JP2002246968A - アンテナ切替えダイバーシチ受信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アンテナ切替え雑音による信号誤りを回避し、
受信信号レベルが高い領域でも良好な通信品質が得られ
るアンテナ切替えダイバーシチ受信システムを提供す
る。 【解決手段】受信フレームの各タイムスロットで、受信
レベルが所定閾値よりも低下したことを検知して使用ア
ンテナを切替える第１の制御系（６Ａ、７Ａ、１０）
と、第１期間内に観測される受信信号の平均的な受信レ
ベルの値に応じて可変閾値を設定し、第２期間内に観測
された受信信号のレベルが可変閾値よりも低下したこと
を検知して使用アンテナを切替える第２の制御系（６
Ｂ、７Ｂ、１１）と、受信信号の状態に応じて上記第
１、第２の制御系の何れか一方を有効にする選択回路１
２を有するアンテナ切替えダイバーシチ受信システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル無線通信シ
ステムに用いられるアンテナ切替えダイバーシチ受信シ
ステムに関し、特に、ディジタル無線通信に用いられる
アンテナ切替えダイバーシチ受信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル移動通信システムにおいて
は、端末の移動に伴うフェージングによって受信信号レ
ベルが一時的に落ち込み、通信品質が劣化し、一時的に
通信不能状態に陥ることがある。これらを回避するため
にダイバーシチ受信方式が採用される。

【０００３】図７は、最も一般的なアンテナ切替えダイ
バーシチ方式の受信部を示す。アンテナ切替えダイバー
シチ方式の受信部は、２つのアンテナ１Ａ、１Ｂを選択
的に受信回路４に接続するための切替えスイッチ３と、
受信回路４から出力される受信信号のレベルを検出する
受信レベル検出回路５と、検出された受信レベルを閾値
と比較する比較回路６と、比較回路６の出力に応じて切
替えスイッチ３を制御するアンテナ切替え制御回路７と
を備えている。

【０００４】フェージング等により信号受信レベルが閾
値より低くなった場合、アンテナ切替え制御回路７から
スイッチ１０３に切替え信号を送り、使用アンテナを現
在接続中のアンテナ、例えば、アンテナ１Ａから他方の
アンテナ１Ｂに切替える。上記切替えによって、確率的
に通信品質の良い方のアンテナが受信回路４に接続さ
れ、通信品質の劣化が回避される。尚、この種の受信方
式は、例えば、特開平５−７５５０６号公報に開示され
ている。また、特開平６−２０４９２５号公報には、受
信フレームのプリアンブル部とユニークワード部を受信
中にアンテナを高速に切替える方式が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図７に示したアンテナ
切替えダイバーシチ受信方式では、スイッチ３でアンテ
ナを切替えた時、受信路の瞬断による切替え雑音が発生
する。このため、ディジタル移動通信システムでは、上
記切替え雑音が信号誤りの原因となり、特にアンテナの
切替えが頻発する受信レベルの比較的低い領域におい
て、通信品質が低下するという問題があった。

【０００６】また、上記従来のアンテナ切替えダイバー
シチ受信方式では、一般的に、アンテナ切替えの判定基
準となる受信レベルの閾値が固定値となっており、この
閾値は比較的低い値に設定されている。このため、通信
品質が比較的良好な受信信号レベルの高い通信環境でフ
ェージングが発生しても、受信レベルが閾値を下回らな
い限りアンテナの切替えが行われず、ダイバーシチ効果
が得られないと言う問題がある。また、上記閾値を高い
値に設定すると、受信信号レベルが比較的低い通信状態
で的確なアンテナ切替えが行えないため、信号レベルの
低い領域で符号誤り率特性が劣化し、通信品質が低下す
ると言う問題がある。

【０００７】本発明の目的は、アンテナ切替え雑音によ
る信号誤りの回避可能なアンテナ切替えダイバーシチ受
信システムを提供することにある。本発明の他の目的
は、受信信号レベルが高い領域でも良好な通信品質が得
られるアンテナ切替えダイバーシチ受信システムを提供
することにある。本発明の更に他の目的は、従来方式に
比較して、受信信号レベルが高い領域でも低い領域でも
改善された符号誤り特性を示すアンテナ切替えダイバー
シチ受信システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のアンテナ切替えダイバーシチ受信システム
は、ＴＤＭＡ受信フレームの各タイムスロットにおける
スタートシンボル期間内に、受信信号レベルが所定の閾
値よりも低下したことを検知して、使用アンテナを切替
えるための手段を備えたことを特徴とする。各タイムス
ロットにおけるスタートシンボルの受信期間は、一般的
に短期間となっているため、本発明の好ましい実施例で
は、上記切替え手段が、ＴＤＭＡ受信フレームの各タイ
ムスロットにおけるスタートシンボル期間内に受信信号
レベルをサンプリングして保持するサンプルアンドホー
ルド回路を備え、上記サンプルアンドホールド回路に保
持された信号レベルを比較器で所定閾値と比較し、比較
器の出力変化に応じて、上記スタートシンボル期間内
（プリアンブル部との境界を含む）でアンテナ切替え信
号を発生する。

【０００９】また、受信信号レベルが高い領域の通信品
質を改善するため、本発明のアンテナ切替えダイバーシ
チ受信システムは、第１期間内に観測される受信信号の
平均的な受信レベルの値に応じて可変閾値を設定し、そ
の後の第２期間内に観測された受信信号のレベルが上記
可変閾値よりも低下したことを検知して、使用アンテナ
を切替えることを特徴とする。この場合、第１期間内に
観測される受信信号の平均的な受信レベルが予め決めら
れた境界レベルを越えているか否かによって、閾値の値
を変えるようにしてもよい。

【００１０】本発明の好ましい実施例では、受信信号レ
ベルの全領域で良好な誤り率特性を得るために、ＴＤＭ
Ａ受信フレームの各タイムスロットで、受信信号レベル
が所定の閾値よりも低下したことを検知して、使用アン
テナを切替える第１の制御系と、第１期間内に観測され
る受信信号の平均的な受信レベルの値に応じて閾値を設
定し、その後の第２期間内に観測された受信信号のレベ
ルが上記閾値よりも低下したことを検知して、使用アン
テナを切替える第２の制御系と、受信信号の状態に応じ
て上記第１、第２の制御系の何れか一方を有効にするた
めの選択手段を備えたことを特徴とする。制御系の選択
は、例えば、第２の制御系において第１期間内に観測さ
れる受信信号の平均的な受信レベルが予め決められた値
を越えているか否かを判定し、越えていた場合は第２の
制御系を選択し、そうでない場合は第１の制御系を選択
する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるアンテナ切
替えダイバーシチ受信方式を適用した受信部の第１の実
施例を示すブロック図であり、図７と同一の回路要素に
は同一符号を付してある。本実施例では、受信レベル検
出回路５と比較回路６Ａとの間にサンプルアンドホール
ド回路１０を設け、受信レベル検出回路５で検出された
受信レベルをタイミング制御信号２０に応答してサンプ
リングし、比較回路６Ａによって閾値発生回路８Ａから
与えられる閾値Ｔｈと比較するようにしたことに特徴が
ある。

【００１２】受信回路４には、例えば、図２の（Ａ）に
示すように、複数のタイムスロットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、
…からなるＴＤＭＡフレームの信号が入力される。上記
ＴＤＭＡフレームの各タイムスロットは、図２の（Ｃ）
に示すように、スタートシンボル（ＳＳ）期間と、プリ
アンブル（ＰＲ）期間と、データ（ＤＡＴＡ）期間から
なっている。この場合、タイミング制御信号２０は、図
２の（Ｄ）に示すように、各タイムスロットのスタート
シンボル（ＳＳ）期間内でオン、オフするパルス信号と
なっている。上記タイミング制御信号２０は、例えば、
受信回路４の出力信号を解析するスタートシンボル検出
回路または受信フレーム解析回路によって発生させるこ
とができる。

【００１３】本実施例において、サンプルアンドホール
ド回路１０は、タイミング制御信号２０の立ち上がりの
タイミングｔ１で受信レベル検出回路５から出力される
信号レベルをサンプリングし、これを保持する。従っ
て、受信レベル検出回路５から出力される信号レベル
が、例えば、図２の（Ｂ）にＳ０で示すように変化して
いた場合、比較回路６Ａの入力信号レベルは、タイミン
グ制御信号２０の立ち上がり時の信号レベルＳ１とな
る。一方、アンテナ切替え制御回路７Ａは、タイミング
制御信号２０の立ち下がりで動作する。信号レベルＳ１
が閾値Ｔｈより低くなり、比較回路６Ａの出力がオンと
なった場合、例えば、図２の（Ｅ）に示すように変化す
る制御信号ＣＡを発生し、スイッチ３を切替える。

【００１４】本実施例によれば、スタートシンボル期間
内にオン、オフするタイミング制御信号２０に同期し
て、受信レベルのサンプリング動作とアンテナ切替えを
実行するようにしているため、切替え雑音の発生をスタ
ートシンボル期間内に限定できる。従って、データ受信
期間における切替え雑音に起因した誤りの発生を回避で
き、通信品質を改善できる。尚、実施例では、サンプル
アンドホールド回路１０と切替え制御回路７Ａを同一の
タイミング制御信号２０で動作させているが、切替え制
御回路７Ａをｔ２で立ち上がる別のタイミング信号に同
期させてもよい。

【００１５】図３は、本発明によるアンテナ切替えダイ
バーシチ受信方式を適用した受信部の第２の実施例を示
すブロック図である。本実施例は、閾値制御部１１によ
って、アンテナ切替えのための閾値ＴHを受信レベルに
応じて動的に変更することに特徴がある。また、比較的
長い期間で観測された受信レベルの統計値に基づいて閾
値ＴＨを決定する点に特徴がある。

【００１６】閾値制御部１１は、例えば、図４のフロー
チャートで示される制御プログラムを実行するマイクロ
プロセッサによって構成される。閾値制御部１１は、受
信レベル検出回路５から出力される受信レベルをNタイ
ムスロット期間にわたってサンプリングし（ステップ１
０１）、その期間の平均受信レベルL１を算出する（ス
テップ１０２）。上記平均受信レベルL１を予め設定さ
れた境界信号レベルＴａと比較し（ステップ１０３）、
もし、ＬがＴａより小さければ、余裕値Ｗに値ａ１を設
定し（ステップ１０４）、そうでなければ、余裕値Ｗに
値ａ２を設定する（ステップ１０５）。余裕値Ｗが決ま
ると、平均受信レベルＬ（＝Ｌ１）から余裕値Ｗを引い
た値（Ｌ−Ｗ）を新たな閾値ＴＨとし、これを閾値発生
回路８Ｂに設定する（ステップ１０６）。

【００１７】本実施例では、閾値ＴＨを更新した後、受
信レベル検出回路５から出力される受信レベルをＭタイ
ムスロット期間にわたってサンプリングし（ステップ１
０７）、その期間の平均受信レベルL２を算出して、比
較器８Ｂに出力する（ステップ１０８）。比較器８Ｂ
は、上記平均受信レベルL２を更新された閾値ＴＨと比
較し、比較結果を出力する。切替え制御回路７Ｂは、比
較器６Ｂの出力変化から、平均受信レベルL２が閾値Ｔ
Ｈより小さくなったことを検知した時、制御信号ＣＢに
よってスイッチ３を切替える。

【００１８】ここで、閾値ＴＨの更新周期は、平均受信
レベルL１を算出するための受信レベル観測期間（Ｎタ
イムスロット期間）と、平均受信レベルL２を算出する
ための受信レベル観測期間（Ｍタイムスロット期間）と
によって決まる。パラメータＮの値は、通信端末の移動
に伴う平均受信レベルL１の緩やかな変化を考慮して、
例えば、数１０フレーム程度の比較的長い期間内のタイ
ムスロット数に設定する。パラメータＭの値を小さく設
定すれば、閾値ＴＨの更新直後の短期間における受信状
態に応答したアンテナ切替えが可能となる。

【００１９】境界信号レベルＴａは、受信電波が強い通
信状態か弱い通信状態かを区分するための閾値であり、
本実施例では、受信電波の強弱によって平均受信レベル
と閾値との間の偏差（余裕値Ｗ）を変えて、可変閾値の
値を決定している。但し、上記パラメータＮ、Ｍ、Ｔ
ａ、ａ１、ａ２の値は任意に設定でき、ａ１とａ２を同
一の値にすることも可能である。

【００２０】図３では、閾値制御部１１と切替え制御回
路７Ｂとの間に閾値発生回路８Ｂと比較器６Ｂを設けて
いるが、閾値ＴＨと平均受信レベルＬ２との比較を閾値
制御部（プロセッサ）１１内で行い、閾値発生回路８Ｂ
と比較器６Ｂを省略した構成としてもよい。また、閾値
制御部１１は、受信回路４の後段に位置して受信フレー
ムを処理する端末プロセッサ（または基地局プロセッ
サ）の機能の一部として実現するようにしてもよい。上
記第２実施例によれば、比較的長い（Ｎ＋Ｍ）タイムス
ロット期間を１サイクルとして閾値を変更することによ
って、受信電波が比較的強い通信状態でも受信レベルの
変化に応答したダイバーシチ効果を得ることができる。

【００２１】図５は、本発明によるアンテナ切替えダイ
バーシチ受信方式を適用した受信部の第３の実施例を示
すブロック図である。本実施例は、第１実施例のアンテ
ナ切替え制御機能と第２実施例のアンテナ切替え制御機
能とを備え、受信電波の状態に応じて、上記２つの機能
を選択的に切替えるようにしたことを特徴としている。

【００２２】すなわち、サンプルアンドホールド回路１
０と、比較器６Ａと、閾値発生回路８Ａと、切替え制御
回路７Ａとからなる第１の制御系によって、各タイムス
ロットのスタートシンボル期間内で切替えられる第１の
アンテナ切替え制御信号ＣＡを発生し、閾値制御部１１
と、比較器６Ｂと、閾値発生回路８Ｂと、切替え制御回
路７Ｂとからなる第２の制御系によって、比較的長い切
替えサイクルをもつ第２のアンテナ切替え制御信号ＣＢ
を発生し、これら２つの制御信号の一方を制御信号選択
回路１２によって選択し、スイッチ３を切替え制御して
いる。

【００２３】本実施例では、閾値制御部１１で算出され
たＮタイムスロット期間の平均受信レベルＬ１を利用
し、これを比較器６Ｃによって閾値発生回路８Ｃから発
生する所定の閾値レベルＴｃと比較し、制御信号選択回
路１２が、上記比較器６Ｃの出力に応じて、平均受信レ
ベルＬ１が閾値レベルＴｃよりも低ければ第１の制御信
号ＣＡ、平均受信レベルＬ１が閾値レベルＴｃ以上であ
れば第２の制御信号ＣＢを選択するようにしている。

【００２４】ここで、第１の制御系は、比較的低い値に
設定された固定閾値Ｔｈを用いて受信レベルの変化を検
出しているため、受信電波が強い状態での受信レベル変
化に対してダイバーシチ効果に劣るという性質がある。
本実施例は、受信電波が強い場合に第２の制御系に切替
え、受信レベルを可変閾値と比較することによって、ダ
イバーシチ効果が得られるようにしたものである。尚、
図５では、制御信号選択回路１２が、比較器６Ｃの出力
変化に応じて第１、第２の何れかの制御信号を選択する
構成となっているが、平均受信レベルＬ１と閾値レベル
Ｔｃとの比較は閾値制御部１１内において行うことがで
きるため、上記比較器６Ｃと閾値発生回路８Ｃの機能を
閾値制御部１１に統合し、閾値制御部１１から制御信号
選択回路１２に制御信号ＴＡ、ＴＢを選択するための信
号を与えるようにしてもよい。

【００２５】図６は、本発明と従来方式とを比較するた
めの受信レベル−符号誤り率特性を示す。ここで、×マ
ークは、ダイバーシチ機能を備えていない場合の特性、
△マークは、図７に示した従来のアンテナダイバーシチ
方式の特性を示す。また、黒塗りの四角マークは、図１
に示した本発明の第１実施例、白丸マークは、図３に示
した本発明の第２実施例、白抜きの四角マークは、図５
に示した本発明の第３実施例の特性を示す。

【００２６】本発明の第１実施例によれば、従来のアン
テナダイバーシチ方式に比較して、受信レベルが１０〜
３８dBμVの範囲で、誤り率特性が改善されていること
がわかる。これは、第１実施例の制御方式が、特に受信
レベルの低い領域で効果的であること意味している。

【００２７】本発明の第２実施例によれば、従来のアン
テナダイバーシチ方式に比較して、受信レベルが２０〜
５０dBμVの範囲で、誤り率特性が改善され、第１実施
例と比較すると、特に３８〜５０dBμVの範囲で優れて
いることがわかる。これは、第２実施例の制御方式が、
受信レベルの高い領域で効果的であることを意味してい
る。

【００２８】本発明の第３実施例は、低受信レベル領域
において第１実施例の誤り率特性を示し、高受信レベル
領域で第２実施例の誤り率特性を示しており、従来方式
および本発明の他の実施例に比較して、全受信レベル領
域で誤り率特性が改善されていることがわかる。尚、上
記特性図から、第３実施例における第１制御系と第２制
御系の切替えは、閾値レベルＴｃを略３０dBμVに設定
して行えばよいことがわかる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、受信レベルの低下に応じてアンテナを適切に
切替えることが可能となり、符号誤り率を改善し、移動
通信用の携帯機器や基地局装置の性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアンテナ切替えダイバーシチ受信
方式を適用した受信部の第１実施例を示すブロック図。

【図２】上記実施例で受信されるＴＤＭＡフレームの構
造と、アンテナの切替えタイミングを説明するための
図。

【図３】本発明によるアンテナ切替えダイバーシチ受信
方式を適用した受信部の第２実施例を示すブロック図。

【図４】図３における閾値制御部１１の動作を示すフロ
ーチャート。

【図５】本発明によるアンテナ切替えダイバーシチ受信
方式を適用した受信部の第２実施例を示すブロック図。

【図６】本発明と従来方式を比較するための符号誤り率
―受信レベル特性図。

【図７】従来のアンテナ切替えダイバーシチ受信方式に
よる受信部を示すブロック図。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ：アンテナ、 ３：アンテナ切替えスイッ
チ、 ４：受信回路、５：受信レベル検出回路、 ６Ａ
〜６Ｃ：比較回路、７Ａ、７Ｂ：切替え制御回路、 ８
Ａ〜８Ｃ：閾値発生回路、１０：サンプルアンドホール
ド回路、 １１：閾値制御部、１２：制御信号選択回
路。

フロントページの続き (72)発明者 江尻 茂之 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 井野 盛夫 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 麻柄 保幸 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町393番地 日 立湘南電子株式会社内 Ｆターム(参考） 5K059 CC03 DD02 DD13 DD16 DD17 DD22 DD27 EE02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１、第２のアンテナを備え、受信信号レ
   ベルの変化に応じて使用アンテナを切替えるアンテナ切
   替えダイバーシチ受信システムにおいて、 ＴＤＭＡ受信フレームの各タイムスロットにおけるスタ
   ートシンボル期間内に、受信信号レベルが所定の閾値よ
   りも低下したことを検知して、使用アンテナを切替える
   ための手段を備えたことを特徴とするアンテナ切替えダ
   イバーシチ受信システム。
2. 【請求項２】前記切替え手段が、ＴＤＭＡ受信フレーム
   の各タイムスロットにおけるスタートシンボル期間内に
   受信信号レベルをサンプリングして保持するサンプルア
   ンドホールド回路と、上記サンプルアンドホールド回路
   に保持された信号レベルを前記所定閾値と比較する比較
   器と、上記比較器の出力変化に応じて上記スタートシン
   ボル期間内にアンテナ切替え信号を発生する切替え制御
   手段とからなることを特徴とする請求項１に記載のアン
   テナ切替えダイバーシチ受信システム。
3. 【請求項３】第１、第２のアンテナを備え、受信信号レ
   ベルの変化に応じて使用アンテナを切替えるアンテナ切
   替えダイバーシチ受信システムにおいて、 第１期間内に観測される受信信号の平均的な受信レベル
   の値に応じて可変閾値を設定し、その後の第２期間内に
   観測された受信信号のレベルが上記可変閾値よりも低下
   したことを検知して、使用アンテナを切替えることを特
   徴とするアンテナ切替えダイバーシチ受信システム。
4. 【請求項４】前記第１期間内に観測される受信信号の平
   均的な受信レベルが予め決められた境界レベルを越えて
   いるか否かによって、前記可変閾値の値を変えることを
   特徴とする請求項３に記載のアンテナ切替えダイバーシ
   チ受信システム。
5. 【請求項５】第１、第２のアンテナを備え、受信信号レ
   ベルの変化に応じて使用アンテナを切替えるアンテナ切
   替えダイバーシチ受信システムにおいて、 ＴＤＭＡ受信フレームの各タイムスロットで、受信信号
   レベルが所定の閾値よりも低下したことを検知して、使
   用アンテナを切替える第１の制御系と、 第１期間内に観測される受信信号の平均的な受信レベル
   の値に応じて可変閾値を設定し、その後の第２期間内に
   観測された受信信号のレベルが上記可変閾値よりも低下
   したことを検知して、使用アンテナを切替える第２の制
   御系と、 受信信号の状態に応じて上記第１、第２の制御系の何れ
   か一方を有効にするための選択手段を有することを特徴
   とするアンテナ切替えダイバーシチ受信システム。
6. 【請求項６】前記選択手段が、前記第２の制御系におい
   て第１期間内に観測される受信信号の平均的な受信レベ
   ルが予め決められた値を越えていた場合は前記第２の制
   御系を有効にし、そうでない場合は前記第１の制御系を
   有効にすることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ
   切替えダイバーシチ受信システム。