JP6834268B2 - 無線通信装置及び無線通信システム - Google Patents
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例えば、特許文献1に記載のマルチスクリーン表示装置は、映像表示装置をデイジーチェーン接続して構成され、映像表示装置間で基準同期信号をデイジーチェーン伝送する。このマルチスクリーン表示装置では、デイジーチェーン伝送された基準同期信号を各映像表示装置のPLL(Phase Locked Loop)に入力することで、PLLが生成する画素用の基準クロックのジッタの低減を図る。
かかる無線通信部間の同期をとるために、MIMOを構成する複数の無線通信装置に共通の局部発振器からの搬送波周波数基準クロック信号を入力することが考えられる。しかしながら、複数の無線通信装置に共通の搬送波周波数基準クロック信号を入力した場合でも、無線通信装置内で個別に発生する位相雑音成分がある場合、無線通信部間の同期の精度が低下する可能性がある。無線通信部間の同期の精度が低下すると、例えばビームフォーミングの精度が低下して通信エラーが発生するなど、伝送効率の低下につながる。
図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの機能構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、無線通信システム1は、複数の無線通信装置2を備える。無線通信装置2の各々は1つ以上のユニット装置100を備える。また、無線通信装置2の各々は、基準クロック信号生成装置920に接続され、基準クロック信号生成装置920は、基準信号源910に接続されている。
但し、無線通信システム1が備える無線通信装置が全て無線通信装置2である必要はない。無線通信システム1が、無線通信装置2以外の無線通信装置を備えていてもよい。例えば、通信を行う無線通信装置の一方が無線通信装置2であり、もう一方はMIMOにて通信を行う一般的な無線通信装置であってもよい。
また、無線通信装置2の通信方式は、複数の無線通信部間で同期をとる通信方式であればよく、MIMOに限らない。例えば、無線通信装置2が、SIMO(Single-Input Multi-Output)の受信側に用いられていてもよい。あるいは、無線通信装置2が、MISO(Multi-Input Single-Output)の送信側に用いられていてもよい。
但し、無線通信装置2が通信に用いる周波数帯は、特定のものに限定されない。例えば、無線通信装置2が、上記のように低SHF帯と高SHF帯との組み合わせを用いて通信を行うようにしてもよい。また、無線通信装置2が、1つの周波数帯を用いるようにしてもよいし、3つ以上の周波数帯を用いるようにしてもよい。
基準信号源910としていろいろな装置を用いることができる。例えば、基準信号源910は、GNSS(Global Navigation Satellite System、全地球航法衛星システム)受信機であってもよいし、原子時計であってもよい。あるいは、基準信号源910は、NTP(Network Time Protocol)を構成しているサーバ装置であってもよい。
スレーブとなったマスタ対応低SHF波ユニット部111及びスレーブ型低SHF波ユニット部112は、それぞれ、マスタとなったマスタ対応低SHF波ユニット部111が生成した低SHF帯の搬送波周波数信号を用いて低SHF帯の電波を送受信する。
一方、スレーブとなったマスタ対応低SHF波ユニット部111の低SHF波信号生成部120は、その機能を停止する。
第一分周期121は、基準クロック信号生成装置920からの基準クロック信号を分周する。すなわち、第一分周期121は、基準クロック信号生成装置920からの基準クロック信号のN1分の1(N1は所定の正整数)の周波数の信号を出力する。
第二分周期123は、電圧制御発振器122が出力した信号を分周する。すなわち、第二分周期123は、電圧制御発振器122からの信号のN2分の1(N2は所定の正整数)の周波数の信号を出力する。
ループフィルタ125はローパスフィルタである。位相比較器124から位相周波数毎に出力される位相誤差インパルス信号がループフィルタ125を通過することで、位相誤差インパルス信号の数と波高値とに基づく制御電圧が電圧制御発振器122に印加される。この制御電圧により、位相誤差が無くなるようにPLLとしての負帰還フィードバックがかかる。
以下では、第一部分を備えるマスタ対応低SHF波ユニット部111が備える第二部分を、第一部分と同じマスタ対応低SHF波ユニット部111の第二部分と称する。同様に、第一部分が備えるマスタ対応高SHF波ユニット部211が備える第二部分を、第一部分と同じマスタ対応高SHF波ユニット部211の第二部分と称する。
第一切替器144自らを備えるマスタ対応低SHF波ユニット部111がマスタである場合、第一切替器144は、第一切替器144と同じマスタ対応低SHF波ユニット部111の低SHF波信号生成部120からの搬送波周波数信号を出力する。一方、第一切替器144自らを備えるマスタ対応低SHF波ユニット部111がスレーブである場合、第一切替器144は、第一切替器144と同じマスタ対応低SHF波ユニット部111の入力アンプ141からの搬送波周波数信号を出力する。
第二切替器145自らを備えるマスタ対応低SHF波ユニット部111がマスタである場合、第二切替器145は、第二切替器145と同じマスタ対応低SHF波ユニット部111の低SHF波信号生成部120からの搬送波周波数信号を出力する。一方、第二切替器145自らを備えるマスタ対応低SHF波ユニット部111がスレーブである場合、第二切替器145は、第二切替器145と同じマスタ対応低SHF波ユニット部111の入力アンプ141からの搬送波周波数信号を出力する。
第二切替器145からの搬送波信号は、出力アンプ146へ出力される。
出力アンプ146は、第二切替器145からの搬送波周波数信号を増幅して、他のマスタ対応低SHF波ユニット部111又はスレーブ型低SHF波ユニット部112へ出力する。
図5の各部は図4の各部に対応しており、対応する部分に図4の場合と同一の符号(141〜146、150〜153、160)を付して説明を省略する。
なお、スレーブ型低SHF波ユニット部112は低SHF波信号生成部120を備えていないので、搬送波周波数信号は必ず入力アンプ141の側から供給される。そこで、スレーブ型低SHF波ユニット部112では、第一切替器144に代えて第二分配器143と低SHF波送受信部150の各々とを直接接続するようにしてもよい。同様に、第二切替器145に代えて第一分配器142と出力アンプ146とを直接接続するようにしてもよい。
高SHF波信号生成部220は、生成する信号が高SHF帯の搬送波周波数信号である以外は低SHF波信号生成部120と同様である。高SHF波信号生成部220の構成は、図3に示す低SHF波信号生成部120の構成と同様であり、ここでは図示及び説明を省略する。
図6は、高SHF波無線通信部230の構成を示す概略構成図である。図6に示すように高SHF波無線通信部230は、入力アンプ141と、第一分配器142と、第二分配器143と、第一切替器144と、第二切替器145と、出力アンプ146と、1つ以上の高SHF波送受信部250と、高SHF波送受信部250と同数のアンテナ160とを備える。高SHF波送受信部250は、第三分配器151と、高SHF波送信部252と、高SHF波受信部253とを備える。
図7は、スレーブ型高SHF波ユニット部212の構成を示す概略構成図である。図7に示すように、スレーブ型高SHF波ユニット部212は、入力アンプ141と、第二分配器143と、第一切替器144と、第二切替器145と、出力アンプ146と、1つ以上の高SHF波送受信部250と、高SHF波送受信部250と同数のアンテナ160とを備える。高SHF波送受信部250は、第三分配器151と、高SHF波送信部252と、低SHF波受信部153とを備える。
図7の各部は図6の各部に対応しており、対応する部分に図6の場合と同一の符号(141〜146、151、160、250、252、253)を付して説明を省略する。
ユニット装置100のデイジーチェーン接続に伴い、マスタ対応低SHF波ユニット部111及びスレーブ型低SHF波ユニット部112がデイジーチェーン接続されている。従って、低SHF波無線通信部130及びスレーブ型低SHF波ユニット部112がマスタのマスタ対応低SHF波ユニット部111の低SHF波信号生成部120にデイジーチェーン接続されている。そして、低SHF波信号生成部120からの低SHF帯の搬送波周波数信号の伝送を受けて電波の送受信処理を行う。
この点について図8及び図9を参照して説明する。
線L12は、位相比較器から出力される位相雑音の、周波数と位相雑音の大きさとの関係を示すが、周波数特性としては平坦となっている。
線L13は、電圧制御発振器が出力する信号における、周波数と位相雑音の大きさとの関係(−30dB/decade)を示す。
線L15は、ループ帯域以下のオフセット周波数で電圧制御発振器起因の位相雑音(線L13(−30dB/dacade))に開ループ利得40dB/dacadeで圧縮がかかり、10dB/dacadeの傾きとなって圧縮されていることを示す。
線L16は、搬送波周波数信号における、周波数と総合的な位相雑音との関係を示す。
領域A12は、位相比較器における位相雑音が支配的な領域である。
領域A13は、電圧制御発振器における位相雑音が支配的な領域である。
図9は、信号生成部を複数備える通信機の構成例を示す概略構成図である。図9に示す構成では、ユニット装置1100の各々が複数のユニット部1110を備えている。そして、ユニット部1110毎に信号生成部1120と、1つ以上の送受信部1130及びアンテナ1140を備えている。信号生成部1120の各々は、基準クロック信号生成装置920からの基準クロック信号の入力を受けて搬送波周波数信号を生成し、送受信部1130へ出力する。送受信部1130の各々は、信号生成部1120が生成した信号を用いて電波の送受信を行う。
図2〜図7を参照して説明した構成でも、全ての低SHF波信号生成部120が共通の基準クロック信号(基準クロック信号生成装置920からの基準信号)を用いている。このため、図8の領域A11で示される近傍オフセット周波数領域の位相雑音は各低SHF波送受信部150に共通し、相対位相誤差は生じない。
高SHF帯に関しても、図2〜図7を参照して説明した構成では、全ての高SHF波信号生成部220が共通の基準クロック信号(基準クロック信号生成装置920からの基準信号)を用いている。このため、図8の領域A11で示される近傍オフセット周波数領域の位相雑音は各高SHF波送受信部250に共通し、相対位相誤差は生じない。
これに対し、図2〜図7を参照して説明した構成では、全ての低SHF波送受信部150が共通の搬送波周波数信号(マスタとなっているマスタ対応低SHF波ユニット部111が生成した搬送波周波数信号)を用いている。このため、位相比較器124に起因する位相雑音、及び、電圧制御発振器122に起因する位相雑音は全ての低SHF波送受信部150に共通し、相対位相誤差は生じない。
このように、図2〜図7に示した構成では、いずれの周波数領域における位相雑音が発生しても、低SHF波送受信部150間の相対位相誤差、高SHF波送受信部250間の相対位相誤差のいずれも生じない。
このように搬送波周波数信号をデイジーチェーン伝送する構成とすることで、ユニット装置100をデイジーチェーン接続する構成とすることができる。ユニット装置100をデイジーチェーン接続する構成とすることで、ユニット装置100の増台及び減台を比較的容易に行うことができる。この点で、無線通信装置2によれば、必要な通信量に応じた接続台数とすることができる。
例えば、人口密集地ではユニット装置100の台数を増やして空間多重数を増やし、郊外地ではユニット装置100の台数を減らして運用コストを低減させるなど、環境に応じた構成を比較的容易に実現することができる。
スレーブとなったマスタ対応低SHF波ユニット部111及びスレーブ型低SHF波ユニット部112が並列に接続されて低SHF帯の搬送波周波数信号の入力を受けるようにしてもよい。あるいは、マスタ対応低SHF波ユニット部111及びスレーブ型低SHF波ユニット部112がデイジーチェーン接続と並列接続との組み合わせにて接続されていてもよい。同様に、スレーブとなったマスタ対応高SHF波ユニット部211及びスレーブ型高SHF波ユニット部212が並列に接続されて高SHF帯の搬送波周波数信号の入力を受けるようにしてもよい。あるいは、マスタ対応高SHF波ユニット部211及びスレーブ型高SHF波ユニット部212がデイジーチェーン接続と並列接続との組み合わせにて接続されていてもよい。
この場合の構成例について、図10〜図12を参照して説明する。
図10に示す各部のうち、スレーブ型低SHF波ユニット部112と、低SHF波信号生成部120と、スレーブ型高SHF波ユニット部212と、高SHF波信号生成部220とは、図2の場合と同様である。
ユニット装置300では、低SHF波無線通信部330の内部の構成、及び、高SHF波無線通信部430の内部の構成が、図2〜図7を参照して説明したユニット装置100における低SHF波無線通信部130の内部の構成、及び、高SHF波無線通信部230の内部の構成と異なる。また、図2ではユニット装置100がデイジーチェーン接続されていたのに対し、図10では1つのユニット装置300に対して複数のユニット装置300が並列接続される。それ以外の点では、ユニット装置300は、ユニット装置100の場合と同様である。
なお、図10に示すユニット装置300の接続で、並列接続されたユニット装置300にさらにユニット装置300を接続して、並列接続とデイジーチェーン接続とを組み合わせた接続としてもよい。
そして、第四分配器341の各々は、搬送周波数信号を2つに分配する。第四分配器341が分配した搬送波周波数信号のうち1つは、前段アンプ342へ出力される。一方、第四分配器341が分配した搬送波周波数信号のうちもう1つは、他のマスタ対応低SHF波ユニット部311又はスレーブ型低SHF波ユニット部112へ出力される。
このように、低SHF波無線通信部330及びスレーブ型低SHF波ユニット部112を並列接続する構成とすることで、ユニット装置100を並列接続する構成とすることができる。ユニット装置100を並列接続する構成とすることで、ユニット装置100の増台及び減台を比較的容易に行うことができる。この点で、無線通信装置3によれば、必要な通信量に応じた接続台数とすることができる。
例えば、人口密集地ではユニット装置300の台数を増やして空間多重数を増やし、郊外地ではユニット装置300の台数を減らして運用コストを低減させるなど、環境に応じた構成を比較的容易に実現することができる。
図13は、本発明に係る無線通信装置の最小構成の第1の例を示す概略構成図である。図13に示す無線通信装置10は、信号生成部11と、複数の無線通信部12とを備える。
かかる構成にて、信号生成部11は、基準クロック信号の入力を受けて搬送波周波数信号を生成する。無線通信部12は、搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う。また、無線通信部12は、搬送波周波数信号を他の無線通信部12へ出力する。
かかる構成にて、第一信号生成部21は、基準クロック信号の入力を受けて第一周波数の第一搬送波周波数信号を生成する。第二信号生成部22は、基準クロック信号の入力を受けて第二周波数の第二搬送波周波数信号を生成する。第一無線通信部23は、第一搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う。第二無線通信部24は、第二搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う。また、第一無線通信部23は、第一搬送波周波数信号を他の第一無線通信部23へ出力する。第二無線通信部24は、第二搬送波周波数信号を他の第二無線通信部24へ出力する。
係る構成にて、無線通信装置31の各々では、信号生成部32が、基準クロック信号の入力を受けて搬送波周波数信号を生成する。無線通信部33は、搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う。また、無線通信部33は、搬送波周波数信号を他の無線通信部33へ出力する。
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。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良く、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良い。
2、3、10、20、31 無線通信装置
11、32 信号生成部
12、33 無線通信部
21 第一信号生成部
22 第二信号生成部
23 第一無線通信部
24 第二無線通信部
100、300 ユニット装置
111、311 マスタ対応低SHF波ユニット部
112 スレーブ型低SHF波ユニット部
120 低SHF波信号生成部
121 第一分周期
122 電圧制御発振器
123 第二分周期
124 位相比較器
125 ループフィルタ
130、330 低SHF波無線通信部
141 入力アンプ
142 第一分配器
143 第二分配器
144 第一切替器
145 第二切替器
146 出力アンプ
150 低SHF波送受信部
151 第三分配器
152 低SHF波送信部
153 低SHF波受信部
160 アンテナ
211、411 マスタ対応高SHF波ユニット部
212 スレーブ型高SHF波ユニット部
220 高SHF波信号生成部
230、430 高SHF波無線通信部
250 高SHF波送受信部
252 高SHF波送信部
253 高SHF波受信部
341 第四分配器
342 前段アンプ
Claims (7)
- 基準クロック信号の入力を受けて搬送波周波数信号を生成する信号生成部と、
前記搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う無線通信部と、
を備え、
前記無線通信部は、前記搬送波周波数信号を他の前記無線通信部へ出力し、
少なくとも1つの前記無線通信部は、
前記搬送波周波数信号を用いて電波の送受信処理を行う送受信部と、
当該無線通信部が、前記搬送波周波数信号の入力を前記信号生成部から直接受ける場合に、前記信号生成部からの前記搬送波周波数信号を2つに分配する第一分配器と、
当該無線通信部が、前記搬送波周波数信号の入力を他の前記無線通信部から受ける場合に、他の前記無線通信部からの前記搬送波周波数信号を2つに分配する第二分配器と、
前記第一分配器からの前記搬送波周波数信号、または、前記第二分配器からの前記搬送波周波数信号の何れか一方を、前記送受信部に出力する第一切替器と、
前記第一分配器からの前記搬送波周波数信号、または、前記第二分配器からの前記搬送波周波数信号の何れか一方を、他の前記無線通信部に出力する第二切替器と、
を備える、
無線通信装置。 - 少なくとも1つの前記無線通信部は、
当該無線通信部が、前記搬送波周波数信号の入力を前記信号生成部から直接受ける場合に、前記信号生成部からの前記搬送波周波数信号を2つに分配し、2つに分配した前記搬送波周波数信号のうち一方の前記搬送波周波数信号を、他の前記無線通信部に出力する外部出力分配器
をさらに備え、
当該無線通信部の前記第一分配器は、当該無線通信部が、前記搬送波周波数信号の入力を前記信号生成部から直接受ける場合に、前記外部出力分配器が2つに分配する前記搬送波周波数信号のうち、他の前記無線通信部に出力される前記搬送波周波数信号以外の前記搬送波周波数信号を2つに分配する、
請求項1に記載の無線通信装置。 - 複数の前記無線通信部がデイジーチェーン伝送にて前記搬送波周波数信号の入力を受ける、請求項1または請求項2に記載の無線通信装置。
- 複数の前記無線通信部が同一の前記無線通信部に接続されて前記搬送波周波数信号の入力を受ける、請求項1から3の何れか一項に記載の無線通信装置。
- 基準クロック信号の入力を受けて第一周波数の第一搬送波周波数信号を生成する第一信号生成部と、
前記基準クロック信号の入力を受けて第二周波数の第二搬送波周波数信号を生成する第二信号生成部と、
前記第一搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う第一無線通信部と、
前記第二搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う第二無線通信部と、
を備え、
前記第一無線通信部は、前記第一搬送波周波数信号を他の前記第一無線通信部へ出力し、
前記第二無線通信部は、前記第二搬送波周波数信号を他の前記第二無線通信部へ出力し、
少なくとも1つの前記第一無線通信部は、
前記第一搬送波周波数信号を用いて電波の送受信処理を行う第一送受信部と、
当該第一無線通信部が、前記第一搬送波周波数信号の入力を前記第一信号生成部から直接受ける場合に、前記第一信号生成部からの前記第一搬送波周波数信号を2つに分配する第一周波数第一分配器と、
当該第一無線通信部が、前記第一搬送波周波数信号の入力を他の前記第一無線通信部から受ける場合に、他の前記第一無線通信部からの前記第一搬送波周波数信号を2つに分配する第一周波数第二分配器と、
前記第一周波数第一分配器からの前記第一搬送波周波数信号、または、前記第一周波数第二分配器からの前記第一搬送波周波数信号の何れか一方を、前記第一送受信部に出力する第一周波数第一切替器と、
前記第一周波数第一分配器からの前記第一搬送波周波数信号、または、前記第一周波数第二分配器からの前記第一搬送波周波数信号の何れか一方を、他の前記第一無線通信部に出力する第一周波数第二切替器と、
を備え、
少なくとも1つの前記第二無線通信部は、
前記第二搬送波周波数信号を用いて電波の送受信処理を行う第二送受信部と、
当該第二無線通信部が、前記第二搬送波周波数信号の入力を前記第二信号生成部から直接受ける場合に、前記第二信号生成部からの前記第二搬送波周波数信号を2つに分配する第二周波数第一分配器と、
当該第二無線通信部が、前記第二搬送波周波数信号の入力を他の前記第二無線通信部から受ける場合に、他の前記第二無線通信部からの前記第二搬送波周波数信号を2つに分配する第二周波数第二分配器と、
前記第二周波数第一分配器からの前記第二搬送波周波数信号、または、前記第二周波数第二分配器からの前記第二搬送波周波数信号の何れか一方を、前記第二送受信部に出力する第二周波数第一切替器と、
前記第二周波数第一分配器からの前記第二搬送波周波数信号、または、前記第二周波数第二分配器からの前記第二搬送波周波数信号の何れか一方を、他の前記第二無線通信部に出力する第二周波数第二切替器と、
を備える、
無線通信装置。 - 少なくとも1つの前記第一無線通信部は、
当該第一無線通信部が、前記第一搬送波周波数信号の入力を前記第一信号生成部から直接受ける場合に、前記第一信号生成部からの前記第一搬送波周波数信号を2つに分配し、2つに分配した前記第一搬送波周波数信号のうち一方の前記第一搬送波周波数信号を、他の前記第一無線通信部に出力する第一周波数外部出力分配器
をさらに備え、
当該第一無線通信部の前記第一周波数第一分配器は、当該第一無線通信部が、前記第一搬送波周波数信号の入力を前記第一信号生成部から直接受ける場合に、前記第一周波数外部出力分配器が2つに分配する前記第一搬送波周波数信号のうち、他の前記第一無線通信部に出力される前記第一搬送波周波数信号以外の前記第一搬送波周波数信号を2つに分配し、
少なくとも1つの前記第二無線通信部は、
当該第二無線通信部が、前記第二搬送波周波数信号の入力を前記第二信号生成部から直接受ける場合に、前記第二信号生成部からの前記第二搬送波周波数信号を2つに分配し、2つに分配した前記第二搬送波周波数信号のうち一方の前記第二搬送波周波数信号を、他の前記第二無線通信部に出力する第二周波数外部出力分配器
をさらに備え、
当該第二無線通信部の前記第二周波数第一分配器は、当該第二無線通信部が、前記第二搬送波周波数信号の入力を前記第二信号生成部から直接受ける場合に、前記第二周波数外部出力分配器が2つに分配する前記第二搬送波周波数信号のうち、他の前記第二無線通信部に出力される前記第二搬送波周波数信号以外の前記第二搬送波周波数信号を2つに分配する、
請求項5に記載の無線通信装置。 - 複数の無線通信装置を備え、
前記無線通信装置の各々は、
前記無線通信装置がマスタとして用いられる場合に、基準クロック信号の入力を受けて搬送波周波数信号を生成する信号生成部と、
前記搬送波周波数信号の入力を受けて無線通信を行う無線通信部と、
を備え、
前記無線通信部は、前記搬送波周波数信号を他の前記無線通信部へ出力し、
少なくとも1つの前記無線通信部は、
前記搬送波周波数信号を用いて電波の送受信処理を行う送受信部と、
当該無線通信部が、前記搬送波周波数信号の入力を前記信号生成部から直接受ける場合に、前記信号生成部からの前記搬送波周波数信号を2つに分配する第一分配器と、
当該無線通信部が、前記搬送波周波数信号の入力を他の前記無線通信部から受ける場合に、他の前記無線通信部からの前記搬送波周波数信号を2つに分配する第二分配器と、
前記第一分配器からの前記搬送波周波数信号、または、前記第二分配器からの前記搬送波周波数信号の何れか一方を、前記送受信部に出力する第一切替器と、
前記第一分配器からの前記搬送波周波数信号、または、前記第二分配器からの前記搬送波周波数信号の何れか一方を、他の前記無線通信部に出力する第二切替器と、
を備える、
無線通信システム。
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