JP2004158914A

JP2004158914A - 受信装置

Info

Publication number: JP2004158914A
Application number: JP2002320123A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kosakai; 修小堺
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications Japan Inc
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】小型、安価、且つ、消費電力が低い、アダプティブアレイアンテナを備えた受信装置を提供する。
【解決手段】位相反転器４ａ，４ｂ（４ｃ，４ｄ）がそれぞれ、直交符号生成器５ａ及び５ｂが生成した直交符号を利用して、位相反転パターンが互いに直交するようにアンテナ素子２ａ（２ｃ）とアンテナ素子２ｂ（２ｄ）において受信した信号を位相反転し、合成回路６ａ（６ｂ）が、位相反転された信号を合成してＲＦフロントエンド部７ａ（７ｂ）に出力する。これにより、ＲＦフロンドエンド部に入力される信号の数をアンテナ素子の数よりも少なくすることができるので、アンテナ素子毎にＲＦフロントエンド部、周波数変換器、及びＡ／Ｄ変換部を設ける必要がなくなり、受信装置を小型且つ安価に構成することができる。また、受信装置内の素子数を減らすことができるので、受信装置の消費電力を低減することもできる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機や自動車電話等の携帯型通信端末装置に適用して好適な受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、移動体通信分野では、干渉波やマルチパス伝搬等の種々の要因によって通信波に妨害波が混じり、通信波の品質が劣化することが知られている。このような背景から、近年、受信装置にアダプティブアレイアンテナを設けて通信波の品質向上を図る技術に関する研究が盛んに行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
上記アダプティブアレイアンテナは、具体的には図７に示すように構成され、Ｎ本（図７に示す例では４本）のアンテナ素子５１から成るアレイアンテナ部５２と、アンテナ素子５１毎に設けられた、ＲＦフロントエンド部５３，周波数変換器５４，及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部５５と、各Ａ／Ｄ変換部５５からのデジタル信号が入力されるデジタル信号処理部５６とを備える。そして、このように構成されたアダプティブアレイアンテナでは、各アンテナ素子５１が受信した信号に対し、フィルタリング処理，レベル調整処理，周波数変換処理，Ａ／Ｄ変換処理，及び所定の制御アルゴリズムに基づいた重み付け合成処理を施すことにより、妨害波が混ざった通信波から所望波のみを抽出し、通信波の品質を向上させることを可能にしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３６４５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来までのアダプティブアレイアンテナは、複数設けられているアンテナ素子毎に、ＲＦフロントエンド部，周波数変換器，及びＡ／Ｄ変換部を設ける構成となっているために、一般的な受信装置と比較して、受信装置の規模が大きくなる上に、価格が高価になる。また、受信装置内に実装される素子数が多くなることから、受信装置の消費電力が大きくなる。このような背景から、例えば携帯電話機や自動車電話等、受信装置の小型化、軽量化、低消費電力化が要求される携帯型通信端末装置にアダプティブアレイアンテナを利用した受信装置を設けることは、現在までの所、技術的に非常に困難となっている。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型、安価、且つ、消費電力が低い、アダプティブアレイアンテナを備えた受信装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る受信装置の特徴は、複数のアンテナ素子を有し、各アンテナ素子の出力信号を重み付け合成することにより所望の信号を抽出する受信装置であって、直交符号を生成する少なくとも二つの直交符号生成部と、出力信号の少なくとも二つの位相反転パターンが互いに直交するように、直交符号を用いて出力信号に対し位相反転処理を施す位相反転部と、位相反転処理された信号を合成する合成回路と、合成信号に対し周波数変換処理を施し出力する周波数変換部とを備えることにある。
【０００８】
すなわち、本発明に係る受信装置は、位相反転部が、直交符号生成部が生成した直交符号を利用して、位相反転パターンが互いに直交するようにアンテナ素子が受信した信号を位相反転する。そして、合成回路が、互いに直交するように位相反転された信号を合成することにより、周波数変換部に入力される信号の数をアンテナ素子の数よりも少なくする。これにより、アンテナ素子毎に受信装置内に周波数変換部を設ける必要がなくなり、受信装置を小型且つ安価に構成することができる。また、受信装置内の素子数を減らすことができるので、受信装置の消費電力を低減することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１０】
〔第１の実施形態〕
［受信装置の構成］
始めに、図１を参照して、本発明の第１の実施形態となる受信装置の構成について説明する。
【００１１】
本発明の第１の実施形態となる受信装置１は、図１に示すように、４本のアンテナ素子２ａ〜２ｄにより構成されるアレイアンテナ部３と、アンテナ素子２ａ〜２ｄ毎に設けられた位相反転器４ａ〜４ｄと、位相反転器４ａ，４ｃ及び４ｂ，４ｄにそれぞれ接続された直交符号生成器５ａ，５ｂと、位相反転器４ａ，４ｂ及び４ｃ，４ｄにそれぞれ接続された合成回路６ａ，６ｂとを備える。
【００１２】
また、上記受信装置１は、上記合成回路６ａ，６ｂにそれぞれ接続されたＲＦフロントエンド部７ａ，７ｂと、ＲＦフロントエンド部７ａ，７ｂにそれぞれ接続された周波数変換器８ａ，８ｂと、周波数変換器８ａ，８ｂにそれぞれ接続されたアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部９ａ，９ｂと、Ａ／Ｄ変換部９ａに接続された位相反転器１０ａ，１０ｂと、Ａ／Ｄ変換部９ｂに接続された位相反転器１０ｃ，１０ｄと、位相反転器１０ａ〜１０ｄに接続されたデジタル信号処理部１１とを備え、上記位相反転器１０ａ，１０ｃ及び１０ｂ，１０ｄはそれぞれ、上記直交符号生成器５ａ，５ｂと接続されている。
【００１３】
上記位相反転器４ａ〜４ｄ及び１０ａ〜１０ｄは、例えば図２に示すようなダブルバランストミキサ回路により構成される。そして、各位相反転器は、直交符号生成器５ａ，５ｂが生成した直交符号を用いて入力信号に対し位相反転処理を施し、位相反転された入力信号を出力する。なお、位相反転器が図２に示すダブルバランストミキサ回路により構成される場合には、入力端子ＩＮ１及びＩＮ２にそれぞれ信号及び直交符号が入力され、出力端子ＯＵＴから位相反転された信号が出力される。
【００１４】
上記直交符号生成器５ａ，５ｂは、使用する符号数Ｍ以上の符号長Ｋを有する直交符号を生成し、生成した直交符号を位相反転器４ａ〜４ｄ及び１０ａ〜１０ｄに出力する。具体的には、この実施形態では、直交符号生成器５ａは、直交符号列１：｛１，１｝を生成し、生成した直交符号列を位相反転器４ａ，４ｃ，１０ａ，１０ｃに出力する。一方、直交符号器５ｂは、直交符号列２：｛１，−１（−１は反転符号を表す）｝を生成し、生成した直交符号列２を位相反転器４ｂ，４ｄ，１０ｂ，１０ｄに出力する。なお、通信処理を行う際のシンボル周期がＴｓである時、生成する直交符号列の周期はＴｓ／Ｍ以下とする。但し、直交符号列の周期がシンボル周期Ｔｓより短くなると、シンボルレートが増加し、使用帯域が拡大するので、後段のＡ／Ｄ変換部９ａ，９ｂのサンプリング周波数やフィルタ処理には注意を要する。
【００１５】
上記デジタル信号処理部１１は、積分回路１１ａ〜１１ｄと信号処理部１１ｅとを備える。このデジタル信号処理部１１では、積分回路１１ａ〜１１ｄが、位相反転器１０ａ〜１０ｄの各出力信号をシンボル時間に渡って積分することにより、Ａ／Ｄ変換部９ａ，９ｂから出力された信号の中から各アンテナ素子２ａ〜２ｄが受信した信号を分離する。そして、信号処理部１１ｅが、各アンテナ素子２ａ〜２ｄの受信信号を用いて所定の重み付け合成処理を施すことにより受信信号の中から所望の信号を抽出する。なお、信号の抽出方法は既知のものを利用することとし、例えば、平均自乗誤差を利用したＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎＳｑｕａｒｅＥｒｒｏｒ）アルゴリズムや定包絡線基準によるアルゴリズム（ＣｏｎｓｔａｎｔＭｏｄｕｌｕｓＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）、出力電力最小基準アルゴリズム等のアルゴリズムを利用して信号を抽出するとよい。
【００１６】
なお、この第１の実施形態の受信装置１は４本のアンテナ素子２ａ〜２ｄにより構成されているが、本発明に係る受信装置ではアンテナ素子の本数は４本に限られることはないことを言及しておく。
【００１７】
［受信装置の動作］
次に、本発明の第１の実施形態となる受信装置１の動作について説明する。
【００１８】
本発明の第１の実施形態となる受信装置１では、各アンテナ素子２ａ〜２ｄにおいて信号が受信されると、各位相反転器４ａ〜４ｄが、直交符号生成器５ａ，５ｂが生成した直交符号を用いて位相反転パターンが互いに直交するように各受信信号を位相反転し、位相反転した受信信号を各合成回路６ａ，６ｂに出力する。なお、既に述べた通り、この実施の形態では、直交符号生成器５ａは位相反転器４ａ，４ｃに直交符号列１：｛１，１｝を出力するので、位相反転器４ａ，４ｃに入力された受信信号は実質的に位相反転されないこととなり、これにより、アンテナ素子の出力信号を分離、復元するために必要となる素子数の増加を最小限に抑えることができる。
【００１９】
合成回路６ａ，６ｂは、位相反転器４ａ〜４ｄから位相反転された受信信号が入力されると、入力された２つの受信信号の排他的論理和を求めることにより位相反転された受信信号を合成し、合成した受信信号（合成信号）をＲＦフロントエンド部７ａ，７ｂに出力する。そして、ＲＦフロントエンド部７ａ，７ｂは、フィルタリング処理及びレベル調整処理を施した後、合成信号を周波数変換器８ａ，８ｂに出力する。
【００２０】
周波数変換器８ａ，８ｂは、ＲＦフロントエンド部７ａ，７ｂからフィルタリング処理及びレベル調整処理された合成信号が入力されると、合成信号を中間周波数（ＩＦ）信号若しくはベースバンド信号に周波数変換し、周波数変換された信号をＡ／Ｄ変換部９ａ，９ｂに出力する。なお、入力信号をＩＦ信号に変換した場合には、周波数変換器８ａ，８ｂは、フィルタリング処理及びレベル調整処理を行った後、ＩＦ信号に対して再度周波数変換を施すことにより、ＩＦ信号をベースバンド信号に変換した状態でＡ／Ｄ変換部９ａ，９ｂに出力してもよい。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換部９ａ，９ｂは、周波数変換器８ａ，８ｂから周波数変換された合成信号が入力されると、合成信号に対しアナログ／デジタル変換処理を施し、デジタル変換処理された合成信号を位相反転器１０ａ〜１０ｄに出力する。なお、周波数変換器８ａ，８ｂからベースバンド信号が入力された場合には、Ａ／Ｄ変換部９ａ，９ｂは、必要に応じてフィルタリング処理及びレベル調整処理を行った後、合成信号に対しアナログ／デジタル変換処理を施す。
【００２２】
各位相反転器１０ａ〜１０ｄは、Ａ／Ｄ変換部９ａ，９ｂからデジタル変換された合成信号が入力されると、直交符号生成器５ａ，５ｂが生成した直交符号を用いて合成信号に対し位相反転処理（再反転処理）を施し、再反転処理された信号をデジタル信号処理部１１に出力する。そして、積分回路１１ａが、合成信号をシンボル時間に渡って積分することにより、合成信号の中から各アンテナ素子２ａ〜２ｄの受信信号を分離し、信号処理部１１ｅが、各アンテナ素子２ａ〜２ｄの出力信号を用いて所定の重み付け合成処理を施すことにより受信信号の中から所望の信号を抽出する。
【００２３】
なお、上記受信装置の動作において、受信信号に直交符号を掛け合わせるタイミングを合わせるために、位相反転器４ａ〜４ｄによる位相反転処理、位相反転器１０ａ〜１０ｄによる再反転処理、及びデジタル信号処理部１１による積分処理を実行するタイミングを同期させるものとする。
【００２４】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる受信装置によれば、位相反転器４ａ，４ｂ（４ｃ，４ｄ）がそれぞれ、直交符号生成器５ａ及び５ｂが生成した直交符号を利用して、位相反転パターンが互いに直交するようにアンテナ素子２ａ（２ｃ）とアンテナ素子２ｂ（２ｄ）において受信した信号を位相反転し、合成回路６ａ（６ｂ）が、位相反転した信号を合成してＲＦフロントエンド部７ａ（７ｂ）に出力する。このような構成によれば、ＲＦフロンドエンド部に入力される信号の数をアンテナ素子の数よりも少なくすることができるので、アンテナ素子毎にＲＦフロントエンド部、周波数変換器、及びＡ／Ｄ変換部を設ける必要がなくなり、受信装置を小型且つ安価に構成することができる。また、受信装置内の素子数を減らすことができるので、受信装置の消費電力を低減することもできる。
【００２５】
〔第２の実施形態〕
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態となる受信装置の構成について説明する。
【００２６】
本発明の第２の実施形態となる受信装置２１は、図３に示すように、位相反転器４ａ〜４ｄ毎に直交符号生成器５ａ〜５ｄを設け、位相反転器４ａ〜４ｄの出力を１つの合成回路６で合成することにより、ＲＦフロントエンド部、周波数変換器、及びＡ／Ｄ変換部を１系統（ＲＦフロントエンド部７、周波数変換器８、及びＡ／Ｄ変換部９）にした点が第１の実施形態の受信装置と異なる。なお、受信装置内のその他の構成、及び各構成要素の動作は、第１の実施形態の受信装置のそれと同じであるので、ここではその説明は省略する。
【００２７】
この第２の実施形態の受信装置２１によれば、ＲＦフロントエンド部、周波数変換器、Ａ／Ｄ変換部の数を１系統にすることにより、受信装置内の素子数をより多く削減することができるので、第１の実施形態の受信装置１と比較して、受信装置をより小型且つ安価に構成することができると共に、受信装置の消費電力をより低減させることができる。但し、本発明の第２の実施形態となる受信装置２１の場合には、直交符号生成器の数（＝生成される直交符号の数）が増加することによって、シンボルレートの増加、及び使用帯域の拡大が生じるので、後段のＡ／Ｄ変換部９のサンプリング周波数やフィルタ処理には注意を要する。
【００２８】
〔第３の実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態となる受信装置の構成について説明する。
【００２９】
本発明の第３の実施形態となる受信装置３１は、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換部９ａ〜９ｄが積分回路１１ａ〜１１ｄの出力端側に配置され、受信信号をデジタル変換する前に積分回路１１ａ〜１１ｄが各アンテナ素子の信号を分離する点が第１の実施形態の受信装置１と異なる。
【００３０】
この第３の実施形態の受信装置３１によれば、アンテナ素子の数分だけ受信装置内にＡ／Ｄ変換部を設けなければならなくなるが、デジタル変換する前に各アンテナ素子の信号を分離することによって、第１の実施形態の受信装置１と比較して、Ａ／Ｄ変換部において処理される信号の速度を遅くし、Ａ／Ｄ変換部のサンプリング速度を低減させることができるので、安価なＡ／Ｄ変換部を利用して受信装置をより安価に構成することができる。
【００３１】
〔応用例〕
最後に、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）システム等、拡散処理及び逆拡散処理を行う通信システムは、通常、逆拡散処理として再反転処理及び積分処理を行うので、本発明の実施形態となる受信装置は、大きな設計変更を強いることなく、上記通信システムに容易に適用することができる。
【００３２】
ここで、図５を参照して、本発明の実施の形態となる受信装置を上記通信システムに適用する場合の構成例について説明する。図５に示す例では、位相反転器１２ａ，１２ｂが、直交符号生成器５により生成された直交符号を用いて拡散符号生成器１３により生成された拡散符号を位相反転し、位相反転された拡散符号を用いて再反転処理及び積分処理を含む逆拡散処理を実行する。
【００３３】
このような構成によれば、既存の通信システムに対する変更を最小限に抑えて、本発明の実施形態となる受信装置を通信システムに適用することができる。なお、位相反転器１２ａ，１２ｂにおける位相反転処理に伴うシンボルレートの増加及び使用帯域の拡大を防ぐために、拡散符号のシンボルレートは直交符号のシンボルレートよりも大きくすることが望ましい。
【００３４】
〔その他の実施形態〕
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態の構成及び動作について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。
【００３５】
例えば、上記実施形態では、位相反転器として図２に示すようなダブルバランストミキサ回路を例示したが、図６（ａ）に示すような構成の位相反転器を利用して位相反転処理を行ってもよい。すなわち、図６に示す位相反転器は、位相反転器１４ａ，１４ｂと、レベル変換部１５ａ，１５ｂと、スイッチ１６ａ，１６ｂとにより構成されている。そして、この位相反転器では、レベル変換部１５ａ，１５ｂが、直交符号生成器５が生成した直交符号列に応じてスイッチ１６ａ，１６ｂを制御して位相反転器１４ａ，１４ｂの接続／非接続を切り換えることにより、位相反転された信号と位相反転処理されていない信号とを出力する。
【００３６】
ここで、上記位相反転器１４ａ，１４ｂは、例えば図６（ｂ）に示すようなλｇ／２（λｇ＝λ０／√εｒ：εｒは実効誘電率を示す）の伝搬経路を有するマイクロストリップラインやＬＣから成る位相反転器を用いることが望ましい。なお、上記位相反転器では、位相反転器１４ａ，１４ｂによって位相反転されない場合の信号の伝搬長Ｌは、伝搬中に信号が位相反転しない程度の短さとなっている。また、上記スイッチ１６ａ，１６ｂは、オフ（位相反転器非接続）時に十分高いインピーダンスを有し、各アンテナ素子の信号を容易に分離することができるように、オン（位相反転器接続）側のポートとのアイソレーションを十分に取る必要がある。
【００３７】
このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることを付け加えておく。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、アダプティブアレイアンテナを備えた受信装置を小型、安価に構成することができる。
【００３９】
また、本発明によれば、アダプティブアレイアンテナを備えた受信装置の消費電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態となる受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す位相反転器の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態となる受信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態となる受信装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態の受信装置を通信システムに適用する場合の受信装置の構成例を示す図である。
【図６】図１に示す位相反転器の他の構成例を示す図である。
【図７】従来までの受信装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ａ〜２ｄ…アンテナ素子、３…アレイアンテナ部、４ａ〜４ｄ…位相反転器、５，５ａ〜５ｄ…直交符号生成器、６，６ａ，６ｂ…合成回路、７，７ａ，７ｂ…ＲＦフロントエンド部、８，８ａ，８ｂ…周波数変換器、９，９ａ〜９ｄ…アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部、１０ａ〜１０ｄ…位相反転器、１１…デジタル信号処理部、１１ａ〜１１ｄ…積分回路、１１ｅ…信号処理部、１２…位相反転器、１３…拡散符号生成器、１４ａ，１４ｂ…位相反転器、１５ａ，１５ｂ…レベル変換部、１６ａ，１６ｂ…スイッチ

Claims

複数のアンテナ素子を有し、各アンテナ素子の出力信号を重み付け合成することにより所望の信号を抽出する受信装置であって、
直交符号を生成する少なくとも二つの直交符号生成部と、
上記出力信号の少なくとも二つの位相反転パターンが互いに直交するように、上記直交符号を用いて出力信号に対し位相反転処理を施す位相反転部と、
位相反転処理された信号を合成する合成回路と、
合成信号に対し周波数変換処理を施し出力する周波数変換部と
を備える受信装置。
請求項１に記載の受信装置であって、
上記直交符号生成部は上記アンテナ素子毎に設けられていること
を特徴とする受信装置。
請求項１に記載の受信装置であって、
上記直交符号を用いて上記周波数変換部が出力した信号に対し位相反転処理を施し、上記合成信号から各アンテナ素子が受信した信号を分離する分離部と、
上記分離された信号をデジタル変換するデジタル変換部とを備えること
を特徴とする受信装置。
請求項１に記載の受信装置であって、
拡散符号を生成する拡散符号生成部と、
上記直交符号を用いて上記拡散符号を位相反転処理を施す位相反転部と、
上記位相反転処理された拡散符号を用いて逆拡散処理を行う逆拡散処理部とを備えること
を特徴とする受信装置。