(57)【要約】【課題】複数の経路を用いて通信を行う無線通信システムにおいて、互いに相殺されることにより一部の送信信号が受信できないという状況を回避して安定受信を可能とする無線通信装置および無線通信システムを提供することを目的とする。【解決手段】送信と受信側にそれぞれ複数のアンテナを設置し、送信側複数アンテナから同一データの伝送を行うダイバシチ通信方式を採用する無線通信システムであって、受信側における受信までの伝送時間及び受信強度を計測し、計測結果に応じて複数の送信側アンテナにおける送信時点を遅延時間だけ相違させて送信することを特徴とする。【選択図】図１
2014099817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信と受信側にそれぞれ複数のアンテナを設置し、送信側複数アンテナから同一データの伝送を行うダイバシチ通信方式を採用する無線通信システムであって、
受信側における受信までの伝送時間及び受信強度を計測し、計測結果に応じて前記複数の送信側アンテナにおける送信時点を遅延時間だけ相違させて送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記複数の送信側アンテナにおける遅延時間だけ相違させた送信により、受信側における受信強度は所定の受信強度以上とされていることを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記受信側における伝送時間及び受信強度の計測、ならびに前記送信側アンテナにおける送信時点の遅延時間決定は、当該無線通信システムを用いた信号伝送開始前のテスト運用時点で実施されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記受信側における伝送時間及び受信強度の計測、ならびに前記送信側アンテナにおける送信時点の遅延時間決定は、当該無線通信システムを用いた信号伝送の実施中の本格運用実施時点で実施されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
複数の通信経路を実現するためのダイバシチ通信方式は、異なる偏波角度を用いて通信する偏波ダイバシチ方式とされることを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
複数の通信経路を実現するためのダイバシチ通信方式は、通信する周波数に複数の異なる周波数帯域を用いた周波数ダイバシチ方式とされることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
送信と受信側にそれぞれ複数のアンテナを設置し、送信側複数アンテナから同一データの伝送を行うダイバシチ通信方式を採用する無線通信システムで使用される無線通信装置であって、
当該無線通信装置は送信と受信側にそれぞれ設けられ、
送信側に、送信側複数アンテナから同一データの伝送を行い、第１のアンテナから送信してから遅延時間経過後に第２のアンテナから送信するとともに、前記遅延時間を受信側の受信状態に応じて可変に設定する機能を備え、
受信側に、受信状態として受信までの伝送時間及び受信強度を計測し、これを送信側に送付する機能を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の無線通信装置であって、
前記複数の送信側アンテナにおける遅延時間だけ相違させた送信により、受信側における受信強度は所定の受信強度以上とされていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の無線通信装置であって、
複数の通信経路を実現するためのダイバシチ通信方式は、通信する周波数に複数の異なる周波数帯域を用いた周波数ダイバシチ方式とされることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線通信装置であって、
前記遅延時間を可変に設定するために、アナログ変調部分に遅延回路を備えていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
請求項７または請求項８に記載の無線通信装置であって、
複数の通信経路を実現するためのダイバシチ通信方式は、異なる偏波角度を用いて通信する偏波ダイバシチ方式とされることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の無線通信装置であって、
前記遅延時間を可変に設定するために、アナログ変調部分に備える電圧可変発振器ＶＣＯの発振周波数を変更して前記偏波角度を調整することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の無線通信装置であって、
前記遅延時間を可変に設定するために、前記複数の異なる偏波角度の一部を使用する通信に変更することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１４】
請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の無線通信装置であって、
前記受信側における伝送時間及び受信強度の計測、ならびに前記送信側アンテナにおける送信時点の遅延時間決定は、送信側と受信側の当該無線通信装置を用いた信号伝送実施中の本格運用実施時点においてテスト信号を用いて実施されるとともに、
前記送信側と受信側の当該無線通信装置において通信されるデータ領域に、前記テスト信号の送信元についての情報、テスト信号の受信結果得られた前記受信状態についての情報を格納するデータ領域が確保されていることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信システムに係り、特にダイバシチ通信方式を採用した無線通信装置および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの無線通信機器の低コスト化による無線機器のコモディティ化やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などのセンサネット技術の標準化に伴い、産業分野における無線技術応用の期待が高まり、応用事例が増えつつある。
【０００３】
産業分野として例えば、電力・交通などの社会インフラ事業やＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）・ＰＡ（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）などの製造業の監視・制御ネットワークへの無線技術の適用により、監視・制御用ケーブルの削減に寄与するものと期待されている。具体的には有線ケーブルを無線化することにより、ケーブルの敷設コストを低減できる以外に、定期点検時のメンテナンスコストの低減を計ることができる。また、無線技術を活用することで、事業者は機器の追加や機器の構成の変更といった運用の変化に対して、より柔軟に対応できるというメリットを享受できる。
【０００４】
その一方で無線技術を制御ネットワークに適用するためには、干渉などが発生した場合であっても、通信を継続することができる通信の信頼性向上が重要となる。例えば、製造業の現場と中央の操作室との間に無線技術を使用した制御ネットワークを構成して通信を行うことを想定してみると、一般にはこの間には建屋壁、回転機などの各種電気機器、タンク等の各種屋外建造物が設置されている。制御ネットワークに適用される通信では、これらの障害物の間を通して、かつ劣悪な通信環境の中で行われることになり、通信の信頼性向上が避けられない課題となる。
【０００５】
ところで一般制御技術分野において信頼性向上を図る場合には、多重化構成を採用するのが有効である。制御の多重化に類似の思想として、通信分野における信頼性向上の方法の１つとして、複数の通信経路を用いて同じデータを通信することで、１つの経路が干渉を受けても通信を継続できる、ダイバシチ通信方式がある。
【０００６】
ここでダイバシチ通信方式とは、複数のアンテナで受信した同一の無線信号について、電波状況の優れたアンテナの信号を優先的に用いたり、受信した信号を合成してノイズを除去したりすることによって、通信の質や信頼性の向上を図る技術のことである。ダイバシチの種類としては、空間ダイバシチ、偏波ダイバシチ、角度ダイバシチ、周波数ダイバシチ、時間ダイバシチと呼ばれる方式が知られている。これらはいずれも空間、偏波、角度、周波数、時間などの観点により複数の通信経路を形成するものであり、これらの複数通信経路に同じデータを送出するものである。
【０００７】
これらのダイバシチ通信方式の１つとして特許文献１には、同一データを異なる偏波の角度で送信し、受信局で偏波ごとに分離してデータを受信し、合成または選択抽出する偏波ダイバシチ方式が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０１５９２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の方法では、受信した信号を予め求めておいた伝搬環境関数に基き復調しようとした場合に、ある偏波角度において複数の送信波が受信され、該複数の受信波の波形の位相差が１８０度逆でかつ受信電力強度が同じ場合には、互いに相殺され、該偏波角度における受信電力が得られない。すなわち、ある偏波角度における送信信号が受信できないという状況を回避できない可能性がある。
【００１０】
偏波ダイバシチ方式における上記の問題点は、他のダイバシチ通信方式においても発生し得る問題である。特に先に説明した制御ネットワークに適用される通信では、障害物による反射や減衰の影響により、あるいは現場の劣悪な通信環境の中で行われることの影響もあり、送信信号が受信できないという状況を回避できない可能性がある。
【００１１】
以上のことから本発明においては、複数の経路を用いて通信を行う無線通信システムにおいて、互いに相殺されることにより一部の送信信号が受信できないという状況を回避して安定受信を可能とする無線通信装置および無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のことから本発明においては、送信と受信側にそれぞれ複数のアンテナを設置し、送信側複数アンテナから同一データの伝送を行うダイバシチ通信方式を採用する無線通信システムであって、受信側における受信までの伝送時間及び受信強度を計測し、計測結果に応じて複数の送信側アンテナにおける送信時点を遅延時間だけ相違させて送信することを特徴とする。
【００１３】
また以上のことから本発明においては、送信と受信側にそれぞれ複数のアンテナを設置し、送信側複数アンテナから同一データの伝送を行うダイバシチ通信方式を採用する無線通信システムで使用される無線通信装置であって、当該無線通信装置は送信と受信側にそれぞれ設けられ、送信側に、送信側複数アンテナから同一データの伝送を行い、第１のアンテナから送信してから遅延時間経過後に第２のアンテナから送信するとともに、遅延時間を受信側の受信状態に応じて可変に設定する機能を備え、受信側に、受信状態として受信までの伝送時間及び受信強度を計測し、これを送信側に送付する機能を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の経路を用いて通信を行う無線通信システムにおいて、複数の経路から受信される信号の合成である受信電力強度を、通信遅延時間を考慮することで向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の無線通信装置の基本的な具体構成を示す図。
【図２】本発明の実施例１に係る無線通信装置およびそれを用いた制御システムが適用可能な無線通信システムの全体構成を示す図。
【図３】周波数ダイバシチ方式における２つの送信アンテナからの送受信タイミングを示す図。
【図４】周波数ダイバシチ通信方式を採用する本発明の無線通信装置の具体構成を示す図。
【図５】本発明の実施例２に係る無線通信装置およびそれを用いた制御システムが適用可能な無線通信システムの全体構成を示す図。
【図６】偏波ダイバシチ通信方式の考え方を示した図。
【図７】偏波ダイバシチ通信方式を採用する本発明の無線通信装置の具体構成を示す図。
【図８】偏波ダイバシチ通信方式を採用する本発明の無線通信装置の他の具体構成を示す図。
【図９】図８の偏波ダイバシチ通信方式の考え方を示した図。
【図１０】テスト信号の内容について説明する図。
【図１１】テスト信号の応答結果信号の内容について説明する図。
【図１２】本格運用前のテスト運用における補正タイミングについて説明する図。
【図１３】データ伝送の本格運用を行っている最中にテスト運用を行なうときの補正タイミングについて説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１に係る無線通信装置およびそれを用いた制御システムが適用可能な無線通信システムの全体構成を図２に示す。
【００１８】
図２に例示された無線通信システムは、複数の送信アンテナＡＳを含む送信手段を設置した送信局Ｓと、複数の受信アンテナＡＲを含む受信手段を設置した受信局Ｒとから構成されたダイバシチ通信システムである。
【００１９】
図２の例ではダイバシチ通信方式の一例として、周波数ダイバシチ通信方式の例を示しており、通信の信頼性確保のため、同一データを複数の周波数ｆａ，ｆｂで通信する。本発明はその他のダイバシチ通信方式にも適用可能であるが、ここではまず周波数ダイバシチ通信方式の例で説明する。なお後述する図５に例示された無線通信システムは、偏波ダイバシチ通信方式を示している。
【００２０】
図２の周波数ダイバシチ通信方式の例では、送信局における一方のアンテナを送信局アンテナＡＳ１、もう一方のアンテナを送信局アンテナＡＳ２とする。同様に受信局における一方のアンテナを受信局アンテナＡＲ１、もう一方のアンテナを受信局アンテナＡＲ２とする。
【００２１】
同一周波数で使用される送信アンテナＡＳ、受信アンテナＡＲは対で存在する。送信アンテナＡＳ１と受信アンテナＡＲ１が対となり、周波数ｆａで通信する。また送信アンテナＡＳ２と受信アンテナＡＲ２が対となり、周波数ｆｂで通信する。
【００２２】
送信局Ｓおよび受信局Ｒ内には無線通信装置１および制御装置２が設置されている。例えば火力発電所の例で言うと、送信局側制御装置２Ｓは火力発電所全体を制御する中央制御装置であり、現場から各種プロセス量や各種状態量を入手して、現場の機器に対する制御信号を作成して送出する。受信局側制御装置２Ｒは火力発電所現場に設置された現場盤などであり、現場の機器に対する制御信号により各操作端を操作し、現場の各種プロセス量や、各種状態量を入手して送出する。これらの制御信号や各種プロセス量、各種状態量が無線通信装置１および送受信アンテナを介して伝送されている。
【００２３】
また無線通信装置１（１Ｓ，１Ｒ）は、図１に例示される構成、機能を備えている。図１は、本発明の無線通信装置１の基本的な具体構成を示している。無線通信装置１は送信機能と受信機能を備えており、送信局側無線通信装置１Ｓと受信局側無線通信装置１Ｒは同一構成とされることが多いので、ここでは送信局側無線通信装置１Ｓの例について説明する。
【００２４】
無線通信装置１（１Ｓ，１Ｒ）は、制御装置２との間で伝送データ（制御信号や各種プロセス量、各種状態量）をやり取りする。無線通信装置１および制御装置２は一般にはディジタル装置で構成されており、伝送データはディジタル量として取り扱う。これに対し、実際の送信はアナログ的に行われるので、無線通信装置１（１Ｓ，１Ｒ）のアンテナ部１０、アナログ変復調部２０ではアナログ処理を行う。このように無線通信装置１（１Ｓ，１Ｒ）は、ディジタル処理を行うディジタル信号処理部３０とアナログ処理を行うアナログ変復調部２０で構成される。
【００２５】
このうちディジタル信号処理部３０では、アンテナから受信したアナログ信号をディジタル信号に変換して伝送データを制御装置２に伝送し、制御装置２からの伝送データをディジタル信号に変換してアナログ変復調部２０に伝送する。アナログ変復調部２０では、アナログ処理により変調、復調処理を実施する。
【００２６】
このようにディジタル信号処理部３０とアナログ変復調部２０は、送信側処理と受信側処理を実行するが、図１では送信側処理として送信信号ディジタル制御部３１と送信信号アナログ制御部２１のみを記載している。受信機能について図示していないが、受信信号ディジタル制御部と受信信号アナログ制御部も備えている。
【００２７】
なお本発明はダイバシチ通信方式を前提として採用するので、信号の送信に際して送信信号アナログ制御部２１で作成したアナログ信号はアンテナ部１０を介して２つの送信アンテナＡＳ１，ＡＳ２に印加され送信される。また受信に際して２つの受信アンテナＡＲ１，ＡＲ２に取り込まれたアナログ信号はそれぞれ復調されてディジタル処理に伝送される。
【００２８】
なお図１において送信条件変更指令判定部４０、送信条件変更指令部５０は本発明により付加されたものであり、この部分の機能について後述する。図１はダイバシチ通信方式を採用する本発明の基本構成を示したものであり、ダイバシチ通信方式として周波数ダイバシチ通信方式を採用する場合には、図１は図４のように変更して使用される。また偏波ダイバシチ通信方式を採用する場合には、図１は図７あるいは図８のように変更して使用される。
【００２９】
図４において、図１と同じ機能を有する回路には、同じ記号を付している。但し、アンテナ部１０、アナログ変復調部２０のように２系に装置構成されている部分には、記号ａ，ｂを付して２系であることを明示している。なお記号ａ，ｂは通信周波数ｆａ，ｆｂに対応するものである。また、図１では一般的な概念を示すために「送信条件」と表示しているが、周波数ダイバシチ通信方式ではこれは「遅延」を意味する。このため、図１の送信条件変更指令判定部４０、送信条件変更指令部５０は、図４では遅延変更指令判定部４１、遅延変更指令部５１と読み替えている。同様に図７あるいは図８の偏波ダイバシチ通信方式では、「送信条件」を「偏波」に読み替えている。
【００３０】
以上、図２において無線通信システムの送信局と受信局における通信方式の概略を説明したが、本発明ではこの無線通信システムが産業用の現場で使用されることを想定している。例えば、火力発電所の例で言うと、ボイラや発電機およびその制御機器を設置した現場に受信局Ｒが配置され、遠隔の建屋内の中央操作室内に制御指令装置と送信局Ｓが配置されて無線技術を使用した制御ネットワークを構成している。この間には建屋壁、ボイラ、発電機、電動機などの各種機器、タンク等の各種屋外構造物が設置されている。
【００３１】
これらの機器や構造物は、無線通信システムにとっては障害物といえるものであって、図２には障害物ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３として表示している。図２の場合、送信アンテナＡＳと受信アンテナＡＲ間の最短経路は、障害物ＴＲ２により阻止されて形成できず、直接波による通信が行えない状態である。このため、具体的な通信経路としては、周波数ｆａ側は障害物ＴＲ１による反射波の経路により形成され、周波数ｆｂ側は障害物ＴＲ３による反射波の経路により形成されたことを示している。
【００３２】
周波数ダイバシチ通信方式に使用される２つの送信アンテナＡＳ１，ＡＳ２からは、通信の信頼性を高めるために、同一のデータが送信され、送信アンテナＡＳ１，ＡＳ２の一方の通信が阻害された場合であっても、他方の送信アンテナにより通信は継続されることを期待している。
【００３３】
図３は、周波数ダイバシチ方式における２つの送信アンテナからの送受信タイミングを示している。ここでは送信局アンテナＡＳ１と送信局アンテナＡＳ２から送信される「０，１」の２値の信号を時間ごとに記載している。送信タイミングとしては、ケース１に示すように、同じデータを同じタイミングで送信する場合と、ケース２に示すように、同じデータを異なるタイミングで送信する場合とが考えられる。
【００３４】
このうち、同じデータを同じタイミングで送信するケース１の場合には、受信局Ｒにおける周波数ｆａ用のアンテナＡＲ１において、周波数ｆｂの信号が周波数ｆａの信号と混在して受信される。同様に受信局Ｒにおける周波数ｆｂ用のアンテナＡＲ２においても、周波数ｆａの信号が周波数ｆｂの信号と混在して受信される。
【００３５】
ここで、同じデータを同じタイミングで送信するケース１の場合の受信について考察すると、通常の無線通信システムであれば送信局Ｓと受信局Ｒの間に障害物が存在せず最短の通信経路が確保され直接波による通信が行えるという前提であり、２経路からは同じデータを同じタイミングで受信できているはずである。
【００３６】
これに対し、図２の産業用の無線通信システムのように送信局Ｓと受信局Ｒの間に障害物が存在し、最短の通信経路が確保されていないという前提では、反射波による通信に期待するしかない。従って、同じデータを同じタイミングで送信するケース１の場合の受信タイミングは、通信経路が相違することにより互いに相違する時点となることが理解できる。
【００３７】
係る受信時点が相違する状況下では、受信アンテナの受信方向における周波数ｆａの信号成分と周波数ｆｂの信号成分が１８０度逆向きで信号の受信電力が同一となる可能性を否定できず、仮に係る信号遅延状態が現出した場合には、信号が相殺され、正しく信号が受信、再現されない場合が発生する。
【００３８】
これに対し、図３のケース２に示すように、同じデータを異なるタイミングで送信するのであれば、受信アンテナにおける周波数ｆａの信号と周波数ｆｂの信号の混在受信の課題は回避できる可能性があることになる。
【００３９】
このためには、異なる送信タイミングで送信をした時に受信側で観測された伝送時間および受信電力強度を複数の送信タイミングについて確認したうえで、最適な受信電力強度が得られるときの送信タイミングに設定するのがよい。
【００４０】
図３のケース２の考え方に沿って具体的にこの課題を解決すべく、本発明においては無線通信装置の本格設置、運用に先立ち、テスト運用を実施し受信の状態を確認する。テスト運用は、図２の産業設備として例えば火力発電所であれば、現場にボイラや発電機およびその制御機器などの主要な構造物が据え付けられ、建屋や建屋内の主要な機器が設置されている状態で行われる。
【００４１】
この場合に、まず２組のアンテナの設置位置が決定され、この位置で送受信を行うときの通信受信状態をテスト運用で確認する。テスト手順の詳細については、別途説明することとし、ここでは概要について説明する。
【００４２】
最適の通信受信状態を得るための手法としては幾つかのものが考えられるが、その一例としては、まず送信局Ｓから受信局Ｒに対してテスト信号を送信する。この場合にテスト信号は例えば送信局Ｓ内の制御装置２で作成され、図４の無線通信装置１内のディジタル信号処理部３０、アナログ変復調部２０、アンテナ部１０を経由してアンテナＡＳ１，ＡＳ２から通信周波数ｆａ，ｆｂを用いて送信される。
【００４３】
テスト信号を受信した受信局Ｒは、受信した信号のアンテナ番号情報（ＡＲ１，ＡＲ２）と受信電力、受信した時間を記録する。ただし、受信局Ｒの周波数ｆｂ用のアンテナＡＲ２では、復調する周波数の設定がｆｂであり、ｆａの復調が成されないため、周波数ｆａの信号の測定時には、周波数ｆａで復調するように発振周波数の切り替えを実施しておく。
【００４４】
このようにして送信局Ｓの周波数ｆａのアンテナＡＳ１から、受信局の周波数ｆａ用アンテナＡＲ１および周波数ｆｂ用のアンテナＡＲ２への到達に要する伝送時間が測定される。また同様にして、送信局Ｓの周波数ｆｂのアンテナＡＳ２から受信局の周波数ｆａ用アンテナＡＲ１および周波数ｆｂ用のアンテナＡＲ２への到達に要する伝送時間を記録する。受信した信号のアンテナ番号情報（ＡＲ１，ＡＲ２）と受信電力と受信した時間についての記録の情報は、受信局Ｒから送信局Ｓに対して送信され、この情報が図４の遅延変更指示判定部４１に与えられる。
【００４５】
また他の受信状態確認手法では、最適条件の探索を実行する。この場合に送信局Ｓから受信局Ｒに対するテスト信号の送信は、周波数ｆａと周波数ｆｂの送信タイミング（両者の送信時間差、遅延時間）を変更しながら複数の遅延時間のケースについて実行され、その都度受信記録の情報が送信局Ｓの遅延変更指示判定部４１に蓄積されていく。この場合に図４の遅延変更指示判定部２１および遅延変更指示部５１では、逐次条件の異なる遅延時間を設定し送信を実行させる役割を果たす。
【００４６】
送信局Ｓの遅延変更指示判定部４１は、受信した信号のアンテナ番号情報（ＡＲ１，ＡＲ２）と受信電力と受信した時間についての受信記録を参照し、受信局Ｒでの受信状態が最適となる遅延時間を計算し、これにより送信する遅延時間を決定し、記録しておく。
【００４７】
図４の遅延変更指示判定部４１では、実運用の場面において、遅延時間を遅延変更指示部５１に指令する。
【００４８】
遅延変更指示部５１は、与えられた遅延時間となるように２組のアナログ変復調部２０ａ，２０ｂ内の遅延回路２２ａ，２２ｂの遅延時間を定める。例えば、周波数ｆａの信号送信を先行し、その後Ｔ時間後に周波数ｆｂの信号の送信を実行するのが最適と判断された場合には、図４の遅延回路２２ｂに遅延時間Ｔを設定することになる。なお、先行送信する側の遅延回路２２ａには遅れ時間の設定を行わない。
【００４９】
このように、図４の遅延変更指示判定部４１、遅延変更指示部５１、遅延回路２２ａ，２２ｂを用いて、受信局Ｒの一方のアンテナ（ＡＲ１またはＡＲ２）に対して、送信局Ｓの２つのアンテナＡＳ１，ＡＳ２から送信される２つの信号の送信タイミングの変更（送信条件の補正）を行う。
【００５０】
上記テスト運用の結果、最適受信状態が確認された遅延時間を持って、以降のデータ通信の本番が実施される。本番では、決定した遅延時間分の送信時間間隔だけ離して、送信局の２アンテナからデータの送信を行うことで、信号の相殺を回避する。
【実施例２】
【００５１】
本発明の実施例２に係る無線通信装置およびそれを用いた制御システムが適用可能な無線通信システムの全体構成を図５に示す。
【００５２】
図５に例示された無線通信システムは、複数の送信アンテナＡＳを含む送信手段を設置した送信局Ｓと、複数の受信アンテナＡＲを含む受信手段を設置した受信局Ｒとから構成された偏波ダイバシチ通信システムであり、通信の信頼性確保のため、同一データを複数の偏波角度で通信する。
【００５３】
ここでは送信局Ｓにおける一方のアンテナを送信局アンテナＡＳ１、もう一方のアンテナを送信局アンテナＡＳ２とする。同様に受信局における一方のアンテナを受信局アンテナＡＲ１、もう一方のアンテナを受信局アンテナＡＲ２とする。
【００５４】
送信アンテナＡＳ１と受信アンテナＡＲ１は、対で存在する。送信アンテナＡＳ１と受信アンテナＡＲ１の間では、偏波角度１と偏波角度２を使用して通信を行う。また送信アンテナＡＳ２と受信アンテナＡＲ２が対となり、偏波角度３と偏波角度４を使用して通信を行う。
【００５５】
図６は、偏波ダイバシチ通信方式の考え方を示した図である。この図では、信号Ｗを偏波ダイバシチ通信方式で伝送する考え方を示している。この方式では信号Ｗに対し、最初の時刻ｔ１では偏波角度１により送信アンテナＡＳ１から送信する。さらに、次の時刻ｔ２では偏波角度２により送信アンテナＡＳ２から、送信時刻ｔ３では偏波角度３により送信アンテナＡＳ１から、送信時刻ｔ４では偏波角度４により送信アンテナＡＳ２からという具合に順次送信する。以降の処理においても同様に偏波角度を変更しながら送信を実施する。
【００５６】
図５の事例でも、送信局Ｓと受信局Ｒの間の障害物により、最短経路が形成されないことを想定している。ここでは偏波角度１の信号は障害物ＴＲ１により反射して受信局Ｒのアンテナに到達し、偏波角度２の信号は障害物ＴＲ１、障害物ＴＲ２により順次反射して受信局ＲのアンテナＡＲ２に到達した例を示している。また、偏波角度４の信号は障害物ＴＲ３により反射して受信局Ｒのアンテナに到達し、偏波角度３の信号は障害物ＴＲ３、障害物ＴＲ２により順次反射して受信局ＲのアンテナＡＲ２に到達した例を示している。
【００５７】
このように図５の偏波ダイバシチシステムでは、通信の信頼性のため、同一データを複数の異なる偏波角度１，２，３，４で通信している。偏波ダイバシチシステムの送信局Ｓ、受信局Ｒにおいて、アンテナは物理的に回転させながら信号を送信、または受信することで、複数の異なる偏波角度の信号を送信、受信している。
【００５８】
具体的には、同一のデータをアンテナが回転することで実現される、複数異なる偏波角度で送出することで、複数の異なる偏波角度で信号を送信できる。また、通信信号の進行方向に対して複数の異なる設置角度のアンテナを組み合わせて用いることで、複数の異なる偏波角度の信号を実現して、送信することも可能である。
【００５９】
複数の異なる偏波角度で送信された信号は、伝搬路の距離と反射物への入射角度に応じた角度の変化を受けて、受信局ＲのアンテナＡＲにおいて受信される。アンテナＡＲは指向性と呼ばれる、信号を受信できる特定の向きを持つ。
【００６０】
当該の状況下で、受信アンテナの受信方向において、一方向の複数の偏波角度の信号の受信電力と、該方向とは１８０度角度の異なる方向の複数の偏波角度の信号の受信電力とが同一の場合には、信号が相殺されるため、当該方向の受信電力を得ることができない。この課題は、上記した周波数ダイバシチ通信方式におけると同じ問題である。
【００６１】
この課題を解決すべく、偏波ダイバシチ通信方式を採用する時には受信局Ｒの一方のアンテナに対して、送信局Ｓから送信される偏波角度ごとに送信タイミングの補正を行う。具体的には、複数の異なる偏波角度の信号が、受信側で複数の異なる偏波角度のアンテナに対して、到達するタイミングの測定を行い、その結果を送信局に反映することで送信タイミングを補正する。これにより受信タイミングが重ならないようにする。
【００６２】
このタイミング補正は、周波数ダイバシチ通信方式の実施例で行ったと同じように、本格運用前のテスト運用により実施され、無線通信装置の本格設置、運用に先立ち、テスト運用を実施し遅延の状態を確認する。テスト運用は、図５の産業設備として例えば火力発電所であれば、現場にボイラや発電機およびその制御機器などの主要な構造物が据え付けられ、建屋や建屋内の主要な機器が設置されている状態で行われる。
【００６３】
この場合に、まず２組のアンテナの設置位置が決定され、この位置で送受信を行うときの通信遅延状態をテスト運用で確認する。図７は、周波数ダイバシチ通信方式を採用する本発明の無線通信装置の具体構成を示す図である。この図において、図１あるいは図４と同じ記号を付した回路部分は、それらと同じ機能を備えたものである。但し、図１の送信条件変更指令判定部４０、送信条件変更指令部５０は、図７では偏波変更指令判定部４２、偏波変更指令部５２と読み替えているが機能的にはおなじものである。また図１の送信信号ディジタル制御部３１と送信信号アナログ制御部２１は、偏波ディジタル制御部３３と偏波アナログ制御部２３と読み替えているが機能的にはおなじものである。
【００６４】
以下図７の周波数ダイバシチ通信方式の実施例におけるテスト運用動作の概要について説明する。なおテスト手順の詳細については、別途記載する。
【００６５】
まず受信局Ｒは、異なる偏波角度ごとに分離して受信できるように、異なる偏波角度で設置したアンテナを用意しておく。
【００６６】
送信局Ｓが複数の偏波角度ごとに０，１の２値の信号を搬送波に載せてテスト信号として送信する。この場合にテスト信号は例えば送信局Ｓ内の制御装置２で作成され、図７の無線通信装置１内のディジタル信号処理部３０、アナログ変復調部２０、アンテナ部１０を経由してアンテナＡＳ１，ＡＳ２から偏波角度１，２，３，４を用いて送信される。この時の送信は同時送信ではなく、順次送信とされるのが良い。
【００６７】
テスト信号を受信した受信局Ｒでは自局のアンテナの角度は既知であるため、ある受信アンテナの受信角度における、送信信号の送信時の偏波角度ごとの、送信局Ｓから受信局Ｒまでの到達に要する伝送時間、および受信アンテナＡＲの受信方向における受信電力を記録することができる。
【００６８】
受信局Ｒは、送信局Ｓに対して、該テスト信号結果である伝送時間および受信電力の情報を送信する。伝送時間および受信電力の情報は、図７の偏波変更指示判定部４２に与えられる。送信局Ｓの偏波変更指示判定部４２は、伝送時間および受信電力の受信記録を参照し、受信局Ｒでの受信が最適となる送信タイミング（遅延時間）を算出し、これにより送信する遅延時間を決定し、記録しておく。なお最適受信状態を決定するための手法については、周波数ダイバシチ方式で説明したものと同じ考え方が適用できる。
【００６９】
なお、偏波ダイバシチ方式において、受信局Ｒでの受信を最適とするための遅延時間を実現するには幾つかの手法がある。送信局Ｓは、受信アンテナの受信方向に対する受信電力が相殺されないように、受信アンテナの受信方向の一方向における偏波角度の信号のみ送信するように、送信する複数の偏波角度ごとの信号を選択して送信する。または、データを送信するタイミングでの偏波角度は同じまま、回転させる偏波角度周期を変更することで送信間隔を変更し、送信信号が受信アンテナに到達するまでの伝送時間を変更することができる。これにより、受信アンテナの受信方向における複数の受信信号の受信電力の相殺されないように補正することができる。
【００７０】
具体的事例について述べると、図７の実施例では、アナログ変復調部２０の内部に備える電圧可変発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を利用する。送信信号の送信間隔の変更は、アナログ変復調部２０における電圧可変発振器ＶＣＯに対して、周波数の変更を行うことにより、実現される。このため、偏波変更指示判定部４２では、テスト運用により求めた遅延時間を、電圧可変発振器ＶＣＯにおける発信電圧の大きさに変換する処理を行い、発信電圧の値として偏波変更指示部５２に変更指示を与える。
【００７１】
この場合に、送信信号の送信間隔の変更は、図６下に示すように、アナログ変復調部２０における電圧可変発振器ＶＣＯに対して、周波数の変更を行うことにより、実現される。電圧可変発振器ＶＣＯの周波数の変更によって、偏波のビート周波数が変更される。ビート周波数の変更によって、データの送信タイミングにおける偏波角度が変化するため、送信信号の送信間隔の変更が実現される。
【００７２】
また、図８に示すように、送信局のデジタル信号処理部３０において処理することが可能である。図９上段に示すように、複数の偏波角度１，２，３，４で同一情報を送信していたものを、図９下段に示すように、送信間隔を変更に基いた偏波角度１，３でのみ送信するように変更することでも、送信信号の送信間隔の変更を実現できる。この場合には、図８に示すように、選択する偏波角度の情報が偏波変更指示部５２から偏波ディジタル制御部３４に対して送信される。
【００７３】
また、相殺されないような組み合わせとすることに加えて、受信アンテナの受信方向の一方向に対する受信電力を最大化するように遅延時間の変更を行うことにより、利得を向上させることができる。
【００７４】
受信電力の最大化については、偏波角度ごとに最大受信電力が得られる、または、受信アンテナの特定の方向に強めあう、到達時間から逆算して、受信アンテナで該複数の信号を合成したときに各偏波角度の最大受信電力が得られる遅延時間の組み合わせ、または、受信アンテナの特定の方向に最も強めあう遅延時間の組み合わせが決定される。
【００７５】
該遅延時間の組み合わせに応じて、データ信号を送信する異なる偏波角度が決定され、該偏波角度情報を、偏波変更指示部５２から偏波ディジタル制御部３４に通知することで、送信間隔の変更が実現される。
【実施例３】
【００７６】
ここでは、送信局Ｓと受信局Ｒとの間で行われるテストの手順の詳細について述べる。
【００７７】
まず送信局Ｓから受信局Ｒに対して、テスト信号が送信される。
【００７８】
受信局Ｒは、送信局Ｓからの送信条件ごとに区別して、受信局Ｒの受信条件、受信局Ｒの受信アンテナ到達に要する時間、受信電力強度を記録する。また受信局Ｒは、テスト結果の記録情報を送信局Ｓに対して送信する。なおテストは複数の送信条件で実施される。
【００７９】
送信局Ｓは、受信局Ｒからのテスト結果を受信した応答を受信局Ｒに返信する。
【００８０】
受信局Ｒは、送信局Ｓから該テスト結果受信応答信号を受信したことをもって、テスト信号処理を完了し、データ通信を行う通常の通信処理に移行する。
【００８１】
送信局Ｓは、自局内の処理で、テスト結果を送信条件変更指令判定部４０に送信する。送信条件変更判定部４０では、受信局において受信される複数の信号間で相殺が発生するか否かの判定を行う。相殺の発生の推定については、受信電力の合成が一定値を下回る場合に発生するものと判定して、一定の閾値を設けた判定を行うこともできる。相殺が発生すると判定した場合には、受信局Ｒにおけるテスト信号受信の結果の情報を用いて、複数の送信信号の送信条件の補正を行う。あるいは最適な受信条件が得られる遅延時間となるように送信条件の補正を行う。
【００８２】
なお送信局は、テスト結果から受信アンテナの受信方向に対して、最大の受信電力が得られる信号を基本として、該信号を強めあう信号を選択し、弱めあう信号は除外することで、複数の受信信号同士が相殺せずに、受信電力を得られる。また、最大利得が得られる組み合わせは、最大受信電力の信号を基本として、そのほかの信号の遅延時間を変更することにより、得られる。
【００８３】
また、テスト信号を用いた送信信号の補正は、データ通信の開始前に行ってもよい。またデータ通信の開始後に、受信局Ｒから送信局Ｓに対して、テスト信号の送信からテスト信号の送信を終了するためのテスト信号受信結果の受信応答までの通信処理（以降、テストモードと記載）開始の要求指令を送信して、受信局Ｒ主導で行ってもよい。これは、伝搬路の状況が変動する通信環境下での通信を想定した場合、通信状態の悪化を検出できるのが、送り元の送信局Ｓではなく、受信局Ｒであるためである。
【００８４】
通信状態の悪化検出は、受信電力強度の低下や、送信信号の通信パケット内に記述された送信パケット番号の検出時の受信失敗の割合の増大により検出可能である。
【実施例４】
【００８５】
ここではテスト信号、あるいはその応答結果信号の内容について説明する。まずテスト信号には、送信波の送信条件が記載される必要がある。これは、テスト信号を受信した受信側で、送信波の送信条件がわからないためである。
【００８６】
そのため、図１０に示すようにヘッダとフッタの間のデータ領域には、テスト信号として送信元がわかるように、送信系統番号を記載した送信系統情報１と、送信条件を記載した送信条件情報２が含まれる。ここで送信系統とは、たとえば、偏波ダイバシチ方式であれば偏波角度情報が該当し、周波数ダイバシチ方式であれば通信に用いる周波数チャネル情報が該当する。また受信電力および複数経路で通信を行う際の送信元の周波数チャネルや偏波といった送信系統を区別する情報が該当する。
【００８７】
次に、テスト信号の受信結果の内容について説明する。これは、テスト信号を受信した受信局Ｒから送信局Ｓに対して送られる、テスト信号の受信結果の内容である。図１１にテスト信号受信結果情報を示す。
【００８８】
図１１に示すようにヘッダとフッタの間のデータ領域には、テスト信号受信結果情報が記載される。該情報には、受信元、送信元を区別するための、受信系統情報および送信系統情報１また、送信開始時間や送信電力などの送信条件が記載された送信条件情報、測定した遅延時間や受信電力の情報が含まれる。
【実施例５】
【００８９】
ここでは、補正タイミングについて説明する。先の実施例の説明では、本格運用前のテスト運用において、遅延時間を計算し補正をする考え方を説明した。これは、図１２の順に処理を行うものである。図１２は本格運用前のテスト運用における補正タイミングについて説明する図である。
【００９０】
この一連の手順では、まず送信局Ｓから受信局Ｒにテスト信号を送る。受信局Ｒは伝送時間の計測結果を含むテスト受信結果を送信局Ｓに返送する。送信局Ｓは最適受信のための遅延時間を決定して補正処理を行う。その後にデータ伝送の本格運用に入る。この図１２の実施例方式では、テスト信号を送信して補正を行うテストモード中には、データの通信を行うことができない。
【００９１】
そのため、データ伝送の本格運用を行っている最中に、テスト運用を行い、その時の最新の状況を反映しながらデータ伝送に反映できる方式が望まれる。この処理は、テストモードにおいて授受される信号（テストモード要求指令、テストモード要求指令テスト信号、テスト信号受信結果情報、テスト信号受信結果の受信応答信号）について、データをやり取りするデータ通信用パケットの一部領域をテストモード用の情報に用いる領域として確保することで、テストモードをデータ通信中と並列で実施することが可能である。
【００９２】
図１３にこのための一連の手順が示されている。図１３は、データ伝送の本格運用を行っている最中にテスト運用を行なうときの補正タイミングについて説明する図である。このための一連の手順では、まず送信局Ｓから受信局Ｒにテスト信号とデータを送る。但し、この場合のテスト信号にはテストモード要求指令テスト信号を含む。さらにテスト開始を受信側から送信側に求めている場合には、この前段で受信側から送信側にテストモード要求指令が送信され、これを受けてのテスト開始になっている。
【００９３】
これに対し受信局Ｒは、伝送時間の計測結果を含むテスト受信結果と、受信側制御装置が作成したデータと、テスト信号を送信局Ｓに返送する。なおテスト信号は受信したテスト信号がそのまま付与されていてもよい。このテスト信号が付与されている状態では、送受信局の双方が、現在テストを並行して実施している状態であることを共有し、確認し合っている。
【００９４】
送信局Ｓは、伝送時間の計測結果を含むテスト受信結果を用いて、最適受信となる遅延時間を決定して補正処理を行う。
【００９５】
また送信局Ｓは、遅延時間補正後の状態で、送信側制御装置が作成したデータと、テスト信号と、テスト信号受信結果（テスト信号受信結果の受信応答信号）を受信局Ｒに返送する。なおテスト信号は受信したテスト信号がそのまま付与されていてもよい。
【００９６】
なお、以上の説明では送信側と受信側に分けて説明を行っているが、実際の無線通信装置では送信と受信の両機能を兼ね備え、並列的に実行している。このため受信局が送信局になる場面に備えて、受信局側の遅延時間補正を実施する。
【００９７】
また、一定時間データ通信が行われず、テストモードが開始されているにも関わらず、テストモード用の情報の授受がなされない場合には、データ通信とは別に、単体でのテストモードを実施し、テストモードを一定の時間内で完遂できる。
【符号の説明】
【００９８】
ＡＳ：送信アンテナ
ＡＲ：受信アンテナ
ｆａ，ｆｂ：周波数
Ｒ：受信局
Ｓ：送信局
１：無線通信装置
２：制御装置
１０：アンテナ部
２０：アナログ変復調部
２１：送信信号アナログ制御部
２２：遅延回路
２３：偏波アナログ制御部
３０：ディジタル信号処理部
３１：送信信号ディジタル制御部
３３：偏波ディジタル制御部
４０：送信条件変更指令判定部
４１：遅延変更指令判定部
４２：偏波変更指令判定部
５０：送信条件変更指令部
５１：遅延変更指令部
５２：偏波変更指令部
ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３：障害物
ＶＣＯ：電圧可変発振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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