JP3906209B2 - 無線受信装置及び無線受信方法 - Google Patents
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Description
本実施形態の無線受信装置の具体的な構成の一例を図1を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る無線受信装置のブロック図である。
本実施形態の無線受信装置は、復調される際の受信特性を推定し受信特性が良好になる受信信号の組を選択し各受信信号の利得を制御し制御後の各受信信号に付与するウェイト(重み)を計算しこれらのウェイトで複数の受信信号を合成するものである。無線受信装置は、図1に示すように、複数のアンテナ素子1(本実施形態ではn個のアンテナ素子1があるとする。n:自然数かつn≧2)、n個の無線部2、n個のA/D変換器3(analog-to-digital converter)3、素子選択装置4、利得制御装置5、ウェイト計算装置6、合成装置7、及び復調装置8からなる。
そして、素子選択装置4が選択したデジタル信号がn個のA/D変換器3から出力されたデジタル信号のうちのどのデジタル信号であるかを示す情報を素子選択情報として生成する。この素子選択情報は、例えば図2に示したように「0」又は「1」の情報を系列状に各A/D変換器3に対応して並べた信号である。ここで、例えば「0」は対応するデジタル信号を選択しないことを示し「1」は対応するデジタル信号を選択することを示す。「0」又は「1」の各情報は各A/D変換器3に対応して信号中に配置されている。すなわち、例えば、素子選択情報の中の第1の情報は第1のA/D変換器3から出力されたデジタル信号が選択されたか否かを示し、第2の情報は第2のA/D変換器3から出力されたデジタル信号が選択されたか否かを示す。図2に示した例では、第1、第3、第4、第5、及び第nのA/D変換器3から出力されたデジタル信号が選択されており、第2のA/D変換器3から出力されたデジタル信号が選択されていないことを示している。
まず、n個(n≧2、nは自然数)のアンテナ素子1が信号を受け取り各アンテナ素子1に1対1に接続している無線部2に信号を出力する。各無線部2が受け取った信号の利得を調整しベースバンド信号に変換した後、このベースバンド信号をA/D変換器3に出力する。A/D変換器3はベースバンド信号をデジタル信号に変換し、素子選択装置4、利得制御装置5、ウェイト計算装置6、及び合成装置7に出力する(ステップS1)。
素子選択装置4は、電力測定装置41及びSNR最大化素子選択装置42からなる。電力測定装置41は、各A/D変換器3が出力した合計でn個のデジタル信号を入力し、各デジタル信号の電力を測定する。SNR最大化素子選択装置42は、電力測定装置41が出力した各デジタル信号の電力から幾つかのデジタル信号の組を作成し、この組のデジタル信号を合成した場合の合成後のSNRを推定する。そして、SNR最大化素子選択装置42は、合成後のSNRが最大になるデジタル信号を選択し、この選択した情報を素子選択情報として出力する。
上述したSNR最大化素子選択装置42は、SNR推定装置421、組合せ作成装置422、合成後SNR推定装置423、及び最大組合せ選択装置424を備えている。SNR推定装置421は、電力測定装置41が出力した、各A/D変換器3からの合計n個のデジタル信号のそれぞれの電力を入力して、各デジタル信号のSNRを推定する。そして、SNR推定装置421は各デジタル信号の推定したSNRを合成後SNR推定装置423に出力する。
図5を参照して説明したSNR推定装置421は、テーブル4211及び補間装置4212を備えている。一般の無線機では、ある信号の電力とこの信号のSNRには高い相関があるためある信号の電力に対応するこの信号のSNRを推定することができる。そこで、テーブル4211は複数の電力値に対応する複数のSNRの値を格納している。このテーブル4211に格納されている複数の電力値は、電力測定装置41から出力されると想定される電力値の近傍範囲に含まれていることが望ましい。テーブル4211は、例えば電力測定装置41が出力した電力値を含んでいた場合にはこの電力値に対応するSNRを出力し、それ以外の場合は、テーブル4211に含まれる情報を補間装置4212に出力する。補間装置4212はテーブル4211が有する離散的な電力値を補間して入力した電力値に対応するSNRを計算する。
スイッチ63は、非選択素子0化装置61からの判定結果に基づいて、利得調整後のA/D変換器3から出力されたデジタル信号をn素子ウェイト計算装置64に渡すか否かを切り換える。すなわち、非選択素子0化装置61からの判定結果がデジタル信号を入力する結果であった場合(選択されている場合)にはこのデジタル信号をn素子ウェイト計算装置64に出力し、非選択素子0化装置61からの判定結果がデジタル信号を入力しない結果であった場合(選択されていない場合)には対応する0信号出力装置62からゼロ信号をn素子ウェイト計算装置64に出力する。
その後、合成装置7がウェイト計算装置6で計算されたウェイトと、このウェイトに対応するデジタル信号をかけ算し、かけ算したデジタル信号を全て合成して、復調装置8がこの合成された信号を復調する。
素子選択装置4の変形例は、図9に示したように、素子間相関計算装置43及び相関平均値最大/最小化素子選択装置44からなる。素子間相関計算装置43は、n個のA/D変換器3から出力されたn個のデジタル信号の相関値を計算する。すなわち、n個のデジタル信号から2つのデジタル信号を1組とするすべての組を選択し、これら組ごとにこの組の2つの信号の相関値を計算する。例えば、n=3の場合は、3個のデジタル信号をそれぞれ第1デジタル信号、第2デジタル信号、及び第3デジタル信号とすると、(第1デジタル信号、第2デジタル信号)、(第1デジタル信号、第3デジタル信号)、(第2デジタル信号、第3デジタル信号)の3つの組がある。これら3組ごとに相関値を計算する。
(SNR最大化素子選択装置42の変形例)
SNR最大化素子選択装置42の変形例は、図10に示したように、領域判定装置425、信号集中度判定装置426、及び最大領域素子選択装置427からなる。領域判定装置425は、電力測定装置41で測定される際に得られるであろう電力値範囲を予め複数の領域に分割して、電力測定装置41から入力した各デジタル信号の各電力値がどの領域に属しているかを判定する。
複数の信号を同一の制御信号を使って無線部2を制御する場合、同時にA/D変換器3にとって適切な利得に電力差が大きい信号を調整することは難しいが、このように、比較的電力が同じデジタル信号が集まっている領域を検出しこれらのデジタル信号を選択すると、合成装置7が合成する合成信号のSNRが高くなると期待することができる。
利得制御装置5の変形例は、図12に示したように、電力測定装置51、平均電力計算装置54、制御値換算装置55からなる。電力測定装置51は、図7に示した利得制御装置5の構成要素と同様であるのでこの詳細な説明を省略する。平均電力計算装置54は電力測定装置51で測定された複数の電力値の平均値を求め、この平均値を制御値換算装置55に出力する。制御値換算装置55は、平均電力計算装置54で求められた平均電力値を有するデジタル信号に対応する無線部2からの信号がA/D変換器3に入力される際にA/D変換器3が適切にA/D変換することが可能な振幅レベルになるように指示するための利得制御信号を無線部2に出力する。この利得制御信号は、図1に示したように、ほぼ同時に全ての無線部2に出力される。このように、平均電力値を有する信号に対応する信号の振幅値を制御することで、無線部2から出力されて素子選択装置4により選択されるデジタル信号は、素子選択装置4が適切なデジタル信号を選択することができなかった場合にも受信特性の大きな劣化を防ぐことができる。
ウェイト計算装置6の変形例は、図13に示したように、信号選択装置65、k(k=2、3、・・・n−1、n)素子ウェイト計算装置66、及びウェイト選択装置67からなる。信号選択装置65は、素子選択情報を入力してこの素子選択情報から素子選択装置4が選択したデジタル信号を選択されたデジタル信号の個数に対応するk素子ウェイト計算装置66に出力する。選択された個数に対応するk素子ウェイト計算装置66が無い場合は、このデジタル信号の個数よりも大きい個数に対応するk素子ウェイト計算装置66の中で、最も小さい個数に対応するk素子ウェイト計算装置66に選択された全てのデジタル信号を出力する。出力する際、足りないデジタル信号分については0信号を出力する。また、信号選択装置65は、この他の使用していないk素子ウェイト計算装置66には何の信号も出力しない。
Claims (19)
- 複数のアンテナと、
前記複数のアンテナと1対1に接続している複数の無線部であって、接続しているアンテナを介して入力した受信信号の利得を調整して出力する各無線部からなる複数の無線部と、
前記複数の無線部と1対1に接続している複数の変換手段であって、接続している無線部から出力された受信信号をデジタル信号に変換する各変換手段からなる複数の変換手段と、
複数の前記変換されたデジタル信号から幾つかのデジタル信号を選択してデジタル信号の組を複数個作成し、各組ごとに、含まれているデジタル信号を合成した場合の各受信特性を推定し、該受信特性が良好な一組を選択する選択手段と、
前記選択された組に含まれる各デジタル信号に変換した各変換手段と接続している各無線部へ、前記複数の無線部での各利得の調整を制御する1つの制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に基づき前記各無線部が利得を調整した場合に、前記選択された組に対応する各変換手段で変換された各デジタル信号を入力して、各デジタル信号ごとに、受信特性が良くなる各重みを計算する重み計算手段と、
前記選択された組に対応する各変換手段で変換された各前記デジタル信号ごとに、該デジタル信号と該デジタル信号に対応する前記重みとをかけ算し、かけ算後の複数のデジタル信号を合成する合成手段と、
前記合成されたデジタル信号を復調する復調手段を具備することを特徴とする無線受信装置。 - 前記選択手段は、
複数の前記変換されたデジタル信号の各電力値を測定する測定手段と、
前記各電力値に基づいて、複数の前記変換されたデジタル信号から幾つかのデジタル信号を選択してデジタル信号の組を複数個作成し、各組ごとに、含まれているデジタル信号を合成した場合の各SNR(signal-to-noise ratio)を推定し、該SNRが最大となるデジタル信号の組を前記複数個の組から選択する組選択手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - 前記組選択手段は、
前記各電力値に基づいて、各前記変換されたデジタル信号の各SNRを推定する合成前SNR推定手段と、
複数の前記変換されたデジタル信号から幾つかのデジタル信号を選択してデジタル信号の組を複数個作成する作成手段と、
各前記組にしたがって各組ごとに、含まれているデジタル信号を合成した場合に、前記推定された各SNRに基づいて各組ごとに、含まれているデジタル信号を合成した場合の各SNRを推定する合成後SNR推定手段と、
各組ごとに合成した場合の複数の前記SNRのうち、該SNRが最大となるデジタル信号の組を複数個の前記組から選択する組選択手段を具備し、
前記合成前SNR推定手段は、
デジタル信号がとりうる複数の電力値に対応する複数のSNRの値を格納している格納手段と、
各前記変換されたデジタル信号の各電力値を入力し、該電力値に対応する値が前記格納手段に有る場合には該電力値に対応するSNRを前記格納手段から取得し、該電力値に対応する値が前記格納手段に無い場合には該値に対応するSNRを前記格納されている電力値及び前記格納されているSNRに基づいて補間して算出する算出手段を具備することを特徴とする請求項2に記載の無線受信装置。 - 前記作成手段は、値が0でないデジタル信号が1つの組にある数量以上存在するようにデジタル信号の組を作成することを特徴とする請求項3に記載の無線受信装置。
- 前記組選択手段は、
ある電力値範囲が複数の領域に分割されていて、各前記変換されたデジタル信号の電力値がどの前記領域に属しているか否かを判定する判定手段と、
前記領域ごとに属しているデジタル信号の数をカウントし、領域の範囲の大きさ、または、領域が対応する電力値に応じて領域ごとに異なる重みを付与し、領域ごとに対応する重みと対応するデジタル信号の数をかけ算して信号集中度として算出する算出手段と、
前記領域ごとに算出された前記信号集中度のうち最も大きい度数を有する領域に属するデジタル信号の組を前記複数個の組から選択する選択手段を具備することを特徴とする請求項2に記載の無線受信装置。 - 前記組選択手段は、
複数の前記変換されたデジタル信号から2つのデジタル信号の組を全て抽出しこれら2つのデジタル信号の電力差を全ての組について計算する計算手段と、
該電力差の最も小さい2つのデジタル信号を前記全ての組から抽出し、該抽出された2つのデジタル信号の各電力値からある値だけ離れた範囲に電力値を有するデジタル信号と該抽出された2つのデジタル信号との組を選択する選択手段を具備し、前記ある値は、該組に含まれているデジタル信号を合成した場合のSNR(signal-to-noise ratio)が閾値より高くなる値であることを特徴とする請求項2に記載の無線受信装置。 - 前記選択手段は、
複数の前記変換されたデジタル信号から2つのデジタル信号の組を全て抽出しこれら2つのデジタル信号間の相関値を全ての組について計算する計算手段と、
全ての組について計算された複数の前記相関値からこれら相関値の平均値を算出し、前記重み計算手段の計算方法に応じて該平均値が最大または最小となるデジタル信号の組を選択する組選択手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - 前記組選択手段は、前記重み計算手段が、前記抽出されたデジタル信号を合成した場合のSNR(signal-to-noise ratio)が最大となるように各デジタル信号の重みを計算する場合に、前記平均値が最大になるデジタル信号の組を選択することを特徴とすることを特徴とする請求項7に記載の無線受信装置。
- 前記組選択手段は、前記重み計算手段が、前記抽出されたデジタル信号を合成した場合のSIR(signal-to-interference ratio)が最大となるように各デジタル信号の重みを計算する場合に、前記平均値が最小になるデジタル信号の組を選択することを特徴とすることを特徴とする請求項7に記載の無線受信装置。
- 前記制御手段は、
前記選択された組に含まれる全てのデジタル信号の電力値を測定する測定手段と、
測定された複数の前記デジタル信号の電力値のうちの最大電力値及び該最大電力値を有するデジタル信号を決定する決定手段と、
前記最大電力値を有するデジタル信号に対応する無線部から出力された受信信号が前記変換手段で適切にデジタル信号に変換されることが可能なように、該出力された受信信号の振幅を調整するための制御信号を生成し、1つの該制御信号を前記複数の無線部に出力する出力手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - 前記制御手段は、
前記選択された組に含まれる全てのデジタル信号の電力値を測定する測定手段と、
測定された複数の前記デジタル信号の電力値の平均値を計算する平均値計算手段と、
前記電力値の平均値の大きさに対応する振幅の大きさを有する無線部から出力された受信信号が前記変換手段で適切にデジタル信号に変換することが可能なように、該出力された受信信号の振幅を調整するための制御信号を生成し、1つの該制御信号を前記複数の無線部に出力する出力手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - 前記重み計算手段は、
前記制御信号に基づき前記各無線部の利得を調整した場合に、前記複数の無線部から出力されて変換された複数の前記デジタル信号を入力し、該複数のデジタル信号のうち前記選択手段に選択されなかったデジタル信号には0信号を対応させて該0信号を出力し、該複数のデジタル信号のうち前記選択手段に前記選択されたデジタル信号の組に含まれるデジタル信号はそのまま出力する出力手段と、
前記出力手段から出力される前記0信号及びデジタル信号を入力して該デジタル信号ごとに重みを計算する計算手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - 前記重み計算手段は、
重みを計算することが可能なデジタル信号の数が異なる複数の計算手段と、
前記選択された組を入力して、該選択されたデジタル信号の数を算出しこの数に対応する計算手段を前記複数の計算手段から選択し、該選択された計算手段に前記選択された組を出力するデジタル信号出力手段と、
前記選択された組に含まれるデジタル信号の数に対応する計算手段を前記複数の計算手段から選択し、該選択された計算手段から前記選択されたデジタル信号に対応する重みを出力する重み出力手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線受信装置。 - n個(n:2以上の自然数)のアンテナを介して入力したn個の受信信号の利得を調整して出力するn個の無線部と、
前記出力されたn個の受信信号をn個のデジタル信号に変換するn個の変換手段と、
n個の前記変換されたデジタル信号から幾つかのデジタル信号を選択してデジタル信号の組を複数個作成し、各組ごとに、含まれているデジタル信号を合成した場合の各受信特性を推定し、該受信特性が良好な一組を前記複数個の組から選択する選択手段と、
前記選択された組に含まれる各デジタル信号に変換した各変換手段と接続している各無線部へ、前記n個の無線部での各利得の調整を制御する1つの制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に基づき前記各無線部が利得を調整した場合に、前記選択された組に対応する各変換手段で変換された各デジタル信号を入力して、各デジタル信号ごとに、受信特性が良くなる各重みを計算する重み計算手段と、
前記選択された組に対応する各変換手段で変換された各前記デジタル信号ごとに、該デジタル信号と該デジタル信号に対応する前記重みとをかけ算し、かけ算後の複数のデジタル信号を合成する合成手段と、
前記合成されたデジタル信号を復調する復調手段を具備することを特徴とする無線受信装置。 - 前記選択手段は、
n個の前記デジタル信号の各電力値を測定する測定手段と、
前記各電力値に基づいて、前記n個のデジタル信号から幾つかのデジタル信号を選択してデジタル信号の組を複数個作成し、各組ごとに、含まれているデジタル信号を合成した場合の各SNR(signal-to-noise ratio)を推定し、該SNRが最大となるデジタル信号の組を前記複数個の組から選択する組選択手段を具備することを特徴とする請求項14に記載の無線受信装置。 - 前記選択手段は、
前記n個のデジタル信号から2つのデジタル信号の組を全て抽出しこれら2つのデジタル信号間の相関値を全ての組について計算する計算手段と、
全ての組について計算された複数の前記相関値からこれら相関値の平均値を算出し、前記重み計算手段の計算方法に応じて該平均値が最大または最小となるデジタル信号の組を選択する組選択手段を具備することを特徴とする請求項14に記載の無線受信装置。 - 前記制御手段は、
前記選択された組に含まれる全てのデジタル信号の電力を測定する測定手段と、
測定された複数の前記デジタル信号の電力値のうちの最大電力値及び該最大電力値を有するデジタル信号を決定する決定手段と、
前記最大電力値を有するデジタル信号に対応する無線部から出力された受信信号が前記変換手段で適切にデジタル信号に変換されることが可能なように、該出力された受信信号の振幅を調整するための制御信号を生成し、1つの該制御信号を前記n個の無線部に出力する出力手段を具備することを特徴とする請求項14に記載の無線受信装置。 - 前記重み計算手段は、
前記制御信号に基づき前記各無線部の利得を調整した場合に、n個の前記無線部から出力されて変換されたn個の前記デジタル信号を入力し、該n個のデジタル信号のうち前記選択手段に選択されなかったデジタル信号には0信号を対応させて該0信号を出力し、該n個のデジタル信号のうち前記選択手段に前記選択されたデジタル信号の組に含まれるデジタル信号はそのまま出力する出力手段と、
前記出力手段から出力される前記0信号及びデジタル信号を入力して該デジタル信号ごとに重みを計算する計算手段を具備することを特徴とする請求項14に記載の無線受信装置。 - n個(n:2以上の自然数)のアンテナを介して入力したn個の受信信号の利得を調整して出力し、
前記出力されたn個の受信信号をn個のデジタル信号に変換し、
n個の前記変換されたデジタル信号から幾つかのデジタル信号を選択してデジタル信号の組を複数個作成し、各組ごとに、含まれているデジタル信号を合成した場合の各受信特性を推定し、該受信特性が良好な一組を前記複数個の組から選択し、
前記選択された組に含まれる各デジタル信号に変換される各受信信号の各利得の調整を制御する1つの制御信号を出力し、
前記制御信号に基づき前記各受信信号の各利得の調整が行われた場合に、前記選択された組に対応して変換された各デジタル信号を入力して、各デジタル信号ごとに、受信特性が良くなる各重みを計算し、
前記選択された組に対応して変換された各前記デジタル信号ごとに、該デジタル信号と該デジタル信号に対応する前記重みとをかけ算し、かけ算後の複数のデジタル信号を合成し、
前記合成されたデジタル信号を復調することを特徴とする無線受信方法。
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