(57)【要約】【課題】  フェージング変動を線形予測してアンテナ切り替えを行うことによりダイバーシチ利得の向上を図る。【解決手段】  直接拡散変調された無線信号を受信するための複数のアンテナ（１１，１２）と、アンテナ接続切り替えを行うアンテナ切り替え器（１３）と、無線信号を復調してスペクトラム拡散信号を得る１次復調器（１４）と、スペクトラム拡散信号と復調用拡散符号の相関値を求めるマッチドフィルタ（１５）と、最大相関値を１フレームあたりに換算することにより受信信号の平均ＳＮＲを求める平均値算出部（２１）と、平均ＳＮＲの時系列データを基に受信信号のＳＮＲを線形予測する推定部（２２）と、推定部（２２）が予測した受信信号のＳＮＲを閾値と比較してアンテナ切り替えを行うための制御信号をアンテナ切り替え器（１３）に出力するレベル比較器（２４）を備える。【選択図】    図１
2005094143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接拡散変調された無線信号をダイバーシチ受信するための複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうち何れか一つを選択して接続切り替えを行うアンテナ切り替え器と、
前記アンテナ切り替え器によって接続されたアンテナを介して受信した無線信号を復調してスペクトラム拡散信号を得る復調器と、
前記スペクトラム拡散信号と復調用拡散符号の相関値を求める相関値検出手段と、
前記相関値検出手段が出力する最大相関値を１フレームあたりに換算することにより受信信号の平均ＳＮＲを求める平均値算出部と、
前記平均ＳＮＲを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された平均ＳＮＲの時系列データを基に受信信号のＳＮＲを線形予測する推定部と、
前記推定部が予測した受信信号のＳＮＲを閾値と比較してアンテナ切り替えを行うための制御信号を前記アンテナ切り替え器に出力するレベル比較器を備える、ダイバーシチ受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載のダイバーシチ受信装置であって、
前記推定部は前記記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データ数が３以上の場合に曲線回帰による２次補間で受信信号のＳＮＲを推定する、ダイバーシチ受信装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のダイバーシチ受信装置であって、
前記推定部は前記記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データ数が２の場合に直線回帰による１次補間で受信信号のＳＮＲを推定する、ダイバーシチ受信装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のダイバーシチ受信装置であって、
前記レベル比較器は前記記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データ数が１の場合に前記記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲを閾値と比較してアンテナ切り替えを行うための制御信号を前記アンテナ切り替え器に出力する、ダイバーシチ受信装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載のダイバーシチ受信装置であって、
前記推定部はアンテナが切り替えられる都度に前記記憶手段に記憶されている前記平均ＳＮＲの時系列データをゼロクリアする、ダイバーシチ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスペクトラム直接拡散通信方式を用いた無線システムのダイバーシチ受信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信においてはマルチパス環境下においてフェージングが生じる。フェージングが生じると、受信入力は数十ｄＢの激しいレベル変動と位相変動を受けるため、デジタル伝送では頻繁に符号誤りを起こす。フェージング対策の一つとしてダイバーシチ受信方式が提案されており、その中でもアンテナ切り替えダイバーシチは移動局のようなシステム構成の簡易化が要求される無線システムに適した方式である。特開２００３−４６４１８号公報には、スペクトラム拡散通信方式を用いた無線システムにおいて、マッチドフィルタが出力する最大相関値の１フレームあたりの平均値と閾値を比較することでアンテナ切り替えを行い、ＳＮＲ（Signal to Noise ratio）に優れたダイバーシチ受信を可能にする技術が提案されている。同技術は干渉波に対する強度（キャリアアイソレーション）に対してＲＳＳＩ（ReceiveSignal Strength Indicator）を用いる方式よりも有効であり、ＩＳＭ帯（２．４ＧＨｚ帯）のように多くの無線システムが混在した帯域ではさらに有効である。
【特許文献１】特開２００３−４６４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の従来技術ではフェージング変動を予測して受信信号レベルが落ち込む前にアンテナ切り替えを行うことはできなかった。フェージング環境下での無線通信においては、フェージング変動を事前に予測して受信信号レベルが落ち込む前にアンテナ切り替えを行うことが重要である。
【０００４】
そこで、本発明はフェージング変動を予測してアンテナ切り替えを行うことによりダイバーシチ利得を向上できるダイバーシチ受信装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明のダイバーシチ受信装置は、直接拡散変調された無線信号をダイバーシチ受信するための複数のアンテナと、複数のアンテナのうち何れか一つを選択して接続切り替えを行うアンテナ切り替え器と、アンテナ切り替え器によって接続されたアンテナを介して受信した無線信号を復調してスペクトラム拡散信号を得る復調器と、スペクトラム拡散信号と復調用拡散符号の相関値を求める相関値検出手段と、相関値検出手段が出力する最大相関値を１フレームあたりに換算することにより、受信信号の平均ＳＮＲを求める平均値算出部と、平均ＳＮＲを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された平均ＳＮＲの時系列データを基に受信信号のＳＮＲを線形予測する推定部と、推定部が予測した受信信号のＳＮＲを閾値と比較してアンテナ切り替えを行うための制御信号をアンテナ切り替え器に出力するレベル比較器を備える。本発明によれば受信信号のＳＮＲを推定することにより、フェージング変動を予測して受信信号レベルが落ち込む前にアンテナ切り替えを行うことが可能となる。これにより、ダイバーシチ利得を向上できる。
【０００６】
本発明のダイバーシチ受信装置において、推定部は記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データ数が３以上の場合に曲線回帰による２次補間で受信信号のＳＮＲを推定するのが好ましい。曲線回帰による２次補間で受信信号のＳＮＲを推定することにより、ＳＮＲの推定精度を高めることができる。
【０００７】
本発明のダイバーシチ受信装置において、推定部は記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データ数が２の場合に直線回帰による１次補間で受信信号のＳＮＲを推定するのが好ましい。１次補間によれば２次補間よりも短期間で受信信号のＳＮＲを推定できるため、フェージング変動の推定に効果的である。
【０００８】
本発明のダイバーシチ受信装置において、レベル比較器は記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データ数が１の場合に記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲを閾値と比較してアンテナ切り替えを行うための制御信号を前記アンテナ切り替え器に出力するのが好ましい。記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データ数が１の場合は受信信号のＳＮＲを線形予測できないため、記憶手段に格納されている平均ＳＮＲを閾値と比較してアンテナ切り替え制御を行うことにより、１次補間でＳＮＲを推定する場合よりもさらに短時間で対応可能となる。
【０００９】
本発明のダイバーシチ受信装置において、推定部はアンテナが切り替えられる都度に記憶手段に記憶されている平均ＳＮＲの時系列データをゼロクリアするのが好ましい。これにより、受信信号のＳＮＲ推定精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、受信信号のＳＮＲを推定することにより、フェージング変動を予測して受信信号レベルが落ち込む前にアンテナ切り替えを行うことが可能となる。これによりダイバーシチ利得を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［発明の実施形態１］
図１はスペクトラム直接拡散通信システムに用いられるダイバーシチ受信装置の機能ブロック図である。同図に示すように、ダイバーシチ受信装置１０は、主に、複数のアンテナ１１，１２、アンテナ切り替え器１３、１次復調器１４、マッチドフィルタ１５、ピーク検出部１６、クロック再生部１７、データ判定部１８、フレーム分離部１９、ＳＮＲ推定部２０、レベル比較器２４、及び制御部２５を備えて構成されている。
【００１２】
スペクトラム直接拡散通信では送信すべきデータに拡散符号が乗積されてベースバンドのスペクトラム拡散信号が生成される。スペクトラム拡散通信システムの送信側ではこのベースバンドスペクトラム拡散信号（チップデータ）で搬送波（キャリア）を変調した無線信号を送出する。この無線信号はアンテナ１１，１２に到来する。１次復調器１４はアンテナ切り替え器１３によって選択されたアンテナ１１又は１２を介して受信した無線信号を復調し、検波出力としてのチップデータをマッチドフィルタ（相関値検出手段）１５に供給する。マッチドフィルタ１５は送信側と同一のパターンをもつ復調用拡散符号とチップデータとの相関値を求め、送信データのビットレートに等しい周波数で最大相関値を出力する。
【００１３】
ピーク検出部１６は受信ベースバンドスペクトラム拡散信号の１ビット区間における最大相関値（ピークレベル）を検出すると、検出パルス信号をクロック再生部１７に出力する。クロック再生部１７は検出パルス信号を基にクロックを再生し、データ判定部１８に出力する。データ判定部１８はピーク検出部１６とクロック再生部１７により構成されるデジタル位相同期回路（ＤＰＬＬ）のクロックタイミングでマッチドフィルタ１５の出力値を識別することにより、送信データの再生を行う。再生したビットデータはフレーム分離部１９によってフレームデータとして取り込まれ、後段の回路へ供給される。フレーム分離部１９はフレームタイミング信号を平均値算出部２１と、レベル比較器２４に供給する。
【００１４】
ピーク検出部１６の出力信号はマッチドフィルタ出力信号における１シンボル毎のピーク値なので瞬時ＳＮＲを意味している。ＳＮＲ推定部２０はマッチドフィルタ出力信号を用いてＳＮＲの推定を行ってその推定値を後段のレベル比較器２４に出力するための回路であり、平均値算出部２１と推定部２２を備えている。平均値算出部２１はＳＮＲの平均値を算出する区間を指定するイネーブル信号（上述したフレーム分離部１９より供給されるフレームタイミング信号）に基づいてピークレベルを１フレームあたりに換算することでピークレベルの平均値（平均ＳＮＲ）を求める。平均値算出部２１は受信フレームの平均ＳＮＲを１フレーム毎に推定部２２に出力する。推定部２２はシフトレジスタ（記憶手段）２３を備えており、平均値算出部２１から供給される平均ＳＮＲのデータ値を時系列的に書き込む。推定部２２はシフトレジスタ２３に書き込まれた平均ＳＮＲの時系列データを基に線形予測をすることで、次に受信する受信フレームのＳＮＲを推定する。
【００１５】
図２はＳＮＲ推定処理ルーチンを記述したフローチャートである。ＳＮＲ推定部２０は所定のインターバルで本ルーチンを繰り返し実行する。本ルーチンにおいては、まず、平均値算出部２１によって平均ＳＮＲが算出される（ステップＳ１）。次いで、推定部２２はこの平均ＳＮＲをシフトレジスタ２３に格納し（ステップＳ２）、カウンタの値が「０」，「１」，「２」の何れであるかをチェックする（ステップＳ３）。ここで、シフトレジスタ２３にＮフレーム分の平均ＳＮＲが格納されているものとすると、Ｎ＝０のときにカウンタ＝０、Ｎ＝１のときにカウンタ＝１、Ｎ≧２のときにカウンタ＝２の値をとる。
【００１６】
ここで、カウンタ＝０のときは、シフトレジスタ２３にはステップＳ２で格納された平均ＳＮＲのみが格納されている。つまり、シフトレジスタ２３に格納されている平均ＳＮＲの時系列データ数は１なので、次に受信する受信フレームのＳＮＲを線形予測などで予測することはできない。そこで、この場合はシフトレジスタ２３に格納されている平均ＳＮＲをアンテナ切り替えの基準となる閾値と比較するための値としてレベル比較器２４に出力する（ステップＳ４）。次いで、推定部２２はカウンタを「１」だけインクリメントする（ステップＳ５）。
【００１７】
カウンタ＝１のときは、シフトレジスタ２３にはステップＳ２で格納された平均ＳＮＲと、それ以前に受信した１フレーム分の平均ＳＮＲが格納されている。つまり、シフトレジスタ２３に格納されている平均ＳＮＲの時系列データ数は２なので、推定部２２は、この２フレーム分の平均ＳＮＲを用いて直線回帰による１次補間を行って、次に受信する受信フレームのＳＮＲを推定する。この推定値はアンテナ切り替えの基準となる閾値と比較するための値としてレベル比較器２４に出力される（ステップＳ６）。次いで、推定部２２はカウンタを「１」だけインクリメントする（ステップＳ７）。
【００１８】
カウンタ＝２のときは、シフトレジスタ２３にはステップＳ１で格納された平均ＳＮＲと、それ以前に受信した２フレーム分以上の平均ＳＮＲが格納されている。つまり、シフトレジスタ２３に格納されている平均ＳＮＲの時系列データ数は３以上なので、推定部２２は、この３フレーム分以上の平均ＳＮＲを用いて曲線回帰による２次補間を行って、次に受信する受信フレームのＳＮＲを推定する。この推定値はアンテナ切り替えの基準となる閾値と比較するための値としてレベル比較器２４に出力される（ステップＳ８）。
【００１９】
レベル比較器２４は、制御部２５に保持されている閾値と、推定部２２から供給される値（カウンタ＝０のときは直前に受信した受信フレームの平均ＳＮＲ、カウンタ＝１，２のときは１次補間又は２次補間で予測した推定ＳＮＲ）とを比較し、平均ＳＮＲ又は推定ＳＮＲが閾値を下回っている場合にはアンテナ切り替えを指示する制御信号をアンテナ切り替え器１３に出力する。さらに、レベル比較器２４はフレーム分離器１９からフレームタイミングを取得することにより、アンテナ切り替えのタイミングが受信フレームのガードタイム中に行われるように制御する。アンテナ切り替えをガードタイム中に行うことにより、アンテナ切り替え雑音の発生を抑制できる。
【００２０】
推定部２２はアンテナ切り替えが行われたか否かをチェックする（ステップＳ９）。アンテナ切り替えが行われた場合には（ステップＳ９；ＹＥＳ）、推定部２２はシフトレジスタ２３をゼロクリア（消去）し（ステップＳ１０）、さらに、カウンタをゼロクリア（リセット）して（ステップＳ１１）、ステップＳ１に再帰する。一方、アンテナ切り替えが行われていない場合には（ステップＳ９；ＮＯ）、ステップＳ１に再帰する。
【００２１】
尚、上述の説明では曲線回帰による２次補間と直線回帰による１次補間によってＳＮＲを推定していたが、ＳＮＲを推定する手法はこの手法に限られるものではなく、各種の推定手法を利用できる。
【００２２】
本実施形態によれば、過去に受信した受信フレームの平均ＳＮＲの時系列データを基にして次に受信する受信フレームのＳＮＲを線形予測することにより、フェージング変動による受信信号レベルの落ち込み等を事前に予測してアンテナ切り替えを行うことが可能となる。さらに、アンテナ切り替え直後にシフトレジスタ２３をクリアした場合、２次補間のみを利用したＳＮＲ推定では、平均ＳＮＲを算出するための時間をＴとすると、受信フレームのＳＮＲを推定できるまでに最低３Ｔの時間を要するところ、１次補間では受信フレームのＳＮＲを推定できるまでに２Ｔの時間だけ確保できればよく、さらに直前の受信フレームの平均ＳＮＲを利用すればＴの時間だけ確保できればよい。フェージングのドップラー周波数をｆｄとすると、ｆｄ・Ｔが小さい程、平均ＳＮＲを算出する際のフェージング変動を無視できる。従って、本実施形態のようにアンテナ切り替え直後にシフトレジスタ２３をクリアしても、１次補間を利用して推定したＳＮＲ推定値と閾値を比較してアンテナ切り替え制御を行うことにより、又は直前に受信した受信フレームの平均ＳＮＲと閾値を比較してアンテナ切り替え制御を行うことにより、フェージング変動に十分に対応できる。  
【００２３】
［発明の実施形態２］
図３はＭ−ａｒｙ／ＤＳ方式におけるダイバーシチ受信装置の機能ブロック図である。同図に示すように、ダイバーシチ受信装置３０は、主に、複数のアンテナ１１，１２、アンテナ切り替え器１３、１次復調器１４、Ｎ個のマッチドフィルタ１５−１，１５−２，…，１５−Ｎ、ピーク検出部１６、クロック再生部１７、データ判定部１８、フレーム分離部１９、ＳＮＲ推定部２０、レベル比較器２４、制御部２５、及び最大値検出部２６を備えて構成されている。
【００２４】
１次復調器１４はアンテナ切り替え器１３によって選択されたアンテナ１１又は１２を介して受信した無線信号を復調し、検波出力としてのチップデータを出力する。１次復調器１４の後段にはＭ−ａｒｙの系列数Ｎだけ並列に配列されたＮ個のマッチドフィルタ１５−１，１５−２，…，１５−Ｎが接続しており、各々のマッチドフィルタ１５−１，１５−２，…，１５−Ｎにチップデータが供給される。最大値検出部２６はマッチドフィルタ１５−１，１５−２，…，１５−Ｎの出力信号から最大値をサンプルデータ毎に選択してピーク検出部１６に出力する。ピーク検出部１６は１シンボル間におけるマッチドフィルタ出力信号の最大値及びその検出タイミングをクロック再生部１７とＳＮＲ推定部２０に出力する。データ判定部１８ではクロック再生部１７で再生されたシンボルクロックの供給を受けて、全てのマッチドフィルタ１５−１，１５−２，…，１５−Ｎの出力信号からデータ判定を行う。判定したシンボルデータはフレーム分離器１９によってフレームデータとして取り込まれ、後段の回路へ供給される。ＳＮＲ推定部２０は平均値算出部２１と推定部２２を備えており、同推定部２０における受信信号のＳＮＲ推定処理と、レベル比較器２４におけるアンテナ切り替え制御は上述の第１実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００２５】
レイリーフェージング環境下におけるダイバーシチ受信装置３０のダイバーシチ利得の実測評価を行ったところ、ＢＥＲ＝１．０ｅ−３において、平均ＳＮＲを閾値と比較してアンテナ切り替えを制御する従来技術（特開２００３−４６４１８号公報）と比較してＥｂ／Ｎ０で約４ｄＢの改善が得られた。これはＳＮＲ推定部２０における線形予測により受信信号レベルの落ち込みを事前に推定して切り替えることによる効果であり、フェージング変動を推定できていることが確認できた。また、アンテナ切り替えを行った直後に２次補間のみを行ってＳＮＲを推定してアンテナ切り替えを制御する手法よりも、２次補間に加えて１次補間でＳＮＲを推定してアンテナ切り替えを制御する手法と、直前に受信した受信フレームの平均ＳＮＲと閾値を比較してアンテナ切り替えを制御する手法を併用する手法を採用することにより、ＢＥＲ＝１．０ｅ−４〜１．０ｅ−３あたりで約０．５ｄＢ程度の改善が得られており、フェージング環境下でのＳＮＲ推定に有効であることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態のダイバーシチ受信装置の機能ブロック図である。
【図２】第１実施形態のＳＮＲ推定処理を記述したフローチャートである。
【図３】第２実施形態のダイバーシチ受信装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…ダイバーシチ受信装置  １１…アンテナ  １２…アンテナ  １３…アンテナ切り替え器  １４…１次復調器  １５…マッチドフィルタ  １６…ピーク検出部  １７…クロック再生部  １８…データ判定部  １９…フレーム分離部  ２０…ＳＮＲ推定部  ２１…平均値算出部  ２２…推定部  ２３…シフトレジスタ  ２４…レベル比較器  ２５…制御部  ２６…最大値検出部
【図１】
2005094143.tif 000003
【図２】
2005094143.tif 000004
【図３】
2005094143.tif 000005