(57)【要約】 【課題】  地上波、上空波、及び従来技術では受信不能であるような電波を含め、受信信号の信号品質の劣化を大幅に軽減することが可能な受信装置を提供する。【解決手段】  受信装置は、コンパクトアンテナ、及び出力信号生成部を具備する。コンパクトアンテナは、予め設定された角度だけ傾けられ、それぞれの空間相関が低くなるように配置される複数の微小アンテナを有する。出力信号生成部は、前記コンパクトアンテナで受信された受信信号に基づいて最終出力信号を生成する。【選択図】図２
2018074359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された角度だけ傾けられ、それぞれの空間相関が低くなるように配置される複数の微小アンテナを有するコンパクトアンテナと、
前記コンパクトアンテナで受信された受信信号に基づいて最終出力信号を生成する出力信号生成部と
を具備する受信装置。
【請求項２】
前記出力信号生成部は、前記複数の微小アンテナによりそれぞれ受信された信号の受信電力に基づき、前記信号のうちいずれかを前記最終出力信号として出力する請求項１記載の受信装置。
【請求項３】
前記コンパクトアンテナにより受信された受信信号についての相関行列を算出する相関行列処理部と、
前記算出された相関行列に基づき、少なくとも、垂直偏波成分、又は水平偏波成分を含む出力信号を算出する最大比合成処理部と
をさらに具備し、
前記出力信号生成部は、前記算出された出力信号に基づいて前記最終出力信号を生成する請求項１記載の受信装置。
【請求項４】
前記相関行列処理部は、偏波性フェージングの周期よりも短い信号観測時間について前記相関行列を算出し、
前記出力信号生成部は、
前記最大比合成処理部により算出された出力信号を前記最終出力信号として出力する選択ダイバーシチ処理部を有する請求項３記載の受信装置。
【請求項５】
前記相関行列処理部は、偏波性フェージングの周期よりも長い信号観測時間について前記相関行列を算出し、
前記最大比合成処理部は、前記算出された相関行列に基づき、第１、及び第２の出力信号を前記出力信号として算出し、
前記出力信号生成部は、
前記最大比合成処理部により算出された第１、及び第２の出力信号の受信電力に基づき、前記第１、及び第２の出力信号のいずれかを、前記最終出力信号として出力する選択ダイバーシチ処理部と、
前記最大比合成処理部により算出された第１、及び第２の出力信号を、位相を合わせながら合成し、受信電力が最大となる合成信号を前記最終出力信号として出力する等利得合成処理部と
を有する請求項３記載の受信装置。
【請求項６】
前記相関行列処理部は、前記相関行列として、偏波性フェージングの周期よりも短い信号観測時間についての第１の相関行列と、前記偏波性フェージングの周期よりも長い信号観測時間について第２の相関行列とを算出し、
前記最大比合成処理部は、前記第１の相関行列に基づき、第１の出力信号を前記出力信号として算出し、前記第２の相関行列に基づき、第２、及び第３の出力信号を前記出力信号として算出し、
前記出力信号生成部は、
前記第１の出力信号を前記最終出力信号として出力し、前記第２、及び第３の出力信号の受信電力に基づき、前記第２、及び第３の出力信号のいずれかを、前記最終出力信号として出力する選択ダイバーシチ処理部と、
前記第２、及び第３の出力信号を、位相を合わせながら合成し、受信電力が最大となる合成信号を前記最終出力信号として出力する等利得合成処理部と
を有する請求項３記載の受信装置。
【請求項７】
前記コンパクトアンテナを複数具備する請求項３乃至６のいずれかに記載の受信装置。
【請求項８】
前記コンパクトアンテナを２台具備し、
前記２台のコンパクトアンテナは、空間相関が減少する向きに配置される請求項３乃至６のいずれかに記載の受信装置。
【請求項９】
前記複数のコンパクトアンテナにより受信された受信信号を、予め設定される角周波数幅のサブバンドに分割するサブバンド処理部をさらに具備し、
前記相関行列処理部は、前記サブバンド毎に前記相関行列を算出し、
前記最大比合成処理部は、前記サブバンド毎に算出された相関行列に基づき、前記サブバンド毎に前記出力信号を算出し、
前記出力信号生成部は、前記サブバンド毎に算出された出力信号に基づき、前記サブバンド毎に前記最終出力信号を生成する請求項７、又は８に記載の受信装置。
【請求項１０】
前記コンパクトアンテナを複数具備し、
前記複数のコンパクトアンテナにより受信された受信信号についての相関行列を算出する相関行列処理部と、
前記算出された相関行列に基づき、方位成分に加えて偏波状態を考慮した重みを算出する偏波重み計算部と、
前記偏波重み計算部で算出された重みに基づいてビームを形成し、前記受信信号から分離信号を分離する偏波ビームフォーミング処理部と
をさらに具備し、
前記出力信号生成部は、前記分離された分離信号に基づいて前記最終出力信号を生成する請求項１記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、地上波（Ground Wave）、又は上空波（Sky Wave）を受信する受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信装置から送信されて地上波、又は上空波を受信する受信装置がある。地上波は、直接波、大地反射波、及び地表波である。上空波は、電離層反射波である。地上波、又は上空波は、例えば、地球の静磁場と同一方向に伝搬する円偏波、並びに、地球の静磁場と垂直方向に伝搬するＯ波、及びＸ波が含まれる。Ｏ波は、地球の静磁場に垂直方向に伝搬し、電場が地球の静磁場と同一方向の電波である。また、Ｘ波は、地球の静磁場に垂直方向に伝搬し、磁場が地球の静磁場と同一方向の電波である。円偏波は、地球の静磁場に同一方向に伝搬し、電場と磁場とが地球の静磁場と垂直方向の同一平面にある電波である。受信装置に到来する電波は、円偏波、Ｏ波、及びＸ波等を原因とする偏波性フェージングによる影響を受ける。
【０００３】
また、受信装置に到来する電波は、レイリーフェージングによる影響、及びフラッタによる影響等も受ける。レイリーフェージングは、例えば、電波の回折、及び／又は散乱により発生する。また、フラッタは、例えば、スプレッドＦ層による電波の反射、又は伝搬により発生する。
【０００４】
以上のように、受信装置で受信される受信信号の信号品質は、偏波性フェージングによる影響、レイリーフェージングによる影響、及びフラッタによる影響等により著しく劣化するという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Vigier J.A. et al.著、「Diversity with high bit-rate HF multi-tone modem」、MILCOM98
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、目的は、地上波、上空波、及び従来技術では受信不能であるような電波を含め、受信信号の信号品質の劣化を大幅に軽減することが可能な受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、受信装置は、コンパクトアンテナ、及び出力信号生成部を具備する。コンパクトアンテナは、予め設定された角度だけ傾けられ、それぞれの空間相関が低くなるように配置される複数の微小アンテナを有する。出力信号生成部は、前記コンパクトアンテナで受信された受信信号に基づいて最終出力信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る受信装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示されるコンパクトアンテナの構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示されるループアンテナの傾斜角度を説明する図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る受信装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る受信装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５に示されるコンパクトアンテナの配置を表す図である。
【図７】図７は、図５に示されるコンパクトアンテナ間の空間相関を説明するグラフである。
【図８】図８は、従来用いられている２つのアンテナ間の空間相関を表す図である。
【図９】図９は、第４の実施形態に係る受信装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９に示される受信装置に到来する電波を説明する図である。
【図１１】図１１は、周波数選択性フェージングを表すグラフである。
【図１２】図１２は、第５の実施形態に係る受信装置の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る受信装置１の機能構成を示すブロック図である。図１に示される受信装置１は、コンパクトアンテナ１０、受信処理部２０、及び信号処理部３０を具備する。受信装置１は、送信システムから送信された電波を受信する。なお、第１の実施形態で想定される送信システムは、単一のアンテナシステム、又はアレイアンテナシステムである。ただし、第１の実施形態において送信システムは、ＳＩＭＯ（Single-Input and Multiple-Output）、又は時空間多重しないＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）を採用するものとする。すなわち、送信システムから送信される信号は、同一周波数、及び同一時間で一つであるとする。
【００１１】
コンパクトアンテナ１０は、送信システムから送信された、例えば、地上波、又は上空波を受信する。本実施形態において、地上波は、直接波、大地反射波、及び地表波である。また、上空波は、電離層反射波である。コンパクトアンテナ１０は、微小ダイポールアンテナ、及び／又は微小ループアンテナを含む。コンパクトアンテナ１０は、受信した受信信号を受信処理部２０へ出力する。
【００１２】
本実施形態に係るコンパクトアンテナ１０の構成例を以下に説明する。コンパクトアンテナ１０は、例えば、略同一の微小な長さを有する３つのループアンテナを含む。本実施形態において微小とは、伝搬される電波の波長と比較して十分に小さいことを意味する。コンパクトアンテナ１０に含まれるループアンテナは、円形、三角形、正方形、及び長方形等、任意の形状を有する。３つのループアンテナは、それぞれの空間相関が低くなるように、例えば、それぞれが直交するように配置されている。
【００１３】
奥行き方向をｘ軸方向、水平方向をｙ軸方向、及び垂直方向をｚ軸方向とすると、コンパクトアンテナ１０に含まれる第１のループアンテナは、ｙ−ｚ面からｘ軸、及びｙ軸を中心としてそれぞれ所定角度だけ傾斜させた面に沿い、かつ、第２、及び第３のループアンテナと直交するように配置されている。なお、第１のループアンテナは、ｙ−ｚ面に沿って配置された場合、ｙ軸方向にヌル点を有するものとする。第２のループアンテナは、ｘ−ｚ面からｘ軸、及びｙ軸を中心としてそれぞれ所定角度だけ傾斜させた面に沿い、かつ、第１、及び第３のループアンテナと直交するように配置されている。第３のループアンテナは、ｘ−ｙ面からｘ軸、及びｙ軸を中心としてそれぞれ所定角度だけ傾斜させた面に沿い、かつ、第１、及び第２ループアンテナと直交するように配置されている。
【００１４】
ループアンテナを垂直面、及び水平面から傾斜させることで、傾斜させない従来のループアンテナと比較して、ループアンテナで受信することが可能な偏波成分が増えることになる。
【００１５】
例えば、ループアンテナがｙ−ｚ面に沿って配置される場合、ｘ軸に沿って原点に向かう方向に到来する電波に含まれる磁場の垂直偏波成分、及び磁場の水平偏波成分と、ループアンテナ面とは交わらない。そのため、このループアンテナは、ｘ軸に沿って原点に向かう方向に到来する電波に含まれる磁場の垂直偏波成分、及び磁場の水平偏波成分を受信することができない。また、このループアンテナは、ｙ軸に沿って原点に向かう方向に到来する電波に含まれる磁場の水平偏波成分を受信することができない。
【００１６】
一方、ループアンテナを、ｙ−ｚ面からｙ軸を中心として所定角度だけ傾斜した面に沿って配置する場合、ｘ軸に沿って原点に向かう方向に到来する電波に含まれる磁場の水平偏波成分を受信することが可能となる。また、このループアンテナは、ｙ軸に沿って原点に向かう方向に到来する電波に含まれる磁場の水平偏波成分を受信することが可能となる。
【００１７】
図２（ａ）〜（ｄ）は、図１に示されるコンパクトアンテナ１０の構成例を示す模式図である。図２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、コンパクトアンテナ１０を異なる視点から表している。図２において、コンパクトアンテナ１０は、ループアンテナ１１〜１３を有する。ループアンテナ１１は第１のループアンテナに対応し、ループアンテナ１２は第２のループアンテナに対応し、ループアンテナ１３は第３のループアンテナに対応する。
【００１８】
ループアンテナ１１、ループアンテナ１２、及びループアンテナ１３のループ断面の、ｘ軸、及びｙ軸を中心とした傾斜角度は、例えば、以下のように決定される。図３は、図２に示されるループアンテナ１１のｙ軸を中心としたｙ−ｚ平面からの傾斜角度を決定する際の模式図を表す。図３において、破線は、到来する電波の到来数の分布を表す。到来数の分布を参照して傾斜角度が決定される。例えば、到来する電波の数が多い仰角方向が、傾斜角度として決定される。一般的に、仰角方向１０度〜４０度から到来する電波の数が多い。そのため、ループアンテナ１１のｙ軸を中心としたｙ−ｚ平面からの傾斜角度は、例えば、−３５度と決定される。
【００１９】
ループアンテナ１１のｘ軸を中心としたｙ−ｚ平面からの傾斜角度も同様に決定される。例えば、ループアンテナ１１のｘ軸を中心としたｙ−ｚ平面からの傾斜角度は、到来する電波の数が多い方向に基づき、４５と決定される。
【００２０】
ループアンテナ１１〜１３のループ断面を所定の角度だけ傾斜させて取り付けることで、コンパクトアンテナ１０により受信される受信信号Ｇは、数式１のように表されることになる。数式１において、ｇ１１（θ，φ）は、例えば、ループアンテナ１１の垂直方向の指向性を表す。また、ｇ２１（θ，φ）は、例えば、ループアンテナ１２の垂直方向の指向性を表す。また、ｇ３１（θ，φ）は、例えば、ループアンテナ１３の垂直方向の指向性を表す。ｇ１２（θ，φ）は、例えば、ループアンテナ１１の水平方向の指向性を表す。また、ｇ２２（θ，φ）は、例えば、ループアンテナ１２の水平方向の指向性を表す。また、ｇ３２（θ，φ）は、例えば、ループアンテナ１３の水平方向の指向性を表す。また、ｆｖ（θ，φ，ｔ）ｓｉｎγは垂直偏波成分についての伝搬路を通過することで生じた振幅・位相の時間波形を表す。また、ｆＨ（θ，φ，ｔ）ｃｏｓγｅｘｐ（ｊη）は水平偏波成分についての伝搬路を通過することで生じた振幅・位相の時間波形を表す。また、ｓ（ｔ）は、送信信号を表す。
【００２１】
【数１】
2018074359.tif 000003
【００２２】
数式１によれば、到来する電波の偏波状況に関わらず、受信信号Ｇの行列のランクはフルランクの３となる。一方、ループアンテナ１１〜１３を傾斜させない場合の受信信号は、数式２のように表される。
【００２３】
【数２】
2018074359.tif 000004
【００２４】
数式２によれば、到来する電波の偏波状況に応じ、受信信号Ｇの行列のランクが２、又は３となる。このように、ループアンテナ１１〜１３を所定の角度だけ傾斜させることで、受信信号Ｇの行列のランクが高い状態で安定すると共に、偏波状態への依存性が解消されることになる。
【００２５】
また、コンパクトアンテナ１０は、例えば、略同一の微小な長さを有する３つのダイポールアンテナを含むようにしてもよい。３つのダイポールアンテナは、それぞれの空間相関が低くなるように、例えば、それぞれが直交するように配置されている。
【００２６】
コンパクトアンテナ１０に含まれる第１のダイポールアンテナは、例えば、ｘ軸、及びｙ軸を中心としてｚ軸から所定角度だけ傾斜した方向に沿い、かつ、第２、及び第３のダイポールアンテナと直交するように配置されている。また、第２のダイポールアンテナは、ｘ軸、及びｙ軸を中心としてｙ軸から所定角度だけ傾斜した方向に沿い、かつ、第１、及び第３のダイポールアンテナと直交するように配置されている。また、第３のダイポールアンテナは、ｘ軸、及びｙ軸を中心としてｘ軸から所定角度だけ傾斜した方向に沿い、かつ、第１、及び第２のダイポールアンテナと直交するように配置されている。
【００２７】
第１乃至第３のダイポールアンテナの、ｘ軸、及びｙ軸を中心とした傾斜角度は、例えば、電波の到来数の分布を参照して決定される。例えば、到来する電波の数が多い仰角方向へ第１乃至第３のダイポールアンテナの指向方向が向くように、ｘ軸、及びｙ軸を中心とした傾斜角度が決定される。
【００２８】
受信処理部２０は、受信部２１、及びＡ／Ｄ変換部２２を具備する。受信部２１は、コンパクトアンテナ１０で受信されるＲＦ（Radio Frequency）帯の受信信号を、ＩＦ（Intermediate Frequency）帯、又はベースバンド帯の信号へ周波数変換する。Ａ／Ｄ変換部２２は、周波数変換後の信号をアナログ−デジタル変換する。Ａ／Ｄ変換部２２は、デジタル変換した信号を信号処理部３０へ出力する。
【００２９】
信号処理部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、並びに、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータの格納領域等を含む。信号処理部３０は、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、選択ダイバーシチ処理部３１の機能を実現する。また、信号処理部３０は、例えば、ＣＰＵからの制御に従って所定の処理を実行するＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を備えてもよい。この場合、ＣＰＵがＦＰＧＡに所定の処理を実行させることで、信号処理部３０は、選択ダイバーシチ処理部３１の機能を実現する。
【００３０】
選択ダイバーシチ処理部３１は、出力信号生成部として動作し、受信処理部２０から出力される信号に対して選択ダイバーシチ処理を実施することで出力信号を生成する。選択ダイバーシチ処理部３１は、生成した出力信号を後段へ出力する。
【００３１】
具体的には、選択ダイバーシチ処理部３１は、受信処理部２０から出力される信号に対し、例えば、数式３で表される処理を実行する。
【００３２】
【数３】
2018074359.tif 000005
【００３３】
すなわち、選択ダイバーシチ処理部３１は、ループアンテナ１１〜１３でそれぞれ受信される受信信号を取得する。選択ダイバーシチ処理部３１は、取得した受信信号のうち、電力値が最大の受信信号を出力信号として後段へ出力する。
【００３４】
ただし、受信電力が最大の受信信号が入れ替わる度に、選択ダイバーシチ処理部３１が、受信電力が最大となった受信信号を後段へ出力する場合、後段の処理が安定しない等の問題が生じ得る。そこで、選択ダイバーシチ処理部３１は、受信電力が最大となった受信信号の受信電力が予め設定した電力値を超えた場合に、受信信号を後段へ出力する等のＳｗｉｔｃｈ  Ｓｔａｔｅｓのような選択ダイバーシチ処理の構成としてもよい。
【００３５】
なお、選択ダイバーシチ処理部３１が、出力信号を切り替える処理は、公知のいかなる手法を適用しても構わない。
【００３６】
以上のように、第１の実施形態では、選択ダイバーシチ処理部３１は、コンパクトアンテナ１０から出力される複数チャネルの受信信号の受信電力（又は、信号強度）に基づき、受信信号のいずれかを最終出力信号として後段へ出力するようにしている。これにより、受信装置１は、受信装置１に到来する電波に対する、レイリーフェージングによる影響、フラッタによる影響、及び偏波性フェージングによる影響を抑えることが可能となる。
【００３７】
したがって、第１の実施形態に係る受信装置１によれば、地上波、上空波、及び従来技術では受信不能であるような電波を含め、受信信号の信号品質の劣化を大幅に軽減することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）  
第１の実施形態では、コンパクトアンテナ１０で受信される複数チャネルの受信信号のうち、いずれかの受信信号を選択する場合を例に説明した。第２の実施形態では、コンパクトアンテナ１０で受信される複数チャネルの受信信号を利用した最大比合成を実施する場合を例に説明する。
【００３９】
図４は、第２の実施形態に係る受信装置１Ａの機能構成を示すブロック図である。図４に示される受信装置１Ａは、コンパクトアンテナ１０、受信処理部２０、及び信号処理部３０Ａを具備する。
【００４０】
信号処理部３０Ａは、例えば、ＣＰＵ、並びに、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータの格納領域等を含む。信号処理部３０Ａは、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、相関行列処理部３２、最大比合成処理部３３、切替処理部３４、選択ダイバーシチ処理部３１Ａ、等利得合成処理部３５、及び制御部３６の機能を実現する。また、信号処理部３０Ａは、例えば、ＣＰＵからの制御に従って所定の処理を実行するＦＰＧＡ等を備えてもよい。この場合、ＣＰＵがＦＰＧＡに所定の処理を実行させることで、信号処理部３０Ａは、相関行列処理部３２、最大比合成処理部３３、切替処理部３４、選択ダイバーシチ処理部３１Ａ、等利得合成処理部３５、及び制御部３６の機能を実現する。
【００４１】
相関行列処理部３２は、受信処理部２０から出力される信号に基づいて得られる値に対し、制御部３６から指定される信号観測時間についての時間平均を取ることで、受信信号Ｇの相関行列Ｒｘｘを算出する。
【００４２】
制御部３６から指定される信号観測時間には、例えば、第１、及び第２の信号観測時間がある。第１の信号観測時間は、偏波性フェージングの周期よりも短い時間に設定される。偏波性フェージングの周期は、１０〜１００秒という観測・報告結果がある。このため、第１の信号観測時間は、例えば、１０秒未満と設定される。第１の信号観測時間においては、垂直偏波成分と、水平偏波成分との相関は高くなる。すなわち、第１の信号観測時間においては、垂直偏波成分と、水平偏波成分とを同じものとみなすことが可能となる。
【００４３】
第２の信号観測時間は、偏波性フェージングの周期よりも長い時間に設定される。このため、第２の信号観測時間は、例えば、１００秒以上と設定される。第２の信号観測時間においては、垂直偏波成分と、水平偏波成分との相関は低くなる。すなわち、第２の信号観測時間においては、垂直偏波成分と、水平偏波成分とがそれぞれ独立したものとしてみなすことが可能となる。
【００４４】
相関行列処理部３２は、指定される信号観測時間についての相関行列Ｒｘｘを、例えば、数式４に従って算出する。数式４において、Ｅ［］はアンサンブル平均を表し、Ｈはエルミート転置を表す。
【００４５】
【数４】
2018074359.tif 000006
【００４６】
なお、相関行列処理部３２は、第２の信号観測時間についての時間平均を取ることで相関行列Ｒｘｘを算出する場合、以下のように相関行列Ｒｘｘを算出してもよい。例えば、第２の信号観測時間が１００秒である場合、相関行列処理部３２は、１００秒の第２の信号観測時間を所定の時間間隔に分割する。所定の時間間隔は、例えば、フラッタのフェージング周期である１０〜１００ｍｓに基づいて設定される。ここでは、例えば、第２の信号観測時間１００秒が、１００ｍｓ毎に分割されるとする。
【００４７】
相関行列処理部３２は、分割した時間についての時間平均を取ることで、分割した１０００個の時間毎の相関行列Ｒｘｘ１〜Ｒｘｘ１０００を算出する。相関行列処理部３２は、相関行列Ｒｘｘ１〜Ｒｘｘ１０００を合成することで、第２の信号観測時間についての相関行列Ｒｘｘを算出する。
【００４８】
相関行列処理部３２は、相関行列Ｒｘｘを算出する対象となる周波数が変更されると、変更後の周波数に基づき、例えば、分割した時間についての相関行列Ｒｘｘ１００１を算出する。相関行列処理部３２は、１０００個の相関行列Ｒｘｘ２〜Ｒｘｘ１００１を合成する。相関行列処理部３２は、変更前後の周波数の差分に対応する個数の相関行列を算出し、１０００個のＲｘｘｉを合成することで、周波数変更後の相関行列Ｒｘｘを算出する。このように、分割した時間における相関行列Ｒｘｘｉを算出し、算出した相関行列Ｒｘｘｉを合成して相関行列Ｒｘｘを算出することにより、第２の信号観測時間が指定される場合、すなわち、時間平均を取る期間が長い場合であっても、相関行列Ｒｘｘの算出時間を短縮させることが可能となる。
【００４９】
最大比合成処理部３３は、相関行列処理部３２により算出される相関行列に基づき、出力信号を算出する。
【００５０】
具体的には、相関行列処理部３２により算出される相関行列Ｒｘｘは、固有ベクトルＥと、対角行列Ｄとから数式５のように表される。
【００５１】
【数５】
2018074359.tif 000007
【００５２】
数式５で表される対角行列Ｄ、及び固有ベクトルＥは、それぞれ数式６、及び数式７のように与えられる。
【００５３】
【数６】
2018074359.tif 000008
【００５４】
【数７】
2018074359.tif 000009
【００５５】
数式６、及び数式７に基づき、第１の出力信号ｙ１は数式８のように求められ、第２の出力信号ｙ２は数式９のように求められる。第１の出力信号ｙ１は、最大固有値に属する固有ベクトル（すなわち、第１固有ベクトル）に基づく。また、第２の出力信号ｙ２は、第２固有値に属する固有ベクトルに基づく。
【００５６】
【数８】
2018074359.tif 000010
【００５７】
【数９】
2018074359.tif 000011
【００５８】
ここで、制御部３６から第１の信号観測時間が指定される場合、垂直偏波成分と、水平偏波成分との時間相関が高くなるため、垂直偏波成分と、水平偏波成分とは同じものとみなすことが可能である。そのため、相関行列処理部３２において、相関行列Ｒｘｘが第１の信号観測時間についての時間平均を取ることで算出された場合、最大比合成処理部３３では、数式８に示される第１の出力信号ｙ１のみが算出されることになる。
【００５９】
また、制御部３６から第２の信号観測時間が指定される場合、垂直偏波成分と、水平偏波成分とはそれぞれ独立したものとみなすことが可能である。そのため、相関行列処理部３２において、相関行列Ｒｘｘが第２の信号観測時間についての時間平均を取ることで算出された場合、最大比合成処理部３３では、数式８に示される第１の出力信号ｙ１、及び数式９に示される第２の出力信号ｙ２が算出されることになる。
【００６０】
切替処理部３４は、制御部３６から指定される信号観測時間に応じ、実行する処理を切り替える。具体的には、制御部３６から第１の信号観測時間が指定される場合、切替処理部３４は、選択ダイバーシチ処理部３１Ａに選択ダイバーシチ処理を実行させる。
【００６１】
また、制御部３６から第２の信号観測時間が指定される場合、切替処理部３４は、観測されるＣＮＲ等の大きくなるダイバーシチ方法を自動的に切り替える、又は受信装置１Ａを操作するユーザが手動で切り替えるといったダイバーシチを切り替える機能を具備する。この切替処理部３４は、前記の情報に基づいて、選択ダイバーシチ処理部３１Ａに選択ダイバーシチ処理を実行させ、また、等利得合成処理部３５に等利得合成処理を実行させる。
【００６２】
選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、最大比合成処理部３３で算出される出力信号に基づいて最終出力信号を生成する。選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、生成した最終出力信号を後段へ出力する。
【００６３】
具体的には、制御部３６から相関行列処理部３２、及び切替処理部３４へ第１の信号観測時間が指定されている場合、選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、最大比合成処理部３３で算出される、数式８に示される第１の出力信号ｙ１を取得する。選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、第１の出力信号ｙ１を、最終出力信号として後段へ出力する。なお、選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、第１の出力信号ｙ１の受信電力が予め設定した電力値を超えた場合に、第１の出力信号ｙ１を最終出力信号として後段へ出力するようにしてもよい。
【００６４】
また、制御部３６から相関行列処理部３２、及び切替処理部３４へ第２の信号観測時間が指定されている場合、選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、最大比合成処理部３３で算出される、数式８，９に示される第１、及び第２の出力信号ｙ１，ｙ２を取得する。選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、第１、及び第２の出力信号ｙ１，ｙ２に基づき、数式１０に示される処理を実行する。
【００６５】
【数１０】
2018074359.tif 000012
【００６６】
選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、数式１０に示される処理を実行することにより、第１、及び第２の出力信号ｙ１，ｙ２のうち、受信電力の大きいいずれかの信号を最終出力信号として後段へ出力する。なお、選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、一方の信号の受信電力が他方の信号の受信電力を超え、かつ、その受信電力が予め設定した電力値を超えた場合に、一方の信号を後段へ出力するようにしてもよい。
【００６７】
等利得合成処理部３５は、最大比合成処理部３３で算出される第１、及び第２の出力信号の位相を揃えて合成する。等利得合成処理部３５は、合成した信号に基づいて最終出力信号を生成し、生成した最終出力信号を後段へ出力する。
【００６８】
具体的には、等利得合成処理部３５は、最大比合成処理部３３で算出される、数式８，９に示される第１、及び第２の出力信号ｙ１，ｙ２を取得する。等利得合成処理部３５は、第１、及び第２の出力信号ｙ１，ｙ２に基づき、数式１１に示す処理を実行する。
【００６９】
【数１１】
2018074359.tif 000013
【００７０】
等利得合成処理部３５は、数式１１に示される処理を実行することにより、第１の出力信号ｙ１の位相と第２の出力信号ｙ２の位相とを合わせながら、第１、及び第２の出力信号ｙ１，ｙ２を合成する。等利得合成処理部３５は、合成値が最大となる合成信号を、最終出力信号として後段へ出力する。なお、等利得合成処理部３５は、合成信号の受信電力が予め設定した電力値を超えた場合に、合成信号を後段へ出力するようにしてもよい。
【００７１】
以上のように、第２の実施形態では、相関行列処理部３２は、コンパクトアンテナ１０から出力される受信信号についての相関行列を算出する。最大比合成処理部３３は、算出した相関行列に基づき、少なくとも、垂直偏波成分、又は水平偏波成分を含む出力信号を算出する。選択ダイバーシチ処理部３１Ａ、及び等利得合成処理部３５を含む出力信号生成部は、算出された出力信号に基づいて最終出力信号を生成し、生成した最終出力信号を後段へ出力するようにしている。これにより、受信装置１Ａは、受信装置１Ａに到来する電波に対する、少なくとも、レイリーフェージングによる影響、及びフラッタによる影響を抑えることが可能となる。
【００７２】
したがって、第２の実施形態に係る受信装置１Ａによれば、地上波、上空波、及び従来技術では受信不能であるような電波を含め、受信信号の信号品質の劣化を大幅に軽減することができる。
【００７３】
また、第２の実施形態では、相関行列処理部３２は、偏波性フェージングの周期よりも短い信号観測時間についての相関行列を算出する。最大比合成処理部３３は、算出した相関行列に基づいて出力信号を算出する。選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、算出された出力信号を最終出力信号として後段へ出力するようにしている。これにより、受信装置１Ａに到来する電波に対する、レイリーフェージングによる影響、及びフラッタによる影響が軽減されることとなる。
【００７４】
また、第２の実施形態では、相関行列処理部３２は、偏波性フェージングの周期よりも長い信号観測時間についての相関行列を算出する。最大比合成処理部３３は、算出した相関行列に基づいて第１、及び第２の出力信号を算出する。選択ダイバーシチ処理部３１Ａは、算出された第１、及び第２の出力信号のいずれかを、受信電力に基づいて後段へ出力する。また、等利得合成処理部３５は、算出された第１、及び第２の出力信号を、位相を合わせながら合成し、受信電力が最大となる合成信号を後段へ出力するようにしている。これにより、受信装置１Ａに到来する電波に対する、レイリーフェージングによる影響、フラッタによる影響、及び偏波性フェージングによる影響が軽減されることとなる。
【００７５】
（第３の実施形態）  
第１、及び第２の実施形態では、受信装置１，１Ａが１台のコンパクトアンテナ１０を具備する場合を例に説明した。第３の実施形態では、受信装置１Ｂが複数のコンパクトアンテナ１０を具備する場合を例に説明する。
【００７６】
図５は、第３の実施形態に係る受信装置１Ｂの機能構成を示すブロック図である。図５に示される受信装置１Ｂは、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２、受信処理部２０、及び信号処理部３０Ｂを具備する。
【００７７】
コンパクトアンテナ１０−１，１０−２の構成は、第１の実施形態で説明したコンパクトアンテナ１０と同様である。ただし、コンパクトアンテナ１０−１の指向方向と、コンパクトアンテナ１０−２の指向方向とは異なる。すなわち、コンパクトアンテナ１０−２の指向方向は、ｚ軸を中心としてコンパクトアンテナ１０−１の指向方向から所定角度だけ回転させた方向を向いている。所定角度は、コンパクトアンテナ１０が２つの場合、望ましくは、９０度、及び２７０度である。なお、コンパクトアンテナ１０の数がＮ個の場合、Ｎ個のアンテナ配置等で最適な所定角度を定めることができる。
【００７８】
図６は、図５に示されるコンパクトアンテナ１０−１，１０−２の配置例を表す模式図である。図６に示されるコンパクトアンテナ１０−１は、ループアンテナ１１−１、ループアンテナ１２−１、及びループアンテナ１３−１を有する。
【００７９】
図６に示されるコンパクトアンテナ１０−２は、コンパクトアンテナ１０−１から距離ｄだけ隔てて配置され、ループアンテナ１１−２、ループアンテナ１２−２、及びループアンテナ１３−２を有する。
【００８０】
コンパクトアンテナ１０−１，１０−２により受信される受信信号Ｇは、数式１２のように表される。数式１２において、ｇ４１（θ＋Δθ，φ）は、例えば、ループアンテナ１１−２の垂直方向の指向性を表す。また、ｇ５１（θ＋Δθ，φ）は、例えば、ループアンテナ１２−２の垂直方向の指向性を表す。また、ｇ６１（θ＋Δθ，φ）は、例えば、ループアンテナ１３−２の垂直方向の指向性を表す。ｇ４２（θ＋Δθ，φ）は、例えば、ループアンテナ１１−２の水平方向の指向性を表す。また、ｇ５２（θ＋Δθ，φ）は、例えば、ループアンテナ１２−２の水平方向の指向性を表す。また、ｇ６２（θ＋Δθ，φ）は、例えば、ループアンテナ１３−２の水平方向の指向性を表す。また、ｆｖ（θ＋Δθ，φ，ｔ）ｓｉｎγはコンパクトアンテナ１０−２で受信される垂直偏波成分についての伝搬路を通過することで生じた振幅・位相の時間波形を表す。また、ｆＨ（θ＋Δθ，φ，ｔ）ｃｏｓγｅｘｐ（ｊη）はコンパクトアンテナ１０−２で受信される水平偏波成分についての伝搬路を通過することで生じた振幅・位相の時間波形を表す。
【００８１】
【数１２】
2018074359.tif 000014
【００８２】
信号処理部３０Ｂは、例えば、ＣＰＵ、並びに、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータの格納領域等を含む。信号処理部３０Ｂは、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、相関行列処理部３２Ａ、最大比合成処理部３３Ａ、切替処理部３４、選択ダイバーシチ処理部３１Ｂ、等利得合成処理部３５Ａ、及び制御部３６の機能を実現する。なお、信号処理部３０Ｂは、例えば、ＣＰＵからの制御に従って所定の処理を実行するＦＰＧＡ等を備えてもよい。
【００８３】
相関行列処理部３２Ａは、受信処理部２０から出力される信号に基づいて得られる値に対し、制御部３６から指定される第１、又は第２の信号観測時間についての時間平均を取ることで、数式１２に示される受信信号Ｇの相関行列Ｒｘｘを算出する。
【００８４】
最大比合成処理部３３Ａは、相関行列処理部３２Ａにより算出される相関行列に基づき、出力信号を算出する。
【００８５】
具体的には、相関行列処理部３２Ａにおいて、相関行列Ｒｘｘが第１の信号観測時間についての時間平均を取ることで算出された場合、最大比合成処理部３３Ａでは、第１、及び第２の出力信号が算出される。
【００８６】
また、相関行列処理部３２において、相関行列Ｒｘｘが第２の信号観測時間についての時間平均を取ることで算出された場合、最大比合成処理部３３Ａでは、第１乃至第４の出力信号が算出される。
【００８７】
選択ダイバーシチ処理部３１Ｂは、最大比合成処理部３３Ａで算出される出力信号に基づいて最終出力信号を生成する。
【００８８】
具体的には、制御部３６から相関行列処理部３２Ａ、及び切替処理部３４へ第１の信号観測時間が指定されている場合、選択ダイバーシチ処理部３１Ｂは、最大比合成処理部３３Ａで算出される、第１、及び第２の出力信号のうち、受信電力の大きいいずれかの信号を最終出力信号として後段へ出力する。
【００８９】
また、制御部３６から相関行列処理部３２Ａ、及び切替処理部３４へ第２の信号観測時間が指定されている場合、選択ダイバーシチ処理部３１Ｂは、最大比合成処理部３３Ａで算出される、第１乃至第４の出力信号のうち、受信電力の大きいいずれかの信号を最終出力信号として後段へ出力する。
【００９０】
等利得合成処理部３５Ａは、最大比合成処理部３３Ａで算出される第１乃至第４の出力信号を、位相を揃えながら合成し、最大の電力値を有する合成信号を最終出力信号として後段へ出力する。
【００９１】
次に、コンパクトアンテナ１０−１と、コンパクトアンテナ１０−２との間の距離ｄについて図７、及び図８を用いて説明する。
【００９２】
図７は、コンパクトアンテナ１０−１と、コンパクトアンテナ１０−２との間の空間相関を説明するグラフである。図７に示されるグラフでは、コンパクトアンテナ１０−１を０度に向け、コンパクトアンテナ１０−２を０度から３６０度まで回転させた場合の空間相関が表されている。図７において、実線は、コンパクトアンテナ１０−１と、コンパクトアンテナ１０−２と正規化距離が０．１である場合の空間相関を表す。なお、正規化距離は、電波の波長に対する距離ｄの割合（ｄ／λ）である。また、破線は、コンパクトアンテナ１０−１と、コンパクトアンテナ１０−２と正規化距離が０．２である場合の空間相関を表す。また、一点鎖線は、コンパクトアンテナ１０−１と、コンパクトアンテナ１０−２と正規化距離が０．５である場合の空間相関を表す。
【００９３】
図７によれば、コンパクトアンテナ１０−２が、９０度、又は２７０度の方向へ向けて配置される場合は、正規化距離に関わらず空間相関が０となる。また、コンパクトアンテナ１０−２が、０度、又は１８０度の方向へ向けて配置される場合は、正規化距離に関わらず空間相関がおよそ０．２２となる。つまり、ホームジニアスのアンテナ配置では、空間相関がおよそ０．２２となり、ヘテロジニアスのアンテナ配置では、空間相関が０となる。また、正規化距離の影響は、マルチパスリッチな環境においては、わずかであることがわかる。空間相関が低くなることは、受信信号間の独立性が高まり、ダイバーシチ効果が高まることを意味する。
【００９４】
図８は、従来用いられている２つのアンテナが距離ｄだけ隔てられて配置される際のアンテナ間の空間相関を表す図である。図８に示されるグラフは、アンテナの仰角が３０度であり、電波の角度広がりが１０度である場合の空間相関を表している。
【００９５】
図８において、図７に示される最大の空間相関である０．２２を実現しようとすると、正規化距離は２を超えることになる。つまり、電波の周波数が、例えば、１ＭＨｚである場合、距離ｄは６００ｍを超えることになる。このことから、本実施形態に係るコンパクトアンテナ１０−１，１０−２によれば、アンテナ同士が接近することを強いられる狭小エリアにおいてもダイバーシチ効果が得られることとなる。
【００９６】
以上のように、第３の実施形態では、相関行列処理部３２Ａは、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２から出力される受信信号についての相関行列を算出する。最大比合成処理部３３Ａは、算出した相関行列に基づき、少なくとも、垂直偏波成分、又は水平偏波成分を含む出力信号を算出する。選択ダイバーシチ処理部３１Ｂ、及び等利得合成処理部３５Ａを含む出力信号生成部は、算出された出力信号に基づいて最終出力信号を生成し、生成した最終出力信号を後段へ出力するようにしている。これにより、受信装置１Ａは、受信装置１Ａに到来する電波に対する、少なくとも、レイリーフェージングによる影響、及びフラッタによる影響を抑えることが可能となる。
【００９７】
したがって、第３の実施形態に係る受信装置１Ｂによれば、地上波、上空波、及び従来技術では受信不能であるような電波を含め、受信信号の信号品質の劣化を大幅に軽減することができる。
【００９８】
また、第３の実施形態では、受信装置１Ｂは、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２を備えるようにしている。これにより、ダイバーシチ効果を望むことが可能となり、電波に円偏波、Ｏ波、及びＸ波が含まれていても、偏波性フェージングによる影響を抑えることが可能となる。
【００９９】
また、第３の実施形態では、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２がヘテロジニアスに配置されるようにしている。これにより、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２間の距離に関わらず、すなわち、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２間が近距離であっても、良好なダイバーシチ効果を望むことが可能となる。
【０１００】
（第４の実施形態）  
第１乃至第３の実施形態では、レイリーフェージングによる影響、フラッタによる影響、及び偏波性フェージングによる影響を考慮する場合を説明した。第４の実施形態では、これらに加え、周波数選択性フェージングによる影響も考慮する場合を説明する。
【０１０１】
図９は、第４の実施形態に係る受信装置１Ｃの機能構成を示すブロック図である。図９に示される受信装置１Ｃは、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２、受信処理部２０、及び信号処理部３０Ｃを具備する。
【０１０２】
第４の実施形態では、受信装置１Ｃに２系統の電波、すなわち、第１の電波ａ１と、第２の電波ａ２とが到来する場合を例に説明する。図１０は、第１の電波ａ１と、第２の電波ａ２とが受信装置１Ｃに到来する際の模式図を表す。図１０によれば、第１の電波ａ１は、電離層Ｂで反射して受信装置１Ｃへ到来する。また、第２の電波ａ２は、電離層Ａで反射して受信装置１Ｃへ到来する。
【０１０３】
コンパクトアンテナ１０−１，１０−２は、第１、及び第２の電波ａ１，ａ２を受信する。コンパクトアンテナ１０−１，１０−２により受信される受信信号Ｇ（ｔ）は、数式１３のように表される。
【０１０４】
【数１３】
2018074359.tif 000015
【０１０５】
信号処理部３０Ｃは、例えば、ＣＰＵ、並びに、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータの格納領域等を含む。信号処理部３０Ｃは、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、サブバンド処理部３７、相関行列処理部３２Ｂ、最大比合成処理部３３Ｂ、切替処理部３４、選択ダイバーシチ処理部３１Ｃ、等利得合成処理部３５Ｂ、帯域合成部３８、及び制御部３６の機能を実現する。なお、信号処理部３０Ｃは、例えば、ＣＰＵからの制御に従って所定の処理を実行するＦＰＧＡ等を備えてもよい。
【０１０６】
サブバンド処理部３７は、受信処理部２０から出力される信号を、所定の角周波数幅を有する複数のサブバンドに分割する。ここで、所定の角周波数幅とは、受信信号を帯域毎に分割した際に、各サブバンドで周波数選択性フェージングが解消していると見なせる角周波数幅を言う。周波数選択性フェージングが解消していると見なせる角周波数幅Δωは、次の関係を満たす。
【０１０７】
数式１３で表される受信信号Ｇ（ｔ）をフーリエ変換すると、数式１４のように表される。
【０１０８】
【数１４】
2018074359.tif 000016
【０１０９】
サブバンドの帯域幅をΔωとしてＧ（ω）をω０でマクローリン展開すると、数式１５の関係が成立する。
【０１１０】
【数１５】
2018074359.tif 000017
【０１１１】
相関行列処理部３２Ｂは、サブバンド処理部３７によりサブバンドに分割された複数の信号それぞれについて、第３の実施形態で記載される相関行列処理部３２Ａと同様の処理を施す。これにより、各サブバンドにおける相関行列が算出される。
【０１１２】
最大比合成処理部３３Ｂは、相関行列処理部３２Ｂにより算出される各サブバンドにおける相関行列に基づき、第３の実施形態で記載される最大比合成処理部３３Ａと同様の処理を実施する。これにより、各サブバンドにおける出力信号が算出される。
【０１１３】
選択ダイバーシチ処理部３１Ｃは、最大比合成処理部３３Ｂにより算出される各サブバンドにおける出力信号に対し、第３の実施形態で記載される選択ダイバーシチ処理部３１Ｄと同様の処理を施す。これにより、各サブバンドにおける最終出力信号が生成される。
【０１１４】
等利得合成処理部３５Ｂは、最大比合成処理部３３Ｂにより算出される各サブバンドにおける出力信号に対し、第３の実施形態で記載される等利得合成処理部３５Ａと同様の処理を施す。これにより、各サブバンドにおける最終出力信号が生成される。
【０１１５】
帯域合成部３８は、選択ダイバーシチ処理部３１Ｃから出力されるサブバンド毎の最終出力信号を合成する。また、帯域合成部３８は、等利得合成処理部３５Ｂから出力されるサブバンド毎の最終出力信号を合成する。このとき、帯域合成部３８は、サブバンド処理部３７による分割方法と対をなす合成方法を用いて、最終出力信号を合成する。例えば、サブバンド処理部３７が高速フーリエ変換処理を利用して帯域分割をしたのであれば、帯域合成部３８は、逆高速フーリエ変換処理を利用して最終出力信号を合成する。
【０１１６】
以上のように、第４の実施形態では、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２をヘテロダインに配置する。サブバンド処理部３７は、受信処理部２０から出力される信号を、所定の角周波数幅を有する複数のサブバンドに分割する。相関行列処理部３２Ｂ、最大比合成処理部３３Ｂ、切替処理部３４、選択ダイバーシチ処理部３１Ｃ、及び等利得合成処理部３５Ｂは、サブバンドに分割した受信信号に対し、第３の実施形態と同様の処理を実施する。そして、帯域合成部３８は、サブバンド毎に生成された最終出力信号を合成するようにしている。
【０１１７】
一般に、周波数選択性フェージングを低減させるには、アンテナ間の距離を広く取る必要があった。図１１は、周波数選択性フェージングの例を表すグラフである。図１１に示される周波数選択性フェージングを抑圧しようとする場合、アンテナ間距離を大きく取らないと、アンテナ間の空間相関が下がらないことが理解できる。
【０１１８】
本実施形態に係る受信装置１Ｃでは、受信信号を所定の角周波数幅のサブバンドで分割することで、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２間の距離を抑えたまま、周波数選択性フェージングによる影響を抑えることが可能となる。
【０１１９】
したがって、第４の実施形態に係る受信装置１Ｃによれば、地上波、上空波、及び従来技術では受信不能であるような電波を含め、受信信号の信号品質の劣化を大幅に軽減することができる。
【０１２０】
（第５の実施形態）  
第４の実施形態では、受信信号をサブバンドに分割することで、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２間の距離を広げずに、周波数選択性フェージングによる影響を抑える場合を例に説明した。第５の実施形態では、第４の実施形態とは異なる手法により周波数選択性フェージングによる影響を抑える場合を説明する。
【０１２１】
図１２は、第５の実施形態に係る受信装置１Ｄの機能構成を示すブロック図である。図１２に示される受信装置１Ｄは、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２、受信処理部２０、及び信号処理部３０Ｄを具備する。第５の実施形態においても、第４の実施形態と同様に、第１の電波ａ１と、第２の電波ａ２とが受信装置１Ｄに到来する場合を想定して説明する。
【０１２２】
信号処理部３０Ｄは、例えば、ＣＰＵ、並びに、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータの格納領域等を含む。信号処理部３０Ｄは、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、相関行列処理部３２Ｃ、偏波重み計算部３９、偏波ビームフォーミング処理部３１０、選択ダイバーシチ処理部３１Ｄ、及び等利得合成処理部３５Ｃの機能を実現する。なお、信号処理部３０Ｄは、例えば、ＣＰＵからの制御に従って所定の処理を実行するＦＰＧＡ等を備えてもよい。
【０１２３】
相関行列処理部３２Ｃは、受信処理部２０から出力される信号に基づいて得られる値に対し、予め設定される信号観測時間についての時間平均を取ることで、数式１３で示される受信信号Ｇ（ｔ）の相関行列Ｒｘｘを算出する。
【０１２４】
偏波重み計算部３９は、相関行列処理部３２Ｃで算出された相関行列Ｒｘｘに基づき、重みｗを算出する。
【０１２５】
周波数選択性フェージングの要因となる遅延時間の長いマルチパスは、図１０で示される第２の電波ａ２のように、複数回の反射を経た電波を含むと考えられる。そのため、遅延時間の長いマルチパスに含まれる電波間には、受信装置１Ｄへ到来する際の仰角に優位な差が発生していると仮定できる。偏波重み計算部３９は、この仰角差と偏波状態との相違を利用して重みｗを算出する。
【０１２６】
具体的には、偏波重み計算部３９は、数式１６、及び数式１７に基づき、最適な偏波重みｗを取得する。最適な重みｗの探索手法としては、例えば、最尤推定が用いられる。
【０１２７】
【数１６】
2018074359.tif 000018
【０１２８】
【数１７】
2018074359.tif 000019
【０１２９】
なお、偏波重み計算部３９は、偏波重みｗを算出する際の計算量を減少させるため、最尤推定を実施する対象となるデータの範囲を制限するようにしてもよい。例えば、偏波重み計算部３９は、所定の範囲の仰角から到来した電波のみに対して最尤推定を実施し、偏波重みｗを算出する。
【０１３０】
偏波ビームフォーミング処理部３１０は、偏波重み計算部３９で算出される重みｗに基づき、各パスに対応する分離信号を算出する。具体的には、偏波ビームフォーミング処理部３１０は、偏波重み計算部３９で算出される重みｗに基づき、数式１８に示される第１の分離信号ｙ１と、数式１９に示される第２の分離信号ｙ２とを算出する。
【０１３１】
【数１８】
2018074359.tif 000020
【０１３２】
【数１９】
2018074359.tif 000021
【０１３３】
選択ダイバーシチ処理部３１Ｄは、偏波ビームフォーミング処理部３１０により分離される第１、及び第２の分離信号に基づいて最終出力信号を生成する。選択ダイバーシチ処理部３１Ｄは、生成した最終出力信号を後段へ出力する。
【０１３４】
具体的には、選択ダイバーシチ処理部３１Ｄは、偏波ビームフォーミング処理部３１０により分離される、数式１８，１９に示される第１、及び第２の分離信号ｙ１，ｙ２を取得する。選択ダイバーシチ処理部３１Ｄは、第１、及び第２の分離信号ｙ１，ｙ２に基づき、数式２０に示される処理を実行する。
【０１３５】
【数２０】
2018074359.tif 000022
【０１３６】
選択ダイバーシチ処理部３１Ｄは、数式２０に示される処理を実行することにより、第１、及び第２の分離信号ｙ１，ｙ２のうち、受信電力の大きいいずれかの信号を最終出力信号として後段へ出力する。なお、選択ダイバーシチ処理部３１Ｄは、一方の信号の受信電力が他方の信号の受信電力を超え、かつ、その受信電力が予め設定した電力値を超えた場合に、一方の信号を後段へ出力するようにしてもよい。
【０１３７】
等利得合成処理部３５Ｃは、偏波ビームフォーミング処理部３１０により分離される第１、及び第２の分離信号の位相を揃えて合成する。等利得合成処理部３５Ｃは、合成した信号に基づいて最終出力信号を生成し、生成した最終出力信号を後段へ出力する。
【０１３８】
具体的には、等利得合成処理部３５Ｃは、偏波ビームフォーミング処理部３１０により分離される、数式１８，１９に示される第１、及び第２の分離信号ｙ１，ｙ２を取得する。等利得合成処理部３５Ｃは、第１、及び第２の分離信号ｙ１，ｙ２に基づき、数式２１に示す処理を実行する。
【０１３９】
【数２１】
2018074359.tif 000023
【０１４０】
等利得合成処理部３５Ｃは、数式２１に示される処理を実行することにより、第１の分離信号ｙ１の位相と第２の分離信号ｙ２の位相とを合わせながら、第１、及び第２の分離信号ｙ１，ｙ２を合成する。等利得合成処理部３５Ｃは、合成値が最大となる合成信号を、最終出力信号として後段へ出力する。なお、等利得合成処理部３５は、合成信号の受信電力が予め設定した電力値を超えた場合に、合成信号を後段へ出力するようにしてもよい。
【０１４１】
以上のように、第５の実施形態では、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２をヘテロダインに配置する。偏波重み計算部３９は、仰角差と偏波状態との相違を利用してパス毎の重みｗを算出する。偏波ビームフォーミング処理部３１０は、偏波重み計算部３９で算出された重みｗを用いてビームを形成する。そして、選択ダイバーシチ処理部３１Ｄ、及び等利得合成処理部３５Ｃを含む出力信号生成部は、偏波ビームフォーミング処理部３１０により分離された分離信号に基づいて最終出力信号を生成し、生成した最終出力信号を後段へ出力するようにしている。これにより、受信装置１Ｄは、パスダイバーシチにより、時間選択性フェージングによる影響も抑えることが可能となる。
【０１４２】
したがって、第５の実施形態に係る受信装置１Ｄによれば、地上波、上空波、及び従来技術では受信不能であるような電波を含め、受信信号の信号品質の劣化を大幅に軽減することができる。
【０１４３】
なお、上記第３乃至第５の実施形態では、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２がそれぞれ微小ループアンテナを有するばあいを例に説明した。しかしながら、これに限定されない。コンパクトアンテナ１０−１，１０−２は、それぞれ微小ダイポールアンテナを有していても構わない。また、コンパクトアンテナ１０−１が微小ループアンテナを有し、コンパクトアンテナ１０−２が微小ダイポールアンテナを有していても構わない。さらに、コンパクトアンテナ１０−１，１０−２は、それぞれ微小ダイポールアンテナと微小ループアンテナとの６個の素子で構成されても構わない。
【０１４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１４５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…受信装置、１０，１０−１，１０−２…コンパクトアンテナ、１１，１１−１，１１−２，１２，１２−１，１２−２，１３，１３−１，１３−２…ループアンテナ、２０…受信処理部、２１…受信部、２２…Ａ／Ｄ変換部、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…信号処理部、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ…選択ダイバーシチ処理部、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…相関行列処理部、３３，３３Ａ，３３Ｂ…最大比合成処理部、３４…切替処理部、３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ…等利得合成処理部、３６…制御部、３７…サブバンド処理部、３８…帯域合成部、３９…偏波重み計算部、３１０…偏波ビームフォーミング処理部。
【図１】
2018074359.tif 000024
【図２】
2018074359.tif 000025
【図３】
2018074359.tif 000026
【図４】
2018074359.tif 000027
【図５】
2018074359.tif 000028
【図６】
2018074359.tif 000029
【図７】
2018074359.tif 000030
【図８】
2018074359.tif 000031
【図９】
2018074359.tif 000032
【図１０】
2018074359.tif 000033
【図１１】
2018074359.tif 000034
【図１２】
2018074359.tif 000035