(57)【要約】【課題】対向するＭＩＭＯ送受信機で通信を行う場合、電波反射物の少ない郊外等の環境でも安定した通信が行えるＭＩＭＯ送受信機による通信方法を提供する。【解決手段】ＭＩＭＯ送信機１０１が複数の送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３から互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、ＭＩＭＯ送信機１０１と対向するＭＩＭＯ受信機１０６が複数の受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５より電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、電波を反射する電波反射物１０７を送信アンテナＡ１０２Ｂ，１０３と受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５との伝搬経路の近傍に配置し、ＭＩＭＯ受信機１０６がＭＩＭＯ送信機１０１からの直接波２０１〜２０４と電波反射物１０７からの反射波２０５ａ〜２０８ａとを受信するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯ送信機が複数の送信アンテナから互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、上記ＭＩＭＯ送信機と対向するＭＩＭＯ受信機が複数の受信アンテナより上記電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、
上記電波を反射する電波反射物を上記送信アンテナと上記受信アンテナとの伝搬経路の近傍に配置し、上記ＭＩＭＯ受信機が上記ＭＩＭＯ送信機からの直接波と上記電波反射物からの反射波とを受信するようにしたことを特徴とする、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法。
【請求項２】
上記電波反射物を配置する範囲を、上記受信アンテナを始点とした上記送信アンテナと上記受信アンテナとの距離の０．０１〜１０倍の間とすることを特徴とする、請求項１記載の対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法。
【請求項３】
ＭＩＭＯ送信機が複数の送信アンテナから互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、上記ＭＩＭＯ送信機と対向するＭＩＭＯ受信機が複数の受信アンテナより上記電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、
上記送信アンテナからの直接波の上記受信アンテナへの受信を遮断する電波遮断物を設けると共に、上記電波を反射する電波反射物を上記送信アンテナと上記受信アンテナとの電波経路の近傍に配置し、上記ＭＩＭＯ受信機が上記ＭＩＭＯ送信機からの複数の反射波を受信するようにしたことを特徴とする、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法。
【請求項４】
ＭＩＭＯ送信機が複数の送信アンテナから互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、上記ＭＩＭＯ送信機と対向するＭＩＭＯ受信機が複数の受信アンテナより上記電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、
上記送信アンテナの指向を制御して上記ＭＩＭＯ送信機から上記ＭＩＭＯ受信機への直接波の電力を弱めることを特徴とする、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法。
【請求項５】
ＭＩＭＯ送信機が複数の送信アンテナから互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、上記ＭＩＭＯ送信機と対向するＭＩＭＯ受信機が複数の受信アンテナより上記電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、
上記受信アンテナの指向を制御して上記ＭＩＭＯ送信機から上記ＭＩＭＯ受信機への直接波の電力を弱めることを特徴とする、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波反射物の少ない屋外等で、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信を行う通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に複数の送受信アンテナ及び送受信機を用いて、複数の送信アンテナから互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域及び変調方式で変調した電波を送信し、空間的に多重するマルチアンテナ信号伝送法（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）による通信は、情報レート（周波数利用効率）の向上に有効である（例えば非特許文献１参照）。
従来、ＭＩＭＯ通信は、電波反射物の多い屋内で使用されることが通常であった。また、屋外でのＭＩＭＯ通信に関しては、比較的電波反射物の多い都市部での運用に関して、発表（下記URL参照）がなされている。
http://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/tech/main/4g/vol15_2_25jp.pdf
http://pr.fujitsu.com/jp/news/2009/03/16.html
この発表においては、電波反射物の多い市街地、つまりＭＩＭＯ通信に適した環境での実験である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】NTTDoCoMoテクニカル・シ゛ャーナルVol.15 N0.2 P.25-30, 田岡秀和・樋口健一「ブロードバンド無線アクセスにおけるＭＩＭＯ多重法を用いた５Ｇbit/s超高速パケット信号伝送屋外実験」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電波反射物の少ない郊外等の屋外環境で、対向するＭＩＭＯ送受信機で通信を行う場合、受信機側での受信電波は送信アンテナから見通し伝搬経路上に送信する直接波のみとなる。この直接波のみで通信を行おうとすると、所定の間隔で配置された各々の送信アンテナから一方の受信アンテナが受信する直接波は伝搬経路による差が少ないため、位相差、遅延差、ＧＡＩＮ差がほとんど同一になり、この受信アンテナで復号すべき直接波の選択、つまり信号分離が出来ないため、ＭＩＭＯ通信が出来なかったり伝送速度が劣化する問題があった。
【０００５】
例えば、周波数5.2G帯、アンテナ間隔送信側約30cm、受信側約30cmの条件で試験を行った結果、屋外で対向するＭＩＭＯ送受信機による通信の場合、建屋等の電波反射物の多い場所では送信アンテナと受信アンテナとの距離が長くても安定して通信できるのに対し、建屋等のない場所で試験を行った場合、安定して通信できるのは送信アンテナと受信アンテナとの距離が５ｍ以内であった。
尚、上記５ｍ以内であれば、送信アンテナから送信された電波を、受信アンテナで受信する場合、直接波であっても、送受信アンテナ間の距離に依存する、全体の位相・遅延量に対して、アンテナの位置が異なることで発生する位相・遅延差の割合が多いため通信できた。直接波が、距離が５ｍ以上の場合、送受信アンテナ間の距離に依存する、全体の位相・遅延量に対して、アンテナの位置が異なることで発生する位相・遅延差の割合が少なくなるため、ＭＩＭＯ通信が出来なかったり伝送速度が劣化する。
【０００６】
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、対向するＭＩＭＯ送受信機で通信を行う場合、電波反射物の少ない郊外等の環境でも安定した通信が行えるＭＩＭＯ送受信機による通信方法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】
【０００７】
この発明に係る対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法は、ＭＩＭＯ送信機が複数の送信アンテナから互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、上記ＭＩＭＯ送信機と対向するＭＩＭＯ受信機が複数の受信アンテナより上記電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、上記電波を反射する電波反射物を上記送信アンテナと上記受信アンテナとの伝搬経路の近傍に配置し、上記ＭＩＭＯ受信機が上記ＭＩＭＯ送信機からの直接波と上記電波反射物からの反射波とを受信するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、対向するＭＩＭＯ送受信機で通信を行う場合、電波反射物の少ない郊外等の環境でも安定した通信を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施形態１による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
【図２】この発明の実施形態２による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
【図３】この発明の実施形態３による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
【図４】この発明の実施形態４による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
【図５】ＭＩＭＯ通信で使用できる受信電波のＳ／Ｎ比を説明する説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１において電波反射物を配置する範囲の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態1による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
この実施の形態１は、図１に示すように、ＭＩＭＯ送信機１０１が複数の送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３から互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、ＭＩＭＯ送信機１０１と対向するＭＩＭＯ受信機１０６が複数の受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５より電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、電波を反射する電波反射物１０７を送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３と受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５との伝搬経路の近傍に配置し、ＭＩＭＯ受信機１０６がＭＩＭＯ送信機１０１からの直接波２０１〜２０４と電波反射物１０７からの反射波２０５ａ〜２０８ａとを受信するようにしたものである。
【００１１】
ここで、電波反射物１０７と受信アンテナＡ１０４、受信アンテナＢ１０５の距離は、お互いの距離が近くなる程、電波反射物１０７からの反射波２０５ａ〜２０８ａ受信電力が増加するが、近くなることで、送受信アンテナ間の距離に依存する、全体の位相・遅延量に対して、反射波の位相・遅延差の割合が少なくなるため、ＭＩＭＯ通信ができない場合や伝送速度が劣化する場合がある。
【００１２】
図１に示すように、この実施の形態１による通信方法の構成は、ＭＩＭＯ通信最小の構成である、送信アンテナが２個、受信アンテナが２個の構成であり、ＭＩＭＯ送信機１０１に接続されている送信アンテナＡ１０２と送信アンテナＢ１０３から送信された電波は、見通し通信波となる直接波２０１〜２０４がＭＩＭＯ受信機１０６に接続する受信アンテナＡ１０４と受信アンテナＢ１０５に受信される。
しかし、例えば直接波２０１と２０３を受信した受信アンテナＡ１０４では直接波２０１と２０３との伝搬経路による差が少ない場合は、復号すべき直接波を選択できず、ＭＩＭＯ通信が出来ないことになる。
【００１３】
このため、この実施の形態１では、電波を反射する電波反射物１０７を送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３と受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５との伝搬経路の近傍に配置すると共に、電波反射物１０７を配置する範囲を、受信アンテナを始点とした送信アンテナと受信アンテナとの距離Ｌの０．０１〜１０倍の間とした。
これにより、受信アンテナＡ１０４では直接波２０１と伝搬経路に差のある反射波２０５ａを受信するとともに、直接波２０３と伝搬経路に差のある反射波２０８ａを受信し、一方、受信アンテナＢ１０５では直接波２０２と伝搬経路に差のある反射波２０７ａを受信するとともに、直接波２０４と伝搬経路に差のある反射波２０６ａを受信するので、受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５でそれぞれ復号すべき電波を選択できるようになる。
ＭＩＭＯ通信を実施するためには、伝搬経路に差のある反射波を、受信アンテナＡ１０４または受信アンテナＢ１０５のいずれか一方、この両方のアンテナから復号する必要があるが、この実施の形態１により、伝搬経路に差のある反射波を確実に選択できるようになり、安定したＭＩＭＯ通信が可能となる。
【００１４】
尚、電波反射物１０７は、図６に示すように受信アンテナＡ１０４または受信アンテナＢ１０５の後方に配置しても構わない。これは、受信アンテナＡ１０４または受信アンテナＢ１０５の前方と比較して反射経路の差がより多く取れるため、より大きい反射波を受信アンテナに提供できるためと考えられる。
しかし、電波反射物１０７は極力受信アンテナに近く、かつ送受信アンテナ間の距離に依存する、全体の位相・遅延量に対して、反射波の位相・遅延差の割合が、ＭＩＭＯ通信できる割合（ＭＩＭＯ信号分離処理性能によって異なる）以上になる位置に配置するのが望ましい。
【００１５】
ここで、電波反射物１０７と一般的な大地・構造物との違いであるが、大地・構造物の種類・使用周波数によって電波が反射される係数が異なるが、一般的には大地・構造物に含まれる水分量の大小、密度によって反射係数が異なる。水分量が多いほど、反射係数が大きくなり、また密度が高いほど反射係数が大きくなる。ここで電波反射物１０７は、基本的に金属であるため、反射係数は非常に高く、大地・構造物以上の反射波を得ることができ、送信アンテナから電波反射物に入射する角度、電波反射物１０７から反射する角度は同じであるため、電波反射物の設置角度を調整することで、電波反射物１０７から受信アンテナＡ１０４、受信アンテナＢ１０５へ高い電力の反射波２０５ａ、２０６ａ、２０７ａ、２０８ａを供給できる。
【００１６】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
この実施の形態２は、図２に示すように、ＭＩＭＯ送信機１０１が複数の送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３から互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、ＭＩＭＯ送信機１０１と対向するＭＩＭＯ受信機１０６が複数の受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５より電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３からの直接波２０１〜２０４の受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５への受信を遮断する電波遮断物１０８を設けると共に、電波を反射する電波反射物１０９を送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３と受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５との電波経路の近傍に配置し、ＭＩＭＯ受信機１０６がＭＩＭＯ送信機１０１からの複数の反射波２０５ａ〜２０８ａを受信するようにしたものである。
図２に示すように、この実施の形態２による通信方法の構成は、ＭＩＭＯ通信最小の構成である、送信アンテナが２個、受信アンテナが２個の構成とする。
また、ここでは電波反射物１０９として、反射波が弱小となる地面等の弱小反射物を利用する。
【００１７】
ところで、一般にＭＩＭＯ通信は、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)の多値変調を使用する場合が多く、多値変調として通信可能なノイズレベルと電波間の電力差、つまりＳ／Ｎの関係は図５の通りである。
図５はＭＩＭＯ通信で使用できる受信電波のＳ／Ｎ比を説明する説明図であり、横軸はＳ／Ｎ比、縦軸はエラー率（ＢＥＲ）である。例えば変調方式が６４ＱＡＭでＢＥＲを1×10-5未満に抑えたい場合、受信アンテナが選択する電波（信号）と伝搬経路に差のある電波（ノイズ）との差が２６ｄＢ必要であることを示している。
【００１８】
この実施の形態２における電波遮断物１０８が無い場合、例えば受信アンテナＡ１０４は直接波２０１，２０３と、反射波２０５ｂ，２０８ｂが入力される。ＭＩＭＯ受信機は、高いレベルの直接波２０１，２０３と低いレベルの反射波２０５ｂ，２０８ｂを信号分離処理しようとするが、低いレベルの反射波２０５ｂ，２０８ｂのＳ／Ｎ比は低くＭＩＭＯ通信が成立しない。また直接波２０１，２０３は伝搬経路の差が少ないため、ＭＩＭＯ通信性能が劣化する。
そこでこの実施の形態２では送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３と受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５との間に、受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５への直接波の受信を遮断できる大きさ（具体的には受信アンテナパターンに依存）の電波遮断物１０８を配置した。
これにより、受信アンテナＡ１０４は反射波２０５ｂ，２０８ｂを受信し、受信アンテナＢ１０５は反射波２０６ｂ，２０７ｂを受信する。反射波２０５ｂ，２０８ｂは共に受信電力が小さいためＳ／Ｎ比が高くなり、受信アンテナＡ１０４では復号すべき電波を選択できＭＩＭＯ通信が可能となる。同様に、受信アンテナＢ１０５でもＭＩＭＯ通信が可能となる。
【００１９】
また、この実施の形態２における電波遮断物１０８の配置は、受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５の１波長以上前で、送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３からの直接波２０１〜２０４を遮断、かつ地面等の弱小電波反射物１０９からの反射電力を最適に受信できる位置、つまり通常は送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３と受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５間の中心の地面からの反射波を受信できる位置に電波遮断物１０８を配置する。
しかし、この位置は、地面等から最適に反射する場所が、地面の形状、種類（芝生、アスファルト、砂地、畑等）によって異なることがあり、この場合は、電波反射物１０８の位置を、送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３の方向に移動させ、弱小電波反射物１０９からの反射電力を最適に受信できる位置にすることで、通常どこにでもある地面等を使ってＭＩＭＯ通信が出来るようになり利便性が向上する。
【００２０】
実施の形態３．
図３は、この発明による実施の形態３による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
この実施の形態３は、図３に示すように、ＭＩＭＯ送信機１０１が複数の送信アンテナＡ１１０，Ｂ１１１から互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、ＭＩＭＯ送信機１０１と対向するＭＩＭＯ受信機１０６が複数の受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５より電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、送信アンテナＡ１１０，Ｂ１１１の指向を制御してＭＩＭＯ送信機１０１からＭＩＭＯ受信機１０６への直接波の電力を弱めるようにしたものである。
【００２１】
図３に示すように、この実施の形態３による通信方法の構成は、ＭＩＭＯ通信最小の構成である、送信アンテナが２個、受信アンテナが２個の構成とする。
また、ここでは指向制御送信アンテナＡ１１０、Ｂ１１１により直接波２０１ａ〜２０４ａの電力を小さくし、反射波２０５ｂ〜２０８ｂに近づけることで直接波と反射波とのＳ／Ｎ比を向上させる。これにより、受信アンテナＡ１０４，Ｂ１０５では、実施の形態１と同様に復号すべき電波を選択できるようになりＭＩＭＯ通信が可能となる。
【００２２】
さらにこの実施の形態３では、上述の電波反射物１０７、電波遮断物１０８も不要となり、通常どこにでもある地面等を使ってＭＩＭＯ通信ができるようになるため更に利便性
が向上する。
【００２３】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４による、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法の構成図である。
この実施の形態４は、図４に示すように、ＭＩＭＯ送信機１０１が複数の送信アンテナＡ１０２，Ｂ１０３から互いに異なる情報系列を同一の周波数帯域かつ変調方式で変調した電波を送信し、ＭＩＭＯ送信機１０１と対向するＭＩＭＯ受信機１０６が複数の受信アンテナ１０４，１０５より電波を受信して通信を行う、対向するＭＩＭＯ送受信機による通信方法において、受信アンテナＡ１１２，Ｂ１１３の指向を制御してＭＩＭＯ送信機１０１からＭＩＭＯ受信機１０６への直接波の電力を弱めるようにしたものである。
【００２４】
図４に示すように、この実施の形態４による通信方法の構成は、ＭＩＭＯ通信最小の構成である、送信アンテナが２個、受信アンテナが２個の構成とする。
また、ここでは、指向制御受信アンテナＡ１１２，Ｂ１１３により直接波２０１〜２０４の電力を小さくし、反射波２０５ｂ〜２０８ｂに近づけることで直接波と反射波のＳ／Ｎ比を向上させる。これにより、指向制御受信アンテナＡ１１２，Ｂ１１３では、実施の形態１と同様に復号すべき電波を選択できるようになりＭＩＭＯ通信が可能となる。
【００２５】
さらにこの実施の形態４では、実施の形態３と同様に上述の電波反射物１０７、電波遮断物１０８も不要となり、通常どこにでもある地面等を使ってＭＩＭＯ通信ができるようになるため更に利便性が向上する。
【００２６】
尚、上記実施の形態３，４において用いる指向性のあるアンテナとしては、電子走査アンテナであるフェーズドアレイアンテナや、物理的に指向性アンテナを可動させる物理走査アンテナがあり、物理走査アンテナの場合は、パラボラアンテナ、カセグレンアンテナ、ホーンアンテナ、ダイポールアンテナ等の指向性アンテナをサーボモータ等で物理走査させる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明は、電波反射物の少ない屋外・原野・農場・ゴルフ場などの映像伝送、工作機械制御、構造物が倒壊している災害復旧現場における工作機械制御等を行う、ＭＩＭＯ通信機器システムに有効である。
【符号の説明】
【００２８】
１０１  ＭＩＭＯ送信機
１０２  送信アンテナＡ
１０３  送信アンテナＢ
１０４  受信アンテナＡ
１０５  受信アンテナＢ
１０６  ＭＩＭＯ受信機
１０７  電波反射物
１０８  電波遮断物
１０９  地面等の電波反射物
１１０  指向制御送信アンテナＡ
１１１  指向制御送信アンテナＢ
１１２  指向制御受信アンテナＡ
１１３  指向制御受信アンテナＢ
２０１〜２０８  直接波
２０１ａ〜２０４ａ  直接波
２０５ａ〜２０８ａ  反射波
２０５ｂ〜２０８ｂ  反射波
【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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