JP2004343269A - ダイバーシチ受信機及びダイバーシチ制御方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】受信専用アンテナの後段に増幅器を挿入し受信信号レベルを高くした場合に、増幅器を挿入したことの効果を最大限に生かしつつ、ＲＳＳＩの大きさの比較によるダイバーシチ制御を行っても、受信感度を考慮したアンテナ選択が可能なダイバーシチ受信機を得る。
【解決手段】受信専用アンテナ３の受信信号レベルを高くする目的で増幅器１を挿入した場合でも、増幅器１を設けない場合と比較し、小さくなったＣＮＲの値だけＲＳＳＩを低くする操作を行うためのオフセット回路２を設けることで、ＲＳＳＩの大きさの比較によるアンテナ選択を行っても、受信感度を考慮したダイバーシチ制御が可能となる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイバーシチ受信機及びダイバーシチ制御方法並びにプログラムに関し、特に移動体通信装置に用いて好適なダイバーシチ受信機におけるダイバーシチ制御方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機などの移動体通信装置では、建物、地形などの反射、回折によりフェージングが生じる。このフェージング対策として、送受信兼用のアンテナの他に、受信専用のアンテナを設けて、必要に応じてこれら２つのアンテナを切替え制御する方式のダイバーシチ受信機を用いることが知られている。
【０００３】
また、近年の携帯電話機の小型化に伴い、内蔵型とすることが多い受信専用アンテナは、アンテナ自身の小型化や周囲部品の影響によって、特性が劣化する傾向にある。この受信専用アンテナの特性改善の方法として、受信専用アンテナとアンテナ切換スイッチとの間に増幅器を挿入することが考えられている。しかし、増幅器を挿入した場合、一般的に用いられている、受信信号強度（ＲＳＳＩ）の大きさの比較によるダイバーシチ受信機を構成すると、搬送波対雑音電力比（ＣＮＲ）が小さいアンテナを選択する場合がある。
【０００４】
例えば、いま、携帯電話機が置かれた場所に置いたダイポールアンテナの受信レベルが１０ｄＢμであり、送受信アンテナの利得が−５ｄＢ、受信専用アンテナの利得が−１０ｄＢ、増幅器の利得が１０ｄＢ、雑音指数が１．５ｄＢであったとする。このような条件で、ダイバーシチ制御回路に入力される受信信号強度であるＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ）の大きさを考える。受信処理回路の特性を無視すると、このＲＳＳＩの大きさは、送受信アンテナでは＋５ｄＢμ、受信専用アンテナでは＋１０ｄＢμとなる。従って、ＲＳＳＩの大きさの比較によるダイバーシチ制御を行うと、受信専用アンテナを選択することになる。
【０００５】
次に、受信感度について考える。先ず、雑音レベルに着目すると、帯域幅が２１ｋＨｚの受信機の場合、送受信アンテナでは、熱雑音による雑音になるので、雑音レベルは約−１８ｄＢμとなる。一方、受信専用アンテナでは、増幅器の利得により雑音レベルが高くなることと、増幅器内部で発生する雑音により、雑音レベルは約０ｄＢμとなる。その結果、搬送波対雑音電力比であるＣＮＲ（Ｃａｒｉｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ ）は、送受信アンテナでは２３ｄＢ、受信専用アンテナでは１０ｄＢとなる。
【０００６】
ＣＮＲの大きいほうが誤り率は良いので、この場合は、送受信アンテナを選択したほうが良い。このように、増幅器を設けたときに、ＲＳＳＩの大きさの比較によるアンテナ選択を行うと、ＣＮＲの小さいアンテナを選択することで誤り率の劣化が起こり、ダイバーシチ利得が小さくなることがある。
【０００７】
この問題を解決したダイバーシチ受信機の構成として、例えば、図９に示すような技術を用いた携帯電話機のダイバーシチ受信機がある（特許文献１参照）。図９において、携帯電話機は、送受信アンテナ４と受信専用アンテナ３の２つのアンテナと、受信専用アンテナ３の後ろに設けられた増幅器１と、アンテナ切換スイッチ５と、受信処理回路６と、復調回路８と、ダイバーシチ制御回路９とにより構成されている。受信処理回路６の内部には、２つのレベル検出器７ａ，７ｂが設けられている。
【０００８】
ここで用いられている時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式の受信機の場合、ダイバーシチ受信機の動作は次のようになっている。先ず、ダイバーシチ制御回路９が受信タイミングの直前に、アンテナ切換スイッチ５と受信処理回路６にアンテナ選択信号を送る。このアンテナ選択信号に従って、送受信アンテナ４を受信処理回路６に接続させた場合、受信処理回路６内のレベル検出器７ａを選択し、受信専用アンテナ３を受信処理回路６に接続させた場合、受信処理回路６内のレベル検出器７ｂを選択するように制御している。
【０００９】
受信処理回路７内のレベル検出器７ａ，７ｂは、受信信号レベルに応じたＲＳＳＩをダイバーシチ制御回路９に出力する。レベル検出器７ａは送受信アンテナ４の選択時に使用され、受信信号レベルを通常のレベルで検出し、ＲＳＳＩを出力する。レベル検出器７ｂは受信専用アンテナ３の選択時に使用され、受信信号レベルを増幅器１の利得分低くしたレベルで検出し、ＲＳＳＩを出力する。ダイバーシチ制御回路９は２つのＲＳＳＩの大きさを比較して、ＲＳＳＩの高いほうのアンテナを受信処理回路６に接続するように制御する。
【００１０】
この結果、受信動作中は、常に、受信レベルの高いアンテナの受信信号が、受信処理回路６を介して、復調回路８に入力され、原信号が復元されるようになっている。このように、レベル検出に差を設け、増幅器１が挿入された受信専用アンテナ３を選択しにくくすることで、受信感度が劣化することを防止しているのである。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１１１４６６号公報（第３〜４頁、図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示すように、受信専用アンテナ３の後段に増幅器１を挿入した場合、単純にＲＳＳＩの大きさの比較によるダイバーシチ選択を行うことができない。そのため、従来の技術では、増幅器１を挿入した受信専用アンテナ４を選択した場合、受信処理回路６内のレベル検出器の検出レベルを増幅器１の利得分低くしている。
【００１３】
しかし、この方法では、増幅器１を挿入し、受信信号レベルを高くしたことの効果を十分に得ることができない。また、受信専用アンテナ３の検出レベルを低くしているので、ＲＳＳＩも低く、ダイバーシチ制御を行っても、送受信アンテナ４を選択することが多くなり、ダイバーシチ受信機を構成することの効果があまり期待できない。
【００１４】
そこで、本発明は、受信専用アンテナの後段に増幅器を挿入し受信信号レベルを高くした場合に、増幅器を挿入したことの効果を最大限に生かしつつ、ＲＳＳＩの大きさの比較によるダイバーシチ制御を行っても、受信感度を考慮したアンテナ選択が可能なダイバーシチ受信機及びダイバーシチ制御方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、送受信兼用アンテナと受信専用アンテナとを有し、これらアンテナからの受信信号強度に基づき一方のアンテナを選択するようにしたダイバーシチ受信機であつて、前記受信専用アンテナの受信信号を増幅する増幅器と、前記送受信兼用アンテナの受信信号強度及び前記増幅器を経た受信信号強度を、択一的に検出する検出手段と、前記検出手段の出力にオフセット制御をなすオフセット手段と、このオフセット手段の出力に基づいて前記一方のアンテナを選択する手段とを含むことを特徴する。
【００１６】
本発明によるダイバーシチ制御方法は、送受信兼用アンテナと、受信専用アンテナと、前記受信専用アンテナの出力を増幅する増幅器とを有し、これらアンテナからの受信信号強度に基づき一方のアンテナを選択するようにしたダイバーシチ受信機におけるダイバーシチ制御方法あつて、前記送受信兼用アンテナの受信信号強度及び前記増幅器を経た受信信号強度を、択一的に検出する検出ステップと、これら検出出力にオフセット制御をなすオフセット制御ステップと、このオフセット制御された出力に基づいて前記一方のアンテナを選択するステップとを含むことを特徴する。
【００１７】
本発明によるプログラムは、送受信兼用アンテナと、受信専用アンテナと、前記受信専用アンテナの出力を増幅する増幅器とを有し、これらアンテナからの受信信号強度に基づき一方のアンテナを選択するようにしたダイバーシチ受信機におけるダイバーシチ制御方法をコンピュータにより実行させるためのプログラムであつて、前記送受信兼用アンテナの受信信号強度及び前記増幅器を経た受信信号強度を、択一的に検出する検出ステップと、これら検出出力にオフセット制御をなすオフセット制御ステップと、このオフセット制御された出力に基づいて前記一方のアンテナを選択するステップとを含むことを特徴する。
【００１８】
本発明の作用を述べる。受信専用アンテナの受信信号レベルを高くする目的で増幅器を挿入した場合でも、増幅器を設けない場合と比較し、小さくなったＣＮＲの値だけＲＳＳＩを低くする操作、すなわちオフセット値の可変制御を行うためのオフセット回路を設けることで、ＲＳＳＩの大きさの比較によるアンテナ選択を行っても、受信感度を考慮したダイバーシチ制御が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施の形態による携帯電話機のダイバーシチ受信機の構成を示すブロック図である。図１に示すダイバーシチ受信機は、送受信兼用のアンテナ（送受信アンテナと称す）４と、受信専用アンテナ３と、アンテナ切換スイッチ５と、受信処理回路６と、復調回路８と、ダイバーシチ制御回路９と、受信専用アンテナ３とアンテナ切換スイッチ５との間に設けられた増幅器１と、受信処理回路６とダイバーシチ制御回路９との間に設けられたオフセット回路２とにより構成されている。
【００２０】
かかる構成において、ダイバーシチ受信機の動作は、次の如くである。ダイバーシチ制御回路９は、受信タイミングの直前にアンテナ切換スイッチ５とオフセット回路２にアンテナ選択信号を送り、アンテナ切換スイッチ５で択一的に選択したアンテナと、オフセット回路２のオフセット値とが同期するように制御するものである。
【００２１】
受信処理回路６内のレベル検出器７は受信信号レベルに基づき受信信号強度であるＲＳＳＩを出力する。オフセット回路２は、アンテナ選択信号に応じて、オフセット値を選択し、受信処理回路６内のレベル検出器７が出力したＲＳＳＩをオフセットの値だけ低くしたＲＳＳＩをダイバーシチ制御回路９へ出力する。ダイバーシチ制御回路９は、２つのオフセット後のＲＳＳＩを比較し、２つのアンテナのうち信号レベルの高いほうのアンテナを受信処理回路６に接続するようにアンテナ切換スイッチを制御する。この結果、受信動作中は、常に、受信レベルの高いほうのアンテナの受信信号が、受信処理回路６を介して、復調回路８に入力され、原信号が復元されることになる。
【００２２】
オフセット回路２のオフセット値には、搬送波対雑音電力比であるＣＮＲの劣化量を用いる。ここでの劣化量とは、増幅器１を設けない場合のＣＮＲ値と、増幅器１を設けた場合のＣＮＲ値の差を指している。例えば、増幅器１を設けない場合のＣＮＲ値が１６ｄＢ、増幅器１を設けた場合のＣＮＲ値が１０ｄＢとすると、ＣＮＲの劣化量、すなわち、オフセット値は６ｄＢとなる。従って、オフセット値は、送受信アンテナ４の選択時には、増幅器１が設けられていないためゼロとなり、受信専用アンテナ３の選択時には、増幅器１が設けられているのでＣＮＲの劣化量となる。
【００２３】
図２はオフセット量とダイバーシチ利得との関係を示した特性図である。ここでは、実際のＣＮＲの劣化量が６ｄＢであるものを用いて、オフセット値を変化させたときのダイバーシチ利得の変化の様子を示している。図２によると、オフセット量を変化させた時、オフセット量が６ｄＢ付近で、ダイバーシチ利得がピークになっていることが確認できる。従って、最適なオフセット量は、ＣＮＲの劣化量と等しい値であるといえる。
【００２４】
次に、オフセット回路２の挿入の効果について説明する。図３は、増幅器１を挿入し、受信専用アンテナ３の受信信号レベルを高くした状態で、図１のオフセット回路２の挿入を行わない場合の構成を示すブロック図である。図３に示す構成によるダイバーシチ受信機の特性を図４に示す。
【００２５】
ここで用いる特性図は、携帯電話機が置かれた場所に置いたダイポールアンテナの受信レベルと誤り率の関係を示した図である。一般に、誤り率が１％のときのレベルを感度点として定義しているので、誤り率が１％となる時の受信レベルの比較により、特性の比較を行なう。
【００２６】
図４によると、ダイバーシチ動作後の特性４３は、送受信アンテナ４の特性４１と比較し、受信レベルが高い時に感度点になっていることが分かる。これは、ダイバーシチ動作を行うと、増幅器１の効果で、受信専用アンテナ３の受信信号レベルが高くなるので、ダイバーシチ制御回路９では受信専用アンテナ３を選択することが多くなる。しかし、選択した受信専用アンテナ３は、増幅器１の挿入により信号レベルと共に雑音レベルも高くなり、その影響でＣＮＲの劣化が起こり、受信感度は悪くなっている。この結果、ダイバーシチ利得がマイナスになることを示している。
【００２７】
これは、増幅器１を挿入し受信信号レベルを高くした場合に、単純にＲＳＳＩの大きさの比較によるダイバーシチ制御を行うと、ダイバーシチ受信機の効果が得られず、ダイバーシチ動作後の受信感度が悪くなってしまうことを示している。なお、図４において、特性４２は受信専用アンテナのものである。
【００２８】
これに対して図５は、図１に示す本発明の第一の実施の形態に示す構成において、増幅器１と共に、オフセット回路２を挿入し、オフセット回路２でレベル検出器７からのＲＳＳＩを、ＣＮＲの劣化量分低くするオフセットを行った場合の特性を示している。図５によると、ダイバーシチ動作後の特性４３が、送受信アンテナ４の特性４１と比較し、低い受信レベルで感度点になっていることが分かる。これは、ダイバーシチ制御を行うことで、受信レベルの高いほうのアンテナが選択されるので、ダイバーシチ受信機の効果が得られ、ダイバーシチ利得がプラスになっていることを示している。
【００２９】
このように、受信信号レベルを高くする目的で増幅器１を挿入した場合でも、増幅器１と共にオフセット回路２を設けることで、ＲＳＳＩをＣＮＲの劣化量分低くするオフセットを行えば、ＲＳＳＩの大きさの比較によるアンテナ選択を行っても、受信感度を考慮したダイバーシチ受信機が構成できる。
【００３０】
次に、図６は、本発明の第二の実施の形態を示すブロック図であり、図１と同等部分は同一符号により示している。本実施の形態のダイバーシチ受信機は、オフセット回路２のオフセット値の判断にアンテナ選択信号と共に周波数信号を用いることを特徴としている。その他のダイバーシチ受信機の構成については、図１の第一の実施の形態と同様の構成になっている。
【００３１】
かかる構成において、オフセット回路２は、ダイバーシチ制御回路９のアンテナ選択信号と周波数信号の２つの信号により、周波数チャンネル毎にオフセット値を変化させて、レベル検出器７からのＲＳＳＩを最適なオフセット値だけ低くする操作を行っている。この結果、細かくオフセット値を変化させることができ、よってチャンネル毎に最大のダイバーシチ利得が得られる。ダイバーシチ制御回路９では、図１の第一の実施の形態と同様に、オフセット後のＲＳＳＩの大きさの比較によりアンテナ選択を行っているので、受信感度を考慮したダイバーシチ受信機を得ることができる。
【００３２】
また、第一及び第二の実施の形態では、オフセット回路２のオフセット値にＣＮＲの差を用いていたが、ＲＳＳＩ表示の機能を有する受信機においては、感度点のＲＳＳＩ表示の差をオフセット値として用いることができる。これは、増幅器１が設けられた受信専用アンテナ３の感度点のＲＳＳＩ表示の値と、増幅器１を設けていない送受信アンテナ４の感度点のＲＳＳＩ表示の値との差を、オフセット回路２のオフセット値に設定することを意味している。
【００３３】
この方法でも、第一及び第二の実施の形態と同じダイバーシチ受信機が構成できるので、ＲＳＳＩの大きさの比較によるアンテナ選択を行っても、受信感度を考慮したダイバーシチ受信機を得ることができる。
【００３４】
また、第一及び第二の実施の形態では、オフセット回路２を設けてＲＳＳＩのオフセット制御を行っているが、ソフトウェアを用いて、ＣＮＲのオフセット制御をソフトウェア内で処理することでも、同様の効果が期待できる。例えば、ダイバーシチ制御回路９で、ＲＳＳＩの大きさを比較するソフトウェア内に、ＣＮＲの劣化量分低くするオフセットを含める方法や、受信処理回路６内のレベル検出器７の検出レベルをソフトウェアで操作し、ＣＮＲの劣化量分低くするオフセットを行う方法が考えられる。
【００３５】
図７はこのようなソフトウェアによる制御をなす場合の本発明の第三の実施の形態の構成図である。図７において、図１と同等部分は同一符号により示している。図７を参照すると、図１のダイバーシチ制御回路９を、ソフトウェアにて動作するコンピュータであるＣＰＵ２０で構成し、ダイバーシチ制御を行うようにしている。なお、２１はメモリであり、ＣＰＵ２０のための作業用メモリであるとともに、ＣＰＵ２０を動作させるためのプログラムを格納したメモリでもある。
【００３６】
図８はこのＣＰＵ２０の動作手順を示すフローチャートである。先ず、送受信アンテナ４を選択するようスイッチ５を制御する（ステップＳ１）。そして、そのときのＲＳＳＩをレベル検出器７の出力により検出してメモリへ記憶する（ステップＳ２）。次に、受信専用アンテナ３を選択するようスイッチ５を制御し（ステップＳ３）、同様にレベル検出器７の出力により、ＲＳＳＩを検出する（ステップＳ４）。この検出されたＲＳＳＩからオフセット値を減算してメモリへ記憶する（ステップＳ５）。しかる後に、メモリに記憶されたデータを比較して（ステップＳ６）、この比較結果に従ってアンテナの選択を行うのである（ステップＳ７）。
【００３７】
なお、この第三の実施の形態においても、図６に示した第二の実施の形態における周波数信号１０を考慮したオフセット制御をなすこともできることは明白である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信専用アンテナの受信信号レベルを高くする目的で増幅器を挿入した場合でも、増幅器を設けない場合と比較し、小さくなったＣＮＲの値だけＲＳＳＩを低くする操作を行うためのオフセット回路を設けることで、ＲＳＳＩの大きさの比較によるアンテナ選択を行っても、受信感度を考慮したダイバーシチ制御が可能なダイバーシチ受信機を構成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による携帯電話機のダイバーシチ受信機の構成を示すブロック図である。
【図２】オフセット量とダイバーシチ利得の関係を示す特性図である。
【図３】オフセット回路を挿入しない場合の携帯電話機のダイバーシチ受信機の構成を示すブロック図である。
【図４】オフセット回路を挿入しない場合の受信レベルと誤り率の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による受信レベルと誤り率の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による携帯電話機のダイバーシチ受信機の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第三の実施の形態による携帯電話機のダイバーシチ受信機の構成を示すブロック図である。
【図８】図７のＣＰＵ２０の動作を示すフローチャートである。
【図９】従来の携帯電話機のダイバーシチ受信機の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 増幅器
２ オフセット回路
３ 受信専用アンテナ
４ 送受信アンテナ
５ アンテナ切換スイッチ
６ 受信処理回路
７ レベル検出器
８ 復調回路
９ ダイバーシチ制御回路
１０ 周波数信号
２０ ＣＰＵ

Claims (13)

1. 送受信兼用アンテナと受信専用アンテナとを有し、これらアンテナからの受信信号強度に基づき一方のアンテナを選択するようにしたダイバーシチ受信機であつて、
   前記受信専用アンテナの受信信号を増幅する増幅器と、
   前記送受信兼用アンテナの受信信号強度及び前記増幅器を経た受信信号強度を、択一的に検出する検出手段と、
   前記検出手段の出力にオフセット制御をなすオフセット手段と、
   このオフセット手段の出力に基づいて前記一方のアンテナを選択する手段とを含むことを特徴する受信機。
2. 前記オフセット手段は、前記検出手段の択一的検出に同期して前記オフセット制御をなすことを特徴とする請求項１記載の受信機。
3. 前記オフセット手段は、前記増幅器を経た受信信号強度に対して所定オフセット値を減算するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の受信機。
4. 前記オフセット手段は、前記増幅器を設けたときと設けないときの各搬送波対雑音電力比の差を、前記所定オフセット値とすることを特徴とする請求項３記載の受信機。
5. 前記前記オフセット手段は、前記増幅器を設けたときと設けないときの各感度点の受信信号強度の差を、前記所定オフセット値とすることを特徴とする請求項３記載の受信機。
6. 前記オフセット手段は、受信周波数チャネル毎に前記所定オフセット値を制御するようにしたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の受信機。
7. 送受信兼用アンテナと、受信専用アンテナと、前記受信専用アンテナの出力を増幅する増幅器とを有し、これらアンテナからの受信信号強度に基づき一方のアンテナを選択するようにしたダイバーシチ受信機におけるダイバーシチ制御方法あつて、
   前記送受信兼用アンテナの受信信号強度及び前記増幅器を経た受信信号強度を、択一的に検出する検出ステップと、
   これら検出出力にオフセット制御をなすオフセット制御ステップと、
   このオフセット制御された出力に基づいて前記一方のアンテナを選択するステップとを含むことを特徴するダイバーシチ制御方法。
8. 前記オフセット制御ステップは、前記検出ステップにおける択一的検出に同期して前記オフセット制御をなすことを特徴とする請求項７記載のダイバーシチ制御方法。
9. 前記オフセット制御ステップは、前記増幅器を経た受信信号強度に対して所定オフセット値を減算するようにしたことを特徴とする請求項７または８記載のダイバーシチ制御方法。
10. 前記オフセット制御ステップは、前記増幅器を設けたときと設けないときの各搬送波対雑音電力比の差を、前記所定オフセット値とすることを特徴とする請求項９記載のダイバーシチ制御方法。
11. 前記前記オフセット制御ステップは、前記増幅器を設けたときと設けないときの各感度点の受信信号強度の差を、前記所定オフセット値とすることを特徴とする請求項９記載のダイバーシチ制御方法。
12. 前記オフセット制御ステップは、受信周波数チャネル毎に前記所定オフセット値を制御するようにしたことを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載のダイバーシチ制御方法。
13. 送受信兼用アンテナと、受信専用アンテナと、前記受信専用アンテナの出力を増幅する増幅器とを有し、これらアンテナからの受信信号強度に基づき一方のアンテナを選択するようにしたダイバーシチ受信機におけるダイバーシチ制御方法をコンピュータにより実行させるためのプログラムであつて、
    前記送受信兼用アンテナの受信信号強度及び前記増幅器を経た受信信号強度を、択一的に検出する検出ステップと、
    これら検出出力にオフセット制御をなすオフセット制御ステップと、
    このオフセット制御された出力に基づいて前記一方のアンテナを選択するステップとを含むことを特徴するコンピュータ読取り可能なプログラム。

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