JP2009049663A - 受信装置および受信処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易にＳＤ合波するための受信信号の遅延時間差調整が可能な受信装置および受信処理方法を提供する。
【解決手段】ダイバーシティ受信する各系統の受信波のＩＦ信号を位相比較器４を用いて測定して搬送波の位相を揃え、２つのＩＦ信号に含まれる各包絡線の間に遅延時間差があると、位相比較器４が測定する各ＩＦ信号の包絡線の間の位相差誤差信号に発生するパルス状の雑音を検出して、そのパルス状の雑音を最小になるように可変遅延線５ｂを調整することにより各受信波の包絡線の間の遅延時間差を最小にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイバーシティ方式でマイクロ波の無線中継をする受信装置とその受信処理方法に関する。

例えば、伝搬距離が２０ｋｍ以上になる５〜８ＧＨｚ帯を使用したマイクロ波無線装置では、マルチパスフェージング、即ち、受信波が正常な受信波以外に水面やダクトによる反射波が干渉波となって受信される影響により受信レベルが低下する。

このマルチパスフェージング対策の１つとして上記周波数帯を使用する際、ＳＤ（スペースダイバーシティ）受信方式が採用される。これは、アンテナ、受信機を２系統設け、アンテナを、お互いにフェージングによる影響の相関が発生しない位置に設置することにより受信特性を向上させるものである。また、一般的に、多値ＱＡＭ方式においては、マルチパスフェージングに起因する振幅歪みを軽減するために、同相合成ＳＤ方式が採用される。これは、２系統の受信波の位相を同相にして合成し出力する方式である。

同相合成する際は、２つの受信波の間で搬送波、および遅延時間を合わせる必要がある。搬送波の周期は、伝搬路の影響で変動する量に対して短いため、位相制御はアダプティブに制御する必要がある。これに対し、搬送波を変調した信号波形の包絡線については、周期が、伝播路の影響で変動する量より十分長いため、装置設置時に同相になるように設定するのみで良い。

従来、この包絡線の位相を合わせる（遅延時間を合わせる）方法は、ダイバーシティ受信における各系統の復調後のシンボル位相が同相になるように２系統の受信波の位相を復調回路の前に設けられた検波回路で処理した信号により可変ディレイラインを調整していた（例えば、特許文献１。）。その際、復調器は、中継装置に具備されている現用系、予備系の２台の受信機の各復調器の接続先を変更して、ある時は、現用系のダイバーシティ受信での２系統、また、予備系統での２系統での調整を行った。

図７は、従来のダイバーシティの受信装置で受信波の包絡線の位相調整を行う機能ブロック図である。
図７において、ダイバーシティの受信装置は、Ａ系統、Ｂ系統として離れて設置されたアンテナ８ａ、８ｂおよびそれらの受信信号を増幅する各ＬＮＡ１ａ、１ｂ、ミキサ７ａ、７ｂ、および包絡線の位相を調整するための可変遅延線５００ａ、５００ｂ、局部発信器２、移相器６、位相比較器４００、Ａ、Ｂの両系統のＩＦ信号を合成する合波器３と、合波されたＩＦ信号を復調する復調器９とを備える。

ＬＮＡ１ａ、１ｂにより増幅されたＲＦ信号は、局部発信器２の出力するローカル信号によりミキサ７ａ、７ｂでＩＦ信号に変換されるが、この時ミキサ７ａに入力される信号は、位相比較器４００からの位相制御信号Ｖｃにより搬送波の位相が揃うよう移相器６によりローカル信号の位相が調整される。

包絡線は、先に述べたように受信装置を設置する時に一度可変遅延線５ａ、５ｂを調整すれば良いので、両系統のＩＦ信号を例えば、現用系と予備系との復調器９を一時的に接続変更して図７中の復調器Ｄ１、Ｄ２として用いる。そして、オシロスコープＶ１でＩＦ信号の波形を観測して両系統の包絡線の位相が揃うように可変遅延線５００ａ、５００ｂのタップを手動で調整する方法を用いていた。

ところが、最近は、光ファイバケーブルによる中継が広く採用されるようになり、マイクロ波を用いた無線中継ルートは、光ファイバケーブルの中継ルートに対する予備となって、無線中継は、現用と予備との２重化がされなくなり、単一系統となるものが多い。この場合、復調器が現用に使用する1台しかないため、包絡線の位相調整を行うには従来の方法が取れない。

このため、遅延時間を合わせるためには、更に包絡線の位相調整専用として復調器Ｄ２を備えるか、又は、復調器Ｄ１、Ｄ２の代わりとして２台のネットワークアナライザにより、設置時に受信する２系統の受信波の包絡線波形を監視して２つの間で位相が揃うように可変ディレイラインの遅延時間を調整するしかない。

その結果、普段は利用されない復調器を準備する為にコスト増となるか、また、作業環境が悪い場所でネットワークアナライザを用いるなど作業性が悪い状態が生じる問題が有った。
特開平３−２０１７３６号公報 （第５頁、第１図）

従来のマイクロ中継装置でのダイバーシティ受信では、２系統の受信波の間でその包絡線の位相を合わせる調整のために普段は利用されない復調器を準備する為にコスト増となるか、又は、作業環境が悪い場所でネットワークアナライザを用いるなど作業性が悪い状態が生じる問題が有った。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、容易にＳＤ合波するための受信信号の遅延時間差調整が可能な受信装置および受信処理方法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、本発明の受信装置は、無線送信機から送信された電波を第１と第２の受信アンテナにより２つの系統で受信するダイバーシティの受信装置において、前記２つの系統の受信信号の間の位相差からパルス雑音を抽出して前記各受信信号の変調波の間の遅延時間差誤差信号として出力する位相比較器と、前記位相比較器から前記出力された前記遅延時間差誤差信号の前記パルス雑音が最小となるよう調整する遅延調整手段とを具備することを特徴とする。

また本発明の受信装置の受信処理方法は、位相比較器と、遅延調整手段とを具備し、無線送信機から送信された電波を第１と第２の受信アンテナにより２つの系統で受信するダイバーシティの受信装置の受信処理方法において、前記位相比較器は、前記２つの系統の受信信号を入力して前記第１と前記第２の受信信号の間の位相差の位相差誤差信号からパルス雑音を抽出して前記各変調波の間の遅延時間差誤差信号として遅延調整手段に出力し、前記遅延時間差誤差信号が入力された前記遅延調整手段は、前記パルス雑音が最小となるよう調整することを特徴とする。

本発明によれば、容易にＳＤ合波するための受信信号の遅延時間差調整が可能な受信装置および受信処理方法を提供することが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係わるダイバーシティ受信装置の機能ブロック図である。
図１において、ダイバーシティの受信装置は、アンテナ８ａ、８ｂおよびそれらの受信信号を増幅する各ＬＮＡ１ａ、１ｂ、ミキサ７ａ、７ｂ、および包絡線の位相、即ち受信信号の遅延時間を調整するための遅延制御部５、および可変遅延線５ａ、５ｂ、局部発信器２、移相器６、位相比較器４、Ａ、Ｂの両系統のＩＦ信号を合波して出力する合波器３と、合波されたＩＦ信号を入力して復調する復調器９とを備え、同相合成ＳＤ受信をする。

アンテナ８ａ、８ｂは、Ａ系統、Ｂ系統として離れて設置され、図示されない送信機からの中継信号の送信電波を受信しＬＮＡ１ａ、１ｂへＲＦ受信信号として出力する。ＬＮＡ１ａ、１ｂにより増幅されたＲＦ受信信号は、局部発信器２の出力するローカル信号によりミキサ７ａ、７ｂでＩＦの受信信号（以下、ＩＦ信号と称する。）に変換される。

ケーブルルートの違いによるケーブル長の差から受信器のＬＮＡ１ａ、１ｂに到着する信号との間には遅延時間の差ができる。例えば、これらに接続されたケーブル長に２１ｍの差があると０．１マイクロ秒（１００Ｍｂｐｓで１０ビット分）の時間差が発生するので受信したデータの間に遅延時間差が生じてくる。

ミキサ７ａに入力されるローカル信号の位相は、移相器６により位相比較器４から出力される位相制御信号Ｖｃにより搬送波（ＩＦ信号）の位相が揃う様に調整される。そして、遅延制御部５から遅延時間差が無くなり合波時に包絡線が揃う様に可変遅延線５ｂへ遅延時間調整が行われる。

この調整は、包絡線の位相が揃っていない時に位相比較器４から出力される雑音成分を遅延時間差調整信号として監視し、それを最小にすることにより遅延時間が無い（最小に）様に調整するものであって、調整の結果、合波部３へ入力される２系統のＩＦ信号は、包絡線の位相が揃う。そして、復調器９ではそれを合波器３から入力することによって同相ＳＤ受信が可能になる。

以下、包絡線の位相を揃える処理手順を詳細に説明する。

図２は、位相比較器４と遅延制御部５の機能ブロック図である。
図２において、位相比較器４は、Ａ系統とＢ系統の両系統のＩＦ信号を入力し、そのＩＦ信号の間の位相差を検出して誤差信号Ｖｅを出力する位相差検出部４１、位相差検出部４１に接続されるローパスフィルタ４２と、ローパスフィルタ４２に接続されて位相制御信号Ｖｃを生成して移相器６に供給する制御増幅部４３、および変調波の遅延時間差を検出するために直流分を除去するローカットフィルタ４４を備えている。なお、ローカットフィルタ４４は誤差信号の直流分を除去し、さらに不要な高域分を除去するバンドパスフィルタであっても良い。

即ち、Ａ、およびＢ両系統のＩＦ信号を入力する位相比較器４によりの両ＩＦ信号の位相差を位相差検出部４１で検出する。そして、その位相差が無くなるよう位相比較器４から位相制御信号Ｖｃを移相器６に加えて位相差を揃える制御を行う。

位相比較器４では、２つの信号入力の位相差を制御するために、Ｂ系統からのＩＦ信号を基準にしてＡ系統からのＩＦ信号を比較する。位相差検出部４１は、両者の位相差に比例した直流レベルの誤差信号Ｖｅの電圧を検出し、ローパスフィルタ４２を通して位相制御信号Ｖｃを生成する。そして、位相制御信号Ｖｃが移相器６に供給され、誤差信号Ｖｅの電圧をＡ、Ｂ両系統間で位相差がない時の基準電圧に等しくなるようにフィードバック制御を行う。

ここで移相器６は、この位相制御信号Ｖｃによりミキサ７ａに入力するＩＦ信号の位相を変えるので、ミキサ７ａで周波数変換されたＡ系統のＩＦ信号（搬送波）の位相がＢ系統のＩＦ信号（搬送波）と揃うようになる。しかし、このままでは両系統の変調波、即ち、包絡線の遅延時間差が一致していないので搬送波の間の遅延時間差を揃える手順について以下に説明する。

図３は、位相比較器の出力信号を説明する図である。
図３において両系統の変調波は、ＩＦ信号の包絡線によって表示される。両系統のケーブル長の差による遅延時間差があると包絡線のゼロクロスポイント付近では、誤差信号Ｖｅにパルス状の雑音Ｅｐが発生する。そこで、本発明の実施例では、図３に示した様に受信した２つの送信波の位相差調整を、位相差検出部４１から得られる直流の誤差信号Ｖｅをローパスフィルタ４２を通して生成した位相制御信号Ｖｃで行ない、その位相制御信号Ｖｃからパルス雑音Ｅｐの成分を除去している。

即ち、遅延時間差が大きければ、そのパルス雑音Ｅｐのエネルギーは大きくなるので、その誤差信号電圧を低くするように２つの被測定変調波の遅延時間差を調整するため、位相差検出部４１の出力にローカットフィルタ４４を挿入して直流分を除去し、より高い周波数成分のパルス雑音Ｅｐを誤差信号として取り出している。

そして、このパルス雑音Ｅｐを測定しパルス雑音Ｅｐが最小になるように可変遅延線５ｂを調整することにより変調波の間の遅延時間差を最小にする。

図２において、遅延調整部５を、整流部５０と駆動アンプ５１とで構成し、位相比較器４１は、自動調整のため常時ＡＢ両系統のＩＦ信号が入力される。ローカットフィルタ４４の出力のパルス雑音Ｅｐは整流部５０で整流検波された直流の誤差信号Ｅｃになり駆動アンプ５１に送信される。駆動アンプ５１は、受信した誤差信号Ｅｃの電圧が最小になるように可変遅延線５ｂの遅延時間を制御する遅延制御信号Ｖｄを生成する。遅延制御信号Ｖｄは、可変遅延線５ｂに供給されフィードバック制御を行い、Ａ系統の変調波の遅延時間が、Ｂ系統の変調波の遅延時間と一致するよう動作する。

可変遅延線５ｂは、タップが駆動アンプ５１からの遅延制御信号Ｖｄにより設定される。遅延制御信号Ｖｄは、２つの変調波の遅延時間差に対応して各タップを選択するスイッチ信号であるので遅延調整部５は、小規模な回路で実現できる。従って、変調波を検波復調してベースバンドの信号に戻して遅延時間を調整する回路が不要なのでこの回路を組み込んでも受信装置が大型化することがない。

図４〜図６は、本発明の実施例における遅延制御部５の変形例１〜変形例３を示す機能構成のブロック図である。
前述の如く、包絡線の位相（遅延時間調整）は、常時自動調整せずとも、受信装置の設置時に一度行えば有効である。各変形例は、設置の調整時等に遅延時間差を調整するのに便利な構成を示している。

（第１の変形例）
図４において、遅延調整部５は、位相比較器４のローカットフィルタ４４の出力波形を直接観測するオシロスコープ５５が用いられる。また、可変遅延線５ｂは、例えば、コイル遅延線のタップにより遅延時間を設定するもの、又は、セラミック共振を利用した遅延線タップにより遅延時間を設定するもので、遅延時間に応じてタップ端子、又は、タップ選定スイッチ（図示せず。）が設けられている。そして、調整者が可変遅延線５ｂのタップを切替えて２つの変調波の間の遅延時間差が最小になるとオシロスコープ５５で観測する波形のパルス状の雑音Ｅｐの波形が最小になるので、その時のタップを可変遅延線５ｂに設定すれば良い。

（第２の変形例）
図５においては遅延調整部５をランプ５６で構成している。遅延時間差の測定は、位相比較器４のローカットフィルタ４４にランプ５６を接続し、その明暗で遅延時間差の大小を表示する。このローカットフィルタ４４は、キャパシタで、単純に誤差信号Ｖｅの直流分をカットするものでも良い。そして、ランプ５６が光らない様に可変遅延線５ｂのタップを設定して遅延時間を調整するものである。

（第３の変形例）
図６においては遅延調整部５を整流回路５０とレベルメータ５３で構成している。そして、ローカットフィルタ４４の出力を整流回路５０で整流し、誤差信号であるパルス雑音Ｅｐを直流信号に変換し、遅延時間差の大小を示す信号としてレベルメータ５３で表示、測定する。そして、このレベルが最小になる様に可変遅延線５ｂのタップを設定して遅延時間を調整する。また、レベルメータ５３の代わりに、ランプやブザー等を用いてランプの明るさやブザーの警報音を利用して遅延時間差を表示するものであっても良い。

変形例１は、受信装置の設置調整時にオシロスコープを１台使用するだけで、従来の様に復調器を２台揃える必要が無い。又更に変形例２、３ではオシロスコープすら用いることなく、また装置を大型化することもなく簡便に遅延時間差が調整できる効果がある。

以上説明した如く、本発明の実施例によれば、ＳＤダイバーシティのための受信波の変調波の包絡線の位相（遅延時間）を容易に揃えることが可能な受信装置、および受信処理方法が提供できる。

本発明の実施例に係わる受信装置の機能ブロック図。 位相比較器と遅延制御部との機能ブロック図。 位相比較器の出力信号を説明する図。 本発明の実施例における遅延制御部５の変形例１を示す機能構成のブロック図。 本発明の実施例における遅延制御部５の変形例２を示す機能構成のブロック図。 本発明の実施例における遅延制御部５の変形例３を示す機能構成のブロック図。 従来の受信装置の機能ブロック構成図。

符号の説明

１ａ、１ｂ アンテナ
２ 局部発振器
３ 合波器
４ 位相比較器
４１ 位相差検出部
４２ ローパスフィルタ
４３ 制御増幅部
４４ ローカットフィルタ
５ 遅延制御部
５０ 整流部
５１ 駆動アンプ
５３ レベルメータ
５５ オシロスコープ
５６ ランプ
５ａ、５ｂ 可変遅延線
６ 移相器
７ａ、７ｂ ミキサ
８ａ、８ｂ アンテナ
９ 復調器

Claims (4)

1. 無線送信機から送信された電波を第１と第２の受信アンテナによる２つの系統で受信するダイバーシティの受信装置において、
   前記２つの系統の受信信号の間の位相差からパルス雑音を抽出して前記各受信信号の変調波の間の遅延時間差誤差信号として出力する位相比較器と、
   前記位相比較器から前記出力された前記遅延時間差誤差信号の前記パルス雑音が最小となるよう調整する遅延調整手段とを具備する
   ことを特徴とする受信装置。
2. 前記位相比較器は、
   前記第１と第２の受信信号の間の位相差を位相差誤差信号とし、
   前記位相差誤差信号をフィルタに通して前記パルス雑音を抽出した前記遅延時間差誤差信号を前記遅延調整手段に出力することを
   特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 位相比較器と、遅延調整手段とを具備し、無線送信機から送信された電波を第１と第２の受信アンテナによる２つの系統で受信するダイバーシティの受信装置の受信処理方法において、
   前記位相比較器は、前記２つの系統の受信信号を入力して前記第１と前記第２の受信信号の間の位相差の位相差誤差信号からパルス雑音を抽出して前記各変調波の間の遅延時間差誤差信号として遅延調整手段に出力し、
   前記遅延時間差誤差信号が入力された前記遅延調整手段は、前記パルス雑音が最小となるよう調整する
   ことを特徴とする受信装置の受信処理方法。
4. 前記位相比較器は、
   前記第１と第２の受信信号の間の位相差を位相差誤差信号とし、
   前記位相差誤差信号をフィルタに通して前記パルス雑音を抽出した前記遅延時間差誤差信号を前記遅延調整手段に出力することを
   特徴とする請求項３記載の受信装置の受信処理方法。

Images