JP2013115548A

JP2013115548A - 無線通信装置

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Publication number: JP2013115548A
Application number: JP2011258820A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Minoya; 直志美濃谷; Hiroki Morimura; 浩季森村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: JP5662306B2

Abstract

【課題】雑音の大きな環境下でも安定した通信を可能とする。
【解決手段】アンテナ２１，２２で受信した信号を利得設定信号１，２で設定される利得で増幅する可変利得増幅器２３３，２３４と、可変利得増幅器２３３，２３４それぞれの出力信号の差を出力する差動増幅器２３５と、差動増幅器出力の振幅を検出する振幅モニタ部３１と、差動増幅器出力の振幅の変動が最小となる利得設定信号１，２を求める分離制御部３２を備える。これにより、アンテナ２１，２２で受信した信号から雑音を分離し、雑音の大きな環境下でも安定した通信を可能とする通信システムを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信技術に関する。

近年、ユビキタス社会のネットワークを担う近距離無線通信が注目されている。近距離無線には、通信距離が１００ｍ程度の無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）や１０ｍから２０ｍ程度をカバーする無線ＰＡＮ（ＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）などがある。また、人が通信相手と接触するまで近接したときに通信することを目的とし、人体などの伝送媒体に電界を誘起し、誘起された電界を検出することで通信する電界通信も存在する。

岡村武夫、「微弱無線と小電力無線の基礎知識」、トランジスタ技術、ＣＱ出版社、２００７年１１月号、p.106 「たくさん使われている微弱無線機器」、株式会社サーキットデザイン、［online］、［平成２３年１１月７日検索］、インターネット〈 URL：http://www.circuitdesign.jp/jp/technical/technical_pdf/bijaku.pdf.PDF〉小國英徳、外４名、「ＤＳＰを用いたディジタルダイバーシチ受信機の製作」、第４回ＤＳＰＳ教育者会議、２００２年８月２９日「無線伝送の基礎（フェージング通信路における誤り率,ダイバーシチ受信）」、［online］、新潟大学、ディジタル無線伝送工学平成２３年度講義資料、［平成２３年１１月７日検索］、インターネット〈 URL：http://telecom0.eng.niigata-u.ac.jp/index.php?plugin=attach&refer=Lecture%2FWCom&openfile=04-wireless-2.pdf〉

上記の無線通信システムの内、発射する電波が著しく微弱な無線局（微弱無線）や空中線電力が１０ｍＷ以下の小電力無線局に該当する無線通信システムでは、信号強度が微弱なため環境雑音の影響を受けやすい。図１４に従来の無線通信システムを示す。ここでは、無線通信端末１００を送信側の端末、無線通信端末２００を受信側の端末として、無線通信端末１００のアンテナ１０１から通信すべき情報を含む信号を送信し、無線通信端末２００のアンテナ２０１で受信する場合を考える。図１４に示すように、無線通信端末１００よりも環境雑音の源となる雑音源の方が無線通信端末２００に近いと、環境雑音が無線通信端末１００から送信される信号よりも大きくなり通信が妨害される。

雑音源としては、電子ディスプレイ・看板などの電子機器や無線通信端末１００，２００間の無線通信と同じ周波数帯を利用する他の無線通信機器などがある。これらの機器の密集度や稼働状況によって環境雑音の大きさは変化する。利用者となる人が集まるエリアには雑音源となる機器が密集するため環境雑音が大きくなり、そのエリアでの通信を利用するサービスが影響を受ける。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、雑音の大きな環境下でも安定した通信を可能とする通信システムを提供することを目的とする。

第１の本発明に係る無線通信装置は、第１、第２のアンテナと、前記第１のアンテナで受信した信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、前記第２のアンテナで受信した信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する差動増幅器と、前記差動増幅器が出力する差動増幅出力信号の振幅を検出する振幅検出手段と、前記振幅の変動が最小となるように前記第１、第２の利得のいずれか一方もしくは双方を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

上記無線通信装置において、前記振幅検出手段は、ピークホールド回路を備えて、所定期間内における前記振幅のピーク値を検出し、前記制御手段は、前記振幅検出手段から複数回分の前記ピーク値を取得して前記振幅の変動を求めることを特徴とする。

上記無線通信装置において、前記振幅検出手段は、前記差動増幅出力信号の非反転出力と反転出力を出力する差動出力バッファと、前記非反転出力を入力して前記差動増幅出力信号の振幅の最大値を検出する第１のピークホールド回路と、前記反転出力を入力して前記差動増幅出力信号の振幅の最小値を検出する第２のピークホールド回路と、を有し、前記振幅の最大値と前記振幅の最小値に基づいて前記差動増幅出力信号の振幅を検出することを特徴とする。

第２の本発明に係る無線通信装置は、第１、第２のアンテナと、前記第１のアンテナで受信した信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、前記第２のアンテナで受信した信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、前記第１のアンテナで受信した信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する第１の差動増幅器と、前記第２のアンテナで受信した信号と前記第１の増幅器の出力信号の差を出力する第２の差動増幅器と、前記第１の差動増幅器が出力する第１の差動増幅出力信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出手段と、前記第２の差動増幅器が出力する第２の差動増幅出力信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出手段と、前記第１の振幅の変動が最小となるように前記第１の利得を制御するとともに、前記第２の振幅の変動が最小となるように前記第２の利得を制御し、振幅の変動が最小となった前記第１、第２の差動増幅出力信号のいずれかを選択する選択信号を出力する並列制御手段と、前記第１、第２の差動増幅出力信号を入力し、前記選択信号に基づき前記第１、第２の差動増幅出力信号のいずれか一方を出力する選択手段と、を有することを特徴とする。

第３の本発明に係る無線通信装置は、第１、第２のアンテナと、前記第１のアンテナで受信した信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、前記第２のアンテナで受信した信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、前記第１のアンテナで受信した信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する第１の差動増幅器と、前記第２のアンテナで受信した信号と前記第１の増幅器の出力信号の差を出力する第２の差動増幅器と、前記第１の差動増幅器が出力する第１の差動増幅出力信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出手段と、前記第２の差動増幅器が出力する第２の差動増幅出力信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出手段と、前記第１の振幅の変動が最小となるように、前記第１、第２の利得の差または比を一定値に保ちつつ、前記第１、第２の振幅の変動の大きさの差に応じて前記第１、第２の利得を制御する勾配検出制御手段と、を有することを特徴とする。

上記無線通信装置において、前記第１、第２のアンテナで受信した信号の搬送波周波数とは異なる周波数の信号を発振する局部発振手段を有し、前記第１、第２のアンテナで受信した信号をダウンコンバートすることを特徴とする。

上記無線通信装置において、前記第１、第２のアンテナで受信した信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、雑音の大きな環境下でも安定した通信を可能とする通信システムを提供することができる。

第１の実施の形態における無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。変調信号と雑音の分離の原理を説明する図である。モニタ・分離制御部の構成例を示す機能ブロック図である。搬送波、雑音、受信信号の波形とモニタ・分離制御部の動作を示す図である。可変利得増幅器の利得に対する振幅変動の大きさを示す図である。振幅モニタ部の別の構成例を示す機能ブロック図である。搬送波、雑音、受信信号の波形と図６の振幅モニタ部を備えたモニタ・分離制御部の動作を示す図である。振幅モニタ部のさらに別の構成例を示す機能ブロック図である。信号分離部の別の構成例を示す機能ブロック図である。信号分離部のさらに別の構成例を示す機能ブロック図である。第２の実施の形態における信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。第３の実施の形態における信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。第３の実施の形態の可変利得増幅器の利得に対する振幅変動の大きさを示す図である。従来の無線通信システムを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。図１に示す無線通信システムは、無線通信端末１，２を備える。無線通信端末１，２はそれぞれ送信・受信する機能をもつモジュールを備えているが、簡略化のため、図１では、無線通信端末１では送信モジュールのみを、無線通信端末２では受信モジュールのみを記載している。

無線通信端末１は、端末処理部１１、変調部１２、およびアンテナ１３を備える。端末処理部１１が送信すべき情報に基づくデータ信号を変調部１２に出力し、変調部１２がそのデータ信号で所定の周波数の搬送波を変調してアンテナ１３に出力し、アンテナ１３から変調された変調信号が送信される。

無線通信端末２は、２本のアンテナ２１，２２、信号分離部２３、および復調部２４を備える。アンテナ２１，２２のそれぞれは、受信した信号を信号分離部２３に出力し、信号分離部２３が無線通信端末１から送信された変調信号と、周囲の雑音源から放射された雑音とを分離して、変調信号を復調部２４に出力し、復調部２４が変調信号を復調してデータ信号を得る。

信号分離部２３は、自動利得調整増幅・フィルタ部２３１，２３２、可変利得増幅器２３３，２３４、差動増幅器２３５、およびモニタ・分離制御部２３６を備える。

自動利得調整増幅・フィルタ部２３１は、アンテナ２１で受信した信号ｅ₁の不要な雑音を除去するとともに、自動利得調整増幅・フィルタ部２３１出力のある期間Ｔａｇでの平均の振幅が所定の振幅になるように利得を調整して信号ｅ₁を増幅する。

可変利得増幅器２３３は、利得設定信号１で設定される利得で自動利得調整増幅・フィルタ部２３１の出力信号を増幅する。

自動利得調整増幅・フィルタ部２３２は、アンテナ２２で受信した信号ｅ₂の不要な雑音を除去するとともに、自動利得調整増幅・フィルタ部２３２出力のある期間Ｔａｇでの平均の振幅が所定の振幅になるように利得を調整して信号ｅ₂を増幅する。

可変利得増幅器２３４は、利得設定信号２で設定される利得で自動利得調整増幅・フィルタ部２３２の出力信号を増幅する。

差動増幅器２３５は、可変利得増幅器２３３，２３４の出力信号の差を出力する。

モニタ・分離制御部２３６は、差動増幅器２３５の出力信号から雑音成分を分離して無線通信端末１が送信した信号成分が支配的になるように、差動増幅器２３５の出力信号の振幅の揺らぎが最小になる利得設定信号１および利得設定信号２を求め、利得設定信号１および利得設定信号２を可変利得増幅器２３３，２３４に出力する。求めた利得設定信号１および利得設定信号２で可変利得増幅器２３３，２３４の利得を設定することにより雑音を分離する。

以下、変調信号と雑音の分離の原理を図２のモデルを用いて説明する。

無線通信端末１から送信された信号ｘ₁および雑音源から放射された雑音ｘ₂はアンテナ２１，２２に達するまでに減衰する。アンテナ１３とアンテナ２１間の減衰率をａ₁₁、アンテナ１３とアンテナ２２間の減衰率をａ₂₁、雑音源とアンテナ２１間の減衰率をａ₁₂、および雑音源とアンテナ２２間の減衰率をａ₂₂とする。アンテナ２１では、無線通信端末１からの信号ｘ₁がａ₁₁ｘ₁となって受信され、雑音源からの雑音ｘ₂がａ₁₂ｘ₂となって受信される。アンテナ２２では、無線通信端末１からの信号ｘ₁がａ₁₂ｘ₁となって受信され、雑音源からの雑音ｘ₂がａ₂₂ｘ₂となって受信される。自動利得調整増幅・フィルタ部２３１の入力と出力ではａ₁₁ｘ₁とａ₁₂ｘ₂の比が変わらないとし、自動利得調整増幅・フィルタ部２３２の入力と出力ではａ₂₁ｘ₁とａ₂₂ｘ₂の比が変わらないとする。説明の便宜上、自動利得調整増幅・フィルタ部２３１，２３２の利得を無視すると、自動利得調整増幅・フィルタ部２３１，２３２の出力信号ｅ₁，ｅ₂は以下の式で表される。

式（１）と式（２）の右辺の第１項が変調信号の項であり、第２項が雑音の項である。可変利得増幅器２３３，２３４の利得をそれぞれｃ₁₁，ｃ₁₂とし、差動増幅器２３５の利得を１とすると、差動増幅器２３５の出力は以下の式で表される。

モニタ・分離制御部２３６では、式（３）で右辺第２項のｃ₁₁ａ₁₂−ｃ₁₂ａ₂₂がゼロとなる可変利得増幅器２３３，２３４の利得ｃ₁₁，ｃ₁₂を求めて、その利得を設定する利得設定信号を出力する。

図３に、モニタ・分離制御部２３６の構成例を示す。モニタ・分離制御部２３６は、差動増幅器２３５の出力の振幅をモニタする振幅モニタ部３１と振幅の変動の大きさに基づいて利得設定信号を生成する分離制御部３２を備える。振幅モニタ部３１は、振幅検波回路３１１とタイミング制御部３１２を備え、分離制御部３２は、振幅データ処理部３２１と信号生成部３２２を備える。

振幅検波回路３１１は、差動増幅器出力の振幅を検波して検波信号としてタイミング制御部３１２に出力する。検波する方法は、ダイオード検波、２乗検波などいずれの方法を用いてもよい。

タイミング制御部３１２は、モニタ開始信号に応じて振幅検波動作を開始し、振幅検波動作開始から所定の期間Ｔ１で振幅検波回路３１１が検波した振幅のピーク値をアナログ−デジタル変換して振幅データを取得し、振幅データ信号として出力する。振幅のピーク値を検波する所定の期間Ｔ１は、振幅検波回路３１１での高調波の影響を避けるため無線通信端末１が送信する搬送波の周期より長く設定する。

振幅データ処理部３２１は、処理開始信号に応じてモニタ開始信号を振幅モニタ部３１に出力し、振幅モニタ処理を実施させて振幅データ信号により振幅を得る。振幅データ処理部３２１は、可変利得増幅器２３３，２３４の利得を一定にした状態で、振幅を得る動作をＮｐ回行い、得られたＮｐ個の振幅の変動の大きさを表す振幅変動信号を出力する。

信号生成部３２２は、利得設定信号により可変利得増幅器２３３，２３４の利得を設定し、処理開始信号を振幅データ処理部３２１に出力して振幅の変動の大きさを取得する動作を開始させて、利得設定信号により設定した可変利得増幅器２３３，２３４の利得に対応する振幅の変動の大きさを得る。可変利得増幅器２３３，２３４に設定する利得を変化させて各利得に対する振幅の変動の大きさを取得し、最小の変動を与える利得を求めて、その利得となる利得設定信号を最適な利得を与える設定値として出力する。

次に、モニタ・分離制御部の動作について説明する。

図４は、モニタ・分離制御部の動作の説明に用いるチャートである。横軸に時間軸を取り、各信号の波形と各処理の処理期間を示している。無線通信端末１からは送信すべき情報に基づくデータ信号で所定の搬送波を変調する前に、変調しない搬送波を所定の期間Ｔｗ送信し、無線通信端末２のモニタ・分離制御部２３６は、この期間Ｔｗで最適な利得を与える利得設定信号を求める。

図４（ａ）に期間Ｔｗにおいて無線通信端末１から送信される信号ｘ₁の波形を示し、図４（ｂ）に雑音源が放射する振幅が一定でない雑音ｘ₂の波形を示し、図４（ｃ）に差動増幅器出力信号を示す。期間Ｔｗでは、無線通信端末１から送信される信号ｘ₁は周波数と振幅が一定となる。雑音源からは振幅が一定でない波形を持つ雑音ｘ₂が放射されているとする。以下では、可変利得増幅器２３３の利得ｃ₁₁を１で固定した場合、つまり、図１の自動利得調整増幅・フィルタ部２３１の出力を差動増幅器２３５の非反転入力に直接入力した構成と同様の場合について説明する。

図４（ｆ）は、可変利得増幅器２３４に設定する利得を示す。信号生成部３２２が利得設定信号２により可変利得増幅器２３４の利得を設定すると、信号生成部３２２は、処理開始信号を振幅データ処理部３２１に出力し、振幅データ処理部３２１は振幅の変動の大きさを取得する処理を開始する。振幅データ処理部３２１が振幅の変動の大きさを取得する間は、可変利得増幅器２３４に設定する利得を一定にしておく。

振幅データ処理部３２１は振幅の変動の大きさを取得する処理を開始すると、モニタ開始信号をタイミング制御部３１２に出力し、タイミング制御部３１２は、図４（ｄ）の四角の枠で示す振幅モニタ処理を開始する。

タイミング制御部３１２は、振幅モニタ処理開始後の所定の期間Ｔ１で振幅検波回路３１１が検波した振幅のピーク値から振幅データを取得して振幅データ信号として振幅データ処理部３２１に出力する。

振幅データ処理部３２１は、モニタ開始信号の出力と振幅データ信号の取得までの動作をＮｐ回（図４では４回）繰り返した後、図４（ｅ）の四角の枠で示す期間で、取得したＮｐ個の振幅の変動の大きさを求めて振幅変動信号を出力する。

信号生成部３２２は、振幅変動信号を入力すると、可変利得増幅器２３４に設定した利得（利得設定値）と振幅の変動の大きさを対応付けて記憶する。そして、次に測定する利得に変化させて可変利得増幅器２３４に設定し、処理開始信号を振幅データ処理部３２１に出力する。このようにして幾つかの利得について振幅の変動の大きさを求め、振幅の変動の大きさが最小となる利得を最適な利得とする。

差動増幅器出力信号において雑音ｘ₂の成分が信号ｘ₁の成分に比べて大きい場合では、雑音ｘ₂の振幅が一定でないため振幅の変動が大きい。これに対し、雑音ｘ₂の成分が信号ｘ₁の成分に比べて小さい場合では、信号ｘ₁の振幅が一定であるため振幅の変動は小さい。したがって、振幅の変動が最小となる利得を求めることで雑音を分離するのに最適な利得を得ることができる。

図５に、可変利得増幅器２３４の利得に対する振幅変動の大きさの測定例を示す。

利得がゼロのときは、アンテナ２１で受信した信号ｅ₁に含まれる雑音の影響で振幅が変動する。利得をゼロから徐々に大きくすると、雑音の成分が小さくなり振幅変動が小さくなる。雑音成分がゼロになるときが振幅の変動が最小となり、その時の利得が最適値となる。以下で振幅の変動が最小となる利得を求める方法を説明する。

まず、可変利得増幅器２３４で設定できる利得の下限での振幅の変動を取得して設定した利得と対応付けて記憶する。順次、可変利得増幅器２３４の利得を増加させて、同様に振幅の変動を取得して設定した利得と対応付けて記憶する。可変利得増幅器２３４で設定できる利得の上限に達した後、振幅の変動が最小となる利得を求めて、その利得を最適な利得として利得設定信号を出力する。もちろん利得の上限から始めてもよい。なお、自動利得調整増幅・フィルタ部２３１，２３２の利得調整の振幅データに与える影響を小さくするため、自動利得調整増幅・フィルタ部２３１，２３２が振幅の平均をとる期間Ｔａｇは振幅のピーク値を検波する所定の期間Ｔ１よりも十分に長い時間に設定する。

上記の利得を求める方法では、可変利得増幅器２３４の利得を順番に変更したが、振幅変動の大きさによって利得の変化量を変えて振幅の変動が最小となる利得を求めてもよい。具体的には、現行の利得での振幅変動が大きい場合は現行の利得から大きく変えた利得を次の利得とし、振幅変動が小さい場合は現行の利得から少し変えた利得を次の利得とする。また、前の利得の設定での振幅変動と比べて振幅変動が小さくなっている場合は利得を変える増減の方向を前と同じとし、前の利得の設定での振幅変動と比べて振幅変動が大きくなっている場合は利得を変える増減の方向を変える。このように、振幅変動をモニタしながら利得を変更して最適な利得を求める。

なお、上記の説明では、可変利得増幅器２３３の利得ｃ₁₁を１で固定して可変利得増幅器２３４の利得ｃ₁₂を調整したが、可変利得増幅器２３４の利得ｃ₁₂を固定して可変利得増幅器２３３の利得ｃ₁₁を調整してもよい。利得ｃ₁₁，ｃ₁₂の双方を調整するものでもよい。また、アンテナ２１，２２として、特開２０１１−１９９３９５のような電極を用いてもよい。

〈振幅モニタ部の構成例２〉
図３に示すモニタ・分離制御部２３６の振幅モニタ部３１は、振幅の測定に振幅検波回路３１１を使用したが、ピークホールド回路を用いてもよい。図６に、ピークホールド回路を用いた振幅モニタ部３１の構成例を示す。図６に示す振幅モニタ部３１は、ピークホールド部３１３とタイミング制御部３１２を備える。

ピークホールド部３１３は、ピークホールド回路と内部状態をクリアする回路で構成される。ピークホールド部３１３は、クリア信号が入力されるとピークホールド部３１３の内部状態をクリアした後、差動増幅器出力のピーク値を保持するピークホールド動作を行い、ピーク値を表すピーク値信号を出力する。

タイミング制御部３１２は、モニタ開始信号が入力されるとクリア信号を出力してピークホールド部３１３にピークホールド動作を実施させ、ピークホールド動作開始から所定の期間Ｔ１におけるピーク値信号を取得してアナログ−デジタル変換し、振幅データ信号として出力する。所定の期間Ｔ１は、搬送波の周期より長ければよく、振幅検波回路３１１を使用する場合に比べて短い期間で振幅をモニタできる。

図７は、モニタ・分離制御部の動作の説明に用いるチャートである。分離制御部３２の動作は、図４に示したチャートと同様であるので、ここでは、振幅モニタ部３１の処理について説明する。

タイミング制御部３１２は、振幅データ処理部３２１からモニタ開始信号を入力すると、図７（ｄ）に示すクリア信号をピークホールド部３１３に出力する。ピークホールド部３１３は、ピークホールド部３１３の内部状態をクリアした後、図７（ｅ）に示す所定の期間Ｔ１でピークホールド動作を実施してピーク値信号をタイミング制御部３１２に出力し、タイミング制御部３１２は、ピーク値信号をアナログ−デジタル変換した振幅データ信号を振幅データ処理部３２１に出力する。

〈振幅モニタ部の構成例３〉
図８は、さらに別の振幅モニタ部の構成例を示す機能ブロック図である。図８に示す振幅モニタ部３１は、タイミング制御部３１２、ピークホールド部３１３，３１４、および差動出力バッファ３１５を備える。

差動出力バッファ３１５は、非反転出力と反転出力を有し、差動増幅器出力と同相の信号が非反転出力から出力され、差動増幅器出力を反転した信号が反転出力から出力される。振幅モニタ動作時には、差動出力バッファ３１５の非反転出力を入力するピークホールド部３１３で所定の期間Ｔ１内での差動増幅器出力の最大値をホールドし、差動出力バッファ３１５の反転出力を入力するピークホールド部３１４で所定の期間Ｔ１内での差動増幅器出力の最小値をホールドして、それぞれ最大値信号、最小値信号としてタイミング制御部３１２に出力する。タイミング制御部３１２は、最大値信号、最小値信号をそれぞれアナログ−デジタル変換して差動増幅器出力の最大値と最小値を得る。そして、この最大値と最小値に基づいて振幅データを求めた後、振幅データ信号を出力する。

〈信号分離部の変形例１〉
図１に示す信号分離部２３ではアンテナ２１，２２で受信した信号ｅ₁，ｅ₂を直接信号処理していたが、図９に示す信号分離部の変形例１のように、局部発振器４１から出力される、搬送波とは異なる周波数の信号を用いてダウンコンバートした信号を処理してもよい。

〈信号分離部の変形例２〉
また、図１０に示す信号分離部の変形例２のように、アナログ−デジタル変換部５１，５２を備えて、自動利得調整増幅・フィルタ部２３１，２３２の出力をアナログ−デジタル変換してもよい。この場合、アナログ−デジタル変換部５１で変換されたデジタル信号と、アナログ−デジタル変換部５２で変換されモニタ・分離制御部２３６が出力する倍率で乗算されたデジタル信号との差を加算部で求めてモニタ・分離制御部２３６に出力し、モニタ・分離制御部２３６では、デジタル信号処理でピークホールド動作、すなわち最大値または最小値の探索を行って振幅データを求め、加算部が出力する信号の振幅が最小となるようにアナログ−デジタル変換部５１の出力の倍率を決める。

以上説明したように、本実施の形態によれば、アンテナ２１，２２で受信した信号を利得設定信号１，２で設定される利得で増幅する可変利得増幅器２３３，２３４と、可変利得増幅器２３３，２３４それぞれの出力信号の差を出力する差動増幅器２３５と、差動増幅器出力の振幅を検出する振幅モニタ部３１と、差動増幅器出力の振幅の変動が最小となる利得設定信号１，２を求める分離制御部３２を備えることにより、アンテナ２１，２２で受信した信号から雑音を分離し、雑音の大きな環境下でも安定した通信を可能とする通信システムを提供することができる。

［第２の実施の形態］
図１１は、第２の実施の形態における無線通信システムの信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。図１１に示す信号分離部６は、自動利得調整増幅・フィルタ部６１，６２、可変利得増幅器６３，６４、差動増幅器６５，６６、振幅モニタ部６７，６８、並列分離制御部６９、および選択部７０を備える。

可変利得増幅器６３は、利得設定信号１で設定される利得で自動利得調整増幅・フィルタ部６２の出力信号を増幅し、差動増幅器６５は、自動利得調整増幅・フィルタ部６１の出力信号と可変利得増幅器６３の出力信号の差を出力する。

可変利得増幅器６４は、利得設定信号２で設定される利得で自動利得調整増幅・フィルタ部６１の出力信号を増幅し、差動増幅器６６は、自動利得調整増幅・フィルタ部６２の出力信号と可変利得増幅器６４の出力信号の差を出力する。

振幅モニタ部６７，６８それぞれで、差動増幅器８５，８６の出力信号の振幅を取得して並列分離制御部６９に出力する。

並列分離制御部６９は、可変利得増幅器６３，６４それぞれの利得を利得設定信号１，２で並列に調整し、振幅の変動が最小となった差動増幅器６５，６６の出力信号を選択して復調部２４に出力するように、選択部７０に選択信号を出力する。

可変利得増幅器６３，６４の利得をそれぞれｃ₁₂，ｃ₂₁とすると、差動増幅器６５，６６それぞれの出力信号ｄｉｆ１，ｄｉｆ２は以下の式で表される。

並列分離制御部６９は、式（４）で表される差動増幅器６５の出力信号の振幅変動を観測して可変利得増幅器６３の利得ｃ₁₂を調整するとともに、式（５）で表される差動増幅器６６の出力信号の振幅変動を観測して可変利得増幅器６４の利得ｃ₂₁を調整する。

式（４）において雑音が最小になる利得は、ｃ_12,opt＝ａ₁₂／ａ₂₂である。式（５）において雑音が最小になる利得は、ｃ_21,opt＝ａ₂₂／ａ₁₂であり、ｃ_12,optとｃ_21,optには、ｃ_12,opt＝１／ｃ_21,optの関係式が成立する。ｃ_12,optとｃ_21,optを求めるのに、ｃ₁₂とｃ₂₁を下限から順次増加させてｄｉｆ１とｄｉｆ２の振幅変動を観測するが、ｃ_12,opt＜１の場合では可変利得増幅器６３の出力信号の振幅変動が少ない利得増加の回数で最小となる、すなわち早くｃ_12,optが見つかる。ｃ_12,opt＞１の場合はｃ_21,opt＜１であるため、ｃ_21,optが少ない利得増加の回数で見つかる。

したがって、本実施の形態によれば、並列分離制御部６９が差動増幅器６５，６６それぞれの振幅の変動が最小となるように並列に制御し、振幅の変動が最小となった差動増幅器６５，６６の出力信号を選択する選択信号を出力することで、少ない利得増加の回数で振幅変動が最小となる可変利得増幅器６３，６４の利得を見つけることができる。

［第３の実施の形態］
図１２は、第３の実施の形態における無線通信システムの信号分離部の構成を示す機能ブロック図である。図１２に示す信号分離部８は、自動利得調整増幅・フィルタ部８１，８２、可変利得増幅器８３，８４、差動増幅器８５，８６、振幅モニタ部８７，８８、および変動勾配検出型分離制御部８９を備える。

可変利得増幅器８３は、利得設定信号１で設定される利得で自動利得調整増幅・フィルタ部８２の出力信号を増幅し、差動増幅器８５は、自動利得調整増幅・フィルタ部８１の出力信号と可変利得増幅器８３の出力信号の差を出力する。

可変利得増幅器８４は、利得設定信号２で設定される利得で自動利得調整増幅・フィルタ部８１の出力信号を増幅し、差動増幅器８６は、自動利得調整増幅・フィルタ部８２の出力信号と可変利得増幅器８４の出力信号の差を出力する。

振幅モニタ部８７，８８それぞれで、差動増幅器８５，８６の出力信号の振幅を取得して変動勾配検出型分離制御部８９に出力する。

変動勾配検出型分離制御部８９は、可変利得増幅器８３，８４それぞれの利得の差または比が常に一定値となるように、可変利得増幅器８３，８４それぞれの利得を調節して、差動増幅器８５の出力信号の振幅変動が最小となる利得設定信号１，２を求める。このとき、変動勾配検出型分離制御部８９は、現行の利得での差動増幅器８５，８６の出力信号の振幅変動の差が大きい場合は利得の変化量を大きくし、振幅変動の差が小さい場合は利得の変化量を小さくする。つまり、振幅変動の差に比例して変化量を変える。

なお、図１２では、差動増幅器８５，８６それぞれの反転入力に可変利得増幅器８３，８４をそれぞれ接続したが、差動増幅器８５，８６それぞれの非反転入力に可変利得増幅器８３，８４をそれぞれ接続してもよい。この場合、自動利得調整増幅・フィルタ部８２の出力信号を可変利得増幅器８３を介して差動増幅器８５の非反転入力に入力し、自動利得調整増幅・フィルタ部８１の出力信号を差動増幅器８５の反転入力に入力する。また、自動利得調整増幅・フィルタ部８１の出力信号を可変利得増幅器８４を介して差動増幅器８６の非反転入力に入力し、自動利得調整増幅・フィルタ部８２の出力信号を差動増幅器８６の反転入力に入力する。

ここで、変動勾配検出型分離制御部８９が最適な利得を求める動作について説明する。

図１３に、可変利得増幅器８３，８４の利得に対する振幅変動の大きさの測定例を示す。

可変利得増幅器８３，８４の利得がそれぞれ図中のＡ１，Ａ２の場合、振幅変動の差（勾配）は負であるので、次に設定する利得は増加させる。また、勾配の大きさが大きいため変化量を大きくして次の利得を設定する。

可変利得増幅器８３，８４の利得がそれぞれ図中のＢ１，Ｂ２の場合、振幅変動の差（勾配）は負であり、勾配の大きさは小さいので、次に設定する利得は変化量を小さくして増加させる。

可変利得増幅器８３，８４の利得がそれぞれ図中のＣ１，Ｃ２の場合、振幅変動の差（勾配）は正であるので、次に設定する利得は減少させる。

以上のように、変動勾配検出型分離制御部８９は差動増幅器８５，８５の出力信号の振幅変動の差に基づいて可変利得増幅器８３，８４の利得を変化させて最適な利得を求める。

以上説明したように、本実施の形態によれば、変動勾配検出型分離制御部８９が、可変利得増幅器８３，８４それぞれの利得の差または比を一定値に保ちつつ、差動増幅器８５，８６の出力信号の振幅変動の差に基づいて可変利得増幅器８３，８４それぞれの利得を調節し、差動増幅器８５の出力信号の振幅変動が最小となる利得設定信号１，２を求めることにより、効率的に最適な利得を求めることができる。

１，２…無線通信端末
１１…端末処理部
１２…変調部
１３…アンテナ
２１，２２…アンテナ
２３…信号分離部
２３１，２３２…自動利得調整増幅・フィルタ部
２３３，２３４…可変利得増幅器
２３５…差動増幅器
２３６…モニタ・分離制御部
２４…復調部
３１…振幅モニタ部
３１１…振幅検波回路
３１２…タイミング制御部
３１３，３１４…ピークホールド部
３１５…差動出力バッファ
３２…分離制御部
３２１…振幅データ処理部
３２２…信号生成部
４１…局部発振器
５１，５２…アナログ−デジタル変換部
６…信号分離部
６１，６２…自動利得調整増幅・フィルタ部
６３，６４…可変利得増幅器
６５，６６…差動増幅器
６７，６８…振幅モニタ部
６９…並列分離制御部
７０…選択部
８…信号分離部
８１，８２…自動利得調整増幅・フィルタ部
８３，８４…可変利得増幅器
８５，８６…差動増幅器
８７，８８…振幅モニタ部
８９…変動勾配検出型分離制御部
１００，２００…無線通信端末
１０１，２０１…アンテナ

Claims

第１、第２のアンテナと、
前記第１のアンテナで受信した信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、
前記第２のアンテナで受信した信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、
前記第１の増幅器の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する差動増幅器と、
前記差動増幅器が出力する差動増幅出力信号の振幅を検出する振幅検出手段と、
前記振幅の変動が最小となるように前記第１、第２の利得のいずれか一方もしくは双方を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
前記振幅検出手段は、ピークホールド回路を備えて、所定期間内における前記振幅のピーク値を検出し、
前記制御手段は、前記振幅検出手段から複数回分の前記ピーク値を取得して前記振幅の変動を求めることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記振幅検出手段は、前記差動増幅出力信号の非反転出力と反転出力を出力する差動出力バッファと、前記非反転出力を入力して前記差動増幅出力信号の振幅の最大値を検出する第１のピークホールド回路と、前記反転出力を入力して前記差動増幅出力信号の振幅の最小値を検出する第２のピークホールド回路と、を有し、前記振幅の最大値と前記振幅の最小値に基づいて前記差動増幅出力信号の振幅を検出することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
第１、第２のアンテナと、
前記第１のアンテナで受信した信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、
前記第２のアンテナで受信した信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、
前記第１のアンテナで受信した信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する第１の差動増幅器と、
前記第２のアンテナで受信した信号と前記第１の増幅器の出力信号の差を出力する第２の差動増幅器と、
前記第１の差動増幅器が出力する第１の差動増幅出力信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出手段と、
前記第２の差動増幅器が出力する第２の差動増幅出力信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出手段と、
前記第１の振幅の変動が最小となるように前記第１の利得を制御するとともに、前記第２の振幅の変動が最小となるように前記第２の利得を制御し、振幅の変動が最小となった前記第１、第２の差動増幅出力信号のいずれかを選択する選択信号を出力する並列制御手段と、
前記第１、第２の差動増幅出力信号を入力し、前記選択信号に基づき前記第１、第２の差動増幅出力信号のいずれか一方を出力する選択手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
第１、第２のアンテナと、
前記第１のアンテナで受信した信号を第１の利得で増幅する第１の増幅器と、
前記第２のアンテナで受信した信号を第２の利得で増幅する第２の増幅器と、
前記第１のアンテナで受信した信号と前記第２の増幅器の出力信号の差を出力する第１の差動増幅器と、
前記第２のアンテナで受信した信号と前記第１の増幅器の出力信号の差を出力する第２の差動増幅器と、
前記第１の差動増幅器が出力する第１の差動増幅出力信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出手段と、
前記第２の差動増幅器が出力する第２の差動増幅出力信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出手段と、
前記第１の振幅の変動が最小となるように、前記第１、第２の利得の差または比を一定値に保ちつつ、前記第１、第２の振幅の変動の大きさの差に応じて前記第１、第２の利得を制御する勾配検出制御手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
前記第１、第２のアンテナで受信した信号の搬送波周波数とは異なる周波数の信号を発振する局部発振手段を有し、前記第１、第２のアンテナで受信した信号をダウンコンバートすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の無線通信装置。
前記第１、第２のアンテナで受信した信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の無線通信装置。