行うことができる。

以上のように、第１〜第４の実施形態によれば、天候などの影響を抑制し、高精度及び／又は高速に通信装置のアンテナの方向を調整することができる。

インターネット利用者の爆発的増大と高精細画像などのコンテンツの大容量化・多様化にともない、無線通信においても伝送容量の増大が望まれている。大容量無線通信装置としては、商用無線局が少なく広い周波数帯域を確保しやすいミリ波帯の利用が適している。また、インパルス方式による無線通信装置は、搬送波方式による狭帯域通信装置と比較して、局部発振器やミキサが不要で無線部の構成が簡素・低コストとなる特徴を有し、毎秒１０ギガビット（１０Ｇｂｐｓ）を超える大容量無線通信装置として期待されている。第１〜第４の実施形態による無線通信装置は、送信装置１０１と受信装置１０２が数ｋｍ離れて設置され、高指向性アンテナにより大容量のデータ伝送を行うという状況において、天候や雑音の影響をほとんど受けることなく、高精度で迅速に電波到来方向を検知し、正常な通信を行うことができ、通信システムの設置・運用コストを低減できる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）
送信装置を有し、
前記送信装置は、
信号を無線送信する第１の指向性アンテナと、
前記第１の指向性アンテナより指向性が低く、信号を無線送信する第２の指向性アンテナと、
第１の送信モードでは前記第１の指向性アンテナを介してデータ信号を無線送信し、第２の送信モードでは前記第２の指向性アンテナを介して複数の周波数成分を含む位置情報信号を無線送信する送信部と
を有することを特徴とする通信装置。
（付記２）
前記送信部は、
前記データ信号を生成するデータ信号生成部と、
前記位置情報信号を生成する位置情報信号生成部と、
前記第１の送信モードでは前記データ信号生成部により生成されたデータ信号を基にインパルスを生成し、前記第２の送信モードでは前記位置情報信号生成部により生成された位置情報信号を基にインパルスを生成するインパルス発生器と、
前記インパルス発生器により生成されたインパルスをフィルタリングするバンドパスフィルタとを有することを特徴とする付記１記載の通信装置。
（付記３）
前記送信部は、
前記第１の送信モードでは前記データ信号を生成し、前記第２の送信モードでは前記位置情報信号を生成する信号生成部と、
局部信号を生成する局部発振器と、
前記信号生成部により生成された前記データ信号又は前記位置情報信号と前記局部発振器により生成された局部信号とをミキシングするミキサとを有することを特徴とする付記１記載の通信装置。
（付記４）
前記送信部は、前記第２の送信モードにおいて、粗調整モードでは第１の周波数間隔の位置情報信号を送信し、微調整モードでは前記第１の周波数間隔よりも狭い第２の周波数間隔の位置情報信号を送信することを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の通信装置。
（付記５）
前記送信部は、前記第２の送信モードでは、第１の周波数近傍では周波数間隔が狭く、前記第１の周波数から離れるほど周波数間隔が広い位置情報信号を送信することを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の通信装置。
（付記６）
さらに、受信装置を有し、
前記受信装置は、
データ信号を無線受信する第１のアンテナと、
複数の周波数成分を含む位置情報信号の受信角に応じて前記位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第２のアンテナと、
第１の受信モードでは前記第１のアンテナを介して前記データ信号を無線受信し、第２の受信モードでは前記第２のアンテナを介して前記位置情報信号を無線受信する受信部と、
前記第２の受信モードでは、前記受信部により受信した位置情報信号の周波数に応じて前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを含むアンテナ部の方向を調整するアンテナ方向調整部と
を有することを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の通信装置。
（付記７）
データ信号を無線受信する第１のアンテナと、
複数の周波数成分を含む位置情報信号の受信角に応じて前記位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第２のアンテナと、
第１の受信モードでは前記第１のアンテナを介して前記データ信号を無線受信し、第２の受信モードでは前記第２のアンテナを介して前記位置情報信号を無線受信する受信部と、
前記第２の受信モードでは、前記受信部により受信した位置情報信号の周波数に応じて前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを含むアンテナ部の方向を調整するアンテナ方向調整部と
を有することを特徴とする通信装置。
（付記８）
前記第２のアンテナは、
第１の方向の位置情報信号の受信角に応じて前記位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第１の方向のアンテナと、
前記第１の方向に対して垂直の第２の方向の位置情報信号の受信角に応じて前記位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第２の方向のアンテナとを有し、
前記受信部は、前記第２の受信モードにおいて、第１の方向モードでは前記第１の方向のアンテナを介して前記位置情報信号を無線受信し、第２の方向モードでは前記第２の方向のアンテナを介して前記位置情報信号を無線受信し、
前記アンテナ方向調整部は、前記第２の受信モードにおいて、前記第１の方向モードでは前記受信部により受信した位置情報信号の周波数に応じて前記アンテナ部の前記第１の方向の向きを調整し、前記第２の方向モードでは前記受信部により受信した位置情報信号の周波数に応じて前記アンテナ部の前記第２の方向の向きを調整することを特徴とする付記７記載の通信装置。
（付記９）
第１の送信装置を含む第１の通信装置と、
第１の受信装置を含む第２の通信装置とを有し、
前記第１の送信装置は、
信号を無線送信する第１の指向性アンテナと、
前記第１の指向性アンテナより指向性が低く、信号を無線送信する第２の指向性アンテナと、
第１の送信モードでは前記第１の指向性アンテナを介してデータ信号を無線送信し、第２の送信モードでは前記第２の指向性アンテナを介して複数の周波数成分を含む位置情報信号を無線送信する第１の送信部とを有し、
前記第１の受信装置は、
前記第１の送信装置から前記データ信号を無線受信する第１のアンテナと、
前記第１の送信装置から受信する前記位置情報信号の受信角に応じて前記位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第２のアンテナと、
第１の受信モードでは前記第１のアンテナを介して前記データ信号を無線受信し、第２の受信モードでは前記第２のアンテナを介して前記位置情報信号を無線受信する第１の受信部と、
前記第２の受信モードでは、前記第１の受信部により受信した位置情報信号の周波数に応じて前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを含むアンテナ部の方向を調整する第１のアンテナ方向調整部とを有することを特徴とする通信システム。
（付記１０）
前記第１の通信装置は、さらに、第２の受信装置を有し、
前記第２の通信装置は、さらに、第２の送信装置を有し、
前記第２の送信装置は、
信号を無線送信する第３の指向性アンテナと、
前記第３の指向性アンテナより指向性が低く、信号を無線送信する第４の指向性アンテナと、
第１の送信モードでは前記第３の指向性アンテナを介してデータ信号を無線送信し、第２の送信モードでは前記第４の指向性アンテナを介して複数の周波数成分を含む位置情報信号を無線送信する第２の送信部とを有し、
前記第２の受信装置は、
前記第２の送信装置から前記データ信号を無線受信する第３のアンテナと、
前記第２の送信装置から受信する前記位置情報信号の受信角に応じて前記位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第４のアンテナと、
第１の受信モードでは前記第３のアンテナを介して前記データ信号を無線受信し、第２の受信モードでは前記第４のアンテナを介して前記位置情報信号を無線受信する第２の受信部と、
前記第２の受信モードでは、前記第２の受信部により受信した位置情報信号の周波数に応じて前記第３のアンテナ及び前記第４のアンテナを含むアンテナ部の方向を調整する第２のアンテナ方向調整部とを有することを特徴とする付記９記載の通信システム。

２０１ベースバンド信号生成部
２０２位置情報信号生成部
２０３スイッチ
２０４通信モード選択信号出力部
２０５送信部
２０６インパルス発生器
２０７バンドパスフィルタ
２０８送信アンプ
２０９スイッチ
２１０アンテナ部
２１１高指向性アンテナ
２１２低指向性アンテナ
３０１ベースバンド信号生成部
３０２電波到来方向推定及びアンテナ方向調整部
３０３位置情報検出部
３０４スイッチ
３０５通信モード選択信号出力部
３０６受信アンプ
３０７，３０８スイッチ
３０９バン／チルト選択信号出力部
３１０アンテナ部
３１１高指向性アンテナ
３１２バン方向検出アンテナ
３１３チルト方向検出アンテナ

Claims

送信装置を有し、
前記送信装置は、
信号を無線送信する第１の指向性アンテナと、
前記第１の指向性アンテナより指向性が低く、信号を無線送信する第２の指向性アンテナと、
第１の送信モードでは前記第１の指向性アンテナを介してデータ信号を無線送信し、第２の送信モードでは前記第２の指向性アンテナを介して複数の周波数成分を含む位置情報信号を無線送信する送信部とを有し、
前記送信部は、
前記データ信号を生成するデータ信号生成部と、
前記位置情報信号を生成する位置情報信号生成部と、
前記第１の送信モードでは前記データ信号生成部により生成されたデータ信号を基にインパルスを生成し、前記第２の送信モードでは前記位置情報信号生成部により生成された位置情報信号を基にインパルスを生成するインパルス発生器と、
前記インパルス発生器により生成されたインパルスをフィルタリングするバンドパスフィルタとを有することを特徴とする通信装置。
前記送信部は、前記第２の送信モードにおいて、粗調整モードでは第１の周波数間隔の位置情報信号を送信し、微調整モードでは前記第１の周波数間隔よりも狭い第２の周波数間隔の位置情報信号を送信することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
さらに、受信装置を有し、
前記受信装置は、
データ信号を無線受信する第１のアンテナと、
複数の周波数成分を含む位置情報信号の受信角に応じて前記位置情報信号内の異なる周波数成分の信号を無線受信する第２のアンテナと、
第１の受信モードでは前記第１のアンテナを介して前記データ信号を無線受信し、第２の受信モードでは前記第２のアンテナを介して前記位置情報信号を無線受信する受信部と、
前記第２の受信モードでは、前記受信部により受信した位置情報信号の周波数に応じて前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナを含むアンテナ部の方向を調整するアンテナ方向調整部と
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の通信装置。