(57)【要約】【課題】最大比合成ダイバーシチ処理を行うダイバーシチ受信装置において、ゾーン境界での合成処理によるビット誤りの発生を軽減する手段を提供する。【解決手段】中間周波数帯信号から復調された同相成分信号及び直交成分信号と、その同相成分信号及び直交成分信号に含まれる固定パターンとの相関値を演算する相関演算処理部１１３−１、１１３−２と、前記の演算により求められた相関値を基に、同相成分信号及び直交成分信号と固定パターンとの尤もらしさ（尤度）を計算する相関尤度計算処理部１１４−１、１１４−２と、受信した無線信号の電力に正比例した重み付け係数に、前記の計算により求められた尤度に比例した値を乗ずることにより、重み付け係数を補正する乗算係数補正部１１５−１、１１５−２とを具備する。【選択図】  図１
2004312612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を受信するｋ個（ｋは２以上の整数）の受信アンテナと、
該ｋ個の受信アンテナにより受信された前記無線信号をｋ個の中間周波数帯信号にそれぞれ変換するｋ個の周波数変換回路と、
前記ｋ個の中間周波数帯信号をｋ組の同相成分信号及び直交成分信号にそれぞれ復調するｋ個の直交検波処理部と、
前記ｋ個の受信アンテナにより受信された前記無線信号の電力をそれぞれ検出するｋ個の受信電力検出部と、
前記ｋ個の電力に正比例した重み付け係数をそれぞれ算出するｋ個の乗算係数計算部と、
前記ｋ組の同相成分信号及び直交成分信号に前記ｋ個の重み付け係数をそれぞれ乗じた後加算することにより最大比合成ダイバーシチ処理を行うダイバーシチ合成処理部とからなるダイバーシチ受信装置において、
前記ｋ組の同相成分信号及び直交成分信号と該同相成分信号及び直交成分信号に含まれる固定パターンとの相関値をそれぞれ演算するｋ個の相関演算処理部と、
前記ｋ個の相関値を基に前記ｋ組の同相成分信号及び直交成分信号と前記固定パターンとの尤もらしさ（尤度）をそれぞれ計算するｋ個の相関尤度計算処理部と、
前記ｋ個の重み付け係数に前記ｋ個の尤度に比例した値を乗ずることにより前記ｋ個の重み付け係数をそれぞれ補正するｋ個の乗算係数補正部とを具備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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル移動無線通信の受信機において使用されるダイバーシチ受信装置に関し、特に、ＬＣＸ（Ｌｅａｋｙ  Ｃｏａｘｉａｌ  Ｃａｂｌｅ：漏洩同軸ケーブル）などを利用して構築される列車無線システムにおける車上局での最大比合成ダイバーシチ受信性能の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のダイバーシチ受信装置における、検波後合成ダイバーシチ処理ブロック図を図２に示す。図２において、１０１−１，１０１−２は列車等の移動体の前後に配置された受信アンテナ（図３参照）、１０２−１，１０２−２は周波数変換回路、１０３−１，１０３−２，１１１−１，１１１−２はアナログ・デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、以下ＡＤＣと称する）、１０４−１，１０４−２は直交検波処理部、１０５−１，１０５−２は受信フィルタ処理部、１０６−１，１０６−２は遅延検波処理部、１０７はダイバーシチ合成処理部、１０８は復号処理部、１０９は復号データ出力端子、１１０−１，１１０−２は受信電力検出部、１１２−１，１１２−２は乗算係数計算部を示す。
【０００３】
以下、図２及び図３を用いて、従来技術における２つのアンテナを持つ最大比合成ダイバーシチ受信装置の動作について説明する。
【０００４】
まず、基地局無線機から送信された送信波は、受信アンテナ１０１−１及び１０１−２で受信される。受信アンテナ１０１−１は、受信した無線周波数帯の信号を周波数変換回路１０２−１及び受信電力検出部１１０−１へ出力する。受信アンテナ１０１−２も同様に、無線周波数帯の信号を周波数変換回路１０２−２及び受信電力検出部１１０−２へ信号を出力する。
【０００５】
ここで、周波数変換回路１０２−１に入力された無線周波数帯の信号は、周波数変換回路１０２−１により所要周波数の中間周波数帯信号に変換され、ＡＤＣ１０３−１へ出力される。周波数変換回路１０２−２に入力された無線周波数帯の信号も同様に、中間周波数帯信号に変換されＡＤＣ１０３−２へ出力される。ＡＤＣ１０３−１は、入力信号をサンプリング処理しデジタル信号とした後、直交検波処理部１０４−１へ出力する。ＡＤＣ１０３−２も同様に、入力信号に対しサンプリング処理を行い、デジタル信号を直交検波処理部１０４−２へ出力する。
【０００６】
直交検波処理部１０４−１は、入力されたデジタル信号に対し直交検波を行い、得られた同相成分及び直交成分信号を受信フィルタ処理部１０５−１へ出力する。直交検波処理部１０４−２も同様に、直交検波処理を行い、同相成分及び直交信号成分を受信フィルタ処理部１０５−２へ出力する。受信フィルタ処理部１０５−１は、入力信号に対し周波数帯域制限処理を行い、処理後の同相信号及び直交信号成分を遅延検波処理部１０６−１へ出力する。受信フィルタ処理部１０５−２も同様に、周波数帯域制限処理を行い、処理後の同相信号及び直交信号成分を遅延検波処理部１０６−２へ出力する。
【０００７】
遅延検波処理部１０６−１は、入力信号に対し遅延検波処理を行い、遅延検波された同相信号成分Ｉ１及び直交信号成分Ｑ１をダイバーシチ合成処理部１０７へ出力する。遅延検波処理部１０６−２も同様に、遅延検波処理を行い、同相信号成分Ｉ２及び直交信号成分Ｑ２をダイバーシチ合成処理部１０７へ出力する。
【０００８】
一方、受信電力検出部１１０−１に入力された無線周波数信号は、受信電力検出部１１０−１により受信帯域の信号成分の電力が検出され、電力の対数値に比例した電圧がＡＤＣ１１１−１へ出力される。受信電力検出部１１０−２に入力された無線周波数信号も同様に、電力の対数値に比例した電圧が検出されＡＤＣ１１１−２へ出力される。ＡＤＣ１１１−１は、入力電圧をサンプリング処理しデジタル信号とした後、乗算係数計算部１１２−１へ出力する。ＡＤＣ１１１−２も同様に、入力電圧をサンプリング処理し、デジタル値を乗算係数計算部１１２−２へ出力する。乗算係数計算部１１２−１は、入力された電力値に正比例した重み付け係数Ｃ１を算出し、ダイバーシチ合成処理部１０７へ出力する。乗算係数計算部１１２−２も同様に、重み付け係数Ｃ２を入力電力値から求め、ダイバーシチ合成処理部１０７へ出力する。
【０００９】
そして、ダイバーシチ合成処理部１０７は、最大比合成ダイバーシチ処理を行う。最大比合成は、受信電力が高くＣＮ（Ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ）比の高い信号の寄与する割合を多くする合成方式であるため、各系の受信電力に比例した重み付け係数を求め、信号に乗じた後加算する。数式で表すと、同相信号成分合成値Ｉｏ＝Ｉ１×Ｃ１＋Ｉ２×Ｃ２及び直交信号成分合成値Ｑｏ＝Ｑ１×Ｃ１＋Ｑ２×Ｃ２を求め、復号処理部１０８へ出力する。復号処理部１０８は入力された同相成分Ｉｏ及び直交成分Ｑｏを用い符号判定を行い、復号データ出力端子１０９へ出力する。
【００１０】
上記のように、入力された電力値に正比例した重み付け係数を用いて最大比合成ダイバーシチ処理を行うダイバーシチ受信機として、例えば、特許文献１のようなものがある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１１５０４３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図４において、４０１−１，４０１−２は基地局無線機、４０２−１，４０２−２はＬＣＸ、４０３は車上局無線機及び１０１−１，１０１−２は従来例で説明した受信アンテナを示す。車上局４０３は当初、受信アンテナ１０１−１及び１０１−２で、ＬＣＸ４０２−１を介した基地局４０１−１からの送信波を受信し、前述のダイバーシチ処理を行う。今、車上局が進行し、基地局Ａ４０１−１の通信可能領域と基地局Ｂ４０１−２の通信可能領域との境界（以下、ゾーン境界と称する）に差し掛かった場合を考える。この際、進行方向側の受信アンテナ１０１−２は、基地局４０１−１の送信波と４０１−２からの送信波とが干渉しあう領域の信号を受信することになる。基地局４０１−１及び基地局４０１−２は、同一の信号内容を同一のタイミングで送出しているが、伝播距離などの関係からゾーン境界では完全にタイミングが一致せず、受信電界にも差が生じる可能性がある。この場合、受信アンテナ１０１−２で受信される干渉領域の信号は、受信アンテナ１０１−１で受信される信号とほぼ同等の受信電界を持つが、送信波が干渉しているため情報としては正確性に欠ける。この信号に対し最大比合成処理を行うと、例えば図５に示すように、干渉していない信号（Ｉ１，Ｑ１）のように、本来は合成後のベクトルが同相・直交成分とも正の値となるべき場合に、一方の信号（Ｉ２，Ｑ２）が干渉の影響でベクトルの方向が大きく異なっていると、合成後の信号（Ｉｏ，Ｑｏ）の同相成分Ｉｏが負になってしまうような合成処理が行われる。図５中、各象限が復号するビット（例えば、第一象限が００、第二象限が０１、第三象限が１１、第四象限が１０）に対応しているため、合成処理によりベクトルの方向が異なってしまうと、ベクトルが属する象限も異なってしまい、結果としてビット誤りが生じることになる（上記の例では、００が０１になってしまう）。
【００１３】
本発明の目的は、このようなゾーン境界での合成処理によるビット誤りの発生を軽減する手段を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のダイバーシチ受信装置は、中間周波数帯信号から復調されたｋ組（ｋは２以上の整数）の同相成分信号及び直交成分信号と、その同相成分信号及び直交成分信号に含まれる固定パターンとの相関値をそれぞれ演算するｋ個の相関演算処理部と、前記の演算により求められたｋ個の相関値を基に、ｋ組の同相成分信号及び直交成分信号と固定パターンとの尤もらしさ（尤度）をそれぞれ計算するｋ個の相関尤度計算処理部と、受信した無線信号の電力に正比例したｋ個の重み付け係数に、前記の計算により求められたｋ個の尤度に比例した値を乗ずることにより、ｋ個の重み付け係数をそれぞれ補正するｋ個の乗算係数補正部とを具備するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
デジタル無線通信において、送信波は図６に示すようなフレーム構造であることが一般的であり、フレーム構造中には同期ワードという固定パターンのデータが存在する。本発明では、干渉による信号の影響を検出するために、この同期ワードを利用する。
【００１６】
同期ワード受信が想定される前後の区間で、あらかじめ用意した理想状態の同期ワード遷移パターンと受信信号との相関自乗演算を行う。相関自乗演算処理は、時点ｔを演算開始点、受信信号同相信号成分をＲＩ（ｔ）、受信信号直交信号成分をＲＱ（ｔ）、理想状態の同期ワード同相信号成分をＳＩ（ｊ）（ｊは１からｎまでの整数、ｎは同期ワードシンボル数×オーバーサンプル数）、理想状態の同期ワード直交信号成分をＳＱ（ｊ）、及び演算実施区間をｍとすると、求める相関自乗値ＣＲ（ｉ）  （ｉは０からｍ−１までの整数）は以下の式で求められる。
【００１７】
【数１】
2004312612.tif 000003
今、同期ワードシンボル数を１０シンボル、オーバーサンプル数を４とし、演算を同期ワードの前後１シンボル（演算区間長  ｍ＝（１（前シンボル分）＋１（後シンボル分））×４（オーバーサンプル数）＋１（中心時）＝９）に渡って実行した場合、例えば非干渉領域では図７、干渉領域では図８に示すような結果を得ることができる。同期ワードが正確に受信されている場合は、図７に示すように明確なピークが存在し、この時点で同期ワードが受信したと判定できる。対して、干渉などにより信号成分が劣化している場合は、図８に示すようにピークが現れないか、表われても値は非常に小さなものとなる。この相関結果ＣＲ（ｉ）の尤もらしさ（以下、尤度と称する）を求めるため、図９に示すような理想状態での相関自乗演算結果ＣＩ（ｉ）  （ｉは０からｍ−１までの整数）を用い、（式２）に示す演算により尤度Ｌを求める。
【００１８】
【数２】
2004312612.tif 000004
尤度ＬはＣＲ（ｉ）が理想状態に近いほど値が大きくなり、干渉などが発生した場合、ＣＲ（ｉ）は理想状態と異なる値をとるため、尤度Ｌは小さくなる。よって、最大比合成を行う際の乗算係数をこの尤度に比例して変動させることにより、尤度が低い系の信号成分を減少させ、合成による劣化を軽減することが可能となる。
【００１９】
図１に本発明に基づくダイバーシチ受信装置の一実施例を示す。図１において、１１３−１，１１３−２は同期ワード相関演算処理部、１１４−１，１１４−２は相関尤度計算処理部及び１１５−１，１１５−２は乗算係数補正部を示し、他の従来例と同様の動作をするものに関しては、従来例と同一の番号を付した。
【００２０】
以下、図１を用いて、本実施例における最大比合成ダイバーシチ受信装置の動作について説明する。
【００２１】
まず、基地局無線機から送信された送信波は、受信アンテナ１０１−１及び１０１−２で受信される。受信アンテナ１０１−１は、受信した無線周波数帯の信号を周波数変換回路１０２−１及び受信電力検出部１１０−１へ出力する。受信アンテナ１０１−２も同様に、無線周波数帯の信号を周波数変換回路１０２−２及び受信電力検出部１１０−２へ信号を出力する。
【００２２】
ここで、周波数変換回路１０２−１に入力された無線周波数帯の信号は、周波数変換回路１０２−１により所要周波数の中間周波数帯信号に変換され、ＡＤＣ１０３−１へ出力される。周波数変換回路１０２−２に入力された無線周波数帯の信号も同様に、中間周波数帯信号に変換されＡＤＣ１０３−２へ出力される。ＡＤＣ１０３−１は、入力信号をサンプリング処理しデジタル信号とした後、直交検波処理部１０４−１へ出力する。ＡＤＣ１０３−２も同様に、入力信号に対しサンプリング処理を行い、デジタル信号を直交検波処理部１０４−２へ出力する。
【００２３】
直交検波処理部１０４−１は、入力されたデジタル信号に対し直交検波を行い、得られた同相成分及び直交成分信号を受信フィルタ処理部１０５−１へ出力する。直交検波処理部１０４−２も同様に、直交検波処理を行い、同相成分及び直交信号成分を受信フィルタ処理部１０５−２へ出力する。受信フィルタ処理部１０５−１は、入力信号に対し周波数帯域制限処理を行い、処理後の同相信号及び直交信号成分を遅延検波処理部１０６−１及び同期ワード相関演算処理部１１３−１へ出力する。受信フィルタ処理部１０５−２も同様に、フィルタ処理を行い、処理後の同相信号及び直交信号成分を遅延検波処理部１０６−２及び同期ワード相関演算処理部１１３−２へ出力する。
【００２４】
一方、受信電力検出部１１０−１に入力された無線周波数信号は、受信電力検出部１１０−１により受信帯域の信号成分の電力が検出され、電力の対数値に比例した電圧がＡＤＣ１１１−１へ出力される。受信電力検出部１１０−２に入力された無線周波数信号も同様に、電力の対数値に比例した電圧が検出されＡＤＣ１１１−２へ出力される。ＡＤＣ１１１−１は、入力電圧をサンプリング処理しデジタル信号とした後、乗算係数計算部１１２−１へ出力する。ＡＤＣ１１１−２も同様に、入力電圧をサンプリング処理し、デジタル値を乗算係数計算部１１２−２へ出力する。乗算係数計算部１１２−１は、入力された電力値に正比例した重み付け係数Ｃ１を算出し、乗算係数補正部１１５−１へ出力する。乗算係数計算部１１２−２も同様に、重み付け係数Ｃ２を入力電力値から求め、乗算係数補正部１１５−２へ出力する。
【００２５】
ところで、遅延検波処理部１０６−１に入力された同相信号及び直交信号成分は、遅延検波処理部１０６−１により遅延検波処理が行われ、遅延検波された同相信号成分Ｉ１及び直交信号成分Ｑ１はダイバーシチ合成処理部１０７へ出力される。遅延検波処理部１０６−２に入力された同相信号及び直交信号成分も同様に、遅延検波処理が行われ、同相信号成分Ｉ２及び直交信号成分Ｑ２がダイバーシチ合成処理部１０７へ出力される。
【００２６】
一方、同期ワード相関演算処理部１１３−１に入力された同相信号及び直交信号成分は、あらかじめ用意した理想状態の同期ワード遷移パターンとの（式１）に示す相関自乗演算処理が行われ、その結果が相関尤度計算処理部１１４−１へ出力される。同期ワード相関演算処理部１１３−２に入力された同相信号及び直交信号成分も同様に、（式１）に示す相関自乗演算処理が行われ、その結果が相関尤度計算処理部１１４−２へ出力される。相関尤度計算処理部１１４−１では、入力された相関自乗演算結果とあらかじめ用意した理想状態の同期ワード相関自乗値の出力パターンを用い（式２）に示す演算を行い、その演算値を尤度Ｌ１として乗算係数補正部１１５−１へ出力する。相関尤度計算処理部１１４−２も同様に、（式２）に示す演算を行い、演算値を尤度Ｌ２として乗算係数補正部１１５−２へ出力する。
【００２７】
乗算係数補正部１１５−１では、尤度Ｌ１と基準値を比較し、乗算係数の補正量を決定する。補正量は尤度の大きさに比例するものとし、補正後の乗算係数Ｃ１’を求め、ダイバーシチ合成処理部１０７へ出力する。乗算係数補正部１１５−２も同様に、乗算係数Ｃ２を尤度Ｌ２に従い補正し、補正後乗算係数Ｃ２’を求め、ダイバーシチ合成処理部１０７へ出力する。
【００２８】
そして、ダイバーシチ合成処理部１０７では、同相信号成分合成値Ｉｏ＝Ｉ１×Ｃ１’＋Ｉ２×Ｃ２’及び直交信号成分合成値Ｑｏ＝Ｑ１×Ｃ１’＋Ｑ２×Ｃ２’を求め、復号処理部１０８へ出力する。復号処理部１０８は、入力された同相成分Ｉｏ及び直交成分Ｑｏを用い符号判定を行い、復号データ出力端子１０９へ出力する。
【００２９】
上記のような処理を行うことにより、例えば図１０に示すように、干渉していない信号（Ｉ１，Ｑ１）の合成後のベクトルが同相・直交成分とも正の値となっていて、一方の信号（Ｉ２，Ｑ２）が干渉の影響でベクトルの方向が大きく異なっていても、干渉信号側の尤度Ｌ２が低い値となるため、補正後の乗算係数Ｃ２’も小さい値となる。よって、干渉信号の影響が減り、合成後の信号（Ｉｏ，Ｑｏ）についても同相・直交成分とも正の値となり、ビット誤りが発生しない正確な合成処理を行うことが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、ゾーン境界において、干渉により情報が不正確になった送信信号の影響を軽減したダイバーシチ合成処理を実現することが可能となる。このことにより、ゾーン境界での合成処理によるビット誤りの発生を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】提案法による検波後合成ダイバーシチ処理ブロック図。
【図２】従来法による検波後合成ダイバーシチ処理ブロック図。
【図３】受信アンテナ配置例を示した図。
【図４】受信状態例を示した図。
【図５】従来法でのゾーン境界時信号合成の一例を示した図。
【図６】フレーム構成例を示した図。
【図７】非干渉領域での同期ワード相関自乗演算結果例を示した図。
【図８】干渉領域での同期ワード相関自乗演算結果例を示した図。
【図９】理想状態での同期ワード相関自乗演算結果例を示した図。
【図１０】提案法でのゾーン境界時信号合成の一例を示した図。
【符号の説明】１０１−１，１０１−２：受信アンテナ、１０２−１，１０２−２：周波数変換回路、１０３−１，１０３−２，１１１−１，１１１−２：アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：  Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、１０４−１，１０４−２：直交検波処理部、１０５−１，１０５−２：受信フィルタ処理部、１０６−１，１０６−２：遅延検波処理部、１０７：ダイバーシチ合成処理部、１０８：復号処理部、１０９：復号データ出力端子、１１０−１，１１０−２：受信電力検出部、１１２−１，１１２−２：乗算係数計算部、１１３−１，１１３−２：同期ワード相関演算処理部、１１４−１，１１４−２：相関尤度計算処理部、１１５−１，１１５−２：乗算係数補正部、４０１−１，４０１−２：基地局無線機、４０２−１，４０２−２：ＬＣＸ、４０３：車上局無線機。
【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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