(57)【要約】【課題】高品質の信号を出力し、受信信号の瞬断状態から正常に回復することができるダイバーシティ受信機を得ること。【解決手段】複数のアンテナにより信号を受信し、受信した信号を重み付け合成した後に歪み除去を行うダイバーシティ受信機であって、前記アンテナにより受信した各々の信号の主波と当該主波に対する最大の干渉波との電力レベル比であるＣＩＲ（希望波電力対干渉波電力比）を算出し、ＣＩＲを用いて各々の受信信号に対応する重み付け係数（ＣＩＲ重み付け係数）を算出するＣＩＲ検出器１０２と、前記各ＣＩＲ重み付け係数を用いて、前記各アンテナにより受信した信号に対して個別に重み付けを行う複素乗算器１０３−１〜１０３−Ｎとを備え、前記重み付けされた各々の信号を重み付け合成の入力とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナにより信号を受信し、前記受信した信号を重み付け合成した後に歪み除去を行うダイバーシティ受信機であって、
前記アンテナにより受信した各々の信号の主波と当該主波に対する最大の干渉波との電力レベル比であるＣＩＲ（希望波電力対干渉波電力比：Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）を算出し、ＣＩＲを用いて各々の受信信号に対応する重み付け係数（ＣＩＲ重み付け係数）を算出するＣＩＲ重み付け係数算出手段と、
前記各ＣＩＲ重み付け係数を用いて、前記各アンテナにより受信した信号に対して個別に重み付けを行う重み付け手段と、
を備え、
前記重み付け手段により重み付けされた各々の信号を重み付け合成の入力とすることを特徴とするダイバーシティ受信機。
【請求項２】
前記重み付け合成は、ＭＲＣ（Ｍａｘｉｍａｌ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）法による合成とすることを特徴とする請求項１に記載のダイバーシティ受信機。
【請求項３】
前記ＣＩＲ重み付け係数算出手段は、ＣＩＲ重み付け係数を正規化することを特徴とする請求項１または２に記載のダイバーシティ受信機。
【請求項４】
前記ＣＩＲ重み付け係数算出手段は、全ての受信信号のＣＩＲが受信状況に応じて規定された所定の値以下であった場合には前記ＣＩＲ係数算出処理を行わず、ＣＩＲ重み付け係数を全て等しい値として出力することを特徴とする請求項１、２または３に記載のダイバーシティ受信機。
【請求項５】
前記ＣＩＲ重み付け係数算出手段は、ＣＩＲが受信状況に応じて規定された所定の値以上となる受信信号に対しては重み付け係数を０とすることを特徴とする請求項１〜４いずれか１つに記載のダイバーシティ受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間的に離れた複数のアンテナを用いて受信するダイバーシティ受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信では、フェージングによる信号の伝達特性の劣化が避けられない。そこで、空間的に離れた複数のアンテナを用いて受信し、各受信信号を合成して、波形歪を等化器で取り除きデータ復調を行うダイバーシティ受信機が用いられる。この合成受信法には、例えば（特許文献１）に開示されているように、判定データ相関法とＭＲＣ（Ｍａｘｉｍａｌ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）法があり、このうちＭＲＣ法は構成が簡単で確実に動作するため、幅広く実用化されている。このＭＲＣ法について以下に説明する。
【０００３】
ＭＲＣ法は、信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が最大になるように合成する方法（最大比合成）である。図５に、ＭＲＣ法を用いたダイバーシティ受信機の構成例を示す。図５に示すとおり、この構成例では、複数のダイバーシティアンテナ５０１−１〜５０１−Ｎでそれぞれ信号を受信し、複素乗算器５０４−１〜５０４−Ｎと相関器５０５−１〜５０５−Ｎによって合成のための重み付け係数を制御し、合成器５０６においてダイバーシティ合成を行う。そして、合成出力をＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）５０８で増幅し、この増幅信号を用いて前記相関器５０５−１〜５０５−Ｎのタップ数を制御する。また、ＤＦＥ（判定帰還型等化器：Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）５０７は、この合成出力を用いて、マルチパスフェージングによる歪みを除去する。
【０００４】
以下、説明を簡素化するため、ダイバーシティブランチの数が２ルートの場合を説明する。通常、無線通信路では、障害物等の影響によるマルチパスフェージングが発生するため、先行波や遅延波が時間軸上に分散している。受信電波が先行波や遅延波の重ね合わせであることを考慮すると、ダイバーシティアンテナ５０１−１，５０１−２にて受信された各ルートの受信信号ｒn1，ｒn2は、（数１），（数２）のように表すことができる。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
【数２】
2008042728.tif 000004
【０００７】
ここで、ｎ，ｉは時刻を表す離散化された値、ｈi1，ｈi2は時刻ｉでのインパルス応答、ａn-iは時刻（ｎ−ｉ）での送信データである。ａnは主波を表し、ａn-i：ｉ≠０の場合は主波に対して先行または遅延して受信される電波を表す。受信信号ｒn1，ｒn2は互いに無相関であり、異なったルートを通過した後にそれぞれ複素乗算器５０４−１，５０４−２により固有の重みが付加される。各ルートのタップ係数（重み係数）をｗ1，ｗ2とすると、合成後信号ｙnは、（数３）のように表すことができる。
【０００８】
【数３】
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【０００９】
ここで、簡易化のためにｗ1・ｈi1＋ｗ2・ｈi2＝１と仮定する。ＭＲＣ法では、ＡＧＣ５０８により振幅を１に制御した合成信号と受信信号との相関をとってタップ係数を決定するため、タップ係数の値は（数４）のようになる。他方のルートについても添字が変わるだけで同様である。
【００１０】
【数４】
2008042728.tif 000006
【００１１】
この式からわかるとおり、ＭＲＣ法では、タップ係数が、主波と同時刻のインパルス応答（ｈ01）の複素共役のみを採るのではなく、主波と異なる通信路を通過してきた先行波や遅延波も含めたインパルス応答の複素共役を積算したものとなる。すなわち、複素乗算器５０４−１，５０４−２による畳込みの際に、判定データ相関法のように信号レベルの高い１ルート（主波）のみの信号を用いるのでなく、全てのルートの電波を信号と見なし同期合成を行うことになる。したがって、マルチパスルート環境下では、主波にとって干渉波となり得る進み波や遅れ波までも最大比合成してしまうので、干渉波が大きいときには、ＤＦＥにおいて歪みがとりきれず、信号品質が悪くなるという問題がある。
【００１２】
一方、前述のデータ相関法は、信号品質のよい信号が得られる合成方法であるが、受信信号が伝搬回線において厳しいフェージングの影響を受け瞬断状態になると、信号レベルが低下し、ＤＦＥの発散現象が生じることになる。すなわち、ＤＦＥの構成要素である前方等化器（ＦＥ：Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）は、自身への入力信号と判定データ信号との相関値をタップ係数とする線形フィルタであるため、入力信号のレベルが極端に低くなると、前記係数は無意味なランダムパターンの数値となる。
【００１３】
この入力信号は、ガウス分布に従うため平均的にタップ係数が０となり、ＦＥは後段に信号を通さなくなる。したがって、ＤＦＥのもう１つの構成要素である後方等化器（ＢＥ：Ｂａｃｋｗａｒｄ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）も正常な動作が不可能となり、ＦＥと同様に０に収束してしまう。このため、これらＦＥ，ＢＥが信号を遮断してしまうことから、例え回線が復旧して信号レベルが上がっても判定データ信号は永久的に０のままとなる。厳密に言えば、ＦＥの基準となる１タップには常に電圧がかかっており、信号が復旧するとＦＥも回復するが、ＢＥがこれを妨げている。
【００１４】
これに対し、ＭＲＣ法ではＤＦＥ入力前の合成直後の信号をタップ係数決定の相関値としているため、回線が復旧するとタップ係数も「０に収束」という事態から復旧することができる。
【００１５】
以上述べたとおり、データ相関法とＭＲＣ法には各々異なった問題点がある。これらを解決するために、下記（特許文献１）では、通常はデータ品質の良いデータ相関法で合成し、受信信号の瞬断状態時にはＭＲＣ法に切り替えるダイバーシティ受信機が開示されている。
【特許文献１】特開平９−８７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、データ相関法とＭＲＣ法の２種類の合成法の回路と合成法の切り替え制御が必要となり、受信機の構成が複雑になるという問題があった。また、合成方法の切り替えを適切に実施しないと動作が不安定になる可能性があるという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い品質の信号を出力できるとともに、受信信号の瞬断状態から正常に回復することができ、かつ、単純な構成により確実に動作するダイバーシティ受信機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために本発明は、複数のアンテナにより信号を受信し、前記受信した信号を重み付け合成した後に歪み除去を行うダイバーシティ受信機であって、前記アンテナにより受信した各々の信号の主波と当該主波に対する最大の干渉波との電力レベル比であるＣＩＲ（希望波電力対干渉波電力比：Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）を算出し、ＣＩＲを用いて各々の受信信号に対応する重み付け係数（ＣＩＲ重み付け係数）を算出するＣＩＲ重み付け係数算出手段と、前記各ＣＩＲ重み付け係数を用いて、前記各アンテナにより受信した信号に対して個別に重み付けを行う重み付け手段と、を備え、前記重み付け手段により重み付けされた各々の信号を重み付け合成の入力としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高い品質の信号を出力でき、かつ、受信信号の瞬断時から正常に回復できる、単純な構成により確実に動作するダイバーシティ受信機が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
第１の発明のダイバーシティ受信機は、複数のアンテナにより信号を受信し、受信した信号を重み付け合成した後に歪み除去を行うダイバーシティ受信機であって、アンテナにより受信した各々の信号の主波と当該主波に対する最大の干渉波との電力レベル比であるＣＩＲ（希望波電力対干渉波電力比：Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）を算出し、ＣＩＲを用いて各々の受信信号に対応する重み付け係数（ＣＩＲ重み付け係数）を算出するＣＩＲ重み付け係数算出手段と、各ＣＩＲ重み付け係数を用いて、各アンテナにより受信した信号に対して個別に重み付けを行う重み付け手段と、を備え、重み付け手段により重み付けされた各々の信号を重み付け合成の入力とすることを特徴としたものであり、高い品質の信号を出力でき、かつ、受信信号の瞬断時から正常に回復できるという作用を有する。
【００２１】
第２の発明のダイバーシティ受信機は、重み付け合成は、ＭＲＣ（Ｍａｘｉｍａｌ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）法による合成とすることを特徴としたものであり、高い品質の信号を出力でき、かつ、受信信号の瞬断時から正常に回復できるという作用を有する。
【００２２】
第３の発明のダイバーシティ受信機は、ＣＩＲ重み付け係数算出手段は、ＣＩＲ重み付け係数を正規化することを特徴としたものであり、高い品質の信号を出力でき、かつ、受信信号の瞬断時から正常に回復できるという作用を有する。
【００２３】
第４の発明のダイバーシティ受信機は、ＣＩＲ重み付け係数算出手段は、全ての受信信号のＣＩＲが受信状況に応じて規定された所定の値以下であった場合にはＣＩＲ係数算出処理を行わず、ＣＩＲ重み付け係数を全て等しい値として出力することを特徴としたものであり、高い品質の信号を出力でき、かつ、受信信号の瞬断時から正常に回復できるという作用を有する。
【００２４】
第５の発明のダイバーシティ受信機は、ＣＩＲ重み付け係数算出手段は、ＣＩＲが受信状況に応じて規定された所定の値以上となる受信信号に対しては重み付け係数を０とすることを特徴としたものであり、高い品質の信号を出力でき、かつ、受信信号の瞬断時から正常に回復できるという作用を有する。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかるダイバーシティ受信機の実施の形態１の機能構成例を表すブロック図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態のダイバーシティ受信機は、Ｎ（Ｎ≧２とする）個のダイバーシティアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎ、ＣＩＲ（希望波電力対干渉波電力比：Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）検出器１０２、Ｎ個の複素乗算器１０３−１〜１０３−Ｎ、Ｎ個の複素乗算器１０４−１〜１０４−Ｎ、Ｎ個の相関器１０５−１〜１０５−Ｎ、合成器１０６、ＤＦＥ（判定帰還型等化器：Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）１０７、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）１０８で構成される。
【００２８】
本実施の形態では、ダイバーシティアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎから入力された各々の入力信号は、ＣＩＲ検出器１０２と複素乗算器１０３−１〜１０３−ＮによってＣＩＲを用いた重み付け係数（以下、ＣＩＲ重み付け係数とよぶ）により重み付けされ、その重み付けされた信号が既知のＭＲＣ法により合成される。
【００２９】
ＭＲＣ法は、主波にとって干渉波となり得る進み波や遅れ波までも最大比合成してしまうので、干渉波の影響が大きい場合には、ＤＦＥにおいて歪みを除去しきれず信号の品質が劣化する。したがって、本実施の形態では、ＭＲＣ法の主波にとって干渉波となり得る進み波や遅れ波の影響を少なくするために、ＭＲＣ法による合成を行う前にＣＩＲを用いた重み付けを行い、出力信号の品質を向上させる。
【００３０】
つづいて、本実施の形態のダイバーシティ受信機の各部の機能について説明する。ダイバーシティアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎはそれぞれ信号を受信し、受信した信号を各々に対応する複素乗算器１０３−１〜１０３−ＮおよびＣＩＲ検出器１０２に出力する。ＣＩＲ検出器１０２は、ダイバーシティアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎから入力された入力信号を用いて各々の入力信号に対するＣＩＲを算出し、算出したＣＩＲを用いて各々の入力信号に対するＣＩＲ重み付け係数を算出して、そのＣＩＲ重み係数を対応する複素乗算器１０３−１〜１０３−Ｎに出力する。複素乗算器１０３−１〜１０３−Ｎは、ダイバーシティアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎから入力された信号を、ＣＩＲ検出器１０２から入力された重み付け係数を用いて重み付けし、重み付けした信号を、複素乗算器１０４−１〜１０４−Ｎと相関器１０５−１〜１０５−Ｎに出力する。
【００３１】
つぎに、複素乗算器１０４−１〜１０４−Ｎは、それぞれ複素乗算器１０３−１〜１０３−Ｎから入力された信号を、相関器１０５−１〜１０５−Ｎからそれぞれ入力されるＭＲＣ法に基づくタップ係数（重み係数）を用いて重み付けして合成器１０６に出力する。相関器１０５−１〜１０５−Ｎは、１０３−１〜１０３−Ｎからそれぞれ入力された信号とＡＧＣ１０８から入力された増幅信号を用いてタップ係数を算出する。合成器１０６は、複素乗算器１０４−１〜１０４−Ｎから入力された信号を用いてダイバーシティ合成を行い、合成出力をＤＦＥ１０７およびＡＧＣ１０８に出力する。ＡＧＣ１０８は、入力された合成信号を増幅し、増幅した信号を相関器１０５−１〜１０５−Ｎに出力する。ＤＦＥ１０７は、合成器１０６から入力された合成出力のマルチパス歪みを除去する。
【００３２】
つづいて、ＣＩＲ重み付け係数とその算出方法について説明する。
【００３３】
図２は、図１に示したダイバーシティ受信機のＣＩＲ検出器１０２の構成例を表す図である。図２に示すように、ＣＩＲ検出器１０２は、ＤＭＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍａｔｃｈｅｄ  Ｆｉｌｔｅｒ）２０１−１〜２０１−Ｎ、相関検出器２０２−１〜２０２−Ｎ、重み付けタップ係数制御回路２０３で構成される。
【００３４】
ＤＭＦ２０１−１〜２０１−Ｎは、各々、送信側と同じ拡散符号を用いた逆拡散処理を行った後、時間を順次ずらして時間差ごとの自己相関係数を算出し（自己相関関数の算出）、それぞれ対応する相関検出器２０２−１〜２０２−Ｎに出力する。図３は、相関検出器２０２−１〜２０２−Ｎのうちの１つに入力される自己相関係数列の例であり、横軸を時間差、縦軸を自己相関係数としている。図３の例では、Ａ，Ｂ，Ｃの３つのピークがある。このうち、最大のピーク値Ａは、主波によるものと推定でき、２番目のピーク値Ｂは、干渉波のうちの最大の電力をもつものと推定できる。そこで、相関検出器２０２−１〜２０２−Ｎは、各々、入力された自己相関係数の最大のピーク値（図３の例ではＡ）と２番目のピーク値（図３の例ではＢ）を求め、それぞれ主波、最大干渉波として、ＣＩＲ値を求める。例えば、図３の例では、自己相関係数がｄＢで表現されているとき、ＣＩＲ値＝Ａ−Ｂとして算出する。
【００３５】
重み付けタップ係数制御回路２０３は、相関検出器２０２−１〜２０２−Ｎで算出された各々のＣＩＲ値を用いて、以下の（数５）に従い正規化したＣＩＲ重み付け係数αnを算出する。正規化を行う理由は、ＣＩＲ重み付け制御機能の追加による合成時の受信電力の変化が起きないようにするためである。
【００３６】
【数５】
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【００３７】
ここで、ｎは、１≦ｎ≦Ｎの整数とし、Ｎ個のダイバーシティアンテナ１０１−１〜１０１−Ｎで受信されたそれぞれの受信信号の番号を表すものとする。ＣＩＲnは相関検出器２０２−ｎで求めたＣＩＲ値である。
【００３８】
そして、重み付けタップ係数制御回路２０３は、（数５）により算出したαnを、複素乗算器１０３−ｎに出力する。複素乗算器１０３−ｎは、入力されたαnを用いてダイバーシティアンテナ１０１−ｎからの入力に対し重み付け制御を行う。
【００３９】
一方、受信状態が良好な場合、各受信信号のＣＩＲ値がすべて一定値以下になる場合がある。その場合に重み付けを行うと逆に合成後の信号品質を落とす結果となる。したがって、ＣＩＲのレベルがある一定値より小さい時はＣＩＲによる重み付けを行わないように設定する。
【００４０】
図４に搬送波／雑音電力比（ＣＮＲ：Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）に対するビットエラーレート（ＢＥＲ：Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）を数値シミュレーションにより求めた結果の例を示す。このシミュレーションでは、伝送信号は、スペクトラム拡散通信システムの一例である無線ＬＡＮシステム（８０２．１１ｂ）のＣＣＫ信号とし、ダイバーシティブランチは２ルートとしている（本実施の形態のＮ＝２の場合）。各受信信号をそれぞれ入力＃１，入力＃２とし、入力＃１のＣＩＲ値をＣＩＲ＃１、入力２のＣＩＲ値をＣＩＲ＃２とするとき、ＣＩＲ＃１＝９ｄＢ（主波に対して最大干渉波の電力レベルＡ−Ｂ＝９ｄＢ）、ＣＩＲ＃２＝３ｄＢの条件でシミュレーションを行った。
【００４１】
図４の曲線４０１は、入力＃１の受信信号のみを、重み付けは全く行わずにＤＦＥに入力した場合のシミュレーション結果を示し、曲線４０２は、同様に入力＃２の受信信号のみを、重み付けは全く行わずにＤＦＥに入力した場合のシミュレーション結果を示す。曲線４０３は、従来のＭＲＣ法の重み付けのみを行った場合のシミュレーション結果を示し、曲線４０４は、本実施の形態のダイバーシティ受信機を用いた場合のシミュレーション結果を示す。本実施の形態（曲線４０４）では、従来のＭＲＣ法（曲線４０３）と比較した場合、ＢＥＲ特性が改善しており（同じＣＮＲの場合にＢＥＲが低い）、出力信号の品質が上がっていることがわかる。
【００４２】
また、ＣＩＲ検出器１０２を用いて各受信信号の伝搬路応答が推定できるため、これを利用して、受信信号の合成に制約条件をつけることができる。例えば、ＣＩＲが一定値以上劣化した（大きくなった）場合、その信号を合成しないほうが、全体の受信品質が向上する場合がある。したがって、ＣＩＲが一定値以上の場合にはその受信信号の重み付け係数を０にして回線を遮断し、他の良好な受信信号のみを用いて合成することにより受信性能を向上させることが可能である。
【００４３】
以上のように本実施の形態では、ＭＲＣ法による合成の前にＣＩＲ値を用いた重み付けを行うこととした。これにより、構成が簡単で確実に動作するＭＲＣ法の長所を生かした上で、さらに従来のＭＲＣ法に比べてダイバーシティ合成後の信号の品質を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかるダイバーシティ受信機は、無線通信に有用であり、特に、フェージングにより信号の伝達特性が劣化する可能性がある場合の受信技術として適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態におけるブロック図
【図２】本発明の実施の形態におけるＣＩＲ検出器の詳細ブロック図
【図３】本発明の実施の形態における相関出力の一例を示す図
【図４】ＣＮＲに対するビットエラーレートのシミュレーション結果を示す図
【図５】従来のＭＲＣ法を採用する受信機のブロック図
【符号の説明】
【００４６】
１０１−１〜１０１−Ｎ，５０１−１〜５０１−Ｎ    ダイバーシティアンテナ
１０２    ＣＩＲ検出器
１０３−１〜１０３−Ｎ，１０４−１〜１０４−Ｎ，５０４−１〜５０４−Ｎ    複素乗算器
１０５−１〜１０５−Ｎ，５０５−１〜５０５−Ｎ    相関器
１０６，５０６    合成器
１０７，５０７    ＤＦＥ
１０８，５０８    ＡＧＣ
２０１−１〜２０１−Ｎ    ＤＭＦ
２０２−１〜２０２−Ｎ    相関検出器
２０３    重み付けタップ係数制御回路
【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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