JP2006174126A - ダイバーシティ受信装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 最適なアンテナを短時間で選択する。
【解決手段】 複数のアンテナのうちから１つを選択するためのアンテナ選択信号を生成するダイバーシティ受信装置であって、複数のアンテナから１つを順次選択するように、アンテナ選択信号を生成する制御部と、複数のアンテナのそれぞれに対応しており、対応するアンテナによって受信された信号と所定パターンとの間の相関値を求めて出力する複数の相関部と、複数のアンテナのそれぞれについて、複数の相関部のうちの対応するもので求められた相関値とそのアンテナに関する平均電力とに基づいて、受信された信号から所定パターンを検出し、その結果を出力する相関検出部とを備える。制御部は、相関検出部の出力に基づいて、所定パターンが検出された信号を受信したアンテナを、選択すべきアンテナとして決定し、そのアンテナを選択するように前記アンテナ選択信号を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイバーシティ受信装置及び方法に関し、特に、複数のアンテナから受信に用いるべきアンテナを選択するアンテナ選択ダイバーシティ受信装置及び方法に関する。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の移動体通信においては、電波の反射や散乱により受信電界強度が激しく変動するフェージング現象によって受信性能が著しく劣化することが知られている。このようなフェージングの影響を軽減する受信技術として、複数の受信系から得られる受信信号の中から復調すべき信号を選択するダイバーシティ受信がある。その１つとして、複数のアンテナから受信すべきアンテナを選択するアンテナ選択ダイバーシティ受信が知られている。

図１７は、従来のアンテナ選択ダイバーシティ受信装置のブロック図である。この装置は、例えば特許文献１に開示されているものである。図１７において、アンテナ切り替え部９２２は、２本のアンテナ１１，１２による受信信号を選択し、ＡＧＣ回路９２４及び制御電圧生成部（ＶＣＯ）９３４は、受信入力レベルを一定にする。このとき、制御部９３２は、制御電圧生成部９３４が出力する制御電圧に基づいて、どちらのアンテナの受信電力が大きいかを判定し、判定結果に従って、受信電力が大きいアンテナを選択するように、アンテナ選択信号をアンテナ切り替え部９２２に出力する。
特開平９−１４８９７３号公報

しかしながら、図１７のような受信装置によると、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路９２４と制御電圧生成部９３４とで構成されるフィードバックループが収束しなければ正確な受信電力を判定することができないので、電力の比較に時間を要する。また、２つのアンテナの受信電力に大きな差がある場合には、アンテナを切り替えたときにＡＧＣ回路９２４に入力される電力が急激に変動するので、フィードバックループの収束に更に時間を要してしまう。

無線ＬＡＮ等の高速無線パケット通信においては、複数の端末が任意の時刻に無線パケットを送信する。受信側では数μ秒のプリアンブル期間内にアンテナの選択、ＡＧＣ、パケットの検出を行わなければならず、従来のような構成ではこれらの処理が行えないという問題があった。

本発明は、最適なアンテナを短時間で選択するダイバーシティ受信装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明が講じた手段は、複数のアンテナのうちから１つを選択するためのアンテナ選択信号を生成するダイバーシティ受信装置であって、前記複数のアンテナから１つを順次選択するように、前記アンテナ選択信号を生成して出力する制御部と、前記アンテナ選択信号に従って選択されたアンテナによって受信された信号を、ゲイン制御信号に基づいて増幅して出力するゲインアンプと、前記ゲインアンプから出力された信号の電力を測定する電力測定部と、前記電力測定部で測定された電力に基づいて、前記複数のアンテナのそれぞれによって受信された信号毎に平均電力を求めて出力する平均化部と、前記平均電力のうちの少なくとも１つを保持する保持部と、前記複数のアンテナのそれぞれに対応しており、対応するアンテナによって受信されて前記ゲインアンプから出力される信号と所定パターンとの間の相関値を求めて出力する複数の相関部と、前記複数のアンテナのそれぞれについて、前記複数の相関部のうちの対応するもので求められた相関値とそのアンテナに関する平均電力とに基づいて、受信された信号から前記所定パターンを検出し、その結果を出力する相関検出部と、前記制御部が選択すべきアンテナを決定するまでは一定のゲインで、その後は選択されたアンテナについての平均電力に応じたゲインで、前記ゲインアンプが増幅するように、前記ゲイン制御信号を出力するゲイン制御部とを備え、前記制御部は、前記相関検出部の出力に基づいて、前記所定パターンが検出された信号を受信したアンテナを、選択すべきアンテナとして決定し、そのアンテナを選択するように前記アンテナ選択信号を生成して出力するものである。

これによると、複数のアンテナにそれぞれ対応した複数の相関部が所定パターンを検出するので、到来する無線パケットのタイミングによらず、複数のアンテナで受信した信号が混在したものを対象にして所定パターンを検出することがない。このため、所定パターンの検出精度を向上させることができ、選択すべきアンテナを素早く決定することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、前記複数のアンテナで受信された信号のいずれかから前記所定パターンが検出された場合には、前記保持部に保持されている平均電力と前記所定パターンが検出された信号の平均電力とのうちの最大のものを選択し、前記選択された平均電力に係るアンテナを、選択すべきアンテナとして決定するものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載のダイバーシティ受信装置において、相関保持部を更に備え、前記相関検出部は、前記複数のアンテナのそれぞれについて、前記複数の相関部のうちの対応するもので求められた相関値と、そのアンテナに関する平均電力との間の差を更に求めて出力するものであり、前記相関保持部は、前記相関検出部の出力を保持して前記制御部に出力するものであり、前記制御部は、前記相関検出部及び前記相関保持部から出力される、相関値と平均電力との間の差に基づいて、選択すべきアンテナを決定するものである。

これによると、相関保持部が、相関値と平均電力との間の差を保持するので、相関値と平均電力との間の差が最小となるアンテナを、選択すべきアンテナとして決定し、伝送路の影響が最小である信号を受信するようにすることができる。

請求項４の発明は、請求項３に記載のダイバーシティ受信装置において、前記相関検出部は、求められた最新の平均電力を保持し、保持された平均電力と、前記複数の相関部のうち、前記保持された平均電力に係るアンテナに対応するもので求められた相関値との間の差を求めて出力するものである。

請求項５の発明は、請求項３に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、前記複数のアンテナで受信された信号のうち、複数の信号から前記所定パターンとの相関が検出された場合には、前記相関保持部に保持されている相関値と平均電力との間の差と、前記相関が検出された信号の相関値と平均電力との間の差とのうちの最大のものを選択し、前記選択された相関値と平均電力との間の差に係るアンテナを、選択すべきアンテナとして決定するものである。

請求項６の発明は、請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、前記複数の相関部は、それぞれ、セレクタと、入力された信号を順次シフトして格納するシフトレジスタとを備え、前記セレクタは、当該相関部に対応するアンテナが選択されているときには、前記ゲインアンプの出力を選択して前記シフトレジスタに出力し、その他のときには、シフトされて出力された値を選択して前記シフトレジスタに出力するものである。

請求項７の発明は、請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、各アンテナについて、そのアンテナで受信された信号の相関処理を行うべき期間を示す相関処理通知信号を生成して出力するものであり、前記平均化部は、前記相関処理通知信号が相関処理を行うべき期間であることを示しているときに、平均電力を求めるものである。

請求項８の発明は、請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、受信電力が安定するのを待つ期間と、平均電力を求める期間との和を、前記複数のアンテナから１つを順次選択する際の間隔にするものである。

請求項９の発明は、請求項８に記載のダイバーシティ受信装置において、前記受信電力が安定するのを待つ期間と、前記平均電力を求める期間とを格納するレジスタを更に有するものである。

請求項１０の発明は、請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、前記ゲインアンプの出力に対して自動周波数制御処理を行って出力する自動周波数制御部と、前記自動周波数制御部の出力に復調処理を行う復調部とを更に備えるものである。

請求項１１の発明は、請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、前記復調部は、受信した信号で伝送されたデータのエラーを検出して前記制御部に通知するものであり、前記制御部は、前記復調部でエラーが検出された場合には、現在選択しているアンテナ以外のアンテナを、選択すべきアンテナとして決定するものである。

請求項１２の発明は、請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、選択されたアンテナで受信された信号の平均電力が所定値よりも小さい場合には、前記ゲイン制御信号を変化させないようにするものである。

請求項１３の発明は、請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、選択されたアンテナで受信された信号の平均電力が所定値よりも小さい場合には、前記選択すべきアンテナを決定後、前記ゲイン制御信号を変化させることなく、前記自動周波数制御部に自動周波数制御処理を開始させるものである。

請求項１４の発明は、請求項１３に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、各アンテナについて、そのアンテナで受信された信号の相関処理を行うべき期間を示す相関処理通知信号を生成して出力し、かつ、前記選択すべきアンテナ以外のアンテナについての前記相関処理通知信号がいずれも相関処理を行うべき期間であることを示していなければ、前記自動周波数制御部に自動周波数制御処理を開始させるものである。

請求項１５の発明は、請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、前記制御部は、各アンテナについて、そのアンテナで受信された信号の相関処理を行うべき期間を示す相関処理通知信号を生成して出力するものであり、前記相関検出部は、前記相関処理通知信号が相関処理を行うべき期間を示す毎に、求められた最新の平均電力を保持するものである。

請求項１６の発明は、複数のアンテナのうちから１つを選択するためのアンテナ選択信号を生成するダイバーシティ受信方法であって、前記複数のアンテナから１つを順次選択するように、前記アンテナ選択信号を生成するステップと、前記アンテナ選択信号に従って選択されたアンテナによって受信された信号を、ゲイン制御信号に基づいて増幅する増幅ステップと、前記増幅ステップで増幅された信号の電力を測定する電力測定ステップと、前記電力測定ステップで測定された電力に基づいて、前記複数のアンテナのそれぞれによって受信された信号毎に平均電力を求める平均化ステップと、前記平均電力のうちの少なくとも１つを保持する保持ステップと、前記複数のアンテナのそれぞれによって受信され、前記増幅ステップで増幅された信号と所定パターンとの間の相関値を求める相関ステップと、前記複数のアンテナのそれぞれについて、求められた相関値とそのアンテナに関する平均電力とに基づいて、受信された信号から前記所定パターンを検出する相関検出ステップと、選択すべきアンテナが決定されるまでは一定のゲインで、その後は選択されたアンテナについての平均電力に応じたゲインで、前記増幅ステップにおいて増幅するように、前記ゲイン制御信号を生成するゲイン制御ステップと、前記所定パターンが検出された信号を受信したアンテナを、選択すべきアンテナとして決定し、そのアンテナを選択するように前記アンテナ選択信号を生成するステップとを備えるものである。

請求項１７の発明は、請求項１６に記載のダイバーシティ受信方法において、前記相関検出ステップは、前記複数のアンテナのそれぞれについて、求められた相関値と、そのアンテナに関する平均電力との間の差を更に求めるものであり、当該ダイバーシティ受信方法は、前記相関検出ステップで得られた値を保持する相関保持ステップと、前記相関検出ステップで得られた、相関値と平均電力との間の差、及び前記相関保持ステップで保持された、相関値と平均電力との間の差に基づいて、選択すべきアンテナを決定するステップとを更に備えるものである。

本発明によれば、最適なアンテナを短時間で選択することができる。受信するパケット毎に、最適なアンテナを選択することができるので、伝搬環境が急速に変動する場合や、複数の端末等からパケットが送信されるような場合においても、安定した通信を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るダイバーシティ受信装置のブロック図である。図１のダイバーシティ受信装置は、ゲインアンプ１０２と、電力測定部１０４と、平均化部１０６と、保持部１０８と、第１の相関部１２０と、第２の相関部１３０と、相関検出部１４０と、制御部１６２と、ゲイン制御部１７２と、自動周波数制御（ＡＦＣ）部１７４と、復調部１８０とを備えている。図１のダイバーシティ受信装置は、第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２のうちから１つを選択するものであり、より詳しくは、アンテナ１１，１２のそれぞれによって受信された信号のうちから１つを、アンテナ切り替え部２２が選択するためのアンテナ選択信号ＳＷＡを生成するものである。

図２は、図１のダイバーシティ受信装置が受信するパケットの構成の例を示す説明図である。図２のパケットは、プリアンブル部ＰＫ１と、データ部ＰＫ２とを有する。プリアンブル部ＰＫ１には、パターンＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎ（ｎ≧２）が含まれている。パターンＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎは、いずれも所定のパターンＰである。すなわち、プリアンブル部ＰＫ１には、パターンＰが少なくとも２回繰り返されている。パターンＰとしては任意のパターンを使用することができるが、自己相関特性が高いＰＮ（Pseudo Noise）系列やチャープ波形等を用いることがより好ましい。データ部ＰＫ２には、伝送すべきデータが含まれている。

図３は、図１のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。ここでは、アンテナ１１による受信信号の方が、アンテナ１２による受信信号よりも伝送路の影響を受けていない場合を例として示している。図３において、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，…の間隔は、時間Ｔである。また、以下では、時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のＴ／２後の時刻を、それぞれ時刻Ｔ２Ａ，Ｔ３Ａ，Ｔ４Ａとする。

受信信号が入力されていない場合等の受信待ち受け時の動作について説明する。制御部１６２は、アンテナ選択信号ＳＷＡをアンテナ切り替え部２２に出力し、ゲイン切り替え信号Ｓ４をゲイン制御部１７２に出力している。アンテナ切り替え部２２は、アンテナ選択信号ＳＷＡに従って、アンテナ１１又はアンテナ１２によって受信された信号を選択し、信号Ｓ０としてゲインアンプ１０２に出力する。アンテナ切り替え部２２は、アンテナ選択信号ＳＷＡが、低電位（“Ｌ”）であるときには、アンテナ１１によって受信された信号を、高電位（“Ｈ”）であるときには、アンテナ１２によって受信された信号をそれぞれ選択する。

制御部１６２は、受信待ち受け時においては、アンテナ１１，１２を順に選択するように、アンテナ選択信号ＳＷＡのレベルを“Ｈ”及び“Ｌ”に交互に変化させるので、アンテナ切り替え部２２は、アンテナ１１とアンテナ１２とを交互に選択しながらパケットの到来を待つ。制御部１６２は、アンテナ切り替えが行われる間隔が少なくともパターンＰの長さとなるようにする。ここでは説明を簡単にするため、アンテナ切り替え間隔をパターンＰの長さ（時間Ｔ）と同じにする。また、制御部１６２は、受信待ち受け時においては、固定ゲインを指定する第１のゲイン切り替え信号ＧＳ１をゲイン切り替え信号Ｓ４として出力する。

ゲイン制御部１７２は、ゲイン切り替え信号Ｓ４に従って、第１の固定ゲインを示すゲイン制御信号Ｓ５をゲインアンプ１０２に出力する。これによりゲインアンプ１０２は、アンテナ切り替え部２２から入力される受信信号Ｓ０を第１の固定ゲインで増幅し、信号Ｓ２として電力測定部１０４、第１相関部１２０、及び第２相関部１３０に出力する。

制御部１６２は、第１の相関処理通知信号Ｓ１１を平均化部１０６、第１相関部１２０、及び相関検出部１４０に出力し、第２の相関処理通知信号Ｓ１２を平均化部１０６、第２相関部１３０、及び相関検出部１４０に出力している。第１及び第２の相関処理通知信号Ｓ１１，Ｓ１２は、その有効期間（例えば“Ｈ”である期間）が、第１及び第２のアンテナで受信された信号の相関処理を行うべき期間であることをそれぞれ示している。

電力測定部１０４は、ゲインアンプ１０２の出力信号Ｓ２の瞬時電力を測定し、平均化部１０６に出力する。平均化部１０６は、電力測定部１０４から入力される瞬時電力Ｓ３を第１の相関処理通知信号Ｓ１１、又は第２の相関処理通知信号Ｓ１２の有効期間においてのみ平均化する。平均化部１０６は、求められた平均電力を、制御部１６２、ゲイン制御部１７２、保持部１０８、及び相関検出部１４０に出力する。

平均化部１０６には、アンテナ１１，１２によって受信された信号の瞬時電力が交互に与えられているので、平均化部１０６は、アンテナ１１，１２によって受信された信号毎に平均電力を得て、順に出力する。保持部１０８は、現在選択されているアンテナ以外のアンテナで既に受信された信号についての平均電力を保持し、制御部１６２に出力する。

第１相関部１２０及び第２相関部１３０は、アンテナ１１，１２にそれぞれ対応している。第１相関部１２０は、ゲインアンプ１０２から出力される受信信号Ｓ２とパターンＰとの間の相関値Ｓ８を求め、相関検出部１４０に出力する。第２相関部１３０は、ゲインアンプ１０２から出力される受信信号Ｓ２とパターンＰとの間の相関値Ｓ９を求め、相関検出部１４０に出力する。

図４は、図１の第１相関部１２０の構成を示すブロック図である。第１相関部１２０は、セレクタ１２２と、直列に接続された１６個のフリップフロップ（ＦＦ）を有するシフトレジスタ１２４と、各ビットのための１６個の乗算器を有する乗算部１２６と、演算部１２８とを備えている。

図４において、シフトレジスタ１２４は、セレクタ１２２の出力を受け取り、順次右にシフトして格納する。セレクタ１２２は、第１の相関処理通知信号Ｓ１１の有効期間においてはゲインアンプ１０２から出力される受信信号Ｓ２を選択し、その他の期間（第１の相関処理通知信号Ｓ１１の無効期間）においては、シフトされてシフトレジスタ１２４の右端のフリップフロップから出力された値を選択する。

すなわち、図３に示されているように、第１相関部１２０は、第１の相関処理通知信号Ｓ１１の有効期間においてはシフトレジスタ１２４のデータを順次更新し、無効期間においてはシフトレジスタ１２４のデータを順次入力側に戻すフィードバック処理を行う。このフィードバック処理を行うことによって、アンテナ切り替えの間隔がパターンＰの長さ以上となるように設定しても、シフトレジスタ１２４に保持されるパターンの波形を保つことができ、相関検出精度の劣化を防ぐことができる。

乗算部１２６には、パターンＰを示す１６ビットの値が予め設定されている。乗算部１２６は、パターンＰを示す値と、シフトレジスタ１２４に保持された１６ビットの値との間で、各ビット毎に乗算を行い、その結果の和を相関値Ｓ８として出力する。

第２相関部１３０は、第１の相関処理通知信号Ｓ１１に代えて第２の相関処理通知信号Ｓ１２が入力され、相関値Ｓ８に代えて相関値Ｓ９が出力される点の他は、第１相関部１２０と同様に構成されているので、その説明を省略する。

相関検出部１４０は、第１相関部１２０から入力される相関値Ｓ８と、平均化部１０６から入力される平均電力値Ｓ６とを、第１の相関処理通知信号Ｓ１１の有効期間において比較して、受信信号Ｓ２に含まれるパターンＰを検出する。また、相関検出部１４０は、第２相関部１３０から入力される相関値Ｓ９と、平均化部１０６から入力される平均電力値Ｓ６とを、第２の相関処理通知信号Ｓ１２の有効期間において比較して、受信信号Ｓ２からパターンＰを検出する。相関検出部１４０は、更に、これらの２つの比較結果の論理和を求め、相関検出値Ｓ１０として制御部１６２に出力する。

図５は、図１の相関検出部１４０の構成を示すブロック図である。相関検出部１４０は、フリップフロップ１４１，１４２と、比較器１４３，１４４と、ＯＲゲート１４７とを備えている。図３のタイミングチャートに示されているように、フリップフロップ１４１，１４２は、第１及び第２の相関処理通知信号Ｓ１１，Ｓ１２の最近の有効期間（平均電力計算期間ＡＰＣ）の平均電力値Ｓ６をそれぞれ最新の平均電力として保持し、平均電力値Ｓ３０，Ｓ３１として比較器１４３，１４４にそれぞれ出力する。平均電力計算期間ＡＰＣ後、次の平均電力計算期間ＡＰＣまでの期間は、平均電力保持期間ＡＰＨであって、フリップフロップ１４１，１４２は、入力された平均電力値Ｓ６の保持を続ける。

比較器１４３は、平均電力値Ｓ３０と第１相関値Ｓ８とを比較し、第１相関値Ｓ８の方が大きい場合には、出力Ｓ３２を“Ｈ”にする。比較器１４４は、平均電力値Ｓ３１と第２相関値Ｓ９とを比較し、第２相関値Ｓ９の方が大きい場合には、出力Ｓ３３を“Ｈ”にする。ＯＲゲートは、出力Ｓ３２及びＳ３３の論理和を求め、その結果を相関検出値Ｓ１０として制御部１６２に出力する。これにより、アンテナ１１，１２による２つの受信信号の電力を混在させることなしに、相関検出値Ｓ１０を求めて制御部１６２に出力することができる。出力Ｓ３２，Ｓ３３及び相関検出値Ｓ１０は、レベルが“Ｈ”であるときには、パターンＰが検出されたこと、言い換えると、パケットが到来したことを示している。

図３のタイミングチャートでは、アンテナ１１の受信信号の方が、アンテナ１２の受信信号よりも伝送路の影響を受けていないので、相関値Ｓ８にピークを生じている。相関検出値Ｓ１０は、相関値Ｓ８のピークに応じたパルスを有している。

制御部１６２は、現在選択されているアンテナによる受信信号の平均電力値Ｓ６、保持部１０８が保持している、以前選択されていたアンテナによる受信信号の平均電力値Ｓ７、又は相関検出部１４０が出力する相関検出値Ｓ１０に基づいて、パケットの到来を検出し、選択すべきアンテナを決定する。

例えば、制御部１６２は、相関検出値Ｓ１０に基づいて、相関検出値のピークを検出し、そのピークが検出された時刻Ｔ４において選択されているアンテナ１１を、選択すべきアンテナとして決定する。

また、制御部１６２は、アンテナ１１又は１２で受信された信号のいずれかから所定パターンＰが検出された場合には、保持部１０８に保持されている時刻Ｔ３における平均電力と、相関検出値のピークが検出された時刻Ｔ４の平均電力とのうちの最大のものを選択し、その平均電力の信号を受信したアンテナを選択すべきアンテナとするようにしてもよい。

また、制御部１６２は、平均電力が所定値より小さい場合には、前述の処理を行い、平均電力が所定値より大きい場合には、受信信号の平均電力が最大になるようなアンテナを常に、選択すべきアンテナとするようにしてもよい。

パケットの到来を検出し、選択すべきアンテナを決定すると、制御部１６２は、決定されたアンテナを選択するようにアンテナ選択信号ＳＷＡを出力し、以降このパケットの受信が終了するまで、アンテナ選択信号ＳＷＡのレベルを、第１アンテナ１１を選択する“Ｌ”に固定する。

更に、制御部ブロック１６２は、時刻Ｔ４Ａ以降において、第２のゲイン切り替え信号ＧＳ２をゲイン切り替え信号Ｓ４として出力する。すると、ゲイン制御部１７２は、平均電力が自動周波数制御部（ＡＦＣ）１７４、及び復調部１８０に適した所定の値となるように、選択されたアンテナで受信された信号についての平均電力に応じたゲインでゲインアンプ１０２が増幅をするように、ゲイン制御信号Ｓ５を出力し、ゲインのフィードバック制御をする。

ゲインを制御されたゲインアンプ１０２は、以降、増幅した信号を自動周波数制御部１７４を経由して復調部１８０に出力し、復調部１８０は、パケットのデータ部の復調を行う。データ部の復調が終了すれば、制御部１６２は、受信待ち受け状態に戻り、以上の動作を繰り返す。

ここで、比較のために、相関部を１つのみ備えるダイバーシティ受信装置について説明する。図６は、相関部を１つのみ備えるダイバーシティ受信装置のブロック図である。図７は、図６のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。図６のダイバーシティ受信装置は、図１のダイバーシティ受信装置において、第１及び第２の相関部１２０，１３０、相関検出部１４０、制御部１６２に代えて、相関部８３０と、相関検出部８４０と、制御部８６２とを備えるものである。

相関部８３０には、アンテナ１１及び１２による受信信号が交互に入力されるので、図７のタイミングチャートのように、相関部８３０では、アンテナ１１による受信信号に含まれるパターンと、アンテナ１２による受信信号に含まれるパターンとが混在してしまう。アンテナ１１で受信される信号と、アンテナ１２で受信される信号とでは、伝送路歪が異なるので、２つのアンテナ１１，１２による受信信号が混在することにより相関検出確率が低下してしまい、受信性能が劣化してしまう。

これに対し、図１のダイバーシティ受信装置は、複数のアンテナのそれぞれに対応した複数の相関部を備えるので、各相関部は、対応するアンテナによる受信信号と所定パターンとの間の相関値を求めることができる。すなわち、図３のタイミングチャートに示されているように、受信信号の入るタイミングに関係なく、相関部においてアンテナ１１による受信信号に含まれるパターンとアンテナ１２による受信信号に含まれるパターンとを混在させることなく、相関検出を行うことができる。このため、相関検出確率が向上し、受信性能の向上を実現することができる。

また、相関検出部１４０は、２つのフリップフロップ１４１，１４２と、２つの比較器１４３，１４４とを備えている。このため、２つのアンテナ１１，１２による受信信号の電力を混在させることなく、相関検出値Ｓ１０を求めて制御部１６２に出力することができる。

以上のように、図１のダイバーシティ受信装置によると、複数のアンテナ１１，１２にそれぞれ対応した複数の相関部１２０，１３０が所定パターンＰを検出するので、到来する無線パケットのタイミングによらず、複数のアンテナ１１，１２で受信した信号が混在したものを対象にして所定パターンＰを検出することがない。このため、所定パターンの検出精度を向上させることができ、選択すべきアンテナを素早く決定することができる。

また、高周波部（アンテナ切り替え部２２、ゲインアンプ１０２等）として処理遅延が大きい安価なものを用いた場合でも、選択すべきアンテナを早く決定することができる。このため、アンテナ選択処理に長い時間を掛けずに自動周波数制御（ＡＦＣ）処理、及び復調処理を実行することができ、更に受信性能の向上を図ることができる。

簡単のため、以上の説明では、アンテナ切り替えの間隔をパターンＰの長さと同じとした。しかし、パターンＰ以上の長さの周期でアンテナ切り替えを行うようにしてもよい。図８は、アンテナ切り替えの間隔がパターンＰの長さよりも長い場合における、図１のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。図８では、アンテナ切り替えの間隔が１．５Ｔになっている。

図９は、アンテナ切り替え時に生ずるノイズを示すグラフである。図９に示すように、アンテナ切り替え部２２や、その他の原因により、アンテナ切り替えの瞬間に、アンテナ切り替えによるノイズが生じる場合がある。このためアンテナ切り替え後、受信電力が安定するのを待つ期間ＷＴを設定し、その後の電力平均化期間ＡＶにおいて、平均化部１０６に平均電力を求めさせるようにしてもよい。すなわち、受信電力が安定するのを待つ期間ＷＴと電力平均化期間ＡＶとの和を、アンテナ１１，１２から１つを順次選択する際の間隔にする。このようにすると、より精度の高い電力測定を行うことができる。

特に図示しないが、受信電力が安定するのを待つ期間ＷＴ、及び電力平均化期間ＡＶの長さをそれぞれ指定する値を格納するレジスタを、図１のダイバーシティ受信装置が更に備えるようにしてもよい。この場合、制御部１６２がこのレジスタの値を読み出して、受信電力が安定するのを待つ期間ＷＴ、及び電力平均化期間ＡＶを設定する。

図１０は、図１のダイバーシティ受信装置が受信するパケットの構成の他の例を示す説明図である。図１０のパケットは、図２のパケットのプリアンブル部ＰＫ１とデータ部ＰＫ２との間に、既知データ部ＰＫ３と、パリティビット部ＰＫ４とを有するものである。既知データ部ＰＫ３は、内容が予め決められているデータである。パリティビット部ＰＫ４は、既知データ部ＰＫ３のパリティである。このパリティは、偶数パリティでも、奇数パリティでもよい。図１０のようなパケットを送信すると、受信側では、復調後にエラー評価を行って、アンテナの選択を行うことができる。

図１１は、図１の復調部１８０の構成の例を示すブロック図である。復調部１８０は、復調器１８２と、既知データ評価器１８４と、パリティエラー検出器１８６と、ＯＲゲート１８８とを備えている。

復調器１８２は、自動周波数制御部１７４の出力信号Ｓ１４を復調し、既知データ評価器１８４及びパリティエラー検出器１８６に出力する。既知データ評価器１８４は、既知データ部ＰＫ３の復調結果と、既知データ部ＰＫ３として送られてくるべきデータとを比較し、エラーがある場合には、出力信号を“Ｈ”にしてＯＲゲート１８８に出力する。パリティエラー検出器１８６は、復調器１８２で復調されたパリティビットと、パリティビット部ＰＫ４として送られてくるべきビットとを比較し、パリティエラーがある場合には、出力信号を“Ｈ”にしてＯＲゲート１８８に出力する。

ＯＲゲート１８８は、既知データ又はパリティにエラーがある場合には、エラー信号Ｓ１５として“Ｈ”を出力して、制御部１６２に通知をする。この場合、制御部１６２は、現在選択されているアンテナ以外のアンテナを、選択すべきアンテナとして決定する。これによると、妨害を受ける等によって相関のピークが検出され、誤って選択されたアンテナを用いないようにすることができる。

図１２は、弱電界時における図１のダイバーシティ受信装置の自動周波数制御動作について示すタイミングチャートである。通常、受信待ち受け時においては、ゲイン制御信号Ｓ５は、弱電界の受信信号を増幅できる大きな固定ゲイン（第１固定ゲイン）を示している。このような弱電界時の受信信号の平均電力程度の値を閾値とし、弱電界レベルの受信信号を受信した場合を考える。

ゲイン制御部１７２は、アンテナ選択後、ゲイン切り替え信号Ｓ４に従って、選択されたアンテナでの受信平均電力がデータ復調に適した所定の値になるようにゲインのフィードバック制御を行うが、平均電力値Ｓ６はほとんど変化しない。このため、制御部１６２は、図１２のように平均電力値Ｓ６が閾値以下であれば、ゲイン制御信号Ｓ５を変化させないようにする。また、この場合、制御部１６２は、ゲイン制御信号Ｓ５を変化させてゲイン変更することなしに、アンテナ選択後、直ちに自動周波数制御（ＡＦＣ）開始通知信号Ｓ１３を有効にし、自動周波数制御部１７４にＡＦＣ処理を開始させる。

ＡＦＣ処理の期間を長くすることによって、ＡＦＣの精度が高くなり、弱電界での受信性能の向上を図ることができる。また、実際の回路での処理遅延を考えると、アンテナ選択後に、選択したアンテナ以外の相関処理通知信号が有効な場合がある。このような場合には、選択したアンテナ以外の相関処理開始通知信号が無効になった時点で、ＡＦＣ開始通知信号Ｓ１３を有効にするようにしてもよい。

（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るダイバーシティ受信装置のブロック図である。図１３のダイバーシティ受信装置は、図１のダイバーシティ受信装置において、相関検出部１４０及び制御部１６２に代えて、相関検出部２４０と、制御部２６２とを備え、相関保持部２７６を更に備えるようにしたものである。その他の構成要素については、図１を参照して説明したものと同様であるので、同一の参照番号を付してその説明を省略する。

図１４は、図１３の相関検出部２４０の構成を示すブロック図である。相関検出部２４０は、図５の相関検出部１４０において、減算器２４５，２４６と、セレクタ２４８とを更に備えたものである。

減算器２４５は、第１の相関処理通知信号Ｓ１１の有効期間において、第１相関値Ｓ８から平均電力値Ｓ３０を減算し、得られた減算結果Ｓ３４をセレクタ２４８に出力する。減算器２４６は、第２の相関処理通知信号Ｓ１２の有効期間において、第２相関値Ｓ９から平均電力値Ｓ３１を減算し、得られた減算結果Ｓ３５をセレクタ２４８に出力する。セレクタ２４８は、第１の相関処理通知信号Ｓ１１の有効期間においては減算結果Ｓ３４を、第２の相関処理通知信号Ｓ１２の有効期間においては減算結果Ｓ３５を選択し、選択された値を相関値と平均電力との間の差Ｓ１７として制御部２６２及び相関保持部２７６に出力する。

相関保持部２７６は、現在選択されているアンテナ以外のアンテナで既に受信された信号に基づいて求められた相関検出値Ｓ１０、相関値と平均電力との間の差Ｓ１７を保持し、それぞれを相関検出値Ｓ１８、相関値と平均電力との間の差Ｓ１９として制御部２６２に出力する。

制御部２６２は、次の６つの値のいずれかに基づいて、パケットの到来を検出し、受信に用いるべきアンテナを選択する。すなわち、制御部２６２は、現在選択されているアンテナによる、受信信号の平均電力値Ｓ６、相関検出値Ｓ１０、及び相関値と平均電力との間の差Ｓ１７、並びに、以前に選択されたアンテナによる、受信信号の平均電力値Ｓ７、相関検出値Ｓ１８、及び相関値と平均電力との間の差Ｓ１９に基づいて検出を行う。

図１５は、図１３のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。ここでは、アンテナ１２による受信信号の方がアンテナ１１による受信信号よりも伝送路の影響を受けていない場合を例として示している。

受信信号が入力されていない場合等の受信待ち受け時の動作について説明する。受信信号が入力されていない場合、制御部２６２は、アンテナ選択信号ＳＷＡのレベルを所定間隔で交互に変化させる。アンテナの切り替え間隔ＴはパターンＰの長さ以上にすればよい。ここでは説明を簡単にするため、アンテナ切り替え間隔をパターンＰの長さと同じにする。このような点は、図１のダイバーシティ受信装置と同様である。

図１６（ａ）は、受信信号が伝送路歪みの影響を受けていない場合の相関値を示すグラフである。図１６（ｂ）は、受信信号が伝送路歪みの影響を受けている場合の相関値を示すグラフである。図１６（ａ），（ｂ）に示されているように、伝送路歪みの影響を受けるほど、相関値のピークと平均電力との間の差が小さくなる。

制御部２６２は、相関検出値Ｓ１０及び相関検出値Ｓ１８のうちの一方が、相関が検出されたことを示している場合には、相関が検出されたことを示す相関検出値の算出に用いられた信号を受信したアンテナを選択する。

制御部２６２は、相関検出値Ｓ１０及び相関検出値Ｓ１８の双方が、相関が検出されたことを示している場合には、相関検出部２４０から出力される、相関値と平均電力との間の差Ｓ１７と、相関保持部２７６から出力される、相関値と平均電力との間の差Ｓ１９とのうち、値が最大のものを選択する。そして、制御部２６２は、その算出に用いられた信号を受信したアンテナを、選択すべきアンテナとして決定する。図１５の場合、制御部２６２は、相関値と平均電力との間の差Ｓ１９に係るアンテナ１２を、選択すべきアンテナとして決定し、アンテナ１２を示すアンテナ選択信号ＳＷＡを出力する。

また、制御部２６２は、平均電力が所定値より小さい場合には、前述の処理を行い、平均電力が所定値より大きい場合には、平均電力が最大になるようなアンテナを常に選択するようにしてもよい。

以上のように、図１３のダイバーシティ受信装置によると、相関検出部２４０が、相関値（受信された信号と所定のパターンＰとの間の相関値）と平均電力との間の差を求め、相関保持部２７６が、この差を保持するので、相関値と平均電力との間の差が最小となるアンテナを、選択すべきアンテナとして決定することができる。この結果、伝送路の影響が最小である信号を受信するようにすることができ、受信性能を向上させることができる。

なお、第１の実施形態において、図１のダイバーシティ受信装置に代えて、図１３のダイバーシティ受信装置を同様に用いるようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、受信アンテナが２本である場合を例として示したが、より多くのアンテナを用いるようにしてもよい。この場合には、ダイバーシティ受信装置が、それぞれのアンテナに対応して相関部を備えるようにし、平均電力の測定を各アンテナに関して行って、選択すべきアンテナを決定するようにすればよい。

以上説明したように、本発明は、最適なアンテナを短時間で選択することができるので、高速無線パケット通信装置等について有用である。

本発明の第１の実施形態に係るダイバーシティ受信装置のブロック図である。 図１のダイバーシティ受信装置が受信するパケットの構成の例を示す説明図である。 図１のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。 図１の第１相関部の構成を示すブロック図である。 図１の相関検出部の構成を示すブロック図である。 相関部を１つのみ備えるダイバーシティ受信装置のブロック図である。 図６のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。 アンテナ切り替えの間隔がパターンＰの長さよりも長い場合における、図１のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。 アンテナ切り替え時に生ずるノイズを示すグラフである。 図１のダイバーシティ受信装置が受信するパケットの構成の他の例を示す説明図である。 図１の復調部の構成の例を示すブロック図である。 弱電界時における図１のダイバーシティ受信装置の自動周波数制御動作について示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るダイバーシティ受信装置のブロック図である。 図１３の相関検出部の構成を示すブロック図である。 図１３のダイバーシティ受信装置の各部の信号を示すタイミングチャートである。 （ａ）は、受信信号が伝送路歪みの影響を受けていない場合の相関値を示すグラフである。（ｂ）は、受信信号が伝送路歪みの影響を受けている場合の相関値を示すグラフである。 従来のアンテナ選択ダイバーシティ受信装置のブロック図である。

符号の説明

１１，１２ アンテナ
２２ アンテナ切り替え部
１０２ ゲインアンプ
１０４ 電力測定部
１０６ 平均化部
１０８ 保持部
１２０ 第１の相関部
１３０ 第２の相関部
１４０，２４０ 相関検出部
１６２，２６２ 制御部
１７２ ゲイン制御部
１７４ 自動周波数制御（ＡＦＣ）部
１８０ 復調部
２７６ 相関保持部
ＳＷＡ アンテナ選択信号

Claims (17)

1. 複数のアンテナのうちから１つを選択するためのアンテナ選択信号を生成するダイバーシティ受信装置であって、
   前記複数のアンテナから１つを順次選択するように、前記アンテナ選択信号を生成して出力する制御部と、
   前記アンテナ選択信号に従って選択されたアンテナによって受信された信号を、ゲイン制御信号に基づいて増幅して出力するゲインアンプと、
   前記ゲインアンプから出力された信号の電力を測定する電力測定部と、
   前記電力測定部で測定された電力に基づいて、前記複数のアンテナのそれぞれによって受信された信号毎に平均電力を求めて出力する平均化部と、
   前記平均電力のうちの少なくとも１つを保持する保持部と、
   前記複数のアンテナのそれぞれに対応しており、対応するアンテナによって受信されて前記ゲインアンプから出力される信号と所定パターンとの間の相関値を求めて出力する複数の相関部と、
   前記複数のアンテナのそれぞれについて、前記複数の相関部のうちの対応するもので求められた相関値とそのアンテナに関する平均電力とに基づいて、受信された信号から前記所定パターンを検出し、その結果を出力する相関検出部と、
   前記制御部が選択すべきアンテナを決定するまでは一定のゲインで、その後は選択されたアンテナについての平均電力に応じたゲインで、前記ゲインアンプが増幅するように、前記ゲイン制御信号を出力するゲイン制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記相関検出部の出力に基づいて、前記所定パターンが検出された信号を受信したアンテナを、選択すべきアンテナとして決定し、そのアンテナを選択するように前記アンテナ選択信号を生成して出力するものである
   ダイバーシティ受信装置。
2. 請求項１に記載のダイバーシティ受信装置において、
   前記制御部は、
   前記複数のアンテナで受信された信号のいずれかから前記所定パターンが検出された場合には、前記保持部に保持されている平均電力と前記所定パターンが検出された信号の平均電力とのうちの最大のものを選択し、前記選択された平均電力に係るアンテナを、選択すべきアンテナとして決定するものである
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
3. 請求項１に記載のダイバーシティ受信装置において、
   相関保持部を更に備え、
   前記相関検出部は、
   前記複数のアンテナのそれぞれについて、前記複数の相関部のうちの対応するもので求められた相関値と、そのアンテナに関する平均電力との間の差を更に求めて出力するものであり、
   前記相関保持部は、
   前記相関検出部の出力を保持して前記制御部に出力するものであり、
   前記制御部は、
   前記相関検出部及び前記相関保持部から出力される、相関値と平均電力との間の差に基づいて、選択すべきアンテナを決定するものである
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
4. 請求項３に記載のダイバーシティ受信装置において、
   前記相関検出部は、
   求められた最新の平均電力を保持し、保持された平均電力と、前記複数の相関部のうち、前記保持された平均電力に係るアンテナに対応するもので求められた相関値との間の差を求めて出力するものである
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
5. 請求項３に記載のダイバーシティ受信装置において、
   前記制御部は、
   前記複数のアンテナで受信された信号のうち、複数の信号から前記所定パターンとの相関が検出された場合には、前記相関保持部に保持されている相関値と平均電力との間の差と、前記相関が検出された信号の相関値と平均電力との間の差とのうちの最大のものを選択し、前記選択された相関値と平均電力との間の差に係るアンテナを、選択すべきアンテナとして決定するものである
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
6. 請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、
   前記複数の相関部は、それぞれ、
   セレクタと、
   入力された信号を順次シフトして格納するシフトレジスタとを備え、
   前記セレクタは、
   当該相関部に対応するアンテナが選択されているときには、前記ゲインアンプの出力を選択して前記シフトレジスタに出力し、その他のときには、シフトされて出力された値を選択して前記シフトレジスタに出力するものである
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
7. 請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、
   前記制御部は、
   各アンテナについて、そのアンテナで受信された信号の相関処理を行うべき期間を示す相関処理通知信号を生成して出力するものであり、
   前記平均化部は、
   前記相関処理通知信号が相関処理を行うべき期間であることを示しているときに、平均電力を求めるものである
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
8. 請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、
   前記制御部は、
   受信電力が安定するのを待つ期間と、平均電力を求める期間との和を、前記複数のアンテナから１つを順次選択する際の間隔にするものである
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
9. 請求項８に記載のダイバーシティ受信装置において、
   前記受信電力が安定するのを待つ期間と、前記平均電力を求める期間とを格納するレジスタを更に有する
   ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
10. 請求項１又は３に記載のダイバーシティ受信装置において、
    前記ゲインアンプの出力に対して自動周波数制御処理を行って出力する自動周波数制御部と、
    前記自動周波数制御部の出力に復調処理を行う復調部とを更に備える
    ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
11. 請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、
    前記復調部は、
    受信した信号で伝送されたデータのエラーを検出して前記制御部に通知するものであり、
    前記制御部は、
    前記復調部でエラーが検出された場合には、現在選択しているアンテナ以外のアンテナを、選択すべきアンテナとして決定するものである
    ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
12. 請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、
    前記制御部は、
    選択されたアンテナで受信された信号の平均電力が所定値よりも小さい場合には、前記ゲイン制御信号を変化させないようにするものである
    ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
13. 請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、
    前記制御部は、
    選択されたアンテナで受信された信号の平均電力が所定値よりも小さい場合には、前記選択すべきアンテナを決定後、前記ゲイン制御信号を変化させることなく、前記自動周波数制御部に自動周波数制御処理を開始させるものである
    ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
14. 請求項１３に記載のダイバーシティ受信装置において、
    前記制御部は、
    各アンテナについて、そのアンテナで受信された信号の相関処理を行うべき期間を示す相関処理通知信号を生成して出力し、かつ、前記選択すべきアンテナ以外のアンテナについての前記相関処理通知信号がいずれも相関処理を行うべき期間であることを示していなければ、前記自動周波数制御部に自動周波数制御処理を開始させるものである
    ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
15. 請求項１０に記載のダイバーシティ受信装置において、
    前記制御部は、
    各アンテナについて、そのアンテナで受信された信号の相関処理を行うべき期間を示す相関処理通知信号を生成して出力するものであり、
    前記相関検出部は、
    前記相関処理通知信号が相関処理を行うべき期間を示す毎に、求められた最新の平均電力を保持するものである
    ことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
16. 複数のアンテナのうちから１つを選択するためのアンテナ選択信号を生成するダイバーシティ受信方法であって、
    前記複数のアンテナから１つを順次選択するように、前記アンテナ選択信号を生成するステップと、
    前記アンテナ選択信号に従って選択されたアンテナによって受信された信号を、ゲイン制御信号に基づいて増幅する増幅ステップと、
    前記増幅ステップで増幅された信号の電力を測定する電力測定ステップと、
    前記電力測定ステップで測定された電力に基づいて、前記複数のアンテナのそれぞれによって受信された信号毎に平均電力を求める平均化ステップと、
    前記平均電力のうちの少なくとも１つを保持する保持ステップと、
    前記複数のアンテナのそれぞれによって受信され、前記増幅ステップで増幅された信号と所定パターンとの間の相関値を求める相関ステップと、
    前記複数のアンテナのそれぞれについて、求められた相関値とそのアンテナに関する平均電力とに基づいて、受信された信号から前記所定パターンを検出する相関検出ステップと、
    選択すべきアンテナが決定されるまでは一定のゲインで、その後は選択されたアンテナについての平均電力に応じたゲインで、前記増幅ステップにおいて増幅するように、前記ゲイン制御信号を生成するゲイン制御ステップと、
    前記所定パターンが検出された信号を受信したアンテナを、選択すべきアンテナとして決定し、そのアンテナを選択するように前記アンテナ選択信号を生成するステップとを備える
    ダイバーシティ受信方法。
17. 請求項１６に記載のダイバーシティ受信方法において、
    前記相関検出ステップは、
    前記複数のアンテナのそれぞれについて、求められた相関値と、そのアンテナに関する平均電力との間の差を更に求めるものであり、
    当該ダイバーシティ受信方法は、
    前記相関検出ステップで得られた値を保持する相関保持ステップと、
    前記相関検出ステップで得られた、相関値と平均電力との間の差、及び前記相関保持ステップで保持された、相関値と平均電力との間の差に基づいて、選択すべきアンテナを決定するステップとを更に備える
    ことを特徴とするダイバーシティ受信方法。

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