JP4063028B2

JP4063028B2 - ダイバーシチ受信装置

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Publication number: JP4063028B2
Application number: JP2002280735A
Authority: JP
Inventors: 美俊藤元; 純志今井; 修朗伊藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004120336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本のアンテナを備えた移動体通信等に有用なダイバーシチ受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信等に有用なダイバーシチ受信装置としては、例えば、下記の特許文献１、特許文献２に記載されているもの等が一般にも広く知られている。
例えば、前者は主に最大比合成法を実行するものであり、後者はＯＦＤＭ信号を受信して周波数スペクトル信号を生成し、加重平均処理（重み付け等）を行って復調部に出力するものである。
これらの受信方式は、移動体通信において、受信情報の品質を高めるのに一定以上の効果をもたらす。
【０００３】
図６は、従来のダイバーシチ受信装置８００の論理的なシステム構成図である。チューナ１０は、例えばＶＨＦやＵＨＦ等の受信帯域を選択する。受信帯域制限機能の他にも周波数変換機能、Ａ／Ｄ変換機能、増幅機能等の各種機能を持ったものがある。合成装置２０（受信波合成部）は、例えば最大比合成法等により、各アンテテＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）からの受信波を合成する。本図６のダイバーシチ受信装置８００では、Ｎ＝４となっている。
【０００４】
この合成装置２０（受信波合成部）は、下記の特許文献１中に記載されているダイバーシチ回路１００（特許文献１の図１）、ダイバーシチ回路２００（特許文献１の図２）、或いは特許文献１中に記載されているダイバーシチ回路３００（特許文献１の図４）に相当し得る部分である。
尚、本図６の符号３０はＦＦＴ演算装置（ＦＦＴ演算部）を示しており、符号５０は復調器（復調部）を示している。
【０００５】
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受信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。ただし、随時算定すべき複素重み係数Ｗ₁₁，Ｗ₁₂，Ｗ₁₃，Ｗ₁₄等の最適値は、厳密には周波数依存性を有するので、受信信号が広帯域に渡る場合には必ずしも最適な制御方式とは言えない。
【０００６】
図７は、従来のダイバーシチ受信装置９００の論理的なシステム構成図である。ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）は、離散的なフーリエ変換処理を高速に実行する装置で、前段に直列／並列変換器を、後段に並列／直列変換器をそれぞれ具備（内蔵）して構成することができる。図７のＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）と、周波数スペクトル合成部４０は、それぞれ、例えば下記の特許文献２中に記載されているフーリエ変換部１１（特許文献２の図１〜図４）や、特許文献２中に記載されている周波数スペクトル合成部１０４（特許文献２の図１〜図４）に相当し得る部分である。
【０００７】
この方式はＯＦＤＭ専用の方式で、ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）によって分離されたＴＶチャンネル等の各キャリア単位に合成処理を行う。この方式は広帯域の信号に対して各キャリア（或いは各サブキャリア）毎に重みを決定することができるので、ダイバーシチ効果が高い。しかし、同期確立の状態の善し悪しにより受信品質が影響される。また、ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）がアンテナ数必要なため、アンテナの本数が大きいと装置全体として比較的大きく高価なハードウェア構成となってしまう。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１５６６８９号公報（第３〜５頁、図１〜図４）
【特許文献２】
特開平１１−２０５２０８号公報（第５〜１６頁、図１〜図１１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図６、図７に例示される上記の従来技術は、それぞれ動作原理が異なるので、両者を巧く組み合わせることにより、更に受信品質を改善することができるのではないかと期待される。
【００１０】
図１は、上記の２つの従来技術から応用が連想され得るダイバーシチ受信装置１１０の論理的なシステム構成図である。例えばこの様に、上記の２つの従来技術の各々の長所を備えたこの様な装置を構成した場合、勿論、従来よりも更に受信品質を改善することができる。
しかしながら、この様な構成によれば、各ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）毎にそれぞれ４本ものアンテナが必要となってしまう。
【００１１】
より一般には、図１の構成に習えば、（合成装置２０の入力配線本数）×（ＦＦＴ演算装置３０の台数）分のアンテナ本数が必要となる。即ち、期待できる受信品質の割に、多くのアンテナが必要となってしまう。
したがって、図１の様な単純な構成では、期待できる受信品質の割に、大きく高価なシステムを構成しなくてはならない。
【００１２】
図２は、上記の２つの従来技術から応用が連想され得るもう一つのダイバーシチ受信装置１２０の論理的なシステム構成図である。この構成は、各合成装置２０の間でアンテナ（Ａ₁〜Ａ₄）を共有させたものである。この様な構成に従えば、従来よりも大幅にアンテナ本数を削減することができる。
しかしながら、この様な構成に従えば、各ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）に入力される信号の周波数特性が全く同じになってしまうため、周波数スペクトル合成を実行する意義が失われてしまう。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、図６、図７に例示される上記の従来技術を巧く組み合わせることにより、従来よりも受信品質の高いダイバーシチ受信装置、或いは、受信品質の割に比較的安価又は小規模なダイバーシチ受信装置を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、計Ｎ本（Ｎ≧３）のアンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）を備えた移動体通信等に有用なダイバーシチ受信装置において、入力（受信）された受信波を複素重み係数を用いて合成する計Ｍ個（Ｎ≧Ｍ≧２）の受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）と、この受信波合成部ｍにより合成・出力された信号をフーリエ変換する計Ｍ個のＦＦＴ演算部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）と、このＦＦＴ演算部ｍから出力される計Ｍ個の信号の周波数スペクトルを１つの出力信号に合成する周波数スペクトル合成部と、この周波数スペクトル合成部の出力信号を復調する復調部とを設け、計Ｎ本のアンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）より、計Ｍ組のそれぞれ相異なるアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）を構成し、アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）をそれぞれ何れも複数本のアンテナから構成し、アンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）をそれぞれ何れもアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）の内の少なくとも何れか１組に属させ、計Ｎ本のアンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）の内の少なくとも１本を複数組のアンテナ群ＡＧｍに属させ、何れの受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）においてもそれぞれ、１対１対応するアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）に属する各アンテナから得られる受信波を入力して、合成・出力し、アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）のグループ構成を動的に変更するアンテナ群動的再構成手段を備えることである。
【００１５】
この様な構成に従えば、各アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）はそれぞれ何れも複数本のアンテナから構成されるので、何れの受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）においても合成ダイバーシチ効果が得られる。
また、この様な構成に従えば、更に、各受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）のそれぞれにおいて、全てのアンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）を使用するのではなく、１対１対応するアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）を構成する一部のアンテナだけを使用するので、各受信波合成部ｍ（合成装置２０）から出力される信号の周波数スペクトルは互いに相異なるものとなり、周波数スペクトル合成の効果も大いに得ることができる。
【００１６】
即ち、本発明のシステム構成に従えば、複数のアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）の間に置けるアンテナの共有化を図ることにより、アンテナ本数を効果的に削減することができると共に、ダイバーシチ受信と周波数スペクトル合成の両者の効果を同時に引き出すことができる。
したがって、本発明のシステム構成に従えば、従来よりも受信品質の高いダイバーシチ受信装置、或いは、受信品質の割に比較的安価又は小規模なダイバーシチ受信装置を実現することができる。
また、アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）のグループ構成を動的に変更するアンテナ群動的再構成手段を備えるので、アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）のグループ構成を常時、高い受信品質を導き得る最適或いは好適な形に再構成（再定義）することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、整数Ｍの値を２以上４以下にすることである。
この様な構成に従えば、比較的高価なＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）を少数に抑えることができるので、受信品質の割に比較的安価で小規模なダイバーシチ受信装置を実現することができる。
【００１８】
尚、特別に高い受信品質を要請されることのない、一般車両等に搭載するダイバーシチ受信装置等では、上記の整数Ｍの値は２程度で十分なことが多い。これは、受信品質が必ずしもＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）の数に比例しない等の事情によるものである。ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）の数を少数に抑える程、安価なダイバーシチ受信装置を構成することが容易となる。
【００１９】
また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、整数Ｎの値を３以上８以下にすることである。
この様な構成に従えば、アンテナ素子や配線数を少数に抑えることができるので、受信品質の割に比較的安価で小規模なダイバーシチ受信装置を実現することができる。
【００２０】
また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、何れの受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）においてもそれぞれ、１対１対応するアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）に属する各アンテナから得られる受信波を最大比合成法に従って合成することである。
この様な構成に従えば、本発明に適合し得る最も合理的な方法（最大比合成法）により、最も高いダイバーシチ効果を得ることができる。
【００２２】
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図３は、本第１実施例のダイバーシチ受信装置２００の論理的なシステム構成図である。本第１実施例は、本発明の手段において「Ｎ＝４，Ｍ＝２」とする１例を示すものである。
【００２４】
本発明のダイバーシチ受信装置を構成するアンテナの全体集合をＵとする。このとき、本第１実施例のダイバーシチ受信装置２００の主要構成の特徴は、以下の式（１）によって表現することができる。
【数１】

【００２５】
即ち、本第１実施例のダイバーシチ受信装置２００においては、各合成装置２０において、全てのアンテナＵ＝｛Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄｝を利用するのではなく、受信波合成部１（合成装置１）では、ＡＧ１＝｛Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃｝を用いて、受信波合成部２（合成装置２）では、ＡＧ２＝｛Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄｝を用いて、各々最大比合成法にしたがってダイバーシチ処理を実行する。
【００２６】
その後、ダイバーシチ処理（最大比合成）された２系統の信号は、それぞれ別々のＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）に入力されてフーリエ変換処理される。周波数スペクトル合成部４０や復調器５０（復調部）の各処理については、図７、図１、図２に例示される従来の処理と同様で良い。
【００２７】
この様な構成により、２台のＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）に入力される信号の周波数スペクトルは互いに相異なるものとなるので、本第１実施例のダイバーシチ受信装置２００によれば、最大比合成ダイバーシチの効果と周波数スペクトル合成の効果の両方を同時に得ることができる。
【００２８】
また、アンテナ群ＡＧ１とアンテナ群ＡＧ２には共通する要素（Ｃ１≡ＡＧ１∩ＡＧ２＝｛Ａ₂，Ａ₃｝）が存在するので、上記の様に全体集合Ｕが比較的少数のアンテナにより構成されている場合であっても、各受信波合成部ｍ（合成装置ｍ；ｍ＝１，２）にそれぞれ、全体集合Ｕの要素数の１／Ｍ倍（＝４×１／２＝２）よりも多くの受信波を入力することができる。したがって、この様な構成に従えば、全体集合Ｕを単純に分割して各受信波合成部ｍ（合成装置ｍ）にそれぞれ分配・接続する方式、即ち、アンテナ群ＡＧ１とアンテナ群ＡＧ２に共通項を持たせない方式よりも、小型のシステム構成（少ないアンテナ台数）の割に、比較的高い受信品質を獲得することができる。
【００２９】
〔第２実施例〕
図４は、本第２実施例のダイバーシチ受信装置３００の論理的なシステム構成図である。即ち、本第２実施例は、「Ｎ＝３，Ｍ＝２」とする１例を示すものである。この様なシステム構成は、上記の式（１）の表記方法に習って以下の様に表現することができる。
【数２】

この様なシステム構成は、本発明を適用し得る最小構成を与える。
【００３０】
〔第３実施例〕
図５は、本第３実施例のダイバーシチ受信装置４００の論理的なシステム構成図である。即ち、本第３実施例は、「Ｎ＝５，Ｍ＝２」とする１例を示すものである。この様なシステム構成は、上記の式（１）の表記方法に習って以下の様に表現することができる。
【数３】

【００３１】
この構成に従えば、ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）を２台に制限でき、かつ、各受信波合成部ｍ（合成装置ｍ；ｍ＝１，２）に、それぞれ４つの受信波を入力することができるので、受信品質の高いシステム（ダイバーシチ受信装置４００）を比較的安価に構築できる。この構成は、安価に高性能なダイバーシチ受信を実現することができる良い例の一つと言える。
【００３２】
〔その他の変形例〕
以下、本発明の実施形態に係わるその他の代表的或いは典型的な変形例を断片的に例示する。
〔ｉ〕「Ｎ＝６，Ｍ＝２」とする１例
この様な構成に従うシステム構成例の一つは、例えば、上記の式（１）の表記方法に習って以下の様に表現することができる。
【００３３】
【数４】

この構成に従えば、ＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）を２台に制限でき、比較的安価にシステムを構築できる。この構成は、安価に高性能なダイバーシチ受信を実現することができる良い例の一つと言える。
【００３４】
〔ii〕「Ｎ＝５，Ｍ＝２」とする１例
この様な構成に従うシステム構成例の一つは、例えば、上記の式（１）の表記方法に習って以下の様に表現することができる。
【数５】

【００３５】
この様な構成では、同じ「Ｎ＝５，Ｍ＝２」なる第３実施例の構成例（図５のダイバーシチ受信装置４００）に比べ、２つの合成装置に共有されるアンテナがＡ₄の１本のみと少ない。また、一方の合成装置においては、ＡＧ２に属する２本のアンテナからの受信波だけを合成すれば良く演算量が少ない。即ち、この様な構成に従えば、演算量が抑制でき配線数（又は、プログラムインターフェイス）も少なく構成可能である。
この構成も、安価に高性能なダイバーシチ受信を実現することができる例の一つと言える。
【００３６】
〔 iii〕「Ｎ＝８，Ｍ＝３」とする１例
この様な構成に従うシステム構成例の一つは、例えば、上記の式（１）の表記方法に習って以下の様に表現することができる。
【数６】

【００３７】
〔vi〕「Ｎ＝８，Ｍ＝４」とする１例
この様な構成に従うシステム構成例の一つは、例えば、上記の式（１）の表記方法に習って以下の様に表現することができる。
【数７】

【００３８】
上記の式（６）や或いは式（７）の構成に従えば、比較的大きく高価なシステム構成となるが、この様な構成は、特に、所望の移動体上において極めて高い電波受信品質を要求する情報システム等に有効である。
【００３９】
また、上記のＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）によるグルーピングは、動的に変更しても良い。例えば、「Ｎ＝５，Ｍ＝２」なる第３実施例のダイバーシチ受信装置４００において、２つの合成装置１，２に共有される３本のアンテナ（前記式（３）のＣ１＝ＡＧ１∩ＡＧ２＝｛Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄｝）の内の１本を、常時最も受信レベルの高いアンテナにする等の方法が考えられる。
【００４０】
この様な受信レベルの高いアンテナは、移動体の移動方向や位置等に応じて動的に変化するので、この方式は、ＡＧｍに関するグルーピングを動的に変更する手段（本発明のアンテナ群動的再構成手段）により実現可能となる。
この様な方式によれば、例えば第３実施例の周波数スペクトル合成部４０（図５）において、２台のＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）から出力される信号レベルを相対的にも絶対的にも極端に落とすことなく、相異なるものとすることができるので、指向性の強い受信環境下においても安定した良好なスペクトル合成効果が期待できる。
【００４１】
一般に、Ｍ台のＦＦＴ演算装置３０（ＦＦＴ演算部）から出力される各信号の周波数スペクトルの特性を相異なるものとした上で、更に、周波数スペクトル合成部に入力される各信号のレベルに、相対的に大きな強弱（偏り）が生じない様にすると、安定した良好なスペクトル合成効果が期待できる。
この様な方法としては、上記のアンテナ群動的再構成手段の他にも、例えば、各アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）の間に、それぞれ、アンテナの空間的或いは配向的な偏りが小さくなる様にアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）を構成する様にすると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術から応用が連想され得るダイバーシチ受信装置１１０の論理的なシステム構成図。
【図２】従来技術から応用が連想され得るダイバーシチ受信装置１２０の論理的なシステム構成図。
【図３】本発明の第１実施例に係わるダイバーシチ受信装置２００の論理的なシステム構成図。
【図４】本発明の第２実施例に係わるダイバーシチ受信装置３００の論理的なシステム構成図。
【図５】本発明の第３実施例に係わるダイバーシチ受信装置４００の論理的なシステム構成図。
【図６】従来のダイバーシチ受信装置８００の論理的なシステム構成図。
【図７】従来のダイバーシチ受信装置９００の論理的なシステム構成図。
【符号の説明】
２００ … ダイバーシチ受信装置（第１実施例）
３００ … ダイバーシチ受信装置（第２実施例）
４００ … ダイバーシチ受信装置（第３実施例）
１０ … チューナ
２０ … 合成装置（受信波合成部）
３０ … ＦＦＴ演算装置（ＦＦＴ演算部）
４０ … 周波数スペクトル合成部
５０ … 復調器（復調部）
Ａ_n … アンテナ（１≦ｎ≦Ｎ）
Ｎ … 全アンテナ本数
Ｍ … 全合成装置台数（受信波合成部の数；Ｎ≧Ｍ≧２）
ｍ … 各合成装置（受信波合成部）の通し番号（１≦ｍ≦Ｍ）
ＡＧｍ … アンテナ群（１≦ｍ≦Ｍ≦Ｎ）

Claims

計Ｎ本（Ｎ≧３）のアンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）を備えた移動体通信等に有用なダイバーシチ受信装置において、
入力（受信）された受信波を複素重み係数を用いて合成する計Ｍ個（Ｎ≧Ｍ≧２）の受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）と、
前記受信波合成部ｍにより合成・出力された信号をフーリエ変換する計Ｍ個のＦＦＴ演算部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）と、
前記ＦＦＴ演算部ｍから出力される計Ｍ個の信号の周波数スペクトルを１つの出力信号に合成する周波数スペクトル合成部と、
前記周波数スペクトル合成部の前記出力信号を復調する復調部と
を有し、
計Ｎ本の前記アンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）より、計Ｍ組のそれぞれ相異なるアンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）を構成し、
前記アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）はそれぞれ何れも、複数本のアンテナから構成され、
前記アンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）はそれぞれ何れも、前記アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）の内の少なくとも何れか１組に属し、
計Ｎ本の前記アンテナＡ_n（１≦ｎ≦Ｎ）の内の少なくとも１本は、複数組の前記アンテナ群ＡＧｍに属し、
前記受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）はそれぞれ何れも、１対１対応する前記アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）に属する各アンテナから得られる受信波を入力して、合成・出力するものであり、
前記アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）のグループ構成を動的に変更するアンテナ群動的再構成手段を有することを特徴とするダイバーシチ受信装置。
前記整数Ｍの値は、２以上４以下であることを特徴とする請求項１に記載のダイバーシチ受信装置。
前記整数Ｎの値は、３以上８以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイバーシチ受信装置。
前記受信波合成部ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）はそれぞれ何れも、１対１対応する前記アンテナ群ＡＧｍ（１≦ｍ≦Ｍ）に属する各アンテナから得られる受信波を最大比合成法に従って合成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のダイバーシチ受信装置。