JP6751051B2 - 無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置 - Google Patents
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Description
請求項1に記載の無線通信システム。
図1は、第1実施形態の無線通信システム100の構成の概略を示す図である。無線通信システム100は、無線通信装置1A及び1Bを備える。無線通信装置1A及び1Bは同様の構成を持つ。無線通信装置1A及び1Bのそれぞれは、間隔dだけ隔てられた2つのアンテナ素子を備える。無線通信装置1Aはアンテナ素子2A−1及び2A−2を備え、無線通信装置1Bはアンテナ素子2B−1及び2B−2を備える。無線通信装置1A及び1Bは、それぞれが有する1つのアンテナ素子の組で複数の通信経路(以下「無線リンク」という。)を形成し、無線伝送を行う。図1は、アンテナ素子2A−1及び2B−1によって無線リンクLK1が、アンテナ素子2A−2及び2B−2によって無線リンクLK2が、それぞれ形成された例である。無線リンクLK1及びLK2の伝送距離はDである。この場合、各無線リンクを形成するアンテナ素子間を結ぶ直線(図の例のL1及びL2であり、以下「対向直線」という。)は、アンテナ素子2A−1及び2B−2を結ぶ直線に対して、アンテナ素子の間隔d及び伝送距離Dによって定まる角度θ12をなす。一般に、無線リンクを形成する2つのアンテナ素子の指向性が対向直線の方向に向けられることで、各アンテナ素子におけるSNR(信号対雑音比:Signal-to-Noise Ratio)が最大化される。
図5は、無線通信システムにおける各アンテナ素子2の従来の配置例を示す図である。図5の配置例は、対向直線L1及びL2が、同じ無線通信装置1内のアンテナ素子を結ぶ直線と直交しない点で図1や図2の配置例と異なる。このような配置ズレ(図中のΔd)は、例えば、無線通信装置1Bを搭載した移動体が矢印Aの方向に移動する際の停止位置のズレ等によって生じ得る。このような配置ズレが生じると、干渉波の伝搬経路(例えばアンテナ素子2A−1とアンテナ素子2B−2との間の伝搬経路)の伝送路応答は、図1の場合に比べて大きくなり、アンテナ素子2B−1におけるSINRは大きく劣化する。以下で説明する第2実施形態の無線通信システム100は、無線リンクを形成するアンテナ素子2に図5のような配置ズレが生じた場合においてもSINRを向上させることができる。
図8は、第3実施形態の無線通信システム100における各アンテナ素子2の配置例を示す図である。第1実施形態及び第2実施形態では無線通信装置1が2つのアンテナ素子2を備える場合におけるアンテナ素子2の配置例を示した。これに対し、第3実施形態では、無線通信装置1が3つ以上のアンテナ素子2を備える場合におけるアンテナ素子2の配置について説明する。この場合、各アンテナ素子2は多角形の頂点に配置される。図8は、8つのアンテナ素子2Aを備える無線通信装置1Aにおける配置例を示し、この場合、各アンテナ素子2Aは例えば正8角形の各頂点に配置される。
図9は、第4実施形態の無線通信システム100における各アンテナ素子2の配置例を示す図である。第3実施形態では無線通信装置1が3つ以上のアンテナ素子2を備える場合におけるアンテナ素子2の配置例について説明した。その一例として図8では、無線通信装置1が8つのアンテナ素子2を備える場合の配置例を示した。これに対し、第4実施形態では、無線通信装置1が4つのアンテナ素子2を備える場合の配置例を示す。図9は、4つのアンテナ素子2を正方形の各頂点に配置した例を示す。
図10は、第5実施形態の無線通信システム100における各アンテナ素子2の配置例を示す図である。第3実施形態及び第4実施形態では、無線通信装置1が3つ以上のアンテナ素子2を備える場合において、各アンテナ素子2をアンテナ素子数の頂点を持つ多角形の各頂点に配置する場合について説明した。これに対し、第5実施形態では、複数のアンテナ素子2を2つの直線上に配置する場合について説明する。図10は、12個のアンテナ素子2を2つの直線(LA1及びLA2)上に6個ずつ配置した例を示す。
図11は、第6実施形態の無線通信システム100における各アンテナ素子2の配置例を示す図である。第6実施形態における無線通信装置1は、各アンテナ素子2から放射される指向性ビームの幅を所定方向に狭めるレンズを備える。図11は、アンテナ素子2A−1及び2A−2を備える無線通信装置1Aにおいて、アンテナ素子2A−1に対してレンズ3A−1が、アンテナ素子2A−2に対してレンズ3A−2がそれぞれ備えられた例を示す。無線通信装置1Aにこのようなレンズ3が備えられることにより、各アンテナ素子2Aの利得を向上させることができる。
参考文献:”mmWave Small Cell Reconfigurable Backhauling with Steerable Lens-Array Antennas (LAA)”doc.: IEEE 802.11-15-0815-00-00ay
図13は、第7実施形態の無線通信システム100における各アンテナ素子2の配置例を示す図である。第7実施形態における無線通信装置1は、アンテナ素子2から放出される電波を透過させない隔壁部4を各アンテナ素子2の側面方向に備える。このような構成を備えることにより、各無線リンク間のアイソレーション特性を向上させることができる。例えば、隔壁部4は、金属41等の電波を透過させない部材であればよい。この場合、部材表面での電波の反射を抑制するために、部材表面には電波吸収材42が備えられることが望ましい。
図14は、第8実施形態の無線通信システム100における各アンテナ素子2の配置例を示す図である。第8実施形態の無線通信装置1は、一部の無線リンクにおいて反射波を利用した無線通信を行う。一般に、地球上での無線通信においては、地表面(地面又は水面)や建物の床面等(以下総称して「大地」という。)で反射された反射波を利用可能である場合が多い。図14は、アンテナ素子2A−1及び2B−1が直接波による無線リンクを形成し、アンテナ素子2A−2及び2B−2が反射波による無線リンクを形成する無線通信システム100の例を示す。
図15は、第9実施形態の無線通信システム100における各アンテナ素子2の配置例を示す図である。第9実施形態における無線通信装置1は、漏洩同軸ケーブルや漏洩導波管等をアンテナとして備える。このようなアンテナは、例えばトンネルや電車などの線状の環境を通信エリアとする場合に用いられることが多い。図15は、このような用途に用いられる漏洩導波管をアンテナとして備える無線通信装置1の例を示す。
図19は、第10実施形態の無線通信システム100における無線通信装置1の機能構成の具体例を示すブロック図である。無線通信装置1は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。無線通信装置1は、プログラムの実行によって記憶部11、通信部12及びデータ送受信部13を備える装置として機能する。なお、無線通信装置1の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
上述した実施形態における無線通信システム100又は無線通信装置1をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
Claims (13)
- 複数のアンテナ素子を有する第1のアンテナアレーと、前記第1のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第2のアンテナアレーとを備え、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムであって、
一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から90度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
無線通信システム。 - 前記第1のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第1の直線上に配置され、前記第2のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第1の直線に平行な第2の直線上に配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第1の直線及び前記第2の直線に直交する、
請求項1に記載の無線通信システム。 - 前記第1のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第1の多角形の各頂点上に配置され、前記第2のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第1の多角形に対向する第2の多角形の各頂点上に配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第1の多角形の重心と、前記第2の多角形の重心とを結ぶ第3の直線に平行する、
請求項1に記載の無線通信システム。 - 一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から90度未満の所定角度だけ、前記第3の直線から遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
請求項3に記載の無線通信システム。 - 前記第1のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第1の直線及び第2の直線上に配置され、前記第2のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第1の直線に平行な第3の直線上と、前記第2の直線に平行な第4の直線上とに配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第1から第4の直線に直交する、
請求項1に記載の無線通信システム。 - 前記第1の直線上のアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から90度未満の所定角度だけ、第2の直線から遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
請求項5に記載の無線通信システム。 - 前記アンテナ素子の主ビームの放射パターン特性は、余弦関数又はガウス関数で近似される、
請求項1から6のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 複数の前記無線リンクのうちの一部は反射波を用いて無線通信を行う、
請求項1から7のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記第1のアンテナアレー及び第2のアンテナアレーは、前記アンテナ素子の周囲に、前記アンテナ素子の指向性を所定方向に向けるレンズ又は遮蔽材を備える、
請求項1から8のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記第1のアンテナアレー及び第2のアンテナアレーは、前記アンテナ素子間に電波を遮蔽する隔壁を備える、
請求項1から9のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記第1のアンテナアレーを備える第1の無線通信装置は、前記第2のアンテナアレーを備える第2の無線通信装置に対して、複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行い、前記第2の無線通信装置は、前記複数の無線リンクにおけるデータの送受信が完了した後に、前記第1の無線通信装置に対して、複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行う、
請求項1から10のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 複数のアンテナ素子を有する第1のアンテナアレーと、前記第1のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第2のアンテナアレーとを備え、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムの無線通信方法であって、
一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から90度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置する、
無線通信方法。 - 複数のアンテナ素子を有する第1のアンテナアレーを備える第1の無線通信装置と、前記第1のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第2のアンテナアレーを備える第2の無線通信装置とが、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、
前記複数のアンテナ素子を有するアンテナアレーを備え、
一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から90度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
無線通信装置。
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