(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、帯域分割フィルタ６ｉにより３つの帯域に分割され、各々複素乗算器７ｉＬ、７ｉＭ、７ｉＨで重み付けられ、加算器８０Ｌ、８０Ｍ、８０Ｈで加算されたのち加算器９０で加算される。複素乗算器７ｉＬ、７ｉＭ、７ｉＨでの重み係数は、重み係数計算機７０Ｌ、７０Ｍ、７０Ｈで加算器９０と帯域毎の各ブランチの複素相関係数から決定される。３つのいずれの帯域でも、同じ加算器９０の出力を基準とするので、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。【選択図】図１
2006253865.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、
前記帯域内合成手段から出力された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、
前記帯域内合成手段における重み付けのための重み係数を、前記帯域間合成手段の出力である複素信号と、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に対応するそれぞれの複素信号との、複素相関に基づき算出する重み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９００の構成を図４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６１、６２、６３及び６４、複素乗算器７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌ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７０Ｌ及び加算器８０Ｌ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７１Ｍ、７２Ｍ、７３Ｍ及び７４Ｍ、重み係数演算器７０Ｍ及び加算器８０Ｍを、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄに複素乗算器７１Ｈ、７２Ｈ、７３Ｈ及び７４Ｈ、重み係数演算器７０Ｈ及び加算器８０Ｈ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６１、６２、６３及び６４によりＬｏｗ−Ｂａｎｄ、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄの３つに分割され、各々複素乗算器７１〜７４Ｌ及び重み係数演算器７０Ｌ、複素乗算器７１〜７４Ｍ及び重み係数演算器７０Ｍ、複素乗算器７１〜７４Ｈ及び重み係数演算器７０Ｈ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７０Ｌ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８０Ｌ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７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌに各々出力される。複素乗算器７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌでは複素演算により信号処理がなされ、加算器８０Ｌに出力される。加算器８０Ｌでは複素乗算器７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌ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８０Ｍ及び８０Ｈ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７１Ｍ〜７４Ｍ及び複素乗算器７１Ｈ〜７４Ｈ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８０Ｍ及び８０Ｈ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８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力について、例えば加算器８０Ｍの出力を基準に加算器８０Ｌ及び８０Ｈ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８０Ｌ及び８０Ｈ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８０Ｌ及び８０Ｈの出力と各々の複素重みを乗じたものと加算器８０Ｍ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８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈ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】
ここで、合成信号間の相関演算の必要性を示すため、合成信号間の相関演算を行わずに加算した場合について、図を用いて説明する。図５．Ａは、境界周波数のサブキャリアの隣り合う帯域間の位相差を示すグラフ図、図５．Ｂは、加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力を単純に加算した場合の信号の周波数スペクトルを示すグラフ図である。図５．Ａのように、境界周波数のサブギャリアの帯域間での位相差は、極わずかな時間に大きく変動している。この現象は境界周波数前後のある帯域幅のサブギャリアで生じており、位相の揃わないサブキャリアの加算は、当該サブキャリアのダイバーシチ合成によるゲインが負になる。このため、加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力を単純に加算した場合の信号の周波数スペクトルは、図５．Ｂのように境界周波数付近において信号レベルが大きく低下してしまう。
【００１１】
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】
【００１２】
請求項１に係る発明は、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、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、複数の周波数帯域ごとに分割された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、帯域内合成手段から出力された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、帯域内合成手段における重み付けのための重み係数を、帯域間合成手段の出力である複素信号と、複数の周波数帯域ごとに分割された複数のアンテナに対応するそれぞれの複素信号との、複素相関に基づき算出する重み係数演算器とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
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、帯域間合成手段は既に位相が補償された帯域内合成手段の出力を単純に加算するのみであり、帯域内のダイバーシチ合成には帯域間合成手段の信号とのＮAＮB個の複素相関演算が必要であるのみである。よって、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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】
【００１８】
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。また、図１のダイバーシチ受信装置１００の構成は、図４のダイバーシチ受信装置９００の構成に対し、結合器９９を加算器９０に置き換え、重み係数演算器７０Ｌ、７０Ｍ及び７０Ｈには加算器９０の出力を入力するようにしたほかは同一の構成である。
【００１９】
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、帯域分割フィルタ６１、６２、６３及び６４、複素乗算器７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌ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７０Ｌ及び加算器８０Ｌ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に複素乗算器７１Ｍ、７２Ｍ、７３Ｍ及び７４Ｍ、重み係数演算器７０Ｍ及び加算器８０Ｍを、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄに複素乗算器７１Ｈ、７２Ｈ、７３Ｈ及び７４Ｈ、重み係数演算器７０Ｈ及び加算器８０Ｈ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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６１、６２、６３及び６４によりＬｏｗ−Ｂａｎｄ、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄの３つに分割され、各々複素乗算器７１〜７４Ｌ及び重み係数演算器７０Ｌ、複素乗算器７１〜７４Ｍ及び重み係数演算器７０Ｍ、複素乗算器７１〜７４Ｈ及び重み係数演算器７０Ｈに入力される。
【００２２】
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７０Ｌ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、各々加算器９０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７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌに各々出力される。複素乗算器７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌでは複素演算により信号処理がなされ、加算器８０Ｌに出力される。加算器８０Ｌでは複素乗算器７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌの出力の、実部と虚部それぞれの単純な加算を行い、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ダイバーシチ合成される。
【００２３】
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９０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７１Ｍ〜７４Ｍ及び複素乗算器７１Ｈ〜７４Ｈ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８０Ｍ及び８０Ｈ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８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力を単純加算し、後段の信号処理に出力する。
【００２４】
ここにおいて、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄ、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄ、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄのいずれの帯域でも、同じ加算器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を決定し、ダイバーシチ合成を行うので、合成後の加算器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、落ち込みが無くなる。よって、加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力を単純に加算器９０で加算しても、位相が揃っていないサブキャリアがないので、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。
【００２５】
図２に、加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力が帯域の重なり部分でも位相が揃っていることを示す。図２．Ａは、境界周波数のサブキャリアの隣り合う帯域間の位相差を示すグラフ図、図２．Ｂは、加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力を単純に加算した、加算器９０の出力信号の周波数スペクトルを示すグラフ図である。図２．Ａのように、境界周波数のサブギャリアの帯域間での位相差は、４秒間に渡ってほぼ０であり変動は極めて微小である。加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力を単純に加算した加算器９０の出力信号の周波数スペクトルは、境界周波数付近においても信号レベルが低下していない。
【００２６】
図３に、車両に搭載して、時速９０ｋｍで高速道路を移動して地上波デジタルテレビ放送を図１のダイバーシチ受信装置１００で受信した場合の受信率の変化を示す。尚、比較例として、図４のダイバーシチ受信装置９００の構成で、結合器９９を加算器９０に置き換えたものの受信率の変化を破線で示す。電界強度はほぼ５５〜６５ｄＢμＶ／ｍで安定していた。本実施例の受信率は一部受信率が大幅に落ち込む時もあったが、概ね９０％以上で安定しており、全区間の平均受信率は９７．０％であった。比較例の受信率については、本実施例と同じ時に大幅に落ち込んだなど、同様の受信率変化であったが、全区間の平均受信率は９４．２％であった。このように、本発明の構成を適用することで、受信率の向上が見られた。
【００２７】
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】
【００２８】
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】
【００２９】
【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】２．Ａはダイバーシチ受信装置１００の加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力について、境界周波数のサブキャリアの隣り合う帯域間の位相差を示すグラフ図、２．Ｂは、加算器９０の出力信号の周波数スペクトルを示したグラフ図。
【図３】ダイバーシチ受信装置１００の受信率と比較例の受信率を示したグラフ図。
【図４】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。
【図５】ダイバーシチ受信装置９００の加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力について、５．Ａは境界周波数のサブキャリアの隣り合う帯域間の位相差を示すグラフ図、５．Ｂは加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力を単純加算した場合の信号の周波数スペクトルを示したグラフ図。
【符号の説明】
【００３０】
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
６１、６２、６３、６４：帯域分割フィルタ（３帯域）
７０Ｌ、７０Ｍ、７０Ｈ：重み係数演算器
７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ、７４Ｌ、７１Ｍ、７２Ｍ、７３Ｍ、７４Ｍ、７１Ｈ、７２Ｈ、７３Ｈ、７４Ｈ：複素乗算器
８０Ｌ、８０Ｍ、８０Ｈ、９０：加算器
９９：結合器
【図１】
2006253865.tif 000003
【図２】
2006253865.tif 000004
【図３】
2006253865.tif 000005
【図４】
2006253865.tif 000006
【図５】
2006253865.tif 000007