JPH11215049A - 指向性制御アンテナ装置 - Google Patents

指向性制御アンテナ装置

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JPH11215049A
JPH11215049A JP10010218A JP1021898A JPH11215049A JP H11215049 A JPH11215049 A JP H11215049A JP 10010218 A JP10010218 A JP 10010218A JP 1021898 A JP1021898 A JP 1021898A JP H11215049 A JPH11215049 A JP H11215049A
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transmission
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洋一 中川
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605—Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動通信分野における指向性制御アンテナ装
置において、高速データ伝送に対応した受信感度の向上
と、高速、高性能なアンテナ指向性制御を実現する指向
性制御アンテナ装置の提供を目的とする。 【解決手段】 移動局１に低伝送速度の制御信号を送信
する制御信号送出手段３を設け、基地局４において、広
い指向性パターンのアレー素子６からなるアレーアンテ
ナ５を用いて、到来方向推定手段９が移動局の存在する
方向を推定し、その方向に対して、アンテナ指向性制御
手段１０がアレーアンテナ５を用いて鋭い指向性ビーム
を形成することで、基地局、移動局ともに受信感度を向
上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主として、携帯電
話、ＰＨＳ、双方向ページャ、業務用無線等の移動通信
システムの基地局、移動局に用いられる指向性制御アン
テナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、移動体通信分野では、各基地局に
割り当てられたエリアに複数の移動局を収容する無線方
式として、時分割多重方式（ＴＤＭＡ）、周波数分割多
重方式（ＦＤＭＡ）、符号分割多重方式（ＣＤＭＡ）な
どが用いられてきた。また、妨害波除去技術として、ア
ダプティブアレーを用いたアンテナ指向性制御方式に関
する研究が行われてきた。
【０００３】時分割多重方式は、複数の移動局と基地局
が交信するために、同一周波数のチャネルを時間軸方向
で等間隔の通信スロットを設けて使用する。周波数分割
多重方式は、複数の移動局と基地局が交信するために、
複数の周波数チャンネルを使用する。符号分割多重方式
は、複数の移動局で互いに相関の無い符号でスペクトル
拡散変調を行うことにより、同じ周波数帯で移動局と基
地局とが交信を行う。
【０００４】また、アダプティブアレーを用いたアンテ
ナ指向性制御方式は、アレーアンテナの受信信号から、
アンテナ指向性のピークが所望波の方向に、ヌル点が妨
害波の方向に向くように自動的に制御し、移動局の存在
する位置によって基地局のサービスエリアをダイナミッ
クに変化させる技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の無線方式技
術を用いた場合、１つの基地局のエリアに収容可能な移
動局の台数は、時分割多重方式の場合は移動局に割り当
てられる通信スロットの総数に制限され、周波数分割多
重方式の場合には周波数チャネルの総数に制限され、符
号分割多重の場合には、データ伝送レートとスペクトル
拡散チップレートの比により決定される妨害除去の能力
によってエリア内に収容できる移動局が制限されてい
た。周波数資源は有限であり、移動通信機器用に割り当
てられることのできる周波数チャネルや周波数帯域幅に
は限りがあり、移動通信システムの収容できる移動局の
台数に上限ができてしまう。また、従来のアダプティブ
アレーの技術は妨害波の到来方向に対するアンテナ指向
性のヌル点制御が中心であり、画像情報の伝送のような
高速データ伝送を行うためには、これまで以上に移動
局、基地局ともに受信感度を向上させる必要がある。一
方で、多数の移動局が存在する状況でアレーアンテナを
用いてそれぞれの移動局に対してアンテナ指向性制御を
行うためには、アレー素子数を増やす必要があり、それ
によるアンテナ面積の拡大と信号処理時間の増加は避け
られない。
【０００６】本発明は上記課題を解決するものであり、
高速データ伝送に対応した受信感度の向上と、高速、高
性能なアンテナ指向性制御を実現する指向性制御アンテ
ナ装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、移動局から低伝送速度の制御信号を送出す
ることで基地局における受信感度を向上させ、その受信
信号を用いて到来方向推定手段が移動局からの電波到来
方向を推定することにより移動局の方向を推定し、その
結果に基づいてアンテナ指向性制御手段がアレーアンテ
ナを用いて鋭い指向性ビームを形成し、その指向性のピ
ークを移動局の方向に向けることで、交信を行う移動局
方向以外への電波の放射を抑え、他の基地局や移動局へ
の妨害を無くし、少ない送信電力で複数の移動局に対し
て交信を行うことが可能となり、例えば画像情報のよう
な高速データ伝送を必要とする場合に適した手段とな
る。
【０００８】また、基地局のアレーアンテナを複数のサ
ブアレーアンテナにより構成し、各サブアレーアンテナ
の配置や信号処理方法を工夫することで到来方向推定手
段の推定結果を向上させるだけでなく、各サブアレーア
ンテナごとに到来方向推定とアンテナ指向性制御を行う
ため、信号処理にかかる計算時間を短縮することができ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、移動局では、通信信号を送出する通信信号送出手段
と、前記通信信号に比較して低伝送速度の制御信号を送
出する制御信号送出手段とを有し、基地局では、広い指
向性パターンを有するアンテナを使用したアレー素子に
より構成され、周囲に存在する１つまたは複数の移動局
との送信／受信を行う１つまたは複数のアレーアンテナ
と、受信時には前記アレー素子からの受信信号を受信の
中間周波数またはベースバンド周波数の信号に変換し、
送信時には送信の中間周波数またはベースバンド周波数
の信号を送信周波数の信号に変換する周波数変換手段
と、前記周波数変換手段の出力信号から前記制御信号の
周波数帯域のみを通過させる制御信号用帯域フィルタ
と、前記制御信号用帯域フィルタの出力から移動局が存
在する方向および存在する移動局の局数を推定する到来
方向推定手段と、前記受信および送信の中間周波数また
はベースバンド周波数の信号の位相振幅を変化させるこ
とにより、前記アレー素子の指向性パターンに比較して
高い指向性利得が得られるような鋭い指向性ビームを前
記アレーアンテナで形成し、前記到来方向推定手段が推
定した移動局の方向に対して前記指向性ビームのピーク
方向を向けるアンテナ指向性制御手段とを備え、前記ア
ンテナ指向性制御手段が設定した送信と受信とで同じ指
向性ビームにより移動局との通信を行うことを特徴とす
る指向性制御アンテナ装置であり、移動局から低伝送速
度の制御信号を送出するために通信信号に比べて伝送路
の影響を受け難く、また基地局のアレーアンテナの各ア
レー素子に広い指向性パターンのアンテナを用いた場合
でも高感度な受信が行え、その受信信号を用いて到来方
向推定手段が移動局の方向と移動局の数を推定できるだ
けでなく、アレーアンテナの鋭い指向性ビームのピーク
方向を常に移動局の存在する方向に向けることができる
ため、移動局、基地局ともに交信状態においても受信感
度が向上するという作用を有する。
【００１０】本発明の請求項２に記載の発明は、移動局
では、通信信号と制御信号とを時分割に切り替えて送出
する信号切り替え手段を有することを特徴とする請求項
１記載の指向性制御アンテナ装置であり、通信信号帯域
内に制御信号帯域を設定できるため１チャネル当たりの
使用周波数帯域を狭帯域化できるという作用を有する。
【００１１】本発明の請求項３に記載の発明は、移動局
では、通信信号と制御信号とを合成して同時に送出する
信号合成手段を有することを特徴とする請求項１記載の
指向性制御アンテナ装置であり、移動局と基地局間で連
続的に交信できるという作用を有する。
【００１２】本発明の請求項４に記載の発明は、移動局
では、伝送速度一定の通信信号を送出する通信信号送出
手段を有し、基地局では、広い指向性パターンを有する
アンテナを使用したアレー素子により構成され、周囲に
存在する１つまたは複数の移動局との送信／受信を行う
１つまたは複数のアレーアンテナと、受信時には前記ア
レー素子からの受信信号を受信の中間周波数またはベー
スバンド周波数の信号に変換し、送信時には送信の中間
周波数またはベースバンド周波数の信号を送信周波数の
信号に変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段
の出力信号から到来方向の推定に必要な信号の周波数帯
域のみを通過させる到来方向推定用帯域フィルタと、前
記到来方向推定用帯域フィルタの出力から移動局が存在
する方向および存在する移動局の局数を推定する到来方
向推定手段と、前記受信および送信の中間周波数または
ベースバンド周波数の信号の位相振幅を変化させること
により、前記アレー素子の指向性パターンに比較して高
い指向性利得が得られるような鋭い指向性ビームを前記
アレーアンテナで形成し、前記到来方向推定手段が推定
した移動局の方向に対して前記指向性ビームのピーク方
向を向けるアンテナ指向性制御手段とを備え、前記アン
テナ指向性制御手段が設定した送信と受信とで同じ指向
性ビームにより移動局との通信を行うことを特徴とする
指向性制御アンテナ装置であり、通信信号帯域が広帯域
の信号である場合でも、到来方向推定手段が通信信号帯
域に比べて狭帯域の信号を用いて、移動局の方向と移動
局の数を推定できるという作用を有する。
【００１３】本発明の請求項５に記載の発明は、水平面
に対してほぼ垂直な一平面上にＮ０個のアレー素子を並
べて構成したサブアレーアンテナを、鉛直方向に設置さ
れたアンテナ固定用の支柱を中心に、（３６０／Ｍ０）
度ずつ異なる角度で、鉛直方向にＫ０（≦Ｍ０）段にな
るようにＭ０組配置し、周囲に存在する１つまたは複数
の移動局に対して電波の送信／受信を行うアレーアンテ
ナと、前記Ｍ０組のサブアレーアンテナの受信信号を、
受信時には受信の中間周波数またはベースバンド周波数
の信号に変換し、送信時には送信の中間周波数またはベ
ースバンド周波数の信号を送信周波数の信号に変換する
周波数変換手段と、前記Ｍ０組のサブアレーアンテナか
らＭ１（≦Ｍ０）組を選択し、そのＭ１組の受信信号か
ら各々Ｎ１（≦Ｎ０）個の受信信号を選択する受信信号
選択手段と、前記受信信号選択手段が選択した各々Ｎ１
個の信号からなるＭ１組のサブアレーアンテナの受信信
号をそれぞれ独立に用いて移動局からの電波到来方向を
推定することにより、移動局の存在する方向および移動
局の局数を推定するＭ１組の到来方向推定手段と、前記
受信および送信の中間周波数またはベースバンド周波数
の信号の位相振幅を変化させることにより、前記アレー
素子の指向性パターンに比較して高い指向性利得が得ら
れるような鋭い指向性ビームを前記サブアレーアンテナ
で形成し、前記Ｍ１組の到来方向推定手段が推定した移
動局の方向に対して前記指向性ビームのピーク方向を向
けるアンテナ指向性制御手段とを備えた基地局を有し、
前記アンテナ指向性制御手段が設定した送信と受信とで
同じ指向性ビームにより移動局との通信を行うことを特
徴とする指向性制御アンテナ装置であり、比較的少ない
素子数（Ｍ１×Ｎ１個）のアレーアンテナの受信信号を
用いることで、到来方向推定手段が移動局の方向と移動
局の数を推定するのに必要な計算時間を短縮し、また移
動局との送受信には比較的多い素子数（Ｍ０×Ｎ０個）
のアレーアンテナを用いることで、鋭い指向性ビームを
形成できるため、他の移動局や基地局に影響を与えるこ
となく少ない送信電力で送信受信できるという作用を有
する。
【００１４】本発明の請求項６に記載の発明は、Ｍ０組
のサブアレーアンテナをそれぞれ形成する、水平面に対
してそれぞれほぼ垂直なＭ０個の平面を、鉛直方向に設
置されたアンテナ固定用の支柱を中心に同一平面におい
て（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる角度で、鉛直方向から
みてＭ０角形になるように配置して形成したアレーアン
テナを有することを特徴とする請求項５記載の指向性制
御アンテナ装置であり、総アンテナ高を低くし、信号処
理回路をＭ０角形の内部空間に配置できるとういう作用
を有する。
【００１５】本発明の請求項７に記載の発明は、鉛直方
向からみてＭ０角形であるアレーアンテナの内部に、信
号処理回路を設置したことを特徴とする請求項６記載の
指向性制御アンテナ装置であり、信号処理回路をＭ０角
形の内部空間に配置することにより小型化できるという
作用を有する。
【００１６】本発明の請求項８に記載の発明は、アレー
素子は、水平面内指向性半値角が小さいことを特徴とす
る請求項５から７のいずれかに記載の指向性制御アンテ
ナ装置であり、到来方向推定手段がアレーアンテナ正面
方向に存在する移動局の方向と移動局の数を高精度に推
定できるという作用を有する。
【００１７】本発明の請求項９に記載の発明は、水平面
に対してほぼ垂直な一平面上にＮ０個のアレー素子を並
べて構成したサブアレーアンテナを、鉛直方向に設置さ
れたアンテナ固定用の支柱を中心に、（３６０／Ｍ０）
度ずつ異なる角度で、鉛直方向にＫ０（≦Ｍ０）段にな
るようにＭ０組配置し、周囲に存在する１つまたは複数
の移動局に対して電波の送信／受信を行うアレーアンテ
ナと、水平面に対してほぼ垂直な一平面上にＮ１（≦Ｎ
０）個のアレー素子を並べて構成した到来方向推定用サ
ブアレーアンテナを、鉛直方向に設置されたアンテナ固
定用の支柱を中心に、（３６０／Ｍ１）度ずつ異なる角
度で、鉛直方向にＫ１（≦Ｍ１）段になるようにＭ１
（≦Ｍ０）組配置し、周囲に存在する１つまたは複数の
移動局に対して電波の到来方向推定用に受信のみを行う
到来方向推定用アレーアンテナと、前記Ｍ０組のサブア
レーアンテナの受信信号を、受信時には受信の中間周波
数またはベースバンド周波数の信号に変換し、送信時に
は送信の中間周波数またはベースバンド周波数の信号を
送信周波数の信号に変換するとともに、前記Ｍ１組の到
来方向推定用サブアレーアンテナの受信信号を受信の中
間周波数またはベースバンド周波数の到来方向推定用信
号に変換する周波数変換手段と、前記Ｍ１組の到来方向
推定用信号をそれぞれ独立に用いて移動局からの電波到
来方向を推定することにより、移動局の存在する方向お
よび移動局の局数を推定するＭ１組の到来方向推定手段
と、前記受信および送信の中間周波数またはベースバン
ド周波数の信号の位相振幅を変化させることにより、前
記アレー素子の指向性パターンに比較して高い指向性利
得が得られるような鋭い指向性ビームを前記サブアレー
アンテナで形成し、前記Ｍ１組の到来方向推定手段が推
定した移動局の方向に対して前記指向性ビームのピーク
方向を向けるアンテナ指向性制御手段とを備えた基地局
を有し、前記アンテナ指向性制御手段が設定した送信と
受信とで同じ指向性ビームにより移動局との通信を行う
ことを特徴とする指向性制御アンテナ装置であり、受信
信号選択手段を用いる必要がないだけでなく、到来方向
推定手段が電波到来方向の推定を行っている時間も、到
来方向推定手段が前回推定した移動局の方向にアレーア
ンテナの指向性のピーク方向を向けることができるた
め、移動局、基地局間で連続的にデータの送信受信を行
うことができるという作用を有する。
【００１８】本発明の請求項１０に記載の発明は、水平
面に対してほぼ垂直な一平面上にＮ０個のアレー素子を
並べて構成したサブアレーアンテナを、鉛直方向に設置
されたアンテナ固定用の支柱を中心に、（３６０／Ｍ
０）度ずつ異なる角度で、鉛直方向にＫ０（≦Ｍ０）段
になるようにＭ０組配置し、周囲に存在する１つまたは
複数の移動局に対して電波の送信／受信を行うアレーア
ンテナと、前記Ｍ０組のサブアレーアンテナの受信信号
を、受信時には受信の中間周波数またはベースバンド周
波数の信号に変換し、送信時には送信の中間周波数また
はベースバンド周波数の信号を送信周波数の信号に変換
する周波数変換手段と、周波数変換したＭ０組のサブア
レーアンテナの受信信号を時分割で切り替え、切り替え
時間内にＮ０個の信号を出力するアンテナ切り替え手段
と、前記Ｎ０個の信号から電波到来方向の推定を時分割
で独立に行うことにより、移動局の存在する方向および
移動局の局数を推定する到来方向推定手段と、前記受信
および送信の中間周波数またはベースバンド周波数の信
号の位相振幅を変化させることにより、前記アレー素子
の指向性パターンに比較して高い指向性利得が得られる
ような鋭い指向性ビームを前記サブアレーアンテナで形
成し、前記到来方向推定手段が推定した移動局の方向に
対して前記指向性ビームのピーク方向を向けるアンテナ
指向性制御手段とを備えた基地局を有し、前記アンテナ
指向性制御手段が設定した送信と受信とで同じ指向性ビ
ームにより移動局との通信を行うことを特徴とする指向
性制御アンテナ装置であり、アンテナ切り替え手段によ
りサブアレーアンテナの受信信号から１組ずつ切り替え
ることで、１つの到来方向推定手段を用いるだけで基地
局サービスエリア内の移動局の方向と移動局の数を推定
できるという作用を有する。
【００１９】本発明の請求項１１に記載の発明は、移動
局と基地局とが逆の構成であることを特徴とする請求項
１から１０のいずれかに記載の指向性制御アンテナ装置
であり、テレビ放送用中継車などのように基地局が車載
であり移動する場合などにおいても、上記と同様の各作
用を有する。
【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１２を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本実施の形態による指向性制御
アンテナ装置のブロック結線図を示す。図１において１
は移動局、２ａは通信信号送出手段、３は制御信号送出
手段、４は基地局、５はアレーアンテナ、６はアレー素
子、７は周波数変換手段、８は制御信号用帯域フィル
タ、９は到来方向推定手段、１０はアンテナ指向性制御
手段である。
【００２１】図２は本実施の形態による通信信号と制御
信号の占有周波数帯域を示す概念図である。図２におい
て、１３ａ及び１３ｂは制御信号の占有周波数帯域、１
４は通信信号の占有周波数帯域である。
【００２２】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置に関して、以下にその動作を説明する。
【００２３】移動局１は、基地局４に対して通常の交信
を行うための通信信号送出手段２ａと、通信信号に比較
して低伝送速度の信号を送出する制御信号送出手段３を
有し、基地局４は、アレーアンテナ５で移動局１からの
電波を受信する。周波数変換手段７は、アレーアンテナ
５の各アレー素子６における受信信号を中間周波数また
はベースバンド周波数に周波数変換を行う。制御信号用
帯域フィルタ８は、周波数変換された受信信号から制御
信号の帯域のみを通過させる。到来方向推定手段９は、
ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法等の各アレー素子での受
信制御信号の共分散行列を求め、その共分散行列の固有
ベクトルを利用する手法を用いて移動局からの電波の到
来方向を推定する。
【００２４】制御信号は低伝送速度であるために、図２
（ａ）のように、通信信号と比べて狭帯域の信号を用い
ることができ、このため雑音帯域が減少し、受信感度が
向上する。これにより、アレーアンテナ５を構成する各
アレー素子６として広い指向性パターンのアンテナを用
いることができる。また、異なる移動局から送信された
信号間の相関を減少させるだけでなく、フェージングな
どの伝搬路の影響も減らし、到来方向推定手段９の推定
精度を向上させることができる。このとき例えばＭＵＳ
ＩＣ法を用いて推定を行った場合、固有値の大きさを判
定することにより電波の到来波数を推定できるので、エ
リア内の移動局数がわかり、電波の到来方向が移動局の
方向となる。
【００２５】アンテナ指向性制御手段１０は、アンテナ
の各アレー素子６に対する中間周波数またはベースバン
ド周波数に変換された受信信号の位相と振幅を変化さ
せ、移動局の方向にアレーアンテナ５の指向性のピーク
を向ける。この状態で、周波数変換手段７は、受信の際
には受信信号を中間周波数またはベースバンド周波数に
変換し、送信の際には中間周波数またはベースバンド周
波数の送信信号を送信周波数に周波数変換し、アレーア
ンテナ５は、移動局の存在する方向へ、送信、受信とも
に同じ指向性ビームを形成し、移動局との送信、受信を
行う。
【００２６】以上のように本実施の形態によれば、移動
局から低伝送速度の制御信号を送出するために通信信号
に比べて伝送路の影響を受け難く、また基地局のアレー
アンテナの各アレー素子に広い指向性パターンのアンテ
ナを用いた場合でも高感度な受信が行え、その受信信号
を用いて到来方向推定手段が移動局の方向と移動局の数
を推定できるだけでなく、アレーアンテナの鋭い指向性
ビームのピーク方向を常に移動局の存在する方向に向け
ることができるため、移動局、基地局ともに交信状態に
おいても受信感度を向上することができる。
【００２７】また、図３に示すように、移動局１に信号
切り替え手段１１を配置し、信号切り替え手段１１にお
いて通信信号と制御信号を時分割に切り替えて送出する
ことにより、図２（ｂ）に示すように、通信信号の占有
周波数帯域１４内に制御信号の占有周波数帯域１３ａを
設けることができ、通信チャネル全体の占有周波数帯域
を狭めることもできる。
【００２８】あるいは、図４に示すように、移動局１に
信号合成手段１２を配置し、信号合成手段１２において
制御信号と通信信号を合成し同時に送出することによ
り、図２（ａ）に示すように、周波数軸上において制御
信号の占有周波数帯域１３ａと通信信号の占有周波数帯
域１４を別々に確保し、移動局と基地局間で連続的に交
信することもできる。
【００２９】なお、本実施の形態においては、携帯電
話、ＰＨＳなどの移動局である携帯端末を、できる限り
小形、軽量化する必要のあるシステムを想定している
が、テレビ放送用中継車などのように、基地局が車載で
あり移動する場合などは、本実施の形態における移動局
と基地局が逆の構成となっても良い。
【００３０】（実施の形態２）図５は本実施の形態によ
る指向性制御アンテナ装置のブロック結線図を示す。図
５において１は移動局、２ｂは通信信号送出手段、４は
基地局、５はアレーアンテナ、６はアレー素子、７は周
波数変換手段、９は到来方向推定手段、１０はアンテナ
指向性制御手段、１５は到来方向推定用帯域フィルタで
ある。
【００３１】図６は本実施の形態による到来方向推定用
帯域フィルタ１５の入出力周波数特性の概念図である。
図６において１６は受信信号周波数特性、１７はフィル
タ出力周波数特性である。
【００３２】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置に関して、以下にその動作を説明する。
【００３３】移動局１は、基地局４に対して一定伝送速
度の信号を送出することで通常の交信を行うための通信
信号送出手段２ｂを有し、基地局４は、アレーアンテナ
５で移動局１からの電波を受信する。周波数変換手段７
は、アレーアンテナ５の各アレー素子６における受信信
号を中間周波数またはベースバンド周波数に周波数変換
を行う。到来方向推定用帯域フィルタ１５は、周波数変
換された受信信号から、到来方向推定手段９が移動局の
数と方向を推定するのに必要な周波数帯域のみを通過さ
せる。図６に示すように、到来方向推定用帯域フィルタ
１５の特性は、受信信号周波数特性１６のような入力か
ら、フィルタ出力周波数特性１７のような、一部帯域だ
けを通過させる。この到来方向推定用帯域フィルタ１５
を用いることで、広帯域の通信信号を使用している場合
にも、到来方向推定手段９が、移動局の送信信号に比較
して狭帯域の信号を用いて、移動局の数と方向を推定で
きる。
【００３４】このような到来方向推定手段９は、ＭＵＳ
ＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法等の各アレー素子での受信制御
信号の共分散行列を求め、その共分散行列の固有ベクト
ルを利用する手法を用いて移動局からの電波の到来方向
の推定を行う。例えばＭＵＳＩＣ法を用いて推定を行っ
た場合、固有値の大きさを判定することにより電波の到
来波数を推定できるので、エリア内の移動局数がわか
り、電波の到来方向が移動局の方向となる。
【００３５】アンテナ指向性制御手段１０は、アンテナ
の各アレー素子６に対する中間周波数またはベースバン
ド周波数に変換された受信信号の位相と振幅を変化さ
せ、移動局の方向にアレーアンテナ５の指向性のピーク
を向ける。この状態で、周波数変換手段７は、受信の際
には受信信号を中間周波数またはベースバンド周波数に
変換し、送信の際には中間周波数またはベースバンド周
波数の送信信号を送信周波数に周波数変換し、アレーア
ンテナ５は、移動局の存在する方向へ、送信、受信とも
に同じ指向性ビームを形成し、移動局との送信、受信を
行う。
【００３６】以上のように本実施の形態によれば、通信
信号帯域が広帯域の信号である場合でも、到来方向推定
手段が通信信号帯域に比べて狭帯域の信号を用いて、移
動局の方向と移動局の数を推定できるだけでなく、アレ
ーアンテナの鋭い指向性ビームのピーク方向を常に移動
局の存在する方向に向けることができるため、移動局、
基地局ともに交信状態においても受信感度を向上するこ
とができる。
【００３７】なお、本実施の形態においては、携帯電
話、ＰＨＳなどの移動局である携帯端末を、できる限り
小形、軽量化する必要のあるシステムを想定している
が、テレビ放送用中継車などのように、基地局が車載で
あり移動する場合などは、本実施の形態における移動局
と基地局が逆の構成となっても良い。
【００３８】（実施の形態３）図７は本実施の形態によ
る指向性制御アンテナ装置の基地局のブロック結線図を
示す。図７において５はアレーアンテナ、６はアレー素
子、７は周波数変換手段、９は到来方向推定手段、１０
はアンテナ指向性制御手段、１８はサブアレーアンテ
ナ、１９は受信信号選択手段である。
【００３９】図８（ａ）、（ｂ）と図９（ａ）、（ｂ）
はアレーアンテナ５の構成を示す概念図である。図９に
おいて、２０は信号処理回路である。
【００４０】図１０はアレー素子６の指向性パターンの
一例を示す概念図である。図１０において、２１はアレ
ー素子６の指向性パターンである。
【００４１】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置に関して、以下にその動作を説明する。
【００４２】基地局において、移動局と電波の送受信を
行うアレーアンテナ５として、例えば図７のように、４
組のサブアレーアンテナ１８を有し、各サブアレーアン
テナ１８は、それぞれ３個のアレー素子６から構成され
る。図８（ａ）、（ｂ）と図９（ａ）、（ｂ）は、４組
のサブアレーアンテナ１８を用いる場合のアレーアンテ
ナ５の構成例である。
【００４３】例１としては、図８（ａ）のように、各サ
ブアレーアンテナ１８の正面方向を互いに９０度ずつず
らして、鉛直方向に４段階に配置する。例２としては、
図８（ｂ）のように、向きが１８０度異なる２組のサブ
アレーアンテナ１８を１組にまとめ、互いに９０度ずつ
ずらして、鉛直方向に２段階に配置する。例３として
は、図９（ａ）のように、４組のサブアレーアンテナ１
８を鉛直方向からみて同一平面内に正方形になるように
配置する。例４としては、図９（ｂ）のように、向きが
１８０度異なる２組のサブアレーアンテナ１８を、それ
ぞれ同一平面内になるように鉛直方向に２段階に配置す
る。
【００４４】例３および例４の構成を用いた場合、周波
数変換などを行う信号処理回路２０を、４組のサブアレ
ーアンテナ１８によってつくられた内部空間に配置する
ことが可能となる。例１〜４のような構成によるアレー
アンテナを用いて受信した移動局からの電波は、周波数
変換手段７により中間周波数またはベースバンド周波数
に周波数変換される。受信信号選択手段１９は、周波数
変換された４×３個の受信信号から、例えば図７のよう
に、３組のサブアレーアンテナ１８の受信信号を選択す
るとともに各受信信号の組の中から２個ずつを選択す
る。この３×２個のアレー素子６からの受信信号を用い
て到来方向推定手段９が移動局の存在する方向と移動局
の数を推定するため、すべてのアレー素子６の受信信号
を到来方向推定に用いる場合に比較して、推定に必要な
計算時間を短縮させることができる。
【００４５】到来方向推定手段９の推定結果から、アン
テナ指向性制御手段１０は、中間周波数またはベースバ
ンド周波数の送信信号または受信信号の位相と振幅を変
化させ、移動局の方向にサブアレーアンテナ５の指向性
のピークを向ける。この時、各サブアレーアンテナ１８
のすべてのアレー素子６を用いることにより鋭い指向性
ビームが形成できるため、交信している移動局以外の移
動局や他の基地局に影響を与えることなく少ない送信電
力で交信できる。
【００４６】なお、本実施の形態では、図７、図８、図
９のように、アレーアンテナ５は４組のサブアレーアン
テナ１８で構成され、各サブアレーアンテナ１８は３個
のアレー素子で構成された場合を示したが、同様に、各
サブアレーアンテナ１８を水平面に対してほぼ垂直な一
平面上にＮ０個のアレー素子を並べて構成し、Ｍ０組の
サブアレーアンテナ１８を、鉛直方向に設置されたアン
テナ固定用の支柱を中心に、（３６０／Ｍ０）度ずつ異
なる角度で、鉛直方向にＫ０（≦Ｍ０）段になるように
配置してアレーアンテナ５を構成し、受信信号選択手段
においてＭ１（≦Ｍ０）組の受信信号から各々Ｎ１（≦
Ｎ０）個の信号を選択し、Ｍ１組の到来方向推定手段に
おいてＭ１組の信号をそれぞれ独立に用いて移動局から
の電波到来方向を推定する構成としてもよい。
【００４７】また、図９（ａ）では、４組のサブアレー
アンテナ１８を、鉛直方向からみて同一平面内に正方形
となるように配置した例を示したが、同様に、Ｍ０組の
サブアレーアンテナをそれぞれ形成する、水平面に対し
てそれぞれほぼ垂直なＭ０個の平面を、鉛直方向に設置
されたアンテナ固定用の支柱を中心に同一平面において
（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる角度で、鉛直方向からみ
てＭ０角形になるように配置してアレーアンテナを形成
してもよく、そのＭ０角形の内部に信号処理回路を配置
してもよい。
【００４８】以上のように本実施の形態によれば、比較
的少ない素子数（Ｍ１×Ｎ１個）のアレーアンテナの受
信信号を用いることで、到来方向推定手段が移動局の方
向と移動局の数を推定するのに必要な計算時間を短縮
し、また移動局との送受信には比較的多い素子数（Ｍ０
×Ｎ０個）のアレーアンテナを用いることで、鋭い指向
性ビームを形成できるため、他の移動局や基地局に影響
を与えることなく少ない送信電力で送信／受信を行うこ
とができる。
【００４９】また、アレー素子６として、例えば八木ア
ンテナ等、図１０の指向性パターン２１のような、サブ
アレーアンテナ１８の正面方向に鋭い指向性をもつ、す
なわち水平面内の指向性半値角が小さいアレー素子を用
いることにより、サブアレーアンテナ１８の正面方向か
ら到来する電波に対する到来方向推定手段の推定精度を
向上させることもできる。
【００５０】なお、本実施の形態においては、携帯電
話、ＰＨＳなどの移動局である携帯端末を、できる限り
小形、軽量化する必要のあるシステムを想定している
が、テレビ放送用中継車などのように、基地局が車載で
あり移動する場合などは、本実施の形態における移動局
と基地局が逆の構成となっても良い。
【００５１】（実施の形態４）図１１は本実施の形態に
よる指向性制御アンテナ装置の基地局のブロック結線図
を示す。図１１において、５はアレーアンテナ、６はア
レー素子、７は周波数変換手段、９は到来方向推定手
段、１０はアンテナ指向性制御手段、１８はサブアレー
アンテナ、２２は到来方向推定用サブアレーアンテナ、
２３は到来方向推定用アレーアンテナである。
【００５２】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置に関して、以下にその動作を説明する。
【００５３】基地局において、例えば図１１のように、
移動局と電波の送受信を行うアレーアンテナ５として、
４組のサブアレーアンテナ１８を有し、各サブアレーア
ンテナ１８は、それぞれ３個のアレー素子６から構成さ
れ、また、移動局の電波の到来方向推定用に受信のみを
行う到来方向推定用アレーアンテナ２３として、３組の
到来方向推定用サブアレーアンテナ２２を有し、各到来
方向推定用サブアレーアンテナ２２は、それぞれ２個の
アレー素子６から構成される。周波数変換手段７は、４
組のサブアレーアンテナ１８の受信信号を、受信時には
受信の中間周波数またはベースバンド周波数の信号に変
換し、送信時には送信の中間周波数またはベースバンド
周波数の信号を送信周波数の信号に変換するとともに、
３組の到来方向推定用サブアレーアンテナ２２の受信信
号を受信の中間周波数またはベースバンド周波数の到来
方向推定用信号に変換する。この３×２個のアレー素子
６からの到来方向推定用信号を用いて到来方向推定手段
９が移動局数と移動局の方向の推定を行うため、アレー
アンテナ５のすべてのアレー素子６の受信信号を到来方
向推定に用いる場合と比較して、推定に必要な計算時間
を短縮させることができる。また、このような構成とす
ることにより、アレーアンテナ５のアレー素子６全ての
受信信号から到来方向の推定に必要な信号を選択するた
めの手段を必要としなくてすむ。
【００５４】到来方向推定手段９の推定結果から、アン
テナ指向性制御手段１０は、中間周波数またはベースバ
ンド周波数の送信信号または受信信号の位相と振幅を変
化させ、移動局の方向にサブアレーアンテナ５の指向性
のピークを向ける。この時、各サブアレーアンテナ１８
のすべてのアレー素子６を用いることにより鋭い指向性
ビームが形成できるため、交信している移動局以外の移
動局や他の基地局に影響を与えることなく少ない送信電
力で交信できるとともに、サブアレーアンテナ１８の指
向性は、常に到来方向推定手段９の推定結果方向に向け
られているため、到来方向推定手段９が推定処理を行っ
ているときも途切れることなく移動局との送信／受信が
可能となる。
【００５５】なお、本実施の形態では、図１１のよう
に、アレーアンテナ５は４組のサブアレーアンテナ１８
で構成され、各サブアレーアンテナ１８は３個のアレー
素子で構成された場合を示したが、同様に、各サブアレ
ーアンテナ１８を水平面に対してほぼ垂直な一平面上に
Ｎ０個のアレー素子を並べて構成し、Ｍ０組のサブアレ
ーアンテナ１８を、鉛直方向に設置されたアンテナ固定
用の支柱を中心に、（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる角度
で、鉛直方向にＫ０（≦Ｍ０）段になるように配置して
アレーアンテナ５を構成してもよく、また、到来方向推
定用アレーアンテナ２３は３組の到来方向推定用サブア
レーアンテナ２２で構成され、各到来方向推定用サブア
レーアンテナ２２は２個のアレー素子で構成された場合
を示したが、同様に、各到来方向推定用サブアレーアン
テナ２２を水平面に対してほぼ垂直な一平面上にＮ１
（≦Ｎ０）個のアレー素子を並べて構成し、Ｍ１（≦Ｍ
０）組の到来方向推定用サブアレーアンテナ２２を、鉛
直方向に設置されたアンテナ固定用の支柱を中心に、
（３６０／Ｍ１）度ずつ異なる角度で、鉛直方向にＫ１
（≦Ｍ１）段になるように配置して到来方向推定用アレ
ーアンテナ２３を構成してもよい。
【００５６】以上のように本実施の形態によれば、比較
的少ない素子数（Ｍ１×Ｎ１個）の到来方向推定用アレ
ーアンテナの受信信号を用いることで、到来方向推定手
段が移動局の方向と移動局の数を推定するのに必要な計
算時間を短縮し、また移動局との送受信には比較的多い
素子数（Ｍ０×Ｎ０個）のアレーアンテナを用いること
で、鋭い指向性ビームを形成できるため、他の移動局や
基地局に影響を与えることなく少ない送信電力で送信／
受信を行うことができる。また、アレーアンテナのアレ
ー素子全ての受信信号から到来方向の推定に必要な信号
を選択するための手段を必要としなくてすむ。さらに、
サブアレーアンテナの指向性は、常に到来方向推定手段
の推定結果方向に向けられているため、到来方向推定手
段が推定処理を行っているときも途切れることなく移動
局との送信／受信が可能となる。
【００５７】なお、本実施の形態においては、携帯電
話、ＰＨＳなどの移動局である携帯端末を、できる限り
小形、軽量化する必要のあるシステムを想定している
が、テレビ放送用中継車などのように、基地局が車載で
あり移動する場合などは、本実施の形態における移動局
と基地局が逆の構成となっても良い。
【００５８】（実施の形態５）図１２は本実施の形態に
よる指向性制御アンテナ装置の基地局のブロック結線図
を示す。図１２において、５はアレーアンテナ、６はア
レー素子、７は周波数変換手段、９は到来方向推定手
段、１０はアンテナ指向性制御手段、１８はサブアレー
アンテナ、２３はアンテナ切り替え手段である。
【００５９】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置に関して、以下にその動作を説明する。
【００６０】基地局において、例えば図１２のように、
移動局と電波の送受信を行うアレーアンテナ５として、
４組のサブアレーアンテナ１８を有し、各サブアレーア
ンテナ１８は、それぞれ３個のアレー素子６から構成さ
れる。周波数変換手段７は、４組のサブアレーアンテナ
１８の受信信号を、受信時には受信の中間周波数または
ベースバンド周波数の信号に変換し、送信時には送信の
中間周波数またはベースバンド周波数の信号を送信周波
数の信号に変換する。アンテナ切り替え手段２４は、周
波数変換手段７によって中間周波数またはベースバンド
周波数に周波数変換された受信信号を、各サブアレーア
ンテナ毎に時分割で切り替え、切り替え時間内に３個の
信号を出力する。移動局の存在する方向と移動局の数を
推定するためには、時分割でアンテナ切り替え手段２４
から出力されるサブアレーアンテナ１組分の３個のアレ
ー素子６からの受信信号を用いればよいため、到来方向
推定手段は１つですむ。
【００６１】到来方向推定手段９の推定結果から、アン
テナ指向性制御手段１０は、中間周波数またはベースバ
ンド周波数の送信信号または受信信号の位相と振幅を変
化させ、移動局の方向にサブアレーアンテナ５の指向性
のピークを向ける。この時、各サブアレーアンテナ１８
のすべてのアレー素子６を用いることにより鋭い指向性
ビームが形成できるため、交信している移動局以外の移
動局や他の基地局に影響を与えることなく少ない送信電
力で交信できる。
【００６２】なお、本実施の形態では、図１２のよう
に、アレーアンテナ５は４組のサブアレーアンテナ１８
で構成され、各サブアレーアンテナ１８は３個のアレー
素子で構成された場合を示したが、同様に、各サブアレ
ーアンテナ１８を水平面に対してほぼ垂直な一平面上に
Ｎ０個のアレー素子を並べて構成し、Ｍ０組のサブアレ
ーアンテナ１８を、鉛直方向に設置されたアンテナ固定
用の支柱を中心に、（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる角度
で、鉛直方向にＫ０（≦Ｍ０）段になるように配置して
アレーアンテナ５を構成し、アンテナ切り替え手段２４
からＭ０組のサブアレーアンテナの受信信号を時分割で
切り替えて出力される切り替え時間内のＮ０個の信号か
ら、１つの到来方向推定手段で移動局からの電波到来方
向を推定する構成としてもよい。
【００６３】以上のように本実施の形態によれば、アン
テナ切り替え手段によりサブアレーアンテナの受信信号
から１組ずつ切り替えることで、１つの到来方向推定手
段を用いるだけで基地局サービスエリア内の移動局の方
向と移動局の数を推定することができるため、信号処理
部の構成を簡単にすることができるとともに、移動局と
の送受信には比較的多い素子数（Ｍ０×Ｎ０個）のアレ
ーアンテナを用いることで、鋭い指向性ビームを形成で
きるため、他の移動局や基地局に影響を与えることなく
少ない送信電力で送信／受信を行うことができる。
【００６４】なお、本実施の形態においては、携帯電
話、ＰＨＳなどの移動局である携帯端末を、できる限り
小形、軽量化する必要のあるシステムを想定している
が、テレビ放送用中継車などのように、基地局が車載で
あり移動する場合などは、本実施の形態における移動局
と基地局が逆の構成となっても良い。
【００６５】
【発明の効果】以上のように、本発明の指向性制御アン
テナ装置によれば、移動局に低伝送速度の制御信号送出
手段を備えた場合には基地局における受信感度を向上さ
せ、到来方向推定手段が移動局からの電波到来方向を推
定することにより移動局の方向を高精度に推定し、アン
テナ指向性制御手段がアレーアンテナを用いて鋭い指向
性ビームを形成し、その指向性のピークを移動局の方向
に向けることで、交信を行う移動局方向以外への電波の
放射を抑え、他の基地局や移動局への妨害を無くすこと
によって、基地局間で繰り返し使用している周波数チャ
ネルの総数を減らすことができるだけでなく、基地局、
移動局ともに少ない送信電力で交信を行うことができる
ようになり、通信範囲の拡大と品質の向上が可能とな
る。
【００６６】また、基地局のアレーアンテナを複数のサ
ブアレーアンテナにより構成した場合、各サブアレーア
ンテナの配置や信号処理方法を工夫することで到来方向
推定手段の推定結果を向上させるだけでなく、各サブア
レーアンテナごとに到来方向推定とアンテナ指向性制御
を行えるため、信号処理にかかる計算時間を短縮し、高
速に移動する移動局に対してもアンテナの指向性ビーム
を追尾させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図２】本発明の一実施の形態による通信信号および制
御信号の占有周波数帯域を示す概念図
【図３】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図４】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図５】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図６】本発明の一実施の形態による到来方向推定用帯
域フィルタの入出力周波数特性の概念図
【図７】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置の基地局のブロック結線図
【図８】本発明の一実施の形態によるアレーアンテナの
構成概念図
【図９】本発明の一実施の形態によるアレーアンテナの
構成概念図
【図１０】本発明の一実施の形態によるアレー素子の指
向性パターンの一例を示す概念図
【図１１】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置の基地局のブロック結線図
【図１２】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置の基地局のブロック結線図
【符号の説明】
１ 移動局 ２ａ、２ｂ 通信信号送出手段 ３ 制御信号送出手段 ４ 基地局 ５ アレーアンテナ ６ アレー素子 ７ 周波数変換手段 ８ 制御信号用帯域フィルタ ９ 到来方向推定手段 １０ アンテナ指向性制御手段 １１ 信号切り替え手段 １２ 信号合成手段 １３ａ、１３ｂ 制御信号の占有周波数帯域 １４ 通信信号の占有周波数帯域 １５ 到来方向推定用帯域フィルタ １６ 受信信号周波数特性 １７ フィルタ出力周波数特性 １８ サブアレーアンテナ １９ 受信信号選択手段 ２０ 信号処理回路 ２１ 指向性パターン ２２ 到来方向推定用サブアレーアンテナ ２３ 到来方向推定用アレーアンテナ ２４ アンテナ切り替え手段

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動局では、通信信号を送出する通信信
    号送出手段と、前記通信信号に比較して低伝送速度の制
    御信号を送出する制御信号送出手段とを有し、基地局で
    は、広い指向性パターンを有するアンテナを使用したア
    レー素子により構成され、周囲に存在する１つまたは複
    数の移動局との送信／受信を行う１つまたは複数のアレ
    ーアンテナと、受信時には前記アレー素子からの受信信
    号を受信の中間周波数またはベースバンド周波数の信号
    に変換し、送信時には送信の中間周波数またはベースバ
    ンド周波数の信号を送信周波数の信号に変換する周波数
    変換手段と、前記周波数変換手段の出力信号から前記制
    御信号の周波数帯域のみを通過させる制御信号用帯域フ
    ィルタと、前記制御信号用帯域フィルタの出力から移動
    局が存在する方向および存在する移動局の局数を推定す
    る到来方向推定手段と、前記受信および送信の中間周波
    数またはベースバンド周波数の信号の位相振幅を変化さ
    せることにより、前記アレー素子の指向性パターンに比
    較して高い指向性利得が得られるような鋭い指向性ビー
    ムを前記アレーアンテナで形成し、前記到来方向推定手
    段が推定した移動局の方向に対して前記指向性ビームの
    ピーク方向を向けるアンテナ指向性制御手段とを備え、
    前記アンテナ指向性制御手段が設定した送信と受信とで
    同じ指向性ビームにより移動局との通信を行うことを特
    徴とする指向性制御アンテナ装置。
  2. 【請求項２】 移動局では、通信信号と制御信号とを時
    分割に切り替えて送出する信号切り替え手段を有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の指向性制御アンテナ装
    置。
  3. 【請求項３】 移動局では、通信信号と制御信号とを合
    成して同時に送出する信号合成手段を有することを特徴
    とする請求項１記載の指向性制御アンテナ装置。
  4. 【請求項４】 移動局では、伝送速度一定の通信信号を
    送出する通信信号送出手段を有し、基地局では、広い指
    向性パターンを有するアンテナを使用したアレー素子に
    より構成され、周囲に存在する１つまたは複数の移動局
    との送信／受信を行う１つまたは複数のアレーアンテナ
    と、受信時には前記アレー素子からの受信信号を受信の
    中間周波数またはベースバンド周波数の信号に変換し、
    送信時には送信の中間周波数またはベースバンド周波数
    の信号を送信周波数の信号に変換する周波数変換手段
    と、前記周波数変換手段の出力信号から到来方向の推定
    に必要な信号の周波数帯域のみを通過させる到来方向推
    定用帯域フィルタと、前記到来方向推定用帯域フィルタ
    の出力から移動局が存在する方向および存在する移動局
    の局数を推定する到来方向推定手段と、前記受信および
    送信の中間周波数またはベースバンド周波数の信号の位
    相振幅を変化させることにより、前記アレー素子の指向
    性パターンに比較して高い指向性利得が得られるような
    鋭い指向性ビームを前記アレーアンテナで形成し、前記
    到来方向推定手段が推定した移動局の方向に対して前記
    指向性ビームのピーク方向を向けるアンテナ指向性制御
    手段とを備え、前記アンテナ指向性制御手段が設定した
    送信と受信とで同じ指向性ビームにより移動局との通信
    を行うことを特徴とする指向性制御アンテナ装置。
  5. 【請求項５】 水平面に対してほぼ垂直な一平面上にＮ
    ０個のアレー素子を並べて構成したサブアレーアンテナ
    を、鉛直方向に設置されたアンテナ固定用の支柱を中心
    に、（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる角度で、鉛直方向に
    Ｋ０（≦Ｍ０）段になるようにＭ０組配置し、周囲に存
    在する１つまたは複数の移動局に対して電波の送信／受
    信を行うアレーアンテナと、前記Ｍ０組のサブアレーア
    ンテナの受信信号を、受信時には受信の中間周波数また
    はベースバンド周波数の信号に変換し、送信時には送信
    の中間周波数またはベースバンド周波数の信号を送信周
    波数の信号に変換する周波数変換手段と、前記Ｍ０組の
    サブアレーアンテナからＭ１（≦Ｍ０）組を選択し、そ
    のＭ１組の受信信号から各々Ｎ１（≦Ｎ０）個の受信信
    号を選択する受信信号選択手段と、前記受信信号選択手
    段が選択した各々Ｎ１個の信号からなるＭ１組のサブア
    レーアンテナの受信信号をそれぞれ独立に用いて移動局
    からの電波到来方向を推定することにより、移動局の存
    在する方向および移動局の局数を推定するＭ１組の到来
    方向推定手段と、前記受信および送信の中間周波数また
    はベースバンド周波数の信号の位相振幅を変化させるこ
    とにより、前記アレー素子の指向性パターンに比較して
    高い指向性利得が得られるような鋭い指向性ビームを前
    記サブアレーアンテナで形成し、前記Ｍ１組の到来方向
    推定手段が推定した移動局の方向に対して前記指向性ビ
    ームのピーク方向を向けるアンテナ指向性制御手段とを
    備えた基地局を有し、前記アンテナ指向性制御手段が設
    定した送信と受信とで同じ指向性ビームにより移動局と
    の通信を行うことを特徴とする指向性制御アンテナ装
    置。
  6. 【請求項６】 Ｍ０組のサブアレーアンテナをそれぞれ
    形成する、水平面に対してそれぞれほぼ垂直なＭ０個の
    平面を、鉛直方向に設置されたアンテナ固定用の支柱を
    中心に同一平面において（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる
    角度で、鉛直方向からみてＭ０角形になるように配置し
    て形成したアレーアンテナを有することを特徴とする請
    求項５記載の指向性制御アンテナ装置。
  7. 【請求項７】 鉛直方向からみてＭ０角形であるアレー
    アンテナの内部に、信号処理回路を設置したことを特徴
    とする請求項６記載の指向性制御アンテナ装置。
  8. 【請求項８】 アレー素子は、水平面内指向性半値角が
    小さいことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記
    載の指向性制御アンテナ装置。
  9. 【請求項９】 水平面に対してほぼ垂直な一平面上にＮ
    ０個のアレー素子を並べて構成したサブアレーアンテナ
    を、鉛直方向に設置されたアンテナ固定用の支柱を中心
    に、（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる角度で、鉛直方向に
    Ｋ０（≦Ｍ０）段になるようにＭ０組配置し、周囲に存
    在する１つまたは複数の移動局に対して電波の送信／受
    信を行うアレーアンテナと、水平面に対してほぼ垂直な
    一平面上にＮ１（≦Ｎ０）個のアレー素子を並べて構成
    した到来方向推定用サブアレーアンテナを、鉛直方向に
    設置されたアンテナ固定用の支柱を中心に、（３６０／
    Ｍ１）度ずつ異なる角度で、鉛直方向にＫ１（≦Ｍ１）
    段になるようにＭ１（≦Ｍ０）組配置し、周囲に存在す
    る１つまたは複数の移動局に対して電波の到来方向推定
    用に受信のみを行う到来方向推定用アレーアンテナと、
    前記Ｍ０組のサブアレーアンテナの受信信号を、受信時
    には受信の中間周波数またはベースバンド周波数の信号
    に変換し、送信時には送信の中間周波数またはベースバ
    ンド周波数の信号を送信周波数の信号に変換するととも
    に、前記Ｍ１組の到来方向推定用サブアレーアンテナの
    受信信号を受信の中間周波数またはベースバンド周波数
    の到来方向推定用信号に変換する周波数変換手段と、前
    記Ｍ１組の到来方向推定用信号をそれぞれ独立に用いて
    移動局からの電波到来方向を推定することにより、移動
    局の存在する方向および移動局の局数を推定するＭ１組
    の到来方向推定手段と、前記受信および送信の中間周波
    数またはベースバンド周波数の信号の位相振幅を変化さ
    せることにより、前記アレー素子の指向性パターンに比
    較して高い指向性利得が得られるような鋭い指向性ビー
    ムを前記サブアレーアンテナで形成し、前記Ｍ１組の到
    来方向推定手段が推定した移動局の方向に対して前記指
    向性ビームのピーク方向を向けるアンテナ指向性制御手
    段とを備えた基地局を有し、前記アンテナ指向性制御手
    段が設定した送信と受信とで同じ指向性ビームにより移
    動局との通信を行うことを特徴とする指向性制御アンテ
    ナ装置。
  10. 【請求項１０】 水平面に対してほぼ垂直な一平面上に
    Ｎ０個のアレー素子を並べて構成したサブアレーアンテ
    ナを、鉛直方向に設置されたアンテナ固定用の支柱を中
    心に、（３６０／Ｍ０）度ずつ異なる角度で、鉛直方向
    にＫ０（≦Ｍ０）段になるようにＭ０組配置し、周囲に
    存在する１つまたは複数の移動局に対して電波の送信／
    受信を行うアレーアンテナと、前記Ｍ０組のサブアレー
    アンテナの受信信号を、受信時には受信の中間周波数ま
    たはベースバンド周波数の信号に変換し、送信時には送
    信の中間周波数またはベースバンド周波数の信号を送信
    周波数の信号に変換する周波数変換手段と、周波数変換
    したＭ０組のサブアレーアンテナの受信信号を時分割で
    切り替え、切り替え時間内にＮ０個の信号を出力するア
    ンテナ切り替え手段と、前記Ｎ０個の信号から電波到来
    方向の推定を時分割で独立に行うことにより、移動局の
    存在する方向および移動局の局数を推定する到来方向推
    定手段と、前記受信および送信の中間周波数またはベー
    スバンド周波数の信号の位相振幅を変化させることによ
    り、前記アレー素子の指向性パターンに比較して高い指
    向性利得が得られるような鋭い指向性ビームを前記サブ
    アレーアンテナで形成し、前記到来方向推定手段が推定
    した移動局の方向に対して前記指向性ビームのピーク方
    向を向けるアンテナ指向性制御手段とを備えた基地局を
    有し、前記アンテナ指向性制御手段が設定した送信と受
    信とで同じ指向性ビームにより移動局との通信を行うこ
    とを特徴とする指向性制御アンテナ装置。
  11. 【請求項１１】 移動局と基地局とが逆の構成であるこ
    とを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の指
    向性制御アンテナ装置。
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