JP4976902B2 - 無線通信システム - Google Patents

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本発明は漏洩伝送路を用いた無線通信システムに関し、例えば、トンネルや地下街において、無線通信端末を公衆網に接続させる無線通信システムに適用し得るものである。
地下街やトンネルにおいて、無線通信の不感地帯を特定して解消する作業を軽減する手段として、漏洩ケーブルをアンテナとして利用する無線通信システムが知られている(特許文献1参照)。
また、漏洩ケーブルの伝送損失が大きいために、漏洩ケーブルを距離的に長く敷設することができなかった問題を解決する手段として、無線伝送したい信号を光信号へ変換して光ファイバに伝送させ、所望の位置で電気信号に変換して漏洩ケーブルに入力することにより、伝送損失を軽減する方法が知られている(特許文献2参照)。
特開2006−173862 特開2002−314468
しかしながら、周波数が高いほど漏洩ケーブルの伝送損失は大きくなり、特許文献1に記載の従来技術は、十分な通信性能を確保しながら、長距離に渡って無線通信エリアを確保することが難しいといった課題があった。漏洩ケーブルのケーブル径を太くして伝送損失を小さくすることにより、上記課題を解消することは可能であるが、径が太い漏洩ケーブルは取扱いにくく、設置作業などの労力が増大するといった新たな課題を生じる。また、径を太い漏洩ケーブルを適用すると、ケーブル自体の単価が上がるため、コストがかさむといった課題も生じる。
また、特許文献2に記載の従来技術は、光信号と電気信号を変換するコンバータを多数使用する必要があり、また、光ファイバを長距離にわたって敷設する必要があるため、コストがかさむといった課題を有する。
そのため、無線通信の不感地帯を低コストでしかも少ない作業で解消することができる無線通信システムが望まれている。
第1の本発明の無線通信システムは、(1)公衆回線と接続された、リピータ機能を搭載した第1の無線基地局と、(2)公衆回線と接続されていない、リピータ機能を搭載した第2の無線基地局と、(3)前記第1及び第2の無線基地局が共に、アンテナとして作用する漏洩伝送路とを有し、(4)前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路とが、長手方向について一部区間を重複させ、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路と前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路との前記重複区間での間隔を、通信周波数の半波長程度にしており、(5)前記第2の無線基地局の無線通信エリア内に、無線通信を行う無線通信端末が位置したときに、前記第1の無線基地局と前記第2の無線基地局とのリピータ機能による基地局間通信を利用して、前記無線通信端末と前記公衆回線との通信を可能とすることを特徴とする。第2の本発明の無線通信システムは、(1)公衆回線と接続された、リピータ機能を搭載した第1の無線基地局と、(2)公衆回線と接続されていない、リピータ機能を搭載した第2の無線基地局と、(3)前記第1及び第2の無線基地局が共に、アンテナとして作用する漏洩伝送路とを有し、(4)前記第1の無線基地局に係る無線通信エリアと、前記第2の無線基地局に係る無線通信エリアとが重複する部分を持つように、前記第1及び第2の無線基地局が設置され、(5)前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の輻射方向が、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路に直交する平面から、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端側に傾斜している第1の傾斜角と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の輻射方向が、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路に直交する平面から、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端側に傾斜している第2の傾斜角とが等しく、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端への方向と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端への方向とが略180度異なり、(6)前記第2の無線基地局の無線通信エリア内に、無線通信を行う無線通信端末が位置したときに、前記第1の無線基地局と前記第2の無線基地局とのリピータ機能による基地局間通信を利用して、前記無線通信端末と前記公衆回線との通信を可能とすることを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも一方がアンテナとして作用する漏洩伝送路を有する第1の無線基地局及び第2の無線基地局間の基地局間通信を利用して、無線通信端末が公衆回線と通信し得るようにしたので、無線通信の不感地帯を低コストでしかも少ない作業で解消することができるようになる。
(A)第1の実施形態
以下、本発明による無線通信システムの第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態に係る無線通信システム100の概略構成と、各構成要素の設置位置とを示す説明図である。
第1の実施形態に係る無線通信システムは、トンネル内の無線通信端末が公衆IP網を利用し得るようにしたものである。ここで、道路用や列車用のトンネルに限定されず、他のトンネルであっても良く、例えば、ガス管、電話線、電力供給線、上下水道管などを通すようなインフラ用のトンネルであっても良い。以下では、トンネルがインフラ用のトンネルであるとして説明する。
なお、第1の実施形態に係る無線通信システム100が、トンネル内の無線通信端末を通信可能とするものであるので、トンネルの全長が長いような場合には、図1に示すトンネル内構成の単位ユニットが、トンネルの長手方向に繰り返し設けられる。
図1において、第1の実施形態に係る無線通信システム100は、公衆IP網1、基地制御局2(2−1、2−2)、第1の無線基地局3A(3A−1〜3A−4)、第2の無線基地局3B、漏洩伝送路4A(4A−1〜4A−4)、ダイポールアンテナ6、無線通信端末9を有している。
基地制御局2−1、2−2はそれぞれ、例えば、トンネルの換気口や螺旋階段など(以下、まとめて換気口と呼ぶ)の、トンネルから出た箇所の地上部分に設置され、FTTHやADSLなどを利用して公衆IP網1に接続されるものである。各基地制御局2−1、2−2はそれぞれ、1又は複数の第1の無線基地局3A−1、3A−2、3A−3、3A−4を収容し、第1の無線基地局3A−1、3A−2、3A−3、3A−4と公衆IP1側との接続を制御するものである。各基地制御局2−1、2−2は、例えば、移動電話システムにおける基地局を収容している上位局に相当するものである。
第1の無線基地局3A−1、3A−2、3A−3、3A−4はそれぞれ、設置や保守が容易なように、例えば、トンネル内部の換気口付近に設置され、光ファイバなどを利用して対応する基地制御局2−1、2−2と接続され、公衆IP網1に繋がったサブネットワークを形成する。第1の無線基地局3A−1、3A−2、3A−3、3A−4にはそれぞれ、アンテナとして漏洩伝送路4A−1、4A−2、4A−3、4A−4が接続されている。
基地制御局2−1に接続されている第1の無線基地局3A−1及び3A−2は近接して設けられ、これら第1の無線基地局3A−1及び3A−2に接続されている漏洩伝送路4A−1及び4A−2は、先端が逆方向になるように敷設され、これら漏洩伝送路4A−1及び4A−2によって無線通信エリア5−1が構築される。同様に、基地制御局2−2に接続されている第1の無線基地局3A−3及び3A−4は近接して設けられ、これら第1の無線基地局3A−3及び3A−4に接続されている漏洩伝送路4A−3及び4A−4は、先端が逆方向になるように敷設され、これら漏洩伝送路4A−3及び4A−4によって無線通信エリア5−2が構築される。
コストや作業の容易性を考慮して、第1の無線基地局3A−1〜3A−4に漏洩伝送路4A−1〜4A−4を接続する方式の場合、不感エリア8が生じることが多い。
インフラ用のトンネルの場合には、人や車両、列車が頻繁に行き交うトンネルと異なり、保守員がたまに保守、確認作業にくるものであり、そのため、当該無線通信システム100にかかる費用を抑える必要がある。そのため、漏洩伝送路4として、市販されている平均的なものを適用することが考えられる(例えば、漏洩伝送路での伝送能力を考慮すると、基端から先端までの距離が250m程度)。また、インフラ用のトンネルの場合には、人や車両、列車が頻繁に行き交うトンネルでないため、換気口の設置間隔が長いものとなっている(例えば、600m程度)。そのため、換気口の設置間隔に対し、漏洩伝送路4A−1〜4A−4により、構築される無線通信エリア5−1、5−2(の長さ)が換気口の設置間隔の半分に満たないことも多く、漏洩伝送路4A−1〜4A−4による無線通信エリア5−1、5−2では不感エリア8が生じることもある。
第1の実施形態では、漏洩伝送路以外の一般的なアンテナ(ここではダイポールアンテナ6とする)を利用する第2の無線基地局3Bを不感エリア8に設置し、無線基地局3Bの無線通信エリア7によって、上述した不感エリア8をカバーする。
なお、第2の無線基地局3Bの無線通信エリア7が不感エリア8をカバーし、無線通信エリア5−1、5−2と重複する無線通信エリアを持つように、第2の無線基地局3Bの能力や設置場所を決めれば良く、第1の実施形態の場合、第2の無線基地局3Bは、基地制御局2−1、2−2と接続されていない。例えば、第2の無線基地局3Bは、不感エリア8が生じるような無線通信端末9に比較し、送信電力が大きく、かつ、受信感度も大きいものである。
第2の無線基地局3B及び第1の無線基地局3A−1〜3A−4は、いわゆるリピータ機能(WDS;Wireless Distribution System)を有するものであり、第2の無線基地局3Bは、第1の無線基地局(図1の配置であれば、3A−2若しくは3A−3)との間で、既知の基地局(アクセスポイント)間通信方式に従って、無線通信を実行するものである。第2の無線基地局3Bとしては、例えば、市販されているリピータ機能を有するアクセスポイント装置を適用することができる。
次に、無線通信端末9との通信動作について説明する。なお、無線通信端末9は電話端末に限られるものではなく、PDAなどの情報処理端末であっても良い。
無線通信端末9が、漏洩伝送路4A−1〜4A−4によって形成されている、第1の無線基地局3A−1〜3A−4の無線通信エリア5−1、5−2に位置しているときには、いずれかの第1の無線基地局3A−1〜3A−4と無線通信を行う。第1の無線基地局3A−1〜3A−4は、基地制御局2−1、2−2経由で、公衆IP網1へ繋がっているため、無線通信端末9は、公衆IP網1側と通信することができる。
一方、無線通信端末9が、不感エリア8をカバーする、第2の無線基地局3Bの無線通信エリア7に位置しているときには、第2の無線基地局3Bと通信を行う。第2の無線基地局3Bは、基地局間通信機能(リピート機能)を有し、自己の無線通信エリア7が、第1の無線基地局3A−2、3A−3の無線通信エリア5−1、5−2と重複する通信エリアを持つため、リピータとして機能し、無線通信端末9からの通信信号をそのまま、第1の無線基地局3A−2、3A−3へ伝え、第1の無線基地局3A−2、3A−3からの通信信号をそのまま、無線通信端末9へ伝える。その結果、無線通信端末9は、第2の無線基地局3Bが基地制御局2−1、2−2に接続されていなくても、公衆IP網1側と通信することができる。
第1の実施形態によれば、第2の無線基地局3Bを設けたことにより、公衆IP網1と接続されている基地制御局2に収容されている第1の無線基地局3Aの無線通信エリア、言い換えると、無線通信端末9が通信可能なエリアを広げることができる。
このエリア拡大に際し、従来のように、漏洩ケーブルのケーブル径を太くする必要がなく、ケーブル単価を抑えることができ、また、設置作業を容易にすることができる。また、従来のように、光ファイバや光信号と電気信号を変換するコンバータを多数使用する必要がなく、費用を抑えることができる。
(B)第2の実施形態
次に、本発明による無線通信システムの第2の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図2は、第2の実施形態に係る無線通信システム100Aの概略構成と、各構成要素の設置位置とを示す説明図であり、上述した第1の実施形態に係る図1との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
第2の実施形態の無線通信システム100Aは、第1の無線基地局3A−1〜3A−4に漏洩伝送路4A−1〜4A−4を接続しても形成される不感エリア8をカバーする構成が、上述した第1の実施形態のものと異なっている。
第2の実施形態に係る無線通信システム100Aにおいては、ダイポールアンテナ6を有する第2の無線基地局3Bに代え、不感エリア8をカバーするために、アンテナとして機能する漏洩伝送路4B−1、4B−2を有する第2の無線基地局3B−1、3B−2を備えている。第2の無線基地局3B−1及び3B−2の無線通信エリア5−3は、不感エリア8をカバーしている。
第2の無線基地局3B−1及び3B−2はそれぞれ、概ね第1の無線基地局3A−2及び3A−3の中間位置に設けられている。第2の無線基地局3B−1からの漏洩伝送路4B−1は、第1の無線基地局3A−2の方に向かって延びており、漏洩伝送路4B−1の先端部分は、第1の無線基地局3A−2からの漏洩伝送路4A−2の先端部分と近接している。一方、第2の無線基地局3B−2からの漏洩伝送路4B−2は、第1の無線基地局3A−3の方に向かって延びており、漏洩伝送路4B−2の先端部分は、第1の無線基地局3A−3からの漏洩伝送路4A−3の先端部分と近接している。
無線通信端末9が、不感エリア8をカバーする、第2の無線基地局3B−1、3B−2の無線通信エリア8に位置しているときには、漏洩伝送路4B−1又は4B−2を介して第2の無線基地局3B−1又は3B−2と通信を行う。第2の無線基地局3B−1又は3B−2は、基地局間通信機能(リピート機能)を有し、自己からの漏洩伝送路4B−1又は4B−2と、第1の無線基地局3A−2又は3A−3からの漏洩伝送路4A−2又はAB−3とが信号を授受するため、リピータとして機能し、無線通信端末9からの通信信号をそのまま、第1の無線基地局3A−2又は3A−3へ伝え、第1の無線基地局3A−2又は3A−3からの通信信号をそのまま、無線通信端末9へ伝える。その結果、無線通信端末9は、第2の無線基地局3B−1又は3B−2が基地制御局2−1、2−2に接続されていなくても、公衆IP網1側と通信することができる。
次に、図3を用いて、不感エリア8をカバーするための、無線基地局と漏洩伝送路の設置方法について説明する。図3は、図2における第2の無線基地局3B−1及び漏洩伝送路4B−1と、第1の無線基地局3A−2及び漏洩伝送路4A−2の設置方法を示している。
漏洩伝送路4A−2と漏洩伝送路4B−1とは、それぞれが寄与している無線通信エリア5−1と無線通信エリア5−3とが確実に重複エリアを持つように、その先端部分が重複区間(b>0)となるように設置する。漏洩伝送路4A−2と漏洩伝送路4B−1との設置間隔aは、通信周波数の半波長程度(a≒λ/2)とする。このような間隔に選定したのは、無線基地局間通信を行うために、漏洩伝送路4A−2と漏洩伝送路4B−1との間の自由空間での伝搬損失を少なくするために間隔aを狭くすることが良好であるが、一方、設置間隔aが狭すぎると、金属で作られた漏洩伝送路の外部導体が放射スロットの側に置かれた状況となり、漏洩伝送路の伝送特性が悪化すると共に、互いの漏洩伝送路から放射された電波が強く干渉し通信品質を劣化させるためである。
図4は、2本の漏洩伝送路の間隔aを0とした場合と、3λ/4(=0.75λ)とした場合とにおける、漏洩伝送路から1mだけ離れた場所での受信レベルを示すグラフである。間隔aが0の場合には、間隔aが3λ/4の場合に比較し、受信レベルの変動が大きく、干渉の影響を強く受け、安定した通信を行えないことが分かる。
図5は、2本の漏洩伝送路の間隔と、空間相関係数との関係を示すグラフである。通信環境によって異なるが、相関(干渉)と漏洩伝送路の間隔について、図5に示すグラフが良く知られている。相関係数が0.7程度以下であれば、通信に支障がないと言われており、図5から、0.3λ以上間隔をあけることが好ましいことが分かる。
以上のような観点から、漏洩伝送路4A−2と漏洩伝送路4B−1との設置間隔aが通信周波数の半波長程度(a≒λ/2)とすることが好ましいことが分かる。
次に、図6を用いて、漏洩伝送路間で信号を授受するための、漏洩伝送路の設置と輻射角度について説明する。
図6に示すように、漏洩伝送路4A−2や漏洩伝送路4B−1の輻射方向10は、長手方向に垂直な方向ではなく、垂直な方向から、一方の端部に向けて傾斜している方向である。
漏洩伝送路4A−2と漏洩伝送路4B−1として、輻射角度θが同じものを用いる。第1の無線基地局3A−2からの漏洩伝送路4A−2は、その輻射方向が漏洩伝送路4B−1に向かうように設置し、逆に、第2の無線基地局3B−1からの漏洩伝送路4B−1は、その輻射方向が漏洩伝送路4A−2に向かうように設置する。すなわち、無線基地局から漏洩伝送路の終端への方向を、漏洩伝送路4A−2と漏洩伝送路4B−1とで180度反転させ、輻射方向10を合わせる。このようにすることにより、電波の入射、放射を効率良く行うことができ、基地局間通信(リピート機能による通信)を安定して行うことができる。
第2の実施形態によっても、第2の無線基地局3B−1、3B−2を設けたことにより、第1の実施形態と同様な効果を奏することができる。不感エリア8が長いような場合には、第1の実施形態より好ましいものである。
(C)他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
上記第1の実施形態では、第1の無線基地局3Aのアンテナが漏洩伝送路であって第2の無線基地局3Bのアンテナが一般的なアンテナ(例えば、ダイポールアンテナ、ロッドアンテナ、ループアンテナ、八木アンテナなど)であるものを示し、上記第2の実施形態では、第1及び第2の無線基地局3A及び3Bのアンテナが共に漏洩伝送路であるものを示したが、図7に示すように、第1の無線基地局3Aのアンテナが一般的なアンテナであって第2の無線基地局3Bのアンテナが漏洩伝送路であるようにしても良い。要は、トンネルの長手方向に無線通信エリアをできるだけ確保できるように、第1及び第2の無線基地局3A及び3Bのアンテナの少なくとも一方に、漏洩伝送路を適用していれば良い。
上記各実施形態においては、無線基地局に、漏洩同軸ケーブル(漏洩伝送路)を1本接続する単一型を示したが、グレーティング型、分岐型、分岐グレーティング型などによる接続であっても良い。トンネルの形状(例えば分岐)などに合わせて、各位置の無線基地局で接続の形式を変えるようにしても良い。
また、上記実施形態では、本発明の無線通信システムを、インフラ用のトンネル内の無線通信端末が通信し得るように適用したものを示したが、他の種類のトンネルや地下街などに対しても、本発明の無線通信システムを適用することができる。
さらに、上記各実施形態においては、公衆回線が公衆IP網であるものを示したが、公衆回線の種類は問われないものである。なお、公衆回線によっては、基地制御局2を介することなく、無線基地局が公衆回線に接続されていても良い。また、通信事業者においては、一般に開放されていない専用回線を用いても良い。この明細書において、「公衆回線」とは任意の者(契約を前提としている場合を含む)がアクセス可能な公衆に開放しているネットワークを言い、その事業者が公共的な団体に限られるものではない。
第1の実施形態に係る無線通信システムの全体構成と、各構成要素の設置位置とを示す説明図である。 第2の実施形態に係る無線通信システムの全体構成と、各構成要素の設置位置とを示す説明図である。 第2の実施形態における、不感エリアをカバーするための、無線基地局と漏洩伝送路の設置方法の説明図である。 2本の漏洩伝送路間の間隔による受信感度の相違を示すグラフである。 2本の漏洩伝送路の間隔と、空間相関係数(干渉量に対応する)との関係を示すグラフである。 第2の実施形態における各漏洩伝送路の輻射方向の説明図である。 他の実施形態に係る無線通信システムの全体構成と、各構成要素の設置位置とを示す説明図である。
符号の説明
1…公衆IP網、2、2−1、2−2…基地制御局、3A、3A−1〜3A−6…第1の無線基地局、3B、3B−1、3B−2…第2の無線基地局、4A、4A−1〜4A−4、4B−1、4B−2…漏洩伝送路、6、6A−1、6A−2…ダイポールアンテナ、9…無線通信端末、100、100A、100B…無線通信システム。

Claims (3)

  1. 公衆回線と接続された、リピータ機能を搭載した第1の無線基地局と、
    公衆回線と接続されていない、リピータ機能を搭載した第2の無線基地局と、
    前記第1及び第2の無線基地局が共に、アンテナとして作用する漏洩伝送路とを有し、
    前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路とが、長手方向について一部区間を重複させ、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路と前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路との前記重複区間での間隔を、通信周波数の半波長程度にしており、
    前記第2の無線基地局の無線通信エリア内に、無線通信を行う無線通信端末が位置したときに、前記第1の無線基地局と前記第2の無線基地局とのリピータ機能による基地局間通信を利用して、前記無線通信端末と前記公衆回線との通信を可能とする
    ことを特徴とする無線通信システム。
  2. 前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の輻射方向が、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路に直交する平面から、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端側に傾斜している第1の傾斜角と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の輻射方向が、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路に直交する平面から、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端側に傾斜している第2の傾斜角とが等しく、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端への方向と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端への方向とが略180度異なることを特徴とした請求項1に記載の無線通信システム。
  3. 公衆回線と接続された、リピータ機能を搭載した第1の無線基地局と、
    公衆回線と接続されていない、リピータ機能を搭載した第2の無線基地局と、
    前記第1及び第2の無線基地局が共に、アンテナとして作用する漏洩伝送路とを有し、
    前記第1の無線基地局に係る無線通信エリアと、前記第2の無線基地局に係る無線通信エリアとが重複する部分を持つように、前記第1及び第2の無線基地局が設置され、
    前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の輻射方向が、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路に直交する平面から、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端側に傾斜している第1の傾斜角と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の輻射方向が、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路に直交する平面から、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端側に傾斜している第2の傾斜角とが等しく、前記第1の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端への方向と、前記第2の無線基地局からの前記漏洩伝送路の終端への方向とが略180度異なり、
    前記第2の無線基地局の無線通信エリア内に、無線通信を行う無線通信端末が位置したときに、前記第1の無線基地局と前記第2の無線基地局とのリピータ機能による基地局間通信を利用して、前記無線通信端末と前記公衆回線との通信を可能とする
    ことを特徴とする無線通信システム。
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