JP2010016572A - 無線通信装置及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、他のシステムから送信される電波による干渉を低減する無線通信装置を提供することである。
【解決手段】本発明の第１の態様によると、無線通信装置が提供される。当該無線通信装置は、垂直偏波アンテナ、水平偏波アンテナ、前記垂直偏波アンテナ及び前記水平偏波アンテナにより受信された信号の位相を回転する受信側位相回転部、及び前記受信された信号が最大電力を有する最大電力時位相を調べ、前記最大電力時位相を前記受信側位相回転部へ送信する最大電力検出部、を有し、前記受信側位相回転部は、前記最大電力検出部から受信した前記最大電力時位相だけ前記受信された信号の位相を回転する。
【選択図】図６

Description

本発明は、無線通信システムに関する。本発明は、特に複数のアンテナを有する無線端末装置及び該無線端末装置と通信を行う基地局装置に用いるのが好適である。

近年、ITS(Intelligent Transport System)への研究開発が盛んに行われている。

ITSの分野における代表的なシステムとして、有料道路（高速道路等）の通行料金を自動的に収受し、有料道路の利用者がほとんどノンストップで料金所を通過することができる有料道路自動料金収受システム(ETC: Electronic Toll Collection）が既に実用化されている。ETCでは、車両に搭載されたＥＴＣ車載機と料金所の入出庫ゲートに設けられる路側機との間で専用狭域通信(DSRC: Dedicated Short Range Communication)により料金収受に必要な情報が交換される。専用狭域通信では、ETCや商用車管理システム等の路車間通信に用いられ、光を用いる方式と電波を用いる方式があり、通信可能な範囲は一般に路側機から数メートル〜数100メートルである。

例えば、図１に示すように、ITSにおいては、車載機２０と路側機１０との間で無線通信が行われる。しかし、該車載機２０と路側機１０との間で行われる無線通信に対して、他のシステムが干渉を及ぼす場合がある。例えば、車載機２０が搭載された車両に乗車している搭乗者が携帯電話４０を使用している場合などである。この場合、該携帯電話４０と、該携帯電話４０が在圏するエリアをカバーする基地局装置３０との間の距離が比較的離れている場合には、基地局装置３０及び携帯電話４０の送信電力は大きくなる。このような場合、基地局装置３０及び携帯電話４０から送信された電波が、車載機２０と路側機１０との間の通信に干渉する。

また、このような干渉は、路側機１０と車載機２０との間の通信に限られず、図２に示すように、基地局装置５０と携帯電話６０との間の無線通信に対して、該無線通信とは異なる周波数帯を使用する他の無線通信システムからの電波が干渉する場合もある。

干渉補償技術について説明する。図３には、干渉補償技術が適用された受信装置の一例が示される。干渉補償技術には、MIMO(multiple-input multiple-output)における片ブランチ、サイドローブキャンセラが含まれる。

アンテナ１とアンテナ２により受信された信号は、同相合成部２２に入力される。同相合成部２２では、入力された信号が同相合成される。言い換えれば、同相合成部２２は、入力された信号を、ダイバーシチ受信する。同相合成部２２は、同相合成された信号を干渉除去部２９に入力する。

一方、アンテナ２により受信された信号は、位相・振幅調整部２４に入力される。位相・振幅調整部２４は、入力された信号を逆相に調整し、逆相合成部２６に入力する。例えば、位相・振幅調整部２４は、入力された信号の位相及び／又は振幅を調整することにより、入力された信号を逆相に調整する。逆相合成部２６は、アンテナ１により受信された信号と、位相・振幅調整部２４により入力された信号とを合成することにより、所望波を消去する。例えば、図４に示されるように、逆相合成部２６は、所望波の消去によって干渉波（抽出干渉波）を抽出する。干渉波が残る原理は所望波と干渉波の到来方向が異なるため、経路差による位相差分があるからである。逆相合成部２６は、所望波が除去されることにより抽出された干渉波を位相・振幅調整部２８に入力する。

位相・振幅調整部２８は、入力された干渉波に対して、同相合成部２２により同相合成された合成波に含まれる干渉波と逆相になるように調整を行う。例えば、位相・振幅調整部２８は、入力された信号の位相及び／又は振幅を調整することにより、入力された信号を逆相に調整する。位相・振幅調整部２８は、調整が行われた干渉波を干渉除去部２９に入力する。

干渉除去部２９は、同相合成部２２により入力された同相合成された信号と、位相・振幅調整部２９により入力された干渉波とを合成することにより、干渉を補償する。

このような干渉補償技術においては、位相・振幅調整部２４及び２８における位相調整量及び振幅調整量は、自動的に制御されるのが一般的である。

図３においては、復調部は省略される。上述された干渉補償は、復調前の信号に対して行ってもよいし、復調前の信号に対して行ってもよい。また、復調前の信号に対して干渉補償を行うか、復調前の信号に対して干渉補償を行うかは、変調方式に基づいて決定されるようにしてもよい。変調方式は、CDMA(Code Division Multiple Access)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)、SC-FDMA(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access)など適用されるシステムにより異なる場合がある。
IEEE Std 802.16 "IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems", 2004

上述した他のシステムからの電波による干渉は、受信装置にフィルタを適用することによっても、低減することができる。しかし、受信装置にフィルタを適用しても、他のシステムから送信された電波を完全に阻止することはできない。言い換えれば、受信装置にフィルタを適用しても、他のシステムから送信された電波を完全には分離できない。特に、他のシステムから送信された電波の送信電力が、自システムの送信電力と異なる場合には、フィルタによる分離は一層困難になる。このため、既設の他のシステムにより送信される電波による干渉を無くすことは難しい。

また、上述した干渉補償技術では、干渉波よりも所望波の方が大きいことを利用して、干渉波の消去が行われる。このため、干渉波の方が大きくなるような場合は、所望波が消去され、干渉波の抽出が困難になる。例えば、図５に示すように、干渉波の方が所望波よりも大きいため所望波が消去されてしまう。つまり、干渉波として抽出された信号は、実際には各アンテナにより受信された所望波が合成されたものである。

また、この干渉補償技術は、電波の到来方向が既知である場合に有効である。従って、電波の到来方向の特定ができない干渉波に対しては、その抽出は難しい。

そこで、開示の無線通信装置では、他のシステムから送信される電波による干渉を低減することを目的とする。

本発明の第１の態様によると、無線通信装置が提供される。当該無線通信装置は、垂直偏波アンテナ、水平偏波アンテナ、前記垂直偏波アンテナ及び前記水平偏波アンテナにより受信された信号の位相を回転する受信側位相回転部、及び前記受信された信号が最大電力を有する最大電力時位相を調べ、前記最大電力時位相を前記受信側位相回転部へ送信する最大電力検出部、を有し、前記受信側位相回転部は、前記最大電力検出部から受信した前記最大電力時位相だけ前記受信された信号の位相を回転する。

本発明の第２の態様によると、無線通信装置が提供される。当該無線通信装置は、垂直偏波アンテナ、水平偏波アンテナ、送信すべき信号を垂直偏波信号と水平偏波信号に分け、それぞれ位相を回転して前記垂直偏波アンテナ及び前記水平偏波アンテナへ送信する送信側位相回転部、及び前記無線通信装置が通信している別の無線通信装置から位相が回転される方向及び角度のうち一方又は両方を示す位相回転情報を受信し、前記位相回転情報を前記送信側位相回転部へ送信する送信側位相回転制御部、を有し、前記位相回転部は、前記位相回転情報に基づき前記垂直偏波信号及び前記水平偏波信号を回転する。

開示の無線通信装置では、他のシステムから送信される電波による干渉を低減することができる。

［実施例１］
図６は、本発明の第１の実施例による無線通信システムの構成図である。当該無線通信システムは路側機である無線送信装置１００及び車載機である無線受信装置２００を有する。無線送信装置１００は、送信する信号を生成する送信側処理部１０３、及び送信側処理部１０３で生成された信号を垂直偏波と水平偏波で送出する送信側ＶＨアンテナ１０１を有する。無線受信装置２００は、無線送信装置１００から垂直偏波信号と水平偏波信号を受信する受信側ＶＨアンテナ２０１、受信した垂直偏波信号と水平偏波信号の位相を回転する受信側位相回転部２０２、及び当該受信した信号を処理する受信側処理部２０３、を有する。無線送信装置１００と無線受信装置２００により自システムが構成され、両者の間で通信される信号が主波である。図６には、図１乃至３と同様の基地局装置３０及び携帯電話６０（又は携帯電話４０）から送信された電波が、無線送信装置１００と無線受信装置２００との間の通信に干渉する様子が示される。

図６の右下に、縦軸を垂直方向の電波の強度、横軸を水平方向の電波の強度として、主波又は複数の主波が存在する場合にはそれらのベクトル、及び干渉波のベクトルが示される。示されるように主波ベクトルと干渉波ベクトルは異なる方向を有する。ここで、主波ベクトルが縦軸と同一方向になるよう、主波ベクトルと干渉波ベクトルを回転する。すると主波は縦軸方向に最大電力を現し、干渉波は回転されることにより縦軸成分が小さくなる。従って主波は最大電力で受信され、干渉波による影響が少なくなる。

図７は、本発明の第１の実施例による無線受信装置２００の詳細な構成図である。図７に示されるように、無線受信装置２００は、垂直偏波アンテナ２０１Ｖ、水平偏波アンテナ２０１Ｈ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２０４、復調部２０５、受信信号を同相成分であるＩｃｈと直交成分であるＱｃｈとに分ける直交検波部２０６、受信側位相回転部２０２、受信側処理部２０３、最大電力検出部２０７、及び帰還部２０８、を有する。

受信側位相回転部２０２は、垂直偏波アンテナ２０１Ｖ及び水平偏波アンテナ２０１Ｈにより受信された信号の位相を回転する。受信側処理部２０３は、受信側位相回転部２０２から当該受信された信号を受信し、当該信号の信号レベルを最大電力検出部２０７へ送信する。最大電力検出部２０７は、最小二乗法などを用い受信側位相回転部２０２により受信された信号が最大電力を有する最大電力時位相を調べ、帰還部２０８を介して前記最大電力時位相を受信側位相回転部２０２へ送信する。帰還部２０８はフリップフロップと加算器で構成され、最大電力検出部２０７から受信側位相回転部２０２へ送信される情報が高速に変動することを防止することによりシステムの安定性を向上する。帰還部２０８は任意であり本発明の実施に必ずしも必要ではない。受信側位相回転部２０２は、最大電力検出部２０７から受信した最大電力時位相だけ、受信した信号の位相を回転する。従って受信側位相回転部２０２から出力される信号は垂直偏波成分を有する。

［実施例２］
図８は、本発明の第２の実施例による無線通信システムの構成図である。図６に示された実施例１の構成図との差異は、無線送信装置１００が送信側位相回転部を更に有し、無線受信装置２００の受信側処理部２０３から信号を受信する点である。

図８の右下に、縦軸を垂直方向の電波の強度、横軸を水平方向の電波の強度として、主波又は複数の主波が存在する場合にはそれらのベクトル、及び干渉波のベクトルが示される。示されるように主波ベクトルと干渉波ベクトルは異なる方向を有する。ここで、主波ベクトルが干渉波ベクトルと９０°の角度を有する方向になるよう、主波ベクトルのみを回転する。すると主波は干渉波と偏波角が９０°異なるので、干渉波による影響が少なくなる。

図９は、本発明の第２の実施例による無線受信装置２００の詳細な構成図である。図９に示される無線受信装置２００は、図７に示される無線受信装置２００の構成要素に加え、受信側位相回転制御部２０９を更に有する。受信側位相回転制御部２０９は、無線受信装置２００が通信している無線通信装置から送信される信号が、実施例１と同様の方法で最大電力検出部から受信した最大電力時位相を有するように、通信相手である当該無線通信装置により位相が回転される方向及び角度のうち一方又は両方を示す位相回転情報を生成し、当該位相回転情報を通信相手である当該無線通信装置へ送信する。実施例２の無線受信装置２００は実施例１と同様に最大電力検出部２０７により最大電力時位相を考慮して位相を回転するよう記載されたが、代替の例として、無線受信装置２００は最大電力検出部２０７から受信側位相回転部２０２へ最大電力時位相を通知せず、受信側位相回転制御部２０９から通信相手である無線通信装置へ位相回転情報を送信するだけでも良い。

図１０は、本発明の第２の実施例による無線送信装置１００の詳細な構成図である。図１０に示されるように、無線送信装置１００は、送信する信号の同相成分であるＩｃｈと直交成分であるＱｃｈを生成する送信側処理部２０３、受信側位相回転部１０２、直交変調部１０６、変調部１０５、電力増幅器（ＨＰＡ）１０４、垂直偏波アンテナ１０１Ｖ、水平偏波アンテナ１０１Ｈ、送信側位相回転制御部１０７、及び帰還部１０８、を有する。

送信側位相回転部１０２は、送信すべき信号を垂直偏波信号と水平偏波信号に分け、それぞれ位相を回転して前記垂直偏波アンテナ及び前記水平偏波アンテナへ送信する。送信側位相回転制御部１０７は、無線送信装置１００の通信相手である図９に記載された上述の無線受信装置２００から、位相が回転される方向及び角度のうち一方又は両方を示す位相回転情報を受信し、帰還部１０８を介し当該位相回転情報を前記送信側位相回転部１０２へ送信する。帰還部１０８はフリップフロップと加算器で構成され、送信側位相回転制御部１０７から受信側位相回転部１０２へ送信される情報が高速に変動することを防止することによりシステムの安定性を向上する。帰還部１０８は設けないこともできる。送信側位相回転部１０２は、更に、当該位相回転情報に基づき垂直偏波信号及び水平偏波信号を回転する。従って無線送信装置１００から送出される信号は、無線受信装置２００の周辺に存在する干渉波と９０°の偏波角を有する、つまり主波と干渉波が直交するので、干渉波の影響が低減される。

無線受信装置２００から無線送信装置１００への位相回転情報の伝達は、送信電力制御信号（ＴＰＣ）、又は他の通信装置間の上り方向の制御信号などを利用して行われて良い。

［実施例３］
図１１は、本発明の第３の実施例による無線通信システムの構成図である。図１１の構成要素は実施例２の図８の構成要素と同様であるが、受信側位相回転制御部２０９と送信側位相回転制御部１０７は相互に通信しない。

図１１の右下に、縦軸を垂直方向の電波の強度、横軸を水平方向の電波の強度として、主波又は複数の主波が存在する場合にはそれらのベクトル、及び干渉波のベクトルが示される。ここで、主波ベクトルのみを連続的に３６０°回転する。すると主波は干渉波と周期的に干渉波ベクトルの方向で偏波角が一致するが、その他の方向では主波は干渉波と異なる偏波角を有するので、干渉波による影響が少なくなる。これは無線受信装置２００が円偏波信号を受信することを意味する。主波と干渉波のベクトルの方向が一致するときには無線受信装置２０において干渉レベルが増大し、結果として誤りが増大する。この周期的に生じる誤りは、従来知られている誤り訂正機能を用いて訂正するか、又は従来知られている再送制御機能を用いて再送させることにより解決して良い。

本発明の実施例３による無線受信装置２００の構成は図９に示される実施例２の無線受信装置２００の構成と同様である。実施例３では、受信側位相回転制御部２０９は、垂直偏波アンテナ２０１Ｖにより受信された信号と水平偏波アンテナ２０１Ｈにより受信された信号が±９０°の位相差を保持するよう受信側位相回転部２０２に指示し、円偏波信号を受信させる。

本発明の実施例３による無線送信装置１００の構成は図１０に示される実施例２の無線送信装置１００の構成と同様である。実施例３では、送信側位相回転制御部１０７は、垂直偏波アンテナ２０１Ｖにより送信される垂直偏波信号及び水平偏波アンテナ２０１Ｈにより送信される水平偏波信号が±９０°の位相差を保持するよう送信側位相回転部１０２に指示し、円偏波信号を送信させる。

実施例３では、無線送信装置１００及び無線受信装置２０を設置するときに、円偏波で動作すること、自動追従するか若しくは所定の円偏波速度、及び当該速度の初期値を予め設定して良い。更に、円偏波の回転周波数は、誤り訂正又は再送可能な周波数に設定されて良い。例えば、円偏波の回転周波数は誤り訂正を行う単位フレームの通信速度より遅く設定されて良い。或いは円偏波の回転周波数は誤りが発生したときに再送可能フレーム数を許容し得る周波数であって良い。

実施例３の無線受信装置２００は実施例１と同様に最大電力検出部２０７により最大電力時位相を考慮して位相を回転するよう記載されたが、代替の例として、無線受信装置２００は最大電力検出部２０７から受信側位相回転部２０２へ最大電力時位相を通知せず、受信側位相回転制御部２０９から受信側位相回転部２０２へ受信された信号が±９０°の位相差を保持するよう指示するだけでも良い。

上述の本発明の実施例１乃至３は例としてＩＴＳの場合を記載したが、本発明は移動無線システム、及び主波と干渉波が存在し得る一般の無線通信にも適用可能である。

他のシステムから送信される電波による干渉を示す説明図である。 他のシステムから送信される電波による干渉を示す説明図である。 干渉補償技術を示す説明図である。 干渉補償技術を示す説明図である。 干渉補償技術を示す説明図である。 本発明の第１の実施例による無線通信システムの構成図である。 本発明の第１の実施例による無線受信装置の構成図である。 本発明の第２の実施例による無線通信システムの構成図である。 本発明の第２の実施例による無線送信装置の構成図である。 本発明の第２の実施例による無線受信装置の構成図である。 本発明の第３の実施例による無線通信システムの構成図である。

符号の説明

１０ 路側機
２０ 車載機
３０、５０、７０ 基地局装置
４０、６０ 携帯電話
２２ 同相合成部
２４、２８ 位相・振幅調整部
２６ 逆相合成部
２９ 干渉除去部
１００ 無線送信装置
１０１Ｖ、２０１Ｖ 垂直偏波アンテナ
１０１Ｈ、２０１Ｈ 水平偏波アンテナ
１０２ 送信側位相回転部
１０３ 送信側処理部
１０４ 電力増幅器（ＨＰＡ）
１０５ 変調部
１０６ 直交変調部
１０７ 送信側位相回転制御部
１０８、２０８ 帰還部
２００ 無線受信装置
２０２ 受信側位相回転部
２０３ 受信側処理部
２０４ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
２０５ 復調部
２０６ 直交検波部
２０７ 最大電力検出部
２０９ 受信側位相回転制御部

Claims (7)

1. 無線通信装置であって、
   垂直偏波アンテナ、
   水平偏波アンテナ、
   前記垂直偏波アンテナにより受信された信号及び前記水平偏波アンテナにより受信された信号の位相を回転する受信側位相回転部、及び
   ２つの前記受信された信号が最大電力を有する最大電力時位相を調べ、前記最大電力時位相を前記受信側位相回転部へ送信する最大電力検出部、を有し、
   前記受信側位相回転部は、前記最大電力検出部から受信した前記最大電力時位相だけ２つの前記受信された信号の位相を回転する、無線通信装置。
2. 前記無線通信装置が通信している別の無線通信装置から送信される信号が前記最大電力検出部から受信した前記最大電力時位相を有するように、前記別の無線通信装置により位相が回転される方向及び角度のうち一方又は両方を示す位相回転情報を生成し、前記位相回転情報を前記別の無線通信装置へ送信する受信側位相回転制御部、を更に有する請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記受信側位相回転制御部は、前記垂直偏波アンテナにより受信された信号と前記水平偏波アンテナにより受信された信号が±９０°の位相差を保持するよう前記位相回転部に指示し、円偏波信号を受信させる、請求項２記載の無線通信装置。
4. 無線通信装置であって、
   垂直偏波アンテナ、
   水平偏波アンテナ、
   送信すべき信号を垂直偏波信号と水平偏波信号に分け、それぞれ位相を回転して前記垂直偏波アンテナ及び前記水平偏波アンテナへ送信する送信側位相回転部、及び
   前記無線通信装置が通信している別の無線通信装置から位相が回転される方向及び角度のうち一方又は両方を示す位相回転情報を受信し、前記位相回転情報を前記送信側位相回転部へ送信する送信側位相回転制御部、を有し、
   前記位相回転部は、前記位相回転情報に基づき前記垂直偏波信号及び前記水平偏波信号を回転する、無線通信装置。
5. 前記送信側位相回転制御部は、前記垂直偏波信号及び前記水平偏波信号が±９０°の位相差を保持するよう前記位相回転部に指示し、円偏波信号を送信させる、請求項４記載の無線通信装置。
6. 無線通信システムであって、１又は複数の無線受信装置と前記１又は複数の無線受信装置と通信する無線送信装置とを有し、
   前記無線受信装置は請求項２に記載の無線通信装置であって、
   前記無線送信装置は請求項４に記載の無線通信装置である、無線通信システム。
7. 無線通信システムであって、１又は複数の無線受信装置と前記１又は複数の無線受信装置と通信する無線送信装置とを有し、
   前記無線受信装置は請求項３に記載の無線通信装置であって、
   前記無線送信装置は請求項５に記載の無線通信装置である、無線通信システム。

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