JP2013197912A

JP2013197912A - ダイバーシティ受信装置、ダイバーシティ受信方法及び伝送システム

Info

Publication number: JP2013197912A
Application number: JP2012063240A
Authority: JP
Inventors: Yuki Sakai; 悠希酒井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】通信品質を向上することが可能なダイバーシティ受信装置、ダイバーシティ受信方法及び伝送システムを提供する。
【解決手段】ダイバーシティ受信装置１００は、飛行体から送信される第１の無線信号を第１及び第２のホーンにより受信する指向性空中線１０１と、受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行う受信部１０２と、飛行体の飛行状態示す状態データを取得する取得部１０３と、取得した状態データに基づいて、指向性空中線１０１の指向角度を制御する制御部１０４と、を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイバーシティ受信装置、ダイバーシティ受信方法及び伝送システムに関し、特に、飛行体と通信を行うダイバーシティ受信装置、ダイバーシティ受信方法及び伝送システムに関する。

近年、地震等の災害が発生した場合に、現地の情報を迅速かつ正確に伝達するための技術が強く望まれている。例えば、民間の機関や官省庁等では、災害発生時、初動対応としてヘリコプターにカメラを搭載し、現地の情報をいち早くリアルタイムで伝送する伝送装置が使用されている。

このような伝送装置では、移動するヘリコプターから地上受信局へ空中線により映像を伝送するため、マルチパスフェージングが発生し、受信レベルが瞬間的に落ち映像断となることがある。このマルチパスフェージングの影響に強い変調方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が使用されている。

また、車両等の地上移動局では、より通信品質を向上させるため複数の空中線を使用し受信信号を合成処理する空間ダイバーシティ方式も併用されている。ダイバーシティ方式は、電波の空間における伝搬路や周波数が異なると、短周期フェージングの時間的な変化が異なることを利用したもので、異なる伝搬路または周波数で送られた信号を同時に受信して合成し、通信品質が良くなるように処理する方式である。

図６は、関連するダイバーシティ方式である空間ダイバーシティと角度ダイバーシティの概念を示している。図６（ａ）に示すように、空間ダイバーシティでは、送信側装置は１面の送信用空中線９０１を備え、受信側装置は受信用空中線９０２を２面（９０２ａ、９０２ｂ）またはそれ以上備えている。空間ダイバーシティは、２面以上の受信用空中線９０２を、水平または垂直方向に１００波長以上離して配置し、電波の伝搬経路の違いによる伝搬状態の時間的な相違を利用したものである。

図６（ｂ）に示すように、角度ダイバーシティでは、送信側装置は１面の送信用空中線９０１を備え、受信側装置は１面の受信用空中線９０２を備えている。角度ダイバーシティは、１面の受信用空中線９０２で受信する受信ビームを水平または垂直方向に２つ作り、各異なった方向から到達する電波をそれぞれのビームで受信し、図６（ａ）のような受信用空中線９０２を２面用いた空間ダイバーシティと同様のダイバーシティ効果を得る方法である。

例えば、関連するダイバーシティ受信装置として、特許文献１や２に記載された装置が知られている。

特開２００４−２９７１４２号公報特開２００４−１６６０９１号公報

特許文献１などのように関連する技術では、地上の中継車等の装置において、無指向の空中線を複数本使用し通信品質を向上させる空間ダイバーシティが用いられている。

しかしながら、関連する技術では、ヘリコプター等の飛行体と地上受信局（地上固定局）を含む伝送システムへの適用について考慮されていない。このため、関連する技術では、ダイバーシティを適用することができず通信品質を向上することが困難な場合があるという問題があった。例えば、地上固定局にあるパラボラアンテナ等の指向受信空中線を複数設置した空間ダイバーシティで運用することは設置面や経済性の観点から非常に困難である。

本発明の目的は、このような課題を解決するダイバーシティ受信装置、ダイバーシティ受信方法及び伝送システムを提供することにある。

本発明に係るダイバーシティ受信装置は、飛行体から送信される第１の無線信号を第１及び第２のホーンにより受信する指向性空中線と、前記受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行う受信部と、前記飛行体の飛行状態示す状態データを取得する取得部と、前記取得した状態データに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御する制御部と、を備えるものである。

本発明に係るダイバーシティ受信方法は、飛行体から送信される第１の無線信号を、指向性空中線の第１及び第２のホーンにより受信し、前記受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行い、前記飛行体の飛行状態示す状態データを取得し、前記取得した状態データに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御するものである。

本発明に係る伝送システムは、飛行体と地上受信局との間で無線通信を行う伝送システムであって、前記地上受信局は、前記飛行体から送信される第１の無線信号を第１及び第２のホーンにより受信する指向性空中線と、前記受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行う受信部と、前記飛行体の飛行状態示す状態データを取得する取得部と、前記取得した状態データに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御する制御部と、を備えるものである。

本発明によれば、通信品質を向上することが可能なダイバーシティ受信装置、ダイバーシティ受信方法及び伝送システムを提供することができる。

本発明に係るダイバーシティ受信装置の特徴を説明するための構成図である。実施の形態１に係る伝送システムの構成を示す構成図である。実施の形態１に係る撮影ヘリコプターの構成を示す構成図である。実施の形態１に係る地上受信局の構成を示す構成図である。実施の形態１に係る地上受信局における空中線及び受信部の構成を示す構成図である。関連するダイバーシティ方式を説明するための概念図である。

＜本発明の特徴＞
実施の形態の説明に先立って、図１を用いて、本発明の特徴についてその概要を説明する。

図１に示すように、本発明に係るダイバーシティ受信装置１００は、指向性空中線１０１と、受信部１０２と、取得部１０３と、制御部１０４とを備えている。

そして、指向性空中線１０１は、ヘリコプター等の飛行体から送信される第１の無線信号を第１及び第２のホーンにより受信し、受信部１０２は、受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行い、取得部１０３は、飛行体の飛行状態示す状態データを取得し、制御部１０４は、取得した状態データに基づいて、指向性空中線１０１の指向角度を制御することを、本発明の主要な特徴としている。

本発明のダイバーシティ受信装置１００によれば、第１及び第２のホーンにより無線信号を受信し角度ダイバーシティを行うため、指向受信空中線を増やさなくても、１面の空中線にホーンを追加し伝搬路の無相関な信号を得ることによる角度ダイバーシティ効果が得られ、通信品質を向上させることができる。

したがって、地上受信局のようなダイバーシティ受信装置において、ヘリコプター等から撮影したリアルタイム映像等を品質良く受信できるため、災害発生時における現地の情報など緊急性の高い情報を、リアルタイムに正確に伝達することが可能となる。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。

図２は、実施の形態１に係る伝送システムの構成を示している。図２に示すように、この伝送システムは、撮影ヘリコプター２と地上受信局１を備えている。この伝送システムは、撮影ヘリコプター２が撮影した映像を地上受信局１へリアルタイム伝送を行うシステムであり、撮影ヘリコプター２及び地上受信局１は、映像伝送距離を伸ばすために指向空中線を使用する。

撮影ヘリコプター２は、撮影した映像の映像データを送信用データとして、指向空中線（不図示）を介して無線信号ｗｄで送信する。地上受信局１は、撮影ヘリコプター２から送信された送信用データの無線信号ｗｄを指向空中線を介して受信し、映像データを取得する。

また、撮影ヘリコプター２及び地上受信局１は、データ伝送用の空中線（不図示）を備え、時々刻々と変化する撮影機データｓａが、撮影ヘリコプター２から地上受信局１へ送信される。撮影機データｓａは、撮影ヘリコプター２の現在位置情報（機体座標）、機体姿勢、機体高度、機首方位、地上受信局１に対する離隔距離、及び、所定の飛行運動予測算出プログラムによる飛行運動予測値から構成されている。

図３のブロック図は、本実施の形態に係る撮影ヘリコプター２の要部の構成を示している。図３に示すように、撮影ヘリコプター２は、カメラ装置２１と、送信部２２と、第１空中線２３と、機体情報取得部２４と、ＧＰＳ（Global Positioning System）２５と、第２空中線２６と、データ無線部２７と、演算部２８と、駆動部２９とから構成されている。

カメラ装置２１は、撮影した映像に対応した映像データｖｄを出力する。送信部２２は、カメラ装置２１から出力される映像データｖｄに対して、エンコード、変調、所定の周波数帯へのアップコンバート及び増幅処理を行ってＲＦ信号を生成し、同ＲＦ信号を送信用データｓｄとして第１空中線２３へ出力すると共に、送信用データｓｄの出力レベルｎａを演算部２８へ出力する。第１空中線２３は、たとえばパラボラアンテナなどの指向空中線で構成され、駆動部２９の制御により指向を地上受信局１に向けて、送信用データｓｄを無線信号ｗｄとして送信する。
機体情報取得部２４は、撮影ヘリコプター２の機体姿勢（ロール、ピッチ、ヨー）、機体高度、及び機首方位を取得して機体情報ｍａとして出力する。ＧＰＳ２５は、撮影ヘリコプター２の現在位置情報を取得して機体座標ｇａを出力する。

第２空中線２６は、無指向空中線で構成されている。データ無線部２７は、演算部２８から出力される撮影機データｐａを、第２空中線２６から撮影機データｓａとして、所定の周波数帯域（たとえばＵＨＦ帯、Ultra High Frequency）の搬送波で構成されている伝送路を経て地上受信局１へ送信する。

演算部２８は、機体情報ｍａ及び機体座標ｇａを入力し、現在位置情報（機体座標）、機体姿勢、機体高度、機首方位、離隔距離、受信レベル、及び飛行運動予測値に基づいて、適応的に、第１空中線２３の半値角ｄａ（指向特性）を算出すると共に、送信部２２に対して制御信号ｃａを出力して送信用データｓｄの変調方式及び同送信用データｓｄの出力レベルを制御する。駆動部２９は、演算部２８で算出された半値角ｄａに基づいて制御信号ｅａを出力して第１空中線２３の半値角を制御する。

図４のブロック図は、本実施の形態に係る地上受信局１の要部の構成を示している。図４に示すように、地上受信局１は、第１空中線１１と、受信部１２と、第２空中線１３と、データ無線部１４と、演算部１５と、駆動部１６とから構成されている。

第１空中線１１は、後述のように、ダイバーシティアンテナなどの指向空中線で構成され、駆動部１６の制御により指向を撮影ヘリコプター２に向けて無線信号ｗｄを受信し、後述の低雑音増幅器を経て受信データｒｄとして出力する。受信部１２は、後述のように、受信データｒｄをベースバンドにダウンコンバートして受信データｔｄとして出力すると共に、受信データｒｄの受信レベルｎｂを演算部１５へ出力する。

第２空中線１３は、無指向空中線で構成されている。データ無線部１４は、撮影ヘリコプター２から伝送路及び第２空中線１３を経て撮影機データｓａを受信して復調し、撮影機データｑａとして演算部１５へ入力する。

演算部１５は、データ無線部１４で受信された撮影機データｓａに基づいて、地上受信局１の撮影ヘリコプター２に対する離隔距離を算出すると共に、受信データｒｄの受信レベルｎｂに基づいて無線信号ｗｄの受信レベルを算出しこれに基づいて、適応的に、第１空中線１１の半値角ｄｂを算出すると共に、受信部１２に対して制御信号ｃｂを出力して受信データｔｄの復調方式を制御する。駆動部１６は、演算部１５で算出された半値角ｄｂに基づいて制御信号ｅｂを出力して第１空中線１１の半値角を制御する。

すなわち、地上受信局１では、第２空中線１３で受信しデータ無線部１４より得られる撮影機データを基に演算部１５にて処理を行い駆動部１６にて第１空中線１１を制御し撮影ヘリコプター２へ向ける。例えば、図１の取得部１０３は、第２空中線１３及びデータ無線部１４に相当し、図１の制御部１０４は、演算部１５及び駆動部１６に相当する。

図５は、実施の形態１に係る地上受信局１における第１空中線１１及び受信部１２の内部構成を示している。第１空中線１１は、ダイバーシティアンテナ１１１、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１２（１１２ａ及び１１２ｂ）を備えている。

ダイバーシティアンテナ１１１は、角度タイバーシティを使用するため２つのホーン１１１ａ及び１１１ｂを有している。例えば、ホーン１１１ａ及び１１１ｂのいずれか一方が主ビームホーンであり、他方が角度ビームホーンである。

低雑音増幅器１１２ａ及び１１２ｂは、ホーン１１１ａ及び１１１ｂに対応して設けられている。低雑音増幅器１１２ａは、ホーン１１１ａで受信した無線信号ｗｄ（ＲＦ信号）を入力とし、この信号を増幅して受信データｒｄａとして出力する。また、低雑音増幅器１１２ｂは、ホーン１１１ｂで受信した無線信号ｗｄ（ＲＦ信号）を入力とし、この信号を増幅して受信データｒｄｂとして出力する。

受信部１２は、ダウンコンバータ（ＣＯＮＶ）１２１（１２１ａ及び１２１ｂ）、合成器（ＣＯＭＢ）１２２、復調器（ＤＥＭ）１２３を有している。

ダウンコンバータ１２１は、ホーン１１１ａ及び１１ｂ、低雑音増幅器１１２ａ及び１１２ｂに対応して設けられている。ダウンコンバータ１２１ａは、低雑音増幅器１１２ａからの受信データｒｄａを入力とし、この信号に対し無線周波数帯から中間周波数帯へダウンコンバート（周波数変換）して出力する。ダウンコンバータ１２１ｂは、低雑音増幅器１１２ｂからの受信データｒｄｂを入力とし、この信号に対し無線周波数帯から中間周波数帯へダウンコンバート（周波数変換）して出力する。

合成器１２２は、ダウンコンバータ１２１ａから受信データｒｄａをダウンコンバートした信号が入力されるとともに、ダウンコンバータ１２１ｂから受信データｒｄｂをダウンコンバートした信号が入力され、これらの信号をダイバーシティ合成処理（角度ダイバーシティ合成）して出力する。

復調器１２３は、合成器１２２が合成した信号を入力とし、この信号を復調して受信データｔｄとして出力する。例えば、復調器１２３は、符号間干渉の除去や信号の判定を行って受信データとし、また、受信レベルｎｂの出力や制御信号ｃｂに応じた復調等も行う。

ここで、本実施の形態における角度ダイバーシティの効果について説明する。ダイバーシティによる改善量を決める大きな要因は、２つまたはそれ以上の受信信号相互の無相関性である。受信信号間の振幅相関係数が与えられると単一受信における短周期フェージングの確率分布に対する改善量が計算される。自乗合成回路を用いた２重合成受信における確率分布Ｐ（Ｒ）は次の数１で表わされる。

数１において、Ｒは受信信号レベル、ρは振幅相関係数、δ^２は受信信号レベル分布の標準偏差を示す。また角度ダイバーシティの振幅相関係数ρの理論式は次の数２で表わされる。

数２において、φはビーム挟角であり、φ_０は次の数３で表される。

数３において、αは空中線ビーム半値幅×０．６を示す。

以上のように本実施の形態では、ヘリコプターのような飛行体から無線によりデータを受信する地上受信局において、角度ダイバーシティ方式を採用する構成とした。このため、空間ダイバーシティに比べ空中線が少なく済み経済的である。

また、角度ダイバーシティ方式を採用するため、撮影ヘリコプターからのマルチパスフェージングによる歪みをダイバーシティにより改善させることができ、通信品質、通達性を向上させることが可能となる。

＜その他の実施の形態＞
上記実施の形態では、地上受信局において、空中線を１面（第１空中線１１）備え、ホーンを２つ設けることで角度ダイバーシティを行う構成としたが、さらに複数の空中線を設置してもよい。例えば、地上受信局に空中線を２面設置できかつ各空中線にホーンを２つ設置できれば、空間ダイバーシティと角度ダイバーシティの４重ダイバーシティが可能となり、より通信品質を向上させることができる。

また、上記実施の形態では、ヘリコプターと地上受信局を備えた伝送システムについて説明したが、ヘリコプターに限らず、飛行機、飛行船などその他の飛翔体や飛行体であってもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１地上受信局
２撮影ヘリコプター
１１第１空中線
１２受信部
１３第２空中線
１４データ無線部
１５演算部
１６駆動部
２１カメラ装置
２２送信部
２３第１空中線
２４機体情報取得部
２６第２空中線
２７データ無線部
２８演算部
２９駆動部
１００ダイバーシティ受信装置
１０１指向性空中線
１０２受信部
１０３取得部
１０４制御部
１１１ダイバーシティアンテナ
１１１ａ、１１１ｂホーン
１１２（１１２ａ、１１２ｂ）低雑音増幅器
１２１（１２１ａ、１２１ｂ）ダウンコンバータ
１２２合成器
１２３復調器

Claims

飛行体から送信される第１の無線信号を第１及び第２のホーンにより受信する指向性空中線と、
前記受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行う受信部と、
前記飛行体の飛行状態示す状態データを取得する取得部と、
前記取得した状態データに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御する制御部と、
を備えるダイバーシティ受信装置。
前記指向性空中線は、前記第１及び第２のホーンにより受信された前記第１の無線信号を低雑音増幅する第１及び第２の低雑音増幅器を有し、
前記受信部は、前記第１及び第２の低雑音増幅器により増幅された信号をダウンコンバートする第１及び第２のダウンコンバータと、
前記第１及び第２のダウンコンバータによりダウンコンバートされた信号を合成する合成器と、
前記合成器により合成された信号を復調する復調器と、
を備える請求項１に記載のダイバーシティ受信装置。
前記制御部は、前記受信された前記第１の無線信号のレベルに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御する、
請求項１又は２に記載のダイバーシティ受信装置。
前記制御部は、前記取得した状態データに基づいて、前記受信部の復調方式を制御する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のダイバーシティ受信装置。
前記取得部は、
前記飛行体から送信される第２の無線信号を受信する無指向性空中線と、
前記受信した第２の無線信号に基づいて前記状態データを生成する状態データ通信部と、
を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載のダイバーシティ受信装置。
飛行体から送信される第１の無線信号を、指向性空中線の第１及び第２のホーンにより受信し、
前記受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行い、
前記飛行体の飛行状態示す状態データを取得し、
前記取得した状態データに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御する、
ダイバーシティ受信方法。
前記第１及び第２のホーンにより受信された前記第１の無線信号を低雑音増幅して、第１及び第２の低雑音増幅信号を生成し、
前記受信部は、前記第１及び第２の低雑音増幅信号をダウンコンバートして、第１及び第２のダウンコンバート信号を生成し、
前記第１及び第２のダウンコンバート信号を合成して合成信号を生成し、
前記合成信号を復調する、
請求項６に記載のダイバーシティ受信方法、
前記受信された前記第１の無線信号のレベルに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御する、
請求項６又は７に記載のダイバーシティ受信方法、
前記取得した状態データに基づいて、前記受信部の復調方式を制御する、
請求項６乃至８のいずれか一項に記載のダイバーシティ受信装置。
飛行体と地上受信局との間で無線通信を行う伝送システムであって、
前記地上受信局は、
前記飛行体から送信される第１の無線信号を第１及び第２のホーンにより受信する指向性空中線と、
前記受信した第１の無線信号に対し角度ダイバーシティ合成を行う受信部と、
前記飛行体の飛行状態示す状態データを取得する取得部と、
前記取得した状態データに基づいて、前記指向性空中線の指向角度を制御する制御部と、
を備える伝送システム。