JP4167464B2 - 車載デジタル通信受信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載され、直交周波数分割多重(以下、OrthogonalFrequency Division Multiplex から「OFDM」と略称することがある)方式で変調された電波などのデジタル信号を受信するための車載デジタル信号受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、地上波デジタルテレビジョン放送の伝送方式として、OFDM方式の開発が進められている。OFDM方式は、マルチキャリア伝送方式の一形態であり、たとえば1kHz間隔で配置される5300本のサブキャリアに、それぞれ振幅位相変調(QAM)を施して信号の送信を行う。マルチキャリア方式は、一般に、周波数選択性フェージングに対する耐性に優れている変調方式であるとして知られている。周波数選択性フェージングは、広帯域無線通信で回線品質を劣化させることが問題となる。地上波デジタルテレビジョン放送では、高画質の画像を伝送する必要があるので、500MHz〜800MHz程度の周波数帯域でOFDM方式を採用する。OFDM方式の変調信号では、隣接するサブキャリア同士で変調波の周波数帯域は重なり合うけれども、変調波帯域信号の相関が零となるような直交性を、高速フーリエ変換(FFT)による一括変復調によって確保することができる。さらに、送信側でガードインターバル信号を付加することによって、マルチパス遅延波によるシンボル間干渉(Inter-SymbolInterference:ISI)を除去することができる。
【0003】
図29は、OFDM方式による送信側の構成とサブキャリアの周波数帯配置とを示す。図29(a)に示すように、まず、ベースバンドで、送信すべき直列データをシリアルパラレル変換部(S/P)5で複数、たとえばN個の複素数シンボルからなる並列データに変換する。IFFT(Inverse Fast FourierTransform)演算部6は、各シンボルを図29(b)に示す間隔の周波数を有するサブキャリアで伝送するように、周波数データに逆高速フーリエ変換(IFFT)を施す。これによって、サブキャリアの周波数成分は、多重化された時間信号に変換される。時間信号の実数部Reおよび虚数部はImは、LPF(LowPass Filter )7a,7bを通って、I−chおよびQ−chとしてそれぞれ直交変調器8に入力される。直交変調器8は、入力データに直交変調を施し、図示を省略している後段側の送信部で高周波信号にアップコンバージョンして送信する。受信側では、送信側でのIFFTの逆操作としてFFTによる時間−周波数変換を行い、N個のサブキャリアで伝送されるN個のシンボルを復調して出力する。
【0004】
図30は、ガードインターバルについて示す。OFDM信号は、ガード期間GIと有効シンボル期間とで1つのシンボルを構成する。ガード期間GIには、有効シンボル期間後部の信号が巡回的に複写される。ガード期間GIの挿入は、遅延信号による干渉を防ぐために行われる。ガード期間GIの信号を利用して周波数同期を行う考え方は、たとえば1996年10月17日発表のテレビジョン学会技術報告(ITE Technical Report Vol.20 No.53 )の61頁〜66頁に、「ODFM復調における周波数同期の検討」として報告されている。
【0005】
走行中の車両で、OFDM方式で変調されている電波を受信する場合は、ドップラ効果に基づく周波数のずれであるドップラシフトが障害となる。ドップラシフトは、電波が複数の経路を経て伝播するマルチパスに周波数選択性がある場合に、特に受信特性劣化を起させやすい。サブキャリア毎に、周波数変動が独立に生じると、受信側でのサブキャリア間の同期が困難となり、直交性が崩れて、キャリア間干渉(Inter-Carrier Interference:ICI)が発生するためである。ドップラシフトで生ずる周波数のずれは、車両の速度に比例するので、キャリア間干渉は、特に、高速での走行中に顕著になる。マルチパス環境下でキャリア間干渉を抑圧するためには、各パスを推定して、その変動成分を等化しなければならない。本件出願人は、特願2001−279292として、指向方向が異なる複数の指向性アンテナを移動体に設け、指向性を切替えてマルチパス環境におけるキャリア間干渉による特性劣化を改善する考え方を提案している。
【0006】
図31は、本発明の基礎として、特願2001−279292に図7として添付されている第1実施例によるOFDM受信装置に基本的に同等な構成を示す。なお、前述の図29および図30も、特願2001−279292に、図24および図25としてそれぞれ添付されている図面と基本的に同等である。ただし、説明の便宜上、参照符等には変更を加えている部分がある。
【0007】
図31では、移動体である自動車の周囲360°の範囲を、90°ずつの4つのセクタに分け、各セクタに指向性アンテナ11a,11b,11c,11dを設ける。アンテナ11a,11dは、自動車進行前方向および後方向にそれぞれ指向性が向いており、アンテナ11b,11cは、自動車進行の左右方向にそれぞれ指向性が向いている。無線受信部(RV)12a,12b,12c,12dは、各アンテナ11a,11b,11c,11dに受信される無線信号を増幅するとともに、ベースバンド信号に周波数変換してアンテナ切替部13に入力させる。受信電力計測部14は、各無線受信部12a,12b,12c,12dの受信信号強度、たとえばRSSI(Received Signal Strength Indicator)を測定することによって受信電力を測定する。アンテナ選択部15は、受信電力に基づいて受信電力最大のアンテナ11a〜11dを選択する。選択されたアンテナの受信信号は、復調部DEM(DEModulator)を構成する直交復調部16に入力される。直交復調部16は、受信信号に直交復調処理を施す。復調された信号は、GI除去部17でタイミング同期が取られ、ガード期間(GI)が除去されて出力される。
【0008】
変動平均シフト量算出部18は、既知のパイロット信号と受信信号との相関を演算することによって、マルチパスフェージングのシンボル当りの変動平均シフト量Δθを算出する。フェージング補償部19は、exp(−jΔθ)を受信信号に乗算して、マルチパスフェージングを補償する。FFT演算部20は、時間領域の信号をN個のキャリア信号に変換する。N個のキャリア信号に対しては、図示を省略している誤り検出訂正復号部で、誤り検出訂正および復号処理が施される。
【0009】
OFDMなどのデジタル信号の電波を複数のアンテナを切換えて受信することに関する先行技術は、たとえば特開平11−205290号公報、特開2000−174726号公報、特開2000−278243号公報および特開2001−86091号公報などに開示されている。特開平11−205290号公報では、多重反射電波伝播環境や移動受信環境で生じる受信特性の劣化を改善するために、複数のアンテナからのOFDM受信信号をそれぞれ時間的に遅延させ、遅延前後のOFDM受信信号の相関値が最大となるアンテナを選択し、選択されたアンテナからのOFDM信号を復調する先行技術を開示している。特開2000−174726号公報では、周波数選択性フェージング伝播路の場合でも十分なダイバーシティ効果が得られるように、サブキャリアレベル等を検出してアンテナ切り換えを行う先行技術を開示している。特開2000−278243号公報では、耐マルチパスフェージング特性を改善するため、複数のアンテナからの受信信号を合成する先行技術を開示している。特開2001−86091号公報では、複数のアンテナで受信した信号をOFDM復調の前に合成して受信信号の特性を改善する先行技術を開示している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前述の各先行技術には、車両の進行方向指向特性のアンテナと、逆方向指向特性のアンテナとを設置する等、OFDM等のデジタル信号電波受信用のダイバーシティシステムに好適なアンテナ配置等に関する具体的な開示は見られない。
【0011】
図31では、アンテナ11a〜11dの指向性を利用して、マルチパスフェージングを補償する範囲を受信電力が大きい方向に制限している。この方向は、車両の移動に伴って変化するので、受信電力が最大となるように切替えられる。受信電力が最大か否かは、各アンテナ11a〜11dからの受信電力を比較しなければならないので、各アンテナ11a〜11d毎に無線受信部12a〜12dがそれぞれ設けられている。しかしながら、高周波信号を増幅してベースバンドに変換する無線受信部12a〜12dは、前述のように500MHz程度の高周波信号を取扱うので、高価であり、複数のアンテナ11a〜11dと同数使用すると車載OFDM受信装置の製造コストを上昇させてしまう。
【0012】
本発明の目的は、無線受信部の使用数をアンテナの数に比べて減少させることができる車載デジタル信号受信装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両に搭載され、デジタル信号で変調された電波を受信するための車載デジタル通信受信装置であって、
車両に対して予め定める一方向側で利得が高くなるような指向性、および該一方向側の逆方向で利得が高くなるような指向性を含む複数の指向性のいずれかを選択するように切替えて、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信可能なアンテナ手段と、
アンテナ手段から、指向性を切替えて受信された電波に対応する電気信号を入力し、増幅して復調させる復調手段と、
予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御する指向性選択手段とを含み、
前記アンテナ手段および前記復調手段は、電波の受信が相互に独立して可能な2系統が設けられ、
前記指向性選択手段は、いずれか一方の系統のアンテナ手段および復調手段について、前記指向性の選択を行い、前記2系統のうちで、前記一方とは異なる系統のアンテナ手段の指向性を、該一方の系統のアンテナ手段の指向性に合わせるように選択し、時間差を設けて切替えることを特徴とする車載デジタル信号受信装置である。
【0014】
本発明に従えば、車載デジタル信号受信装置は、車両に搭載され、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信するために、アンテナ手段と、復調手段と、指向性選択手段とを含む。アンテナ手段は、車両に対して予め定める一方向側で利得が高くなるような指向性、およびその一方向側の逆方向で利得が高くなるような指向性を含む複数の指向性のいずれかを選択するように切替えて、直交周波数分割多重方式などで変調されたデジタル信号の電波を受信可能である。したがって、受信するデジタル信号の電波がマルチパスフェージングの影響を受けても、指向性を切替えて、受信する電波の到来方向を絞ることができる。復調手段は、アンテナ手段から、指向性を切替えて受信された電波に対応する電気信号を入力し、増幅して復調させる。指向性選択手段は、予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御する。したがって、車両が走行して、到来する電波の方向が変るようなときには、アンテナ手段の指向性を切替えて、マルチパスフェージングの影響を除去しやすい条件で電波の受信を行うことができる。複数の指向性を指向性選択手段によって切替えて復調手段に入力することができるので、復調手段、特に高周波増幅やベースバンドへの周波数変換を行う部分の使用数を削減することができ、地上波テレビジョン放送用のOFDM信号や、大容量の高速データ信号などを良好に受信することができる。
またアンテナ手段および復調手段を2系統用い、いずれか一方の系統で指向性の選択を行うので、指向性の選択を行っている間は、他方の系統のみで受信を継続することができ、各系統でアンテナ手段で選択可能な指向性の方向の数に比較して高周波増幅や周波数変換を行う部分の数が少なくても、円滑な受信を行うことができる。
また一方の系統のアンテナ手段および復調手段を用いて適切な指向性の方向を選択すると、他方の系統のアンテナ手段の指向性の方向も一致させるので、2系統間で、指向性の方向を合わせてダイバーシティ方式による電波の受信を行うことができる。他方の系統の指向性を一方の系統の指向性に合わせる動作は、時間差を設けて行うので、指向性を先に切替えている一方の系統で受信しながら他方の系統の指向性の切替を行うことができる。
また本発明は、車両に搭載され、デジタル信号で変調された電波を受信するための車載デジタル通信受信装置であって、
車両に対して予め定める一方向側で利得が高くなるような指向性、および該一方向側の逆方向で利得が高くなるような指向性を含む複数の指向性のいずれかを選択するように切替えて、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信可能なアンテナ手段と、
アンテナ手段から、指向性を切替えて受信された電波に対応する電気信号を入力し、増幅して復調させる復調手段と、
予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御する指向性選択手段と、
合成手段とを含み、
前記アンテナ手段および前記復調手段は、電波の受信が相互に独立して可能な2系統が設けられ、
前記指向性選択手段は、いずれか一方の系統のアンテナ手段および復調手段について、前記指向性の選択を行い、
前記合成手段は、前記2系統のアンテナ手段からの受信信号を、周波数合成ダイバーシティとして、周波数成分毎の受信状態の優劣に基づく重みを付けて合成して受信し、アンテナの指向性を切替える系統については、重み付けを低くして合成することを特徴とする車載デジタル信号受信装置である。
本発明に従えば、車載デジタル信号受信装置は、車両に搭載され、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信するために、アンテナ手段と、復調手段と、指向性選択手段とを含む。アンテナ手段は、車両に対して予め定める一方向側で利得が高くなるような指向性、およびその一方向側の逆方向で利得が高くなるような指向性を含む複数の指向性のいずれかを選択するように切替えて、直交周波数分割多重方式などで変調されたデジタル信号の電波を受信可能である。したがって、受信するデジタル信号の電波がマルチパスフ ェージングの影響を受けても、指向性を切替えて、受信する電波の到来方向を絞ることができる。復調手段は、アンテナ手段から、指向性を切替えて受信された電波に対応する電気信号を入力し、増幅して復調させる。指向性選択手段は、予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御する。したがって、車両が走行して、到来する電波の方向が変るようなときには、アンテナ手段の指向性を切替えて、マルチパスフェージングの影響を除去しやすい条件で電波の受信を行うことができる。複数の指向性を指向性選択手段によって切替えて復調手段に入力することができるので、復調手段、特に高周波増幅やベースバンドへの周波数変換を行う部分の使用数を削減することができ、地上波テレビジョン放送用のOFDM信号や、大容量の高速データ信号などを良好に受信することができる。
またアンテナ手段および復調手段を2系統用い、いずれか一方の系統で指向性の選択を行うので、指向性の選択を行っている間は、他方の系統のみで受信を継続することができ、各系統でアンテナ手段で選択可能な指向性の方向の数に比較して高周波増幅や周波数変換を行う部分の数が少なくても、円滑な受信を行うことができる。
また合成手段で、系統のアンテナ手段からの受信信号を、周波数合成ダイバーシティとして、周波数成分毎の受信状態の優劣に基づく重みを付けて合成して受信するので、電波の到来状態に合わせて適切なアンテナ系列の配分で受信を行うことができる。アンテナの指向性を切替える系統では受信状態の変動が大きくなるので重み付けを低くし(0とすることも可能である)、受信性能の劣化を防止することができる。
【0015】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記アンテナ手段の複数の指向性を予め定める短時間ずつ切替えて、受信状態の優劣で指向性の選択を行うことを特徴とする。
【0016】
本発明に従えば、複数の方向の指向性を、予め定める短時間ずつ切替えてみるので、複数の指向性を同時に受信しなくても、指向性間の受信状態の優劣を容易に比較して優劣を判断することができる。
【0017】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記受信状態の優劣を、受信電力情報に基づいて判断することを特徴とする。
【0018】
本発明に従えば、受信電力情報で受信状態の優劣を判断するので、受信電力が高い方向にアンテナ手段の指向性を切替えることができる。
【0019】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記受信状態の優劣を、受信誤り率情報に基づいて判断することを特徴とする。
【0020】
本発明に従えば、受信誤り率情報で受信状態の優劣を判断するので、受信誤り率が小さい方向にアンテナ手段の指向性を切替えることができる。
【0021】
また本発明で、前記指向性選択手段は、受信電波の到来方向についての情報に基づいて、前記アンテナ手段の指向性を選択することを特徴とする。
【0022】
本発明に従えば、受信電波の到来方向についての情報に基づき、アンテナの指向性の方向を、到来方向に合わせることなどによって、マルチパスフェージングの影響を除去しやすい条件で電波の受信を行うことができる。
【0023】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記受信電波の到来方向を、受信電波の周波数に対するドップラシフトの方向についての情報と、車両の走行速度についての情報とに基づいて判断することを特徴とする。
【0024】
本発明に従えば、車両の走行方向が受信電波の到来方向に近づけば、ドップラシフトは周波数が高くなる方向にずれ、走行方向が到来方向から遠ざかればドップラシフトは周波数が低くなる方向にずれる。ドップラシフトによる周波数のずれは走行速度に比例していると考えることができる。したがって、ドップラシフトについての情報と車両の走行速度についての情報とに基づいて、受信電波の到来方向を知ることができ、受信電波の到来方向に合わせてアンテナ手段の指向性の方向を選択することができる。
【0025】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記車両の走行速度についての情報を、ジャイロによる進路方向の変更の検出と、速度の検出とに基づいて検出することを特徴とする。
【0026】
本発明に従えば、車両の走行速度についての情報は、ジャイロによる進路方向の変更と、速度とに基づいて検出するので、速度によってドップラシフトの影響を評価し、進路方向に応じて指向性の選択を適切に行うことができる。
【0027】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記受信電波の到来方向を、車両の現在位置の検出情報と、放送局の配置についての地理的情報とに基づいて判断することを特徴とする。
【0028】
本発明に従えば、放送局の送信アンテナから送信されて車両に到来する受信電波の到来方向を、地理的に判断して、適切な指向性の方向を選択することができる。
【0029】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記アンテナ手段での指向性の選択を、予め定める切替開始条件の成立時に行うことを特徴とする。
【0030】
本発明に従えば、アンテナ手段での指向性の選択を、予め定める切替開始条件の成立時に行うので、選択可能な指向性の方向の数に比較して受信信号の高周波増幅や周波数変換を行う部分の数が少なくても、指向性の切替えが必要になれば、アンテナ手段の指向性を切替えて、適切な条件でデジタル信号の電波を受信することができる。
【0031】
また本発明で、前記指向性選択手段は、受信電力が予め定める基準よりも低下する時点を、前記予め定める切替開始条件の成立時として判断することを特徴とする。
【0032】
本発明に従えば、受信電波の到来方向とアンテナ手段の指向性の方向とのずれが大きくなると受信電力が低下する。受信電力が予め定める基準よりも低下する時点を切替開始条件の成立時として判断するので、アンテナ手段の指向性を受信電波の到来方向に合わせることができ、方向のずれを、適切に解消させることができる。
【0033】
また本発明で、前記指向性選択手段は、受信誤り率が予め定める基準よりも上昇する時点を、前記予め定める切替開始条件の成立時として判断することを特徴とする。
【0034】
本発明に従えば、受信電波の到来方向とアンテナ手段の指向性の方向とのずれが大きくなると受信電力が低下してノイズなどの影響を受けやすくなり、受信誤り率が上昇する。受信誤り率が予め定める基準よりも上昇する時点を切替開始条件の成立時として判断するので、アンテナ手段の指向性を受信電波の到来方向に合わせることができ、方向のずれを、適切に解消させることができる。
【0035】
また本発明で、前記指向性選択手段は、走行速度が予め定める基準よりも上昇する時点を、前記予め定める切替開始条件の成立時として判断することを特徴とする。
【0036】
本発明に従えば、車両の走行速度が上昇すると、ドップラシフトの影響が大きくなり、受信電波の到来方向とアンテナ手段の指向性とを合わせる必要性が増す。走行速度が予め定める基準よりも上昇する時点を切替開始条件の成立時として判断するので、アンテナ手段の指向性を受信電波の到来方向に合わせることによって、適切な条件で電波受信を行うことができる。
【0037】
また本発明で、前記指向性選択手段は、前記アンテナ手段の指向性の選択を、常時行うことを特徴とする。
【0038】
本発明に従えば、指向性選択手段がアンテナ手段の指向性の選択を常時行うので、車両が移動しても常に適切な条件で電波を受信することができる。
【0043】
また本発明は、前記2系統のアンテナ手段からの受信信号を、周波数合成ダイバーシティとして、周波数成分毎の受信状態の優劣に基づく重みを付けて合成して受信し、アンテナの指向性を切替える系統については、重み付けを低くして合成する合成手段をさらに含むことを特徴とする。
【0044】
本発明に従えば、合成手段で、系統のアンテナ手段からの受信信号を、周波数合成ダイバーシティとして、周波数成分毎の受信状態の優劣に基づく重みを付けて合成して受信するので、電波の到来状態に合わせて適切なアンテナ系列の配分で受信を行うことができる。アンテナの指向性を切替える系統では受信状態の変動が大きくなるので重み付けを低くし(0とすることも可能である)、受信性能の劣化を防止することができる。
【0045】
また本発明で、前記指向性選択手段は、2系統のアンテナ手段の指向性を、相互に異なるように選択し、2系統間で周波数帯域分割ダイバーシティ方式の受信を行うことを特徴とする。
【0046】
本発明に従えば、マルチパスフェージングでは、周波数帯に応じて異なるパスで受信する方が好ましいことがある。異なる方向の2系統のアンテナ手段の指向性を相互に異なるように選択して、2系統間で周波数帯域分割ダイバーシティ方式の受信を行うので、総合的に適切な条件で受信することができる。
【0047】
また本発明で、前記アンテナ手段は、車両の前方への指向性を有するアンテナ、後方への指向性を有するアンテナとともに、車両の側方への指向性を有するアンテナを含むことを特徴とする。
【0048】
本発明に従えば、車両の前方および後方への指向性を切替えれば、車両の高速走行時のドップラシフトによる受信周波数のずれを容易に補償することができる。車両の側方への指向性に切替えれば、車両の側方から到来する電波を適切な条件で受信することができる。
【0049】
また本発明で、前記アンテナ手段は、車両の前方への指向性を有するアンテナおよび後方への指向性を有するアンテナを含み、該前方への指向性を有するアンテナまたは該後方への指向性を有するアンテナのうちの少なくとも一方では、車両の側方への利得も向上させることを特徴とする。
【0050】
本発明に従えば、車両の側方への指向性を有するアンテナとして、車両の前方または後方への指向性を有するアンテナと兼用して、車両への設置に必要なスペースを小さくして、低コスト化を図ることができる。
【0051】
また本発明で、前記車両の側方への利得の向上は、アンテナエレメントを追加して行われることを特徴とする。
【0052】
本発明に従えば、車両の前方または後方に指向性を有するアンテナに、アンテナエレメントを追加するだけで、車両の側方への利得の向上を図ることができる。
【0053】
また本発明で、前記アンテナ手段は、車両の金属製車体をリフレクタとする指向性アンテナを含むことを特徴とする。
【0054】
本発明に従えば、アンテナ手段に車両の金属製車体をリフレクタとする指向性アンテナを含むので、車両の金属製車体を有効に利用し、低コストで指向性アンテナを実現することができる。
【0055】
また本発明で、前記アンテナ手段は、2素子のアンテナエレメントのうちの一方をリフレクタとして動作させる指向性アンテナを含むことを特徴とする。
【0056】
本発明に従えば、2素子のアンテナエレメントのうちの一方をリフレクタとして動作させる2エレメントの八木型などのアンテナを指向性アンテナとして用い、複数の指向性の方向に必要なアンテナを容易に車両に搭載することができる。
【0057】
また本発明で、前記2素子のアンテナエレメントは、車両から上下方向に立設されるポールアンテナ素子であることを特徴とする。
【0058】
本発明に従えば、単独では少なくとも水平面内では指向性がないポールアンテナ素子にリフレクタを設け、車両に搭載する指向性アンテナとして使用することができる。
【0059】
また本発明は、前記デジタル信号に対し、時間軸方向の補正を行う補正手段をさらに含み、
前記指向性選択手段は、補正手段による補正が追従可能なように、前記アンテナ切替えで、予め定める時間をかけて、一方のアンテナ手段からの受信信号の減衰率を増大させ、他方のアンテナ手段からの受信信号の減衰率を減少させるように制御することを特徴とする。
【0060】
本発明に従えば、補正手段によって時間軸方向の補正を行う。たとえばOFDM信号では、スキャッタードパイロット(SP)信号を使用して、受信状態を予測し、予測に基づく補正を行いながら信号を受信するけれども、アンテナの切替えを急激に行うと、受信状態の変動が予測の範囲から外れるおそれがある。アンテナ手段の切替えを、一定の時間をかけて一方の減衰率を増大させ、他方の減衰率を減少させるようなフェードイン・フェードアウト方式で行うことによって、補正を有効に行いなが切替時の受信性能の劣化を軽減することができる。
【0061】
また本発明で、前記指向性選択手段は、受信状態が予め定める基準に達しない弱電界エリアでは、複数のアンテナ手段からの出力を合成して受信するように制御することを特徴とする。
【0062】
本発明に従えば、弱電界エリアでは受信電力低下による受信性能劣化が支配的になるけれども、複数のアンテナ手段からの出力を合成して受信するので、多くの方向から到来する電波を受信して、受信電界強度を高めることができる。
【0063】
また本発明で、前記指向性選択手段は、受信信号のサーチ時または選局時に、複数のアンテナ手段からの出力を合成して受信するように制御することを特徴とする。
【0064】
本発明に従えば、受信信号のサーチ時または選局時には受信信号を特定することができず、その到来方向も正確には判らない。受信信号が特定するまでにアンテナ手段の切替を行ってしまうと、OFMD信号ではTMCCなどの同期がとれていない状態が長く継続し、安定した受信に至るまでに時間を要する。
【0071】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図15で、本発明の実施の各形態としての車載OFDM受信装置について説明する。また図16〜図24で、本発明の実施の各形態によるアンテナについて説明する。また、図25〜図28で、本発明の実施のさらに他の形態によるアンテナ切替について説明する。各実施形態では、先行して説明している実施形態に対応する部分に同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。また、OFDM方式の地上波デジタルテレビジョン放送を受信する場合について説明するけれども、本発明は一般的に大容量のデジタル信号を受信する場合に適用することができるのはもちろんである。
【0072】
図1は、本発明の実施の第1形態である車載OFDM受信装置21の概略的な構成を示す。車載OFDM受信装置21は、車両に搭載され、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信するために、前方向ビームアンテナ22A、後方向ビームアンテナ22B、切替スイッチ23,RF/IF部24、OFDM復調部25、レベル検出部26、誤り訂正部27、AGC部28およびアンテナ選択回路29を含む。
【0073】
前方向ビームアンテナ22A、後方向ビームアンテナ22Bおよび切替スイッチ23は、車両に対して予め定める一方向側である前方で利得が高くなるような指向性、およびその一方向側の逆方向である後方向で利得が高くなるような指向性を含む複数の指向性のいずれかを選択するように切替スイッチ23で切替えて、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信可能なアンテナ手段を構成する。
【0074】
RF/IF部24、OFDM復調、OFDM復調部25、レベル検出部26、誤り訂正部27およびAGC部28は、アンテナ手段から、指向性を切替えて受信された電波に対応する電気信号を入力し、増幅して復調させるOFDM復調手段として機能する。RF/IF部24は、高周波の信号を増幅し、中間周波数に変換してさらに増幅する。中間周波数の信号を復調するOFDM復調部25は、レベル検出部26および誤り訂正部27を含み、有効シンボル(TS)を復調して出力する。レベル検出部26は、受信電力情報を出力し、AGC部28を介して、RF/IF部24の利得を調整する。誤り訂正部27は、復調された信号に含まれる誤り訂正情報を利用して、誤りの検出と、可能な範囲での訂正とを行い、誤り率情報(Bit Error Rate:BER)を出力する。受信電力情報および誤り率情報は、アンテナ選択回路29に入力される。アンテナ選択回路29は、予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御する指向性選択手段として機能する。
【0075】
図2は、図1の車載OFDM受信装置21でアンテナ選択回路29によって行われるアンテナの指向性切替え制御の手順を示す。ステップa1では、受信誤り率が予め定める基準よりも大きくなるのを待つ。すなわち、受信誤り率が基準を越えて大きくなることが、アンテナの指向性切替の開始条件となる。受信誤り率が基準よりも小さいときは、誤り訂正が可能であったり、誤りの影響が目立たない範囲であり、アンテナの指向性を切替える必要はない。ステップa1で誤り率が基準を越えて大きくなると、ステップa2で、前方向ビームアンテナ22Aの平均受信レベルを、たとえば数100m秒の時間にわたって検出する。ステップa3では、切替えスイッチ23を後方向ビームアンテナ22B側に切替えて、後方向ビームアンテナ22Bの平均受信レベルを、たとえば数100m秒の時間にわたって検出する。ステップa4では、前方向ビームアンテナ22Aと後方向ビームアンテナ22Bとを、平均受信レベルで比較する。ステップa5では、ステップa4の比較結果に基づいて、平均受信レベルがより高い方に一定時間、たとえば数秒〜数10秒保持し、ステップa1に戻る。
【0076】
ステップa2〜ステップa4では、アンテナ選択回路29がアンテナ手段の複数の指向性を予め定める短時間ずつ切替えて、受信状態の優劣で指向性の選択を行うことになる。複数の方向の指向性を、予め定める短時間ずつ切替えてみるので、複数の指向性を同時に受信しなくても、指向性間の受信状態の優劣を容易に比較して優劣を判断することができる。また受信状態の優劣を、受信電力情報に基づいて判断している。受信電力情報で受信状態の優劣を判断するので、受信電力が高い方向にアンテナ手段の指向性を切替えることができる。このような受信状態の優劣の判断は、受信誤り率情報に基づいて行うこともできる。
【0077】
図3は、本発明の実施の第2形態である車載OFDM受信装置31の概略的な構成を示す。車載OFDM受信装置31は、2系統のアンテナ手段およびOFDM復調手段を備え、周波数分割ダイバーシティ方式による受信を行うことができる。一方の系統は、前方向ビームアンテナ22A1、後方向ビームアンテナ22B1、切替スイッチ23、RF/IF部24、OFDM復調部35、レベル検出部36およびAGC部28を含む。他方の系統は、前方向ビームアンテナ22A2、後方向ビームアンテナ22B2、切替スイッチ43、RF/IF部44、OFDM復調部45、レベル検出部46およびAGC部48を含む。OFDM復調部35,45は、レベル検出部36,46のみをそれぞれ含み、誤り訂正部37は含まないことを除いて、基本的に図1の実施形態のOFDM復調部25と同等である。2つの系統の前方向ビームアンテナ22A1,22A2、後方向ビームアンテナ22B1,22B2、切替スイッチ23,43、RF/IF部24,44、レベル検出部36,46およびAGC部28,48は、それぞれ同等である。
【0078】
2つのOFDM復調部35,45の出力は、ダイバーシティ合成部38で合成され、合成出力が誤り訂正部37に入力され、誤り率情報がアンテナ選択回路39に入力される。アンテナ選択回路39には、レベル検出部36,46からの受信電力情報も入力され、切替スイッチ23,43を制御するために利用される。
【0079】
図4は、図3の車載OFDM受信装置31でアンテナ選択回路39によって行われるアンテナの指向性切替え制御の手順を示す。ステップb1では、受信誤り率が予め定める基準よりも大きくなるのを待つ。ステップb1で誤り率が基準を越えて大きくなると、ステップb2で、一方の系統の前方向ビームアンテナ22A1の平均受信レベルを、たとえば数100m秒の時間にわたって検出する。ステップb3では、切替えスイッチ23を後方向ビームアンテナ22B1側に切替えて、後方向ビームアンテナ22B1の平均受信レベルを、たとえば数100m秒の時間にわたって検出する。ステップb4では、前方向ビームアンテナ22A1と後方向ビームアンテナ22B1とを、平均受信レベルで比較して、平均受信レベルがより高い方に切替える。ステップb5では、一定時間、たとえば数100m秒の時間を待つ。ステップb6では、ステップb4の比較結果に基づいて、他方の系統についても、一方の系統で平均受信レベルがより高いと判断される方に切替える。たとえば、ステップb4の比較結果で、前方向ビームアンテナ22A1の平均受信レベル>後方向ビームアンテナ22B1の平均受信レベルである場合は前方向ビームアンテナ22A2が選択される。後方向ビームアンテナ22B1の平均受信レベル>前方向ビームアンテナ22A1の平均受信レベルである場合は後方向ビームアンテナ22B2が選択される。ステップb7では、一定時間、たとえば数秒〜数10秒保持し、ステップb1に戻る。
【0080】
図5は、本発明の実施の第3形態である車載OFDM受信装置51の概略的な構成を示す。車載OFDM受信装置51は、図1の実施形態と同様に、1系統のアンテナ手段およびOFDM復調手段を備えるけれども、OFDM復調部55には、レベル検出部26および誤り訂正部27とともに、周波数同期回路56を含む。また、アンテナ選択回路59は、誤り訂正部27からの誤り率情報、周波数同期回路56からの周波数シフト情報、および車両からの車速パルスを入力し、ドップラシフト方向検出を行って、切替スイッチ23の切替を行う。なお、周波数同期回路と同等の構成は、図1および図3の実施形態のOFDM復調部25,35,45にも含まれている。
【0081】
このように本実施形態では、指向性選択手段としてのアンテナ選択回路49は、受信電波の到来方向を、受信電波の周波数に対するドップラシフトの方向についての情報と、車両の走行速度についての情報とに基づいて判断する。車両の走行方向が受信電波の到来方向に近づけば、ドップラシフトは周波数が高くなる方向にずれ、走行方向が到来方向から遠ざかればドップラシフトは周波数が低くなる方向にずれる。ドップラシフトによる周波数のずれは走行速度に比例していると考えることができる。したがって、ドップラシフトについての情報と車両の走行速度についての情報とに基づいて、受信電波の到来方向を知ることができ、受信電波の到来方向に合わせてアンテナ手段の指向性の方向を選択することができる。
【0082】
図6は、図5の実施形態で、ドップラシフト方向検出を行う考え方を示す。車両の走行方向は、走行速度Vの長さを有するベクトルと考えることができる。走行速度の方向と電波到来方向とがなす角度をθとする。ドップラシフト周波数fdがプラスの場合は、角度θは−90°〜+90°の範囲である。ドップラシフト周波数fdがマイナスの場合は、θは+90°〜+180°および−90°〜−180°の範囲である。ドップラシフト周波数fdは、放送周波数をfc、電波伝播速度をCとして、次の(1)式で表すことができる。
【0083】
【数1】
【0084】
したがって、角度θは、次の(2)式で算出することができる。
【数2】
【0085】
このように、角度θを厳密に計算すると、電波到来方向を算出することができる。ただし、車両の進行方向に対する左右方向の区別はつかない。横方向であることは検出可能である。走行速度Vが小さいときには誤差が大きくなる。(1)式から、fc=470MHzで、V=100km/hのときは、fd=44Hzとなる。
【0086】
図7は、図5の車載OFDM受信装置51でアンテナ選択回路59によって行われるアンテナの指向性切替え制御の手順を示す。ステップc1では、受信誤り率が予め定める基準よりも大きくなるのを待つ。ステップc1で誤り率が基準を越えて大きくなると、ステップc2で、ドップラシフト周波数fdの平均値を、たとえば数秒の時間にわたって検出する。ステップc3では、ドップラシフト周波数fdが閾値周波数fthよりも大きく、かつ走行速度Vが閾値速度Vthよりも大きいか否かを判断する。両方の条件が成立すると判断されるときは、ステップc4で、アンテナ選択回路59は前方向ビームアンテナ22Aを選択するように切替えスイッチ23を切替える。ステップc3で条件が成立しないときは、ステップc5で、ドップラシフト周波数fdが閾値周波数−fthよりも小さく、かつ走行速度Vが閾値速度Vthよりも大きいか否かを判断する。両方の条件が成立すると判断されるときは、ステップc6で、アンテナ選択回路59は後方向ビームアンテナ22Bを選択するように切替えスイッチ23を切替える。ステップc5で条件が成立しないときは、ステップc7で、現在選択しているアンテナの選択を続ける。ステップc4、ステップc6およびステップc7の後は、ステップc1に戻る。
【0087】
図8は、本発明の実施の第4形態である車載OFDM受信装置61の概略的な構成を示す。車載OFDM受信装置61は、図3の実施形態と同様に、2系統のアンテナ手段およびOFDM復調手段を備え、周波数分割ダイバーシティ方式による受信を行うことができる。一方の系統は、前方向ビームアンテナ22A1、後方向ビームアンテナ22B1、切替スイッチ23、RF/IF部24、OFDM復調部65、レベル検出部36およびAGC部28を含む。他方の系統は、前方向ビームアンテナ22A2、後方向ビームアンテナ22B2、切替スイッチ43、RF/IF部44、OFDM復調部66、レベル検出部46およびAGC部48を含む。OFDM復調部65,66は、レベル検出部36,46のみをそれぞれ含み、さらに図5の周波数同期回路56と同等の構成を含み、周波数シフト情報出力する。
【0088】
図3の実施形態と同様に、2つのOFDM復調部65,66の出力は、ダイバーシティ合成部38で合成され、合成出力が誤り訂正部37に入力され、誤り率情報がアンテナ選択回路69に入力される。アンテナ選択回路69には、OFDM復調部65,66からの周波数シフト情報、および車速パルスも入力され、切替スイッチ23,43を制御するために利用される。本実施形態でのアンテナの指向性切替えも、図7と同様に行うことができる。ただし、ステップc4およびステップc6では、両方の系統ともに同方向の指向性に切替える。
【0089】
また、アンテナ選択回路69は、車両の走行速度についての情報を、ジャイロによる進路方向の変更の検出でうることもできる。車両の走行速度についての情報は、ジャイロによる進路方向の変更と、車速パルスとに基づいて検出するので、速度によってドップラシフトの影響を評価し、進路方向に応じて指向性の選択を適切に行うことができる。
【0090】
図9は、本発明の実施の第1〜第4形態で、横方向の指向性制御を行う場合の構成を示す。車体70には、前ビーム71、後ビーム72、横ビーム73,74の指向性を有するアンテナを搭載する。横ビーム73,74を合成すれば、横方向指向性を実現することができる。図3や図8に示すように2系統受信を行う場合は、図9に示す構成を2ペア設ければよい。
【0091】
図10は、図9に示す構成で、ドップラシフト方向検出を行って、かつ横方向指向性制御も行う場合の制御手順を示す。ステップd1〜ステップd6の各ステップは、図7のステップc1〜ステップc6の各ステップとそれぞれ同等である。ステップd7では、図9に示すような合成による横方向指向性の状態を選択して切替える。ステップd4、ステップd6およびステップd7の後は、ステップd1に戻る。
【0092】
なお、図7および図10のステップc3、ステップc5、ステップd3およびステップd5で走行速度Vが閾値速度Vthよりも大きいことを判断条件の一つとしているけれども、この判断は必須ではない。車両の走行速度が上昇すると、ドップラシフトの影響が大きくなり、受信電波の到来方向とアンテナ手段の指向性とを合わせる必要性が増す。走行速度が予め定める基準よりも上昇する時点を切替開始条件の成立時として判断すれば、指向性を受信電波の到来方向に合わせることによって、適切な条件で電波受信を行うことができる。
【0093】
また、図2、図4、図7および図10の手順では、ステップa1、ステップb1、ステップc1およびステップd1で受信誤り率が大きいことを制御手順開始の条件としているけれども、無条件で、常時制御手順を実行させることもできる。また、受信誤り率の代りに、受信電力が基準よりも小さくなることを開始条件としたり、受信誤り率と受信電力との両条件を開始条件とすることもできる。
【0094】
図11は、本発明の実施の第5形態である車載OFDM受信装置80の概略的な構成を示す。車載OFDM受信装置80は、デジタルテレビジョン放送を受信するDTV受信部81、アンテナ選択回路82、ナビゲーション装置83およびアンテナ指向性制御装置84を含む。アンテナ選択回路82は、放送局位置テーブルおよび現在位置情報と車両の向き情報から放送局方向を求め、アンテナ指向性を選択する。現在位置情報は、ナビゲーション装置83が備えるGPS(
Global Positioning System )機能などに基づいて得られる。
【0095】
図12は、周波数分割ダイバーシティの効果を確認する試験区間の概要を示す。A区間の長さは約2kmであり、全周は約8kmである。図13は、図12の試験区間で、標準のダイポールアンテナのような双方向ビームアンテナを使用してダイバーシティを行う場合と、指向性があるアンテナを用いてダイバーシティを行う場合と、ダイバーシティを行わない場合とを比較した結果を示す。図12のA区間では、走行方向の後方が電波到来方向となる。図13から、車両の前後に指向性をそれぞれ持たせるダイバーシティ方式が最も受信率が高く、良好であることが判る。これによって、実車による試験でも、車両の前方と後方と二指向性を有するようにすることの有効性が確認される。
【0096】
図14および図15は、乗用車の車体70への搭載性を考慮した指向性アンテナの装着位置を示す。図14に示すように、車体70の前方では、フロントガラス貼付フィルムアンテナの形態が考えられる。車体70の後方では、リアバンパ貼付フィルムアンテナの形態が考えられる。図15に示すように、車体70の前方では、前ビーム71が得られ、車体70の後方では後ビーム72が得られるようにする。このような配置を前提にすると、車体70の金属ボディをリフレクタとして利用し、指向性を持たせることが考えられる。
【0097】
図16は、本発明によるアンテナの実施の一形態として、車両の金属製車体をリフレクタとして利用する指向性アンテナ90の基本的な構成を示す。指向性アンテナ90は、一対のダイポールエレメント90a,90bの中央の給電部に、第1の給電線91および第2の給電線92の一端を接続する。第1の給電線91および第2の給電線92は平行で、短縮率を考慮した波長λの1/4の長さを有する。第1の給電線91の他端は、金属製のボディへの接地93に接続される。第2の給電線92の他端は、同軸ケーブル94の先端の芯線に接続される。同軸ケーブル94の先端の外皮は、ボディへの接地93に接続される。
【0098】
指向性アンテナ90は、車両の金属製車体とダイポールエレメント90a,90bの給電点との間を1/4波長の長さの第1および第2給電線91,92で接続し、金属製車体をリフレクタとして動作させることができる。車両に搭載するダイポール形式のアンテナで、金属製車体をリフレクタとして動作させ、指向性を持たせることができる。同軸ケーブル94の先端は、金属製車体への接続部まで達すればよいので、外部からは見えないように隠すことができる。
【0099】
図17は、(a)で図16の指向性アンテナ90をフロントガラス95に貼付けている状態を示し、(b)で得られる水平面内の指向性を示す。図17(a)に示すように、フロントガラス95に貼付ける場合のダイポールエレメント90a,90bの長さは、ガラスの誘電率で短縮され、エレメント長90mm×2が自由空間でのエレメント長140mm×2に相当する。図18は、接地を行う金属製車体としてルーフ96を利用し、取付位置のルーフ96からの距離Yを可変にして、周波数特性を調べた結果を示す。図18(a)では、3つの周波数での前方向利得を示し、図18(b)では前方向利得と後方向利得との比であるF/B比を示す。F/B比は10dB以上得られることが望ましい。
【0100】
図19および図20は、指向性アンテナ90を車両のフロントガラス上に貼付けて、前ビーム71を形成している状態を示す。図19は平面視、図20は斜視した状態をそれぞれ示す。このような指向性アンテナ90で、ダイポールエレメント90a,90b、第1の給電線91および第2の給電線92は電気絶縁性の合成樹脂フィルム上の導体パターンとして形成することができる。これによって、第1および第2の給電線91,92をダイポールエレメント90a,90b中央の給電部に接続した状態で取扱うことができる。
【0101】
図21は、(a)で横方向の指向性を改善した指向性アンテナ100の概略的な構成を示し、(b)で指向性アンテナ100への給電方法を示す。指向性アンテナ100は、図16のダイポールエレメント90a,90bを車両の前または後に指向性が向く状態に設置し、横方向の追加エレメント100aを追加した形態で実現されて、横方向について改善した指向性101が得られる。図20(b)に示すように、ダイポールエレメント90a,90bについてはカップリング回路102を介して給電を行い、追加エレメント100aについては、90°位相器103を介して給電を行う。
【0102】
図22は、本発明によるアンテナの実施の他の形態としての指向性アンテナ104の構成を示す。図22(a)は、図16のダイポールエレメント100a,100bと同様にリフレクタと組合わせて使用する波長λの1/4の長さのダイポールエレメント105,106によるダイポールアンテナで、ダイポールエレメント105,106を途中で90°折曲げている状態を示す。図22(b)は、ダイポールエレメント105,106の全長がそれぞれ100mmとして、先端の30mmの部分を折曲げている状態を示す。このように先端を折曲げることによっても、横方向の指向性を改善することができる。
【0103】
図23は、本発明によるアンテナの実施のさらに他の形態としての指向性アンテナの構成を示す。図23(a)は、単一のポールアンテナ107を車両のトランク108に立設している状態を示す。ポールアンテナ107をリアガラスの後方に立てても、指向性110は、水平面無指向性を示す。図23(b)に示すように、ポールアンテナ107bを1本追加して、リフレクタとして動作させれば、リフレクタ107aの方向に指向性を持たせる指向性アンテナ111として使用することができる。このような指向性は、2エレメントの八木型アンテナでも得ることができる。
【0104】
図24は、以上説明した車載OFDM受信装置で採用可能な、アンテナの指向性の組合せの例と、切替え方とを示す。また、アンテナエレメントの実現方法も示す。さらに、取付場所についても示す。
【0105】
以上説明した実施の各形態では、複数の指向性のいずれかを選択するように切替えて、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信可能である。したがって、受信する直交周波数分割多重方式で変調された電波がマルチパスフェージングの影響を受けても、指向性を切替えて、受信する電波の到来方向を絞ることができる。複数の指向性を切替えて入力することができるので、高周波増幅やベースバンドへの周波数変換を行う部分の使用数を削減することができる。
【0106】
図25は、(a)で本発明の実施の第6形態としての車載OFDM受信装置121の部分的な構成を示し、(b)で切替えの移行状態を示す。本実施形態ではアンテナ22A,22Bのセレクタ123を介して行う。セレクタ123には、アンテナ指向性制御装置124から電圧レベルが上昇および下降するように変化する一対のデジタル/アナログ変換出力(以下、「D/A出力」と略称する)が与えられる。セレクタ123で切替えられた出力は、チューナ125に入力されて、復調等の処理が行われる。
【0107】
セレクタ123は、ダイオード130A,130B、NPN型のトランジスタ131A,131B、コイル132A,132B、コイル133A,133Bおよび抵抗134A,134Bで直流回路をそれぞれ形成する。トランジスタ131A,131Bのベースに、アンテナ指向性制御装置124から与えられるD/A出力に応じて、ダイオード130A,130Bを流れる直流電流値が変化し、ダイオード130A,130Bのインピーダンスが電流値に対応して変化する。ダイオード130A,130Bには、コンデンサ135A,135Bを介してアンテナ22A,22Bからの信号が入力され、コンデンサ136A,136Bを介してチューナ125に出力される。
【0108】
アンテナ指向性制御装置124から出力される一対のD/Aの一方を下降、他方を上昇させるように変化させることによって、図25(b)に示すように、一方のダイオード130Aのインピーダンスを増加させて、減衰率を増大させ、受信レベルを低下させてフェードアウトさせ、他方のダイオード130Bのインピーダンスを減少させて、減衰率を減少させ、受信レベルを上昇させてフェードインさせるような制御を行うことができる。
【0109】
OFDM方式の電波を受信する際には、約1m秒毎にスキャッタードパイロット信号の周波数成分が変化するけれども、約4m秒毎に一巡する周期性が与えられている。この周期性を利用して、時間軸方向の受信信号レベルを予測し、補正することができる。しかしながら、アンテナ22A,22Bを切替えてしまうと、予測が外れて、受信性能の劣化を招いてしまう。本実施形態では、約200m秒の時定数持たせて、チューナ125による時間軸方向の補正が追従できる程度にゆっくりと切替える。
【0110】
なお、本実施形態の考え方は、前述の各実施形態にも同様に適用することができる。また、コンデンサ134A,134Bは、アンテナ22A,22Bに直接接続するのではなく、バッファアンプを介して接続することが、インピーダンス変化の影響を避けることができるので好ましい。
【0111】
図26は、本発明の実施の第7形態としての車載OFDM受信装置141の概略的な構成を示す。本実施形態では、ブランチAとしてセレクタ123Aおよびチューナ125Aを、ブランチBとしてセレクタ123Bおよびチューナ125Bを備え、ブランチAとブランチBとの間のダイバーシティ周波数合成装置148で周波数合成を行う。なお、セレクタ123A,123Bおよびチューナ125A,125Bは、図25のセレクタ123およびチューナ125とそれぞれ同等である。ダイバーシティ周波数合成装置148内には、OFDM復調部25A,25Bと、重み付け回路150と、重み付け変更回路151と、合成回路152とが含まれる。OFDM復調部25A,25Bは、図1のOFDM復調部25と同等である。重み付け回路150は、OFDM信号を構成する各キャリア毎にOFDM復調部25A,25BからのブランチAとブランチBとの出力に、受信信号レベルに応じた重み付けを設定し、合成回路152で合成する。ただし、アンテナ指向性制御装置144がブランチAまたはブランチBの一方でアンテナの切替えを行っているときは、切替えを行っているブランチ側の重み付けをたとえば半減させ、切替えを行っていないブランチ側の重み付をその分だけ増加させる重み付けの変更を、重み付け変更回路151で行う。
【0112】
ダイバーシティ周波数合成装置148による周波数合成ダイバーシティを使用時、2ブランチの重み付け合成を行い、アンテナの指向性の切替時には、切替えている方のブランチの重み付を低くすることによって、切替時の受信性能の低下を軽減することができる。たとえばブランチAのアンテナの切替時には、ブランチAの重み付けを50%程度下げ、その分ブランチBの重み付けを上げる。ブランチBのアンテナの切替時には、ブランチBの重み付けを50%程度下げ、その分ブランチA重み付けを上げる。たとえば、ブランチAを切替える際に、元のブランチAの重み付けが60%であれば、これを30%程度に下げ、ブランチBの重み付けを70%程度に上げる。また、切替えている方の重み付けを0としてしまうことも可能である。
【0113】
図27は、本発明の実施の第8形態として、前述の各実施形態で、受信レベルに応じてアンテナを切替える制御と、前後のアンテナを合成する制御とを切替えて行う手順を示す。ステップe0から手順を開始し、ステップe1では受信レベルを取得する。ステップe2では、取得した受信レベルに基づいて、弱電界か否かを判断する。受信レベルが基準よりも低く、弱電界と判断されるときは、ステップe3で、前後のアンテナの合成を行う。すなわち、図25のセレクタ123でダイオード130A,130Bの両方を低インピーダンス状態として、2つのアンテナ22A,22Bの出力を合成する。ステップe2で弱電界ではないと判断されるときは、ステップe4で各実施形態のアンテナ切替制御を行う。ステップe3またはステップe4の後、一定の周期で、ステップe1に戻り、手順を繰返す。
【0114】
なお、弱電界か否かの判断は、受信レベルを直接計測したり、AGC電圧レベルを換算したりして行うことができる。デジタル信号に含まれる誤り訂正機能を利用して、BERに基づいて判断することもできる。指向性アンテナを使用した場合に、指向性を絞ることによって受信電力が低下し、弱電界エリアでは受信電力低下による受信性能劣化が支配的になってしまう。本実施形態では、弱電界エリア時、指向性ビームが前後など、複数の方向を向いているアンテナからの受信信号を合成して、受信電力を増加させ、受信性能を改善することができる。
【0115】
図28は、本発明の実施の第9形態として、前述の各実施形態で、サーチ時や選局時にはアンテナ切替を行わないで、前後の合成を行う制御手順を示す。ステップf0から手順を開始し、ステップf1では、受信する信号を探すサーチや受信する放送局を選択する選局中であるか否かを判断する。サーチ中または選局中であると判断するときは、ステップf2で、図27のステップe3と同様に、指向性ビームが前後など、複数の方向を向いているアンテナからの受信信号を合成して受信する。ステップf1でサーチ中や選局中でないと判断するときは、ステップf3で各実施形態でのアンテナ切替制御を行う。ステップf2またはステップf3の後、一定の周期で、ステップf1に戻り、手順を繰返す。サーチ中や選局中では、受信する信号が決定されていないので、各種同期などがとれておらず、アンテナの切替えを行うと、受信状態の変動が助長されて安定に受信することが困難になってしまう。
【0116】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、受信する直交周波数分割多重方式で変調された電波がマルチパスフェージングの影響を受けても、アンテナ手段の指向性を切替えて、受信する電波の到来方向を絞ることができる。指向性選択手段は、予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御するので、車両が走行して、到来する電波の方向が変るようなときには、アンテナ手段の指向性を切替えて、マルチパスフェージングの影響を除去しやすい条件で電波の受信を行うことができる。複数の指向性を指向性選択手段によって切替えて復調手段に入力することができるので、復調手段、特に高周波増幅やベースバンドへの周波数変換を行う部分の使用数を削減することができる。
【0117】
また本発明によれば、複数の指向性を同時に受信しなくても、アンテナ手段の指向性を切替えてみて、指向性間の受信状態の優劣を容易に判断することができる。
【0118】
また本発明によれば、受信電力情報に基づき、受信電力が高い方向にアンテナ手段の指向性を切替えることができる。
【0119】
また本発明によれば、受信誤り率情報に基づき、受信誤り率が小さい方向にアンテナ手段の指向性を切替えることができる。
【0120】
また本発明によれば、受信電波の到来方向についての情報に基づき、マルチパスフェージングの影響を除去しやすい条件で電波の受信を行うことができる。
【0121】
また本発明によれば、ドップラシフトについての情報と車両の走行速度についての情報とに基づいて、受信電波の到来方向を知ることができ、受信電波の到来方向に合わせてアンテナ手段の指向性の方向を選択することができる。
【0122】
また本発明によれば、速度によってドップラシフトの影響を評価し、進路方向に応じて指向性の選択を適切に行うことができる。
【0123】
また本発明によれば、放送局から送信される電波の到来方向を、地理的に判断して、適切な指向性の方向を選択することができる。
【0124】
また本発明によれば、選択可能な指向性の方向の数に比較して受信信号の高周波増幅や周波数変換を行う部分の数が少なくても、必要に応じてアンテナ手段の指向性を切替え、適切な条件でデジタル信号の電波を受信することができる。
【0125】
また本発明によれば、受信電波の到来方向とアンテナ手段の指向性の方向とのずれが大きくなると受信電力が低下するので、受信電力が低下しないようにアンテナ手段の指向性を受信電波の到来方向に合わせて、方向のずれを、適切に解消させることができる。
【0126】
また本発明によれば、受信電波の到来方向とアンテナ手段の指向性の方向とのずれが大きくなると受信電力が低下してノイズなどの影響を受けやすくなり、受信誤り率が上昇するので、受信誤り率が上昇しないようにアンテナ手段の指向性を受信電波の到来方向に合わせて、方向のずれを、適切に解消させることができる。
【0127】
また本発明によれば、車両の走行速度が上昇してドップラシフトの影響が大きくなると、アンテナ手段の指向性を受信電波の到来方向に合わせることによって、適切な条件で電波受信を行うことができる。
【0128】
また本発明によれば、アンテナ手段の指向性の選択を常時行うことによって、車両が移動しても常に適切な条件で電波を受信することができる。
【0129】
また本発明によれば、アンテナ手段および復調手段を2系統用い、いずれか一方の系統で指向性の選択を行いながら他方の系統で受信を継続することができるので、各系統でアンテナ手段で選択可能な指向性の方向の数に比較して高周波増幅や周波数変換を行う部分の数が少なくても、円滑な受信を行うことができる。
【0130】
また本発明によれば、一方の系統のアンテナ手段および復調手段を用いて適切な指向性の方向を選択すると、他方の系統のアンテナ手段の指向性の方向も一致させ、2つの系統で指向性の方向を合わせてダイバーシティ方式による電波の受信を行うことができる。両方で系統の指向性を一致させるための切替えには時間差を設けるので、指向性を先に切替えている一方の系統で受信しながら他方の系統の指向性の切替を行うことができる。
【0131】
また本発明によれば、2系統のアンテナ手段からの受信信号を、周波数合成ダイバーシティとして、周波数成分毎の受信状態の優劣に基づく重みを付けて合成して受信するので、適切なアンテナ系列の配分で受信を行うことができ、アンテナの指向性を切替える系統では受信状態の変動が大きくなるので重み付けを低くし、受信性能の劣化を防止することができる。
【0132】
また本発明によれば、マルチパスフェージングが生じても、2系統のアンテナ手段の指向性を相互に異なるように選択し、2系統間で周波数帯域分割ダイバーシティ方式の受信を行うので、総合的に適切な条件で受信することができる。
【0133】
また本発明によれば、車両の前方および後方への指向の切替えで、ドップラシフトによる受信周波数のずれを容易に補償することができる。車両の側方への指向性に切替えて、車両の側方から到来する電波を適切な条件で受信することができる。
【0134】
また本発明によれば、車両の側方への指向性を有するアンテナを車両の前方または後方への指向性を有するアンテナと兼用して、設置に必要なスペースおよびコストの低減を図ることができる。
【0135】
また本発明によれば、車両の前方または後方に指向性を有するアンテナにアンテナエレメントを追加して、車両の側方への利得の向上を図ることができる。
【0136】
また本発明によれば、車両の金属製車体をリフレクタとして有効に利用し、低コストで指向性アンテナを実現することができる。
【0137】
また本発明によれば、2素子のアンテナエレメントのうちの一方をリフレクタとして動作させる2エレメントの指向性アンテナを用い、複数の方向の指向性アンテナを容易に車両に搭載することができる。
【0138】
また本発明によれば、単独では無指向性のポールアンテナ素子にリフレクタを設け、車両に搭載する指向性アンテナとして使用することができる。
【0139】
また本発明によれば、補正手段によって受信状態を予測し、予測に基づく補正を行いながら信号を受信する際に、アンテナの切替えを急激に行うと、受信状態の変動が予測の範囲から外れるおそれがあるのを、一定の時間をかけて一方の減衰率を増大させ、他方の減衰率を減少させるように切替えて、切替時の受信性能の劣化を軽減することができる。
【0140】
また本発明によれば、弱電界エリアでは、複数のアンテナ手段からの出力を合成して受信するので、多くの方向から到来する電波で、受信電界強度を高めることができる。
【0141】
また本発明によれば、受信信号のサーチ時または選局時には、受信信号が特定するまでにアンテナ手段の切替を行ってしまわないようにして、安定した受信に至るまでに時間がかからないようにすることができる。
【0142】
さらに本発明によれば、車両に搭載するダイポール形式のアンテナで、金属製車体をリフレクタとして動作させ、指向性を持たせることができる。給電を行う同軸ケーブルは、外部からは見えないように隠すことができる。
【0143】
また本発明によれば、電気絶縁性合成樹脂フィルム上の導体パターンとして形成し、第1および第2の給電線をダイポールエレメント中央の給電部に接続した状態で取扱うことができる。
【0144】
また本発明によれば、ダイポールエレメント等を形成した合成樹フィルムを車両の窓ガラス上に貼付けて、金属製車体をリフレクタとして利用して指向性を持たせたアンテナを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態である車載OFDM受信装置21の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の車載OFDM受信装置21での指向性切替手順を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施の第2形態である車載OFDM受信装置31の構成を示すブロック図である。
【図4】図3の車載OFDM受信装置31での指向性切替手順を示すフローチャートである。
【図5】本発明の実施の第3形態である車載OFDM受信装置51の構成を示すブロック図である。
【図6】車両の走行方向と電波到来方向との関係を示す図である。
【図7】図5の車載OFDM受信装置51での指向性切替手順を示すフローチャートである。
【図8】本発明の実施の第4形態である車載OFDM受信装置61の構成を示すブロック図である。
【図9】本発明の実施の各形態で、横方向指向性制御を行う場合の構成を簡略化して示す平面図である。
【図10】本発明の実施の各形態でドップラシフト方向検出および横方向指向性制御を行う場合の制御手順を示すフローチャートである。
【図11】本発明の実施の第5形態である車載OFDM受信装置80の構成を示すブロック図である。
【図12】本発明の実施の各形態を試験する区間の例を示す図である。
【図13】図12の試験区間での試験結果を示す図表である。
【図14】指向性アンテナを車両の車体70に搭載する位置を示す斜視図である。
【図15】指向性アンテナを車体70の前後に搭載している状態を示す簡略化した平面図である。
【図16】本発明の実施の一形態である指向性アンテナ90の構成を示す図である。
【図17】図16の指向性アンテナ90を車両のフロントガラス95に貼付ける状態と、得られる指向性とを示す図である。
【図18】図17の取付位置Yを換えるときの前方利得およびF/B比の特性の変化を示すグラフである。
【図19】図16の指向性アンテナ90を車両にフロントガラス95に貼付けている状態を示す簡略化した平面図である。
【図20】図16の指向性アンテナ90を車両にフロントガラス95に貼付けている状態を示す簡略化した斜視図である。
【図21】本発明の実施の他の形態である指向性アンテナ100の構成と給電方法を示す図である。
【図22】本発明の実施のさらに他の形態である指向性アンテナ104の構成を示す図である。
【図23】本発明の実施のさらに他の形態である指向性アンテナ111の構成を示す図である。
【図24】本発明の実施の各形態で得られる指向性の組合せと、切替方法、エレメントの構成、取付場所について示す図表である。
【図25】本発明の実施の第6形態である車載OFDM受信装置121の部分的な構成を示すブロック図である。
【図26】本発明の実施の第7形態である車載OFDM受信装置141の概略的な構成を示すブロック図である。
【図27】本発明の実施の第8形態としての概略的な制御手順を示すフローチャートである。
【図28】本発明の実施の第9形態としての概略的な制御手順を示すフローチャートである。
【図29】OFDM方式の送信側の構成を示すブロック図およびサブキャリアの一部を示すグラフである。
【図30】OFDM方式の信号のガード期間GIの挿入状態を示す図である。
【図31】本発明の基礎となる車載OFDM受信装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
21,31,51,61,80,121,141 車載OFDM受信装置
22A,22A1,22A2 前方向ビームアンテナ
22B,22B1,22B2 後方向ビームアンテナ
23,43 切替スイッチ
24,44 RF/IF部
25,25A,25B,35,45,55,65,66 OFDM復調部
26,36,46 レベル検出部
27,37 誤り訂正部
29,39,59,69,82 アンテナ選択回路
38 ダイバーシティ合成部
56 周波数同期回路
70 車体
83 ナビゲーション装置
84,124,144 アンテナ指向性制御装置
90,100,104,111 指向性アンテナ
90a,90b,105,106 ダイポールエレメント
91 第1の給電線
92 第2の給電線
93 ボディへの設置
94 同軸ケーブル
95 フロントガラス
96 ルーフ
100a 追加エレメント
107a,107b ポールアンテナ
123,123A,123B セレクタ
125,125A,125B チューナ
148 ダイバーシティ周波数合成装置
150 重み付け回路
151 重み付け変更回路
152 合成回路
Claims (25)
- 車両に搭載され、デジタル信号で変調された電波を受信するための車載デジタル通信受信装置であって、
車両に対して予め定める一方向側で利得が高くなるような指向性、および該一方向側の逆方向で利得が高くなるような指向性を含む複数の指向性のいずれかを選択するように切替えて、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信可能なアンテナ手段と、
アンテナ手段から、指向性を切替えて受信された電波に対応する電気信号を入力し、増幅して復調させる復調手段と、
予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御する指向性選択手段とを含み、
前記アンテナ手段および前記復調手段は、電波の受信が相互に独立して可能な2系統が設けられ、
前記指向性選択手段は、いずれか一方の系統のアンテナ手段および復調手段について、前記指向性の選択を行い、前記2系統のうちで、前記一方とは異なる系統のアンテナ手段の指向性を、該一方の系統のアンテナ手段の指向性に合わせるように選択し、時間差を設けて切替えることを特徴とする車載デジタル信号受信装置。 - 車両に搭載され、デジタル信号で変調された電波を受信するための車載デジタル通信受信装置であって、
車両に対して予め定める一方向側で利得が高くなるような指向性、および該一方向側の逆方向で利得が高くなるような指向性を含む複数の指向性のいずれかを選択するように切替えて、直交周波数分割多重方式で変調された電波を受信可能なアンテナ手段と、
アンテナ手段から、指向性を切替えて受信された電波に対応する電気信号を入力し、増幅して復調させる復調手段と、
予め定める車両の走行に伴う情報を検出し、検出される情報に従ってアンテナ手段を切替えて指向性を選択するように制御する指向性選択手段と、
合成手段とを含み、
前記アンテナ手段および前記復調手段は、電波の受信が相互に独立して可能な2系統が設けられ、
前記指向性選択手段は、いずれか一方の系統のアンテナ手段および復調手段について、前記指向性の選択を行い、
前記合成手段は、前記2系統のアンテナ手段からの受信信号を、周波数合成ダイバーシティとして、周波数成分毎の受信状態の優劣に基づく重みを付けて合成して受信し、アンテナの指向性を切替える系統については、重み付けを低くして合成することを特徴とする車載デジタル信号受信装置。 - 前記指向性選択手段は、前記アンテナ手段の複数の指向性を予め定める短時間ずつ切替えて、受信状態の優劣で指向性の選択を行うことを特徴とする請求項1または2記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記受信状態の優劣を、受信電力情報に基づいて判断することを特徴とする請求項3記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記受信状態の優劣を、受信誤り率情報に基づいて判断することを特徴とする請求項3または4記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記受信電波の到来方向についての情報に基づいて、前記アンテナ手段の指向性を選択することを特徴とする請求項1または2記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記受信電波の到来方向を、受信電波の周波数に対するドップラシフトの方向についての情報と、車両の走行速度についての情報とに基づいて判断することを特徴とする請求項6記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記車両の走行速度についての情報を、ジャイロによる進路方向の変更の検出と、速度の検出とに基づいて検出することを特徴とする請求項7記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記受信電波の到来方向を、車両の現在位置の検出情報と、放送局の配置についての地理的情報とに基づいて判断することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記アンテナ手段での指向性の選択を、予め定める切替開始条件の成立時に行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、受信電力が予め定める基準よりも上昇する時点を、前記予め定める切替開始条件の成立時として判断することを特徴とする請求項10記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、受信誤り率が予め定める基準よりも上昇する時点を、前記予め定める切替開始条件の成立時として判断することを特徴とする請求項10または11記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、走行速度が予め定める基準よりも上昇する時点を、前記予め定める切替開始条件の成立時として判断することを特徴とする請求項10〜12のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、前記アンテナ手段の指向性の選択を、常時行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記2系統のアンテナ手段からの受信信号を、周波数合成ダイバーシティとして、周波数成分毎の受信状態の優劣に基づく重みを付けて合成して受信し、アンテナの指向性を切替える系統については、重み付けを低くして合成する合成手段をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、2系統のアンテナ手段の指向性を、相互に異なるように選択し、2系統間で周波数帯域分割ダイバーシティ方式の受信を行うことを特徴とする請求項2記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記アンテナ手段は、車両の前方への指向性を有するアンテナ、後方への指向性を有するアンテナとともに、車両の側方への指向性を有するアンテナを含むことを特徴とする請求項1〜16のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記アンテナ手段は、車両の前方への指向性を有するアンテナおよび後方への指向性を有するアンテナを含み、該前方への指向性を有するアンテナまたは該後方への指向性を有するアンテナのうちの少なくとも一方では、車両の側方への利得も向上させることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記車両の側方への利得の向上は、アンテナエレメントを追加して行われることを特徴とする請求項18記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記アンテナ手段は、車両の金属製車体をリフレクタとする指向性アンテナを含むことを特徴とする請求項1〜19のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記アンテナ手段は、2素子のアンテナエレメントのうちの一方をリフレクタとして動作させる指向性アンテナを含むことを特徴とする請求項1〜20のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記2素子のアンテナエレメントは、車両から上下方向に立設されるポールアンテナ素子であることを特徴とする請求項21記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記デジタル信号に対し、時間軸方向の補正を行う補正手段をさらに含み、
前記指向性選択手段は、補正手段による補正が追従可能なように、前記アンテナ切替えで、予め定める時間をかけて、一方のアンテナ手段からの受信信号の減衰率を増大させ、他方のアンテナ手段からの受信信号の減衰率を減少させるように制御することを特徴とする請求項1〜22のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。 - 前記指向性選択手段は、受信状態が予め定める基準に達しない弱電界 エリアでは、複数のアンテナ手段からの出力を合成して受信するように制御することを特徴とする請求項1〜23のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
- 前記指向性選択手段は、受信信号のサーチ時または選局時に、複数のアンテナ手段からの出力を合成して受信するように制御することを特徴とする請求項1〜24のいずれか1つに記載の車載デジタル信号受信装置。
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