JPH11340885A - 移動体無線通信用アンテナ装置及びその切り換え方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝搬環境の変化によらず良好にダイバーシ
ティ制御を維持することができる移動体無線通信用アン
テナ装置及びその切り換え方法を提供する。 【解決手段】 アンテナ素子１及び２はスペースダイ
バーシティ方式のアンテナとして機能する。アンテナ素
子１とアンテナ素子３の素子群と、又はアンテナ素子２
とアンテナ素子３の素子群は夫々偏波ダイバーシティ方
式のアンテナ素子として機能する。アンテナ素子１〜３
はダイバーシティ素子限定装置４に接続されており、ダ
イバーシティ素子限定装置４は直接アンテナ制御回路７
にアンテナ素子切り換え装置５を介して接続されてい
る。アンテナ制御回路７はアンテナ素子のダイバーシテ
ィ方式としてスペースダーバーシティ方式及び偏波ダー
バーシティ方式のどちらを用いるかを判断し、その判断
をダイバーシティ素子限定装置４に指令する。ダイバー
シティ素子限定装置４は、アンテナ制御回路４の指令に
基づいてスペースダーバーシティ方式及び偏波ダーバー
シティ方式の一方を構成すべくアンテナ素子１〜３のう
ちの２素子をアンテナ素子切り換え装置５に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体無線通信用
アンテナ装置及びその切り換え方法に関し、特に無線を
用いてデータ通信を行う移動体無線通信用アンテナ装置
及びその切り換え方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オフィス内のコンピュータ、プリンタ、
ＦＡＸ等の各装置のネットワーク環境の発達に伴い、該
各装置の配線作業の煩雑さを避けるために無線プリンタ
バッファ、無線ＬＡＮ等の使用により各装置間の無線化
が進んでいる。これら無線装置は、各無線装置が夫々ダ
イポール等の水平面で無指向性となるようなほぼ無指向
性のアンテナを用いるものが大半であり、複数のアンテ
ナ素子を用いてダイバーシティ制御を行うものに関して
も、その方式は単純に素子数を２つにしただけの２素子
ダイバーシティ方式であり、アンテナ素子の切り換え制
御は一方が悪ければ他方に切り換えるだけのごく簡単な
ものであった。

【０００３】また、携帯端末による移動頻度が多くなっ
たことや、また携帯端末そのものの小型化が進んでいる
こと等から、同じフロア内の固定された環境下での通信
だけでなく、移動しながらの通信やそのまま屋外への持
ち出しなどの必要性も高まってきている。このような移
動中の通信や、または機器の移動はなくともその間に存
在する人や什器の移動等の起こる環境においては、ダイ
バーシティ制御が必須となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、屋外か
ら屋内への移動や、ホールのような広い場所から会議室
のような狭い場所への移動など、無線伝搬の観点から大
きく環境が変化するような移動を行う場合では、適切な
ダイバーシティ方式も環境によって変化する。

【０００５】例えば、会議室のような狭い環境では、壁
や天井などによる反射波は電界強度はあまり減衰せず、
偏波の向きだけが変わって受信点に到達するため、偏波
ダイバーシティ方式が有効である。一方、屋外での通信
では、反射物までの距離が遠くなるので反射波のレベル
は減衰し、特にＧＨｚ帯以上の高周波を用いた通信で
は、見通しの直接波による通信が支配的になり偏波ダイ
バーシティの効果が低下する。

【０００６】このように、１つのダイバーシティ方式の
みでは、ある使用環境において効果を発揮しても、別の
環境に移動した場合には必ずしも効果を発揮しない。

【０００７】これまでの無線データ通信システムにおい
ては、配線ケーブルの整理やレイアウト変更の作業効率
の向上等が主たる目的であり、実際の使用環境は固定的
であったため、上記のような１つのダイバーシティ方式
であってもその使用環境を想定して設計することによ
り、その効果を期待できたが、近年の携帯端末のさらな
る小型、計量化は単なるレイアウトの自由度のみでな
く、実際に移動しながらの通信や頻繁な通信環境での変
化を必要とするようになったため、これまでのダイバー
シティ方式では、特定の環境のみでしか効果を発揮でき
ないという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、無線伝搬環境の変化によ
らず良好にダイバーシティ制御を維持することができる
移動体無線通信用アンテナ装置及びその切り換え方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の移動体無線通信用アンテナ装置は、
スペースダイバーシティ方式のアンテナ素子群及び偏波
ダーバーシティ方式のアンテナ素子群の２つのアンテナ
素子群、又は指向性ダイバーシティ方式のアンテナ素子
群及び偏波ダーバーシティ方式のアンテナ素子群の２つ
のアンテナ素子群を備える移動体無線通信用アンテナ装
置において、前記２つのアンテナ素子群における一方の
アンテナ素子群を限定する限定手段と前記限定された一
方のアンテナ素子群における１つのアンテナ素子で受信
した信号の品質を測定し、該測定された品質を所定のし
きい値と比較して該測定された品質が所定のしきい値よ
り劣化しているか否かを判定する判定手段と、前記測定
された品質が前記所定のしきい値より劣化したときは前
記限定された一方のアンテナ素子群における他の１つの
アンテナ素子を選択する選択手段と、前記選択手段の選
択回数を計数する計数手段とを備え、前記限定手段は、
前記選択回数が多い場合、又は前記限定された一方のア
ンテナ素子群における一方のアンテナ素子のみが選択さ
れている場合に、前記２つのアンテナ素子群における他
方のアンテナ素子群を限定することを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の移動体無線通信用アンテナ
装置は、請求項１記載の移動体無線通信用アンテナ装置
において、前記品質が前記受信した信号の電界強度であ
ることを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の移動体無線通信用アンテナ
装置は、請求項１記載の移動体無線通信用アンテナ装置
において、前記品質が前記受信した信号の復調時のビッ
トエラーレートであることを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の移動体無線通信用アンテナ
装置は、請求項１から３のいずれか１項記載の移動体無
線通信用アンテナ装置において、前記２つのアンテナ素
子群における一方のアンテナ素子群のアンテナ素子の１
つと、前記２つのアンテナ素子群における他方のアンテ
ナ素子群のアンテナ素子の１つとが共用されることを特
徴とする。

【００１３】上記目的を達成するために、請求項５記載
の移動体無線通信用アンテナ装置の切り換え方法は、ス
ペースダイバーシティ方式のアンテナ素子群及び偏波ダ
ーバーシティ方式のアンテナ素子群の２つのアンテナ素
子群、又は指向性ダイバーシティ方式のアンテナ素子群
及び偏波ダイバーシティ方式のアンテナ素子群の２つの
アンテナ素子群を備える移動体無線通信用アンテナ装置
の切り換え方法において、前記２つのアンテナ素子群に
おける一方のアンテナ素子群を限定する工程と、前記限
定された一方のアンテナ素子群における１つのアンテナ
素子で受信した信号の品質を測定し、該測定された品質
を所定のしきい値と比較して該測定された品質が所定の
しきい値より劣化しているか否かを判定する判定工程
と、前記測定された品質が前記所定のしきい値より劣化
したときは前記限定された一方のアンテナ素子群におけ
る他の１つのアンテナ素子を選択する選択手段と、前記
選択手段の選択回数を計数する計数手段とを備え、前記
限定手段は、前記選択回数が多い場合、又は前記限定さ
れた一方のアンテナ素子群における１つのアンテナ素子
のみが選択されている場合に、前記２つのアンテナ素子
群における他方のアンテナ素子群を限定することを特徴
とする。

【００１４】請求項６記載の移動体無線通信用アンテナ
装置の切り換え方法は、請求項５記載の移動体無線通信
用アンテナ装置の切り換え方法において、前記品質が前
記受信した信号の電界強度であることを特徴とする。

【００１５】請求項７記載の移動体無線通信用アンテナ
装置の切り換え方法は、請求項５記載の移動体無線通信
用アンテナ装置の切り換え方法において、前記品質が前
記受信した信号の復調時のビットエラーレートであるこ
とを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の移動体無線通信用アンテナ
装置の切り換え方法は、請求項５から７のいずれか１項
記載の移動体無線通信用アンテナ装置の切り換え方法に
おいて、前記２つのアンテナ素子群における一方のアン
テナ素子群のアンテナ素子の１つと、前記２つのアンテ
ナ素子群における他方のアンテナ素子群のアンテナ素子
の１つとが共用されることを特徴とする。

【００１７】

【本発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、
本発明の第１の実施の形態に係る移動体通信用アンテナ
装置のブロック図である。アンテナ素子１及び２は、夫
々ダイポール状の指向性をもつ直線偏波素子からなる
（図３参照）と共に、約１／４波長以上、好ましくは約
１／２波長離して互いに並行に配置されている。この２
素子を平行配置することでスペースダイバーシティ方式
のアンテナとして（図４参照）、直交配置することで指
向性ダイバーシティ方式のアンテナとして（図５参照）
機能させることができる。

【００１８】一方、アンテナ素子３は水平面内に無指向
性な特性をもち、アンテナ素子１及び２とは偏波面が直
交する向きに配置される。この素子３とアンテナ素子１
の素子群、又はこの素子３とアンテナ素子２の素子群に
より偏波ダイバーシティ方式のアンテナとして機能す
る。当該各素子群は後述するアンテナ制御回路７の判別
によって切り換えられてもよい。

【００１９】以下の説明では、アンテナ素子１及び２を
平行配置したスペースダイバーシティ方式のアンテナと
して機能する構成（図４）として説明を進めるが、直交
配置した指向性ダイバーシティ方式のアンテナとして機
能する構成（図５）の場合も動作は同様である。

【００２０】アンテナ素子１〜３はダイバーシティ素子
限定装置４に接続されており、ダイバーシティ素子限定
装置４は直接アンテナ制御回路７に、アンテナ素子切り
換え装置５を介してアンテナ制御回路７に接続されてい
る。アンテナ制御回路７は後述する方法でアンテナ素子
のダイバーシティ方式としてスペースダーバーシティ方
式及び偏波ダーバーシティ方式のどちらを用いるかを判
断し、その判断をダイバーシティ素子限定装置４に指令
する。ダイバーシティ素子限定装置４は、アンテナ制御
回路４の指令に基づいてスペースダーバーシティ方式及
び偏波ダーバーシティ方式の一方を構成すべくアンテナ
素子１〜３のうちの２素子をアンテナ素子切り換え装置
５に接続する（限定手段）。

【００２１】アンテナ素子切り換え装置５はまた、受信
レベル判定回路９を介してアンテナ制御回路７に接続さ
れ、かつ無線装置８が接続されている。アンテナ素子切
り換え装置５により選択されたアンテナ素子からの受信
信号は受信レベル判定回路９と無線装置８に送られ、受
信レベル判定回路９では、当該受信信号の電界強度を所
定の電界しきい値と比較する（判別手段）。受信レベル
判定回路９が当該受信信号の電界強度がしきい値以下で
あると判断した場合は、アンテナ制御回路７はアンテナ
素子切り換え装置５に対し後述する方法により使用する
アンテナ素子を他方のアンテナ素子に切り換えるように
切り換え信号を送出する（選択手段）。

【００２２】アンテナ素子切り換え装置５はまた、素子
選択回数記憶部６を介してアンテナ制御回路７に接続さ
れている。素子選択回数記憶部６は、アンテナ素子切り
換え装置５により選択されたアンテナ素子の選択回数を
計数すると共に記憶するように構成されており（計数手
段）、アンテナ制御回路７は、当該素子選択回数記憶部
６に記憶された情報に基づいて、一方のアンテナ素子の
みが選択されている（一方のアンテナ素子の電界強度は
許容範囲内であるが他方のアンテナ素子の電界強度が所
定のしきい値より低く、主として一方のアンテナ素子が
選択されている延べ時間が長い）場合、アンテナ素子の
切り換え回数（選択回数）そのものが頻繁になっている
（双方のアンテナ素子の電界強度が所定のしきい値より
低い）場合などに、ダイバーシティ素子限定装置４に対
して使用するダイバーシティ方式を切り換える切り換え
信号を送出する（限定手段）。

【００２３】これは、一方のアンテナ素子のみが選択さ
れている場合は、無線装置使用中の無線伝搬環境におい
て、適宜に切り換えられるべきアンテナ素子が一方のア
ンテナ素子のみに偏重しているのは使用中のダーバーシ
ティ方式が不適であると判断して、他方のダーバーシテ
ィ方式のアンテナ素子群に切り換えるものであり、ま
た、アンテナ素子の切り換え回数そのものが過渡に頻繁
になっている場合は、無線装置使用中の無線伝搬環境に
おいて、使用中のダイバーシティ方式が適していないと
判断して他方のダイバーシティ方式のアンテナ素子群に
切り換えるものである。

【００２４】ダイバーシティ方式の切り換えに関して、
初期値として使用するダイバーシティ方式を偏波ダイバ
ーシティ方式に設定しておき、必要に応じてスペースダ
イバーシティ方式のアンテナ素子に切り換える。逆に、
アンテナ素子１〜３の切り換えは、初期値として使用す
るダイバーシティ方式をスペースダイバーシティ方式に
設定しておき、必要に応じて偏波ダイバーシティ方式に
切り換えてもよい。

【００２５】また、アンテナ制御回路７には、ダイバー
シティ手動切り換えスイッチ１０が接続され、このダイ
バーシティ手動切り換えスイッチ１０によっても、使用
者の判断により任意にダイバーシティ方式の切り換えを
行うことができる。

【００２６】無線装置８から送出される送信信号は、受
信時と同様の経路をたどり選択中のアンテナ素子から送
信される。

【００２７】本実施の形態によれば、複数のダイバーシ
ティ方式のアンテナ群の切り換え手段と、各々のダイバ
ーシティ方式のアンテナ群が持つ複数のアンテナ素子の
切り換え手段とを合わせ持ち、使用者が無線伝搬環境の
変化に合わせて手動で任意にダイバーシティ方式を切り
換える手段や、あるいは使用中のダイバーシティ方式内
のアンテナ素子群での各アンテナ素子の選択状況から、
自動的にダイバーシティ方式の切り換えを判断する手段
を持つことで、例えば、建物内の個室等、壁や天井なと
により反射波があまり減衰せず、偏波の向きだけが変わ
って受信点に到達するような環境では偏波ダイバーシテ
ィ方式で通信を行い、屋外に出たときには、見通しの直
達波による通信が支配的になるのでスペースダイバーシ
ティ方式に切り換えて通信を行うことで、無線伝搬環境
の変化によらず効果的なダイバーシティ制御を行うこと
ができるようになる。

【００２８】本実施の形態のアンテナ装置をもつ移動体
無線通信装置を比較的狭い室内環境で使用しているとき
には、壁や天井などによる反射波があまり減衰せず、偏
波の向きだけが変わって受信点に到達するような環境で
あるため、偏波ダイバーシティ方式により通信の確保が
可能となる。また、そのまま屋外に出たときには、偏波
ダイバーシティ方式により通信の確保が可能となるの
で、マルチパスフェージングにより通信の確保しにくい
ポイントに移動した場合には、ダイバーシティ方式の切
り換えで偏波の向きを変えても交差偏波成分の受信レベ
ルが低いため通信品質の向上は望めない。

【００２９】そこで、アンテナ制御回路７がアンテナ素
子の切り換えでは通信の確保が不可能であると判断した
場合には、ダーバーシティ方式をスペースダイバーシテ
ィ側に切り換えることが行われる。これにより、フェー
ジングで受信レベルの低下するポイントにおいても、ア
ンテナ素子の切り換えで受信レベルの向上が図れるの
で、通信の確保が可能となる。

【００３０】再び屋内に戻った場合でも、スペースダイ
バーシティ方式により通信の確保が可能なうちはこれを
続けるが、壁などの近距離多重反射により偏波の向きが
異なる信号を受信するような状況が多くなるとアンテナ
素子の切り換えでは通信の確保が困難となり、再びアン
テナ制御回路７の判断により、ダイバーシティ方式の切
り換えが行われ、偏波ダイバーシティ方式により通信が
可能となる。

【００３１】（第２の実施の形態）図２は、本発明の第
２の実施の形態に係る移動体通信用アンテナ装置のブロ
ック図である。アンテナ素子１〜３、ダイバーシティ素
子限定装置４、アンテナ素子切り換え装置５、素子選択
回数記憶部６、及びアンテナ制御回路７の各構成及び作
用は本発明の第１の実施の形態のものと同じであり、そ
れらの説明を省略し、以下、異なる点のみ述べる。

【００３２】アンテナ素子切り換え装置５には無線装置
８が接続されており、また、この無線装置８はアンテナ
制御回路７に接続されている。アンテナ素子切り換え装
置５により有効になったアンテナ素子からの受信信号は
無線装置８に送出される。無線装置８は、受信信号の復
調時のビットエラーレートを計数して所定のしきい値と
比較し（判別手段）、その結果計数されたビットエラー
レートがしきい値以上の場合、アンテナ制御回路７はア
ンテナ素子切り換え装置５に対して使用アンテナ素子を
同じダイバーシティ方式内で他方のアンテナ素子に切り
換える指令を送出する（選択手段）。

【００３３】本実施の形態によれば、使用アンテナ素子
で受信した品質判定手段を簡単な構成で実現することが
できる。

【００３４】上記第１〜第２の実施の形態において、各
ダイバーシティ方式のアンテナ素子に用いるアンテナタ
イプとしては、例えばダイポールアンテナやバッチアン
テナ等が挙げられるが、これに限ったものではない。す
なわち、特定の周波数の電波を送受信できる電磁は放射
素子としての機能をもつものであればよい。

【００３５】また、受信信号の品質判定手段として、例
えば、受信信号の電界強度レベルや、データ復調時のビ
ットエラーレートの値などを挙げているが、これに限っ
たものではない。受信信号の品質を何らかの基準で評価
する手段であればよい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１記
載の移動体無線通信用アンテナ装置及び請求項５記載の
移動体無線通信用アンテナ装置の切り換え方法によれ
ば、スペースダイバーシティ方式のアンテナ素子群及び
偏波ダーバーシティ方式のアンテナ素子群の２つのアン
テナ群、又は指向性ダイバーシティ方式のアンテナ素子
群及び偏波ダイバーシティ方式のアンテナ素子群の２つ
のアンテナ素子群における一方のアンテナ素群を限定
し、該限定された一方のアンテナ素子群における１つの
アンテナ素子で受信した信号の品質を測定し、該測定さ
れた品質を所定のしきい値と比較して該測定された品質
が所定のしきい値より劣化しているか否かを判定し、該
測定された品質が所定のしきい値より劣化したときは該
限定された一方のアンテナ素子群における他の１つのア
ンテナ素子を選択し、当該選択回数が多い場合、又は該
限定された一方のアンテナ素子群における一方のアンテ
ナ素子のみが選択されている場合に、前記２つのアンテ
ナ素子群における他方のアンテナ素子群を限定するの
で、無線伝搬環境の変化によらず良好にダイバーシティ
制御を維持することができる。

【００３７】請求項４記載の移動体無線通信用アンテナ
装置及び請求項８記載の移動体無線通信用アンテナ装置
の切り換え方法によれば、前記２つのアンテナ素子群に
おける一方のアンテナ素子群のアンテナ素子の１つと、
前記２つのアンテナ素子群における他方のアンテナ素子
群のアンテナ素子の１つとが共用されるので、アンテナ
素子の本数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る移動体通信用
アンテナ装置のブロック図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る移動体通信用
アンテナ装置のブロック図である。

【図３】ダイポール素子の特性の説明図である。

【図４】スペースダイバーシティと偏波ダイバーシティ
の構成の説明図である。

【図５】指向性ダイバーシティと偏波ダイバーシティの
構成の説明図である。

【符号の説明】

１〜３ アンテナ素子 ４ ダイバーシティ素子限定装置 ５ アンテナ素子切り換え装置 ６ 素子選択回数記憶部 ７ アンテナ制御回路 ８ 無線装置 ９ 素子選択回数記憶部 １０ ダーバーシティ手動切り換えスイッチ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スペースダイバーシティ方式のアンテナ
   素子群及び偏波ダーバーシティ方式のアンテナ素子群の
   ２つのアンテナ素子群、又は指向性ダイバーシティ方式
   のアンテナ素子群及び偏波ダイバーシティ方式のアンテ
   ナ素子群の２つのアンテナ素子群を備える移動体無線通
   信用アンテナ装置において、前記２つのアンテナ素子群
   における一方のアンテナ素群を限定する限定手段と、前
   記限定された一方のアンテナ素子群における１つのアン
   テナ素子で受信した信号の品質を測定し、該測定された
   品質を所定のしきい値と比較して該測定された品質が所
   定のしきい値より劣化しているか否かを判定する判定手
   段と、前記測定された品質が前記所定のしきい値より劣
   化したときは前記限定された一方のアンテナ素子群にお
   ける他の１つのアンテナ素子を選択する選択手段と、前
   記選択手段の選択回数を計数する計数手段とを備え、前
   記限定手段は、前記選択回数が多い場合、又は前記限定
   された一方のアンテナ素子群における１つのアンテナ素
   子のみが選択されている場合に、前記２つのアンテナ素
   子群における他方のアンテナ素子群を限定することを特
   徴とする移動体無線通信用アンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記品質が前記受信した信号の電界強度
   であることを特徴とする請求項１記載の移動体無線通信
   用アンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記品質が前記受信した信号の復調時の
   ビットエラーレートであることを特徴とする請求項１記
   載の移動体無線通信用アンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記２つのアンテナ素子群における一方
   のアンテナ素子群のアンテナ素子の１つと、前記２つの
   アンテナ素子群における他方のアンテナ素子群のアンテ
   ナ素子の１つとが共用されることを特徴とする請求項１
   から３のいずれか１項記載の移動体無線通信用アンテナ
   装置。
5. 【請求項５】 スペースダイバーシティ方式のアンテナ
   素子群及び偏波ダーバーシティ方式のアンテナ素子群の
   ２つのアンテナ素子群、又は指向性ダイバーシティ方式
   のアンテナ素子群及び偏波ダイバーシティ方式のアンテ
   ナ素子群の２つのアンテナ素子群を備える移動体無線通
   信用アンテナ装置の切り換え方法において、前記２つの
   アンテナ素子群における一方のアンテナ素群を限定する
   工程と、前記限定された一方のアンテナ素子群における
   １つのアンテナ素子で受信した信号の品質を測定し、該
   測定された品質を所定のしきい値と比較して該測定され
   た品質が前記所定のしきい値より劣化しているか否かを
   判定する判定工程と、前記測定された品質が所定のしき
   い値より劣化したときは前記限定された一方のアンテナ
   素子群における他の１つのアンテナ素子を選択する選択
   手段と、前記選択手段の選択回数を計数する計数手段と
   を備え、前記限定手段は、前記選択回数が多い場合、又
   は前記限定された一方のアンテナ素子群における１つの
   アンテナ素子のみが選択されている場合に、前記２つの
   アンテナ素子群における他方のアンテナ素子群を限定す
   ることを特徴とする移動体無線通信用アンテナ装置の切
   り換え方法。
6. 【請求項６】 前記品質が前記受信した信号の電界強度
   であることを特徴とする請求項５記載の移動体無線通信
   用アンテナ装置の切り換え方法。
7. 【請求項７】 前記品質が前記受信した信号の復調時の
   ビットエラーレートであることを特徴とする請求項５記
   載の移動体無線通信用アンテナ装置の切り換え方法。
8. 【請求項８】 前記２つのアンテナ素子群における一方
   のアンテナ素子群のアンテナ素子の１つと、前記２つの
   アンテナ素子群における他方のアンテナ素子群のアンテ
   ナ素子の１つとが共用されることを特徴とする請求項５
   から７のいずれか１項記載の移動体無線通信用アンテナ
   装置の切り換え方法。