(57)【要約】【課題】海上移動体間通信において、二波干渉による影響を送信する際に軽減するようにして、安定性した通信品質の２者間通信を可能にする。【解決手段】海上移動体間通信を行う無線通信装置において、送信情報を送信波に周波数変換する周波数を、相手機との間における直接波と海面反射波の経路長の差が１／２波長とはならない選択値に適宜切り替えて送信を行うものである。【選択図】図１
2008011210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上移動体間通信を行う無線通信装置において、送信情報を送信波に周波数変換する周波数を、相手機との間における直接波と海面反射波の経路長の差が１／２波長とはならない選択値に適宜切り替えて送信を行うことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
ＧＰＳ信号を受信して自機の位置情報を取得する自己位置計算部と、
取得した自機の位置情報、現在使用中の送信波の周波数および受信した相手機の位置情報に基づいて、相手機との間における直接波と海面反射波の経路長の差を算出し、算出した経路長の差と現在の送信波の１／２波長との差を求め、求めた差の絶対値が所定値以下となった場合には、前記差の絶対値が所定値以上となる波長の周波数を算出し、当該算出した周波数に切り替える指示を出す干渉計算部と、
送信波の周波数を、前記干渉計算部から指示された周波数に切り替える周波数切替部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
自己位置計算部で得られる自機の位置情報および周波数切替部で得られる切り替えた周波数情報と切替タイミング情報を送信情報に多重する情報多重部を備え、
周波数切替部は、相手機からの切替タイミング情報に同期して周波数の切り替え動作を行うことを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フェージング、特に海面反射による二波干渉の影響を低減する、海上移動体に搭載される無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に無線通信の安定性に影響を与えるものとしてマルチパスフェージングがあげられる。マルチパスフェージングとは、無線通信において送信側から受信側へ電波が届くまでに、直接波以外に伝送路上に存在する障害物からの回折波や反射波が存在し、受信側においてそれらの複数の経路からの到来電波が互いに干渉し、移動体の位置により時々刻々と信号のレベルが変化することをいう。このマルチパスフェージングの影響でデジタル無線通信において周波数選択性フェージングが問題となってくる。複数の到来電波には時間遅延が存在する。この時間遅延が伝送しようとしているデジタル信号のクロック周期の０．１倍程度以上になるとデジタル信号の符号が隣接する符号と干渉を起こし、符号誤りが多発し通信回線の品質を著しく劣化させる。
【０００３】
マルチパスフェージングの中でも、特に海上移動体間通信においては、その通信の安定性に大きく影響を与えるものとして、直接波と海面反射波による二波干渉がある。図５に示すように、移動局１から送出される電波が離れた距離にある移動局２へ到達するときには、直接波と海面反射波となる。通常マルチパスフェージングでは障害物からの反射波や回折波も考慮するべきである。しかし、海上移動体間通信においては、移動局１と移動局２の間には障害物と呼べるものはなく、受信に影響を与える原因としては海面反射波の干渉が支配的であるといえる。移動局１，２が等高度において移動していると仮定した場合において、移動局１から或る周波数で送信された電波を移動局２で受信したときの受信レベルの概略例を図６に示す。受信レベルは、一般的には距離に応じて単純に減衰していくが、特に海上では、周波数を固定して見たとき急激に減衰する谷間が存在する。この谷間は直接波と海面反射波による二波干渉により発生する。したがって、この谷間が存在する位置に移動局２があるときは受信品質が低下する。
【０００４】
上記のようなマルチパスフェージングへの対策としてダイバーシチ方式が有効であることが広く知られている。受信アンテナのスペースダイバーシチ方式を応用した無線通信システムで、受信側にクロック周波数成分検出器等を設け、複数のアンテナで受信される電波のうち、受信電波強度が最も強いものへ受信系を切り替え、その後は単一の受信系統で受信処理を行うという技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、海上移動体間通信を行う複数の通信装置でネットワークを構成し、通信装置は自己位置評定装置なるものを用いて二波干渉による受信電波強度の落ち込みを計算し、その電波強度が通信相手の要求するレベルに満たない時には、ネットワークに加入している他の通信装置を経由させることにより、通信相手への情報伝達経路を確保するという技術がある（例えば特許文献２参照）。
また、空中線を構成する複数のアンテナ素子のそれぞれから送出する同一の送信信号の位相量を別々に制御することにより空中線からの電波に指向性を持たせるという技術がある（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１１１４６号公報
【特許文献２】特開平９−３０７４９４号公報
【特許文献３】特開２００１−２３７７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の特許文献１に記載された技術では、受信側において、直接波と海面反射波による二波干渉による影響の少ない方の電波を逐次切り替え、受信される電波のうちから最適な電波強度を持つものを選択するという方法をとっているため、届いた電波が全て微弱であった場合にはマルチパスフェージング低減に対応できない。また、特許文献２に記載の技術の場合、送信側において自己位置および通信相手の位置情報を用いて二波干渉を計算しているが、この方式は中継により通信相手へ情報伝達するようにしているため、中継局が存在することを前提としており、２者間のみによる通信では意図する効果が得られない。さらに、特許文献３に記載の技術の場合、直接波と海面反射波の二波干渉を避ける方法として、固定された空中線を電子的に操作することで送信電波に指向性を与えるようにしているが、そのためには多数のアンテナを使用しなければならない。また、アンテナの数に応じて送信信号の位相量を個々に制御しなければならず、複雑な計算を行う装置が要求される。
【０００７】
この発明は、海上移動体間通信において、二波干渉による影響を送信する際に軽減するようにして、安定性した通信品質の２者間通信を可能にする無線通信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】
【０００８】
この発明に係る無線通信装置は、海上移動体間通信を行う無線通信装置において、送信情報を送信波に周波数変換する周波数を、相手機との間における直接波と海面反射波の経路長の差が１／２波長とはならない選択値に適宜切り替えて送信を行うものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、直接波と海面反射波の二波干渉を考慮して送信波の使用周波数を切り替えるようにしたので、二波干渉の影響を極力抑え、安定した品質の２者間通信を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による無線通信装置の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、例えばＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ；時分割多元接続）方式を用いたデジタルデータ通信を想定したものであり、装置同士でデータリンクを組むため同時通信を行うことができる。また、装置間はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）信号により同期がとられているものとする。
図１において、自己位置計算部１０２では、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）信号から自機の位置情報を取得して情報多重部１０１へ出力する。情報多重部１０１では、入力される本来送信する送信データ（音声データの場合も含む）、自機の位置情報、後述の周波数切替部１０４で選択した現在の通信に使用している周波数情報および切替タイミング情報を多重し、送信情報として送信部１０３へ出力する。送信部１０３では、情報多重部１０１からの送信情報を、周波数切替部１０４が選択した周波数で発振する電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ＶＯＣ）を用いて周波数変換し、ＲＦ信号（送信波）を生成して空中線１０５に供給する。空中線１０５では、送信部１０３から供給されたＲＦ信号を電波にして送信する。また、空中線１０５は、相手方の同種無線通信装置からの電波を受信すると、その受信ＲＦ信号を受信部１０６へ出力する。
【００１１】
受信部１０６は、受信したＲＦ信号を中間周波数に変換した後、アナログ／デジタル変換してベースバンド信号を得る。このベースバンド信号は相手機の送信情報であり、受信データ（相手機の送信データ）、位置情報、周波数情報および切替タイミング情報が含まれており、情報分離部１０８においてこれらを分離する。分離された相手機の位置情報は干渉計算部１０７に出力され、相手機の送信データ（本機では受信データ）は図示していない利用回路に出力される。また、分離された周波数情報は受信部１０６に与えられ、その局部発振器の周波数の切り替えに用いられる。さらに、切替タイミング情報は周波数切替部１０４に与えられ周波数切り替えの時期設定に用いられる。
【００１２】
干渉計算部１０７には、情報多重部１０１から自機の位置情報と現在送信中の周波数情報が入力されており、これらの情報と相手機の位置情報に基づいて、後述する方法により、自機の現在の使用周波数に対する海面反射波による二波干渉の影響を算出し、相手機が二波干渉による影響の大きい地点いる場合には、予め用意している複数の周波数の中から該当地点で二波干渉の影響を最小にできる周波数を選択し、周波数切り替え指示を周波数切替部１０４に出す。周波数切替部１０４では、受け取った指示に従った周波数に切り替える制御信号を送信部１０３へ与える。この制御信号は、送信部１０３の局部発振器としてＶＣＯを用いている場合、使用周波数を決めるための可変容量ダイオードに与える制御電圧である。送信部１０３では、周波数切替部１０４からの制御信号に従って使用周波数を、相手機がいる地点で二波干渉の影響を最小にする周波数に設定し、設定した周波数を用いて送信情報の周波数変換を行う。なお、この周波数の切り替え動作は通信している相手機と同期を取って行うので、そのため、周波数切替部１０４からは、選択した周波数情報と共に、切替タイミング情報を情報多重部１０１で送信情報に多重する。
【００１３】
無線通信装置は以上のように動作するが、送信を行う場合、次のようにするとよい。同一の送信情報を複数回連続で送信し、その連続送信の２回目以降の送信において位相を１回目と異なるように制御する。そうすることで、１回目の送信電波が受信側の相手機において所望の受信電波強度を持たない場合でも、２回目以降の送信が所望の電波強度を持つことで受信が可能になる。
【００１４】
次に、この発明の着想となった理論について説明する。
先に図５および図６を用いて海上移動体間通信におけるマルチパスフェージング現象について述べたが、海上におけるマルチパスフェージングは、図２に例示するように、送信波の使用周波数ｆ１，ｆ２によって発生する位置（移動局１からの距離）が異なる。図２から分かることは、海面反射により起きる受信電波強度の変動は、送信側および受信側の無線通信装置の相対位置と使用する送信周波数に依存しているということである。したがって、使用周波数ｆ１のときの受信レベルの谷間の位置に在る無線通信装置に対しては、その谷間を埋める受信レベルを与える使用周波数ｆ２を用いて送信すればよいことが分かる。この考えを表しているのが図３の太線の受信レベル曲線ある。
また、受信レベルの谷間が一番深くなるのは、図５において、移動局１からの電波の直接波と海面反射波が逆相で移動局２へ到達する時である。このことから、二波干渉が最大となる条件は、無線通信装置間の直接波と海面反射波の経路長の差がλ／２（λは送信波の波長）となる場合であることが分かる。したがって、経路長の差がλ／２となる位置付近に在る相手機に対しては、その波長にならない周波数の送信波を用いて送信すればよいことになる。
【００１５】
次に、干渉計算部１０７の処理の詳細について図４により説明する。なお、図４では、説明を簡単にするために２次元で示すが、実際の３次元空間においてもそのまま拡張することが可能である。
まず、送信側となる移動局１の座標を（ｘ１，ｙ１）とおき、受信側となる移動局２の座標を（ｘ２，ｙ２）とおく。太線で示した移動局１から移動局２へ送信した電波の海面反射波の経路長をＬ1 とすると、（１）式の関係が成り立つ。
Ｌ12＝（ｘ２−ｘ１）2 ＋（ｙ２＋ｙ１）2                      （１）
同様に直接波の経路長Ｌ2 を求めると、（２）式の関係が成り立つ。
Ｌ22＝（ｘ２−ｘ１）2 ＋（ｙ２−ｙ１）2                      （２）
これらの関係から直接波と海面反射波の経路長の差ΔＬ＝Ｌ2 −Ｌ1 を求める。
【００１６】
前述したように、二波干渉が最も影響を与えるのは、直接波と海面反射波が逆相となって受信側に到達したとき、すなわち経路長の差ΔＬ＝λ／２となったときである。そこで、干渉計算部１０７では、自機の現在の使用周波数からその１／２波長を算出する。次に、移動局間の距離から上記のように算出した直接波と海面反射波の経路長の差と現在の送信波の１／２波長との差を求め、求めた差の絶対値が所定値以下となった場合には、差の絶対値が所定値以上となる波長の周波数を算出する。ここで、差の絶対値が所定値以下となることは、図２において、現在の使用周波数ｆ１において受信レベルが通信を不適当にする谷間にあることを指す。一方、差の絶対値が所定値以上となる波長の周波数の求め方としては、位置情報と使用周波数を対応付けたテーブルを予め準備しておき、その中から最も安定した通信を可能にする周波数を選べばよい。そのための例として、一つの位置情報に対して使用周波数を２つ用意しておき、一方の周波数を使用した時の二波干渉の影響が大きくなる地点においては、他方の周波数に切り替えるというようにすればよい。このことで受信レベルを安定に保つことが可能となる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、海上移動体間通信において、送信情報を送信波に周波数変換する周波数を、相手機との間における直接波と海面反射波の経路長の差が１／２波長とはならない選択値に適宜切り替えて送信を行うようにしたので、海上における移動体間の距離変化に伴って起こる受信レベルの急激な低下を抑え、受信性能を連続して維持できるので、二波干渉の影響を大きく受ける海上移動体間通信において安定した通信品質の２者間通信を可能にする。また、海上移動体の位置関係を用いて簡単な計算で使用周波数を決定するようにしているので、処理時間を短くでき、使用周波数の切り替えをリアルタイムに行うことができる。また、複数のアンテナ構成や複雑な計算を必要とせず、また周波数切り替えにＶＣＯを用いることで、無線通信装置の複雑化、大規模化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１による無線通信装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】異なる送信周波数を使用した際の受信レベルを示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る改善された受信レベルを示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る干渉計算部の処理方法を示す説明図である。
【図５】海上移動体間通信における電波の伝わり方を表す説明図である。
【図６】二波干渉を受けた受信レベルの例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０１  情報多重部、１０２  自己位置計算部、１０３  送信部、１０４  周波数切替部、１０５  空中線、１０６  受信部、１０７  干渉計算部、１０８  情報分離部。
【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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