JP4003548B2 - アダプティブ受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチキャリア通信におけるアダプティブ受信装置に関する。本発明は移動通信における受信装置として特に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信の受信装置において、移動受信性能を向上させるアダプティブ受信方式として帯域一括合成による指向制御方式がある。図３はその帯域一括指向制御によるアダプティブ受信装置９０１の構成を示すブロック図である。帯域一括指向制御によるアダプティブ受信装置９０１は、Ａ１〜ＡＮのＮ本のアンテナ素子と、Ｎ本のアンテナ素子のＮ個の出力信号に各々ｗ１〜ｗＮのＮ個の複素係数を乗ずる１０１〜１０ＮのＮ個の複素乗算器と、Ｎ個の複素乗算器の出力を加算する加算器２０と、加算器２０の出力する合成出力信号と、Ｎ本のアンテナ素子のＮ個の出力信号とのＮ個の相関値を算出する相関演算器３０と、相関演算器３０の出力するＮ個の相関値からｗ１〜ｗＮのＮ個の複素係数を演算する複素係数演算器４０と、加算器２０の出力する合成出力信号を復調する復調部とから成る。
【０００３】
この方式は信号の全帯域を一括して各アンテナ素子からの信号に対して位相を制御して合成する方式であり、構成が簡単である。また、信号の変調方式に依存せず、信号同期が必須ではないことから、低コストで効果が高い方式であると言える。ただし、信号が広帯域の場合は必ずしも最適な制御とは言えない。
【０００４】
一方、図４は、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）の受信装置において周波数分割指向制御を行うアダプティブ受信装置９０２の構成を示すブロック図である。周波数分割指向制御によるアダプティブ受信装置９０２は、Ａ１〜ＡＮのＮ本のアンテナ素子と、Ｎ本のアンテナ素子のＮ個の出力信号を各々直並列変換する直／並列変換器（Ｓ／Ｐ）５０−１〜５０−Ｎと、直／並列変換器（Ｓ／Ｐ）５０−１〜５０−Ｎの出力を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）６０−１〜６０−Ｎと、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）６０−１〜６０−Ｎとの出力を直並列変換する並／直列変換器（Ｐ／Ｓ）７０−１〜７０−Ｎと、並／直列変換器（Ｐ／Ｓ）７０−１〜７０−Ｎの出力からＮ個の係数を演算する係数演算器８０と、並／直列変換器（Ｐ／Ｓ）７０−１〜７０−Ｎの出力（複素数）と係数演算器８０の出力するＮ個の係数とを各々乗ずるＮ個の乗算器１１−１〜１１−Ｎと、Ｎ個の乗算器１１−１〜１１−Ｎの出力を加算する加算器２１とから成る。
【０００５】
この方式はＯＦＤＭ専用の方式であるが、ＦＦＴにおいて分離されたキャリアごとに合成処理を行うものであり、広帯域の信号に対して各サブキャリアごとにきめ細かな周波数帯域に対して制御出来効果が高い。しかし同期確立の状態の良好さにより性能が影響される。また、FFT処理がアンテナブランチ分必要なため装置全体として大きなハードウェアとなるため、アンテナ個数をむやみに増やせない欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記２種類の方式の欠点を取り除いた、新しいアダプティブ受信装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、Ｎ個（Ｎは４以上の整数）のアンテナを用い、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の復調部を有するマルチキャリア通信におけるアダプティブ受信装置において、複数個のアンテナを、Ｎ₁個、Ｎ₂個、…、Ｎ_M個（Ｎ₁、Ｎ₂、…、Ｎ_Mは各々２以上の整数であって、Ｎ₁＋Ｎ₂＋…＋Ｎ_M＝Ｎ）のＭ個の組に分け、Ｍ個の組ごとに、Ｎ_i個（ｉは１からＭまでの整数）のアンテナ素子による受信信号に複素係数を乗ずるためのＮ_i個の第１複素乗算器と、Ｎ_i個の第１複素乗算器の出力を加算する第１加算器と、第１加算器の出力する第ｉ合成信号とＮ_i個の受信信号との複素相関を演算する相関演算器と、Ｎ_i個の受信信号に対応して相関演算器の出力するＮ_i個の複素相関値からＮ_i個の受信信号に対応する複素係数を算出してＮ_i個の第１複素乗算器に出力する第１係数演算器とから成り、第ｉ復調部に出力する第ｉ帯域一括合成部を設け、Ｍ個の復調部の出力するＭ個の復調信号に対し、係数を乗ずるためのＭ個の第２乗算器と、Ｍ個の第２乗算器の出力を加算する第２加算器と、Ｍ個の復調部の出力するＭ個の復調信号に対応する係数を算出してＭ個の第２乗算器に出力する第２係数演算器とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の手段によれば、マルチキャリア通信は直交周波数分割多重通信（ＯＦＤＭ）であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の手段によれば、Ｎは４であり、Ｍは２であって、Ｎ₁及びＮ₂も２であることを特徴とする。
【０００９】
【作用及び発明の効果】
本願の請求項１の構成によれば、Ｎ個のアンテナ素子をＭ個のグループに分割し、それぞれのグループにおいて帯域一括合成処理を行い、歪成分の抑圧を行う。その後、Ｎよりも少ないＭ個の補正された信号を後段の復調部に入力することにより、後段の復調部における同期の安定性向上、伝送歪をより軽減することが可能となる。また、請求項２の構成によれば、高速フーリエ変換器はＮ個でなくＭ個とすることができる。請求項３の構成によれば、４本のアンテナと２個の復調部を有する最もコンパクトなマルチキャリア通信用アダプティブ受信装置とすること、又は４本のアンテナと２個のＯＦＤＭ復調部を有する最もコンパクトなＯＦＤＭ用アダプティブ受信装置とすることができる。本願いずれの請求項に係る発明も安価にアンテナ素子数を増加させ，通信品質（受信率）を向上することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の具体的な一実施例に係るアダプティブ受信装置１００の構成を示すブロック図である。アダプティブ受信装置１００は、Ｎ本（Ｎは４以上の整数）のアンテナ、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の信号帯域一括指向制御部２００−１〜２００−Ｍ、Ｍ個の復調部３００−１〜３００−Ｍ、Ｍ個のＦＦＴ復調部３００−１〜３００−Ｍを内包する周波数分割指向制御部３０１から成る。図１においては、間略のためＮを４、Ｍを２とした。
【００１１】
アダプティブ受信装置１００は、Ｎ本のアンテナの出力を、Ｎ₁個、Ｎ₂個、…、Ｎ_M個（Ｎ₁、Ｎ₂、…、Ｎ_Mは各々２以上の整数であって、Ｎ₁＋Ｎ₂＋…＋Ｎ_M＝Ｎ）のＭ個の組に分けて、Ｍ個の信号帯域一括指向制御部２００−１〜２００−Ｍにまず出力する。次に第ｉ信号帯域一括指向制御部２００−ｉでは、Ａ１−ｉ〜ＡＮ_i−ｉのＮ_i本のアンテナ素子のＮ_i個の出力信号に各々ｗ１−ｉ〜ｗＮ_i−ｉのＮ_i個の複素係数を乗ずる１０１−ｉ〜１０Ｎ_i−ｉのＮ_i個の複素乗算器と、Ｎ_i個の複素乗算器の出力を加算する加算器２０−ｉと、加算器２０−ｉの出力する合成出力信号と、Ｎ_i本のアンテナ素子のＮ_i個の出力信号とのＮ_i個の相関値を算出する相関演算器３０−ｉと、相関演算器３０−ｉの出力するＮ_i個の相関値からｗ１−ｉ〜ｗＮ_i−ｉのＮ_i個の複素係数を演算する複素係数演算器４０−ｉの構成により、Ｎ_i本のアンテナ素子のＮ_i個の出力信号から帯域一括指向性制御を行う。こうして、Ｍ個の信号帯域一括指向制御部２００−１〜２００−Ｍにおいて、各々Ｎ₁個、…、Ｎ_M個のアンテナ素子による受信信号から帯域一括指向性制御により各々１個の合成信号が得られ、合計Ｍ個の合成信号が周波数分割指向制御部３０１のＭ個の復調部３００−１〜３００−Ｍに出力される。
【００１２】
次に周波数分割指向制御部３０１の各第ｉ復調部３００−ｉにおいては、第ｉ信号帯域一括指向制御部２００−ｉの出力する合成信号から高速フーリエ変換により復調を行う。まず、直／並列変換器（Ｓ／Ｐ）５０−ｉで直並列変換がされたのち、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）６０−ｉで高速フーリエ変換が行われ、並／直列変換器（Ｐ／Ｓ）７０−ｉにより直列信号として出力される。
【００１３】
この出力は、乗算器１１−ｉと係数演算器８０とに送られる。係数演算器８０においてはＭ個の復調部３００−１〜３００−Ｍの出力を比較検討し、最も確からしい合成信号を得るための係数を決定する。この時、当該係数は各周波数（各サブキャリア）ごとに決定される。同時にパイロットキャリア等による等化が行われる場合もある。こうして決定された係数が乗算器１１−ｉで乗ぜられた後に加算器２１に出力され、各周波数ごとに最も確からしい合成信号が出力される。
【００１４】
図２は上記実施例（Ｎ＝４、Ｍ＝２）のアダプティブ受信装置１００と３つの比較例における、移動体に設置された受信装置の受信成功場所率を示したものである。この際、ＯＦＤＭ方式で変調された、ディジタルＴＶ映像の受信率（％）を測定した。図２において、「６４ＱＡＭ，３／４」とは６４ＱＡＭ変調を用い、誤り訂正符号の割合を示す符号化率が３／４（１／４が誤り訂正のための冗長度）の場合、同様に「６４ＱＡＭ，１／２」とは符号化率が１／２（１／２が誤り訂正のための冗長度）の場合である。また３つの比較例は次の通りである。
比較例１：図３（Ｎ＝４）の構成を有し、復調部として１個の高速フーリエ変換器を有するＯＦＤＭ復調部を有する、帯域一括合成方式のアダプティブ受信装置。
比較例２：図４（Ｎ＝４）の構成を有し、４個の復調部が各々１個の高速フーリエ変換器を有するＯＦＤＭ復調部である、周波数分割制御方式のアダプティブ受信装置。
比較例３：１本のアンテナで１個の高速フーリエ変換器を有する、指向性制御を全く行わないＯＦＤＭ受信装置。
【００１５】
図２より、「６４ＱＡＭ，３／４」、「６４ＱＡＭ，１／２」のいずれの場合も同様の傾向が見られた。即ち、比較例３の指向性制御を全く行わないＯＦＤＭ受信装置の受信率は極めて悪く、「６４ＱＡＭ，３／４」においては１０％程度であった。「６４ＱＡＭ，１／２」においては５０％をわずかに上回る程度であった。これに比べて、比較例１の帯域一括合成方式と比較例２の周波数分割制御方式によるアダプティブ受信装置は、受信率に改善が見られるものの、「６４ＱＡＭ，３／４」においては４０％に届かず、「６４ＱＡＭ，１／２」においても９０％に届かなかった。
【００１６】
これらに対し、本願発明の図２の構成のアダプティブ受信装置においては、比較例１、２と同じ４本のアンテナを用い、比較例１に比してＯＦＤＭ復調部が１個増加となっているのみで受信率に大幅な改善が見られ、「６４ＱＡＭ，３／４」においては５０％を超え、「６４ＱＡＭ，１／２」においては１００％に達した。このように、周波数分割合成方式、帯域一括合成方式は映像受信率の向上に一定の効果があるが、本願発明の方式を採用することにより更に受信率を向上させること可能であることがわかる。
【００１７】
上記実施例においては、アンテナ素子からディジタル直交復調された受信信号が各乗算器に出力されるものを念頭においているが、アンテナ素子からディジタル化されないアナログ受信信号について処理する場合は、当該乗算器は正弦波を乗ずるものとなることは当然である。この場合、上記実施例の係数演算器４０−ｉと乗算器１０１−ｉ〜１０Ｎ_i−ｉの間に、係数演算器４０−ｉの出力する複素係数に対応した波長、振幅及び位相を発生させるＮ_i個の発信器、又は対応した波長の１個の発信器と振幅及び位相を変化させるＮ_i個の増幅器を設ければ良い。このように、図１は本願発明の本質部分を抽出した構成図であって、ディジタル復調の場合の直交復調器、Ａ／Ｄ変換器等の配置を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係るアダプティブ受信装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明のアダプティブ受信装置の受信率と従来の受信装置の受信率との比較を示すグラフ図。
【図３】従来の帯域一括指向制御によるアダプティブ受信装置の構成を示すブロック図。
【図４】従来の周波数分割指向制御によるアダプティブ受信装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
Ａ１−ｉ〜ＡＮ_i−ｉ 第ｉ組のＮ_i本のアンテナ素子
１０１−ｉ〜１０Ｎ_i−ｉ 第ｉ組のＮ_i個の複素乗算器
２０−ｉ 第ｉ組の加算器
３０−ｉ 第ｉ組の相関演算器
４０−ｉ 第ｉ組の複素係数演算器
５０−ｉ 第ｉ組に対応する復調器の直／並列変換器（Ｓ／Ｐ）
６０−ｉ 第ｉ組に対応する復調器の高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）
７０−ｉ 第ｉ組に対応する復調器の並／直列変換器（Ｐ／Ｓ）
１１−ｉ 第ｉ組に対応する復調器の出力に対する乗算器
２１ 加算器
８０ 係数演算器

Claims (3)

1. Ｎ個（Ｎは４以上の整数）のアンテナを用い、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の復調部を有するマルチキャリア通信におけるアダプティブ受信装置において、
   前記複数個のアンテナを、Ｎ₁個、Ｎ₂個、…、Ｎ_M個（Ｎ₁、Ｎ₂、…、Ｎ_Mは各々２以上の整数であって、Ｎ₁＋Ｎ₂＋…＋Ｎ_M＝Ｎ）のＭ個の組に分け、
   前記Ｍ個の組ごとに、Ｎ_i個（ｉは１からＭまでの整数）のアンテナ素子による受信信号に複素係数を乗ずるためのＮ_i個の第１複素乗算器と、当該Ｎ_i個の第１複素乗算器の出力を加算する第１加算器と、当該第１加算器の出力する第ｉ合成信号とＮ_i個の受信信号との複素相関を演算する相関演算器と、Ｎ_i個の受信信号に対応して前記相関演算器の出力するＮ_i個の複素相関値からＮ_i個の受信信号に対応する前記複素係数を算出して前記Ｎ_i個の第１複素乗算器に出力する第１係数演算器とから成り、第ｉ復調部に出力する第ｉ帯域一括合成部を設け、
   Ｍ個の復調部の出力するＭ個の復調信号に対し、係数を乗ずるためのＭ個の第２乗算器と、当該Ｍ個の第２乗算器の出力を加算する第２加算器と、前記Ｍ個の復調部の出力するＭ個の復調信号に対応する前記係数を算出して前記Ｍ個の第２乗算器に出力する第２係数演算器とを有すること
   を特徴とするアダプティブ受信装置。
2. 前記マルチキャリア通信は直交周波数分割多重通信（ＯＦＤＭ）であることを特徴とする請求項１に記載のアダプティブ受信装置。
3. Ｎは４であり、Ｍは２であって、Ｎ₁及びＮ₂も２であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアダプティブ受信装置。

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