(57)【要約】【課題】アンテナ切り替え受信システムにおいて、負担の重い処理を伴うことなく、簡素かつ安価な構成で、正確に信号品質の高いアンテナを選択することにより、マルチパスフェージングによるレベル変動の影響を低減する。【解決手段】ユニークワード検出部が、同一のビット列から成る複数のユニークワードＵＷ１のうちいずれかのユニークワードＵＷ１を検出したとき、信号処理部は、受信した無線信号の品質を検出する。そして、アンテナ制御部がアンテナを切り替えた後、信号処理部は、切り替えたアンテナで受信した無線信号の品質も検出し、アンテナ制御部は、信号処理部によって検出された信号品質が高いアンテナを選択して、その後のペイロードを受信する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナの切り替えを制御するアンテナ制御部と、アンテナを択一的に切り替えながら受信した無線信号を検索して、予め設定されているユニークワードのビット列と同一のビット列を検出するビット列検出部と、
各アンテナ毎に受信した無線信号の品質を検出する信号品質検出部とを備え、
前記ビット列検出部が同一のビット列から成る複数の第１ユニークワードのうちいずれかの第１ユニークワードを検出したとき、前記信号品質検出部は、受信した無線信号の品質を検出し、前記アンテナ制御部がアンテナを切り替えた後、前記信号品質検出部は、切り替えたアンテナで受信した無線信号の品質を検出し、
前記アンテナ制御部は、前記信号品質検出部によって検出された信号品質が高いアンテナを選択して、その後のペイロードを受信することを特徴とするアンテナ切り替え受信システム。
【請求項２】
前記アンテナ制御部が前記信号品質が高いアンテナを選択した後、前記ビット列検出部が、前記第１ユニークワードとは異なる第２ユニークワードを検出すると、
前記アンテナ制御部は、アンテナを固定したまま、その後のペイロードを受信することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ切り替え受信システム。
【請求項３】
前記アンテナ制御部が、アンテナを切り替えたとき、前記ビット列検出部は、ビット列の検出をリセットすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ切り替え受信システム。
【請求項４】
前記信号品質検出部は、前記ビット列検出部が第１ユニークワードを検出したときを含む無線信号の受信レベルに基づいた無線信号の品質を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ切り替え受信システム。
【請求項５】
前記信号品質検出部は、前記ビット列検出部が第１ユニークワードを検出する前から検出していた受信レベルの平均値に基づいた無線信号の品質を検出することを特徴とする請求項４に記載のアンテナ切り替え受信システム。
【請求項６】
前記信号品質検出部は、前記ビット列検出部がプリアンブルを検出した後、受信した無線信号の受信レベルを検出することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のアンテナ切り替え受信システム。
【請求項７】
前記複数の第１ユニークワードを前記ペイロードの前に送信することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ切り替え受信システムに対応する送信システム。
【請求項８】
前記複数の第１ユニークワードを送信した後、前記第２ユニークワードを前記ペイロードの前に送信することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ切り替え受信システムに対応する送信システム。
【請求項９】
前記プリアンブルをそれぞれの第１ユニークワードの前に送信することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ切り替え受信システムに対応する送信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおいて、アンテナを切り替えて受信するアンテナ切り替え受信システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムにおいて、マルチパスフェージングによるレベル劣化が課題のひとつとして挙げられる。受信アンテナが受信する信号は、送信アンテナから直接受信アンテナに入力される信号だけではなく、複数の異なる経路を経て入力される信号も存在する。そのため、各々異なる遅延時間を持った信号（マルチパス）も受信アンテナに入力されてしまうため、受信アンテナ端で信号同士が重なり合い、打ち消し合うなどして受信レベルが劣化してしまう。これがマルチパスフェージングによるレベル劣化と称される現象である。
【０００３】
このマルチパスフェージングによるレベル劣化の影響を回避するための代表的な方策として、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア伝送技術がある。これは伝送する情報を複数のキャリア（サブキャリア）に分けて広い周波数帯域で伝送するため、マルチパスフェージングによるレベル劣化の影響を低減できるという技術である。しかしながら、ＯＦＤＭ伝送ではフーリエ逆変換及びフーリエ変換により周波数軸と時間軸を変換して処理する複雑な構成が必要となり回路規模が増大してしまうため、低コスト化を図るのが困難であるという欠点があった。
【０００４】
また、複数のアンテナを切り替える「切り替えダイバーシチ」、「選択ダイバーシチ」及び各アンテナでの受信信号を合成する「合成ダイバーシチ」による対策がある。これらはマルチパスフェージングによる影響は受信器の場所や電波の偏波面などによって異なることを利用した方策である。「選択ダイバーシチ」は、複数のアンテナでの受信レベルを監視しておき、最適なアンテナで信号を受信する技術であるが、アンテナの個数分の受信器が必要となるため回路規模が大きくなるという欠点があった。また、「合成ダイバーシチ」は複数のアンテナで受信した信号の位相を揃えて合成する技術であるが、こちらもアンテナの個数分の受信器及び各信号の位相を合わせる移相器が必要となるため回路規模が大きくなるという欠点があった。
【０００５】
「切り替えダイバーシチ」は一方のアンテナでマルチパスフェージングの影響がある場合は、もう一方のアンテナに切り替えることによりマルチパスフェージングの影響を低減するという技術である。近年、携帯用無線機器の普及により、アンテナ切替部も小型化や低コスト化が要求されており、１つの受信機で構成できるため、開発が容易で回路規模が小さく低コスト化が図れる「切り替えダイバーシチ」が様々な無線器に搭載されている。
【０００６】
しかしながら、「切り替えダイバーシチ」においては、切り替え先のアンテナでの受信レベルはアンテナを切り替えるまで分からない。そのため、もし切り替え先のアンテナでの受信レベルがさらに低かった場合には、より劣悪な条件で信号を受信しなければならないという欠点がある。
【０００７】
さらに無線ＬＡＮでは、複数のパケット（フレーム：プリアンブル、ユニークワード、ペイロードを構成する信号の一塊）を受信し、エラーが複数のパケットに亘って検出された際にアンテナを切り替えるシステムを基本としている。つまり、エラーが発生した後にアンテナを切り替え、発生したエラーに対しては再度同じパケットを送信器から送ってもらうことにより対応している（再送機能）。しかしながら、マルチパスフェージングにより通信環境が劣悪な状況では再送回数が増え、複数の機器と通信し、次々に新しいペイロード信号を受信する必要がある機器には不向きとなる。
【０００８】
「切り替えダイバーシチ」の上記欠点を克服するために、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、複数のアンテナを切り替えて無線信号を受信するアンテナ切り替え受信システムにおいて、所定周期でアンテナを切り替えながら受信した無線信号の品質を比較して、ペイロードを受信するアンテナを選択する技術が提案されている。
【０００９】
上記特許文献１において、図６乃至図９等には、複数ユニークワード検出部が複数種類のユニークワードを個別に検出し、検出したユニークワードに応じて異なるアンテナ選択動作を実行することにより、適正にアンテナを選択する技術が開示されている。複数種類のユニークワードＵＷ１乃至ＵＷ４は、相異なるビット列で構成され、複数ユニークワード検出部は、ユニークワードＵＷ１乃至ＵＷ４を同時に待ち受け、パケットに含まれるＵＷ１乃至ＵＷ４を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／０２８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したような、複数種類のユニークワードＵＷ１乃至ＵＷ４を同時に待ち受ける処理は、受信システムにとって負担が重く、この処理を実行する複数ユニークワード検出部には相応の負荷が掛けられる。そのため、上記特許文献１において複数ユニークワード検出部を含むベースバンド部には、比較的高度なスペックを備えたＣＰＵ（ Central Processing Unit）が適用されている。また通信時の伝送速度が速くなればなる程、さらに高度なＣＰＵの適用が求められる。
【００１２】
しかしながら、処理能力の高い高度なスペックを備えたＣＰＵはコストが嵩むため、無線通信システムの製造コストの低減を阻む一因となっている。また、近年の無線通信システムには、多種多様な機能が組み込まれる傾向にあるところ、複数のユニークワードを検出するためにＣＰＵが使用されると、他の機能の実行が一時的に阻害される虞が生ずる。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、負担の重い処理を伴うことなく、簡素かつ安価な構成で、正確に信号品質の高いアンテナを選択することにより、マルチパスフェージングによるレベル変動の影響を低減できるアンテナ切り替え受信システム等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明のアンテナ切り替え受信システムは、複数のアンテナの切り替えを制御するアンテナ制御部と、アンテナを択一的に切り替えながら受信した無線信号を検索して、予め設定されているユニークワードのビット列と同一のビット列を検出するビット列検出部と、各アンテナ毎に受信した無線信号の品質を検出する信号品質検出部とを備え、前記ビット列検出部が同一のビット列から成る複数の第１ユニークワードのうちいずれかの第１ユニークワードを検出したとき、前記信号品質検出部は、受信した無線信号の品質を検出し、前記アンテナ制御部がアンテナを切り替えた後、前記信号品質検出部は、切り替えたアンテナで受信した無線信号の品質を検出し、前記アンテナ制御部は、前記信号品質検出部によって検出された信号品質が高いアンテナを選択して、その後のペイロードを受信するものである。
【００１５】
この発明において、前記アンテナ制御部が前記信号品質が高いアンテナを選択した後、前記ビット列検出部が、前記第１ユニークワードとは異なる第２ユニークワードを検出すると、前記アンテナ制御部は、アンテナを固定したまま、その後のペイロードを受信することが好ましい。
【００１６】
この発明において、前記アンテナ制御部が、アンテナを切り替えたとき、前記ビット列検出部は、ビット列の検出をリセットすることが好ましい。
【００１７】
この発明において、前記信号品質検出部は、前記ビット列検出部が第１ユニークワードを検出したときを含む無線信号の受信レベルに基づいた無線信号の品質を検出することが好ましい。
【００１８】
この発明において、前記信号品質検出部は、前記ビット列検出部が第１ユニークワードを検出する前から検出していた受信レベルの平均値に基づいた無線信号の品質を検出することが好ましい。
【００１９】
この発明において、前記信号品質検出部は、前記ビット列検出部が前記プリアンブルを検出した後、受信した無線信号の受信レベルを検出することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の送信システムは、前記アンテナ切り替え受信システムに対応し、前記複数の第１ユニークワードを前記ペイロードの前に送信するものである。
【００２１】
この発明において、前記複数の第１ユニークワードを送信した後、前記第２ユニークワードを前記ペイロードの前に送信することが好ましい。
【００２２】
この発明において、前記プリアンブルをそれぞれの第１ユニークワードの前に送信することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のアンテナ切り替え受信システムによれば、ビット列検出部が、同時に複数種類のユニークワードを待ち受ける必要がないため、ビット列検出部の処理負担が軽減される。これにより、高価なＣＰＵに替えて、低スペックなＩＣ等によってビット列検出部を構成しながらも、正確に信号品質の高いアンテナを選択することができ、簡素かつ安価な構成で、マルチパスフェージングによるレベル変動の影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によるアンテナ切り替え受信システムが適用されるＨＥＭＳの概念を示すブロック図。
【図２】同アンテナ切り替え受信システム及びそれに対応する送信システムを備え、同ＨＥＭＳを構成するＨＥＭＳコントローラ並びに各種の家電機器の概略構成を示すブロック図。
【図３】同アンテナ切り替え受信システムの構成を示すブロック図。
【図４】同実施形態において、対応する送信システムから送信される信号と、同アンテナ切り替え受信システムによって切り替えられるアンテナと、各アンテナによって受信される信号と、その受信レベルの推移を示す図。
【図５】同実施形態において、対応する送信システムから送信される信号と、同アンテナ切り替え受信システムによって切り替えられるアンテナと、各アンテナによって受信される信号と、その受信レベルの推移を示す別の図。
【図６】同実施形態において、対応する送信システムから送信される信号と、同アンテナ切り替え受信システムによって切り替えられるアンテナと、各アンテナによって受信される信号と、その受信レベルの推移を示すさらに別の図。
【図７】同実施形態において、対応する送信システムから送信される信号と、同アンテナ切り替え受信システムによって切り替えられるアンテナと、各アンテナによって受信される信号と、その受信レベルの推移を示すさらに別の図。
【図８】同アンテナ切り替え受信システムの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の一実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて、図面を参照して説明する。図１は、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）等と称されるエネルギー管理システムを示す。ＨＥＭＳとは、宅内の家電機器等を通信ネットワークで接続し、配電盤や家庭用発電設備などと共に統合制御することで、省電力化のための情報提示や自動制御を行うシステムである。ＨＥＭＳ１００は、ＨＥＭＳコントローラ１０１と、各種の家電機器１０２と、太陽光発電機１０３と、燃料電池１０４と、蓄電池１０５と、電気自動車１０６と、情報処理端末１０７と、分電盤１０８等によって構成される。分電盤１０８には、電力計測通信装置１０８ａが内蔵されている。分電盤１０８は、屋外のスマートメータ１０９と接続される。スマートメータ１０９は、電力会社からそれぞれのユーザー宅に提供され、送電線から分電盤１０８に給電を行い、また分電盤１０８内の主幹電力を測定する。また、電力会社のサーバ１１０から各ユーザー宅に各種の情報（例えば、節電の要請など）が、スマートメータ１０９及び電力計測通信装置１０８ａを経由してＨＥＭＳコントローラ１０１に入力される。電力計測通信装置１０８ａとスマートメータ１０９とは、有線又は無線にて接続される。電力計測通信装置１０８ａは、分電盤１０８の外部に設けられ、分電盤１０８と有線等にて接続される形態であってもよい。スマートメータ１０９は、他の家屋のスマートメータ１０９及び電力会社のサーバ１１０等と無線又は有線によって接続され、スマートメータネットワークを構成する。
【００２６】
ＨＥＭＳコントローラ１０１は、無線式の省エネルギー制御装置であり、上述したネットワークの中核となって各種機器の制御を司る。ＨＥＭＳコントローラ１０１と家電機器１０２、太陽光発電機１０３、燃料電池１０４、蓄電池１０５、電気自動車１０６、情報処理端末（モニタ装置）１０７及び分電盤１０８等（以下、家電機器１０２等とする）とは、有線又は無線によって双方向の通信が確立される。各機器は、別の機器を介してＨＥＭＳコントローラ１０１と接続される構成であってもよい。例えば、燃料電池１０４は、分電盤１０８の電力計測通信装置１０８ａと有線にて接続され、電力計測通信装置１０８ａは、ＨＥＭＳコントローラ１０１と無線にて接続されていてもよい。この場合、燃料電池１０４とＨＥＭＳコントローラ１０１との間において、電力計測通信装置１０８ａを経由して有線及び無線によって双方向の通信が確立される。
【００２７】
図２は、ＨＥＭＳ１００におけるＨＥＭＳコントローラ１０１と、各種の家電機器１０２の概略構成を示す。ＨＥＭＳ１００を構成する各種機器において、無線通信を行う機器、例えばＨＥＭＳコントローラ１０１及び家電機器１０２等のそれぞれには、対応する送信システムと受信システムが搭載されている。この受信システムとして適用されるのが、本発明の一実施形態によるアンテナ切り替え受信システム１であり、対応する送信システムとして適用されるのが、本発明の送信システム７０である。すなわち、ＨＥＭＳコントローラ１０１の送信システム７０が機能する場合、家電機器１０２等のアンテナ切り替え受信システム１が機能して、無線信号の送受信が行われる。一方、家電機器１０２等の送信システム７０が機能する場合、ＨＥＭＳコントローラ１０１のアンテナ切り替え受信システム１が機能して、無線信号の送受信が行われることになる。なお、図２は、ＨＥＭＳコントローラ１０１と家電機器１０２の構成について例示しているが、家電機器１０２に替えて電力計測通信装置１０８ａ等の機器を適用してもよい。
【００２８】
図３はアンテナ切り替え受信システムを示す。アンテナ切り替え受信システム１は、受信器２と複数のアンテナＡ，Ｂ等によって構成される。受信器２は、アンテナ切替部３と、ＲＦＩＣ４と、ＣＰＵ５等によって構成されている。
【００２９】
アンテナ切替部３は、ＣＰＵ５から出力された制御信号に応じて、２つのアンテナＡ，Ｂのうち、無線信号を受信するアンテナを切り替える。ＲＦＩＣ４は、ＲＦ部（信号品質検出部）４１と、復調部４２と、同期確立部４３と、プリアンブル検出部（ビット列検出部）４４と、ユニークワード（ＵＷ）検出部（ビット列検出部）４５等を有する。すなわち、ＲＦ部４１、復調部４２、同期確立部４３、プリアンブル検出部４４及びユニークワード検出部４５等の回路は、１つのＩＣチップに統合され、実装される。
【００３０】
ＲＦ部４１は、いずれかのアンテナＡ又はＢを用いて受信した無線信号をダウンコンバートし、ベースバンド信号を抽出する。ＲＦ部４１が無線信号を受信する際には、一般的にＡＦＣ（Automatic Frequency Control）が実行され、送受信間の周波数誤差が除去される。その場合、アンテナ切替部３によってアンテナが切り替えられた後の所定時間は、ＡＦＣが解除されてもよい。妨害波の影響を回避して、プリアンブル及びユニークワードを正確に検出し、パケットロスを低減するためである。また、ＲＦ部４１は、いずれかのアンテナＡ又はＢを用いて受信した無線信号の受信レベルを検出する。受信レベルの検出には、例えばＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）が用いられる。ＲＦ部４１によって検出された受信レベルに関する信号は、ＣＰＵ５の信号処理部５１に入力され、無線信号の品質の検出に用いられる。復調部４２は、ＲＦ部４１によって抽出されたベースバンド信号を復調する。同期確立部４３は、復調されたベースバンド信号のビット同期を確立する。
【００３１】
プリアンブル検出部４４は、同期確立部４３によって同期が確立されたベースバンド信号を検索し、プリアンブルのビット列を検出する。プリアンブルのビット列の具体例としては、０１が交互に繰り返されるビット列（以下、０１交番とする）が挙げられる。プリアンブル検出部４４には、既知のプリアンブル（送信システムから送信されるプリアンブルと同一）のビット列が予め設定され記憶されている。プリアンブルは、ベースバンド信号のビット列と予め記憶しているビット列との一致度を評価することにより検出される。両者が完全に一致したとき、プリアンブルを検出したと判断される。また、例えば、プリアンブルが０１交番で構成される場合、所定ビットにおいて連続して０１交番が一致したとき、プリアンブル検出部４４は、プリアンブルを検出したと判断してもよい。この場合、プリアンブルの検出タイミングは、その都度異なる可能性がある（図４等参照）。さらにまた、予め記憶しているプリアンブルのビット列に対するベースバンド信号のビット列の誤り率が所定値以下となったとき、プリアンブルを検出したと判断してもよい。この場合であっても、予め記憶しているプリアンブルのビット列と実質的に同一のビット列がベースバンド信号から検出されたとみなすことができるからである。
【００３２】
プリアンブル検出部４４がプリアンブルを検出した旨の信号は、ユニークワード検出部４５、ＣＰＵ５等に入力される。当該信号が、プリアンブル検出部４４からＣＰＵ５に出力され、ＣＰＵ５を経由してユニークワード検出部４５等に入力される構成であってもよい。
【００３３】
ユニークワード検出部４５は、同期確立部４３によって同期が確立されたベースバンド信号を検索し、ユニークワードのビット列を検出する。ユニークワード検出部４５には、既知のユニークワード（送信システムから送信されるユニークワードと同一）のビット列が予め設定され記憶されている。ユニークワードは、ベースバンド信号のビット列と予め記憶しているビット列との一致度を評価することにより検出される。両者が完全に一致したとき、ユニークワードを検出したと判断してもよいし、予め記憶しているユニークワードのビット列に対するベースバンド信号のビット列の誤り率が所定値以下となったとき、ユニークワードを検出したと判断してもよい。後者の場合であっても、予め記憶しているユニークワードのビット列と実質的に同一のビット列がベースバンド信号から検出されたとみなすことができるからである。ユニークワード検出部４５がユニークワードを検出した旨の信号は、ＣＰＵ５の信号処理部５１等に入力される。なお、上述した既知のプリアンブル及びユニークワードは、対応する送信システムとの間で共有され、このプリアンブル及びユニークワードが付与されたパケットが送信システムから送信される。
【００３４】
ＣＰＵ５は、信号処理部（信号品質検出部）５１と、アンテナ制御部５２等を有し、アンテナ切り替え受信システム１の制御を司る。ＣＰＵ５が、プリアンブル検出部４４又はユニークワード検出部４５等の代わりにプリアンブル又はユニークワードを検出する構成であってもよい。この場合、ＲＦＩＣ４からプリアンブル検出部４４又はユニークワード検出部４５等が省かれる。信号処理部５１は、ＲＦ部４１、同期確立部４３、プリアンブル検出部４４及びユニークワード検出部４５等から入力された信号について、各種の処理を行う。例えば、信号処理部５１は、ＲＦ部４１から入力される受信レベルを表す信号から無線信号の品質を検出する。このとき、信号処理部５１は、ＲＦ部４１から入力される受信レベルを表す信号に演算処理を施して、無線信号の品質の判断指標となる数値を算出する。より具体的には、信号処理部５１は、ＲＦ部４１から入力される受信レベルについてアンテナ毎に平均値を算出する。アンテナ制御部５２は、信号処理部５１よって算出された受信レベルの平均値を評価して、ペイロードを受信するアンテナを選択し、アンテナの切り替え要否を判断し、アンテナ切替部３に対してアンテナの切り替えのための制御信号を出力する。
【００３５】
なお、本実施形態は、アンテナ切替部３によって２つアンテナを切り替えて無線信号を受信する構成であるが、アンテナの個数は３つ以上であってもよい。
【００３６】
図４乃至図７は、対応する送信システムから送信される信号と、アンテナ切り替え受信システム１によって切り替えられるアンテナと、各アンテナによって受信される信号と、その受信レベルの推移を示す。１つのパケットは、複数対のプリアンブル及びユニークワードとその後に続けて送信されるペイロード等によって構成される。本実施形態においては、２種類のユニークワードＵＷ１（第１ユニークワード）及びユニークワードＵＷ２（第２ユニークワード）が送信システムから送信される。
【００３７】
ユニークワードＵＷ１は、アンテナ切り替え受信システム１がペイロードを受信するアンテナを選択するために用いられる。ユニークワードＵＷ２は、ペイロードの先頭を検出する（すなわち頭出しをする）ために用いられる。ユニークワードＵＷ１の前に送信されるプリアンブルとユニークワードＵＷ２の前に送信されるプリアンブルとは、同一のビット列で構成されていてもよく、異なるビット列で構成されていてもよい。一方、プリアンブル、ユニークワードＵＷ１及びユニークワードＵＷ２は、それぞれ誤って検出されないように、互いに相関値の低いビット列によって構成される。
【００３８】
ユニークワードＵＷ１は、いずれのタイミングでアンテナＡ，Ｂが切り替えられても受信できるように、各アンテナに対して２回ずつ送信される。すべてのユニークワードの前には、プリアンブルが送信される。また、４度目のユニークワードＵＷ１の後であって、ユニークワードＵＷ２の直前に送信されるプリアンブルの前には、ダミーデータが送信される。なお、２度目以降のプリアンブル及びダミーデータの先頭には、必要に応じてアンテナの切替待ち時間を付与するためのデータが挿入されてもよい。
【００３９】
アンテナ切り替え受信システムは、アンテナＡ，Ｂを所定の周期（例えば、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１の送信周期の２倍の周期）で切り替えながら、送信システムから送信される無線信号を受信する。受信した信号は、上述したようにＲＦ部４１によってダウンコンバートされ、復調部４２によって復調され、同期確立部４３によってビット同期が確立される。そして、プリアンブル検出部４４によってプリアンブルが検出され、ユニークワード検出部４５によってユニークワードＵＷ１が検出される。
【００４０】
上述したように、いずれのタイミングでアンテナＡ，Ｂが切り替えられてもプリアンブル及びユニークワードＵＷ１を受信できるように、各アンテナに対して２回ずつ、プリアンブルとユニークワードＵＷ１が送信される。本実施形態においては、２つのアンテナが使用されるので、図４乃至図７に示すように、プリアンブルとユニークワードＵＷ１が４回ずつ送信される。このように、アンテナ切り替え受信システムに搭載されるアンテナ数の２倍のプリアンブル及びユニークワードＵＷ１が送信される。また、最初にユニークワードＵＷ１が検出されるまでは、各アンテナはプリアンブル及びユニークワードＵＷ１の送信周期の２倍の周期で切り替えられる。
【００４１】
図４及び図５は、アンテナＡ及びＢによってユニークワードＵＷ１が検出されたときのアンテナ切り替え動作等を示す。受信信号のうち、実線部分が各アンテナによって受信された信号である。なお、以下の説明では、便宜上、プリアンブル検出部４４及びユニークワード検出部４５が最初にプリアンブル及びユニークワードＵＷ１を検出したとき、無線信号を受信していた（アクティブであった）アンテナをアンテナＡとする。図４はアンテナＡで受信した無線信号の受信レベルがアンテナＢで受信した無線信号の受信レベルよりも高い場合、図５はアンテナＢで受信した無線信号の受信レベルがアンテナＡで受信した無線信号の受信レベルよりも高い場合をそれぞれ示す。
【００４２】
図４及び図５において、１度目に送信されたプリアンブルは、その受信中にアンテナが切り替えられて検出できず、２度目に送信されたプリアンブルがアンテナＡによって受信され、プリアンブル検出部４４によって検出される。プリアンブルが検出されると、ＲＦ部４１によって受信レベルの検出が開始される。その後、受信レベルは、所定のサンプリング周期で検出される。また、プリアンブルに続けて送信されるユニークワードＵＷ１がユニークワード検出部４５によって検出される。受信レベルの検出は、ユニークワードＵＷ１が検出されるまで継続され、検出された受信レベルに関する情報は、信号処理部５１に逐次記憶される。信号処理部５１は、記憶した受信レベルからその平均値（ＲＡとする）を算出する。
【００４３】
ユニークワードＵＷ１が検出されると、その旨の信号がユニークワード検出部４５から出力され信号処理部５１に入力される。ユニークワードＵＷ１が検出された旨の信号は、信号処理部５１からアンテナ制御部５２に転送され、アンテナ制御部５２は、アンテナ切替部３にアンテナを切り替える旨の指令を出力し、アンテナがアンテナＢに切り替えられる。その後、３度目に送信されたプリアンブルがアンテナＢによって受信され、プリアンブル検出部４４によって検出される。プリアンブルが検出されると、アンテナＡのときと同様に、受信レベルが所定のサンプリング周期で検出され、ユニークワードＵＷ１が検出される。アンテナＢでの受信レベルに関する情報は、上述したアンテナＡでの受信レベルに関する情報と区別して信号処理部５１に逐次記憶され、信号処理部５１は、記憶した受信レベルからその平均値（ＲＢとする）を算出する。
【００４４】
信号処理部５１によって算出されたＲＡ及びＲＢは、アンテナ制御部５２に入力される。アンテナ制御部５２は、信号処理部５１によって算出されたＲＡとＲＢを比較してより高い信号品質が得られるアンテナを、ペイロードを受信するアンテナとして選択する。
【００４５】
図４においては、アンテナＡでの受信レベルがアンテナＢでの受信レベルよりも高くＲＡ＞ＲＢであるため、アンテナＡで受信した無線信号の品質がアンテナＢで受信した無線信号の品質よりも高いと考えられる。そこで、アンテナ制御部５２は、信号処理部５１によって算出されたＲＡとＲＢを比較してより受信レベルが高いアンテナＡを、ペイロードを受信するアンテナとして選択する。これにより、アンテナは、再びアンテナＡに切り替えられ、当該パケットを受信し終えるまでアンテナＡに固定される。従って、４度目に送信されたプリアンブル、ユニークワードＵＷ１及びダミーデータがアンテナＡによって受信され、その後のプリアンブル、ユニークワードＵＷ２及びペイロードもアンテナＡによって受信される。
【００４６】
図５においては、アンテナＢでの受信レベルがアンテナＡでの受信レベルよりも高くＲＢ＞ＲＡであるため、アンテナＢで受信した無線信号の品質がアンテナＡで受信した無線信号の品質よりも高いと考えられる。そこで、アンテナ制御部５２は、信号処理部５１によって算出されたＲＡとＲＢを比較してより受信レベルが高いアンテナＢを、ペイロードを受信するアンテナとして選択する。これにより、アンテナは、当該パケットを受信し終えるまで切り替えられることなくアンテナＢに固定される。従って、４度目に送信されたプリアンブル、ユニークワードＵＷ１及びダミーデータがアンテナＢによって受信され、その後のプリアンブル、ユニークワードＵＷ２及びペイロードもアンテナＢによって受信される。
【００４７】
図６は、２度目に送信されたプリアンブル等がアンテナＡによって受信され、プリアンブル検出部４４等によって検出され、アンテナＢに切り替えられた後、３度目に送信されたプリアンブルがプリアンブル検出部４４によって検出されなかった場合を示す。２度目に送信されたユニークワードＵＷ１が検出されると、その直後にアンテナＢに切り替えられるので、３度目に送信されたプリアンブルは、実質的に先頭からアンテナＢによって受信される。従って、アンテナＢによって受信された無線信号からプリアンブル等を検出するために必要な最小時間は、一組のプリアンブルとユニークワードＵＷ１が送信される時間に等しい。よって、３度目に送信されたプリアンブル等が検出されなかった場合、４度目に送信されたプリアンブル等をアンテナＢで受信してもよいし、図６に示すように直ちにアンテナをアンテナＡに切り替えてもよい。前者の場合は、アンテナＢを用いてプリアンブル等を検出する機会が２度得られるので、アンテナＢでの受信レベルを検出できる機会が増加し、アンテナの選択をより一層適正に行えるようになる。後者の場合は、ダミーデータの長さを短く設定して、パケットに占めるペイロードの割合を増加させることができる。ダミーデータの長さを短く設定できる理由は、以下の通りである。例えば、アンテナＡで４度目のユニークワードＵＷ１を最初に検出した場合（図７参照）、アンテナをアンテナＢに切り替えてダミーデータを受信することとなる。このとき、前者のようにアンテナＢを用いてプリアンブル等を２度に亘って検出するように構成すると、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１の２周期分のダミーデータが必要とされる。一方、後者のようにアンテナＢを用いてプリアンブル等を検出する機会を１度に制限することより、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１の１周期分のダミーデータで済むからである。
【００４８】
後者の場合、アンテナＢによって受信された無線信号からプリアンブル等が検出されなかったことから、その信号品質はペイロードを受信するために十分なものではないと考えられる。また、ＲＢ＝０とも考えることができる。従って、アンテナ制御部５２は、十分に高い信号品質が得られるアンテナＡを、ペイロードを受信するアンテナとして選択し、アンテナは、再びアンテナＡに切り替えられ、当該パケットを受信し終えるまでアンテナＡに固定される。ＲＢ＝０と考えた場合も、同等の動作が実行される。また、アンテナＢでプリアンブルは検出できても、ＵＷ１を検出できなければ上記と同様にアンテナＡに切り替える。以後の動作は、図４と同様である。
【００４９】
図７は、４度目に送信されたプリアンブル等がアンテナＡによって受信され、当該パケット内で最初のプリアンブル等としてプリアンブル検出部４４等によって検出された場合を示す。この場合、４度目に送信されたユニークワードＵＷ１が検出された後、アンテナＢに切り替えられダミーデータが受信される。
【００５０】
ダミーデータとは、プリアンブルとは異なるビット列で構成されたデータであり、再びアンテナＢからアンテナＡに切り替える際の時間的な猶予をアンテナ切り替え受信システム１に付与するために、送信システムから送信される。従って、ダミーデータのデータ長は、プリアンブルのデータ長とユニークワードＵＷ１のデータ長の和と同等以上に設定される。
【００５１】
ダミーデータは、プリアンブル並びにユニークワードＵＷ１及びＵＷ２とは、互いに相関値の低いビット列によって構成される。プリアンブル検出部４４及びユニークワード検出部４５がダミーデータをプリアンブル並びにユニークワードＵＷ１及びＵＷ２と誤って検出しないようにするためである。ダミーデータとプリアンブルの相関値、ダミーデータとユニークワードＵＷ１の相関値及びダミーデータとユニークワードＵＷ２の相関値が最も低くなるように各ビット列が設定されているのが望ましい。しかしながら、プリアンブル検出部４４及びユニークワード検出部４５による誤検出を防止できる程度に上記相関値が低ければ、すなわち上記相関値が所定値未満であれば、実用上の問題は生じない。
【００５２】
図７に示すように、アンテナＢによってダミーデータが受信された場合、プリアンブル検出部４４によってプリアンブルが、ユニークワード検出部４５によってユニークワードＵＷ１が検出されることはない。また、２度目に送信されたプリアンブル等は、アンテナＢによって受信されていながら、プリアンブル検出部４４等によってプリアンブル等が検出されなかったことから、アンテナＢで受信した信号の品質は高くないものと考えられる。従って、アンテナ制御部５２は、十分に高い信号品質が得られるアンテナＡを、ペイロードを受信するアンテナとして選択し、アンテナは、再びアンテナＡに切り替えられ、当該パケットを受信し終えるまでアンテナＡに固定される。以後の動作は、図４と同様である。
【００５３】
図８は、アンテナ切り替え受信システム１の動作を示す。まず、ユニークワードＵＷ１を検出する前段階において、アンテナＡ，Ｂは、所定周期で交互に切り替えられる（＃１）。アンテナを切り替える所定周期は、例えばプリアンブル及びユニークワードＵＷ１の２回分の周期である。アンテナが切り替えられると、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１のビット列の検出がリセットされる（＃２）。プリアンブル及びユニークワードＵＷ１のビット列の検出がリセットされるとは、ビット列の検出を中止し、最初のビットから検出を再開する処理をいう。このとき、ユニークワード検出部４５が検出すべきビット列として、ユニークワードＵＷ１が設定される。すなわちユニークワードＵＷ１の検出が開始される。プリアンブル検出部４４及びユニークワード検出部４５が、ビット列の検出をリセットするのは、以下の理由による。すなわち、ＲＦＩＣ４は、アンテナ切替部３から入力された受信信号のうち、どの部分がいずれのアンテナで受信されたのかを認識できないため、プリアンブル及びユニークワードを受信したアンテナを誤ってしまうことを防止するためである。例えば、ユニークワードのビット列の終端近傍でアンテナＡからアンテナＢに切り替えられた場合、ビット列の大部分をアンテナＡで受信しているにも関わらず、最後の部分を受信したアンテナＢによってビット列の全体が受信されたと誤認してしまうことを防止するためである。
【００５４】
切り替えにおいてアクティブとされたアンテナで、無線信号を受信し、プリアンブル検出部４４によってプリアンブルが検索される（＃３）。プリアンブル検出部４４によってプリアンブルが検出されると（＃４においてＹＥＳ）、受信レベルの検出が開始される（＃５）。このときに無線信号を受信しているアンテナをアンテナＡとする。受信レベルは所定のサンプリング周期で検出され、その値は信号処理部５１に逐次記憶される（＃１２においても同様）。＃４において、プリアンブルの検出は、＃２においてビット列の検出をリセットした後、第１所定時間に亘って継続され、第１所定時間内にプリアンブルが検出されない場合は（＃４においてＮＯ）、＃１に戻る。ここで第１所定時間とは、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１の２周期に相当する時間であり、＃２においてビット列の検出をリセットした後、計数を開始する。プリアンブルの検出後、ユニークワードＵＷ１が検出されると（＃６においてＹＥＳ）、受信レベルの検出が終了される（＃７）。＃６において、ユニークワードＵＷ１の検出は、＃２におけるビット列検出のリセット後から起算された第１所定時間に亘って継続される。第１所定時間内にユニークワードＵＷ１が検出されない場合は（＃６においてＮＯ）、受信レベルの検出が終了され、＃１に戻る。
【００５５】
アンテナＡでの受信レベルの検出が終了されると、信号処理部５１は、記憶した受信レベルから平均値（ＲＡ）を算出し（＃８）、アンテナ制御部５２は、アンテナをアンテナＢに切り替える（＃９）。アンテナが切り替えられると、＃２と同様に、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１のビット列の検出をリセットする（＃９Ａ）。そして、切り替え後のアンテナＢで無線信号を受信し、プリアンブル検出部４４によってプリアンブルが検索される（＃１０）。プリアンブル検出部４４によってプリアンブルが検出されると（＃１１においてＹＥＳ）、受信レベルの検出が開始される（＃１２）。＃１１において、プリアンブルの検出は、＃９Ａにおいてビット列の検出をリセットした後、第２所定時間に亘って継続され、図６又は図７に示すように、第２所定時間内にプリアンブルが検出されない場合は（＃１１においてＮＯ）、＃１９に移行する。アンテナＢでは十分な信号品質が得られないと判断できるからである。ここで第２所定時間とは、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１の１周期に相当する時間であり、＃９Ａにおいてビット列の検出をリセットした後、計数を開始する。プリアンブルの検出後、ユニークワードＵＷ１が検出されると（＃１３においてＹＥＳ）、受信レベルの検出が終了される（＃１４）。＃１１において、ユニークワードＵＷ１の検出は、＃９Ａにおいてビット列の検出がリセットされた後から起算された第２所定時間に亘って継続される。第２所定時間内にユニークワードＵＷ１が検出されない場合は（＃１３においてＮＯ）、受信レベルの検出が終了され、＃１９に移行する。アンテナＢでは十分な信号品質が得られないと判断できるからである。
【００５６】
アンテナＢでの受信レベルの検出が終了されると、信号処理部５１は、記憶した受信レベルから平均値（ＲＢ）を算出し（＃１５）、アンテナ制御部５２は、信号処理部５１によって算出された受信レベルの平均値ＲＡとＲＢを比較する（＃１６）。図５に示すように、ＲＡ＜ＲＢの場合は（＃１７においてＹＥＳ）、アンテナ制御部５２は、ペイロードを受信するアンテナとしてアンテナＢを選択する。すなわち、アンテナをアンテナＢに固定したまま（＃１８）、ビット列の検出をリセットする（＃２０）。このとき、ユニークワード検出部４５が検出すべきビット列として、ユニークワードＵＷ２が設定される。すなわちユニークワードＵＷ２の検出が開始される。一方、図４に示すように、ＲＡ＞ＲＢの場合は（＃１７においてＮＯ）、ペイロードを受信するアンテナとしてアンテナＡを選択する。すなわち、アンテナをアンテナＡに切り替えて（＃１９）、＃２０に移行する。
【００５７】
選択されたアンテナＡ又はＢで無線信号を受信し、プリアンブル検出部４４によってプリアンブルが検出されると（＃２１においてＹＥＳ）、ユニークワードＵＷ２の検出に移行する（＃２２）。ユニークワード検出部４５によってユニークワードＵＷ２が検出されると（＃２２においてＹＥＳ）、ペイロードの頭出しが完了したことになり、以後ペイロードを受信する（＃２３）。受信したペイロードは、信号処理部５１によって処理される。なお、＃２１において、プリアンブルの検出は、＃２０においてビット列の検出をリセットした後第３所定時間に亘って継続され、第３所定時間内にプリアンブル検出部４４によってプリアンブルが検出されない場合（＃２１においてＮＯ）は、＃１に戻る。ここで第３所定時間とは、プリアンブル及びユニークワードＵＷ１の２周期と、ダミーデータと、プリアンブル及びユニークワードＵＷ２の１周期とを加えた時間に相当し、＃２０においてビット列の検出をリセットした後、計数を開始する。また、＃２２において、ユニークワードＵＷ２の検出は、＃２０におけるビット列検出のリセット後から起算された第３所定時間に亘って継続される。第３所定時間内にユニークワード検出部４５によってユニークワードＵＷ２が検出されない場合（＃２２においてＮＯ）は、＃１に戻る。
【００５８】
以上のように、本実施形態のアンテナ切り替え受信システム１によれば、ユニークワード検出部４５が、同時に複数種類のユニークワードを待ち受ける必要がない。すなわち、図８中、＃６及び＃１３においてはユニークワードＵＷ１のみを、＃２２においてはユニークワードＵＷ２のみをそれぞれ待ち受けて検出すればよいので、ユニークワード検出部４５の処理負担が大幅に軽減される。近年のＩＣは、ＣＰＵには及ばないものの多機能化が推進されており、このような単一のユニークワード待ち受けて検出する処理は、ＲＦＩＣ４に備えられている機能を利用することにより実現できる。これにより、ＲＦＩＣ４が備えるビット列検出機能を用いてユニークワード検出部４５を構成しながら、正確に信号品質の高いアンテナを選択することができる。また、ＣＰＵ５が、プリアンブル検出部４４又はユニークワード検出部４５等の代わりにプリアンブル又はユニークワードを検出する構成であっても、ＣＰＵ５の処理負担が軽減されることに変わりはない。従って、高スペックなＣＰＵ５を用いることなく、簡素かつ安価な構成で、マルチパスフェージングによるレベル変動の影響を低減できるようになる。ＣＰＵ５の処理能力をビット列検出以外の他の機能に振り分けることができ、コストアップを伴うことなく、多機能なアンテナ切り替え受信システム１を構築できる。
【００５９】
また、信号品質が高いアンテナとしてアンテナ制御部５２に選択されたアンテナによってユニークワードＵＷ２を受信してペイロードの先頭ビットを検出するので、ペイロードの頭出しを適正に行うことができる。また、アンテナ制御部５２に選択されたアンテナに固定したままペイロードが受信されるので、品質の高いペイロードの信号を取得できる。
【００６０】
また、アンテナ制御部５２が、アンテナを切り替えたとき、プリアンブル検出部４４及びユニークワード検出部４５が、ビット列の検出をリセットするので、プリアンブル及びユニークワードを受信したアンテナを誤認することを防止できる。
【００６１】
信号処理部５１は、ユニークワード検出部４５がユニークワードＵＷ１を検出したときの無線信号の受信レベルに基づいた無線信号の品質を検出するので、アンテナの切り替え後、受信レベルが安定した無線信号の品質を検出できる。これにより、品質の高い無線信号を受信できるアンテナを選択する精度が向上する。
【００６２】
また、信号処理部５１は、ユニークワード検出部４５がユニークワードＵＷ１を検出する前から検出していた受信レベルの平均値に基づいた無線信号の品質を検出するので、受信レベルの瞬間的かつ一時的な変動がアンテナの選択に及ぼす影響を抑制できる。これにより、品質の高い無線信号を受信できるアンテナを選択する精度がより一層向上する。
【００６３】
また、プリアンブル検出部４４がプリアンブルを検出した後、ＲＦ部４１が受信した無線信号の受信レベルを検出し、信号処理部５１が無線信号の品質を検出するので、信号処理部５１の動作が間欠的となり、ＣＰＵ５の処理負担がより一層軽減される。これにより、ＣＰＵ５として要求される処理能力を下げ、更なるコストダウンを図ることができる。また、ＣＰＵ５の処理能力をビット列検出以外の他の機能に振り分けることが可能となる。
【００６４】
複数のユニークワードＵＷ１をペイロードの前に送信する送信システムによって、アンテナ切り替え受信システム１に対応した無線送受信システムを構築できる。また、複数のユニークワードＵＷ１を送信した後、ユニークワードＵＷ２をペイロードの前に送信する送信システムによって、アンテナ切り替え受信システム１により一層対応した無線送受信システムを構築できる。また、プリアンブルをそれぞれのユニークワードＵＷ１の前に送信する送信システムによって、アンテナ切り替え受信システム１により一層対応した無線送受信システムを構築できる。
【００６５】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られない。少なくともアンテナを切り替えながらユニークワード検出部４５が複数のユニークワードＵＷ１のうちいずれかのユニークワードＵＷ１を検出したとき、信号処理部５１は、受信した無線信号の品質を検出し、アンテナ制御部５２がアンテナを切り替えた後、切り替えたアンテナで受信した無線信号の品質も検出し、アンテナ制御部５２は、信号処理部５１によって検出された信号品質が高いアンテナを選択して、その後のペイロードを受信するように構成されていればよい。
【００６６】
また、本発明は、種々の変形が可能である。例えば、各アンテナによって受信した信号の品質は、受信レベルの平均値を算出することなく、ある時点での受信レベルに基づいて検出するものとしてもよい。例えば、各アンテナでプリアンブルを検出した時点、プリアンブルの検出から所定時間の経過後又はユニークワードＵＷ１を検出した時点の受信レベルに基づいて信号品質を検出してもよい。この場合、信号処理部５１の処理負担、すなわちＣＰＵ５の処理負担がより一層軽減される。
【００６７】
また、各アンテナによって受信した信号の品質は、受信レベルの他、予め記憶しているユニークワードのビット列に対するベースバンド信号のビット列の誤り率等によっても検出することができる。
【００６８】
また、本発明のアンテナ切り替え受信システム１及び送信システム７０は、ＨＥＭＳ１００に限られることなく、「切り替えダイバーシチ」を用いた他の無線システムにも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１    アンテナ切り替え受信システム
３    アンテナ切替部
４１    ＲＦ部（信号品質検出部）
４４    プリアンブル検出部（ビット列検出部）
４５    ユニークワード検出部（ビット列検出部）
５１    信号処理部（信号品質検出部）
５２    アンテナ制御部
７０    送信システム  
ＵＷ１    ユニークワード（第１ユニークワード）
ＵＷ２    ユニークワード（第２ユニークワード）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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