JPH09200115A - 無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方法および可変指向性アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無線通信システムにおける基地局のアンテナ指
向性を簡単な制御により所望の端末の方向を確実に向く
ように制御可能としたアンテナ指向性制御方法を提供す
る。 【解決手段】可変指向性アンテナ１３を有する無線基地
局１１と複数の無線端末１２間で通信を行う無線通信シ
ステムにおいて、無線基地局１１からその通信サービス
エリア１４内全方向にパイロット信号を送信し、無線端
末１２ではパイロット信号の受信特性を測定して受信特
性データを無線基地局１１に送信し、無線基地局１２で
は受信特性データに基づいて可変指向性アンテナ１３の
指向性を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも一つの
無線基地局と複数の無線端末とで構成される無線通信シ
ステムに係り、特に可変指向性アンテナを有する無線基
地局の指向性制御方法および指向性制御が可能な可変指
向性アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】少なくとも一つの無線基地局と低速で移
動する携帯移動端末のような複数の無線端末とで構成さ
れる無線通信システムにおいて、特に現存する公衆網を
用いて通信を行う場合には、周波数利用効率の向上によ
る加入者容量の増大や、通信品質の向上を図るために、
簡易な空間利用を行う方法がとられる。具体的には、基
地局にセクタアンテナを用いて基地局の通信サービスエ
リアをセクタと呼ばれる複数のサブエリアに分割する、
いわゆるセルのセクタ化が挙げられる。

【０００３】このセクタアンテナによるセルのセクタ化
は、基地局において端末が存在するセクタの位置を登録
しておくか、または基地局で端末からの送信信号の受信
信号強度を検出して、基地局と通信を行うべき端末の存
在方向をある程度限定し、その方向のみで通信を行うこ
とによって周波数資源の有効利用を図り、かつ空間的に
基地局と各端末間の通信の相互干渉を抑圧して通信品質
の向上を図る方法である。さらに、この方法は基地局お
よび端末の送信電力を低減できるという大きなメリット
もある。

【０００４】しかし、セクタアンテナによるセル化構成
ではセクタが固定的であるため、空間利用の柔軟性に乏
しい。例えば、同じセクタのセルに大勢の端末の加入者
が集中して通信チャネルが不足した場合に、他のセクタ
で利用している周波数を臨機応変に割り当てたり、適応
的にセクタ角を調整することでセクタ内の端末数を制限
するといったことはできない。

【０００５】また、セルのセクタ化により加入者容量を
増大させるためには、各セクタおよび各端末での使用周
波数の管理を厳密に実施しなければならない。そのため
に、各端末の位置登録が厳密に行われており、セクタを
跨ぐいわゆるセクタ間ハンドオフが生じると位置登録の
見直しを図ったり、定期的な位置登録信号の送受信を行
う等、制御に関するやり取りが煩雑になるという欠点が
ある。

【０００６】一方、上述したセクタアンテナによるセル
化された無線通信システムの欠点を回避する方法とし
て、適応的に通信を行う方向を制御するアダプティブア
レイアンテナを基地局に用いることが考えられる。アダ
プティブアレイアンテナは、複数のアンテナ素子を所定
形状に配列してアレイを構成し、各アンテナ素子に対し
て付与する励振ウェイト（励振位相および励振振幅）を
制御することで指向性パターンの形状や方向、すなわち
指向性を適応的に制御できるものである。

【０００７】このアダプティブアンテナ技術を基地局に
適用する場合、従来技術の延長によると、各アンテナ素
子の受信信号から最適な励振ウェイトを計算して設定す
ることにより、指向性ビームが通信しようとする端末の
方向を向くように指向性制御を行う必要があるが、この
際の励振ウェイトの計算は非常に複雑となる。

【０００８】さらに、この種の無線通信システムでは一
般的に、上り回線（端末→基地局）と下り回線（基地局
→端末）の周波数が異なるフルデュープレクス通信が行
われる。ここで、従来の技術では上り回線の信号の伝搬
状態、すなわち基地局の受信信号から、送信すべき方向
を算出して基地局アンテナの指向性を制御している。し
かし、上り回線と下り回線の周波数が異なる場合、上り
回線の信号からでは下り回線の信号の伝搬状態を正確に
知ることができないため、基地局で受信信号を基に送信
すべき方向を算出しても、その方向に端末が存在すると
は限らないことになってしまう。この問題はセクタアン
テナを採用した無線通信システムにも当てはまり、狭角
セクタアンテナを利用すると、アダプティブアレイアン
テナを用いた場合と同じ問題が生じる。従って、セクタ
アンテナを利用する基地局では一般的に狭セクタ化しな
い。

【０００９】一方、従来のアダプティブアレイアンテナ
では、アレイを構成する複数のアンテナ素子に対して付
与する個々の励振ウェイトを所望とする指向性に応じて
計算で求め、これらを励振ウェイト付与のための可変移
相器や可変減衰器または可変利得増幅器に設定してい
る。従って、アンテナ素子の数が多くなると励振ウェイ
トの計算が複雑となり、結果的に指向性の制御に時間が
かかるため、大容量・高速の通信に適応できない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、無線
基地局と複数の無線端末とで構成される無線通信システ
ムにおいては、周波数利用効率の向上による加入者容量
の増大や通信品質の向上を図るために、セクタアンテナ
によるセル化やアダプティブアレイアンテナの使用によ
り、基地局と通信を行うべき端末の方向のみに狭ビーム
の指向性パターンを形成して通信を行うことが望まし
い。

【００１１】しかし、前者のセクタアンテナによるセル
化では、基地局の通信サービスエリアが固定的であるた
めに空間利用の柔軟性に乏しく、また各セクタや各端末
での周波数管理を厳密に実施しなければならないため、
セクタ間ハンドオフが生じると位置登録の見直しを図っ
たり、定期的な位置登録信号の送受信を行う等、制御に
関する煩雑なやり取りを必要とするという問題点があ
る。

【００１２】また、後者のアダプティブアレイアンテナ
を用いる方法は、基地局から見た端末の存在方向を限定
するための指向性パターン算出手順が複雑であることに
加えて、セクタアンテナを用いた場合も同様であるが、
フルデュープレクス通信が行われる場合、基地局におい
て受信信号を基に送信すべき方向を算出しても、その方
向に端末が存在するとは限らないために所期の目的を達
成できないという問題点がある。

【００１３】さらに、従来のアダプティブアレイアンテ
ナでは、アレイを構成する複数のアンテナ素子に対して
付与する励振ウェイトを計算で求めて設定しているた
め、アンテナ素子の数が多くなると励振ウェイトの計算
が複雑となって指向性の制御に時間がかかるため、大容
量・高速の通信に適応できないという問題点がある。

【００１４】本発明の目的は、無線通信システムにおけ
る基地局のアンテナ指向性を簡単な制御により通信を行
う端末の方向を確実に向くように制御可能として、空間
利用の効果を十分に発揮でき、かつ通信品質の向上を図
ることができる無線通信システムにおける無線基地局の
アンテナ指向性制御方法を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、複雑な計算を要する
ことなくアンテナ指向性を速やかに制御することがで
き、もって上記のような無線通信システムにおける無線
基地局用のアンテナとして好適な可変指向性アンテナを
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は可変指向性アンテナを有する少なくとも一
つの無線基地局と複数の無線端末間で通信を行う無線通
信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方
法において、無線基地局から該無線基地局の通信サービ
スエリア内全方向にパイロット信号を送信し、無線端末
ではパイロット信号の受信特性を測定して受信特性デー
タを無線基地局に送信し、無線基地局では受信特性デー
タに基づいて可変指向性アンテナの指向性を制御するこ
とを基本的な特徴とする。

【００１７】このようにすることにより、基地局の可変
指向性アンテナの指向性を簡単な制御により所望の無線
端末の方向を確実に向くように制御することが可能であ
る。すなわち、本発明において無線基地局から送信され
るパイロット信号を無線端末が受信して得られる受信特
性データは、無線基地局の可変指向性アンテナがその無
線端末の方向に形成すべき指向性パターンに対応してい
るため、この受信特性データを用いることにより、確実
にその無線端末を向くように可変指向性アンテナの指向
性が制御される。

【００１８】従って、セクタアンテナによるセル化を行
った場合に比較して空間利用の効果が十分に得られ、か
つ無線基地局と所望の無線端末との間の通信と、同一通
信サービスエリア内の他の無線端末間の通信や近接した
無線基地局と無線端末との間で行われる通信との相互干
渉が軽減され、通信品質が向上する。

【００１９】また、フルデュープレクス通信に際して
も、確実に無線基地局から見た無線端末の存在方向が分
かり、通信しようとする無線端末の方向を正しく向くよ
うに指向性を制御することが可能である。

【００２０】さらに、アダプティブアレイアンテナを用
いた場合においても、無線端末から無線基地局に返信さ
れる受信特性データがその無線端末の方向に形成すべき
指向性ビームに対応していることにより、その指向性ビ
ームが得られるように簡単な制御で指向性を制御するこ
とができる。

【００２１】本発明において、無線基地局から通信サー
ビスエリア内全方向にパイロット信号を送信する方法と
しては、時分割、周波数分割および符号分割の少なくと
も一つの方法を用いることができる。

【００２２】ここで、特に無線基地局からパイロット信
号を時分割で通信サービスエリア内全方向に送信する場
合、すなわち狭指向性ビームによりパイロット信号を通
信サービスエリア内の複数方向に順次送信する場合に
は、無線端末において自端末当てのパイロット信号を受
信・観測するための時間窓を設定する必要がある。この
ためには、無線基地局からパイロット信号を送信する前
に、通信サービスエリア内全方向に例えば無指向性パタ
ーンを用いてタイミング信号を同時に送信し、無線端末
においてこのタイミング信号を測定時間基準としてパイ
ロット信号の受信特性を測定すればよい。他の方法とし
て、無線基地局から通信サービスエリア内全方向に無線
通信システムの主無線通信回線とは別の無線通信回線で
タイミング信号を送信した後、主無線通信回線でパイロ
ット信号を送信してもよい。

【００２３】さらに、無線基地局の通信サービスエリア
を空間的に複数のサブエリアに分割して、各サブエリア
に順次定められたタイミングでパイロット信号を送信す
るようにすれば、このようなタイミング信号の送信は不
要となる。

【００２４】無線端末においては、パイロット信号の受
信特性として、具体的には無線基地局からのパイロット
信号送信方向と、パイロット信号の受信信号強度、受信
位相および信号対雑音比の少なくとも一つとの関係を測
定する。一方、無線基地局においては、この受信特性デ
ータに基づいて、例えば最大受信電力が得られた方向に
狭指向性ビームが形成されるようにアンテナ指向性を制
御するか、あるいは受信電力が所定値以上大きいパイロ
ット信号の送信方向が複数個存在する場合に、所望方向
以外の全方向または一部の方向にヌルを有し、所望方向
またはその近傍の方向にメインローブを有する指向性パ
ターンが形成されるように指向性の制御を行う。また、
無線基地局は可変指向性アンテナにおいて予め複数の指
向性パターンを容易しておき、これらの中から受信特性
データに基づいて最適な指向性パターンを選択すること
によりアンテナ指向性を制御してもよい。

【００２５】本発明に係る可変指向性アンテナは、配列
された複数のアンテナ素子と、この複数のアンテナ素子
に対して励振ウェイトを付与する励振ウェイト付与手段
と、この励振ウェイト付与手段により付与されるべき励
振ウェイトの情報を複数種類の指向性パターンに対応し
て記憶する記憶手段と、この記憶手段から所望の指向性
パターンに対応する励振ウェイトの情報を読み出して励
振ウェイト付与手段に設定する励振ウェイト設定手段と
を備えたことを特徴とする。複数のアンテナ素子は、円
筒面上または多角形の角柱面上あるいは球面上に配置さ
れており、さらに好ましくは同一円周上に等間隔で配列
された同一特性のアンテナ素子により構成される。

【００２６】このように構成された可変指向性アンテナ
では、複数種類の励振ウェイトを事前に解析等により綿
密に決定して、その情報を記憶しておけば、実際に指向
性制御を行う際はその励振ウェイトの情報を読み出して
設定するだけでよい。従って指向性制御に必要な時間が
短く、要求に応じて迅速に指向性ビームの形状を変化さ
せることが可能となり、大容量・高速の通信に有効とな
る。

【００２７】複数のアンテナ素子を同一円周上に等間隔
で配列された同一特性の素子で構成した場合、励振ウェ
イト設定手段は記憶手段から読み出された励振ウェイト
の情報を複数のアンテナ素子に対応する複数の励振ウェ
イト付与手段に対して位相をずらせて設定可能に構成さ
れていることが好ましい。このようにすると、ある指向
性ビームを形成するために用いた励振ウェイトは、この
励振ウェイトの情報を複数のアンテナ素子の位置に対し
て位相をずらせて設定することにより、相対位置のみ異
なる他の指向性ビームの形成と共用できるため、励振ウ
ェイトの情報のための記憶容量が小さくて済み、記憶容
量の有効利用が図られ、さらに指向性ビームの方向を時
間的に順次ずらせるビーム走査が可能となる。

【００２８】また、励振ウェイト設定手段は記憶手段か
ら読み出された励振ウェイトの情報を隣接する複数のア
ンテナ素子に対応する複数の励振ウェイト付与手段に順
次伝達させつつ設定することを特徴とする。これにより
励振ウェイトの情報を伝達するための線路数が減少し、
給電系の構成が簡単となるためにアンテナの小型化・薄
型化および低コスト化が可能となると共に、ビーム走査
がより簡単な構成によって実現される。

【００２９】さらに、励振ウェイト設定手段は、点対称
の位置にある二つのアンテナ素子に対応する励振ウェイ
ト付与手段に記憶手段から読み出された同一の励振ウェ
イトの情報を設定することを特徴とする。このようにす
ると、双方向ビームのような線対称の指向性ビームパタ
ーンの形成が可能となり、ストリートセルのような道路
方向や地下街などの通路方向への指向性ビームの形成を
行う場合や、リピータや、再送信アンテナなどの用途に
有用であると共に、必要な励振ウェイトの情報が半減さ
れ、記憶容量がさらに削減される。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 （第１の実施形態）図１に、本発明の第１の実施形態に
係る無線通信システムの概略構成を示す。この無線通信
システムは、少なくとも一つの無線基地局１１と複数の
携帯移動端末のような無線端末１２との間で通信を行う
システムである。無線基地局１１は少なくとも送信用ア
ンテナとして可変指向性アンテナ１３を有し、通信サー
ビスエリア１４を形成する。無線端末１２は、通信サー
ビスエリア１４内に位置しているときに無線基地局１１
との通信が可能となる。この通信に際して、無線基地局
１１の可変指向性アンテナ１３はその無線端末１２の方
向を指向性ビームが向くように指向性が制御される。

【００３１】可変指向性アンテナ１３は、例えばアダプ
ティブアレイアンテナにより構成され、図２に示すよう
に複数の狭指向性ビーム、この例では２２．５°間隔で
配置された１６個の狭指向性ビームＢ１〜Ｂ１６を選択
的に形成することが可能であり、これらの狭指向性ビー
ムＢ１〜Ｂ１６により無線基地局１１の通信サービスエ
リア１４内の３６０°の全方向をカバーすることができ
る。なお、本実施形態では狭指向性ビームのビーム数を
１６としたが、このビーム数は特に限定されないことは
いうまでもない。また、可変指向性アンテナ１３は本実
施形態では通信サービスエリア１４内の全方向をくまな
くカバーするような無指向性パターンを形成することも
可能に構成されている。一方、無線端末１２のアンテナ
１５は通常、簡易な無指向性アンテナが使用される。

【００３２】次に、図３〜図７を参照して本実施形態に
おける可変指向性アンテナ１３の指向性制御方法につい
て説明する。図３（ａ）（ｂ）は、この指向性制御に係
る無線基地局１１側および無線端末１２側の制御手順を
それぞれ示すフローチャートである。図４（ａ）（ｂ）
は、指向性制御時の可変指向性アンテナ１３の指向性パ
ターンである。図５（ａ）（ｂ）は、指向性制御時の無
線基地局１１および無線端末１２の送信タイムテーブル
である。図６（ａ）および（ｂ）（ｃ）は、指向性制御
のためのパイロット信号の送信タイミングおよびパイロ
ット信号の受信特性である。また、図７は無線基地局１
１と無線端末１２間の信号のやり取りを示している。

【００３３】まず、無線基地局１１において可変指向性
アンテナ１３の指向性パターンを図４（ａ）に示すよう
に無指向性パターンＢ０とし、この状態で図５（ａ）の
無指向性パイロット信号送信区間２１に、無線端末１２
での受信特性の測定時間基準を与えるためのタイミング
信号としてのパイロット信号（これを無指向性パイロッ
ト信号という）を送信する（ステップＳ１０１）。この
無指向性パイロット信号は無線端末１２で受信され、こ
れに基づき無線端末１２では後述する狭指向性パイロッ
ト信号の受信特性の測定が開始される（ステップＳ２０
１）。

【００３４】次に、無線基地局１１においてステップＳ
１０２でｎ＝１とした後、可変指向性アンテナ１３の指
向性パターンを図４（ｂ）に示すように狭指向性ビーム
Ｂｎとし、この状態で図５（ａ）の狭指向性パイロット
信号送信期間２２に、パイロット信号（これを狭指向性
パイロット信号という）を送信する（ステップＳ１０
３）。そして、ステップＳ１０５でｎを１ずつインクリ
メントさせて狭指向性パターンＢｎをＢ１→Ｂ２→…と
順次切り替え、ステップＳ１０４でｎ＝１６となるまで
繰り返す。すなわち、無線基地局１１からは図６（ａ）
に示すように１６個の狭指向性パイロット信号Ｐ１〜Ｐ
１６が順次狭指向性パターンＢ１〜Ｂ１６により送信さ
れる。なお、狭指向性パイロット信号Ｐ１〜Ｐ１６とし
てはパルス信号、ＣＷ信号あるいは変調信号などが用い
られる。

【００３５】狭指向性パイロット信号Ｐ１〜Ｐ１６は、
狭指向性ビームＢ１〜Ｂ１６の方向にそれぞれ存在する
無線端末１２で受信され、その無線端末１２で狭指向性
パイロット信号の受信特性が測定される（ステップＳ２
０３）。狭指向性パイロット信号の受信特性とは、例え
ば受信信号強度、受信位相（受信複素サンプル値）およ
び信号対雑音比などの狭帯域パイロット信号の受信電力
に関わる特性である。図６（ｂ）（ｃ）は無線端末１２
における狭指向性パイロット信号Ｐ１〜Ｐ１６の受信特
性の例であり、（ｂ）は例えば狭指向性パイロット信号
Ｐ４の方向に位置している無線端末での受信特性、
（ｃ）は狭指向性パイロット信号Ｐ５の方向に位置して
いる無線端末での受信特性を示している。なお、図６
（ｂ）（ｃ）の横軸は時間、すなわち狭帯域パイロット
信号の送信方向、また縦軸は受信信号強度（受信信号振
幅）、受信位相あるいは信号対雑音比などであり、以後
これらによって与えられるパラメータを受信電力と総称
するものとする。

【００３６】ここで、無線基地局１１が狭指向性パイロ
ット信号Ｐ１〜Ｐ１６を順次送信する際、各々の無線端
末１２では自端末当ての狭指向性パイロット信号を受信
・観測するための時間窓を設定する必要がある。このた
めに無線基地局１１から前述した無指向性パイロット信
号の送信が行われる。すなわち、無指向性パイロット信
号は通信サービスエリア１４内の複数の無線端末１２に
おいてほぼ同時に受信されるため、無線端末１２では無
指向性パイロット信号をタイミング信号として送出し、
このタイミング信号を測定時間基準として図５（ａ）に
示す狭指向性パイロット信号送信区間２２内に送信され
てくる狭指向性タイミング信号を受信・観測するための
時間窓を設定する。これにより各無線端末１２における
狭指向性パイロット信号の受信特性測定開始時間を同期
させることができ、信頼性の高い測定が可能となる。

【００３７】なお、このように無指向性パイロット信号
を狭指向性パイロット信号送信区間２２の受信・観測用
時間窓を設定するためのタイミング信号とする代わり
に、本無線通信システムの主無線通信回線とは別の無線
基地局１１の通信サービスエリア１４内の全域で受信可
能な無線通信回線、例えばＰＨＳやＰＤＣ等の他の無線
通信システムの回線を利用して、狭指向性パイロット信
号送信区間２２に送信されてくる狭指向性パイロット信
号の受信・観測用時間窓を設定するためのタイミング信
号を送出するようにしてもよい。

【００３８】次に、上記のようにして無線端末１２で狭
帯域パイロット信号の受信特性が測定されると、その受
信特性データ、すなわち狭帯域パイロット信号の送信方
向と受信電力の関係を示すデータが図５（ｂ）の受信特
性データ送信区間２４に無線端末１２から無線基地局１
１に送信される（ステップＳ２０６）。図７の記号Ｑが
受信特性データの送信を示している。なお、図５（ｂ）
の受信特性データ送信区間２４は、図５（ａ）に示す無
線基地局１１からのデータ伝送区間Ｔと時間的に重複し
ているが、データ伝送区間Ｔと別の時間帯であってもよ
い。また、狭帯域パイロット信号の送信周期は固定でも
よいが、電波環境や無線端末１２の接続環境の変化に応
じて送信周期を変化させることも可能である。

【００３９】こうして無線端末１２から送信された受信
特性データが無線基地局１１で受信されると、無線基地
局１１ではその受信特性データから無線端末１２での狭
帯域パイロット信号の受信時間（受信方向）と受信電力
との関係を解析し、それに基づいて最大受信電力の方
向、すなわち狭帯域パイロット信号の受信電力が最大と
なる方向を特定する（ステップＳ１０８）。無線基地局
１１では、図７の記号Ｒに示すようにその無線端末１２
と通信を行う際、この特定した最大受信電力の方向に狭
ビーム幅の指向性パターンが形成されるように可変指向
性アンテナ１３の指向性を制御する（ステップＳ１０
８）。そして、この指向性制御の後、無線基地局１１と
無線端末１２間の通信を開始する（ステップＳ１０９，
Ｓ２０９）。

【００４０】本実施形態によると、上り回線（無線端末
１２→無線基地局１１）と下り回線（無線基地局１１→
無線端末１２）の周波数が異なる一般的なフルデュープ
レクス通信においても、無線他基地局１１において効率
的に無線端末１２の存在方向を限定して、不要な方向へ
の電波の放射を避けることができるため、他の通信に対
する妨害干渉を抑圧することができる。また、無線端末
１２に搭載するアンテナ１５は可変指向性アンテナであ
る必要はなく、簡易な無指向性アンテナでよいため、無
線端末１２の小型化・省電力化を図ることが可能とな
る。

【００４１】次に、図８を用いて上述した指向性制御を
実現するための無線基地局１１の具体的な構成例を説明
する。この無線基地局１１は送信用アンテナである可変
指向性アンテナ１３とは別に設けられた受信用アンテナ
１６を有し、この受信用アンテナ１６で受信された信号
は、基地局受信回路１７を介して受信データとして取り
出される。また、受信用アンテナ１６で受信された無線
端末１２からの受信特性データは、基地局受信回路１７
を介してアンテナ指向性制御部１８に入力される。一
方、送信データは基地局送信回路１９を介して可変指向
性アンテナ１３から無線端末１２に向けて送信される。
制御部２０は、基地局受信回路１７、アンテナ指向性制
御部１８および基地局送信回路１９の制御を行う。

【００４２】図８の動作を説明すると、制御部２０はパ
イロット信号の送信タイミングの決定、可変指向性アン
テナ１３の指向性の種類の選択、および基地局受信回路
１７を介して取り出された無線端末１２からの受信特性
データのアンテナ指向性制御部１８への転送を行う。基
地局送信回路１９は、制御部２０からの信号に基づき図
５（ａ）の無指向性パイロット信号送信区間２１におい
て無指向性パイロット信号（タイミング信号）を生成
し、狭指向性パイロット信号送信区間２２において狭指
向性パイロット信号を生成する。アンテナ指向性制御部
１８は、制御部２０からの信号に基づいて可変指向性ア
ンテナ１３の指向性パターンを無指向性パイロット信号
送信区間２１には無指向性パターンに、狭指向性パイロ
ット信号送信区間２２には狭指向性ビームのパターンに
切り替える。

【００４３】なお、可変指向性アンテナ１３がアダプテ
ィブアレイアンテナの場合、アンテナ指向性制御部１８
はアレイを構成する複数のアンテナ素子に付与される励
振ウェイトを設定するものであり、無指向性パターンお
よび狭指向性パターンに対応する励振ウェイトをメモリ
にテーブルとして格納し、これを適宜読み出して励振ウ
ェイトの付与手段に設定するものとする。励振ウェイト
の付与はベースバンド処理によっても実現が可能であ
り、それにより高精度の高周波部品の点数を削減するこ
とができる。可変指向性アンテナ１３に適したアダプテ
ィブアレイアンテナの具体例については後述する。

【００４４】また、ここでは受信用アンテナ１６を別に
設けたが、可変指向性アンテナ１３を送受共用アンテナ
として使用することも可能であり、それによって部品点
数の削減、無線基地局１１の小型化を実現することもで
きる。

【００４５】一方、無線基地局１１で無線端末１２から
図５（ｂ）の受信特性データ送信区間２４に送信された
受信特性データがアンテナ１６に到来して受信された場
合、その受信特性データは基地局受信回路１７を介して
取り出され、制御部２０からの信号によりスイッチング
されてアンテナ指向性制御部１８に導かれる。アンテナ
指向性制御部１８では、この受信特性データに基づき前
述のようにして各無線端末１２との通信に適した狭指向
性ビームのパターンを求め、可変指向性アンテナ１３の
指向性を制御する。そして、図５（ａ）のデータ伝送区
間２３あるいは指向性制御の終了後の区間に、所望の無
線端末１２に対してデータを伝送し、通信を行う。

【００４６】（第２の実施形態）次に、図９〜図１１を
参照して第２の実施形態を説明する。本実施形態は、ア
ンテナの指向性ビームを狭ビーム化すると、一般的に指
向性パターンにおいてメインローブとは異なる方向へサ
イドローブが形成され、不要な方向への電波の放射を余
儀なくされることによる通信への影響を軽減するように
したものである。なお、本実施形態における無線通信シ
ステムの構成と、無線基地局１１からのパイロット信号
の送信手順および無線端末１２での受信手順は第１の実
施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。

【００４７】今、図９（ａ）に示すように無線基地局１
１から次々と異なる方向に指向性を有する狭指向性ビー
ムにより狭指向性パイロット信号が送信され、これが無
線端末１２で次々に受信されて受信特性が測定される際
に、通信サービスエリア１４内やその近傍に存在する電
波反射体による反射などの原因で、図９（ｂ）に示すよ
うに受信特性に複数の大きな受信電力が現れたとする。
図９（ｂ）の例では、ｔ１，ｔ２，ｔ１５，ｔ１６のタ
イミングに示されるように、図２の１６個の狭指向性ビ
ームＢ１〜Ｂ１６のうちＢ１，Ｂ２，Ｂ１５，Ｂ１６に
より送信されるパイロット信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１５，Ｐ
１５の受信特性に、所定値以上の大きな受信電力が現れ
ている。このような場合、第１の実施形態で説明したプ
ロシジャでは、最も受信電力が強い方向に無線基地局１
１の狭指向性ビームを向けるようにしていた。

【００４８】ところで、このように受信特性に複数の所
定値以上大きな受信電力が現れた場合は、これらに対応
する狭指向性ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ１５，Ｂ１６のどれ
でも十分な品質で無線端末１２との通信が可能である。
この場合、無線基地局１１からは等価的に、狭指向性ビ
ームＢ１，Ｂ２，Ｂ１５，Ｂ１６の集合によってカバー
される電波放射方向３０に示す広いエリアに無線端末１
２が存在するように見える。従って、無線基地局１１が
狭指向性ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ１５，Ｂ１６の中から一
つを選択して所望の無線端末１２へ送信を行い、残りの
狭指向性ビームのいずれかによって同一周波数で別の無
線端末へ送信するようなことがあると、その別の無線端
末への送信電波が無線端末１２と無線基地局１１との通
信を妨害してしまう。

【００４９】そこで、本実施形態では無線基地局１１と
所望の無線端末１２との通信に際して、他の無線端末へ
の通信に妨害となる方向へ電波を放射しないように、無
線基地局１１と無線端末１２との通信に使用する無線基
地局１１の指向性パターンにおいて、他の無線端末への
通信に妨害となる方向へ積極的にヌル（零点）を形成す
る。すなわち、図１１（ａ）に示す無線基地局１１の指
向性パターンを図１１（ｂ）のように変形させ、所望の
無線端末１２が存在する唯一の所望方向のみにメインロ
ーブを有し、他の妨害となる不要な方向にヌルを形成し
た指向性パターンを形成するのである。この結果、不要
な方向への電波の放射を積極的に低減できるため、他の
無線端末への同一チャネル干渉の低減ならびに自無線端
末へのマルチパス干渉の低減が実現できる。

【００５０】なお、指向性パターンにおいて不要な方向
全てにヌルを形成したいが、原理上全ての不要な方向に
ヌルを形成できないような場合は、不要な複数の方向の
一部に最もヌルを形成しやすく、かつ放射すべき所望方
向にメインローブを形成しやすい指向性パターンを形成
する。ただし、この場合にはメインローブの形成方向が
無線端末１２におけるパイロット信号の受信特性におい
て受信電力が最大になる方向とは限らない。

【００５１】（第３の実施形態）次に、図１２および図
１３を参照して第３の実施形態を説明する。本実施形態
における無線通信システムの構成は第１の実施形態と同
様である。本実施形態では、第１の実施形態と同様に無
線基地局１１から時分割で異なる方向に送信されたパイ
ロット信号Ｐ１〜Ｐ１６が無線端末１２で受信され、無
線端末１２でそれらのパイロット信号の受信特性が測定
され、無線基地局１１に受信特性データが送信される。
そして、無線基地局１１では受信特性データを基に、予
め用意してある複数のアンテナ指向性パターンの中から
最適と思われる指向性パターンを探し出し、その指向性
パターンで無線端末１２との通信を開始する。

【００５２】図１２（ａ）（ｂ）は、本実施形態におけ
る無線基地局１１の可変指向性アンテナ１３の指向性制
御に係る無線基地局１１側および無線端末１２側の制御
手順をそれぞれ示すフローチャートであり、ステップＳ
１０１〜Ｓ１０６およびステップＳ２０１〜Ｓ２０６の
処理は図３（ａ）（ｂ）と同様である。本実施形態で
は、ステップＳ１０６において無線基地局１１で無線端
末１２からの受信特性データが受信された後、受信特性
データのパターン解析が行われる（ステップＳ１１
１）。無線基地局１１では、そのパターン解析結果に基
づいて、予め所有しているアンテナ指向性パターンが決
定され、その結果を基に予め所有している複数の異なる
アンテナ指向性パターンを格納しているメモリ（指向性
パターン格納メモリ）をアクセスし（ステップＳ１１
２）、所望のアンテナ指向性パターンを読み出してその
指向性パターンが形成されるように可変指向性アンテナ
１３の指向性を制御する（ステップＳ１１３）。この指
向性制御の後、無線基地局１１と無線端末１２間の通信
を開始する（ステップＳ１０９，Ｓ２０９）。

【００５３】図１３（ａ）はステップＳ１０３で無線基
地局１１から無線端末１２へ送信されるパイロット信号
Ｐ１〜Ｐ１６であり、このパイロット信号の受信特性が
図３（ｂ）であるとすると、ステップＳ１１３では図１
３（ｃ）に示すような指向性パターンが読み出されるこ
とになる。

【００５４】このように本実施形態によれば、不要な方
向への電波の放射を積極的に低減することができ、他局
への同一チャネル干渉の低減ならびに自局へのマルチパ
ス干渉の低減が可能となる。

【００５５】（第４の実施形態）次に、図１４および図
１５を参照して第４の実施形態を説明する。図１４は本
実施形態におけるパイロット信号の説明図であり、図１
５はパイロット信号の受信タイミングおよび受信特性を
示す図である。

【００５６】本実施形態では、無線基地局１１から送信
される複数個（先の例では１６個）の狭帯域パイロット
信号の周波数を図１４のｆ₁ 〜ｆ₁₆のように異ならせ、
これらのパイロット信号を無線基地局１１の通信サービ
スエリア内全方向に図１４（ａ）のように一定時間内に
同時に、または図１４（ｂ）のように順次時間をずらせ
て送信するようにした点が第１の実施形態と異なる。パ
イロット信号としては、パルス信号、ＣＷ信号あるいは
変調信号などが用いられる。

【００５７】無線端末１２では、無線基地局１１から可
変指向性アンテナ１３が形成する複数の狭指向性ビーム
Ｂ１〜Ｂ１６により周波数的に分離されて送信された周
波数ｆ₁ 〜ｆ₁₆のパイロット信号を無指向性アンテナ１
５で受信する。具体的には、無線端末１２は図１５に示
すように、ＳＷ₁ のタイミングで受信周波数をｆ₁ に切
り換えて狭指向性ビームＢ１により送信されてきた周波
数ｆ₁ のパイロット信号を受信し、一定時間後にＳＷ₂
のタイミングで受信周波数をｆ₂ に切り替えて狭指向性
ビームＢ２により送信されてきた周波数ｆ₂ のパイロッ
ト信号を受信するという動作を順次行い、全ての狭指向
性ビームＢ１〜Ｂ１６によりそれぞれ送信されてくる周
波数ｆ₁ 〜ｆ₁₆のパイロット信号を受信する。

【００５８】そして、無線端末１２では無線基地局１１
からのパイロット信号の図１５に示す受信特性を測定
し、受信特性データを無線基地局１１に送信する。その
際、無線基地局１１で上り回線（無線端末１２→無線基
地局１１）の受信特性データを受信するアンテナは、可
変指向性アンテナ１３でなく無指向性アンテナ１６が用
いられる。また、受信周波数はパイロット信号の周波数
ｆ₁ 〜ｆ₁₆のいずれかと同一周波数でも全く異なる周波
数でも良い。無線基地局１１では、先の実施形態と同様
に無線端末１２からのパイロット信号の受信特性データ
に基づいて、無線端末１２の存在方向に改めて通信用の
狭指向性ビームを形成する。

【００５９】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様の効果が得られることは明らかである。 （第５の実施形態）次に、図１６〜図１８を参照して第
５の実施形態を説明する。図１６は本実施形態における
パイロット信号の説明図であり、図１７はパイロット信
号の受信タイミングおよび受信特性を示す図である。ま
た、図１８は無線端末１２内の指向性制御に係る部分の
構成を示す図である。

【００６０】本実施形態では、無線基地局１１から送信
される複数個（先の例では１６個）の狭帯域パイロット
信号の符号語を図１６のＣ₁ 〜Ｃ₁₆のように異ならせ、
これらのパイロット信号を無線基地局１１の通信サービ
スエリア内全方向に図１６（ａ）のように一定時間内に
同時に、または図１６（ｂ）のように順次時間をずらせ
て送信するようにした点が第１の実施形態と異なる。こ
こで、パイロット信号は符号の性質を利用して互いに分
離できる符号系列（符号語）であればよく、時間分割ま
たは周波数分割で分離されていてもいなくともよい。

【００６１】無線端末１２では、無線基地局１１から可
変指向性アンテナ１３が形成する複数の狭指向性ビーム
Ｂ１〜Ｂ１６により送信された符号語Ｃ₁ 〜Ｃ₁₆のパイ
ロット信号を無指向性アンテナ１５で受信する。具体的
には、無線端末１２は図１８に示すように、各符号語Ｃ
₁ 〜Ｃ₁₆の検出のためのマッチドフィルタ４１−１〜４
１−１６とその出力を切り替えるスイッチ４２を備えて
おり、図１７に示すようにＳＷ₁ のタイミングでマッチ
ドフィルタを４１−１に切り換えて、狭指向性ビームＢ
１により送信されてきた符号語Ｃ₁ のパイロット信号を
受信し、一定時間後にＳＷ₂ のタイミングでマッチドフ
ィルタを４１−２に切り替えて、狭指向性ビームＢ２に
より送信されてきた符号語Ｃ₂ のパイロット信号を受信
するという動作を順次行い、全ての狭指向性ビームＢ１
〜Ｂ１６によりそれぞれ送信されてくる符号語Ｃ₁ 〜Ｃ
₁₆のパイロット信号を受信する。

【００６２】そして、無線端末１２では無線基地局１１
からのパイロット信号の図１７に示す受信特性を測定
し、受信特性データを無線基地局１１に送信する。その
際、無線基地局１１で上り回線（無線端末１２→無線基
地局１１）の受信特性データを受信するアンテナは、可
変指向性アンテナ１３でなく無指向性アンテナ１６が用
いられる。無線基地局１１では、先の実施形態と同様に
無線端末１２からのパイロット信号の受信特性データに
基づいて、無線端末１２の存在方向に改めて通信用の狭
指向性ビームを形成する。

【００６３】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様の効果が得られることは明らかである。 （第６の実施形態）次に、図１９〜図２１を参照して第
６の実施形態における可変指向性アンテナ１３の指向性
制御方法について説明する。図１９（ａ）（ｂ）は、こ
の指向性制御に係る無線基地局１１側および無線端末１
２側の制御手順をそれぞれ示すフローチャートである。
図２０（ａ）（ｂ）は、指向性制御時の可変指向性アン
テナ１３の指向性パターンである。図２１（ａ）（ｂ）
は、指向性制御時の無線基地局１１および無線端末１２
の送信タイムテーブルである。

【００６４】本実施形態では、図２０（ａ）に示される
ように無線基地局１１の通信サービスエリアは複数個、
この例では８個のサブエリア５１〜５８に分割される。
基地局１１は、これらのサブエリア５１〜５８に対し、
図２１（ａ）に示すパイロット信号送信区間６１，６
２，…にパイロット信号を送出する。無線端末１２では
全てのサブエリア５１〜５８にパイロット信号が送信さ
れるまでパイロット信号の受信・観測を行い、受信・観
測の終了直後に受信特性データを無線基地局１１に送信
する。このようにすることにより、無線端末１２は第１
の実施形態のように自端末当てのパイロット信号を観測
するための時間窓を設定する無指向性パイロット信号を
送信する必要がなくなる。

【００６５】なお、受信特性データは第１の実施形態と
同様に、図２１（ｂ）に示す受信特性データ送信区間６
５，６６，…に無線基地局１１に送信されるが、上り回
線のトラフィックが多いときには受信特性データの時
間、つまり離散的なサンプリングデータ系列の順番を次
の時間にシフトさせ、次の送信区間に無線基地局１１に
送信される。この操作により、回線のトラフィックに応
じた柔軟な無線通信システムを実現できるという効果が
得られる。

【００６６】本実施形態における図１９（ａ）（ｂ）の
制御手順は、第１の実施形態における図３（ａ）（ｂ）
に示した制御手順における無指向性パイロット信号の送
信処理（ステップＳ１０１）が除去されている点を除い
て、図３（ａ）（ｂ）と同様であるため、詳細な説明は
省略する。

【００６７】（第７の実施形態）次に、本発明に係る無
線通信システムにおける無線基地局１１の可変指向性ア
ンテナとして適した可変指向性アンテナの実施形態を説
明する。

【００６８】図２２は、第７の実施形態に係る可変指向
性アンテナの外観図である。円柱状の筐体１００の周面
上に複数個、この例では８個のアンテナ素子１０１〜１
０８が等間隔で配置されている。アンテナ素子の方式は
特に限定されないが、例えば誘電体基板上にストリップ
導体を形成して構成されるマイクロストリップアンテナ
が好適である。この可変指向性アンテナの給電系は、筐
体１００の内部に設けられている。

【００６９】図２３に、本実施形態に係る可変指向性ア
ンテナの給電系の構成例を示す。図２３は簡単のために
送信系について示しているが、受信系も同様な構成とな
る。送信器１４９から出力される信号は、分配器１６０
によって８分配され、重み付け器１６１〜１６８により
それぞれ重み付け、すなわち励振ウェイトの付与が行わ
れる。ここで、重み付けとは送信信号の相対的な励振振
幅および励振位相を設定することであり、励振振幅の変
化は可変増幅器や可変減衰器を用い、励振位相の変化は
可変移相器を用いることにより実現できる。これら励振
振幅と励振位相を統合して励振ウェイトと呼ぶ。重み付
け器１６１〜１６８は、制御装置１４０からの制御信号
により制御されることによって励振ウェイトが設定され
る。制御装置１４０は送信器１４９の制御も行う。

【００７０】制御装置１４０は、複数種類の励振ウェイ
トの情報を予め記憶した記憶装置１５０と接続され、こ
の記憶装置１５０から所望の励振ウェイトの情報を随時
読み出して重み付け器１６１〜１６８に供給する。重み
付け器１６１〜１６８で重み付けられた送信信号は、周
波数変換器１５１〜１５８により送信電波の周波数帯に
それぞれ変換され、さらに増幅器１４１〜１４８により
それぞれ増幅された後、アンテナ素子１０１〜１０８か
ら放射される。

【００７１】記憶装置１５０には、所望の指向性ビーム
形状を実現するために各アンテナ素子１０１〜１０８に
対して設定する励振ウェイトの情報が上述のように複数
種類予め記憶されている。これにより、例えば図２４に
示すような水平面（Ｘ一Ｙ平面）内において指向性利得
およびビーム幅の異なる複数のビーム１、ビーム２およ
びビーム３などの合成パターンの形成を、各々のパター
ンに対応した励振ウェイトの情報を記憶装置１５０から
制御装置１４０で読み出して重み付け器１６１〜１６８
に設定することにより実現できる。

【００７２】本実施形態によれば、次の利点が得られ
る。 （１）複数種類の励振ウェイトは事前に解析等により綿
密に決定され、その情報が記憶装置１５０に記憶されて
おり、実際に利用する際にはその情報を読み出して重み
付け器１６１〜１６８に設定するだけでよい。従って、
指向性ビームの形成・制御に必要な時間が短く、要求に
応じて迅速に指向性ビームの形状を変化させることが可
能となる。今後の大容量・高速の通信に対して有効であ
る。

【００７３】（２）形成する指向性ビームの形状は、事
前にそのための励振ウェイトを用意しておくだけで自由
に設定できる。例えば、ビーム幅の違う複数のセクタビ
ームを形成したり、特定の領域（例えば干渉となる無線
基地局などの方向）に対して低サイドローブ化やヌル形
成を行う指向性パターンを形成したり、特定の方向に高
利得ビームを形成したりすることができる。以上から、
通信サービス内容、伝送速度や通信環境に応じてビーム
形状を柔軟に対応させることができ、高度な通信に用い
るアンテナとして効果が大きい。

【００７４】（３）アンテナ素子１０１〜１０８は同一
円周上に等間隔で配列され、しかもその特性、具体的に
はアンテナ方式および形状が同一であり、相互の位置関
係は対称的になっている。そのため、ある指向性ビーム
を形成するために用いた励振ウェイトは、相対位置のみ
異なる他の指向性ビームの形成と共用できることにな
る。例えば、図２５において指向性ビームａの形成のた
めにアンテナ素子１０１，１０２，…１０８に付与する
励振ウェイトを｛ｗ₁ ，ｗ₂ ，…ｗ₈ ｝としたとき、こ
の励振ウェイトの組を一つ位相をずつずらしてアンテナ
素子１０１，１０２，…１０８に｛ｗ₈ ，ｗ₁ ，ｗ₂ ，
…ｗ₇ ｝のように設定すると、指向性ビームａと同一形
状で放射方向が矢印φの方向に４５°ずれた指向性ビー
ムｂを形成することができる。

【００７５】このように励振ウェイトの一つの組を複数
のアンテナ素子１０１〜１０８に対して位相をずらせて
設定可能な構成にすることにより、−つの励振ウェイト
の組を８個の異なる指向性ビームに共通に利用できるの
で、記憶装置１５０の記憶容量が小さくて済み、記憶装
置１５０の限られた記憶容量を有効に活用できる利点が
ある。

【００７６】次に、制御装置１４０による制御の具体例
を説明する。今、記憶装置１５０に記憶されている励振
ウェイトの一つの組が｛ｗａ，ｗｂ，ｗｃ，ｗｄ，ｗ
ｅ，ｗｆ，ｗｇ，ｗｈ｝であるとする。この励振ウェイ
トの組をアンテナ素子１０１，１０２，１０３，１０
４，１０５，１０６，１０７，１０８にそれぞれ設定す
ることにより、ある形状の指向性ビーム（最大放射方向
をφａ方向とする）が形成される。前述したように、励
振ウェイトの組の順番を変えずに、異なるアンテナ素子
へ順次設定していくことにより、放射方向が図２５の矢
印φの方向に４５°単位で異なる８種類の指向性ビーム
を形成できる。

【００７７】制御装置１４０による他の制御方法とし
て、図２６に示すように上記指向性ビームを時間軸上で
順次変化させてもよい。すなわち、ある時刻ｔ１におい
てはアンテナ素子１０１〜１０８に励振ウェイトの組
｛ｗａ，ｗｂ，ｗｃ，ｗｄ，ｗｅ，ｗｆ，ｗｇ，ｗｈ｝
を設定することにより、φａの方向が最大放射方向とな
る指向性ビームを形成し、時刻ｔ２においては励振ウェ
イトの組を｛ｗｈ，ｗａ，ｗｂ，ｗｃ，ｗｄ，ｗｅ，ｗ
ｆ，ｗｇ｝のように一つずつずらして順次設定すること
により、矢印φの方向に４５°シフトした指向性ビーム
を形成する。このような操作を順次時刻ｔ３〜ｔ８につ
いて行うことにより、指向性ビームの形状を一定に維持
したまま、水平面（Ｘ−Ｙ面）内で４５°単位で偏向さ
せていわゆるビーム操作を実現することができる。この
場合、アンテナ素子数を増やすことにより、このビーム
走査の単位角を４５°より小さくすることも可能であ
る。

【００７８】ここで、例えば図２７に示すように、各々
のビーム形状に対応する励振ウェイトの組は唯一つであ
り、記憶装置５０に記憶している励振ウェイトの組はビ
ーム形状の種類と同じ数だけである。

【００７９】以上の制御方法により、前述した効果に加
えて、水平面内の指向性ビームの偏向を簡単な制御で行
うことができ、また記憶容量も小さくて済むので、低コ
ストで小型のビーム走査アンテナが実現できる。これは
レーダとしての応用に有効であり、また先の実施形態で
説明した移動通信用の無線通信システムにおける伝搬環
境のモニタなどの用途のための電波を放射させる場合な
どに有効である。

【００８０】（第８の実施形態）図２８は、上記の制御
を簡易に行う給電系の構成例を示す図であり、第７の実
施形態である図２３の構成との相違は、制御装置１４０
から励振ウェイトの情報をバッファ１７１〜１７８に順
次転送した後、重み付け器１６１〜１６８に設定する点
にある。

【００８１】具体的には、例えば｛ｗａ，ｗｂ，ｗｃ，
ｗｄ，ｗｅ，ｗｆ，ｗｇ，ｗｈ｝なる励振ウェイトの組
を順次アンテナ素子列１０１〜１０８に与えてビーム走
査を行う場合には、制御装置１４０から先ず励振ウェイ
トｗｈの情報をバッファ１７１に入力する。バッファ１
７１では、励振ウェイトｗｈの情報を単位時間Δｔの
後、移相器１６１およびバッファ１７２へ伝達する。こ
のとき、バッファ１７１には制御装置１４０から次の励
振ウェイトｗｇの情報が入力される。励振ウェイトの情
報について同様な入出力を繰り返すことにより、時間７
Δｔの後、バッファ１７１〜１７８には励振ウェイトｗ
ａ，ｗｂ，ｗｃ，ｗｄ，ｗｅ，ｗｆ，ｗｇ，ｗｈの情報
がそれぞれ入力され、さらに時間Δｔ後に、これらの励
振ウェイトによりアンテナ素子１０１〜１０８が励振さ
れる。

【００８２】このようにして励振ウェイトｗａ，ｗｂ，
ｗｃ，ｗｄ，ｗｅ，ｗｆ，ｗｇ，ｗｈによりアンテナ素
子１０１〜１０８が励振された後、さらに時間Δｔ後に
バッファ１７８内の励振ウェイトの情報をバッファ１７
１へ入力するように動作させることにより、励振ウェイ
トは順次隣のアンテナ素子へ伝達されることになる。こ
の結果、Δｔの時間間隔で指向性ビームの方向が変化
し、水平面内でのビーム走査を行うことができる。

【００８３】本実施形態の構成によれば、水平面内での
ビーム走査を簡易な構成で実現できる。特に、バッファ
１７１〜１７８を設けることにより、励振ウェイトの情
報を伝達するための線路数を減らすことができ、給電系
が複雑な制御線の無い簡単なものとなる。これはアンテ
ナ全体を小型化・薄型化する上で都合が良く、低コスト
化にも有効である。

【００８４】以上は送信用の可変指向性アンテナの場合
について説明したが、全く同様な構成で受信用の可変指
向性アンテナを実現することができる。受信用の場合に
は、図２３の構成において通信信号の方向が逆になり、
送信器１４９が受信器、分配器１６０が合成器となる。

【００８５】（第９の実施形態）本発明の可変指向性ア
ンテナは送受共用アンテナとしても構成することが可能
であり、例えば図２９のような構成が考えられる。アン
テナ素子１０１〜１０８にはそれぞれ分波器（もしくは
スイッチ）１８０が接続され、これにより送信信号と受
信信号が分離される。

【００８６】受信時には、アンテナ素子１０１〜１０８
で受信された信号は増幅器（低雑音増幅器）１８４、フ
ィルタ１８５および周波数変換器１８６に順次入力さ
れ、さらに重み付け器１８８により励振ウェイトが設定
された後、合成器１９０により合成され、受信器１９２
へ合成信号が伝達される。送信時には、送信器１９１か
ら送信信号が分配器１８９により分配され、各アンテナ
素子１０１〜１０８毎に励振ウェイトが重み付け器１８
７によって設定された後、周波数変換器１８３、フィル
タ１８２および増幅器（高出力増幅器）１８１を順次介
してアンテナ素子１０１〜１０８から放射される。

【００８７】ここで、フィルタ１８２，１８５は干渉波
を除去するためのものである。重み付け器１８７，１８
８は制御装置１４０により制御され、励振ウェイトの情
報は記憶装置１５０に記憶されている。制御装置１４０
は、送信器１９１および受信器１９２とも接続されてい
る。以上のような構成により、前述のような可変指向性
ビームの形成やビーム走査を送受で実現することができ
る。

【００８８】（第１０の実施形態）本発明の可変指向性
アンテナでは、点対称位置にあるアンテナ素子に対応す
る励振ウェイトを共通にすることもできる。例えば、図
２２中の点対称位置にあるアンテナ素子の対、すなわち
アンテナ素子１０１と１０５、アンテナ素子１０２と１
０６、アンテナ素子１０３と１０７、アンテナ１０４と
１０８に各々同一の励振ウェイトを設定する。この場
合、図３０に示すような双方向ビームに代表される線対
称（図３０の例の場合、Ｙ軸対称となる）の指向性ビー
ムパターンを形成できる。

【００８９】このような構成は、いわゆるストリートセ
ルのような道路方向や地下街などの通路方向への指向性
ビームの形成を行う場合に有効であり、また再送信アン
テナなどのように一方向から受信した電波を逆方向へ送
信するような用途としても利用価値が高い。

【００９０】また、図３１に記憶装置１５０に記憶して
いる励振ウェイト情報の例を示すように、本実施形態に
よると励振ウェイト数が半減することにより、記憶容量
がさらに削減されるという利点もある。

【００９１】（第１１の実施形態）本発明の可変指向性
アンテナのアンテナ素子の形状・配列や素子数は、ここ
まで示した実施形態の限りではない。例えば、図３２に
示すようにモノポールアンテナやダイポールアンテナな
どの線状アンテナ１３１〜１３８を同一円周上に等間隔
で配列することにより、これまでの実施形態と同等の効
果が期待できる。特に、図３２の構成は携帯電話などの
ように直線偏波（垂直偏波）でアンテナを動作させる場
合に有効である。

【００９２】（第１２の実施形態）また、図３３に示す
ように円盤状の基板１９３上でアンテナ素子１９４を同
一円周上に配列しても、これまでの実施形態と同等の効
果が期待できる。図３３の構成によると、アンテナを平
面状に薄型に構成できるので、屋内通信用としてアンテ
ナを壁や天井等に設置する場合に美観等の点で都合がよ
い。また、同様な理由により自動車などの移動体に搭載
するアンテナとしても効果がある。

【００９３】その他の実施形態として、アンテナ素子を
円筒上に配列する代わりに、多角形の角柱の表面に配列
してもよい。この場合、アンテナ素子は多角形の辺上に
配置されることになるが、効果は同様である。また、こ
の場合にはアンテナ素子の周辺は平面で構成されるの
で、誘電体基板上にストリップ導体を形成して構成され
るマイクロストリップアンテナのような製造の容易な平
面アンテナを用いて可変指向性アンテナを構成すること
ができ、低コスト化に有利である。

【００９４】さらに、アンテナ素子を球面などの曲面上
に構成し、同一平面内にあるアンテナ素子を同一円周上
に等間隔で配列した場合にも、同様な効果が期待でき
る。この場合には、水平面以外に垂直面内におけるビー
ム形成が可能になるため、より柔軟なビーム形成が可能
になり、適用できる通信システムの運用範囲やサービス
エリアの拡大に有効である。

【００９５】（第１３の実施形態）これまでの可変指向
性アンテナの実施形態では、重み付けをアナログ的に行
う場合について説明したが、例えば各アンテナ素子毎の
送受の信号をベースバンドにおいてディジタル信号処理
を行うことで重み付けを行ってよい。

【００９６】図３４は、このような実施形態に係る可変
指向性アンテナの給電系の構成を示す図であり、アンテ
ナ素子１０１〜１０８の送受信号は分波器１８０により
分岐され、受信信号は低雑音増幅器（もしくは低雑音増
幅器を含むマトリクス回路）１９５および周波数変換器
１９８を順次介して、信号処理装置１９９に入力され
る。送信信号は信号処理回路１９９から出力され、周波
数変換器１９７および高出力増幅器（もしくは高出力増
幅器を含むマトリクス回路）１９６を順次介してアンテ
ナ素子１０１〜１０８に伝達される。信号処理装置１９
９では、送受信号をベースバンドで処理し、記憶装置１
５０からの励振ウェイトの情報を読み出してアンテナ素
子１０１〜１０８に対応する値を設定する処理を行う。
以上のような構成により、ディジタル的に励振ウェイト
の設定を行うことができ、給電系の簡単化・小型化に有
効である。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば無
線基地局から該無線基地局の通信サービスエリア内全方
向にパイロット信号を送信し、無線端末ではパイロット
信号の受信特性を測定して受信特性データを無線基地局
に送信し、無線基地局では受信特性データに基づいてア
ンテナ指向性を制御することにより、基地局のアンテナ
指向性を簡単な制御により所望の無線端末の方向を確実
に向くように制御することが可能である。すなわち、本
発明において無線基地局から送信されるパイロット信号
を無線端末が受信して得られる受信特性データは、無線
基地局の可変指向性アンテナがその無線端末の方向に形
成すべき指向性パターンに対応しているため、この受信
特性データを用いることにより、確実にその無線端末を
向くように可変指向性アンテナの指向性を制御すること
ができる。

【００９８】従って、セクタアンテナによるセル化を行
った場合に比較して空間利用の効果が十分に得られ、か
つ無線基地局と所望の無線端末との間の通信と、同一通
信サービスエリア内の他の無線端末間の通信や近接した
無線基地局と無線端末との間で行われる通信との相互干
渉が軽減され、通信品質が向上し、またフルデュープレ
クス通信に際しても、確実に無線基地局から見た無線端
末の存在方向を明確に知ることができ、通信しようとす
る無線端末に確実に向くように指向性を制御することが
可能である。

【００９９】さらに、アダプティブアレイアンテナを用
いた場合においても、無線端末から無線基地局に返信さ
れる受信特性データがその無線端末の方向に形成すべき
指向性ビームに対応していることにより、その指向性ビ
ームが得られるように簡単な制御で指向性を制御するこ
とができる。

【０１００】本発明の可変指向性アンテナによれば、事
前にアンテナの動作状況に応じた複数の励振ウェイトを
用意してその情報を記憶しておき、それを読み出して設
定するだけの簡単な手順により所望の指向性ビームパタ
ーンを形成でき、指向性をを要求に応じて迅速に変化さ
せることができる。従って、今後の大容量・高速の通信
に対する利用価値が高い。

【０１０１】また、同一特性の複数のアンテナ素子を同
一円周上に配列した上で、同一の励振ウェイトの組を方
向の違う同一形状のビームパターンの形成に対して共通
に利用することによって、励振ウェイトの情報を記憶す
る記憶装置の容量を小さくでき、記憶装置の小型化と有
効利用を図ることが可能となるとともに、指向性ビーム
の方向を時間的に順次ずらせてビーム走査を行うことも
可能となる。

【０１０２】励振ウェイトの情報を隣接する複数のアン
テナ素子に対応する複数の励振ウェイト付与手段に順次
伝達させつつ設定することにより、励振ウェイトの情報
を伝達するための線路数が減少し、給電系の構成が簡単
となるためにアンテナの小型化・薄型化および低コスト
化が可能となると共に、ビーム走査をより簡単な構成に
よって実現することができる。

【０１０３】さらに、点対称の位置にある二つのアンテ
ナ素子に対して同一の励振ウェイトを設定することによ
り、双方向ビームのような線対称の指向性ビームパター
ンの形成が可能となり、ストリートセルのような道路方
向や地下街などの通路方向への指向性ビームの形成を行
う場合や、再送信アンテナなどの用途に有用となると共
に、必要な励振ウェイトの情報が半減され、記憶容量を
さらに削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態に係る無線通信システムの概
略構成を示す図

【図２】 第１の実施形態における無線基地局の通信サ
ービスエリアと狭指向性ビームの形状を示す図

【図３】 第１の実施形態における無線基地局のアンテ
ナ指向性制御に係る無線基地局側および無線端末側の制
御手順を示すフローチャート

【図４】 第１の実施形態におけるアンテナ指向性制御
時のアンテナ指向性パターンを示す図

【図５】 第１の実施形態におけるアンテナ指向性制御
時の無線基地局および無線端末の送信タイムテーブルを
示す図

【図６】 第１の実施形態におけるアンテナ指向性制御
のためのパイロット信号の送信タイミングおよびパイロ
ット信号の受信特性を示す図

【図７】 第１の実施形態における無線基地局と無線端
末間の信号のやり取りを示す図

【図８】 第１の実施形態における無線基地局の構成例
を示すブロック図

【図９】 第２の実施形態におけアンテナ指向性制御の
ためのパイロット信号の送信タイミングおよびパイロッ
ト信号の受信特性を示す図

【図１０】 第２の実施形態における無線基地局からの
等価的な電波放射方向を説明するための図

【図１１】 第２の実施形態における無線基地局のアン
テナ指向性パターンを示す図

【図１２】 第３の実施形態における無線基地局のアン
テナ指向性制御に係る無線基地局側および無線端末側の
制御手順を示すフローチャート

【図１３】 第３の実施形態におけるアンテナ指向性制
御のためのパイロット信号の送信タイミングとパイロッ
ト信号の受信特性およびアンテナ指向性パターンを示す
図

【図１４】 第４の実施形態におけるアンテナ指向性制
御のためのパイロット信号の説明図

【図１５】 第４の実施形態におけるパイロット信号の
受信タイミングおよび受信特性を示す図

【図１６】 第５の実施形態におけるアンテナ指向性制
御のためのパイロット信号の説明図

【図１７】 第５の実施形態におけるパイロット信号の
受信タイミングおよび受信特性を示す図

【図１８】 第５の実施形態における無線端末内のアン
テナ指向性制御に係る部分の構成を示すブロック図

【図１９】 第６の実施形態における無線基地局のアン
テナ指向性制御に係る無線基地局側および無線端末側の
制御手順を示すフローチャート

【図２０】 第６の実施形態におけるアンテナ指向性制
御時のアンテナ指向性パターンを示す図

【図２１】 第６の実施形態におけるアンテナ指向性制
御時の無線基地局および無線端末の送信タイムテーブル
を示す図

【図２２】 第７の実施形態に係る可変指向性アンテナ
の外観図

【図２３】 第７の実施形態に係る可変指向性アンテナ
の給電系の構成図

【図２４】 第７の実施形態に係る可変指向性アンテナ
が形成する指向性ビームパターンの例を示す図

【図２５】 第７の実施形態に係る可変指向性アンテナ
が形成する指向性ビームパターンの例を示す図

【図２６】 第７の実施形態に係る可変指向性アンテナ
の励振ウェイト設定の制御例を示す図

【図２７】 第７の実施形態に係る可変指向性アンテナ
の記憶装置に記憶される励振ウェイトを示す図

【図２８】 第８の実施形態に係る可変指向性アンテナ
の給電系の構成図

【図２９】 第９の実施形態に係る可変指向性アンテナ
の給電系の構成図

【図３０】 第１０の実施形態に係る可変指向性アンテ
ナが形成する指向性ビームパターンの例を示す図

【図３１】 第１０の実施形態に係る可変指向性アンテ
ナの記憶装置に記憶される励振ウェイトを示す図

【図３２】 第１１の実施形態に係る変指向性アンテナ
の外観図

【図３３】 第１２の実施形態に係る可変指向性アンテ
ナの上面図

【図３４】 第１３の実施形態に係る可変指向性アンテ
ナの給電系の構成図

【符号の説明】

１１…無線基地局 １２…無線端末 １３…可変指向性アンテナ １４…通信サービスエリア １５…無指向性アンテナ １６…無指向性アンテナ １７…基地局受信回路 １８…アンテナ指向性制御部 １９…基地局送信回路 ２０…制御部 ３０…等価的な電波放射方向 ４１−１〜４１−１６…マッチドフィルタ ４２…切り替えスイッチ １００…アンテナ筐体 １０１〜１０８，１１１，１３１〜１３８，１９４…ア
ンテナ素子 １１２…移相器 １１３…可変減衰器 １１４…給電回路 １１５，１９３…基板 １１８…入力装置 １１９…出力装置 １４１〜１４８…増幅器 １５１〜１５８，１８３，１８６，１９７，１９８…周
波数変換器 １６１〜１６８，１８７，１８８…重み付け器 １４０…制御装置 １５０…記憶装置 １６０，１８９…分配器 １４９，１９１…送信器 １７１〜１７８…バッファ １８０…分波器 １８１，１９６…高出力増幅器 １８４，１９５…低雑音増幅器 １８２，１８５…フィルタ １９０…合成器 １９２…受信器 １９９…信号処理装置

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変指向性アンテナを有する少なくとも一
   つの無線基地局と複数の無線端末間で通信を行う無線通
   信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方
   法において、 前記無線基地局から該無線基地局の通信サービスエリア
   内全方向にパイロット信号を送信し、 前記無線端末は、前記パイロット信号の受信特性を測定
   して受信特性データを前記無線基地局に送信し、 前記無線基地局は、前記受信特性データに基づいて前記
   可変指向性アンテナの指向性を制御することを特徴とす
   る無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向
   性制御方法。
2. 【請求項２】可変指向性アンテナを有する少なくとも一
   つの無線基地局と複数の無線端末間で通信を行う無線通
   信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方
   法において、 前記無線基地局から該無線基地局の通信サービスエリア
   内全方向に時分割、周波数分割および符号分割の少なく
   とも一つの方法を用いてパイロット信号を送信し、 前記無線端末は、前記パイロット信号の受信特性を測定
   して受信特性データを前記無線基地局に送信し、 前記無線基地局は、前記受信特性データに基づいて前記
   可変指向性アンテナの指向性を制御することを特徴とす
   る無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向
   性制御方法。
3. 【請求項３】可変指向性アンテナを有する少なくとも一
   つの無線基地局と複数の無線端末間で通信を行う無線通
   信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方
   法において、 前記無線基地局から該基地局の通信サービスエリア内全
   方向にタイミング信号を送信した後、狭指向性ビームに
   よりパイロット信号を通信サービスエリア内の複数方向
   に順次送信し、 前記無線端末は、前記タイミング信号を測定時間基準と
   して前記パイロット信号の受信特性を測定して受信特性
   データを前記無線基地局に送信し、 前記無線基地局は、前記受信特性データに基づいて前記
   可変指向性アンテナの指向性を制御することを特徴とす
   る無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向
   性制御方法。
4. 【請求項４】可変指向性アンテナを有する少なくとも一
   つの無線基地局と複数の無線端末間で通信を行う無線通
   信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方
   法において、 前記無線基地局から該無線基地局の通信サービスエリア
   内全方向に前記無線通信システムの主無線通信回線とは
   別の無線通信回線でタイミング信号を送信した後、前記
   主無線通信回線でパイロット信号を送信し、 前記無線端末は、前記タイミング信号を測定時間基準と
   して前記パイロット信号の受信特性を測定して受信特性
   データを前記無線基地局に送信し、 前記無線基地局は、前記受信特性データに基づいて前記
   可変指向性アンテナの指向性を制御することを特徴とす
   る無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向
   性制御方法。
5. 【請求項５】可変指向性アンテナを有する少なくとも一
   つの無線基地局と複数の無線端末間で通信を行う無線通
   信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方
   法において、 前記無線基地局の通信サービスエリアを空間的に複数の
   サブエリアに分割して各サブエリアに順次定められたタ
   イミングでパイロット信号を送信し、 前記無線端末は、前記パイロット信号の受信特性を測定
   して受信特性データを前記無線基地局に送信し、 前記無線基地局は、前記受信特性データに基づいて前記
   可変指向性アンテナの指向性を制御することを特徴とす
   る無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向
   性制御方法。
6. 【請求項６】前記無線端末は、前記無線基地局からのパ
   イロット信号送信方向と、パイロット信号の受信信号強
   度、受信位相および信号対雑音比の少なくとも一つとの
   関係を前記パイロット信号の受信特性として測定し、 前記無線基地局は、前記受信特性データに基づいて最大
   受信電力が得られた方向に狭指向性ビームが形成される
   ように前記可変指向性アンテナの指向性を制御すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線
   通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御
   方法。
7. 【請求項７】前記無線端末は、前記無線基地局からのパ
   イロット信号送信方向と、パイロット信号の受信信号強
   度、受信位相および信号対雑音比の少なくとも一つとの
   関係を前記パイロット信号の受信特性として測定し、 前記無線基地局は、前記受信特性データに基づいて受信
   電力が所定値以上大きいパイロット信号の送信方向が複
   数個存在する場合に、所望方向以外の全方向または一部
   の方向にヌルを有し、所望方向またはその近傍の方向に
   メインローブを有する指向性パターンが形成されるよう
   に前記可変指向性アンテナの指向性を制御することを特
   徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信
   システムにおける無線基地局のアンテナ指向性制御方
   法。
8. 【請求項８】前記無線基地局は、前記可変指向性アンテ
   ナに予め用意された複数の指向性パターンの中から前記
   受信特性データに基づいて最適な指向性パターンを選択
   することにより前記指向性アンテナの指向性を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
   無線通信システムにおける無線基地局のアンテナ指向性
   制御方法。
9. 【請求項９】配列された複数のアンテナ素子と、 前記複数のアンテナ素子に対して励振ウェイトを付与す
   る励振ウェイト付与手段と、 前記励振ウェイト付与手段により付与されるべき励振ウ
   ェイトの情報を複数種類の指向性パターンに対応して記
   憶する記憶手段と、 前記記憶手段から所望の指向性パターンに対応する励振
   ウェイトの情報を読み出して前記励振ウェイト付与手段
   に設定する励振ウェイト設定手段とを備えたことを特徴
   とする可変指向性アンテナ。
10. 【請求項１０】同一円周上に等間隔で配列された同一特
    性の複数のアンテナ素子と、 前記複数のアンテナ素子に対してそれぞれ励振ウェイト
    を付与する励振ウェイト付与手段と、 前記励振ウェイト付与手段により付与されるべき励振ウ
    ェイトの情報を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から励振ウェイトの情報を読み出して前記
    励振ウェイト付与手段に設定する励振ウェイト設定手段
    とを備え、 前記励振ウェイト設定手段は、前記記憶手段から読み出
    された励振ウェイトの情報を前記複数のアンテナ素子に
    対応する複数の前記励振ウェイト付与手段に対して位相
    をずらせて設定可能に構成されていることを特徴とする
    可変指向性アンテナ。
11. 【請求項１１】前記励振ウェイト設定手段は、前記記憶
    手段から読み出された励振ウェイトの情報を隣接する前
    記複数のアンテナ素子に対応する前記複数の前記励振ウ
    ェイト付与手段に順次伝達させつつ設定することを特徴
    とする請求項９または１０記載の可変指向性アンテナ。
12. 【請求項１２】前記励振ウェイト設定手段は、点対称の
    位置にある二つのアンテナ素子に対応する前記励振ウェ
    イト付与手段に前記記憶手段から読み出された同一の励
    振ウェイトの情報を設定することを特徴とする請求項９
    または１０記載の可変指向性アンテナ。
13. 【請求項１３】前記アンテナ素子は、円筒面上または多
    角形の角柱面上あるいは球面上に配置されていることを
    特徴とする請求項９または１０記載の可変指向性アンテ
    ナ。