JP3801513B2

JP3801513B2 - 受信方法及び装置

Info

Publication number: JP3801513B2
Application number: JP2002025083A
Authority: JP
Inventors: 俊和芝田
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003229795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線放送システムにおける受信方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線放送システムの音声信号の質を向上させるための受信方法として、スペースダイバシティ方式が一般に知られている。この方法は、空間的に異なる位置にアンテナを複数配置し、その信号を合成または切り換えるものである。図４はスペースダイバシティ方式を利用した受信装置の一例を示している。
【０００３】
図４（ａ）の受信装置１１は、２つの受信部１２ａ、ｂと、制御部１３と、スイッチ１４とから構成される。ここで、受信部１２とは、信号の周波数変換及び復調を行う。この受信装置１１では、受信部１２がアンテナ１５の数だけ設けられ、受信部１２ａ、ｂの各々にアンテナ１５ａ、ｂが接続される。２つの受信部１２ａ、ｂのいずれかと、受信装置の外部に設けられたスピーカ１６とは、受信部１２とスピーカ１６との間に設けられたスイッチ１４の切り換えにより接続される。制御部１３は、各々の受信部１２が受信した信号の状態を判断する。そして、スイッチ１４を制御しより良好な受信状態と判断された受信部１２とスピーカ１６とを接続する。従って、質の高い音声信号をスピーカ１６に出力することが可能である。この方式は、一般にトゥルーダイバシティ方式と呼ばれる。
【０００４】
図４（ｂ）の受信装置２１は、受信部２２と、制御部２３と、スイッチ２４とから構成される。この受信装置２１では、受信部２２と、２つのアンテナ２５ａ、ｂとの間にスイッチ２４が設けられている。受信部２２は、アンテナ２５ａ、ｂの受信する高周波信号の強度を所定時間間隔で検出し、制御部２３に通知する。制御部２３は、通知された強度を監視し、強度が下がった場合は他方のアンテナへスイッチ２４を切り換える。この方法では、高価な受信部をアンテナ２５の数だけ用意する必要がなく、コスト的に優れている。この方式は、一般にアンテナダイバシティ方式と呼ばれる。
【０００５】
図４（ｃ）の受信装置３１は、加算器３２と、受信部３３とから構成される。加算器３２は、２つのアンテナ３４ａ、ｂからの信号を合成し、受信部３３へ入力する。この受信装置３１では、受信部３３が一つであり、スイッチの切り換えに伴うノイズや音声信号の途切れが発生することがない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４（ａ）の受信装置１１では、高価な受信部１２を複数設ける必要があり、コスト面で問題がある。
また、図４（ｂ）の受信装置２１では、スイッチ２４の切り換えの際、アンテナ２５からの強度を比較していないため、切り換え後に受信部２２に入力される高周波信号の強度が切り換え前の強度よりも低いことも有り得る。この場合、逆にノイズが発生したり復調信号の途切れが発生する可能性がある。
【０００７】
さらに、図４（ｃ）の受信装置３１では、各々のアンテナ３４ａ、ｂの高周波信号の位相が逆となった場合、打ち消し合う高周波信号が合成されることになる。よって、実際には各々のアンテナ３４ａ、ｂが電波を受信しているにも関わらずデッドポイントを発生させてしまう可能性がある。
本発明は、復調信号の途切れやノイズを生じさせず、デッドポイントの発生を抑え、かつコスト的に優れた受信方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本願第１発明は、複数のアンテナそれぞれが受信した高周波信号の集まりである高周波信号群を合成して出力するための受信方法であって、前記高周波信号群の合成信号の強度の時間的変化を表す強度変化率と、前記高周波信号の位相の変化量を表す位相制御値との関係を制御テーブルに記憶する記憶ステップと、前記複数のアンテナが所定時間毎に受信した高周波信号群を合成し、合成信号を順次生成する合成ステップと、前記合成信号の強度を順次算出する強度算出ステップと、順次算出した合成信号の強度に基づいて強度変化率を順次算出する強度変化率算出ステップと、前記制御テーブルを参照し、算出された強度変化率に対応する位相制御値を順次決定する位相決定ステップと、前記位相決定ステップの後、前記複数のアンテナの一のアンテナが次に受信する高周波信号の位相を、決定された位相制御値に基づいて調整する位相調整ステップと、前記位相調整ステップにおける前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率の変化の有無を判断する判断ステップと、前記複数のアンテナそれぞれが受信する高周波信号それぞれについて、前記判断ステップにおいて強度変化率の変化が無いと判断されるまで、前記位相決定ステップ、前記位相調整ステップ及び判断ステップを繰り返す繰返ステップと、前記位相制御値に基づく前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率が増大するように、前記制御テーブルの位相制御値を更新する更新ステップと、合成された合成信号を順次復調する復調ステップと、前記復調された各合成信号を順次出力する出力ステップとを含む受信方法を提供する。
調整値Δθを更新とは、例えば記憶した調整値Δθの符号を反転させることや、記憶した調整値Δθに所定の値、例えばπ／４や−π／４を加えることが挙げられる。合成信号の強度が低下した場合に調整値Δθを更新することで、調整により合成信号の強度が大きくなるような調整値Δθを常に保つことが可能である。
【０００９】
合成信号の強度とは、合成された高周波信号の強さであり、強度変化とは、合成された高周波信号の強さの所定時間内での変化率をいう。
高周波信号を調整とは、例えば高周波信号の位相を変化させることである。
例えば、合成信号の強度の増加傾向に応じて高周波信号群のいずれかの位相を変化させて合成することで、常に高周波信号の強度が高くなるような合成が可能である。
【００１１】
高周波信号を調整することにより合成信号の強度変化が変化する高周波信号とは、高周波信号の調整により強度変化が増加傾向に転じた、あるいは減少傾向に転じた高周波信号である。この強度変化が変化した高周波信号を特定して調整することにより、調整を行っても合成信号の強度が増加しないような無駄な調整を省略することができる。
【００１２】
本願第２発明は、複数のアンテナそれぞれが受信した高周波信号の集まりである高周波信号群を合成して出力するための受信装置であって、前記高周波信号群の合成信号の強度の時間的変化を表す強度変化率と、前記高周波信号の位相の変化量を表す位相制御値との関係を制御テーブルに記憶する記憶手段と、前記複数のアンテナが所定時間毎に受信した高周波信号群を合成し、合成信号を順次生成する合成手段と、前記合成信号の強度を順次算出する強度算出手段と、順次算出した合成信号の強度に基づいて強度変化率を順次算出する強度変化率算出手段と、前記制御テーブルを参照し、算出された強度変化率に対応する位相制御値を順次決定する位相決定手段と、前記位相決定手段により位相制御値を決定した後、前記複数のアンテナの一のアンテナが次に受信する高周波信号の位相を、決定された位相制御値に基づいて調整する位相調整手段と、前記位相調整手段における前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率の変化の有無を判断する判断手段と、前記複数のアンテナそれぞれが受信する高周波信号それぞれについて、前記判断手段が強度変化率の変化が無いと判断するまで、前記位相決定手段、前記位相調整手段及び判断手段を繰り返し機能させる繰返手段と、前記位相制御値に基づく前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率が増大するように、前記制御テーブルの位相制御値を更新する更新手段と、合成された合成信号を順次復調する復調手段と、前記復調された各合成信号を順次出力する出力手段とを含む受信装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜発明の概要＞
本発明は、音源から送信された高周波信号をアンテナ群で受信し、受信した高周波信号群を合成した合成信号の強度変化に応じ、次回合成する高周波信号群の位相を調整する。これにより、デッドポイントの発生を抑えることが可能である。
【００１６】
＜第１実施形態例＞
（１）全体構成
図１は、第１実施形態例に係る受信装置１の機能構成図である。この受信装置１は、入力部ＩＮｘ（１≦ｘ≦ｎ；自然数）と、加算器ＡＤＤｙ（１≦ｙ≦ｎ−１；自然数）と、受信部１３と、制御部１４と、メモリ１５と、可変位相器ＰＨｚ（２≦ｚ≦ｎ；自然数）と、出力部１７とを有している。入力部ＩＮｘには、それぞれアンテナＡＮＴｘが接続され、アンテナＡＮＴｘが受信した高周波信号Ｓｘが入力される。加算器ＡＤＤｎ−１は、アンテナＡＮＴｎ、ＡＮＴｎ−１がそれぞれ受信した高周波信号Ｓｎ、Ｓｎ−１を合成し、合成信号ＣＳｎ−１を生成する。加算器ＡＤＤｎ−２は、ＡＮＴｎ−２の受信した高周波信号Ｓｎ−２と合成信号ＣＳｎ−１とを合成し、合成信号ＣＳｎ−２を生成する。同様に、加算器ＡＤＤｙ（１≦ｙ≦ｎ−３）は、アンテナＡＮＴｘが受信した高周波信号Ｓｘ（ｘ＝ｙ）と合成信号ＣＳｘ＋１とを合成し、合成信号Ｃｙを生成する。従って、加算器ＡＤＤ１により生成された合成信号ＣＳ１は、アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴｎが受信した高周波信号Ｓ１〜Ｓｎを合成した信号である。受信部１３は、合成信号ＣＳ１を周波数変換及び復調する。また、受信部１３は、公知のレベル検出器を有しており、合成信号ＣＳ１の強度Ｅを算出し、制御部１４に通知する。強度Ｅの算出及び通知は、一定の時間間隔Δｔ、例えば１０ｍｓｅｃ毎とすることができる。この時間間隔を例えば電波の発信源であるマイクロフォンの移動速度や高周波信号群の波長、周波数に合わせて変えても良い。
【００１７】
制御部１４は、受信部１３から順次通知される強度Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２と後述する制御テーブル１５１とに基づいて位相制御値Δθを決定し、可変位相器ＰＨｚ（２≦ｚ≦ｎ）に通知する。ここでは、最新の合成信号の強度Ｅ２と、２番目に新しい合成信号の強度Ｅ１との差ΔＥ１＝Ｅ１−Ｅ０または２番目に新しい強度Ｅ１と、３番目に新しい合成信号の強度Ｅ０との差ΔＥ０＝Ｅ１−Ｅ０の時間Δｔに対する変化率ａ０＝ΔＥ０／Δｔまたはａ１＝ΔＥ１／Δｔに基づいて、位相制御値Δθを決定する例を説明する。以下、変化率ａ０、ａ１をまとめて強度変化率といい、ａで表す。メモリ１５は、制御テーブル１５１やその他制御部１４が動作するのに必要なデータを記憶する。可変位相器ＰＨｚは、入力部ＩＮｘ（ｘ＝ｚ）に入力された高周波信号の位相を、制御部１４から通知された位相制御値Δθだけ変化させる。出力部１７は、前記合成信号をスピーカ３に出力する。
【００１８】
図２は、制御テーブル１５１に蓄積される情報の概念説明図である。このテーブルには、強度変化率ａの範囲と位相制御値Δθのデフォルト値とが対応付けて蓄積されている。
このテーブルに基づいて、制御部１５は、合成信号ＣＳ１の強度が大きくなる傾向にあればアンテナＡＮＴ２の受信した高周波信号Ｓ２の位相をそのままとし、変化しない場合は前記高周波信号Ｓ２の位相をπ／６だけ進め、小さくなる傾向にあれば前記高周波信号Ｓ２の位相をπ／６だけ遅らせる。そして、このようにアンテナＡＮＴ２の受信した高周波信号Ｓ２の位相を制御した結果、強度変化率ａが増大しなかった場合、高周波信号Ｓ２の位相制御を止め、アンテナＡＮＴ３、ＡＮＴ４、・・・、ＡＮＴｎが受信した高周波信号Ｓ３、Ｓ４、・・・Ｓｎについて、順次同様の位相制御を行い、これを繰り返す。ここで示したデフォルト値は一例に過ぎない。また、位相制御値Δθは、強度変化率ａの変化に応じて更新される。なお、位相制御値Δθの値は、高周波信号群の位相や波長、高周波信号群の発生源の移動速度などに応じ、経験的に求められる。
（２）制御部が行う処理
制御部１４は、位相制御処理を行う。位相制御処理では、合成信号ＣＳ１の強度が高くなるように各高周波信号Ｓ２、Ｓ３、・・・Ｓｎの位相を調節し、これらを合成する。また、位相制御処理では、前記位相制御処理における位相制御により実際に合成信号ＣＳ１の強度変化率ａが増大したか否かが判断され、その判断結果に応じて制御テーブル１５１の位相制御値Δθを更新する。例えば、最新の強度変化率ａ１が０〜５である場合、図２の制御テーブル１５１に基づいていずれかのアンテナＡＮＴｘが受信した高周波信号Ｓｘの位相がπ／６進められる。この結果、強度変化率ａが減少した場合、前記高周波信号Ｓｘの位相を遅らせる方が適切であったと考えられる。この場合、例えば制御テーブル１５１に蓄積されている位相制御値Δθの符号を反転させる。これにより、位相制御値Δθを状況に応じた適切な値に更新していくことが可能である。
【００１９】
図３は、制御部１４が行う位相制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、受信装置１の電源が投入されたとき開始する。
ステップＳ１０１：制御部１４は、変数ｊ＝２とし、メモリ１５に記憶する。
ステップＳ１０２：制御部１４は、受信部１３より強度が通知されたか否かを判断する。通知された場合、ステップＳ１０３へ移行する。通知されていない場合、ステップＳ１０２を繰り返す。
【００２０】
ステップＳ１０３：制御部１４は、通知された強度を、３番目に新しい合成信号の強度Ｅ０としてメモリ１５に記憶する。
ステップＳ１０４：制御部１４は、受信部１３より強度が再び通知されたか否かを判断する。通知された場合、ステップＳ１０５へ移行する。通知されていない場合、ステップＳ１０４を繰り返す。
【００２１】
ステップＳ１０６：制御部１４は、通知された強度を、２番目に新しい合成信号の強度Ｅ１としてメモリ１５に記憶する。
ステップＳ１０６：制御部１４は、記憶されたＥ０及びＥ１に基づいて、２番目に新しい強度変化率ａ０を算出しメモリ１５に記憶する。
ステップＳ１０７：制御部１４は、記憶された強度変化率ａ０と制御テーブル１５１とに基づいて可変位相器ＰＨｊの位相制御値Δθを決定し、可変位相器１６ｊに通知する。この通知を受けた可変位相器ＰＨｊは、アンテナＡＮＴｊから入力される高周波信号Ｓｊの位相θｊをΔθだけ変化させる。
【００２２】
ステップＳ１０８：制御部１４は、受信部１３より強度がさらに通知されたか否かを判断する。通知された場合、ステップＳ１０９へ移行する。通知されていない場合、ステップＳ１０８を繰り返す。
ステップＳ１０９：制御部１４は、通知された強度を最新の合成信号の強度Ｅ２としてメモリ１５に記憶する。
【００２３】
ステップＳ１１０：制御部１４は、記憶された強度Ｅ１及びＥ２に基づいて最新の強度変化率ａ１を算出しメモリ１５に記憶する。
ステップＳ１１１：制御部１４は、前述のステップＳ１０７で行われた信号Ｓｊに対する位相制御が有効であり、高周波信号Ｓｊの位相制御を続行するか、あるいは信号Ｓｊに対する位相制御が無効であり、高周波信号Ｓｊ以外の高周波信号を位相制御するか否かを判断する。即ち、制御部１４は、（２番目に新しい強度変化率ａ０）＝（最新の強度変化率ａ１）か否かを判断する。ａ０＝ａ１の場合、ステップＳ１２１へ移行する。ａ０＝ａ１でない場合、ステップＳ１１２へ移行する。
【００２４】
ステップＳ１１２：制御部１４は、（２番目に新しい強度変化率ａ０）＜（最新の強度変化率ａ１）か否かを判断する。ａ０＜ａ１の場合、ステップＳ１１４へ移行する。ａ０＜ａ１でない場合、ステップＳ１１３へ移行する。
ステップＳ１１３：制御部１４は、制御テーブル１５１の位相制御値Δθの符号を逆にしてメモリ１５に記憶する。
【００２５】
ステップＳ１１４：制御部１４は、最新の強度変化率ａ１と制御テーブル１５１とに基づいて可変位相器１６ｊの位相制御値Δθを決定し、可変位相器１６ｊに通知する。この通知を受けた可変位相器ＰＨｊは、アンテナＡＮＴｊから入力される高周波信号Ｓｊの位相θｊをΔθだけ変化させる。
ステップＳ１１５：制御部１４は、最新の強度変化率ａ１の値を２番目に新しい強度変化率ａ０とし、最新の強度Ｅ２の値を２番目に新しい強度Ｅ１としてメモリ１６に記憶し、ステップＳ１０８へ戻る。
【００２６】
ステップＳ１２１：制御部１４は、ｊ＝ｎか否かを判断する。ｊ＝ｎの場合、ステップＳ１０１へ戻る。ｊ＝ｎでない場合、ステップＳ１２３へ移行する。
ステップＳ１２２：制御部１４は、ｊをインクリメントしステップＳ１０２へ戻る。
＜その他の実施形態例＞
前記第１実施形態例の制御テーブル１５１における強度変化率ａは、合成信号の強度の時間による一次微分係数である。しかし、強度変化率ａは、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎにおける強度Ｅ０、Ｅ１、・・・Ｅｎをメモリ１５に記憶しておき、これをｎ次曲線で近似して作成した時間−強度曲線のｎ次微分係数としても良い。また、時間に対する強度の変化を指数曲線、対数曲線等その他の曲線で近似して作成した時間−強度曲線の微分係数を強度変化率ａとしても良い。例えば、ｎ＝２の場合、３点（ｔ０、Ｅ０）、（ｔ１、Ｅ１）及び（ｔ２、Ｅ２）を通る２次曲線を決定し、この曲線の時間による２次微分係数の大小に応じた位相制御値を制御テーブル１５１に設定する。即ち、強度の時間的変化を最も近似的に示す曲線を経験的に定め、その曲線で示される時間Δｔ当たりの強度変化率に基づいて制御テーブルを定めれば、さらに精度の高い信号合成を行うことが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明を用いれば、デッドポイントの発生を抑えることのできる受信装置を実現できる。また、従来のダイバシティ方式において、選択される高周波信号よりも、合成によってより強い高周波信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係る受信装置の全体構成図。
【図２】制御テーブルに蓄積される情報の概念説明図。
【図３】位相制御処理の流れを示すフローチャート。
【図４】（ａ）従来のトゥルーダイバシティ式受信装置の構成例。
（ｂ）従来のアンテナダイバシティ式受信装置の構成例。
（ｃ）従来の合成式受信装置の構成例。
【符号の説明】
１：受信装置
１１：入力部
１２：加算器
１３：受信部
１４：制御部
１５：メモリ
１５１：制御テーブル
１６：可変位相器
１７：出力部
２：アンテナ
３：スピーカ

Claims

複数のアンテナそれぞれが受信した高周波信号の集まりである高周波信号群を合成して出力するための受信方法であって、
前記高周波信号群の合成信号の強度の時間的変化を表す強度変化率と、前記高周波信号の位相の変化量を表す位相制御値との関係を制御テーブルに記憶する記憶ステップと、
前記複数のアンテナが所定時間毎に受信した高周波信号群を合成し、合成信号を順次生成する合成ステップと、
前記合成信号の強度を順次算出する強度算出ステップと、
順次算出した合成信号の強度に基づいて強度変化率を順次算出する強度変化率算出ステップと、
前記制御テーブルを参照し、算出された強度変化率に対応する位相制御値を順次決定する位相決定ステップと、
前記位相決定ステップの後、前記複数のアンテナの一のアンテナが次に受信する高周波信号の位相を、決定された位相制御値に基づいて調整する位相調整ステップと、
前記位相調整ステップにおける前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率の変化の有無を判断する判断ステップと、
前記複数のアンテナそれぞれが受信する高周波信号それぞれについて、前記判断ステップにおいて強度変化率の変化が無いと判断されるまで、前記位相決定ステップ、前記位相調整ステップ及び判断ステップを繰り返す繰返ステップと、
前記位相制御値に基づく前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率が増大するように、前記制御テーブルの位相制御値を更新する更新ステップと、
合成された合成信号を順次復調する復調ステップと、
前記復調された各合成信号を順次出力する出力ステップと、
を含む受信方法。
複数のアンテナそれぞれが受信した高周波信号の集まりである高周波信号群を合成して出力するための受信装置であって、
前記高周波信号群の合成信号の強度の時間的変化を表す強度変化率と、前記高周波信号の位相の変化量を表す位相制御値との関係を制御テーブルに記憶する記憶手段と、
前記複数のアンテナが所定時間毎に受信した高周波信号群を合成し、合成信号を順次生成する合成手段と、
前記合成信号の強度を順次算出する強度算出手段と、
順次算出した合成信号の強度に基づいて強度変化率を順次算出する強度変化率算出手段と、
前記制御テーブルを参照し、算出された強度変化率に対応する位相制御値を順次決定する位相決定手段と、
前記位相決定手段により位相制御値を決定した後、前記複数のアンテナの一のアンテナが次に受信する高周波信号の位相を、決定された位相制御値に基づいて調整する位相調整手段と、
前記位相調整手段における前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率の変化の有無を判断する判断手段と、
前記複数のアンテナそれぞれが受信する高周波信号それぞれについて、前記判断手段が強度変化率の変化が無いと判断するまで、前記位相決定手段、前記位相調整手段及び判断手段を繰り返し機能させる繰返手段と、
前記位相制御値に基づく前記高周波信号の位相の調整前後での合成信号の強度変化率が増大するように、前記制御テーブルの位相制御値を更新する更新手段と、
合成された合成信号を順次復調する復調手段と、
前記復調された各合成信号を順次出力する出力手段と、
を含む受信装置。