(57)【要約】【課題】無線信号の受信機において所望の耐妨害波性能を実現しつつ受信感度の切り替えが可能とすること【解決手段】受信機ＲＸ１は、受信信号ＲＳを受信する受信フロントエンド１０と、受信信号ＲＳを復調する受信復調部２０と、を有する。受信フロントエンド１０は、ＢＰＦ１２、方向性結合器１３、遅延器１４及びＬＮＡ１６を有する。方向性結合器１３は、ＢＰＦ１２でフィルタリングされた受信信号ＲＳが入力され、受信信号ＲＳを、スルー経路を通過する第１の受信信号と、結合経路を通過する第２の受信信号と、に分割する。遅延器１４は、第１の受信信号に遅延を与える。ＬＮＡ１６は、遅延器１４を介して入力する第１の受信信号及び第２の受信信号のいずれかを増幅し、増幅した復調信号ＤＳを受信復調部２０に出力する。【選択図】図３
2018011184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を受信信号として受信する受信フロントエンドと、
前記受信フロントエンドで受信された前記受信信号を復調する復調部と、を備え、
前記受信フロントエンドは、
前記受信信号が入力される帯域フィルタと、
前記帯域フィルタでフィルタリングされた受信信号が入力され、前記受信信号を、スルー経路を通過する第１の受信信号と、結合経路を通過する第２の受信信号と、に分割する第１の方向性結合器と、
前記第１の受信信号に遅延を与える遅延器と、
前記遅延器を介して入力する前記第１の受信信号、及び、前記第２の受信信号のいずれかを増幅し、増幅した信号を前記復調部に出力する増幅器と、を備える、
受信機。
【請求項２】
前記第１の受信信号の電力は、前記第２の受信信号の電力よりも大きい、
請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記遅延器は、前記第１の受信信号が前記増幅器に入力するタイミングが、前記第２の受信信号が前記増幅器に入力するタイミングと同期するように、前記第１の受信信号に遅延を与える、
請求項１又は２に記載の受信機。
【請求項４】
前記遅延器と前記増幅器との間、及び、前記第１の方向性結合器の結合経路との間のいずれか一方のみを接続するスイッチを更に備える、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項５】
前記増幅器である第１の増幅器及び第２の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力及び前記第２の増幅器の出力のいずれか一方を前記復調部の入力と接続するスイッチと、を備え、
前記第１の増幅器には、前記遅延器を介して前記第１の受信信号が入力され、  
前記第２の増幅器には、前記第２の受信信号が入力される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項６】
前記増幅器である第１の増幅器及び第２の増幅器と、
入力が前記第１の増幅器の出力及び前記第２の増幅器の出力と接続され、出力が前記復調部の入力と接続される合成器と、を備え、
前記第１の増幅器には、前記遅延器を介して前記第１の受信信号が入力され、  
前記第２の増幅器には、前記第２の受信信号が入力される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項７】
前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器は、いずれか一方のみが増幅動作を行う、
請求項５又は６に記載の受信機。
【請求項８】
スルー経路に入力される前記受信信号と結合経路に入力されるキャリブレーション信号とを前記帯域フィルタに出力可能に構成された第２の方向性結合器を更に備える、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の受信機。
【請求項９】
複数の請求項８に記載の前記受信機と、
前記複数の受信機にそれぞれ接続される複数のアンテナと、
前記複数の受信機で復調された複数の復調信号を処理する信号処理部と、
前記キャリブレーション信号を出力するキャリブレーション信号送信機と、
前記キャリブレーション信号を前記複数の受信機のそれぞれの前記第２の方向性結合器に分配する分配器と、を備え、
前記信号処理部は、前記複数の受信機に分配した前記キャリブレーション信号を復調した復調信号に基づいて、前記複数の受信機の前記増幅器の利得を補正する、
アンテナシステム。
【請求項１０】
受信信号が入力される帯域フィルタと、
前記帯域フィルタでフィルタリングされた受信信号が入力され、前記受信信号を、スルー経路を通過する第１の受信信号と、結合経路を通過する第２の受信信号と、に分割する方向性結合器と、
前記第１の受信信号に遅延を与える遅延器と、
前記遅延器を介して入力する前記第１の受信信号、及び、前記第２の受信信号のいずれかを増幅し、増幅した信号を出力する増幅器と、を備える、
受信機の受信フロントエンド。
【請求項１１】
受信信号に帯域フィルタを通過させ、
前記帯域フィルタでフィルタリングされた受信信号を、方向性結合器により、スルー経路を通過する第１の受信信号と、結合経路を通過する第２の受信信号と、に分割し、
前記第１の受信信号に遅延を与え、
遅延された前記第１の受信信号、及び、前記第２の受信信号のいずれかを増幅し、
増幅された信号を復調する、
無線信号の受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は受信機、アンテナシステム、受信機の受信フロントエンド、無線信号の受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンや携帯電話と基地局との間の通信に、受信側と送信側とが複数のアンテナを用いて送受信を行うＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）の導入が検討されている。このようなＭＩＭＯにおいては、ビームフォーミングを伴う複数のアンテナアレイで構成されるアクティブアンテナシステムを、基地局に導入することが検討されている。この場合には、基地局エリアのトラフィック要求に依存して、基地局がマクロ（Macro）装置として動作する場合（Wide Area：以下、ワイドエリア）と、スモールセル（Small Cell）用途として動作する場合（Local Area：以下、ローカルエリア）とが想定される。
【０００３】
ワイドエリアでは、端末と基地局との間の距離が遠いため、例えばビームフォーミングを用いて、１又は少数の端末に送信信号を送信する。ローカルエリアでは、基地局は、複数の端末との間で同時に送受信を行う。この場合でも、ビームフォーミングを活用して、各端末に効率的に送信ビームを送出することも可能である。ワイドエリアの場合、基地局が端末から受信する無線信号の電力が小さいため、ローカルエリアの場合と比べて、高い受信感度が必要である。一方、妨害波による影響はローカルエリアよりも小さいため、ローカルエリアに比べて、耐妨害波性能は緩和できる。このような受信感度と耐妨害波性能とについては、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）のＴＳ（Technical Specification：技術仕様書）３６．１０４において、規格が定められている。
【０００４】
１つの基地局でワイドエリア及びローカルエリアの両方に対応するためには、上述の通り、受信感度及び耐妨害波性能を切り替える機能を有していることが好ましい。例えば、受信感度を切り替え可能な受信機が既に提案されている（特許文献１〜３）。
【０００５】
特許文献１には、相互変調規格を満たすように利得制御を行う受信機が提案されている。この受信機は、１段目の低雑音増幅器（Low Noise Amplifier：以下、ＬＮＡ）及び２段目のＬＮＡが設けられ、受信機の信号処理部での相互変調の検出結果を用いて、受信レベルに応じて各ＬＮＡの利得を切り替え、所定の適切な利得を設定する。これにより、相互変調規格を満たしつつＬＮＡの利得、すなわち受信感度を満たすことができる。
【０００６】
特許文献２には、前段のＬＮＡと後段のＬＮＡとの間に帯域フィルタが挿入され、かつ、前段ＬＮＡの前後に挿入された２つのスイッチを開閉することで、前段のＬＮＡをバイパスすることができる受信機が提案されている。この受信機では、前段ＬＮＡをバイパスすることで受信感度の切り替えが可能である。
【０００７】
特許文献３には、２個スイッチを切り替えることで、ＬＮＡの前段に高周波減衰器の挿入、切り離しを選択できる受信機が提案されている。これによれば、高周波減衰器の挿入によりＬＮＡの受信利得が低下するので、受信感度を切り替えることができる。
【０００８】
他にも、受信した信号を強度が異なる２つの信号に分岐し、分岐後の２つの信号をそれぞれ異なるＬＮＡに入力する受信機が提案されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１７４６５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１１７３１号公報
【特許文献３】特開２００６−１２９２９２号公報
【特許文献４】特開２０００−１３７０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上述の手法には、以下に示す問題点が存在する。特許文献１では、ＬＮＡの利得を切り替えるので、ＬＮＡの飽和特性も変化してしまう。つまり、ローカルエリアに対応させるためにＬＮＡの利得を低下させると、ＬＮＡの飽和特性も低下するため、耐妨害波性能まで低下してしまうという問題がある。
【００１１】
特許文献２では、後段ＬＮＡの利得を切り替えることはできないので、帯域フィルタ以降の受信雑音指数を切り替えることができない。換言すれば、ワイドエリア及びローカルエリアの両方に対応できるように耐妨害波性能を切り替えることができないという問題がある。
【００１２】
特許文献３では、ＬＮＡの飽和特性は変化しないものの、ＬＮＡ前段の２個のスイッチによる損失が生じる。そのため、受信雑音指数及び受信感度が大きく劣化してしまうという問題が有る。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、無線信号の受信機において所望の耐妨害波性能を実現しつつ受信感度の切り替えが可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様である受信機は、無線信号を受信信号として受信する受信フロントエンドと、前記受信フロントエンドで受信された前記受信信号を復調する復調部と、を備え、前記受信フロントエンドは、前記受信信号が入力される帯域フィルタと、前記帯域フィルタでフィルタリングされた受信信号が入力され、前記受信信号を、スルー経路を通過する第１の受信信号と、結合経路を通過する第２の受信信号と、に分割する第１の方向性結合器と、前記第１の受信信号に遅延を与える遅延器と、前記遅延器を介して入力する前記第１の受信信号、及び、前記第２の受信信号のいずれかを増幅し、増幅した信号を前記復調部に出力する増幅器と、を備えるものである。
【００１５】
本発明の一態様である受信機の受信フロントエンドは、受信信号が入力される帯域フィルタと、前記帯域フィルタでフィルタリングされた受信信号が入力され、前記受信信号を、スルー経路を通過する第１の受信信号と、結合経路を通過する第２の受信信号と、に分割する方向性結合器と、前記第１の受信信号に遅延を与える遅延器と、前記遅延器を介して入力する前記第１の受信信号、及び、前記第２の受信信号のいずれかを増幅し、増幅した信号を出力する増幅器と、を備えるものである。
【００１６】
本発明の一態様である無線信号の受信方法は、受信信号に帯域フィルタを通過させ、前記帯域フィルタでフィルタリングされた受信信号を、方向性結合器により、スルー経路を通過する第１の受信信号と、結合経路を通過する第２の受信信号と、に分割し、前記第１の受信信号に遅延を与え、遅延された前記第１の受信信号、及び、前記第２の受信信号のいずれかを増幅し、増幅された信号を復調するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、無線信号の受信機において所望の耐妨害波性能を実現しつつ受信感度の切り替えが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１にかかるアンテナシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる受信機の構成を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる受信機の基本的構成を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる受信復調部の構成を模式的に示す図である。
【図５】ローカルエリア基地局と端末との通信を模式的に示す図である。
【図６】ワイドエリア基地局と端末との通信を模式的に示す図である。
【図７】望波、搬送波、１ＲＢ変調波及び干渉波を模式的に示す図である。
【図８】ワイドエリア及びローカルエリアでのＩＩＰ３を模式的に示す図である。
【図９】ワイドエリアの場合の受信機を模式的に示す図である。
【図１０】ローカルエリアの場合の受信機を模式的に示す図である。
【図１１】実施の形態２にかかる受信機の構成を模式的に示す図である。
【図１２】ワイドエリアの場合の受信機を模式的に示す図である。
【図１３】ローカルエリアの場合の受信機を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２０】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に、実施の形態１にかかるアンテナシステム１００の構成を模式的に示す。アンテナシステム１００は、アンテナＡ１〜Ａｎ、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎ、信号処理部１、キャリブレーション信号送信機２及び分配器３を有する。ｎは２以上の整数である。
【００２１】
言うまでもないが、アンテナシステム１００は、無線信号の受信のみならず、無線信号の送信を行うことが可能である。但し、以下の説明及び参照する図面では、アンテナシステム１００での無線信号の受信機能に着目するため、無線信号の送信にかかる構成については省略している。
【００２２】
アンテナシステム１００は、例えばマッシブＭＩＭＯ（Massive MIMO:Massive Multi Input Multi Output）システムに適用可能である。この用途においては、アンテナシステム１００は、送出する送信信号のビームフォーミングを行うアクティブアンテナシステムとして構成することも可能である。
【００２３】
受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎは、それぞれアンテナＡ１〜Ａｎを介して無線信号を受信し、受信信号ＲＳを復調した復調信号ＤＳ１〜ＤＳｎを信号処理部１へ出力する。
【００２４】
信号処理部１は、受け取った復調信号ＤＳ１〜ＤＳｎに所定に信号処理を行い、受信すべき情報を抽出する。例えば、アンテナシステム１００がマッシブＭＩＭＯに適用される場合、同一周波数で複数の端末（不図示）から出力された無線信号がアンテナＡ１〜Ａｎによって受信される。受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ＿ｎのそれぞれは、受け取った無線信号を所定の周波数において復調（例えば直交復調）し、復調信号ＤＳ１〜ＤＳｎを出力する。復調信号ＤＳ１〜ＤＳｎは、各端末とアンテナＡ１〜Ａｎのそれぞれとの間で互いに異なる伝搬経路を経て受信されるので、異なる振幅及び位相を有している。信号処理部１は、ＤＳ１〜ＤＳｎに対してキャリブレーション補正器ＣＣ１〜ＣＣｎで取得した各受信系の振幅ばらつき及び位相ばらつきの逆特性を加算することにより、各受信系の振幅特性及び位相特性を同じキャリブレーション補正器内で除去し、その後に復調器に入力することで、各端末から各アンテナＡ１〜Ａｎへの伝搬経路の振幅及び位相を復調器で抽出する事ができる。この処理は、アップリンクサウンディング（Uplink Sounding）と称される。また、端末毎の伝搬経路の振幅及び位相を含む伝搬係数を行列式としてまとめ、その行列式の逆行列を演算し、各端末に向けてのダウンリンク送信信号に対してその逆行列を重み付け乗算した信号を、アンテナＡ１〜Ａｎを介して送出、放射することにより、各アンテナから各端末への伝搬係数は等価的に相殺される。その結果、複数の端末に対してダウンリンクビームフォーミング（Down Link Beamforming）が行われることとなる。
【００２５】
また、信号処理部１は、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎのそれぞれに制御信号を供給することで、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎの動作を制御することができる。
【００２６】
アンテナシステム１００では、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎのそれぞれの受信特性を均一化するため、例えば受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎの利得のキャリブレーションを行うことが可能に構成される。この場合、信号処理部１は、上述した制御信号を受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎに与えることで、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎの利得を調整してもよい。
【００２７】
以下、アンテナシステム１００におけるキャリブレーション動作について説明する。キャリブレーションにあたっては、キャリブレーション信号送信機２は、キャリブレーション用のダミーの受信信号として、キャリブレーション信号ＣＡＬを出力する。キャリブレーション信号ＣＡＬは、分配器３によって受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎに均等に分配される。そして、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎは、受け取ったキャリブレーション信号ＣＡＬを復調した信号を、信号処理部１に出力する。
【００２８】
なお、ここでは説明の簡略化のため、信号処理部１の構成については、キャリブレーションに必要なもののみ表示している。信号処理部１は、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎのそれぞれから受け取った復調信号を評価するキャリブレーション補正器ＣＣ１〜ＣＣｎを有する。キャリブレーション補正器ＣＣ１〜ＣＣｎは、受け取った復調信号を解析し、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎを通過した際の復調信号の振幅と位相とが所定範囲に収まっているかを判定する。そして、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎを通過した際の復調信号の振幅と位相が所定範囲に収まっていない場合、全受信機の振幅のばらつき及び位相のばらつきを均一化するめ、振幅特性及び位相特性の逆特性を生成させ、キャリブレーション補正器ＣＣ１〜ＣＣｎ内で復調信号ＤＳ１〜ＤＳｎのそれぞれに加算することで、全受信機の通過信号の振幅と位相とを均一化する。
【００２９】
次いで、受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎについて説明する。受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎは、受信感度を切り替え可能な受信機として構成される。受信機ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎは同様の構成を有するので、共通構成を有する受信機ＲＸ１について説明する。図２に、受信機ＲＸ１の構成を模式的に示す。また、図３に、受信機ＲＸ１の基本的構成を模式的に示す。受信機ＲＸ１は、受信フロントエンド１０及び受信復調部２０を有する。
【００３０】
受信フロントエンド１０は、方向性結合器１１、バンドパスフィルタ（Band Pass Filter：以下、ＢＰＦと記載する）１２、方向性結合器１３、遅延器１４、スイッチ１５、及び、低雑音増幅器（Low Noise Amplifier：以下、ＬＮＡと記載する）１６を有する。
【００３１】
方向性結合器１１は、アンテナとＢＰＦ１２との間に挿入され、アンテナを介して受信した受信信号ＲＳは、方向性結合器１１のスルー経路を通過してＢＰＦ１２に入力される。また、上述のキャリブレーション動作を行う場合には、分配器３からのキャリブレーション信号ＣＡＬが方向性結合器１１の結合経路を介してＢＰＦ１２に入力される。なお、ここでは、方向性結合器１１を第２の方向性結合器とも称する。
【００３２】
ＢＰＦ１２は、帯域フィルタとして、受信した無線信号のうち、所定以下及び所定以上の帯域をフィルタリングし、所望の帯域の受信信号を後段に出力する。
【００３３】
方向性結合器１３は、ＢＰＦ１２の後段に設けられる。ＢＰＦ１２からの受信信号は、方向性結合器１３のスルー経路と遅延器１４を介して、又は、方向性結合器１３の結合経路を介して、スイッチ１５に入力される。ここでは、方向性結合器１３を第１の方向性結合器とも称する。また、方向性結合器１３のスルー経路を通過した受信信号を第１の受信信号とも称し、方向性結合器１３の結合経路を通過した受信信号を第２の受信信号とも称する。なお、方向性結合器１３のスルー経路を通過した第１の受信信号の電力は、方向性結合器１３の結合経路を通過した第２の受信信号の電力よりも大きいことは言うまでもない。
【００３４】
遅延器１４は、方向性結合器１３のスルー経路を介して入力された受信信号に所定の遅延を与える。遅延器１４が受信信号に与える遅延量は、受信機ＲＸ１に設けられる伝送線路長などに応じて、予め設定してもよい。
【００３５】
スイッチ１５は、２入力１出力のスイッチとして構成され、一方の入力は方向性結合器１３の結合経路と接続され、他方の入力は遅延器１４と接続される。よって、スイッチ１５は、遅延器１４で遅延された第１の受信信号、及び、遅延器１４による遅延を受けていない方向性結合器１３の結合経路からの第２の受信信号のいずれかのみを、後段のＬＮＡ１６に出力することとなる。
【００３６】
ＬＮＡ１６は、スイッチ１５を介して入力する受信信号を増幅し、増幅した受信信号を受信復調部２０に出力する。
【００３７】
受信復調部２０は、受信フロントエンド１０からの信号を復調し、復調信号ＤＳを信号処理部１へ出力可能に構成される。図４に、実施の形態１にかかる受信復調部２０の構成を模式的に示す。受信復調部２０は、直交復調部２１、局部発振器２２、アナログベースバンドＢＰＦ２３、アナログ可変利得増幅部２４、アナログ−ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記載する）２５、及び、ディジタルベースバンドＢＰＦ２６を有する。以下では、受信復調部を単に復調部とも称する。
【００３８】
直交復調部２１は、局部発振器２２が出力する局部発振信号を用いて、受信フロントエンド１０から受け取った無線信号を直交復調し、復調して得られたアナログベースバンド信号を出力する。
【００３９】
アナログベースバンドＢＰＦ２３は、直交復調部２１が出力するアナログベースバンド信号の所定以下及び所定以上の帯域をフィルタリングし、所望の帯域のアナログベースバンド信号を抽出する。
【００４０】
アナログ可変利得増幅部２４は、アナログベースバンドＢＰＦ２３でフィルタリングされたアナログベースバンド信号を、設定された利得にて増幅する。上述したキャリブレーションにおいては、例えば信号処理部１がアナログ可変利得増幅部２４に制御信号を与えることで、利得を調整してもよい。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換器２５は、アナログ可変利得増幅部２４で増幅されたアナログベースバンド信号をディジタルベースバンド信号に変換する。
【００４２】
ディジタルベースバンドＢＰＦ２６は、Ａ／Ｄ変換器２５からのディジタルベースバンド信号の所定以下及び所定以上の帯域をフィルタリングし、所望の帯域のディジタルベースバンド信号を抽出する。
【００４３】
次いで、アンテナシステム１００での無線信号の受信について説明する。以下、アンテナシステム１００が３ＧＰＰ−ＬＴＥ  ３６．１０４規格に準拠している場合を例として説明する。アンテナシステム１００は、携帯電話やスマートフォンなどの無線通信端末の基地局に組み込まれるシステムとして用いられるが、３ＧＰＰ−ＬＴＥ  ３６．１０４においては、ローカルエリア基地局及びワイドエリア基地局の双方の送信／受信規格を満たすことが求められる。そのためには、ローカルエリア基地局用のシステムとワイドエリア基地局用のシステムとを別個に設けることで対応可能であるが、システムのコスト増を招いてしまう。そこで、本実施の形態にかかるアンテナシステム１００では、用途に応じて受信機の受信感度を切り替え可能に構成することで、ローカルエリア及びワイドエリアのいずれにも対応可能としている。
【００４４】
以下、ローカルエリア基地局としての通信動作の概要について説明する。図５は、ローカルエリア基地局と端末との通信を模式的に示す図である。基地局ＢＳがローカルエリア基地局として機能する場合、ワイドエリア基地局と比較して狭い領域ＬＡに存在する複数の端末Ｔ１〜Ｔ３に対して、同時にかつ同一周波数にて無線信号の送受信を行う。例えば、アンテナシステム１００のアンテナから出力される送信信号のビームを整形することで、端末Ｔ１〜Ｔ３に対する指向性の高い信号伝送を行うことができる。アンテナシステム１００が１つであるのに対して、端末は複数存在するので、アンテナシステム１００からの各端末への送信出力は、アンテナシステム１００の総出力を端末数で分割した値をとることとなる。このケースでは、通信距離が比較的短いので、端末の分布は比較的に密になる。また、同時にかつ同一周波数の受信信号を複数の端末から受け取ることもあるため、受信信号の相互干渉の影響が大きくなる。しかしながら、上記の通り通信距離が比較的短いため、各端末からの受信信号の強度が大きいので、要求される受信感度を緩和することができる。
【００４５】
次いで、ワイドエリア基地局としての通信動作の概要について説明する。図６は、ワイドエリア基地局と端末との通信を模式的に示す図である。基地局ＢＳがワイドエリア基地局として機能する場合、ローカルエリア基地局と比較して広い領域ＷＡに存在する複数の端末に対して、例えば１つの端末あるいは比較的少数の端末のみとの間で、無線信号の送受信を行う。このケースでも、例えば、アンテナシステム１００のアンテナから出力される送信信号のビームを整形することで、端末に対する指向性の高い信号伝送を行うことができる。例えば、１つの端末のみに送信信号を出力する場合、送信出力はアンテナシステム１００の総出力を端末へ向けることとなる。これにより、遠方の端末との間での通信品質を確保することが可能となる。このケースでは、受信信号を１又は少数の端末からしか受け取らないため、受信信号の相互干渉の影響は小さい。しかしながら、上記の通り通信距離が比較的長いため、端末からの受信信号の強度が小さくなるので、高い受信感度が求められる。
【００４６】
図５及び図６では、端末の数を３として説明したが、端末の数は１、２又は４以上としてもよいことは言うまでもない。
【００４７】
続いて、端末からの受信信号の変調方式をＳＣ−ＦＤＭＡ／ＦＲＣ  Ａ１−３（ＱＰＳＫ：Quadrature Phase Shift Keying）とした場合の、受信機の受信性能について詳細に説明する。ここでは、受信性能のうちで最も重視すべき相互変調歪み（Inter Modulation）を評価するため、ワイドエリア及びローカルエリアの双方における所望の受信雑音指数、受信感度規格及び３次入力インターセプトポイント（以下、ＩＩＰ３と表記）に着目する。
【００４８】
ここでは、相互変調歪みを評価するため、希望波Ｃの他に、干渉波として搬送波Ｉ１と１ＲＢ変調波Ｉ２とを受信機に入力する条件とした。図７は、希望波、搬送波、１ＲＢ変調波及び干渉波を模式的に示す図である。搬送波Ｉ１は希望波Ｃの高周波側端から３４５ｋＨｚ離調しており、搬送波Ｉ１と１ＲＢ変調波Ｉ２との周波数間隔を１４３５ｋＨｚとした。１ＲＢ変調波Ｉ２は、１８０ｋＨｚ帯域の変調波であり、帯域中心の周波数は、希望波Ｃの高周波側端から１７８０（＝３４５＋１４３５）ｋＨｚ離調している。また、搬送波Ｉ１及び１ＲＢ変調波Ｉ２のそれぞれの入力レベルについては、ワイドエリアにおいて−５２ｄＢｍ、ローカルエリアにおいて−４４ｄＢｍとした。
【００４９】
この条件下においては、希望波Ｃのエッジから１０９０（＝１４３５−３４５）ｋＨｚだけ低周波側の位置に、搬送波Ｉ１及び１ＲＢ変調波Ｉ２にかかる３次相互変調による干渉波ＩＭ３が現れる。干渉波の大きさ、すなわち３次相互変調歪みのレベルは、通信品質を確保するため、規格で定められた許容範囲内になければならない。
【００５０】
規格において定められた９５％スループットの希望波感度はワイドエリアで−９５．５ｄＢｍ、ローカルエリアで−８７．５ｄＢｍであるので、所要Ｃ／Ｎ（受信信号／ノイズ）を−１．１５ｄＢとすると、ワイドエリアでの許容入力換算ＩＭ３は−９５．５−（−１．１５）＝−９４．３５ｄＢｍ、ローカルエリアでの許容入力換算ＩＭ３は−８７．５−（−１．１５）＝−８６．３５ｄＢｍ、
【００５１】
搬送波Ｉ１及び１ＲＢ変調波Ｉ２のそれぞれの入力レベルと許容入力換算ＩＭ３との差から求まる所望ＩＭ３のＤ／Ｕ（希望波／不要波）は、ワイドエリアでもローカルエリアでも同じく、下記の通り４２．３５ｄＢとなる。
ワイドエリア：−５２−（−９４．３５）＝４２．３５ｄＢ
ローカルエリア：−４４−（−８６．３５）＝４２．３５ｄＢ
【００５２】
ワイドエリアでの搬送波Ｉ１及び１ＲＢ変調波Ｉ２のそれぞれの入力レベルは−５２ｄＢｍであるので、所望の３次入力インターセプトポイント（以下、ＩＩＰ３と表記）（図７のＩＩＰ＿Ｄ）は、４２．３５／２−５２＝−３０．８ｄＢｍとなる。ローカルエリアでの搬送波Ｉ１及び１ＲＢ変調波Ｉ２のそれぞれの干渉波の入力レベルは−４４ｄＢｍであるので、所望ＩＩＰ３は、４２．３５／２−４４＝−２２．８ｄＢｍとなる。つまり、ワイドエリアでは、ローカルエリアに比べて搬送波Ｉ１及び１ＲＢ変調波Ｉ２の入力レベルが８ｄＢ小さいため、所望ＩＩＰ３についても８ｄＢ緩和されることとなる。
【００５３】
図８は、ワイドエリア及びローカルエリアでのＩＩＰ３を模式的に示す図である。図８では、横軸はＬＮＡの入力レベル［ｄＢｍ］、縦軸はＬＮＡの出力レベル［ｄＢｍ］を示している。また、線Ｄ＿Ｗはワイドエリアにおける希望波、線ＩＭ３＿ＷはワイドエリアにおけるＩＭ３、線Ｄ＿Ｌはローカルエリアにおける希望波、線ＩＭ３＿ＬはローカルエリアにおけるＩＭ３を示している。この図では、非飽和領域における希望波とＩＭ３の延長線の交点がＩＩＰ３を示す。ここでは、ワイドエリアでのＩＩＰ３をＩＩＰ３＿Ｗ、ローカルエリアでのＩＩＰ３をＩＩＰ３＿Ｌとした。この図では、ワイドエリア及びローカルエリアのそれぞれにおいて、希望波とＩＭ３との差がＩＭ３のＤ／Ｕ＿Ｗ及びＤ／Ｕ＿Ｌを示している。
【００５４】
図８に示すように、ローカルエリアにおける出力レベルは、方向性結合器１３の結合度の分だけ受信利得がΔＧだけ低下するので、ワイドエリアよりも小さくなる。換言すれば、ローカルエリアにおける受信感度はワイドエリアと比べて低下する。しかしながら、ローカルエリアにおける受信感度はワイドエリアに比べて、例えば上述のように８ｄＢ緩和できるので、ローカルエリアの受信感度低下は許容される。
【００５５】
一方で、ＬＮＡの出力飽和特性はローカルエリアでもワイドエリアでも同一であるので、ＩＩＰ３は横軸のプラス方向にΔＩＩＰ３だけ平行移動することとなる。希望波を示す線の傾きは１であるので、ＩＩＰの変動量は受信感度の変動量と同じ、この例では８ｄＢとなる。その結果、ローカルエリアでは、ワイドエリアに比べて受信感度が低下するものの、ＩＩＰ３が向上できるので、耐妨害波性能が改善されることとなる。
【００５６】
次に、以上で説明した受信感度及び耐妨害波性能を実現する受信機の動作について説明する。アンテナシステム１００では、受信機ＲＸ１のスイッチ１５を制御することで、受信機ＲＸ１をワイドエリア及びローカルエリアのいずれかに対応させることができる。図９に、ワイドエリアに対応させた場合の受信機ＲＸ１を模式的に示す。ワイドエリアの場合には方向性結合器１３のスルー経路をＬＮＡ１６と接続し、受信信号を大きな強度のままでＬＮＡ１６に入力することができる。
【００５７】
図１０に、ローカルエリアに対応させた場合の受信機ＲＸ１を模式的に示す。ローカルエリアの場合には方向性結合器１３の結合経路をＬＮＡ１６と接続する。よって、結合度分だけ受信利得が低下し、そのために受信感度は低下するものの、上記したようにＬＮＡ１６の出力飽和特性は変わらないので、受信信号のＩＩＰ３を結合度に応じて改善することができる。
【００５８】
以上、具体的に説明したように、実施の形態１にかかる受信機によれば、ローカルエリアでは受信感度を緩和しつつも高い耐妨害波性能を確保し、ワイドエリアでは高い受信感度を確保しつつも耐妨害波性能を緩和できることが理解できる。
【００５９】
また、本構成では、ローカルエリアの場合に受信信号は方向性結合器１３の結合経路を通過するため、ワイドエリアと比べてＬＮＡ１６に入力する受信信号が遅延することとなる。つまり、遅延を補償しない場合には、ローカルエリアとワイドエリアとでは受信機ＲＸ１内での受信信号に遅延による位相差が生じるので、本位相差を考慮した信号処理が必要となってしまう。
【００６０】
これに対し、本構成では、ワイドエリアの場合に方向性結合器１３のスルー経路を通過した受信信号は、遅延器１４で所定時間だけ遅延することとなる。そして、方向性結合器１３の結合経路の遅延量に応じて遅延器１４での遅延量を設計することで、ローカルエリア設定とワイドエリア設定との間を切り替えた場合でも、複数の受信機のＬＮＡ前段における位相差は同等となるため、切り替え直後のキャリブレーションを要することなく、切り替え前のキャリブレーションによる位相補償後の状態が維持されることとなる。その結果、設定の切り替え後のキャリブレーションを省略できると共に、安定した位相補償状態を得ることができる。
【００６１】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる受信機について説明する。図１１に、実施の形態２にかかる受信機の構成を模式的に示す。受信機ＲＸ２は、実施の形態１にかかる受信機ＲＸ１の受信フロントエンド１０を受信フロントエンド３０に置換した構成を有する。受信フロントエンド３０は、受信フロントエンド１０のスイッチ１５及びＬＮＡ１６を除去し、ＬＮＡ３１、ＬＮＡ３２及び合成器３３を追加した構成を有する。
【００６２】
ＬＮＡ３１及びＬＮＡ３２は、与えられる制御信号に応じてオン／オフが制御される増幅器として構成される。ＬＮＡ３１の入力は、遅延線路で構成された遅延器１４と接続される。ＬＮＡ３２の入力は、方向性結合器１３の結合経路と接続される。
【００６３】
合成器３３には、ＬＮＡ３１の出力及びＬＮＡ３２の出力と、受信復調部２０との間に挿入される。合成器３３の出力は、後段の受信復調部２０と接続される。
【００６４】
本実施の形態にかかる受信機の動作について説明する。まず、ワイドエリアの場合について説明する。図１２は、ワイドエリアの場合の受信機を模式的に示す図である。図１２に示すように、ワイドエリアの場合には、ＬＮＡ３１がオン、ＬＮＡ３２がオフとなる。よって、ＬＮＡ３１から出力される受信信号のみが合成器３３を通過する。これにより、実施の形態１と同様に、方向性結合器１３のスルー経路を通過し、かつ所定の遅延を与えられた受信信号が受信復調部２０に入力される。
【００６５】
次いで、ローカルエリアの場合について説明する。図１３は、ローカルエリアの場合の受信機を模式的に示す図である。図１３に示すように、ローカルエリアの場合には、ＬＮＡ３１がオフ、ＬＮＡ３２がオンとなる。よって、ＬＮＡ３２から出力される受信信号のみが合成器３３を通過する。これにより、実施の形態１と同様に、受信信号は方向性結合器１３の結合経路を通過し、受信復調部２０に入力される。
【００６６】
以上、本構成によれば、実施の形態１と同様に、１台でローカルエリアにもワイドエリア対応可能な受信機を構成することができる。
【００６７】
更に、本構成によれば、実施の形態１と比較して、ＬＮＡの前段にスイッチを設けなくともよいので、受信利得の劣化を防止できる点で有利である。
【００６８】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、方向性結合器のスルー経路とＬＮＡとの間に遅延器を設けたが、これは例示に過ぎない。例えば、方向性結合器の結合経路とＬＮＡとの間に更に遅延器を設け、２個の遅延器を用いて、ＬＮＡに入力する２つの受信信号の位相を同期させる構成としてもよい。
【００６９】
実施の形態２においては、受信機に分配器３３を設ける例について説明したが、分配器をスイッチに置換してもよい。この場合、ワイドエリアに対応するためにＬＮＡ３１と受信復調部２０との間を接続するようにスイッチを制御し、ローカルエリアに対応するためにＬＮＡ３２と受信復調部２０との間を接続するようにスイッチを制御すればよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  信号処理部
２  キャリブレーション信号送信機
３  分配器
１０、３０  受信フロントエンド
１１、１３  方向性結合器
１２  ＢＰＦ
１４  遅延器
１５  スイッチ
１６、３１、３２  ＬＮＡ
２０  受信復調部
２１  直交復調部
２２  局部発振器
２３  アナログベースバンドＢＰＦ
２４  アナログ可変利得増幅部
２５  Ａ／Ｄ変換器
２６  ディジタルベースバンドＢＰＦ
３３  分配器
１００  アンテナシステム
Ａ１〜Ａｎ  アンテナ
ＢＳ  基地局
ＣＣ１〜ＣＣｎ  キャリブレーション補正器
ＤＭ１〜ＤＭｎ  復調部
ＲＸ１、ＲＸ１＿１〜ＲＸ１＿ｎ、ＲＸ２  受信機
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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