JP3594297B2 - データ再生方式およびデータ再生器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリコプターなどの移動するものあるいは固定したものから、移動しているものあるいは固定したものへ、電波を用いて無線データ伝送する場合おける、送信側のアンテナの切り換え時に発生する送出信号レベル変動に起因する受信データ誤りの改善を図るデータ再生方式およびデータ再生器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプターなどの移動するものに搭載した、または固定した送信装置（以下、送信側と呼称する）から、地上に固定するものに設置した、あるいは移動するものに搭載した受信装置（以下、受信側と呼称する）にデータを無線伝送する場合、ヘリコプターなどの送信側には送信アンテナが取り付けられる。ヘリコプターなどの送信アンテナとそれから送出される電波を受信する受信側の受信アンテナとの相関位置関係から、ヘリコプターなどの飛行方向によっては、ヘリコプターなどの本体が邪魔をして送信アンテナが隠れてしまう。これにより、送信電波を遮ってしまうため、通常ヘリコプターなどの本体の左右もしくは前後に複数の送信アンテナが取り付られる。そして、ヘリコプターなどの送信アンテナと受信アンテナとの角度によって、当該受信アンテナと見通しの良い送信アンテナを複数の送信アンテナから選択して切り換えて、当該送信アンテナからデータ信号伝送を担う電波を送出するようにしている。
【０００３】
前述の具体的な例として、送信側が移動するヘリコプターで、受信側が地上に固定設置された例で図７により説明する。
【０００４】
１０８は地上に設置されている受信側に接続された受信アンテナＣ、１０９はヘリコプター、１０６、１０７はヘリコプター１０９の本体に取り付けられた送信アンテナＡ、Ｂの二つのアンテナである。記号ＬａとＬｂは、それぞれに送信アンテナ１０６と受信アンテナＣ１０８、および送信アンテナＢ１０７と受信アンテナＣ１０８、との電波伝搬距離を示している。ヘリコプター１０９からの発射電波は、後述するように送受信アンテナの相対位置関係から、送信アンテナＡ１０６または送信アンテナＢ１０７のいずれか一方から行われる。
【０００５】
送信アンテナの選択原則は、受信アンテナＣ１０８がヘリコプター１０９の飛行方向Ｄに対して左側（図７では下側）に位置している間はアンテナＢ１０７を使用し、右側（図７では上側）に位置している間はアンテナＡ１０６を使用する。
【０００６】
このために送信側には後述するアンテナ切り換えを行う手段を設け、ヘリコプター１０９からみた受信アンテナＣ１０８の方向が飛行方向Ｄとなす角度をθとし、この角度θに所定の変化が生じたとき、これに応じて送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）の切り換えを行う。角度θについては、図７に示す方向（下側）が正（＋）で、反対方向（上側）が負（−）であるとする。ヘリコプター１０９の飛行方向Ｄが変化して角度θが正から負、または負から正に符号が変わって、その時の角度θの絶対値が例えば１〜３度の範囲内で予め定められた所定値φ以上となったときに、送信アンテナが切り換えられるようにする。
【０００７】
最初、送信アンテナＢ１０７から電波が発射されていて、これを受信アンテナＣ１０８で受信して、データ伝送が行われていたものとする。そして、ヘリコプター１０９の飛行方向が変化して、図７に示すようにヘリコプター１０９の飛行方向と受信アンテナＣ１０８との角度θの符号が変わり絶対値が所定角度φ以上となったとする。すると、今までのデータ伝送を送信アンテナＢ１０７からの発射電波で担っていたものを、受信アンテナＣ１０９と見通しの良い方の送信アンテナＡ１０６からの発射電波に切り換えて行う。
【０００８】
さらに、ヘリコプター１０９の飛行方向と受信アンテナＣ１０８との角度θの符号が変わらず絶対値が大きくなっても、それ以降は送信アンテナＡ１０６からの電波の発射が継続される。
【０００９】
ところが、二つの送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）を切り換えると、例えばキャリヤ周波数７ＧＨｚの電波を使用して伝送した場合、１波長は約４．３ｃｍ（＝光速３．０×１０^１０（ｃｍ／秒）×１／７ＧＨｚ）である。ヘリコプター１０９に取り付けた二つの送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）間の距離をいま４００ｃｍとして角度θが１度変化した場合を考える。すると、地上の受信アンテナＣ１０８までの二つの送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）からの距離差（＝Ｌａ−Ｌｂ）は約７ｃｍある。電波のキャリヤ位相の変移では、３６０度×７ｃｍ÷４．３ｃｍ＝５８６度、つまり２２６度となる。このように、角度θ＝１度でアンテナ切り換えを行なうとすると、その信号を地上で受信する電波のキャリア位相が２２６度変化することになる。
【００１０】
このように、送信アンテナ切り換えによって受信している電波のキャリヤ位相が大きく急変する。あるいは、実際にはアンテナ切り換えスイッチから送信アンテナＡ１０６あるいは送信アンテナＢ１０７を経て電波を送出するまでの回路、送信アンテナ、ケーブル長などによる信号のレベル差がある。これらにより、送信アンテナ切り換えによる送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）間の送出信号レベル差が生じて、受信側ではデータ誤りが発生してしまうという問題が生じる。
【００１１】
上記の問題を解決する方法として、送信側においてはアンテナ切り換えによる方法、また受信側においては自動等化処理によるデータ誤りを抑えたデータ再生による方法などがある。
【００１２】
最初に、送信側のアンテナ切り換えによる方法について説明する。
この方法は、送信側において、トレーニング信号とデータ信号とから成るフレームに同期したフレームパルスＦｐを出力し、このフレームパルスＦｐに同期させてアンテナ切り換えを行う。すると、キャリア位相あるいは受信信号レベルの変動をフレームの先頭であるトレーニング信号で発生させられるようになる。そして、後述するように、前記受信したトレーニング信号と受信側で発生させられるトレーニング信号とにより自動等化処理で等化し補正をして、データ再生を行うとするものである。
【００１３】
図５、図６が、送信側のこれらを説明するタイミング図とブロック図である。フレームパルスＦｐは、図５の（ｆ）のようにトレーニング信号期間中に変調部１０１からフレームパルス端子７１を介して出力され、アンテナ切り換え回路１１３へ供給される。
【００１４】
図５（ａ）のデータ信号は、データ信号端子５１から入力さて、図示されてはいないが変調部１０１のＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ／Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）メモリにより同図（ｂ）のように一旦格納される。データ信号は、所要長に分割されたデータ信号（ＤＡ０、ＤＡ１、…）に先だって同図（ｃ）のトレーニング信号（ＤＴ０、ＤＴ１、…）が付加された同図（ｄ）のフレーム構成が採られた送信信号となる。同図（ｄ）の送信信号は、変調部１０１で変調されて、同図（ｅ）の変調信号として変調信号端子７０から出力される。変調信号は、高周波部１０２で周波数変換されてＲＦ信号としてアンテナ切り換えスイッチ１０４を介して、増幅器１０３と送信アンテナＡ１０６または増幅器１０５と送信アンテナＢ１０７のいずれか一方のパスによって、電力増幅され送信アンテナから電波として送出される。
【００１５】
ここで、アンテナ切り換えスイッチ１０４のアンテナ切り換えは、次のようにして行われる。いま、データ伝送のための電波発射は、送信アンテナＢ１０７から行われているものとする。前述したように、図７の角度θの符号が変わって絶対値が所定値φ以上となったときに、図示していないがアンテナ切り換え指令発生手段から切り換え指令信号端子１１４を介して、図５（ｈ）の切り換え指令信号Ａｃがアンテナ切り換え回路１１３に供給される。また、同図（ｆ）の前記フレームパルスＦｐもアンテナ切り換え回路１１３に供給される。そして、ここで同図（ｇ）のアンテナ切り換え信号ＡｓがフレームパルスＦｐに同期して時刻ｔ０で発生して、フレームの先頭のみでアンテナ切り換えが行われて、データ伝送を担う電波発射が増幅器１０３を介して送信アンテナＡ１０６から行われる。
【００１６】
次に、データ伝送を担う電波が二つの送信アンテナを前述のような角度θの条件によって選択されて送出されるようにフレームに同期してアンテナ切り換えで送出された電波を受ける、受信側おける自動等化処理によるデータ誤りを抑えたデータ再生による方法について述べる。ここでは、図２の復調部のブロック、図８の受信側の構成ブロック図、および図１１の復調部１１１の自動等化処理のタイミング図により説明する。ただし、この図２は、後述する本発明の第一の実施例の復調ブロック図でもある。
【００１７】
送信側の図６の構成で図５のタイミングにより、送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）のいずれか一方から、図５（ｄ）の送信信号の同図（ｅ）の変調信号がＲＦ信号に変換されて送出された電波が、図８の受信側の受信アンテナＣ１０８で受信される。
【００１８】
受信電波は受信高調波部１１０で周波数変換された受信変調信号として、受信変調信号端子１１５より出力されて後段の復調部１１１へ供給される。ここで、ＡＧＣ処理、復調処理、自動等化処理、そして識別処理が施されて再生されたデータとして受信データ端子１１２から出力される。
【００１９】
以下、自動等化処理が行われる復調部１１１の動作説明をする。
この自動等化処理には、データ再生用の自動等化器と等化トレーニング用の自動等化処理部が設けられている。トレーニング信号が受信された時、それを逐次一旦メモリに格納した上で所定のタイミングで逐次読出して、受信側で発生される基準トレーニング信号とにより、等化トレーニング用の自動等化処理部を用いて伝送路の等化特性を設定するタップ係数の更新処理を行う。このタップ係数の更新結果をデータ再生用の自動等化器に逐次設定することにより、データ信号の再生に必要な伝送路の等化特性を設定するタップ係数を更新する。
【００２０】
図２において、受信信号を伝送路特性に等化するタップ係数の更新処理を行い、更新されたタップ係数をデータ再生用の自動等化器９へ設定する機能を有する、等化トレーニング用の自動等化器２３、タップ係数更新器１３、トレーニング信号発生回路１４、および加算器１６Ａ、１６Ｂから成る部分を、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２と称している。また、ＡＧＣ機能を実現する、ＡＧＣ２、Ａ／Ｄコンバータ３、受信電力計算器４、およびゲイン設定器２Ａから成る部分を、ＡＧＣ処理部２０１と称している。
【００２１】
図１１においては、同図の（ａ）に示してある受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）のトレーニング信号ＤＴとデータ信号ＤＡに番号０、１、２、……、が付してあり、これに対応して同図の（ｆ）のトレーニング信号ＤＴとデータ信号ＤＡにも番号０、１、２、……、が付してあり、同図の（ａ）と（ｆ）で、同じ番号の信号が対応していることを表している。
【００２２】
図１１（ａ）は、送信側から時間長ｔｔの期間Ｘでトレーニング信号ＤＴ１とこれに続いて時間長ｔｄの期間Ｙでデータ信号ＤＡ１とから成るフレームが連続して送信されて、受信側で受信されるていることを示している。
【００２３】
図２の復調部１１１では、まず受信された搬送波周波数ｆの変調波信号は、アナログＢＰＦ１に入力され、ここで帯域制限された上でＡＧＣ２により、受信されたときのレベルにかかわらず、一定のレベルにされてからＡ／Ｄコンバータ（アナログ−ディジタル変換器）３に入力され、ディジタル化されて受信電力計算器４と乗算器５Ａ、５Ｂに供給される。
【００２４】
そして、ＡＧＣ２は、受信電力計算器４でＡ／Ｄコンバータ３から出力されるディジタル信号に基づいて受信された電力が計算されて、受信電力計算器４の入力信号レベルが一定になるようにゲインが設定されるゲイン設定器２Ａを経て制御される。
【００２５】
乗算器５Ａ、５Ｂに入力されたディジタル信号は、ここで正弦波発生器７から供給されている周波数ｆの搬送波信号とそれぞれに乗算され、同相成分（Ｉ成分）Ｉｍと直交成分（Ｑ成分）Ｑｍの信号が取り出される。
【００２６】
このとき、乗算器５Ａには正弦波発生器７から直接搬送波信号が供給されるが、乗算器５Ｂには位相シフト器６を介してπ／２位相シフトされた搬送波信号が供給されて、直交復調される。
【００２７】
ここで、乗算器５Ａに入力される正弦波信号は、ｃｏｓ（ωｔ）として表わし、乗算器５Ｂに入力される正弦波信号は、ｓｉｎ（ωｔ）として表わす。なお、ω＝２πｆである。
【００２８】
乗算器５Ａ、５Ｂから出力された同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）の信号Ｉｍ、Ｑｍは、それぞれにロールオフフィルタ８Ａ、８Ｂにより波形整形され、図１１（ａ）の受信信号Ｉｒ、Ｑｒとして取り出される。
【００２９】
受信信号Ｉｒ、Ｑｒは遅延回路２７Ａ、２７Ｂに供給される。ここにおいて、それぞれに所定の遅延時間τが与えられて、図１１（ｆ）の受信信号（ＩｒＤ、ＩｒＱ）としてデータ再生用の自動等化器９へ入力される。ここで、この所定の遅延時間τは、１フレーム分のデータの伝送に要する時間、つまりトレーニング信号ＤＴ（伝送時間ｔｔ）とデータ信号ＤＡ（伝送時間ｔｄ）の１回分の伝送時間、すなわちτ＝ｔｔ＋ｔｄ 時間に設定してある。
【００３０】
そして、データ再生用の自動等化器９により等化されたデータ信号（Ｉａ、Ｑａ） が識別器１０に入力されて、ここで送信側で送った送信点を識別する。この識別結果がデータ信号（Ｉｄ、Ｑｄ） として出力され、これらがＰ／Ｓ変換器１１により直列信号に変換されて、再生された受信データが得られることになる。
【００３１】
以上が、アナログＢＰＦ１から遅延回路２７Ａ、２７Ｂ、データ再生用の自動等化器９、Ｐ／Ｓ変換器１１までの構成の動作である。
【００３２】
また、前記のように、図１１（ａ）の受信信号であるＩ成分とＱ成分とから成る受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）は、１フレーム分の遅延が施され、図１１（ｆ）に示す受信信号（ＩｒＤ、ＱｒＤ）として、データ再生用の自動等化器９へ供給される。同時に、期間Ｘのトレーニング信号ＤＴ１に対する信号（Ｉｒ、Ｑｒ）は、期間Ｘでトレーニング信号同期検出器１２から発生させられる信号Ｓ１によってスイッチ回路２０Ａ、２０Ｂが閉じられることで、同図（ｂ）に示すように逐次一旦メモリ２１、２２に格納される
次に、メモリに格納されたトレーニング信号ＤＴ１の信号Ｉｒ’、Ｑｒ’が、図１１（ｂ１）に示すように所定のタイミングで読み出されて、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２へ供給される。この信号Ｉｒ’、Ｑｒ’は、等化トレーニング用の自動等化器２３で等化処理された等化信号（Ｉａ’、Ｑａ’）となる。この等化信号（Ｉａ’、Ｑａ’）とタップ係数更新処理の参照信号となるトレーニング発生回路１４で発生される基準トレーニング信号（Ｉｔ、Ｑｔ）との間の差を加算器１６Ａ、１６Ｂで得る。ここで得られた等化誤差信号Ｅ（Ｅｉ、Ｅｑ）により、タップ係数更新器１３で伝送路の等化特性のタップ係数更新処理が施される。なお、このタップ係数更新アルゴリズムの詳細については、例えば次のような文献に開示されているので省略する。
【００３３】
電子通信学会編、 宮川 洋 他著
『デジタル信号処理』
昭和５０年１１月、ｐｐ２３１〜２４３
図１１（ｃ）に示すように、このタップ係数更新処理は、トレーニング信号ＤＴ１に対して期間ｔｓで行われ、更新されたタップ係数Ｃｔ１が得られる。次の期間Ｘでは、受信されるトレーニング信号ＤＴ２の受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）がメモリ２１、２２に格納され、次のデータ信号ＤＡ２を等化するためのタップ係数の更新処理に備える。
【００３４】
タップ係数更新処理で更新されたタップ係数Ｃｔ１は、データ信号ＤＡ２の期間Ｙの開始直前にトレーニング信号同期検出器１２から発生させられる信号Ｓ２によってスイッチ回路２５が閉じられることで、データ再生用の自動等化器９に設定される。このタップ係数Ｃｔ１に基づきデータ再生用の自動等化器９により、図１１（ｆ）で示されているデータ信号ＤＡ１の信号ＩｒＤ、ＱｒＤは等化された後に識別される。その後、Ｐ／Ｓ変換器１１で送信側から送信されたデータ信号ＤＡ１のシリアルデータとして再生され、受信データ端子１１２から出力される。この時はデータ信号の期間Ｙであり、この期間中はトレーニング信号同期検出器１２から発生させられる信号Ｓ１によってスイッチ回路２４Ａ、２４Ｂが閉じられて、後段の識別１０へ供給されるようになっている。
【００３５】
以下同様に、周期的に挿入された受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）のトレーニング信号ＤＴ２、ＤＴ３、…、とタップ係数更新処理の参照信号であるトレーニング信号発生回路１４で発生される基準トレーニング信号（Ｉｔ、Ｑｔ）とを元に、等化トレーニング信号用の自動等処理部２０２によりタップ係数更新処理で得られたタップ係数Ｃｔ２、Ｃｔ３、…、がデータ再生用の自動等化器９に所定のタイミングで設定されて、データ信号ＤＡ２、ＤＡ３、…、が等化されてデータ誤りが抑えられた受信データが再生されることになる。
【００３６】
ところが、前述したように、送信側においては実際にはアンテナ切り換えスイッチ１０４から送信アンテナＡ１０６あるいは送信アンテナＢ１０７を経て電波を送出するまでの回路、送信アンテナ、ケーブル長などによる信号のレベル差があって、アンテナ切り換えによる送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）間に生じる送信信号レベル差の他に、データ誤りを引き起こす要因がある。それは、このアンテナ切り換え時の送信信号レベル差に伝送路の雑音や復調部１１１で施される伝送路特性への自動等化処理の等化誤差の影響が加わることによるものである。また、この送信信号のレベル差が大きかったりするものである。このような受信信号の条件では、復調部１１１の識別器１０での信号の識別余裕が少なくなり、データ誤りが発生する。
【００３７】
多値振幅変調方式の場合には、特に多値数が多ければ多いほど振幅に対する識別余裕が非常に少なくなる。例えば、図９に６４ＱＡＭ（直交振幅変調）方式の信号コンスタレーションを示す。図２の識別器１０では、受信信号の信号位置（図９中の黒い点）に対して点線で示したような識別境界を設け、伝送路での雑音の影響、等化誤差、および受信信号レベル変動などがあっても、この識別境界を越えなければ正しく識別して受信データを再生することができる。
【００３８】
しかし、例として、受信信号レベルが約１ｄＢ急変して下がった場合の信号コンスタレーションを図１０に示す。受信信号の信号位置（同図中の黒い点）の振幅が小さくなって原点に寄り、識別境界エリア（点線で包囲されているエリア）の中心の基準点から外れる。そのため、識別境界との余裕が少なくなり、伝送路の雑音、等化誤差、および受信信号レベル変動などがあると、識別境界を越えてしまい、正しくデータが再生できずに、受信データが誤ることになる。さらに、前述のようにアンテナ切り換え時に発生する受信信号レベルの急変が大きい場合には、その要因だけで識別境界を越えてしまい、受信データが誤ってしまうことになる。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、データ伝送を担う電波発射を複数の送信アンテナの切り換えで発生する、切り換え前後の送信アンテナ間の受信信号レベル差があっても、受信側でデータ誤りの発生を抑えて、連続して高信頼性のある受信データを再生することを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、送信側における、トレーニング信号とデータ信号とから成るフレームに同期したフレームパルスを出力し、このフレームパルスに同期させて送信アンテナの切り換えを行って電波を送出するという方法に対して、受信側における前述した従来技術の自動等化処理によるデータ誤りを抑えるというデータ再生の方法に、以下のような方法を加えるようにしたものである。その方法には、二つある。
【００４１】
第一の方法は、復調部１１１の機能のひとつで、受信信号レベルを一定にするＡＧＣ２の時定数を本来設計したよりも長い時定数とする。たとえば、自動等化処理におけるタップ係数の更新設定の周期よりも長くする。具体的には、数フレーム長以上としたり、フレームの開始時点と終了時点との間の時間経過に伴う自動等化処理へ入力される受信信号レベル変動を無視し得るような小さな値、たとえば０．５ｄＢ以下に抑えるような時定数とすることが挙げられる。このようにすると、送信アンテナの切り換え時に発生する、当該受信フレームの開始時点と終了時点との識別器１０における受信信号レベルの変動は少なくなる。すなわち、送信アンテナの切り換え時に発生した大きな受信信号レベル差を受けてはいるが、当該受信フレームの開始と終了の時点間の受信信号レベルの変動が少ない当該受信フレームのトレーニング信号およびデータ信号が自動等化処理の対象信号となる。このような受信フレームのトレーニング信号に基づき、自動等化処理部２０２で伝送路特性に等化したタップ係数が決定される。そして、当該受信フレームの終了時点まで受信信号レベルの変動が少ない信号条件により、受信フレーム信号に対して前記タップ係数が設定された自動等化器９で自動等化処理が施されるようになる。
【００４２】
このように、ＡＧＣ２と伝送路特性への自動等化処理を施す等化トレーニング用の自動等化処理部２０２およびデータ再生用の自動等化器９との連動により、送信アンテナ切り換え時に発生する受信信号レベル差が抑えられて、受信信号の自動等化処理の出力信号のレベル変動も小さく抑えられるようになって、識別余裕の確保ができるようになり、送信アンテナの切り換え時に発生する再生データの誤りを極力抑えるというものである。
【００４３】
第二の方法は、受信フレーム毎に計算された受信電力に合わせてＡＧＣ２の設定ゲインを当該受信フレーム期間中は一定としたものである。これは、伝送データはトレーニング信号とデータ信号とから成るフレーム構造になっていることを利用して、１フレーム間の受信電力を計算し、しかもフレームの先頭にあるトレーニング信号の先頭受信時点でのみ、計算した受信電力に合わせてＡＧＣの一定のゲイン設定を行うというものである。それ以外のときには、ＡＧＣのゲイン設定を行なわないようにする。その設定ゲインでＡＧＣ処理された受信フレーム信号に対して、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２で伝送路特性への等化のためのタップ係数の更新処理を行って得たタップ係数に基づき、データ再生用の自動等化器９で自動等化処理を施す。
【００４４】
このようにすることで、送信アンテナの切り換え時に発生した大きな受信信号レベル差であてっも、受信フレーム毎に一定のＡＧＣゲインが設定されてＡＧＣ処理が施されるようになる。そして、当該受信フレームのトレーニング信号に基づき更新されたタップ係数で受信フレーム信号の自動等化処理が最適に施されるようになる。したがって、自動等化処理の出力信号には送信アンテナの切り換え時の受信信号レベル差に全く影響を受けないようになって、識別余裕が確保できるようになるので再生データの誤りを極力抑えられるようになる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
最初に、第一の本発明の実施形態である、ＡＧＣの時定数を相当に長くする方法を図１と図２で説明する。当該ＡＧＣは、図２中の符号が２のものである。ＡＧＣ２の時定数は、本来設計した時定数よりも長い時定数に設定されているものとする。その時定数は、たとえば数フレームの時間長以上、あるいは自動等化処理部２０２のタップ係数の更新設定の周期より長いものとする。
【００４６】
さて、送信側からの伝送データは、前述した図６の構成で図５のタイミングでトレーニング信号（ＤＴ０、ＤＴ１、…）とデータ信号（ＤＡ０、ＤＡ１、…）から成るフレーム構造が採られた信号として変調されてＲＦ信号へ変換される。ＲＦ信号は、図５（ｆ）のフレームパルスＦｐに同期してアンテナ切り換えスイッチ１０４が切り換えられて、増幅器１０３、１０５または送信アンテナＡ、Ｂ（１０６、１０７）のいずれか一方の送信アンテナを介して電波として送出される。
【００４７】
ここで、図１に送信側のアンテナ切り換えによって受信側の受信信号レベルが急変して大きくなった例を示す。アンテナ切り換えはアンテナ切り換えスイッチ１０４で送信フレームの先頭に同期して行われるため、受信側では受信信号レベルは図１に示すように、時刻ｔ０でステップ状に急変する。この時刻ｔ０の受信レベルの大きな急変は、前述した図５のタイミング図で示されているように、ヘリコプター１０９の飛行方向Ｄと受信アンテナＣ１０８とのなす角度θの符号が変わってなおかつ絶対値が所定値φ以上となって、切り換え指令信号Ａｃが発生してアンテナ切り換えスイッチ１０４が切り換えられたことによるものである。
【００４８】
この急変に対して、ＡＧＣ２は出力信号レベルが一定となるように動作するために、時刻ｔ０から図１（ｃ）のようにＡＧＣ２のゲインが下がるに伴って、同図（ｄ）のＡＧＣ２の出力信号レベルも下がる。このような出力信号レベルの制御は、ＡＧＣ処理部２０１において、同図（ｄ）のＡＧＣ２の出力信号レベルを有する受信信号がＡ／Ｄコンバータ３でデジタル信号に変換され、受信電力計算器４で受信電力が求められて、受信電力計算器４の入力信号レベルが一定になるように、ゲイン設定器２Ａを経てＡＧＣ２が制御される、というＡＧＣ機能で実現される。
【００４９】
受信信号が変調波であるため、瞬時、瞬時の振幅が一定ではなく、特に多値振幅変調方式の変調信号では、相当振幅が変化する。したがって、ＡＧＣ２の時定数をある程度長くすることにより、それらの影響を受けないようにする。さらに、伝送路でのレベル変動などを考慮した時定数に設定してあり、通常は指数関数に基づいてゲインが変更されるようにしてＡＧＣ２の出力信号が一定のレベルになるようにする。
【００５０】
このために、ＡＧＣ２の出力信号レベルは、図１（ｄ）に示すように急変した時刻ｔ０から時間経過と共に指数関数的なレベル推移をして、徐々に急変前のレベルに到達していくことになる。
【００５１】
図１（ｄ）に示すような受信信号レベルが変化したＡＧＣ２の出力の受信信号は、復調処理されて波形整形された信号となって同図（ｅ）の受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）として生成される。そして、この受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）は、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２およびデータ再生用の自動化等化器９によって自動等化処理が施される。
【００５２】
伝送データの信号には、図１（ａ）で示すように、送信側のアンテナ切り換え時に発生するレベル差の他に、信号伝搬中で様々な信号歪みが加わり、再生データの誤りの要因となる。これらの要因を除去して、データ誤りを抑えて信頼性のある再生データを得るために、受信信号を伝送路特性に等化させる自動等化処理が施される。
【００５３】
自動等化処理は、ＡＧＣ処理部２０１の後段にある、データ再生用の自動等化器９と等化トレーニング用の自動等化処理部２０２で行われ、その動作は前述しているのでここでは省略する。
【００５４】
等化トレーニング用の自動等化器２３およびデータ再生用の自動等化器９には、図１（ｄ）のＡＧＣ２の出力信号レベルとなっている同図（ｅ）のトレーニング信号（ＤＴ０、ＤＴ１、…）とデータ信号（ＤＡ０、ＤＡ１、…）とから成るフレームの受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）が入力されることになる。ただし、データ再生用の自動等化器９には、遅延回路２７Ａ、２７Ｂによって１フレーム長の遅延が施された同図（ｇ）のトレーニング信号（ＤＴ０、ＤＴ１、…）とデータ信号（ＤＡ０、ＤＡ１、…）とから成るフレームの受信信号（ＩｒＤ、ＱｒＤ）が供給される。一方、等化トレーニング用の自動等化器２３には、前記トレーニング信号（ＤＴ０、ＤＴ１、…）が、スイッチ回路２０Ａ、２０Ｂを介して、同図（ｈ）のようにメモリ２１、２２に一旦取り込まれて所定のタイミングで読み出されて供給される。
【００５５】
等化トレーニング用の自動等化処理部２０２は、伝送路特性に対して等化するように動作するので、トレーニング信号のレベルも当然等化して補正される。つまり、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２は、時刻ｔ０以降において、高いレベルのトレーニング信号が入力されれば、図１（ｉ）のタップ係数更新処理でタップ係数の更新で等化のゲインを下げて、等化トレーニング用の自動等化器２３の出力信号（Ｉａ’、Ｑａ’）が所望信号レベルとなるようにする。一方のトレーニング信号以外のデータ信号ではタップ係数更新処理を行なわず、当該受信信号のトレーニング信号で設定されたタップ係数に基づき、データ信号はデータ再生用の自動等化器９で自動等化処理されて信号（Ｉａ、Ｑａ）が出力される。
【００５６】
ところが、ＡＧＣ処理部２０１は、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２およびデータ再生用の自動等化器９とは独立して動作している。このため、データ信号ＤＡ０、ＤＡ１、…に対して、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２、データ再生用の自動等化器９の等化のゲインは変更されないが、ＡＧＣ処理部２０１はＡＧＣ動作して出力信号レベルを変更しようとする。
【００５７】
一方、図１の時刻ｔ０のレベル急変直後のトレーニング信号ＤＴ１に基づき、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２およびデータ再生用の自動等化器９のタップ係数は、更新がなされて等化のゲインが決定されている。しかし、ＡＧＣ処理部２０１は継続して動作している。このことにより、自動等化器９、２３の出力信号レベルには、図１（ｄ）のように時刻ｔ０のフレーム先頭とｔ１のフレーム後尾との経過時間によりＡＧＣ処理部２０１でゲインを下げる分低くなった信号レベル差ΔＬ１と同様な信号レベル差が、同図（ｋ）にも生じることになる。この低下分の信号レベル差ΔＬ１が識別器１０での識別境界を越えるほどとなると、再生データが誤ってしまうことになる。
【００５８】
よって、この信号レベル差ΔＬ１、ΔＬ２、…が零であればデータ誤りは発生しないが、これを零にするということは、ＡＧＣ２の時定数を無限大にすることに相当する。つまり、ＡＧＣ２を動作させないことと同じことになる。これでは、本来のＡＧＣ機能を成さなくなるので、信号レベル差ΔＬ１、ΔＬ２、…をなるべく小さくするようにする。ほとんど無視できるような値、例えば、信号レベル差ΔＬ１、ΔＬ２、…≦０．５ｄＢ以下になるようにＡＧＣ２の時定数を長くすれば、データ誤りを発生するのを極力抑えることが可能となる。信号レベル差ΔＬ１、ΔＬ２、…が小さくなればなるほど、識別器１０の識別の余裕度を増やすことができる。したがって、受信信号レベルが急変しても識別境界を越えることなく、識別器１０により適切な識別処理が行われてＰ／Ｓ変換器１１を介して、データ誤りが抑えられた再生データが受信データ端子１１２より出力される。
【００５９】
ＡＧＣ２の時定数の算出は、ＡＧＣ２のゲインが指数関数に基づいて時間推移するので、１フレーム時間長のゲイン変化分を０．５ｄＢ以下として逆算で行うことができる。
【００６０】
図１中の時刻ｔ１の２番目以降のトレーニング信号ＤＴ２、ＤＴ３、…により、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２およびデータ再生用の自動等化器９で更新設定されるタップ係数における等化のゲインは、ＡＧＣ処理部２０１が１フレーム分動作してゲイン補正されるので、同図（ｊ）に示すように１番目より少なくなる。また、１番目と同様に２番目の受信信号のフレーム（ＤＴ２、ＤＡ２）の終了時点でのＡＧＣゲインの指数関数に基づく時間推移による低下分の信号レベル差ΔＬ２が発生する。しかし、これは１番目の受信信号のフレーム（ＤＴ１、ＤＡ１）の終了時点での信号レベル差ΔＬ１より小さくなる。以下、同様にＮ番目の受信信号のフレーム（ＤＴＮ、ＤＡＮ）に対する信号レベル差ΔＬＮはＮ―１番目のそれより小さくなっていくことになる。
【００６１】
ＡＧＣ２の時定数は、１番目の信号レベル差ΔＬ１から求めてシステム稼働前に設定するようにすればよい。
【００６２】
本発明においては、ＡＧＣ処理の時定数を本来の設計値よりも長くすることになるが、これは自動等化処理との組み合わせを考慮しないで決めた時定数である。本発明のように、自動等化処理との関連を考慮してＡＧＣ処理の時定数を決めれば、単純にＡＧＣの時定数を長くした場合のみとは異なる。自動等化処理の出力での観点では、ＡＧＣ処理と自動等化処理とのトータルの時定数であり、全体として時定数が長くなったわけではない。
【００６３】
次に、第二の本発明の実施形態について説明する。
これは、受信信号のフレーム毎に計算された受信電力に合わせてＡＧＣ２のゲイン設定を受信信号のフレームに同期させて行い、当該受信信号のフレーム期間中は一定のゲインとしたものである。
【００６４】
前述した第一の本発明の実施形態と同様に、送信側のアンテナ切り換えによって受信側の受信信号レベルが急変して大きくなった例で、図３と図４で説明する。図４は、第二の本発明の実施形態を実現する復調部１１１を構成例を示している。図３は、そのタイミング図で、時刻ｔ０で受信信号レベルがステップ状に高くなった場合である。
【００６５】
図４の復調部１１１の構成においては、第一の本発明の実施形態の復調部１１１の構成を示す図２と同符号のものは同一機能を有するため、ここではその説明は省略する。ただし、図４の符号１７は、図２のトレーニング信号同期検出器１２の機能にさらに受信信号のフレームの先頭に同期してＡＧＣ２にゲインを設定するタイミング信号として、ゲイン設定器２Ａに供給するタイミング信号Ｓ４を供給するトレーニング信号同期検出器である。
【００６６】
ＡＧＣ処理部２０１の動作は、受信信号の１フレーム分の受信電力を計算し、次のフレームのトレーニング信号の先頭でのみ、当該受信電力に合わせたゲイン設定を行うようにする。すなわち、受信電力計算器４で１フレーム分の受信電力が計算された値からゲインをゲイン設定部２Ａを介してＡＧＣ２のゲインを制御するる。しかし、トレーニング信号同期検出器１７からの受信信号のフレームに同期したタイミング信号Ｓ４により、受信信号のフレームのトレーニング信号の先頭でＡＧＣ２のゲインが設定される。受信フレームのデータ信号の部分では、ゲインは変更されない。
【００６７】
図３（ａ）のように、受信信号レベルがステップ状に高くなった場合、これは送信側でフレームの先頭に同期してアンテナ切り換えを行ったので、受信側においてもレベルが変化するのは、フレームの先頭である。ＡＧＣ処理部２０１の動作は前述のような動作をするので、受信信号レベルが変わったフレーム（信号ＤＴ１、ＤＡ１から成る）の時刻ｔ０〜ｔ１の間では、まだＡＧＣ２のゲインは変更されない。その１フレーム分の受信信号レベルを計算して次のフレームのトレーニング信号ＤＴ２の先頭である時刻ｔ１で、同図（ｄ）のようにＡＧＣ２のゲインが変更される。
【００６８】
この場合、瞬時、瞬時ではなく１フレーム長の受信電力を計算しているので、ＡＧＣ２のゲインは受信信号レベルに合った設定となる。したがって、ＡＧＣ２の出力信号レベルは、図３（ｅ）のように、時刻ｔ０〜ｔ１までの１フレームの間は上がり、時刻ｔ１以降のフレームの時間帯では、受信信号レベルに合ったゲインが設定されて一定のレベルとなる。
【００６９】
図３（ｅ）に示すような受信信号レベルが変化したＡＧＣ２の出力の受信信号は、復調処理されて波形整形された信号となって、同図（ｆ）の受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）として生成される。そして、この受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）は、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２およびデータ再生用の自動化等化器９によって自動等化処理が施される。
【００７０】
等化トレーニング用の自動等化処理部２０２では、受信信号レベルが変動した直後のトレーニング信号ＤＴ１が一旦メモリ２１、２２に取り込まれて所定のタイミングで読み込んでタップ係数更新処理を行なう。これより、図３（ｇ）のように、トレーニング信号ＤＴ１のレベルは高いままで入力されるので、等化トレーニング用の自動等化処理２０２のタップ係数の更新設定により、同図３（ｋ）に示すように自動等化器９の等化のゲインは下げられる。そして、同図（ｌ）のようにデータ再生用の自動等化器９の出力信号（Ｉａ、Ｑａ）のレベルが一定のままになるようになる。
【００７１】
図３（ｂ）に示す、２番目の受信信号のフレーム（信号ＤＴ２とＤＡ２とから成る）に対しては、受信電力計算器４は１番目の受信信号のフレーム（信号ＤＴ１とＤＡ１とから成る）の受信電力計算から受信信号レベルが高いという判断の下に、ＡＧＣ２のゲインを下げるゲイン設定をゲイン設定器２Ａに対して行う。そして、同図（ｄ）に示すように、フレームに同期したタイミング信号Ｓ４により２番目の受信信号のフレームの先頭に当たる時刻ｔ１でこのゲインがＡＧＣ２に設定されてゲインが下げられて、２番目の受信信号のフレームへのＡＧＣ処理が施される。これにより、同図（ｂ）に示すように、２番目の受信信号のフレームにＡＧＣ処理が施されると、同図（ｅ）に示すようにＡＧＣ２の出力信号レベルは所定に戻る。次に、復調処理されて波形整形後に同図（ｆ）の受信信号（Ｉｒ、Ｑｒ）が生成される。そして、この受信信号は、遅延回路２７Ａ、２７Ｂで１フレーム分遅延が施された、同図（ｇ）に示すように信号レベルが所定となっている、同図（ｈ）のトレーニング信号ＤＴ２とデータ信号ＤＡ２から成るフレームとしてデータ再生用の自動等化器９へ供給される。
【００７２】
一方、図３（ｆ）のトレーニング信号ＤＴ２は、メモリ２１、２２を介して等化トレーニング用の自動化処理部２０２へ供給される。このトレーニング信号ＤＴ２は、適切なゲインでＡＧＣ処理が施されて所定のレベルに補正されているので、この信号ＤＴ２に基づく等化トレーニング用の自動等化処理部２０２によるタップ係数更新処理の更新設定から、データ再生用の自動等化器９の等化のゲインは、同図（ｋ）のようにゲインを一旦下げられたが所定のゲインに戻り、アンテナ切り換え前の所定レベルとなる。
【００７３】
ここで、図３（ｌ）の出力信号（Ｉａ、Ｑａ）のレベルが時間帯ｔｕ、ｔｄでそれぞれに上下している。これは、トレーニング信号ＤＴ１またはＤＴ２によるデータ再生用の自動等化器９へのタップ係数の更新設定はなされてはいるが、受信信号がデータ再生用の自動等化器９の遅延素子を順次時間シフトしながら自動等化処理が施されることによる遅延の発生によるものである。同図（ｇ）および（ｈ）が示すように、トレーニング信号ＤＴ１のレベル・アップおよびトレーニング信号ＤＴ２のレベル・ダウンのレベルを充分に等化されないために、このような信号レベルが遅延素子素数×時間シフト周期に相当する時間分に残存することになる。しかし、これは、データ信号（ＤＡ０、ＤＡ１、ＤＡ２、…）には発生しないので、再生データへの誤りを発生させる要因とはならない。
【００７４】
このように、送信アンテナ切り換えによって発生した受信信号レベルの変動に対して、その直後の１番目の受信信号のフレームの信号レベルは、等化トレーニング用の自動等化処理部２０２およびデータ再生用の自動等化器９によってトレーニング信号ＤＴ１に基づいて等化のゲインで補正される。そして、２番目以降の受信信号のフレームの信号レベルついては、ＡＧＣ処理部２０１で計算された１番目の受信信号のフレームの受信電力に基づいてＡＧＣゲインが適切に設定されてＡＧＣ処理が施されることで、データ再生用の自動等化器９の等化のゲインが所定に戻る。よって、図３（ｌ）に示すように受信信号のフレームのデータ信号においては、データ再生用の自動等化器９の出力信号（Ｉａ、Ｑａ）のレベルは、アンテナ切り換えで発生するレベル差に無関係に一定となる。
【００７５】
したがって、受信号レベルが急変しても識別境界を越えることなく、識別器１０により適切な識別処理が行われてＰ／Ｓ変換器１１を介して、データ誤りが抑えられた再生データが受信データ端子１１２より出力される。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、送信側にてフレームに同期して複数の送信アンテナの中から選択して切り換えを行ない、受信側においてはＡＧＣ処理における本来の設計値の時定数より長くして、または受信フレームに同期してＡＧＣのゲイン設定をするようにして、ＡＧＣ処理を行って受信信号のフレーム期間中のレベル変動を極力抑えて、次に自動等化処理を施すことにより、送信アンテナ切り換えによって発生する受信信号のレベル差を吸収することができて自動等化処理の出力信号レベル変動が少なくなって識別余裕が確保でき、データ誤りを抑えられた信頼性のあるデータを再生することが可能となる。
【００７７】
また、本発明の実施形態では、２個の送信アンテナの切り換えの例を挙げたが、３個以上の送信アンテナを有してそれらのアンテナを選択して切り換えながら連続したデータ伝送を行う無線データ伝送システムでも同様にデータ誤りを抑えられた信頼性のあるデータを再生することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の復調部の動作を示すタイミング図
【図２】本発明の第一の実施形態および従来技術の復調部を示すブロック図
【図３】本発明の第二の実施形態の復調部の動作を示すタイミング図
【図４】本発明の第二の実施形態の復調部を示すブロック図
【図５】送信側で送信アンテナ切り換えを行う構成の動作を示すタイミング図
【図６】送信側で送信アンテナ切り換えを行なう構成を示すブロック図
【図７】ヘリコプターに搭載された２個の送信アンテナと地上に設置された受信アンテナの相対位置関係を示す図
【図８】受信側の構成例を示すブロック図
【図９】多値振幅変調方式（６４ＱＡＭ）の信号コンスタレーション図
【図１０】多値振幅変調方式（６４ＱＡＭ）の信号コンスタレーション図
【図１１】自動等化処理のタイミング図
【符号の説明】
１：アナログＢＰＦ、２：ＡＧＣ（自動利得制御部）、２Ａ：ゲイン設定器、３：Ａ／Ｄコンバータ（アナログ／ディジタル変換器）、４：受信電力計算器、５Ａ、５Ｂ：乗算器、６：位相シフト器、７：正弦波発振器、８Ａ、８Ｂ：ロールオフフィルタ、９、２３：自動等化器、１０：識別器、１１：Ｐ／Ｓ変換器（並列／直列変換器）、１２、１７：トレーニング信号同期検出器、１３：タップ係数更新器、１４：トレーニング信号発生回路、１６Ａ、１６Ｂ：加算器、２１、２２：メモリ、２０Ａ、２０Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ、２５：スイッチ回路、２６：反転回路、２７Ａ、２７Ｂ：遅延回路、２８：選択回路、２９：トレーニングパターン信号発生器、３０：カウンタ回路、３２：マッピング回路、３３：スイッチ制御回路、５１：送信データ端子、７１：フレームパルス端子、１０１：変調部、１０２：高周波部、１０３、１０５：増幅器、１０４：アンテナ切換スイッチ、１０６、１０７：送信アンテナ、１０８：受信アンテナ、１０９：ヘリコプター、１１０：受信高周波部、１１１：復調部、１１２：受信データ端子、１１３：アンテナ切り換え回路、１１４：切り換え指令信号端子、１１５：受信変調信号端子、２０１：ＡＧＣ処理部、２０２：等化トレーニング用の自動等化処理部

Claims (6)

1. 送信側には複数のアンテナを有し、自動等化処理用のトレーニング信号とデータ信号とでフレーム構造を成す信号のフレーム先頭に同期したタイミングで前記アンテナを選択し切り換えて前記信号を伝送路に送出し、受信側ではデータ再生用の自動等化器と等化トレーニング用の自動等化器とを設け、受信した前記信号をＡＧＣ処理で所定の信号レベルとした後に復調処理した受信信号を前記等化トレーニング用の自動等化器を用いて等化特性を更新する処理を実行し、この更新結果を前記データ再生用の自動等化器に逐次設定することにより前記データ信号の復調に必要な等化特性が更新されて行くように構成した自動等化処理により前記伝送路の特性に等化して前記信号を再生するデータ再生方法において、受信した前記信号を、前記ＡＧＣ処理の時定数が前記自動等化処理のタップ係数の更新設定の周期より長く設定されたＡＧＣ処理をした後に前記復調処理した受信信号に前記自動等化処理を施して、前記アンテナの切り換え時に発生する受信した前記信号のレベルの急変を前記自動等化処理で等化することにより、前記自動等化処理の出力信号のレベル変動を小さくすることを特徴とするデータ再生方法。
2. 請求項１記載のデータ再生方法において、受信した前記信号を、前記ＡＧＣ処理のゲイン設定が前記フレームに同期して前記フレームの先頭のみで行われるＡＧＣ処理をした後に前記復調処理した受信信号を前記自動等化処理を施して、前記アンテナの切り換え時に発生する受信した前記信号のレベルの急変を前記自動等化処理で等化することにより、前記自動等化処理の出力信号のレベル変動をなくすことを特徴とするデータ再生方法。
3. 請求項２記載のデータ再生方法において、前記ＡＧＣ処理のゲイン設定を前記受信信号の各フレーム毎に行って、次のフレームの受信があるまで、前記ゲインの値を一定にすることを特徴とするデータ再生方法。
4. 送信側には複数のアンテナを有し、自動等化処理用のトレーニング信号とデータ信号とでフレーム構造を成す信号のフレーム先頭に同期したタイミングで前記アンテナを選択し切り換えて前記信号を伝送路に送出し、受信側ではデータ再生用の自動等化器と等化トレーニング用の自動等化器とを設け、受信した前記信号をＡＧＣ処理手段で所定の信号レベルとした後に復調処理手段で復調処理した受信信号を前記等化トレーニング用の自動等化器を用いて等化特性を更新する処理を実行し、この更新結果を前記データ再生用の自動等化器に逐次設定することにより前記データ信号の復調に必要な等化特性が更新されて行くように構成した自動等化処理手段により前記伝送路の特性に等化して前記信号を再生するデータ再生器において、前記ＡＧＣ処理手段の時定数が前記自動等化処理のタップ係数の更新設定の周期より長く設定されたＡＧＣ処理手段から構成されることを特徴とするデータ再生器。
5. 請求項４記載のデータ再生器において、前記ＡＧＣ処理手段へのゲイン設定が前記自動等化処理のタップ係数の更新設定に同期して前記フレームの先頭のみで行われるＡＧＣ処理手段から構成されることを特徴とするデータ再生器。
6. 請求項４記載のデータ再生器において、前記ＡＧＣ処理手段へのゲイン設定が前記受信信号の各フレーム毎に行われ、次のフレームの受信があるまで、前記ゲインの値を一定にするＡＧＣ処理手段から構成されることを特徴とするデータ再生器。

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