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JP3204111B2 - 指向性制御アンテナ装置 - Google Patents

指向性制御アンテナ装置

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JP3204111B2
JP3204111B2 JP22634596A JP22634596A JP3204111B2 JP 3204111 B2 JP3204111 B2 JP 3204111B2 JP 22634596 A JP22634596 A JP 22634596A JP 22634596 A JP22634596 A JP 22634596A JP 3204111 B2 JP3204111 B2 JP 3204111B2
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antenna
estimating
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directivity control
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誠 長谷川
昭彦 松岡
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Panasonic Holdings Corp
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主として、携帯電話
やページャ等の移動通信システムの基地局、移動局に用
いる指向性制御を行う指向性制御アンテナ装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、移動体通信分野では各基地局に割
り当てられたエリアに複数の移動局を収容する方式とし
て時分割多重（ＴＤＭＡ）、周波数分割多重（ＦＤＭ
Ａ）、符号分割多重（ＣＤＭＡ）などが用いられてき
た。時分割多重方式は、複数の移動局と基地局が交信す
るために、同一周波数のチャネルを時間軸方向で等間隔
の通信スロットを設けて使用する。周波数分割多重は、
複数の移動局と基地局が交信するために、複数の周波数
チャネルを使用する。符号分割多重は、複数の移動局で
互いに相関の無い符号でスペクトル拡散変調を行うこと
により、同じ周波数帯で移動局と基地局で交信を行う。
また、基地局のサービスエリアは予め決められた大きさ
に固定されそのエリア内に存在する移動局のみと通信し
ており、また基地局とその基地局のサービスエリア内に
存在する移動局の使用する周波数も隣接する基地局や移
動局同士で干渉しあわないように予め決められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術を用い
た場合、１つの基地局のエリアに収容可能な移動局の台
数は、時分割多重方式の場合は移動局に割り当てられる
通信スロットの総数に制限され、周波数分割多重方式の
場合には周波数チャネルの総数に制限され、符号分割多
重の場合には、データ伝送レートとスペクトル拡散チッ
プレートの比により決定される妨害除去の能力によって
エリア内に収容できる移動局が制限されていた。周波数
資源は有限であり、移動通信機器用に割り当てられるこ
とのできる周波数チャネルや周波数帯域幅には限りがあ
り、移動通信システムの収容できる移動局の台数に上限
ができてしまう。また、基地局のサービスエリアの大き
さや使用する周波数も固定されているため、１つの基地
局の通信スロットや通信チャネルに余裕があり、隣接基
地局の通信スロットや通信チャネルが満杯の場合に、全
体で通信スロットや通信チャネルの空きがあっても通信
が行えない場合があるという問題点があった。
【０００４】本発明は上記課題を解決するものであり、
同一または少数の周波数で多数の移動局を収容する、通
信スロットまたは通信チャネルの利用効率の良い移動体
通信システムの実現を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、基地局の受信した信号を用いて到来方向推
定手段が移動局から電波の到来方向を推定することによ
り、移動局の方向を推定しその結果に基づいてアンテナ
指向性制御手段がアンテナの指向性ビームの指向性のピ
ーク方向を移動局の方向に向けることにより、交信を行
う移動局方向以外への電波の放射を抑え、他の基地局や
移動局への妨害を無くし、少ない送信電力や繰り返し周
波数で複数の移動局に対して交信を行うことが可能とな
る。また移動局位置推定手段が移動局の位置を推定する
ことにより、基地局間でのハンドオーバや周波数の割り
当てを逐次行うことが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基地局に自エリア内の移動局に対して電波の送信受
信を行うアレーアンテナと、移動局と常にデータ送受信
を行うデータ送受信アンテナと、前記アレーアンテナの
受信信号を中間周波数またはベースバンド周波数に変換
し前記中間周波数または前記ベースバンド周波数の送信
信号を送信周波数に変換する周波数変換手段と、前記周
波数変換手段の出力信号の共分散行列の固有ベクトルを
利用する手法を用いて前記移動局からの電波の到来方向
を推定することにより前記移動局が存在する方向および
エリア内の前記移動局の局数を推定し、推定された局数
が前記アレーアンテナの素子数より少ない場合はその推
定を結果として用い、推定された局数が前記アレーアン
テナの素子数と等しい場合は前記アレーアンテナとデー
タ送受信アンテナの両者のアンテナ素子で受信した受信
信号を用いて前記移動局からの電波の到来方向を推定す
ることにより前記移動局が存在する方向およびエリア内
の前記移動局の局数を推定する到来方向推定手段と、前
記アレーアンテナの各素子の送信信号または受信信号の
位相振幅を変化させることにより前記到来方向推定手段
が推定した前記移動局の方向に前記アレーアンテナの指
向性ビームのピーク方向を向けるアンテナ指向性制御手
段とを備え、前記アンテナ指向性制御手段が形成する同
じ指向性ビームで前記移動局からの受信と前記移動局へ
の送信を時分割で行うことを特徴とする指向性制御アン
テナ装置であり、到来方向推定手段が推定する移動局か
らの電波の到来方向がそのまま基地局から見た移動局の
方向となり、推定値の数が自エリア内移動局の数となる
ため、その方向にアンテナ指向性制御手段がアンテナビ
ームのピークを向けることにより、他の移動局や基地局
に妨害を与えること無く、少ない送信電力で交信するこ
とができるという作用を有する。
【０００７】
【０００８】
【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、到来方
向推定手段の推定結果で基地局の自エリア内の移動局が
アレーアンテナの素子数よりも多い時は、アンテナ指向
性制御手段が前記アレーアンテナとデータ送受信アンテ
ナの各素子の位相振幅を変化させて指向性ビームを全方
位にスイープさせ電波の受信が確認された方向で順次受
信を行うことを特徴とする請求項１記載の指向性制御ア
ンテナ装置であり、推定結果の移動局数がアレーアンテ
ナの素子数より多い場合には推定結果が正しく得られて
いないので、アレーアンテナと送受信アンテナの両者で
アンテナの開口面積を大きくし鋭いアンテナ指向性ビー
ムを形成し全方位をスイープするため到来方向が推定で
きていなくても移動局の位置を知ることができるという
作用を有する。
【００１０】本発明の請求項３に記載の発明は、アレー
アンテナとして素子が一直線上に並ぶリニアアレーを用
い、３個またはそれ以上の基地局がそれぞれ同一の移動
局からの電波を受信しそれぞれの前記基地局の到来方向
推定手段の推定結果の方向を用いて前記移動局の位置を
推定する移動局位置推定手段と、前記移動局位置推定手
段が推定した前記移動局の位置と前記到来方向推定手段
が推定した前記移動局の方向を用いて移動体の仰角を算
出する仰角算出手段とを有することを特徴とする請求項
１又は２記載の指向性制御アンテナ装置であり、移動局
位置推定手段が３個またはそれ以上の移動局の到来方向
推定結果の方向に基地局から伸ばした円錐状の移動局存
在可能エリアの交点を移動局の位置とすることにより、
移動局がそれぞれに位置推定手段を有さない場合でも基
地局が移動局の正確な位置を推定することができ、移動
局の位置とアンテナの位置、高さ情報から移動局の仰角
を知ることができるという作用を有する。
【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、アレー
アンテナとして素子が一直線上に並ぶリニアアレーを用
い、基地局に前記アレーアンテナの受信信号の強度を測
定する電界強度測定手段と、前記電界強度測定手段の測
定した受信信号の強度と前記アレーアンテナの指向性デ
ータから移動局の仰角を算出する仰角算出手段と、到来
方向推定手段が推定する移動体の方向と前記仰角算出手
段の算出する前記仰角と前記アレーアンテナの高さから
前記移動局の位置を推定する移動局位置推定手段とを有
することを特徴とする請求項１又は２記載の指向性制御
アンテナ装置であり、移動局と基地局の距離による伝搬
損失およびアレーアンテナ指向性から計算される受信電
力と仰角との対応関係と、到来方向推定手段が推定する
移動局の方向から移動局位置推定手段が移動局の位置を
推定できるという作用を有する。
【００１２】本発明の請求項５に記載の発明は、移動局
が、進行方向情報を出力する進行方向検出手段と、進行
距離情報を出力する進行距離検出手段と、前記進行方向
情報と前記進行距離情報を基地局に無線で送出するデー
タ送出手段とを有し、前記基地局は前記進行方向情報と
前記進行距離情報と到来方向推定手段から得られる一定
時間間隔での前記移動局の方向の変化から前記移動局の
位置を推定する移動局位置推定手段とを有することを特
徴とする請求項１又は２記載の指向性制御アンテナ装置
であり、移動局では進行方向情報と進行距離情報から一
定時間間隔での自らの相対的位置変化を検出することが
でき、一方基地局では移動局の方向の変化を検出するこ
とができ、移動局から相対的位置変化のデータを受け取
るため、この両者から移動局の絶対的位置を検出ができ
るという作用を有する。
【００１３】本発明の請求項６に記載の発明は、アレー
アンテナとして素子が一直線上に並ぶリニアアレーを用
い、前記リニアアレーアンテナを水平面内方向で回転さ
せるアンテナ水平面内回転手段と、前記アンテナ水平面
内回転手段が３つ以上の特定の角度にアンテナを回転さ
せた時それぞれの角度での到来方向推定手段が推定した
電波の到来方向の結果の値から移動局の位置を推定する
移動局位置推定手段とを有することを特徴をする請求項
１又は２記載の指向性制御アンテナ装置であり、それぞ
れの水平面内角度での推定結果で移動局がリニアアレー
を軸とする円錐上に存在することがわかるので３つ以上
の水平面内角度に対する円錐の交点として、移動局位置
推定手段が移動局の位置を検出することができるという
作用を有する。
【００１４】本発明の請求項７に記載の発明は、移動局
からの電波伝搬の遅延時間を推定する伝搬遅延時間推定
手段と、前記移動局からの電波の電界強度を測定する電
界強度測定手段と、到来方向推定手段が電波の到来方向
を推定し、前記移動局がエリア内に１局のみ存在する時
に推定された電波伝搬の遅延時間と電波の到来方向から
多重伝搬信号を補償する伝搬路等化手段とを有すること
を特徴とする請求項１又は２記載の指向性制御アンテナ
装置であり、伝搬路等化手段が多重伝搬路による遅延信
号を検出し補償することにより受信信号の波形歪みを小
さくし受信誤りを少なくすることができるという作用を
有する。
【００１５】本発明の請求項８に記載の発明は、到来方
向推定手段がＮ個の移動局からの電波の到来方向を推定
した時アレーアンテナの指向性のヌル点をＮ−１個の前
記移動局に向けるヌル点生成手段とを有することを特徴
とする請求項１ないし７のいずれか記載の指向性制御ア
ンテナ装置であり、１つまたは少数の周波数チャネルで
移動局と基地局が交信する場合でも、他の移動局からの
電波が妨害することなく特定の１つ移動局と交信するこ
とができるという作用を有する。
【００１６】本発明の請求項９に記載の発明は、アレー
アンテナの１つまたは複数のアンテナ素子からなる組を
２組選択しそれぞれの組で各素子の受信信号を合成し２
組の合成された受信信号の大きさの差から移動局の存在
する方向を推定する到来方向推定手段とを有することを
特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の指向性制
御アンテナ装置であり、２組のアンテナ素子からなる組
の異なるアンテナ指向性により、電波の到来方向によっ
て２組の合成信号の大きさの差が変化するため、その差
から到来方向推定手段が移動局の方向を推定できるとい
う作用を有する。
【００１７】本発明の請求項１０に記載の発明は、アレ
ーアンテナとは別に前記アレーアンテナの素子の並ぶ線
上とは異なる位置に配置されたオフセットされたアンテ
ナ素子を有し、前記オフセットされたアンテナ素子と前
記アレーアンテナ上の素子の組を第１のアンテナ素子の
組とし、前記アレーアンテナ上で前記第１のアンテナ素
子の組に含まれない素子の組を第２のアンテナ素子の組
とし、前記第１のアンテナ素子の組と前記第２のアンテ
ナ素子の組でそれぞれ各素子の受信信号を合成し、２組
の合成された信号の大きさの差から移動局の方向を推定
する到来方向推定手段とを有することを特徴とする請求
項１ないし８のいずれか記載の指向性制御アンテナ装置
であり、第１のアンテナ素子の組と第２のアンテナ素子
の組とはピークの方向が異なる指向性を形成することが
でき、到来方向推定手段が移動局の位置を正確に推定で
きるという作用を有する。
【００１８】本発明の請求項１１に記載の発明は、移動
局位置推定手段が推定した移動局の位置が自基地局のエ
リアから他基地局のエリアへと移動することを検出した
場合に移動先のエリアの基地局へ送受信の制御を有線に
て要求し同時に前記移動局の識別符号を有線で送出する
エリア切り替え制御手段を各基地局が有することを特徴
とする請求項３ないし６のいずれかに記載の指向性制御
アンテナ装置であり、移動局が他のエリアへ移動する時
そのエリアの基地局が待ち受けることができるので、エ
リア移動前後で同じ周波数を利用することができ、エリ
ア切り替え時も安定した交信を行うことができる。
【００１９】本発明の請求項１２に記載の発明は、移動
局がランダムな時間スロットにランダムな周波数で制御
信号を送出する制御信号送出手段を有し、基地局は前記
制御信号送出時に前記基地局の到来方向推定手段が前記
移動局の方位を推定することを特徴とする請求項１ない
し１１のいずれか記載の指向性制御アンテナ装置であ
り、基地局の自エリア内にアンテナ素子数以上の移動局
が存在する場合にも制御信号送出手段が複数の時間スロ
ット、複数の周波数チャネルからランダムに１つを選択
して制御信号を送出するため、移動局の信号がお互いに
妨害となることなく、また基地局の前記到来方向推定手
段が移動局の方向の推定ができるという作用を有する。
【００２０】本発明の請求項１３に記載の発明は、基地
局に中心周波数が可変で帯域通過特性を持つ周波数可変
フィルタとを有し、前記周波数可変フィルタを通過した
信号を用いて到来方向推定手段が移動局の方位を推定す
ることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか記載
の指向性制御アンテナ装置であり、基地局の自エリア内
にアンテナ素子数以上の移動局が存在する場合にも、各
移動局が異なる複数の周波数を用いて基地局と交信すれ
ば基地局の前記到来方向推定手段が、周波数可変フィル
タの通過帯域内にある各周波数の信号ごとに移動局の方
向の推定ができるという作用を有する。
【００２１】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１８を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の第１の実施の形態によ
る指向性制御アンテナ装置のブロック結線図である。図
１において１１はアレーアンテナ、１２は到来方向推定
手段、１３はアンテナ指向性制御手段、１４は周波数変
換手段である。
【００２２】図２は移動局と基地局の関係を示す図であ
り、２１は基地局、２３はアンテナ指向性制御手段によ
り形成されたアンテナ指向性ビーム、２４は第１の移動
局、２５は第２の移動局である。
【００２３】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置に関して、以下にその動作を説明する。
【００２４】基地局２１はアレーアンテナ１１で、移動
局からの電波を受信する。周波数変換手段１４は、アレ
ーアンテナ１１の受信信号を、到来方向推定手段１２が
信号処理を行う中間周波数またはベースバンド周波数に
周波数変換を行う。到来方向推定手段１２は、周波数変
換された受信信号をＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法等
の、各アレー素子での受信信号の共分散行列の固有ベク
トルを利用する手法を用いて、その電波の到来する方向
を推定する。
【００２５】図２に示す場合、第１の移動局２４、第２
の移動局２５の２つの移動局が存在する時には、アレー
アンテナ１１は同時に２つの電波を受信するが、両者が
異なるデータで変調されている場合には、両者の信号の
相関がないため２つの移動局の方向が判別可能である。
最大、アンテナ素子数までの移動局の数について方向の
判別可能となる。このとき、例えばＭＵＳＩＣ法を用い
て推定を行った場合、固有値の大きさを判定することに
より電波の到来波数を推定することができる。
【００２６】したがって、エリア内の移動局の個数がわ
かり、電波の到来方向が移動局の方向となるため、アン
テナ指向性制御手段１３はアンテナの各素子に対する中
間周波数またはベースバンド周波数に変換された受信信
号の振幅位相を変化させて、移動局の方向にアンテナの
指向性のピークを向ける。
【００２７】この場合、アンテナ指向性制御手段１３に
より形成されたアンテナ指向性ビーム２３は、それぞれ
の移動局に向けられ、この状態で受信の際には、周波数
変換手段１４は受信信号を中間周波数またはベースバン
ド周波数に周波数変換し、送信の際には、周波数変換手
段１４は中間周波数またはベースバンド周波数の送信信
号を送信周波数に周波数変換し、アレーアンテナ１１が
移動局へ送出する。
【００２８】図３は本発明の第１の実施の形態による他
の構成の指向性制御アンテナ装置のブロック結線図であ
る。図３において３３はアンテナ指向性制御手段であ
る。
【００２９】図３において、図１と異なるのは、３３の
アンテナ指向性制御手段がアレーアンテナの送信信号ま
たは受信信号の振幅位相を直接変化させることによりア
レーアンテナ１１の指向性を変化させていることであ
る。アレーアンテナ１１は各素子が等位相等振幅で励振
されている状態で、到来方向推定手段１２が移動局の存
在する方向を推定し、その結果を用いてアンテナ指向性
制御手段３３は、アレーアンテナの各素子の送信信号ま
たは受信信号の振幅位相を変化させ、移動局の方向にア
ンテナ指向性のピークを向ける。
【００３０】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、アレーアンテナの各素子の受信信号を用いて到来
方向推定手段が電波の到来方向を推定するので、予め固
定されたアンテナ指向性によりエリアを固定することな
く、アンテナの指向性ビームを適応的に変化させて、基
地局、移動局間の交信が可能となる。
【００３１】（実施の形態２）図４は本発明の第２の実
施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結線
図である。図４において、４１はアレーアンテナ、４２
はデータ送受信アンテナ、４３は到来方向推定手段、４
４はアンテナ指向性制御手段、４５は周波数変換手段で
ある。
【００３２】本実施の形態において、アレーアンテナ４
１、到来方向推定手段４３、アンテナ指向性制御手段４
４、周波数変換手段４５による動作の詳細は、図１及び
図２を用いた実施の形態１と同様である。
【００３３】更に、本実施の形態では、実施の形態１の
動作に加えて、アレーアンテナ４１とは別に備えたデー
タ送受信アンテナ４２を用いた以下の動作を行うこと
を、図４を用いて説明する。
【００３４】アレーアンテナ４１で受信した移動局から
の電波は、周波数変換手段４５により、中間周波数また
はベースバンド周波数に周波数変換され、この信号を用
いて到来方向推定手段４３は移動局数と移動局の方向の
推定を行う。この推定結果に基づき、アンテナ指向性制
御手段４４は中間周波数またはベースバンド周波数の、
送信信号または受信信号の位相振幅を変化させデータ送
受信アンテナ４２のアンテナ指向性のピークを移動局の
方向に向ける。データ送受信アンテナ４２の指向性は、
常に到来方向推定手段４３の推定結果の方向に向けられ
ているため、到来方向推定手段４３が推定処理を行って
いるときも途切れることなく、移動局との交信が可能と
なる。
【００３５】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、アレーアンテナとは別にデータ送受信アンテナを
備えているため、到来方向推定手段が到来方向の推定処
理に時間を要するときにも、データ送受信アンテナが移
動局の方向にアンテナ指向性ビームを向けるため、アン
テナの指向性ビームを適応的に変化しつつ、基地局、移
動局間で連続してデータ送受信が可能となる。
【００３６】（実施の形態３）図５は本発明の第３の実
施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結線
図である。図５において、５１はアレーアンテナ、５２
はデータ送受信アンテナ、５３は到来方向推定手段、５
４はアンテナ指向性制御手段、５５は周波数変換手段で
ある。
【００３７】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００３８】到来方向推定手段５３は、基地局の自エリ
ア内にある複数の移動局の方向と移動局数を推定するた
めに、アレーアンテナ５１での移動局からの受信電波を
用いるが、推定結果の移動局数がアレーアンテナ５１の
素子数と等しい場合には、アレーアンテナ５１の素子数
と比較して移動局の個数が多いか等しい場合であり、推
定結果に誤りがある可能性があるため、到来方向推定手
段５３はデータ送受信アンテナ５２とアレーアンテナ５
１のすべての素子を用いて、移動局からの電波の到来方
向の推定を行う。この推定結果の移動局数が、データ送
受信アンテナ５２とアレーアンテナ５１の素子数の合計
より少ない場合には、推定結果は正しいと考えられるの
で、アンテナ指向性制御手段５４はアンテナの指向性ビ
ームのピークを移動局の方向に向け、移動局との交信を
行う。
【００３９】また、データ送受信アンテナ５２とアレー
アンテナ５１の両者を用いた推定結果の移動局の数が、
データ送受信アンテナ５２とアレーアンテナ５１の素子
数の総和と等しい場合には、データ送受信アンテナとア
レーアンテナの素子数の総和と比較して移動局の個数が
多いか等しい場合であり、推定結果に誤りがある可能性
があるため、アンテナ指向性制御手段５４はデータ送受
信アンテナ５２とアレーアンテナ５１の各素子に対する
送信信号または受信信号の振幅位相を変化させ、全方向
についてスイープさせる。スイープさせたとき移動局か
らの電波が受信可能となった時、その方向で移動局との
交信を行う。
【００４０】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、アレーアンテナとデータ送受信アンテナの両者を
用いて推定を行うため、方向推定が可能な移動局の個数
がアンテナの素子数に限定されることなく、アンテナの
指向性ビームを適応的に変化させて基地局、移動局間の
交信が可能となる。
【００４１】（実施の形態４）図６は本発明の第４の実
施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結線
図である。図６において、６１はアレーアンテナ、６２
は到来方向推定手段、６３はアンテナ指向性制御手段、
６４は周波数変換手段、６５は移動局位置推定手段、６
６は仰角算出手段、６７は第１の基地局、６８は第２の
基地局、６９は第３の基地局である。
【００４２】図７は、移動局位置推定手段６５の位置推
定の原理を示す図である。図７において、７１は第１の
基地局、７２は第１の基地局が推定した移動局の存在可
能エリア、７３は第２の基地局、７４は第２の基地局が
推定した移動局の存在可能エリア、７５は第３の基地
局、７６は第３の基地局が推定した移動局の存在可能エ
リア、７７は第１の基地局が推定した移動局の存在可能
エリアと第３の移動局の存在可能エリアの交線、７８は
第１の基地局が推定した移動局の存在可能エリアと第２
の移動局が推定した移動局の存在可能エリアの交線、７
９は移動局位置推定手段の推定した移動局の推定位置で
ある。
【００４３】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００４４】第１の基地局６７が、素子が一直線上に並
ぶリニアなアレーアンテナ６１を備え、このアレーアン
テナの受信信号を用いて到来方向推定手段６２が移動局
の方向を推定する。この場合、アンテナがリニアアレー
であるために方向は１個に定まらず、推定される移動局
の存在位置は、図７に示す第１の基地局が推定した移動
局の存在可能エリア７２の円錐の表面のどこかの１点と
なる。他の２つの基地局６８、６９も、それぞれ素子が
一直線上に並ぶリニアなアレーアンテナを備え、到来方
向推定手段が移動局の方向の推定を行い、結果として、
図７に示す円錐状の、第２の基地局が推定した移動局の
存在可能エリア７４、第３の基地局が推定した移動局の
存在可能エリア７６が得られる。
【００４５】３つの基地局は互いに有線で結ばれてお
り、各基地局の推定結果は、第１の基地局の移動局位置
推定手段６５により、移動局の存在可能エリアの交点と
して得られる。この点は図７に示す、第１の基地局が推
定した移動局の存在可能エリアと第３の移動局の存在可
能エリアの交線７７と、第１の基地局が推定した移動局
の存在可能エリアと第２の移動局が推定した移動局の存
在可能エリアの交線７８との交点として得られる。更
に、仰角算出手段６６は、移動局位置推定手段６５によ
る推定結果と、到来方向推定手段６２による推定結果と
を用いることにより、移動体の仰角を算出することがで
きる。
【００４６】このようにして移動局の存在位置が具体的
に推定された後、各基地局の中から、移動局との距離が
近い基地局、または各基地局の中からの交信する移動局
数の少ない基地局が、この移動局との交信を行う。
【００４７】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、アレーアンテナとしてリニアアレーを用いた場
合、３つ以上の基地局の到来方向推定手段の推定結果を
用いることにより移動局の位置を決定することができ、
その後にアンテナの指向性を適応的に変化させて、移動
局、基地局間の交信することが可能になる。
【００４８】（実施の形態５）図８は本発明の第５の実
施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結線
図である。図８において、８１はアレーアンテナ、８２
は到来方向推定手段、８３はアンテナ指向性制御手段、
８４は周波数変換手段、８５は電界強度測定手段、８６
は移動局位置推定手段、８７は仰角算出手段である。
【００４９】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００５０】基地局が、素子が一直線上に並ぶリニアな
アレーアンテナ８１を備え、このアレーアンテナ８１の
受信信号を用いて到来方向推定手段８２が移動局の方向
を推定する。この場合、アンテナがリニアアレーである
ために方向は１個に定まらず、推定される移動局の存在
位置は、基地局が推定した移動局の存在可能エリアの円
錐の表面のどこかの１点となる。一方、アンテナの指向
性ビームの情報により、ある仰角に対する基地局、移動
局間の距離を１つに決定できるため、仰角と受信レベル
の対応関係を決定することができる。仰角算出手段８７
は、この関係を用いて、電界強度測定手段８５が測定し
た電界強度から、移動体の仰角を求める。
【００５１】移動局位置推定手段８６は、この仰角を用
いて、到来方向推定手段８２の推定結果の方向のうち、
仰角がこの条件を満たすものを選択し、移動局の方向の
推定値を決定する。なお、電界強度測定手段８５は、ア
レーアンテナ８１が受信した信号の相関行列を求め、そ
れを用いて、受信電界強度を計算により求める。
【００５２】移動体の位置が推定された後、アンテナ指
向性制御手段８３は、中間周波数またはベースバンド周
波数の、送信信号または受信信号の振幅位相を変化さ
せ、アンテナ指向性ビームのピークを移動局の方向に向
け、移動局との交信を行う。
【００５３】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、基地局のエリアに移動局が１個のみ存在するとき
には、基地局における移動局からの電波の電界強度を測
定することにより、移動局の位置を決定することがで
き、その後にアンテナの指向性を適応的に変化させて、
移動局、基地局間の交信をすることが可能となる。
【００５４】（実施の形態６）図９は本発明の第６の実
施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結線
図である。図９において、９０は基地局、９１はアレー
アンテナ、９２は到来方向推定手段、９３はアンテナ指
向性制御手段、９４は周波数変換手段、９５移動局位置
推定手段、９６は進行方向検出手段、９７はデータ送出
手段、９８は進行距離検出手段、９９は移動局である。
【００５５】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００５６】移動局９９は、進行方向検出手段９６と進
行距離検出手段９８を用いて、連続的に自移動局の進行
方向と進行距離を検出する。進行方向検出手段９６は、
例えば方位磁石やジャイロを用いて、進行距離検出手段
９８は、例えば自動車の車速パルスを用いて実現するこ
とができる。初期位置は検出できないため、移動局９９
では自らの絶対位置を検出できないが、位置の変化によ
り相対位置が検出される。この位置の変化は、データ送
出手段９７により基地局９０に無線で送出されるが、一
方基地局９０では、移動局９９の移動に伴う方向の変化
が、到来方向推定手段９２より検出できるため、移動局
位置推定手段９５は、移動局９９の方向の変化と移動局
９９から送出された移動局の位置の変化の情報を用いる
ことにより、移動局９９と基地局９０の距離を求めるこ
とができ、距離と方向から移動局の絶対位置を推定す
る。
【００５７】移動局の位置が推定された後、アンテナ指
向性制御手段９３は、中間周波数またはベースバンド周
波数の、送信信号または受信信号の振幅位相を変化さ
せ、アンテナの指向性ビームのピークを移動局の方向に
向け、移動局との交信を行う。
【００５８】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、移動局は簡易な手段により進行方向と進行距離を
求めることができ、基地局は到来方向推定手段の推定結
果とそれらを比較することにより移動局の絶対位置を決
定することができ、その後にアンテナの指向性を適応的
に変化させて、移動局、基地局間の交信をすることが可
能となる。
【００５９】（実施の形態７）図１０は本発明の第７の
実施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結
線図である。図１０において、１０１はアレーアンテ
ナ、１０２は到来方向推定手段、１０３はアンテナ指向
性制御手段、１０４は周波数変換手段、１０５は移動局
位置推定手段、１０６はアンテナ水平面内回転手段であ
る。
【００６０】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００６１】アンテナ水平面内回転手段１０６は、アレ
ーアンテナ１０１の水平面内の角度を３つ以上の特定の
角度に向ける。それぞれの水平面内角度に対して到来方
向推定手段１０２は、移動局の存在する方向を推定する
が、この推定結果は、実施の形態４の図７に示す様に、
アレーアンテナの並ぶ方向を軸とする円錐上の点として
表される。従って、移動局位置推定手段１０５は、３つ
以上の特定の水平面内角度での円錐の交点として、移動
局の位置を推定する。移動局の位置が推定された後、ア
ンテナ指向性制御手段１０３は、中間周波数またはベー
スバンド周波数の、送信信号または受信信号の振幅位相
を変化させて、アンテナの指向性ビームのピークを移動
局の方向に向け、移動局との交信を行う。
【００６２】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、１つのリニアアレーを水平面内で回転させること
により、それぞれの角度の推定結果の交点として移動局
の位置が推定でき、その後にアンテナの指向性を適応的
に変化させて、移動局、基地局間の交信をすることが可
能となる。
【００６３】（実施の形態８）図１１は本発明の第８の
実施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結
線図である。図１１において、１１１はアレーアンテ
ナ、１１２は到来方向推定手段、１１３はアンテナ指向
性制御手段、１１４は周波数変換手段、１１５は伝搬遅
延時間推定手段、１１６は伝搬路等化手段、１１７は電
界強度測定手段である。
【００６４】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００６５】到来方向推定手段１１２は、移動局からの
電波の到来方向を推定し、伝搬遅延時間推定手段１１５
は、移動局からの電波の伝搬遅延時間を推定する。移動
局から出された電波が建物や山などに反射して、基地局
に到達する反射波が存在する場合、直接波と反射波が干
渉しあい、マルチパス歪みが生じる。エリア内に移動局
が一局のみの場合、基地局が受信する信号は、１つの移
動局からの直接波と反射波であるので、伝搬遅延時間推
定手段１１５は、直接波と反射波の遅延時間をＭＵＳＩ
Ｃ法やＥＳＰＲＩＴ法を用いて推定する。
【００６６】一方、直接波、反射波の電界強度は電界強
度測定手段１１７が測定する。電界強度測定手段１１７
は、アレーアンテナ１１１が受信した信号の相関行列を
求め、それを用いて、受信電界強度を計算により求め
る。伝搬遅延時間推定手段１１５が推定した直接波、反
射波の遅延時間と、電界強度測定手段１１７が推定した
直接波、反射波の電界強度を用いて、伝搬路等化手段１
１６が、周波数変換手段１１４により中間周波数または
ベースバンド周波数に周波数変換された直接波、反射波
それぞれに対して、遅延時間を打ち消し、受信電界強度
に比例した比率または等しい比率で合成し、受信信号の
マルチパス歪みを減少させる。送信時にも、受信時に推
定した直接波、反射波の遅延時間、電界強度の情報を用
いて、送信時に発生するマルチパス歪みを打ち消すよう
に、予め反射波信号を送信信号に加えて、周波数変換手
段１１４が送信周波数に周波数変換した後、アレーアン
テナ１１１が送信する。
【００６７】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、マルチパス歪みによる信号の劣化を補償すること
ができ、移動局、基地局間で信頼性のある交信をするこ
とが可能となる。
【００６８】（実施の形態９）図１２は本発明の第９の
実施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロック結
線図である。図１２において、１２１はアレーアンテ
ナ、１２２は到来方向推定手段、１２３はアンテナ指向
性制御手段、１２４は周波数変換手段、１２５は移動局
位置推定手段、１２６はエリア切り替え制御手段、１２
７は第１の基地局、１２８は第２の基地局、１２９は第
３の基地局である。
【００６９】図１３は複数の基地局の指向性ビームの一
例を示す図である。図１３において、１３１は第１の基
地局、１３２は第２の基地局、１３３は第３の基地局、
１３４は第１の移動局、１３５は第２の移動局、１３６
は第３の移動局、１３７は第４の移動局、１３８は第５
の移動局、１３９は第６の移動局、１４０は第２の基地
局のアンテナ指向性ビームである。
【００７０】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００７１】アレーアンテナ１２１は自エリア内の移動
局からの電波を受信し、受信した信号を用いて、到来方
向推定手段１２２が自エリア内の移動局の数と移動局の
存在する方向を推定する。到来方向推定手段１２２が移
動局の方向を推定した後に、移動局位置推定推定手段１
２５がエリア内の移動局の正確な位置を推定する。
【００７２】第１の基地局１２７、第２の基地局１２
８、第３の基地局１２９は、それぞれ自エリア内に存在
する移動局の数と移動局の位置を推定した後、互いに有
線で結ばれた各基地局のエリア切り替え制御手段１２６
は、それぞれの基地局のエリア内の移動局の数が均等に
なるようにアンテナの指向性を決定し、アンテナ指向性
制御手段１２３は、アンテナの指向性を切り替える。
【００７３】図１３は、各基地局のエリア切り替え制御
手段１２６およびアンテナ指向性制御手段１２３が、各
エリア内の移動局の数が均等になるように、指向性ビー
ムを制御している様子の一例を示している。この例で
は、第１の基地局１３１のエリアには２個の移動局、第
２の基地局１３２のエリアには１個の移動局、第３の基
地局１３３には６個の移動局が存在している。
【００７４】３個の基地局のエリア内に存在する移動局
の総数は９個であるので、それぞれの基地局に均等に割
り当てるためには、各基地局が３個の移動局と交信すれ
ば良いことになる。
【００７５】第３の基地局１３３は、自エリア内に存在
する移動局の中で、他の２つの基地局１３１、１３２か
ら距離が遠い３つの移動局、第１の移動局１３４、第２
の移動局１３５、第３の移動局１３６の方向にアンテナ
指向性ビームのピークが向くように、アンテナの指向性
を制御する。
【００７６】また第１の基地局１３１は、自エリア内に
存在する移動局にアンテナ指向性ビームのピークを向け
るとともに、第３の基地局のエリア内に存在する移動局
のうち、距離の近い第４の移動局１３７の方向にアンテ
ナ指向性ビームのピークが向くように、アンテナの指向
性を制御する。
【００７７】また第２の基地局１３２は、自エリア内に
存在する移動局にアンテナ指向性ビームのピークを向け
るとともに、第３の基地局のエリア内に存在する移動局
のうち、距離の近い第５の移動局１３８、第６の移動局
１３９にアンテナ指向性ビーム１４０のピークが向くよ
うに、アンテナ指向性を制御する。
【００７８】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、複数の基地局のエリアを固定することなく移動局
の数が均等になるようにアンテナの指向性を決定できる
ため、チャネル、周波数の割り当てを適応的に行うこと
ができ、移動局、基地局間の効率の良い交信を可能とす
る。
【００７９】（実施の形態１０）図１４は本発明の第１
０の実施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロッ
ク結線図である。図１４において、１５０は基地局、１
４１はアレーアンテナ、１４２は到来方向推定手段、１
４３はアンテナ指向性制御手段、１４４は周波数変換手
段、１４５は周波数可変フィルタ、１４６は移動局、１
４７は制御信号送出手段である。
【００８０】図１５は、複数の移動局の制御信号送出手
段が、制御信号を送出するタイミングの一例を示す図で
ある。５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０
６は時間スロットである。
【００８１】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００８２】移動局１４６は制御信号送出手段１４７を
有し、制御信号送出手段は図１５に示す時間スロットで
ランダムにスロットを選択し、またそのスロット内では
ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４の４つの周波数からランダムに
周波数を選択して、制御信号を基地局へ送出する。
【００８３】アレーアンテナ１４１で受信した移動局か
らの信号は、周波数変換手段１４４が中間周波数または
ベースバンド周波数に周波数変換した後、各素子の受信
信号ごとに周波数可変フィルタ１４５に入力される。周
波数可変フィルタの中心周波数は、受信信号の周波数ｆ
１、ｆ２、ｆ３、ｆ４に対して、周波数変換手段１４４
が変換する周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４とする。一時
間スロット内でＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の４つの周波数
に変化するように動作し、ひとつの周波数に対して通過
特性となるとき、他の周波数に対しては遮断特性となる
ように周波数特性が設定される。
【００８４】周波数可変フィルタ１４５の出力は到来方
向推定手段１４２に入力され、移動局からの電波の到来
方向を推定する。アレーアンテナの素子数が３の場合に
は、時間スロット５０１、５０２、５０３では、同時に
同じ周波数を用いる移動局が３個より小さいため、正し
く到来方向が推定される。１つの周波数帯域での移動局
からの電波の到来方向の推定が終了したのち、他の周波
数帯域に切り替え、同様に到来方向推定手段１４２が移
動局からの電波の到来方向を推定する。
【００８５】すべての周波数帯域での推定が終わった
後、アンテナ指向性制御手段１４３は、アレーアンテナ
１４１の各素子に対する送信信号または受信信号の振幅
位相を制御しアンテナのピークを移動局の方向へ向け
る。
【００８６】一方、スロット５０４では同じ周波数を用
いる移動局が３個あるため、正しい推定結果を得ること
ができない。また、スロット５０５では移動局が制御信
号を送出していないため到来方向を推定できない。これ
らの場合には、正しい結果が得られるまで、アンテナ指
向性制御手段はアンテナの指向性のピークを変化させ
ず、前のまま保持する。スロット５０６では、移動局の
同時に送出する周波数はアンテナの素子数より小さいた
め、正しい推定結果が得られる。
【００８７】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、移動局の送出する制御信号が、周波数、時間軸ス
ロットともにランダムに選ばれ、基地局は、周波数可変
フィルタの中心周波数を変えながら移動局からの電波の
到来方向を推定するため、基地局のエリア内の多数の移
動局の数と方向を検出することができ、その結果に基づ
いてアンテナの指向性を適応的に変え、基地局、移動局
の交信を行うことができる。
【００８８】（実施の形態１１）図１６は本発明の第１
１の実施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロッ
ク結線図である。図１６において、１６１はアレーアン
テナ、１６２は到来方向推定手段、１６３はアンテナ指
向性制御手段、１６４は周波数変換手段、１６５はヌル
点生成手段である。
【００８９】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００９０】移動局からの電波を、アレーアンテナ１６
１で受信し、その受信信号を到来方向推定手段１６２が
移動局の位置を推定する。移動局がＮ個存在し、移動局
の使用する周波数がすべて同じであるときには、ヌル点
生成手段１６５が、Ｎ個のうちＮ−１個の移動局の方向
でアンテナの指向性がヌル点となるようにし、１個の移
動局に対してのみ送信、受信を行う。１個の移動局との
交信が終了すると、順次、他の移動局との交信を行うた
め、Ｎ個の中の１個の移動局に対してビームを向け、他
の移動局の方向にヌル点を向ける動作をＮ個すべてにつ
いて行う。
【００９１】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、Ｎ個の移動局が同じ周波数を用いて基地局と交信
する場合に、Ｎ−１個の移動局に対してアンテナのヌル
点を向け、交信しないようにし、特定の１個の移動局と
交信が可能となり、これをＮ個の移動局に対して順次行
うことにより、同じ周波数を用いて複数の移動局と交信
が可能となる。
【００９２】（実施の形態１２）図１７は本発明の第１
２の実施の形態による指向性制御アンテナ装置のブロッ
ク結線図である。図１７において、１７１はアレーアン
テナ、１７２は到来方向推定手段、１７３はアンテナ指
向性制御手段、１７４周波数変換手段、１７５はオフセ
ットされたアンテナ素子、１７６はアレーアンテナの第
１の素子、１７７はアレーアンテナの第２の素子、１７
８はアレーアンテナの第３の素子である。
【００９３】図１８は、到来方向推定手段１７２の動作
の原理の一例を示す図である。図１８において、１８１
は第１のアンテナ素子の組によるアンテナ指向性、１８
２は第２のアンテナ素子の組によるアンテナ指向性、１
８３は第１のアンテナ指向性と第２のアンテナ指向性の
振幅の差と角度の関係である。
【００９４】以上のように構成された指向性制御アンテ
ナ装置について、以下にその動作を説明する。
【００９５】移動局からの電波を、アレーアンテナ１７
１およびオフセットされたアンテナ素子１７５で受信
し、到来方向推定手段１７２は、例えばアレーアンテナ
の第１の素子１７６とアレーアンテナの第２の素子１７
７を第１のアンテナ素子の組とし、アレーアンテナの第
３の素子１７８とオフセットされたアンテナ素子１７５
を第２のアンテナ素子の組とし、それぞれのアンテナ素
子の組での受信信号を合成し、信号の大きさの差から到
来方向を推定する。
【００９６】１８１、１８２はそれぞれ第１のアンテナ
素子の組の指向性、第２のアンテナ素子の組の指向性を
示しているが、アンテナ素子の組の指向性は、各素子の
受信信号を組全体で合成した信号の振幅と角度の関係を
示したものであるので、１８１の指向性と１８２の指向
性から１８３の特性が得られ、これにより第１のアンテ
ナ素子の組と第２のアンテナ素子の組合成された信号の
大きさの差と到来方向の関係が求まり、到来方向推定手
段は移動局の存在する方向を推定することができる。
【００９７】移動局の位置が推定された後、アンテナ指
向性制御手段１７３は、中間周波数またはベースバンド
周波数の、送信信号または受信信号の振幅位相を変化さ
せて、アンテナの指向性ビームのピークを移動局の方向
に向け、移動局との交信を行う。
【００９８】以上のように本発明による実施の形態によ
れば、アレーアンテナおよびオフセットされたアンテナ
素子を適当に組み合わせることにより、アンテナ指向性
の差を利用して移動局の方向を推定することができる。
【００９９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、移動局の
方向を推定してアンテナを適応的に制御するために、周
波数や送信パワーを効率良く使用することができるとい
う有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図２】本発明の一実施の形態による移動局と基地局の
関係を示す図
【図３】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図４】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図５】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図６】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図７】本発明の一実施の形態による移動局位置推定手
段の位置推定の原理を示す図
【図８】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図９】本発明の一実施の形態による指向性制御アンテ
ナ装置のブロック結線図
【図１０】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置のブロック結線図
【図１１】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置のブロック結線図
【図１２】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置のブロック結線図
【図１３】本発明の一実施の形態による複数の基地局の
指向性ビームの一例を示す図
【図１４】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置のブロック結線図
【図１５】本発明の一実施の形態による複数の移動局の
制御信号送出手段が制御信号を送出するタイミングの一
例を示す図
【図１６】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置のブロック結線図
【図１７】本発明の一実施の形態による指向性制御アン
テナ装置のブロック結線図
【図１８】本発明の一実施の形態による到来方向推定手
段の動作原理の一例を示す図
【符号の説明】
１１ アレーアンテナ １２ 到来方向推定手段 １３ アンテナ指向性制御手段 １４ 周波数変換手段 ４２ データ送受信アンテナ ６５ 移動局位置推定手段 ６６ 仰角算出手段 ８５ 電界強度測定手段 ９６ 進行方向検出手段 ９７ データ送出手段 ９８ 進行距離検出手段 １０６ アンテナ水平面内回転手段 １１５ 伝搬遅延時間推定手段 １１６ 伝搬路等化手段 １２６ エリア切り替え制御手段 １４７ 制御信号送出手段 １６５ ヌル点生成手段 １７５ オフセットされたアンテナ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 尚季 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番 １号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−276084（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−167489（ＪＰ，Ａ) 大鐘武雄，「セルラ基地局のアンテナ 指向性制御による周波数利用率の改 善」、社団法人電子情報通信学会、平成 ５年、信学技報ＲＣＳ93−８ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基地局に自エリア内の移動局に対して電
    波の送信受信を行うアレーアンテナと、移動局と常にデ
    ータ送受信を行うデータ送受信アンテナと、前記アレー
    アンテナの受信信号を中間周波数またはベースバンド周
    波数に変換し前記中間周波数または前記ベースバンド周
    波数の送信信号を送信周波数に変換する周波数変換手段
    と、前記周波数変換手段の出力信号の共分散行列の固有
    ベクトルを利用する手法を用いて前記移動局からの電波
    の到来方向を推定することにより前記移動局が存在する
    方向およびエリア内の前記移動局の局数を推定し、推定
    された局数が前記アレーアンテナの素子数より少ない場
    合はその推定を結果として用い、推定された局数が前記
    アレーアンテナの素子数と等しい場合は前記アレーアン
    テナとデータ送受信アンテナの両者のアンテナ素子で受
    信した受信信号を用いて前記移動局からの電波の到来方
    向を推定することにより前記移動局が存在する方向およ
    びエリア内の前記移動局の局数を推定する到来方向推定
    手段と、前記アレーアンテナの各素子の送信信号または
    受信信号の位相振幅を変化させることにより前記到来方
    向推定手段が推定した前記移動局の方向に前記アレーア
    ンテナの指向性ビームのピーク方向を向けるアンテナ指
    向性制御手段とを備え、前記アンテナ指向性制御手段が
    形成する同じ指向性ビームで前記移動局からの受信と前
    記移動局への送信を時分割で行うことを特徴とする指向
    性制御アンテナ装置。
  2. 【請求項２】 到来方向推定手段の推定結果で基地局の
    自エリア内の移動局がアレーアンテナの素子数よりも多
    い時は、アンテナ指向性制御手段が前記アレーアンテナ
    とデータ送受信アンテナの各素子の位相振幅を変化させ
    て指向性ビームを全方位にスイープさせ電波の受信が確
    認された方向で順次受信を行うことを特徴とする請求項
    １記載の指向性制御アンテナ装置。
  3. 【請求項３】 アレーアンテナとして素子が一直線上に
    並ぶリニアアレーを用い、３個またはそれ以上の基地局
    がそれぞれ同一の移動局からの電波を受信しそれぞれの
    前記基地局の到来方向推定手段の推定結果の方向を用い
    て前記移動局の位置を推定する移動局位置推定手段と、
    前記移動局位置推定手段が推定した前記移動局の位置と
    前記到来方向推定手段が推定した前記移動局の方向を用
    いて移動体の仰角を算出する仰角算出手段とを有するこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載の指向性制御アンテ
    ナ装置。
  4. 【請求項４】 アレーアンテナとして素子が一直線上に
    並ぶリニアアレーを用い、基地局に前記アレーアンテナ
    の受信信号の強度を測定する電界強度測定手段と、前記
    電界強度測定手段の測定した受信信号の強度と前記アレ
    ーアンテナの指向性データから移動局の仰角を算出する
    仰角算出手段と、到来方向推定手段が推定する移動体の
    方向と前記仰角算出手段の算出する前記仰角と前記アレ
    ーアンテナの高さから前記移動局の位置を推定する移動
    局位置推定手段とを有することを特徴とする請求項１又
    は２記載の指向性制御アンテナ装置。
  5. 【請求項５】 移動局が、進行方向情報を出力する進行
    方向検出手段と、進行距離情報を出力する進行距離検出
    手段と、前記進行方向情報と前記進行距離情報を基地局
    に無線で送出するデータ送出手段とを有し、前記基地局
    は前記進行方向情報と前記進行距離情報と到来方向推定
    手段から得られる一定時間間隔での前記移動局の方向の
    変化から前記移動局の位置を推定する移動局位置推定手
    段とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の指
    向性制御アンテナ装置。
  6. 【請求項６】 アレーアンテナとして素子が一直線上に
    並ぶリニアアレーを用い、前記リニアアレーアンテナを
    水平面内方向で回転させるアンテナ水平面内回転手段
    と、前記アンテナ水平面内回転手段が３つ以上の特定の
    角度にアンテナを回転させた時それぞれの角度での到来
    方向推定手段が推定した電波の到来方向の結果の値から
    移動局の位置を推定する移動局位置推定手段とを有する
    ことを特徴をする請求項１又は２記載の指向性制御アン
    テナ装置。
  7. 【請求項７】 移動局からの電波伝搬の遅延時間を推定
    する伝搬遅延時間推定手段と、前記移動局からの電波の
    電界強度を測定する電界強度測定手段と、到来方向推定
    手段が電波の到来方向を推定し、前記移動局がエリア内
    に１局のみ存在する時に推定された電波伝搬の遅延時間
    と電波の到来方向から多重伝搬信号を補償する伝搬路等
    化手段とを有することを特徴とする請求項１又は２記載
    の指向性制御アンテナ装置。
  8. 【請求項８】 到来方向推定手段がＮ個の移動局からの
    電波の到来方向を推定した時アレーアンテナの指向性の
    ヌル点をＮ−１個の前記移動局に向けるヌル点生成手段
    とを有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれ
    か記載の指向性制御アンテナ装置。
  9. 【請求項９】 アレーアンテナの１つまたは複数のアン
    テナ素子からなる組を２組選択しそれぞれの組で各素子
    の受信信号を合成し２組の合成された受信信号の大きさ
    の差から移動局の存在する方向を推定する到来方向推定
    手段とを有することを特徴とする請求項１ないし８のい
    ずれか記載の指向性制御アンテナ装置。
  10. 【請求項１０】 アレーアンテナとは別に前記アレーア
    ンテナの素子の並ぶ線上とは異なる位置に配置されたオ
    フセットされたアンテナ素子を有し、前記オフセットさ
    れたアンテナ素子と前記アレーアンテナ上の素子の組を
    第１のアンテナ素子の組とし、前記アレーアンテナ上で
    前記第１のアンテナ素子の組に含まれない素子の組を第
    ２のアンテナ素子の組とし、前記第１のアンテナ素子の
    組と前記第２のアンテナ素子の組でそれぞれ各素子の受
    信信号を合成し、２組の合成された信号の大きさの差か
    ら移動局の方向を推定する到来方向推定手段とを有する
    ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の指
    向性制御アンテナ装置。
  11. 【請求項１１】 移動局位置推定手段が推定した移動局
    の位置が自基地局のエリアから他基地局のエリアへと移
    動することを検出した場合に移動先のエリアの基地局へ
    送受信の制御を有線にて要求し同時に前記移動局の識別
    符号を有線で送出するエリア切り替え制御手段を各基地
    局が有することを特徴とする請求項３ないし６のいずれ
    かに記載の指向性制御アンテナ装置。
  12. 【請求項１２】 移動局がランダムな時間スロットにラ
    ンダムな周波数で制御信号を送出する制御信号送出手段
    を有し、基地局は前記制御信号送出時に前記基地局の到
    来方向推定手段が前記移動局の方位を推定することを特
    徴とする請求項１ないし１１のいずれか記載の指向性制
    御アンテナ装置。
  13. 【請求項１３】 基地局に中心周波数が可変で帯域通過
    特性を持つ周波数可変フィルタとを有し、前記周波数可
    変フィルタを通過した信号を用いて到来方向推定手段が
    移動局の方位を推定することを特徴とする請求項１ない
    し１２のいずれか記載の指向性制御アンテナ装置。
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