特許 6490573 アンテナ制御方法及びアンテナ制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6490573

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】アンテナ制御方法及びアンテナ制御システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/10 20060101AFI20190318BHJP

【ＦＩ】

   H04B7/10 A

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-500289(P2015-500289)

(86)(22)【出願日】2014年2月13日

(86)【国際出願番号】JP2014053356

(87)【国際公開番号】WO2014126161

(87)【国際公開日】20140821

【審査請求日】2017年2月13日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0015797

(32)【優先日】2013年2月14日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2013-0148528

(32)【優先日】2013年12月2日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】515153336

【氏名又は名称】ハイウェーブ，インコーポレイティド

(73)【特許権者】

【識別番号】501440684

【氏名又は名称】ソフトバンク株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100193622

【弁理士】

【氏名又は名称】尹 辰薫

(72)【発明者】

【氏名】田近 明彦

(72)【発明者】

【氏名】宮川 潤一

(72)【発明者】

【氏名】島崎 良仁

(72)【発明者】

【氏名】イ ヘウン

(72)【発明者】

【氏名】イ チョルフン

【審査官】 太田 龍一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２１１２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２４２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４６８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−００４４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２８４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１５８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７１８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２６７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６９０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／０２−７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基地局からの信号を受信するためのアンテナ制御システムであって、
窓ガラスの内側に固定して配置され且つアレーアンテナで構成されるアンテナモジュール、複数の伝送線路を含むフェーズシフター、及び、前記アンテナモジュールの指向方向を変更するために前記フェーズシフターを制御するフェーズコントローラ、を含むドナーアンテナと、
前記ドナーアンテナを保護するケースと、
前記ケースの端部からはみ出すように、前記ドナーアンテナの周囲に取り付けられた板状の金属切片と、
前記アンテナモジュールが受信した受信信号を測定する測定部、前記測定部の測定結果に基づいて前記アンテナモジュールの各々を指向方向に対する信号品質パラメータを分析する分析部、及び、前記分析部の分析結果に基づいて前記アンテナモジュールの指向方向を制御するためのアンテナ制御信号を生成する生成部、を含む中継器と、
を有することを特徴とするアンテナ制御システム。

【請求項2】

前記中継器は、前記アンテナモジュールが受信した受信信号に基づく無線信号を発信するサービスアンテナを更に含む、請求項１に記載のアンテナ制御システム。

【請求項3】

前記アンテナ制御信号を前記フェーズコントローラへ伝送する給電線を更に有する、請求項１又は２に記載のアンテナ制御システム。

【請求項4】

前記アンテナモジュールは複数の個別アンテナを含み、
前記アンテナモジュールの各々の個別アンテナは、ガラス窓側から所定の距離を離隔して配置される第１パッチアンテナ及び、前記第１パッチアンテナから所定の距離を離隔して配置される第２パッチアンテナで構成される、請求項１〜３の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項5】

前記ドナーアンテナは、前記第２パッチアンテナの背面に配置された金属製反射部を更に含む、請求項４に記載のアンテナ制御システム。

【請求項6】

前記金属切片は、前記第１パッチアンテナの周囲に配置される、請求項４又は５に記載のアンテナ制御システム。

【請求項7】

前記中継器は、前記アンテナ制御信号を直流電力信号と多重化して前記ドナーアンテナへ提供する信号多重化部を更に含む、請求項１〜６の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項8】

前記ドナーアンテナは、前記信号多重化部から受信した多重化信号を、前記アンテナ制御信号と前記直流電力信号に逆多重化する信号逆多重化部を更に含む、請求項７に記載のアンテナ制御システム。

【請求項9】

前記フェーズコントローラは、前記アンテナ制御信号に基づいて前記複数の伝送線路のうちいずれか一つを選択し、対応する指向方向へ前記アンテナモジュールの指向方向を変更する、請求項１〜８の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項10】

前記複数の伝送線路それぞれは、相互に異なった位相遅延値を有する、請求項１〜９の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項11】

前記信号品質パラメータは、前記中継器の出力信号の強さ又は前記基地局の入力信号の強さである、請求項１〜１０の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項12】

前記アンテナモジュールの現在の指向方向に関する信号品質パラメータが一定の閾値より低い場合、前記生成部は前記アンテナモジュールの指向方向を自動的に変更するように制御し、
前記アンテナモジュールの現在の指向方向に関する信号品質パラメータが一定の閾値以上の場合、前記生成部は現在の指向方向に前記アンテナモジュールの指向方向を固定するように制御する、請求項１〜１１の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項13】

前記分析部は、現在の指向方向に関する信号品質パラメータと現在の指向方向に近接している方向に関する信号品質パラメータとを比較し、
現在の指向方向に関する信号品質パラメータが、現在の指向方向に近接している方向に関する信号品質パラメータ以上である場合、前記生成部は、現在の指向方向に前記アンテナモジュールの指向方向を固定するように制御し、
現在の指向方向に関する信号品質パラメータが、現在の指向方向に近接している方向に関する信号品質パラメータより低い場合、前記生成部は、前記アンテナモジュールの指向方向を自動的に変更するように制御する、請求項１〜１２の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項14】

前記生成部は、予め設定された時間帯に前記基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を検索し、
前記予め設定された時間帯は、前記基地局の無線資源の使用量が所定の基準より少ない時間帯である、請求項１〜１３の何れか一項に記載のアンテナ制御システム。

【請求項15】

基地局からの信号を受信するために窓ガラスの内側に固定して配置され且つアレーアンテナで構成されるアンテナモジュール、複数の伝送線路を含むフェーズシフター、及び、前記アンテナモジュールの指向方向を変更するために前記フェーズシフターを制御するフェーズコントローラを含むドナーアンテナと、前記ドナーアンテナを保護するケースと、前記ケースの端部からはみ出すように、前記ドナーアンテナの周囲に取り付けられた板状の金属切片と、前記アンテナモジュールの指向方向を制御するためのアンテナ制御信号を生成する生成部を含む中継器と、を有するアンテナ制御システムにおけるアンテナ制御方法であって、
フェーズシフターの複数の伝送線路のうちいずれか一つを選択するためのアンテナ制御信号を生成し、
前記アンテナ制御信号を前記フェーズコントローラに伝送して、前記アンテナモジュールの指向方向を自動的に変更しながら、それぞれの指向方向に対する信号品質パラメータを作成し、
前記それぞれの指向方向のうち第１方向に関する第１信号品質パラメータと第２方向に関する第２信号品質パラメータとを比較し、
前記第１信号品質パラメータが第２信号品質パラメータ以上である場合、前記アンテナモジュールの指向方向を前記第１の方向に固定するように制御する、
ことを有するアンテナ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ制御方法及びアンテナ制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

移動通信信号の強度が微弱な室内で移動通信電話機の通信ができるようにするために移動通信中継器が利用されている。移動通信中継器とは、基地局と端末との間の電波が微弱な場所または届かない場所に設置して、そこに良好な信号を提供することで、安定した無線通信サービスを可能とする装置をいう。

【0003】

一般に、電界強度の強い屋外に設置されたドナーアンテナ（Ｄｏｎｎｅｒ Ａｎｔｅｎｎａ）は、基地局から受信した信号を、室内に設置された移動通信中継器へ供給し、移動通信中継器は、信号を適切に増幅して室内のアンテナ（サービスアンテナ：Ｓｅｒｖｉｃｅ Ａｎｔｅｎｎａ）へ供給する。

【0004】

しかしながら、ドナーアンテナは、隣接した基地局と対向状態になる必要があるため、屋外において、その設置方向が隣接基地局に最適に向かうように設置されている。このような移動通信中継器の構成において、屋外に設置されたドナーアンテナを室内の移動通信中継器と結合させるために、アンテナケーブルを壁面へ貫通して引き入れる必要がある。

【0005】

仮にアンテナケーブルの壁面への貫通を避けるために、ドナーアンテナを室内に設置したとしても、室内に設置されたドナーアンテナの方向を隣接基地局と対向する最適な角度に設定しなければならない。

【0006】

この場合、建物の壁面及び室内の構造物による乱反射が生じて、基地局との対向状態が最適なものにならなくなり、この乱反射による反射波が室内に設置された移動通信中継器の他のアンテナ、即ち、サービスアンテナに帰還して発振を引き起こすという問題があった。

【0007】

このように、室内に設置されて建物の壁面のアンテナ引き入れ貫通口を使用しなかったとしても、窓方向と基地局の方向が一致しない場合、基地局と壁面に取り付けられたアンテナとが対向せず、基地局からの電波は、アンテナの主輻射方向に向かわらず、ドナーアンテナは基地局と最適な電波送受信を行うことができなくなり、信号中継の機能を果たすことができなくなる。特許文献１には、ドナーアンテナとサービスアンテナを一つの筐体に収納して、室内に設置された状態で基地局と移動局との間の通信を中継する中継措置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１−２１１２８１号公報

【発明の概要】

【0009】

特許文献１に記載の中継装置は、建物壁面のアンテナ引き入れ貫通口を使用しない利点を有する。しかしながら、室内に設置されるため、建物の壁面及び室内の構造物による乱反射が生じる可能性があり、ドナーアンテナの指向方向を変更する必要が求められることにより、基地局とドナーアンテナとの電波の送受信を最適化することが難しくなるという問題点があった。

【0010】

本発明は、このような従来の課題を解決すべくなされたものであり、建物の壁面及び室内の構造物による乱反射の影響を最小化するため、壁面にアンテナの引き入れ口を穿孔しないまま、ガラス窓にドナーアンテナを取り付ける構成を採用している。そして、ガラス窓に取り付けられた状態でそれぞれのビーム方向からドナーアンテナへ受信される無線信号の信号品質パラメータを作成し、作成したパラメータを分析した結果に基づいてドナーアンテナの指向方向を最適に自動設定する。これにより、設置及び保持管理のための費用を低減するとともに、ドナーアンテナと隣接基地局との最適指向点を常に保持することを可能とするアンテナ制御方法及びこれを実行するシステムを提供することを目的とする。

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、以上に述べた課題に制限されることなく、述べられていない他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されると考える。

【0012】

基地局からの入力信号を受信するためのアンテナ制御システムは、窓ガラスの内側に固定して配置され且つアレーアンテナで構成されるアンテナモジュール、複数の伝送線路を含むフェーズシフター、及び、アンテナモジュールの指向方向を変更するためにフェーズシフターを制御するフェーズコントローラ、を含むドナーアンテナと、アンテナモジュールが受信した受信信号を測定する測定部、測定部の測定結果に基づいてアンテナモジュールの各々を指向方向に対する信号品質パラメータを分析する分析部、及び、分析部の分析結果に基づいてアンテナモジュールの指向方向を制御するためのアンテナ制御信号を生成する生成部、を含む中継器と、を有する。

【0013】

また、アンテナ制御システムは、中継器は、アンテナモジュールが受信した受信信号に基づく無線信号を発信するサービスアンテナを更に含むことが好ましい。

【0014】

また、アンテナ制御システムは、アンテナ制御信号をフェーズコントローラへ伝送する給電線を更に有することが好ましい。

【0015】

また、アンテナ制御システムは、アンテナモジュールは複数の個別アンテナを含み、アンテナモジュールの各々の個別アンテナは、ガラス窓側から所定の距離を離隔して配置される第１パッチアンテナ及び、第１パッチアンテナから所定の距離を離隔して配置される第２パッチアンテナで構成されることが好ましい。

【0016】

また、アンテナ制御システムは、ドナーアンテナは、第２パッチアンテナの背面に配置された金属製反射部を更に含むことが好ましい。

【0017】

また、アンテナ制御システムは、ドナーアンテナは、第１パッチアンテナの周囲に配置された板状の金属切片を更に含むことが好ましい。

【0018】

また、アンテナ制御システムは、中継器は、アンテナ制御信号を直流電力信号と多重化して前記ドナーアンテナへ提供する信号多重化部を更に含むことが好ましい。

【0019】

また、アンテナ制御システムは、ドナーアンテナは、信号多重化部から受信した多重化信号を、アンテナ制御信号と直流電力信号に逆多重化する信号逆多重化部を更に含むことが好ましい。

【0020】

また、アンテナ制御システムは、フェーズコントローラは、アンテナ制御信号に基づいて前記複数の伝送線路のうちいずれか一つを選択し、対応する指向方向へアンテナモジュールの指向方向を変更することが好ましい。

【0021】

また、アンテナ制御システムは、複数の伝送線路それぞれは、相互に異なった位相遅延値を有することが好ましい。

【0022】

また、アンテナ制御システムは、信号品質パラメータは、中継器の出力信号の強さ又は基地局の入力信号の強さであることが好ましい。

【0023】

また、アンテナ制御システムは、アンテナモジュールの現在の指向方向に関する信号品質パラメータが一定の閾値より低い場合、生成部は前記アンテナモジュールの指向方向を自動的に変更するように制御し、アンテナモジュールの現在の指向方向に関する信号品質パラメータが一定の閾値以上の場合、生成部は現在の指向方向にアンテナモジュールの指向方向を固定するように制御することが好ましい。

【0024】

また、アンテナ制御システムは、分析部は、現在の指向方向に関する信号品質パラメータと現在の指向方向に近接している方向に関する信号品質パラメータとを比較し、現在の指向方向に関する信号品質パラメータが、現在の指向方向に近接している方向に関する信号品質パラメータ以上である場合、生成部は、現在の指向方向にアンテナモジュールの指向方向を固定するように制御し、現在の指向方向に関する信号品質パラメータが、現在の指向方向に近接している方向に関する信号品質パラメータより低い場合、生成部は、アンテナモジュールの指向方向を自動的に変更するように制御することが好ましい。

【0025】

また、アンテナ制御システムは、生成部は、予め設定された時間帯に前記基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を検索し、予め設定された時間帯は、基地局の無線資源の使用量が所定の基準より少ない時間帯であることが好ましい。

【0026】

基地局からの入力信号を受信するために窓ガラスの内側に固定して配置され且つアレーアンテナで構成されるアンテナモジュール、複数の伝送線路を含むフェーズシフター、及び、アンテナモジュールの指向方向を変更するためにフェーズシフターを制御するフェーズコントローラを含むドナーアンテナと、アンテナモジュールの指向方向を制御するためのアンテナ制御信号を生成する生成部を含む中継器と、を有するアンテナ制御システムにおけるアンテナ制御方法は、フェーズシフターの複数の伝送線路のうちいずれか一つを選択するためのアンテナ制御信号を生成し、アンテナ制御信号をフェーズコントローラに伝送して、アンテナモジュールの指向方向を自動的に変更しながら、それぞれの指向方向に対する信号品質パラメータを作成し、それぞれの指向方向のうち第１方向に関する第１信号品質パラメータと第２方向に関する第２信号品質パラメータとを比較し、第１信号品質パラメータが第２信号品質パラメータ以上である場合、アンテナモジュールの指向方向を第１の方向に固定するように制御する、ことを有する。

【0027】

本発明の利点及び／又は特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳しく後述している実施例を参照すると明確になる。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、相互に異なる様々な形態に具現され、本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範囲によって定義されるのみである。明細書の全体にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を指す。

【0028】

本発明に係るアンテナ制御システム及び方法によると、種々の方向から受信される信号品質パラメータを分析した結果に基づいてアンテナ方向を最適に自動設定することで、手動でアンテナの指向方向を調整することに比べて通話品質を向上させるとともに、設置及び保持管理費用を低減することが可能となる。

【0029】

また、本発明に係るアンテナ制御システム及び方法によると、ドナーアンテナを室内の窓に取り付けて設置することで、移動通信中継器を設置するために、アンテナの引き入れ口を穿孔する必要がなくなり、窓に取り付けられたアンテナと隣接基地局との最適指向点を常に保持させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の一実施形態によるアンテナ制御システムを説明するための図面である。

【図2】図１の移動通信中継器の内部構造を説明するためのブロック図である。

【図3】図１のドナーアンテナの内部構造を説明するためのブロック図である。

【図4】図３のフェーズシフターとアレーアンテナの動作を説明するためのブロック図である。

【図5】図３のフェーズシフターの伝送線路を説明するための図面である。

【図6】図３のドナーアンテナを詳しく説明するためのブロック図である。

【図7】図６の各ブロックから抽出された信号を示す図面である。

【図8】移動通信中継器による処理を説明するためのフロー図である。

【図9】ドナーアンテナによる処理を説明するためのフロー図である。

【図10】ドナーアンテナの断面図である。

【図11】ドナーアンテナの各構成要素を図示する分解斜視図である。

【図12】ドナーアンテナのケースを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0032】

また、当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

【0033】

本明細書において使われた用語のうち、「所定レベル以上の信号を受信するための方向」は、各々の伝送線路に該当する指向角度に従ってドナーアンテナの指向方向を変更しながら、それぞれの方向の信号品質に対する評価結果を得た場合に、評価結果が特定の信号品質の閾値以上になる方向を意味する。

【0034】

図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ制御システムを説明するための図面である。

【0035】

図１を参照すると、アンテナ制御システムは、ドナーアンテナ１００及び移動通信中継器２００を含む。ここで、ドナーアンテナ１００及び移動通信中継器２００は、給電線３００を通じて連結することができる。給電線３００は同軸ケーブルで具現される。図１に、ドナーアンテナ１００が移動通信中継器２００と分離されて移動通信中継器２００の外部に設置された例を示したが、ドナーアンテナ１００は移動通信中継器２００の内部に設置されてもよい。ドナーアンテナ１００は、移動通信中継器側２００に向かって設置される。なお、ドナーアンテナ１００は、移動通信中継器側２００以外の方向に向かって設置されてもよい。

【0036】

ドナーアンテナ１００は、基地局と無線信号を送受信するためにドナーアンテナ１００の指向方向が基地局に向かうように設置される。ドナーアンテナ１００は基地局から信号を受信し、受信した信号を移動通信中継器２００へ提供する。ドナーアンテナ１００は、それぞれのビーム方向Ａ１、Ａ２、Ａ３を有する、複数の基地局４００，４０１，４０２のうち無線信号を最も効率的に受信できる基地局から無線信号を受信する。

【0037】

ドナーアンテナ１００は、給電線を通じて移動通信中継器２００から受信したアンテナ制御無線信号に基づいて、予め設定された指向角度を有する複数の伝送線路のうちいずれか一つの伝送線路を選択し、選択した伝送線路に該当する指向角度に従ってドナーアンテナ１００の指向方向を変更する。

【0038】

指向方向は、ドナーアンテナ１００のビーム指向角変更方法により変更することができる。ドナーアンテナ１００のビーム指向角変更方法は、ドナーアンテナ１００のビームが指向する方向を変更して特定の方向を指向するようにする方法である。

【0039】

このような過程により、移動通信中継器２００によって基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向が決定されると、ドナーアンテナ１００の指向方向は該当方向に変更される。

【0040】

移動通信中継器２００は、ドナーアンテナ１００から無線信号を受信して室内にある端末機５００へ提供する。移動通信中継器２００は、給電線を通じてドナーアンテナ１００にアンテナ制御信号を提供して特定の角度にドナーアンテナ１００の指向方向が変更されるように制御することができる。移動通信中継器２００は、それぞれの方向からの信号品質パラメータを利用して特定の方向を基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向と決めてドナーアンテナ１００に通知する。

【0041】

図２は、図１の移動通信中継器の内部構造を説明するためのブロック図である。

【0042】

図２を参照すると、移動通信中継器２００はサービスアンテナ２１０、受信信号測定部２２０、受信信号分析部２３０、アンテナ制御信号生成部２４０及び送受信部２５０を含む。

【0043】

ドナーアンテナから受信した信号は、給電線を通じて移動通信中継器２００へ送られる。移動通信中継器２００へ送られた信号は、送受信部２５０によりサービスアンテナ２１０へ伝達される。送受信部２５０は、信号多重化部２５１、ドナー側のデュプレクサ２５２、サービス側のデュプレクサ２５３、上向増幅器２５４、下向増幅器２５５を含む。信号多重化部２５１は、アンテナ制御信号と高周波信号を多重化し、これにアンテナ内部回路の動作に必要な直流電力を合成して、一つの同軸ケーブルで伝送できるようにする。信号多重化部から分離された高周波信号はドナー側のデュプレクサ２５２に入力され、このデュプレクサは上向と下向の方向を区分して、上向増幅器２５４と下向増幅器２５５へそれぞれ上向の信号と下向の信号を送り、それぞれの信号を増幅する。増幅のために上向と下向に区分された信号は、またサービス側のデュプレクサ２５３を通じて一つの経路に統合されてサービスアンテナ２１０へ送られる。

【0044】

サービスアンテナ２１０は、ドナーアンテナ１００から無線信号を受信し、受信した無線信号を受信信号測定部２２０へ提供する。

【0045】

受信信号測定部２２０は、サービスアンテナ２１０から受信した無線信号を利用して移動通信中継器２００の出力信号及び基地局の入力信号のうち少なくとも一つの信号の強さを測定する。受信信号測定部２２０は、隣接基地局が送信してドナーアンテナが受信した信号を下向増幅器２５５で増幅して信号を測定する。受信信号測定部２２０は、受信にかかる全帯域を統合した総合強度、帯域別に区分した信号強度等を測定する。受信信号測定部２２０は、測定した出力信号及び基地局の入力信号のうち少なくとも一つの信号の強さを受信信号分析部２３０へ提供する。

【0046】

なお、受信信号測定部２２０は、サービスアンテナ２１０から無線信号を受信し、受信した無線信号を利用して基地局の入力信号の強さを測定する。

【0047】

また、受信信号測定部２２０は、サービスアンテナ２１０から無線信号を受信し、受信した無線信号に基づく信号を室内の端末装置に提供したときの移動通信中継器２００の出力信号を測定する。

【0048】

受信信号分析部２３０は、ドナーアンテナ１００が指向するそれぞれの指向方向に対する信号品質パラメータを利用して該当方向からの信号品質を分析する。受信信号分析部２３０は、ドナーアンテナ１００それぞれの方向からの信号品質の分析結果をアンテナ制御信号生成部２４０へ提供する。

【0049】

受信信号分析部２３０は、それぞれの方向に対する信号品質パラメータのうち第１方向に対する信号品質パラメータが第２方向に対する信号品質パラメータ以上であるか否かを判断する。受信信号分析部２３０は、第１方向に対する信号品質パラメータが第２方向に対する信号品質パラメータ以上である場合、第１方向を基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向と定める。

【0050】

なお、受信信号分析部２３０は、ドナーアンテナ１００が指向するそれぞれの指向方向のうち、特定の方向に対する信号品質パラメータが特定の信号品質閾値以上であるか否かによって該当方向を基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向と定めてもよい。

【0051】

また、受信信号分析部２３０は、ドナーアンテナ１００が指向するそれぞれの指向方向のうち第１方向から信号品質パラメータを測定して第１方向に対する信号品質を評価し、評価結果が特定の信号品質閾値以上である場合、第１方向を基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向と定めてもよい。

【0052】

また、受信信号分析部２３０は、ドナーアンテナ１００が指向するそれぞれの指向方向のうち第１方向から信号品質パラメータを測定して第１方向に対する信号品質（例えば、信号の強さ及び信号のレベル）を評価し、評価結果が特定の信号品質閾値以下である場合、第１方向が基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向ではないと決定してもよい。

【0053】

また、受信信号分析部２３０は、ドナーアンテナ１００の指向方向を第２方向に自動的に変更して該当方向に対する信号品質パラメータを測定し、第２方向に対する信号品質パラメータを利用して第２方向に対する信号品質（例えば、信号の強さ及び信号のレベル）を評価して評価結果が特定の信号品質閾値以上であるか否かを分析する。受信信号分析部２３０は、第２方向に対する信号品質の評価結果が特定の信号品質閾値以上である場合、第２方向を基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向と定めてもよい。

【0054】

即ち、受信信号分析部２３０は、特定の信号品質閾値以上の品質パラメータが測定されるドナーアンテナ１００の指向方向が検索されるまで、上記の処理を繰り返し行う。この際に、受信信号分析部２３０は、予め設定された時間帯に基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を検索する。受信信号分析部２３０は、基地局の無線資源の使用量が所定の基準より少ない時間帯に基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を検索する。例えば、受信信号分析部２３０は、使用者によって通話の無い時間帯に基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を検索することができる。

【0055】

受信信号分析部２３０は、それぞれの方向に対する信号品質パラメータを測定して該当方向からの信号を評価して評価結果を記録し、現在の指向方向の信号品質と記録された評価結果とを比較して現在の指向方向を基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向に決定する。

【0056】

また、受信信号分析部２３０は、現在の指向方向の信号品質に対する評価結果と記録された評価結果のうち、現在の指向方向に対する評価結果と近接している方向に対する評価結果を比較し、比較した結果、現在の指向方向の信号品質に対する評価結果が、現在の指向方向と近接している方向に対する評価結果より良好な場合、現在の指向方向が基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向であると決定してもよい。

【0057】

また、受信信号分析部２３０は、現在の指向方向の信号品質に対する評価結果と記録された評価結果のうち、現在の指向方向に対する評価結果と近接している方向に対する評価結果を比較し、比較した結果、現在の指向方向の信号品質に対する評価結果が、現在の指向方向と近接している方向に対する評価結果より悪い場合、現在の指向方向が基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向ではないと決定してもよい。

【0058】

受信信号分析部２３０は、ドナーアンテナ１００の指向方向を他の方向に自動的に変更しながら該当方向に対する信号品質パラメータを測定して該当方向からの信号品質を評価し、該当方向が基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向であるか否かを決定する。即ち、受信信号分析部２３０は、基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を決定するまで上記の過程を繰り返し行う。

【0059】

アンテナ制御信号生成部２４０は、受信信号分析部２３０から特定の方向に対する信号品質パラメータの分析結果を受信し、受信した特定の方向に対する信号品質パラメータの分析結果を利用してドナーアンテナ１００の指向方向を制御するためのアンテナ制御信号を生成する。アンテナ制御信号生成部２４０は、生成したアンテナ制御信号を送受信部２５０の信号多重化部２５１へ提供する。

【0060】

アンテナ制御信号生成部２４０は、受信信号分析部２３０からの要求に従ってドナーアンテナ１００を過去とは異なる方向に指向させるアンテナ制御信号を生成する。例えば、過去に第１方向に指向させるアンテナ制御信号を生成していた場合、アンテナ制御信号生成部２４０はドナーアンテナ１００を第２方向に指向させるアンテナ制御信号を生成することができる。

【0061】

アンテナ制御信号生成部２４０は、受信信号分析部２３０から受信したドナーアンテナ１００が指向するそれぞれの指向方向に対する信号品質パラメータの分析結果に基づいて、特定の方向にドナーアンテナ１００の指向方向を変更させるアンテナ制御信号を生成する。例えば、受信信号分析部２３０によって第１方向ないし第７方向のうち、第４方向が基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向であると分析された場合、アンテナ制御信号生成部２４０は、第４方向にドナーアンテナ１００の指向方向を変更させるアンテナ制御信号を生成する。

【0062】

送受信部２５０の信号多重化部２５１は、直流電源、ＲＦ信号及びアンテナ制御信号生成部２４０から受信したアンテナ制御信号を多重化して多重化信号を生成する。信号多重化部２５１は、生成した多重化信号を給電線３００を通じてドナーアンテナ１００へ提供する。

【0063】

本発明の一形態において、信号多重化部２５１は、アンテナ制御信号生成部２４０からアンテナ制御信号を受信し、アンテナ制御信号をドナーアンテナ１００へ提供される直流電力と多重化して多重化信号を生成することができる。

【0064】

図３は、図１のドナーアンテナ１００の内部構造を説明するためのブロック図である。

【0065】

図３を参照すると、ドナーアンテナ１００は、信号逆多重化部１１０、フェーズコントローラ１２０、フェーズシフター１３０及びアンテナモジュール１４０を含む。アンテナモジュール１４０は、個別のアンテナ１４１，１４２、１４３を含む。

【0066】

フェーズコントローラ１２０は、アンテナ制御信号に基づいてフェーズシフター１３０にある、それぞれ予め設定された指向角度を有する複数の伝送線路のうちいずれか一つの伝送線路をコントロールするようにフェーズシフター１３０を制御する。フェーズシフター１３０は、個別の構成要素１３１，１３２、１３３で構成され、それぞれの構成要素は制御信号ｃ₁、ｃ₂、ｃ₃により制御される。

【0067】

フェーズシフター１３０は、フェーズコントローラ１２０の制御に従って複数の伝送線路のうちいずれか一つの伝送線路が有する位相遅延を利用して、アンテナモジュール１４０の指向方向を変更する。ここで、複数の伝送線路それぞれは、位相遅延値に応じて相互に異なる長さにすることができる。ここで、指向方向は、アンテナモジュール１４０のビーム指向角変更方法により変更されることができる。

【0068】

図４は、図３のフェーズシフター１３０とアレーアンテナ１４０の動作を説明するためのブロック図である。

【0069】

アンテナの主ビーム方向を電気的に変更できる可変指向性アンテナは、２以上の複数のアンテナを配列して、各アンテナの位相をそれぞれ変更し、その出力を合成する。アンテナモジュール１４０の各アンテナは同一の性能を有し、フェーズシフター１３０は各アンテナに到達する入射波の角度による位相遅延値を調整することができる。

【0070】

図４は、３番目のアンテナの位相ｓ₃より２番目のアンテナの位相ｓ₂がｔ₂の程に遅延され、２番目のアンテナの位相ｓ₂より１番目のアンテナの位相ｓ₁がｔ₁の程に遅延されている例を示す。フェーズシフター１３０は、内臓されたマイクロプロセッサーの演算に基づいて、１番目のアンテナの出力ｓ^{`</sup><sub>1</sub>と２番目のアンテナの出力ｓ<sup>`}₂が３番目のアンテナの出力ｓ^`₃と同位相になるようにそれぞれ遅延させて、同位相になった３つの信号を信号合成器１５０で合成して最大の出力Ｓを得る。

【0071】

図５は、図３のフェーズシフター１３０の伝送線路を説明するための図面である。

【0072】

フェーズシフター１３０はそれぞれ異なる長さを有する複数の伝送線路ｍ₁、ｍ₂、ｍ₃を有し、フェーズコントローラ１２０は、内蔵されたマイクロプロセッサーにより、中継器からの入力信号の条件にもっとも適合する伝送線路を選択し、制御信号ｃ₁により、アンテナモジュールのアンテナ１４１のビーム方向を調整する。

【0073】

図６は、図３のドナーアンテナ１００の信号逆多重化部１１０を詳細に説明するためのブロック図である。

【0074】

信号逆多重化部１１０は、信号分離モジュール１１１、アンテナ制御信号抽出モジュール１１２及び直流電流抽出モジュール１１３を更に含む。

【0075】

信号逆多重化部１１０は、給電線３００を通じて移動通信中継器２００から多重化信号を受信し、受信した多重化信号を逆多重化する。信号逆多重化部１１０は移動通信中継器２００から多重化信号５１０を受信し、信号分離モジュール１１１と直流遮断キャパシタ３１０により高周波５２０が分離され、信号分離モジュール１１１は受信した多重化信号５１０からアンテナ制御信号５４０及び直流電流５３０を分離してアンテナ制御信号抽出モジュール１１２及び直流電流抽出モジュール１１３にアンテナ制御信号５４０及び直流電流５３０をそれぞれ提供する。アンテナ制御信号抽出モジュール１１２は、信号分離モジュール１１１から受信した信号５３０からアンテナ制御信号５４０を抽出して、フェーズコントローラのマイクロプロセッサーへ提供する。直流電流抽出モジュール１１３は、分離モジュール１１１から受信した信号５３０から直流電流５５０を抽出してフェーズコントローラのマイクロプロセッサーへ提供する。

【0076】

図７は、図６の各ブロックから抽出された信号を示す図面である。

【0077】

図７は、中継器とドナーアンテナを連結する給電線路を通じて伝送される信号、即ち、高周波信号５２０、アンテナ制御信号５４０、直流電力信号５５０及びこれらを多重化した信号５１０を時間軸を基準に示している。図７の各信号５１０〜５５０は、図６のドナーアンテナを各部分に、５１０〜５５０で測定した信号である。移動通信中継器２００の信号多重化部２５１からドナーアンテナへ送られてきた信号５１０には、ドナーアンテナ制御信号５４０、電気信号５５０、高周波信号５２０が含まれている。そして、信号分離モジュール１１１と直流遮断キャパシタにより、信号５１０は、ドナーアンテナ制御信号５４０及び電気信号５５０を含む直流信号５３０と高周波信号５２０とに分離される。直流信号５３０は、アンテナ制御信号抽出モジュール１１２と直流電流抽出モジュール１１３により、アンテナ制御のためのデジタル信号５４０と電源供給のための電気信号５５０とに分離され、フェーズコントローラに内蔵されたマイクロプロセッサーの入力として提供される。

【0078】

図８は、移動通信中継器による処理を説明するためのフロー図である。

【0079】

図８の各ステップの制御は、アンテナ制御信号生成部２４０の記憶部に記憶されている制御プログラムに基づいて、アンテナ制御信号生成部２４０のプロセッサーにより実行される。

【0080】

図８を参照すると、移動通信中継器２００のアンテナ制御信号生成部２４０は、ドナーアンテナ１００の指向方向を制御するためのアンテナ制御信号を生成する（ステップＳ６１０）。移動通信中継器２００の受信信号測定部２２０は、アンテナ制御信号をドナーアンテナ１００へ提供してドナーアンテナ１００の指向方向を変更させながらそれぞれの方向（例えば、７つの方向）に対する信号品質パラメータを測定する（ステップＳ６２０）。指向方向は、ドナーアンテナ１００のビーム指向角変更方法により変更される。

【0081】

移動通信中継器２００の受信信号分析部２３０は、それぞれの方向に対する信号品質パラメータのうち、第１方向に対する信号品質パラメータが第２方向に対する信号品質パラメータ以上であるか否かを比較する（ステップＳ６３０）。移動通信中継器２００のアンテナ制御信号生成部２４０は、第１方向に対する信号品質パラメータが第２方向に対する信号品質パラメータ以上である場合（ステップＳ６４０）、第１方向にアンテナのビームを固定させる（ステップ Ｓ６５０）。すなわち、移動通信中継器２００は、それぞれの方向に対する信号品質パラメータを互いに比較して基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を決定し、該当方向にドナーアンテナ１００の指向方向を固定させる。

【0082】

移動通信中継器２００は、それぞれの方向のうち特定の方向に対する信号品質パラメータを測定して該当方向からの信号品質（例えば、信号の強さ及び信号のレベル）を評価し、評価結果が特定の信号品質閾値以下の場合、他の方向に指向方向を変更して該当方向に対する信号品質パラメータを測定して該当方向からの信号品質を評価する。

【0083】

このとき、移動通信中継器２００は、基地局の無線資源の使用量が所定の基準より少ない時間帯に、基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を検索することができる。例えば、移動通信中継器２００は、使用者によって通話の無い時間帯に基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を検索する。

【0084】

図８には図示していないが、移動通信中継器２００の受信信号測定部２２０は、それぞれの方向に対する信号品質に対する評価結果を測定し、受信信号分析部２３０は該当方向からの信号を評価して評価結果を記録し、現在の指向方向の信号品質に対する評価結果と、上記記録された評価結果のうち、現在の指向方向と近接している方向に対する評価結果を比較する。移動通信中継器２００のアンテナ制御信号生成部２４０は、比較した結果、現在の指向方向の信号品質に対する評価結果が、上記記録された評価結果のうち現在の指向方向と近接している方向に対する評価結果より悪い場合、他の方向に指向方向を自動的に変更し、受信信号測定部２２０は該当方向に対する信号品質パラメータを更に測定して該当方向からの信号品質を評価する。一方、移動通信中継器２００のアンテナ制御信号生成部２４０は、比較した結果、現在の指向方向の信号品質に対する評価結果が、上記記録された評価結果のうち、現在の指向方向と近接している方向に対する評価結果より良好な場合、現在の指向方向を基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向に決定する。

【0085】

移動通信中継器２００は、移動通信中継器２００の出力信号の強さが特定の強さ以下になる場合、図８の処理を繰り返して実行し、基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を決定し、該当方向にドナーアンテナ１００の指向方向を固定させる。ここで、移動通信中継器２００の出力信号の強さが特定の強さ以下になる理由は、ドナーアンテナと上記移動通信中継器２００に内蔵されたサービスアンテナとの間のアイソレーション（電力伝達量の比）が小さくなるためである。移動通信中継器２００は、出力信号の強さが特定の強さ以上になる場合、図８の処理を繰り返して実行し、基地局から所定レベル以上の信号が受信できる方向を決定し、該当方向にドナーアンテナ１００の指向方向を固定させる。ここで、移動通信中継器の出力信号の強さが特定の強さ以上になる理由は、移動通信中継器２００の周りに新たな基地局が新設されるためである。

【0086】

図９は、ドナーアンテナによる処理を説明するためのフロー図である。

【0087】

図９の各ステップの処理は、フェーズコントローラ１２０の記憶部に記憶されている制御プログラムに基づいて、フェーズコントローラ１２０のマイクロプロセッサーにより実行される。

【0088】

図９を参照すると、ドナーアンテナ１００は、移動通信中継器２００からアンテナ制御信号を受信する（ステップＳ７１０）。ドナーアンテナ１００のフェーズコントローラ１２０は、アンテナ制御信号に基づいて、それぞれ予め設定された指向角度を有する複数の伝送線路のうちいずれか一つの伝送線路を選択する（ステップＳ７２０）。ドナーアンテナ１００のフェーズコントローラ１２０は、複数の伝送線路のうち選択した伝送線路に該当する指向角度に従って指向方向を変更する（ステップＳ７３０）。ここで、指向方向はドナーアンテナ１００のビーム指向角変更方法により変更されることができる。ドナーアンテナ１００のフェーズコントローラ１２０は、移動通信中継器２００の制御信号を受信したか否かによって（ステップＳ７４０）特定の方向にアンテナの指向方向を固定する（ステップＳ７５０）。

【0089】

図１０は、図１のドナーアンテナ１００の断面図を説明する図面である。

【0090】

図１０を参照すると、ドナーアンテナ１００は、ガラス窓８００に取り付けられるアンテナ前面板８４０、ガラス窓８００と特定の距離だけ離して配置される第１パッチ８１０（例えば、無給電（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）パッチ）、第１パッチから所定の距離だけ離して配置される第２パッチ８２０（例えば、マイクロストリップ（ｍｉｃｒｏ ｓｔｒｉｐ）パッチ）、及びドナーアンテナの構成要素を保護するケース８６０を含む。すなわち、ドナーアンテナ１００は、第１パッチ８１０及び第２パッチ８２０を利用するダブルパッチ構造を有する。

【0091】

第１パッチ８１０は、ガラス窓８００から６−９ｍｍの間隔で離して配置される。一般的に、ドナーアンテナ１００の共振周波数は、高誘電率の物体、例えば、ガラス窓８００に近づいていると変わる。これを防ぐために、ドナーアンテナ１００の共振周波数を調節可能な範囲内で、ドナーアンテナ１００とガラス窓８００との間の間隔、例えば７ｍｍだけ離して第１パッチ８１０を配置することができる。

【0092】

このように、第１パッチ８１０がガラス窓から特定の距離だけ離れることにより共振周波数の変化量は５％前後となる。このような共振周波数の変化量は、ドナーアンテナ１００自体の動作周波数の帯域幅の変化量をカバーする帯域幅に設計することができる。また、ガラス窓８００に取り付けられる場合に発生する共振周波数の変化量を予想してドナーアンテナ１００自体の共振周波数を予め考慮してパッチアンテナを作製することができる。

【0093】

第２パッチ８２０の背面にはフェーズシフター１３０、フェーズコントローラ１２０、信号逆多重化部１１０のような構成要素を取り付けるフェーズ制御部８５０があり、ケースの背面８６２又は第２パッチアンテナの背面に金属製反射部を設置することができる。金属製反射部は、例えばアルミニウムのような導電性金属でケースの背面をコーティングすることにより具現する。この金属製反射部は反射板として機能し、乱反射等の影響を最小化して信号の品質を高めることを可能とする。

【0094】

図１１は、図１０で説明したドナーアンテナ及びケースの各構成要素についての分解斜視図である。

【0095】

ガラス窓側に配置される第１パッチアンテナ８１０は、アンテナボード８１１と、金属パッチ８１２を有する。第１パッチアンテナ８１０と所定の距離だけ離して配置される第２パッチアンテナ８２０は、アンテナボード８２１と、金属パッチ８２２を有する。アンテナ前面板８４０は、ガラス窓に直接取り付けられる部分である。ドナーアンテナ１００を窓ガラスに取り付けるとき、アンテナ前面板８４０は、例えば両面テープ等でガラス窓に取り付けられる。フェーズ制御部８５０は、フェーズシフター１３０、フェーズコントローラ１２０、信号逆多重化部１１０等を有する。ケース８６０はドナーアンテナを保護し、アンテナ前面板８４０と結合され、ガラス窓にドナーアンテナを固定することを可能とする。

【0096】

図１２は、ドナーアンテナのケース８６０を室内側から見た平面図である。

【0097】

ケース８６０には、ケースの端部からはみ出すように、第１パッチアンテナの周囲に板状の金属切片８６１が取り付けられている。板状の金属切片８６１は、ケース８６０の正面部に設置され、アンテナ前面板８４０の端部８４１と接することもできる。この板状の金属切片は追加的な反射板として機能し、乱反射等の影響を最小化して信号の品質を高めることを可能とする。

【符号の説明】

【0098】

１００ ドナーアンテナ
１１０ 信号逆多重化部
１２０ フェーズコントローラ
１３０ フェーズシフター
１４０ アンテナモジュール
２００ 移動通信中継器
２１０ サービスアンテナ
２２０ 受信信号測定部
２３０ 受信信号分析部
２４０ アンテナ制御信号生成部
２５０ 送受信部
２５１ 信号多重化部
３００ 給電線
３１０ 直流遮断キャパシタ
４００ 基地局
５００ 端末
８１０ 第１パッチアンテナ
８２０ 第２パッチアンテナ
８４０ アンテナ前面板
８５０ フェーズ制御部
８６０ ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】