(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散配置された無線局間で無線マルチホップ伝送を行う通信システムであって、
連続する複数のホップに対してホップ毎に奇数個のチャネルを繰り返して割り当て、
前記無線局が中継する無線信号の受信アンテナおよび送信アンテナを、前記無線信号の伝送経路がジグザグ形状となる位置に設置し、
前記受信アンテナのそれぞれを、受信する無線信号の送信元の送信アンテナが設置された方向にアンテナ利得が最大となる方向である正面方向を向けて設置し、
前記送信アンテナのそれぞれを、送信する無線信号を受信する受信アンテナが設置された方向にアンテナ利得が最大となる方向である正面方向を向けて設置し、
奇数番目の中継を行う各無線局を第１の直線上に設置し、偶数番目の中継を行う各無線局を前記第１の直線と平行な第２の直線上に設置し、
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナのアンテナ利得が第１の閾値以下となる場合の前記受信アンテナおよび前記送信アンテナの正面方向からの角度をθ1とするとき、
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナを、正面方向と前記第１の直線または前記第２の直線との角度がθ1となるよう設置する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナを、前記無線信号の伝送経路が地面に対して垂直な平面内でジグザグとなる位置に設置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナを、前記無線信号の伝送経路が地面に対して平行な平面内でジグザグとなる位置に設置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
隣接する無線局同士の前記第１の直線および前記第２の直線と平行な方向における距離をｄとし、前記受信アンテナおよび前記送信アンテナのアンテナ利得が第２の閾値以上となる方向と前記受信アンテナおよび前記送信アンテナの正面方向との角度をθ2とするとき、
前記第１の直線と前記第２の直線の距離をｄ×ｔａｎ（｜θ1−θ2｜）以上とする、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の通信システム。
【請求項５】
分散配置された無線局間で無線マルチホップ伝送を行う通信システムにおいて、
前記無線局が中継する無線信号の受信アンテナおよび送信アンテナを、前記無線信号の伝送経路がジグザグ形状となる位置に設置し、
前記受信アンテナのそれぞれを、受信する無線信号の送信元の送信アンテナが設置された方向にアンテナ利得が最大となる方向である正面方向を向けて設置し、
前記送信アンテナのそれぞれを、送信する無線信号を受信する受信アンテナが設置された方向にアンテナ利得が最大となる方向である正面方向を向けて設置し、
奇数番目の中継を行う各無線局を第１の直線上に設置し、偶数番目の中継を行う各無線局を前記第１の直線と平行な第２の直線上に設置し、
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナのアンテナ利得が第１の閾値以下となる場合の前記受信アンテナおよび前記送信アンテナの正面方向からの角度をθ1とするとき、
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナを、正面方向と前記第１の直線または前記第２の直線との角度がθ1となるよう設置する、
ことを特徴とするアンテナ設置方法。
【請求項６】
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナを、前記無線信号の伝送経路が地面に対して垂直な平面内でジグザグとなる位置に設置する、
ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ設置方法。
【請求項７】
前記受信アンテナおよび前記送信アンテナを、前記無線信号の伝送経路が地面に対して平行な平面内でジグザグとなる位置に設置する、
ことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ設置方法。
【請求項８】
隣接する無線局同士の前記第１の直線および前記第２の直線と平行な方向における距離をｄとし、前記受信アンテナおよび前記送信アンテナのアンテナ利得が第２の閾値以上となる方向と前記受信アンテナおよび前記送信アンテナの正面方向との角度をθ2とするとき、
前記第１の直線と前記第２の直線の距離をｄ×ｔａｎ（｜θ1−θ2｜）以上とする、
ことを特徴とする請求項５から７のいずれか一つに記載のアンテナ設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線局間でマルチホップ伝送を行う通信システムおよびアンテナ設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新たに無線通信インフラを構築する場合、従来は無線局間及び無線局とコアネットワークの間のバックホールとして光ファイバ等による有線通信設備の敷設が必要であった。これに対し、無線マルチホップ伝送を行うことにより通信局間の有線系を不要とすることができる。【０００３】
バックホールでは、伝送容量を確保することが重要である。無線マルチホップを適用してバックホールを実現する場合も広帯域な伝送帯域幅が必要であり、広帯域を確保するためにはミリ波帯等の高周波数帯が適している。特許文献１には、バックホールへの適用例とは異なるが、ミリ波帯を使用して無線通信を行う通信システムの例が記載されている。【０００４】
ここで、ミリ波帯等の高周波数帯は伝搬減衰が大きく、直進性が高いという特性を持つ。そのため、高周波数帯を使用する無線通信では、一般に高利得な指向性アンテナを送受信間で互いに向け合って回線品質を確保する。【０００５】
高周波数帯の無線マルチホップ伝送を適用してバックホールを実現する場合、送信アンテナおよび受信アンテナを備える無線局を１つの置局セットとし、複数の置局セットを線的に分散配置して隣接する置局セット間で無線伝送を行う。各置局セットでは、隣接する置局セットから送信されたデータを受信アンテナで受信し、受信したデータに対して無線局が中継処理を行った後、データを受信した方向とは逆の方向に向けて送信アンテナから送信する。【０００６】
バックホールでは伝送容量に加えて高信頼性も求められる。無線マルチホップ伝送を適用してバックホールを実現する場合、高信頼性を確保するため、無線のチャネル割当が重要となる。ここでチャネルとは、干渉の無い無線通信を行うための独立した無線資源を意味する。時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）を適用する場合は、時間を複数のスロットに分割し、１スロットを１チャネルとして各ホップ間の伝送に用いる。周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）を適用する場合は、周波数を複数のサブバンドに分割し、１サブバンドを１チャネルとして各ホップ間の伝送に用いる。この他に符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）を適用することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３０５４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記いずれの方式を適用する場合も、全ホップに異なるチャネルを割り当てると１ホップあたりの伝送容量が低下してしまうため、ある程度地理的に離隔した複数のホップで同一チャネルを繰り返し割り当てることが望ましい。ただし、線的に分散配置された無線局間で無線マルチホップ伝送を行う場合、所望の隣接無線局に対して送信した信号が、遠方の同一チャネルを用いるホップに対して干渉を与える可能性がある。本明細書では、この同一チャネル間の干渉をホップ間干渉と呼ぶ。例えば、２ホップ毎に同一チャネルを繰り返し割り当てる場合、あるホップで送信される無線信号が２ホップ先まで到達してホップ間干渉が生じる。３ホップ以上とする場合も同様である。ホップ間干渉が大きい場合、当該ホップの通信回線品質が悪化し、伝送容量あるいは信頼性が低下するという課題がある。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線マルチホップ伝送の通信回線品質を向上させることが可能な通信システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、分散配置された無線局間で無線マルチホップ伝送を行う通信システムであって、連続する複数のホップに対してホップ毎に奇数個のチャネルを繰り返して割り当て、無線局が中継する無線信号の受信アンテナおよび送信アンテナを、無線信号の伝送経路がジグザグ形状となる位置に設置する。また、通信システムは、受信アンテナのそれぞれを、受信する無線信号の送信元の送信アンテナが設置された方向にアンテナ利得が最大となる方向である正面方向を向けて設置し、送信アンテナのそれぞれを、送信する無線信号を受信する受信アンテナが設置された方向にアンテナ利得が最大となる方向である正面方向を向けて設置し、奇数番目の中継を行う各無線局を第１の直線上に設置し、偶数番目の中継を行う各無線局を第１の直線と平行な第２の直線上に設置し、受信アンテナおよび送信アンテナのアンテナ利得が第１の閾値以下となる場合の受信アンテナおよび送信アンテナの正面方向からの角度をθ1とするとき、受信アンテナおよび送信アンテナを、正面方向と第１の直線または第２の直線との角度がθ1となるよう設置する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる通信システムは、無線マルチホップ伝送の通信回線品質を向上させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる通信システムの構成例を示す図
【図２】実施の形態にかかる通信システムの置局セットを構成する送信アンテナおよび受信アンテナの指向性パターンの一例を示す図
【図３】実施の形態にかかる通信システムの置局セットを構成する送信アンテナの設置例を示す図
【図４】実施の形態にかかる通信システムの置局セットを構成する受信アンテナの設置例を示す図
【図５】実施の形態にかかる通信システムにおけるチャネル割り当ての一例を示す図
【図６】実施の形態にかかる通信システムにおけるチャネル割り当ての他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態にかかる通信システムおよびアンテナ設置方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる通信システムの構成例を示す図である。実施の形態にかかる通信システムは、無線マルチホップを適用してバックホールを実現する通信システムである。以下、実施の形態にかかる通信システムが実現するバックホールを無線マルチホップバックホールと称する。
【００１５】
通信システム１００は、線的に分散配置された複数の支柱１０−ｎ（n=1,2,3,…）のそれぞれに取り付けられた無線局２０−ｎ、送信アンテナ３０−ｎおよび受信アンテナ４０−ｎで構成される。１つの支柱１０−ｎに取り付けられた無線局２０−ｎ、送信アンテナ３０−ｎおよび受信アンテナ４０−ｎが１つの置局セットを構成する。送信アンテナ３０−ｎは無線局２０−（ｎ＋１）が設置された方向へ電波を放射するように支柱１０−ｎに取り付けられる。受信アンテナ４０−ｎは無線局２０−（ｎ−１）が設置された方向からの電波を受信するように支柱１０−ｎに取り付けられる。
【００１６】
各置局セットでは、受信アンテナ４０−ｎで受信したデータを無線局２０−ｎで中継処理を施した後に送信アンテナ３０−ｎで再送信する。ホップ＃ｎでは、送信アンテナ３０−ｎから信号を送信し、受信アンテナ４０−（ｎ＋１）で信号を受信する。
【００１７】
また、図１に示すように、通信システム１００では、置局セット毎に、送信アンテナ３０−ｎおよび受信アンテナ４０−ｎの設置高を高低繰り返すようにジグザグ状に設置している。すなわち、各置局セットによって中継される無線信号の伝送経路がジグザグ形状となる。また、各置局セットによって中継される無線信号の伝送経路は地面に対して垂直な平面内で形成される。本実施の形態では、置局セットそれぞれの設置位置の高低差をΔｈとする。なお、高低差Δｈは、奇数番目の中継を行う各置局セットを結ぶ直線を第１の直線とし、偶数番目の中継を行う各置局セットを結ぶ直線であって第１の直線と平行な直線を第２の直線とした場合の第１の直線と第２の直線の距離に相当する。以降では、図１に示すように各置局セットの送信アンテナ３０−ｎおよび受信アンテナ４０−ｎをジグザグ状に設置する場合の効果および設置条件を説明する。
【００１８】
図２は、実施の形態にかかる通信システムの置局セットを構成する送信アンテナおよび受信アンテナとして用いるアンテナの指向性パターンの一例を示す図である。図２において、横軸は正面方向からの角度を示し、縦軸はアンテナ利得を示す。ここでは、正面方向のアンテナ利得、すなわち指向性利得を３０ｄＢｉとしている。また、片側半値角を２．５°としている。例えば、ホップ間干渉となる方向に対してアンテナ利得が第１の閾値である０ｄＢｉ以下であれば干渉を十分低減可能であるとすると、該当する角度をθ1としたとき、その片側角度範囲は５．４°≦θ1≦５．８°となる。なお、１０．９°〜１１．７°なども０ｄＢｉ以下となる角度範囲であるが、ここではメインローブとサイドローブの狭間のヌル範囲である前者の角度範囲を対象とする。そのため、例えばθ1＝５．４°とすると、アンテナの設置角を水平方向から上方あるいは下方に５．４°傾けると、水平方向に対するアンテナ利得は０ｄＢｉ以下となるため、送信アンテナであれば遠方のホップ間干渉となる受信アンテナに対して干渉電力を低減させることができ、受信アンテナであれば遠方から到来するホップ間干渉を低減して受信することができる。
【００１９】
一方、送信および受信に必要なアンテナ利得を第２の閾値である２０ｄＢｉとし、該当する角度をθ2としたとき、送信および受信の互いに見通しとなるべき片側角度範囲は０°≦θ2≦４．１°となる。前述の干渉低減を可能とするアンテナ指向性角度θ1を水平方向に向け、かつ、高利得となるアンテナ指向性角度θ2にて送信および受信を互いに向けあうことを両立させるには、図１のようにアンテナの設置高を置局セット毎にジグザグ状にする必要がある。
【００２０】
図３は、実施の形態にかかる通信システムの置局セットを構成する送信アンテナの設置例を示す図である。図３は、図１における送信アンテナ３０−１を抜粋し、指向性パターンを重ねて図示したものである。送信アンテナ３０−１は、設置高すなわち設置位置を低くし、アンテナ設置角（チルト角）を上述したθ1として水平方向から上方に設定しており、水平方向にはヌルが向くようにしている。
【００２１】
図４は、実施の形態にかかる通信システムの置局セットを構成する受信アンテナの設置例を示す図である。図４は、図１における受信アンテナ４０−２を抜粋し、指向性パターンを重ねて図示したものである。受信アンテナ４０−２は、設置高を高くし、チルト角を上述したθ1として水平方向から下方に設定しており、図３に示す送信アンテナ３０−１と同様に水平方向にはヌルが向くようにしている。
【００２２】
例として、アンテナのチルト角をθ1＝５．４°とし、送信および受信が見通しとなる方向をアンテナ正面方向からθ2＝４．１°とすると、ホップ間距離ｄが２００ｍのときに必要な置局セット毎の高低差はΔｈ＝ｄ×ｔａｎ（｜θ1−θ2｜）＝２００×ｔａｎ（５．４°−４．１°）＝４．５ｍとなる。ここでのホップ間距離ｄとは、隣接する支柱１０−ｎと支柱１０−（ｎ＋１）との距離すなわち設置間隔である。また、送信および受信が互いに指向する方向をアンテナ正面方向とすると、ホップ間距離が２００ｍのときに設定すべき高低差はΔｈ＝２００×ｔａｎ（５．４°）＝１８．９ｍとなる。そのため、高低差Δｈは４．５ｍ〜１８．９ｍの間で設定すればよい。ここでは、指向性アンテナとして図２に特性を示す片側半値角２．５°のアンテナを仮定したが、より片側半値角の小さい狭指向性アンテナであればθ1とθ2の差を小さく設定できるため、高低差Δｈを縮めることができる。
【００２３】
次に、前述のジグザグ状のアンテナ置局において、ホップ間干渉を低減するチャネル割当について説明する。送信アンテナが低い位置で上方にチルトされているとき、所望の受信アンテナは高い位置で下方にチルトされていることが望ましいが、被干渉となる受信アンテナについては、与干渉となる送信アンテナと同様に低い位置で上方にチルトされていることが望ましい。また、送信アンテナが高い位置で下方にチルトされているとき、所望の受信アンテナは低い位置で上方にチルトされていることが望ましいが、被干渉となる受信アンテナについては、与干渉となる送信アンテナと同様に高い位置で下方にチルトされていることが望ましい。
【００２４】
前記条件を満たすために、チャネル割当は、奇数ホップ毎に繰り返し割り当てる必要がある。図５は、実施の形態にかかる通信システムにおけるチャネル割り当ての一例を示す図である。図５は、３チャネル繰り返しの場合の各ホップに対するチャネル割当の様子を例示している。この場合、例えばホップ＃４はホップ＃１と同一チャネル割当となるためホップ間干渉を受ける可能性がある。しかしながら、ホップ＃１の送信アンテナとホップ＃４の受信アンテナはともに低い位置で上方にチルトされているため、ホップ＃４はホップ間干渉を受けにくい。また、ホップ＃５はホップ＃２と同一チャネル割当となるため同様にホップ間干渉を受ける可能性がある。しかしながら、ホップ＃２の送信アンテナとホップ＃５の受信アンテナはともに高い位置で下方にチルトされているため、ホップ＃５はホップ間干渉を受けにくい。
【００２５】
図６は、実施の形態にかかる通信システムにおけるチャネル割り当ての他の例を示す図である。図６は、５チャネル繰り返しの場合の各ホップに対するチャネル割当の様子を例示している。この場合、例えばホップ＃６はホップ＃１と同一チャネル割当となるためホップ間干渉を受ける可能性があるが、ホップ＃１の送信アンテナとホップ＃６の受信アンテナはともに低い位置で上方にチルトされているため、ホップ＃６はホップ間干渉を受けにくい。
【００２６】
このように、本実施の形態にかかる通信システム１００は、無線局、送信アンテナおよび受信アンテナからなる置局セットを分散配置し、置局セット間で無線マルチホップ伝送を行う。また、通信システム１００は、アンテナの設置高（設置位置）を置局セット毎にジグザグ状にし、奇数ホップ毎にチャネルを繰り返し割り当てることとした。これにより、ホップ間干渉を低減して回線品質を向上することができ、かつ、チャネルの繰り返し割当が可能となるため回線容量を確保することができる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、アンテナの設置高を隣接する置局セットごとに変えて地面に対して垂直な平面内でジグザグ状とする方法を例示したがこれに限定されない。ホップ間干渉を低減するためにはアンテナ指向性のヌル方向をホップ間干渉となる方向へ向け、かつ、所要利得が得られる方向を所望の送受信方向へ向ければよいため、アンテナの設置高は同一として水平面内で、すなわち、地面と平行な平面（水平面）内でジグザグ状に置局し、送信アンテナおよび受信アンテナを水平面内でチルトさせてもよい。
【００２８】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０−１，１０−２，１０−３，１０−(Ｎ＋１)，１０−(Ｎ＋２)  支柱、２０−１，２０−２，２０−３，２０−(Ｎ＋１)，２０−(Ｎ＋２)  無線局、３０−１，３０−２，３０−３，３０−(Ｎ＋１)，３０−(Ｎ＋２)  送信アンテナ、４０−１，４０−２，４０−３，４０−(Ｎ＋１)，４０−(Ｎ＋２)  受信アンテナ、１００  通信システム。
【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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