JP2006509404A - 単一のアンテナを用いた真のダイバーシチ受信のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

特に通信信号を受信するための無線通信用のシステムであって、主アンテナ構造（３３０）と、アンテナ・ケーブルとを備え、前記アンテナ構造が、通信信号（３２５ａ）を第１の内部信号として受信するように適応され、前記アンテナ・ケーブルが、前記主アンテナ構造に機能可能に結合された第１の端部と、第２の端部とを有し、前記アンテナ・ケーブルが、前記第１の内部信号を通すための主導体（３３５）と、第２の受信導体（３４０）とを含み、前記第２の受信導体が、前記通信信号を第２の内部信号として受信するように適応され、受信要素としての前記第２の受信導体が、主アンテナ構造から空間的に離れているシステム。第２の空間的に離されて受信された信号の抽出のための開示したアンテナ・システムおよび装置が、空間ダイバーシチを実現して、無線通信システムでのマルチパス効果を緩和する。

Description

本発明は、一般に、より少ないアンテナを用いて真のダイバーシチ受信を実現するための方法および装置に関する。

ダイバーシチ受信は、２つの空間的に離れた点で受信され、任意の所与の瞬間にフェージング特性が変わる可能性がある同じ信号源からの信号を組み合わせる、または選択することによって信号が受信される無線受信と定義することができる。受信される信号において、フェージングは、信号の１つまたは複数の周波数成分の振幅または相対位相の、あるいはその両方の、時間および空間にわたる変化を表す。したがって、フェージングの効果を最小限に抑えるためにダイバーシチ受信を使用することができる。当技術分野の現状では、無線通信で真のダイバーシチ受信を実現するには、複雑なアンテナ構成が必要である。

したがって、複雑なアンテナ構成を使用する必要なく真のダイバーシチ受信を実現するための無線通信システムが必要とされている。

したがって、本発明の特徴は、無線通信システムでの真のダイバーシチ受信のための方法および装置であって、単一のアンテナを用いて真のダイバーシチ受信が実現される方法および装置を提供することによって、一般に無線通信システム、特に真のダイバーシチ受信の要求に関連する上述した欠点を克服することである。

第１の全般的な態様では、本発明は、特に通信信号を受信するための無線通信用のシステムを提供し、前記システムは、通信信号を第１の内部信号として受信するように適応された主アンテナ構造と、前記主アンテナ構造に機能可能に結合された第１の端部と、第２の端部とを有するアンテナ・ケーブルと、を備え、前記アンテナ・ケーブルが、前記第１の内部信号を通すための主導体と、前記通信信号を第２の内部信号として受信するように適応された第２の受信導体とを含み、受信要素としての前記第２の受信導体が、前記主アンテナ構造から空間的に離れている。

第２の全般的な態様では、本発明は、アンテナ・システムでのダイバーシチ受信を提供する方法であって、前記方法は、通信信号を第１の内部信号として受信するように適応された主アンテナ構造を提供するステップと、前記主アンテナ構造に機能可能に結合された第１の端部と、第２の端部とを有するアンテナ・ケーブルを提供するステップと、を含み、前記アンテナ・ケーブルは、前記通信信号を第２の内部信号として受信するように適合され、外側シールドが、アンテナとして働き、前記主アンテナ構造から空間的に離れている。

第３の全般的な態様では、本発明は、通信信号を提供するための信号源と、アンテナ・ケーブルに機能可能に接続され前記通信信号を第１の内部信号として受信するための第１のアンテナと、前記アンテナ・ケーブル用の電磁シールドを提供する、前記アンテナ・ケーブルの外側シールドで前記通信信号を第２の内部信号として受信する、前記第１のアンテナとは空間的に異なる第２のアンテナと、前記第１の内部信号を前記第１の導体を介して受信するための第１の入力、および前記第２の内部信号を前記第２の導体を介して受信するための第２の入力を有する信号受信機と、前記第１の入力および前記第２の入力に機能可能に接続され、使用可能な信号を提供するために前記第１の内部信号および前記第２の内部信号を機能可能に変調するように適応された信号処理回路と、を備える無線通信システムを提供する。

第４の全般的な態様では、本発明は、通信信号を提供するための信号源を提供するステップと、前記通信信号を第１の導体で第１の内部信号として受信するための第１のアンテナを提供するステップと、前記第１の導体のための電磁シールドを提供する第２の導体で前記通信信号を第２の内部信号として受信する、前記第１のアンテナとは空間的に異なる第２のアンテナを提供するステップと、前記第１の内部信号を前記第１の導体を介して受信するための第１の入力、および前記第２の内部信号を前記第２の導体を介して受信するための第２の入力を有する信号受信機を提供するステップと、前記第１の入力および前記第２の入力に機能可能に接続され、使用可能な信号を生成するために前記第１の内部信号および前記第２の内部信号を機能可能に変調するように適応された信号処理回路を提供するステップと、を含む無線通信方法を提供する。

第５の全般的な態様では、本発明は、無線通信システムを含む装置であって、アンテナ・ケーブルに機能可能に接続され、通信信号を第１の導体で第１の内部信号として受信する第１のアンテナと、前記通信信号を前記第１のアンテナの前記アンテナ・ケーブルの外側シールドで第２の内部信号として受信する第２のアンテナと、前記第１の内部信号と前記第２の内部信号とを分離するように適応された信号受信機と、前記第１の入力および前記第２の入力に機能可能に接続され、使用可能な信号を生成するために前記第１および第２の内部信号を機能可能に変調するように適応された信号処理回路と、前記信号受信機、前記信号処理回路、ならびに前記第１および第２のアンテナに機能可能に結合され、前記信号受信機、前記信号処理回路、ならびに前記第１および第２のアンテナに電力を提供するように適応された電源と、を備える装置を提供する。

本発明は、ただ１つのアンテナを使用して無線通信システムでの真のダイバーシチ受信を実現するという利点を有する。

本発明の前述および他の特徴および利点は、本発明の実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになろう。以下の全般的な説明と以下の詳細な説明は共に本発明を例示するものであり、限定するものではないことを理解されたい。

本発明の特徴および発明性のある態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および図面を読めばより明らかになろう。

以下は、本発明による、単一のアンテナおよびその関連のアンテナ・ケーブルを用いて真のダイバーシチ受信を提供するアンテナ・システムに関する構造および方法の詳細な説明である。以下の説明および添付図面では、繰り返して説明する必要をなくすため、ほぼ同じ機能および構造的特徴を有する構成要素に同じ参照番号が割り当てられていることに留意されたい。

無線通信システムにおいて、本発明の対象となる３つの構成要素が存在する。それらは、アンテナ、受信機、およびアンテナと受信機とを機能可能に接続するアンテナ・ケーブルである。本発明は、アンテナ・ケーブル自体のアンテナ効果を利用して、単一のアンテナを用いて単一の通信信号の真のダイバーシチ受信を提供する。

より具体的には、アンテナ・ケーブル自体のアンテナ効果を使用することが可能である。アンテナ・ケーブルがＲＦ信号を受けると、アンテナ・ケーブルの表皮で（例えばシールド内、シェル内、または「表皮」のすぐ下で）電流（すなわち、表皮電流）が誘導される。表皮電流は通常、アンテナ信号との干渉をなくすために、受信機のアンテナ入力で止められる。しかし、本発明では、ケーブルの外側導電性シェル（またはブレード、もしくは表皮）で誘導される信号も使用することができる。ケーブルの位置により、ケーブルからの信号は、別個の空間的に離れたアンテナからの信号と等価になり、したがって、この実施形態は、単一のアンテナを用いて真のダイバーシチ受信を提供することが可能である。

本発明は、アンテナ端子ブロックまたはアダプタの単一アセンブリとして実現することができる。２つの信号を抽出するために、高周波（ＲＦ）変成器、標準の表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタ、差動増幅器、または他のデバイスを使用することができる。

ここで図１を参照すると、単一アンテナ受信を特徴とする無線通信システム１００が例示されている。図１で、アンテナ１３０によって受信される信号１２５を表す高周波（ＲＦ）信号源１２０が、ある通信を受信機に提供する。次いで、アンテナ１３０が、アンテナ・ケーブル１３５に沿って、本明細書で電気的負荷（「Ｒ−ｌｏａｄ」）１６０と表される受信機入力に信号を供給する。アンテナ・ケーブル１３０の構造は、典型的には、電磁シールド１４０を含む、電磁気的に遮蔽されたケーブル（とりわけ、中心導体およびシールドがＲＦ伝送路の一部分である同軸対など）である。電磁シールド１４０は、とりわけ、金属ブレード、ジャケット、または堅い外側表層導体の形での導電材料である。

図１の様態では、アンテナ１３０に誘導される電流のみが受信機１５０内に供給される。この場合、信号１２５は、単一位置で、すなわちアンテナ１３０でピックアップされる。しかし、無線通信システムでは、受信された信号が、その受信信号に関するいわゆる「デッド・スポット」またはヌル（ｎｕｌｌ）の存在を受ける場合がよくある。デッド・スポットが生じるのは、受信点または信号密度パターンが変わるときであり、その際、信号強度が非常にゼロに近い、またはゼロである信号強度スポットを信号受信点が横切ることがあり、その結果、受信が不可能なデッド・スポットが生じる。信号の反射、および反射された信号と直接の信号との重ね合わせによってデッド・スポットが生じる場合もあり、その際、これらのデッド・スポットを含む信号密度パターンが生成される。さらに、例えば天候の影響、送信または受信装置のどちらの部分でもない飛行物体からの干渉などによって信号密度パターンが変わるときにデッド・スポットが生じる場合がある。

そのようなデッド・スポットの影響を低減するための１つの方法は、無線通信システムでダイバーシチ受信を使用することである。ダイバーシチ受信システムは、２つの異なる、空間的に離れたアンテナを必要とする。ダイバーシチ受信を用いる無線通信システムの一実施形態が図２に例示されている。

図２で、無線通信システム２００は、通信信号２２５によって誘導されるＲＦ信号源２２０を含み、通信信号２２５が第１のアンテナ２３０によって受信される。次いで、第１のアンテナ２３０は、第１のアンテナ・ケーブル２３５および電磁シールド２４０に沿って、受信機２５０を代表する電気的負荷（「Ｒ−ｌｏａｄ（１）」）２６０に第１の内部信号を供給する。第１のアンテナ・ケーブル２３０の構造は、典型的には、電磁シールド２４０を含む、電磁気的に遮蔽されたケーブルである。電磁シールド２４０は、とりわけ、金属ブレードまたはジャケットの形での導電材料でなければならない。

同様に、無線通信システム２００の通信信号２２５ａはまた、通信信号２２５ｂとして、第２のアンテナ２３１によって受信される。実際には、第１の通信信号２２５ａと第２の通信信号２２５ｂは事実上同じ通信信号である。明確にするため、この説明では、信号源２００が２つの別個の信号２２５ａ、２２５ｂを提供するものとして図示して、２つの信号２２５ａ、２２５ｂが、各アンテナ２３０、２３１で受信されたときに、２つのアンテナ２３０、２３１間の空間的なずれにより、わずかに異なる信号強度パターン特性を有することを強調する。すなわち、２つのアンテナ２３０、２３１はそれぞれ、同じ通信信号２２５ａ、２２５ｂを受信し、単に異なる位置で受信する。

次いで、第２のアンテナ２３１は、第２のアンテナ・ケーブル２３６に沿って、受信機２５０を代表する電気的負荷（「Ｒ−ｌｏａｄ（２）」）２６１に第２の内部信号を供給する。第２のアンテナ・ケーブル２３１の構造は、典型的には、電磁シールド２４１を含む電磁気的に遮蔽されたケーブルなど、第１のアンテナ・ケーブル２３５と同じである。電磁シールド２４１は、とりわけ、金属ブレードまたはジャケットの形での導電材料にすることができる。

第１のアンテナ２３０と第２のアンテナ２３１は、別個の空間的に離れたアンテナであるので、ダイバーシチ受信を実現することができる。これは、両方のアンテナ２３０、２３１が通信信号密度（すなわち強度）パターンでのデッド・スポットに同時に当たる偶然の一致の統計的な確率が、図１に例示されるものなど単一のアンテナの場合よりもはるかに小さいためである。すなわち、２つの空間的に離れたアンテナを有するダイバーシチ受信システムは、図１の単一アンテナ・システムよりもはるかに安定したシステムを提供する。

本発明の概略例示実施形態が、図式的に図３に示されている。無線通信システム３００が、通信信号３２５ａによって誘導される高周波（ＲＦ）信号源３２０ａを含み、通信信号３２５ａがアンテナ構造３３０によって受信される。アンテナ構造３３０は、とりわけ自動車で見られる伸縮式ロッド・アンテナなど任意のタイプの知られている無線通信受信デバイスを表す。次いで、アンテナ構造３３０は、通信信号３２５ａに対応する第１の内部信号３７６ａを、アンテナ・ケーブル３３５およびその関連の電磁シールド３４０を介して、受信機３５０の電気的負荷（「Ｒ−ｌｏａｄ（１）」）３６０と表される受信機の入力に供給する。電気的負荷（「Ｒ−ｌｏａｄ（１）」）３６０は、当技術分野で知られており、エンド・ユーザが操作することができる信号を生成するように通信信号を処理するために使用される信号処理回路を表す。アンテナ・ケーブル３３５の構造は、典型的には、電磁シールド３４０を含む、電磁気的に遮蔽されたケーブルである。電磁シールド３４０は、とりわけ、金属ブレード、ジャケット、または堅い外側表層導体の形での導電材料でなければならない。本明細書では例示の目的で、電磁シールド３４０を概念的に、アンテナとして働く独立した導体とみなす場合がある。ただし、図３の実施形態では、第２のアンテナとして働くのは電磁シールド３４０である。

図３の無線通信システム３００の通信信号３２５ａはまた、アンテナ・ケーブルの電磁シールド３４０によって第２の信号３２５ｂとして受信される。明確にするため、等価信号源３２０が、第１の等価信号３２５ａと第２の等価信号３２５ｂの２つの別個の信号を生成するものとして図示されている。したがって、第２の等価信号３２５ｂは、第２のアンテナによって受信されるときは信号３２５ａであり、このアンテナは、実際にはアンテナ・ケーブルの電磁シールド３４０である。通信信号３２５ｂは、電磁シールド３４０によって受信されると、第２の内部信号３７６ｂになる。したがって、アンテナ・ケーブルの電磁シールド３４０は、第２のアンテナとして、かつ第２の導体として働き、本明細書で受信機３５０の電気的負荷（「Ｒ−ｌｏａｄ（２）」）３６１と表される受信機入力に第２の内部信号３７６ｂを供給する。Ｒ−ｌｏａｄ（２）３６１は、当技術分野で知られており、エンド・ユーザが操作することができる信号を生成するように第１および第２の内部信号３７６ａ、３７６ｂを処理するために使用される信号処理回路を表す。第１のデカップリングデバイス３８０が、アンテナ３３０で受信された第１の内部信号３７６ａに関する信号抽出を提供する。第２のデカップリングデバイス３８１が、アンテナ・ケーブルの電磁シールド３４０で受信された第２の内部信号３７６ｂに関する信号抽出を提供する。デカップリングデバイス３８０、３８１は、とりわけ、電子フィルタ、変成器、トランジスタ、差動増幅器、およびタスクに適した他のデバイスなど、電気通信信号を切り離すための任意の適切なデバイスを表す。一般的に言えば、第１のアンテナと第２のアンテナからの信号は互いに切り離されない。それらの信号は、内側の主導体と外側のシールドとの両方に同時に存在する。しかし、２つの信号は、異なる「差動範囲(differential domain)」で存在する。したがって、信号が、受信機のアンテナ入力端子で分離されるとき、信号処理回路は、「差動基準点」を利用して、アンテナと外側シールドとによって生成される２つの信号を抽出する。

一実施形態では、本発明を、自動車の無線受信機に適用することができる。この様態では、アンテナ構造３３０は、典型的には自動車のフェンダーに取り付けられるロッド・アンテナである。電磁シールド３４０を備えるアンテナ・ケーブル３３５が、自動車の計器板内に取り付けられた受信機３５０にアンテナ構造３３０を接続する。したがって、アンテナ構造３３０とは空間的に異なる位置に位置されたアンテナ・ケーブル３３５および電磁シールド３４０の長さが存在する。アンテナ・ケーブル３３５は、アンテナ・ケーブル電磁シールド３４０を含む。上で論じたように、本発明の目的では、アンテナ・ケーブルの電磁シールド３４０が第２のアンテナとして扱われる。アンテナ・ケーブル電磁シールド３４０の計器板装着部分が、空間的に異なる位置に位置され、通信信号を受け、第２のアンテナとして扱われるので、単一のアンテナを用いて真のダイバーシチ受信を実現することができるという効果的な結果が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を開示してきた。しかし、本発明の教示の範囲内でいくらかの修正が加わることを当業者には理解されたい。例えば、本明細書で図３に関して論じた単一デバイス実施形態ではなく、本発明は、複数のアンテナおよび／または複数の受信機が存在する実施形態も包含する。したがって、本発明の真の範囲および内容を決定するためには頭記の特許請求の範囲を検討すべきである。

単一アンテナ受信を含む通信ネットワークの概略図である。 ２つの空間的に離れたアンテナを用いた真のダイバーシチ受信を含む通信ネットワークの概略図である。 本発明の一実施形態による、単一のアンテナを用いた真のダイバーシチ受信を含む通信ネットワークの概略図である。

Claims (21)

1. 特に通信信号を受信するための無線通信用のシステムであって、
   通信信号を第１の内部信号として受信するように適応された主アンテナ構造と、
   前記主アンテナ構造に機能可能に結合された第１の端部と、第２の端部とを有するアンテナ・ケーブルと、
   を備え、前記アンテナ・ケーブルが、前記第１の内部信号を通すための主導体と、前記通信信号を第２の内部信号として受信するように適応された第２の受信導体とを含み、受信要素としての前記第２の受信導体が、前記主アンテナ構造から空間的に離れているシステム。
2. 前記第２の受信導体が、前記アンテナ・ケーブル用の電磁シールドとして機能する請求項１記載のシステム。
3. 前記通信信号が信号源によって提供される請求項１記載のシステム。
4. 前記通信信号が高周波（ＲＦ）信号である請求項３記載のシステム。
5. 前記システムは、
   前記主アンテナから前記信号を受信するように適応されかつ前記アンテナ・ケーブルの前記外側シールドからの信号を個別の信号として受信するように適応された入力ポートを含む、前記アンテナ・ケーブルに動作的に結合された受信機をさらに備えている請求項１記載のシステム。
6. 前記受信機が、前記入力ポートに機能可能に結合され、エンド・ユーザによる使用のために前記第１の内部信号および前記第２の内部信号を処理するように適応された信号処理回路を含む請求項５記載のシステム。
7. 前記入力ポートは、前記主アンテナから前記アンテナ・ケーブルによって搬送された信号と、前記アンテナ・ケーブルの前記外側シールドで誘導された信号とを分離するように適応されたデカップリングデバイスを含む請求項６記載のシステム。
8. アンテナ・システムでのダイバーシチ受信を提供する方法であって、
   通信信号を第１の内部信号として受信するように適応された主アンテナ構造を提供するステップと、
   前記主アンテナ構造に機能可能に結合された第１の端部と、第２の端部とを有するアンテナ・ケーブルを提供するステップと、
   を含み、
   前記アンテナ・ケーブルは、前記通信信号を第２の内部信号として受信するように適合され、外側シールドが、アンテナとして働き、前記主アンテナ構造から空間的に離れている方法。
9. 前記外側シールドが、前記アンテナ・ケーブル用の電磁シールドとして機能する請求項８記載の方法。
10. 前記通信信号が信号源によって提供される請求項８記載の方法。
11. 前記通信信号が高周波（ＲＦ）信号である請求項１０記載の方法。
12. 前記方法は、さらに、
    前記アンテナ・ケーブルに機能可能に結合され、前記主アンテナから、前記アンテナ・ケーブルの第２の端部を介して前記信号を受信するように適応された入力ポートを含む受信機を提供するステップを含み、
    前記入力ポートがさらに、前記アンテナ・ケーブルの前記外側シールドで誘導された信号として前記第２の内部信号を受信するように適応された請求項８記載の方法。
13. 前記受信機が、前記入力ポートに機能可能に結合され、エンド・ユーザによる使用のために前記第１の内部信号および前記第２の内部信号を処理するように適応された信号処理回路を含む請求項１２記載の方法。
14. 前記入力ポートは、前記主アンテナ内に誘導された信号と、前記アンテナ・ケーブルの前記外側シールド内に誘導された信号とを分離するように適応されたデカップリングデバイスを含む請求項１３記載の方法。
15. 通信信号を提供するための信号源と、
    アンテナ・ケーブルに機能可能に接続され前記通信信号を第１の内部信号として受信するための第１のアンテナと、
    前記アンテナ・ケーブル用の電磁シールドを提供する、前記アンテナ・ケーブルの外側シールドで前記通信信号を第２の内部信号として受信する、前記第１のアンテナとは空間的に異なる第２のアンテナと、
    前記第１の内部信号を前記第１の導体を介して受信するための第１の入力、および前記第２の内部信号を前記第２の導体を介して受信するための第２の入力を有する信号受信機と、
    前記第１の入力および前記第２の入力に機能可能に接続され、使用可能な信号を提供するために前記第１の内部信号および前記第２の内部信号を機能可能に変調するように適応された信号処理回路と、
    を備える無線通信システム。
16. 前記第１の入力および第２の入力がそれぞれ、前記第１および第２の内部信号を前記信号処理回路に通すことができるようにするデカップリングデバイスを含む請求項１５記載のシステム。
17. 前記デカップリングデバイスが、強磁性デバイス、変成器、光電子デバイス、差動増幅器、ＳＡＷデバイス、および光デバイスからなる群から選択される請求項１６記載のシステム。
18. 通信信号を提供するための信号源を提供するステップと、
    前記通信信号を第１の導体で第１の内部信号として受信するための第１のアンテナを提供するステップと、
    前記第１の導体のための電磁シールドを提供する第２の導体で前記通信信号を第２の内部信号として受信する、前記第１のアンテナとは空間的に異なる第２のアンテナを提供するステップと、
    前記第１の内部信号を前記第１の導体を介して受信するための第１の入力、および前記第２の内部信号を前記第２の導体を介して受信するための第２の入力を有する信号受信機を提供するステップと、
    前記第１の入力および前記第２の入力に機能可能に接続され、使用可能な信号を生成するために前記第１の内部信号および前記第２の内部信号を機能可能に変調するように適応された信号処理回路を提供するステップと、
    を含む無線通信方法。
19. 前記第１の入力および前記第２の入力がそれぞれ、前記第１および第２の内部信号を前記信号処理回路に個別に送ることができるようにするデカップリングデバイスを含む請求項１８記載の方法。
20. 前記デカップリングデバイスが、強磁性デバイス、変成器、光電子デバイス、光デバイス、ＳＡＷデバイス、および電子フィルタからなる群から選択される請求項１９記載の方法。
21. 無線通信システムを含む装置であって、
    アンテナ・ケーブルに機能可能に接続され、通信信号を第１の導体で第１の内部信号として受信する第１のアンテナと、
    前記通信信号を前記第１のアンテナの前記アンテナ・ケーブルの外側シールドで第２の内部信号として受信する第２のアンテナと、
    前記第１の内部信号と前記第２の内部信号とを分離するように適応された信号受信機と、
    前記第１の入力および前記第２の入力に機能可能に接続され、使用可能な信号を生成するために前記第１および第２の内部信号を機能可能に変調するように適応された信号処理回路と、
    前記信号受信機、前記信号処理回路、ならびに前記第１および第２のアンテナに機能可能に結合され、前記信号受信機、前記信号処理回路、ならびに前記第１および第２のアンテナに電力を提供するように適応された電源と、
    を備える装置。

Images