JP2005269026A - Ｏｆｄｍ受信装置およびｏｆｄｍ受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アダプティブアレーによるＳＩＮＲの向上に加えて、フェージング伝送路で、所望波の受信電力あるいは包絡線レベルが低下した場合の受信性能を改善する。
【解決手段】 複数の受信アンテナ素子１、２からなるアダプティブアレーアンテナに接続され、複数の受信アンテナ素子１、２からの各受信信号に位相係数と増幅係数のウェイトを乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを制御するアダプティブアレー処理部３と、アダプティブアレー処理部３からの出力信号と、複数の受信アンテナ素子１、２からの少なくとも１つの受信信号に対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成するダイバーシチ処理を実施するダイバーシチ処理部４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直交周波数分割多重（以下ＯＦＤＭ：Orthogonal
Frequency Division Multiplexingと記載）方式で変調されて送信された無線信号の受信装置に関し、特に、複数の受信アンテナ素子によるアンテナの指向性パターンを制御するアダプティブアレー技術に関するものである。

ＯＦＤＭ方式の送信データが無線により伝送されている場合、伝送路途中の障害物や地形、気象条件等によりマルチパスやフェージングが発生し、受信信号を復号する際に誤り率が増大し、伝送特性が劣化するという問題がある。一般に、上記のような問題は、受信側において複数の受信アンテナ素子に振幅に対する増幅係数（ウェイト）を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを最適化するアダプティブアレー技術を用いることで軽減することができる。

従来のＯＦＤＭ方式の受信信号をアダプティブアレー処理する場合としては、例えば、複数の受信アンテナ素子を配置し、各受信アンテナ素子の出力に対して、分波器で分離されたサブキャリアの振幅が一定となるように重み付けを行なって合成し、合成信号が所望の信号になるように制御することによってアンテナの指向性パターンを制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、アダプティブアレー処理の他の例として、参照番号を挿入して受信信号が参照信号と等しくなるように各受信アンテナ素子の出力に対して重み付けして合成する方法や、受信信号の周波数特性を利用して重み付けして合成する方法も知られている。

また、マルチパスやフェージングによる受信特性を改善する方法として、例えば、２本の受信アンテナを搬送波の半波長以上の距離を空間的に離して配置することで各受信アンテナの周波数の落ち込み（ディップ）の位置を異ならせ、その各受信アンテナからの受信信号を選択あるいは合成することでディップの影響を軽減させる空間ダイバーシチ処理が知られている。

特開平１１−３０８１２９号公報

しかしながら、上記した従来のアダプティブアレー技術では、複数の受信アンテナ素子の各受信信号に重み付けしてから合成することでアンテナの指向性パターンを制御し、例えば、所望波の到来方向に指向性パターンの最大ビームの方向が向くようにしてアンテナ利得を上げるか、あるいは、妨害波（不要波）の到来方向に指向性パターンの落ち込むヌルポイントの方向が向くようにしてアンテナ利得を下げており、それによって所望波の信号対干渉雑音比（以下、ＳＩＮＲと記載）を向上させることができるという利点を有するが、フェージング伝送路では、その所望波の受信電力あるいは包絡線レベルが低下した場合に、受信周波数特性に落ち込みができる等の受信性能が低下するという問題点があった。

また、フェージング伝送路の対策として上記した空間ダイバーシチ処理を用いることも考えられるが、アダプティブアレー技術に用いられるアダプティブアレーアンテナ内の各受信アンテナ素子間の距離は、通常、空間ダイバーシチ処理の効果が充分に得られるほど離れていないため、従来は、特殊な例を除いて、アダプティブアレー技術と空間ダイバーシチ処理技術を組み合わせて使用することはできなかった。特殊な例とは、例えば、基地局等のスペースに余裕がある場合で、大型の複数のアダプティブアレーアンテナを距離を置いて設置し、その離間して設置された各アダプティブアレーアンテナ間で空間ダイバーシチ処理を実施する場合等である。また、アンテナ素子本数や設置位置などに制限がある場合（例えば移動受信体など）においては、アダプティブアレーだけでは指向性制御が困難な場合（特に移動受信時）があり、また、ダイバーシチ受信のみでは妨害波抑圧効果が期待できないという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、従来は不可能だったアダプティブアレーアンテナ内の各受信アンテナ素子を利用してのダイバーシチ処理を可能にすることにより、アダプティブアレーによる信号対干渉雑音比（以下、ＳＩＮＲ）の向上に加えて、フェージング伝送路で、所望波の受信電力あるいは包絡線レベルが低下した場合の受信性能を改善することを目的とするものである。

上述した目的を達成するために本発明のＯＦＤＭ受信装置およびＯＦＤＭ受信方法は、複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に対して位相に対する位相係数（ウェイト）及び振幅に対する増幅係数（ウェイト）を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを制御してアダプティブアレー処理を実施し、アダプティブアレー処理工程の出力信号と、複数の受信アンテナ素子からの少なくとも１つの受信信号に対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成することで受信電力の周波数特性における落ち込みを軽減させて出力するダイバーシチ処理を実施する。

また、本発明の他のＯＦＤＭ受信装置およびＯＦＤＭ受信方法は、複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に対して位相に対する位相係数（ウェイト）及び振幅に対する増幅係数（ウェイト）を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを第１の指向性となるように制御する第１アダプティブアレー処理を実施し、複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に上記と同様なウェイトを乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを第２の指向性となるように制御する第２アダプティブアレー処理を実施し、第１アダプティブアレー処理の出力信号と、第２アダプティブアレー処理の出力信号とに対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成するダイバーシチ処理を実施する。

本発明は、上述したようにアダプティブアレーアンテナ内の各受信アンテナ素子を利用してのダイバーシチ処理を可能とすることにより、アダプティブアレーによるＳＩＮＲの向上に加えて、フェージング伝送路で、所望波の受信電力あるいは包絡線レベルが落込んだ場合の受信性能を改善できるという効果を有する。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

実施の形態１．
図１は本発明装置の実施の形態１のＯＦＤＭ受信装置の主要部の概略構成を示すブロック図である。

図１において、第１受信アンテナ素子１および第２受信アンテナ素子２は、例えば、複数の受信アンテナ素子が直線上に１列に並ぶか、あるいは、複数の受信アンテナ素子が複数列および複数行の升目状に並ぶ等の規則性を持って幾何学的に配置されたアダプティブアレーアンテナの一部のアンテナ素子である。

第１アダプティブアレー処理部３は、受信を希望する所望波のＳＩＮＲを向上させるためのもので、第１受信アンテナ素子１および第２受信アンテナ素子２等の複数の受信アンテナ素子からなるアダプティブアレーアンテナに接続され、その複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に対して位相に対する位相係数（ウェイト）及び振幅に対する増幅係数（ウェイト）を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを制御するアダプティブアレー処理部である。

また、第１アダプティブアレー処理部３は、例えば、その受信アンテナ素子の総数をＮ（Ｎ：Ｎ≧２の整数）、その受信信号（Ｓｒ）の任意のものをＳｒｎ（ｎは任意の数：１≦ｎ≦Ｎ）すると、全ての受信信号Ｓｒ１〜ＳｒＮを使用する必要はなく、Ｓｒ１とＳｒｎ等の一部（２個以上）の受信アンテナ素子を使用すれば良い。

第１アダプティブアレー処理部３の内部では、位相制御部１１は、第１受信アンテナ素子１からの受信信号Ｓｒ１の位相を位相係数（ウェイト）により制御して移相させる。位相制御部１２は、第２受信アンテナ素子２からの受信信号Ｓｒ２の位相を位相係数（ウェイト）により制御して移相させる。ウェイト制御部１３は、加算部１６の出力及び各受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２から各位相制御部１１、１２の移相変化量及び各増幅部１４、１５の増幅量を制御する。増幅部１４は、位相制御部１１の出力を増幅係数（ウェイト）により増幅させる。増幅部１５は、位相制御部１２の出力を増幅係数（ウェイト）により増幅させる。加算部１６は、各増幅部１４、１５の出力の総和（Ｓａ１）を出力する。

アダプティブアレー処理については、公知であるが念のため一例を説明すると以下のようになる。

例えば、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式のアダプティブアレーアンテナで、参照信号ｒ(t)とアレー出力ｙ(t)の誤差が最小になるようにウェイトベクトルを制御する場合について説明する。なお、以下の説明は一例として示すもので、本実施の形態の発明は、ＭＭＳＥ方式のアダプティブアレーアンテナ以外の方式のアダプティブアレーアンテナにも適用することができる。

ｋ個の受信アンテナ素子がある場合の受信信号Ｘを以下の（１）式のように、
Ｘ(t)＝[ｘ₁(t) ｘ_２(t) ｘ_３(t) … ｘ_ｋ(t)]^T …（１）
また、ウェイトベクトルＷを以下の（２）式のように、
Ｗ＝[ｗ₁ ｗ_２ ｗ_３ … ｗ_ｋ]^T …（２）
表した場合のアレー出力ｙ(t)は以下の（３）式のようになる。
ｙ(t)＝Ｗ^H・Ｘ(t) …（３）

誤差信号ｅ(t)は以下の（４）式のように、
ｅ(t)＝ｒ(t)−ｙ(t)＝ｒ(t)−Ｗ^H・Ｘ(t)
…（４）
となり、誤差信号の２乗の期待値は以下の（５）式のようになり、
Ｅ[|ｅ(t)|²]＝Ｅ[|ｒ(t)−ｙ(t) |²]＝Ｅ[|ｒ(t)−Ｗ^H・Ｘ(t)|²]
＝Ｅ[|ｒ(t)|²]−Ｗ^r・r^* _xr−Ｗ^H・r_xr＋Ｗ^H・Ｒ_XX・Ｗ …（５）
r_xrは以下の（６）式のようになる。
r_xr ΔＥ[|Ｘ(t)・ｒ^*(t)|²]
＝[Ｅ[ｘ₁(t)・ｒ^*(t) ｘ₂(t)・ｒ^*(t) … ｘ_k(t)・ｒ^*(t) ]]^T …（６）

Ｅ[|ｅ(t)|²]を最小にするウェイトベクトルＷの値については、上式のウェイトベクトルに関する勾配を零とおくことで以下の（７）式のように最適のウェイトを求めることができる。
▽_wＥ[|ｅ(t)|²]＝０
→▽_wＥ[|ｅ(t)|²]＝−２r_xr＋Ｒ_xr・Ｗ …（７）

よって最適ウェイトＷ_optは以下の（８）式のようになる。
Ｗ_opt＝Ｒ_XX ^-1・r_xr …（８）

従って、各受信アンテナ素子のＸデータより相関行列Ｒ_XXと、各受信アンテナ素子のＸデータと参照信号との相関ベクトルr_xrを算出し、最適ウェイトを求めることでウェイトベクトルを生成することができる。参照信号としては、例えば、ガードインターバルの信号を使用することが知られている。

このようにして、主信号のガードインターバル信号との誤差が無くなるようにウェイトベクトルを生成することで、他の妨害波成分の到来する方向の利得を下げることになり、ＳＩＮＲを向上させることができる。

ダイバーシチ処理部４は、第１アダプティブアレー処理部３からの出力信号と、第１および第２等の複数の受信アンテナ素子からの少なくとも１つの受信信号に対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成することで受信電力の周波数特性における落ち込みを低減させて出力するダイバーシチ処理を実施する。

ダイバーシチ処理の合成方法は一般的に、各系の受信信号に対して位相を合わせ、その中で電力レベルの高い系の受信信号の比重が高くなるように、それぞれの電力レベル比をもとに増幅係数を決めて合成することで、フェージング伝送路での包絡線レベルの落込みを軽減することが可能になる。なお、以上の説明においては、ダイバーシチ処理の合成方法として最大比合成法を使用する場合を一例として説明したが、当該ＯＦＤＭ受信装置に置いては等利得合成法または選択合成法も使用することができる。

ダイバーシチ処理部４の内部では、位相制御部２１は、第１アダプティブアレー処理部３からの出力信号Ｓａ１の位相を制御する。位相制御部２１ａは、第２受信アンテナ素子２からの受信信号Ｓｒ２の位相を制御する。利得調整部２２は、位相制御部２１の出力を増幅させる。利得調整部２２ａは、位相制御部２１ａの出力を増幅させる。合成部２３は、各利得調整部２２、２２ａの出力を選択あるいは合成することで受信電力の周波数特性における落ち込みを低減させた受信出力Ｓｄ１として出力する。ダイバーシチ処理部４の位相制御および利得制御については、図２を用いて説明する。

図２は、図１のＯＦＤＭ受信装置のより詳細な構成を示すブロック図である。

図２では、図１の第１アダプティブアレー処理部３の出力Ｓａ１をフーリエ変換して周波数ドメイン信号Ｓｆ１にするフーリエ変換部６と、図１の第２受信アンテナ素子２の出力Ｓｒ２をフーリエ変換して周波数ドメイン信号Ｓｆ２にするフーリエ変換部７と、ダイバーシチ処理部４ａの出力Ｓｄ１に対して、例えば、誤り訂正符号等を利用して誤り訂正を実施して出力（Ｓｅ１）する誤り訂正部８が追加されている。

ダイバーシチ処理部４ａの内部では、復調部３１は、フーリエ変換部６から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ１に対して、伝送路推定部３２で伝送路を推定し、推定した結果得られる位相の回転量情報と電力推定部３３で電力（受信信号の振幅レベル）を推定した結果の信号を利用して位相を回転させて補正すると共に振幅の変動を補正し、復調部３１ａは、同様に、フーリエ変換部７から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ２に対して、伝送路推定部３２ａで伝送路（位相の回転）を推定した結果の信号と電力推定部３３ａで電力（受信信号の振幅レベル）を推定した結果の信号を利用して位相を回転させて補正すると共に振幅の変動を補正する。

この復調部３１と復調部３１ａによる位相の回転で各々の出力信号の位相は同じになり、すなわち、位相の制御が実施され、また、復調部３１と復調部３１ａによる振幅の変動を補正で、各々の出力信号の利得が調整される。

伝送路推定部３２は、例えば、最大比合成法のダイバーシチの場合、フーリエ変換部６から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ１の隣接するパイロットキャリアの座標変動から、その周波数帯における位相の回転を推定して伝送路推定を行ない、伝送路推定部３２ａは、同様に、フーリエ変換部７から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ２の隣接するパイロットキャリアの座標変動から、その周波数帯における位相の回転を推定して伝送路推定を行なう。

電力推定部３３は、例えば、最大比合成法のダイバーシチの場合、フーリエ変換部６から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ１のキャリア信号あるいはパイロットキャリア信号のみから受信レベルを推定して電力推定を行ない、電力推定部３３ａは、同様に、フーリエ変換部７から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ２のキャリア信号あるいはパイロットキャリア信号のみから受信レベルを推定して電力推定を行なう。

合成部３４は、復調部３１で位相が揃えられて振幅レベルが補正された出力と、復調部３１ａで位相が揃えられて振幅レベルが補正された出力の各々に対して、フーリエ変換部６から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ１の電力（受信信号の振幅レベル）と、フーリエ変換部７から出力される周波数ドメイン信号Ｓｆ２の電力（受信信号の振幅レベル）との電力比により、最大となるように重み付け（合成比）を決定し、各出力を合成する。

合成部３４の重み付けは、例えば、周波数ドメイン信号Ｓｆ１の電力レベルと周波数ドメイン信号Ｓｆ２の電力レベルとから、そのレベルの大きい方の信号については、信頼性の高い（尤もらしい）信号と推定して重み付けを大きくし、逆に、そのレベルの小さい方の信号については、信頼性の低い（尤もらしくない）信号と推定して重み付けを小さくすることで最大比合成を行う。

このようにして本実施の形態のダイバーシチ処理部４、４ａは、一般的に空間ダイバーシチに用いられるダイバーシチ処理を、アダプティブアレー処理（指向性制御）の出力と、アダプティブアレーアンテナの複数の受信アンテナ素子の少なくとも１個の出力とにより実施する。

ところで、空間ダイバーシチは、上記した本願の課題でも説明したように複数の受信アンテナを、例えば、各々が搬送波の半波長以上の距離を空間的に離して配置して受信信号を合成することでフェージング等の影響を軽減させる技術であり、アダプティブアレーアンテナの各受信アンテナ素子間では使用されてこなかったものである。しかし、これは、見方を変えれば、複数の受信アンテナの各受信信号の間に、アダプティブアレーアンテナの各受信アンテナ素子間のような相関がある場合、あるいは独立した振る舞いが無い場合には、空間ダイバーシチができないことになる。これをさらに逆に考えると、複数の受信アンテナの各受信信号の間に、相関が無い場合、あるいは各々が独立して振る舞う場合には、空間ダイバーシチができることになる。

つまり、アダプティブアレーアンテナの近接する各受信アンテナ素子の出力信号を利用しても、例えば、それらの出力信号から相関のない２種類の信号を生成できれば空間ダイバーシチ処理が可能になることを意味している。しかし、そのためにアダプティブアレーによるＳＩＮＲの向上を犠牲にはできないので、利用できるのは、アンテナ指向性を持ったアダプティブアレーの指向性結果と、個々の各受信アンテナ素子の出力である。

図３（ａ）、（ｂ）は、アダプティブアレーアンテナによるアンテナの指向性パターンの制御例を示す図である。

図３（ａ）では、第１の指向性制御として、一般的にビームステアリングとして知られる例を示し、アダプティブアレーアンテナの各受信アンテナ素子からの出力信号に位相係数と増幅係数のウェイトを与えて移相変化量及び増幅量を制御して加算することで、アンテナ指向性パターンのうち指向性が最大のビームの向いている方向を、所望波の到来方向に一致させる場合を示している。

図３（ａ）の場合には、所望波の到来方向に指向性パターンの最大ビームの方向が向くようにしてアンテナ利得を上げることで、所望波の信号対干渉雑音比（以下、ＳＩＮＲと記載）を向上させている。

図３（ｂ）では、第２の指向性制御として、一般的にヌルステアリングとして知られる例を示し、アダプティブアレーアンテナの各受信アンテナ素子からの出力信号に位相係数と増幅係数のウェイトを与えて移相変化量及び増幅量を制御して加算することで、アンテナ指向性パターンのうち指向性（ビーム）が最も落ち込んだヌル（零）のポイントの方向を、妨害波の到来方向に一致させる場合を示している。

図３（ｂ）の場合には、妨害波（不要波）の到来方向に指向性パターンの落ち込むヌルポイントの方向が向くようにしてアンテナ利得を下げることで、結果的に所望波のアンテナ利得が上がることになり、所望波の信号対干渉雑音比（以下、ＳＩＮＲと記載）を向上させている。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施の形態におけるアダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力例、受信アンテナ素子の出力例およびそれらのダイバーシチ合成例を示す図である。

図４（ａ）は、アダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力例であり、横軸（周波数軸）上では、１つの受信電力のピーク（受信電力の落ち込み間）の山の幅が１ＯＦＤＭシンボルの周波数幅よりも極端に広くなっている。このような周波数軸上の大きな受信電力の山は、例えば、先頭波にタイミングを合わせた参照信号を使用してアダプティブアレー受信した場合に、先頭信号と短遅延信号とが逆相になる周波数のキャリアについてはレベルが小さい信号しか取り出せないためと考えられる。

図４（ｂ）は、アダプティブアレーアンテナの任意の１個の受信アンテナ素子の出力例であり、横軸（周波数軸）上では、１つの受信電力のピーク（受信電力の落ち込み間）の山の幅が１ＯＦＤＭシンボルの周波数幅よりも狭くなっている。

図４（ｃ）は、図４（ａ）のアダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力例と、図４（ｂ）のアダプティブアレーアンテナの受信アンテナ素子の出力例とがダイバーシチ合成処理された出力例であり、横軸（周波数軸）上では、各受信電力の落ち込みが目立たなくなっている。これは、例えば、図４（ａ）と図４（ｂ）の一方の包絡線レベルが落ち込んでいるキャリア周波数帯の部分に対して、他方のデータの重み付けを大きくしたものを合成することで可能になっている。

つまり、本実施の形態では、アダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力では、ＳＩＮＲは向上させることができるものの、フェージング伝送路で包絡線レベルが落ち込んだ場合に受信周波数特性に落ち込みができて受信性能が低下してしまうという欠点を改善できることになる。

このように本実施の形態では、相関の無いアダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力と、そのアダプティブアレーの指向性制御が実施された出力以外の少なくとも１個の受信アンテナ素子からの無指向性の受信信号とを用いてダイバーシチ処理をすることで、アダプティブアレーにより所望波のＳＩＮＲを向上させると共に、ダイバーシチ処理によるフェージング伝送路での包絡線レベルの落込みを軽減させることが可能になる。

なお、本実施の形態の第１アダプティブアレー処理部３では、増幅部１４、１５で、各受信信号に対して増幅係数のウェイトに応じた増幅を実施しているが、例えば、受信信号を増幅しないアダプティブアレー処理、あるいは、各受信信号を固定値で増幅させる等利得合成のアダプティブアレー処理に適用しても良い。

実施の形態２．
上記した実施の形態１では、アダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力とアダプティブアレーアンテナの受信アンテナ素子の出力とをダイバーシチ合成処理して出力したが、アダプティブアレーアンテナから同じ指向性を持たない２出力を得る方法としては、例えば、アダプティブアレーアンテナの各受信アンテナ素子の出力に対して、２種類以上の異なる指向性制御を施した結果同士をダイバーシチ合成処理して出力することも考えられる。以下に示す実施の形態２では、アダプティブアレーアンテナの出力に対し、一方ではビームステアリングで指向性パターンを制御し、他方ではヌルステアリングで指向性パターンを制御した各出力をダイバーシチ合成処理して出力する場合を説明する。

図５は本発明装置の実施の形態２のＯＦＤＭ受信装置の主要部の概略構成を示すブロック図である。

図５に示した本実施の形態が図１に示した実施の形態１と異なる主な点は、第２アダプティブアレー処理部５が設けられて、ダイバーシチ処理部４に入力する信号が、第１アダプティブアレー処理部３の出力信号Ｓａ１と、第２アダプティブアレー処理部５の出力信号Ｓａ２になる点である。

第２アダプティブアレー処理部５は、第１アダプティブアレー処理部３と同様な構成を有し、第１受信アンテナ素子１および第２受信アンテナ素子２等の複数の受信アンテナ素子からなるアダプティブアレーアンテナに接続され、その複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に位相係数と増幅係数のウェイトを乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを制御するアダプティブアレー処理部である。

第２アダプティブアレー処理部５の内部では、位相制御部１１ａは、第１受信アンテナ素子１からの受信信号Ｓｒ１の位相を位相係数のウェイトにより制御して移相させる。位相制御部１２ａは、第２受信アンテナ素子２からの受信信号Ｓｒ２の位相を位相係数のウェイトにより制御して移相させる。ウェイト制御部１３ａは、加算部１６ａの出力及び各受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２から各位相制御部１１ａ、１２ａの移相変化量及び各増幅部１４ａ、１５ａの増幅量を制御する。増幅部１４ａは、位相制御部１１ａの出力を増幅係数のウェイトにより増幅させる。増幅部１５ａは、位相制御部１２ａの出力を増幅係数のウェイトにより増幅させる。加算部１６ａは、各増幅部１４ａ、１５ａの出力の総和（Ｓａ２）を出力する。

ダイバーシチ処理部４の内部では、位相制御部２１は、第１アダプティブアレー処理部３からの出力信号Ｓａ１の位相を制御する。位相制御部２１ａは、第２アダプティブアレー処理部５からの出力信号Ｓａ２の位相を制御する。利得調整部２２は、位相制御部２１の出力を増幅させる。利得調整部２２ａは、位相制御部２１ａの出力を増幅させる。合成部２３は、各利得調整部２２、２２ａの出力を選択あるいは合成することで受信電力の周波数特性における落ち込みを低減させた受信出力Ｓｄ２として出力する。ダイバーシチ処理部４の位相制御および利得制御については、図６を用いて説明する。

本実施の形態では、第１アダプティブアレー処理部３は、アンテナの指向性パターンの制御方法としてビームステアリング、すなわち、所望波の到来方向に指向性パターンのアンテナ利得が最大となるビームの方向を合わせるように位相係数と増幅係数のウェイトを制御するものであり、第２アダプティブアレー処理部５は、アンテナの指向性パターンの制御方法としてヌルステアリング、すなわち、妨害波の到来方向の指向性（アンテナ利得）が最も落ち込む（零）ように位相係数と増幅係数のウェイトを制御するものである。

図６は、図５のＯＦＤＭ受信装置のより詳細な構成を示すブロック図である。

図６では、図５の第１アダプティブアレー処理部３の出力Ｓａ１をフーリエ変換して周波数ドメイン信号Ｓｆ１にするフーリエ変換部６と、図５の第２アダプティブアレー処理部５の出力Ｓａ２をフーリエ変換して周波数ドメイン信号Ｓｆ２’にするフーリエ変換部７と、ダイバーシチ処理部４ａの出力Ｓｄ２に対して、例えば、誤り訂正符号等を利用して誤り訂正を実施して出力（Ｓｅ２）する誤り訂正部８が追加されている。以下、図２に示した実施の形態１の説明における周波数ドメイン信号Ｓｆ２を、周波数ドメイン信号Ｓｆ２’と置き換えることで、実施の形態１と同様な構成および動作となるため、重複する記載を省略する。

このようにして本実施の形態でも、ダイバーシチ処理部４、４ａは、一般的に空間ダイバーシチに用いられるダイバーシチ処理を、第１のアダプティブアレー処理（第１の指向性制御）の出力と、第２のアダプティブアレー処理（第２の指向性制御）の出力とにより実施する。

図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施の形態におけるアダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力例、受信アンテナ素子の出力例およびそれらのダイバーシチ合成例を示す図である。

図７（ａ）は、アダプティブアレーアンテナの第１の指向性制御が実施された出力例であり、図７（ｂ）は、アダプティブアレーアンテナの第２の指向性制御が実施された出力例であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のアダプティブアレーアンテナの第１の指向性制御が実施された出力例と、図７（ｂ）のアダプティブアレーアンテナの第２の指向性制御が実施された出力例とがダイバーシチ合成処理された出力例である。

図７（ｃ）では、横軸（周波数軸）上では、各受信電力の落ち込みが目立たなくなっている。これは、例えば、図７（ａ）と図７（ｂ）の一方の包絡線レベルが落ち込んでいるキャリア周波数帯の部分に対して、他方のデータの重み付けを大きくしたものを合成することで可能になっている。

つまり、本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、アダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力では、ＳＩＮＲは向上させることができるものの、フェージング伝送路で包絡線レベルが落ち込んだ場合に受信周波数特性に落ち込みができて受信性能が低下してしまうという欠点を改善できることになる。

また、本実施の形態でも、第１アダプティブアレー処理部３と第２アダプティブアレー処理部５は、例えば、その受信アンテナ素子の総数をＮ（Ｎ：Ｎ≧２の整数）、その受信信号（Ｓｒ）の任意のものをＳｒｎ（ｎは任意の数：１≦ｎ≦Ｎ）すると、全ての受信信号Ｓｒ１〜ＳｒＮを使用する必要はなく、Ｓｒ１とＳｒｎ等の一部（２個以上）の受信アンテナ素子を使用すれば良い。

このように本実施の形態では、相関の無いアダプティブアレーアンテナの第１の指向性制御が実施された出力と、そのアダプティブアレーアンテナの第２の指向性制御が実施された出力とを用いてダイバーシチ処理をすることで、アダプティブアレーにより所望波のＳＩＮＲを向上させると共に、ダイバーシチ処理によるフェージング伝送路での包絡線レベルの落込みを軽減させることが可能になる。

なお、上記した各実施の形態では、アダプティブアレーアンテナ内の受信アンテナ素子のみを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、複数のアダプティブアレーアンテナを搬送波の半波長以上の距離を空間的に確保しないで設置する場合や、アダプティブアレーアンテナに近接して他の種類のアンテナを設ける場合等の、アダプティブアレーの出力結果とそれに相関性のないアンテナ出力を利用してダイバーシチ処理を行なうことができる全ての場合に適用できるものであり、その全ての場合において、フェージング伝送路における包絡線レベルの落込みを軽減させることができるものである。また、これはＯＦＤＭ信号に限らず、他の信号方式であってもこの発明を適応させることが可能である。

本発明装置の実施の形態１のＯＦＤＭ受信装置の主要部の概略構成を示すブロック図である。 図１のＯＦＤＭ受信装置のより詳細な構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）はアダプティブアレーアンテナによるアンテナの指向性パターンの制御例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は実施の形態１におけるアダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力例、受信アンテナ素子の出力例およびそれらのダイバーシチ合成例を示す図である。 本発明装置の実施の形態２のＯＦＤＭ受信装置の主要部の概略構成を示すブロック図である。 図５のＯＦＤＭ受信装置のより詳細な構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本実施の形態２におけるアダプティブアレーアンテナの指向性制御が実施された出力例、受信アンテナ素子の出力例およびそれらのダイバーシチ合成例を示す図である。

符号の説明

１ 第１受信アンテナ素子、 ２ 第２受信アンテナ素子、 ３ 第１アダプティブアレー処理部、 ４、４ａ ダイバーシチ処理部、 ５ 第２アダプティブアレー処理部、 ６、７ フーリエ変換部、 ８ 誤り訂正部、 １１、１１ａ、１２、１２ａ 位相制御部、 １３、１３ａ ウェイト制御部、 １４、１４ａ、１５、１５ａ 増幅部、 １６、１６ａ 加算部、 ２１、２１ａ 位相制御部、 ２２、２２ａ 利得制御部、 ２３、３４ 合成部、 ３１、３１ａ 復調部、 ３２、３２ａ 伝送路推定部、 ３３、３３ａ 電力推定部。

Claims (16)

1. 複数の受信アンテナ素子からなるアダプティブアレーアンテナに接続され、前記複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に位相係数と増幅係数を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを制御するアダプティブアレー処理部と、
   前記アダプティブアレー処理部からの出力信号と、前記複数の受信アンテナ素子からの少なくとも１つの受信信号に対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成するダイバーシチ処理を実施するダイバーシチ処理部と
   を備えることを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
2. 前記アダプティブアレー処理部は、前記アンテナの指向性パターンの制御として、アンテナの指向性パターンの最大の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を実施する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
3. 前記アダプティブアレー処理部は、前記アンテナの指向性パターンの制御として、アンテナの指向性パターンの最小の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を実施する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
4. 前記アダプティブアレー処理部からの出力信号と、前記複数の受信アンテナ素子からの少なくとも１つの受信信号に対して、各々フーリエ変換処理を実施してダイバーシチ処理部に出力するフーリエ変換部と、
   前記ダイバーシチ処理部の出力信号に対して誤り訂正処理を実施する誤り訂正部と
   を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
5. 複数の受信アンテナ素子からなるアダプティブアレーアンテナに接続され、前記複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に位相係数と増幅係数を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを第１の指向性となるように制御する第１アダプティブアレー処理部と、
   前記複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に位相係数と増幅係数を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを第２の指向性となるように制御する第２アダプティブアレー処理部と、
   前記第１アダプティブアレー処理部からの出力信号と、前記第２アダプティブアレー処理部からの出力信号とに対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成するダイバーシチ処理を実施するダイバーシチ処理部と
   を備えることを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
6. 前記第１アダプティブアレー処理部は、前記第１のアンテナの指向性パターンの制御として、アンテナの指向性パターンの最大の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を実施し、
   前記第２アダプティブアレー処理部は、前記第２のアンテナの指向性パターンの制御として、アンテナの指向性パターンが落ち込むヌルの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を実施する
   ことを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ受信装置。
7. 前記第１アダプティブアレー処理部からの出力信号と前記第２アダプティブアレー処理部からの出力信号に対して、各々フーリエ変換処理を実施してダイバーシチ処理部に出力するフーリエ変換部と、
   前記ダイバーシチ処理部の出力信号に対して誤り訂正処理を実施する誤り訂正部と
   を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のＯＦＤＭ受信装置。
8. 前記ダイバーシチ処理部は、
   伝送路を推定する伝送路推定部と、
   電力を推定する電力推定部と、
   前記伝送路の推定結果と前記電力の推定結果により、受信信号に対して位相回転を補正すると共に振幅変動を補正して復調する復調部と
   を各受信信号毎に備え、さらに、
   各復調部からの出力を、各電力の推定結果の電力比を合成比として合成する合成部を備える
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
9. 前記複数の受信アンテナ素子は、複数の受信アンテナ素子が少なくとも１列以上の列に並んで配置されたアダプティブアレーアンテナの一部である
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のＯＦＤＭ受信装置。
10. 複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に位相係数と増幅係数を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを制御するアダプティブアレー処理工程と、
    前記アダプティブアレー処理工程の出力信号と、前記複数の受信アンテナ素子からの少なくとも１つの受信信号に対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成するダイバーシチ処理を実施するダイバーシチ処理工程と
    を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信方法。
11. 前記アダプティブアレー処理工程では、前記アンテナの指向性パターンの制御として、アンテナの指向性パターンの最大の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を実施する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のＯＦＤＭ受信方法。
12. 前記アダプティブアレー処理工程の出力信号と、前記複数の受信アンテナ素子からの少なくとも１つの受信信号に対して、各々フーリエ変換処理を実施してダイバーシチ処理工程に出力するフーリエ変換工程と、
    前記ダイバーシチ処理工程の出力信号に対して誤り訂正処理を実施する誤り訂正工程と
    を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載のＯＦＤＭ受信方法。
13. 複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に位相係数と増幅係数を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを第１の指向性となるように制御する第１アダプティブアレー処理工程と、
    前記複数の受信アンテナ素子からの各受信信号に位相係数と増幅係数を乗算してから加算することでアンテナの指向性パターンを第２の指向性となるように制御する第２アダプティブアレー処理工程と、
    前記第１アダプティブアレー処理工程の出力信号と、前記第２アダプティブアレー処理工程の出力信号とに対して、受信電力が大きい信号を選択するか、あるいは、各信号を合成するダイバーシチ処理を実施するダイバーシチ処理工程と
    を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信方法。
14. 前記第１アダプティブアレー処理工程では、前記第１のアンテナの指向性パターンの制御として、アンテナの指向性パターンの最大の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を実施し、
    前記第２アダプティブアレー処理工程では、前記第２のアンテナの指向性パターンの制御として、アンテナの指向性パターンが落ち込むヌルの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を実施する
    ことを特徴とする請求項１３に記載のＯＦＤＭ受信方法。
15. 前記第１アダプティブアレー処理工程の出力信号と前記第２アダプティブアレー処理工程の出力信号に対して、各々フーリエ変換処理を実施してダイバーシチ処理工程に出力するフーリエ変換工程と、
    前記ダイバーシチ処理工程の出力信号に対して誤り訂正処理を実施する誤り訂正工程と
    を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載のＯＦＤＭ受信方法。
16. 前記ダイバーシチ処理工程は、
    伝送路を推定する伝送路推定工程と、
    電力を推定する電力推定工程と、
    前記伝送路の推定結果と前記電力の推定結果により、受信信号に対して位相回転を補正すると共に振幅変動を補正して復調する復調工程と
    を各受信信号毎に有し、さらに、
    各復調工程からの出力を、各電力の推定結果の電力比を合成比として合成する合成工程を有する
    ことを特徴とする請求項１０〜１５の何れか１項に記載のＯＦＤＭ受信方法。