JP2746658B2 - アンテナ選択ダイバーシティー無線機 - Google Patents

アンテナ選択ダイバーシティー無線機

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【発明の詳細な説明】 [概要] 本発明は、複数のアンテナを使用するアンテナ選択ダ
イバーシティー無線機に関し、同一の無線周波数により
送受信を行い、送・受信の切換えは時間を分割して行う
とともに受信時にアンテナ選択ダイバーシティーにより
選択されたアンテナを送信用アンテナとして使用するも
のである。
[産業上の利用分野] 本発明は複数のアンテナを使用するダイバーシティー
無線機に関し、特に単一のアンテナを備えディジタル伝
送を行う移動局との間で良好なダイバーシティー通信を
可能とするアンテナ選択ダイバーシティー無線機に関す
る。
[従来の技術] 移動通信においては、フェーシングによる受信レベル
の変動、従って通信品質の劣化が起きる。これに対処す
るための方法として、ダイバーシティー受信が広く行わ
れている。
その方式としてよく使用されているものは、空間的に
離した複数のアンテナを用いるものである。例えば2本
のアンテナをそれらに受信される信号の強度が互いに無
相関になるよう空間的に離して設置し、2本のアンテナ
の受信レベルを常時測定し、信号レベルの高い方のアン
テナを選択する方法が知られている。
2本のアンテナに受信される信号が互いに無相関にな
れば、双方の信号の信号レベルが共に低くなる確率が大
幅に減少するので、受信信号の劣化は少なくなる。
その他、種々のダイバーシティー受信方法が知られて
おり、例えば、ジェイクス編“マイクロウェーブ モバ
イル コミュニケーションズ”ジョン・ワイリー・アン
ド・サン社(Jakes edited,Microwave Mobile Communic
ations,John Wiley and Sons)に記載されている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、コードレス電話や携帯電話などのように移
動無線機の小型化が要求される場合には、複数のアンテ
ナを設置することが困難である。
本発明の目的は移動無線機に複数のアンテナを使用せ
ずにすみ、従って小型化が容易でありながら、フェージ
ングに対処できるダイバーシティー無線機を提供するこ
とにある。
[課題を解決するための手段] 第1図は本発明の原理的構成図である。
図において、10は基地局無線機、11,12,17はアンテ
ナ、13は切換部、14は送信部、15は受信部、16は移動局
無線機、18はプリアンブル信号、19は情報信号、20はポ
ストアンブル信号である。
本発明は、複数のアンテナを有する無線基地局と単一
のアンテナを有する移動局との通信において、送信,受
信ともに同一の無線周波数を使用し、送信と受信の時間
を分割して行い、移動局から基地局(上り方向)への通
信においては基地局の複数のアンテナを用いてアンテナ
選択ダイバーシティー受信を行い、基地局から移動局
(下り方向)への通信においては、直前の上り方向の通
信において選択されたアンテナから送信することによっ
てこの目的が達成される。
[作用] 基地局と移動局の間の送受信は同一の無線周波数f1を
使用し、同一の無線機おいては送信と受信とは同一時刻
には行わずに、移動局から基地局への送信(上り方向)
と基地局から移動局への送信(下り方向)は時刻をずら
して行う。
送信される信号のフォーマットは上り方向(移動局→
基地局)と下り方向(基地局→移動局)の両方向とも同
様のフレーム化された信号である。
本発明では、第1図の右下に示すA.とB.の2つのフォ
ーマットの信号の中の,B.のフォーマットを用いる。
A.のフレーム化信号は、プリアンブル信号(PAで表
示)18と情報信号(DATAで表示)19とで構成され、その
フレーム信号の長さはフェーシング周期より短くなるよ
うに設定される。B.のフレーム化信号は、プリアンブル
信号(PA)18と情報信号(DATA)19およびポストアンブ
ル信号(POAで表示)20とで構成され、A.の信号にさら
にポストアンブル信号が付加されたフォーマットであ
り、同様にフレーム信号の長さはフェージング周期より
短く設定される。
A.のフォーマットのフレームを使用した場合、基地局
無線機10において受信を行うと、受信したプリアンブル
信号18をアンテナ11,12により受信して、切換部113を通
って通信部15の受信手段151,152においてそれぞれの信
号レベルを検出する。それぞれで検出した信号レベルは
比較手段153において比較され、その結果を受信選択制
御信号として選択手段154,155に供給する。この結果2
つのアンテナから受信した信号のうち信号レベルの高い
方のアンテナから得られた情報信号を受信信号として使
用する。この時比較手段153における比較結果は送信部1
4の記憶手段142に記憶される。
なお、この図では原理を示すために受信手段151,152
を2個設けた構成を示しているが、1個の受信手段を時
間分割で使用し、アンテナ11と12の受信信号を切換えて
検出(プリアンブル信号期間中)して、それぞれの受信
レベル(先に受信した結果を記憶しておく)を比較する
ことにより受信選択制御信号を発生することができる。
基地局(固定局)からの送信を行う場合、送信部14の
送信手段141から送信信号が切換部13を介してアンテナ1
1,12の一方から送信される。
その場合、予め受信部15の比較手段153から発生した
受信選択制御信号が送信部14の記憶手段142に記憶され
ているので、送信時にはその記憶内容により切換部13が
切換え動作を行って、選択されたアンテナが送信用アン
テナとして使用される。
B.のフォーマットのフレームを使用した場合、移動局
からの信号を受信する場合、プリアンブル信号18を受信
してその時の信号レベルを比較して情報信号を受信する
ための選択制御を行う動作は上記のA.のフレームの場合
と同様である。
情報信号19が終了して続けてポストアンブル信号20を
受信すると,受信部15はプリアンブル信号により選択さ
れた選択手段(154または155)からポストアンブル信号
を受信して,図示省略された検出回路でその受信信号が
ポストアンブル信号であることを検出する。これにより
受信部15は、受信手段151,152で受信した信号レベルの
比較を比較手段153により行う。この比較動作は上記し
たプリアンブル信号18の比較と同様に行われ、その比較
結果として、信号レベルが高いアンテナを表す情報が送
信部14の記憶手段142に記憶される。
このB.のフォーマットを使用した場合、送信時には、
記憶手段142に記憶されたポストアンブル信号20受信時
の信号レベルの高い方のアンテナを表す情報により切換
部13が切換えられ、対応するアンテナから送信が行われ
る。
[実施例] 第2図は本発明による信号のフォーマットの伝送手順
を示す図、第3図(a)は本発明の第1実施例の構成
図、第3図(b)はポストアンブル信号を使用した場合
の制御回路の構成図、第4図は本発明の第2実施例の構
成図である。
以下に説明する実施例は、基地局と移動局間での通信
を行うディジタル伝送システム、例えば、コードレス電
話に適用したものである。
第2図A.はプリアンブル信号(PA)と情報信号(DAT
A)とで構成されたフレーム化された信号による伝送手
順であり、B.はプリアンブル信号(PA)と情報信号(DA
TA)およびポストアンブル信号(POA)とを用いて構成
されたフレーム化された信号による伝送手順である。
第2図A.及びB.において、21,23と24,26は移動局(MS
で表示)→基地局(BSで表示)の上り方向のフレーム化
された信号であり、22と25は基地局→移動局の下り方向
のフレーム化された信号であり、基地局と移動局の間で
交互に通信が行われている。情報信号(DATA)はデータ
信号か、あるいは音声信号をディジタル化した信号であ
る。
一度に送信される信号の長さ、即ちフレーム化された
信号の長さは、移動局の移動その他によって引き起こさ
れるフェージング周期よりも十分短いものとする。この
ように設定すれば、一つのフレーム信号の送信中には受
信信号の強度はさほど変化せず、後で示すようにダイバ
ーシティー効果が損なわれる事が少ない。
音声信号であっても一旦ディジタル化することによ
り、このようにフレーム化することは容易である。コー
ドレス電話の例では音声符号化速度はADPCM(Adaptive
Delta Pulse Code Modulation)などにより、32Kb/s程
度が考えられる。無線チャンネルでの伝送速度は、上り
下りの通信を考え、さらにプリアンブル信号の分を含め
て、70Kb/s程度となる。
フレーム長を300bit程度とすれば、5m秒で一つの送信
が終わるので、フェージング周期に比べて十分短いと考
えられる。
第3図(a)は本発明の第1実施例の構成図を示す。
この基地局の無線機の出力端子350と入力端子390は図
示されない有線網に接続されている。また、アンテナ30
a,30bは空間的に離されており、従ってそれらに受信さ
れる信号はほぼ無相関である。
受信動作を説明すると、第2図のA.のフォーマットの
フレーム信号21,23を移動局から受信する場合、アンテ
ナ30a,30bに受信された信号はそれぞれサーキュレータ3
1a,31bを介して周波数変換,帯域制限,増幅などを行う
受信回路(RXで表示)32a,32bにそれぞれ入力される。
受信回路32a,32bの出力はそれぞれ復調回路(DEMで表
示)33a,33bに入力されるとともに、一部は制御回路(C
ONTで表示)36に入力される。
復調回路33a,33bはディジタル信号の復調,判定,フ
レーム信号の分解を行う。
制御回路36は受信回路32a,32bの出力信号レベルを測
定し、それらの比較を行う。比較の結果、信号レベルの
高い方の信号枝に接続されている復調回路を選択する制
御信号がスイッチ回路(SWで表示)34−1に出力され
る。選択された復調回路の出力はディジタルアナログ変
換回路(D/Aで表示)35に入力されて、受信アナログ音
声信号が出力端子350に出力される。
以上の説明によりこの第1実施例の基地局の無線機い
おいては、検波後選択ダイバーシティー受信が行われて
いることが明らかである。
なお、制御回路36による選択されている信号枝は受信
動作が終了する直前にう記憶され、次に説明する送信動
作において送信アンテナの選択に利用される。
次に送信動作について説明すると、入力端子390に入
力されるアナログ音声信号はアナログディジタル変換器
(A/Dで表示)39によりディジタル信号に変換される。
このディジタル信号は、変調器(MODで表示)38におい
てプリアンブル信号とともにフレーム化された後変調が
行われる。被変調波信号は周波数変換、増幅などを行う
送信回路(TXで表示)37に入力され、スイッチ回路34−
2に入力される。
前述したように制御回路36は送信の直前の受信時にお
いて、選択された信号枝を記憶しておりこの信号枝に属
するアンテナを選択する制御信号をスイッチ回路34−2
に出力する。ここでは以後の説明の便宜のために、アン
テナ30bを含む信号枝が選択されているものと仮定す
る。
この時、送信信号はスイッチ回路34−2によりサーキ
ュレータ31bに出力され、アンテナ30bを介して送信され
る。
第3図(b)にはポストアンブル信号を使用した場合
の制御回路の構成が示されている。
第2図B.のフォーマットを使用した場合、受信におい
てプリアンブル信号の受信による復調回路の選択を行
い、情報信号(DATA)を受信する動作は上記のA.のフォ
ーマットの場合と同様に、第3図(a)の構成により受
信を行う。情報信号(DATA)に続いてポストアンブル信
号(POA)を受信すると、第3図(b)の制御回路36′
でこの信号を検出する。
すなわち、制御回路36′の検出回路361でポストアン
ブル信号を検出すると、2つの受信回路32aと32bの出力
を比較回路362で比較して、信号レベルが高い方を表す
情報を比較結果としてメモリ363に記憶する。
この基地局から送信する場合、前記したポストアンブ
ル信号の受信時に第3図(b)の制御回路36′のメモリ
363に記憶された情報が、送信指示により出力される。
その情報は第3図(a)のスイッチ回路34−2に入力さ
れて対応するアンテナを選択する。
このように、ポストアンブル信号を用いると、基地局
から送信する直前に移動局(MS)が送信したフレームの
最後に付加されたポストアンブル信号を受信してアンテ
ナを選択するので、プリアンブル信号により選択を行う
のに比べて一層正確な選択を実現することができる。
無線周波数が受信と送信とで同じであるので、受信に
際して選んだ信号枝のアンテナから送信すれば、送信と
受信の可逆性により基地局から移動局への伝送は、送信
ダイバーシティー効果が得られる。ここでは信号フレー
ム長をフェージング周期に比べて十分短くしてあるの
で、アンテナの選択を送信開始前に選んだ方に固定して
も、これによるダイバーシティー効果の減少は無視出来
る。
第4図は本発明の第2実施例の構成図である。
第2図A.のフォーマットのフレーム信号を用いた場
合、送信に関する動作は第3図(a)に示す第1実施例
の場合と同じであるので、この部分の説明は省略する。
受信動作について説明すると、制御回路46は復調回路44
の出力信号を監視することによりプリアンブル信号の受
信が開始されると、定められた時間区間だけ(プリンア
ンブル信号時間の約半分が望ましい)受信回路43の出力
信号の信号レベルを測定し、その値とともに選んでいる
信号枝を記憶する。
次にスイッチ回路42−1に対して切り換え信号を出力
して他方の信号を選択して同様に受信レベルを測定し、
その値とともに選んでいる信号枝を記憶する。次に記憶
している信号レベルの値を比較し、大きい値を示す信号
枝を選択する制御信号をスイッチ回路42−2に出力しこ
れを保持する。
この第2実施例においては受信回路が簡単になるとい
う利点の他にアンテナを切り換えプリアンブル信号区間
において行うことができるので、アンテナ切り換え時に
発生する切り換え雑音が、情報信号部に発生しないので
信号誤り特性の点で有利となる利点がある。
第4図の構成により第2図B.のフォーマットのフレー
ム信号の送受信について説明する。
プリアンブル信号と情報信号の受信動作は上記のA.の
フォーマットの場合と同様であるが、続くポストアンブ
ル信号の受信時には、プリアンブル信号の同様の原理
で、ポストアンブル信号の受信が開始されると、定めら
れた時間区間だけ(ポストアンブル信号時間の約半分)
受信回路43の出力信号の信号レベルを測定し、その値と
ともに選んでいる信号枝を記憶し、約半分の時間が経過
するとスイッチ回路42−1を切り換えて他方のアンテナ
からの受信レベルを測定し、その値とともに選んでいる
信号枝を記憶する。次に記憶している信号レベルの値を
比較し、大きい値を示す信号枝を表す信号を記憶する。
受信が終了して、送信する場合は、前記により記憶さ
れた大きい値を示す信号枝を表す信号をスイッチ回路42
−2に出力して、対応するアンテナを選択して送信が行
われる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明は、移動局において複数の
アンテナを使用することなくダイバーシティー効果が得
られるので移動局の無線機の小型化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理的構成図、第2図は本発明による
信号のフォーマットの伝送手順を示す図、第3図(a)
は本発明の第1実施例の構成図、第3図(b)はポスト
アンブル信号を使用した場合の制御回路の構成図、第4
図は本発明の第2実施例の構成図である。 第1図中、 10:基地局無線機 11,12,17:アンテナ 13:切換部 14:送信部 15:受信部 16:移動局無線機 18:プリアンブル信号(PA) 19:情報信号(DATA) 20:ポストアンブル信号(POA)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単一のアンテナを有する無線機とディジタ
    ル通信を行い,送受信を同一の無線周波数を使用して時
    間分割により行う複数のアンテナを備えたダイバーシテ
    ィー無線機において, 受信部は受信アンテナ選択ダイバーシティーのための受
    信,比較,選択の各手段を備え, 送信部は前記受信部において選択されたアンテナ情報の
    記憶手段を備え, 伝送すべきディジタル信号がプリアンブル信号,情報信
    号及びポストアンブル信号とから構成され, 前記受信部は前記情報信号に続いてポストアンブル信号
    を受信すると,前記複数のアンテナからの前記ポストア
    ンブル信号の受信信号レベルを前記比較手段で比較し
    て,受信レベルの高い方のアンテナ情報を前記記憶手段
    に記憶し, 送信部は前記記憶手段の情報に基づいて送信用アンテナ
    を選択して送信することを特徴とするアンテナ選択ダイ
    バーシティー無線機。
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