(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側の発信器により、送信用のアンテナから距離計測用の電磁波を送信し、
受信側の受信器により、前記電磁波が直接到来した直接波を受信用の各アンテナで受信すると共に前記電磁波が反射された反射波を前記受信用の各アンテナで計測して前記直接波と前記反射波との合成レベルを検出すると共に、前記受信用の各アンテナでの前記直接波と前記反射波との到来時間の差から位相差をそれぞれ計算し、
前記受信器では、値ｎを整数としたときに、前記直接波と前記反射波の干渉によりレベル低下が発生する位相差である２π×ｎ＋πを用い、
前記受信器により、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、前記直接波と前記反射波との合成レベルが大きい方のアンテナを選択し、
前記受信用の片方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、このアンテナを選択し、
前記受信器により、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていないときに、次回計測までに前記合成レベルがゼロクロスしない方のアンテナを選択し、
前記受信器により、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていない場合に、前記受信用の両方のアンテナが次回計測までにゼロクロスするとき、片方のアンテナがゼロクロスしないまで計測間隔を縮め、ゼロクロスしない方のアンテナを選択する、
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
送信用のアンテナから距離計測用の電磁波を送信する発信器と、
前記電磁波が直接到来した直接波を受信用の各アンテナで受信すると共に前記電磁波が反射された反射波を前記受信用の各アンテナで計測して前記直接波と前記反射波との合成レベルを検出する受信器と、
を備え、
前記受信器は、
前記合成レベルを検出すると共に、前記受信用の各アンテナでの前記直接波と前記反射波との到来時間の差から位相差をそれぞれ計算し、
値ｎを整数としたときに、前記直接波と前記反射波の干渉によりレベル低下が発生する位相差である２π×ｎ＋πを用い、
前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、前記直接波と前記反射波との合成レベルが大きい方のアンテナを選択し、
前記受信用の片方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、このアンテナを選択し、
前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていないときに、次回計測までに前記合成レベルがゼロクロスしない方のアンテナを選択し、
前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていない場合に、前記受信用の両方のアンテナが次回計測までにゼロクロスするとき、片方のアンテナがゼロクロスしないまで計測間隔を縮め、ゼロクロスしない方のアンテナを選択する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信で良好な受信を行うための無線通信方法および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信には、マイクロ波を用いたものがある。マイクロ波による無線通信では、海面による影響が発生する。海面は陸地に比べて電波の反射率が高く、鏡面状である。このため、通信波の反射波が海面で発生し、図１１に示すように、対向する無線機からの通信波が直接到来する直接波と干渉し合い、フェージングが起きやすい。
【０００３】
フェージング対策として、現状では、主に空間ダイバーシティにより、電界の大きな方を選別して利用している。空間ダイバーシティは、複数のアンテナで電波を受信する方式である（例えば、特許文献１参照。）。なお、ダイバーシティ方式には、異なる位置のアンテナを利用する空間ダイバーシティの他に、垂直偏波と水平偏波を利用する偏波ダイバーシティ、異なる周波数を利用する周波数ダイバーシティがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５６８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のフェージング対策には、次の課題がある。フェージングは、図１２に示すように、
ａ．通信波の屈折
ｂ．通信波の干渉によるレベル低下
により発生する。そして、従来の方法は、これらの（ａ＋ｂ）の合成のレベルを検出し、レベルが高い方を選択している。つまり、従来の対策方式は、受信電界（レベル）に応じて、異なるアンテナや偏波や周波数を選別している。
【０００６】
このため、従来の対策方式では、電波の選択が後追いになり、フェージングを防ぐことが難しい。つまり、従来のフェージング対策は、電波の屈折のように、帯域全体に渡って電波のレベルが低下するような場合には有効であるが、電波の干渉のように、一部の帯域のみでレベルが低下するような場合には検出が難しくなる。例えば図１３に示すように、７Ｇ帯のマイクロ波無線では、直接波と海面反射とで発生する反射波との干渉によるレベル低下は、帯域の１０％程度でしか発生せず、０．５ｄＢしかレベルが低下しない。このために、従来方式による直接波と反射波との合成レベルだけでの検出は困難であり、フェージングを防ぐことができない。
【０００７】
また、マイクロ波無線の海上伝播区間におけるフェージングは、毎年、キャリヤ回線の信頼度低下などを引き起こし、電力保安通信の解決する課題となっている。
【０００８】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、一部の帯域のみで電波のレベルが低下するような場合でも、フェージングを低減することができる無線通信方法および無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、送信側の発信器により、送信用のアンテナから距離計測用の電磁波を送信し、受信側の受信器により、前記電磁波が直接到来した直接波を受信用の各アンテナで受信すると共に前記電磁波が反射された反射波を前記受信用の各アンテナで計測して前記直接波と前記反射波との合成レベルを検出すると共に、前記受信用の各アンテナでの前記直接波と前記反射波との到来時間の差から位相差をそれぞれ計算し、前記受信器では、値ｎを整数としたときに、前記直接波と前記反射波の干渉によりレベル低下が発生する位相差である２π×ｎ＋πを用い、前記受信器により、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、前記直接波と前記反射波との合成レベルが大きい方のアンテナを選択し、前記受信用の片方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、このアンテナを選択し、前記受信器により、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていないときに、次回計測までに前記合成レベルがゼロクロスしない方のアンテナを選択し、前記受信器により、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていない場合に、前記受信用の両方のアンテナが次回計測までにゼロクロスするとき、片方のアンテナがゼロクロスしないまで計測間隔を縮め、ゼロクロスしない方のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線通信方法。
【００１１】
請求項２の発明は、送信用のアンテナから距離計測用の電磁波を送信する発信器と、前記電磁波が直接到来した直接波を受信用の各アンテナで受信すると共に前記電磁波が反射された反射波を前記受信用の各アンテナで計測して前記直接波と前記反射波との合成レベルを検出する受信器と、を備え、前記受信器は、前記合成レベルを検出すると共に、前記受信用の各アンテナでの前記直接波と前記反射波との到来時間の差から位相差をそれぞれ計算し、値ｎを整数としたときに、前記直接波と前記反射波の干渉によりレベル低下が発生する位相差である２π×ｎ＋πを用い、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、前記直接波と前記反射波との合成レベルが大きい方のアンテナを選択し、前記受信用の片方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れている場合に、このアンテナを選択し、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていないときに、次回計測までに前記合成レベルがゼロクロスしない方のアンテナを選択し、前記受信用の両方のアンテナの前記位相差が２π×ｎ＋πを中心に所定値より離れていない場合に、前記受信用の両方のアンテナが次回計測までにゼロクロスするとき、片方のアンテナがゼロクロスしないまで計測間隔を縮め、ゼロクロスしない方のアンテナを選択する、ことを特徴とする無線通信システムである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１と請求項２との発明によれば、受信用の各アンテナで受信した信号の合成レベルと、直接波と反射波とから計算した位相差とを基に受信用のアンテナの選択を行うので、直接波と反射波とが干渉するフェージングを確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１による無線通信システムの構成を示す構成図である。
【図２】発信器と受信器との取り付けの様子を示す図であり、図２（ａ）は発信器と受信器とを放射器に設ける様子を示す図、図２（ｂ）は発信器と受信器とを主反射器に設ける様子を示す図である。
【図３】計測波のゾーンを説明する図である。
【図４】直接波と反射波との伝播路の差を説明する図である。
【図５】直接波と反射波との判別を説明する図である。
【図６】受信アンテナの選択手順を説明する図である。
【図７】受信アンテナの選択手順を説明する図である。
【図８】受信アンテナの選択手順を説明する図である。
【図９】受信アンテナの選択手順を説明する図である。
【図１０】受信アンテナの選択手順を説明する図である。
【図１１】通信波の干渉を説明する図である。
【図１２】通信波の様子を示す図である。
【図１３】レベルの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
この実施の形態による無線通信システムを図１に示す。この無線通信システムは、パラボラアンテナ１１を備える送信側の無線機１０と、発信器２０と、パラボラアンテナ３１、３２を備える受信側の無線機３０と、受信器４０とで構成されている。
【００１７】
送信側の無線機１０は各種の情報等を送信信号として送信する装置であり、パラボラアンテナ１１はマイクロ波無線用のアンテナである。パラボラアンテナ１１は、無線機１０からの送信信号を無線機３０に向けてマイクロ波で送信する。
【００１８】
送信側の発信器２０は、距離計測用のマイクロ波の信号を出力する装置である。発信器２０は、距離の測定に際して、例えば光のような電磁波であり、かつ、例えばパルスのような、波形が認識できる信号を計測波として出力する。
【００１９】
パラボラアンテナ３１、３２は、マイクロ波無線用の受信用のアンテナであり、パラボラアンテナ１１とは距離Ｌだけ離れている。パラボラアンテナ３１、３２は、空間ダイバーシティ受信を行うために、異なる位置に設置されている。
【００２０】
受信側の無線機３０は、パラボラアンテナ３１、３２からの受信信号を切り替えて、受信信号を選択する。無線機３０は、受信信号の再生等を行い、受信処理をする。そして、無線機３０は、受信処理で再生した信号を出力する。
【００２１】
受信側の受信器４０は、先の発信器２０と一対で用いられるものであり、距離計測用である。発信器２０と受信器４０とは、無線機１０、３０のパラボラアンテナ１１、３１、３２に、次のように取り付けられている。発信器２０と受信器４０とは、対向するそれぞれの無線機に２セット付ける場合と１セットにして情報を伝送する場合がある。空間ダイバーシティの場合は、それぞれのアンテナに発信器２０と受信器４０とが必要である。
【００２２】
また、発信器２０と受信器４０とには、図２（ａ）に示す送受信方法と、図２（ｂ）に示す送受信方法とがある。図２（ａ）に示す送受信方法では、送信側のパラボラアンテナ１１の放射器１１Ｃに発信器２０を設け、発信器２０からの計測用の電磁波（計測波）を副反射器１１Ｂと主反射器１１Ａで反射して放射する。受信側では、パラボラアンテナ３１の放射器３１Ｃに受信器を設け、計測波を主反射器３１Ａと副反射器３１Ｂとで反射して、受信器４０に入力する。つまり、図２（ａ）に示す送受信方法は、パラボラアンテナに反射させる方法である。この方法では、マイクロ無線の放射器１１Ｃ、３１Ｃと同じ場所に発信器２０や受信器４０を取り付ける必要がある。
【００２３】
一方、図２（ｂ）に示す送受信方法では、主反射器１１Ａに発信器２０を設け、発信器２０からの計測波をパラボラアンテナ３１に向けて放射する。パラボラアンテナ３１の主反射器３１Ａには受信器４０を設け、発信器２０からの計測波を受信器４０が受信する。つまり、図２（ｂ）に示す方法は、計測波を直接放射する方法である。この方法では、発信器２０による計測波の出力方向と、受信器４０による計測波の受信方向との軸合わせの必要がある。
【００２４】
また、発信器２０は、先の図２（ａ）、（ｂ）で示したような取り付け場所によらず、マイクロ波無線より、若干広がる程度のビームを出力する必要がある。広がりが少ないと海面の反射を拾えない。また、広がりが多いとレベルが小さくなり、余分なものを拾うことになる。つまり、図３に示すように、通信波の第１フレネルゾーン（電波の広がり）ＺＯ１より、計測波のゾーンＺＯ２を広くする。これにより、通信波の屈折などによる海面反射が発生する前の時点から、直接波と反射波の干渉が発生するかが計測できる。
【００２５】
受信器４０は、送信側から直接到来する直接波と海面での反射波との距離の差を測定し、マイクロ波無線の周波数から、直接波と反射波との位相差を計算し、干渉により打ち消し合うことを避ける。受信器４０は、マイクロ波と同じ性質を持つ、発信器２０からの例えば光のような電磁波であり、かつ、例えばパルスのような、波形が認識できる信号を、距離の測定に際して受信する。そして、受信器４０は、送信側から直接到来する計測波の直接波と、計測波の海面反射による反射波との時間差や位相差を測定する。
【００２６】
マイクロ波と同じ性質を持つ電磁波を計測波として使用すれば、海面での反射する場所を含めてすべて同じ条件となるので、正確な計測が可能となる。なお、雨天時などによる計測を考慮すると、水分による減衰が少ない周波数を利用するのがよい。
【００２７】
具体的に、受信器４０は、次の演算により位相差を測定する。図４に示すように、無線機１０、３０が設置されているマイクロ波無線の海抜をｈ１、ｈ２、距離をＬとすると、直接波に係る距離ｄ１と、反射波に係る距離ｄ２とは、
ｄ１＝（Ｌ２＋（ｈ１−ｈ２）２）（１／２）
ｄ２＝（Ｌ２＋（ｈ１＋ｈ２）２）（１／２）
である。距離ｄ１と距離ｄ２とから、伝播路の差ｄは、
ｄ＝ｄ２−ｄ１≒２×ｈ１×ｈ２／Ｌ
になる。受信器４０は、これらの式を用いて伝播路の差ｄを計算する。
【００２８】
一方、計測の時間差をΔｔ、光速をｃとすると、伝播路の差ｄは、
ｄ＝Δｔ×ｃ
である。ここで、マイクロ波無線の周波数をｆ、位相差をΔφとすると、
Δφ＝ｄ×ｆ／ｃ
＝Δｔ×ｆ
になる。受信器４０は、これらの式を用いて位相差Δφを計算する。そして、受信器４０は、位相差Δφが２πの整数倍で強め合い、それにπを加えたものが弱め合う、と判定する。
【００２９】
次に、この実施の形態の無線通信システムによる無線通信方法について説明する。
【００３０】
従来の方式（空間ダイバーシティ）は、上下に設置した各アンテナの「合成レベル」のみにより、受信アンテナの切り替えを実施していた。これに対して、この実施の形態による無線通信方法は、受信器４０により、各アンテナに到達する直接波、反射波の位相変化までモニターする。そして、その位相変化がどのように今後推移するかを含めて、「合成レベル＋位相変化」のモニターにより、パラボラアンテナ３１、３２の中から受信アンテナの選択を行う。受信器４０による位相の変化をモニターする際の直接波、反射波の判別は、図５に示すように、時間軸上で早く到達するパルスを直接波とする。
【００３１】
つまり、従来の方式は合成レベルにより受信アンテナを切り替えている。標準的なマイクロ無線機は、±１０ＭＨｚ程度の帯域があり、直接波と反射波との干渉は、±１ＭＨｚ程度の１０％で発生している。このため、合成レベルへの影響は、干渉により−４０ｄＢと大きく減衰するが、先に述べたように、−０．５ｄＢとほとんどなく、合成レベルでは干渉の検出が難しい。これに対して、この実施の形態では、発信器２０からの計測波を受信器４０が用いることにより、直接波と反射波の到達時間の差が位相差Δφに比例することを利用する。このために、受信器４０は、位相差を計測し、干渉が起きない方、または時間変化を加味し、今後起きないと予想される方を選択する。
【００３２】
なお、干渉時、各種情報を送受信するための通信波は、直接波と反射波の干渉を受けて減衰するが、計測波の直接波と反射波とは別な時間に到達するため、受信器４０の計測波は干渉により減衰することはない。
【００３３】
この後、受信器４０は、受信アンテナであるパラボラアンテナ３１、３２について、次の選択の手順を行う。
【００３４】
先に述べたように、フェージングは、
ａ．通信波の屈折
ｂ．通信波の干渉によるレベル低下
により発生する。従来の方法は、これらの（ａ＋ｂ）の合成のレベルを検出し、レベルが高い方を選択している。通信波の干渉によるレベル低下は、直接波と反射波の位相が
３６０°×ｎ＋１８０°
つまり、
２π×ｎ＋π
の近辺で急激に低下するため、上記ｂの干渉は直接の原因になっている。
【００３５】
こうした干渉を回避するために、受信器４０は、直接波と反射波の干渉によりレベル低下が発生するか、つまり、位相差Δφが、
３６０°×ｎ＋１８０°
の近辺にあるかを計測し、干渉を回避できる方を次のように選択する。
ａ．位相差Δφが３６０°×ｎ＋１８０°から両方とも十分離れている場合、レベルが高い方を選択する。
ｂ．片方が十分離れている場合、十分離れている方を選択する。
ｃ．両方とも十分離れていない場合、次回計測までに直線近似でゼロクロスしない方を選択する。
ｄ両方とも次回計測までにゼロクロスする場合、片方がゼロクロスしないまで計測間隔を縮め、ゼロクロスしない方を選択する。
ｅ．上記のａ〜ｄまでを満たさない場合、同時にゼロクロスすることになり、手の打ちようがないとき、レベルが高い方を選択する。
【００３６】
上記ａの選択手順で、図６に示すように、計測波の直接波と反射波とによる位相差が２π×ｎ＋πから両方とも十分離れている場合、受信器４０は、三角印（△）で示した、レベルが高いパラボラアンテナを受信アンテナとして選択する。
【００３７】
なお、図６の値Ｅは干渉している周波数のレベル（≠合成レベル）を表している。また、図６の三角印（△）は、受信側の例えばパラボラアンテナ３１で今回受信した、計測波の直接波と反射波との位相差を表し、マル印（○）は、受信側の例えばパラボラアンテナ３２で今回受信した、計測波の直接波と反射波との位相差を表している。さらに、上記ａの選択手順で十分離れているとは、１８０°からのずれをθ°とすると、
Ｅ＝ｓｉｎ（θ×２π／３６０）
≒θ×π／１８０
＝１／１０（−２０ｄＢ）
θ≒５．７°
になる。ここで「＋分」とは、明確な基準はないが、５〜１０°位をいう。
【００３８】
上記ｂの選択手順で、図７に示すように、２π×ｎ＋πから片方の位相差が十分離れている場合、受信器４０は、図７の三角印（△）で示した、十分離れている方を選択する。
【００３９】
上記ｃの選択手順で、図８に示すように、２π×ｎ＋πから両方の位相差が十分離れていない場合、受信器４０は、次回の計測までに直線近似でゼロクロスしない方、つまり図８の三角印（△）で示した方を選択する。なお、ゼロクロスとは、１８０°からのずれθ°が１／１００（−４０ｄＢ）になる０．５〜１°位をいう。なお、図８では、黒三角印と黒マル印が次回の計測を表す。
【００４０】
上記ｄの選択手順で、図９に示すように、両方の位相差が次回計測までにゼロクロスする場合、受信器４０は、片方がゼロクロスしないまで計測間隔を縮め、ゼロクロスしない方、つまり図９の三角印（△）で示した方を選択する。
【００４１】
上記ｅの選択手順で、図１０に示すように、上記ａ〜ｄの選択手順までを満たさない場合、同時にゼロクロスをすることになる。このときには、受信器４０は、レベルが高い方、つまり図１０の三角印（△）で示した方を選択する。
【００４２】
このように、各アンテナの合成レベルと位相変化とは、時間軸上でリンク（対比）しており、受信器４０は、この２つのアンテナに届く直接波と反射波のデータ、つまり合成レベルと位相変化とを分析するにより、無線機３０に指示をしてアンテナ受信を切り替える。
【００４３】
この実施の形態によれば、計測波を用いて、直接波と海面での反射波の距離の差を測定し、マイクロ波無線の周波数から、直接波と反射波の位相差を計算して、干渉により打ち消し合うことを避ければ良い。距離の測定は、マイクロ波と同じ性質を持つ例えば光のような電磁波、例えばパルスのような波形が認識できるものを放射し、直接波と海面反射波の到達する時間差を測定する。マイクロ波と同じ性質を持つ電磁波を使用すれば、海面での反射する場所を含めてすべて同じ条件となるので、正確な計測が可能となる。ダイバーシティによる受信アンテナの選択は、従来のレベルに加えて、新たに計測した距離を考慮することにより、より精度の高いフェージング対策を行うことができる。これにより、受信アンテナの選択つまり電波の選択が後追いになることを防ぐことができる。
【００４４】
この結果、この実施の形態によれば、マイクロ波による無線通信でフェージングを低減することができ、電力保安通信の信頼度を向上させることができる。また、この実施の形態によれば、無線通信が安定的に行えることから、「震災などの異常時にも通信を継続できる構築・運用技術」に該当する。
【００４５】
（実施の形態２）
この実施の形態では、発信器２０と受信器４０とを次のようにしている。なおこの実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。実施の形態１では、無線機１０とは別に発信器２０を設け、無線機３０とは別に受信器４０を設けた。この実施の形態では、発信器２０の機能を無線機１０に組み込み、受信器４０の機能を無線機３０に組み込む。
【００４６】
この実施の形態によれば、無線機１０に対する発信器２０の接続等や、無線機３０に対する受信器４０の接続等を省くことができ、システム構成を簡単化することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０、３０  無線機
１１、３１、３２  パラボラアンテナ
２０  発信器
４０  受信器
【図１】
0005893680.tif 000002
【図２】
0005893680.tif 000003
【図３】
0005893680.tif 000004
【図４】
0005893680.tif 000005
【図５】
0005893680.tif 000006
【図６】
0005893680.tif 000007
【図７】
0005893680.tif 000008
【図８】
0005893680.tif 000009
【図９】
0005893680.tif 000010
【図１０】
0005893680.tif 000011
【図１１】
0005893680.tif 000012
【図１２】
0005893680.tif 000013
【図１３】
0005893680.tif 000014