(57)【要約】【課題】複数のアンテナのうち受信感度の良い方を選択するよう切り替えを行う回路の構成を簡素化するとともに効率の良い切り替えを行うようにすること。【解決手段】本発明は、制御信号に基づき複数のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２のうちいずれかを選択する切り替えを行うアンテナ切替用スイッチ１と、複数のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２の各々で受信する信号の包絡線検波を行う信号検波部２１、２２と、信号検波部２１、２２で検波した複数のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２に対応する各々の包絡線検波の信号の強度を比較して、強度の強い方に対応するアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２を選択するための制御信号をアンテナ切替用スイッチ１に送る信号レベル比較器３とを備える受信装置である。また、上記構成に加え、信号レベル比較器３で選択されたアンテナと受信回路５または送信回路６との接続を切り替える送受信切替用スイッチ４を備えている送受信装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に基づき複数のアンテナのうちいずれかを選択する切り替えを行う切替手段と、
前記複数のアンテナの各々で受信する信号の包絡線検波を行う信号検波手段と、
前記信号検波手段で検波した前記複数のアンテナに対応する各々の包絡線検波の信号の強度を比較して、強度の強い方に対応するアンテナを受信用として選択するための前記制御信号を前記切替手段に送る信号レベル比較手段と
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記切替手段によって選択されているアンテナで受信した信号を前記信号検波手段へ分岐するカプラを備えている
ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項３】
前記切替手段によって選択されていないアンテナで受信した信号を所定周波数帯域に制限して前記信号検波手段へ送るフィルタを備えている
ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項４】
前記信号検波手段は、ショットキー・バリア・ダイオードを用いた包絡線検波を行う
ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項５】
制御信号に基づき複数のアンテナのうちいずれかを選択する切り替えを行う切替手段と、
前記複数のアンテナの各々で受信する信号の包絡線検波を行う信号検波手段と、
前記信号検波手段で検波した前記複数のアンテナに対応する各々の包絡線検波の信号の強度を比較して、強度の強い方に対応するアンテナを選択するための前記制御信号を前記切替手段に送る信号レベル比較手段と、
前記切替手段で選択されたアンテナと受信回路または送信回路との接続を切り替える送受信切替手段と
を備えることを特徴とする送受信装置。
【請求項６】
前記切替手段によって選択されているアンテナで受信した信号を前記信号検波手段へ分岐するカプラを備えている
ことを特徴とする請求項５記載の送受信装置。
【請求項７】
前記切替手段によって選択されていないアンテナで受信した信号を所定周波数帯域に制限して前記信号検波手段へ送るフィルタを備えている
ことを特徴とする請求項５記載の送受信装置。
【請求項８】
前記信号検波手段は、ショットキー・バリア・ダイオードを用いた包絡線検波を行う
ことを特徴とする請求項５記載の送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナのうち受信感度が良好なものを選択して受信もしくは送受信を行う受信装置および送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線送受信機の周囲環境、特に移動体通信で周囲環境が絶えず変化する場合、電波伝播状態に起因する受信感度、送信スループットの劣化が発生する。この対策として、複数のアンテナを実装し、受信状態の良い方を選択して使用するというダイバーシティ受信技術が考案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、非特許文献１参照。）。
【０００３】
図７は、従来のＲＳＳＩ（Receiving Signal Strength Indicator）方式ダイバーシティ送受信装置を説明するブロック図である。この装置では、複数のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２のうちいずれかを選択するアンテナ切替用スイッチと、内部送受信回路との接続用に選択されたアンテナにて受信した信号の周波数を変換するダウン・コンバータを有する受信管理５と、選択されなかったアンテナにて受信した信号の周波数を変換するダウン・コンバータ５１と、受信回路５の出力信号（ＲＳＳＩデータ）およびダウン・コンバータ５１の出力信号（ＲＳＳＩデータ）とを比較する信号比較器３０と、アンテナ切替用スイッチ１にて選択されたアンテナと送信回路６または受信回路５との接続を切り替える送受信切替用スイッチ４とを備えている。
【０００４】
複数のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２のうち、受信用として選択されたアンテナにて取り込んだ信号は受信回路５に送られ、ベースバンドプロセッサ７を介して内部受信回路へ送られる。また、この受信回路５のダウン・コンバータでＲＳＳＩデータが生成され、信号比較器３０へ送られる。
【０００５】
一方、受信用として選択されなかったアンテナにて取り込んだ信号はダウン・コンバータ５１へ送られ、ここでＲＳＳＩデータが生成されて信号比較器３へ送られる。信号比較器３では、２つのＲＳＳＩデータの値を比較して、大きい値を示した方のアンテナを選択するために制御信号をアンテナ切替用スイッチ１へ送る。アンテナ切替用スイッチ１が、制御信号に基づく切り替えを行うことで、受信感度の良いアンテナを選択して信号を取り込むことができる。また、信号の送信を行う場合には、送受信切替用スイッチ４を送信回路６側へ切り替え、内部送信回路から送られてきた信号を、直前まで選択していたアンテナから送信することになる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１０３０４２号公報
【特許文献２】特開平９−２９８５６６号公報
【特許文献３】特開平２−１９２２３０号公報
【非特許文献１】Jakes edited、“Microwave Mobile Communications”、John Wiley and Sons、１９７４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のダイバーシティ方式の通信装置では、以下のような問題がある。すなわち、特許文献１に示す技術では、複雑な合成アルゴリズムのため回路規模が大きくなってしまう。また、特許文献２に示す技術では、アンテナ選択のための比較方法が複雑なため、最適アンテナの推定に長い時間を要するという問題がある。また、特許文献３に示す技術では、アンテナ選択のための受信レベルの測定・比較を通信パケットのプリアンブル部またはポストプリアンブル部で行うため、実際にデータのスループットに寄与しないプリアンブルとポストプリアンブルの長さを短くすることが困難であり、データ伝送速度の向上を図る上で悪影響を及ぼすことになる。さらに、受信レベルの測定・比較結果を一旦メモリーに保存し、送受信のアンテナ切り替え時にメモリーから結果データを読み出しているため、アンテナ切り替えに要する時間がかかってしまい、効率的でない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、制御信号に基づき複数のアンテナのうちいずれかを選択する切り替えを行う切替手段と、複数のアンテナの各々で受信する信号の包絡線検波を行う信号検波手段と、信号検波手段で検波した複数のアンテナに対応する各々の包絡線検波の信号の強度を比較して、強度の強い方に対応するアンテナを選択するための制御信号を切替手段に送る信号レベル比較手段とを備える受信装置である。また、上記構成に加え、切替手段で選択されたアンテナと受信回路または送信回路との接続を切り替る送受信切替手段を備えている送受信装置である。
【０００９】
このような本発明では、複数のアンテナの各々で受信する信号の包絡線検波を行い、この包絡線検波の信号強度を比較することで選択するアンテナを切り替える構成のため、信号比較のために複雑な信号処理を施す必要がない。つまり、受信した信号をそのまま包絡線検波して比較するため、回路構成の簡素化を図ることができるとともに、複雑な信号処理に要する時間が不要になることから、アンテナ選定のための時間を短縮化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
したがって、本発明によれば、送受信の両方でダイバーシティを実現できるため、高受信感度、長い通信距離と高いデータスループットを得ることが可能となる。また、ショットキー・バリア・ダイオードを使用した包絡線検波を使ってアンテナ受信レベルを比較評価しているため、受信回路のダウン・コンバータが1つで済み、回路規模を小さくすることが可能となる。また、包絡線検波値の比較だけでアンテナ選定を行っているため、アンテナ選定時間を短くでき、しかも複雑なアルゴリズム、複雑な演算を必要とせず、ＭＩＰＳ（秒当たり処理能力）の小さいＭＰＵ（演算装置）で済み、かつ、メモリーの容量を少なくすることが可能となる。さらに、アンテナの受信レベル測定が、通信パケットのプリアンブル部、ポストプリアンブル部に限らず、データ部でも行えるため、プリアンブル部、ポストプリアンブル部の短い、高スループットのパケットを使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る送受信装置を説明するブロック図である。すなわち、この送受信装置は、複数のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２（ここでは２本）の受信感度に応じて送受信を行うアンテナの切り替えを行うもので、制御信号に基づきアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２のうちいずれかを選択する切り替えを行うアンテナ切替用スイッチ１と、複数のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２の各々で受信する信号の包絡線検波を行う２つの信号検波部２１、２２と、２つの信号検波部２１、２２で検波した各々のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２に対応する包絡線検波の信号の強度を比較して、強度の強い方に対応するアンテナを送受信用として選択するための制御信号をアンテナ切替用スイッチへ送る信号レベル比較器３とを備えている。
【００１２】
アンテナ切替用スイッチ１は、ＰＩＮダイオードまたはＦＥＴを制御信号でON/OFFする高周波スイッチであり、２つのアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２のうち一方を内部受信回路もしくは内部送信回路に接続し、他方をバンド・パス・フィルタＢＰＦへ接続するために切り替えを行う。この切り替えのための制御信号は信号レベル比較器３から送られる。
【００１３】
信号検波部２１、２２は各アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２にて受信した信号を包絡線検波して得られたリアルタイムの受信電力データを信号レベル比較器３の比較入力として送るもので、本実施形態では包絡線検波としてショットキー・バリア・ダイオードを用いた回路構成となっている。このショットキー・バリア・ダイオードとして高周波対応のものを用いれば、各アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２にて受信した信号をダウン・コンバータ等の周波数変換器を介すことなく直接検波でき、信号レベル比較器３へ入力するためのデータを生成する回路の簡素化を図ることができる。
【００１４】
２つの信号検波部２１、２２のうち信号検波部２１は、内部送受信回路への接続用として選択されたアンテナで受信した信号の一部をカップラまたは分配器でサンプリングし、ショットキー・バリア・ダイオードを使い包絡線検波を行って、受信電力レベルを検知する。
【００１５】
一方、信号検波器２２は、内部送受信回路への接続用として選択されなかったアンテナで受信した信号のうちバンド・パス・フィルタＢＰＦを介して所定の周波数帯域に制限されたものをサンプリングし、ショットキー・バリア・ダイオードを使い包絡線検波を行って、受信電力レベルを検知する。バンド・パス・フィルタＢＰＦを介すことでノイズ成分を除去し、受信電力を正確に検知することができる。
【００１６】
したがって、本実施形態では、アンテナ切替用スイッチ１によって内部送受信回路との接続用として一方のアンテナが選択されている間、その一方のアンテナでの受信信号を信号検波器２１で検波し、選択されなかった他方のアンテナでの受信信号を別の信号検波器２２で検波しているため、受信時にはすべてのアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２での受信信号を信号検波部２１、２２でモニタできることになる。
【００１７】
アンテナ切替用スイッチ１の後段には、送受信切替用スイッチ４が設けられており、アンテナ切替用スイッチ１で選択したアンテナと受信回路（ダウン・コンバータ）５と送信回路（アップ・コンバータ）６との接続切替を行うことができる。すなわち、信号受信時には選択したアンテナを受信回路５と接続する切り替えを行い、選択したアンテナにて受信した信号を受信回路５からベースバンドプロセッサ７を介して内部受信回路へ送るようにする。一方、信号送信時には選択したアンテナを送信回路６と接続する切り替えを行い、内部送信回路から送られる信号をベースバンドプロセッサ７、送信回路６を介して選択したアンテナから送信できるようにする。
【００１８】
図２は、信号検波器の回路例および動作を説明する模式図である。本実施形態の信号検波器は先に説明したようにショットキー・バリア・ダイオードを用いた回路構成で包絡線検波を行っている。ショットキー・バリア・ダイオードを用いた回路構成例は図中中央に３つの例を示すが、これ以外でも構成可能である。
【００１９】
ここで、ショットキー・バリア・ダイオードは順電流と逆電流切替時の少数キャリアの蓄積が無いため、非常に高速な動作が可能である。すなわち、高周波信号の整流が可能である。そのため、本実施形態のようにショットキー・バリア・ダイオードを用いることで、ＲＦ（高周波）信号をそのまま検波ができ、ダウン・コンバータを用いることなく直接検波が可能となる。したがって、信号検波器の前段（もしくは内部）にダウン・コンバータを用いる必要がなくなり、回路の簡素化を図ることが可能となる。
【００２０】
次に、本実施形態の送受信装置が取り扱う信号について説明する。図３は、２人の通信者による通信パケットを説明する模式図、図４は３人以上の通信者による通信パケットを説明する模式図である。すなわち、図３に示す通信者（１）および通信者（２）の間でパケット通信を行う場合、時間スロット（一定の時間間隔）で通信パケットの送受信を交互に繰り返す。これは時分割多重のパケット通信機である。
【００２１】
図３では、１対１通信の場合で、携帯電話のように通信者（１）の端末と通信者（２）の端末とが互いに音声やファイルといったデータをやり取りする場合はもちろん、たとえ通信者（１）がデータの送り手で通信者（２）が受け手といった一方通行のデータ通信の場合も、通信パケットは一方通行ではなく交互にやり取りを行う。その場合、通信者（２）が送るデータは、パケット受信成功、不成功といったステータスとなる。
【００２２】
３つ以上の通信者を対象とする場合には、図４（ａ）に示すようなスター形状のネットワークとなる。この場合、図４（ｂ）に示すような時間スロット毎に送受信を交互に繰り返すというルール（プロトコル）に基づき、１つの通信者（例えば、通信者（１））を中心として時間スロット毎に通信者（２）と通信者（３）との通信を交互に行う。したがって、例えば時間スロットＳ１では通信者（１）が送信した通信パケットを通信者（２）が受け取り、時間スロットＳ２では通信者（２）が送信した通信パケットを通信者（１）が受け取り、時間スロットＳ３では通信者（１）が送信した通信パケットを通信者（３）が受け取り、時間スロットＳ４では通信者（３）が送信した通信パケットを通信者（１）が受け取る、といった通信を繰り返す。
【００２３】
本実施形態では、このような通信においてパケットの受信時に、２つのアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２で受信した信号の受信電力データを信号レベル比較器３に入力し、最も高いＲＳＳＩデータを示したアンテナを次にパケット受信する時間スロットで選択するようにしている。
【００２４】
先に説明したように、本実施形態では受信時は常にすべてのアンテナでの受信信号における包絡線検波を行い受信電力レベルを測定できるため、通信パケットのプリアンブル部、ポストプリアンブル部に限らず、データ部でも受信電力レベルの測定と比較が可能である。図５は、通信パケットの構成を説明する模式図である。通信パケットは、プリアンブル部Ｐ１、データ部Ｐ２、ポストプリアンブル部Ｐ３から構成されるが、本実施形態では通信パケットを受信している間、常に受信電力レベルを測定しているため、プリアンブル部Ｐ１を長くする必要がない。したがって、データ部Ｐ２を圧迫しないため、実効的なデータ転送レートを上げることが可能となる。また、短いプリアンブル部Ｐ１、ポストプリアンブル部Ｐ３を捕らえて高速サンプリングする必要が無いため、アルゴリズムも単純化することが可能となる。
【００２５】
図６は、本実施形態の送受信装置における通信パケットとアンテナ選択との関係を説明する模式図である。すなわち、通信パケットを受信している間、２つのアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２の受信信号における受信電力レベルを測定して比較する。受信電力レベルの比較は時間スロットの中の図中（Ａ）の部分で行い、時間スロットの残り図中（Ｂ）の部分ではアンテナの切り替えを行う。
【００２６】
受信アンテナの切り替えを受信信号の時間スロット内の受信電力レベル比較時直後以外は行わないので、送信時に使用するアンテナは、必然的に、その直前の時間スロットの受信時に選択されたアンテナとなる。これは、その１つ前の受信時に最も高い受信レベルを示したアンテナであり、アンテナの送受信特性の可逆性を考えると、高い送信特性を得られるアンテナと推定できる。この送信時のアンテナ選定には、メモリーの読み書き、演算等一切特別な動作は不要である。
【００２７】
なお、本実施形態では送受信装置の例を説明したが、本発明はこの送受信装置の構成のうち受信部分に必要な構成から成る受信装置であっても適用可能である。また、上記実施形態では、２本のアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２のうち受信感度の高いものを選択する例を説明したが、３本以上のアンテナを用いる場合であっても同様な構成で適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る送受信装置を説明するブロック図である。
【図２】信号検波器の回路例および動作を説明する模式図である。
【図３】２人の通信者による通信パケットを説明する模式図である。
【図４】３人以上の通信者による通信パケットを説明する模式図である。
【図５】通信パケットの構成を説明する模式図である。
【図６】本実施形態の送受信装置における通信パケットとアンテナ選択との関係を説明する模式図である。
【図７】従来のＲＳＳＩ方式ダイバーシティ送受信装置を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…アンテナ切替用スイッチ、３…信号レベル比較器、４…送受信切替用スイッチ、５…受信回路、６…送信回路、７…ベースバンドプロセッサ、２１…信号検波部、２２…信号検波部、ＡＮＴ１…アンテナ、ＡＮＴ２…アンテナ、ＢＰＦ…バンド・パス・フィルタ
【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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