JP2006067138A - ダイバーシチ中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３本以上のアンテナを用いたダイバーシチ合成を低コストで行うことができるダイバーシチ中継装置を提供すること。
【解決手段】 ２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４、１０５を複数個従属接続するようにする。これにより、３ブランチ以上のブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットを用いなくても、３ブランチ以上のダイバーシチ合成を行うことができるようになる。つまり、比較的低コストの２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４、１０５のみで、３ブランチ以上のダイバーシチ合成を行った中継処理を行うことができるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線信号を３本以上のアンテナを用いてダイバーシチ受信して中継信号を形成するダイバーシチ中継装置に関する。

従来、ＯＦＤＭ信号を複数のアンテナで受信し、ダイバーシチ合成する技術として、離散フーリエ変換後にサブキャリア毎に信号を合成することでマルチパスの影響を低減させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。これは、マルチパスの遅延時間がガードインターバル内に収まっていれば、シンボル間干渉が発生しないというＯＦＤＭの特徴を利用したものであり、サブキャリア毎に合成することでキャリア電力対雑音比（Ｃ／Ｎ）を効果的に向上できる。

また、ダイバーシチ合成では受信アンテナ数を増やすほど、Ｃ／Ｎを向上させることが知られている（例えば非特許文献１参照）。
特開２００２−２７１２９１号公報 （社）映像情報メディア学会技術報告Vol1.25,No.31,PP.7-12「スペースダイバシティを用いた地上デジタル放送の放送波中継の検討」,中原ら

ところで、中継品質を向上させるために受信アンテナ数を増やした場合、アンテナ数の増加に伴って回路規模が増大するので、コスト的には不利である。また置局条件の異なる様々な中継所において一定の中継品質を満足するためには、必要とされる受信アンテナ数が異なることが想定される。しかしながら、２本のアンテナで十分な中継品質を満たすことのできる中継所も多く、僅かな数の中継所のために３本以上のアンテナ用のダイバーシチ中継装置を導入すると、回路規模も大きくなり、コスト的な負担も大きくなってしまう。

ここで、ｋをサブキャリア番号とし、受信信号をＤｎ（ｋ）、伝送路特性をＨｎ（ｋ）、対応するブランチの受信電力に相当する信号品質推定結果をＱｎとすると、アンテナ数が２の場合の最大比合成結果Ｏ（ｋ）_２は、次式のように表される。

これに対し、アンテナ数が３の場合の最大比合成結果Ｏ（ｋ）_３は、次式のように表される。

（１）式、（２）式共に複素数表現で記載しているが、実際の演算は実部及び虚部それぞれを演算する必要があり、アンテナ数が２本の場合の（１）式は、次式のようになる。

また、アンテナ数が３本の場合の（２）式は、次式のようになる。

アンテナ数を増やした場合、（３）式と（４）式を比較すると明らかなように、演算量が大幅に増大する。よって、僅かな数の中継所のために３本以上のアンテナに対応する専用のダイバーシチ中継装置を設けることは、効率的でない。

従来は、図７のようなアンテナの本数に対応した中継装置を導入しており、回路規模が大きくコスト的な負担も大きくなっていた。すなわち、アンテナ数を増加させることで中継品質は向上させることは考慮されているが、低コストでこれを実現するための十分な配慮がなされていなかった。因みに、図７の構成では、４つのアンテナ７０１〜７０４の受信信号を、回路規模が大きく高コストの４ブランチ対応のダイバーシチ中継装置７０５でダイバーシチ合成し、合成信号を送信アンテナ７０６を介して空中に輻射するようになっている。

つまり、従来のダイバーシチ中継装置においては、３本以上の受信アンテナを用いる場合に、すべてのアンテナからの出力を同時に合成することを前提としており、このような構成では低コストのダイバーシチ中継装置を実現することは困難であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、３本以上のアンテナを用いたダイバーシチ合成を低コストで行うことができるダイバーシチ中継装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明は、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットを複数個従属接続するようにする。これにより、３ブランチ以上のブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットを用いなくても、３ブランチ以上のダイバーシチ合成を行うことができるようになる。つまり、比較的低コストの２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットのみで、３ブランチ以上のダイバーシチ合成を行った中継処理を行うことができるようになる。

本発明によれば、３ブランチ以上のダイバーシチ合成を低コストで行うことができるので、高品質の中継品質を低コストで得ることができるダイバーシチ中継装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係るダイバーシチ中継装置の構成を示す。ダイバーシチ中継装置１００は、受信アンテナ１０１、１０２、１０３と、第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４と、第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５と、遅延回路１０６と、送信アンテナ１０７と、を有する。第１及び第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４、１０５は互いに従属接続されている。

すなわち、ダイバーシチ中継装置１００は、２ブランチ専用のダイバーシチ中継ユニットが２台用意され、３本の受信アンテナ１０１〜１０３のうち２本の受信アンテナ１０１、１０２が第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４に接続されている。そして残り１本の受信アンテナ１０３が遅延回路１０６を介して第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５の一方の入力端に接続されている。また第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５の他方の入力端には、第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４の出力端が接続されている。

これにより、第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５においては、第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４でダイバーシチ合成された受信アンテナ１０１、１０２の信号と、受信アンテナ１０３の信号とがダイバーシチ合成される。そして第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５は、ダイバーシチ合成した信号を送信アンテナ１０７を介して空中に輻射する。

遅延回路１０６は、第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４におけるレイテンシー時間だけ受信アンテナ１０３の信号を遅延させて第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５に供給する。これにより、第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５では、各受信アンテナ１０１〜１０３で受信された対応する信号同士をダイバーシチ合成できるようになる。なお、図２に示すダイバーシチ中継装置２００のように、遅延回路１０６に、第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４から遅延時間を制御する信号を入力することも好適である。

例えば、日本の地上デジタルＴＶ放送のように様々なシンボル時間及びガード時間の信号を受信する可能性がある場合、シンボル時間やガード時間に応じて、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４のレイテンシーも変化するため、図２に示すように、このレイテンシーに応じて、遅延回路１０６の遅延時間を調整できるようにしておくと好適である。

遅延時間を調整するための構成例としては、遅延回路１０６に例えば最大遅延時間となる段数のバッファを予め用意しておき、遅延時間を制御するための信号に応じて、信号を通過させるバッファの段数を変えるようにするものが考えられる。

因みに、このレイテンシーは、第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０４で判定したシンボル時間及びガード時間に応じて、装置の仕様に基づいて定まる値なので、このレイテンシーの値を遅延回路１０６に入力して遅延時間を調整できるようにしておくことは、実際に運用する上で便利である。

図３に、本実施の形態の別の構成例を示す。ダイバーシチ中継装置３００は、遅延回路１０６の代わりに、第３の２ブランチ専用中継ユニット１０８が設けられている。このようにすると、遅延時間制御用の信号を設けなくても、第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット１０５に同タイミングで対応する信号を入力させることができるようになる。

図４に、本実施の形態の別の構成例を示す。ダイバーシチ中継装置４００は、２ブランチ専用のダイバーシチ中継ユニットが３台用意され、４本の受信アンテナ４０１〜４０４のうち２本の受信アンテナ４０１、４０２が２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット４０５に接続されていると共に、残り２本の受信アンテナ４０３、４０４が２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット４０６に接続されている。これら２つの２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット４０５、４０６の出力端は、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット４０７の２つの入力端にそれぞれ接続されている。これにより、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット４０７は、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット４０５、４０６でダイバーシチ合成された信号を、ダイバーシチ合成して送信アンテナ４０８を介して空中に輻射する。

なお、上記説明では、受信アンテナ数が３本の場合と４本の場合について述べたが、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットをツリー状に従属接続していくことで、３ブランチ以上の専用ダイバーシチ中継ユニットを用いなくても、受信アンテナ数をさらに増加させることができる。

かくして本実施の形態によれば、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットを複数個従属接続するようにしたことにより、３ブランチ以上のブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットを用いなくても、３ブランチ以上のダイバーシチ合成を行うことができるようになる。この結果、比較的低コストの２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットのみで、３ブランチ以上のダイバーシチ合成を行うことができるので、低コストで中継品質を向上させることができるようになる。

なおさらなる工夫として、２ブランチ専用ダイバーシチ中継装置がＲＦ（無線周波数）モジュールとＩＦ（中間周波数）モジュール等に分離されている場合、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット間の接続をＩＦ信号とすると、周波数変換による劣化が防ぐことができると共に回路規模も一段と小さくすることができる。

（実施の形態２）
図５に、本発明の実施の形態２に係るダイバーシチ中継装置の構成を示す。ダイバーシチ中継ユニット５００は、受信アンテナ５０１〜５０４と、２ブランチ専用ダイバーシチ中継装置５０５、５０９、５１３を有し、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０５、５０９の出力端が２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５１３の入力端に接続されている。

２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０５は、自動利得制御部（ＡＧＣ）５０６、５０７と、合成部５０８とを有する。同様に、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０９は、自動利得制御部５１０、５１１と、合成部５１２とを有する。２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５１３は、自動利得制御部５１４、５１５と、合成部５１６と、送信アンテナ５１７とを有する。

２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０５は、合成部５０８に、各自動利得制御部５０６、５０７によって利得制御された信号Ｓ１、Ｓ２を入力すると共に各自動利得制御部５０６、５０７で用いられた制御電圧Ｃ１、Ｃ２を入力する。合成部５０８は、制御電圧Ｃ１、Ｃ２を参照して、利得制御された信号Ｓ１、Ｓ２の合成比率を変えることで受信品質に応じた最適な合成比率で利得制御された２つの信号Ｓ１、Ｓ２を合成する。この合成の仕方については、既知の技術なので説明を省略する。

同様に、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０９は、合成部５１２に、各自動利得制御部５１０、５１１によって利得制御された信号Ｓ３、Ｓ４を入力すると共に各自動利得制御部５１０、５１１で用いられた制御電圧Ｃ３、Ｃ４を入力する。合成部５１２は、制御電圧Ｃ３、Ｃ４を参照して、利得制御された信号Ｓ３、Ｓ４の合成比率を変えることで受信品質に応じた最適な合成比率で利得制御された２つの信号Ｓ３、Ｓ４を合成する。

２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０５、５０９は、合成部５０８、５１２から、合成信号Ｓ５、Ｓ６に加えて、各ブランチの自動利得制御部５０６、５０７、５１０、５１１における制御電圧Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の平均値も出力するようになっている。つまり、合成部５０８からは、制御電圧Ｃ１とＣ２を平均した制御電圧Ｃ５が出力され、合成部５１２からは、制御電圧Ｃ３とＣ４を平均した制御電圧Ｃ６が出力される。

２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５１３は、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０５、５０９により得られた各合成信号Ｓ５、Ｓ６をそれぞれ、自動利得制御部５１４、５１５を介して合成部５１６に入力する。これに加えて、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５１３は、前段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０５、５０９から出力された制御電圧Ｃ５、Ｃ６を合成部５１６に入力する。合成部５１６では、制御電圧Ｃ５、Ｃ６を参照して、２つの合成信号Ｓ５、Ｓ６の合成比率を変えることで２つの合成信号Ｓ５、Ｓ６の受信品質に応じた最適な合成比率で２つの合成信号Ｓ５、Ｓ６を合成する。

つまり、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５１３においては、前段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５０５、５０９の場合と異なり、自中継ユニットの制御電圧でなく、前段の中継ユニットから出力される平均制御電圧に基づいて２つの信号を合成するようになっている。

このようにすることで、後段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットにおいても、各アンテナの受信レベル（受信品質）を良好に反映したダイバーシチ合成が可能となるので、中継品質を向上させることができる。

２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット５１３は、合成部５１６によって得た合成信号Ｓ１０を送信アンテナ５１７を介して空中に輻射する。

なお、受信アンテナ数が４本以外の場合にも同様に、前段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットで用いた自動利得制御の制御電圧の平均電圧を利用して合成を行うようにすれば、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

かくして本実施の形態によれば、複数の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットを従属接続するにあたって、前段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットの自動利得制御で用いた制御電圧の平均電圧を、後段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットの合成処理に用いるようにしたことにより、実施の形態１の効果に加えて、各アンテナの受信レベル（受信品質）を良好に反映したダイバーシチ合成が可能となる。この結果、低コストで一段と中継品質を向上し得るダイバーシチ中継装置を実現できる。

（実施の形態３）
図６に、本発明の実施の形態３に係るダイバーシチ中継装置の構成を示す。ダイバーシチ中継装置６００は、受信アンテナ６０１〜６０４と、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２１、６２２、６２３を有し、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２１、６２２の出力端が２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２３の入力端に接続されている。

２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２１、６２２は、伝送路推定部６０５、６０７、６１０、６１２と、信号品質推定手段としてのＳＮ（Signal-to-Noise ratio）推定部６０６、６０８、６１１、６１３と、合成部６０９、６１４とを有する。

各伝送路推定部６０５、６０７、６１０、６１２は、各受信アンテナ６０１〜６０４で受信された受信信号に含まれるパイロット信号等の既知信号に基づいて伝送路の周波数特性を推定する。

各ＳＮ推定部６０６、６０８、６１１、６１３は、各アンテナ受信信号と、各伝送路推定部６０５、６０７、６１０、６１２によって得られた伝送路推定値（周波数特性）とを入力し、アンテナ受信信号を周波数特性で複素除算することで歪みを受けたアンテナ受信号を等化した後、等化信号の理想信号点からの距離の２乗を累積することで雑音成分の大きさを推定する。なお、信号品質の推定の仕方はこれに限らず、例えばＯＦＤＭ信号の場合には、パイロット信号のみを抽出し、抽出したものをフーリエ変換して２乗し、ある閾値レベル以下の信号を累積して雑音成分の大きさを推定する方法など、種々の方法を適用できる。

各合成部６０９、６１４は、各伝送路推定部６０５、６０７、６１０、６１２の伝送路推定結果及び各ＳＮ推定部６０６、６０８、６１１、６１３の信号品質推定結果を基に、各アンテナ６０１〜６０４のアンテナ受信信号を合成する。なお合成の仕方は、特に限定されるものではないが、この実施の形態のダイバーシチ中継装置６００においては、最大比合成を行う場合について説明する。

合成部６０９、６１４は、ｎをブランチ番号（ｎ＝１、２）、ｋをサブキャリア番号とし、受信信号をＤｎ（ｋ）、伝送路特性をＨｎ（ｋ）、信号品質推定結果をＱｎとすると、最大比合成結果Ｏ（ｋ）_２を、次式のようにして求める。

ここで、上述したように合成方式は最大比合成に限定されるものではない。例えば、選択合成や等利得合成を用いてもよい。選択合成の場合には最大比合成よりも回路規模が若干削減可能であるが、性能が劣化する。等利得合成の場合には、回路規模も増大する上に、最大比合成よりも性能が劣化するため、あまり実用的ではない。選択合成の場合、Ｈｎ（ｋ）×Ｑｎが最も大きいブランチの信号のみを使用し、他のブランチは０に設定する。

２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２３は、アンテナ受信信号の代わりに、各２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２１、６２２により得られた合成信号を入力することが異なるだけで、伝送路推定部６１５、６１６、ＳＮ推定部６１７、６１８及び合成部６１９で行う処理は、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２１、６２２での処理と同様である。これにより、２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２３の合成部６１９では、前段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２１、６２２でダイバーシチ合成された２つの合成信号がダイバーシチ合成され、最終的な中継信号として送信アンテナ６２０を介して空中に輻射される。

このように本実施の形態によれば、互いに従属接続された２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットの内部に、ブランチ毎に信号品質を推定するＳＮ推定部６０６、６０８、６１１、６１３、６１７、６１８を設け、推定結果に応じた比率で各ブランチの信号を合成するようにしたことにより、前段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２１、６２２から後段の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２３に合成信号以外の信号を受け渡す必要がなくなるので、そのための信号線を省略することができるようになる。例えば、実施の形態２のダイバーシチ中継装置５００で必要であった、制御電圧Ｃ５、Ｃ６の受け渡しが不要となる。この結果、一段と簡易な構成により実施の形態２と同様の効果を得ることができるようになる。

なお、最終段に配置される２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット６２３のみ、合成結果を硬判定し、判定結果を中継するようにすると、判定誤りがなければ雑音成分を除去することができるので、一段と高品質な中継を実現できるようになる。これは、実施の形態１、２についても同様である。

本発明に係るダイバーシチ中継装置は、アンテナ本数の増加にも低コストで対応できるので中継品質の向上を低コストで実現できるようになり、放送システム等の無線通信システムに適用して好適なものである。

本発明の実施の形態１に係るダイバーシチ中継装置の構成を示すブロック図 実施の形態１の別の構成例を示すブロック図 実施の形態１の別の構成例を示すブロック図 実施の形態１の別の構成例を示すブロック図 実施の形態２のダイバーシチ中継装置の構成を示すブロック図 実施の形態３のダイバーシチ中継装置の構成を示すブロック図 従来のダイバーシチ中継装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１００、２００、３００、４００、５００、６００ ダイバーシチ中継装置
１０１〜１０３、４０１〜４０４、５０１〜５０４、６０１〜６０４ 受信アンテナ
１０４、１０５、１０８、４０５、４０６、４０７、５０５、５０９、５１３、６２１、６２２、６２３ ２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニット
１０６ 遅延回路
１０７、４０８、５１７、６２０ 送信アンテナ
５０６、５０７、５１０、５１１、５１４、５１５ 自動利得制御部（ＡＧＣ）
５０８、５１２、５１６、６０９、６１４、６１９ 合成部
６０５、６０７、６１０、６１２、６１５、６１６ 伝送路推定部
６０６、６０８、６１１、６１３、６１７、６１８ ＳＮ推定部
Ｃ１〜Ｃ６ ＡＧＣの制御電圧

Claims (8)

1. ２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットが複数個従属接続されて構成された
   ダイバーシチ中継装置。
2. 第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットと、
   一方のアンテナ入力端に前記第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットの出力端が接続された、第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットと
   を具備する請求項１に記載のダイバーシチ中継装置。
3. 前記第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットの他方のアンテナ入力端に接続された受信アンテナと、
   前記受信アンテナと前記第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットとの間に設けられた遅延回路と
   を具備する請求項２に記載のダイバーシチ中継装置。
4. 前記遅延回路は、前記第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継処理ユニットの処理時間分だけ、前記受信アンテナの信号を遅延させる
   請求項３に記載のダイバーシチ中継装置。
5. 前記第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットの他方のアンテナ入力端に接続された第３の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットを、さらに具備する
   請求項２に記載のダイバーシチ中継装置。
6. 前記第１の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットと、前記第２の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットとの接続が、中間周波数信号でされている
   請求項２に記載のダイバーシチ中継装置。
7. 後段に接続された２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットには、前段に接続された２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットのダイバーシチ合成信号に加えて、当該前段に接続された２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットの各ブランチの自動利得制御手段における制御電圧の平均値が入力され、
   後段に接続された２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットは、前記制御電圧の平均値の比率に基づいて、ダイバーシチ合成を行う
   請求項１から請求項６のいずれかに記載のダイバーシチ中継装置。
8. 前記複数の２ブランチ専用ダイバーシチ中継ユニットはそれぞれ、ブランチの信号品質を推定する信号品質推定手段を具備する
   請求項１から請求項６のいずれかに記載のダイバーシチ中継装置。

Images