JP2006005797A - アンテナ切り換え制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信信号レベルに基づく受信アンテナ切り換え信号の生成を、簡単な構成で行えるアンテナ切り換え制御装置を実現する。
【解決手段】受信信号レベルとしきい値レベルの比較処理を行い、比較信号と受信アンテナ切換信号との論理演算の結果（反転又は保持）により、タイミング信号に同期して、受信アンテナ切り換え信号を更新すると共に、受信アンテナ切り換え信号の状態を保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ選択ダイバーシチ受信システムにおいて、受信信号レベルに応じて受信アンテナを切り換え、その状態を保持するアンテナ切り換え制御装置に関する。

携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）といった移動体通信システムでは、無線伝送路の変動に伴い、受信信号レベルが落ち込むフェージングが発生する。フェージングによる受信信号レベルの落ち込みは、通信品質の劣化を引き起こし、状況により通信不能となることがある。

フェージング対策のひとつとして、アンテナ選択ダイバーシチ受信システムが知られている。アンテナ選択ダイバーシチ受信システムは、２つ以上の受信アンテナを相関性が低くなるように配置し、いずれか１つの受信アンテナで無線基地局（又は無線端末機）から到来する電波を受信する受信システムである。アンテナ選択ダイバーシチ受信システムでは、フェージングによる受信信号レベルが、予め設定されたしきい値レベルより低くなったとき、受信アンテナが、他の受信アンテナに切り替わるように制御されている。

このようなアンテナ選択ダイバーシチ受信システムでは、受信信号レベルに応じて受信アンテナの切り換えを制御するアンテナ切り換え制御装置が用いられている。アンテナ切り換え制御装置では、受信信号レベルが、しきい値レベル付近で変動すると、アンテナスイッチが、受信アンテナを頻繁に切り換えてしまう。このような受信アンテナの切り換えが頻繁に行われると、通信路が頻繁に瞬断され、切り換え雑音が発生し、通信品質が劣化する。

ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムに用いられるアンテナ切り換え制御装置では、１スロット毎に、受信信号レベルに応じて受信アンテナを切り換えることにより、受信アンテナの頻繁な切り換えを防止している（特許文献１）。

図３は、特許文献１に記載された従来のアンテナ切り換え制御装置を示す図である。図３に示すアンテナ切り換え制御装置は、ダイバーシチ受信用に、受信アンテナ１−１，１−２、アンテナスイッチ２及び受信部３０が備えられた受信装置に搭載され、受信信号レベル検出回路４０、サンプルアンドホールド回路５０、比較器６０、しきい値レベル発生回路７０、アンテナ切り換え制御回路８０を備えている。なお、アンテナスイッチ２は、初期状態として受信アンテナ１−１と、受信部３０とを接続している。

アンテナ切り換え制御装置は、図４に示す受信データを含む無線信号（受信信号）を、受信アンテナ１−１で受信する。この受信データは、Ｒ（ランプアップ）、ＳＳ（スタートシンボル）、ＰＲ（プリアンブル）、ＵＷ（ユニークワード）からなるヘッダと、ＤＡＴＡ（データ）と、で１スロットを構成する。

受信アンテナ１−１で、受信された受信信号は、アンテナスイッチ２を介して、受信部３０に入力される。受信部３０に入力された受信信号は、増幅（及びダウンコンバート）され、受信信号レベル検出回路４０と、ここでは図示しない後段の復調回路に入力される。受信信号レベル検出回路４０は、受信信号レベル（ＲＳＳＩ電圧（Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ））を検出する。一方、復調回路に入力された受信信号により、後述するＳＳ区間内で立ち上がり／立ち下がりをするタイミング信号が生成される。

アンテナ切り換えに関わる処理が、ＰＲ区間やＵＷ区間で行われてしまうと、切り換え雑音に起因するデータ誤り等が発生するため好ましくない。従って、このようなアンテナ切り換えに関わる処理は、ＳＳ区間内で完了させる必要がある。ＳＳ区間内にアンテナ切り換えに関わる処理を完了させるため、まず、サンプルアンドホールド回路５０は、前述したタイミング信号の立ち上がりのタイミング（ＳＳ区間の開始点付近）で、受信信号レベルをサンプリングして、その値を保持する。サンプルアンドホールド回路５０で保持された受信信号レベルは、比較器６０により、しきい値レベルと比較される。そして、この比較結果に基づき、アンテナ切り換え制御回路８０は、タイミング信号の立ち下がりのタイミング（ＳＳ区間の終了点付近）で、受信信号レベルに応じた受信アンテナ切り換え信号を出力する。

前述したように、アンテナ切り換え制御装置では、ＳＳ区間内で、タイミング信号の立ち上がりのタイミングで、受信信号レベルをサンプルアンドホールド回路５０により保持し、タイミング信号の立ち下がりのタイミングでアンテナ切り換えを行う。これにより、１スロット毎に、受信信号レベルに応じてアンテナ切り換え処理を行うことができ、受信アンテナが頻繁に切り替わることを防止することができる。また、アンテナ切り換え制御装置は、アンテナ切り換えに関わる処理をＳＳ区間内で完了させているため、スロット後段のＰＲ（プリアンブル）信号以降の受信データに切り換え雑音の影響を与えることなく、受信アンテナを切り換えることができる。

特開２００２−２４６９６８号公報

前述したように、従来のアンテナ切り換え制御装置は、ＳＳ区間内に、タイミング信号を生成し、サンプルアンドホールド回路、比較器、アンテナ切り換え制御回路の全ての処理を、順次行う。しかし、ＰＨＳでは、このＳＳ区間は、数μ秒程度であり非常に短い。このため、ＳＳ区間内に、アンテナ切り換えに関わる全ての処理を完了させるには、アンテナ切り換え制御装置への負担が大きくなる。

また、従来のアンテナ切り換え制御回路に搭載されているサンプルアンドホールド回路は、部品点数が数百個規模のＰＨＳ無線端末機においても、とりわけ高価な部品であり、ＰＨＳ無線端末機の低コスト化の実現を妨げる要因となっていた。

本発明の目的は、受信信号レベルに基づく受信アンテナ切り換え信号の生成を、簡単な構成で行えるアンテナ切り換え制御装置を実現することにある。

本発明は、アンテナ選択ダイバーシチ受信システムの受信アンテナの切り換えスイッチに対して、受信信号レベルに応じて受信アンテナ切り換え信号を出力すると共に、受信アンテナ切り換え信号の状態を、保持するアンテナ切り換え制御装置であって、入力される受信信号レベルと、予め設定されたしきい値レベルと、を比較し、これにより生成された比較信号を出力する比較回路と、入力される比較信号に応じた受信アンテナ切り換え信号を出力するアンテナ切り換え制御回路と、を備え、アンテナ切り換え制御回路は、比較信号と、受信アンテナ切り換え信号と、の論理演算によって、受信信号レベルがしきい値レベルより小さいときに受信アンテナ切り換え信号を反転させ、受信信号レベルがしきい値レベルより大きいときに受信アンテナ切り換え信号を反転させない論理回路と、この論理回路の出力を受信信号から生成されるタイミング信号に同期して取り込み、出力である受信アンテナ切り換え信号を更新するフリップフロップと、を含み、このフリップフロップの出力により、受信アンテナ切り換え信号を得ることを特徴とする。

また、前記論理回路は、排他的論理和回路であることが望ましい。

本発明によれば、受信信号レベルとしきい値レベルの比較処理を行い、タイミング信号に同期して、受信アンテナ切り換え信号を更新すると共に、受信アンテナ切り換え信号の状態を保持することにより、処理時間が短縮され、回路規模が集約されたアンテナ切り換え制御装置を実現することができる。

以下、本実施形態に係るアンテナ切り換え制御装置について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置が搭載された受信装置を示す図である。また図２は、本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置の動作を示すタイミングチャートである。なお、以下に説明するアンテナ切り換え制御装置は、ＰＨＳ無線端末機に搭載された場合を想定している。まず、本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置の構成から説明する。

図１において、ＰＨＳ無線端末機に搭載された受信装置には、受信アンテナ１−１，１−２、アンテナスイッチ２、受信部３及び、アンテナ切り換え制御装置１０が備えられている。また、受信部３には、受信信号レベル検出回路が搭載されており、受信アンテナ１−１（又は１−２）を介して受信した受信信号レベルを検出し、これを出力する。

アンテナ切り換え制御装置１０には、復調回路１１、ユニークワード検出回路１３、タイミング信号生成回路１５、比較回路１７、しきい値レベル発生回路１９、アンテナ切り換え制御回路２０が搭載されている。また、アンテナ切り換え制御回路２０には、ＮＯＴ回路２１、ＸＯＲ（排他的論理和）回路２３、フリップフロップ２５が搭載されている。後述するが、（ＮＯＴ回路２１、）ＸＯＲ回路２３とフリップフロップ２５で、トグル回路を形成している。ここで、フリップフロップ２５は、タイミング信号の立ち上がりで駆動するが、タイミング信号の立ち下がりで駆動しても構わない。なお、このアンテナ切り換え制御装置１０は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として１チップで構成されている。

以上の構成により、本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置は、受信信号レベルとしきい値レベルの比較処理を行い、タイミング信号に同期して、受信アンテナ切り換え信号を更新し、アンテナ切り換え処理をすると共に、受信アンテナの状態を保持することができる。これにより、処理時間が短縮され、回路規模が集約されたアンテナ切り換え制御装置を実現することができる。以下、本実施形態にかかわるアンテナ切り換え制御装置の動作について図１及び図２を用いて詳細に説明する。

受信アンテナ１−１で、受信された受信信号は、アンテナスイッチ２を介して、受信部３に入力される。受信部３に入力された受信信号は、増幅（及びダウンコンバート）されると共に、受信信号レベルが検出される。受信部３から出力された受信信号と受信信号レベルは、アンテナ切り換え制御装置１０に入力される。そして、アンテナ切り換え制御装置１０に入力された受信信号と受信信号レベルに基づき、アンテナ切り換え処理がなされる。以下、このアンテナ切り換え処理について説明する。

アンテナ切り換え制御装置１０に入力された受信信号は、復調回路１１に入力される。復調回路１１に入力された受信信号は復調され、図２に示す受信データを出力する。復調回路１１から出力された受信データは、ユニークワード検出回路１３と、タイミング信号生成回路１５と、に入力される。ユニークワード検出回路１３に入力された受信データは、ユニークワードが検出される。この検出されたユニークワードは、タイミング信号生成回路１５に出力される。そして、タイミング信号生成回路１５は、前フレームのユニークワードに基づきプリアンブルを検出する。さらに、タイミング信号生成回路１５は、検出されたプリアンブルに基づき、後述するＳＳ区間内でオンするタイミング信号を生成して、これを出力する。

一方、受信部３から出力された受信信号レベルは、比較回路１７に入力される。この受信信号レベルは、値が変化する。比較回路１７に入力された受信信号レベルは、しきい値レベル発生回路１９から出力されたしきい値レベルと比較される。そして、比較回路１７からは、前述した比較結果に基づく比較信号が出力される。なお、比較信号は、受信信号レベルが、しきい値レベルよりも高い場合は、“Ｈ”レベルで出力される。また、受信信号レベルが、しきい値レベルよりも低い場合は、“Ｌ”レベルで出力される。

比較回路１７から出力された比較信号は、ＮＯＴ回路２１により反転される。従って、ＮＯＴ回路２１から出力される反転された比較信号は、受信信号レベルが、しきい値レベルよりも高い場合は、“Ｌ”レベルで出力され、受信信号レベルが、しきい値レベルよりも低い場合は、“Ｈ”レベルで出力される。そして、この反転された比較信号が、ＸＯＲ回路２３の一方の入力端に入力される。また、ＸＯＲ回路２３のもう一方の入力端には、フリップフロップ２５の出力端“Ｑ”から出力された受信アンテナ切り換え信号が入力される。この反転された比較信号と、受信アンテナ切り換え信号と、の排他的論理和が、フリップフロップ２５の入力端“Ｄ”に出力される。ここで、ＸＯＲ回路２３の論理演算表を表１に示す。

表１に示すように、ＸＯＲ回路２３は、反転された比較信号が“Ｌ”レベルのとき（受信信号レベル＞しきい値レベル）に、フリップフロップ２５の出力端“Ｑ”から出力された受信アンテナ切り換え信号を、論理反転せずにフリップフロップ２５に出力する。一方、反転された比較信号が“Ｈ”レベルのとき（受信信号レベル＜しきい値レベル）に、フリップフロップ２５の出力端“Ｑ”から出力された受信アンテナ切り換え信号を、論理反転してフリップフロップ２５に出力する。従って、（ＮＯＴ回路２１、）ＸＯＲ回路２３、フリップフロップ２５から構成されるアンテナ切り換え制御回路２０は、比較信号の論理により、受信アンテナ切り換え信号の論理の反転／非反転を制御するトグル回路として動作する。

前述したように受信信号レベルは、値が変化している。これにより比較信号も、値が変化する。従って、反転された比較信号と、受信アンテナ切り換え信号と、の排他的論理和は、その値が受信信号レベルに応じて変化しながら、フリップフロップ２５の入力端“Ｄ”に出力される。また、フリップフロップ２５のＣＬＫ入力端には、タイミング信号が入力されている。前述したように、フリップフロップ２５は、タイミング信号の立ち上がりのタイミングで動作する。従って、フリップフロップ２５は、タイミング信号の立ち上がりのタイミングのとき、ＸＯＲ回路２３から出力された、反転された比較信号と受信アンテナ切り換え信号の排他的論理和を取り込み、出力端“Ｑ”から出力している受信アンテナ切り換え信号を更新すると共に、次の立ち上がり信号が入力されるまで、受信アンテナ切り換え信号の状態を保持する。タイミング信号は、各スロットのＳＳ区間で立ち上がる信号であるため、アンテナ切り換え制御装置１０は、１スロット毎に受信アンテナの切り換え処理を行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置は、アンテナ切り換え処理が、タイミング信号の立ち上がりタイミングのみで行われるため、従来のアンテナ切り換え制御回路に比べ、負担を少なくしてＳＳ区間内で処理を完了することができる。なお、ＰＨＳでは、使用される無線周波数帯から、アンテナスイッチ２が、ＧａＡｓによるアンテナスイッチであることが多い。このような場合、本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置を、ＰＨＳに搭載する場合は、フリップフロップ２５から出力される受信アンテナ切り換え信号は、その反転信号と共に差動信号で、アンテナスイッチ２に入力する必要がある。

また、フリップフロップ２５により、受信アンテナ切り換え信号の状態を保持することができるため、従来のアンテナ切り換え制御回路に搭載されていたようなサンプルアンドホールド回路を使用することがなく、回路構成を集約することができる。

本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置が搭載された受信装置を示す図である。 本実施形態に関わるアンテナ切り換え制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 従来のアンテナ切り換え制御装置が搭載された受信装置を示す図である。 従来のアンテナ切り換え制御装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１−１，１−２ 受信アンテナ、２ アンテナスイッチ、３，３０ 受信部、１０ アンテナ切り換え制御装置、１１ 復調回路、１３ ユニークワード検出回路、１５ タイミング信号生成回路、１７ 比較回路、１９，７０ しきい値レベル発生回路、２０，８０ アンテナ切り換え制御回路、２１ ＮＯＴ回路、２３ ＸＯＲ回路、２５ フリップフロップ、４０ 受信信号レベル検出回路、５０ サンプルアンドホールド回路、６０ 比較器。

Claims (2)

1. アンテナ選択ダイバーシチ受信システムの受信アンテナの切り換えスイッチに対して、受信信号レベルに応じて受信アンテナ切り換え信号を出力すると共に、受信アンテナ切り換え信号の状態を、保持するアンテナ切り換え制御装置であって、
   入力される受信信号レベルと、予め設定されたしきい値レベルと、を比較し、これにより生成された比較信号を出力する比較回路と、
   入力される比較信号に応じた受信アンテナ切り換え信号を出力するアンテナ切り換え制御回路と、
   を備え、
   アンテナ切り換え制御回路は、
   比較信号と、受信アンテナ切り換え信号と、の論理演算によって、受信信号レベルがしきい値レベルより小さいときに受信アンテナ切り換え信号を反転させ、受信信号レベルがしきい値レベルより大きいときに受信アンテナ切り換え信号を反転させない論理回路と、この論理回路の出力を受信信号から生成されるタイミング信号に同期して取り込み、出力である受信アンテナ切り換え信号を更新するフリップフロップと、を含み、このフリップフロップの出力により、受信アンテナ切り換え信号を得ることを特徴とするアンテナ切り換え制御装置。
2. 請求項１記載のアンテナ切り換え制御装置であって、
   前記論理回路は、排他的論理和回路であることを特徴とするアンテナ切り換え制御装置。

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