JP2004537237A - 選択可能反転および可変ゲインを有する受信ダイバーシチコンバイナ - Google Patents

Abstract

得られる出力結合された信号を最大化するために、選択基準に基づき、受信した信号のいずれかの増幅反転が行われる、ダイバーシチ無線受信器のためのコンバイナ。各ダイバーシチ信号の強度、ならびに、結合された出力信号の強度がモニタリングされる。利得制御エンジンは、より強い信号を、反転されたより弱い信号または反転されていないより弱い信号のいずれかと結合して、結合された出力（得られる）信号強度を最大化する。他の実施形態によると、コンバイナは、増幅調節をさらに行い得、それにより、チャネル内ノイズパワーがまたモニタリングされ、個々のチャネルの信号対ノイズ比が用いられてアンプ利得が調節される。この実施形態において、個々のチャネル信号対ノイズ比と、結合された出力信号の強度とが用いられて、受信した信号を結合する前に、より弱い信号を反転するか否かが判定される。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、ダイバーシチＲＦ受信機の分野にあり、特にこのような受信機で用いられるコンバイナ回路の分野にある。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
携帯電話などの無線通信装置に到着する信号は典型的には波の複雑な混合を含む。いくつかの波は直接送信アンテナから到着し、他の波は静止しているか、または移動している物体から反射されてくる。得られる波形は振幅領域が相殺または補強されたものであり、さらに反射された信号が取る様々な長さの経路に亘る伝搬遅延により時間領域が歪んだものである。これらの振幅および時間の歪みはマルチパスフェーディングと呼ばれ、これは信号の復号化をより困難にする。
【０００３】
データシステムにおいて、このような相殺は所望のビットストリームの一部を消去し得、消去の長さは様々な要因に依存する。前方誤り訂正（ＦＥＣ）はこの消去の問題を解決する一般的な技術である。送信されたデータに冗長な情報が追加されて、元のデータの予想されたレベルの消去と回復が再送信することなく可能になる。ＦＥＣは有用であるが、ビットレートが増加するとさらなる冗長が追加されなければならず、そのことがリターンの低減を引き起こす。冗長はシステムの有効ビットレートを低減させる。
【０００４】
マルチパスフェーディングによって引き起こされる問題に対する別の解決は、２つの独立チャネルを用いることである。これは２つの空間的に別々の受信アンテナを用いること、または２つの直交偏光受信アンテナを用いることにより行われる。ダイバーシチ受信システムは概して３つの異なるクラスの技術のうちの１つを用いて、複数の受信信号を結合する。３つの異なるクラスの技術とは、（ｉ）選択結合：これによると、最も強い信号対ノイズ比を有する信号が選択される（これは適度な監視および制御機能を必要とするが、この結果時間と位相が変位し、これが同期に悪影響を与え得る）、（ｉｉ）最大比率結合：これによると、位相シフタを用いて信号の位相が整合され、自動ゲインコントローラ（ＡＧＣ）を用いて大きさが調整される。その結果、各信号に与えられたゲインが信号の大きさに正比例しノイズパワーに反比例する（これは非常に複雑な監視および制御機能を必要とするが、時間も位相も変位しない）、（ｉｉｉ）平衡ゲイン結合：これによると、位相シフタを用いて信号の位相が整合され、個々の信号の強度とは無関係に、すなわち大きさを調整することなく、全信号が平衡ゲインで組み合わされる（これは複雑な監視および制御機能を必要とするが、時間も位相も変位しない）。
【０００５】
さらに公知であるのは復調後平衡ゲインコンバイナであり、これは振幅制御も位相制御もせずに（したがって監視および制御機能を必要とせず）、さらに時間も位相も変位させることなく、ダイバーシチを達成する。しかし残念なことに、これは復調後のプロセスを実行するため、復調器を含むすべての受信機フロントエンド回路の重複を必要とする。さらにこの性能は他のコンバイナほど高くはない。
【０００６】
以上３つの復調前コンバイナのうち、最大比率コンバイナが最良の組み合わされたキャリア対ノイズ比を提供し、平衡ゲインコンバイナも最大比率コンバイナとほぼ同等の性能を提供する。選択コンバイナはキャリア対ノイズ比での向上が最も低い。
【０００７】
したがって、空間ダイバーシチ内で最適に信号を結合する有効な手段であって、上記従来のものよりも有効かつこれらほど複雑ではない手段が必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の要旨）
本発明によると、得られる出力信号を最大にするために選択ベースでいずれかの受信信号が反転される、ダイバーシチ無線受信機用コンバイナが提供される。各ダイバーシチ信号の強度および組み合わされた出力信号の強度が監視される。ゲイン制御エンジンは、より強い信号を、反転した、または反転しないより弱い信号と結合して、組み合わされた出力（得られた）信号強度を最大にする。さらに必要に応じてコンバイナは、各受信信号ごとにチャネル内ノイズに基づいて振幅を調整し得、それにより信号強度ならびにチャネル内ノイズパワーおよび個々のチャネルの信号対ノイズ比が増幅器のゲインを調整するために用いられる。
【０００９】
本発明の一局面によると、無線受信機内で複数の受信ダイバーシチ信号を結合してそこから組み合わされた出力信号を生成するコンバイナが提供される。ゲイン制御エンジンは、各受信信号および組み合わされた出力信号の強度を判定するように構成されている。ゲインコントローラは、これらの判定の結果に基づいてゲイン制御エンジンにより制御される。これによりゲインコントローラは、受信信号のうちの最も弱い信号を反転して、このような反転が組み合わされた出力信号の強度を高めるときに他の受信信号と結合する。ゲイン制御エンジンは、最も弱い受信信号が反転される前に、組み合わされた出力信号の強度に関する第１判定を行い、最も弱い受信信号が反転された後に、組み合わされた出力信号の強度に関する第２判定を行う。第２判定の強度が第１判定のそれよりも大きくなった場合、最も弱い受信信号の反転は続けられ、第２判定の強度が第１判定のそれよりも小さくなった場合、最も弱い受信信号の反転は逆転される。第１および第２判定および相対的に弱い信号の反転は、定期的に繰り返されるか、または組み合わされた出力信号の強度が所定量低下したときに行われる。
【００１０】
好適には、ゲイン制御エンジンは、受信信号チャネルのノイズを判定するように構成されており、ゲインコントローラの制御は受信信号に対して判定された信号対ノイズ比に基づいている。これにより各受信信号は、それに対して判定された信号対ノイズ比に比例するゲインにより増幅される。好適な実施形態のゲインコントローラは、各受信信号用に自動ゲインコントローラ（ＡＧＣ）を含み、ゲイン制御エンジンはデジタル信号プロセッサを含む。
【００１１】
本発明の別の局面によると、無線受信機内で複数のダイバーシチ信号を結合してそこから組み合わされた出力信号を生成する方法が提供される。各受信信号および組み合わされた出力信号の強度が判定される。受信信号のゲインは、これらの判定の結果に基づいて制御される。これにより、受信信号のうちの最も弱い信号が反転され、このような反転が組み合わされた出力信号の強度を高めるときに他の受信信号と組み合わされる。最も弱い受信信号が反転される前に、組み合わされた出力信号の強度に関する第１判定が行われ、最も弱い受信信号が反転された後に、組み合わされた出力信号の強度に関する第２判定が行われる。第２判定の強度が第１判定のそれよりも大きくなった場合、最も弱い受信信号の反転は維持され、第２判定の強度が第１判定のよれよりも小さくなった場合、最も弱い受信信号の反転は逆転される。第１および第２判定および相対的に弱い信号の反転は、定期的に繰り返されるか、または組み合わされた出力信号の強度が所定量低下したときに行われる。好適には、受信信号チャネルのノイズもまた判定され、ゲインは、受信信号に対して判定された信号対ノイズ比に基づいても制御される。これにより各受信信号は、それに対して判定された信号対ノイズ比に比例するゲインにより増幅される。
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の前復調選択可能反転コンバイナ回路の第１実施形態を図１に示す。２つの受信ダイバーシチ信号１０、２０は、制御信号６０、７０を生成するデジタル信号処理手段を含むゲイン制御エンジン４０によって処理および解析される。制御信号６０、７０は、自動ゲインコントローラ（ＡＧＣ）２０、３０の形態のゲインコントローラに供給され、受信信号１０、２０を所定の方法で適宜変更する。次いで、ＡＧＣ２０、３０から出力される変更信号８０、９０は、加算器５０によって和をとられ、結合出力信号１００を生成する。結合信号１００は、受信信号１０、２０に適用されるゲインを判定する際に使用するために、ゲイン制御エンジン４０にフィードバックおよび入力される。
【００１４】
ゲイン制御エンジン４０は、プロセッサおよびソフトウェアアルゴリズム（例えば、プログラム化デジタル信号プロセッサ）の形態であり得、また専用ハードウェア実装を使用することが所望される場合は、計算論理回路によって提供され得る。
【００１５】
図２（ａ）および（ｂ）は、受信信号１０、２０がコンバイナ回路によってどのように処理および解析されるかを例示する。図示するように、コンバイナは、選択可能なように、得られる出力信号を最大化するように受信信号のいずれかを振幅反転する。図２（ａ）は、２つの異なるアンテナ（フェーザＡおよびＢ）から受信される信号が加算されて、受信信号のいずれよりも大きな振幅を有する結合された信号（フェーザＣ）を生成する。対称的に、図２（ｂ）は、２つの受信信号（フェーザＡおよびＢ）を単純に加算することによって、入力信号のうちの１つ（フューザＡ）よりも小さな振幅を有する結合された信号（フューザＣ）を生成し得る場合を示す。しかし、２つの入力信号のうちの小さい方（フューザＢ）を反転して、これに対応する選択された反転信号を生成し、そして次いで反転信号および２つの入力信号（フューザＡおよびＢ’’）のうちの大きい方を加算することによって、受信信号のいずれよりも大きな振幅を有する結合された信号（フューザＣ）が生成される。
【００１６】
受信ダイバーシチ信号を結合された方法は、従来のコンバイナよりも有利である。なぜなら、振幅反転回路は位相シフト回路よりも実現が簡単であり、かつまた、このコンバイナのモニタリングおよび制御機能は、位相アラインメントに必要なものよりも実現が簡単だからである。
【００１７】
図１の選択可能反転コンバイナは、各ダイバーシチ信号の強度および結合された出力信号の強度をモニタする。ゲイン制御エンジン４０は、より強い信号を、反転されているかまたは反転されていないより弱い信号と結合して、結合された出力（得られる）信号強度を最大化する。
【００１８】
図３のフローチャートは、図１の無線受信器コンバイナ回路のゲイン制御エンジンによって実行されるステップを例示する。各受信信号１０、２０の強度が判定され、そして図３のフローチャートには明示しないが、そのような判定は、結合された処理の実行中により弱い受信信号が必要に応じて同定されるように規則正しくかつ連続して行われることに留意すべきである。出力結合された信号１００はまた、判定（計測）される。受信信号１０、２０のうちの一方は、他方よりも弱い場合は、反転される（すなわち、−１が乗算され、位相を１８０度増加させる）。次いで、出力信号１００の大きさが再度計測され、そしてその大きさがより弱い受信信号を位相反転する前に得られる計測値よりも強い場合は、位相反転のより弱い受信信号への適用を維持して、反転信号が他方の受信信号に加算されるようにする。しかし、出力信号１００の大きさがより弱い受信信号を位相反転する前に得られる計測値よりも弱いと計測された場合、位相反転を停止し、元のより弱い受信信号を他方の受信信号に加算する。このようなより弱い受信信号の位相反転の維持または停止は、場合によっては、結合された出力信号の強度が所定のしきい値より下へ降下するか、または所定の持続時間が過ぎたかのいずれかの時間まで続けられる。いずれかのそのような状態が発生すると、より弱い信号の位相が反転され、かつ結合された出力信号の強度を再計測し、そして結合された出力信号が最後のそのような計測値よりも弱いかまたは強いかを判定する前記処理の繰り返しサイクルが実行される（図３に示す）。
【００１９】
本発明の前復調選択可能反転／可変ゲインコンバイナ回路の第２実施形態を図４に示す。このコンバイナ回路は、図１を参照して上記したより弱い受信信号に対して選択可能振幅反転処理を実行し、かつ加えて、反転選択処理に寄与する振幅調節を実行する。この実施形態において、コンバイナは、従来の最大比コンバイナと同様の方法で、受信信号の強度およびチャネル内ノイズパワーの両方をモニタし、かつ個々のチャネル信号対ノイズ比を使用して増幅器ゲインを調節する。この実施形態の実施において、個々の増幅器ゲインは、受信信号振幅に比例、かつチャネル内ノイズパワーに対して反比例するようにされる。個々のチャネル信号対ノイズ比＋結合された出力信号の強度を使用して、受信信号を結合する前により弱い信号を作り出すかどうかを判定する。ゲイン制御エンジン４０は、上記のようにより強い信号を反転されているかまたは反転されていないより弱い信号と結合して、結合出力信号強度１００を最大化する。
【００２０】
図５のフローチャートは、図４の無線受信器コンバイナ回路のゲイン制御エンジンによって実行されるステップを例示する。各受信信号１０、２０および各受信信号に関連するチャネル内ノイズの強度を計測する。各受信信号に対するゲイン調節値を、その信号に適用可能な信号対ノイズ比に基づいて、判定し、そして信号に適用する。図５に明示しないが、そのような判定は、結合された処理の実行中により弱い受信信号が必要に応じて同定されるように、かつ現在の（正しい）信号対ノイズ比が増幅器（ＡＧＣ）ゲインを調節するように使用されるように、規則正しくかつ連続して行われることに留意すべきである。
【００２１】
結合された出力信号１００を判定（計測）する。受信信号１０、２０のうちの一方は、他方よりも弱い場合は、反転される（すなわち、−１が乗算され、位相を１８０度増加させる）。次いで、出力信号１００の大きさが再度計測され、そしてその大きさがより弱い受信信号を位相反転する前に得られる計測値よりも強い場合は、位相反転のより弱い受信信号への適用を維持して、反転信号が他方の受信信号に加算されるようにする。しかし、出力信号１００の大きさがより弱い受信信号を位相反転する前に得られる計測値よりも弱いと計測された場合、位相反転を停止し、元のより弱い受信信号を他方の受信信号に加算する。このようなより弱い受信信号の位相反転の維持または停止は、場合によっては、結合された出力信号の強度が所定のしきい値より下へ降下するか、または所定の持続時間が過ぎたかのいずれかの時間まで続けられる。いずれかのそのような状態が発生すると、より弱い信号の位相が反転され、かつ結合された出力信号の強度を再計測し、そして結合された出力信号が最後のそのような計測値よりも弱いかまたは強いかを判定する前記処理の繰り返しサイクルが実行される（図５に示す）。
【００２２】
上記実施形態において利用された個々の電子および処理機能はそれぞれ、当業者に十分に理解される。種々の他の実施形態が代替として当業者に考案され得ることが読者に理解される。通信設計の当業者は、本発明を所定の用途に適切な実施形態に容易に適用し得る。
【００２３】
したがって、本明細書中に例示として示し、かつ記載する特定の実施形態は、添付の特許請求項の範囲によって定義され、発明者に請求される発明の範囲を制限することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明による無線受信機コンバイナの第１実施形態のコンポーネントを示すブロック図である。
【図２ａ】図２ａは、受信信号または受信信号を反転したものに対応するフェーザの追加を示すベクトル図であり、いずれの単独の受信信号よりも強度な信号を生成するために追加された２つの受信ダイバーシチ信号（一方はアンテナ１から、他方はアンテナ２から）に対応するフェーザを示す。
【図２ｂ】図２ｂは、受信信号または受信信号を反転したものに対応するフェーザの追加を示すベクトル図であり、いずれの単独の受信信号よりも強度な信号を生成するための、一方の受信ダイバーシチ信号（アンテナ１から）に対応する１つのフェーザと、他方の受信ダイバーシチ信号（アンテナ２から）の振幅反転信号に対応する別のフェーザとを示す。
【図３】図３は、図１の無線受信機コンバイナのゲイン制御エンジンにより行われる工程のフローチャートである。
【図４】図４は、本発明による無線受信機コンバイナの第２実施形態のコンポーネントを示すブロック図である。
【図５】図５は、図４の無線受信機コンバイナのゲイン制御エンジンにより行われる工程のフローチャートである。

Claims (10)

1. 受信した複数のダイバーシチ信号を無線受信器において結合し、結合された出力信号を生成するコンバイナであって、該コンバイナは、該受信した信号のそれぞれおよび該結合された出力信号の強度を判定し、該判定の結果に基づいて利得コントローラを制御し、それにより、該利得コントローラが該受信した信号のうちの最も弱い信号を、反転によって該結合された出力信号の強度が増大する場合に、他の該受信した信号と結合するために反転するように構成された利得制御エンジンを含む、コンバイナ。
2. 前記利得制御エンジンは、前記受信した最も弱い信号が反転される前に、前記結合された出力信号の強度についての第１判定を行い、該受信した最も弱い信号が反転された後に、該結合された出力信号の強度についての第２判定を行い、該受信した最も弱い信号の反転は、該第２判定の強度が該第１判定の強度よりも増大している場合に継続され、該第２判定の強度が該第１判定の強度よりも低減している場合に反転される、請求項１に記載のコンバイナ。
3. 前記第１および第２判定、ならびに前記より弱い信号の反転は、周期的に、あるいは、前記結合された出力信号の強度が所定の量低減した場合に、繰り返される、請求項２に記載のコンバイナ。
4. 前記利得制御エンジンは、受信した信号チャネルにおけるノイズを判定するように構成され、前記利得コントローラの制御はまた、該受信した信号に対して判定された信号対ノイズ比に基づき、それにより、該受信した信号のそれぞれは、そのために判定された信号対ノイズ比に比例する利得によって増幅される、請求項３に記載のコンバイナ。
5. 前記利得コントローラは、前記受信した信号のそれぞれについて、自動利得コントローラ（ＡＧＣ）を含む、請求項４に記載のコンバイナ。
6. 前記利得制御エンジンは、デジタル信号プロセッサを含む、請求項５に記載のコンバイナ。
7. 受信した複数のダイバーシチ信号を無線受信器において結合し、結合された出力信号を生成する方法であって、該方法は、該受信した信号のそれぞれおよび結合された出力信号の強度を判定する工程と、該判定の結果に基づいて該受信した信号の利得を制御する工程であって、それにより、該受信した信号のうちの最も弱い信号が、反転によって該結合された出力信号の強度が増大する場合に、他の該受信した信号と結合するために反転される、工程とを包含する、方法。
8. 前記受信した最も弱い信号が反転される前に、前記結合された出力信号の強度についての第１判定を行い、該受信した最も弱い信号が反転された後に、該結合された出力信号の強度についての第２判定を行う工程と、該受信した最も弱い信号の反転を、該第２判定の強度が該第１判定の強度よりも増大している場合に継続し、該第２判定の強度が該第１判定の強度よりも低減している場合に反転する工程とを包含する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１および第２判定、ならびに前記より弱い信号の反転は、周期的に、あるいは、前記結合された出力信号の強度が所定の量低減した場合に、繰り返される、請求項８に記載の方法。
10. 受信した信号チャネルにおけるノイズを判定する工程と、該受信した信号に対して判定された信号対ノイズ比に基づいて前記利得を制御する工程であって、それにより、該受信した信号のそれぞれは、そのために判定された信号対ノイズ比に比例する利得によって増幅される工程とを包含する、請求項３に記載の方法。

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