(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナを制御するアンテナ制御装置であって、
リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナへの電力配分が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように調整する、
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項２】
前記各アンテナへの電力配分を通信条件に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ制御装置。
【請求項３】
前記リニアセルを形成している各アンテナの中の一部のアンテナを選択し、選択したアンテナに対して、電力配分が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように電力を割り当てる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ制御装置。
【請求項４】
移動局が在圏しているアンテナおよび当該アンテナに隣接しているアンテナに対して電力を割り当てる、
ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ制御装置。
【請求項５】
リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナへの電力配分が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなり、かつリニアセルを形成している各アンテナの俯角が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次大きくなるように調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ制御装置。
【請求項６】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナを制御するアンテナ制御装置であって、
リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナの中の一部のアンテナを選択して電力を割り当て、
前記選択したアンテナに対して、各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように電力を割り当てる、
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項７】
前記アンテナの選択を通信条件に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ制御装置。
【請求項８】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナを制御するアンテナ制御装置であって、
リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナの俯角が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次大きくなるように調整する、
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項９】
前記各アンテナの俯角を通信条件に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項８に記載のアンテナ制御装置。
【請求項１０】
前記通信条件は、天候および要求通信速度の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項２、７または９に記載のアンテナ制御装置。
【請求項１１】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナを調整するアンテナ調整方法であって、
リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナへの電力配分が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように調整する、
ことを特徴とするアンテナ調整方法。
【請求項１２】
前記各アンテナへの電力配分を通信条件に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ調整方法。
【請求項１３】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナを調整するアンテナ調整方法であって、
リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナの中の一部のアンテナを選択して電力を割り当て、
前記選択したアンテナに対して、各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように電力を割り当てる、
ことを特徴とするアンテナ調整方法。
【請求項１４】
前記アンテナの選択を通信条件に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のアンテナ調整方法。
【請求項１５】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送受信し、かつ隣接しているリニアセルで送受信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナを調整するアンテナ調整方法であって、
リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナの俯角が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次大きくなるように調整する、
ことを特徴とするアンテナ調整方法。
【請求項１６】
前記各アンテナの俯角を通信条件に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ調整方法。
【請求項１７】
前記通信条件は、天候および要求通信速度の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１２、１４または１６に記載のアンテナ調整方法。
【請求項１８】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムを形成する分散アンテナシステムであって、
各リニアセルにおいて、リニアセルを形成している各アンテナへの電力配分が当該各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように設定されている、
ことを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項１９】
前記各アンテナへの電力配分が通信条件に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項１８に記載の分散アンテナシステム。
【請求項２０】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムを形成する分散アンテナシステムであって、
各リニアセルにおいて、リニアセルを形成している各アンテナ中の一部のアンテナを対象として電力を割り当て、
前記電力割り当て対象のアンテナに対して、各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように電力を割り当てる、
ことを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項２１】
前記アンテナへの電力割り当てを通信条件に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の分散アンテナシステム。
【請求項２２】
予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムを形成する分散アンテナシステムであって、
各リニアセルにおいて、リニアセルを形成している各アンテナの俯角が当該各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次大きくなるように設定されている、
ことを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項２３】
前記各アンテナの俯角が通信条件に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項２２に記載の分散アンテナシステム。
【請求項２４】
前記通信条件は、天候および要求通信速度の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１９、２１または２３に記載の分散アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散配置された複数のアンテナを制御するアンテナ制御装置、アンテナ調整方法および分散アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速道路や鉄道に代表される高速な陸上移動環境では、軌道等により移動方向が固定しているケースが多い。高速で移動する移動局に対して無線通信を提供する場合、地上側のアンテナ設備は移動局の経路に沿ってアンテナを分散配置する線形分散アンテナ構成が好適である。ここでは、連続する複数の線形分散アンテナにより、同一信号を同一周波数で同期して送受する一定の通信エリアをリニアセルと呼ぶ。【０００３】
リニアセルは、例えば、１つの通信モデムから複数の線形分散アンテナまで光ファイバ等により張り出す形態や、各アンテナに設置される通信モデムが互いに同期して無線信号を共有する形態により実現可能である。特許文献１には、各アンテナの送受信タイミングを調整することによりリニアセル内の通信品質を改善する技術が開示されている。【０００４】
リニアセルは通信エリアが移動局の経路内に限られるため、地上側のアンテナの放射方向や指向性を経路内に限定することで高効率かつ高品質な無線回線を実現できる。非特許文献１では、アンテナの指向性を絞り、放射方向、受信方向を移動局の軌道に向ける狭域リニアセルが提案されている。無指向性のアンテナに比べ、指向性アンテナを用いることで１つのアンテナでカバーする通信エリアを延伸できるため、アンテナ設置数を低減することができる。【０００５】
無線通信システムを構築する場合、ユーザスループット確保のため、複数の狭域リニアセルを線形的に並べることにより広い通信エリアをカバーするマルチリニアセル構成が妥当である。しかし、非特許文献１においては、１つの狭域リニアセルのみが検討されており、マルチリニアセル構成については検討されていない。【０００６】
従来のセルラ通信システムでは、面的に、すなわち二次元的にマルチセルを構成するため、複数の無線周波数を用意し、隣接セル間またはセクタ間で同一周波数とならないよう各セルまたはセクタに順に周波数を割り当てる周波数繰り返しを行う。ここでは、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）の周波数を順に割り当てる方法をＮ周波数繰り返しと呼ぶ。従来のセルラ通信システムでは、二次元的に生じるセル間干渉またはセクタ間干渉を抑えるため、３周波数以上の繰り返しが必要であった。【０００７】
一方、マルチリニアセル構成では、通信エリアが線的、すなわち一次元的であるため、上述した面的なマルチセルよりも無線周波数を削減でき、２周波数繰り返しでシステムを構築できる可能性がある。すなわち、隣接セル間の干渉を抑える場合、各マルチセルは隣接しているマルチセルと異なる周波数が割り当てられればよいため、線的に隣接している各マルチセルに対してｆ1とｆ2の２つの周波数を交互に割り当てることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−９８７８３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】仙田教雄、田中裕一、中川正雄、“ミリ波を用いた列車通信システムの検討”、電子情報通信学会技術研究報告、CS2004-203、2005年1月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、狭域リニアセルによりマルチリニアセルを構成した場合、２周波数繰り返しを行うと、アンテナの指向性が移動方向に向けられることにより、同一周波数を用いる次隣接セルまで電波が届くオーバーリーチが生じて干渉を与え、通信品質の劣化を招く恐れがある、という問題があった。【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチリニアセル構成を適用した無線通信システムにおいて、同一周波数を使用している他のリニアセルへの与干渉を低減して通信品質を向上させることが可能なアンテナ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が前記移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナを制御するアンテナ制御装置であって、リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナへの電力配分が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように調整する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、同一周波数を使用している他のリニアセルへの与干渉を低減して通信品質を向上させることが可能なアンテナ制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】各実施の形態で想定する無線通信システムの構成例および課題を示す図
【図２】従来の無線通信システムにおける課題を示す図
【図３】実施の形態１にかかる無線通信システムの一例を示す図
【図４】実施の形態１にかかる無線通信システムの変形例を示す図
【図５】実施の形態１にかかる遅延調整装置の動作例を示すフローチャート
【図６】アンテナ制御装置での電力調整のイメージを示す図
【図７】実施の形態１にかかるアンテナ制御装置の動作例を示すフローチャート
【図８】実施の形態１の効果を示す図
【図９】実施の形態２にかかる無線通信システムの一例を示す図
【図１０】実施の形態２にかかるアンテナ制御装置の動作例を示すフローチャート
【図１１】実施の形態２の効果を示す図
【図１２】実施の形態３にかかる無線通信システムを構成する線形分散アンテナの設置例を示す図
【図１３】実施の形態３にかかるアンテナ制御装置の動作例を示すフローチャート
【図１４】遅延調整装置、アンテナ制御装置を実現するハードウェアの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態にかかるアンテナ制御装置、アンテナ調整方法および分散アンテナシステムを図面に基づいて詳細に説明する。各実施の形態では、説明を簡単化するため、地上側の線形分散アンテナから移動局へ無線信号を送信するダウンリンクのケースを扱うものとするが、本発明は移動局から線形分散アンテナへ無線信号を送信するアップリンクのケースにも適用可能である。なお、以下に説明する各実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
まず、各実施の形態で想定するシステム構成および解決すべき課題について説明する。
【００１７】
図１は、各実施の形態で想定する無線通信システムの構成例および課題を示す図である。図示したように、各実施の形態では、通信エリアが線的に形成された構成、具体的には、複数の狭域リニアセルが線的に配置されたマルチリニアセル構成の無線通信システムを想定する。この無線通信システムは、鉄道の列車、高速道路を走行している自動車など、予め決められた経路を移動する移動体に搭載された通信装置による無線通信、または移動体により移動する、独立した通信装置による無線通信を想定する。以下、移動体に搭載された通信装置および移動体により移動する通信装置を総称して移動局と呼ぶ。また、各実施の形態の無線通信システムは線的に配置された狭域リニアセルの各々への周波数割り当てが２周波数繰り返しの場合を想定する。図１に示した例では、狭域リニアセルＡ、ＢおよびＣが線的に配置され、狭域リニアセルＡおよびＣには周波数ｆ1が割り当てられ、狭域リニアセルＢには周波数ｆ1とは異なる周波数ｆ2が割り当てられている。また、図１に示したように、各狭域リニアセルは、自セルに割り当てられている周波数の無線信号を送信する複数の線形分散アンテナにより形成されている。なお、以下の説明では、「線形分散アンテナ」を単に「アンテナ」と記載する場合がある。同様に、「狭域リニアセル」を単に「セル」と記載する場合がある。説明のため、狭域リニアセルＡに存在している移動局は狭域リニアセルＢ、Ｃに向かって走行するものとし、各狭域リニアセルを形成している各アンテナは、移動局の進行方向と同じ方向へ電波を放射するように設定されているものとする。なお、本発明の各実施の形態において、アンテナの電波放射方向はこれに限定されるものではなく、アンテナが移動局の進行方向と反対の方向へ電波を放射することで狭域リニアセルを形成してもよい。また、進行方向と反対方向とで異なる周波数を用いて電波を放射することで、同一エリアに２つの異なる狭域リニアセルを形成しても良い。
【００１８】
無線通信システムを図１に示した構成例とした場合、周波数ｆ1が割り当てられている狭域リニアセルＡで送信された信号が同じ周波数が割り当てられている狭域リニアセルＣまでオーバーリーチしてセル間干渉を招く恐れがある。この問題について図２を参照しながら説明する。
【００１９】
図２は、従来の無線通信システムにおける課題を示す図であり、無線通信システムの構成が図１に示したものである場合の課題を示している。なお、図２では、狭域リニアセルＡと狭域リニアセルＣの干渉課題を挙げるため、異なる周波数ｆ2を用いる狭域リニアセルＢに関する記載の一部を省略している。また、説明を簡単化するため、狭域リニアセルＡからＣまでは直線見通し環境と仮定し、建物などが存在していないものとする。各セルは１ｋｍ間隔で設置された１０台の線形分散アンテナで形成されるものとし、各アンテナは０ｄＢｍの送信電力で同じ方向に信号を水平放射するものとする。したがって、１セル内の総送信電力は１０ｄＢｍである。周波数ｆ1はミリ波帯に含まれる４５ＧＨｚを仮定し、説明の簡単化のため、ミリ波帯特有の降雨減衰や大気減衰は考慮していない。図中のグラフは、横軸が狭域リニアセルＡのセル端アンテナからの距離、具体的には、狭域リニアセルＣから最も離れた位置に設置されているアンテナからの距離（単位：ｍ）、縦軸は受信電界強度（単位：ｄＢｍ）である。グラフから分かるように、狭域リニアセルＡで放射される信号は狭域リニアセルＣのエリアまで漏洩する。全アンテナの合算強度を見ると、狭域リニアセルＡからの被干渉レベルに対する狭域リニアセルＣの所望信号レベルの比、すなわち、信号対干渉電力比（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）は最小値が１４ｄＢ程度であり、大容量伝送を行うためにはＳＩＲが低く、望ましくない。
【００２０】
各実施の形態では、上記の課題を解決することが可能なアンテナ制御装置、アンテナ調整方法および分散アンテナシステムについて説明する。
【００２１】
実施の形態１．
図３は、実施の形態１にかかる無線通信システムの一例を示す図であり、１つの狭域リニアセルを実現するために必要な地上側の構成を示している。図３では、説明を簡単化するため、線形分散配置された５台のアンテナ１１1から１１5により１つの狭域リニアセルを形成するものとしている。しかし、１つの狭域リニアセルを形成するアンテナの数がこれに限定されるものではない。複数であればいくつでもよい。
【００２２】
図３に示したように、１つの狭域リニアセルは、複数の線形分散アンテナを制御するアンテナ制御装置１０ａと、複数の線形分散アンテナであるアンテナ１１1から１１5と、無線装置２０から出力される信号に対して遅延を付加し、アンテナ１１1から１１5にとって最適な遅延量となるように調整して各アンテナに出力する遅延調整装置２１と、により実現される。
【００２３】
図３に示した各装置の動作を説明する。無線装置２０は、狭域リニアセルで送信する信号、すなわち、アンテナ１１1から１１5を介して送信する無線信号を生成するために、信号変調処理及び無線信号波形の生成処理を行う。生成した無線信号は信号線４０を通じて遅延調整装置２１に出力される。遅延調整装置２１は、信号線４０から入力される無線信号の遅延量を調整し、アンテナ１１1から１１5に向けて信号線４１1から４１5を通じて出力する。なお、遅延量調整は遅延調整装置２１による調整に限らず、例えば図４に示すように、各アンテナまでの信号線路長を物理的に変更することで遅延量を調整してもよい。図４に示した例では、信号線４２1から４２5の長さを調整することにより、無線装置２０からアンテナ１１1から１１5の各々に入力される信号の遅延量を最適化している。独立した遅延調整装置２１を利用した遅延量の調整や信号線路長の調整による遅延量の調整を行うのではなく、各アンテナにおいて遅延調整を実施する構成としてもよい。
【００２４】
図５は、遅延調整装置２１の動作例を示すフローチャートである。遅延調整装置２１は、無線装置２０で生成された無線信号が信号線４０を介して入力されると、例えば図５に示した手順に従い、各アンテナに向けて出力する無線信号の遅延量を調整する。無線信号の遅延量の調整は、各アンテナから送信された無線信号が狭域リニアセル内の移動局に到達するタイミングを揃えるために行うものである。
【００２５】
無線信号が信号線４０を介して入力された場合、遅延調整装置２１は、まず、複数のアンテナ１１1から１１5の中から１つのアンテナを選択する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１において、遅延調整装置２１は、アンテナ１１1から１１5のうち、最初に無線信号を送信させるアンテナ、すなわち、隣接している狭域リニアセル（以下、隣接セルとする）までの距離が最も長いアンテナを選択する。なお、ここでの「隣接セル」とは、電波の放射方向に位置している「隣接セル」である。例えば、無線通信システムの構成が図１に示したものである場合、狭域リニアセルＡの遅延調整装置２１は、ステップＳ１１において、隣接セルである狭域リニアセルＢまでの距離が最も長いアンテナを選択する。遅延調整装置２１は、次に、選択中のアンテナに対応する遅延量の遅延を信号線４０から入力された無線信号に与え、選択中のアンテナへ出力する（ステップＳ１２）。遅延調整装置２１は、各アンテナへ出力する無線信号に与えるアンテナ毎の遅延量を保持しているものとする。無線信号に与えるアンテナ毎の遅延量は、例えば、自セルと隣接セルの境界位置を基準地点とし、各アンテナから基準点までの無線伝送路の長さおよび遅延調整装置２１から各アンテナまでの有線伝送路の長さに基づいて、すなわち、遅延調整装置２１から各アンテナを介して基準点に至るまでの伝送路の長さ（以下、伝送路長）に基づいて決定される。具体的には、各アンテナにより送信された無線信号の各々が同じタイミングで基準点に到達するよう、アンテナ毎の遅延量が決定される。なお、基準点の決め方は上記に限定されるものではない。隣接セルまでの距離が最も短いアンテナの位置を基準点とするなどしてもよい。ステップＳ１１で選択されるアンテナへ出力する無線信号、すなわち最初に無線信号を送信させるアンテナへ出力する無線信号に対して与える遅延をゼロとしてもよい。
【００２６】
遅延調整装置２１は、次に、未選択のアンテナ、すなわち遅延量を調整した無線信号の出力が済んでいないアンテナが有るかどうかを確認し（ステップＳ１３）、未選択のアンテナがない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、動作を終了する。一方、未選択のアンテナがある場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、遅延調整装置２１は、未選択のアンテナの１つ、具体的には、未選択のアンテナのうち、最も早いタイミングで無線信号を送信させるアンテナを選択し（ステップＳ１４）、選択したアンテナを対象としてステップＳ１２を実行し、選択中のアンテナへ出力する無線信号に遅延を与える。以下、遅延調整装置２１は、未選択のアンテナがなくなるまで、すなわち全てのアンテナに対して無線信号を出力するまで、ステップＳ１２、Ｓ１３およびＳ１４を繰り返し実行する。
【００２７】
上述したように、遅延調整装置２１が各アンテナへ出力する無線信号に与える遅延は、遅延調整装置２１から各アンテナを介して基準点に至るまでの伝送路長により決まるものであり固定値である。そのため、遅延調整装置２１は、アンテナ１１1から１１5のそれぞれに対応する複数のバッファ、信号線４０から入力された無線信号を各バッファへ入力させる入力回路、各バッファに無線信号が入力されてから、バッファ毎に予め決められている時間が経過した時点で各バッファから無線信号を読み出して出力する出力回路、などにより実現することができる。
【００２８】
アンテナ制御装置１０ａは、線形分散配置されたアンテナ１１1から１１5の各々から送信する信号の電力を調整する。アンテナ１１1から１１5の電力調整は、制御媒体３０1から３０5を通じて行う。ここで、制御媒体３０1から３０5は有線でも無線でもよい。制御媒体３０1から３０5を有線とする場合には、アンテナ１１1から１１5の付近において制御媒体３０1から３０5と信号線４１1から４１5を共有としてもよい。
【００２９】
図６は、アンテナ制御装置１０ａでの電力調整のイメージを示す図である。図中のグラフについて、横軸はアンテナ配置順に従ったアンテナ番号を示しており、これは各アンテナの指向性形成方向であるアンテナ指向性方向を示す。各アンテナのアンテナ指向性方向は、アンテナ１１1からアンテナ１１5への方向、具体的には、無線装置２０の通信相手となる移動局の進行方向に向けられている。縦軸は配分電力を示す。
【００３０】
従来は各アンテナの電力制御をせずに全アンテナに一様に電力配分して送信していた。これに対して、本実施の形態では、アンテナ制御装置１０ａは、通信環境、要求通信速度等に依存する通信条件に基づき、アンテナ指向性方向に対して最も遠いアンテナであるアンテナ１１1に最も大きな電力を配分し、アンテナ指向性方向に従って順に電力を小さくするよう傾斜配分する。通信条件は通信環境、システムに要求される通信速度である要求通信速度など、通信に影響を与える条件を１つ以上含めばよい。ここで、通信環境とは、例えば、雨量等で示される天候である。このように傾斜配分することで、自セル内の電界強度を維持しながら、指向性形成方向に存在する同一周波数を用いる他のセルへの与干渉を低減することができる。アンテナ制御装置１０ａは、アンテナ１１1から１１5により形成される狭域リニアセルとは異なる狭域リニアセルでありかつアンテナ１１1から１１5により形成される狭域リニアセルと同じ周波数を使用している他の狭域リニアセルに対する干渉量が予め決められた範囲の値となるように、アンテナ１１1から１１5へ割り当てる電力を決定する。
【００３１】
図７は、アンテナ制御装置１０ａの動作例を示すフローチャートである。アンテナ制御装置１０ａは、例えば図７に示した手順に従い、アンテナ１１1から１１5の各々から送信する信号の電力を調整する。
【００３２】
アンテナ制御装置１０ａは、まず、複数のアンテナ１１1から１１5の中から１つのアンテナを選択する（ステップＳ２１）。アンテナ制御装置１０ａは、次に、通信条件および選択中のアンテナの位置に基づいて、選択中のアンテナから送信する無線信号の電力を決定する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２において、アンテナ制御装置１０ａは、例えば、選択中のアンテナの位置と、自セルと隣接セルの境界位置とに基づいて、選択中のアンテナから自セルと隣接セルの境界位置までの距離を算出し、算出した距離と通信条件に基づいて、選択中のアンテナから送信する無線信号の電力を決定する。無線信号の電力は伝搬距離に応じて減衰するため、アンテナ制御装置１０ａは、算出した距離に基づいて、選択中のアンテナから送信される無線信号のセル端すなわち自セルと隣接セルとの境界地点における電力が規定値以下となるよう、選択中のアンテナから送信する無線信号の電力を算出する。このとき、アンテナ制御装置１０ａは、通信条件を考慮する。無線信号の電力の減衰量は天候により変化し、例えば、雨が降っている場合は減衰量が大きくなる。そのため、アンテナ制御装置１０ａは、例えば、想定される通信条件に応じて予め決定された複数の補正係数を保持しておき、電力を決定する時点の通信条件に対応する補正係数を、選択中のアンテナからセル端までの距離に基づいて決定した電力に乗算し、最終的な電力を決定する。なお、各アンテナからセル端までの距離は決まっているため、アンテナ制御装置１０ａは、各アンテナからセル端までの距離の情報を保持しておく、または、各アンテナから送信する無線信号の電力の情報を保持しておくなどしてもよい。通信条件は、図３などへの記載を省略している外部のネットワークなどから定期的または不定期に取得すればよい。
【００３３】
アンテナ制御装置１０ａは、次に、未選択のアンテナ、すなわち送信する無線信号の電力の決定が済んでいないアンテナがあるかどうかを確認し（ステップＳ２３）、未選択のアンテナがない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、動作を終了する。一方、未選択のアンテナがある場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、アンテナ制御装置１０ａは、未選択のアンテナの１つを選択し（ステップＳ２４）、選択したアンテナを対象としてステップＳ２２を実行して電力を決定する。以下、アンテナ制御装置１０ａは、未選択のアンテナがなくなるまで、すなわち全てのアンテナについて、送信する無線信号の電力を決定するまで、ステップＳ２２、Ｓ２３およびＳ２４を繰り返し実行する。
【００３４】
アンテナ制御装置１０ａは、例えば、一定周期で図７に示した動作を実行する。または、アンテナ制御装置１０ａは、一定周期で通信条件を外部から取得し、通信条件の変化を検知した場合、すなわち、前回取得した通信条件と今回取得した通信条件が異なる場合に図７に示した動作を実行するなどしてもよい。外部から指示を受けた場合に図７に示した動作を実行するようにしてもよい。
【００３５】
図８は、本実施の形態の効果を示す図である。ここでは、図３から図６と異なり、電力配分を除いて図２と同一条件のマルチリニアセルにおける狭域リニアセルＣでのＳＩＲ特性を示している。なお、総送信電力は従来の一様電力配分と本実施の形態における傾斜電力配分とで同一である。図８より、従来の一様電力配分に対して、本実施の形態における傾斜電力配分を適用することによりＳＩＲの最小値が向上し、回線品質を改善できることが分かる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、狭域リニアセルを連接配置したマルチリニアセル構成において、アンテナ制御装置により線形分散アンテナの電力を個別に調整し、傾斜電力配分を行うこととした。すなわち、狭域リニアセルを形成している線形分散アンテナへの電力配分をアンテナ指向性方向に向かって順次小さくすることとした。これにより、自セル内の電界強度を維持しつつ、同一周波数を用いる他のセルへの与干渉を低減することができ、通信品質を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２にかかる無線通信システムの一例を示す図であり、実施の形態１で示した図３および図４と同様に、１つの狭域リニアセルを実現するために必要な地上側の構成を示している。図９に示した構成は、図３に示した構成に含まれていたアンテナ制御装置１０ａをアンテナ制御装置１０ｂに置き換えたものである。本実施の形態では、実施の形態１と共通の部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００３８】
図９に示したアンテナ制御装置１０ｂは、線形分散配置されたアンテナ１１1から１１5のオンオフ制御を行う。各アンテナの制御は制御媒体３１1から３１5を通じて行う。制御媒体３１1から３１5は有線でも無線でもよい。制御媒体３１1から３１5を有線とする場合には、アンテナ１１1から１１5の付近において制御媒体３１1から３１5と信号線４１1から４１5を共有としてもよい。
【００３９】
アンテナ制御装置１０ｂは、移動局の移動に合わせて、アンテナのオンオフ制御を適応的に行う。すなわち、移動局が在圏するアンテナを検知し、移動局が在圏するアンテナおよびその周囲のアンテナを選択してオンに制御して送信を実行させる。選択しなかったアンテナについてはオフに制御して送信を停止させる。移動局が在圏するアンテナの検知は、移動局から地上側に向けたアップリンクの無線通信結果、例えば、線形分散アンテナ１１1から１１5に向けて送信された信号の受信電力レベル、移動局宛に送信した信号に対する受信応答信号の受信の有無、などに基づいて行うことが可能である。あるいは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等による移動局の位置情報を移動局から取得し、取得した位置情報に基づき、移動局が在圏するアンテナを検知可能である。この制御により、移動局周辺の電界強度を維持しながら不要放射を抑えることが可能となる。よって、同一周波数を用いる他のセルへの与干渉を低減することができる。
【００４０】
図１０は、実施の形態２にかかるアンテナ制御装置１０ｂの動作例を示すフローチャートである。図１０に示したフローチャートは、図７に示したフローチャートにステップＳ３１を追加し、さらに、図７に示したステップＳ２２をステップＳ３２に置き換えたものである。ステップＳ３１およびＳ３２以外のステップＳ２１、Ｓ２３およびＳ２４については図７に示した同じステップ番号の処理と同一であるため、説明は省略する。
【００４１】
アンテナ制御装置１０ｂは、ステップＳ２１またはＳ２４でアンテナを選択した後、選択中のアンテナに移動局が在圏しているか否かを確認する（ステップＳ３１）。移動局が在圏している場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、アンテナ制御装置１０ｂは、選択中のアンテナおよび選択中のアンテナに隣接しているアンテナが送信する無線信号の電力を、通信条件および各アンテナの位置に基づいて決定する（ステップＳ３２）。「通信条件」とは、実施の形態１で説明した通信条件である。「各アンテナの位置」とは、選択中のアンテナの位置および選択中のアンテナに隣接しているアンテナ（以下、隣接アンテナとする）の位置である。このステップＳ３２では、選択中のアンテナ１台および隣接アンテナ２台の合計３台のアンテナについて、３台のアンテナの各々から送信する無線信号の電力を個別に決定する。各アンテナから送信する無線信号の電力の決定方法は実施の形態１と同様とする。なお、狭域リニアセル内に複数の移動局が在圏している場合、ステップＳ３１で移動局が在圏していると判断したアンテナの隣接アンテナが送信する無線信号の電力を既に決定済みのケースがある。例えば、図９に示したアンテナ１１1から１１5のうち、アンテナ１１2および１１4に移動局が在圏し、かつアンテナ１１2、１１1および１１3の各々が送信する無線信号の電力が決定済みの状態でアンテナ１１4をステップＳ２４で選択し、ステップＳ３１で移動局が在圏していると判断する場合が上記ケースに該当する。このようなケースの場合、ステップＳ３２では、選択中のアンテナの隣接アンテナのうち、送信する無線信号の電力が決定済みではない隣接アンテナを対象として、送信する無線信号の電力を決定するようにしてもよい。この場合、アンテナ制御装置１０ｂが無線信号の送信電力を決定する処理を実行する回数の増加、すなわちアンテナ制御装置１０ｂの処理負荷が必要以上に増加するのを防止できる。
【００４２】
また、選択中のアンテナに移動局が在圏していない場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、アンテナ制御装置１０ｂは、ステップＳ２３に遷移する。
【００４３】
図１１は、本実施の形態の効果を示す図である。ここでは、実施の形態１で示した図８とは異なり、オンオフ制御を除いて図２と同一条件のマルチリニアセルにおける狭域リニアセルＣでのＳＩＲ特性を示している。また、オンオフ制御では３台のアンテナを選択するものとし、ここでは狭域リニアセルＡの線形分散アンテナのうち最も狭域リニアセルＣに近い３台のアンテナをオンにした場合の特性を示している。図１１より、従来の全アンテナ一様電力による常時放射に対して、本実施の形態におけるアンテナ選択制御を適用することによりＳＩＲの最小値が向上し、回線品質を改善できることが分かる。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、アンテナ制御装置１０ｂが、移動局が在圏しているアンテナを中心とする３台のアンテナをオンに制御し、残りをオフに制御する場合について説明したが、オンに制御するアンテナの数は３台以外でもよい。例えば、アンテナ制御装置１０ｂは、移動局の進行方向を考慮し、移動局が在圏しているアンテナおよびこれから在圏となる予定のアンテナの合計２台のアンテナをオンに制御するようにしてもよい。すなわち、仮に、移動局がアンテナ１１2に在圏しているとすると、アンテナ制御装置１０ｂは、アンテナ１１2および１１3をオンに制御し、残りのアンテナをオフに制御するようにしてもよい。
【００４５】
アンテナ制御装置１０ｂは、実施の形態１で説明した通信条件に基づいてアンテナのオンオフ制御を行うようにしてもよい。例えば、選択したアンテナに対して割り当てる電力を通信条件に基づいて調整するようにしてもよい。また、オンに制御するアンテナの選択数を通信条件に基づいて変更するようにしてもよい。
【００４６】
以上のように、本実施の形態では、狭域リニアセルを連接配置したマルチリニアセル構成において、アンテナ制御装置は、線形分散アンテナのうち移動局周辺のアンテナのみをオンに制御して有効とし、残りのアンテナをオフに制御して無効化することとした。これにより、移動局周辺の電界強度を維持しつつ、同一周波数を用いる他のセルへの与干渉を低減することができ、通信品質を向上させることができる。
【００４７】
実施の形態３．
図１２は、実施の形態３にかかる無線通信システムを構成する線形分散アンテナの設置例を示す図であり、１つの狭域リニアセルを形成している複数の線形分散アンテナの設置例を示している。実施の形態１および２と同様に、線形分散配置された５台のアンテナ１２1から１２5により１つの狭域リニアセルが形成されるものとする。
【００４８】
図１２に示すように、本実施の形態では、他セルへ干渉を与えないよう、アンテナ毎に異なる俯角を与える。俯角は図１２に示した、地平軸に対するチルト角に相当する。以下の説明では俯角をチルト角と記載する。アンテナ１２1から１２5は順に線形分散配置されているものとし、アンテナ１２1から１２5に向かう方向が指向性形成方向であるものとする。ここで、アンテナ１２5は干渉を与え得る他のセルに最も近い位置へ設置されており、他のセルへの干渉が懸念されるアンテナである。一方、アンテナ１２1は干渉を与え得る他のセルから最も遠いアンテナである。そのため、アンテナ１２1から１２5の地平軸に対するチルト角をθ1からθ5とすると、本実施の形態では、θ１≦θ2≦θ3≦θ4≦θ5を満たすようチルト角を調整する。これにより、自セル内の電界強度を維持しつつ、指向性形成方向に存在する同一周波数を用いる他セルへの与干渉を低減することができる。
【００４９】
なお、図１２では記載を省略しているが、各アンテナのチルト角は図示を省略しているアンテナ制御装置により調整される。図示を省略しているアンテナ制御装置は、アンテナ１２1から１２5により形成される狭域リニアセルとは異なる狭域リニアセルでありかつアンテナ１２1から１２5により形成される狭域リニアセルと同じ周波数を使用している他の狭域リニアセルに対する干渉量が予め決められた範囲の値となるように、アンテナ１２1から１２5のチルト角を決定する。また、実施の形態１と同様に、通信条件に基づいて各アンテナのチルト角を調整するようにしてもよい。また、実施の形態２と同様に、移動局が在圏しているアンテナおよびその周囲のアンテナを選択してオンに制御し、残りのアンテナをオフに制御してもよい。さらに、実施の形態１と本実施の形態を組み合わせてもよい。すなわち、各アンテナへの電力配分調整および各アンテナのチルト角調整の双方を実施することにより他セルへの与干渉を低減する構成としてもよい。
【００５０】
図１３は、実施の形態３にかかるアンテナ制御装置の動作例を示すフローチャートである。図１３に示したフローチャートは、図７に示したフローチャートのステップＳ２２をステップＳ４１に置き換えたものである。ステップＳ４１以外については図７に示したフローチャートのステップＳ２１、Ｓ２３およびＳ２４と同じであるため、説明は省略する。アンテナ制御装置は、ステップＳ２１またはＳ２４でアンテナを選択した後、選択中のアンテナの位置に基づいて、選択中のアンテナが無線信号を送信するチルト角を決定する（ステップＳ４１）。アンテナ制御装置は、例えば、選択中のアンテナの位置と、自セルと隣接セルの境界位置とに基づいて、選択中のアンテナからセル端すなわち自セルと隣接セルの境界位置までの距離を算出し、算出した距離に基づいて、選択中のアンテナが無線信号を送信するチルト角を決定する。上述したように、アンテナ制御装置は、アンテナからセル端までの距離が短いほどチルト角が大きくなるよう、チルト角を決定する。
【００５１】
つづいて、実施の形態１から３で説明した遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂを実現するハードウェアについて説明する。遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂは、図１４に示したハードウェア１００により実現することが可能である。
【００５２】
図１４に示したハードウェア１００において、入力部１０１は、外部から入力されたデータを受信して処理回路１０２に与えるインターフェース回路である。処理回路１０２は、遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂの処理を実行する専用のハードウェアすなわち電子回路、またはプロセッサである。プロセッサは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Large  Scale  Integration）などである。メモリ１０３は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）等である。出力部１０４は、処理回路１０２またはメモリ１０３からのデータを外部へ送信するインターフェース回路である。
【００５３】
処理回路１０２が専用の電子回路の場合、処理回路１０２は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。
【００５４】
処理回路１０２がプロセッサの場合、遅延調整装置２１およびアンテナ制御装置１０ａ，１０ｂは、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０３に格納される。処理回路１０２すなわちプロセッサは、メモリ１０３に記憶された、遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂとして動作するためのプログラムを読み出して実行することにより、遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂを実現する。メモリ１０３に記憶されたプログラムは、遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂをコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【００５５】
なお、遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂの各々について、一部を専用の電子回路で実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、遅延調整装置２１については専用の電子回路により実現し、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂについては処理回路１０２としてのプロセッサがメモリ１０３に格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現するようにしてもよい。
【００５６】
このように、処理回路１０２は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、遅延調整装置２１、アンテナ制御装置１０ａ，１０ｂを実現することができる。
【００５７】
以上のように、本実施の形態では、狭域リニアセルを連接配置したマルチリニアセル構成において、線形分散配置された各アンテナの指向性形成方向が異なるチルト角となるように設定する。これにより、実施の形態１および２と同様に、自セル内の電界強度を維持しつつ、同一周波数を用いる他のセルへの与干渉を低減することができる。
【００５８】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ａ，１０ｂ  アンテナ制御装置、１１1，１１2，１１3，１１4，１１5，１２1，１２2，１２3，１２4，１２5  アンテナ、２０  無線装置、２１  遅延調整装置、３０1，３０2，３０3，３０4，３０5，３１2，３１1，３１3，３１4，３１5  制御媒体、４０，４１1，４１2，４１3，４１4，４１5，４２1，４２2，４２3，４２4，４２5  信号線。
【要約】
本発明は、予め決められた経路を移動する移動局と通信するための複数のアンテナにより形成されたリニアセルを複数備え、各リニアセルではアンテナの各々が移動局の経路と同じ方向に指向性を設定するとともに同じ信号を同一周波数で送信し、かつ隣接しているリニアセルで送信に用いる周波数が異なる周波数となるように２周波数が繰り返し割り当てられた無線通信システムにおいて、複数のアンテナ１１1から１１5を制御するアンテナ制御装置１０ａであって、リニアセルごとに、リニアセルを形成している各アンテナへの電力配分が各アンテナのアンテナ指向性方向に向かって順次小さくなるように調整する。【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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【図１４】
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