(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末局を搭載した移動体の移動経路に沿って配置され、前記端末局へ無線信号を送る際の搬送波の放射範囲を絞ることで限られた通信エリアを形成する基地局と、その基地局の通信エリアに進入した端末局との間で無線通信を行う無線通信システムであって、
前記搬送波の偏波として垂直偏波を用いると共に、前記搬送波のビームが前記移動経路の路面によって反射して前記端末局へ到達する場合の前記路面への入射角がブリュースター角近傍となるよう、前記通信エリアが設定されており、
前記端末局は、前記垂直偏波を用いた無線信号を受信可能であること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記搬送波の偏波としてさらに水平偏波も用い、前記垂直偏波及び水平偏波を用いて同じ内容の無線信号を送信し、
前記端末局は、前記垂直偏波を用いた無線信号及び前記水平偏波を用いた無線信号の両方を受信可能であり、前記垂直偏波を用いて伝送する無線信号が前記水平偏波を用いて伝送する無線信号に対して良好に受信できている場合には、その垂直偏波によって受信した無線信号を採用し、前記垂直偏波を用いて伝送する無線信号が前記水平偏波を用いて伝送する無線信号に対して良好に受信できない場合に限り、前記水平偏波によって受信した無線信号を採用すること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記移動体の移動方向に対して前方又は後方から前記搬送波ビームを放射すること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記移動体の移動方向に対して側方から前記搬送波ビームを放射すること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記移動体の移動方向に対して斜め方向から前記搬送波ビームを放射すること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載の無線通信システムにおいて、
前記移動経路に沿って複数の基地局が所定の間隔にて配置されており、前記各基地局による通信エリアは、同時に複数の前記端末局が存在し得ない大きさであると共に、当該通信エリア同士がオーバーラップしないよう構成されていること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項６記載の無線通信システムにおいて、
前記通信エリアは、同時に複数の前記端末局が存在し得ない大きさであるという条件を満たしながら、取り得る最大の大きさであること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか記載の無線通信システムにおいて、
前記端末局のアンテナは、前記移動体の外部且つ移動体の最高位置付近に配置されていること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか記載の無線通信システムにおいて、
前記端末局のアンテナは、前記移動体の内部に配置されていること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項９記載の無線通信システムにおいて、
前記移動体は、ウインドシールド及び当該ウインドシールド表面に付着した水滴を排除するワイパーを備えた車両であり、
前記端末局のアンテナは、前記ウインドシールドの、前記ワイパーによって水滴を排除可能な部分を介して、前記基地局からの無線信号を受信可能な位置に配置に配置されていること
を特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
端末局を搭載した移動体の移動経路に沿って所定の間隔にて配置され、前記端末局へ無線信号を送る際の搬送波の放射範囲を絞ることで形成した限られた通信エリアに進入した端末局との間で無線通信を行う基地局であって、
前記搬送波の偏波として垂直偏波を用いると共に、前記搬送波のビームが前記移動経路の路面によって反射して前記端末局へ到達する場合の前記路面への入射角がブリュースター角近傍となるよう、前記通信エリアが設定されていること
を特徴とする基地局。
【請求項１２】
請求項１１記載の基地局において、
前記搬送波の偏波としてさらに水平偏波も用い、前記垂直偏波及び水平偏波を用いて同じ内容の無線信号を送信すること
を特徴とする基地局。
【請求項１３】
請求項１１記載の基地局において、
前記移動体の移動方向に対して前方又は後方から前記搬送波ビームを放射すること
を特徴とする基地局。
【請求項１４】
請求項１１記載の基地局において、
前記移動体の移動方向に対して側方から前記搬送波ビームを放射すること
を特徴とする基地局。
【請求項１５】
請求項１１記載の基地局において、
前記移動体の移動方向に対して斜め方向から前記搬送波ビームを放射すること
を特徴とする基地局。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか記載の基地局において、
前記通信エリアは、同時に複数の端末局が存在し得ない大きさであると共に、当該通信エリア同士がオーバーラップしないよう構成されていること
を特徴とする基地局。
【請求項１７】
請求項１６記載の基地局において、
前記通信エリアは、同時に複数の端末局が存在し得ない大きさであるという条件を満たしながら、取り得る最大の大きさであること
を特徴とする基地局。
【請求項１８】
移動体に搭載されており、前記請求項１１記載の基地局との間にて無線通信を行う端末局であって、
前記基地局から送信される、前記垂直偏波を用いた無線信号を受信可能であること
を特徴とする端末局。
【請求項１９】
移動体に搭載されており、前記請求項１２記載の基地局との間にて無線通信を行う端末局であって、
前記垂直偏波を用いた無線信号及び前記水平偏波を用いた無線信号の両方を受信可能であり、前記垂直偏波を用いて伝送する無線信号が前記水平偏波を用いて伝送する無線信号に対して良好に受信できている場合には、その垂直偏波によって受信した無線信号を採用し、前記垂直偏波を用いて伝送する無線信号が前記水平偏波を用いて伝送する無線信号に対して良好に受信できない場合に限り、前記水平偏波によって受信した無線信号を採用すること
を特徴とする端末局。
【請求項２０】
請求項１８又は１９記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局からの無線信号を受信するためのアンテナは、前記移動体の外部且つ移動体の最高位置付近に配置されていること
を特徴とする端末局。
【請求項２１】
請求項１８又は１９記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局からの無線信号を受信するためのアンテナは、前記移動体の内部に配置されていること
を特徴とする端末局。
【請求項２２】
請求項２１記載の端末局において、
端末局が搭載されている前記移動体は、ウインドシールド及び当該ウインドシールド表面に付着した水滴を排除するワイパーを備えた車両であり、
前記基地局からの無線信号を受信するためののアンテナは、前記ウインドシールドの、前記ワイパーによって水滴を排除可能な部分を介して、前記基地局からの無線信号を受信可能な位置に配置に配置されていること
を特徴とする端末局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば路車間などの、移動体に搭載された端末局と移動体の移動経路に沿って設置された基地局との間においてデータ伝送が可能な無線通信技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速道路ノンストップ料金収受システム（ＥＴＣ）においては、基地局と端末局との間の無線信号の送受信に際して５．８ＧＨｚ帯の搬送波を用いているが、その搬送波の偏波としては円偏波を採用している。円偏波は、電磁波の進行方向をｘｙｚ直交座標のｚ軸正側とした場合、電場ベクトルのｘ軸成分Ｅｘとｙ軸成分Ｅｙとの位相差がπ／２であるような偏波であり、電場ベクトルＥ＝Ｅｘ＋Ｅｙの先端が円を描くように旋回しながら伝搬する電磁波である。ここで、Ｅｘの位相をψｘ、Ｅｙの位相をψｙとし、位相差δ＝ψｙ−ψｘと定義する。δ＝−π／２となる場合、電場ベクトルＥの先端を観測するとＥの先端は右ねじ方向に旋回するため、この偏波を右円偏波（あるいは右旋円偏波）と呼ぶ。逆に、δ＝π／２となる場合の偏波を左円偏波（あるいは左旋円偏波）と呼ぶ。
【０００３】
高周波の道路上での伝搬は２波モデルが現象とよく一致する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、端末局アンテナＡＴｔに到来する搬送波は、直接基地局アンテナＡＴｋから到来する波と、路面に当たって反射する波との２波の干渉波となる。そして、直線偏波を用いた場合には、この２波によって激しい干渉が生じ、これが問題となる。図３（ｂ）には水平偏波（Ｓwave）を用いた場合の２波の干渉度合いの具体例を示したが、激しい干渉が生じていることが分かる。
【０００４】
これに対して円偏波の場合には、理論的には干渉の問題が発生しない。それは、円偏波の性質として反射時の旋回方向の逆転現象が起きるからである。つまり、基地局アンテナから放射された搬送波の偏波が右円偏波であるなら、反射後に左円偏波に旋回方向を変え、逆に、放射された搬送波の偏波が左円偏波であるなら、反射後に右円偏波に旋回方向を変える。右円偏波と左円偏波とは干渉しないため、結果として円偏波を用いた場合には干渉の問題が発生せず、ＥＴＣなどのシステムにこの円偏波がよく用いられているのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この円偏波を送受信する際には、直線偏波を用いる場合に比べて次のような問題が生じる。例えば、円偏波を送受信するアンテナを路車間通信に適した小型のパッチアンテナ（図５参照）で形成することを考えた場合、見かえ上の構造は簡単でもその最適調整は非常に困難であることが経験的に明らかになった。例えば図５（ａ）の場合には、給電プローブの円形パッチ中心に対するなす角を９０°として、それぞれのプローブに９０°の位相差を与えればよいのであるが、その最適調整が難しい。また、給電点を１つにして円偏波を励振する縮退分離法と呼ばれる手法がある。例えば、図５（ｂ）に示すように長辺・短辺の長さをそれぞれａ，ｂとする長方形のパッチアンテナを用いた場合を考えると、それぞれの辺の長さａ，ｂに対応する２つの共振周波数ｆ1，ｆ2がある。そこで、この２つの周波数の中央部付近の周波数ｆc でそれぞれの辺の共振がともに生じるように、パッチの対角線上で励振すると円偏波が放射されるのであるが、この辺の長さａ，ｂや給電点の位置の最適調整が難しい。
【０００６】
このように、円偏波を用いる場合には、量産時にその品質を保証することが難しい。特に、将来的に路車間通信の搬送波としてミリ波のような高周波を用いる場合にはアンテナサイズは非常に小さくなり、最適調整の困難さはさらに厳しくなると考えられる。
【０００７】
そこで、円偏波のような最適調整が不要な直線偏波を用いながら、且つ上述した反射波との干渉という問題も解決した無線通信を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の無線通信システムによれば、基地局から端末局へ無線信号を送る際の搬送波の偏波として垂直偏波を用いると共に、搬送波のビームが移動経路の路面によって反射して端末局へ到達する場合の路面への入射角がブリュースター角近傍となるよう、通信エリアが設定されている。垂直偏波をブリュースター角で路面に入射させた場合には反射率は理論上０になり、また、ブリュースター角近傍で路面に入射させた場合も反射率は０に近くなる。そのため、基地局から送られた無線信号の路面による反射波の影響は少なくなり、直接波と反射波との干渉が少なくなる。
【０００９】
そして、本発明では限られた通信エリアにのみ搬送波を送ればよいので、このように搬送波の路面への入射角をブリュースター角近傍に限定しても実現できる。つまり、移動体通信分野における無線通信技術としてＰＤＣ等のセルラー通信が既に実現されているが、このＰＤＣではサービスエリアを多数のマクロセルに分割し、各セルの中心に無線基地局を設置する方式を採用していたため、反射波の路面への入射角がブリュースター角近傍になるような搬送波ビームを形成するという限定を付けることは不可能であった。それに対して、本発明は、いわゆるスポットセル方式を前提とすることで、この「入射角をブリュースター角近傍に限定する」という技術思想を採用することが可能となったのである。
【００１０】
なお、搬送波の放射範囲を絞ることで限られた通信エリアを形成するのであるが、この通信エリアとしては、例えば請求項６に示すように、各基地局による通信エリアが、同時に複数の端末局が存在し得ない大きさであると共に、通信エリア同士がオーバーラップしないよう構成することが考えられる。このようにすれば、一の通信エリアには同時に複数の端末局が存在することがなく、通信エリア内で時間分割や周波数分割などの多元アクセスを施す必要が無く、一の端末局に対して一の通信エリアに与えられた全帯域と全通信時間を与えることができるため、高速通信が可能となる。また、通信エリア同士がオーバーラップしないため、全ての通信エリアで本システムに与えられた全周波数帯域を使用でき、高速通信が可能となる。
【００１１】
また、この通信エリアに関しては、請求項７に示すように、「同時に複数の端末局が存在し得ない大きさである」という条件を満たしながら、さらに「取り得る最大の大きさ」であることが好ましい。請求項６に示した条件は、通信エリアのサイズの上限を規定しているので、それよりも小さければ「多元接続が不要」といった効果が得られる。但し、高速通信（大容量通信）の実現という目的からは、アンテナ利得が同一であるならば、通信エリアは大きいほどよい。そこで、同時に複数の端末局が存在し得ないという条件を満たしながら、取り得る最大の大きさの通信エリアとして設定すれば、移動体が当該通信エリアに存在する時間が極力長くなる。つまり、上述した一の端末局が全周波数帯域を占有してアクセスできる時間を極力長くすれば、高速通信の実現の面でさらに有利となる。
【００１２】
この「取り得る最大の大きさ」とは、例えば路車間通信を想定すれば、「車１台収容できる」程度のエリアを確保することが考えられる。具体的には車長及び車幅にほぼ近い値である４ｍ×３ｍというようなサイズである。なお、「同時に複数の端末局が存在し得ない」ことが前提条件であるので、車両が所定速度以上でしか移動しない状況が想定されるのであれば、例えば車間距離も加味して、１０ｍ×３ｍといったエリアあるいはそれよりも広いエリアであっても、採用し得る。逆に、渋滞などで車間距離が非常に短くなるような状況が想定される場合には、やはり上述の４ｍ×３ｍ程度を採用すべきである。また、上述の４ｍ×３ｍなどは、移動体の具体例として車両、特に乗用車を想定したものであり、例えば大型車しか走行できない移動経路であれば、よりエリアを大きくできることは当然である。
【００１３】
ところで、反射波の路面への入射角がブリュースター角近傍になるように搬送波の放射範囲を限定すると、例えば路面材質がコンクリートの場合は路面に対して２０度程度になるため、かなり斜めからの放射となる。移動体として車両を考え、搬送波ビームを移動する車両の前方もしくは後方から照射することを考えたた場合、例えば高速道路などにおいて車間距離が十分ある場合はシャドウイングは発生しないが車間距離が詰まると、シャドウイングの問題も生じてくる。このシャドウイングが発生している状態では、垂直偏波の直接波は遮蔽され、また反射波はブリュースター角近傍で反射するので反射率が０に近くなり、垂直波だけ用いていると通信ができなくなる。
【００１４】
その対処として、請求項２に示すように水平偏波も併用することが考えられる。つまり、搬送波の偏波としてさらに水平偏波も用い、垂直偏波及び水平偏波を用いて同じ内容の無線信号を送信する。シャドウイングが発生した場合には、水平偏波の直接波も当然ながら遮蔽されることとなるが、反射波の方は届く可能性がある。そして、この場合は直接波は届かないので両者による干渉の問題も生じない。したがって、全く通信ができなくなる状態を防止し易くなる。もちろん、シャドウイングが発生しない場合には水平偏波の直接波と反射波による干渉は生じているので、垂直偏波を用いて伝送された無線信号の方を採用する。したがって、端末局側の受信アンテナを偏波ダイバーシティアンテナとし、垂直偏波を用いて伝送する無線信号が水平偏波を用いて伝送する無線信号に対して良好に受信できている場合には、その垂直偏波によって受信した無線信号を採用する。この「良好に受信できているか否か」は、例えば受信電力レベルなどで比較すればよい。そして、垂直偏波を用いて伝送する無線信号が水平偏波を用いて伝送する無線信号に対して良好に受信できない場合に限り、水平偏波によって受信した無線信号を採用すればよい。
【００１５】
一方、搬送波ビームを移動体に対してどの方向から放射するかについては、移動体の移動方向に対して前方あるいは後方から（請求項３）、移動体の側方から（請求項４）、移動体の斜め方向から（請求項５）が考えられる。この放射方向を工夫することでシャドウイングの問題を解決することも可能である。つまり、移動体の前方あるいは後方から搬送波を放射する場合には特にシャドウイングの問題を考える必要があるが、請求項４のように移動体の側方から搬送波を放射すると、他の移動体によるシャドウイングが生じないようにすることが容易に実現できる。例えば移動体が車両であり複数車線の道路を想定すると、左右端の車線に対して通信エリアを形成すれば、他車両によるシャドウイングは生じない。そのため、垂直偏波のみを用いた形態での実施がし易くなるのである。また、このように移動体の側方から放射することで、通信エリア内における反射波の路面への入射角が、ブリュースター角近傍になる度合いが相対的に向上すること考えられるため、直接波と反射波との干渉を低減するという観点でも好ましい。
【００１６】
一方、上述の前方あるいは後方からの放射と、側方からの放射の特徴を合わせ持つようにした「斜め方向からの放射」を採用した場合には、次のような効果がある。つまり、前方あるいは後方からの放射の場合には、上述したようにシャドウイングの対策が必要となり、側方からの放射の場合には、路面での反射角をブリュースター角近傍とするために比較的広い路側帯を必要とする。そこで、斜め方向から放射することによって、前方あるいは後方から放射する場合に対してはシャドウイングの問題を低減でき、側方から放射する場合に対しては、より狭い路側帯で良い、というメリットを併有できる。
【００１７】
なお、端末局は基地局からの無線信号を受信するためのアンテナを有することとなるが、その端末局のアンテナを、移動体の外部且つ移動体の最高位置付近に配置すれば（請求項８）、シャドウイングの可能性を比較的小さくできる。一方、端末局のアンテナを移動体の内部に配置することも考えられる（請求項９）。移動体が車両である場合には、車両の有するウインドシールドの、ワイパーによって水滴を排除可能な部分を介して、基地局からの無線信号を受信可能な位置に配置に配置することが考えられる（請求項１０）。例えばダッシュボード上などに配置すれば、フロントウインドシールドを介して無線信号を受信することとなるが、ワイパーによって水滴を排除できる部分を介して無線信号を受信できれば、水滴による信号の減衰を防止できるからである。
【００１８】
なお、以上の説明は無線通信システムとして実現した場合について説明したが、基地局という単位で発明を捉えることもできる。例えば請求項１１に示す基地局は、端末局を搭載した移動体の移動経路に沿って所定の間隔にて配置され、端末局へ無線信号を送る際の搬送波の放射範囲を絞ることで形成した限られた通信エリアに進入した端末局との間で無線通信を行う基地局であって、搬送波の偏波として垂直偏波を用いると共に、搬送波のビームが前記移動経路の路面によって反射して端末局へ到達する場合の路面への入射角がブリュースター角近傍となるよう、通信エリアを設定したものであり、請求項１に示したシステムに好適に用いることができる。同様に、請求項１２〜１７に示す基地局は、請求項２〜７に示したシステムに好適に用いることのできるものである。これら基地局としての効果は、上述したシステムにおける場合と基本的に同様であるので、繰り返さない。
【００１９】
また、請求項１１の基地局とセットで用いる場合の端末局、つまり請求項１のシステムに好適に用いられる端末局としては、請求項１８に示すものが挙げられる。一方、請求項１２の基地局とセットで用いる場合の端末局、つまり請求項２のシステムに好適に用いられる端末局としては、請求項１９に示すものが挙げられる。つまり、この場合には、基地局から前記垂直偏波及び水平偏波を用いた無線信号が送信されるため、垂直偏波を用いて伝送する無線信号が水平偏波を用いて伝送する無線信号に対して良好に受信できている場合には、その垂直偏波によって受信した無線信号を採用し、そうでなければ、水平偏波によって受信した無線信号を採用すればよい。これによって、シャドウイングによって垂直偏波を受信できない場合であっても、水平偏波の反射波によって通信が可能となる。
【００２０】
また、請求項８〜１０のシステムに好適に用いられる端末局としては、請求項２０〜２２に示すものが挙げられる。これらの効果については、上述しているので繰り返さない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００２２】
図１は、上述した発明が適用された路車間通信システムの概略構成を表す説明図である。
図１（ａ）に示すように、本システムは、道路に沿って所定の間隔で配置された基地局Ｋと、道路を走行する車両に搭載された端末局Ｔとから成る。
【００２３】
この内、端末局Ｔは、図１（ｂ）に示すように、車両の上部に設置されたアンテナ（端末局アンテナ）ＡＴｔと、その端末局アンテナＡＴｔを介して無線通信を行う端末局本体１とを備えている。
一方、基地局Ｋは、図１（ａ）に示すように、道路上方に設けられたアンテナ（基地局アンテナ）ＡＴｋと、その基地局アンテナＡＴｋを介して無線送受を行う基地局本体１０とを備えている。この基地局本体１０は、光ファイバを介して制御局Ｓと接続されている。この制御局Ｓと基地局Ｋとの関係については後述する。
【００２４】
そして基地局Ｋは、基地局アンテナＡＴｋから搬送波ビームを放射して所定の通信エリアを形成し、その通信エリア内に進入した端末局Ｔとの間で無線通信を行う。つまり、車両に搭載された端末局Ｔが車両の移動に伴って間欠的に通信エリアに入出し、その通信エリアに滞在中の端末局Ｔが基地局Ｋとの間でデータ通信を行う。ここで、基地局Ｋによる通信エリアについては、次の２つの条件を満たすように設定されている。
【００２５】
［条件▲１▼］…同時に複数の端末局Ｔが存在し得ない大きさである。具体的には、端末局Ｔを搭載した車両が高々一台入れる程度のサイズのエリア（パーソナルエリアと称す。）である。
［条件▲２▼］…通信エリア同士がオーバーラップしないよう構成されている。
【００２６】
このような２条件を満たすように設定された通信エリアにて、端末局Ｔと基地局Ｋとが通信する。これをスポットアクセス方式の通信と呼ぶこととする。このスポットアクセス方式にて通信することで、次のような効果が発揮される。
まず、上述した条件▲１▼によって通信エリア内で時間分割や周波数分割等の多元アクセスを施す必要が無くなる。このため一つの端末局Ｔに対して一つの通信エリアに与えられた全帯域と全通信時間を与えることができ高速通信が可能となる。また、条件▲２▼によって全ての通信エリアが同一の周波数帯域を使用することができ、一つのサービスに与えられた全周波数帯域を全ての通信エリアで使用することができる。このため各ユーザー端末はサービスに与えられた全周波数帯域を使用することができより高速な通信が可能となる。
【００２７】
以上の説明は概念的であったので、通信エリアの大きさや形成方法、搬送波周波数などについてさらに具体的に説明する。
（１）まず、条件▲１▼を満たす通信エリアの具体的な大きさに関して検討する。路車間通信の対象とする車両は大型トラックから普通車、軽自動車まで様々である。しかし通信エリアの大きさが、普通車、軽自動車に対して上記条件▲１▼を満たすならば、それより大きな車両に対しては必ず条件▲１▼は満たされるため、普通車、軽自動車に対して検討する。まず、現実的に存在する車の種類とそのサイズを勘案すると、車両進行方向の長さは４ｍ程度であることが分かり、通信エリアの車両進行方向の長さを４ｍ程度とすると、走行中はもちろん渋滞中でも通信エリア内に２台以上の車両は入らず、同時に複数の端末局Ｔが通信エリア内には存在しないと考えられる。また、車両幅方向の長さは２ｍ程度であることがわかる。しかし車両が必ずしも車線中央を走行するとは限らないことから通信エリアの車両幅方向の長さは幅員程度（３．５ｍ）が望ましいと考える。ただし、隣接車線にまで広がると干渉の原因となることから幅員から両側に1割程度の余裕を持たせて３ｍ程度が望ましいと考える。したがって、通信エリアのサイズを縦（道路の長さ方向）４ｍ×横（道路幅方向）３ｍとする。
【００２８】
なお、ここでいう４ｍ×３．５ｍは、車両上部に取り付けられた端末局アンテナＡＴｔの位置においてそのサイズになるように設定されている。したがって、上述の車サイズ例からすれば、道路上１．５ｍ近辺で上記通信エリアのサイズが確保できるように設定することとなる。
【００２９】
また、通信エリアの形状（ここでは断面形状を意味する）に関しては、略楕円形状が形成し易いが、通信対象が車両であるため、長方形状にすると次の利点が得られる。つまり、端末局アンテナＡＴｔが縦方向の４ｍ分に存在する時間が、車両の車線内の走行位置に関係なく同じだけ確保できることとなる。したがって、図１（ａ）での概念説明では略楕円形状となっているが、実際には略長方形状の断面となるようなビームを放射することが望ましい。
【００３０】
なお、通信エリアの横幅３ｍというのは、隣接車線における通信エリアとの干渉を考慮したものであるが、複数車線があるといっても、それら複数車線間に何も介在せずに単に隣接する場合と、分離帯のようなものがあり車線同士が直接的には接していない場合もあるため、それらの違いを考慮してもよい。また、複数車線が直接隣接している場合であっても、通信エリア同士が道路幅方向に隣接しないように相互に位置をずらせば、例えば一の通信エリアに存在する移動体によって搬送波が散乱したとしても、他の通信エリアに与える影響がないか、あるいは少ないと考えられ、車線幅一杯の３．５ｍであってもよい。これらについては本願出願人による特願２０００−７２３８７号において詳しく記載したので、必要ならばそちらを参照されたい。
【００３１】
（２）次に、搬送波周波数について考える。一般に、搬送波周波数を高くするとビームの指向性が高くなり絞りやすい。従って上記のようなパーソナル通信エリアを形成する場合は搬送波周波数は高いほうが望ましい。また、条件▲２▼を満たすようにする場合、周波数がマイクロ波程度に低いと、路面、車両による回折、散乱で干渉が生じると考える。そこで指向性が十分高く、かつ大気中での減衰が大きいミリ波を用いることが望ましい。
【００３２】
（３）続いて、アンテナ位置及び搬送波ビームの形成方向について検討する。従来技術の問題点として挙げたように、円偏波を用いた搬送波の場合には、送受信アンテナの量産時にその品質を保証することが難しい。特に、ミリ波のような高周波を用いる場合にはアンテナサイズが非常に小さくなり、最適調整の困難さはさらに厳しくなると考えられる。そこで、本実施例では、このような量産性に劣る円偏波ではなく調整の容易な直線偏波を用いることにする。但し、直線偏波の場合には、円偏波では問題にならなかった反射波との干渉という問題がある。そこで次のようにしてこの問題を解決する。
【００３３】
基地局アンテナＡＴｋから放射される搬送波ビームは、端末局Ｔを搭載した車両が高々一台入れる程度のサイズのパーソナルエリアになるよう絞られているとは言え、それなりの広がりを持ったビームである。そのため、図１（ｂ）に示すように、基地局アンテナＡＴｋから搬送波ビームが放射された場合、端末局アンテナＡＴｔに直接到来する「直接波」と、路面に反射したのちに端末局アンテナＡＴｔに直接到来する「反射波」とが存在する。
【００３４】
本実施例では直線偏波の内の垂直偏波を用いる。つまり、直接波で言えば、電波ベクトルＥＶ1 が入射面に対して平行（図１（ｂ）では紙面に平行）であり、磁場ベクトルＨＶ1 が入射面に対して垂直（図１（ｂ）では紙面の裏側方向に垂直）となり、それらによって直接波の進行方向であるポインティングベクトルＰＶ1 が定まる。同様に、反射波についても、電波ベクトルＥＶ2 及び磁場ベクトルＨＶ2 によって反射波の進行方向であるポインティングベクトルＰＶ2 が定まる。
【００３５】
ここで、反射波の路面に対する入射角θに関して検討する。基地局アンテナＡＴｋの高さｈ1 ＝１０ｍ、端末局アンテナＡＴｔの高さｈ2 ＝１．５ｍとすると、車両が移動することによってそれらアンテナ間距離が変化するが、そのアンテナ間距離に応じて反射波の路面への入射角θも変化する。その様子を図２（ａ）に示した。なお、入射角θは、路面の法線に対して反射波がなす角である。
【００３６】
垂直偏波に特徴的な性質として、反射係数が小さくなる特定の角度として、ブリュースター（Brewster）角が存在することが挙げられる。路面への入射角θが、２つの媒質の屈折率（この場合は空気の屈折率ｎ1 道路を構成する材質の屈折率ｎ2 ）を用いてtan-1 （ｎ2／ｎ1）となる場合、その角度をブリュースター角と呼ぶ。空気の屈折率ｎ1 の実部は１、虚部は０である。そして、道路を構成する材質の屈折率ｎ2 の実部を２．６、虚部を０とした場合に、垂直偏波の路面による反射係数がどのように変化するかを図２（ｂ）に示した。この図からも分かるように、入射角θが７０度付近で反射係数が０になっていることが分かる。この反射係数が０になる入射角がブリュースター角である。さらに、図３（ａ）には、反射係数の変化と、端末局１側での受信電力の状態を対応して示した。受信電力の変動の大きさが直接波と反射波の干渉の程度を示すこととなるが、反射係数が０の場合に干渉が生じておらず、良好な受信状態が得られていることが分かる。なお、参考のために、同様の条件で水平偏波を用いた場合の干渉の程度を図３（ｂ）に示した。水平偏波の場合には反射係数が０になることはなく、全般的に干渉度合いが激しいことが分かる。
【００３７】
このような点を考慮して、本実施例では、基地局アンテナＡＴｋから放射された搬送波ビームが路面によって反射して端末局アンテナＡＴｔへ到達する場合の路面への入射角θがブリュースター（Brewster）角近傍となるよう、通信エリアを設定した。具体的には、基地局アンテナＡＴｋの高さｈ1 及び端末局アンテナＡＴｔの高さｈ2 を考慮しながら、上述の条件を満たすように搬送波ビームの放射方向を設定する。例えば、搬送波の主ビーム（直接波）の放射方向がブリュースター角になるようにする。このようにすれば、ビームの端部においてもブリュースター角近傍になるからである。もちろん、ビームの端部の放射方向がブリュースター角になるようにすることも可能である。
【００３８】
なお、路面が平坦である場合には、反射波の路面への入射角がブリュースター角となる状態は特定の反射ポイントでしか生じない。それに対して通信エリアはある程度の広さを持っており、特定の反射ポイント以外で反射した場合にはブリュースター角から外れることとなる。しかし、図３（ａ）からも分かるように、ブリュースター角近傍であっても反射係数は非常に小さな値になっており、干渉度合いも小さくなっている。したがって、本実施例で想定している４ｍ程度の範囲であれば、全体的に干渉度合いの小さく、良好な通信が実現できる。
【００３９】
そして、このようなことができるのも、上記（１）で説明したように、通信エリアとしてパーソナルエリアを前提としているからである。つまり、限られた通信エリアにのみ搬送波ビームを放射できればよいため、反射波の路面への入射角がブリュースター角近傍に限定されるよう搬送波ビームの方向を設定しても、何ら問題なく実現できるのである。
【００４０】
なお、通信エリアに端末局アンテナＡＴｔが入った場合において、搬送波ビームの反射波の路面への入射角がブリュースター角近傍であればよいので、この条件が成立すれば、基本的にはその放射方向はどこからでもよい。つまり、図１にでは、道路幅方向に関しては車線の中央付近に端末局アンテナＡＴｔが位置している。そのため、搬送波ビームは車両前方の斜め上方から放射されるようになっている。逆に、車両後方の斜め上方から放射されるようにしてもよい。
【００４１】
また、図４（ａ）に示すように、道路幅方向に見た場合にも進行方向斜め前方から搬送波ビームが放射されるようにしてもよい。つまり、図４（ａ）の場合には、車両前方の左斜め上方から搬送波ビームが放射される。もちろん、車両前方の右斜め上方からでもよいし、車両後方の左右いずれかの斜め上方からであってもよい。さらには、図４（ｂ）に示すように、道路幅方向、つまり車両側方の斜め上方から搬送波ビームが放射されるようにしてもよい。
【００４２】
そして、このように車両側方から放射する場合には、基地局アンテナＡＴｋの下方を車両が走行しないので、基地局アンテナＡＴｋの高さを低くしても良い。つまり、図１（ｂ）に例示した基地局アンテナＡＴｋの高さｈ1 ＝１０ｍ、端末局アンテナＡＴｔの高さｈ2 ＝１．５ｍであったが、例えば図４（ｃ）に示すように、基地局アンテナＡＴｋの高さｈ1 を例えば４〜５ｍ程度に低くしても特に問題ない。このようにすれば、アンテナ間距離は短くなる。
【００４３】
（４）また本システムは、スポットアクセス通信方式でありながら、セルラー方式のような連続アクセス方式よりも高速通信（大容量通信）を実現できるようにすることもできる。通信エリアの間隔を短くすれば当然ながら連続アクセス方式よりも高速通信できるのであるが、基地局Ｋの設置密度を高くすればインフラコストが高くなる。したがって、通信エリアの間隔がどの程度まで大きくなっても連続アクセス方式に対して有利であるかを数値計算によって検証することで、連続アクセス方式よりも高速通信（大容量通信）が可能な通信エリアの間隔を知ることができる。この検証については、特願２０００−７２３８７号において詳細に記載したので繰り返さないが、ある現実的な条件を設定して計算を実行した結果、スポットアクセス方式は連続アクセス方式に対して５０倍の伝送速度を持つことが判った。しかしスポットアクセス方式には連続アクセス方式には無い通信不可能区間が存在するため、上述した先願においては、通信可能区間（即ち通信エリア）の長さに対する通信不可能区間の長さによって変化する平均伝送を計算し、スポットアクセス方式が連続アクセス方式に対して高い伝送速度を維持できる条件を導いた。その結果、端末局アンテナＡＴｔが通信エリア内に滞在している時間のうち、回線オン・オフ等の制御に要する時間を考慮し、所望のデータ伝送に使用できる時間を５割とした場合、基地局間隔を１０〜２０［ｍ］とし、基地局アンテナ−端末局アンテナ間距離を１０ｍ程度としなければ、スポットアクセス方式と同等の余裕がないと考え、インフラコストの観点からもスポットアクセス方式が連続アクセス方式に対して優れていると考える。
【００４４】
ところで、本システムは、上述したように、端末局Ｔが車両の移動に伴って間欠的に通信エリアに入出し、その通信エリアに滞在中に基地局Ｋとの間でデータ通信を行う。このようなスポットアクセス方式の通信の場合には、やりとりすべきデータが一つの通信エリア滞在時間内では伝送不可能な程度に大きいことも想定される。その場合には、複数の基地局Ｋから分割伝送すればよい。そして、このようなデータの分割伝送を前提とする場合には、上述したように、連続アクセス方式に対する優位性を持てる通信エリア密度を確保しながら極力通信エリア間を大きくすることに加え、以下に示す光電波融合技術を導入することがインフラコスト削減に寄与すると考える。この光電波融合技術は基地局Ｋを「電波の噴出し口」とし、複数の基地局Ｋの制御を１台の制御局Ｓが受け持つためコスト的に有利である。光電波融合技術には代表的な３つのパターンとして▲１▼高周波信号を光伝送、▲２▼中間周波信号を光伝送、▲３▼ベースバンド信号を光伝送がある。そして、上り・下りを同じパターンで実現してもよいし、異なるパターンで実現してもよい。▲１▼〜▲３▼のパターンに対応する概略構成及び上り・下り方向の流れの概略については、本願出願人による特願２０００−７２３８７号において記載したので、必要ならば、そちらを参照されたい。
【００４５】
［その他］
（１）上記実施例においては、ブリュースター角において反射係数が０になるという垂直偏波固有の特徴を生かすために、搬送波として垂直偏波を用いることとした。但し、ブリュースター角近傍に放射範囲を限定すると、上述の具体例ではθが７０度程度、路面を基準とすれば２０度程度になるため、かなり低い位置から放射されることととなる。例えば高速道路などにおいて車間距離が十分ある場合は他の車両によるシャドウイングは発生しないが、車間距離が詰まるとシャドウイングの問題も生じてくる。このシャドウイングが発生している状態では、垂直偏波の直接波は遮蔽され、また反射波はブリュースター角近傍で反射するので反射率が０に近くなり、垂直波だけ用いていると通信ができなくなる。
【００４６】
そこで、搬送波の偏波として垂直偏波及び水平偏波を用い、両偏波を用いて同じ内容の無線信号を送信することが考えられる。シャドウイングが発生している場合は水平偏波の直接波も当然ながら遮蔽されるが、その反射波は届く可能性がある。そして、この場合は水平偏波の直接波は届かないので両者による干渉の問題も生じない。もちろん、シャドウイングが発生しない場合には水平偏波の直接波と反射波による干渉は生じているので、垂直偏波を採用する。したがって、端末局アンテナＡＴｔをダイバーシティアンテナとし、端末局本体１は、垂直偏波を受信できる場合はそちらを採用し、垂直偏波が受信できない場合に限り水平偏波を採用する構成とすればよい。
【００４７】
（２）また、搬送波ビームを車両に対してどの方向から放射するかを工夫することでシャドウイングの問題を解決することもできる。つまり、図４（ａ）を参照して説明したように、道路幅方向に見て進行方向斜め前方から搬送波ビームを放射すれば、他車両によるシャドウイングが生じる可能性が低くなる。さらに、図４（ｂ）を参照して説明したように、道路幅方向、つまり車両側方の斜め上方から搬送波ビームを放射すれば、より可能性が低くなる。但し、その場合には、車両が走行している車線を基地局アンテナＡＴｋに最も近い車線とすることが前提である。その場合は、基地局アンテナＡＴｋと端末局アンテナＡＴｔとの間に他の車両が存在しないと考えられるからである。そして、この手法を採用すれば、上述した水平偏波の併用は不要である。
【００４８】
なお、「斜め方向からの放射」は、前方あるいは後方からの放射と、側方からの放射の特徴を合わせ持つため、次の点で有利である。つまり、前方あるいは後方からの放射の場合には、上述したようにシャドウイングの対策が必要となる。一方、側方からの放射の場合には、路面での反射角をブリュースター角近傍とするために比較的広い路側帯を必要とする。そこで、斜め方向から放射することによって、前方あるいは後方から放射する場合に対してはシャドウイングの問題を低減でき、側方から放射する場合に対しては、より狭い路側帯で良い、というメリットを併有できる。
【００４９】
ところで、道路幅方向に放射してしまうと、搬送波ビームが車両の前後方向に対して対称に形成されてしまい、変調方式としてＰＳＫを用いている場合はドップラーシフトによる悪影響が生じる。つまり、端末局アンテナＡＴｔが基地局アンテナＡＴｋの真横を通過する前後で搬送周波数が不連続に変化する。したがって、車両側方から放射するといっても、道路幅方向に放射するのではなく、斜め前方あるいは後方から放射することが好ましい。但し、これはＰＳＫ変調方式を採用した場合であり、ドップラーシフトによる悪影響を比較的受けにくいＡＳＫ、ＦＳＫ等の変調方式を採用した場合には、道路幅方向に放射してもよい。
【００５０】
また、このように道路幅方向へ放射することは、次の点でも有利に働く。つまり、道路の長さ方向に放射する場合に比べて、通信エリア内における反射波の路面への入射角がブリュースター角近傍になる度合いが、相対的に向上すると考えられる。なぜならば、道路の長さ方向からビームを放射した場合（図１（ｂ））、入射面における基地局アンテナＡＴｋと端末局アンテナＡＴｔとの位置関係が、車両の進行によって変化する。このため、路面からの反射波の入射角がブリュースター角近傍で変化する。しかし、側方から放射した場合（図４（ｂ））、車両の進行による入射面における基地局アンテナＡＴｋと端末局アンテナＡＴｔとの位置関係の変化が、図１（ｂ）の場合に対して小さい。このため反射波の入射角がブリュースター角近傍で保持される。そのため、直接波と反射波との干渉をより低減できる。
【００５１】
（３）上記実施例では、端末局アンテナＡＴｔを、車両の上部に設置した。これは、車両の外部且つ車両の最高位置付近に配置するという思想であり、このようにすれば、シャドウイングの可能性を比較的小さくできる。一方、端末局アンテナＡＴｔを車両内部に配置してもよい。その場合は、例えばダッシュボード上などに配置することが考えられる。この際、ウインドシールドの、ワイパーによって水滴を排除可能な部分を介して、基地局Ｋからの無線信号を受信可能な位置に配置に配置することが好ましい。このようにすれば、ウインドシールドを介して無線信号を受信することとなるが、ワイパーによって水滴を排除できる部分を介して無線信号を受信できるため、水滴による信号の減衰を防止できるからである。
【００５２】
（４）上記実施例では、無線通信システムの一例として路車間通信システムを挙げ、移動体の例として車両、移動経路の例として道路を想定して説明した。しかし、車両以外の移動体であっても、車両に対する道路や車線と同じような役割を果たすものが存在すれば、同様に本発明システムへの適用は可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は実施例の路車間通信システムの概要説明図、（ｂ）は搬送波の放射方向などの説明図である。
【図２】（ａ）はアンテナ間距離と反射波の路面に対する入射角の関係を示す説明図であり、（ｂ）は垂直偏波の路面への入射角と反射係数の関係を示す説明図である。
【図３】（ａ）は垂直偏波を用いた場合のアンテナ間距離と受信電力及び反射係数の関係を示す説明図であり、（ｂ）は水平偏波を用いた場合のアンテナ間距離と受信電力及び反射係数の関係を示す説明図である。
【図４】搬送波ビームの放射方向のバリエーションの説明図である。
【図５】円偏波の励振手法の説明図である。
【符号の説明】
Ｋ…基地局
Ｓ…制御局
Ｔ…端末局
ＡＴｋ…基地局アンテナ
ＡＴｔ…端末局アンテナ
１…端末局本体
１０…基地局本体
【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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