JP2008048139A - マイクロ波無線送受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方の固定局にアンテナの数に関する制約があるマイクロ波無線通信システムで、単一偏波のマイクロ波信号によってスペースダイバーシチ効果を実現する。
【解決手段】アンテナの数が単一に制限された第２の固定局とマイクロ波による無線通信を行う無線通信システムの第１の固定局に用いられるマイクロ波無線送受信装置において、対応するアンテナに到来したマイクロ波信号について受信処理を行う複数の受信処理手段と、送信対象のデータから無線周波数の信号を生成する送信処理手段と、送信処理手段によって得られた無線周波数の信号を、前記複数のアンテナのいずれか一方を指定する切り替え制御信号に応じて指定されたアンテナに伝送し、アンテナによる無線送信に供する切り替えスイッチと、複数の受信処理手段によってそれぞれ得られる受信信号の選択に同期して、選択された受信信号に対応するアンテナを指定する切り替え制御信号を生成し、切り替えスイッチに入力する切り替え制御手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定局間のマイクロ波無線通信システムのマイクロ波無線送受信装置に関する。

マイクロ波帯無線通信システムでは、フェージングの発生確率の高い伝播路においてフェージングの影響を軽減するための技術として、スペースダイバーシチ技術が広く適用されている。
スペースダイバーシチ技術は、適切な距離をおいて配置された複数のアンテナへの到達波が同時に劣化する可能性が小さいことを利用し、複数の伝播路をそれぞれ経由した到達波の一つを選択することにより、フェージングによる伝播特性の劣化を補償する技術である(特許文献１参照)。特に、波長の短いマイクロ波帯を利用するシステムでは、１０メートル程度の間隔でアンテナを配置することにより、十分に小さい空間相関を実現することができるため、大きな改善効果が得られる。

例えば、図２に示すように、２つの固定局Ａ，Ｂにそれぞれ２基のアンテナ４０１_A1、４０１_A2(４０１_B1、４０１_B2)が設置されているマイクロ波無線通信システムでは、双方の固定局の添え字１を付したアンテナ４０１によって、送信処理部(Ｔｘ)４０２_A(４０２_B)によって生成される送信信号を無線送信している。また、対向局からのマイクロ波無線信号は、２基のアンテナ４０１_A1、４０１_A2(４０１_B1、４０１_B2)によって受信され、それぞれに対応して設けられ、図２において符号Ｒｘ＃１、Ｒｘ＃２で示す受信処理部Ｒｘ４０３_A1、４０３_A2(４０３_B1、４０３_B2)による受信処理を経て、上位装置(図示せず)に渡される。

図２においては、２つの固定局の間に、双方のアンテナＡを結ぶ直線に相当する伝播路と、アンテナＡと対向局のアンテナＢとを結ぶ直線に相当する伝播路とを介してマイクロ波無線信号の授受が行われており、通信に用いられるマイクロ波の偏波が単一であることから一偏波スペースダイバーシチ方式と呼ばれている。そして、例えば、図２の２つの固定局それぞれにおいて、一方のアンテナ４０１_A1(４０１_B1)への到来波の伝播路がフェージングの影響を受けて受信信号の品質が低下したときに、他方のアンテナ４０１_A2(４０１_B2)の出力から得られる受信信号、つまり、受信処理部４０３_A2、(４０３_B2)をスイッチ４０４によって選択し、この受信信号を採用することにより、通信品質の維持が図られている。

一方、２つの固定局間の伝播経路が反射板を経由している場合や、一方の固定局において２基のアンテナを適切な間隔で設置することができない場合には、図３に示すような２偏波スペースダイバーシチ方式のマイクロ波無線通信システムが適用される。
図３に示したマイクロ波無線通信システムでは、固定局Ｂに２つの偏波方向の無線信号を送受信可能なアンテナ４０５が設置され、固定局Ａにそれぞれ垂直偏波のマイクロ波信号を送受信するためのアンテナ４０１_A1と、水平偏波のマイクロ波信号を送受信するためのアンテナ４０１_A2とが設置されている。

このようなマイクロ波無線通信システムの固定局Ｂから固定局Ａに向かう方向では、固定局Ａに設けられた２基のアンテナ４０１_A1、４０１_A2によって固定局Ｂからの信号を受信することから受信スペースダイバーシチ効果が得られ、一方、固定局Ａから固定局Ｂに向かう方向では、固定局Ａに設けられた２基のアンテナ４０１_A1、４０１_A2から送信される信号を固定局Ｂにおいてそれぞれ受信することから送信スペースダイバーシチ効果が得られる。

図３に示したマイクロ波無線通信システムにおいても、個々の固定局Ａ，Ｂにおいて、２系統の受信処理部４０３_A1、４０３_A2(４０３_B1、４０３_B2)で得られた受信信号の品質をそれぞれ評価し、この評価結果に基づいて、いずれか一方の受信信号を選択することにより、通信品質の維持が図られている。なお、固定局Ａにおいて、上位装置(図示せず)からの送信信号は、図３において、符号Ｔｘ＃１、Ｔｘ＃２で示した２系統の送信処理部４０２_A1、４０２_A2を介して、それぞれに対応するアンテナ４０１_A1およびアンテナ４０１_A2に送られ、無線送信される。一方、固定局Ｂにおいて、上位装置(図示せず)からの送信信号は、図３において、符号Ｔｘ＃１、Ｔｘ＃２で示した２系統の送信処理部４０２_B1、４０２_B2を介してアンテナ４０５に送られ、無線送信される。
特開平７−１７７０８３号公報

ところで、上述した２偏波スペースダイバーシチ方式が適用されたマイクロ波無線通信システムでは、それぞれ別の無線通信システムに割り当てることも可能な２つの偏波方向の無線信号を授受することによって通信が実現されている。つまり、２偏波スペースダイバーシチ方式が適用されたマイクロ波無線通信システムには、２倍の無線周波数資源が割り当てられていることになる。

その一方、近年では、各種の無線通信システムに割り当てるべき無線周波数資源が逼迫しており、固定局間のマイクロ波無線通信システムについても、周波数資源の有効利用が求められている。
本発明は、一方の固定局に複数のアンテナが設置され、他方の固定局に単一のアンテナが設置されたマイクロ波無線通信システムにおいて、単一偏波のマイクロ波信号によってスペースダイバーシチ効果を実現可能なマイクロ波無線送受信装置を提供することを目的とする。

本発明にかかわる第１のマイクロ波無線送受信装置は、受信処理手段と、送信処理手段と、切り替えスイッチと、切り替え制御手段とから構成される。
本発明にかかわる第１のマイクロ波無線送受信装置の原理は、以下の通りである。
複数のアンテナが設置された第１の固定局と単一のアンテナが設置された第２の固定局との間でマイクロ波による無線通信を行う無線通信システムの前記第１の固定局に用いられるマイクロ波無線送受信装置において、受信処理手段は、複数のアンテナそれぞれに対応して設けられ、対応するアンテナに到来したマイクロ波信号について受信処理を行う。送信処理手段は、送信対象のデータから無線周波数の信号を生成する。切り替えスイッチは、送信処理手段によって得られた無線周波数の信号を、前記複数のアンテナのいずれか一方を指定する切り替え制御信号に応じて指定されたアンテナに伝送し、前記アンテナによる無線送信に供する。切り替え制御手段は、複数の受信処理手段によってそれぞれ得られる受信信号の選択に同期して、選択された受信信号に対応するアンテナを指定する切り替え制御信号を生成し、前記切り替えスイッチに入力する。

このように構成された第１のマイクロ波無線送受信装置の動作は、下記の通りである。
第１の固定局に備えられた切り替え制御手段が生成する切り替え制御信号に従って切り替えスイッチが動作することにより、複数の受信処理手段で得られる受信信号の選択に同期して、選択された受信信号に対応するアンテナに送信処理手段によって生成された無線周波数の信号が伝送され、このアンテナによって対向局である第２の固定局に無線送信される。

したがって、第２の固定局から第１の固定局に向かう伝播路について、第１の固定局に備えられた複数のアンテナによる受信スペースダイバーシチが実現されるのはもちろん、第１の固定局から第２の固定局に向かう伝播路についても、第１の固定局に備えられた複数のアンテナを切り替えて送信することによる送信スペースダイバーシチ効果が実現される。

しかも、この構成では、第１の固定局に備えられた複数のアンテナが同時に無線信号を送信することはないので、単一偏波のマイクロ波無線信号を用いることができる。即ち、単一偏波のマイクロ波無線信号を用いながら、従来の２偏波スペースダイバーシチ方式と同等のスペースダイバーシチ効果を得ることが可能である。
したがって、第２の固定局に用いられるマイクロ波無線送受信装置は、単一偏波に対応する単一のアンテナからの信号を受信処理する受信処理部と、このアンテナを介して単一偏波のマイクロ波無線信号を送出する処理を行う送信処理部とを備えれば十分である。

本発明にかかわる第２のマイクロ波無線送受信装置は、上述した第１のマイクロ波無線送受信装置に備えられる切り替え制御手段に、評価手段と、選択手段とを備えて構成される。
本発明にかかわる第２のマイクロ波無線送受信装置の原理は、以下の通りである。
上述した第１のマイクロ波無線送受信装置に備えられた切り替え制御手段において、評価手段は、複数の受信処理手段によって得られる受信信号を評価する。選択手段は、評価手段によって得られる評価結果に基づいて、適切な受信信号に対応するアンテナを送信処理手段によって得られる無線周波数の信号の伝送先として選択する。

このように構成された第２のマイクロ波無線送受信装置の動作は、下記の通りである。
評価手段によって得られる受信信号に関する評価結果に基づいて、選択手段が無線信号の送信に利用するアンテナを選択することにより、送信処理手段によって得られる無線周波数の信号がより良好な状態で第２の固定局に到達すると期待できる伝播路に対応するアンテナに、上述した無線周波数の信号を選択的に伝送することができる。

なぜなら、第１の固定局において、一方の受信処理手段によって得られた受信信号が他方の受信信号よりも良好である旨の評価結果が得られた場合に、良好であるとされた受信信号に対応するアンテナから送出される無線信号の伝播路は、良好であるとされた受信信号に対応する到来波の伝播路に他ならないからである。

本発明にかかわるマイクロ波無線送受信装置によれば、伝播経路に反射板が含まれていたり、一方の固定局に鉄塔などの設置が制限されたりといった事情のために、一方の固定局に設置されたアンテナが単一であるようなマイクロ波無線通信システムについて、単一偏波のマイクロ波送受信によって、２偏波スペースダイバーシチ方式と同等の空間ダイバーシチ効果を実現し、固定局間の伝播路において発生したフェージングなどの影響を軽減することができる。

これにより、フェージングなどの影響にかかわらず、固定局間のマイクロ波無線通信の品質を維持するとともに、逼迫した周波数資源の有効利用を図ることができる。
また、本発明を適用することにより、設置可能なアンテナが単一に制限される固定局に用いられるマイクロ波無線送受信装置の構成を極めて単純化することができるので、そのような固定局の設備に要するコストを低減することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１に、本発明にかかわるマイクロ波無線送受信装置の実施形態を示す。
なお、図１に示す構成要素のうち、図２に示した各部と同等のものについては、図２に示した符号を付して示し、その説明を省略する。
図１に示した固定局Ａにおいて、送信処理部４０２によって生成された無線周波数の信号は、切り替え制御部２１２からの切り替え信号に応じて動作するスイッチ２１１を介して、２つのアンテナ４０１_A1、４０１_A2のいずれか一方に伝達される。

図１に示した切り替え制御部２１２は、２系統のアンテナ４０１_A1、４０１_A2にそれぞれ対応する受信処理部４０３_A1，４０３_A2によって得られる受信信号に基づいて、これらのアンテナ４０１_A1、４０１_A2それぞれに対応する伝播路の良否を評価する。そして、より良好であると評価されたアンテナ４０１_A1（あるいは４０１_A2）に対応する系統を選択する旨の切り替え信号を生成して、スイッチ４０４による受信信号の選択処理とともにスイッチ２１１による送信信号の伝達先の切り替え処理に供する。

以下、図１に示したマイクロ波無線送受信装置の動作について説明する。
例えば、図１に示したように、スイッチ２１１により、送信処理部４０２の出力がアンテナ４０１_A1を介して送出され、アンテナ４０１_A1に到来した無線信号から受信処理部４０３_A1によって得られた受信信号が上位装置に渡されている状態で、フェージングの影響が固定局Ａのアンテナ４０１_A1と固定局Ｂの単一のアンテナ４０１とを結ぶ伝播路に及ぼされると、相対的に、アンテナへの到来波の方の受信状態が良好となる。

このとき、切り替え制御部２１２は、例えば、２系統の受信処理部４０３から対応するアンテナへの到来波の受信レベルを受け取り、これらの受信レベルを比較することにより、上述したような２つの伝播路に関する特性の変化を検出し、この検出結果をスイッチ４０４およびスイッチ２１１に入力する切り替え信号に反映することができる。
上述したように、図１に実線で示した伝播路で到来した無線信号に対応する受信レベルが低下し、一方、図１に破線で示した伝播路で到来する無線信号に対応する受信レベルが維持されている場合は、後者の受信レベルの方が相対的に大きくなるので、これに応じて、切り替え制御部２１２により、アンテナ４０１_A2に対応する系統を選択する旨の切り替え信号が生成される。

この切り替え信号の入力に応じて、スイッチ２１１が切り替わり、送信処理部４０２から出力される無線周波数の信号はアンテナ４０１_A2に伝達され、このアンテナ４０１_A2により、図１に破線で示した伝播路を介して無線送信され、固定局Ｂのアンテナ４０１に到達する。
このようにして、２基のアンテナ４０１_A1、４０１_A2が設置された固定局Ａに備えられた送信処理部４０２の出力の接続先を受信信号の選択に同期して切り替えることにより、フェージングの影響を受けない伝播路を選択的に利用して、固定局Ａ、Ｂ間の通信品質を維持することができる。

ここで、図１に固定局Ａとして示したマイクロ波無線送受信装置では、２基のアンテナ４０１_A1、４０１_A2から同時に無線信号が送出されることはないので、これらのアンテナ４０１_A1、４０１_A2に同一の偏波方向を割り当てることができる。
つまり、図１に示したマイクロ波無線送受信装置によれば、２偏波スペースダイバーシチ方式を適用した場合と同等のスペ−スダイバーシチ効果を単一偏波で実現することができる。

これにより、上述した固定局Ａに対向する固定局Ｂでは、単一偏波に対応する単一のアンテナ４０１にかかわる無線信号を送受信すれば足りることになる。したがって、図１に示すように、固定局Ｂのハードウェア構成は、単一の送信処理部４０２と単一の受信処理部４０３とをアンテナ４０１に接続すれば十分であり、図３に示した構成に比べて格段に簡易化することができる。

なお、図１に示した切り替え制御部２１２において、受信信号および送信処理部４０２の出力の接続先を選択する際の指標としては、上述した２基のアンテナ４０１_A1、４０１_A2に対応する受信レベルに限らず、受信品質を示す様々な指標を適用可能である。

上述したように、本発明にかかわるマイクロ波無線送受信装置によれば、２偏波スペースダイバーシチ方式を適用した場合と同等のスペ−スダイバーシチ効果を単一偏波で実現することができるので、フェージングなどがマイクロ波無線通信に及ぼす影響の軽減と、周波数資源の有効利用との両立を図ることができる。
このような特徴は、マイクロ波無線通信システムの安定した運用とともに逼迫している周波数資源の有効利用を図る上で、極めて有用であるので、固定局間でマイクロ波による無線通信を行う無線通信システム全般に適用可能である。

本発明にかかわるマイクロ波無線送受信装置の実施形態を示す図である。 従来の１偏波スペースダイバーシチ方式の説明図である。 従来の２偏波スペースダイバーシチ方式の説明図である。

符号の説明

２１１ スイッチ
２１２ 切り替え制御部
４０１、４０１_A1、４０１_A2、４０１_B1、４０１_B2、４０５ アンテナ
４０２、４０２_A1、４０２_A2、４０２_B1、４０２_B2 送信処理部(Ｔｘ)
４０３、４０３_A1，４０３_A2、４０３_B1，４０３_B2 受信処理部(Ｒｘ)
４０４ スイッチ

Claims (2)

1. 複数のアンテナが設置された第１の固定局と単一のアンテナが設置された第２の固定局との間でマイクロ波による無線通信を行う無線通信システムの前記第１の固定局に用いられるマイクロ波無線送受信装置において、
   前記複数のアンテナそれぞれに対応して設けられ、対応するアンテナに到来したマイクロ波信号について受信処理を行う受信処理手段と、
   送信対象のデータから無線周波数の信号を生成する送信処理手段と、
   前記送信処理手段によって得られた無線周波数の信号を、前記複数のアンテナのいずれか一方を指定する切り替え制御信号に応じて指定されたアンテナに伝送し、前記アンテナによる無線送信に供する切り替えスイッチと、
   前記複数の受信処理手段によってそれぞれ得られる受信信号の選択に同期して、選択された受信信号に対応するアンテナを指定する切り替え制御信号を生成し、前記切り替えスイッチに入力する切り替え制御手段と
   を備えたことを特徴とするマイクロ波無線送受信装置。
2. 請求項１に記載のマイクロ波無線送受信装置において、
   前記切り替え制御手段は、
   前記複数の受信処理手段によって得られる受信信号を評価する評価手段と、
   前記評価手段によって得られる評価結果に基づいて、適切な受信信号に対応するアンテナを送信処理手段によって得られる無線周波数の信号の伝送先として選択する選択手段とを備えた
   ことを特徴とするマイクロ波無線送受信装置。
   

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