(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、
前記移動体が通過するゲートと、このゲートの端部に設置され、前記移動体の前記ゲートへの進入を検知して前記基地局に通知するセンサ手段とを設け、
前記基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた前記各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を前記各アンテナ素子への送信信号として前記重み付け手段にて重み付けを行うために前記各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、前記移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて前記記憶手段に記憶された前記複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、前記センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、前記センサ手段から通知があると前記電源を投入して、前記タイミング生成手段が決めたタイミングで前記記憶手段から前記移動体の該当する方向の重み係数を読み出し前記重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えたことを特徴とする移動体通信システム。
【請求項２】
タイミング生成手段は、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体が移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向に順次到達する時間を移動体の移動速度から求めてタイミングを決めることを特徴とする請求項１記載の移動体通信システム。
【請求項３】
タイミング生成手段は、移動体の移動速度からこの移動体が移動開始位置から移動終了位置に到達するまでにかかる移動時間を算出し、この算出した移動時間内で複数の時間を設定し、この設定した時間を記憶手段から重み係数を読み出すタイミングとすることを特徴とする請求項１記載の移動体通信システム。
【請求項４】
前記センサ手段は、さらに前記移動体の移動速度及び移動方向を検知して前記基地局に通知することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１記載の移動体通信システム。
【請求項５】
基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、
前記移動体をそれぞれ異なる位置で検知して前記基地局に通知する複数のセンサ手段を設け、
前記基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた前記各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を前記各アンテナ素子への送信信号として前記重み付け手段にて重み付けを行うために前記各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、前記各センサ手段の設置位置毎に前記移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、前記各センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、いずれかのセンサ手段から通知があると前記電源を投入して、以後、前記各センサ手段からの通知により、前記記憶手段から該当するセンサ手段の設置位置に対応した重み係数を読み出し前記重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えたことを特徴とする移動体通信システム。
【請求項６】
複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた前記各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を前記各アンテナ素子への送信信号として前記重み付け手段にて重み付けを行うために前記各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、ゲートを通過する移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて前記記憶手段に記憶された前記複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、前記ゲートの端部に設置され、前記移動体の前記ゲートへの進入を検知して前記基地局に通知するセンサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、前記センサ手段から通知があると前記電源を投入して、前記タイミング生成手段が決めたタイミングで前記記憶手段から前記移動体の該当する方向の重み係数を読み出し前記重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えたことを特徴とする移動体通信システムに使用する基地局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指向性アンテナ装置を備えた基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システム及びこのシステムに使用する基地局に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の移動体通信システムでは、周波数の有効利用、マルチパスフェージング対策、同一チャネル干渉波の除去などのために、基地局に指向性アンテナ装置を用いて移動体の方向に対してのみ指向性を向けて通信を行うようになっている。
【０００３】
例えば、特開平１０−１４５２８６号公報のものは、図１３に示すように、制御局１と基地局２からなり、制御局１は、公衆網と接続される変調器３及び復調器４、局部発振器５、ミキサ６、サーキュレータ、給電分配部７、可変減衰器、移相器、光電変換素子、波長多重部８を備え、基地局２は、光ファイバ９と接続された波長多重部１０、光電変換素子、局部発振器１１、要素アンテナ駆動部１２、要素アンテナ１３を備えたもので、複数の要素アンテナからなるアレーアンテナを備えた基地局２と移動体とが双方向無線通信するようになっている。アレーアンテナはアンテナに給電する電気信号によってアンテナ指向性が変化する可変指向性アンテナとなっている。
【０００４】
基地局２においてアレーアンテナが移動体から受信した信号は制御局１に送られ、制御局１では、この移動体から受信した信号から電波の到来方向を推定し、基地局２のアレーアンテナに給電する電気信号を演算により算出し、この電気信号をアレーアンテナに供給する。アレーアンテナは移動体の位置にあった指向性に可変される。
【０００５】
電波の到来方向は、ビームを走査して受信レベルから検出する方法やＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴといった到来方向推定方法により推定する。また、移動体の移動に伴い電波の到来方向は常に変化しているため、適当な時間間隔で電波の到来方向の推定とこれに基づく基地局のアレーアンテナに給電する電気信号の演算を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この公報のものは、移動体からの受信信号に基づいてＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴといった到来方向推定方法により演算処理を行って方向を推定しアレーアンテナに給電する電気信号を算出するため、演算処理に時間がかかり、このため移動速度が速い移動体に対しては移動体の追尾が間に合わず通信が途中で途絶えてしまうという問題があった。
【０００７】
また、アレーアンテナの指向性をビーム状にし、このビームを走査して受信レベルが最大となる方向を捜し出すことも考えられるが、このようにしてもビーム走査のために時間がかかり、やはり移動速度が速い移動体に対しては移動体の追尾が間に合わず通信が途中で途絶えてしまうという問題が生じる。
【０００８】
請求項１乃至４記載の発明は、基地局において、移動体の移動中に移動体の方向を検出し、また、移動体方向に指向性を向けるために演算を行うという動作を行う必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムを提供する。
【００１０】
請求項５記載の発明は、ゲート内を通過する移動体に対して指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にでき、しかも、指向性切替え制御が簡単な移動体通信システムを提供する。
【００１１】
請求項６記載の発明は、移動体の移動中に移動体の方向を検出したり、移動体方向に指向性を向けるために演算を行ったりする必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムに使用する基地局を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、移動体が通過するゲートと、このゲートの端部に設置され、移動体のゲートへの進入を検知して基地局に通知するセンサ手段とを設け、基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を各アンテナ素子への送信信号として重み付け手段にて重み付けを行うために各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて記憶手段に記憶された複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、センサ手段から通知があると電源を投入して、タイミング生成手段が決めたタイミングで記憶手段から移動体の該当する方向の重み係数を読み出し重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えた移動体通信システムにある。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の移動体通信システムにおいて、タイミング生成手段は、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体が移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向に順次到達する時間を移動体の移動速度から求めてタイミングを決めることにある。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の移動体通信システムにおいて、タイミング生成手段は、移動体の移動速度からこの移動体が移動開始位置から移動終了位置に到達するまでにかかる移動時間を算出し、この算出した移動時間内で複数の時間を設定し、この設定した時間を記憶手段から重み係数を読み出すタイミングとすることにある。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか１記載の移動体通信システムにおいて、センサ手段は、さらに移動体の移動速度及び移動方向を検知して基地局に通知するものである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、基地局と移動体との間で無線通信を行う移動体通信システムにおいて、移動体をそれぞれ異なる位置で検知して基地局に通知する複数のセンサ手段を設け、基地局は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を各アンテナ素子への送信信号として重み付け手段にて重み付けを行うために各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、各センサ手段の設置位置毎に移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、各センサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、いずれかのセンサ手段から通知があると電源を投入して、以後、各センサ手段からの通知により、記憶手段から該当するセンサ手段の設置位置に対応した重み係数を読み出し重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えた移動体通信システムにある。
【００１８】
請求項６記載の発明は、複数のアンテナ素子と、この各アンテナ素子の送受信信号の振幅と位相に重み付けを行う重み付け手段と、この重み付け手段にて重み付けされた各アンテナ素子からの受信信号を加算して受信部へ出力する加算手段と、送信部からの送信信号を各アンテナ素子への送信信号として重み付け手段にて重み付けを行うために各アンテナ素子に対応して分配する分配手段と、ゲートを通過する移動体の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体と通信するのに適した重み係数を記憶した記憶手段と、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体の移動に合わせて記憶手段に記憶された複数の方向毎の重み係数の中からその移動体の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成手段と、ゲートの端部に設置され、移動体のゲートへの進入を検知して基地局に通知するセンサ手段からの通知があるまでは電源をダウンさせ、センサ手段から通知があると電源を投入して、タイミング生成手段が決めたタイミングで記憶手段から移動体の該当する方向の重み係数を読み出し重み付け手段に設定する制御手段とからなる指向性アンテナ装置を備えた移動体通信システムに使用する基地局にある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１はアレーアンテナを用いた指向性アンテナ装置を備えた基地局２１と、この基地局２１が無線通信を行う移動体２２からなる移動体通信システムの構成を示している。ここで使用するアレーアンテナは、複数のアンテナ素子２３を備え、各アンテナ素子２３に入力される受信信号、あるいは各アンテナ素子２３から出力される出力信号に対して重み係数を設定することで振幅と位相を調整し、所定の指向性を形成できるようになっている。
【００２０】
図１(a)は、移動体２２が基地局２１に対して−３０°方向にある移動開始位置Ｃ地点にあって基地局２１と無線通信を行っている状態を示している。また、基地局２１に対して−４５°方向にあるＸ地点から干渉波や妨害波等の不要波が発生している。このとき、基地局２１はＣ地点の移動体２２の方向に指向性が向き、不要波の方向に対してはヌル点が向くような所望の指向性を各アンテナ素子２３によって形成する。
【００２１】
図１(b)は、移動体２２がＣ地点から、基地局２１に対して５０°方向にある移動終了位置Ｄ地点に移動した状態を示している。移動体２２がＤ地点に移動すると、基地局２１はＤ地点の移動体２２の方向に指向性を向き、不要波の方向に対してはヌル点が向くような所望の指向性を各アンテナ素子２３によって形成する。
【００２２】
そして、移動体２２が移動開始位置Ｃ地点から移動終了位置Ｄ地点まで移動している間は、移動体２２の移動速度に合わせて所望の指向性を各アンテナ素子２３によって形成し、移動体２２を追尾しながら無線通信を行う。移動体２２としては、例えば、携帯無線端末や無線タグなどがある。
【００２３】
前記基地局２１が備えた指向性アンテナ装置は、図２に示すように、前記各アンテナ素子２３に対応して複数のアンテナ共用部２４を設けると共に受信系として、複数のローノイズアンプ２５、複数の第１の周波数変換部２６、複数のＡ／Ｄ変換器２７を設け、また、送信系として、複数のＤ／Ａ変換器２８、複数の第２の周波数変換部２９、複数の電力増幅器３０を設け、さらに、送、受信信号に対して振幅と位相に重み係数による重み付けを行うデジタル信号処理部３１、基地局本体との間で送、受信データのやり取りを行う送受信部３２を設けている。
【００２４】
この指向性アンテナ装置は、各アンテナ素子２３において電波を受信すると、この各受信信号がそれぞれアンテナ共用部２４を介してローノイズアンプ２５に供給され増幅される。そして、各受信信号はそれぞれ第１の周波数変換部２６によって周波数変換され、それぞれＡ／Ｄ変換器２７によってデジタル信号に変換された後、前記デジタル信号処理部３１に供給される。
【００２５】
前記デジタル信号処理部３１は、各アンテナ素子２３に対応して複数の振幅と位相の重み付け手段３３、前記移動体２２の移動開始位置、移動終了位置（移動目的地）、所望波方向及び不要波方向の情報から、前記移動体２２の移動開始位置の方向と移動終了位置の方向の間で設定される複数の方向毎にその移動体２２と通信するのに適した振幅と位相の重み係数を予め計算する事前計算処理部３４、この事前計算処理部３４が計算した振幅と位相の重み係数を記憶する記憶手段としての参照テーブル３５、移動開始位置から移動終了位置に向かう移動体２２の移動に合わせて参照テーブル３５からその移動体２２の方向に適した重み係数を順次読み出すタイミングを決めるタイミング生成部３６、このタイミング生成部３６が決めたタイミングで前記参照テーブル３５から移動体２２の該当する方向の重み係数を読み出し前記各重み付け手段３３に設定する制御手段３７、前記各重み付け手段３３にて重み付けされた受信信号を加算処理して前記送受信部３２に出力する加算手段３８、前記送受信部３２からの送信信号を各アンテナ素子２３に対応して複数の送信信号に同相分配してそれぞれ前記各重み付け手段３３に供給する同相分配手段３９を設けている。
【００２６】
そして、前記各Ａ／Ｄ変換器２７からのデジタル信号（受信信号）に対してそれぞれ各重み付け手段３３にて参照テーブル３５に記憶されている振幅と位相の重み係数により重み付けを行い、この重み付けされた各デジタル信号を加算手段３８にて加算処理して送受信部３２に供給される。このとき、タイミング生成部３６により移動体２２の移動速度に合わせて重み係数を参照テーブル３５から読み出すタイミングを決定し、このタイミングに従って制御部３７が参照テーブル３５から読み出す重み係数を更新し重み付け手段３３に設定、すなわち、切替え制御する。
【００２７】
また、前記送受信部３２から送信信号が出力されると、この送信信号は同相分配手段３９にて各アンテナ素子２３へ同相分配され、それぞれ重み付け手段３３に供給される。各重み付け手段３３は参照テーブル３５に記憶されている振幅と位相の重み係数を使用して各送信信号に対する重み付けを行う。
【００２８】
そして、重み付けされた各送信信号はそれぞれＤ／Ａ変換器２８によりアナログ信号に変換された後、それぞれ第２の周波数変換部２９で周波数変換され、さらに、それぞれ電力増幅器３０で電力増幅され、各アンテナ共用部２４を介して各アンテナ素子２３に出力される。
【００２９】
図３は前記移動体２２がＣ地点からＤ地点へ移動する場合に使用する重み係数を記憶した参照テーブル３５の一例を示し、所望波の方向−３０°、不要波の方向−４５°のＣ地点から、所望波の方向５０°、不要波の方向−４５°のＤ地点までを０ステップから８０ステップに分け、各ステップ毎にＮ本の各アンテナ素子２３に与える振幅と位相の重み係数を設定している。
【００３０】
すなわち、ステップ０には、移動開始位置であるＣ地点の方向に指向性が向き、Ｘ地点の不要波の方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する振幅と位相の重み係数が記憶され、ステップ８０には、移動終了位置であるＤ地点の方向に指向性が向き、Ｘ地点の不要波の方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する振幅と位相の重み係数が記憶されている。
【００３１】
これらの重み係数は、前記事前計算処理部３４で所望波方向と不要波方向の情報を基に、例えば、ＭＳＮアルゴリズムを用いたシュミレーションにより算出する。また、移動開始位置Ｃ地点の方向−３０°から移動終了位置Ｄ地点の方向５０°までの角度８０°を角度１°に分解し、この分解した各角度方向をそれぞれ所望波方向とし、不要波方向は−４５°に固定し、各角度方向に指向性が向き、不要波方向にはヌル点を形成する振幅と位相の重み係数を前記事前計算処理部３４で算出し参照テーブル３５にステップ１からステップ７９の情報として記憶する。
【００３２】
前記タイミング生成部３６は、基地局２１とＣ地点及びＤ地点との距離、Ｃ地点とＤ地点との距離、移動体２２の移動速度から、基地局２１からの各角度方向に対応した位置に移動体２２が到達する時間を算出して到達タイミングを決定する。前記制御部３７は、移動体２２がＣ地点から移動を開始した後の時間をカウントし、前記タイミング生成部３６が算出した到達時間になると、その到達時間で移動体２２が到達する位置に対応する方向に指向性が向くように、参照テーブル３５から該当する振幅と位相の重み係数を読み出して各重み付け手段３３に供給し、各アンテナ素子２３を重み付け制御する。
【００３３】
例えば、図４に示すように、Ｃ地点の移動体２２がステップ２０の所望波方向となるＣ２０地点に到達するのはＴ２０秒後、ステップ４０の所望波方向となるＣ４０地点に到達するのはＴ４０秒後、ステップ６０の所望波方向となるＣ６０地点に到達するのはＴ６０秒後、ステップ８０の所望波方向となるＤ地点に到達するのはＴ８０秒後というように、Ｃｎ地点（但し、ｎ＝１〜７９）に到達する時間Ｔｎは予め計算によって求めることができる。そして、移動体２２がＣ地点から移動を開始した後、Ｃｎ地点に到達する時間Ｔｎで参照テーブル３５のステップ１〜７９に記憶された各アンテナ素子毎の振幅、位相の重み係数をそれぞれ読み出して各アンテナ素子２３に設定する。これにより、移動体２２が移動開始地点から移動終了地点まで移動している間、この移動体２２を追尾するようにアンテナの指向性が切替えられることになる。
【００３４】
また、移動体２２の移動速度に合わせ、移動速度が遅い場合は重み係数の切替え角度間隔を細かくし、移動速度が速い場合は重み係数の切替角度間隔を粗くすることで、移動体２２の異なる移動速度にも対処できる。
【００３５】
図５は移動体２２の動作を示す流れ図、図６は基地局２１の指向性アンテナ装置の動作を示す流れ図である。
移動体２２は、Ｓ１にて、基地局２１に自局の位置情報を含んだ通信希望を送信し、Ｓ２にて、通信を開始する。
【００３６】
そして、移動することなく通信を終了する場合は、そのまま通信を終了する。また、移動しながら通信を希望する場合は基地局２１に対し、Ｓ３にて、移動希望を通知し、Ｓ４にて、目的地と移動速度の情報を送信する。
【００３７】
その後、Ｓ５にて、基地局２１から移動開始許可を受信すると、Ｓ６にて、移動を開始する。そして、Ｓ７にて、目的地に到達して移動終了を確認すると、通信が終了するまで動作を継続する。
【００３８】
基地局２１は、Ｓ１１にて、先ず、不要波の方向を検出する。なお、予め不要波の方向が分かっている場合は手入力でもよい。また、不要波が存在しない場合もある。
【００３９】
続いて、Ｓ１２にて、参照テーブル３５を作成する。すなわち、事前計算処理部３４により基地局２１からの移動開始地点の方向と移動終了地点の方向、及びその間で適当な角度毎にずらした複数の所望波方向について最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出し記憶して参照テーブル３５を作成する。
【００４０】
この状態で、Ｓ１３にて、移動体２２からの通信希望の受信に待機し、通信希望を受信すると、Ｓ１４にて、参照テーブル３５から対応する重み係数を読み出して重み付け手段３３に設定し移動体２２の方向に各アンテナ素子２３の指向性を向け、Ｓ１５にて、移動体２２との通信を開始する。
【００４１】
そして、移動体２２が移動することなく通信を終了する場合はそのまま通信を終了し、Ｓ１３にて、移動体から次の通信希望が来るのを待つ。また、移動体２２から移動希望の通知があると、Ｓ１６にて、移動体２２からの目的地と移動速度の情報を受信し、Ｓ１７にて、移動速度から移動開始位置と移動終了位置との間で、基地局２１からの各角度方向に対応した位置に移動体２２が到達する到達時間を算出し、Ｓ１８にて、移動体２２に対して移動開始許可を送信する。
【００４２】
そして、タイミング生成部３６により算出した基地局２１からの各角度方向に対応した位置に移動体２２が到達する到達時間を用い、制御部３７にてタイマなどにより重み係数の更新タイミングを計り、更新タイミングになると、Ｓ１９にて、参照テーブル３５から読み出す最適な振幅と位相の重み係数を更新する。そして、移動体２２が移動終了位置に到達するまでこの重み係数の更新を各角度方向毎に順次行い移動体の追尾をしながら移動体と通信を行う。
【００４３】
移動体２２が移動終了位置に到達すると、振幅と位相の重み係数を固定した状態で通信を継続し、通信が終了すると、Ｓ１３にて、移動体から次の通信希望が来るのを待つ。
【００４４】
このように、事前計算処理部３４によって移動体２２の移動開始位置、移動終了位置及び移動速度の情報から、基地局２１からの移動開始位置の方向、移動終了位置の方向及びこの方向間の角度を複数に分割した各分解角度の方向に指向性が向き、基地局２１における不要波の方向にヌル点が形成されるように計算で求めた複数の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル３５に記憶し、移動体２２の移動タイミングに応じて参照テーブル３５から該当する方向の指向性が得られる最適振幅重み係数と最適位相重み係数を順次読み出して重み付け手段３３に設定するようにしているので、基地局２１において移動体２２の移動中に、移動体の方向を検出したり、移動体方向に指向性を向けるために演算を行うという動作を行う必要が全くない。従って、移動体の移動速度がたとえ速くても移動体に対する指向性の追尾が確実にでき、基地局２１と移動体２２との無線通信が常に確実にできる。
【００４５】
なお、この実施の形態ではステップ１からステップ８０までの各ステップ毎に移動体２２が到達する時間をタイミング生成部３６で予め算出し、制御部３７がこのタイミング生成部３６が算出した各到達時間をカウントする毎に参照テーブル３５から読み出す重み係数を更新するようにしたが必ずしもこれに限定するものではない。
【００４６】
例えば、タイミング生成部３６によって移動体２２がＣ地点からＤ地点まで移動する移動時間Ｔ秒を算出するととともにこのＴ秒をｎ（ｎは整数）等分したＴ／ｎ秒を算出し、また、制御部３７によってＴ／ｎ秒毎に移動体２２が到達する移動位置を算出し、参照テーブル３５のステップ１〜ステップ７９の中でＴ／ｎ秒毎に到達する移動位置に対応する所望波方向のステップを選択し、この選択したステップの振幅と位相の重み係数を参照テーブル３５から読み出して重み付け手段３３に設定するようにしてもよい。
【００４７】
例えば、図７に示すように、Ｃ地点の移動体２２がＴ／４秒後にはＣ１地点に到達し、２Ｔ／４秒後にはＣ２地点に到達し、３Ｔ／４秒後にはＣ３地点に到達する場合は、Ｔ／４秒間隔毎に移動体２２の移動位置が計算で求まるので、移動体２２の移動位置に対応するステップの所望波方向も分かる。制御部３７はタイミング生成部３６で算出したＴ／４秒間隔毎にこのＴ／４秒で移動体２２が到達する位置に対応する方向のステップに記憶した最適な重み係数を参照テーブル３５から読み出して重み付け手段３３に設定し、移動体の方向にアンテナ指向性を向ける。
【００４８】
このようにすれば、参照テーブル３５に記憶するステップ数を細かくしておき、タイミング生成部３６が算出するＴ／ｎ秒間隔を調整することで移動体２２の追尾精度や移動体２２の移動速度、基地局２１の処理スピードなどによって参照テーブルから読み出す重み係数の更新タイミングを調整することができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
この実施形態は移動体通信システムを自動改札やゲート通過監視などに適用した場合について述べる。なお、基地局の構成は前述した実施の形態と同様である。
【００５０】
移動体２２はゲート４１の一方の側のＥ地点から他方の側のＦ地点、又は、他方の側のＦ地点から一方の側のＥ地点に移動することになり、移動方向は２種類となる。前記ゲート４１の一方の側並びに他方の側には移動体２２の進入監視、移動速度監視及び移動方向監視を行うセンサ手段として、それぞれ１対のゲートセンサ４２ａ，４２ｂと１対のゲートセンサ４３ａ，４３ｂを移動体２２の移動方向に所定の間隔を隔てて並べて配置している。この各ゲートセンサ４２ａ，４２ｂ、４３ａ，４３ｂは、例えば、発光素子と受光素子からなるセンサで、移動体２２がゲートセンサ４２ａと４２ｂとの間を通過することで、あるいはゲートセンサ４３ａと４３ｂとの間を通過することで移動速度及び移動方向の情報を得ることができるようになっている。この各ゲートセンサ４２ａ，４２ｂ、４３ａ，４３ｂが検出した移動体２２の進入、移動速度及び移動方向の情報は基地局２１に送信されるようになっている。
【００５１】
前記基地局２１から見て所望波方向となるＥ地点は−４５°方向であり、Ｆ地点は３０°方向である。また、不要波の到来方向はＹ地点で−６０°方向である。このため、前記基地局２１は、指向性アンテナ装置に、例えば、図９に示すように、ゲート４１の一方向から他方向に移動体２２が移動する場合に与える最適振幅重み係数と最適位相重み係数を記憶した参照テーブル３５１ａとゲート４１の他方向から一方向に移動体２２が移動する場合に与える最適振幅重み係数と最適位相重み係数を記憶した参照テーブル３５１ｂを作成している。
【００５２】
具体的には、前記参照テーブル３５１ａには、Ｅ地点をステップ０とし、Ｆ地点をステップ１５とし、この間の所望波方向を分解角度５°に設定している。すなわち、基地局２１から見てステップ０のＥ地点は所望波方向が−４５°、不要波方向が−６０°となり、ステップ１の地点は所望波方向が−４０°、不要波方向が−６０°となり、ステップ１５のＦ地点は所望波方向が３０°、不要波方向が−６０°となる。そして、ステップ０〜１５の各地点毎にその地点の方向に指向性が向き、Ｙ地点の不要波方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する最適振幅重み係数と最適位相重み係数が記憶されている。
【００５３】
また、前記参照テーブル３５１ｂには、Ｆ地点をステップ０とし、Ｅ地点をステップ１５とし、この間の所望波方向を分解角度５°に設定している。すなわち、基地局２１から見てステップ０のＦ地点は所望波方向が３０°、不要波方向が−６０°となり、ステップ１の地点は所望波方向が２５°、不要波方向が−６０°となり、ステップ１５のＥ地点は所望波方向が−４５°、不要波方向が−６０°となる。そして、ステップ０〜１５の各地点毎にその地点の方向に指向性が向き、Ｙ地点の不要波方向には指向性を向けないようにヌル点を形成する最適振幅重み係数と最適位相重み係数が記憶されている。
【００５４】
前記基地局２１の指向性アンテナ装置は、図１０に示すような動作を行う。先ず、Ｓ２１にて、不要波の方向を検出する。なお、予め不要波の方向が分かっている場合は手入力でもよい。また、不要波が存在しない場合もある。
【００５５】
続いて、Ｓ２２にて、参照テーブル３５１ａ，３５１ｂを作成する。すなわち、事前計算処理部３４により移動開始地点であるＥ地点の方向と移動終了地点であるＦ地点の方向、及びその間で分解角度５°毎にずらした複数の所望波方向について最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出し記憶して参照テーブル３５１ａ及び３５１ｂを作成する。
【００５６】
この状態で、通信を行わないときには、Ｓ２３にて、一旦電源をダウンさせる。そして、Ｓ２４にて、ゲートセンサ４２ａ，４２ｂあるいはゲートセンサ４３ａ，４３ｂからの信号により移動体２２がゲート４１に進入したことを検出し、Ｓ２５にて、電源を投入する。これにより、基地局２１での電力消費を抑える。
【００５７】
続いて、Ｓ２６にて、ゲートセンサ４２ａ，４２ｂあるいはゲートセンサ４３ａ，４３ｂからの信号により移動体２２の移動方向及び移動速度を検出する。
例えば、ゲートセンサ４２ａから信号を受けた後ゲートセンサ４２ｂから信号を受けると、移動体２２がＥ地点から進入しＦ地点方向に移動することが検出できる。また、ゲートセンサ４２ａから信号を受けた後ゲートセンサ４２ｂから信号を受けるまでの時間により移動体２２の移動速度が検出できる。
【００５８】
また、逆にゲートセンサ４３ａから信号を受けた後ゲートセンサ４３ｂから信号を受けると、移動体２２がＦ地点から進入しＥ地点方向に移動することが検出できる。また、ゲートセンサ４３ａから信号を受けた後ゲートセンサ４３ｂから信号を受けるまでの時間により移動体２２の移動速度が検出できる。
【００５９】
続いて、Ｓ２７にて、各移動位置毎の到達時間を算出する。すなわち、タイミング生成部３６は、例えば、移動体２２がＥ地点からＦ地点へ移動する場合は、前記参照テーブル３５１ａのステップ０からステップ１５までの各所望波方向に対応する位置に移動体２２が到達する時間を算出する。
【００６０】
そして、Ｓ２８にて、制御部３７は、初期ウェイト設定を行う。例えば、移動体２２がＥ地点からＦ地点へ移動する場合は、先ず、ゲートセンサ４２ａ，４２ｂが移動体２２の進入を検出したとき、Ｅ地点であるステップ０の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル３５１ａから読み出して重み付け手段３３に設定する。これにより、各アンテナ素子２３によって形成される指向性パターンは−４５°方向に高い指向性を持ち、−６０°方向にはヌル点が形成されるパターンとなる。また、時間のカウントを開始する。
【００６１】
その後、Ｓ２９にて、制御部３７はタイミング生成部３６が算出した時間とカウント時間を比較し、カウント時間がステップ１の所望波方向に対応する位置に移動体２２が到達する時間になると、Ｓ３０にて、ステップ１の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル３５１ａから読み出して重み付け手段３３に設定する。すなわち、重み係数更新を行う。
【００６２】
以降、移動体２２がステップ２、３、…の所望波方向に対応する位置に到達する時間になる毎に参照テーブル３５１ａから読み出す重み係数を更新し、ステップ１５、すなわち、Ｆ地点に到達してステップ１５の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル３５１ａから読み出して重み付け手段３３に設定し、通信を終了すると、Ｓ２３に戻って基地局２１の電源をダウンさせ、Ｓ２４にて、次の移動体の進入に待機する。
【００６３】
上記においては、移動体２２がＥ地点から進入しＦ地点へ移動する場合を例として述べたが、移動体２２がＦ地点から進入しＥ地点へ移動する場合も同様である。但しこの場合は最適振幅重み係数と最適位相重み係数を参照テーブル３５１ｂから読み出すことになる。
【００６４】
このように、ゲート４１内を通過する移動体２２に対して、ゲートの両端間を移動体が移動するときの位置をステップ０からステップ１５に分割してそれぞれ各アンテナ素子２３毎の最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出して記憶した参照テーブル３５１ａ，３５１ｂを作成し、実際に移動体２２がゲート４１内を移動するときに各ステップの位置に到達する時間を見計って重み付け手段３３に設定する重み係数を更新するようにしているので、ゲート４１内を通過する移動体２２に対して、たとえ移動速度が速くても指向性の追尾が確実にでき、基地局２１と移動体２２との無線通信が常に確実にできる。
【００６５】
（第３の実施の形態）
この実施形態は移動体通信システムを自動改札やゲート通過監視などに適用した場合について述べる。なお、基地局の構成は前述した実施の形態と同様である。
【００６６】
この場合も移動体２２はゲート４１の一方の側のＥ地点から他方の側のＦ地点、又は、他方の側のＦ地点から一方の側のＥ地点に移動することになり、移動方向は２種類となる。
【００６７】
前記ゲート４１にはセンサ手段として、その一方の側から他方の側にわたってＮ個のゲートセンサ４４-1，４４-2，４４-3，４４-4，…４４-(N-1)，４４-Nを所定の間隔を隔てて並べて配置している。各ゲートセンサ４４-1〜４４-Nを配置した位置をそれぞれ移動位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮ−１，ＰＮとしている。前記各ゲートセンサ４４-1〜４４-Nは、例えば、発光素子と受光素子からなるセンサで、それぞれゲート４１内を通過する移動体２２の位置を検出して前記基地局２１に通知するようになっている。
【００６８】
前記基地局２１は、指向性アンテナ装置に、例えば、図１２に示すように、各移動位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮ−１，ＰＮの方向に指向性を持ち、Ｙ地点の不要波方向にはヌル点を形成するような指向性パターンを形成するための最適振幅重み係数と最適位相重み係数を記憶した、移動体２２がＥ地点からＦ地点へ移動する場合に対応した参照テーブル３５２ａと、移動体２２がＦ地点からＥ地点へ移動する場合に対応した参照テーブル３５２ｂを作成している。なお、Ｅ地点は移動位置Ｐ１に対応し、Ｆ地点は移動位置ＰＮに対応している。
【００６９】
基地局２１の指向性アンテナ装置は、先ず、不要波の方向を検出してから参照テーブル３５２ａ，３５２ｂを作成する。この作成は事前計算処理部３４により各移動位置Ｐ１〜ＰＮの方向について最適振幅重み係数と最適位相重み係数を算出し記憶して参照テーブル３５２ａ及び３５２ｂを作成する。
【００７０】
そして、通信を行わないときには、電源をダウンさせておく。この状態でゲートセンサ４４-1あるいはゲートセンサ４４-Nからの信号により移動体２２がゲート４１に進入したことを検出し、電源を投入する。
【００７１】
例えば、最初にゲートセンサ４４-1から信号を受けると、移動体２２がＥ地点から進入したことが検出する。そして、参照テーブル３５２ａから移動位置Ｐ１に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段３３に設定する。これにより、各アンテナ素子２３によって形成される指向性パターンは−４５°方向に高い指向性を持ち、−６０°方向にはヌル点が形成されるパターンとなる。
【００７２】
次に、ゲートセンサ４４-2から信号を受けると、参照テーブル３５２ａから移動位置Ｐ２に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段３３に設定する。次に、ゲートセンサ４４-3から信号を受けると、参照テーブル３５２ａから移動位置Ｐ３に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段３３に設定する。
【００７３】
このようにして、移動体２２がさらに各移動位置Ｐ４〜ＰＮに移動する毎に参照テーブル３５２ａから各移動位置に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段３３に設定することになる。
【００７４】
また、逆に、最初にゲートセンサ４４-Nから信号を受けると、移動体２２がＦ地点から進入したことが検出する。そして、参照テーブル３５２ｂから移動位置ＰＮに対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段３３に設定する。これにより、各アンテナ素子２３によって形成される指向性パターンは３０°方向に高い指向性を持ち、−６０°方向にはヌル点が形成されるパターンとなる。
【００７５】
以降、移動体２２が各移動位置ＰＮ−１〜Ｐ１に移動する毎に参照テーブル３５２ｂから各移動位置に対応した最適振幅重み係数と最適位相重み係数を読み出して重み付け手段３３に設定することになる。
【００７６】
このように、ゲート４１内を通過する移動体２２に対して、各ゲートセンサ４４-1〜４４-Nが移動体２２を検出する毎に参照テーブル２５２ａ又は２５２ｂから読み出して重み付け手段３３に設定する重み係数を順次切替えるようにしているので、ゲート４１内を通過する移動体２２に対して、たとえ移動速度が速くても指向性の追尾が確実にでき、基地局２１と移動体２２との無線通信が常に確実にできる。しかも、指向性切替え制御が簡単である。
【００７７】
なお、前述した各実施の形態では基地局に備えた指向性アンテナ装置として、受信信号を第１の周波数変換部２６にて周波数変換してからＡ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換してデジタル信号処理部３１に供給し、また、同相分配されたデジタル信号処理部３１からの送信信号をＤ／Ａ変換器２８でアナログ信号に変換した後第２の周波数変換部２９にて周波数変換して電力増幅器３０に供給する構成のものについて述べたが必ずしもこれに限定するものではなく、第１の周波数変換部２６及び第２の周波数変換部２９を省略してもよい。
【００７８】
また、前述した各実施の形態では基地局に備えた指向性アンテナ装置として、デジタル信号処理部３１にて振幅と位相の重み付け処理を行うものについて述べたが必ずしもこれに限定するものではなく、受信時には、受信したアナログな受信信号にそのまま振幅と位相の重み付けを行って加算合成した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタルな受信信号に変換して送受信部に供給し、また、送信時には、送受信部からのデジタルな送信信号を同相分配した後、Ｄ／Ａ変換器でアナログな送信信号に変換してから振幅と位相の重み付けを行って各アンテナ素子に出力するようにしてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１乃至４記載の発明によれば、基地局において、移動体の移動中に移動体の方向を検出し、また、移動体方向に指向性を向けるために演算を行うという動作を行う必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムを提供できる。
【００８１】
また、請求項５記載の発明によれば、ゲート内を通過する移動体に対して指向性の追尾が確実にでき、従って、基地局と移動体との無線通信が常に確実にでき、しかも、指向性切替え制御が簡単な移動体通信システムを提供できる。
【００８２】
また、請求項６記載の発明によれば、移動体の移動中に移動体の方向を検出したり、移動体方向に指向性を向けるために演算を行ったりする必要がなく、ゲート内を移動する移動体に対しても指向性の追尾が確実にでき、従って、移動体との無線通信が常に確実にできる移動体通信システムに使用する基地局を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における移動体通信システムの構成を示す図。
【図２】同実施の形態における基地局に備えた指向性アンテナ装置の構成を示すブロック図。
【図３】同実施の形態における指向性アンテナ装置に設けた参照テーブルの構成例を示す図。
【図４】同実施の形態における指向性アンテナ装置の重み係数の切替えタイミング例を説明するための図。
【図５】同実施の形態における移動体の動作を示す流れ図。
【図６】同実施の形態における指向性アンテナ装置の動作を示す流れ図。
【図７】同実施の形態における指向性アンテナ装置の重み係数の他の切替えタイミング例を説明するための図。
【図８】本発明の第２の実施の形態における移動体通信システムの構成を示す図。
【図９】同実施の形態における指向性アンテナ装置に設けた参照テーブルの構成例を示す図。
【図１０】同実施の形態における指向性アンテナ装置の動作を示す流れ図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における移動体通信システムの構成を示す図。
【図１２】同実施の形態における指向性アンテナ装置に設けた参照テーブルの構成例を示す図。
【図１３】従来例を示すブロック図。
【符号の説明】
２１…基地局
２２…移動体
２３…アンテナ素子
３１…デジタル信号処理部
３３…振幅と位相の重み付け手段
３５…参照テーブル（記憶手段）
３６…タイミング生成部
３７…制御部
３８…加算手段
３９…同相分配手段
【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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