(57)【要約】【課題】送信機と受信機との間の位置関係が変動しても、伝送路容量の劣化を抑制すると共に、複雑な信号処理を要することなく、並列伝送による伝送速度の高速化を図ることができる無線通信システム及びアンテナ装置を提供する。【解決手段】本発明による無線通信システムは、送信信号処理部、送信信号伝達部、受信信号処理部、受信信号伝達部を備える。前記送信信号伝達部は、第１及び第２の端子と第３及び第４の端子とを有し、前記第１の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路と前記第１の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路とが相互に同相の位相特性を有し、前記第２の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路と前記第２の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路とが相互に逆相の位相特性を有している。前記受信信号伝達部は前記送信信号伝達部と対応した構成を有している。【選択図】図１
2015142289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に対向するように配置された送信アンテナと受信アンテナとを備えた無線通信システムにおいて、
前記送信アンテナから送信される送信信号に関する処理を実施する送信信号処理部と、
前記送信アンテナと前記送信信号処理部との間に接続され、前記送信信号を前記送信アンテナに伝達する送信信号伝達部と、
前記受信アンテナで受信された受信信号に関する処理を実施する受信信号処理部と、
前記受信アンテナと前記受信信号処理部との間に接続され、前記受信信号を前記受信信号処理部に伝達する受信信号伝達部と、
を備え、
前記送信信号伝達部は、前記送信信号処理部に接続される第１及び第２の端子と、前記送信アンテナに接続される第３及び第４の端子とを有し、前記第１の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路と前記第１の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路とが相互に同相の位相特性を有し、前記第２の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路と前記第２の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路とが相互に逆相の位相特性を有し、
前記受信信号伝達部は、前記送信信号伝達部の前記第１から第４の端子に対応した端子を有すると共に、前記送信信号伝達部の信号伝達経路に対応した伝達特性を有する信号伝達経路を有し、
前記送信信号処理部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置を検出する動作モードにおいて、前記送信信号伝達部の第１の端子に所定の信号を入力し、
前記受信信号処理部は、前記動作モードにおいて、前記送信信号伝達部の前記第３及び第４の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号に基づき前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置を検出するための処理を実施する、無線通信システム。
【請求項２】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記送信信号処理部は、前記送信信号として第１及び第２の信号を前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子にそれぞれ入力し、前記受信信号処理部は、前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号から前記第１及び第２の信号を抽出する、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記送信信号処理部は、前記送信信号として第１の信号を前記送信信号伝達部の第１の端子に入力し、前記受信信号処理部は、前記送信信号伝達部の第１の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号から前記第１の信号を抽出する、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記送信信号処理部は、前記送信信号として第１の信号を前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に入力し、前記受信信号処理部は、前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号から前記第１の信号を抽出する、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置のずれ量が所定の許容範囲内である場合、データ伝送が可能である旨の通知を発する、請求項２から４の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記受信信号処理部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置のずれ量と、前記第１の端子の電力と前記第２の端子の電力とが等しくなるときのずれ量の限界を与える閾値とを比較し、その比較の結果に応じて、前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に対応する端子の中から、データ伝送に用いる端子を選択する、請求項１から５の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのそれぞれは、２次元状に配列された複数の単位アンテナを備え、
前記送信信号伝達部及び前記受信信号伝達部のそれぞれは、前記２次元状に配列された複数の単位アンテナに対応して、少なくとも２系統のハイブリッド回路又は方向性結合器を備えた、請求項１から６の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
アレー面に配列された第１及び第２の単位アンテナと、
信号処理部に接続される第１及び第２の端子と、前記第１及び第２の単位アンテナにそれぞれ接続される第３及び第４の端子とを有し、前記第１の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路と前記第１の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路とが相互に同相の位相特性を有し、前記第２の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路と前記第２の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路とが相互に逆相の位相特性を有する信号伝達部と、
を備えたアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム及びアンテナ装置に関し、特に、ＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)装置などで用いられる高速演算処理を用いることなく、高速に並列伝送を実現するための無線通信システム及びアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近距離での高速伝送を実現する技術として、非特許文献１には、近距離ＭＩＭＯ伝送技術が開示されている。この近距離ＭＩＭＯ伝送では、図１４に示すように、複数のアンテナ５００が配設された送信アレーアンテナ５０１及び受信アレーアンテナ５０２が近接して対向配置される。また、送信アレーアンテナ５０１に対して、送信機側無線信号処理部５０４が設けられ、受信アレーアンテナ５０２に対して、受信機側無線信号処理部５０５が設けられる。この近距離ＭＩＭＯ伝送技術によれば、アレーアンテナの素子間隔を最適化することにより、高速な近距離ＭＩＭＯ伝送が可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】西森，関，本間，平賀，溝口，“近距離ＭＩＭＯ通信に適した伝送方法に関する検討”，電子情報通信学会技術研究報告，A.P2009-83，Sep.2009．
【非特許文献２】電子情報通信学会，“アンテナ工学ハンドブック”，オーム社，pp. 424-425，p. 436，pp. 530-531，2008.
【非特許文献３】圓光寺 他，“UWB位相比較モノパルス短距離レーダにおける測角方式の基礎検討”，信学技報、ISEC2009-93，2010．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術によれば、ＭＩＭＯ制御により伝送を行う場合、送信機及び受信機の各位置や、それぞれが備えるアンテナのアンテナ素子間隔によって伝送路容量が変動する。特に近接無線通信では、送信機と受信機との間の位置ずれによる伝送路の経路長の変化が通信品質に大きく影響する。このため、例えばキオスク端末とスマートフォン等の携帯端末との間で上述の近距離ＭＩＭＯ伝送のような近接無線通信を行う場合、携帯端末の種類や手ぶれ等の影響により伝送路容量が劣化し、安定した高速通信を維持することが困難になるおそれがある。
【０００５】
また、近接無線通信を高速化するための手法として、例えば１チャネルあたりの伝送容量を高速化することが挙げられるが、伝送品質の確保やディジタルデータ処理速度の観点から１チャネルあたりの伝送容量の高速化には限界がある。このため、例えば数十Gbit/s以上の高速な伝送速度を可能とする無線システムを実現するには、伝送路の並列化が有効であるが、複雑な信号処理を伴うＭＩＭＯ制御を多ブランチで実施するには高速な演算処理能力を必要とする。
【０００６】
非特許文献２及び非特許文献３には、携帯端末の位置を検出するための技術として、同相信号及び逆相信号を用いた技術が開示されている。この技術を利用すれば、送信機と受信機との間の位置ずれに起因した伝送路容量の劣化を抑制することは可能であるが、並列伝送を可能とするものではない。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、送信機と受信機との間の位置関係が変動しても、伝送路容量の劣化を抑制すると共に、複雑な信号処理を要することなく、並列伝送による伝送速度の高速化を図ることができる無線通信システム及びアンテナ装置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】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明に係る無線通信システムは、相互に対向するように配置された送信アンテナと受信アンテナとを備えた無線通信システムにおいて、前記送信アンテナから送信される送信信号に関する処理を実施する送信信号処理部と、前記送信アンテナと前記送信信号処理部との間に接続され、前記送信信号を前記送信アンテナに伝達する送信信号伝達部と、前記受信アンテナで受信された受信信号に関する処理を実施する受信信号処理部と、前記受信アンテナと前記受信信号処理部との間に接続され、前記受信信号を前記受信信号処理部に伝達する受信信号伝達部と、を備え、前記送信信号伝達部は、前記送信信号処理部に接続される第１及び第２の端子と、前記送信アンテナに接続される第３及び第４の端子とを有し、前記第１の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路と前記第１の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路とが相互に同相の位相特性を有し、前記第２の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路と前記第２の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路とが相互に逆相の位相特性を有し、前記受信信号伝達部は、前記送信信号伝達部の前記第１から第４の端子に対応した端子を有すると共に、前記送信信号伝達部の信号伝達経路に対応した伝達特性を有する信号伝達経路を有し、前記送信信号処理部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置を検出する動作モードにおいて、前記送信信号伝達部の第１の端子に所定の信号を入力し、前記受信信号処理部は、前記動作モードにおいて、前記送信信号伝達部の前記第３及び第４の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号に基づき前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置を検出するための処理を実施する、無線通信システムの構成を有する。
【０００９】
上記無線通信システムにおいて、例えば、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記送信信号処理部は、前記送信信号として第１及び第２の信号を前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子にそれぞれ入力し、前記受信信号処理部は、前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号から前記第１及び第２の信号を抽出する。
【００１０】
上記無線通信システムにおいて、例えば、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記送信信号処理部は、前記送信信号として第１の信号を前記送信信号伝達部の第１の端子に入力し、前記受信信号処理部は、前記送信信号伝達部の第１の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号から前記第１の信号を抽出する。
【００１１】
上記無線通信システムにおいて、例えば、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記送信信号処理部は、前記送信信号として第１の信号を前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に入力し、前記受信信号処理部は、前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に対応する前記受信信号伝達部の端子から出力される信号から前記第１の信号を抽出する。
【００１２】
上記無線通信システムにおいて、例えば、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置のずれ量が所定の許容範囲内である場合、データ伝送が可能である旨の通知を発する。
【００１３】
上記無線通信システムにおいて、例えば、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間でデータを伝送する動作モードにおいて、前記受信信号処理部は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の相対位置のずれ量と、前記第１の端子の電力と前記第２の端子の電力とが等しくなるときのずれ量の限界を与える閾値とを比較し、その比較の結果に応じて、前記送信信号伝達部の第１及び第２の端子に対応する端子の中から、データ伝送に用いる端子を選択する。
【００１４】
上記無線通信システムにおいて、例えば、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのそれぞれは、２次元状に配列された複数の単位アンテナを備え、前記送信信号伝達部及び前記受信信号伝達部のそれぞれは、前記２次元状に配列された複数の単位アンテナに対応して、少なくとも２系統のハイブリッド回路又は方向性結合器を備える。
【００１５】
本発明に係るアンテナ装置は、アレー面に配列された第１及び第２の単位アンテナと、信号処理部に接続される第１及び第２の端子と、前記第１及び第２の単位アンテナにそれぞれ接続される第３及び第４の端子とを有し、前記第１の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路と前記第１の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路とが相互に同相の位相特性を有し、前記第２の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路と前記第２の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路とが相互に逆相の位相特性を有する信号伝達部と、を備えたアンテナ装置の構成を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、送信機と受信機との間の位置関係が変動しても、伝送路容量の劣化を抑制すると共に、複雑な信号処理を要することなく、並列伝送による伝送速度の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムが備える信号伝達部の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの送信機の送信アンテナと受信機の受信アンテナとの位置関係を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機と受信機との間の通信手順を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、振幅比較モノパルス法による位置検出を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、位相比較モノパルス法による位置検出を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムによる伝送路容量の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機と受信機との間の通信手順の一例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機と受信機との間の通信手順の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機と受信機との間の通信手順の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの動作を補足するための図であり、端末の位置する方向を示す位置ずれ量（θＲ）と閾値（θＢ１，θＢ２）との関係を説明するための図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機と受信機との間の通信手順の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。
【図１４】従来技術に係る無線通信システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、全図面を通じて、同一要素には同一符号を付す。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１の構成例を示す図である。
無線通信システム１は、送信機１００と受信機２００とを備える。送信機１００は携帯端末（以下、端末と称す。）に備えられ、受信機２００は基地局に備えられる。なお、基地局は、端末に備えられた送信機１００に対応する送信機（図示なし）を備え、端末は、基地局に備えられた受信機２００に相当する受信機（図示なし）を備えている。即ち、端末と基地局は、何れも送信機と受信機の両方を備えている。なお、この例に限定されず、送信機１００と受信機２００は、任意の装置に備えることができる。
【００１９】
送信機１００は、送信信号処理部１１０と、送信信号伝達部１２０と、送信アンテナ１３０とを備える。送信信号処理部１１０は、送信アンテナ１３０から送信される送信信号に関する処理を実施するためのものであり、位置検出処理部１１１と、データ伝送処理部１１２と、スイッチ１１３とを備えている。位置検出処理部１１１は、本無線通信システムの動作モードの一つである位置検出モード時に、送信機１００の送信アンテナ１３０と受信機２００の受信アンテナ２３０との間の相対位置を検出するための送信側の処理を実施するものである。
【００２０】
データ伝送処理部１１２は、データ伝送モード時に、送信に関する処理を実施するものである。スイッチ１１３は、動作モード（位置検出モード、データ伝送モード）に応じて、位置検出処理部１１１及びデータ伝送処理部１１２の何れかを選択的に送信信号伝達部１２０に接続するものである。具体的には、スイッチ１１３は、位置検出モード時に位置検出処理部１１１を送信信号伝達部１２０に接続し、データ伝送モード時にデータ伝送処理部１１２を送信信号伝達部１２０に接続する。各信号処理部に対する接続の切り替えは、スイッチに代えて例えば時系列のデジタル処理によって行ってもよく、その切り替え手法は任意である。
【００２１】
送信信号伝達部１２０は、送信アンテナ１３０と送信信号処理部１１０との間に接続されており、送信信号処理部１１０から出力される送信信号を送信アンテナ１３０に伝達するためのものである。その詳細については後述する。送信アンテナ１３０は、単位アンテナ１３１，１３２を備える。これら単位アンテナ１３１，１３２は、アレー平面に一定の間隔ｄをおいて配置され、単位アンテナ１３１，１３２の電波の放射方向は同一方向に設定されている。
【００２２】
受信機２００は、受信信号処理部２１０と、受信信号伝達部２２０と、受信アンテナ２３０とを備える。受信信号処理部２１０は、受信アンテナ２３０で受信された受信信号に関する処理を実施するためのものであり、位置検出処理部２１１と、データ伝送処理部２１２と、スイッチ２１３とを備えている。位置検出処理部２１１は、位置検出モード時に、送信機１００の送信アンテナ１３０と受信機２００の受信アンテナ２３０との間の相対位置を検出するための受信側の処理を実施するものである。
【００２３】
データ伝送処理部２１２は、データ伝送モード時に、受信に関する処理を実施するものである。スイッチ２１３は、動作モード（位置検出モード、データ伝送モード）に応じて、位置検出処理部２１１及びデータ伝送処理部２１２の何れかを選択的に受信信号伝達部２２０に接続するものである。具体的には、スイッチ２１３は、位置検出モード時に位置検出処理部２１１を受信信号伝達部２２０に接続し、データ伝送モード時にデータ伝送処理部２１２を受信信号伝達部２２０に接続する。
【００２４】
受信信号伝達部２２０は、受信アンテナ２３０と受信信号処理部２１０との間に接続されており、受信アンテナ２３０で受信された受信信号を受信信号処理部２１０に伝達するためのものである。その詳細については後述する。受信アンテナ２３０は、単位アンテナ２３１，２３２を備える。これら単位アンテナ２３１，２３２は、送信アンテナ１３０と同様に、アレー平面に一定の間隔ｄを隔てて配置され、単位アンテナ２３１，２３２の電波の放射方向は同一方向に設定されている。上述した送信機１００が備える送信アンテナ１３０と、受信機２００が備える受信アンテナ２３０は、相互に対向するようにして伝搬距離Ｄを隔てて配置されている。送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０は、それぞれ、一種のＭＩＭＯ伝送用のアンテナを構成している。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１が備える送信信号伝達部１２０の構成例を示す図である。
送信信号伝達部１２０は、第１の端子Ｔ１１、第２の端子Ｔ１２、第３の端子Ｔ１３、第４の端子Ｔ１４、ハイブリッド回路２１、移相器２２から構成される。第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２は、送信信号処理部１１０の出力部に接続され、第３の端子Ｔ１３及び第４の端子Ｔ１４は、それぞれ、送信アンテナ１３０の単位アンテナ１３１及び単位アンテナ１３２に接続される。なお、「端子」なる用語は、物理的な端子のほか、概念的な信号ノード等を意味しており、例えば、「入力部」、「出力部」、「入出力部」等と言い換えることもできる。
【００２６】
ハイブリッド回路２１は、ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を備えている。上述の第１の端子Ｔ１１にはポートＰ１が接続され、第２の端子Ｔ１２にはポートＰ２が接続され、第４の端子Ｔ１４にはポートＰ４が接続されている。第３の端子とポートＰ３との間には移相器２２が接続されている。移相器２２は、信号の位相φを９０°だけ遅らせる伝達特性を有している。
【００２７】
本実施形態では、ハイブリッド回路２１の各ポート間の信号経路の伝達特性は次のように設定されている。ポートＰ１とポートＰ３との間の信号経路の伝達特性は、位相の遅れが略ゼロになるように設定されている。同様に、ポートＰ２とポートＰ４との間の信号経路の伝達特性も位相の遅れが略ゼロになるように設定されている。このため、ポートＰ１に位相φの信号を入力した場合、ポートＰ１の入力信号に応答してポートＰ３から位相φの信号が出力され、ポートＰ２に位相φの信号を入力した場合、ポートＰ２の入力信号に応答してポートＰ４から位相φの信号が出力される。
【００２８】
これに対し、ポートＰ１とポートＰ４との間の信号経路の伝達特性は、この信号経路（Ｐ１−Ｐ４）を伝達する信号の位相を９０°だけ遅らせるように設定されている。同様に、ポートＰ２とポートＰ３との間の信号経路の伝達特性も、この信号経路（Ｐ２−Ｐ３）を伝達する信号の位相を９０°だけ遅らせるように設定されている。このため、ポートＰ１に位相φの信号を入力した場合、ポートＰ１の入力信号に応答してポートＰ４から位相φ＋９０°の信号が出力され、ポートＰ２に位相φの信号を入力した場合、ポートＰ２の入力信号に応答してポートＰ３から位相φ＋９０°の信号が出力される。
【００２９】
なお、ハイブリッド回路２１として、例えば、ブランチライン型ハイブリッド回路、ラットレース型ハイブリッド回路などを用いることができる。また、ハイブリッド回路２１に代えて、例えば、３ｄＢ方向性結合器、ウィルキンソン型電力２分配器などを用いることも可能である。
【００３０】
本実施形態では、上述のように、移相器２２は、伝達信号の位相を９０°だけ遅らせる伝達特性を有しているので、ハイブリッド回路２１の上述の伝達特性を考慮すると、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１と第３の端子Ｔ１３との間の信号伝達経路と第１の端子Ｔ１１と第４の端子Ｔ１４との間の信号伝達経路とが相互に同相の位相特性を有し、送信信号伝達部１２０の第２の端子Ｔ１２と第４の端子Ｔ１４との間の信号伝達経路と第２の端子Ｔ１２と第３の端子Ｔ１３との間の信号伝達経路とが相互に逆相の位相特性を有する。
【００３１】
具体的には、図２において、第１の端子Ｔ１１を介してポートＰ１入力された信号Ｓ１の位相を「φ」とすれば、信号Ｓ１に応答して第３の端子Ｔ１３及び第４の端子Ｔ１４からそれぞれ出力される信号Ｓ３及び信号Ｓ４の各位相は「φ＋９０°」となる。即ち、第３の端子Ｔ１３及び第４の端子Ｔ１４からそれぞれ出力される信号Ｓ３及び信号Ｓ４の位相は相互に同相になる。これにより、送信アンテナ１３０において和パターンのビーム（図３のＢ１）が形成される。
【００３２】
これに対し、第２の端子Ｔ１２を介してポートＰ２入力された信号Ｓ２の位相を「φ」とすれば、信号Ｓ２に応答して第３の端子Ｔ１３から出力される信号の位相は「φ＋１８０°」となり、信号Ｓ２に応答して第４の端子Ｔ１４から出力される信号の位相は「φ」となる。この場合、第３の端子Ｔ１３及び第４の端子Ｔ１４からそれぞれ出力される信号Ｓ３及び信号Ｓ４の位相は相互に逆相になる。これにより、送信アンテナ１３０において差パターンのビーム（図３のＢ２１，Ｂ２２）が形成される。
本実施形態では、後述するように、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間の相対位置を検出する位置検出モードにおいて、送信信号処理部１１０は、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１に、信号Ｓ１として位置検出用の所定の信号を入力し、和パターンを発生させる。
【００３３】
受信機２００の受信信号伝達部２２０も送信機１００の送信信号伝達部１２０と同様に構成されている。即ち、受信信号伝達部２２０は、送信信号伝達部１２０の第１から第４の端子に対応した端子を有すると共に、送信信号伝達部１２０の信号伝達経路に対応した伝達特性を有する信号伝達経路を有している。具体的には、受信信号伝達部２２０は、上述の送信信号伝達部１２０に備えらえた第１の端子Ｔ１１、第２の端子Ｔ１２、第３の端子Ｔ１３、第４の端子Ｔ１４にそれぞれ対応する第１の端子Ｔ２１、第２の端子Ｔ２２、第３の端子Ｔ２３、第４の端子Ｔ２４と、ハイブリッド回路２１と、移相器２２とを備えている（図２参照）。また、受信信号伝達部２２０の第１の端子Ｔ２１及び第２の端子Ｔ２２と第３の端子Ｔ２３及び第４の端子Ｔ２４との間の各信号経路の伝達特性は、上述した送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２と第３の端子Ｔ１３及び第４の端子Ｔ１４との間の各信号経路の伝達特性と等価である。
【００３４】
このため、受信信号伝達部２２０の第３の端子Ｔ２３及び第４の端子Ｔ２４にそれぞれ入力される信号Ｓ３及び信号Ｓ４の位相が相互に同相である場合、第１の端子Ｔ２１から、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１に入力された信号と等価な信号が出力される。また、受信信号伝達部２２０の第３の端子Ｔ２３及び第４の端子Ｔ２４にそれぞれ入力される信号Ｓ３及び信号Ｓ４の位相が相互に逆相である場合、第２の端子Ｔ２２から、送信信号伝達部１２０の第２の端子Ｔ１２に入力された信号と等価な信号が出力される。
【００３５】
本実施形態では、後述するように、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間の相対位置を検出する位置検出モードでは、受信信号処理部２１０は、受信信号伝達部２２０の第３の端子Ｔ２３及び第４の端子Ｔ２４からそれぞれ出力される信号による和パターンと差パターンを用いて、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間の相対位置を検出するための処理を実施する。
【００３６】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの送信機１００の送信アンテナ１３０と受信機２００の受信アンテナ２３０との位置関係を説明するための図である。図３において、送信アンテナ１３０が形成するビームＢ１は、送信アンテナ１３０の単位アンテナ１３１，１３２が同相で励振された場合に形成される和パターンのビームを表し、ビームＢ２１，Ｂ２２は、送信アンテナ１３０の単位アンテナ１３１，１３２が逆相で励振された場合に形成される差パターンのビームを表している。受信アンテナ２３０において形成されるビームも同様である。このように、送信アンテナ１３０及び受信アンテナ２３０の指向性パターンは、各単位アンテナが同相で励振された場合と逆相で励振された場合とで異なるように設定されている。
【００３７】
理想的には、端末側の送信機１００の送信アンテナ１３０は、基地局側の受信機２００の受信アンテナ２３０と正対するように位置されることが望ましいが、例えば送信機１００が備えられた端末が利用者に把持された状態にある場合、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０は必ずしも正対せず、位置ずれが発生する場合がある。図３の例では、送信アンテナ１３０及び受信アンテナ２３０の各単位アンテナの配列方向をｘ軸方向とし、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０の各アレー面の垂直軸方向をｙ軸方向とした場合、受信機２００の受信アンテナ２３０の放射点を通るアレー面の垂直軸Ｊを基準として角度θＲだけ傾いた方向に送信機１００の送信アンテナ１３０が位置しており、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間に位置ずれが発生している。伝送路容量の観点からすれば、角度θＲは０°であることが望ましい。以下では、上述の角度θＲを「位置ずれ量」と称す。
【００３８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１の動作を説明するための図であり、送信機１００と受信機２００との間の通信手順を示す図である。
まず、基地局側の受信機２００において、スイッチ２１３により、受信信号アンテナ２３０が接続された受信信号伝達部２２０を位置検出処理部２１１と接続し（手順ＢＳ０１）、受信機２００は通信待機状態となる（手順ＢＳ０２）。一方、端末側の送信機１００において、スイッチ１１３により、送信アンテナ１３０が接続された送信信号伝達部１２０を位置検出処理部１１１と接続し（手順ＴＭ０１）、送信機１００は通信待機状態となる（手順ＴＭ０２）。この通信待機状態から、例えば、端末側の送信機１００と基地局側の受信機２００とが接近し、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間に伝送路が形成されると、送信機１００が受信機２００へ通信開始信号を送信する。
【００３９】
端末側の送信機１００は、和パターンで位置検出用の所定の信号を送信する（手順ＴＭ０３）。具体的には、位置検出処理部１１１は、スイッチ１１３を通じて、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１に位置検出用の信号を入力し、第３の端子Ｔ１３及び第４の端子Ｔ１４から同相信号を出力させる。基地局側の受信機２００は、端末側の送信機１００から送信された位置検出用の信号を受信アンテナ２３０で受信し、この信号により形成される和パターンと差パターンとにより位相ずれ量θＲを検出する（手順ＢＳ０３）。この検出手法の詳細は後述するが、公知の技術を用いることができる。
【００４０】
続いて、基地局側の受信機２００では、位置ずれ量θＲが、通信可能な位置ずれ量の限界値である所定の閾値θＬ以下（許容範囲内）であるか否かを判定する（手順ＢＳ０４）。位置ずれ量θＲが所定値θＬを超えていれば（手順ＢＳ０４；ＮＯ）、基地局側は、通信可能な領域外（通常の高速データ伝送可能な領域外）である旨を端末側の送信機１００に通知する。これに対し、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間の相対位置のずれ量θＲが所定値θＬ以内（許容範囲内）であれば（手順ＢＳ０４；ＹＥＳ）、基地局側は、通信可能領域内に入った旨を端末側の送信機１００通知する。この場合、送信機１００が備えられた端末では、例えば、ＬＥＤ光、映像、音声、又は振動等により、通信可能であることを端末の利用者に通知する。
【００４１】
また、通信可能領域内に入った場合、基地局側の受信機２００は、スイッチ２１３により、受信アンテナ２３０が接続された受信信号伝達部２２０をデータ伝送処理部２１２に接続する（手順ＢＳ０５）。通信可能領域内に入った旨の通知を受けた端末側の送信機１００においても、スイッチ１１３により、送信アンテナ１３０が接続された送信信号伝達部１２０をデータ伝送処理部１１２に接続する（手順ＴＭ０４）。これにより、送信機１００と受信機２００は共にデータ伝送モードに移行し、和パターン及び差パターンを用いてデータを並列伝送する。
【００４２】
具体的には、データ伝送モードでは、送信信号処理部１１０のデータ伝送処理部１１２は、スイッチ１１３を通じて、送信信号として第１の信号Ｓ１及び第２の信号Ｓ２（図２参照）を送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２にそれぞれ入力する。これにより、端末側の送信機１００は同相信号と逆相信号を使用して並列伝送を行う。また、受信機２００の受信信号処理部２１０は、受信信号伝達部２２０の第１の端子Ｔ２１及び第２の端子Ｔ２２からそれぞれ出力される信号から上記第１の信号Ｓ１及び第２の信号Ｓ２（図２参照）を抽出する。これにより、基地局側も同相信号と逆相信号を使用して並列伝送を行う。
【００４３】
データ伝送を終えると、送信機１００と受信機２００との間でデータ伝送が完了した旨を相互に通知し合い、通信を完了する。この後、基地局側の受信機２００は、スイッチ２１３により受信アンテナ２３０が接続された受信信号伝達部２２０を位置検出処理部２１１に接続し（手順ＢＳ０１）、再び位置検出モードへ移行した状態で次の通信に備えて待機する（手順ＢＳ０２）。一方の端末側の送信機１００も、スイッチ１１３により送信アンテナ１３０が接続された送信信号伝達部１２０を位置検出処理部１１１に接続し（手順ＴＭ０１）、再び位置検出モードへと移行した状態で次の通信に備えて待機する（手順ＴＭ０２）。このように、一連のデータ伝送が完了した後、送信機１００と受信機２００は共に位置検出モードへ移行し、次の通信のために待機状態となる。
【００４４】
次に、位置検出モードについて説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１の動作を説明するための図であり、振幅比較モノパルス法による位置検出を説明するための図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１の動作を説明するための図であり、位相比較モノパルス法による位置検出を説明するための図である。ここで、図５（Ａ）において、横軸は、前述の図３に示すアンテナのアレー面の垂直軸Ｊに対する傾き角θを表し、縦軸は、和パターン（実線）と差パターン（点線）の振幅を表している。また、図５（Ｂ）において、横軸は、上述の傾き角θを表し、縦軸は、位置ずれ量を表している。
【００４５】
位置検出モードでは、上述したように、基地局側の受信機２００は同相信号（和パターン）と逆相信号（差パターン）を使用し、端末側の送信機１００は同相信号（和パターン）を使用して基地局に対する端末の位置ずれ量θＲを検出する。この位置検出モードでは、例えば振幅比較モノパルス法又は位相比較モノパルス法により位置検出を行う。振幅比較モノパルス法を用いる場合、図５（Ｂ）に例示するように、基地局側の受信機２００において、和パターンで受信した端末信号の振幅値Σa(θ)と差パターンで受信した端末信号の振幅値Δa(θ)を用いて、位置ずれ量θＲは次式（１）から算出される。
【００４６】
【数１】
2015142289.tif 000003
【００４７】
上式（１）から、基地局側の受信機２００から見て端末側の送信機１００が位置する方向（角度）を表す位置ずれ量θＲを検出することが出来る。上式（１）において、係数αは、基地局側の受信機２００の送信電力や通信範囲より算出される比例定数である。
【００４８】
位相比較モノパルス法を用いる場合、図６に示すように、単位アンテナ間の間隔に相当するアンテナ素子間隔ｄと、各単位アンテナの行路差Ｌから端末側の送信機１００が位置する方向（角度）を表す位置ずれ量θＲを検出することができる。即ち、基地局側の受信機２００において和パターンで端末側の送信機１００から受信した信号の位相値Σp(θ)と差パターンで受信した端末信号の位相値Δp(θ)とを用いて、次式（２）から、基地局側の受信機２００に対して端末側の送信機１００が位置する方向（角度）を表す位置ずれ量θＲを検出することが出来る。式（２）において、ｄは、アンテナ素子間隔であり、λ0は自由空間波長である。
【００４９】
【数２】
2015142289.tif 000004
【００５０】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１による伝送路容量の一例を示す図である。図７において、横軸は、送信アンテナ１３０に対する受信アンテナ２３０の位置ｘ（図３のｘ軸方向における送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間の距離）を表し、縦軸は伝送路容量を表している。また、特性線１は、第１の実施形態による特性の一例を示している。なお、図７において、他の特性線２〜５は、それぞれ、後述する第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態の各特性を示しており、後述の各実施形態において図７を援用する。
【００５１】
図７の例では、基地局側の受信アンテナ２３０の中心の位置を原点（x=0）とし、端末側の送信アンテナ１３０の中心が-10λ0≦x≦10λ0の範囲にある場合における端末の位置に対する伝送路容量を示している。図７より、送受信機が対向している場合、即ち、基地局に対する端末の位置ｘの値が概ねゼロである場合、2x2 SVD-MIMOと同等の通信路容量を達成出来ることが理解される。従って、位置ずれ量θＲを小さくするように、端末の位置ｘを調整すれば、高速通信が可能になる。
【００５２】
以上、第１の実施形態によれば、位置検出モードで和パターンと差パターンを用いて位置ずれ量θＲを検出し、位置ずれ量θＲが所定の閾値θＬ以内の場合にデータ伝送モードに移行するようにしたので、位置ずれによる伝送路容量の劣化を抑制することができる。
また、第１の実施形態によれば、和パターンと差パターンとを用いて並列伝送を実施するので、２種類のデータを同時に伝送することができる。従って、通信路容量を向上させることができ、高速通信が可能になる。
更に、位置ずれ量に関する角度方向の情報を含む位置検出と並列伝送とによる高速化を、送信側と受信側とで共通のアンテナ構成で行うことができる。
なお、第１の実施形態では、同相信号（和パターン）と逆相信号（差パターン）の２種類の信号を用いたが、この例に限定されず、位相差が異なる任意の信号を用いることも可能である。例えば、上述の第１の実施形態では、同相信号は位相差がゼロの信号であり、逆相信号は位相差が１８０°の信号であり、これらの位相差は相互に異なるが、このほかに例えば位相差が６０°の信号など、信号の分離が可能であることを限度として、任意の位相差を有する複数の信号を用いることができる。後述する他の実施形態においても同様である。
また、第１の実施形態では、送信アンテナ１３０および受信アンテナ２３０のそれぞれは、２つの単位アンテナを備えるものとしたが、この例に限定されず、単位アンテナの個数は任意である。後述する他の実施形態においても同様である。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
第２の実施形態では、データ伝送モード時に、基地局側の受信機２００は同相信号を用いてデータ伝送を行い、端末側の送信機１００も同相信号を用いてデータ伝送を行う。即ち、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間でデータを伝送する動作モード（データ伝送モード）において、送信機１００の送信信号処理部１１０は、送信信号として第１の信号を送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１に入力する。受信機２００の受信信号処理部２１０は、受信信号伝達部２２０の第１の端子Ｔ２１から出力される信号から上記第１の信号を抽出する。その他は第１の実施形態と同様である。
【００５４】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機１００と受信機２００との間の通信手順の一例を示す図である。
第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、端末の位置ずれ量θＲが通信可能領域を示す閾値θＬ以内となる場合にデータ伝送モードへ移行する（ＢＳ０１〜ＢＳ０４；ＹＥＳ，ＢＳ０５、ＴＭ０１〜ＴＭ０４）。このとき、位置ずれ量θＲが閾値θＬ以内である場合にＬＥＤ光、映像、音声、又は振動等により通信可能であることを通知する。
【００５５】
データ伝送モードへ移行後、基地局側は同相信号を使用して伝送を行い（ＢＳ０５）、端末側も同相信号を使用し伝送を行う（ＴＭ０４）。即ち、第２の実施形態では、和パターンによりデータ伝送を行う。データ伝送完了後、再び位置検出モードへと移行し、次の通信のため待機する。
第２の実施形態によれば、位置合わせとデータ伝送とで同一のアンテナ構成を併用することが出来る。また指向性利得により通信路容量を向上させることが出来る。さらに、和パターンの指向性利得による通信路容量を向上させることができる。
【００５６】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
第３の実施形態では、データ伝送モード時に、基地局側の受信機２００は、同相信号と逆相信号とを用いてデータ伝送を行い、端末側の送信機１００も同相信号と逆相信号とを用いてデータ伝送を行う。即ち、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間でデータを伝送する動作モードにおいて、送信機１００の送信信号処理部１１０は、送信信号として第１の信号を送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２に共通に入力し、受信機２００の受信信号処理部２１０は、受信信号伝達部２２０の第１の端子Ｔ２１及び第２の端子Ｔ２２からそれぞれ出力される信号から上記第１の信号を抽出する。このように、第３の実施形態では、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２に同一の信号を入力してデータ伝送を行う。その他は第１の実施形態等と同様である。
【００５７】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機１００と受信機２００との間の通信手順の一例を示す図である。
第３の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、端末の位置ずれ量θＲが通信可能領域を示す閾値θＬ以内となる場合にデータ伝送モードへ移行する（ＢＳ０１〜ＢＳ０４；ＹＥＳ，ＢＳ０５、ＴＭ０１〜ＴＭ０４）。このとき、位置ずれ量θＲが閾値θＬ以内である場合にＬＥＤ光、映像、音声、又は振動等により通信可能であることを通知する。
【００５８】
データ伝送モードへ移行後、基地局側は同相信号と逆相信号を使用して伝送を行い（ＢＳ０５）、端末側も同相信号と逆相信号を使用し伝送を行う（ＴＭ０４）。ただし、上述のように、第３の実施形態では、同一の信号が第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２に共通に入力される。即ち、第２の実施形態では、同一の信号を和パターンと差パターンとにより伝送する。データ伝送完了後、再び位置検出モードへと移行し、次の通信のため待機する。
【００５９】
第３の実施形態によれば、位置合わせとデータ伝送とで同一のアンテナ構成を併用することが出来、和パターンと差パターンという異なる放射パターンにより同一の信号を同時に伝送することにより、ダイバーシチ効果を得ることができる。従って、広い範囲で通信路容量がＳＩＳＯ(Single-Input Single Output)に比べて向上し、送受信器の位置が対向していない場合の通信路容量の劣化を抑えることができ、広い範囲で通信を行うことができ、端末の位置ずれへの耐性を高めることができ、位置ずれによる通信路容量の劣化を少なくすることができる。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
第４の実施形態では、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間でデータを伝送する動作モードにおいて、受信信号処理部２１０は、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間の相対位置のずれ量θＲと、受信信号伝達部２２０の第１の端子Ｔ１１の電力と第２の端子Ｔ１２の電力とが等しくなるときのずれ量によって与えられる後述の２つの閾値θＢ１，θＢ２（図１１）とを比較し、その比較の結果に応じて、第１の端子Ｔ１１と第２の端子Ｔ１２の中から、データ伝送モード時に用いる端子を選択し、これによりアンテナの指向性パターンを選択する。その他は第１実施形態等と同様である。
【００６１】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機１００と受信機２００との間の通信手順の一例を示す図である。また、図１１は、本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの動作を補足するための図であり、端末の位置する方向を示す位置ずれ量θＲと閾値θＢ１，θＢ２との関係を説明するための図である。
【００６２】
第４の実施形態では、端末の位置ずれ量θＲと閾値θＢ１、θＢ２との比較結果に応じて、基地局側の受信機２００において第１の端子Ｔ２１及び第２の端子Ｔ２２の一方を選択することにより、基地局側のアンテナの指向性を選択する。ここで、閾値θＢ１、θＢ２は、第１の端子Ｔ１１と第２の端子Ｔ１２の各電力が概ね等しくなるときの位置ずれ量θＲの範囲を規定する。具体的には、図１１に示すように、閾値θＢ１は、アンテナの垂直軸を基準にしてｘ軸の負方向（−）への位置ずれ量θＲの限界値を示し、θＢ２は、アンテナの垂直軸を基準にしてｘ軸の正方向（＋）への位置ずれ量θＲの限界値を示している。
【００６３】
第４の実施形態では、位置ずれ量θＲが、θＲ＜θＢ１，θＲ＜θＢ２なる条件を満たす場合（ＢＳ４４）、基地局側の受信機２００は、受信信号伝達部２２０の第２の端子Ｔ２２を選択し、差パターンを選択してデータ伝送に使用する（ＢＳ４５）。また、位置ずれ量θＲが、閾値θＢ１≦θＲ≦θＢ２なる条件を満たす場合（ＢＳ４４）、基地局側の受信機２００は、受信信号伝達部２２０の第１の端子Ｔ２１を選択し、和パターンを選択してデータ伝送に使用する（ＢＳ４５）。
【００６４】
上述の閾値の比較結果に応じて端子が選択されると、データ伝送モードへ移行し、基地局側は選択された指向性を使用してデータ伝送を行う。データ伝送の完了後、再び位置検出モードへと移行し、次の通信のため待機する。
なお、第４の実施形態では、基地局側の受信アンテナ２３０の指向性を選択するものとしたが、基地局側に代えて、端末側の送信アンテナ１３０の指向性を選択してもよい。
【００６５】
第４の実施形態によれば、基地局側の受信機２００と端末側の送信機１００との相対位置に応じて受信アンテナ２３０の指向性を選択することが出来る。そのため、図７において特性線４で示すように、１ストリーム伝送で和パターンのみを使用する場合に比べて通信範囲を広げることができ、また、端末の位置ずれへの耐性を高め、端末の位置ずれによる通信路容量の劣化を抑制することができる。
【００６６】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。
第５の実施形態では、送信機１００と受信機２００の双方において、上述した第４の実施形態と同様にアンテナの指向性を選択する。即ち、第５の実施形態では、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間でデータを伝送する動作モードにおいて、送信信号処理部１１０は、送信アンテナ１３０と受信アンテナ２３０との間の相対位置のずれ量θＲと、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１の電力と第２の端子Ｔ１２の電力とが等しくなるときのずれ量の限界を与える閾値θＢ１，θＢ２（図１１参照）とを比較し、その比較の結果に応じて、第１の端子Ｔ１１と第２の端子Ｔ１２の中から、データ伝送モード時に用いる端子を選択し、選択した端子に送信信号として第１の信号を入力する。その他は第４実施形態等と同様である。
【００６７】
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る無線通信システムの動作を説明するための図であり、送信機と受信機との間の通信手順の一例を示す図である。
本実施形態では、位置ずれ量θＲと閾値θＢ１，θＢ２との比較がなされると（ＢＳ４４）、その比較の結果に応じて基地局側の受信機２００において選択された端子に関する情報が、選択指向性情報として受信機２００が備えられた基地局側から送信機１００が備えられた端末側に送信される。そして、送信機１００において、選択指向性情報に基づいて受信機２００と同様に送信信号伝達部１２０の端子が選択される。送信機１００の送信信号処理部１１０は、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２のうち、上記選択された一方の端子を用いてデータ伝送を行う。
【００６８】
具体的には、位置ずれ量θＲが、θＲ＜θＢ１，θＲ＜θＢ２なる条件を満たす場合（ＢＳ４４）、端末側の送信機１００は、送信信号伝達部１２０の第２の端子Ｔ１２を選択し、差パターンを選択してデータ伝送に使用する（ＢＳ５４）。また、位置ずれ量θＲが、閾値θＢ１≦θＲ≦θＢ２なる条件を満たす場合（ＢＳ４４）、端末側の送信機１００は、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１を選択し、和パターンを選択してデータ伝送に使用する（ＢＳ５４）。
【００６９】
第５の実施形態では、基地局側の受信機２００に加えて、端末側の送信機１００においても、位置ずれ量θＲと閾値θＢ１、θＢ２との比較結果に応じて、送信信号伝達部１２０の第１の端子Ｔ１１及び第２の端子Ｔ１２の一方を選択することにより、端末側のアンテナの指向性を選択する。その後、データ伝送モードへ移行し、基地局側と端末側とで同じ指向性を用いてデータ伝送を行う。データ伝送の完了後、再び位置検出モードへと移行し、次の通信のため待機する。
【００７０】
第５の実施形態によれば、端末の位置に応じて送信側と受信側の両方の指向性を選択することが出来る。そのため、図７の特性線５に示すように、１ストリーム伝送で和パターンのみを使用する場合、送信側の指向性を切り替える場合に比べてさらに通信範囲を広げることが出来、端末の位置ずれへの耐性を高めることが出来る。また、端末の位置ずれによる通信路容量の劣化を抑制することができる。
【００７１】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。
上述した第１から第５の実施形態において、基地局側及び端末側のアンテナは２次元化することが可能である。第６の実施形態では、送信アンテナ及び前記受信アンテナのそれぞれは、２次元状に配列された複数の単位アンテナを備え、送信信号伝達部及び受信信号伝達部のそれぞれは、２次元状に配列された複数の単位アンテナに対応して、少なくとも２系統のハイブリッド回路又は方向性結合器を備える。その他は第１から第５の実施形態と同様である。
【００７２】
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。
図１３の例では、信号伝達部として、位置検出を２軸で行うため、２つの信号伝達部１２０Ａ，１２０Ｂを備えている。これら信号伝達部１２０Ａ，１２０Ｂは、例えば、上述の第１の実施形態等の送信信号伝達部１２０又は受信信号伝達部２２０に相当する。信号伝達部１２０Ａ，１２０Ｂは、例えば、ブランチライン形ハイブリッド回路、ラットレース形ハイブリッド回路、３ｄＢ方向性結合器、ウィルキンソン形電力２分配器などである。
【００７３】
図１３において、信号伝達部１２０Ａの第３の端子ＴＡ３及び第４の端子ＴＡ４には、それぞれ単位アンテナ１１１Ａ及び単位アンテナ１１２Ａが接続され、信号伝達部１２０Ｂの第３の端子ＴＢ３及び第４の端子ＴＢ４には、それぞれ単位アンテナ１１１Ｂ及び単位アンテナ１１２Ｂが接続される。単位アンテナ１１１Ａ，１１２Ａの配列方向（ｘ軸方向）と単位アンテナ１１１Ｂ，１１２Ｂの配列方向（ｚ軸方向）は略直交しており、これら単位アンテナ１１１Ａ，１１２Ａ，１１１Ｂ，１１２Ｂはアレー面に２次元状に配列されている。このような構成が送信機と受信機のそれぞれに設けられている。このような構成によれば、ｘ軸方向（アレー面上の単位アンテナ１１１Ａ，１１２Ａの配列方向）の位置ずれ（θＲ１）とｚ軸方向（アレー面上の単位アンテナ１１１Ｂ，１１２Ｂの配列方向）の位置ずれ（θＲ２）を検出することができる。このため、端末側の送信機１００の位置する方向を２次元的に捉えることが可能となる。
【００７４】
図１３の例では、信号伝達部１２０Ａの第１の端子ＴＡ１と信号伝達部１２０Ｂの第１の端子ＴＢ１とに対し、信号伝達部１２０Ｃがさらに接続されている。信号伝達部１２０Ｃの入力端子には「左旋」と「右旋」の円偏波信号が入力される。信号伝達部１２０Ｃとして、例えば、ブランチライン形ハイブリッド回路、又はラットレース形ハイブリッド回路、又は３ｄＢ方向性結合器、又はウィルキンソン形電力２分配器などを用いることができる。このように信号伝達部１２０Ｃを追加することにより、円偏波を左旋もしくは右旋に切り替えることが可能になる。
【００７５】
第６の実施形態によれば、上述の第１から第５の実施形態において、送信アンテナと受信アンテナの位置関係を２次元的に把握することができるため、位置ずれ量を精度よく把握することが可能になる。また、円偏波を形成させることにより、送信アンテナと受信アンテナの角度回転に対する耐性を持たせることが出来る。また、例えば垂直方向（例えば図１３のｘ軸方向）と水平方向（例えば図１３のｚ軸方向）の両方の角度に対する端末（送信機１００のアンテナ）の位置ずれ量の検出が可能になる。また、円偏波により位置ずれに対する耐性を向上させることが可能になる。
【００７６】
上述したように、本発明の実施形態によれば、ＭＩＭＯの空間伝送のような信号処理等を行わず、かつ送信アンテナと受信アンテナとの間の位置ずれが発生しても、伝送路容量の劣化を抑制すると共に、簡易な構成で並列伝送を実現することができる。従って、複雑な演算を用いることなく、高速通信が可能になる。
【００７７】
また、位相ずれ量θＲの値が伝送可能領域を示す位置合わせ閾値θＬ以内に含まれる場合に、ＬＥＤ光、映像、音声もしくは振動等により通信可能であることを利用者に通知し、位置検出モードからデータ伝送モードへと移行することにより、所定領域内に端末を位置させた状態で近距離通信を行うことが出来る。
【００７８】
上述の各実施形態では、本発明を無線通信システムとして表現したが、送信アンテナ１３０、受信アンテナ２３０に着目すれば、本発明は、アンテナ装置として表現することもできる。この場合、本発明によるアンテナ装置は、アレー面に配列された第１及び第２の単位アンテナ（例えば、単位アンテナ１３１，１３２、単位アンテナ２３１，２３２）と、信号処理部（例えば、送信信号処理部１１０、受信信号処理部２１０）に接続される第１及び第２の端子（例えば、端子Ｔ１２，Ｔ１２、端子Ｔ２１，Ｔ２２）と、前記第１及び第２の単位アンテナにそれぞれ接続される第３及び第４の端子（例えば、端子Ｔ１３，Ｔ１４、端子Ｔ２３，Ｔ２４）とを有し、前記第１の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路と前記第１の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路とが相互に同相の位相特性を有し、前記第２の端子と前記第４の端子との間の信号伝達経路と前記第２の端子と前記第３の端子との間の信号伝達経路とが相互に逆相の位相特性を有する信号伝達部（例えば、送信信号伝達部１２０、受信信号伝達部２２０）とを備えたアンテナ装置として表現することができる。
【００７９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１…無線通信システム
２１…ハイブリッド回路
２２…移相器
１００…送信機
１１０…送信信号処理部
１１１…位置検出処理部
１１２…データ伝送処理部
１１３…スイッチ
１２０…送信信号伝達部
１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ…信号伝達部
１３０…送信アンテナ
１３１，１３２…単位アンテナ
２００…受信機
２１０…受信信号処理部
２１１…位置検出処理部
２１２…データ伝送処理部
２１３…スイッチ
２２０…受信信号伝達部
２３０…受信アンテナ
２３１，２３２…単位アンテナ
【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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