(57)【要約】【課題】帯域分割ダイバーシチ受信装置の回路規模を小さくすること。【解決手段】（ｉ＝１〜４）アンテナＡｉで受信された高周波は、乗算器２ｉにおいて中間周波数信号に変換され、可変アナログ増幅器３ｉにより増幅してＡ／Ｄ４ｉでデジタル信号とし、直交復調部５０でベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は、位相制御部６０で、加算器９０の出力との４組の複素相関演算により決定される複素重み係数を乗ぜられて位相を揃えられる。この後帯域分割フィルタ６ｉにより３つの帯域に分割され、各々二重乗算器８ｉＬ、８ｉＭ、８ｉＨで重み付けられ、加算器８５Ｌ、８５Ｍ、８５Ｈで加算されたのち加算器９０で加算される。二重乗算器８ｉＬ、８ｉＭ、８ｉＨでの重み係数は、振幅係数計算機８０Ｌ、８０Ｍ、８０Ｈ帯域毎の各ブランチの振幅から決定される。【選択図】図１
2006253866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチキャリア変調を用いた通信におけるダイバーシチ受信装置において、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナで受信した信号を直交復調したのちそれぞれ複数の周波数帯域ごとに分割する分割手段と、
前記複数の周波数帯域ごとに分割された前記複数のアンテナのそれぞれの信号に重み付けを行って合成信号を出力する帯域内合成手段と、
帯域内合成手段の出力である周波数帯域ごとの合成信号を加算する帯域間合成手段と、
前記分割手段の前段におかれ、帯域間合成手段の出力との複素相関により各アンテナで受信した信号の位相を制御する位相制御手段と、
帯域内合成手段における前記重み付けのための実数である振幅係数を、各信号の平均振幅に基づいて重み付けを行う振幅係数演算器とを有することを特徴とするダイバーシチ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイバーシチ受信装置に関し、特にマルチパスによる周波数選択性フェージングの影響を軽減するためのダイバーシチ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチキャリア変調信号のダイバーシチ受信において、受信信号は、マルチパスによる周波数選択性フェージングにより、確率的にある周波数成分において劣化している。また、この現象は各アンテナについて独立に起きている。そこで本発明者らは、下記特許文献１に記載の技術を発明した。これは、マルチキャリア変調信号に対し、帯域を分割してダイバーシチ合成を行い、その上で各帯域での合成信号の位相をそろえて結合し、その後の信号処理を行うとするものである。これにより、各周波数帯域の合成手段では、他の帯域に存在する劣化した信号成分の影響が軽減された、より正確な重み係数を算出することが可能となり、各周波数帯域ごとの信号レベルが平準化される。また、マルチパスによる周波数選択性フェージングの影響を軽減することが可能である。
【特許文献１】特開２００４−２２１８０８
【０００３】
特許文献１のダイバーシチ受信装置１００の構成を図２に示す。ダイバーシチ受信装置９００の構成は、４つのアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４と、各アンテナに対応して設けられた、乗算器（ダウンコンバータ）２１、２２、２３及び２４、可変アナログ増幅器３１、３２、３３及び３４、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４１、４２、４３及び４４、帯域分割フィルタ７１、７２、７３及び７４、複素乗算器９１Ｌ、９２Ｌ、９３Ｌ及び９４Ｌと、局部発振器１０、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）３０、直交復調部５０、重み係数演算器９５Ｌ及び加算器８５Ｌ及び結合器９９とから成る。尚、図では略しているが、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄと示した構成に対応して、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄに複素乗算器９１Ｍ、９２Ｍ、９３Ｍ及び９４Ｍ、重み係数演算器９５Ｍ及び加算器８５Ｍを、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄに複素乗算器９１Ｈ、９２Ｈ、９３Ｈ及び９４Ｈ、重み係数演算器９５Ｈ及び加算器８５Ｈを有する。
【０００４】
ダイバーシチ受信装置９００における信号処理は以下の通りである。アンテナＡ１で受信された例えば５００ＭＨｚ帯域の高周波は、乗算器（ダウンコンバータ）２１において局部発振器１０の発する正弦波と乗ぜられて中間周波数信号（ＩＦ）に変換される。これをＡＧＣ３０により制御された可変アナログ増幅器３１により増幅してＡ／Ｄ４１でデジタル信号とし、直交復調部５０でベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。尚、直交復調部５０の出力に応じて、ＡＧＣ３０が可変アナログ増幅器３１における増幅率を制御する。全く同様にアンテナＡ２、Ａ３及びＡ４の受信信号も、直交復調部５０からベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。
【０００５】
直交復調部５０の出力である、４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は、帯域分割フィルタ７１、７２、７３及び７４によりＬｏｗ−Ｂａｎｄ、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄの３つに分割され、各々複素乗算器９１〜９４Ｌ及び重み係数演算器９５Ｌ、複素乗算器９１〜９４Ｍ及び重み係数演算器９５Ｍ、複素乗算器９１〜９４Ｈ及び重み係数演算器９５Ｈに入力される。
【０００６】
まずＬｏｗ−Ｂａｎｄと示した構成部分について説明する。重み係数演算器９５Ｌに入力された、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄの４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は、各々加算器８５Ｌの出力との複素相関演算が行われる。この結果から４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号の重み係数（複素数）が決定され、複素乗算器９１Ｌ、９２Ｌ、９３Ｌ及び９４Ｌに各々出力される。複素乗算器９１Ｌ、９２Ｌ、９３Ｌ及び９４Ｌでは複素演算により信号処理がなされ、加算器８５Ｌに出力される。加算器８５Ｌでは複素乗算器９１Ｌ、９２Ｌ、９３Ｌ及び９４Ｌの出力の単純な加算を行い、結合器９９に出力される。このようにＬｏｗ−Ｂａｎｄの４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号がダイバーシチ合成される。
【０００７】
全く同様にＭｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄでも４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号が各々加算器８５Ｍ及び８５Ｈの出力との複素相関演算が行われて重み係数（複素数）が決定され、複素乗算器９１Ｍ〜９４Ｍ及び複素乗算器９１Ｈ〜９４Ｈで４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号が重み付けられ、各々加算器８５Ｍ及び８５Ｈで加算されて結合器９９に出力される。このようにＭｉｄ及びＨｉｇｈ−Ｂａｎｄの各々４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号が、各々ダイバーシチ合成される。
【０００８】
結合器９９では、加算器８５Ｌ、８５Ｍ及び８５Ｈの出力について、例えば加算器８５Ｍの出力を基準に加算器８５Ｌ及び８５Ｈの出力との複素相関演算を行い、位相のズレを算出して、加算器８５Ｌ及び８５Ｈの出力に対する位相補償のための各々の複素重みを算出し、加算器８５Ｌ及び８５Ｈの出力と各々の複素重みを乗じたものと加算器８５Ｍの出力を加算することで、全帯域のダイバーシチ合成信号を得て、後段の信号処理に出力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１における技術は、帯域分割フィルタの周波数特性を厳密なステップ関数にできないため、帯域の境界部分に周波数帯域の重なりを設けることになっている。即ち、隣り合う２つの帯域濾波器は、その周波数特性において、境界周波数において強度で−６ｄＢとなるように設計されている。このように、分割された帯域の境界部分に周波数帯域の重なりが生じているため、当該重なった部分においては、帯域毎のダイバーシチ合成後に位相を合わせないと、結合したあとの信号が歪んでしまう。特許文献１においては、この位相合わせのために、加算器８５Ｌ、８５Ｍ及び８５Ｈの出力について、１つを基準とした複素相関演算を行っていた。即ち、各帯域ごとの合成信号を形成する重み係数を算出するための、帯域ごとの合成信号とその帯域の受信信号との間での相関演算と、帯域ごとの合成信号の周波数帯域の重なり部分の位相を揃えるための合成信号間の相関演算との、２段階の相関演算が必要であった。
【００１０】
本発明者らは、特許文献１の構成を改良し、より回路規模の小さい構成で、帯域ごとのダイバーシチ合成したのちの帯域間の加算を可能とする構成を発明した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の手段は、マルチキャリア変調を用いた通信におけるダイバーシチ受信装置において、複数のアンテナと、前記複数のアンテナで受信した信号を直交復調したのちそれぞれ複数の周波数帯域ごとに分割する分割手段と、前記複数の周波数帯域ごとに分割された前記複数のアンテナのそれぞれの信号に重み付けを行って合成信号を出力する帯域内合成手段と、帯域内合成手段の出力である周波数帯域ごとの合成信号を加算する帯域間合成手段と、前記分割手段の前段におかれ、帯域間合成手段の出力との複素相関により各アンテナで受信した信号の位相を制御する位相制御手段と、帯域内合成手段における前記重み付けのための実数である振幅係数を、各信号の平均振幅に基づいて算出する振幅係数演算器を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
特許文献１では、アンテナの数をＮAと分割した帯域の数をＮBとすると、帯域内のダイバーシチ合成のためにＮAＮB個の複素相関演算と、帯域毎に合成されたＮB個の合成信号の結合のためにＮB−１個の複素相関演算との、合計(ＮA＋１)ＮB−１個の複素相関演算が必要であった。本願発明によれば、帯域分割前に位相を補償するので、複素相関演算はＮA個でよく、また、帯域分割後のダイバーシチ合成については、実数である振幅を基準に処理されるので、複素演算が必要でない。よって、アンテナの数をＮA、分割した帯域の数をＮBとすると、特許文献１の構成に比べて、本願発明は(ＮA＋１)(ＮB−１)個の複素相関演算を省略することができ、回路規模を小さくすることが可能となる。同様に複数乗算も、帯域分割する前の位相制御手段でのみ必要であり、従来のブランチを帯域分割した後に行うＮAＮB個から、ブランチ数のＮA個に減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、例えば車両、船舶、航空機その他の移動体に用いることができる。アンテナの個数は任意である。４本のアンテナを用いる場合は、移動方向を前として、例えば移動体の左前、右前、左後、右後に設けると良い。
【００１４】
本発明は、変調信号については任意であるが、マルチキャリア変調、特にＯＦＤＭ変調信号を受信するダイバーシチ受信装置として特に有効である。
【００１５】
ダイバーシチ合成は、最大比合成、等利得合成その他任意の手段を用いることができる。重み係数を逐次更新する場合は平滑化処理を行い、演算により求められた新たな重み係数と更新前の重み係数とに、αと１−αとを乗じて加算することで、重み係数の変動量を抑制することができる。位相制御のための重み係数は複素相関演算を用いて算出する。この時、当該相関演算の積分区間の値は設計により任意である。複素相関演算により各ブランチの位相を揃えることが可能となる。
【００１６】
帯域分割に用いるバンドパスフィルタは任意のものを用いることができるが、アナログ／デジタル変換及び直交復調後にデジタルフィルタを用いると良い。当該デジタルフィルタの周波数特性は急峻とすることが望ましいが、隣接するバンドパスフィルタとの境界周波数において、−６ｄＢのゲインとなるよう設計することが望ましい。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の具体的な一実施例にあたる、ダイバーシチ受信装置１００の構成を示すブロック図である。ダイバーシチ受信装置１００は、４つのアンテナを有し、ＯＦＤＭ信号を受信する装置の、ＦＦＴ及び誤り訂正等の信号処理部の前段におかれるものであり、車両に搭載されるものである。
【００１８】
ダイバーシチ受信装置１００の構成は、４つのアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４と、各アンテナに対応して設けられた、乗算器（ダウンコンバータ）２１、２２、２３及び２４、可変アナログ増幅器３１、３２、３３及び３４、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４１、４２、４３及び４４、位相制御部６０、帯域分割フィルタ７１、７２、７３及び７４、二重乗算器８１Ｌ、８２Ｌ、８３Ｌ及び８４Ｌと、局部発振器１０、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）３０、直交復調部５０、振幅係数演算器８０Ｌ及び加算器８５Ｌ及び９０とから成る。尚、図では略しているが、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄと示した構成に対応して、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄに二重乗算器８１Ｍ、８２Ｍ、８３Ｍ及び８４Ｍ、振幅係数演算器８０Ｍ及び加算器８５Ｍを、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄに二重乗算器８１Ｈ、８２Ｈ、８３Ｈ及び８４Ｈ、振幅係数演算器８０Ｈ及び加算器８５Ｈを有する。Ｌｏｗ−Ｂａｎｄ、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄと示した構成が請求項に言う帯域内合成手段に当たり、加算器９０が請求項に言う帯域間合成手段に当たる。
【００１９】
ダイバーシチ受信装置１００における信号処理は以下の通りである。アンテナＡ１で受信された例えば５００ＭＨｚ帯域の高周波は、乗算器（ダウンコンバータ）２１において局部発振器１０の発する正弦波と乗ぜられて中間周波数信号（ＩＦ）に変換される。これをＡＧＣ３０により制御された可変アナログ増幅器３１により増幅してＡ／Ｄ４１でデジタル信号とし、直交復調部５０でベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。尚、直交復調部５０の出力に応じて、ＡＧＣ３０が可変アナログ増幅器３１における増幅率を制御する。全く同様にアンテナＡ２、Ａ３及びＡ４の受信信号も、直交復調部５０からベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。
【００２０】
直交復調部５０の出力である、４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は、位相制御部６０で複素演算処理により位相が揃えられる。加算器９０の出力を基準として４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号との複素相関演算により、絶対値が１である、４つの複素重み係数が算出され、各々４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号に乗ぜられて帯域分割フィルタ７１、７２、７３及び７４に出力される。これらは帯域分割フィルタ７１、７２、７３及び７４にてＬｏｗ−Ｂａｎｄ、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄの３つに分割され、各々二重乗算器８１〜８４Ｌ及び振幅係数演算器８０Ｌ、二重乗算器８１〜８４Ｍ及び振幅係数演算器８０Ｍ、二重乗算器８１〜８４Ｈ及び振幅係数演算器８０Ｈに入力される。
【００２１】
まずＬｏｗ−Ｂａｎｄと示した構成部分について説明する。振幅係数演算器８０Ｌに入力された、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄの４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号について、下記に示すように実数の振幅係数が決定されて、二重乗算器８１Ｌ〜８４Ｌで乗ぜられる。二重乗算器８１〜８４Ｌは、複素信号を単に実数倍するので、実質的には複素演算をおこなわない、実部と虚部の２個の実数乗算のための乗算器である。実数倍された４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は加算器８５Ｌに出力され、実部と虚部がそれぞれ単純に加算されて、加算器９０に出力される。このようにＬｏｗ−Ｂａｎｄの４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号が振幅係数を決定されてダイバーシチ合成される。
【００２２】
全く同様にＭｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄでも４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号について、振幅計数演算器８０Ｍ、８０Ｈにおいて実数の振幅係数が決定されて二重乗算器８１Ｍ〜８４Ｍ、８１Ｈ〜８４Ｈで４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号が重み付けられ、各々加算器８５Ｍ及び８５Ｈで加算されて加算器９０に出力される。このようにＭｉｄ及びＨｉｇｈ−Ｂａｎｄの各々４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号が、各々ダイバーシチ合成される。加算器９０では加算器８５Ｌ、８５Ｍ及び８５Ｈの出力を単純加算し、後段の信号処理に出力する。
【００２３】
ここにおいて、帯域分割の前に、位相制御部６０において、加算器９０の出力を基準とした複素相関演算により複素重み係数（各々絶対値は１）を決定し、位相を制御するので、各帯域に分割してダイバーシチ合成しても、加算器９０の出力信号の各々の帯域の重なり部分でのサブキャリアについても位相が揃う。即ち、周波数空間における各帯域の接合部においての落ち込みが無くなる。よって、位相が揃っていないサブキャリアがないので、後段のダイバーシチ合成によるゲインが負となるサブキャリアは存在しない。よって加算器９０の出力をＦＦＴ及び誤り訂正その他の信号処理をすることで、マルチパスフェージングに強い受信機とすることができる。
【００２４】
振幅係数演算器８０Ｌ、８０Ｍ、８０Ｈでの振幅の決定方法は例えば下記の何れかの方法をとることができる。以下、帯域分割前のベースバンド信号の平均振幅をＢi（ｉはアンテナＡｉ（ｉ＝１，２，３，４）に対応するブランチを示す）、帯域分割後の平均振幅をＬｏｗ−Ｂａｎｄ、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄ各々Ｌi、Ｍi、Ｈiとおく。また、特に断らない限り、Σはｉ＝１，２，３，４での合計を示す。
【００２５】
〔振幅係数の決定方法１〕
各帯域でのダイバーシチ合成を最大比合成として、加算器８５Ｌ、８５Ｍ、８５Ｈの出力である各帯域での合成信号の平均振幅を、３つとも、予めＮとなるようにする。この場合、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄのブランチｉの平均振幅Ｌiの信号に対し、振幅係数はＮＬi／ΣＬi2である。同様にＭｉｄ−ＢａｎｄではＮＭi／ΣＭi2、Ｈｉｇｈ−ＢａｎｄではＮＨi／ΣＨi2である。
【００２６】
〔振幅係数の決定方法２〕
各帯域でのダイバーシチ合成を最大比合成として、加算器８５Ｌ、８５Ｍ、８５Ｈの出力である各帯域での合成信号の平均振幅を、帯域分割前の４ブランチの平均振幅の１／３となるようにする。これは上記振幅係数の決定方法１においてＮをΣＢi／１２とすれば良い。よってブランチｉに対し、Ｌｏｗ−ＢａｎｄではＬiΣＢi／１２ΣＬi2、Ｍｉｄ−ＢａｎｄではＭiΣＢi／１２ΣＭi2、Ｈｉｇｈ−ＢａｎｄではＨiΣＢi／１２ΣＨi2とする。
【００２７】
〔振幅係数の決定方法３〕
振幅係数の決定方法１で、Ｎを入力された帯域のブランチの平均振幅の和ΣＬi、ΣＭi及びΣＨiとする。ブランチｉに対し、Ｌｏｗ−ＢａｎｄではＬi／ΣＬi、Ｍｉｄ−ＢａｎｄではＭi／ΣＭi、Ｈｉｇｈ−ＢａｎｄではＨi／ΣＨiとする。
【００２８】
〔係数の平滑化について〕
位相制御部６０での複素重み、振幅係数演算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈでの振幅係数について、平滑化を行うことで信号の歪を抑制することができる。演算により求められた新たな重み係数と更新前の重み係数とに、αと１−αとを乗じて加算する。デジタル処理を簡単に行うため、αの値は、例えば０、１／２５６、１／１２８、１／６４、１／３２、１／１６、１／８、１／４、１／２、１の１０個を用意すると良い。α＝０は係数を固定し、更新しない場合を意味し、α＝１は平滑化を行わず、計算された係数で逐次更新していくことを意味する。
【００２９】
本発明は様々な他のダイバーシチ合成手法と組み合わせることができる。重み係数は全てのブランチに対して絶対値を１とする等利得合成としても良く、各ブランチ毎に絶対値が異なる最大比合成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は車両等において、地上波デジタルテレビ放送を受信するための装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るダイバーシチ受信装置１００の構成を示したブロック図。
【図２】特許文献１のダイバーシチ受信装置９００の構成を示したブロック図。
【符号の説明】
【００３２】
１００：ダイバーシチ受信装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４：アンテナ
１０：局部発振器
２１、２２、２３、２４：乗算器
３０：オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）
３１、３２、３３、３４：可変アナログ増幅器
４１、４２、４３、４４：アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
５０：直交復調部
６０：位相制御部
６１、６２、６３、６４：帯域分割フィルタ（３帯域）
８０Ｌ、８０Ｍ、８０Ｈ：（実数）振幅係数演算器
８１Ｌ、８２Ｌ、８３Ｌ、８４Ｌ、８１Ｍ、８２Ｍ、８３Ｍ、８４Ｍ、８１Ｈ、８２Ｈ、８３Ｈ、８４Ｈ：二重乗算器
８５Ｌ、８５Ｍ、８５Ｈ、９０：加算器
９１Ｌ、９２Ｌ、９３Ｌ、９４Ｌ、９１Ｍ、９２Ｍ、９３Ｍ、９４Ｍ、９１Ｈ、９２Ｈ、９３Ｈ、９４Ｈ：複素乗算器
９５Ｌ、９５Ｍ、９５Ｈ：（複素）重み係数演算器
９９：結合器
【図１】
2006253866.tif 000003
【図２】
2006253866.tif 000004