JP2009159041A

JP2009159041A - アンテナの制御方法およびそれを利用した受信装置

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Publication number: JP2009159041A
Application number: JP2007332101A
Authority: JP
Inventors: Mayumi Yamamoto; 真由美山本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】
伝播環境に適したアンテナ選択を実現すること。
【解決手段】
選択部１０１は、複数のアンテナのうちひとつのアンテナで受信した信号を選択する。信号強度測定部１０４は、受信信号の強度を測定する。統計値算出部１０５は、測定した強度のばらつきの程度を示す統計値を算出する。制御部１０６は、測定した強度によりアンテナの切替えを行う必要があるかを判断するとともに、強度の統計値が第２のしきい値以下の場合、アンテナを切替えても受信状況の改善は見込めない伝播環境下にあると判断し、選択部１０１の切替え回数を減らすように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイバシティ技術を利用した受信装置に関する。

近年、地上波デジタル放送において、携帯電話など画面が小さな移動体端末向けのワンセグ放送が開始され、地上波デジタル放送を受信可能な移動体端末に対する関心が高まっている。

このような移動体端末においては、フェージングや電界強度の変動等により伝播環境が不安定となった場合であっても安定した受信性能を確保することが望まれている。

かかる要望に有効な技術の一つにアンテナ選択方式のダイバシティ技術がある。アンテナ選択方式のダイバシティ技術は、複数のアンテナのうちから一つのアンテナを選択し、そのアンテナで信号を受信するようにアンテナを適宜切替え、受信信号の品質の向上を図る技術である。

この技術を利用した受信装置では、受信信号に含まれる既知信号（例えば、パイロット信号）などを利用して伝送路の歪みを推定し、伝送路の歪みが予め規定した基準値を越えた場合、異なるアンテナで信号を受信するように、アンテナを切替えている。（例えば、特許文献１）
特開2005-176048号

しかしながら、異なるアンテナで信号を受信するようにアンテナを切替えても、伝播環境によっては、受信信号の品質が向上しない場合がある。例えば、複数のアンテナのそれぞれで受信する信号の品質が、アンテナ間でほとんど変わらないような伝播環境下では、アンテナを切替ても受信信号の品質はさほど向上しない。むしろ、アンテナを切替えることによって、受信信号の連続性が維持できなくなり、品質が劣化する恐れもある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、伝播環境に適したアンテナ制御を実現可能な受信装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、受信装置である。この受信装置は、複数の放射パターンを有するアンテナと、前記アンテナの放射パターンを制御することで、前記複数の放射パターンに応じて受信する信号のうちから、ひとつの受信信号を選択する選択部と、前記選択した受信信号の強度を取得する第１の取得部と、前記取得した受信信号強度のばらつきの程度を示す統計値を取得する第２の取得部と、前記取得した統計値が所定のしきい値以下または未満の場合、前記受信信号の選択回数を減らすように前記選択部を制御する制御部と、を備えることをその要旨とする。

本発明の別の態様も、受信装置である。この受信装置は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナのそれぞれで受信した信号のうち、ひとつの受信信号を選択する選択部と、前記選択した受信信号の強度を取得する第１の取得部と、前記取得した受信信号強度のばらつきの程度を示す統計値を取得する第２の取得部と、前記取得した統計値が所定のしきい値以下または未満の場合、前記受信信号の選択回数を減らすように前記選択部を制御する制御部と、を備えることをその要旨とする。

また、前記制御部は、前記受信信号の選択を停止するように前記選択部を制御する、ことが望ましい。

本発明によれば、不必要なアンテナの切替えを防止でき、伝播環境に適したアンテナ制御を実現することができる。

本発明を具体的に説明する前に概要について述べる。本発明の実施の形態は、地上波デジタル放送を複数のアンテナで受信する受信装置である。地上波デジタル放送では、マルチパスに有効なOFDM（Orthogonal Frequency Division Multiple）伝送方式を採用している。

このような地上波デジタル放送を車両などの移動体で安定に受信するため、受信装置は、複数のアンテナを適宜切替えるアンテナ選択方式のダイバシティを行う。アンテナ選択方式のダイバシティを行うことで、あるアンテナの受信状況が良くないが、他のアンテナに切替えると受信状況が良くなる伝播環境において、受信信号の品質を向上させることができる。

しかしながら、受信信号の強度に関する分散値が小さくなるような伝播環境においては、複数のアンテナのうち、いずれのアンテナで受信したとしても受信状況があまり変わらない場合もある。

従って、本発明の実施の形態における受信装置においては、受信信号の強度に加えて、受信信号の強度に関する統計値をも考慮して、アンテナの選択を行う。これにより、アンテナを切替えても品質が向上しないと判断した場合はアンテナの切替えを行わないので、伝播環境に適したアンテナ選択を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態における受信装置１０の構成を示す概念図である。アンテナ１００で総称されるアンテナ１００ａおよびアンテナ１００ｂは、無線周波数に応じて設定された間隔で配置され、無線周波数の信号を受信する。図１ではアンテナ１００の数を「２」としているが、これ以外の数であってもよい。

選択部１０１は、制御部１０６の指示により、アンテナ１００ａ、アンテナ１００ｂのうちひとつのアンテナが受信した信号を選択する。

無線部１０２は、選択部１０１で選択した無線周波数のマルチキャリア信号を周波数変換し、ベースバンド信号を導出し、復調部１０３と信号強度測定部１０４に出力する。なお、ベースバンド信号は、同相成分（In-phase）と直交成分（Quadrature-phase）から形成されるが、説明を簡略化するため図１では、ひとつの信号線のみ記載する。また、無線部１０２は、AGC(Auto Gain Contorol)やA/D（Analog/Digital）変換部を含む。

復調部１０３は、無線部１０２から送られてきた時間領域信号を周波数領域のマルチキャリア信号に変換する。時間領域信号から周波数領域のマルチキャリア信号への変換にはFFT（Fast Fourier Transform）を利用する。このとき、復調部１０３は、ガードインターバルの削除やFFTウインドウ位置の設定も実行する。

復調部１０３は、変換したマルチキャリア信号を、サブキャリアごとの周波数領域信号に分離し、DQPSK（Differential Quadrature Phase Shift Keying）などの変調方式に応じた復調を行う。さらに復調部１０３は、復調したパイロットシンボルを用いて伝送路特性の推定を行い、復調したデータシンボルの振幅や位相特性を補償し、図示していない後段の処理部（例えば、リードソロモン符号で誤り訂正処理を行う訂正部など）に出力する。

信号強度測定部１０４は、無線部１０２で導出したベースバンド信号の強度（例えば、電力値）を測定し、統計値算出部１０５と制御部１０６に出力する。このとき、測定した強度の加重移動平均を求めて、これを制御部１０６に出力してもよい。加重移動平均を行うことで、一時的な要因（例えば、伝播環境の急激な変化）による測定結果の変動を抑制できるからである。

統計値算出部１０５は、信号強度測定部１０４で測定した強度にもとづき、測定した強度のばらつきの程度を示す統計値を算出し、制御部１０６に出力する。統計値としては、例えば、強度に関する分散値を算出する。分散値を算出するため、統計値算出部１０５は、まず、次式により強度の平均値を算出する。

ここで、nは標本数、Xiは測定した受信信号の強度である。この平均値を利用して、次式により強度の分散値を算出する。

制御部１０６は、受信装置全体のタイミングの制御等を行う。また、選択部１０１を制御して、アンテナ選択方式のダイバシティを行う。この制御については後述する。

図２は、OFDM伝送方式におけるパイロット信号の配置を示す概念図である。図２において縦軸に時間軸方向のシンボルの配置を示し、横軸に周波数軸方向のサブキャリアの配置を示す。

また、パイロットシンボル１０と総称されるパイロットシンボル１０ａ、パイロットシンボル１０ｂを斜線で塗りつぶした丸印で示している。さらに、データシンボル１１と総称されるデータシンボル１１ａ、データシンボル１１ｂ、データシンボル１１ｃ、データシンボル１１ｄ、データシンボル１１ｅ、データシンボル１１ｆを白抜きの丸印で示している。

図２に示すように、OFDM伝送方式では、送信側で周波数軸上および時間軸上の所定の位置に、振幅および位相が既知の信号であるパイロット信号を挿入する。そして、受信側では、このパイロット信号をもとに伝送路特性の推定を行い、データ信号の振幅および位相特性の補償を行う。

図２の場合、復調部１０３は、パイロットシンボル１０ａを用いてデータシンボル１１ａ、データシンボル１１ｂおよびデータシンボル１１ｃの補償を行い、パイロットシンボル１０ｂを用いてデータシンボル１１ｄ、データシンボル１１ｅ、データシンボル１１ｆの補償を行う。

制御部１０６は、複数のアンテナを適宜切替えるアンテナ選択方式のダイバシティを行うため、選択部１０１を制御する。アンテナ選択方式のダイバシティを行うことで、あるアンテナの受信状況が良くないが、他のアンテナに切替えると受信状況が良くなる伝播環境において、受信信号の品質を向上させるが可能となる。

しかしながら、伝播環境によっては、複数のアンテナのうち、いずれのアンテナで受信したとしても受信状況があまり変わらない場合もある。

図３は、信号の受信状況を示す図である。図３において、横軸は受信信号の振幅値を示し、縦軸は振幅値の分布（出現の度合い）を示す。また、遅延量の小さな反射波が多数多重される伝播環境下において、受信信号の強度を測定したシミュレーション結果を、波形２０で示し、遅延量がない伝播環境下において、受信信号の強度を測定したシミュレーション結果を、波形２１に示す。

両者を比較すると、波形２０の分布の幅は、波形２１の分布の幅より狭くなっている。分布の幅が狭いことは、受信信号の振幅値、すなわち受信信号強度の偏りが小さいことを意味する。つまり、遅延量の小さな反射波が多数多重される伝播環境下では、受信信号強度の偏りが小さいため、複数のアンテナのうち、いずれのアンテナで受信したとしても同じような受信状況になる可能性が高くなる。

アンテナ選択方式のダイバシティは、アンテナごとの受信状況の差が大きいほど、受信信号の品質向上が期待できる。反対にアンテナごとの受信状況の差が小さくなると、アンテナを切替えても受信状況があまり変わらないため、受信信号の品質向上はあまり期待できなくなる。むしろ、アンテナを切替えることで受信信号の連続性が失われ、受信信号の品質が劣化することもある。

例えば、上述したデータシンボル１１の補償では、パイロットシンボル１０を用いて伝送路推定を行っているが、補償処理の途中でアンテナを切替えると、あるアンテナで受信したパイロットシンボル１０を用いて、別のアンテナで受信したデータシンボル１１の補償を行う必要も出てくる。あるアンテナで受信した場合の伝送路特性と、別のアンテナで受信した場合の伝送路特性が同じとは限らないので、異なるアンテナで受信したパイロットシンボル１０を用いて伝送路推定を行うと、その誤差が大きくなり受信信号の品質劣化につながる。

図４は、遅延量の小さな反射波が多数多重される伝播環境下おいて、受信した信号の品質を示す図である。横軸はCN比（Carrier to Noise ratio）を示し、縦軸はビットエラーレート（BER:BitError Rato）を示す。また、アンテナの切替え回数を少なくして、受信信号の品質を測定したシミュレーション結果を、黒くぬりつぶした三角形３０で示す。さらにアンテナの切替え回数を多くして、受信信号の品質を測定したシミュレーション結果を、黒くぬりつぶした四角形３１で示す。図示するように、遅延量の小さな反射波が多数多重される伝播環境下においては、アンテナの切替え回数を少なくしたほうが、アンテナの切替え回数を多くするよりも、良好な特性を示す。

そこで、制御部１０６は、信号強度測定部１０４で測定した強度、および統計値算出部１０５で算出した強度の統計値にもとづき、選択部１０１を制御する。このため、制御部１０６は、強度に関するしきい値（以下、第１のしきい値）と強度の統計値に関するしきい値（以下、第２のしきい値）を記録している。なお、第１および２のしきい値は、伝送実験などにより求める。

制御部１０６は、強度が第１のしきい値以下になった場合に、アンテナを切替える必要があると判断する。なお、強度が第１のしきい値以下の状態にあるときは常に、アンテナを切替える必要があると判断してもよい。第１のしきい値以下になった場合に、アンテナを切替える必要があると判断すると、不必要なアンテナな切替えが抑制され、安定したアンテナの切替えを実現できる。第１のしきい値以下の状態にあるときは常に、アンテナを切替える必要があると判断すると、受信状況を改善させるための所要時間を短縮化できる。

さらに、制御部１０６は、アンテナの切替えを実行すべきか否かを決定する。このため、制御部１０６は、統計値算出部１０５で算出した分散値を参照し、強度の分布の広がり具合から伝播環境の推定を行う。そして、その推定結果に基づき、アンテナの切替えを実行すべきか否かを決定する。

伝播環境の推定を行うため、制御部１０６は、強度の分散値を第２のしきい値と比較する。制御部１０６は、強度の分散値が第２のしきい値以下の場合、遅延量の小さな反射波が多数多重される伝播環境下にあると推定する。このとき、制御部１０６は、アンテナを切替えても受信状況の改善は見込めないと判断し、アンテナの切替えを実行しない決定を行う。

一方、強度の統計値が第２のしきい値より大きい場合、制御部１０６は、アンテナを切替えれば受信状況の改善できると判断し、アンテナの切替えを実行する決定を行う。

なお、制御部１０６は、強度の分散値が第２のしきい値未満の場合、アンテナの切替えを実行しない決定を行い、強度の統計値が第２のしきい値以上の場合、アンテナの切替えを実行する決定を行ってもよい。

また、アンテナを切替えても受信状況の改善は見込めないと判断した場合、制御部１０６は、上述のごとく、アンテナの切替えを実行しない決定をしてもよく、所定期間内における切替え回数を抑制しながら、アンテナの切替えを実行してもよい。アンテナの切替え回数を抑制するためには、例えば、アンテナを切替える必要があるとの判断が所定回数連続した場合に、アンテナの切替えを実行すればよい。

アンテナの切替えを実行しなければ、不要なアンテナの切替えを抑制できるため、アンテナ選択における安定性が向上する。切替え回数を抑制しながらアンテナの切替えを実行すれば、伝播環境の変動に対する追従性が向上し、伝播環境に適したアンテナ選択を実現できる。

以上の構成に基づく受信装置１０の動作を図５のフローチャートに従って説明する。

信号強度測定部１０４は、受信信号の強度を測定する（S100）。統計値算出部１０５は、測定した強度の分散値を算出する（S101）。制御部１０６は、測定した強度を第１のしきい値と比較し、アンテナの切替えが必要か否かを判断する。（S102）アンテナの切替えが必要であると判断すると（S102のY）、制御部１０６は、強度の分散値を第２のしきい値と比較し、アンテナを切替えれば受信状況が改善できる伝播環境下にあるいか否かを判断する（S103）。アンテナを切替えれば受信状況を改善できると判断すると（S103のY）、制御部１０６は、アンテナを切替え、異なるアンテナで受信した信号を選択するように選択部１０１を制御する（S104）。

このような本発明の実施の形態によれば、以下の通りの作用効果を享受することができる。

（１）選択部１０１は、複数のアンテナのうちひとつのアンテナで受信した信号を選択し、信号強度測定部１０４は、受信信号の強度を測定し、統計値算出部１０５は、測定した強度のばらつきの程度を示す統計値を算出し、制御部１０６は、測定した強度によりアンテナの切替えを行う必要があるかを判断するとともに、強度の統計値が第２のしきい値以下の場合、アンテナを切替えても受信状況の改善は見込めない伝播環境下にあると判断し、選択部１０１の切替え回数を減らすように制御する。これにより、不必要なアンテナの切替えを抑制できるため、伝播環境に適したアンテナ選択を実現することができる。

（２）制御部１０６は、強度の統計値が第２のしきい値以下の場合、アンテナの切替えを実行しない決定を行う。このため、不要なアンテナの切替えを抑制でき、アンテナ選択における安定性が向上する。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明をしてきたが、本発明は、この実施の形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定された本発明の適用範囲にあり、上述した実施の形態の構成が備える機能を達成可能であれば、いろいろな変形が可能である。

例えば、本発明の実施の形態において、受信装置は、複数のアンテナを適宜切替えるアンテナ選択方式のダイバシティを行うとして説明したが、これにかぎらず、受信装置は、アンテナの複数の放射パターン（それぞれ異なる到来方向に指向性を向けるものなど）を適宜切替えるダイバシティを行ってもよい。この変形例によれば、アンテナの放射パターンを制御することで、複数の放射パターンに応じて受信する信号のうちからひとつの受信信号を選択することができるので、本発明の実施の形態と同様の作用効果を享受できる。

また、本発明の実施の形態において伝送方式として地上波デジタル放送が適用されるとして説明したが、これにかぎらず、伝送方式は、TDMAとCDMA（Code Division Multiple Access）が適用されてもよく、またTDMAとOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が適用されてもよく、またIEEE 802.11nなどの無線LAN（Local Area Network）が適用されてもよい。

本発明の実施の形態に係る受信装置の構成を示す概念図 OFDM伝送方式におけるパイロット信号の配置を示す概念図信号の受信状況を示す図遅延量の小さな反射波が多数多重される伝播環境下おいて、受信した信号の品質を示す図アンテナの切替え手順を示すフローチャート

符号の説明

１０１選択部
１０２無線部
１０３復調部
１０４信号強度測定部
１０５統計値算出部
１０６制御部

Claims

複数の放射パターンを有するアンテナと、
前記アンテナの放射パターンを制御することで、前記複数の放射パターンに応じて受信する信号のうちから、ひとつの受信信号を選択する選択部と、
前記選択した受信信号の強度を取得する第１の取得部と、
前記取得した受信信号強度のばらつきの程度を示す統計値を取得する第２の取得部と、
前記取得した統計値が所定のしきい値以下または未満の場合、前記受信信号の選択回数を減らすように前記選択部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのそれぞれで受信した信号のうち、ひとつの受信信号を選択する選択部と、
前記選択した受信信号の強度を取得する第１の取得部と、
前記取得した受信信号強度のばらつきの程度を示す統計値を取得する第２の取得部と、
前記取得した統計値が所定のしきい値以下または未満の場合、前記受信信号の選択回数を減らすように前記選択部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
前記制御部は、前記受信信号の選択を停止するように前記選択部を制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。