JPS6346019A

JPS6346019A - 無線通信方式

Info

Publication number: JPS6346019A
Application number: JP61188644A
Authority: JP
Inventors: Fumio Watanabe; 文夫渡辺; Kouji Yasukawa; 安川　交二; Kenichi Ono; 健一小野
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1988-02-26
Also published as: JPH0556695B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（１）発明の目的（産業上の利用分野）本発明は、無線通信システム、特に陸上移動無線通信方
式や陸上加入者無線通信方式に見られるように、比較的
広い範囲に分布する多数の子無線局と親無線局（基地局
）が交信を行なう場合に、基地局アンテナの個数を増す
ことなく基地局アンテナに利得の大きいアンテナを用い
ることのできる無線通信方式に関するものである。

（従来の技術）陸上移動無線通信方式や陸上加入者無線通信方式などの
従来の無線通信システムを模式的に第５図に示す。この
ようなシステムでは、子無線局２が比較的広い範囲に分
布する。親無線局（基地局）１は、このように多数の子
無線局２と交信を行なうため、基地局アンテナ３は広い
角度範囲（以下、水平面内の全方向として説明する）を
カバーするビームを有する必要がある。

第６図は、このようなシステムで従来用いられてきた基
地局１のアンテナ３の水平面指向性を模式的に示したも
のである。水平面内の全方向をビーム４ａがカバーする
ため、第６図（ａ）のような水平面内無指向性のアンテ
ナ３ａを用いたり、第６図（ｂ）のように水平面内をい
くつかの角度範囲（例えば９０°づつ。以下ゾーンと呼
ぶ）に分割し、それぞれのゾーンをビーム４ｂがカバー
するアンテナ３ｂを一基づつ配置する場合がある。即ち
、基地局１のアンテナ３ｂの個数をＮとすると、−基の
アンテナで３６０°／Ｎづつのゾーンを受は持つシステ
ム構成である。

第６図（ａ）のような水平面内無指向性のアンテナ３ａ
に比べ、第６図（ｂ）のような９０°ビーム４ｂのアン
テナ３ｂの方がアンテナ利得（指向性利得）が大きい。

無線通信システムの回線設計の観点から言うと、アンテ
ナ利得が大きくなれば、回線設計が楽になり、その分サ
ービスエリア（伝送距離）を大きくしたり、伝送情報量
を多くしたりすることができる。従って、基地局１のア
ンテナ３についてもより利得の大きいアンテナを使用す
ることが好ましいが、そのためには、第６図（Ｃ）のよ
うにさらに細かくゾーンを分割した構成にする必要があ
る。また、ゾーンを細かく分けることにより、同一周波
数を異なるゾーンで同時に使用するシステムが構成でき
、周波数の有効利用や伝送容量の増大の点でも好ましい
。しかし、このように細かくゾーンを分けるためには、
ビーム４ｃの幅の狭い基地局１のアンテナ３ｃが多数必
要になるという問題点があった。そのため、経済性の観
点などから、陸上移動無線通信方式や陸上加入者無線通
信方式などの無線通信システムのゾーンの大きさを比較
的狭く設計することはできなかった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、細かいゾーン分けを行なうと基地局アンテナ
の台数が増してしまう従来の無線通信方式の問題点を解
決し、基地局アンテナの台数を増すことなくゾーンの細
分化を計り、より効率の良い無線通信システムを提供す
ることにある。

（２）発明の構成（問題点を解決するための手段）本発明の無線通信方式は、地上に設置された親無線局と
複数の子無線局が相互に交信を行なうに当り、前記親無
線局のアンテナが、水平面内に複数のビームを同時にか
つ密に放射して行うが、前記親無線局のアンテナが、１
つ又は複数のアンテナビームを水平面内で密に走査する
と共に、当該ビーム走査と同期してそのビーム方向の１
つ又は複数の子無線局が親無線局と交信して行ってなる
ものである。

（実施例１）本発明の第−実施例を第１図乃至第２図について説明す
る。

本発明の説明に際し第５図と同様の無線通信システムを
考える。まず水平面内を第１図（ａ）のようにＮ個のゾ
ーンαに分けて考える（第１図（ａ）ではＮ＝４，９０
°づつのゾーンα）。さらに１つのゾーンα内を第１図
（ｂ）のようにより細かいＭ個のサブゾーンβに分ける
。従来の無線通信方式でこのようにゾーンαを細分化す
ると、ＮｘＭ基の基地局１のアンテナ３が必要であった
。本発明による無線通信方式では、第１図（Ｃ）のよう
に、Ｍ本のビーム４を放射できるマルチビームのアンテ
ナを基地局１のアンテナ３に使用してなる。

こ）において本発明による無線通信方式を実現するため
には、第１図（Ｃ）のように複数のビーム４を同時に放
射できるアンテナ３が必要である。

この種のアンテナの具体例として、トーラスアンテナに
ついて説明する。

第２図のように、一枚の反射鏡５と複数の給電ホーン６
からなる反射鏡アンテナを考える。反射鏡５の縦断面（
ｙ−ｚ面）内油線７は、給電ホーン６の位置に焦点を有
する放物線やそれに類似した曲線である。この縦断面曲
線７をｙ軸を回転中心として回転移動した時にできる軌
跡曲面軌跡を反射鏡５の曲面としている。即ち、横断面
曲線８は円弧になっている。給電ホーン６′は給電ホー
ン６をｙ軸まわりに回転移動した位置と方向に配置され
ており、給電ホーン６′から放射された電波はＺ′軸方
向へビーム４′を放射する。点線で示した断面曲線７′
は曲線７と等しいので、給電ホーン６からの放射ビーム
４と給電ホーン６′からの放射ビーム４′は同じ形状で
主放射方向がＺ方向とＺ′力方向で異なるものとなる。

第２図（ｂ）のように給電ホーン６をｙ軸のまわりに同
心円弧上に複数個配置し、それぞれを励振すれば、水平
方向に複数のビーム４を同時に放射できるマルチビーム
アンテナになる。

このアンテナの水平面内ビーム幅は、反射鏡５と回転軸
ｙ及び給電ホーン６の位置関係により変化する。反射鏡
５とｙ軸との距離をＲ１給電ホーン６とｙ軸との距離を
ｒ（第２図（ａ）参照）とすると、ｒ／Ｒ＝　０．５付
近で水平面内ビーム幅が最も狭くなる（利得が大きくな
る）ため、衛星通信地球局アンテナ用のトーラスアンテ
ナでは従来このようなパラメータが選択されていた。

本発明による無線通信方式を実現するためには、第１図
（Ｃ）のように水平面内のゾーンαを複数のビーム４で
密に覆いつくす必要がある。そのため第２図において、
隣接するホーン６の放射ビーム４は水平面内で互いに重
なりあう（例えば、−３ｄＢでビームが隣接する）必要
がある。つまり、給電ホーン６の物理的大きさに制限さ
れず、水平面内のビーム４幅を所定の値（３６０°／Ｎ
／Ｈ）にする必要がある。このような目的から、本発明
による無線通信方式を実現するための基地局１のアンテ
ナ３として第２図（ｂ）のようなアンテナを用いる場合
は、パラメータｒ／Ｒをおおよそ次式のように選択する
必要がある。

ｒ　　　　Ｉ　　　　　　Ｒ２ −−□　　（１±□）　　・・・・・・（１）Ｒ２Ｈｌここで、Ｈｌは給電ホーン６のビーム４幅、Ｒ２は所定
の水平面内ビーム４幅である。

（作用１）本発明は前記の構成により、ＮＸＭ個に細分化されたサ
ブゾーンβ構成に対して、Ｎ基の基地局１のアンテナ３
で対応することができる。Ｎ基の基地局１のアンテナ３
を用いた従来のシステムと比べると、基地局１のアンテ
ナ３のビームが細かくなり利得が大きくなるため、最大
サービス距離をより長くしたり、子無線局２のアンテナ
９を小さくしたりすることができる。また、細分化した
サブゾーン３間で例えば第１図（ｂ）のように同一周波
数ｆ　−ｆ３を再利用して総伝送容量増加させることも
できる。

（実施例２）本発明を説明するに際し第１図（ｂ）のように細分化し
たＭ個のサブゾーンβを考える。従来の無線通信方式で
このようにゾーンαを細分化すると、ＮＸＭ基の基地局
１のアンテナ３が必要であった。

本発明による無線通信方式では、第１図（ｂ）の１つの
サブゾーンβを照射する放射ビーム４が、そのゾーンβ
内を走査できるビーム偏移形アンテナを基地局１のアン
テナ３として使用してなる。基地局アンテナ３は、サブ
ゾーンβの大きさに相当するビーム４を放射し、時間と
共にそのビーム４方向をゾーンα内で変化させ、その照
射しているサブゾーンβ内の子無線局２と通信を行なう
。っまり、Ｍ個のサブゾーンβが時分割でアクセス対象
となる。この場合、１つのサブゾーンβ内に複数の子無
線局２が存在し、多重アクセスを行なうことは、勿論さ
しつかえない。

こ）において本発明による無線通信方式を実現するため
には、ゾーンα内をビーム４走査できるビーム偏移形ア
ンテナが必要である。この種のアンテナの具体例として
、第３図で説明したトーラスアンテナを利用した場合で
説明する。

第３図の反射鏡アンテナ５は、第２図の反射鏡５と同じ
反射鏡を有している。給電ホーン６は、移動マウント１
０に取り付けられている。移動マウント１０は、円弧状
平行レール１１に沿って可逆転駆動モータ１２のスクリ
ューロッド１３回転に伴い定速往復滑動し給電ホーン６
をｙ軸まわりに回転移動する機構である。既に説明した
ように、反射鏡５はｙ軸まわりに回転対称なので、給電
ホーン６をｙ軸まわりに回転移動すると、放射ビーム４
はそのビーム形状を保ったままｙ軸まわりにその方向を
変化することになる。つまり、第３図のように複数のホ
ーン６を配置して複数のビーム４を同時に放射する代り
に、ホーン６の移動によって水平面内をビーム４走査す
ることができる。

移動マウント１０の動きに同期して、そのビーム４方向
に含まれる子無線局２との間で送受信を行なう。

第３図の反射鏡アンテナ３は機械的なビーム走査アンテ
ナであるが、電気的なビーム走査アンテナの例を第４図
に示す。第４図の反射鏡アンテナ３は、第２図（ｂ）の
反射鏡５と同じ反射鏡を有しており、第２図（ｂ）の場
合と同様に複数の給電ホーン６がｙ軸まわりに同心円弧
上に配置されている。隣接するホーン６の放射ビーム４
が水平面内で互いに密に重なりあうようにホーン６が配
置されており、水平面内のゾーンを複数のビーム４で覆
いつくしている。これらの給電ホーン６は、電力切換器
１４を介して送受信装置１５に接続されている。この電
力切換器１４により励振するホーン６を順次切換れば、
ビーム４方向が切換り、水平面内でビーム４走査を行な
うことができる。電力切換器１４の動作に同期して、そ
のビーム４方向に含まれる子無線局２との間で送受信を
行なう。

（作用２）本発明は前記の構成により、ＮＸＭ個に細分化されたゾ
ーンα構成に対して、Ｎ基の基地局１のアンテナ３で対
応することができる。Ｎ基の基地局コのアンテナ３を用
いた従来のシステムと比べると、基地局１のアンテナ３
のビーム４が細くなり利得が大きくなるため、最大サー
ビス距離をより長くしたり、子無線局のアンテナを小さ
くしたりすることができる。たま、細分化したサブゾー
ンβごとに必要とされる情報伝送量が異なったり、それ
が時間と共に変化したりする場合にも柔軟に対応するこ
とができ、実質的に総伝送容量を増加させることもでき
る。

（３）発明の詳細な説明したように、本発明による無線通信方式によれば
、基地局アンテナの個数を無線ゾーンの数よりも少なく
することができる。無線ゾーンをより細分化して、利得
の大きな基地局アンテナを用いることができるので、最
大サービス距離をより長くしたり、子無線局のアンテナ
を小さくしたり、あるいは細分化したサブゾーン間で同
一周波数を再利用して総伝送容量を増加させるなど、よ
り効率の良い無線通信システムを確立することができる
等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａＮｂ）（ｃ）は本発明による無線通信方式で
用いる基地局アンテナの基本原理を説明するための図、
第２図（ａ）（ｂ）は本発明による無線通信方式の第一
実施例で用いる基地局アンテナの概念図、第３図乃至第
４図は同・第二実施例で用いる基地局アンテナの概念図
、第５図は陸上移動無線通信方式や陸上加入者無線通信
方式等の無線通信システムを説明するための図、第６図
は従来方式による基地局アンテナの水平面内ビームカバ
レッジを説明するための模式図である。１・・・親無線局（基地局）、２・・・子無線局、３・
・・基地局アンテナ、４．４’　、４８〜４Ｃ・・・ビ
ーム、５・・・反射鏡、６，６′・・・給電ホーン、７
，７′・・・縦断面曲線、８・・・横断面曲線（円弧）
、９・・・子無線局アンテナ、１０・・・移動マウント
、１４・・・電力切換器。 α・・・ゾーン、β・・・サブゾーン。第１図（ａ）（ｂ）第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地上に設置された親無線局と複数の子無線局が相
互に交信を行なう無線通信方式において、前記親無線局
のアンテナが、水平面内に複数のビームを同時にかつ密
に放射することを特長とする無線通信方式。
（２）地上に設置された親無線局と複数の子無線局が相
互に交信を行なう無線通信方式において、前記親無線局
のアンテナが、１つ又は複数のアンテナビームを水平面
内で密に走査すると共に、当該ビーム走査と同期してそ
のビーム方向の１つ又は複数の子無線局が親無線局と交
信することを特長とする無線通信方式。