JP2006261815A - ダイバーシチ受信方法及びダイバーシチ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイバーシチ受信において、弱電界地域で最適な合成アンテナを選択し、受信可能領域を拡大すること。
【解決手段】車両のルーフの右前、左前、右後、左後にアンテナを配置し、２．Ａの破線のように右前と左前のダイバーシチ合成を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）してマスタ信号とし、右後と左後のダイバーシチ合成をＦＦＴ処理してスレーブ信号とする。一方、２．Ｂの破線のように右前と右後のダイバーシチ合成をＦＦＴ処理してマスタ信号とし、左前と左後のダイバーシチ合成をＦＦＴ処理してスレーブ信号とする。いずれの場合も各キャリアごとに合成することで、より信頼性の高い信号を得て、誤り訂正処理等の処理を行う。２．Ｂは、車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合に適切であり、他の場合は２．Ａが適切である。
【選択図】図２

Description

本発明は移動体におけるダイバーシチ受信方法及び装置に関する。本発明は車両に搭載して地上波デジタルテレビ放送を受信する際に特に有効である。

地上波デジタルテレビ放送は、マルチキャリア変調であるＯＦＤＭが用いられるデジタル放送である。このＯＦＤＭの受信は、固定点においては高画質の画像等が容易に得られるが、移動体においては、マルチパスによる周波数フェージングが常時変動するため、ダイバーシチその他の技術の適用が検討されている。また、車両に搭載する場合は、車両が走行する道路での受信電力も変化する。実際、高層ビルのような障害物が近隣に少ない郊外では受信電力が大きく、都市部のビル街の路面を走行する場合、受信電力が小さい。

例えば下記特許文献１においては、ＯＦＤＭ復調後のダイバーシチ合成について、アンテナ素子を切替える技術が記載されている。
特開２００３−２８３４０５

本発明者らは、車両に搭載するＯＦＤＭ受信用ダイバーシチ受信装置の検討において、例えば自家用車のルーフ左前、右前、左後、右後の４点にアンテナを配置した際の、ダイバーシチ合成のための各種パラメータの最適値を検討した。そして、以下に示す通り、左前、右前、左後、右後の４点での受信信号を２組に分けてダイバーシチ合成を行う際、その組分けを、車両の走行速度及び受信電波強度によって切り替えることが適切であるとの事実を発見し、本願発明を完成させた。即ち、本発明の目的は、ダイバーシチ受信において、弱電界地域で最適な合成アンテナを選択し、受信可能領域を拡大することである。

請求項１に記載の発明は、移動体に搭載されるダイバーシチ受信装置において、第１のアンテナと、第１のアンテナとを結ぶ方向が移動体の主たる移動方向に垂直である第２のアンテナと、第１のアンテナとを結ぶ方向が移動体の主たる移動方向に平行である第３のアンテナとを有し、第１のアンテナの受信信号と第２のアンテナの受信信号とのダイバーシチ合成と、第１のアンテナの受信信号と第３の受信信号のアンテナとのダイバーシチ合成とを切り替えてダイバーシチ合成可能な切替合成部と、移動体の速度と、受信電波の強度により前記切替合成部のダイバーシチ合成の切替を制御する切替制御部とを有することを特徴とする。本発明は復調前にダイバーシチ合成を行うものである。

請求項２に記載の発明は、移動体に搭載されるダイバーシチ受信装置において、４個以上のアンテナを有し、アンテナの受信信号を、２組以上の組に組み合わせて各々ダイバーシチ合成信号を得る際に、当該アンテナの組み合わせ方法を切替て合成可能な切替合成部と、移動体の速度と、受信電波の強度により切替合成部のダイバーシチ合成の切替を制御する切替制御部とを有することを特徴とする。本発明は復調前にダイバーシチ合成を行うものである。

請求項３に記載の発明は、移動体に搭載されるダイバーシチ受信方法において、４個のアンテナを、移動体の移動方向を前として、左前、右前、左後、右後に設け、受信電波が所定の強度よりも小さく、且つ移動体の速度が所定の速度よりも小さい場合に、左前のアンテナの受信信号及び左後のアンテナの受信信号の組と、右後のアンテナの受信信号及び右前のアンテナの受信信号の組とで形成される各々の合成信号を出力し、受信電波が所定の強度よりも大きい、又は移動体の速度が所定の速度よりも大きい場合に、左前のアンテナの受信信号及び右前のアンテナの受信信号の組と、左後のアンテナの受信信号及び右後のアンテナの受信信号の組とで形成される各々の合成信号を出力することを特徴とする。本発明は復調前にダイバーシチ合成を行うものである。

本発明者らは、以下に示す通り、移動体の速度及び受信電波の強度により、移動体に設けられたアンテナの組み合わせを切替ることで、より適切なダイバーシチ合成が可能であることを見出した。これは、移動体の主たる移動方向に対し、移動体が縦長である場合、当該縦長方向に離れて設けられた２つのアンテナの受信電波は、移動体の進行方向と受信電波の進行方向とが逆になるため、周波数、位相及びマルチパスフェージングの状況が異なっている場合が多いことによるものである。即ち、移動体の速度が速いか、受信電波の強度が大きい状態では、そのような移動方向に縦長の移動体の縦長方向に離れて設けられた２つのアンテナの受信信号をダイバーシチ合成するよりも、例えば前面にその移動体の横方向の幅だけ離れた２つのアンテナの受信信号をダイバーシチ合成する方が適切である。この場合、距離の大きいアンテナ間では移動体の移動に伴う電波環境の変化にも追従しにくい点も理由となる。

一方、移動体の移動速度が小さく、受信電波の強度が小さい状態では、電波環境の変化自体は小さいので、離れたアンテナ間でも電波環境の変化にも追従しやすい。また、受信電波の強度が小さいならば、より離れたアンテナ間でのダイバーシチ合成が、誤りの少ない合成を実現できる。

本発明は、実質的には３本のアンテナを用い、１本を軸として、他の２本を移動体の移動方向に垂直な位置と平行な位置に配置し、移動体の速度と受信電波の強度によって２組の何れかのダイバーシチ合成を行うことで実現できる。また、誤り訂正符号等を有する変調信号を受信する場合、２組以上のダイバーシチ合成を行って、復調後の誤り訂正状態を確認し、主たる合成信号からの復調信号を使用しつつ、誤りが訂正できていない部分については他の合成信号からの復調信号で置き換えるようにすると、アンテナの使用効率が高まる。また、請求項２及び３の発明では、ダイバーシチ合成した信号が２組以上得られるので、それらを復調前に合成して更にダイバーシチ利得を向上させても良い。

本発明は、移動方向に縦長の移動体、例えば車両、船舶、航空機その他の移動体に用いることができる。アンテナは３本以上とし、移動体の移動方向、即ち縦長の移動体の縦方向に２本を配置し、他の１本は横方向に配置すると良い。４本のアンテナを用いる場合は、移動方向を前として、例えば移動体の左前、右前、左後、右後に設けると良い。

誤り訂正符号等を有する変調信号を受信する場合、２組以上のダイバーシチ合成を行って、復調後の誤り訂正状態を確認し、主たる合成信号からの復調信号を使用しつつ、誤りが訂正できていない部分については他の合成信号からの復調信号で置き換えるようにすると良い。ＯＦＤＭ変調信号を受信する場合は、高速フーリエ変換器及び誤り訂正器が２組以上必要となるが、誤り訂正機能を補完することができる。

本発明は、変調信号については任意であるが、マルチキャリア変調、特にＯＦＤＭ変調信号を受信するダイバーシチ受信装置として特に有効である。

ダイバーシチ合成は、最大比合成、等利得合成その他任意の手段を用いることができる。重み係数を逐次更新する場合は平滑化処理を行い、演算により求められた新たな重み係数と更新前の重み係数とに、αと１−αとを乗じて加算することで、重み係数の変動量を抑制することができる。重み係数は例えば（複素）相関演算を用いることができる。この時、当該相関演算の積分区間の値は設計により任意である。複素相関演算により各ブランチの位相を揃えることが可能となる。また、重み係数は単に各ブランチの平均振幅のみに基づいて決定しても良い。

図１は本発明の具体的な一実施例にあたる、ダイバーシチ受信装置１００の構成を示すブロック図である。ダイバーシチ受信装置１００は、４つのアンテナを有し、ＯＦＤＭ信号を受信する装置の、２組のＦＦＴ及び誤り訂正等の信号処理部の前段におかれるものであり、車両に搭載されるものである。

ダイバーシチ受信装置１００の構成は、車両の右前、左前、右後、左後にそれぞれ設けられた４つのアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４と、各アンテナに対応して設けられた、乗算器（ダウンコンバータ）２１、２２、２３及び２４、可変アナログ増幅器３１、３２、３３及び３４、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４１、４２、４３及び４４、複素乗算器７１、７２、７３及び７４と、局部発振器１０、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）３０、直交復調部５０、切替制御部６０、重み係数演算器７０及び切替加算器８０とから成る。ここで、複素乗算器７１、７２、７３及び７４、重み係数演算器７０並びに切替加算器８０が請求項に言う切替合成部を構成する。

ダイバーシチ受信装置１００における信号処理は以下の通りである。右前アンテナＡ１で受信された例えば５００ＭＨｚ帯域の高周波は、乗算器（ダウンコンバータ）２１において局部発振器１０の発する正弦波と乗ぜられて中間周波数信号（ＩＦ）に変換される。これをＡＧＣ３０により制御された可変アナログ増幅器３１により増幅してＡ／Ｄ４１でデジタル信号とし、直交復調部５０でベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。尚、直交復調部５０の出力に応じて、ＡＧＣ３０が可変アナログ増幅器３１における増幅率を制御する。全く同様に左前アンテナＡ２、右後アンテナＡ３及び左後アンテナＡ４の受信信号も、直交復調部５０からベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。図１では直交復調部５０を１個の装置として記載したが、デジタル発振器を共通とする４個の直交復調部を設けても良い。

直交復調部５０の出力である、４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は、重み係数演算器７０に入力され、切替加算器８０の２つの出力のいずれかとの複素相関演算が行われる。この結果から４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号の重み係数（複素数）が決定され、複素乗算器７１、７２、７３及び７４に各々出力される。複素乗算器７１、７２、７３及び７４では複素演算により信号処理がなされ、切替加算器８０に出力される。切替加算器８０では、複素乗算器７１及び７２の出力の加算をマスタ合成信号Ｍとし、複素乗算器７３及び７４の出力の加算をスレーブ合成信号Ｓとして出力する場合と、複素乗算器７１及び７３の出力の加算をマスタ合成信号Ｍとし、複素乗算器７２及び７４の出力の加算をスレーブ合成信号Ｓとして出力する場合とがある。

重み係数演算器７０において、４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号のそれぞれが、切替加算器８０の２つの出力のいずれと複素相関演算を行うかの切替と、切替加算器８０における、マスタ合成信号Ｍとスレーブ合成信号Ｓとが、いずれの複素乗算器の出力の加算とするかの切替とは、切替制御部６０により制御される。

切替制御部６０は、図略のセンサから得られる車速と、ＡＧＣ３０から得られる各可変アナログ増幅器３１〜３４の増幅率から算出される受信電波強度とにより、４ブランチの２組のダイバーシチ合成の組み合わせを切り替える。

車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合には、マスタ合成信号として右前ブランチと右後ブランチによるダイバーシチ合成を行い、スレーブ合成信号として左前ブランチと左後ブランチによるダイバーシチ合成を行う。即ち、重み係数演算器７０において、複素乗算器７１及び７３に出力される重み係数は、各々右前ブランチ及び右後ブランチと、マスタ合成信号Ｍとの複素相関演算により算出される。一方、複素乗算器７２及び７４に出力される重み係数は、各々左前ブランチ及び左後ブランチと、スレーブ合成信号Ｓとの複素相関演算により算出される。一方切替加算器８０においては、複素乗算器７１及び７３の出力の加算をマスタ合成信号Ｍとして出力し、複素乗算器７２及び７４の出力の加算をスレーブ合成信号Ｓとして出力する。車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合には、このように切替制御部６０が重み係数演算器７０と切替加算器８０を制御する。

車速が所定の速度よりも大きい、又は受信電波強度が所定の強度よりも大きい場合には、マスタ合成信号として右前ブランチと左前ブランチによるダイバーシチ合成を行い、スレーブ合成信号として右後ブランチと左後ブランチによるダイバーシチ合成を行う。即ち、重み係数演算器７０において、複素乗算器７１及び７２に出力される重み係数は、各々右前ブランチ及び左前ブランチと、マスタ合成信号Ｍとの複素相関演算により算出される。一方、複素乗算器７３及び７４に出力される重み係数は、各々右後ブランチ及び左後ブランチと、スレーブ合成信号Ｓとの複素相関演算により算出される。一方切替加算器８０においては、複素乗算器７１及び７２の出力の加算をマスタ合成信号Ｍとして出力し、複素乗算器７３及び７４の出力の加算をスレーブ合成信号Ｓとして出力する。車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合には、このように切替制御部６０が重み係数演算器７０と切替加算器８０を制御する。

この切替と、その後の処理を図２に示す。図２．Ａのように、移動方向を矢印で示したワゴンタイプの車両の、ルーフの右前、左前、右後、左後にアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４を配置し、破線のように右前と左前のダイバーシチ合成（マスタ合成信号）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、マスタ信号とする。一方右後と左後のダイバーシチ合成（スレーブ合成信号）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、スレーブ信号とする。これらを各キャリアごとに合成することで、より信頼性の高い信号を得て、誤り訂正処理等の処理を行う。図２．Ａは、車速が所定の速度よりも大きい、又は受信電波強度が所定の強度よりも大きい場合に該当する。

一方、図２．Ｂのように、移動方向を矢印で示したワゴンタイプの車両の、ルーフの右前、左前、右後、左後にアンテナアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４を配置し、破線のように右前と右後のダイバーシチ合成（マスタ合成信号）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、マスタ信号とする。一方左前と左後のダイバーシチ合成（スレーブ合成信号）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、スレーブ信号とする。これらを各キャリアごとに合成することで、より信頼性の高い信号を得て、誤り訂正処理等の処理を行う。図２．Ｂは、車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合に該当する。

上述の、車速が所定の速度よりも大きい、又は受信電波強度が所定の強度よりも大きい場合には図２．Ａの構成が図２．Ｂの構成よりも適切であることを図３に示す。図３．Ａは図２．Ａのダイバーシチ合成（マスタは右前と左前）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したものであり、図３．Ｂは図２．Ｂのダイバーシチ合成（マスタは右前と右後）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したものである。電界強度は６０〜８０μＶ／ｍ、移動速度は９０ｋｍ／ｈであった。図２．Ａのダイバーシチ合成（マスタは右前と左前）を行った場合の受信率は、全区間のほとんどで１００％を示し、平均９９．７％であった。図２．Ｂのダイバーシチ合成（マスタは右前と右後）を行った場合の受信率は、１００％を示す部分はわずかであり、受信率が０％の区間も有り、全区間での平均は８３．６％に留まった。

車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合には図２．Ｂの構成が図２．Ａの構成よりも適切であることを図４に示す。図４．Ａは図２．Ａのダイバーシチ合成（マスタは右前と左前）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したものであり、図４．Ｂは図２．Ｂのダイバーシチ合成（マスタは右前と右後）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したものである。電界強度は一部８０μＶ／ｍに達するものの、大半の区間で６５μＶ／ｍ以下、移動速度は停止を含んで４０ｋｍ／ｈ以下であった。図２．Ａのダイバーシチ合成（マスタは右前と左前）を行った場合の受信率は、全区間のほとんどで１００％を示したものの、電界強度が５０μＶ／ｍを下回った際に０％となる区間が生じ、平均９２．８％であった。図２．Ｂのダイバーシチ合成（マスタは右前と右後）を行った場合の受信率も、全区間のほとんどで１００％を示したものの、電界強度が５０μＶ／ｍを下回った際に０％となる区間が一部に生じ、平均９４．５％であった

図２．Ａにおいて、ＦＦＴ変換したのちキャリア合成を行ったが、次のようにしても良い。右前と左前のダイバーシチ合成（マスタ合成信号）をＯＦＤＭ復調してマスタ復調信号とする。一方右後と左後のダイバーシチ合成（スレーブ合成信号）をＯＦＤＭ復調してスレーブ復調信号とする。これらを各々誤り訂正処理等を行って、マスタ復調信号で誤りが訂正できなかった部分についてはスレーブ復調信号に置き換える。この場合も、車速が所定の速度よりも大きい、又は受信電波強度が所定の強度よりも大きい場合に適切である。

同様に、図２．ＢにおいてＦＦＴ変換したのちキャリア合成を行ったが、次のようにしても良い。右前と右後のダイバーシチ合成（マスタ合成信号）をＯＦＤＭ復調してマスタ復調信号とする。一方左前と左後のダイバーシチ合成（スレーブ合成信号）をＯＦＤＭ復調してスレーブ復調信号とする。これらを各々誤り訂正処理等を行って、マスタ復調信号で誤りが訂正できなかった部分についてはスレーブ復調信号に置き換える。この場合も、車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合に適切である。

〔変形例〕
本発明は様々な他のダイバーシチ合成手法と組み合わせることができる。例えば本発明者らによる特開平２００４−２２１８０８のように、各アンテナの受信信号を３帯域に分割して、各々の帯域ごとにダイバーシチ合成したのちそれらを位相を合わせて結合させる技術と、上記実施例を組み合わせても良い。

本発明は車両等において、地上波デジタルテレビ放送を受信するための装置に適用できる。

本発明の具体的な一実施例であるダイバーシチ受信装置１００の構成を示すブロック図。 ２．Ａは、車速が所定の速度よりも大きい、又は受信電波強度が所定の強度よりも大きい場合のダイバーシチ合成の説明図、２．Ｂは、車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合のダイバーシチ合成の説明図。 車速が所定の速度よりも大きい、又は受信電波強度が所定の強度よりも大きい場合であって、３．Ａは、図２．Ａのダイバーシチ合成（マスタは右前と左前）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したもの、３．Ｂは、図２．Ｂのダイバーシチ合成（マスタは右前と右後）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したもの。 車速が所定の速度よりも小さく、且つ受信電波強度が所定の強度よりも小さい場合であって、４．Ａは、図２．Ａのダイバーシチ合成（マスタは右前と左前）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したもの、４．Ｂは、図２．Ｂのダイバーシチ合成（マスタは右前と右後）を行った場合の受信率の変化を斜線領域で示したもの。

符号の説明

１００：ダイバーシチ受信装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４：右前、左前、右後及び左後アンテナ
１０：局部発振器
２１、２２、２３、２４：乗算器
３０：オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）
３１、３２、３３、３４：可変アナログ増幅器
４１、４２、４３、４４：アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
５０：直交復調部
６０：切替制御部
７０：重み係数演算器
７１、７２、７３、７４：複素乗算器
８０：切替加算器

Claims (3)

1. 移動体に搭載されるダイバーシチ受信装置において、
   第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナとを結ぶ方向が移動体の主たる移動方向に垂直である第２のアンテナと、
   前記第１のアンテナとを結ぶ方向が移動体の主たる移動方向に平行である第３のアンテナとを有し、
   前記第１のアンテナの受信信号と前記第２のアンテナの受信信号とのダイバーシチ合成と、前記第１のアンテナの受信信号と前記第３のアンテナの受信信号とのダイバーシチ合成とを切り替えてダイバーシチ合成可能な切替合成部と、
   移動体の速度と、受信電波の強度により前記切替合成部のダイバーシチ合成の切替を制御する切替制御部とを有することを特徴とするダイバーシチ受信装置。
2. 移動体に搭載されるダイバーシチ受信装置において、
   ４個以上のアンテナを有し、
   前記アンテナの受信信号を、２組以上の組に組み合わせて各々ダイバーシチ合成信号を得る際に、当該アンテナの組み合わせ方法を切替て合成可能な切替合成部と、
   移動体の速度と、受信電波の強度により前記切替合成部のダイバーシチ合成の切替を制御する切替制御部とを有することを特徴とするダイバーシチ受信装置。
3. 移動体におけるダイバーシチ受信方法において、
   ４個のアンテナを、移動体の移動方向を前として、左前、右前、左後、右後に設け、
   受信電波が所定の強度よりも小さく、且つ移動体の速度が所定の速度よりも小さい場合に、左前のアンテナの受信信号及び左後のアンテナの受信信号の組と、右後のアンテナの受信信号及び右前のアンテナの受信信号の組とで形成される各々の合成信号を出力し、
   受信電波が所定の強度よりも大きい、又は移動体の速度が所定の速度よりも大きい場合に、左前のアンテナの受信信号及び右前のアンテナの受信信号の組と、左後のアンテナの受信信号及び右後のアンテナの受信信号の組とで形成される各々の合成信号を出力する
   ことを特徴とするダイバーシチ受信方法。