JP2007318639A - スペースダイバシティ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リファレンス同期方式を採用し、双方の受信信号の同相合成を、ローカル信号の位相差及び空間位相差を補正しつつ行うことで、大きな同相合成出力を得るスペースダイバシティ受信装置を提供する。
【解決手段】同相合成機１５は、主受信機１３及び副受信機１４の双方のＩＦ信号から空間位相差を検出する空間位相差検出回路３０と、双方のローカル信号の位相差を検出するローカル位相差検出回路４０とを有し、移相回路３７で空間位相差とローカル位相差の双方に基づいて副受信機のＩＦ信号の移相を補正した後に、加算回路３８で同相合成を行う。復調機１６は、同相合成後の出力から伝送信号を再生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スペースダイバシティ受信装置に関し、更に詳しくは、リファレンス同期方式を採用するスペースダイバシティ受信装置に関する。

直交振幅変調（ＱＡＭ）は、直交する２つの搬送波を用いてベースバンド信号を多値化した直交多値ＱＰＳＫであり、同相及び直交信号成分の取り出しが容易であるという特長がある。しかし、フェージングの影響を受けやすいマイクロ波帯では、多値ＱＡＭ信号を伝送する際に、フェージング対策としてスペースダイバシティ機能を有する受信装置が必要になる。スペースダイバシティ受信装置は、近年の機器価格下落に伴い、ローカル位相雑音特性などのアナログ特性の規格緩和要求も厳しく、コスト低減を実現するためには、アナログ特性の劣化を補償する補償回路が重要となっている。スペースダイバシティ受信装置は、例えば特許文献１、２に記載されている。

スペースダイバシティ受信装置において、受信機のコストダウンを目的として、主受信機と副受信機とが同じリファレンス信号を基準として用いる安価なリファレンス同期方式の局部発振器が一般的に採用されている。しかし、この形式の受信装置では、双方のローカル信号が同期している場合であっても、各局部発振器で独立に発生する位相雑音成分が各受信機出力のキャリア成分に印加される。このため、空間位相差検出回路における空間位相差成分の検出感度が低下し、正確な位相調整が得られないことから、同相合成利得が低下する問題があった。

スペースダイバシティ受信装置で、正確な位相調整を目的とする場合には、リファレンス同期方式に代えて、主受信機から副受信機に対しローカル信号を直接分配するローカル分配方式が採用されている。図４は、この形式の従来のスペースダイバシティ受信装置を示している。受信装置１０Ｃは、主受信機１３と、副受信機１７と、同相合成機１５と、復調機（ＤＥＭ）１６とから構成される。主受信機１３及び副受信機１７はそれぞれ、各アンテナ１１、１２から受信した高周波（ＲＦ）信号１０１、１０２と、リファレンス信号に基づいて主受信機１３の局部発振器２３で生成されたローカル信号とから、乗算器２１により中間周波（ＩＦ）信号１０３、１０４を生成し、同相合成機１５に入力する。

同相合成機１５では、双方の受信機１３、１７の出力ＩＦ信号１０３、１０４を受信し、主受信機１３の出力ＩＦ信号から抽出したキャリア成分と、副受信機１７の出力ＩＦ信号から抽出したキャリア成分とを比較して、その間の空間位相差成分を抽出する。次いで、その位相差成分を補正し、双方の受信機の出力ＩＦ信号の位相を一致させた後に、加算回路３８で同相合成し、復調機１６に入力する。復調機１６は、入力したＩＦ信号１０５から伝送信号１０６を再生する。

上記のように、スペースダイバシティ受信装置１０Ｃでは、主受信機及び副受信機で受信したＲＦ信号の同相合成利得が最大化するように、副受信機の出力ＩＦ信号の位相を、主受信機の出力ＩＦ信号の位相に合わせている。ここで、大きな同相合成出力を得るためには、双方の出力ＩＦ信号の位相を正確に一致させることが重要になる。ローカル分配方式を採用することにより、ローカル信号の位相差に起因する位相差が排除できるので、同相合成に際して位相誤差が少ない合成が可能になる。
特開平０５−３３６０１０号公報 特開平０２−２９５２３３号公報

しかし、上記従来のローカル分配方式のスペースダイバシティ受信装置では、主受信機の局部発振器が故障すると、主受信機だけではなく副受信機の機能も停止するため、両受信機間の独立性及び冗長性が確保できない問題があった。つまり、スペースダイバシティ受信装置では、これら独立性及び冗長性の確保と、正確な位相調整とはいわばトレードオフの関係にある。

上記に鑑み、本発明は、主受信機及び副受信機でそれぞれローカル信号を発生させる局部発振器を有するスペースダイバシティ受信装置であって、双方の局部発振器で独立に発生するローカル信号の位相雑音成分を補償して、大きな同相合成利得が得られるように改良されたスペースダイバシティ受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のスペースダイバシティ受信装置は、それぞれがローカル信号を発生する局部発振器を有し、該ローカル信号に基づいて受信信号をそれぞれ中間周波信号に変換する第１及び第２の受信機を有するスペースダイバシティ受信装置において、
前記第１及び第２の受信機の局部発振器が出力するローカル信号の位相差を検出し、ローカル位相差信号として出力するローカル位相差検出回路と、
前記第１及び第２の受信機の受信ＲＦ信号間の位相差を検出し、空間位相差信号として出力する空間位相差検出回路と、
前記ローカル位相差信号及び前記空間位相差信号に基づいて、前記第１及び第２の受信機の出力中間周波信号の少なくとも一方を移相し、該移相後に双方の出力中間信号の位相差が最小となるように調整する移相回路と、
前記第１の受信機の出力中間周波信号と前記第２の受信機の出力中間周波信号とを、前記位相回路で移相された後に同相合成する同相合成回路とを備えることを特徴とする。

本発明のスペースダイバシティ受信装置では、主受信機の局部発振器と副受信機の局部発振器のローカル信号の位相差（位相雑音の差分）を抽出し、同相合成に先だって、この抽出したローカル位相差と空間位相差の双方を用いて、キャリア位相差を補償することから、正確な位相差補償が可能になり、同相合成の際に大きな出力が得られる。

本発明のスペースダイバシティ受信装置では、前記第１及び第２の受信機はそれぞれ、前記局部発振器が出力するローカル信号をそれぞれモニタする第１及び第２のモニタ回路を有し、前記ローカル位相差検出回路は、前記第１及び第２のモニタ回路の出力を乗算する乗算器と、該乗算器の出力を低域通過する低域通過フィルタとを有してもよい。ローカル位相差検出回路は、モニタ回路の出力に基づいて、ローカル位相差の検出が可能になる。

また、前記第１及び第２のモニタ回路はそれぞれ、対応する局部発振器が出力するローカル信号の周波数を１／Ｎ倍に分周する分周回路を有し、前記ローカル位相差検出回路は、前記低域通過フィルタの出力の周波数をＮ倍にてい倍するてい倍回路を更に有してもよい。この場合、高周波のローカル信号を１／Ｎ倍に分周することで、処理すべき信号周波数を低くするので、ローカル位相差検出回路の構成が容易になる。

前記空間位相差検出回路は、前記第１及び第２の受信機の出力中間周波信号からキャリア信号成分を抽出する第１及び第２の帯域通過フィルタと、該第１及び第２の帯域通過フィルタの出力を乗算する乗算器と、該乗算器の出力の位相を前記ローカル位相差検出回路の出力に基づいて調整する移相回路と、該移相回路の出力を低域通過する低域通過フィルタとを備えてもよい。この場合、空間位相差検出回路による空間位相差の検出が容易になる。

前記第１及び第２の局部発振器のリファレンス信号は、相互に独立に生成してもよく、或いは、共通であってもよい。

本発明のスペースダイバシティ受信装置が、ローカル信号を発生する局部発振器を有し、該ローカル信号に基づいて受信信号を中間周波信号に変換する第３の受信機と、前記第１及び第３の受信機の局部発振器が出力するローカル信号間の位相差を検出し、別のローカル位相差信号として出力する別のローカル位相差検出回路と、前記第１及び第３の受信機の受信ＲＦ信号間の位相差を検出し、別の空間位相差信号として出力する別の空間位相差検出回路と、前記別のローカル位相差信号及び前記別の空間位相差信号に基づいて、前記同相合成回路の出力信号及び前記第３の受信機の出力中間周波信号の少なくとも一方を移相し、該移相後に双方の信号の位相差が最小となるように調整する別の移相回路と、
前記第３の受信機の出力中間周波信号と前記同相合成回路の出力とを、前記別の位相回路で移相された後に同相合成する別の同相合成回路とを更に備えてもよい。３つ以上の受信機を備えるスペースダイバシティ受信装置であっても、同様な構成を採用することで、本発明の適用が容易になる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るダイバーシティ機能を有する受信装置を示すブロック図である。本受信装置１０は、第１及び第２のアンテナ１１、１２と、第１のアンテナ１１から第１の高周波（ＲＦ）信号１０１を受信する主受信機（第１の受信機）１３と、第２のアンテナ１２から第２のＲＦ信号１０２を受信する副受信機（第２の受信機）１４と、双方の受信機１３、１４で得られた中間周波（ＩＦ）信号１０３、１０４を同相合成する同相合成機１５と、同相合成機１５で合成されたＩＦ信号１０５を復調して伝送信号１０６を再生する復調機１６とから構成される。

主受信機１３及び副受信機１４はそれぞれ、リファレンス信号１０７に同期するローカル信号を生成する局部発振器２３と、ローカル信号と受信したＲＦ信号とを乗算する乗算器２１と、乗算器２１の出力を帯域通過しＩＦ信号を出力する帯域通過フィルタ２２と、ローカル信号をモニタするローカルモニタ回路２４とを有する。ローカルモニタ回路２４は、高周波であるローカル信号の伝送を簡易化するため、ローカル信号の周波数を１／Ｎ（Ｎは１以上の整数）倍に分周する機能を有する。

同相合成機１５は、双方の受信信号間の位相差を検出する空間位相差検出回路３０と、受信機のローカル信号の基準となるリファレンス信号を生成するリファレンス信号生成回路３１と、主受信機１３及び副受信機１４の双方のローカル信号の位相差を検出するローカル位相差検出回路４０と、主受信機１３と副受信機１４の受信信号間の差分遅延時間を調整する遅延調整回路３６と、同じく受信信号間の差分位相を調整する移相回路３７と、位相及び遅延時間が調整された副受信機の出力ＩＦ信号と主受信機の出力ＩＦ信号とを合成する加算回路３８とを有する。同相合成機１５の出力ＩＦ信号１０５は、復調機１６で復調され、伝送信号１０６が再生される。

主受信機１３及び副受信機１４はそれぞれ、独立の局部発振器２３を有しており、双方の局部発振器２３は、同相合成回路１５からのリファレンス信号１０７に同期してローカル信号を生成している。各受信機１３、１４はそれぞれ、乗算機２１及び帯域通過フィルタ２２によって、各受信ＲＦ信号を、ローカル信号に基づいてＩＦ信号に周波数変換する機能を有する。各受信機１３、１４からは、それぞれ出力となるＩＦ信号１０３、１０４が出力される。各受信機１３、１４のローカル信号の周波数は、ローカルモニタ回路２４で１／Ｎ倍に分周され、ローカルモニタ信号１２１、１２２として、ローカル位相差検出回路４０に出力される。

ローカル位相差検出回路４０は、主受信機１３及び副受信機１４から伝送されたローカルモニタ信号１２１、１２２から、各々の位相雑音の差分成分を抽出する。ローカル位相差検出回路４０は、抽出した位相雑音の差分の周波数を、てい倍（逓倍）回路４３によって、Ｎ倍にてい倍する。ここで、Ｎは１以上の整数であり、ローカルモニタ回路２４の分周比と同じである。空間位相差検出回路３０は、主受信機１３及び副受信機１４から出力された受信ＩＦ信号１０３、１０４のキャリア成分を乗算した信号から、ローカル位相差検出４０によって求められたローカル位相差成分を除去し、受信信号の空間位相の差分成分を抽出する、同相合成機１５は、独立して求めた２つの位相差成分を元に、副受信機出力ＩＦ信号１０４の位相を主受信機出力ＩＦ信号１０３の位相と同期させることで、同相合成利得の最大化を図る。

一般に、スペースダイバシティ受信を行なう受信機の受信ＲＦ信号は、ダイバシティ機能を効率的に動作させるため、主受信機と副受信機がそれぞれ、独立の位相成分θd1(t)とθd2(t)を持つ。この位相成分は、無線伝送路のフェージングなどにより変動するため、通常は数ＫＨｚの周波数帯域成分を持つ。本明細書では、その位相差成分：θd(t)=θd1(t)-θd2(t)を、空間位相差成分と定義する。

一方、リファレンス同期方式の局部発振器は、リファレンス信号で一意に決定される周波数成分に加えて、主受信機と副受信機の各局部発振器で独立に生成される位相雑音成分θn1(t)とθn2(t)を持つ。この位相雑音成分は、各ハードウェアに固有の確率分布によって定義され、ここでは通常数十ＫＨｚ程度の周波数帯域成分を持つことを想定する。本明細書では、この位相雑音の位相差成分：θn(t)=θn1(t)-θn2(t)を、ローカル位相差成分と定義する。

本スペースダイバシティ受信装置１０では、受信信号から空間位相差成分を抽出するため、受信ＩＦ信号を帯域通過フィルタで帯域制限し、キャリア成分を抽出する。つまり、空間位相差検出回路３０は、主受信機１３の出力ＩＦ信号１０３と、副受信機１４の出力ＩＦ信号１０４とを、それぞれ帯域通過フィルタ３２、３３を通過させて、キャリア成分を抽出する。更に、乗算器３４と低域通過フィルタ３５とにより、双方の受信機１３、１４からのキャリア位相差成分を抽出する。ところが、このキャリア位相差成分には、先に説明した空間位相差成分の他にローカル位相差成分が含まれるため、ローカル信号の位相雑音成分が大きい場合には、空間位相差成分の抽出が困難となる。

そこで、ローカル位相差検出回路４０では、主受信機１３のローカルモニタ信号１２１と、副受信機１４のローカルモニタ信号１２２とを用い、乗算器４１と低域通過フィルタ４２とにより、双方の受信機１３、１４のローカルモニタ位相差成分を抽出する。更に、てい倍回路４３において、受信機のローカルモニタ回路２４の分周比Ｎに応じた位相成分のＮてい倍を行い、分周回路の影響をキャンセルして、ローカル位相差成分１３１を生成する。抽出されたローカル位相差成分１３１は、空間位相差検出回路３０と、副受信機１４の出力ＩＦ信号の位相を調整する移相回路３７とに供給される。空間位相差検出回路３０では、移相回路４４により、キャリア位相差成分１１１からローカル位相差成分１３１を除去することにより、低域通過フィルタ３５で、純粋な空間位相差成分１１２を抽出する。なお、ローカルモニタ回路の分周比Ｎを１とすれば、或いは、ローカルモニタ回路を省略すれば、てい倍回路４３は不要である。

移相回路３７では、空間位相差成分１１２とローカル位相差成分１３１の双方の信号に基づいて、副受信機１４の出力ＩＦ信号の位相を調整し、主受信機１３の出力ＩＦ信号の位相成分と、副受信機１４の出力ＩＦ信号の位相成分との位相差を最小化する処理を行う。

ローカル位相差検出回路４０を用いることにより、主受信機１３と副受信機１４のそれぞれで独立に発生するローカル移相雑音の差分成分を高精度に補償することが可能になる。このため、スペースダイバシティ受信装置１０の局部発振器２３に要求される位相雑音制限を大幅に緩和することができる。また、主受信機１３と副受信機１４とが、それぞれ独立の局部発振器２３を有することにより、機器故障時の冗長性や受信機の保守性を高めることができる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。本受信装置１０Ａは、本発明を３重ダイバシティ受信装置に適用した例を示している。本受信装置１０Ａは、図１の受信装置１０の構成に加えて、第３のアンテナ５１と、第３のアンテナから第３のＲＦ信号１５１を受信する第３の受信機５２と、図１に示した同相合成機１５（第１の同相合成機）と同様な構成を有する第２の同相合成機５３とを有する。

本実施形態では、第１の同相合成機１５の出力ＩＦ信号１０５を、第２の同相合成機５３に入力し、第３の受信機５２の出力ＩＦ信号１５２と同相合成することにより、３重ダイバシティ受信装置を実現する。第２の同相合成機の出力ＩＦ信号１５３は、復調機１６に供給され、伝送信号１０６が再生される。ここで、第３の受信機５２は、主受信機１３、副受信機１４と同じリファレンス信号１０７を入力し、また第２の同相合成機５３は、第１の同相合成機１５で基準としたローカルモニタ信号１２１と第３の受信機５２のローカルモニタ信号１５４とを入力する。この３重ダイバシティ受信装置の構成は、更に同様の構成により４重以上のダイバシティ受信装置に拡張することも可能である。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る受信装置を示している。本受信装置１０Ｂは、局部発振器２３のリファレンス信号を生成するリファレンス信号発生回路３１を受信機内部に備えるダイバシティ受信装置の例を示している。その他の構成は、図１の受信装置と同様である。一般的には、主受信機１３と副受信機１４の各リファレンス信号発生回路３１を独立に構成すると、各受信機１３、１４の出力ＩＦ信号１０３、１０４の周波数同期がとれない。しかし、本実施形態では、ローカル位相差検出回路４０の作用により、位相誤差成分が補償され、図１の場合と同様のダイバシティ受信装置を構成することができる。なお、図３の構成においても、図２の構成と同様の構成を採用することにより、３重以上のダイバシティ受信装置に拡張することが可能である。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のスペースダイバシティ受信装置は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

例えば、上記第１の実施形態では、第１の受信機が主受信機で、第２の受信機が副受信機である例を示したが、何れを第１及び第２の受信機としてもよい。同様に、第２の実施形態では、位相を補正するＩＦ信号は、第３の受信機の出力ＩＦ信号であってもよい。更に、上記実施形態では、双方の信号を同相合成する前に、そのうちの一方の信号のみを移相する構成を例示したが、同相合成に先立って、一方の信号をローカル位相差信号に基づいて移相し、他方の信号を空間位相差に基づいて移相してもよい。

局部発振器として位相雑音の影響が顕著で、かつ空間伝播時のフェージングの影響を軽減する必要が大きい、マイクロ波帯の無線通信装置に主に適用される。

本発明の第１の実施形態に係るスペースダイバシティ受信装置の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態に係るスペースダイバシティ受信装置の構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施形態に係るスペースダイバシティ受信装置の構成を示すブロック図。 従来のスペースダイバシティ受信装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：スペースダイバシティ受信装置
１１、１２：アンテナ
１３：主受信機
１４：副受信機
１５：同相合成機
１６：復調機
１７：副受信機
２１：乗算器
２２：帯域通過フィルタ
２３：局部発振器
２４：分周器（ローカルモニタ回路）
３０：空間位相差検出回路
３１：リファレンス信号生成回路
３２、３３：帯域通過フィルタ
３４：乗算器
３５：低域通過フィルタ
３６：遅延調整（ＤＡＤＥ）回路
３７：移相（ＥＰＳ）回路
３８：加算回路
４０：ローカル位相差検出回路
４１：乗算器
４２：低域通過フィルタ
４３：てい倍回路
４４：移相（ＥＰＳ）回路

Claims (7)

1. それぞれがローカル信号を発生する局部発振器を有し、該ローカル信号に基づいて受信信号をそれぞれ中間周波信号に変換する第１及び第２の受信機を有するスペースダイバシティ受信装置において、
   前記第１及び第２の受信機の局部発振器が出力するローカル信号の位相差を検出し、ローカル位相差信号として出力するローカル位相差検出回路と、
   前記第１及び第２の受信機の受信ＲＦ信号間の位相差を検出し、空間位相差信号として出力する空間位相差検出回路と、
   前記ローカル位相差信号及び前記空間位相差信号に基づいて、前記第１及び第２の受信機の出力中間周波信号の少なくとも一方を移相し、該移相後に双方の出力中間信号の位相差が最小となるように調整する移相回路と、
   前記第１の受信機の出力中間周波信号と前記第２の受信機の出力中間周波信号とを、前記位相回路で移相された後に同相合成する同相合成回路とを備えることを特徴とするスペースダイバシティ受信装置。
2. 前記第１及び第２の受信機はそれぞれ、前記局部発振器が出力するローカル信号をそれぞれモニタする第１及び第２のモニタ回路を有し、前記ローカル位相差検出回路は、前記第１及び第２のモニタ回路の出力を乗算する乗算器と、該乗算器の出力を低域通過する低域通過フィルタとを有する、請求項１に記載のスペースダイバシティ受信装置。
3. 前記第１及び第２のモニタ回路はそれぞれ、対応する局部発振器が出力するローカル信号の周波数を１／Ｎ倍に分周する分周回路を有し、前記ローカル位相差検出回路は、前記低域通過フィルタの出力の周波数をＮ倍にてい倍するてい倍回路を更に有する、請求項２に記載のスペースダイバシティ受信装置。
4. 前記空間位相差検出回路は、前記第１及び第２の受信機の出力中間周波信号からキャリア信号成分を抽出する第１及び第２の帯域通過フィルタと、該第１及び第２の帯域通過フィルタの出力を乗算する乗算器と、該乗算器の出力の位相を前記ローカル位相差検出回路の出力に基づいて調整する移相回路と、該移相回路の出力を低域通過する低域通過フィルタとを備える、請求項１〜３の何れか一に記載のスペースダイバシティ受信装置。
5. 前記第１及び第２の局部発振器のリファレンス信号が共通である、請求項１〜４の何れか一に記載のスペースダイバシティ受信装置。
6. 前記第１及び第２の局部発振器のリファレンス信号が相互に独立に生成される、請求項１〜４の何れか一に記載のスペースダイバシティ受信装置。
7. ローカル信号を発生する局部発振器を有し、該ローカル信号に基づいて受信信号を中間周波信号に変換する第３の受信機と、
   前記第１及び第３の受信機の局部発振器が出力するローカル信号間の位相差を検出し、別のローカル位相差信号として出力する別のローカル位相差検出回路と、
   前記第１及び第３の受信機の受信ＲＦ信号間の位相差を検出し、別の空間位相差信号として出力する別の空間位相差検出回路と、
   前記別のローカル位相差信号及び前記別の空間位相差信号に基づいて、前記同相合成回路の出力信号及び前記第３の受信機の出力中間周波信号の少なくとも一方を移相し、該移相後に双方の信号の位相差が最小となるように調整する別の移相回路と、
   前記第３の受信機の出力中間周波信号と前記同相合成回路の出力とを、前記別の位相回路で移相された後に同相合成する別の同相合成回路とを更に備える、請求項１〜６の何れか一に記載のスペースダイバシティ受信装置。

Images