(57)【要約】【課題】受信アンテナが室内等の見通し外の環境に設置されているダイバーシチ受信装置において、ダイバーシチ合成後の誤り率が劣化している場合の受信性能を向上させる。【解決手段】複数のアンテナ素子を持つ複数のブランチ（１ａ、１ｂ）からなるダイバーシチ受信装置において、各ブランチのアンテナ素子の指向性を変化させる移相部（２ａ、２ｂ）と、ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値を算出するノイズ算出部（７）と、ノイズ電力値に基づいて移相部（２ａ、２ｂ）において変化させる移相量を制御する移相制御部（３）とを備える。【選択図】図１
2007251471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がアンテナ素子を持つ複数のブランチからなるダイバーシチ受信装置において、
各ブランチのアンテナ素子の指向性を変化させる移相部と、
ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値を算出するノイズ算出部と、
前記ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値に基づいて前記移相部において変化させる移相量を制御する移相制御部と
を備えることを特徴とするダイバーシチ受信装置。
【請求項２】
各々がアンテナ素子を持つ複数のブランチからなるダイバーシチ受信装置において、
各ブランチのアンテナ素子の指向性を変化させる移相部と、
ダイバーシチ合成後の受信信号を誤り訂正する誤り訂正部と、
前記誤り訂正部により算出される受信信号の誤り率に基づいて前記移相部において変化させる移相量を制御する移相制御部と
を備えることを特徴とするダイバーシチ受信装置。
【請求項３】
各ブランチの受信信号のノイズ電力を算出するブランチノイズ算出部をさらに備え、
前記移相制御部は、前記ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値のみならず、前記各ブランチの受信信号のノイズ電力値にも基づいて前記移相部において変化させる移相量を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のダイバーシチ受信装置。
【請求項４】
各ブランチの受信信号のノイズ電力を算出するブランチノイズ算出部をさらに備え、
前記移相制御部は、前記誤り訂正部により算出される受信信号の誤り率のみならず、前記各ブランチのノイズ電力値にも基づいて前記移相部において変化させる移相量を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のダイバーシチ受信装置。
【請求項５】
ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値を算出するノイズ算出部と、
前記移相制御部は、前記誤り訂正部により算出される受信信号の誤り率及び前記各ブランチのノイズ電力値のみならず、前記ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値にも基づいて前記移相部において変化させる移相量を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の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、無線信号を複数の指向性可変アンテナで受信してダイバーシチ合成する受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば直交周波数多重（以下ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式で変調されたデータが無線により伝送されている場合、伝送路途中の地形等によりマルチパスやフェージングが生じる。ＯＦＤＭ伝送方式の場合、無効信号区間であるガードインターバル区間内の遅延時間を持つマルチパス成分の悪影響は除去できる仕組みを持つが、ガードインターバル区間内におさまらない遅延時間を持つ遅延波がある場合、受信信号を復号する際に誤り率が増大するという問題が発生する。
【０００３】
従来、この改善策として、受信装置において複数のアンテナで無線信号を受信し、受信アンテナの指向性パターンの方向を最適化してダイバーシチ合成することでマルチパスやフェージングの影響を軽減している。ダイバーシチの各ブランチにおいてアンテナ指向性パターンを最適化制御する際、指向性パターンの最大ビーム方向を所望波の到来方向に向けさせるビームステアリング制御や、指向性パターンの最小ビーム方向を妨害波の到来方向に向けさせるヌルステアリング制御が行なわれる（例えば、特許文献１参照）。これらは、マルチパスの影響が少なく、所望波の受信利得が高い方向に、アンテナの指向性を制御するものである。また、ダイバーシチのブランチ間において一つのブランチのビーム利得が低下する方向に別のブランチの最大ビーム方向を向けさせる制御が行なわれている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６９０２６号公報
【特許文献２】特開平１０−１９０５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
受信アンテナが室内等の見通し外の環境に設置されている場合、壁や鉄筋等の影響により到来波の電力が低下していることが多い。その上、伝送路途中の地形によって生じるマルチパス、フェージング等だけでなく、受信装置は無線信号が室内の壁や家具等によって乱反射した遅れ時間の短い遅延波を多数受信することになる。
【０００６】
上記のような場合、到来波の電力が低下しているため、各ブランチのアンテナ素子の指向性パターンが所望の到来波に対して最適な方向を向いていたとしても、受信信号をダイバーシチ合成した結果の信号の誤り率が改善しない（誤りデータがなくならない）ことがある。
【０００７】
その改善策として、一方のブランチアンテナから受信した信号の電力値が、別のブランチアンテナから受信した信号の電力値の低い部分を補うような位相となるように制御を行うことで、ダイバーシチ合成後に信号の電力値を大きくし、誤り率の改善を図ることが考えられる。
【０００８】
しかし、特に室内のような壁などで乱反射したマルチパスが多数あり、かつ到来波の受信電力が低い環境では、ブランチごとの受信信号がお互いの受信電力の低い部分を補うような位相となる到来波がどの方向から到来するかは予測不能で、誤り率の改善に寄与することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
各々がアンテナ素子を持つ複数のブランチからなるダイバーシチ受信装置において、
各ブランチのアンテナ素子の指向性を変化させる移相部と、
ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値を算出するノイズ算出部と、
前記ダイバーシチ合成後の受信信号のノイズ電力値に基づいて前記移相部において変化させる移相量を制御する移相制御部と
を備えることを特徴とするダイバーシチ受信装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、ダイバーシチ合成した結果の受信信号のノイズ電力値が改善するようにアンテナの指向性を制御するようにしたので、室内等の環境においても、誤り率が改善できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のダイバーシチ受信装置の概略構成を示すブロック図である。この実施の形態は、ダイバーシチのブランチ数を２、各ブランチのアンテナ素子数を１とした場合である。
【００１２】
図１において、１ａ、１ｂはブランチごとに設置された受信アンテナ素子である。これらのアンテナ素子１ａ、１ｂが受信した受信信号は移相部２ａ、２ｂに出力される。移相部２ａ、２ｂは受信信号の位相を移相制御部３が出力する移相制御信号に基づいて回転させる。これは、アンテナの指向性パターンを任意の方向に向けさせることと同義である。移相部２ａ、２ｂによって位相回転された受信信号は復調部４ａ、４ｂに入力され、復調処理を施される。復調処理された受信信号は、ダイバーシチ合成部５に入力される。ダイバーシチ合成部５は複数ブランチの復調信号を最大比合成する。
【００１３】
ダイバーシチにおける最大比合成は、一般に複数ブランチの信号の位相を合わせ、電力レベルの高い受信信号の比重が高くなるように、受信信号の電力比から増幅値を決定して合成するものである。最大比合成以外にも、等利得合成や、選択合成等があり、これらを使用することもできる。
【００１４】
ダイバーシチ合成された受信信号は、誤り訂正部６とノイズ算出部７に出力される。ノイズ算出部７は、受信信号に含まれるパイロット信号等の既知信号の受信電力のばらつきから受信信号のノイズ電力を算出する。
誤り訂正部７はダイバーシチ合成された受信信号の誤りを訂正して出力する。誤り訂正は、あらかじめ送信装置で符号化された畳み込み符号やリードソロモン符号を復号することで実施される。
【００１５】
ノイズ算出部７で算出されたノイズ電力値は、移相制御部３に出力される。移相制御部３は、任意の時間間隔ごとにノイズ電力値を受信し、前回受信したノイズ電力値と新しく受信したノイズ電力値を比較し、新しいノイズ電力値が前回より小さくなった場合は前回と同じ方向に位相を回転させ、逆に大きくなった場合には逆の方向に位相回転させるよう、各ブランチの移相方向を決定する。また、ノイズ電力の変動の大きさから移相量を決定し、各ブランチの移相部２ａ、２ｂに移相制御信号を出力する。このアルゴリズムには例えばＬＭＳアルゴリズムを利用する。
【００１６】
ＬＭＳアルゴリズムは一般的な適応制御アルゴリズムで、二乗平均誤差を最急降下法に基づいて最小にする方法である。安定性があり、計算量が少なくてすむので、適応制御する場合、一般によく用いられている。
【００１７】
位相制御部３から出力された位相制御信号に基づいて、各ブランチの移相部２ａ、２ｂは、アンテナ１ａ、１ｂから出力された受信信号の位相を回転させる。
【００１８】
このように、ダイバーシチ合成後のノイズ電力値が最小になるようにアンテナの指向性パターンを制御するので、制御の結果、ダイバーシチ合成後のノイズ電力が低減する。これはダイバーシチ合成後の信号のＣ／Ｎ値が改善し、信号電力の利得が上がることである。
【００１９】
以下、この点につき図２（ａ）〜（ｃ）を参照して詳しく説明する。
【００２０】
図２（ａ）〜（ｃ）において、縦軸は各ブランチの受信信号または複数ブランチの受信信号をダイバーシチ合成した信号の電力値Ｐｗであり、横軸は受信信号をＯＦＤＭ復調した周波数ドメイン信号における周波数値Ｆｄである。Ｐｔは、誤り訂正復号後に誤りなしとなる電力値を表す。図中、２つのブランチのアンテナ素子が受信した受信信号ＲａとＲｂがダイバーシチ合成され、合成信号Ｒｃが得られたとする。
【００２１】
図２（ａ）に、各ブランチのアンテナ指向性の最大ビーム方向を所望波の到来方向に向けた場合を示す。各ブランチの受信電力が低下しているため、ダイバーシチ合成後の信号であっても誤り無しに復号するだけの受信電力に到達しない周波数が存在し、結果として誤り率を改善することができない。
【００２２】
図２（ｂ）は、ブランチアンテナの指向パターンをヌルステアリング制御や、ブランチ間で片方の利得が低下する方向に向ける制御を用いて、片方のブランチの最大ビーム方向を所望波の到来方向以外の方向に向けた場合である。この場合、一方のブランチアンテナの最大ビームを向けた方向から到来する信号Ｒｂの電力値が低いため、ダイバーシチ合成しても合成後の受信電力があがらず、結果として誤り率の改善ができないことになる。
【００２３】
一方、図２（ｃ）に示すように、一方のブランチアンテナから受信した信号の電力値が、別のブランチアンテナから受信した信号の電力値の低い部分を補うような位相であった場合には、ダイバーシチ合成後に信号の電力値が上がり、誤り率の改善を期待することができる。このように、所望波の電力が低い場合でも、各ブランチのアンテナの指向性を最適な方向に向けることができれば、ダイバーシチ合成後の電力値を高くする（ダイバーシチゲインが高い）ことができ、誤り率が改善される（誤りデータがなくなる）。具体的には、あるブランチが受信した所望波の受信電力が下がっている周波数に高い受信電力を持つ遅延波を、別ブランチで受信し、ダイバーシチ合成することで実現できる。
【００２４】
しかし、特に室内のような壁などで乱反射したマルチパスが多数あり、かつ到来波の受信電力が低い環境では、ブランチごとの受信信号がお互いの受信電力の低い部分を補うような位相となる到来波がどの方向から到来するかは予測不能で、従来のビームステアリング制御、ヌルステアリング制御等だけでは、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ダイバーシチゲインを上げることができず、誤り率の改善に寄与することができない。
【００２５】
本実施の形態では、上記のように、ダイバーシチ合成した結果の受信信号のノイズ電力値が改善するようにアンテナの指向性を制御するようにしたので、室内等の環境においても、図２（ｃ）に示すように受信電力が上がり（ダイバーシチゲインが向上し）、結果として誤り率が改善される。
【００２６】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２のダイバーシチ受信装置の概略構成を示すブロック図である。この実施の形態は、実施の形態１と同様、ダイバーシチのブランチ数を２、各ブランチのアンテナ素子数を１とした場合である。
【００２７】
実施の形態２のダイバーシチ受信装置は、概して実施の形態１のダイバーシチ受信装置と同じであるが、移相制御部３が、ノイズ算出部７の出力ではなく、誤り訂正部６の出力信号を受信し、これに基づいて位相制御を行う点である。
【００２８】
図３において、ダイバーシチ合成部５によってダイバーシチ合成された信号は、誤り訂正部６に出力される。誤り訂正部６は、符号化方式に従って受信信号を復号し、誤り訂正処理を行なう。一般的に誤り訂正はリードソロモン誤り訂正が行なわれることが多い。リードソロモン誤り訂正処理では、符号化時に付加されたパリティデータを用いて、一定長のデータパケット内の誤りビットを訂正するが、パリティデータ長によって誤り訂正可能なデータ数が制限され、それ以上の数のデータに誤りがあった場合は、訂正することができない。リードソロモン誤り訂正処理において訂正することができないパケットを受信した際には、誤り訂正不可であったことを検出し、受信信号の誤り率の情報として利用することができる。
【００２９】
誤り訂正部６は上記のようにして誤り率を算出し、移相制御部３に出力する。移相制御部３は任意の時間間隔ごとに誤り率を受信し、前回受信した誤り率と新しく受信した誤り率とを比較し、新しい誤り率が前回より小さくなった場合は前回と同じ方向に位相を回転させ、逆に大きくなった場合には逆の方向に位相回転させるよう、各ブランチの移相方向を決定する。また、誤り率の大きさから移相量を決定し、各ブランチの移相部２ａ、２ｂに移相制御信号を出力する。
【００３０】
位相制御部３から出力された位相制御信号に基づいて、各ブランチの移相部２ａ、２ｂは、アンテナ１ａ、１ｂから出力された受信信号の位相を回転させる。
【００３１】
このように、ダイバーシチ合成後の信号の誤り率が最小になるようにアンテナの指向性パターンを制御するので、ダイバーシチゲインを上げることができ、結果として誤り率が向上することになる。
【００３２】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３のダイバーシチ受信装置の概略構成を示すブロック図である。この実施の形態は、実施の形態１及び２と同様、ダイバーシチのブランチ数を２、各ブランチのアンテナ素子数を１とした場合である。
【００３３】
実施の形態３のダイバーシチ受信装置は、概して実施の形態１のダイバーシチ受信装置と同じであるが、移相制御部３が、ダイバーシチ合成後の信号から算出されたノイズ電力値のみでなく、ダイバーシチ合成前の各ブランチの受信信号から算出されたノイズ電力値をも受信し、これらに基づいて位相制御を行う点で異なる。
【００３４】
図４において、各ブランチの復調部４ａ、４ｂから出力された信号は、ブランチノイズ算出部８ａ、８ｂに入力される。ブランチノイズ算出部８ａ、８ｂは、ノイズ算出部７と同様に、受信信号に含まれるパイロット信号の受信電力のばらつきから、受信信号のノイズ電力を算出する。算出されたノイズ電力値は移相制御部３に出力される。
【００３５】
前述したように、ダイバーシチ合成後の信号から算出されたノイズ電力値を最小にするようにアンテナの移相制御をすることで、ダイバーシチゲインを上げることができるが、電源投入時やチャネル変更時などの初期状態においては、まず、それぞれのブランチのアンテナから受信するノイズ電力を用いて移相制御し、その後、ダイバーシチ合成後のノイズ電力によって移相制御した方が、制御の収束速度が速くなる場合がある。
【００３６】
本実施の形態では、初期状態において、まず、各ブランチの復調信号のノイズ電力が最小になるように、移相制御を行なう。このことにより、各ブランチのアンテナ指向性パターンの最大ビーム方向は、所望波の到来方向に向く。室内等の環境であっても、受信電力値がある程度大きい場合には、この状態で受信信号の誤り率が０となることがある。このようなときには、あえてダイバーシチ合成後のノイズ電力値によって移相制御を行なう必要がないので、各ブランチのノイズ電力値を用いた移相制御を続行する。
【００３７】
一方、各ブランチの最大ビーム方向が所望波の到来方向に向いても、ダイバーシチ合成後のノイズ電力値が低減しない、もしくは、ダイバーシチ合成後の信号の誤り率が改善しない場合には、ダイバーシチ合成後のノイズ電力に基づいた移相制御を実施する。
【００３８】
上記のように移相制御に用いる信号を、各ブランチで算出されるノイズ電力値と、ダイバーシチ合成後のノイズ電力値とを適宜切り替えることにより、誤り率を向上させるまでの時間を短縮させることができる。
【００３９】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４のダイバーシチ受信装置の概略構成を示すブロック図である。この実施の形態も、実施の形態１〜実施の形態３と同様に、ダイバーシチのブランチ数を２、各ブランチのアンテナ素子数を１とした場合である。
【００４０】
実施の形態４のダイバーシチ受信装置は、概して実施の形態２のダイバーシチ受信装置と同じであるが、移相制御部３が、ダイバーシチ合成後の信号復号した結果得られる誤り率情報のみでなく、ダイバーシチ合成前の各ブランチの受信信号から算出されたノイズ電力値をも受信し、これらに基づいて位相制御を行う点で異なる。
【００４１】
また、実施の形態４のダイバーシチ受信装置はまた、概して実施の形態３のダイバーシチ受信装置とも同じであるが、移相制御部３が、ダイバーシチ合成後のノイズ電力値ではなく、ダイバーシチ合成後の信号復号した結果得られる誤り率情報を受信し、これとダイバーシチ合成前の各ブランチの受信信号から算出されたノイズ電力値とに基づいて位相制御を行う点で異なる。
【００４２】
実施の形態３で示したのと同様に、初期状態では各ブランチのノイズ電力値を用いて移相制御することで、誤り率のみを用いて移相制御する場合に比較して、誤り率を向上させるまでの時間を短縮させることができる。特に、復号処理には時間がかかることが多いので、初期状態においてブランチ毎のノイズ電力値を用いて移相制御すると、時間短縮の効果が大きい。
【００４３】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５のダイバーシチ受信装置の概略構成を示すブロック図である。この実施の形態も、実施の形態１〜４と同様に、ダイバーシチのブランチ数を２、各ブランチのアンテナ素子数を１とした場合である。
【００４４】
実施の形態５のダイバーシチ受信装置は、概して実施の形態４のダイバーシチ受信装置と同じであるが、移相制御部３が、ダイバーシチ合成後の信号復号した結果得られる誤り率情報及びダイバーシチ合成前の各ブランチの受信信号から算出されたノイズ電力値のみならず、ノイズ算出部７から出力されるダイバーシチ合成後のノイズの電力値をも受信し、これらに基づいて、位相制御を行う点で異なる。
【００４５】
上記実施の形態１〜５において、移相制御は、ＲＦ帯で実施することも、デジタル信号に変換した後に実施することも可能である。デジタル信号に変換した後に移相制御する際は、例えば文献１に示されるようなアダプティブアレイ処理を行なうことでも可能である。
【００４６】
上記実施の形態１〜５では、ダイバーシチのブランチ数を２、各ブランチのアンテナ素子数を１とした場合の例を示したが、ブランチ数がいくつであってもよい。また、各ブランチのアンテナ素子が複数であってもよい。
【００４７】
各ブランチのアンテナ素子が複数ある場合、複数アンテナ素子からの受信信号をセレクタに入力して１つを選択し復調するようにしてもよい。
【００４８】
各ブランチのアンテナ素子が複数あり、デジタル信号に変換した後に移相制御させる場合には、文献２に示されるような高速フーリエ変換または離散フーリエ変換を用いてビームフォーム処理することもできる。ＲＦ帯で実施する際には、バトラーマトリクスを用いることができる。
【００４９】
上記実施の形態では、各ブランチのノイズ電力およびダイバーシチ合成後のノイズ電力値を算出するようにしたが、信号対ノイズ電力比（Ｃ／Ｎ）を算出して用いることもできる。同様に信号電力値を算出して、受信信号電力値が最大になるように移相制御することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の活用例として、無線信号を複数の指向性可変アンテナで受信してダイバーシチ合成する受信装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の実施の形態１を示すダイバーシチ受信装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、指向性制御された複数ブランチの受信信号と、ダイバーシチ合成した信号の受信電力値の様子を示した図である。
【図３】この発明の実施の形態２を示すダイバーシチ受信装置の概略構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３を示すダイバーシチ受信装置の概略構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４を示すダイバーシチ受信装置の概略構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５を示すダイバーシチ受信装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ、１ｂ  アンテナ、  ２ａ、２ｂ  移相部、  ３  移相制御部、  ４ａ、４ｂ  復調部、  ５  ダイバーシチ合成部、  ６  誤り訂正部、  ７  ノイズ算出部、  ８ａ、８ｂ  ブランチノイズ算出部。
【図１】
2007251471.tif 000003
【図２】
2007251471.tif 000004
【図３】
2007251471.tif 000005
【図４】
2007251471.tif 000006
【図５】
2007251471.tif 000007
【図６】
2007251471.tif 000008