JP5355247B2 - 移動体通信中継システムおよび通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体通信中継システムおよび通信装置に関する。

屋内に設けられる、基地局装置と無線通信を行うドナー装置と、ドナー装置と有線通信を行い、移動局装置と無線通信を行うリモート装置と、を有する移動体通信中継システムがある。このような移動体通信中継システムでは、ドナー装置における無線通信とリモート装置による無線通信と、が互いに少なくとも一部が重なる通信リソースを用いて行われることがある。

なお、特許文献１には、電波反射板が形成又は内蔵される基板に設けられる複数のアンテナ素子を備え、アンテナ素子のそれぞれへの給電の制御によって指向性が変化するアンテナ装置が開示されている。

特開２００８−２２１２３号公報

互いに少なくとも一部が重なる通信リソースを用いて無線通信を行うドナー装置およびリモート装置が同一の屋内に設置される場合、互いに近接していることから無線通信同士が干渉する恐れがある。そこで、屋内において無線通信を行う必要のないドナー装置のアンテナの、屋内方向の指向性を低く抑えることが求められる。アンテナのある方向の指向性を低減する方法として電波反射板による遮蔽が挙げられるが、電波反射板を新たに設けるとドナー装置の形状が厚くなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ある方向における指向性が低く抑えられたアンテナを有し、かつ電波反射板が新たに設けられるものより薄型の通信装置を用いた移動体通信中継システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る移動体通信中継システムは、基地局装置と第１の無線通信を行う第１通信装置と、移動局装置と第２の無線通信を行う第２通信装置と、を有し、前記第１の無線通信で用いられる通信リソースと、前記第２の無線通信で用いられる通信リソースと、が少なくとも一部において重なる移動体通信中継システムであって、前記第１通信装置は、回路部品が設けられる回路基板と、前記回路基板の一方の表面側に設けられるアンテナと、を有し、前記回路基板は、前記一方の表面が前記基地局装置からの電波の到来方向を向き、他方の表面が前記第２の無線通信が行われる領域の方向を向くよう設けられ、前記回路基板は、前記一方の表面に電波を反射する導電層を有する。

本発明によれば、回路基板が有する導電層によって電波が反射されるため、電波反射板の設置が不要になり、導電層が設けられる方向における指向性が低く抑えられるアンテナを有し、かつ電波反射板が新たに設けられるものより薄型の形状を有する通信装置を用いた移動体通信中継システムが提供される。

また、本発明の一態様では、前記一方の表面に固定され前記アンテナを支持する支持部をさらに有し、前記支持部のうち、前記一方の表面と対向する表面の少なくとも一部が該一方の表面と離間し、前記一方の表面の前記支持部と離間する領域に、前記回路部品のうち、前記一方の表面と前記支持部との間隔以下の厚みを有する回路部品が設けられ、前記他方の表面に回路部品が設けられる。

この態様によれば、回路基板の支持部と対向する領域において回路部品が設けられないものや、回路部品を設けられるための回路基板が新たに設けられるものより小型の形状を有する通信装置を用いた移動体通信中継システムが提供される。

また、本発明の一態様では、前記アンテナは、該アンテナに関して前記回路基板の反対側において、前記一方の表面に対して垂直方向の指向性を有し、水平偏波および垂直偏波の少なくとも一方を生成するパッチアンテナである。

この態様によれば、パッチアンテナが有する指向性によって、より顕著な指向性を有する通信装置を用いた移動体通信中継システムが提供される。

また、本発明の一態様では、前記アンテナは、非導電性の樹脂からなる基板と、前記基板の前記回路基板と反対側の表面に設けられる、外部から供給される電流によって電波を放射する配線と、前記基板の前記回路基板側の表面に設けられる地板と、を有し、前記支持部は非導電性の樹脂からなる。

また、本発明に係る通信装置は、回路基板と、前記回路基板の一方の表面側に設けられるアンテナと、を有する通信装置であって、前記回路基板は、前記一方の表面が当該通信装置と第１の無線通信を行う基地局装置からの電波の到来方向を向き、他方の表面が移動局装置と他の通信装置とによる第２の無線通信が行われる領域の方向を向くよう設けられ、前記回路基板は一方の表面に電波を反射する導電層を有する。

本発明によれば、回路基板が有する導電層によって電波が反射されるため、電波反射板の設置が不要になり、導電層が設けられる方向における指向性が低く抑えられるアンテナを有し、かつ電波反射板が新たに設けられるものより薄型の形状を有する通信装置が提供される。

本発明の実施形態に係る移動体通信中継システムを含む通信システムを示す図である。 本発明の実施の形態に係るドナー装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る移動体通信中継システムを示す図である。 本発明の実施の形態に係る移動体通信中継システムで行われる通信のタイミングを示す図である。 本発明の実施の形態に係る回路基板及びパッチアンテナの構成を示す図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 本発明の実施の形態に係る回路基板及びパッチアンテナの構成を示す図である。 本実施の形態に係るパッチアンテナの指向性を示す図である。 電波反射体を有しないアンテナの指向性を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本実施の形態に係る移動体通信中継システムを含む通信システム１００を示す図である。

通信システム１００は、モバイルＷｉｍａｘ方式に準拠したＴＤＤ（Time
Division Duplex；時分割複信）による通信を行う。基地局装置２００と、ドナー装置３２０，３４０，３６０と、リモート装置４２０，４４０，４６０と、移動局装置５２０，５４０，５６０と、を含んで構成される。なお、ここに示した基地局装置、ドナー装置、リモート装置、移動局装置の台数は一例である。

基地局装置２００は、図示しないサーバを含むネットワークに有線で接続され通信を行っている。

ドナー装置３２０は、基地局装置２００と同期を確立し無線通信を行っている。同様に、ドナー装置３４０，３６０のそれぞれは、基地局装置２００と同期を確立し無線通信を行っている。

ドナー装置３２０は、リモート装置４２０と同期を確立し有線通信を行っている。同様に、ドナー装置３４０，３６０のそれぞれは、リモート装置４４０，４６０のそれぞれと同期を確立し有線通信を行っている。

ドナー装置３２０の構成を以下に示す。図２は、本実施の形態に係るドナー装置３２０の構成を示すブロック図である。ドナー装置３４０，３６０もドナー装置３２０と同様の構成を有している。

ドナー装置３２０は、無線通信部３２２、有線通信部３２４、および起動制御部３２６を含んで構成される。

無線通信部３２２は、パッチアンテナ３２８と、同期確立部３３０と、を含んで構成される。無線通信部３２２は、パッチアンテナ３２８を用いて基地局装置２００との無線通信を実行する機能を有する。無線通信部３２２は、有線通信部３２４から入力される、リモート装置４２０から送信された信号を基地局装置２００へ送信し、基地局装置２００から受信した信号を有線通信部３２４に出力する。

無線通信部３２２の同期確立部３３０は、所定の参照信号を保持しており、基地局装置２００との同期が確立していない状態において無線通信部３２２で受信された信号の中から参照信号と一致する信号を検出し、検出された部分を受信された信号におけるフレームの先頭（プリァンブル）と判断し、基地局装置２００との同期を確立する。

有線通信部３２４は、リモート装置４２０との有線通信を実行する機能を有する。有線通信部３２４は、無線通信部３２２から入力される、移動局装置５２０から送信された信号をリモート装置４２０に送信し、リモート装置４２０から受信した信号を無線通信部３２２に出力する。

起動制御部３２６は、同期確立部３３０が基地局装置２００と同期を確立した後に、基地局装置２００から送信されるプリァンブルの到来タイミングと周期を、起動制御部３２６の動作クロックにおけるタイミングと周期に換算し、得られるタイミングと周期をリモート装置４２０に通知する。リモート装置４２０は、このタイミングと周期に基づいて、プリァンブルを生成して移動局装置５２０との通信を実行する。

リモート装置４２０は、移動局装置５２０と同期を確立し無線通信を行っている。同様に、リモート装置４４０，４６０のそれぞれは、移動局装置５４０，５６０のそれぞれと同期を確立し無線通信を行っている。

図３は、本実施の形態に係る通信システム１００の一部である移動体通信中継システム１０２を示す図である。ドナー装置３２０は、基地局装置２００と無線通信（第１の無線通信）を行う。ドナー装置３２０と、リモート装置４２０と、は有線通信を行う。リモート装置４２０は、ドナー装置３２０との無線通信（第１の無線通信）の内容に基づいて、移動局装置５２０と無線通信（第２の無線通信）を行う。

ドナー装置３２０及びリモート装置４２０は、建物５００の内壁に設けられる。リモート装置４２０と無線通信を行う移動局装置５２０は、建物５００内に位置している。矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、基地局装置２００とドナー装置３２０との間、およびリモート装置４２０と移動局装置５２０との間での信号のやりとりを示す。

図４は、図３で示される本実施の形態に係る移動体通信中継システム１０２で行われる通信のタイミングを示す図である。図４で示されるように、基地局装置２００からドナー装置３２０への送信（Ａ）と、リモート装置４２０から移動局装置５２０への送信（Ｃ）と、は同時に行われ、ドナー装置３２０から基地局装置２００への送信（Ｂ）と、移動局装置５２０からリモート装置４２０への送信（Ｄ）と、は同時に行われる。

ここで、基地局装置２００からドナー装置３２０への送信（Ａ）で使用される通信リソース（周波数により規定される通信チャネル）と、リモート装置４２０から移動局装置５２０への送信（Ｃ）で使用される通信リソースと、は少なくとも一部において重なる。また、ドナー装置３２０から基地局装置２００への送信（Ｂ）で使用される通信リソースと、移動局装置５２０からリモート装置４２０への送信（Ｄ）で使用される通信リソースと、は少なくとも一部において重なる。

ドナー装置３２０は、ドナー装置３２０の機能の少なくとも一部を有する回路部品６０６，６０８が設けられる回路基板６００と、回路基板６００の一方の表面６０２側に設けられるパッチアンテナ３２８と、を有する。回路基板６００は、パッチアンテナ３２８が設けられる一方の表面６０２が基地局装置２００からの電波が到来する方向を向き、他方の表面６０４が第２の無線通信（リモート装置４２０と移動局装置５２０とによる無線通信）が行われる領域の方向を向くよう設けられる。

パッチアンテナ３２８は、パッチアンテナ３２８に関して回路基板６００の反対側において、回路基板６００の一方の表面６０２に対して垂直方向の指向性を有する。パッチアンテナ３２８は、放射部、スペーサ、地板を含む。図５は、本実施の形態に係る回路基板６００及びパッチアンテナ３２８の構成を示す図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。図７は、本実施の形態に係る回路基板６００及びパッチアンテナ３２８の構成を示す図である。図７に示されるように、支持部６１０の回路基板６００側の表面には両面テープ６１２ｂが貼られ、この両面テープ６１２ｂにより、支持部６１０は回路基板６００の一方の表面６０２に固定される。支持部６１０の回路基板６００と反対側の表面には両面テープ６１２ａが貼られ、さらに両面テープ６１２ａの支持部６１０と反対側の表面にはパッチアンテナ３２８が設けられる。両面テープ６１２ａにより、支持部６１０と、パッチアンテナ３２８と、は固定される。

回路基板６００は、ガラスエポキシ製の、表面の少なくとも一部に銅からなる導電層６１４が形成されるＦＲ−４で構成される。導電層６１４は図示しないグランドに接続される。さらに、導電層６１４は、図６において矢印Ｅの方向の電波を逆方向（矢印Ｆの方向）に反射し、かつ矢印Ｇの方向の電波を逆方向（矢印Ｈの方向）に反射する電波反射板としても作用する。

支持部６１０は、平面状の形状を有し、絶縁体であるＡＢＳ樹脂からなる。支持部６１０は、回路基板６００及びパッチアンテナ３２８の位置決めのための突起部６１６を有する。

パッチアンテナ３２８は、放射部、スペーサ、および地板を含む。パッチアンテナ３２８は、両面に銅層が形成されたＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）製基板を用いて形成される。ＰＰＥ製基板の回路基板６００と反対側の表面（ＰＰＥ基板の一方の表面６１８）に形成された銅層の一部がエッチング等により削り取られ、銅配線（配線）が形成される。この銅配線の両端はそれぞれ、スルーホール６２２のそれぞれを貫通する導線６２８に接続される。銅配線はこの導線６２８を介して電流が流されることで電波を放射し、パッチアンテナ３２８の放射部として作用する。ＰＰＥ製基板の回路基板６００側の表面（ＰＰＥ基板の他方の表面６２０）に形成された銅層はそのままグランドに接続され、パッチアンテナ３２８の地板として作用する。さらに、導線６２８の、スルーホール６２２からこのＰＰＥ基板の他方の表面６２０側に出ている部分の少なくとも一部は、この部分を同軸状に囲むグランドを有する。このグランドは、ＰＰＥ製基板の他方の表面６２０に形成された銅層と、はんだ付けされている。そして、ＰＰＥ製基板の一方の表面６１８に形成された銅層と、ＰＰＥ製基板の他方の表面６２０に形成された銅層と、の間のＰＰＥからなる部分は、放射部と地板との間隔を確保するスペーサとして作用する。

また、パッチアンテナ３２８には、図示しない２つの給電部が設けられている。給電部の１つはパッチアンテナ３２８により生成される電波が垂直偏波となるような給電を行い、もう１つはパッチアンテナ３２８により生成される電波が水平偏波となるような給電を行う。

支持部６１０のうち、回路基板６００と対向する表面は一部が削り取られた形状を有し、回路基板６００の一方の表面６０２と離間する窪み６２４を有する。回路基板６００の一方の表面６０２の、この窪み６２４と対向する領域には電源用バイパスコンデンサ等の回路部品６０６が設けられる。この領域には、ドナー装置３２０の機能の少なくとも一部を有する回路部品のうち、比較的電波の影響を受けにくい回路部品が設けられる。

そして、回路基板６００の他方の表面６０４にはＲＦ回路、デジタル回路等の回路部品６０８が設けられる。他方の表面６０４には、ドナー装置３２０の機能の少なくとも一部を有する回路部品のうち、比較的電波の影響を受けやすい回路部品が設けられる。

さらに、パッチアンテナ３２８には、減衰器６２６が設けられる。パッチアンテナ３２８の利得はこの減衰器６２６によって調整される。例えば通信規格等でアンテナの利得が規定されている場合、利得はこの減衰器６２６によって調整される。

上記の構成によれば、パッチアンテナ３２８から放射される電波のうち、リモート装置４２０の方向の成分は電波反射板である導電層６１４により反射される。従って図３および図４においてＢで示される信号はリモート装置４２０によって受信されることはない。また、リモート装置４２０から放射される電波は導電層６１４により反射される。従って図３および図４においてＣで示される信号はドナー装置３２０によって受信されることはない。

図８は、本実施の形態に係るパッチアンテナ３２８の指向性を示す図である。図９は、電波反射板を有しないアンテナの指向性を示す図である。図８および図９において、上方向が基地局装置２００の方向であり、下方向がリモート装置４２０の方向である。電波反射板を有しない図９の場合に比べて、図８ではリモート装置４２０の方向の指向性が低く抑えられている。

さらに本実施の形態によれば、電波反射板を別途設ける必要がないため、電波反射板を新たに設ける場合に比べ薄型のドナー装置３２０を実現できる。さらに回路部品が回路基板６００の一方の表面６０２および他方の表面６０４の両方に設けられるため、一方の表面に設けられる場合や、新たに回路基板を設ける場合に比べ小型のドナー装置３２０を実現できる。

なお、本実施形態ではパッチアンテナ３２８を搭載した、Ｗｉｍａｘ方式に準拠する移動体通信中継システム１０２及びドナー装置３２０を示したが、本発明はこの構成に限定されず、電波の指向性の限定が必要なあらゆる通信システム及び通信装置に適用可能であり、パッチアンテナ以外のアンテナを使用する通信システム及び通信装置にも適用可能である。

また、本実施形態では回路基板６００の一方の表面６０２全体に導電層６１４が形成されている例を示したが、導電層６１４は回路基板６００の一方の表面６０２全体に形成されている必要はなく、例えばエッチング等により部分的に除去されて一部に形成されていてもよい。さらに、導電体からなる膜が回路基板６００にネジ止め等によって固定されていてもよい。

また、本実施の形態においては、回路基板６００はＦＲ−４、導電層６１４はＦＲ−４の銅層、支持部６１０はＡＢＳ樹脂、パッチアンテナ３２８は両面に銅層が形成されるＰＰＥ製基板をそれぞれ用いて形成される構成が示されたが、材料はこれらに限らない。導電層６１４は電波反射性を有する他の材料から構成されてもよいし、支持部６１０およびパッチアンテナ３２８のスペーサは他の絶縁体からなってもよいし、パッチアンテナ３２８の放射部および地板は導電性を有する他の材料からなってもよい。

１００ 通信システム、１０２ 移動体通信中継システム、２００ 基地局装置、３２０，３４０，３６０ ドナー装置、３２２ 無線通信部、３２４ 有線通信部、３２６ 起動制御部、３２８ パッチアンテナ、３３０ 同期確立部、４２０，４４０，４６０ リモート装置、５００ 建物、５２０，５４０，５６０ 移動局装置、６００ 回路基板、６０２ 回路基板の一方の表面、６０４ 回路基板の他方の表面、６０６，６０８ 回路部品、６１０ 支持部、６１２ａ，６１２ｂ 両面テープ、６１４ 導電層、６１６ 突起部、６１８ ＰＰＥ基板の一方の表面、６２０ ＰＰＥ基板の他方の表面、６２２ スルーホール、６２４ 窪み、６２６ 減衰器、６２８ 導線。

Claims (5)

1. 基地局装置と時分割複信により第１の無線通信を行う第１通信装置と、
   移動局装置と時分割複信により第２の無線通信を行う第２通信装置と、を有し、
   前記第１通信装置と前記第２通信装置とは、同一の屋内に設けられ有線通信を行い、
   前記第１の無線通信で用いられる周波数により規定される通信チャネルと、前記第２の無線通信で用いられる周波数により規定される通信チャネルと、が少なくとも一部において重なる移動体通信中継システムであって、
   前記第１通信装置は、
   回路部品が設けられる回路基板と、
   前記回路基板の一方の表面側に設けられるアンテナと、を有し、
   前記回路基板は、前記一方の表面が前記基地局装置からの電波の到来方向を向き、他方の表面が前記第２の無線通信が行われる領域の方向を向くよう設けられ、
   前記回路基板は、前記一方の表面に前記アンテナから放射される電波を反射するとともに、前記第２の無線通信で用いられる電波を反射する導電層を有することを特徴とする移動体通信中継システム。
2. 請求項１に記載の移動体通信中継システムにおいて、
   前記一方の表面に固定され前記アンテナを支持する支持部をさらに有し、
   前記支持部のうち、前記一方の表面と対向する表面の少なくとも一部が該一方の表面と離間し、
   前記一方の表面の前記支持部と離間する領域に、前記回路部品のうち、前記一方の表面と前記支持部との間隔以下の厚みを有する回路部品が設けられ、
   前記他方の表面に回路部品が設けられる、ことを特徴とする移動体通信中継システム。
3. 請求項１又は２に記載の移動体通信中継システムにおいて、
   前記アンテナは、該アンテナに関して前記回路基板の反対側において、前記一方の表面に対して垂直方向の指向性を有し、水平偏波および垂直偏波の少なくとも一方を生成するパッチアンテナであることを特徴とする移動体通信中継システム。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の移動体通信中継システムにおいて、
   前記アンテナは、非導電性の樹脂からなる基板と、該基板の前記回路基板と反対側の表面に設けられる、外部から供給される電流によって電波を放射する配線と、前記基板の前記回路基板側の表面に設けられる地板と、を有し、
   前記支持部は非導電性の樹脂からなることを特徴とする移動体通信中継システム。
5. 基地局装置と時分割複信により第１の無線通信を行う通信装置と、
   移動局装置と時分割複信により第２の無線通信を行う他の通信装置と、を有し、
   前記通信装置と前記他の通信装置とは、同一の屋内に設けられ有線通信を行い、
   前記第１の無線通信で用いられる周波数により規定される通信チャネルと、前記第２の無線通信で用いられる周波数により規定される通信チャネルと、が少なくとも一部において重なる移動体通信中継システムにおける通信装置であって、
   回路基板と、
   前記回路基板の一方の表面側に設けられるアンテナと、を有し、
   前記回路基板は、前記一方の表面が当該通信装置と前記第１の無線通信を行う前記基地局装置からの電波の到来方向を向き、他方の表面が前記移動局装置と前記他の通信装置とによる第２の無線通信が行われる領域の方向を向くよう設けられ、
   前記回路基板は一方の表面に前記アンテナから放射される電波を反射するとともに、前記第２の無線通信で用いられる電波を反射する導電層を有することを特徴とする通信装置。

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