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(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】
(24)【登録日】2023-09-21
(45)【発行日】2023-09-29
(54)【発明の名称】高周波アンテナユニット及びそれを用いた無線通信ユニット
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/28 20060101AFI20230922BHJP
H01Q 21/08 20060101ALI20230922BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20230922BHJP
H01Q 1/52 20060101ALI20230922BHJP
H04B 1/38 20150101ALI20230922BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/28
H01Q21/08
H01Q21/06
H01Q1/52
H04B1/38
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2019214793
(22)【出願日】2019-11-27
(65)【公開番号】P2021087106
(43)【公開日】2021-06-03
【審査請求日】2022-11-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000004330
【氏名又は名称】日本無線株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002516
【氏名又は名称】弁理士法人白坂
(72)【発明者】
【氏名】寺田 賢司
(72)【発明者】
【氏名】勝又 貞行
(72)【発明者】
【氏名】平林 和雄
(72)【発明者】
【氏名】井上 健次
【審査官】赤穂 美香
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６１－１４００５０（ＪＰ，Ｕ）
【文献】国際公開第２０１２／０２３２０２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００７－３０６４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－２２３０６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２４３４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０２１９５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００３－５１７７６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３７６６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１９２６２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２５４５４５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ ２１／２８
Ｈ０１Ｑ ２１／０８
Ｈ０１Ｑ ２１／０６
Ｈ０１Ｑ １／５２
Ｈ０４Ｂ １／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の高周波アンテナと、それら高周波アンテナが取り付けられる支持枠体とを備え、複数の前記高周波アンテナは、各々同一送受信装置に接続される送信アンテナ及び受信アンテナからなる送受信アンテナ群を複数含み、それら複数の送受信アンテナ群は、前記支持枠体に対し予め定められた配列方向に所定の間隔にて固定的に取り付けられるとともに、それぞれ互いに異なる送受信装置への接続が予定されてなり、
前記支持枠体は、前記配列方向に所定の間隔にて配置される、前記配列方向を法線方向とする板面を有した複数のアンテナ支持板を備え、
前記送受信アンテナ群を構成する前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが複数の前記アンテナ支持板に振り分ける形で取り付けられるとともに、
前記配列方向において互いに隣接する１対の前記アンテナ支持板に取り付けられた前記高周波アンテナは、前記配列方向においてそれら前記高周波アンテナの給電点間の距離が送受信波の１／２波長以上に定められてなることを特徴とする高周波アンテナユニット。
【請求項2】
同じ前記送受信アンテナ群を構成する前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが、対応する前記アンテナ支持板の第一主表面上に、送受信波の１／４波長以上に定められた所定のアンテナ間隔をもって取り付けられている請求項１記載の高周波アンテナユニット。
【請求項3】
複数の前記送受信アンテナ群に含まれる前記送信アンテナ及び前記受信アンテナに各々個別に対応する形で前記アンテナ支持板が設けられ、それらアンテナ支持板の第一主表面上に、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのいずれかが固定されてなる請求項１記載の高周波アンテナユニット。
【請求項4】
前記支持枠体には、前記配列方向に互いに隣接して配置される２つの送受信アンテナ群を互いに区画する位置に、前記配列方向を法線方向とする板面を有した金属遮蔽板が設けられている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高周波アンテナユニット。
【請求項5】
複数の前記アンテナ支持板の少なくとも一部のものが金属製とされ前記金属遮蔽板に兼用されてなる請求項４記載の高周波アンテナユニット。
【請求項6】
前記高周波アンテナは金属基体と該金属基体に取り付けられる金属製のアンテナエレメントを備え、前記金属基体にて前記金属遮蔽板に電気的に導通する形で固定されてなる請求項５に記載の高周波アンテナユニット。
【請求項7】
前記金属基体は該金属基体を前記金属遮蔽板に取り付けるための金属取付板を有し、該金属取付板の第一主表面に前記アンテナエレメントが取り付けられる一方、前記金属取付板は第二主表面にて前記金属遮蔽板の第一主表面に密着する形で取り付けられている請求項６記載の高周波アンテナユニット。
【請求項8】
前記金属取付板と前記金属遮蔽板とを貫通する形態で設けられ、前記金属取付板と前記金属遮蔽板とを密着形態で締結する締結部材を備える請求項７記載の高周波アンテナユニット。
【請求項9】
前記高周波アンテナは金属基体と該金属基体に取り付けられる金属製のアンテナエレメントを備え、前記金属基体にて前記アンテナ支持板に固定されてなり、前記金属基体は該金属基体を前記アンテナ支持板に取り付けるための金属取付板を有し、前記金属取付板と前記アンテナ支持板とを貫通する形態で設けられ、前記金属取付板と前記アンテナ支持板とを密着形態で締結する締結部材が前記アンテナ支持板に対し着脱可能に設けられ、
前記アンテナ支持板には前記締結部材を装着可能な複数の挿通孔が、位置変更単位となる予め定められた間隔にて分散形成されてなり、
前記アンテナ支持板上の所望の位置に前記金属取付板を位置決めしつつ、複数の前記挿通孔から前記アンテナ支持板に対応する位置のものを選択する形で前記締結部材が装着されてなる請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の高周波アンテナユニット。
【請求項10】
前記高周波アンテナは、金属基体と該金属基体に取り付けられる金属製のアンテナエレメントを備え、前記金属基体にて前記アンテナ支持板に固定されてなり、前記金属基体は該金属基体を前記アンテナ支持板に取り付けるための金属取付板を有し、前記金属基体が前記アンテナ支持板と平行に配置されるアンテナ給電板を備え、前記アンテナエレメントが前記アンテナ給電板の第一主表面にアンテナ給電点となる第一端が接続され第二端が自由端となるよう前記アンテナ給電板から突出する棒状に形成された無指向性アンテナとして構成されている請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の高周波アンテナユニット。
【請求項11】
移動体上に搭載可能に構成され、無線ネットワーク通信を移動端末との間で行なうための無線通信ユニットであって、前記移動端末が端末用無線ベアラを介して接続可能な無線基地局部と、前記無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部と、前記ＥＰＣ機能部に有線接続されるとともに、第一の別の無線通信ユニットである上流ユニットの無線基地局部（以下、上流無線基地局部という）と上流側のユニット間無線ベアラ（以下、上流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能な中継無線通信部とを備え、前記無線基地局部は、第二の別の無線通信ユニットである下流ユニットの中継無線通信部（以下、下流中継無線通信部という）と下流側のユニット間無線ベアラ（以下、下流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能とされた無線ユニット本体と、
複数の高周波アンテナと、それら高周波アンテナが取り付けられる支持枠体とを備え、複数の前記高周波アンテナは、前記中継無線通信部に接続される送信アンテナ及び受信アンテナからなる第一の送受信アンテナ群と、前記無線基地局部に接続される送信アンテナ及び受信アンテナからなる第二の送受信アンテナ群とを備え、それら複数の送受信アンテナ群は、前記支持枠体に対し予め定められた配列方向に所定の間隔にて固定的に取り付けられるとともに、それぞれ互いに異なる送受信装置への接続が予定されてなり、前記支持枠体は、前記配列方向に所定の間隔にて配置される、前記配列方向を法線方向とする板面を有した複数のアンテナ支持板を備え、前記送受信アンテナ群を構成する前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが複数の前記アンテナ支持板に振り分けて取り付けられるとともに、前記配列方向において互いに隣接する１対の前記アンテナ支持板に取り付けられた前記高周波アンテナが、前記配列方向においてそれら前記高周波アンテナの給電点間の距離が送受信波の１／２波長以上に定められている高周波アンテナユニットと、
を備えたことを特徴とする無線通信ユニット。
【請求項12】
前記上流ユニット間無線ベアラと前記下流ユニット間無線ベアラとが、同一周波数帯内の互いに隣接する周波数チャネルを用いて設定される請求項１１に記載の無線通信ユニット。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、複数の送受信アンテナ群が併設された高周波アンテナユニットと、それを用いた無線通信ユニットに関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、移動端末と基地無線局と間の無線通信において、中間に介在する山岳丘陵等の障害物により電波伝達が遮蔽されやすい地域での通信状況を改善するために、同一通信帯域内に近接してチャンネル設定される複数の中継装置（送受信装置）を併設した無線通信ユニットが開示されている。この種の通信装置は、一方の中継装置の送信波が、これと近接したチャネルで通信する他の通信装置に回り込み受信され、干渉波となってしまう問題がある。
【0003】
特許文献１においては、これを解決するために、一方の中継装置の送信アンテナと他方の中継装置の受信アンテナとの間に、回り込み受信が予想される送信波の逆相波形を生成し、これを他方の中継装置の受信回路に入力してキャンセリングを行なうキャンセラ回路を設ける提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開昭６１－１８９０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、近接したチャネルの干渉波抑制については、送受信に使用するアンテナの構造も重要なポイントとなる。例えば、無線通信ユニットが船舶などの移動体に搭載される場合は、無線通信ユニット周辺の障害物状況は移動体の位置により刻々変化し、通常の方法では干渉波抑制について有効な対策を講じることができない場合も多くなる。
【0006】
しかし、チャネルが近接した複数系統の送受信装置を搭載する無線通信ユニット用の送受信アンテナ群の構造として、いかなるものを採用するとき回り込み干渉波の抑制に有効となるかについては、特許文献１を含めこれまで十分な検討がなされてきたとは言い難い。
【0007】
本発明の課題は、同じ無線通信ユニットに複数搭載される送受信装置の１つのものが出力する送信波が、他の送受信装置により干渉波として回り込み受信されることを効果的に抑制できる高周波アンテナユニットと、それを用いた無線通信ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明の高周波アンテナユニットは、複数の高周波アンテナと、それら高周波アンテナが取り付けられる支持枠体とを備え、複数の高周波アンテナは、各々同一送受信装置に接続される送信アンテナ及び受信アンテナからなる送受信アンテナ群を複数含み、それら複数の送受信アンテナ群は、支持枠体に対し予め定められた配列方向に所定の間隔にて固定的に取り付けられるとともに、それぞれ互いに異なる送受信装置への接続が予定されてなり、支持枠体は、配列方向に所定の間隔にて配置される、配列方向を法線方向とする板面を有した複数のアンテナ支持板を備え、送受信アンテナ群を構成する送信アンテナ及び受信アンテナが複数のアンテナ支持板に振り分けて取り付けられるとともに、上記の配列方向において互いに隣接する１対のアンテナ支持板に取り付けられた高周波アンテナは、配列方向においてそれら高周波アンテナの給電点間の距離が送受信波の１／２波長以上に定められてなることを特徴とする。
【0009】
また、本発明の無線通信ユニットは、移動体上に搭載可能に構成され、無線ネットワーク通信を移動端末との間で行なうための無線通信ユニットであって、移動端末が端末用無線ベアラを介して接続可能な無線基地局部と、無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部と、ＥＰＣ機能部に有線接続されるとともに、第一の別の無線通信ユニットである上流ユニットの無線基地局部（以下、上流無線基地局部という）と上流側のユニット間無線ベアラ（以下、上流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能な中継無線通信部とを備え、無線基地局部は、第二の別の無線通信ユニットである下流ユニットの中継無線通信部（以下、下流中継無線通信部という）と下流側のユニット間無線ベアラ（以下、下流ユニット間無線ベアラという）を介して接続可能とされた無線ユニット本体と、複数の高周波アンテナと、それら高周波アンテナが取り付けられる支持枠体とを備え、複数の高周波アンテナは、中継無線通信部に接続される送信アンテナ及び受信アンテナからなる第一の送受信アンテナ群と、無線基地局部に接続される送信アンテナ及び受信アンテナからなる第二の送受信アンテナ群とを備え、それら複数の送受信アンテナ群は、支持枠体に対し予め定められた配列方向に所定の間隔にて固定的に取り付けられるとともに、それぞれ互いに異なる送受信装置への接続が予定されてなり、支持枠体は、配列方向に所定の間隔にて配置される、配列方向を法線方向とする板面を有した複数のアンテナ支持板を備え、送受信アンテナ群を構成する送信アンテナ及び受信アンテナが複数のアンテナ支持板に振り分けて取り付けられるとともに、上記の配列方向において互いに隣接する１対のアンテナ支持板に取り付けられた高周波アンテナが、配列方向においてそれら高周波アンテナの給電点間の距離が送受信波の１／２波長以上に定められてなる高周波アンテナユニットと、を備えたことを特徴とする。
【0010】
本発明の高周波アンテナユニットにおいては、同じ送受信アンテナ群を構成する送信アンテナ及び受信アンテナを、対応するアンテナ支持板の第一主表面上に、送受信波の１／４波長以上に定められた所定のアンテナ間隔をもって取り付ける構成とすることができる。また、アンテナ支持板には前述の締結部材を装着可能な複数の挿通孔を、位置変更単位となる予め定められた間隔にて分散形成することができ、アンテナ支持板上の所望の位置に金属取付板を位置決めしつつ、複数の挿通孔からアンテナ支持板に対応する位置のものを選択する形で締結部材を装着することができる。
【0011】
一方、複数の送受信アンテナ群に含まれる送信アンテナ及び受信アンテナに各々個別に対応する形でアンテナ支持板を設ける構成とすることもでき、それらアンテナ支持板の第一主表面上に、送信アンテナ及び受信アンテナのいずれかが固定される構成とすることもできる。
【0012】
本発明の高周波アンテナユニットにおいては、支持枠体において、配列方向に互いに隣接して配置される２つの送受信アンテナ群を互いに区画する位置に、配列方向を法線方向とする板面を有した金属遮蔽板を設けることができる。この場合、複数のアンテナ支持板の少なくとも一部のものを金属製とし、金属遮蔽板に兼用する構成とすることができる。
【0013】
高周波アンテナは、金属基体と該金属基体に取り付けられる金属製のアンテナエレメントを備え、金属基体にて金属遮蔽板に電気的に導通する形で固定されてなる構成とすることができる。
【0014】
金属基体は該金属基体を金属遮蔽板に取り付けるための金属取付板を有し、該金属取付板の第一主表面にアンテナエレメントが取り付けられる一方、金属取付板は第二主表面にて金属遮蔽板の第一主表面に密着する形で取り付けられている構成とすることができる。また、金属取付板と金属遮蔽板とを貫通する形態で設けられ、金属取付板と金属遮蔽板とを密着形態で締結する締結部材を備える構成とすることができる。
【発明の効果】
【0015】
上記本発明の高周波アンテナユニットの構成によると、各々同一送受信装置に接続される送信アンテナ及び受信アンテナからなる送受信アンテナ群が支持枠体に対し予め定められた配列方向に所定の間隔にて固定的に取り付けられる。そして、その配列方向において互いに隣接する１対のアンテナ支持板に取り付けられた高周波アンテナの、該配列方向における給電点間の距離を送受信波の１／２波長以上に確保したので、互いに隣接配置される２つの送受信アンテナ群間の送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを高めることができる。これにより、一方の送受信アンテナ群からの送信波が、他方の送受信アンテナ群の受信アンテナに干渉波として回り込み受信される不具合を効果的に抑制することができる。
【0016】
そして、これを用いた本発明の無線通信ユニットは、複数の送受信装置として中継無線通信部と無線基地局部とを有し、各々上流ユニット間無線ベアラ及び下流ユニット間無線ベアラにて他の無線通信ユニットと無線接続可能であることから、より広大な無線ネットワークシステムを構築することができる。そして、上流ユニット間無線ベアラを構築するための第一の送受信アンテナ群と、下流ユニット間無線ベアラを構築するための第二の送受信アンテナ群とを、上記本発明の高周波アンテナユニットに組み込むことで、中継無線通信部及び無線基地局部相互間における送信波の回り込み受信を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の無線通信ユニットを用いて構築される無線ネットワークシステムの構成単位の概念を示す模式図。
【図3】本発明の無線通信ユニットの電気的構成の一例を示すブロック図。
【図4】３ＧＰＰのコントロールプレーンのプロトコルスタックを概念的に示す図。
【図5】３ＧＰＰのユーザプレーンのプロトコルスタックを概念的に示す図。
【図6】３ＧＰＰの下りリンクのチャネルマッピングを概念的に示す図。
【図7】同じく上りリンクのチャネルマッピングを概念的に示す図。
【図8】周波数バンドチャネル、及びリソースブロックの関係を示す概念図。
【図9】無線ネットワークシステムの構成形態の一例を模式的に示す図。
【図10】無線通信ユニットの中継無線通信部の、上流側の別の無線通信ユニットに対するアタッチシーケンスを示す通信フロー図。
【図11】ＵＥ（移動端末）の無線通信ユニットに対するアタッチシーケンスを示す通信フロー図。
【図12】高周波アンテナの構成例を示す平面図。
【図22】アンテナ支持板を絶縁材料で形成した高周波アンテナユニットの実施形態を示す正面図。
【図24】複数の送受信アンテナ群に含まれる各高周波アンテナを、個別のアンテナ支持板に取り付けて上下に配列した高周波アンテナユニットの一例を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明を実施するための形態を添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の無線通信ユニットを用いて、無線ネットワークシステムの構成単位となる無線通信ユニット対が構築される概念を示す模式図である。無線通信ユニット対は本発明の一実施形態である同一構成の無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）からなり（以下、無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）ともいう）、それぞれ３ＧＰＰで規定された方式（本実施形態では、ＬＴＥとするが、ＷｉＭＡＸなど他の方式であってもよい）の通信プロトコルスタックに従い、ＵＥ（移動端末）５との間で無線通信を行なうものとして構成されている。
図１は、本発明の無線通信ユニットを用いて、無線ネットワークシステムの構成単位となる無線通信ユニット対が構築される概念を示す模式図である。無線通信ユニット対は本発明の一実施形態である同一構成の無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）からなり（以下、無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）ともいう）、それぞれ３ＧＰＰで規定された方式（本実施形態では、ＬＴＥとするが、ＷｉＭＡＸなど他の方式であってもよい）の通信プロトコルスタックに従い、ＵＥ（移動端末）５との間で無線通信を行なうものとして構成されている。
【0019】
無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）は、それぞれ移動体である大型船舶ＷＳ（Ａ），ＷＳ（Ｂ）に設置され、後に詳述するユニット間無線ベアラ５５により無線接続されている。各無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）は、それぞれＵＥ（移動端末）５が接続可能となるセル５０（Ａ），５０（Ｂ）を形成する。また、大型船舶ＷＳ（Ａ），ＷＳ（Ｂ）（例えば漁業母船、タンカーなど）の周囲では小船舶ＦＢ（例えば、漁船、タグボートなど）が操業をおこなっており、セル５０（Ａ）又はセル５０（Ｂ）内の小船舶ＦＢの乗員がＵＥ５を携行している。それらＵＥ５は、それぞれ最も近い無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）に対し端末用無線ベアラ５７により無線接続されている。なお、ＵＥ５は大型船舶ＷＳ（Ａ），ＷＳ（Ｂ）の乗員が携行するものであってもよい。また、無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）の設置先は船舶以外の移動体（車両など）であってもよいし、例えば陸上の所望の設置先に固定配置してもよい。
【0020】
図２は、無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）の機能ブロック構成を示すものである。無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）は電気的にはいずれも同一の構成を有する。そして、本明細書において複数の無線通信ユニット及びその構成要素を互いに区別して示す場合は、対応する構成要素に同一の番号を付与しつつ、該番号に続く形で括弧付きの大文字アルファベットを付与して示す。一方、無線通信ユニット間の区別を行なわずに各構成要素を示す場合は、括弧付きの大文字アルファベットを省略する場合がある。以下、無線通信ユニット１（Ａ）側の符号を主体的に用いて説明するが、必要に応じて無線通信ユニット１（Ｂ）側についても、対応する符号を援用しつつ説明する。
【0021】
無線通信ユニット１（Ａ）は、ＵＥ（移動端末）５が端末用無線ベアラ５７を介して接続可能な無線基地局部４（Ａ）（ｅＮｏｄｅＢ（evolved NodeB））と、無線基地局部４（Ａ）に有線接続され、該無線基地局部４（Ａ）に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部３（Ａ）とを有する。また、該ＥＰＣ機能部３（Ａ）には、上流側の無線通信ユニット１（Ｂ）（上流ユニット）の無線基地局部４（Ｂ）（上流無線基地局部）に対し上流側のユニット間無線ベアラ５５（上流ユニット間無線ベアラ）を介して接続可能な中継無線通信部９（Ａ）が有線接続されている。
【0022】
一方、無線通信ユニット１（Ｂ）は、同様の無線基地局部４（Ｂ）と、無線基地局部４（Ｂ）に有線接続され、該無線基地局部４（Ｂ）に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ機能部３（Ｂ）と、ＥＰＣ機能部３（Ｂ）に有線接続される中継無線通信部９（Ｂ）を備える。該中継無線通信部９（Ｂ）は、無線通信ユニット１（Ｂ）の上流側にさらに別の無線通信ユニットが配置されていれば、その無線通信ユニットの無線基地局部に対しユニット間無線ベアラを介して接続可能である（図９参照）。また、無線基地局部４（Ｂ）は、下流側の無線通信ユニット１（Ａ）（下流ユニット）の中継無線通信部９（Ａ）（下流中継無線通信部）に対し、下流側のユニット間無線ベアラ５５（下流ユニット間無線ベアラ）を介して接続可能とされている。つまり、ユニット間無線ベアラ５５は、無線通信ユニット１（Ａ）から見たときは上流ユニット間無線ベアラとなり、無線通信ユニット１（Ｂ）から見たときは下流ユニット間無線ベアラとなる。そして、ユニット間無線ベアラ５５（下流ユニット間無線ベアラと上流ユニット間無線ベアラ）は、端末用無線ベアラ５７と同一方式の無線プロトコルスタック、本実施形態においてはいずれもＬＴＥの無線プロトコルスタックに従って構築される。
【0023】
次に、いずれの無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｂ）（以下、総称する場合は無線通信ユニット１という）においても、ＥＰＣ機能部３は、コントロールプレーン側のゲートウェイとなるＭＭＥ（Mobility Management Entity）２、ユーザプレーン側のゲートウェイとなるＳ－ＧＷ（Serving Gateway）６、ＥＰＣ機能部３、及び該ＥＰＣ機能部３の上流側ネットワーク要素（ここで、ルータ８（後述）及び中継無線通信部９）の結節点に位置し、上流側ネットワーク要素側（つまり、上流ユニット側）に向けたＩＰアドレス管理を行なうＰ－ＧＷ（PDN (Packet Data Network) Gateway）７を有する。また、無線基地局部４には複数のＵＥ５が端末用無線ベアラ５７を介して無線接続される。
【0024】
コントロールプレーン側において無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４は、Ｓ１－ＭＭＥインターフェースを介してＭＭＥ２に接続される。また、ユーザプレーン側において無線基地局部４は、Ｓ１－Ｕインターフェースを介してＳ－ＧＷ６に接続される。また、Ｓ－ＧＷ６はＳ５インターフェースを介してＰ－ＧＷ７と接続される。
【0025】
図３は、無線通信ユニット１の電気的構成を示すブロック図である。ＥＰＣ機能部３はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ３０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ３０２、マスクＲＯＭ３０３（恒久的に書換えが不要なマイコンハードウェア周辺制御用等のファームウェアを格納している；以下、同様）及びそれらを相互に接続するバス３０６等からなる。また、バス３０６にはフラッシュメモリ３０５が接続され、ここにＥＰＣ用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア３０５ａと、前記ＬＴＥプロトコルスタックをプラットフォームとして、図２のＭＭＥ２、Ｓ－ＧＷ６及びＰ－ＧＷ７の各機能を仮想的に実現するＭＭＥエンティティ３０５ｂ、Ｓ－ＧＷエンティティ３０５ｃ及びＰ－ＧＷエンティティ３０５ｄの各プログラムがインストールされている。
【0026】
また、バス３０６には上流側通信インターフェース３０４Ａ及び下流側通信インターフェース３０４Ｂが接続されている。Ｐ－ＧＷ用のＩＰパケットの入出力ポートは上流側通信インターフェース３０４Ａに、Ｓ－ＧＷ用のＩＰパケットの入出力ポートは下流側通信インターフェース３０４Ｂにそれぞれ確保される。なお、上記の構成では、図２のＭＭＥ２、Ｓ－ＧＷ６及びＰ－ＧＷ７をコンピュータハードウェア上での仮想機能ブロックとして構成しているが、各々独立したハードウェアロジックにより構成してもよい。
【0027】
中継無線通信部９はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ９０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ９０２、マスクＲＯＭ９０３及びそれらを相互に接続するバス９０６等からなる。バス９０６にはフラッシュメモリ９０５が接続され、ここに中継無線通信部用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア９０５ａが格納されている。また、バス９０６にはユニット間無線ベアラの構築により上流無線基地局部と無線接続するための無線通信部９１２と、通信インターフェース９０４が接続されている。通信インターフェース９０４はＥＰＣ機能部３の上流側通信インターフェース３０４Ａと有線の通信バス３０により接続されている。
【0028】
無線基地局部４はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ４０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ４０２、マスクＲＯＭ４０３及びそれらを相互に接続するバス４０６等からなる。バス４０６にはフラッシュメモリ４０５が接続され、ここに無線基地局用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア４０５ａが格納されている。また、バス４０６には端末用無線ベアラの構築によりＵＥと無線接続するための無線通信部４１２と、通信インターフェース４０４が接続されている。通信インターフェース４０４はＥＰＣ機能部３の下流側通信インターフェース３０４Ｂと有線の通信バス３１により接続されている。
【0029】
中継無線通信部９において、通信ファームウェア９０５ａに組み込まれている中継無線通信部用のＬＴＥプロトコルスタックは、後述するＵＥ（移動端末）用のプロトコルスタックと同一のものが使用される。換言すれば、中継無線通信部９の上流無線基地局部への接続手順は、ＵＥ（移動端末）の接続手順であるアタッチシーケンスと方式的には同一である。また、通信バス３０には、ＥＰＣ機能部３とインターネット等の外部ネットワーク６０との間のＩＰパケットの送受信を中継するルータ８が接続されている（すなわち、ＥＰＣ機能部３と中継無線通信部９との間にルータ８が設けられている）。
【0030】
次に、中継無線通信部９の無線通信部９１２にはアンテナコネクタ９０７ＣＮが設けられ、ここに第一の送受信アンテナ群（送受信アンテナ９０７ＴＲ及び受信アンテナ９０７Ｒからなる：以下、第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒとも記載する）がアンテナケーブルＡＣＶ（図１５：例えば、同軸ケーブル）を介して接続されている。第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒの送受信アンテナ９０７ＴＲは、スイッチ切り替えにより送信アンテナ及び受信アンテナの双方とてして機能する。また、該送受信アンテナ９０７ＴＲが受信アンテナとして機能する際に、受信アンテナ９０７Ｒはこれと受信ダイバーシチを形成する。他方、無線基地局部４の無線通信部４１２にはアンテナコネクタ４０７ＣＮが設けられ、ここに第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒと同様の構成の第二の送受信アンテナ群（送受信アンテナ４０７ＴＲ及び受信アンテナ４０７Ｒからなる：以下、第二の送受信アンテナ群４０７ＴＲ，４０７Ｒとも記載する）がアンテナケーブルＡＣＶを介して接続されている。無線通信ユニット１の第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒ及び第二の送受信アンテナ群４０７ＴＲ，４０７Ｒを除いた部分がユニット本体を構成する。また、上記の送受信アンテナ群に含まれる各アンテナは、図１２及び図１３により追って説明する同一構造の高周波アンテナとして構成され、これらを総称する場合には「高周波アンテナ２００」とも記載する。
【0031】
第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒ及び第二の送受信アンテナ群４０７ＴＲ，４０７Ｒ（すなわち、複数の送受信アンテナ群）は、図１４及び図１５に示す、本発明の一実施形態である高周波アンテナユニット２５０を形成する。高周波アンテナユニット２５０は、複数の高周波アンテナ２００が取り付けられる支持枠体２５１を備える。支持枠体２５１は、予め定められた配列方向ＡＤ（本実施形態では垂直方向であるが、例えば水平面に対して傾斜した方向であってもよい）に所定の間隔にて配置される複数のアンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）（以下、これらを総称する場合は単に「アンテナ支持板２５２」とも記載する）を備える。アンテナ支持板２５２は配列方向ＡＤを法線方向とする板面（主表面）を有する。本実施形態では、複数のアンテナ支持板２５２は方形の平面形状を有し、各々板面が水平となるように、４つの角部が金属（例えばアルミニウム又はアルミニウム合金）製の支柱２５３により支持されている。個々の高周波アンテナはアンテナ支持板２５２の第一主表面（上面）に固定される。なお、各支柱部２５３の下端には設置用ベース２５４が取り付けられている。
【0032】
図１４の高周波アンテナユニット２５０においては、全てのアンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）が金属、例えば、厚さ２ｍｍ～５ｍｍ程度のアルミニウム又はアルミニウム合金板材にて構成され、上段のアンテナ支持板２５２（Ａ）の上面に第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒが、下段のアンテナ支持板２５２（Ｂ）の上面に第二の送受信アンテナ群４０７ＴＲ，４０７Ｒがそれぞれ取り付けられている。なお、上段のアンテナ支持板２５２（Ａ）は、配列方向ＡＤに隣接する第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒと第二の送受信アンテナ群４０７ＴＲ，４０７Ｒとを互いに区画する金属遮蔽板に兼用されている。
【0033】
図１３に示すように、高周波アンテナ２００は金属基体２００Ｂにてアンテナ支持板２５２（Ａ）（金属遮蔽板）に電気的に導通する形で固定されている。これにより、高周波アンテナ２００に導通する接地金属の体積が増大し、接地電位の安定化を図ることが可能となる。また、金属基体２００Ｂは、金属遮蔽板に取り付けるための金属取付板２０１（例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製）を有し、該金属取付板２０１の第一主表面にアンテナエレメント２０３が取り付けられる。また、金属取付板２０１は第二主表面にて金属遮蔽板の第一主表面に密着する形で取り付けられている。
【0034】
また、金属基体２００Ｂは、板面がアンテナ支持板２５２と平行に配置されるアンテナ給電板２０２を備える。そして、アンテナエレメント２０３は、アンテナ給電板２０２の第一主表面に対しアンテナ給電点となる第一端が接続され、第二端が自由端となるようアンテナ給電板２０２から突出する棒状に形成され、全体が無指向性アンテナとして構成されている。高周波アンテナユニット２５０が図１のごとく船舶ＷＳ等の移動体に搭載される場合においても、これに含まれる個々の高周波アンテナ２００を無指向性アンテナとすることで移動体の向きとは無関係に、無線通信ユニット１の電波送受信特性を各方位に一様に担保することができる。図１４に示すように、アンテナエレメント２０３のアンテナ給電板２０２からの突出高さＡＨ（アンテナ長）は、送受信波の波長をλとしてλ／４程度に設定されている。本実施形態では後述の通り７００ＭＨｚ帯が使用されており、該突出高さＡＨは１０～１１ｃｍ程度である。
【0035】
図１３において、高周波アンテナ２００は、アンテナ給電板２０２と金属取付板２０１とが別部材として構成されている。具体的には、アンテナ給電板２０２はスペーサボルト２０５を介して金属取付板２０１の上方に所定の間隔をもって固定されている。図１２に示すように、スペーサボルト２０５は、アンテナエレメント２０３の周囲に所定の角度間隔で複数設けられている。また、図１３に示すように、各スペーサボルト２０５の脚部はアンテナ給電板２０２の下方に突出し、その下端が金属取付板２０１側のねじ孔にねじ込まれるとともに、脚部上端に螺合するナット２０７を金属取付板２０１の下面に密着させることで緩み止めが図られている。
【0036】
また、アンテナエレメント２０３の下端側にはねじ部２０３ｔが形成されている。該ねじ部２０３ｔはアンテナ給電板２０２を板厚方向に貫通してその下面側に突出し、これにエルボ状の端子金具２０４がナット２０３ｎにより取り付けられている。アンテナ給電板２０２はアンテナエレメント２０３の下端側とともに樹脂製のカバー２０９により覆われ、該カバー２０９の壁部に形成された切欠き２０９ｉ内に端子金具２０４を露出させている。また、該端子金具２０４には、アンテナケーブルＡＣＶのコネクタＡＣＮが着脱可能に装着されている。なお、アンテナ給電板２０２に金属取付板を兼用させることもできる。この場合は、アンテナエレメント２０３への給電端子はアンテナ給電板２０２の外周面に形成することが可能である。
【0037】
高周波アンテナ２００の金属取付板２０１とアンテナ支持板２５２（Ａ）（金属遮蔽板）とは、これらを貫通する締結部材２５５により密着形態で締結されている。両者を恒久的に締結したい場合は締結部材２５５をリベットで構成することができるが、本実施形態においては締結部材２５５がねじ部材で構成され、アンテナ支持板２５２に対し着脱可能となっている。具体的には、図１３に示すように、皿ねじにて構成された締結部材２５５がアンテナ支持板２５２に形成された貫通孔２５２ｈに下面側から挿通されるとともに、その脚部が金属取付板２０１に形成されたねじ孔にねじ込まれている。図１２に示すように、締結部材２５５はアンテナエレメント２０３の軸線周りにて所定の角度間隔で複数個設けられている。なお、金属取付板２０１の下面とアンテナ支持板２５２の上面との間には、両者の接触抵抗を低減するための導電性ペースト層２０８が形成されている。
【0038】
また、図１４及び図１５に示すように、図３の中継無線通信部９に接続される第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒは上段のアンテナ支持板２５２（Ａ）の第一主表面（上面）に、同じく無線基地局部４に接続される第二の送受信アンテナ群４０７ＴＲ，４０７Ｒは下段のアンテナ支持板２５２（Ｂ）の第一主表面（上面）に、それぞれ取り付けられている。すなわち、同じ送受信アンテナ群を構成する送信アンテナ及び受信アンテナが、対応するアンテナ支持板の第一主表面上に取り付けられている。
【0039】
次に、配列方向ＡＤ（上下方向）において互いに隣接する１対のアンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）に取り付けられた高周波アンテナ９０７ＴＲと高周波アンテナ４０７ＴＲとの間、及び高周波アンテナ９０７Ｒと高周波アンテナ４０７Ｒと間には、該配列方向ＡＤにおいてそれら高周波アンテナ２００の給電点間の距離ＤＶが１／２λ以上（図１４では２λ程度）確保されている。また、各アンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）上にて高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ及び４０７ＴＲ，４０７Ｒは、送受信波の波長をλとして４／λ以上に定められた所定のアンテナ間隔ＤＨ（図１４では（３／２）λ程度）をもって取り付けられている。
【0040】
すなわち、配列方向ＡＤを上下方向として、同じアンテナ支持板上の送受信アンテナ群をなす高周波アンテナ間の水平距離が１／４λ以上、上下に隣接するアンテナ支持板に振り分けられた第一の送受信アンテナ群及び第二の送受信アンテナ群の高周波アンテナ間（９０７ＴＲと９０７Ｒ、及び４０７ＴＲと４０７Ｒ）の垂直方向距離が１／２λ以上に、それぞれ確保されている。これにより、第一の送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒと第二の送受信アンテナ群４０７ＴＲ，４０７Ｒとの送信アンテナと受信アンテナ相互間のアイソレーションがさらに高められている。
【0041】
図１５に示すように、第一の送受信アンテナ群をなす送受信アンテナ９０７ＴＲと受信アンテナ９０７Ｒの対はアンテナ支持板２５２（Ａ）の板面中央に配置されている。また、第二の送受信アンテナ群をなす送受信アンテナ４０７ＴＲと受信アンテナ４０７Ｒの対はアンテナ支持板２５２（Ｂ）の板面中央に配置されている。そして、アンテナ支持板２５２（Ａ）上の送受信アンテナ９０７ＴＲとアンテナ支持板２５２（Ｂ）上の送受信アンテナ４０７ＴＲとが、また、同じく受信アンテナ９０７Ｒと受信アンテナ４０７Ｒとが、アンテナ支持板上のアンテナ配列方向にて、それぞれ同じ側に取り付けられている。
【0042】
図１６は、本実施形態に使用している高周波アンテナの、周波数７５０ＭＨｚ付近での放射特性を示すものである。該高周波アンテナは市販品（ＭＡ－ＷＯ－ＵＷＢ、イスラエル国ＭＡＲＳ ＡＮＴＥＮＮＡ社製）であり、アンテナエレメント２０３の軸線方向にｚ軸方向を、該ｚ軸方向に対しそれぞれ独立して直交する方向にｘ軸及びｙ軸を定めたとき、図１６の下に示すように、ｚ軸（アンテナエレメントの軸線）周りの指向性はほぼ完全に等方的である。一方、図１６の上に示す、ｚ軸を含む平面（垂直面）内の指向性は、水平面（ｘ－ｙ平面）に関して上方への放射強度が下方への放射強度よりもやや高くなっている。そして、無指向性アンテナの放射特性の特徴として、ｚ軸を含む平面内での指向性において、アンテナエレメントの先端を中心に放射特性が極小化する点、すなわちヌル点を生じている。
【0043】
図１７に示すように、送受信アンテナ９０７ＴＲと送受信アンテナ４０７ＴＲ、及び受信アンテナ９０７Ｒと受信アンテナ４０７Ｒは、アンテナ放射特性におけるヌル点ＮＰがｘ－ｙ面への投影にて互いに重なる位置関係となるようにそれぞれ配置されている。つまり、隣接する１対のアンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）において、互いに異なる送受信アンテナ群に属する送信アンテナ（９０７ＴＲ，４０７ＴＲ）と受信アンテナ（９０７Ｒ，４０７Ｒ）が、平面視にてヌル点ＮＰが互いに重なる位置関係となるように配置されている。なお、「ヌル点が互いに重なる」とは、ｘ－ｙ面に投影される各アンテナのヌル点位置間の距離が、送受信波長の５％以内に収まっていることをいう。
【0044】
また、図１５に示すように、金属板として構成されたアンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）上の各高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ，４０７ＴＲ，４０７Ｒは、前述の回り込み干渉波をさらに抑制する観点において、アンテナエレメント２０３から支持板エッジまでの最短マージン距離Ｍｘ（ｘ方向），Ｍｙ（ｙ方向）が、例えばλ／６以上に確保されていることが望ましい。例えば、図１５ではＭｘはλ／４、Ｍｙは（３／４）λ程度に設定されている。なお、各高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ，４０７ＴＲ，４０７Ｒに接続されるアンテナケーブルＡＣＮはアンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）上を引き回され、末端のアンテナコネクタＡＣＮが支持枠体２５１の外側に取り出される。
【0045】
また、アンテナ支持板２５２には締結部材２５５（図１３）を装着可能な複数の挿通孔２５２ｈが、位置変更単位となる予め定められた間隔ｄにて分散形成されている。図１３の金属取付板２０１は、図１５において、アンテナ支持板２５２上の所望の位置に位置決めしつつ、複数の挿通孔２５２ｈからアンテナ支持板２５２に対応する位置のものを選択する形で締結部材２５５を装着することができる。これにより、各高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ，４０７ＴＲ，４０７Ｒの固定位置は、例えば送受信波の波長が変更された場合においても最適なアンテナ間隔となるよう、適宜変更・調整することが可能となる。
【0046】
図３に戻り、無線通信ユニット１（のユニット本体）は、着脱式の二次電池モジュール２１（例えば、リチウムイオン二次電池モジュールやニッケル水素二次電池モジュールなど）と、無線基地局部４、ＥＰＣ機能部３、ルータ８及び中継無線通信部９の各機能回路ブロックと、二次電池モジュール２１からの入力電圧を各機能回路ブロックの駆動電圧に変換して出力する電源回路部２２とが可搬型筐体２３に一体的に組付けられた構造を有する。これにより、無線通信ユニット１は、二次電池モジュール２１から駆動電源電圧を自律的に調達でき、商用交流などの外部電源電圧が使用不能な設置場所（例えば海上など）においても問題なく使用可能である。可搬型筐体２３は金属ないし強化型樹脂製の箱型であり、図３に示す例では、搬送ないし移動の便宜を図るため、可搬型筐体２３の底部にキャスター２４Ｃを、同じく背面に手押し用の取手２４を設けている。
【0047】
放電により二次電池モジュール２１の出力電圧が下がった場合は、可搬型筐体２３から二次電池モジュール２１を取り外し、例えば図示しない商用交流電源や自家発電装置に接続された専用の充電器に装着して充電することが可能である。また、電源回路部２２は、上記商用交流や移動体に設けられた集中電源部などの外部電源電圧も受電できるようになっており、上記駆動電源電圧に変換出力が可能である。
【0048】
さらに、当該外部電源電圧により二次電池モジュール２１の充電を実行できるように構成することもできる。例えば電源回路部２２が商用交流等から受電している状態で、停電により該受電が途絶えた場合は二次電池モジュール２１からの受電に切り替えることで、無線通信ユニット１の動作が継続可能となるように構成することもできる。
【0049】
図４及び図５は、ＬＴＥシステムにおける無線プロトコルスタックを示し、図４はユーザプレーンのプロトコルスタックを、図５はコントロールプレーンのプロトコルスタックを示している。該無線プロトコルスタックは、ＯＳＩ参照モデルのレイヤ１～レイヤ３に区分されており、レイヤ１はＰＨＹ（物理）層である。レイヤ２は、ＭＡＣ（Medium Access Control：メディアアクセス制御）層、ＲＬＣ（Radio Link Control：無線リンク制御）層、及びＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol：パケットデータ暗号化）層を含む。レイヤ３は、ＲＲＣ（Radio Resource Control：無線リソース制御）層及びＮＡＳ（Non-Access Stratum：非アクセス）層を含む。
【0050】
各層の役割は以下の通りである。
・ＰＨＹ層：符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行なう。ＵＥ５及び中継無線通信部９のＰＨＹ層と無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４のＰＨＹ層との間では、物理チャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。
・ＭＡＣ層：データの優先制御、ＨＡＲＱによる再送制御処理、及びランダムアクセス手順等を行なう。ＵＥ５及び中継無線通信部９のＭＡＣ層と無線基地局部４のＭＡＣ層との間では、トランスポートチャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。無線基地局部４のＭＡＣ層は、上下リンクのトランスポートフォーマット（トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式（ＭＣＳ））及びＵＥ５への割当リソースブロックを決定するスケジューラを含む。
・ＰＨＹ層：符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行なう。ＵＥ５及び中継無線通信部９のＰＨＹ層と無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４のＰＨＹ層との間では、物理チャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。
・ＭＡＣ層：データの優先制御、ＨＡＲＱによる再送制御処理、及びランダムアクセス手順等を行なう。ＵＥ５及び中継無線通信部９のＭＡＣ層と無線基地局部４のＭＡＣ層との間では、トランスポートチャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。無線基地局部４のＭＡＣ層は、上下リンクのトランスポートフォーマット（トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式（ＭＣＳ））及びＵＥ５への割当リソースブロックを決定するスケジューラを含む。
【0051】
・ＲＬＣ層：ＭＡＣ層及びＰＨＹ層の機能を利用してデータを受信側のＲＬＣ層に伝送する。ＵＥ５のＲＬＣ層と無線基地局部４のＲＬＣ層との間では、論理チャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。
・ＰＤＣＰ層：ＰＤＵのヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行なう。
・ＲＲＣ層：制御信号を取り扱う制御プレーンでのみ定義される。ＵＥ５のＲＲＣ層と無線基地局部４のＲＲＣ層との間では、各種設定のためのメッセージ（ＲＲＣメッセージ）が伝送される。ＲＲＣ層は、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルを制御する。ＵＥ５のＲＲＣと無線基地局部４のＲＲＣとの間に接続（ＲＲＣ接続）がある場合、ＵＥ５はＲＲＣコネクティッドモードとなり、そうでない場合はＲＲＣアイドルモードとなる。
・ＰＤＣＰ層：ＰＤＵのヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行なう。
・ＲＲＣ層：制御信号を取り扱う制御プレーンでのみ定義される。ＵＥ５のＲＲＣ層と無線基地局部４のＲＲＣ層との間では、各種設定のためのメッセージ（ＲＲＣメッセージ）が伝送される。ＲＲＣ層は、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルを制御する。ＵＥ５のＲＲＣと無線基地局部４のＲＲＣとの間に接続（ＲＲＣ接続）がある場合、ＵＥ５はＲＲＣコネクティッドモードとなり、そうでない場合はＲＲＣアイドルモードとなる。
【0052】
以上の層はコントロールプレーン及びユーザプレーンの双方にて使用される。一方、コントロールプレーンのみ、ＵＥ５、中継無線通信部９及びＭＭＥ２には、ＲＲＣ層よりさらに上位にセッション管理及びモビリティ管理等を行なうＮＡＳ層が設けられる。また、無線基地局部４のＥＰＣ機能部３側とのユーザデータ伝送インターフェースには、ＧＴＰ－Ｕ（GPRS（General Packet Radio Service）Tunneling Protocol for User Plane）層が設けられている。ＧＴＰ－Ｕ層は、接続先のＵＥ５ないし中継無線通信部９の識別や、使用する無線ベアラの識別を行なうためのものである。
【0053】
次に、図６は、ＬＴＥシステムにおける下りリンクのチャネルマッピングを示す。ここでは、論理チャネル（Downlink Logical Channel）、トランスポートチャネル（Downlink Transport Channel）及び物理チャネル（Downlink Physical Channel）相互間のマッピング関係を示している。以下、順に説明する。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）は、データの送信のための個別論理チャネルである。ＤＴＣＨは、トランスポートチャネルであるＤＬＳＣＨ（Downlink Shared Channel：下りシェアドチャネル）にマッピングされる。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）は、データの送信のための個別論理チャネルである。ＤＴＣＨは、トランスポートチャネルであるＤＬＳＣＨ（Downlink Shared Channel：下りシェアドチャネル）にマッピングされる。
【0054】
・ＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：専用制御チャネル）：ＵＥ５とネットワークとの間の個別制御情報を送信するための論理チャネルである。ＤＣＣＨは、ＵＥ５及び中継無線通信部９が無線基地局部４とＲＲＣ接続を有する場合に用いられる。ＤＣＣＨは、ＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＣＣＣＨ（Common Control Channel：共通制御チャネル）：ＵＥ５及び中継無線通信部９と無線基地局部４との間の送信制御情報のための論理チャネルである。ＣＣＣＨは、ＵＥ５及び中継無線通信部９が無線基地局部４との間でＲＲＣ接続を有していない場合に用いられる。ＣＣＣＨは、ＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＣＣＣＨ（Common Control Channel：共通制御チャネル）：ＵＥ５及び中継無線通信部９と無線基地局部４との間の送信制御情報のための論理チャネルである。ＣＣＣＨは、ＵＥ５及び中継無線通信部９が無線基地局部４との間でＲＲＣ接続を有していない場合に用いられる。ＣＣＣＨは、ＤＬＳＣＨにマッピングされる。
【0055】
・ＢＣＣＨ（Broadcast Control Channel：放送制御チャネル）：システム情報配信のための論理チャネルである。ＢＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＢＣＨ（Broadcast Channel、放送チャネル）又はＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＰＣＣＨ（Paging Control Channel：ページング制御チャネル）：ページング情報、及びシステム情報変更を通知するための論理チャネルである。ＰＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＰＣＨ（Paging Channel：ページングチャネル）にマッピングされる。
・ＰＣＣＨ（Paging Control Channel：ページング制御チャネル）：ページング情報、及びシステム情報変更を通知するための論理チャネルである。ＰＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＰＣＨ（Paging Channel：ページングチャネル）にマッピングされる。
【0056】
また、トランスポートチャネルと物理チャネルとの間のマッピング関係は以下の通りである。
・ＤＬＳＣＨ及びＰＣＨ：ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel：物理下りシェアドチャネル）にマッピングされる。ＤＬＳＣＨは、ＨＡＲＱ、リンクアダプテーション、及び動的リソース割当をサポートする。
・ＢＣＨ：ＰＢＣＨ（Physical Broadcast Channel：物理ブロードキャストチャネル）にマッピングされる。
・ＤＬＳＣＨ及びＰＣＨ：ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel：物理下りシェアドチャネル）にマッピングされる。ＤＬＳＣＨは、ＨＡＲＱ、リンクアダプテーション、及び動的リソース割当をサポートする。
・ＢＣＨ：ＰＢＣＨ（Physical Broadcast Channel：物理ブロードキャストチャネル）にマッピングされる。
【0057】
次に、図７は、ＬＴＥシステムにおける上りリンクのチャネルマッピングを示す。図６と同様に、論理チャネル（Downlink Logical Channel）、トランスポートチャネル（Downlink Transport Channel）及び物理チャネル（Downlink Physical Channel）相互間のマッピング関係を示している。以下、順に説明する。
【0058】
・ＣＣＣＨ（Common Control Channel：共通制御チャネル）：ＵＥ５及び中継無線通信部９とＥＰＣ機能部３との間の制御情報を送信するために使用される論理チャネルであり、ＥＰＣ機能部３と無線リソース制御（ＲＲＣ：Radio Resource Control）接続を有していないＵＥ５によって使用される。
・ＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：専用制御チャネル）：１対１（point-to-point）の双方向の論理チャネルであり、ＵＥ５及び中継無線通信部９とＥＰＣ機能部３と間で個別の制御情報を送信するために利用するチャネルである。専用制御チャネルＤＣＣＨは、ＲＲＣ接続を有しているＵＥ５によって使用される。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）：１対１の双方向論理チャネルであり、特定のＵＥ又は中継無線通信部専用のチャネルであって、ユーザ情報の転送のために利用される。
・ＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：専用制御チャネル）：１対１（point-to-point）の双方向の論理チャネルであり、ＵＥ５及び中継無線通信部９とＥＰＣ機能部３と間で個別の制御情報を送信するために利用するチャネルである。専用制御チャネルＤＣＣＨは、ＲＲＣ接続を有しているＵＥ５によって使用される。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）：１対１の双方向論理チャネルであり、特定のＵＥ又は中継無線通信部専用のチャネルであって、ユーザ情報の転送のために利用される。
【0059】
・ＵＬＳＣＨ（Uplink Shared Channel：上りリンク共用チャネル）：ＨＡＲＱ）、動的適応無線リンク制御、間欠送信（ＤＴＸ：Discontinuous Transmission）がサポートされるトランスポートチャネルである。
・ＲＡＣＨ（Random Access Channel：ランダムアクセスチャネル）：制限された制御情報が送信されるトランスポートチャネルである。
・ＲＡＣＨ（Random Access Channel：ランダムアクセスチャネル）：制限された制御情報が送信されるトランスポートチャネルである。
【0060】
・ＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel：物理上りリンク制御チャネル）：下りリンクデータに対する応答情報（ＡＣＫ(Acknowledge)/ＮＡＣＫ(Negative acknowledge)）、下りリンクの無線品質情報（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）、および、上りリンクデータの送信要求（スケジューリングリクエスト：Scheduling Request：ＳＲ）を無線基地局部４に通知するために使用される物理チャネルである。
・ＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel：物理上りリンク共用チャネル）：上りリンクデータを送信するために使用される物理チャネルである。
・ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel：物理ランダムアクセスチャネル）：主にＵＥ５から無線基地局部４への送信タイミング情報（送信タイミングコマンド）を取得するためのランダムアクセスプリアンブル送信に使用される物理チャネルである。ランダムアクセスプリアンブル送信はランダムアクセス手順の中で行なわれる。
・ＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel：物理上りリンク共用チャネル）：上りリンクデータを送信するために使用される物理チャネルである。
・ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel：物理ランダムアクセスチャネル）：主にＵＥ５から無線基地局部４への送信タイミング情報（送信タイミングコマンド）を取得するためのランダムアクセスプリアンブル送信に使用される物理チャネルである。ランダムアクセスプリアンブル送信はランダムアクセス手順の中で行なわれる。
【0061】
図７に示すように、上りリンクでは、次のようにトランスポートチャネルと物理チャネルのマッピングが行われる。上りリンク共用チャネルＵＬＳＣＨは、物理上りリンク共用チャネルＰＵＳＣＨにマッピングされる。ランダムアクセスチャネルＲＡＣＨは、物理ランダムアクセスチャネルＰＲＡＣＨにマッピングされる。物理上りリンク制御チャネルＰＵＣＣＨは、物理チャネル単独で使用される。また、共通制御チャネルＣＣＣＨ、専用制御チャネルＤＣＣＨ、専用トラフィックチャネルＤＴＣＨは、上りリンク共用チャネルＵＬＳＣＨにマッピングされる。
【0062】
次に、ＬＴＥシステムの下りリンクにおいては、ＵＥ５及び中継無線通信部９は無線基地局部４に対してＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing、直交周波数分割多重）アクセス（ＯＦＤＭＡ）により無線接続する。ＯＦＤＭＡ方式は、周波数分割多重と時間分割多重とを複合させた二次元の多重化アクセス方式として特徴づけられる。具体的には、直交する周波数軸と時間軸のサブキャリアを分割してＵＥ５に割り振り、各サブキャリアの信号がゼロ（０点）になるように、周波数軸上で直交するサブキャリアを分割する。サブキャリアを分割して周波数軸上に割り当てることにより、あるサブキャリアがフェージングの影響を受けても影響のない別のサブキャリアを選択することができるので、ユーザは無線環境に応じてより良好なサブキャリアを使用でき、無線品質を維持できる利点が生ずる。
【0063】
そして、ＯＦＤＭＡ方式においては、周波数軸と時間軸とが張る仮想平面上で定義されるリソースブロック(Resource Block：以下、ＲＢともいう）が無線リソースとして採用される。ＲＢは図８に示すように、上記平面を１８０ｋＨｚ／０．５ｍｓｅｃでマトリックスに区切ったブロックとして定義され、各ブロックは周波数軸上では１５ｋＨｚ間隔で隣接する１２個のサブキャリアを、時間軸上ではフレームの１スロット分（７シンボル）を含む。このＲＢは時間軸上で隣接する２つ（１ｍｓｅｃ）を１組としてＵＥ５及び中継無線通信部９に割り当てられる。他方、ＬＴＥシステムの上りリンクにおいても、ＳＣ－ＦＤＭ（Single Career Frequency-Division Multiplexing）アクセス（ＳＣ－ＦＤＭＡ）が採用される点を除き、同様の概念のリソースブロックが無線リソースとして用いられる。ＯＦＤＭＡでは１つのリソースブロックが周波数軸上で１２のサブキャリア（帯域幅：１５ｋＨｚ)に分割されるのに対し、ＳＣ－ＦＤＭＡはサブキャリアへの分割がなされないシングルキャリア方式である。
【0064】
図９は、上記の構成の無線通信ユニット１を採用した場合の、本発明の無線ネットワークシステムの構成例を示すものである。該無線ネットワークシステムにおいて無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）は、互いに隣接する無線通信ユニット対（１（Ａ）と１（Ｂ）、１（Ｂ）と１（Ｃ）、１（Ｃ）と１（Ｄ））の基地局セル（５０（Ａ）と５０（Ｂ）、５０（Ｂ）と５０（Ｃ）、５０（Ｃ）と５０（Ｄ））が一部重なる位置関係で、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ），５５（Ｂ），５５（Ｃ）によりカスケード接続されている。該構成により、無線通信ユニット１同士の接続トポロジーが極めて簡略化されていることが容易に把握できる。この場合、例えば無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）の一方に接続されたＵＥ５（Ａ）（移動端末）と他方に接続されたＵＥ５（Ｂ）（移動端末）とが、無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）及び該無線通信ユニット対１（Ａ），１（Ｂ）を接続するユニット間無線ベアラ５５（Ａ）を介してＩＰパケットの送受信を行なうことができる。無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）は、例えば全てが前述の船舶や車両などの移動体上に搭載されていてもよいし、一部のもののみを移動体上に搭載し、残余のものを建物内などに固定設置するようにしてもよい。
【0065】
また、図９においては、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ），５５（Ｂ），５５（Ｃ）によりカスケード接続された無線通信ユニットが３以上（図９では、４つ）となっている。この場合、無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）の１つの無線通信ユニットをなす第一の無線通信ユニット１（Ａ）に接続されたＵＥ（移動端末）５（Ａ）と、無線通信ユニット群１（Ａ）～１（Ｄ）において第一の無線通信ユニット１（Ａ）に対し１以上の中間の無線通信ユニット１（Ｂ），１（Ｃ）を隔てて配置される第二の無線通信ユニット１（Ｃ），１（Ｄ）に接続されたＵＥ（移動端末）５（Ｃ），５（Ｄ）とが、第一の無線通信ユニット１（Ａ）、中間の無線通信ユニット１（Ｂ），１（Ｃ）及び第二の無線通信ユニット１（Ｃ），１（Ｄ）と、それら無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）を接続するユニット間無線ベアラ５５（Ａ），５５（Ｂ），５５（Ｃ）とを介してＩＰパケットを送受信できるようになっている。このように、カスケード接続される無線通信ユニットの数を容易に増やすことができ、より広大なエリアにてＵＥ５同士の無線通信によるＩＰパケットの送受信が可能となる。
【0066】
３ＧＰＰ仕様の無線通信方式においては、該３ＧＰＰに規定された複数の周波数バンドのいずれかが割り当てられる。この割り当てられる周波数バンドは、通信方式によって相違し、例えばＬＴＥバンドとしてはバンド１、３、６、８、１１、１８、１９、２１、２６、２８、４１及び４２が使用されている。いずれのバンドも、予め定められた帯域幅の複数の周波数チャネルに分割され、ＥＰＣ機能部３は、図２のユニット間無線ベアラ５５及び端末用無線ベアラ５７を、予め定められた周波数チャネルを選択して構築することとなる。すなわち、下流ユニット間チャネル、上流ユニット間チャネル及び端末側チャネルは、各々３ＧＰＰに規定される複数のバンドのいずれかに属する周波数チャネルとして設定される。
【0067】
本実施形態において、ＥＰＣ機能部３は、（下流）ユニット間無線ベアラ５５の設定周波数チャネルを、予め定められた特定の１つの周波数チャネルである（下流）ユニット間チャネルに固定設定する。また、端末用無線ベアラ５７の設定周波数チャネルである端末側チャネルについては、（下流）ユニット間チャネルと同一の周波数チャネルに設定される。つまり、ＥＰＣ機能部３は、直下の無線基地局部４に対し、下流側の無線通信ユニット１の中継無線通信部９と移動端末５に対し同一の周波数チャネルを設定する。
【0068】
次に、図９において、無線通信ユニット１（Ａ）のセル５０（Ａ）、無線通信ユニット１（Ｂ）のセル５０（Ｂ）及び無線通信ユニット１（Ｃ）のセル５０（Ｃ）とは互いに重なりを生じている。この場合、例えば無線通信ユニット１（Ｂ）から見て上流及び下流の無線通信ユニット１（Ａ），１（Ｃ）を接続するユニット間無線ベアラ５５（Ａ），（Ｂ）のユニット間チャネルは、これを互いに異なる周波数チャネルに設定することで、ユニット間無線ベアラ５５（Ａ），（Ｂ）の構築に際し、これに関与する、互いに一部重なる複数のセル５０（Ａ）～５０（Ｃ）の間で電波干渉を効果的に防止することができる。また、端末側チャネルについては、上記同一バンドに属する周波数チャネルのうち、下流ユニット間チャネルと同一のチャネルに設定される。
【0069】
この場合、図９のように順次カスケード接続される複数の無線通信ユニット１の列において、セル間の重なりが生じないように定められた限界距離Ｌ内に接続経路長が収まっている複数の無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）について、これらを接続するユニット間無線ベアラ５５（Ａ）～５５（Ｃ）のユニット間チャネルを、全て異なる周波数チャネルに設定することが望ましいといえる。他方、限界距離Ｌ内に接続経路長が収まっている無線通信ユニット１（Ａ）～１（Ｄ）に対し、さらにその上流又は下流に別の無線通信ユニットが接続される場合は、該別の無線通信ユニットを接続するユニット間無線ベアラのユニット間チャネルを、上記限界距離Ｌ内の無線通信ユニットに割り振られたユニット間チャネルのいずれかと同じ周波数チャネルに設定することも可能である。例えば、図９において、無線通信ユニット１（Ａ）のさらに上流側に新たな無線通信ユニットを接続する場合、該新たな無線通信ユニットからみて最も遠い無線通信ユニット１（Ａ）の上流ユニット間無線ベアラと同じ周波数チャネルＣＨ１を、該新たな無線通信ユニットの下流ユニット間チャネルとして設定することができる。
【0070】
また、本実施形態では、上記の同一バンドとして、３ＧＰＰに規定されたバンド２８が採用されている。バンド２８は、地上波アナログテレビ放送の停波にともない空きを生じたＶＨＦ帯（７００ＭＨｚ帯）に設定されている。バンド２８は低周波数帯のため通信速度が幾分遅い関係上、都市部など端末加入者の多いエリア等での採用が積極的に進められておらず、電波リソースの利用状況がそれほどひっ迫していないためスムーズな接続が期待できる。また、低周波数帯であるということは、電波の遠方到達性に優れ、１つの無線通信ユニットがカバーできるエリア（セル）の拡大を図ることができる。また、地下や障害物があっても繋がりやすい特性を有し、例えば海上や鉱山などで本発明の無線ネットワークシステムを構築する上でも好適であるといえる。
【0071】
例えば、図９に示す無線ネットワークシステムを構築する際、最初の無線通信ユニット１（Ａ）（の中継無線通信部９）が孤立した無線通信ユニット１（Ｂ）（の無線基地局部４）にアタッチする際は、アタッチ要求を受ける無線通信ユニット１（Ｂ）が他の無線通信ユニットに対する接続状況から、図８に示す９つのチャネルのうち自身が使用していないチャネルを選んで無線通信ユニット１（Ａ）に、後述のＭＩＢを用いて通知する。これを受けて無線通信ユニット１（Ａ）は、無線通信ユニット１（Ｂ）との間でユニット間無線ベアラを構築するためのチャネル設定を行なう。もし、無線通信ユニット１（Ｂ）が他の無線通信ユニットと接続していない場合は、無線通信ユニット１（Ｂ）は無線通信ユニット１（Ａ）との間のユニット間無線ベアラ５５（Ａ）の構築に使用するチャネル番号としてＣＨ１を通知することとなる。
【0072】
続いて、図９にて無線通信ユニット１（Ｂ）が次の無線通信ユニット１（Ｃ）にアタッチする際は、無線通信ユニット１（Ｃ）から無線通信ユニット１（Ｂ）に対し、下流ユニット間無線ベアラ５５（Ａ）に使用中のチャネル番号（ＣＨ１）を問い合わせ、該チャネル番号（ＣＨ１）の情報を取得したうえで、そのチャネルの次の番号（ＣＨ２）を無線通信ユニット１（Ｂ）との間のユニット間無線ベアラ５５（Ｂ）の構築に使用するチャネル番号として通知する。同様にして、無線通信ユニット１（Ｄ）は無線通信ユニット１（Ｃ）に、さらにその次のチャネル番号（ＣＨ３）をユニット間無線ベアラ５５（Ｃ）の構築に使用するチャネル番号として通知する。図９に図示はしていないが、相互接続される無線通信ユニットの数がさらに増え、図８の９つのチャネルを全て使い切った場合は、再びＣＨ１に戻るかたちで、以降新たに接続される無線通信ユニットについてユニット間無線ベアラに使用するチャネル設定が順次行われてゆく。
【0073】
図１０及び図１１を用い、中継無線通信部９とＵＥ５のアタッチシーケンスの流れについて説明する。図１０は中継無線通信部９のアタッチシーケンスを示す。ＴＳ１では中継無線通信部９から無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４を経由してＭＭＥ２に対し、アタッチ要求が出される。中継無線通信部９は、ｅＮｏｄｅＢ４から定期的に出力される報知信号を受信することにより、ｅＮｏｄｅＢ４のセル内（つまり、圏内）に入ったことを認識でき、アタッチ要求をｅＮｏｄｅＢ４に向けて出力する。このとき、要求元に無線通信ユニットのＩＰアドレスを送信する。ＭＭＥ２はこれを受け、ＴＳ２にてＳ－ＧＷ６に対しベアラ設定要求を送信する。Ｓ－ＧＷ６はＴＳ３にて、Ｐ－ＧＷ７との間でＳ５インターフェース上に物理回線のベアラ設定処理を実行する。ベアラが設定されればＳ－ＧＷ６はＴＳ４にてＭＭＥ２に、ベアラ設定応答を送信する。
【0074】
ＭＭＥ２は、ＴＳ５にて要求元ユニットが下流ユニット間無線ベアラに使用中のチャネル番号を取得し、ＴＳ６で、無線ベアラ設定要求（アタッチ受入れ）を無線基地局部４に対し、設定チャネル番号（取得したチャネルに対する隣接チャネルの番号）とともに通知する。これを受けた無線基地局部４はＴＳ７にて設定するべき無線ベアラ（ユニット間無線ベアラ）の設定チャネル番号を含むＭＩＢ（Master Information Block）を中継無線通信部９に送信する。ＴＳ８にて中継無線通信部９はユニット間チャネルを、受信したＭＩＢに含まれる設定チャネル番号に固定設定し、設定完了を返信する。これを受け、ＴＳ９にて無線基地局部４はセッション開始要求（タッチ受入れ）を中継無線通信部９に通知する。ＴＳ１０にて中継無線通信部９はユニット間無線ベアラを設定し、セッション開始応答を無線基地局部４に返す。ＴＳ１１にて、無線基地局部４は、セッション開始応答をＭＭＥ２に通知する。
【0075】
一方、図１１はＵＥ５（移動端末）のアタッチシーケンスを示す。ＴＳ１１’ではＵＥ５から無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４を経由してＭＭＥ２に対し、アタッチ要求が出される。このとき、要求元に無線通信ユニットのＩＰアドレスを送信する。ＭＭＥ２はこれを受け、ＴＳ１２にてＳ－ＧＷ６に対しベアラ設定要求を送信する。Ｓ－ＧＷ６はＴＳ１３にて、Ｐ－ＧＷ７との間でＳ５インターフェース上に物理回線のベアラ設定処理を実行する。ベアラが設定されればＳ－ＧＷ６はＴＳ１４にてＭＭＥ２に、ベアラ設定応答を送信する。ＭＭＥ２は、図１１の処理に従い、端末用無線ベアラ群として使用可能な設定チャネル番号を決定する。そして、ＴＳ１６で、無線ベアラ設定要求（アタッチ受入れ）を無線基地局部４に決定した設定チャネル番号とともに通知する。これを受けた無線基地局部４はＴＳ１７にて設定するべき無線ベアラ（ユニット間無線ベアラ）の設定チャネル番号を含むＭＩＢ（Master Information Block）をＵＥ５に送信する。この設定チャネル番号は、無線基地局部４に接続している他の無線通信ユニットの中継無線通信部が存在する場合は、その中継無線通信部９と同一のチャネル番号が使用される。
【0076】
ＴＳ１８にてＵＥ５は端末側チャネルを、受信したＭＩＢに含まれる設定チャネル番号に設定し、設定完了を返信する。これを受け、ＴＳ１９にて無線基地局部４はセッション開始要求（アタッチ受入れ）をＵＥ５に通知する。ＴＳ２０にてＵＥ５は端末用無線ベアラを設定し、セッション開始応答を無線基地局部４に返す。ＴＳ２１にて、無線基地局部４は、セッション開始応答をＭＭＥ２に通知する。上記のように、ＵＥ５のアタッチシーケンスと中継無線通信部９のアタッチシーケンスとは、周波数チャネル設定の内容を除き、基本的に同一の手順に従い実行されている。
【0077】
上記の方式によると、複数の無線通信ユニットのいずれかがチャネル設定の調停を行なわなくとも、各無線通信ユニットが個別にアタッチシーケンスを実行することで、１つの無線通信ユニットの下流ユニット間無線ベアラと上流ユニット間無線ベアラとを互いに異なるチャネルに設定できる利点が生じる。他方、該方式では、多くの無線通信ユニットにおいて、下流ユニット間無線ベアラと上流ユニット間無線ベアラが隣接チャネルに設定されることとなり、同一の無線通信ユニットに搭載される中継無線通信部と無線基地局部との間で、隣接チャネル送信波による回り込み干渉の影響が特に大きくなる問題がある。また、仮に何らかの方法で複数の無線通信ユニット間のチャネル設定調停を行なったとしても、無線通信ユニットの接続台数が増えた場合、全ての無線通信ユニットについて上下流のユニット間無線ベアラを、ことごとく互いに隣接しないチャネルに設定することは実際上困難である。
【0078】
しかし、図１４及び図１５の高周波アンテナユニット２５０を採用することにより、上記の問題は効果的に解決される。以下、詳細に説明する。まず、中継無線通信部９及び無線基地局部４の一方の送信波が、他方に対する回り込み干渉波となるのは、次の４つの場合である。
（１）送受信アンテナ９０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナ４０７Ｒへの回り込み干渉。
（２）送受信アンテナ９０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナとして機能している状態の送受信アンテナ４０７ＴＲへの回り込み干渉。
（３）送受信アンテナ４０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナ９０７Ｒへの回り込み干渉。
（４）送受信アンテナ４０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナとして機能している状態の送受信アンテナ９０７ＴＲへの回り込み干渉。
（１）送受信アンテナ９０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナ４０７Ｒへの回り込み干渉。
（２）送受信アンテナ９０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナとして機能している状態の送受信アンテナ４０７ＴＲへの回り込み干渉。
（３）送受信アンテナ４０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナ９０７Ｒへの回り込み干渉。
（４）送受信アンテナ４０７ＴＲからの送信波の、受信アンテナとして機能している状態の送受信アンテナ９０７ＴＲへの回り込み干渉。
【0079】
図１４に示すように、アンテナ支持板２５２（Ａ）及びアンテナ支持板２５２（Ｂ）は、中継無線通信部９の送受信アンテナ９０７ＴＲ及び受信アンテナ９０７Ｒ（第一の送受信アンテナ群）を、下側の無線基地局部４の送受信アンテナ４０７ＴＲ及び受信アンテナ４０７Ｒに対し、給電点間の距離ＤＶがλ／２以上となるように離間させ、回り込み干渉波を自由空間伝搬損失により減衰させる機能を担う。よって、上記（１）～（４）の全ての場合について、その下側に配置される無線基地局部４の送受信アンテナ４０７ＴＲ及び受信アンテナ４０７Ｒとの間の電波干渉が効果的に抑制される。本実施形態においては、図１６に示すように、上方への電波強度の指向性が強い高周波アンテナが採用されていることから、特に（３）又は（４）の、下側の無線基地局部４側の送受信アンテナ４０７ＴＲによる送信波が、上側の中継無線通信部９の送受信アンテナ９０７ＴＲ及び受信アンテナ９０７Ｒにより干渉波として受信される場合に、より一層効果的であるといえる。
【0080】
また、アンテナ支持板２５２（Ａ）は金属製であり、金属遮蔽板としての機能を担う。上記（２）（４）の場合、中継無線通信部９の送受信アンテナ９０７ＴＲと、その直下の無線基地局部４の送受信アンテナ４０７ＴＲとの間での、回り込み干渉波の伝搬距離ＤＰは、金属遮蔽板の効果を除外して考えると、上記ＤＶとほぼ等しい。この場合、送受信波の周波数が７００ＭＨｚ（λ＝０．４３ｍ）、ＤＶ＝２λのとき、回り込み干渉波の自由空間伝搬損失はおよそ２８ｄＢ程度となる。また、実際には金属遮蔽板での反射を伴うマルチパス伝搬となることを考慮すれば、回り込み干渉波の実伝搬距離を上記の値の例えば１．５～３倍程度と見積もったとき、回り込み干渉波の自由空間伝搬損失は３１～３８ｄＢ程度になるとも推測される。
【0081】
一方、上記の（１）（３）の場合は、上下の各受信アンテナ９０７Ｒ及び４０７Ｒが、各々対応する送受信アンテナ９０７ＴＲ及び４０７ＴＲに対し、水平方向に距離ＤＨだけ離間して配置されており、送受信アンテナ９０７ＴＲ，４０７ＴＲから受信アンテナ９０７Ｒ，４０７Ｒへの回り込み干渉波の伝搬距離は、（２）（４）の場合よりも大きくできる。具体的には、送受信アンテナ９０７ＴＲと受信アンテナ４０７Ｒとの間、及び送受信アンテナ４０７ＴＲと受信アンテナ９０７Ｒとの間の各伝搬距離ＤＰは、金属遮蔽板の効果を除外して考えると、幾何学的に（（ＤＶ）２＋（ＤＨ）２）０．５と計算できる。例えば、ＤＶ＝２λ、ＤＨ＝３／２λのとき、ＤＰ＝２．５λとなり、送受信波の周波数が７００ＭＨｚ（λ＝０．４３ｍ）のときの自由空間伝搬損失はおよそ３０ｄＢ程度となる。この場合も金属遮蔽板での反射を考慮して、例えば実伝搬距離を上記の値の１．５～３倍程度と見積もった場合、回り込み干渉波の自由空間伝搬損失は３３～４０ｄＢ程度になると推測される。
【0082】
また、上記いずれの場合においても、図１５に示すマージン距離Ｍｘ，Ｍｙが大きく設定されているほど、金属遮蔽板での反射による回り込み干渉波の実伝搬距離が長くなり、自由空間伝搬損失による干渉波の減衰効果を大きくすることができる。また、距離ＤＶがλ／２を下回ると、上下の高周波アンテナ間のアイソレーションを向上させる効果が不十分となる。距離ＤＶは望ましくはλ（１波長）以上、より望ましくは１．５λ以上確保されているのがよい。
【0083】
次に、図１４の構成において、上段の送受信アンテナ９０７ＴＲと下段の送受信アンテナ４０７ＴＲとは、図１７に示すようにｘ－ｙ平面への投影にてヌル点ＮＰが互いに重なる位置関係で配置されているは。これは、上記（２）（４）の場合の回り込み干渉波の影響をさらに低減することに貢献している。すなわち、送受信アンテナ９０７ＴＲと送受信アンテナ４０７ＴＲの一方から他方に干渉波が直接伝搬する方向が、両アンテナのいずれもヌル点ＮＰを含む向きであり、送信波の放射強度と、受信波に対する感度がいずれも最小となる。よって、上下の高周波アンテナ間の直接波による干渉の影響が構造的に非常に生じにくい特質を有しているといえる。
【0084】
金属遮蔽板による反射の影響を考慮すれば、水平方向成分を有したマルチパス干渉波が金属遮蔽板を迂回して受信されてしまう現象はもちろん生じうる。ここで、例えば図１６上のチャートによると、電波放射強度が高くなるのは、ヌル点が合わせ込まれているｚ軸方向から角度的にある程度（例えば５～２０°程度）外れた向きであり、強い干渉波ほどｚ軸からの角度的な隔たりは大きくなる。つまり、垂直方向から角度的に外れた反射波が他方のアンテナに受信されるまでの伝搬長は、外れ角度が大きいほど大きくなり、自由空間伝搬損失による減衰の効果が高められる。つまり、直接波に近い角度領域はアンテナからの放射強度がもともと低く、直接波から隔たった角度領域では自由空間伝搬損失による減衰効果が大きく働く結果、上記のように上下の高周波アンテナ間のヌル点を合わせ込んだ構成とすることは、金属遮蔽板を設ける場合にあっても、回り込み干渉波をより低減する上で有利であるといえる。
【0085】
また、図１４において、最上段のアンテナ支持板２５２（Ａ）には中継無線通信部９に接続される送受信アンテナ群９０７ＴＲ，９０７Ｒが配置されている。これにより、ユニット間無線ベアラを構築する際に、特に中継無線通信部９からの、電波強度の比較的低い上りリンクの送信波に対する障害物が支持枠体２５１から排除されるので、中継無線通信部９による上りリンクのスループットを高めることができる。また、下段のアンテナ支持板２５２（Ｂ）も上段のアンテナ支持板２５２（Ａ）と同様に金属製とされている。該アンテナ支持板２５２（Ｂ）は、高周波アンテナの金属基体２００Ｂと導通密着することで接地金属の体積を増加させ、接地電位の安定化を図る役割を果たしている。
【0086】
なお、図３の中継無線通信部９及び無線基地局部４の送受信アンテナ群が、図１４を援用して括弧書きにて示すように、単純に送信専用アンテナ９０７Ｔ，４０７Ｔと、受信専用アンテナ９０７Ｒ，４０７Ｒとに分離された構造となっている場合は、ヌル点を一致させる高周波アンテナの組み合わせは、上段の送信専用アンテナ９０７Ｔ及び下段の受信アンテナ４０７Ｒ、ならびに上段の受信専用アンテナ９０７Ｒ及び下段の送信アンテナ４０７Ｔとすればよい。
【0087】
以下、本発明の高周波アンテナユニットの種々の変形例について説明する。なお、図１４及び図１５に示す構成と共通する部分には、同一の符号を付与して詳細な説明は略する。まず、上段のアンテナ支持板２５２（Ａ）（金属遮蔽板）による干渉波低減効果が十分に大きい場合には、図１８に示すように、下段の各高周波アンテナ４０７ＴＲ及び４０７Ｒを、上段の各高周波アンテナ９０７ＴＲ及び９０７Ｒに対して、平面視にて互いに重ならない位置関係にて配置することも可能である。また、図１９は、上下のアンテナ間の距離ＤＶを本発明の下限値λ／２まで縮小した場合の実施形態を示すものである。
【0088】
また、図２０に示すように、各アンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）の方形の板面の対角線に沿って、高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ及び高周波アンテナ４０７ＴＲ，４０７Ｒを配置することもできる。これにより、アンテナ支持板上の高周波アンテナ間の距離をさらに拡大することができる。図２０においては、各アンテナ支持板２５２（Ａ），２５２（Ｂ）の同一方向の対角線に沿って、上下の高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ及び４０７ＴＲ，４０７Ｒを、ヌル点が平面視にて互いに重なるように配置している。しかし、上段のアンテナ支持板２５２（Ａ）（金属遮蔽板）による干渉波低減効果が十分に大きく確保できる場合などでは、図２１に示すように、下段の各高周波アンテナ４０７ＴＲ及び４０７Ｒを、上段の各高周波アンテナ９０７ＴＲ及び９０７Ｒとは異なる向きの対角線に沿って配置することも可能である。
【0089】
図２２は、上下のアンテナ支持板２５２’（Ａ），２５２’（Ｂ）の要部を絶縁材料で構成した例であり、金属遮蔽板が省略された構造となっている。図２３に示すように、アンテナ支持板２５２’（Ａ），２５２’（Ｂ）は支柱２５３に支持される金属製のフレーム２５２ｆ（Ａ），２５２ｆ（Ｂ）と、これに支持される樹脂ないし木材等の絶縁材料板からなる本体２５２ｐ（Ａ），２５２ｐ（Ｂ）とを有する。図２２に示すように、高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ及び高周波アンテナ４０７ＴＲ，４０７Ｒは本体２５２ｐ（Ａ），２５２ｐ（Ｂ）上に固定されるとともに、それらの各金属取付板２０１は導電性ワイヤＧＷにより、接地導体として機能するフレーム２５２ｆ（Ａ），２５２ｆ（Ｂ）と結合されている。この構成では、金属遮蔽板による回り込干渉波の迂回及び減衰効果が見込めない。そこで、上下のアンテナ支持板２５２’（Ａ），２５２’（Ｂ）の間隔を図１４の構成からやや広げ、アンテナの給電点間の間隔ＤＶを図１４の２λから２．５λに若干広げている。
【0090】
前述の（２）（４）の場合、送受信波の周波数が７００ＭＨｚ（λ＝０．４３ｍ）、ＤＶ＝２．５λとすると、回り込み干渉波の自由空間伝搬損失は図１４の２８ｄＢ程度から３０ｄＢ程度に改善される。また、（１）（３）の場合は、ＤＶ＝２．５λ、ＤＨ＝３／２λのとき、ＤＰ＝２．９λとなり、送受信波の周波数が７００ＭＨｚ（λ＝０．４３ｍ）のときの自由空間伝搬損失はおよそ３１ｄＢ程度と、図１４の場合の３０ｄＢから改善される。
【0091】
次に、図２４に示す高周波アンテナユニット１２５０は、複数の送受信アンテナ群に含まれる送信アンテナ及び受信アンテナに各々個別に対応する形でアンテナ支持板を設け、それらアンテナ支持板の第一主表面上に、送信アンテナ及び受信アンテナのいずれかを固定した例を示すものである。すなわち、図２４の高周波アンテナユニット１２５０に含まれる４つの高周波アンテナ２００（９０７ＴＲ，９０７Ｒ，４０７ＴＲ，４０７Ｒ）は、個別の（すなわち、４つの）金属製のアンテナ支持板２５２（Ｃ）～２５２（Ｆ）にそれぞれ単独で取り付けられている。アンテナ支持板２５２（Ｃ）～２５２（Ｆ）は図１４と同様に、上下に隣接する高周波アンテナ２００同士の間隔ＤＶがλ／２以上（図２４では（３／４）λ）となるように、支柱２５３により支持されている。
【0092】
図２４の高周波アンテナユニット１２５０の構成では、個々のアンテナ支持板２５２（Ｃ）～２５２（Ｆ）に支持される高周波アンテナ２００の数が一つのみであり、図１４の高周波アンテナユニット２５０と比較して、支持枠体２５１の設置占有面積を大幅に縮小できる利点がある。また、図２５は、各アンテナ支持板２５２（Ｃ）～２５２（Ｆ）に対する、図１４の４つの高周波アンテナ９０７ＴＲ，９０７Ｒ，４０７ＴＲ，４０７Ｒの好ましい配置順序を示す表である。表上段に示す例では、最も上のアンテナ支持板２５２（Ｃ）から下のアンテナ支持板２５２（Ｆ）に向けて、中継無線通信部９の送受信アンテナ９０７ＴＲ、同じく受信アンテナ９０７Ｒ（以上、第一の送受信アンテナ群）、無線基地局部４の受信アンテナ４０７Ｒ、同じく送受信アンテナ４０７ＴＲ（以上、第二の送受信アンテナ群）がこの順に配置されている。
【0093】
この配列においては、送受信アンテナ９０７ＴＲを最上段のアンテナ支持板２５２（Ｃ）に配設することで、図１４の構成と同様に、中継無線通信部９からの電波強度の比較的低い上りリンクの送信波に対する障害物が支持枠体２５１から排除され、中継無線通信部９による上りリンクのスループットを高めることができる。そして、送信出力が比較的大きい無線基地局部４の送受信アンテナ４０７ＴＲを最下段に配設することで、中継無線通信部９の送受信アンテナ９０７ＴＲ及び受信アンテナ９０７Ｒまでの距離を、図１４の構成よりもさらに拡大することができ、これらアンテナに向けた回り込み干渉波の自由空間伝搬損失をより大きくすることができる。
【0094】
なお、アンテナ支持板２５２間の距離が十分に大きいか、又はアンテナ支持板２５２（Ｄ）による電波遮蔽効果が十分に大きい場合は、図２５の表下段に示すごとく、中継無線通信部９の送受信アンテナ９０７ＴＲ及び受信アンテナ９０７Ｒの上下の配置関係を入れ替えてもよい。また、図２６に示す高周波アンテナユニット１２５０’のように、金属遮蔽板として機能するアンテナ支持板２５２（Ｄ）以外のアンテナ支持板を、図２３と同様の絶縁型のアンテナ支持板２５２’（Ｃ）、アンテナ支持板２５２’（Ｅ）及びアンテナ支持板２５２’（Ｆ）として構成することもできる。
【0095】
さらに、図２７に示すように、アンテナ支持板間の距離をさらに拡大することで、全てのアンテナ支持板を絶縁型のアンテナ支持板２５２’（Ｃ）～アンテナ支持板２５２’（Ｆ）として構成することもできる。この場合、図中一点鎖線で示すように、第一の送受信アンテナ群と第二の送受信アンテナ群とを区画する位置に、アンテナ支持板とは別に金属遮蔽板２５２Ｍを設けることも可能である。金属遮蔽板２５２Ｍは図１４のアンテナ支持板と同様の構成であり、上下のアンテナ支持板２５２’（Ｄ），２５２’（Ｅ）の高さ方向における中間位置にて、支柱２５３により支持されている。
【0096】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲にてさらに種々の変形を加えることができる。例えば、図３の無線通信ユニット１において、中継無線通信部９及び無線基地局部４の一方又は双方を複数搭載することも可能である。この場合、それらに対応する送受信アンテナ群は３以上必要となるが、図１４等に示す本発明の高周波アンテナユニットは、同様の概念にてそれら３以上の送受信アンテナ群を上記の配列方向に所定の間隔で配列した構成とすることができる。
【符号の説明】
【0097】
１（Ａ），１（Ｂ） 無線通信ユニット
ＷＳ（Ａ），ＷＳ（Ｂ） 大型船舶
２ ＭＭＥ
３ ＥＰＣ機能部
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＡＭ
３０３ マスクＲＯＭ
３０４Ａ 上流側通信インターフェース
３０４Ｂ 下流側通信インターフェース
３０５ フラッシュメモリ
３０５ａ 通信ファームウェア
３０５ｂ ＭＭＥエンティティ
３０５ｃ Ｓ－ＧＷエンティティ
３０５ｄ ＰーＧＷエンティティ
３０６ バス
２１ 二次電池モジュール
２２ 電源回路部
２３ 可搬型筐体
３０，３１ 通信バス
４ 無線基地局部
４０１ ＣＰＵ
４０２ ＲＡＭ
４０３ マスクＲＯＭ
４０４ 通信インターフェース
４０５ フラッシュメモリ
４０５ａ 通信ファームウェア
４０６ バス
４０７ＴＲ 送受信アンテナ
４０７Ｒ 受信アンテナ
４１２ 無線通信部
５ ＵＥ（移動端末）
６ Ｓ－ＧＷ
７ Ｐ－ＧＷ
８ ルータ
９ 中継無線通信部
９０１ ＣＰＵ
９０２ ＲＡＭ
９０３ マスクＲＯＭ
９０５ フラッシュメモリ
９０５ａ 通信ファームウェア
９０６ バス
９０７ＴＲ送受信アンテナ
９０７Ｒ 受信アンテナ
９１２ 無線通信部
５０（Ａ），５０（Ｂ） 通信エリア
５５ ユニット間無線ベアラ
５７ 端末用無線ベアラ
２００ 高周波アンテナ
２００Ｂ 金属基体
２０１ 金属取付板
２０２ アンテナ給電板
２０３ アンテナエレメント
２５１ 支持枠体
２５２ アンテナ支持板
２５２ｈ 挿通孔
２５０ 高周波アンテナユニット
２５５ 締結部材
ＡＤ 配列方向
ＮＰ ヌル点
ＷＳ（Ａ），ＷＳ（Ｂ） 大型船舶
２ ＭＭＥ
３ ＥＰＣ機能部
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＡＭ
３０３ マスクＲＯＭ
３０４Ａ 上流側通信インターフェース
３０４Ｂ 下流側通信インターフェース
３０５ フラッシュメモリ
３０５ａ 通信ファームウェア
３０５ｂ ＭＭＥエンティティ
３０５ｃ Ｓ－ＧＷエンティティ
３０５ｄ ＰーＧＷエンティティ
３０６ バス
２１ 二次電池モジュール
２２ 電源回路部
２３ 可搬型筐体
３０，３１ 通信バス
４ 無線基地局部
４０１ ＣＰＵ
４０２ ＲＡＭ
４０３ マスクＲＯＭ
４０４ 通信インターフェース
４０５ フラッシュメモリ
４０５ａ 通信ファームウェア
４０６ バス
４０７ＴＲ 送受信アンテナ
４０７Ｒ 受信アンテナ
４１２ 無線通信部
５ ＵＥ（移動端末）
６ Ｓ－ＧＷ
７ Ｐ－ＧＷ
８ ルータ
９ 中継無線通信部
９０１ ＣＰＵ
９０２ ＲＡＭ
９０３ マスクＲＯＭ
９０５ フラッシュメモリ
９０５ａ 通信ファームウェア
９０６ バス
９０７ＴＲ送受信アンテナ
９０７Ｒ 受信アンテナ
９１２ 無線通信部
５０（Ａ），５０（Ｂ） 通信エリア
５５ ユニット間無線ベアラ
５７ 端末用無線ベアラ
２００ 高周波アンテナ
２００Ｂ 金属基体
２０１ 金属取付板
２０２ アンテナ給電板
２０３ アンテナエレメント
２５１ 支持枠体
２５２ アンテナ支持板
２５２ｈ 挿通孔
２５０ 高周波アンテナユニット
２５５ 締結部材
ＡＤ 配列方向
ＮＰ ヌル点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】