JP2007336577A - 無線通信システム及び漏洩伝送路並びにアンテナアレイケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】屋内における不感エリアの発生を解消し、しかも、符号間干渉のない高速な同報伝送を低コストで実現する。
【解決手段】無線ＬＡＮを稼動させる屋内１１の天井部分に漏洩導波管２１〜２３を配設する。漏洩導波管２１〜２３は、所定の間隔をあけて複数本並列に配設し、それぞれの一端を電力分配合成器２４に接続し、この電力分配合成器２４を無線基地局装置１３に接続する。無線基地局装置１３は無線端末装置１７と漏洩導波管２１〜２３を経由してＯＦＤＭ方式の変復調を利用して無線通信する。
【選択図】図８

Description

本発明は、屋内において無線基地局装置と無線端末装置との間で無線通信を行う無線通信システム及びこのシステムで用いられる漏洩伝送路並びにアンテナアレイケーブルに関する。

屋内において無線基地局装置と無線端末装置との間で無線通信を行う無線通信システムとしては、図１４に示すものが知られている。これは、無線ＬＡＮを稼動させる屋内１の天井部分に複数の無線基地局装置２を配置し、これらの無線基地局装置２に外部からＬＡＮケーブル３及び電源ケーブル４を接続している。

前記各無線基地局装置２は、無線通信範囲となるセル５内にある無線端末装置６と無線通信を行うことになるが、セル５が屋内１の床面全体を網羅するように配置する必要がある。すなわち、安全を見て各セルがある程度重なるように無線基地局装置２を配置している。例えば、無線基地局装置２による床面上のセル５の半径が２０ｍ程度に設定され、床面が５０ｍ四方とすると、最低でも４台の無線基地局装置２を配置する必要がある。

また、基地局が、サービスエリア内の端末局との間で無線通信を行うためのアンテナ経由送受信手段と、基地局から放射される電波が有効に届かない不感エリアがある端末局との間で無線通信を行うための比較的大出力の給電線経由送受信手段とを備え、不感エリア内に、不感エリアの形状に応じてアンテナまたは漏洩給電線を配備し、かつ、このアンテナまたは漏洩給電線と基地局の給電線経由送受信手段とを所定の減衰定数と所定の長さを有する給電線で接続することにより、アンテナまたは漏洩給電線から放射される電波の出力レベルが基地局のアンテナ経由送受信手段から放射される電波のレベルを超えないように設定したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０６−１８８８２１号公報（段落「０００６」等）

しかし、前者のようなセル分割方式の場合、電波伝播の障害となる什器などが多い屋内環境では、什器による不感エリアを解消するため、もっと多くの無線基地局装置を配置する必要があり、全体として使用する無線基地局装置の台数が増加し、また、それに伴う無線基地局装置の設置工事も増加し、全体の設備コストが高くなるという問題があった。

また、配置する無線基地局装置の台数を増やした場合、各無線基地局装置からの到来波が受信側アンテナ端において搬送波同士で打ち消し合う干渉を引き起こすため、直交周波数分割多重変調（以下、ＯＦＤＭと称する。）方式のようなマルチパス干渉に強い変復調方式を用いたとしても効果が無く、このため、各無線基地局装置から同時に電波を出して全ての無線端末装置に対して同報伝送することができないという問題があった。また、時分割で各無線基地局装置一台ずつ順に送信を行うこともできるが、しかし、このようにすると全体として情報伝送を完了するのに多くの時間がかかるという問題がある。

また、後者においては、通常の基地局を設置した無線ＬＡＮシステムに加えて、さらに不感エリアに漏洩給電線を配置し、これに専用の送信手段である従無線設備を設ける構成であるため、設備的に大掛かりとなり、全体の設備コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、屋内における不感エリアの発生を解消でき、しかも、符号間干渉のない高速な同報伝送を低コストで実現できる無線通信システム及びこのシステムで用いられる漏洩伝送路並びにアンテナアレイケーブルを提供する。

本発明は、アンテナとして機能する漏洩伝送路と、この漏洩伝送路の一端に接続し、この漏洩伝送路を介して無線端末装置と無線通信を行う無線基地局装置を備え、漏洩伝送路は、所定の間隔をあけて複数本並列に配設し、それぞれの一端を電力分配合成器に接続し、この電力分配合成器を無線基地局装置に接続し、無線端末装置と無線基地局装置との間の無線通信は直交周波数分割多重変復調方式を使用し、漏洩伝送路の複数のスロットからの到来波が無線端末装置で受信されるとき、複数の到来波の中で主電力を占める複数の到来波の時間差が直交周波数分割多重変復調方式のガード区間内に入るように漏洩伝送路を配設したことにある。

本発明によれば、屋内における不感エリアの発生を解消でき、しかも、符号間干渉のない高速な同報伝送を低コストで実現できる無線通信システム及びこのシステムで用いられる漏洩伝送路並びにアンテナアレイケーブルを提供できる。

以下、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）
初めに、本発明の他の観点に基づく例について説明する。
図１に示すように、店舗等の屋内、例えば、無線ＬＡＮを稼動させる屋内１１の天井部分に、アンテナとして機能する伝送路として、漏洩伝送路の一種である漏洩導波管１２を蛇行して配設している。

前記漏洩導波管１２は、例えば、天井パネルの表側や天井パネルの裏側や天井パネル内に配設される。また、天井パネルがない場合は、前記漏洩導波管１２は、屋根の内側に吊るすようにして屋内１１の上部空間部分に配設される。
なお、漏洩伝送路としては漏洩導波管以外に漏洩同軸ケーブルを用いることもできるが、伝送損失の小さい漏洩導波管の方が無線ＬＡＮのような低送信電力システムに適している。

前記漏洩導波管１２は、図２に示すように、管状導体１２ａに所定の長さのスロット１２ｂを一定の間隔で全体に亙って設け、これを被覆材１２ｃで覆ったもので、導波管内と外部空間との間でスロット１２ｂを介して電波の送受信を行うようになっている。

前記漏洩導波管１２の電波輻射特性は、ホイップアンテナやダイポールアンテナのような一般の単一型アンテナとは異なり、図３に示すような輻射パターンとなるものである。すなわち、輻射パターンは、漏洩導波管１２の軸方向から見て扇状となり、これが導波管全体に亙っている。そして、漏洩導波管１２の近傍で電界強度が大きく、離れるに従って徐々に弱まる電界強度分布が得られるようになっている。

蛇行配置される前記漏洩導波管１２の間隔は、送信電力が数十から数百ｍＷの２．４ＧＨｚ帯、または５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムの場合、６ｍ〜１０ｍ程度に設定するのが通信性能と経済性の両立という点で合理的である。

前記漏洩導波管１２は、一端を無線基地局装置１３に接続し、他端を導波管の特性インピーダンスに等しい負荷抵抗値をもつ終端負荷としての終端器１４に接続している。前記無線基地局装置１３は保守作業が容易な壁面に設置している。なお、天井パネル等に設置してもよい。

前記無線基地局装置１３は、ＬＡＮケーブル１５及び電源ケーブル１６に接続している。前記屋内１１の床面には前記無線基地局装置１３と無線通信する複数の無線端末装置１７が配置されている。

このような構成の無線ＬＡＮシステムにおいては、ＬＡＮケーブル１５により無線基地局装置１３に伝送された情報は、ＯＦＤＭ方式により変調され、２．４ＧＨｚ帯または５ＧＨｚ帯の高周波信号として漏洩導波管１２に送出される。この高周波信号は漏洩導波管１２内を伝播しながら、その一部が多数のスロット１２ｂから床面方向の空間約１８０度の角度範囲に電波として輻射される。

無線端末装置１７においては、漏洩導波管１２の各スロット１２ｂのうち、比較的近くにあるスロット群１８ａ，１８ｂから輻射される複数の送信波が到来波として特に強く受信される。そして、送信波相互には受信点に到達するまでの時間差があるが、漏洩導波管１２の間隔が１０ｍ、漏洩導波管１２の床面からの高さが３ｍ、漏洩導波管１２上におけるスロット群１８ａとスロット群１８ｂとの距離を２０ｍとすると、無線端末装置１７が受信する到来波の時間差の最大値は９０ｎｓｅｃ程度となる。

無線ＬＡＮに用いられるＯＦＤＭ方式の規格では遅延波の影響を排除できるガード区間は８００ｎｓｅｃに設定されている。すなわち、ＯＦＤＭはマルチキャリア伝送方式の一種であり、送信データは互いに直交する多数のサブキャリアによって伝送される。そして、各サブキャリアは、図４に示すような有効シンボル区間と、その一部をコピーしたガード区間の２つで構成された変調シンボル（多進符号）を伝送する。

送受信間においては、直接経路だけでなく複数の反射経路が存在するので、受信側では図５に示すように、直接波、反射波Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3というような時間差のある複数のシンボルが受信される。受信側において、Ｔｓの区間の合成波には並びの順は異なっても有効シンボルｊの構成要素だけが含まれている。これは送信側においてガード区間を付加したことによって、ガード区間の時間差以内の遅延波であれば前後のシンボルｉ，ｋの成分が区間Ｔｓに含まれなくなることを示している。受信側ではこの区間Ｔｓで切り出した部分をフーリエ変換することによって隣接するシンボル区間との干渉を受けることなくＯＦＤＭ復調を行うことができる。

このようにＯＦＤＭ方式により無線基地局装置１３と無線端末装置１７とで情報の送受信を行うことで、スロット群１８ａ及びスロット群１８ｂからの到来波を無線端末装置１７が受信してＯＦＤＭ復調し、情報を確実に取得することができる。また、スロット群１８ａからの送信波が人や什器の障害物で完全に遮られても、残るスロット群１８ｂからの送信波が受信アンテナに到達する。

すなわち、無線端末装置１７からの送信波は何らかの障害があっても、漏洩導波管１２上のいずれかのスロット１２ｂとの間で障害物の影響を受けない伝播経路が存在し確実に漏洩導波管１２へ到達する。

また、無線端末装置１７の受信アンテナは多数の到来波を受信するが、これらは多数のスロット１２ｂからそれぞれ輻射されたものであり、各到来波の位相差は非常に小さいステップで異なっているため、ほぼ連続的と見なせる。そのため、受信アンテナにおいて１８０度の位相差となって完全に打ち消し合う到来波の組み合わせが一部にあったとしても、残る大多数の到来波による有効な受信電力が存在する。

一方、ＯＦＤＭ方式は、受信側の復調過程においてガード区間に到来する遅延波に対しては耐性を有するので、送信波源が複数ある場合や反射波によるマルチパスがある場合に受信側で複数の時間差のある電波を受信しても、復調段階において符号間干渉による伝送品質の劣化は少ない。従って、位相が連続的に異なる多数の到来波を受信した場合に、主電力を占める複数の到来波の最大時間差がガード区間内であれば正常な復調を行う。

このように、無線基地局装置１３のアンテナとして漏洩導波管１２を使用しているので、たとえ屋内１１に多数の什器が存在しても屋内１１に点在している無線端末装置１７との間の電波伝播路を確実に確保できる。また、無線基地局装置１３と各無線端末装置１７との変復調にＯＦＤＭ方式を用いているので、多数の電波伝播路から到来する到来波の時間差による符号間干渉の影響を解消することができる。しかも、屋内１１に多数の無線基地局装置を配置する必要はなく、設備コストはかからない。従って、屋内１１における不感エリアの発生を解消でき、しかも、符号間干渉のない高速な同報伝送を低コストで実現できる。

また、屋内１１の天井部分に漏洩導波管１２を蛇行配設しているので、無線端末装置１７の直ぐ上に漏洩導波管１２が存在しない場合でも、この無線端末装置１７に対しては比較的近い距離を２本の漏洩導波管１２が通過することになる。従って、この無線端末装置１７に対して比較的近い距離に多数のスロット１２ｂが存在することになり、無線端末装置１７は、漏洩導波管１２との間で良好な無線伝播経路を確保できる。

なお、ここでは、屋内１１の天井部分に漏洩導波管を蛇行配設したが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、図６に示すように、屋内１１の天井部分に漏洩導波管１２を渦状に配設しても、あるいは、図７に示すように、屋内１１の天井部分に漏洩導波管１２をジグザグに配設しても良い。また、漏洩導波管１２を屋内１１の床下に配設しても良い。

（第２の実施の形態）
次に、本発明に関わる実施の形態について説明する。
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８に示すように、無線ＬＡＮを稼動させる屋内１１の天井部分に、漏洩伝送路として、例えば３本の漏洩導波管２１，２２，２３を所定の間隔を開けて並列に配設している。

前記各漏洩導波管２１，２２，２３は、前記漏洩導波管１２と同様、図２に示す構成になっている。前記各漏洩導波管２１，２２，２３の間隔は、送信電力が数十から数百ｍＷの２．４ＧＨｚ帯、または５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムの場合、６ｍ〜１０ｍ程度に設定するのが通信性能と経済性の両立という点で合理的である。

前記各漏洩導波管２１，２２，２３は、一端を電力合成分配器２４に接続し、他端をそれぞれ導波管の特性インピーダンスに等しい負荷抵抗値をもつ終端負荷としての終端器２５，２６，２７に接続している。そして、前記電力合成分配器２４の共通端子と無線基地局装置１３とを同軸ケーブル２８により接続している。

このような構成においても無線基地局装置１３のアンテナとして漏洩導波管２１，２２，２３が機能するので、たとえ屋内１１に多数の什器が存在しても屋内１１に点在している無線端末装置１７との間の電波伝播路を確実に確保できる。また、無線基地局装置１３と各無線端末装置１７との変復調にＯＦＤＭ方式を用いているので、多数の電波伝播路から到来する到来波の時間差による符号間干渉の影響を解消することができる。しかも、屋内１１に多数の無線基地局装置を配置する必要はなく、設備コストはかからない。従って、この実施の形態においても前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。

（第３の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
これは、例えば店舗の屋内などであって、室内の床上に長尺な多数の商品陳列棚３１が並べてある状態を例として述べる。

前述した第１の実施の形態のように、漏洩導波管１２を屋内の天井部分に蛇行配設する場合は、図９に示すように、多数の商品陳列棚３１に対して、漏洩導波管１２をこの各商品陳列棚３１を前後に横切るように蛇行配設する。

また、前述した第２の実施の形態のように、複数の漏洩導波管２１，２２，２３を屋内の天井部分に所定の間隔を開けて配設する場合は、図１０に示すように、多数の商品陳列棚３１に対して、漏洩導波管２１，２２，２３をこの各商品陳列棚３１を前後に横切るように配設する。

このように、漏洩導波管を、商品陳列棚３１を前後に横切るように配設することで、商品陳列棚３１間に挟まれた通路に無線端末装置１７が設置された場合であっても、無線端末装置１７から漏洩導波管を常に見通せるので、無線端末装置１７は商品陳列棚３１に邪魔されずに漏洩導波管を経由して無線基地局装置１３と確実に送受信することができる。また、無線端末装置１７から見通せる漏洩導波管が複数本存在するので、たとえ一本が人などによって一時的に遮られても漏洩導波管との伝播経路は確保されるので、正常な通信ができる。

従って、図９や図１０に示す無線ＬＡＮシステムは、多数の商品陳列棚が並べられ、多数の客が出入りする流通小売り店舗のような環境においても、漏洩導波管の均一な電波輻射及び受信特性によって商品陳列棚や混雑する人の影に隠れた不感エリアの解消と通信品質の安定性確保が可能になる。

（第４の実施の形態）
この実施の形態は、アンテナとして機能する伝送路として、図１１に示すようなアンテナアレイケーブル３１を使用したものである。前記アンテナアレイケーブル３１は、高周波ケーブル３２の途中に、例えば、５０cmから１ｍの間隔で第１のアンテナ部３３を配置すると共に高周波ケーブル３１の端にも終端器ではなく第２のアンテナ部３４を配置したものである。

前記第１のアンテナ部３３は、図１２の(a)に示すように、高周波結合器３３１とアンテナ素子３３２をプリント基板上にパターン形成したもので、アンテナ素子３３２は平面パッチアンテナになっている。この第１のアンテナ部３３と高周波ケーブル３２との接続は、例えば、コネクタを介して行われるようになっている。

前記第２のアンテナ部３４は、図１２の(b)に示すように、高周波結合器は無く、アンテナ素子３４１のみをプリント基板上にパターン形成したもので、このアンテナ素子３４１も平面パッチアンテナになっている。この第２のアンテナ部３４と高周波ケーブル３２との接続もコネクタを介して行われるようになっている。

このような構成のアンテナアレイケーブル３１の電波輻射特性は、天井に敷設した場合には前述した漏洩導波管と同様に、ホイップアンテナやダイポールアンテナのような一般の単一型アンテナとは異なり、図１３に示すような帯状の輻射パターンとなるものである。

そして、このアンテナアレイケーブル３１を漏洩導波管と同様に、例えば、天井パネルの表側や裏側、あるいは天井パネル内などの天井部分に配設する。また、天井パネルがない場合は屋根の内側に吊るすようにして屋内の上部空間部分に配設する。

そして、配設パターンとしては、図１に示すように蛇行して配設、図６に示すように、天井部分に渦状に配設、あるいは、図７に示すように、天井部分にジグザグに配設する。また、図８に示すように電力合成分配器を使用して複数本のアンテナアレイケーブル３１を所定の間隔を開けて並列に配設する。

さらには、図９及び図１０に示すように、複数の商品陳列棚が並べてある場合には各商品陳列棚を前後に横切るようにして配設する。
このように漏洩導波管に代えてアンテナアレイケーブル３１を使用しても、前述した各実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。

なお、前述した各実施の形態は本発明を無線ＬＡＮシステムに適用した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い。ＬＡＮを使用しない無線通信システムにも適用できるものである。

本発明の、第１の実施の形態を示す各部の配置関係を示す斜視図。 同実施の形態における漏洩導波管の構成を示す図。 同実施の形態における漏洩導波管の電波輻射パターンを示す図。 同実施の形態の通信で使用するＯＦＤＭ方式の変調シンボルの構成を示す図。 同実施の形態の通信で使用するＯＦＤＭ方式のガード区間の効果を説明するための図。 同実施の形態における漏洩導波管の他の配設例を示す図。 同実施の形態における漏洩導波管の他の配設例を示す図。 本発明の、第２の実施の形態を示す各部の配置関係を示す斜視図。 本発明の、第３の実施の形態における商品陳列棚の配置と漏洩導波管の蛇行配置との関係の一例を示す図。 同実施の形態における商品陳列棚の配置と漏洩導波管の配置との関係の他の例を示す図。 本発明の、第４の実施の形態におけるアンテナアレイケーブルの構成を示す図。 同実施の形態におけるアンテナアレイケーブルのアンテナ部の構成を示す図。 同実施の形態におけるアンテナアレイケーブルの電波輻射パターンを示す図。 従来例を示す斜視図。

符号の説明

１１…屋内、１２…漏洩導波管、１３…無線基地局装置、１７…無線端末装置。

Claims (6)

1. アンテナとして機能する漏洩伝送路と、
   この漏洩伝送路の一端に接続し、この漏洩伝送路を介して無線端末装置と無線通信を行う無線基地局装置を備え、
   前記漏洩伝送路は、所定の間隔をあけて複数本並列に配設し、それぞれの一端を電力分配合成器に接続し、この電力分配合成器を無線基地局装置に接続し、
   前記無線端末装置と前記無線基地局装置との間の無線通信は直交周波数分割多重変復調方式を使用し、
   前記漏洩伝送路の複数のスロットからの到来波が前記無線端末装置で受信されるとき、複数の到来波の中で主電力を占める複数の到来波の時間差が直交周波数分割多重変復調方式のガード区間内に入るように前記漏洩伝送路を配設したことを特徴とする無線通信システム。
2. 無線端末装置と無線通信を行う無線基地局装置を備え、この無線通信の変復調方式に直交周波数分割多重変復調方式によって無線通信を行う無線通信システムに用いられる漏洩伝送路であって、
   所定の間隔をあけて複数本並列に配設し、それぞれの一端を電力分配合成器に接続し、この電力分配合成器を無線基地局装置に接続し、
   複数のスロットからの到来波が前記無線端末装置で受信されるとき、複数の到来波の中で主電力を占める複数の到来波の時間差が直交周波数分割多重変復調方式のガード区間内に入るように配設され、アンテナとして機能することを特徴とする漏洩伝送路。
3. 複数の商品陳列棚を前後に横切るように配設したことを特徴とする請求項２記載の漏洩伝送路。
4. アンテナとして機能するアンテナアレイケーブルと、
   このアンテナアレイケーブルに接続し、このアンテナアレイケーブルを介して無線端末装置と無線通信を行う無線基地局装置を備え、
   前記アンテナアレイケーブルは、所定の間隔をあけて複数本並列に配設し、それぞれの一端を電力分配合成器に接続し、この電力分配合成器を無線基地局装置に接続し、
   前記無線端末装置と前記無線基地局装置との間の無線通信は直交周波数分割多重変復調方式を使用し、
   前記アンテナアレイケーブルの複数のアンテナからの到来波が前記無線端末装置で受信されるとき、複数の到来波の中で主電力を占める複数の到来波の時間差が直交周波数分割多重変復調方式のガード区間内に入るように前記アンテナアレイケーブルを配設したことを特徴とする無線通信システム。
5. 無線端末装置と無線通信を行う無線基地局装置を備え、この無線通信の変復調方式に直交周波数分割多重変復調方式によって無線通信を行う無線通信システムに用いられるアンテナアレイケーブルであって、
   所定の間隔をあけて複数本並列に配設し、それぞれの一端を電力分配合成器に接続し、この電力分配合成器を無線基地局装置に接続し、
   複数のアンテナからの到来波が前記無線端末装置で受信されるとき、複数の到来波の中で主電力を占める複数の到来波の時間差が直交周波数分割多重変復調方式のガード区間内に入るように配設され、アンテナとして機能することを特徴とするアンテナアレイケーブル。
6. 複数の商品陳列棚を前後に横切るように配設したことを特徴とする請求項５記載のアンテナアレイケーブル。

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