JP4209320B2 - 周波数オフセットダイバシティレシーバ - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、周波数オフセットダイバシティレシーバ（frequency offset diversity receiver）に関し、特に、但し、排他的ではないが、ＨＩＰＥＲＬＡＮ２システムなどの複数入力複数出力（Multiple Input Multiple Output（MIMO））およびアンテナダイバシティ（antenna diversity）を用いた受信システムへの用途に関する。
【０００２】
（発明の背景）
周波数オフセットダイバシティレシーバは、車両技術に関するＩＥＥＥトランザクション、Vol.VT-36、No.2、１９８７年５月、６３ページより記載されている、Tatsuo Masamura等による“差動ＭＳＫの周波数オフセットレシーバダイバシティ（Frequency Offset Receiver Diversity for Differential）”により公知である。これに記載されたレシーバダイバシティ方式は、高質な移動衛星通信システムにけるＭＳＫ（最小偏位変調（Minimum Shift Keying））の差動検出（differential detection）に関する。このレシーバは、それぞれが独自のアンテナを有する２つの受信ブランチを備えている。各受信ブランチからの信号は、異なる中間周波数（different intermediate frequency(IF)）に変換される。このＩＦ信号はまとめられ（summed）、共通の差動検出器（differential detector）によって検知される。その複数の信号は、位相調整器、信号のクオリティ測定回路またはスイッチング制御器なしにＩＦステージで合成される。これらのＩＦ信号は、搬送周波数オフセットｆｓにより周波数において異なる。周波数オフセットは、合成されたものにおける総ての干渉成分が差動検出器に続くローパスフィルタによって抑制され得るように、充分に大きく選択される。受信ブランチのそれぞれは、構成要素数が増加しそれによってコスト高になるだけでなく、携帯型ユニットにとって望ましくないことに、電力消費を増大させる２つの完全なレシーバチェインを備えている。
【０００３】
（発明の概要）
本発明の目的は、周波数オフセットダイバシティレシーバにおける構成要素数を減少させることである。
【０００４】
本発明によれば、単一ＲＦオフセットダイバシティ信号を生成するために少なくとも２つの変調されたＲＦ入力信号を合成する手段と、単一ＲＦ信号をベースバンド信号へ変換する受信チェーンと、変調されたベースバンド信号をそれぞれ提供するためにベースバンド信号を周波数逆多重化する手段と、出力を提供するために逆多重化信号を合成する手段とを備えた周波数オフセットダイバシティレシーバを提供する。
【０００５】
本発明は、少なくとも２つの変調されたＲＦ入力信号のそれぞれをピックアップ（picking-up）する空間的（spatial）ダイバシティ手段と、信号入力および出力を有し、この信号入力が空間的ダイバシティ手段に結合されたＲＦ信号合成手段と、１つだけ除いた総ての変調されたＲＦ入力信号の信号経路に設けられ、前記１つの変調されたＲＦ信号を含む周波数チャネルに隣接した周波数チャネルのそれぞれへ各ＲＦ入力信号をシフトさせるＲＦオフセットダイバシティ手段と、信号合成手段の出力に結合され、合成された信号を混合してベースバンドまで下げる中間周波数（ＩＦ）ステージと、ＩＦステージに結合され、ベースバンドにおける変調された信号のそれぞれを戻す周波数逆多重手段と、出力信号を供給するためにこの逆多重化された信号を合成する手段とを備えた周波数オフセットダイバシティレシーバを提供する。
【０００６】
上述された公知のレシーバとは異なり、入力信号はそれらが合成されるときにＲＦにおいて不可欠であるので、レシーバのＲＦ部分における構成要素の重複およびそれに伴うコストを回避することがきる。周波数をベースバンドへ低下させることは、共通ステージで実行され、その後、デジタル化された信号は、連続して合成されたもとの受信信号に戻すために周波数逆多重化を受ける。
【０００７】
（発明の実施の形態）
本発明は、添付図面を参照し実施の形態として以下に記載される。これらの添付図面において、同一の要素を示すために同一の参照番号が付されている。
【０００８】
図１に示されたレシーバは、それぞれコンバイナ１４の入力１１、１３に結合された第１および第２のＲＦ受信ブランチ１０、１２を備えている。第１の受信ブランチ１０は、コンバイナ１４の入力１１に結合された第１のアンテナ１６を備えている。第２の受信ブランチ１２は、スイッチ２０を経由してフィルタ２２に結合され、第１のアンテナ１６から空間的（spatial）に分離された第２のアンテナ１８を備えている。フィルタ２２の出力は、混合器２６の第１の入力２３に結合されている。周波数ＦＲＥＱ．Ａを有するローカル発振信号は混合器２６の入力２４へ供給され、それによって、第１の受信ブランチ１０における信号によって占有されたチャネルに隣接する周波数チャネルへ第１の入力２３における信号をシフトさせる。混合器２６の出力は、コンバイナ１４の入力１３に供給される。
【０００９】
コンバイナ１４の合成された出力信号は、２つのヘテロダインステージにおいて低周波数変換（frequency down-converted ）され、ベースバンドへ変換される。この２つのヘテロダインステージは、適切なソースからＲＦローカル発振周波数ＦＲＥＱ．Ｂを受信し、それにより、合成されたＲＦ信号をＩＦへ低周波数変換するＲＦ混合器２８と、ＩＦローカル発振周波数を受信して、それにより、他の入力におけるＩＦ信号をベースバンドへ低周波数変換するＩＦ混合器３０とを含む。
【００１０】
信号混合器（図示せず）は、任意で混合器２８および３０に代替され得る。この場合において、そのローカル発振周波数は、混合されたＲＦ信号をベースバンドへ変換するように選択される。
【００１１】
アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３２は、混合器３０からのベースバンド信号をデジタル化し、ベースバンド処理ステージ３４へそれを供給する。このステージ３４は、第１および第２のブランチ１０、１２によって受信されたもとの変調信号のそれぞれへ戻し、それらをそれぞれ出力３８、４０に供給する。出力４０上の信号は、混合器２６によってなされた周波数シフトを逆したものである。これらの出力３８、４０は、出力４４における単一最大合成信号（a single maximally combined signal）を提供する位相合せおよび合成ステージ４２に結合されている。
【００１２】
ベースバンド処理ステージ３４は、ＡＤＣ３２の出力に結合された入力を有するスキャン隣接チャネルステージ４６を含む。このステージ４６は、３つの出力４８、５０および５２を有する。周波数４８はスイッチ２０を選択的に動作させるために用いられ、出力５０は第２の受信ブランチ１２においてＲＦ信号の周波数をシフトさせるために用いられる周波数ＦＲＥＱ．Ａを供給し、並びに、出力５２は周波数ＦＲＥＱ．ＢをＲＦ混合器２８のローカル発振入力へ供給する。
【００１３】
次に、図示されたレシーバの動作が、図面内に記載された波形ダイアグラムＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｖ、ＷおよびＸを参照して記述される。これらのダイアグラムにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸はパワーを示す。
【００１４】
ダイアグラムＰは第１のアンテナ１６によって受信された単一チャネル信号を示しており、ダイアグラムＱは第２のアンテナ１８によって受信された単一チャネル信号を示している。これらのチャネルは両方とも５．２ＧＨｚを中心としている。ダイアグラムＲは、第２のアンテナ１８によって受信された信号を、周波数において＋２０ＭＨｚだけシフトさせ、それによって、第１のアンテナ１６における信号によって占有されたチャネルに隣接するチャネルに位置付ける。ステージ１４からの合成信号は、隣接する周波数ダイバーシティチャネルに位置するこれらの信号を図示するダイアグラムＳにおいて示されている。
【００１５】
ダイアグラムＴは、ベースバンドへ低周波数変換された合成信号を示している。ダイアグラムＶおよびＷは、それぞれ周波数デマルチプレクサ３６からの出力３８、４０を示している。ダイアグラムＷの場合において、信号は、周波数においてもとに戻るようにシフトされ、ダイアグラムＱに示されたものと同様となる。最後に、ダイアグラムＸは、ダイアグラムＶおよびＷに示された信号の位相を合せ（phase aligning）、合成することによって単一の大きな歪みのないパルスにされた結果を示している。
【００１６】
動作の好適なモードにおいては、隣接するチャネルの両方は、スイッチ２０が閉じられ、かつ、両方の信号が用いられる場合に空いている。しかしながら、これらの隣接するチャネルがともに占有されている場合には、レシーバは２つの周波数多重信号で動作できず、スイッチ２０は、レシーバがアンテナダイバシティを有する従来のレシーバに類似するアンテナスイッチを依然に採用することができる一般的なレシーバのように動作するように、開放される。
【００１７】
チャネルのうちの１つのみが占有されている場合には、レシーバは、依然として周波数多重方式を採用することができるが、周波数多重信号が占有されないように周波数ＦＲＥＱ．ＡおよびＦＲＥＱ．Ｂを調整する必要がある。
【００１８】
図示されたレシーバは、ベースバンド処理による隣接チャネルの状態を調査することができる。これを行うために、スイッチ２０は開かれ、逆多重化された信号の信号強度が比較される。他の隣接チャネルを調査するために、周波数ＦＲＥＱ．ＡおよびＦＲＥＱ．Ｂを調節しなければならない。
【００１９】
本発明に従って構成されたレシーバの図示されていない変形例において、周波数多重化はＩＦチャネルフィルタの後のＩＦにおいて実行され得るであろう。これにより、隣接チャネルが常に空きの状態であることを確実にする。この図示されていない変形例は、ＩＦ周波数低減変換器（IF frequency down-converter）には２つのＲＦが必要であるが、ベースバンド周波数低減変換器（baseband frequency down-converter）には１つのＩＦしか必要でない。
【００２０】
第２の受信ブランチ１２における信号は、１チャネル間隔以上シフトされ得る。このような場合、ＩＦステージおよびＡＤＣ３６は、より大きな周波数範囲に亘って動作しなければならない。
【００２１】
図２は、ＭＩＭＯシステムに用いられる周波数オフセットレシーバの実施の形態を示している。図示されたＭＩＭＯレシーバは、多くの箇所で図１に示されたレシーバを簡単に外挿し、比較的多くのチャネルまたはブランチを有している。４つの受信ブランチが図２において示されているが、その数は、ＭＩＭＯブランチの総数に対して充分なブランチを提供するために繰り返されている。
【００２２】
図２に示されたレシーバは、コンバイナ１４の入力１１、１３Ａ、１３Ｂおよび１３Ｃのそれぞれに結合された４つの受信ブランチ（または、チャネル）１０、１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃを備えている。第１の受信ブランチ、即ち、ブランチ１０は、コンバイナ１４の入力１１に結合された第１のアンテナ１６を備えている。残りの３つのブランチ１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃの構成はほぼ同一であるので、便宜的に第２のブランチ１２Ａの説明を記載する。第３および第４のブランチ１２Ｂおよび１２Ｃにおける対応する構成はカッコで参照している。
【００２３】
第２のブランチ１２Ａは、フィルタ２２Ａ（２２Ｂ、２２Ｃ）に結合されたアンテナ１８Ａ（１８Ｂ、１８Ｃ）を備えている。フィルタ２２Ａ（２２Ｂ、２２Ｃ）の出力は、混合器２６Ａ（２６Ｂ、２６Ｃ）の第１の入力２３Ａ（２３Ｂ、２３Ｃ）に結合されている。周波数ＦＲＥＱ．Ａ（ＦＲＥＱ．Ｃ、ＦＲＥＱ．Ｄ）を生じるローカル発振信号は、混合器２６Ａ（２６Ｂ、２６Ｃ）の入力２４Ａ（２４Ｂ、２４Ｃ）に供給され、それによって、第１の入力２３Ａ（２３Ｂ、２３Ｃ）の信号を第１の受信ブランチ１０における信号によって占有されたチャネルに隣接するか、または、その近傍にある周波数チャネルにシフトさせる。混合器２６Ａ（２６Ｂ、２６Ｃ）の出力は、コンバイナ１４の入力１３Ａ（１３Ｂ、１３Ｃ）のそれぞれに結合されている。一例として、第１のチャネル１０は５．２ＧＨｚの中心周波数を有し、混合器２６Ａ（２６Ｂ、２６Ｃ）の入力２４Ａ（２４Ｂ、２４Ｃ）に供給されるそれぞれのローカル発振信号は、コンバイナ１４の入力１３Ａ（１３Ｂ、１３Ｃ）に与えられるそれぞれの信号が[５．２５ＧＨｚ＋（１×２０ＭＨｚ）]、[５．２ＧＨｚ＋（２×２０ＭＨｚ）]および[５．２ＧＨｚ−（１×２０ＭＨｚ）]となるように調整される。
【００２４】
４つの隣接周波数チャネルにおける信号を含むコンバイナ１４の合成された信号出力は、合成されたＲＦ信号をＩＦへ低周波数変換する適切なソースからＲＦローカル発振周波数ＦＲＥＱ．Ｂを受信するＲＦ混合器２８と、ＩＦローカル発振周波数を受信し、他の入力におけるＩＦ信号をベースバンドへ低周波数変換するＩＦ混合器３０とを含む２つのヘテロダインステージにおいてベースバンドへ低周波数変換される。
【００２５】
混合器２８および３０は任意に単一の混合器（図示せず）に代替され、この場合、そのローカル発振周波数は、合成されたＲＦ信号をベースバンドへ変換するように選択される。
【００２６】
アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３２は、混合器３０からのベースバンド信号をデジタル化し、それをベースバンド処理ステージ３４へ供給する。このステージ３４は、４つのブランチ１０、１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃによって受信された各オリジナルの変調信号に戻し、それらの信号を出力３８、４０Ａ、４０Ｂおよび４０Ｃのそれぞれに提供する。この出力４０Ａ、４０Ｂおよび４０Ｃにおける信号は、混合器２６Ａ、２６Ｂおよび２６Ｃによりなされた周波数シフトを逆にしたものである。これらの出力３８、４０Ａ、４０Ｂおよび４０Ｃは第１のＭＩＭＯステージＭＩＭＯ１に結合されている。ＭＩＭＯ１ステージは、次の要素または機能、即ち、
（ａ）無線チャネル判断(Radio channel estimation)（このチャネルの能力を表すＭ×Ｎマトリックスの係数を決定することである。ここで、Ｍはトランスミッタの数であり、Ｎはレシーバの数である。これは、トレーニングシーケンス（training sequences）または暗号化技術のいずれかを用いて達成され得る。）
（ｂ）無線チャネルマトリックス反転（Radio channel matrix inversion）
（ｃ）容量判断（Capacity estimation）
（ｄ）ゼロ化またはビーム形成（Nulling or beam forming）
（ｅ）干渉除去
（ｆ）ＳＮＲの最大化
（ｇ）エラー検出および修正
のいくつかまたは総てを実行することができる。
【００２７】
ＭＩＭＯ１ステージの出力５８、６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃは、出力４４に与えられる共通ストリームに個々のデータストリームを再合成するマルチプレクサである第２のＭＩＭＯステージＭＩＭＯ２の入力にそれぞれ結合されている。
【００２８】
ベースバンド処理ステージ３４は、ＡＤＣ３２の出力に結合された入力を有するスキャン隣接チャネルステージ４６を含む。このステージ４６は４つの出力５０、５２、５４および５６を有する。出力５０は第２の受信ブランチ１２ＡにおけるＲＦ信号の周波数をシフトさせるために用いられ、出力５２は周波数ＦＲＥＱ．ＢをＲＦ混合器２８のローカル発振入力へ供給し、並びに、出力５４、５６は、それぞれ、第３および第４の受信ブランチ１２Ｂ、１２ＣにおけるＲＦ信号の周波数をシフトさせるために、ＦＲＥＱ．ＣおよびＦＲＥＱ．Ｄを提供する。
【００２９】
図１および図２を比較すると、図２においてブランチ１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃにはスイッチが無い。これは、ＭＩＭＯが動作する時には常に、ＭＩＭＯのマルチブランチ構造（multi-branch structure）が使用可能でなければならないからである。それにもかかわらず、いくつかの隣接チャネルが占有され、トランスミッタが情報を必要とする場合があり得る。これは、反転チャネル（reverse channel）として生じ、トランスミッタは、それに応じて、ＭＩＭＯが使用される度合いの上昇を制限する。
【００３０】
この明細書および請求項において、各構成要素は単数とは限らず、複数存在することを排除しない。さらに、“備える”という文言は、記載されたもののほか、他の構成要素またはステップの存在を排除しない。
【００３１】
（産業上の用途）
無線受信装置
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って形成された周波数オフセットダイバシティレシーバのブロック図。
【図２】 ＭＩＭＯレシーバのブロック図。

Claims (4)

1. 少なくとも２つの変調されたＲＦ入力信号のそれぞれ１つずつをピックアップする空間的ダイバシティ手段と、
   前記空間的ダイバシティ手段に結合された少なくとも２つの変調されたＲＦ入力信号および出力を有するＲＦ信号合成手段と、
   １つだけ除いた総ての変調されたＲＦ入力信号の信号経路にあり、前記１つの変調されたＲＦ信号を含む周波数チャネルに隣接した周波数チャネルのそれぞれへ各ＲＦ入力信号をシフトさせるＲＦオフセットダイバシティ手段と、
   前記信号合成手段の出力に結合され、合成された信号を混合してベースバンドまで下げる中間周波数（ＩＦ）ステージと、
   前記単一ＲＦ信号をベースバンド信号へ変換する受信チェーンと、
   前記ＩＦステージと結合され、変調されたベースバンド信号をそれぞれ戻す周波数逆多重化手段と、
   出力信号を供給するために、逆多重化信号を合成する手段と、
   前記ＲＦオフセットダイバシティ手段の各々に結合されたスイッチング手段と、
   前記信号経路を遮断するように前記スイッチング手段を動作させるために、少なくとも２つの隣接する周波数チャネルがすでに使用状態であることの検出に反応する手段と、を備えた周波数オフセットダイバシティレシーバ。
2. 逆多重化信号を合成する手段は、位相合わせ手段を含むことを特徴とする請求項１記載の周波数オフセットダイバシティレシーバ。
3. 前記ＲＦ信号合成手段は、第１のＭＩＭＯステージを備え、少なくとも２つの入力信号を単一の出力へ合成し、
   第２のＭＩＭＯステージが、前記周波数逆多重化手段と前記第１のＭＩＭＯステージとの間に結合されていることを特徴とする請求項１記載の周波数オフセットダイバシティレシーバ。
4. 前記隣接周波数チャネルの状態を検出し、前記合成された信号の悪化を回避するように前記ＲＦ周波数オフセットダイバシティ手段および前記ＩＦステージの周波数を調節させる手段により特徴付けられた請求項１に記載の周波数オフセットダイバシティレシーバ。

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