JP4214852B2 - Antenna selection method in diversity antenna system - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイバ−シティアンテナシステムにおける複数のアンテナから１つのアンテナを選択する方法に関するものである。特にアンテナ信号の品質指数の測定に基づいて、よりよい選択基準を含む方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モバイルターミナル、例えば、ラジオ信号を受信する車両などを用いる通信網において、２つの対応する装置間の信号は、伝搬チャンネルを経由するラジオ波を用いている。このような伝搬チャンネルを経由する伝達は、しばしば通信外乱の大きな要素をもたらすものとなっている。
【０００３】
大きな外乱の中には、特に、トランスミッタとレシーバ間の距離によるパワーの損失、大きな受信開口部を備えたアンテナにおいて、例えば周囲の物への反射によりいくつもの経路を通り受信されることによる、信号におけるエコーの存在、そして、このシステムの受信帯域を使用する他の信号送出源の存在による妨害などがある。
【０００４】
これらの問題を軽減させるためには、例えばアダプティブフィルタやイコライザの使用、出力パワーの増大、もしくはエミッタサイトの増加などにより、従来のシステムを改良する必要がある。しかし、商売上の競争において、コストを考えると改良の実施は難しいとされてきた。そのほかの点では、問題の解決に有効であると考えられている技術のいくつかは、現行の通信網のインフラを大幅に変更しないと適応することができないものであった。
【０００５】
従来、アンテナに対して数々の改良が考えられてきた。特に、外乱による影響を軽減させるために様々な種類の送信・受信アンテナが提案されてきた（送信・受信方向をコントロールするためにメインローブの幅を狭くしたアンテナなど）。しかし、モバイルターミナルへの適用の場合、導入が簡単であるため、全方向アンテナの使用が好適な様式であるとされている。
【０００６】
前記問題に取り組むために、従来のシステムではダイバ−シティ方式を用いてきた。多数の無相関信号（お互いに関連しない信号）の受信のために様々なアンテナを使用することにより、１つのアンテナ信号が前記問題の影響を受けても、他の信号は影響されないようにするものがある。
【０００７】
様々なアンテナが使用された場合、アンテナ信号の選択処理が必要となってくる。処理は一般的に３つの技法カテゴリに分類することができる。
【０００８】
（１）所定の基準を満たしている間は同じアンテナ信号を継続し、基準外となった際に他のアンテナ信号に切り替える切り替え技法。
【０００９】
（２）全てのアンテナ信号が分析され、選択基準に基づき最適であるとされるものを選択する選択技法。
【００１０】
（３）それぞれの品質を考慮しながら、最終合計の前に、信号フェーズと振幅の修正を各アンテナ信号に独立して適用する組み合わせ技法。
【００１１】
（１）、（２）の適用は、選択基準に基づいた特定のアンテナ信号の選択に制限されている。理論的には、組み合わせ技法が用いられると信号の品質は向上するが、逆にシステムは複雑になるため、コスト面を考慮すると、通常は選択技法を適用するが好適と考えられている。
【００１２】
適切な選択基準と、アンテナ信号の品質指数が、ダイバ−シティアンテナシステムの性能を向上させるために重要である。
【００１３】
例えば、１つ、もしくは複数の品質指数の使用に基づいていくつかの選択基準が活用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【００１４】
通常使用されている品質指数は以下のカテゴリに分類される。
【００１５】
1）受信信号強度インジケータ
2）受信信号強度に基づく受信信号品質インジケータ
3）周期的冗長検査インジケータ（CRC）
4）ビット誤差率（BER）
5）プレアンブル相関の振幅
インジケータ1）、2）には、実際によく問題となっている、いくつもの経路を通った受信や妨害などによって、しばしば信号強度が受信信号の品質に関連していないという大きな問題がある。実際、妨害された場合、受信信号強度は大きく増大し、その一方では信号が大きく乱れ、場合によっては使用不能ともなる。
【００１６】
インジケータ3）、4）、5）は、まずデジタル信号に関するものであり、さらに、これらを適用する際には、信号の復調ステップおよび解読ステップの少なくとも２つの補助的なステップが実行される必要がある。補助的なステップの実行により、システムはさらに複雑になるが、常により良い結果を出すということが保証されているわけではない。さらに、これらの基準は、例えばFMラジオ信号のようなアナログ信号には適用されない。
【００１７】
そのほかに、最適な信号に対するノイズの比率（S/N比）を有する信号を選択するために、受信信号と周波数復調後（FM）のS/N比を比較することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。これにより、選択基準はS/N比となる。しかし、ここではS/N比をどう取得するかまでは説明されていない。実際、S/N比の実計測はほぼ不可能である。さらに、ここで述べられているシステムでは周波数の多様性（ダイバ−シティ）を用いることが必要である。これによりシステムはさらに複雑となり、受信、送信側においてコストが高くなる。
【００１８】
【特許文献１】
米国特許第６０８５０７６号明細書
【００１９】
【特許文献２】
米国特許第６１４１３９２号明細書
【００２０】
【特許文献３】
米国特許第５９５２９６３号明細書
【００２１】
【特許文献４】
特開昭６１−１１９８２５号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる欠点を解消すべく発案されたものである。詳細すると、本発明の目的の１つは、正確、迅速、低コストという利点を持つダイバ−シティアンテナシステムにおけるアンテナ選択の処理において、かかる欠点を解消することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本システムは、少なくとも２つのアンテナと、信号の品質の計測により決まった選択基準に基づいた選択と、周波数変調され電波によって伝達される１つ以上の成分を含む信号とを備えた、ダイバ−シティアンテナシステムにおけるアンテナ信号の選択処理であり、以下のようなステップを特徴としている。
【００２４】
ａ）各アンテナ信号(Si)を復調するステップ;
ｂ）前記信号(Si)の内容を示すコンテント(S)を有するコンテント信号を取得するため、対象とする信号として１つもしくは複数の信号成分の周波数帯に対応する周波数帯域上でバンドパスフィルタによって復調された信号をフィルタ処理するステップ；
ｃ）前記信号(Si)のノイズを示すノイズ信号（N）を取得するため、ノイズの周波数帯域幅に対応する周波数帯域上でバンドパスフィルタによって復調された信号をフィルタ処理するステップ；
ｄ）前記対象とする信号と前記ノイズ信号に対し自乗要素を適用するステップ；
ｅ）ステップd)にて取得された信号をローパスフィルタによってフィルタ処理するステップ；
ｆ）ステップe)で取得した信号を除し、それぞれのアンテナ信号(Si)に対する選択基準(Ci)を定めるステップ；
ｇ）選択基準(Ci)を比較するステップ；及び
ｈ）ステップg)の結果の比較に基づきアンテナ信号(Si)を選択するステップ。
【００２５】
さらに好ましい選択方法では、前記ステップa)の前に、アンテナ信号において対象となる信号が存在するかどうかをチェックする。
【００２６】
同処理において、対象とする信号が少なくとも１つのアンテナ信号に存在する時には、前記ステップh)において、選択基準(Ci)が高い値のアンテナ信号(Si)を選択し、対象とする信号がどのアンテナ信号にも存在しない時には、該ステップh)において、選択基準(Ci)が低い値のアンテナ信号(Si)を選択する。
【００２７】
本発明のこのような特徴により、S/N比と同じ方向に展開する選択基準を定めることが可能となり、この設定は信号を決定することはできないが、信号の最適選択が可能で、さらに、信号品質を推定することが可能となる。このようにして、最適な選択基準が取得される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を具体化した実施形態を図に従って説明する。
【００２９】
本発明におけるアンテナ信号選択処理は、信号品質指数に基づいた選択基準を用いる。以下に示す例は、ラジオ局から送信され車両のラジオ受信機で受信されるFMラジオ信号の分野に適用される処理である。
【００３０】
従来の研究において、発明者は、周波数復調後の受信信号のS/N比を、信号品質の優れたインジケータとして定めてきた。しかし、このS/N比を実測することは不可能とされている。ゆえに本発明はこのS/N比を、簡単で信頼性の高い方法で推定し、この推定値を選択基準の設定に用いることを提案する。
【００３１】
一般的にはFM信号の通信では、300kHzの周波数帯域幅のFM信号を、ヨーロッパでは88MHzから108MHz、日本では76MHzから90MHzの搬送周波数で伝搬する。
【００３２】
復調されたFM信号は、モノラル, パイロット・トーン, ステレオ, RDS, SWIFT(ヨーロッパ)または DARC（日本）などで構成され、最高帯域幅96 kHzを占めるため、FM多重信号と呼ばれる（ベースバンド信号）
信号が外乱による影響を受けない場合、アンテナiの信号に対するベースバンドNbbiにおけるノイズの電力スペクトル密度は、次の等式１によって求められる。
【００３３】
【数１】

Figure 0004214852
アンテナiに対するki(t)は、周波数帯域fで全体的に一定であり、受信パワーに対して反比例の状態である。
【００３４】
これにより、特定の周波数帯域B[fmin;fmax] におけるノイズパワーNBは、周波数帯域における等式１の積分値であり、NBは以下の式によって求められる。
【００３５】
【数２】
Figure 0004214852
実際には、例えば周囲の物への反射（多経路受信）や、ドップラー効果などによる外乱による乱れが頻繁に起こり、対象とする信号域に存在する電力スペクトル密度が増加する。（図４アンテナ２）。しかし、本発明者達は、受信信号のFM復調後も、品質は対象とする信号の周波数帯域におけるS/N比の展開方向と関連したままであることに気がついた。すなわち、S/N比は受信信号の品質の効率的なインジケータであることが推測できる。しかし、ここでは信号が混在しているため（対象とする信号とノイズ信号）、対象とする信号の周波数帯域におけるS/N比を計測することは不可能である。
【００３６】
本発明では、FM復調後の２つの異なる周波数帯域における受信信号エネルギーを比較することで、このS/N比の推測が確立されている。この推測により、S/N比と同方向に依存し、展開する基準Cが確立される。
【００３７】
本発明を具体化した第１の好ましい実施形態を図１に従って説明する。この実施例では、２つのアンテナＡ１、Ａ２が使用されている（図１）。３つ以上のアンテナが使用される場合もこの方式が適用される。信号はFM多重ラジオ信号であり、モノラルもしくはステレオ、パイロット・トーンの様式で情報を含み、またRDS もしくはSWIFT（ヨーロッパ）DARC（日本）などの様式では、補助的な情報に関連したデジタルデータの情報を含んでいる。
【００３８】
各アンテナ信号Siは、まず図１の復調器１、１１によって処理される。そして、復調された信号は選択判定計算回路CCiにおいて処理される。この計算回路では、信号はまず２つのバンドパスフィルタによりフィルタ処理される。信号は第一フィルタ（バンドパスフィルタ)２，１２によって周波数帯域△fsignal=fsM-fsmにおいてフィルタ処理される。この式では、対象とする信号の最大周波数はfs Mで、対象とする信号の最小周波数はfsmである。例えば、周波数fsmとfsM はそれぞれ、モノラルでは0kHzと15kHz、パイロット・トーンでは18.5kHzと19.5kHz、ステレオ成分では23kHzと53kHz、RDS成分では54.6kHzと59.4kHz、そしてSWIFT（ヨーロッパ）またはDARC（日本）成分では60kHzと96kHzとなっている。
【００３９】
次に、第ニフィルタ３，１３は周波数帯域の信号を、ノイズが△fnoise=fnM-fnmで表されている時だけフィルタ処理をする。この式において、ノイズ帯とされる最大周波数はfnMで、ノイズ帯とされる最小周波数はfnmである。例えば、FM多重信号を適応する特別な場合において、周波数fnm とfnMはそれぞれ100kHz（＞96kHz）と150kHz（FM局の信号帯域の上限）となっている。
【００４０】
このように、信号SとNは、信号Siにおける高い周波数での対象とする信号とノイズ信号の各周波数帯域での、対象とする信号とノイズの組み合わせのコンテンツをそれぞれ示すものである。
【００４１】
それにより、これらの信号は自乗要素４、１４によって処理され、続いて、例えば100kHzほどの周波数帯域幅を持つ、低域フィルタ５、１５によって処理をされる。この値は発明者の実験に基づいて、高い周波数の振幅を抑え、送信信号を安定させるために定義されており、ここではほんの一例として挙げられている。
【００４２】
各アンテナのフィルタ信号はデバイザー６、１６に入力され、信号品質の代表値であるCiを出力する。
【００４３】
各アンテナ信号SiのCiは、比較器７で比較され、その結果の値が、ルータ８を制御する選択基準として用いられ、値Ciに基づいたアンテナ信号を選択する。ゆえに本システムにより、アンテナAiのアンテナ信号の値Ciが求められる。
【００４４】
計算回路CCi は選択基準Ciを下記の等式に従って算出する。
【００４５】
【数３】
Figure 0004214852
Si は、対象とする信号の周波数帯域内の、対象とする信号のコンテント（内容）のエネルギーである。［fsm；fsM］
Ni は対象とする信号の周波数帯域内の、ノイズのエネルギーである。
［fsm；fsM］
NI はノイズのみの周波数帯域内の、高周波数ノイズのエネルギーである。［fnm；fnM］
したがって、各復調アンテナ信号は、このアンテナ信号の選択基準値を出力する計算回路に入力される。比較器７へ選択基準値が送信され、比較結果値であるコントロール信号はルータ８へ送信される。
【００４６】
前記等式１に従って、各値は次の式で求められる。
【００４７】
【数４】
Figure 0004214852
なお、等式４を等式３で用いると、次の式が成り立つ。
【００４８】
【数５】
Figure 0004214852
Ａは＋の定数であり、各アンテナとも同じであるため、Ciは信号の復調後にS/N比と類似する方法で展開することがわかる。したがって、信号の復調後、選択基準Ciは簡単に定められ、アンテナはCiに基づき選択される。一般的にCi値が高ければ、信号品質も高いとされている。
【００４９】
したがって、本選択方法はＦＭ復調後（等式１）のノイズの様態に基いており、対象となる信号の周波数帯域以外で決められたノイズ推定である。
【００５０】
このような原理によって、１つの信頼性の高い基準に基づいて信号の選択がきわめて単純なシステムによって可能となる。
【００５１】
実現した他のモード（様式）においては、システムが１つもしくは２つのルータと１つの記憶FIFOとの組み合わせを用いた計算回路を使用することにより更に簡単になっている。
【００５２】
図１では各計算回路CCiは各アンテナ信号に対して同じになっている。したがって、例えばアンテナ信号を選択してから計算回路に送信する入力ルータ９などを使用し、各アンテナからの信号を交互に受信すれば、計算回路CCは１つだけでよくなる。
【００５３】
図２は２つのアンテナ受信で、１つの計算回路を用いた第二の選択様式を示している。計算回路CCへ信号が送信される手前で、９ａ、９ｂの２つのルータがアンテナの選択をする。ルータ９ａによって、どちらのアンテナからの信号を計算回路CCへ送信するかが選択され、ルータ９ｂによって、どちらのアンテナからの信号を、図１に記載されているものと同様の出力ルータ８へ送信するかが選択される。ます、図２に示されたような状態のルータ９ａ、９ｂにより、計算回路CCはアンテナＡ１からの信号を受信し、基準値Ciを定める。
【００５４】
計算回路は比較器７の第一の入力部に接続され、この値Ciが送信される。比較器７は図１に記載されているものと同様であるが、２つの入力値のうち高い値を決定する簡単な加算器であってもよい。そして、ルータ８への入力部は１つしかないので、アンテナＡ１の接続を可能にさせるために、比較器７はコントロール信号をルータ８へ出力する。
【００５５】
計算回路の出力値である基準値Ciが、例えば図２、１０のFIFOのようなデータ記憶手段に保存される間に、ルータ９ａ、９ｂによりアンテナＡ２のアンテナ信号の入力に切り替えられ、アンテナＡ２の信号は計算回路CCへ送信される。FIFO１０の出力部は比較器７の第２の入力部に接続されているので、比較器７は各入力部で信号を受信し、ルータ８へコントロール信号を送信するために比較結果値を定める。この実現した方式では、計算回路は１だけ必要となり、図１で示されている第２の計算回路はデータの記憶手段に置きかえることができる。このように、システムは単純化されている。
【００５６】
図３に示されているのは第３の実現した方式であり、図２に示されている方式に類似しているが、この様式は複数のアンテナを配置している場合に適用されるものである。実際には、３つ以上のアンテナを使用する際には、比較器７は、最大値を調べ、その結果に従ってアンテナ信号を選択することができるよう、図１に示された方式と同様でなくてはならない。またこの場合、計算回路は１つだけ必要になる。図１に示された方式と同様に、計算回路の前にルータ９を配置することもできるが、ルータ９はFIFOの順序がルータ９の現位置により左右されるために、最終選択値をより確かにするにはルータ９は比較器７に対して配置されなくてはならない。この場合、図２における第２のルータ９ｂが必要なくなるが、第３の実現した様式における比較器７は補助的な入力部を必要とするため、図３に示されたように入力ルータ９を配置する。
【００５７】
したがって、上記のように選択基準の機能としての信号を選択することが可能となる。また、計算回路に単純な変更を加えることで、他の特徴を持つ必要な信号を選択することも可能となる。
【００５８】
実際には、上記のような計算回路では、適正周波数帯域を選択することによって、対象となる値の特定の成分に基づいて信号を選ぶことができる。しかし、対象となる値の周波数帯を修正することで、混在した信号のそのほかの成分を分析することもまた可能である。実際には、バンドパスフィルタ２、１２がわずかに修正された場合（△fsignalの修正）、信号のそのほかの成分が最良の状態の信号を選択することができる。
【００５９】
ダイバ−シティアンテナシステムにおいて受信された全てのアンテナ信号のなかに、対象となる成分を含んでいないという周囲のものによる外乱（障害）も存在する。さらに、単純にFM多重信号の成分を送信しないラジオ局もある。例えばＲＤＳ成分のように、ダイバ−シティアンテナシステムにおいて受信された全てのアンテナ信号に対象となる信号が存在しない場合は、上記の処理を適用するのが望ましい。
【００６０】
２つのモノラル信号が受信され、選択基準のための対象となる信号がステレオもしくはＲＤＳ成分である状況が考えられる。前者の信号は、モノラル成分に対して良好な受信品質を備え、後者信号はモノラル成分に対して良好な受信品質を備えない。
【００６１】
図４は各信号に対するFM復調信号の周波数帯をグラフにしたものである。
【００６２】
第２の信号の受信品質は低く、ノイズはモノラル成分を完全に遮蔽している。一方、第１の信号では、信号における様々な成分を識別することができる。したがって、通常選択処理により、信号を構成するモノラル成分が第１の信号に対して正しい信号として選択される。しかし、第２の信号に対して等式５を使うことにより下記のような結果を得ることができる。
【００６３】
【数６】
Figure 0004214852
C2は選択基準に対応し、電力スペクトル密度のノイズは周波数帯域全体においてほぼ一定であるため、対象となる信号に対して使用される周波数帯域とノイズ対して使用される周波数帯域との比にほぼ等しい。
【００６４】
第１の信号において、対象となる信号に対して使用される周波数帯域における電力スペクトル密度が、等式１にしたがってノイズとして定義される場合、以下のようになる。
【００６５】
【数７】
Figure 0004214852
しかし、FM多重信号に対して、ノイズの周波数帯域［100kHz；150 kHz］は、対象となる信号の周波数帯域［0kHz；96 kHz］よりも高い周波数の範囲に存在するとされている。したがって、
【数８】
Figure 0004214852
上記と同じ処理を適用すると、ダイバ−シティアンテナシステムにおいて、全てのアンテナの受信信号に対象となる信号が存在しない場合、選択基準値の比較によって信号の品質が劣った第２の信号が選択されてしまう。
【００６６】
この問題を避けるために、ステレオ、またはＲＤＳ・ＤＡＲＣ成分などの対象となる信号で、少なくとも１つのアンテナにおいてアンテナ信号の選択の前に検出モジュールを追加することも可能である。実際、対象となる信号が存在する場合、最も高い選択基準値のアンテナ信号が選択される。また、対象となる信号が全てのアンテナにおいて存在しない場合、最も低い選択基準値のアンテナ信号が選択される。したがって、対象となる信号が存在しない場合、単純に選択を逆にすることが可能である。
【００６７】
尚、前記実施形態において採用された構成及び制御態様は一例であって、本発明を逸脱しない範囲で適宜の変更を加えてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、周波数復調後の受信信号のS/N比を、簡単で信頼性の高い方法で推定し、この推定値を選択基準の設定に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連したアンテナ信号の選択処理の第１の様式で、本発明の好適な実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明に関連したアンテナ信号の選択処理の第２の様式を示す。
【図３】本発明に関連したアンテナ信号の選択処理の第３の様式を示す。
【図４】 FM復調で致命的な外乱がある場合とない場合の、２つのモノラル信号におけるFM復調信号のスペクトルを表すグラフである。
【符号の説明】
1,11・・・復調器、2,12・・・第一フィルタ（バンドパスフィルタ）、3,13・・・第ニフィルタ、4,14・・・自乗要素、5,15・・・低域フィルタ、6,16・・・デバイザー、7・・・比較器、8・・・ルータ、9,9a,9b・・・入力ルータ、10・・・データ記憶手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for selecting one antenna from a plurality of antennas in a diversity antenna system. In particular, it relates to a method that includes better selection criteria based on measurement of the quality index of the antenna signal.
[0002]
[Prior art]
In a communication network using a mobile terminal, for example, a vehicle that receives a radio signal, a signal between two corresponding devices uses a radio wave passing through a propagation channel. Transmission via such a propagation channel often results in a large element of communication disturbance.
[0003]
Among the large disturbances are signals caused by loss of power due to the distance between the transmitter and receiver, especially in an antenna with a large receiving aperture, for example, being received through several paths due to reflections on surrounding objects. And the presence of other signal sources that use the reception band of this system.
[0004]
In order to alleviate these problems, it is necessary to improve conventional systems, for example, by using adaptive filters or equalizers, increasing output power, or increasing emitter sites. However, in the competition of sales, it has been considered difficult to implement improvements in view of costs. In other respects, some of the technologies believed to be effective in solving the problem could not be adapted without significant changes to the current communications network infrastructure.
[0005]
Conventionally, many improvements have been considered for antennas. In particular, various types of transmission / reception antennas have been proposed in order to reduce the influence of disturbance (such as an antenna having a narrow main lobe for controlling the transmission / reception direction). However, in the case of application to a mobile terminal, since it is easy to introduce, the use of an omnidirectional antenna is considered to be a preferred mode.
[0006]
In order to address the problem, diversity systems have been used in conventional systems. By using various antennas to receive a large number of uncorrelated signals (signals that are not related to each other), one antenna signal is affected by the problem and the other signals are not affected There is.
[0007]
When various antennas are used, antenna signal selection processing is required. Processing can generally be classified into three technique categories.
[0008]
(1) A switching technique in which the same antenna signal is continued as long as a predetermined standard is satisfied, and is switched to another antenna signal when the standard is not met.
[0009]
(2) A selection technique in which all antenna signals are analyzed and the best one is selected based on selection criteria.
[0010]
(3) A combinatorial technique that independently applies signal phase and amplitude corrections to each antenna signal before final summation, taking into account the respective qualities.
[0011]
Application of (1) and (2) is limited to the selection of specific antenna signals based on selection criteria. Theoretically, when the combination technique is used, the quality of the signal is improved. However, since the system is complicated, the selection technique is generally considered to be preferable in consideration of the cost.
[0012]
Appropriate selection criteria and quality index of the antenna signal are important to improve the performance of the diversity antenna system.
[0013]
For example, several selection criteria are utilized based on the use of one or more quality indexes (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
[0014]
Commonly used quality indexes fall into the following categories:
[0015]
1) Received signal strength indicator
2) Received signal quality indicator based on received signal strength
3) Cyclic redundancy check indicator (CRC)
4) Bit error rate (BER)
5) Preamble correlation amplitude indicators 1) and 2) often indicate that the signal strength is often not related to the quality of the received signal due to reception or interference through multiple paths, which is a real problem. There is a big problem. In fact, when disturbed, the received signal strength is greatly increased, while the signal is greatly disturbed and sometimes unusable.
[0016]
Indicators 3), 4), 5) are first related to digital signals, and in addition, when applying them, at least two auxiliary steps of signal demodulation and decoding steps need to be performed. is there. The execution of ancillary steps makes the system more complex but does not guarantee that it will always give better results. Furthermore, these criteria do not apply to analog signals such as FM radio signals.
[0017]
Besides that, it is proposed to compare the S / N ratio of the received signal and the frequency demodulated (FM) to select the signal having the optimal signal to noise ratio (S / N ratio) (for example, , See Patent Document 4). As a result, the selection criterion is the S / N ratio. However, it does not explain how to obtain the S / N ratio here. Actually, actual measurement of S / N ratio is almost impossible. Furthermore, the systems described herein require the use of frequency diversity. This further complicates the system and increases costs on the receiving and transmitting sides.
[0018]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6085076 Specification
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,141,392 [0020]
[Patent Document 3]
US Pat. No. 5,952,963 [0021]
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 61-119855 [0022]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been devised to eliminate such drawbacks. In particular, one of the objects of the present invention is to eliminate such drawbacks in the process of antenna selection in diversity antenna systems with the advantages of accuracy, speed and low cost.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The system comprises a diversity comprising at least two antennas, a selection based on a selection criterion determined by measurement of signal quality, and a signal including one or more components that are frequency modulated and transmitted by radio waves. The antenna signal selection process in the antenna system is characterized by the following steps.
[0024]
a) demodulating each antenna signal (S i );
b) In order to obtain a content signal having a content (S) indicating the content of the signal (S i ), a band-pass filter on a frequency band corresponding to the frequency band of one or a plurality of signal components as a target signal Filtering the signal demodulated by
c) filtering a signal demodulated by a bandpass filter over a frequency band corresponding to the frequency bandwidth of the noise to obtain a noise signal (N) indicative of the noise of the signal (S i );
d) applying a square factor to the signal of interest and the noise signal;
e) filtering the signal obtained in step d) with a low-pass filter;
f) determining the selection criterion (C i ) for each antenna signal (S i ) by dividing the signal obtained in step e);
g) comparing the selection criteria (C i ); and h) selecting the antenna signal (S i ) based on the comparison of the results of step g).
[0025]
In a further preferred selection method, before step a), it is checked whether there is a signal of interest in the antenna signal.
[0026]
In the same processing, when the target signal is present in at least one antenna signal, the antenna signal (S i ) having a high selection criterion (C i ) is selected in step h), and the target signal is When none of the antenna signals exists, in step h), an antenna signal (S i ) having a low selection criterion (C i ) is selected.
[0027]
Such a feature of the present invention makes it possible to define a selection criterion that develops in the same direction as the S / N ratio, this setting cannot determine the signal, but allows the optimal selection of the signal, Signal quality can be estimated. In this way, the optimum selection criterion is obtained.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0029]
The antenna signal selection process in the present invention uses a selection criterion based on a signal quality index. The following example is a process applied to the field of FM radio signals transmitted from radio stations and received by a vehicle radio receiver.
[0030]
In the conventional research, the inventor has determined the S / N ratio of the received signal after frequency demodulation as an indicator of excellent signal quality. However, it is impossible to actually measure this S / N ratio. Therefore, the present invention proposes that this S / N ratio is estimated by a simple and reliable method, and that this estimated value is used for setting a selection criterion.
[0031]
In general, in FM signal communication, an FM signal having a frequency bandwidth of 300 kHz is propagated at a carrier frequency of 88 MHz to 108 MHz in Europe and 76 MHz to 90 MHz in Japan.
[0032]
The demodulated FM signal is composed of monaural, pilot tone, stereo, RDS, SWIFT (Europe) or DARC (Japan), etc. and occupies the maximum bandwidth of 96 kHz, so it is called FM multiplexed signal (baseband signal)
When the signal is not affected by the disturbance, the power spectral density of noise in the baseband N bbi for the signal of the antenna i is obtained by the following equation 1.
[0033]
[Expression 1]
Figure 0004214852
The k i (t) for the antenna i is generally constant in the frequency band f and is in an inversely proportional state to the received power.
[0034]
Thus, a particular frequency band B; noise power N B is the [f min f max], is the integral value of Equation 1 in a frequency band, NB is determined by the following equation.
[0035]
[Expression 2]
Figure 0004214852
Actually, for example, disturbance due to disturbance due to reflection to surrounding objects (multipath reception), the Doppler effect, etc. frequently occurs, and the power spectral density existing in the target signal region increases. (FIG. 4 Antenna 2). However, the present inventors have found that even after FM demodulation of the received signal, the quality remains related to the development direction of the S / N ratio in the frequency band of the signal of interest. That is, it can be inferred that the S / N ratio is an efficient indicator of the quality of the received signal. However, since signals are mixed here (target signal and noise signal), it is impossible to measure the S / N ratio in the frequency band of the target signal.
[0036]
In the present invention, the estimation of the S / N ratio is established by comparing received signal energies in two different frequency bands after FM demodulation. This guess establishes a standard C to be developed that depends on the same direction as the S / N ratio.
[0037]
A first preferred embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, two antennas A1 and A2 are used (FIG. 1). This method is also applied when three or more antennas are used. The signal is an FM multiplex radio signal that contains information in mono, stereo, pilot tone format, and in formats such as RDS or SWIFT (Europe) DARC (Japan), digital data information related to ancillary information Is included.
[0038]
Each antenna signal S i is first processed by the demodulators 1 and 11 of FIG. The demodulated signal is processed in the selection determination calculation circuit CC i . In this calculation circuit, the signal is first filtered by two band pass filters. Signal is filtered in a frequency band △ f signal = f sM -f sm by the first filter (band pass filter) 2 and 12. In this equation, the maximum frequency of the target signal is f s M , and the minimum frequency of the target signal is f sm . For example, each frequency f sm and f sM, in mono 0kHz and 15kHz, 18.5kHz and 19.5kHz in pilot tone, 23 kHz in the stereo component and 53 kHz, in the RDS component 54.6kHz and 59.4kHz and SWIFT (Europe) or DARC, (Japan) The component is 60kHz and 96kHz.
[0039]
Next, the second filters 3 and 13 filter the signal in the frequency band only when noise is expressed by Δf noise = f nM −f nm . In this equation, the maximum frequency that is a noise band is f nM and the minimum frequency that is a noise band is f nm . For example, in a special case where an FM multiplexed signal is applied, the frequencies f nm and f nM are 100 kHz (> 96 kHz) and 150 kHz (the upper limit of the signal band of the FM station), respectively.
[0040]
Thus, the signal S and N is indicative of the signal and each frequency band of the noise signal of interest at high frequencies in the signal S i, the signal of interest and the noise of the combination of content, respectively.
[0041]
Thereby, these signals are processed by the square elements 4, 14 and subsequently processed by the low-pass filters 5, 15 having a frequency bandwidth of eg 100 kHz. This value is defined based on the inventors' experiments to suppress high frequency amplitudes and stabilize the transmitted signal, and is given here as an example only.
[0042]
Filter signals of each antenna is input to Debaiza 6,16, and outputs the C i are representative of the signal quality.
[0043]
C i of each antenna signal S i is compared by the comparator 7 and the resulting value is used as a selection criterion for controlling the router 8 to select an antenna signal based on the value C i . Therefore, the value C i of the antenna signal of the antenna Ai is obtained by this system.
[0044]
Calculation circuit CC i Calculates the selection criterion C i according to the following equation:
[0045]
[Equation 3]
Figure 0004214852
S i Is the energy of the content (content) of the target signal in the frequency band of the target signal. [F sm; f sM]
N i Is the noise energy within the frequency band of the signal of interest.
[F sm; f sM]
N I Is the energy of high-frequency noise within the noise-only frequency band. [F nm ; f nM ]
Accordingly, each demodulated antenna signal is input to a calculation circuit that outputs a selection reference value of the antenna signal. The selection reference value is transmitted to the comparator 7, and the control signal as the comparison result value is transmitted to the router 8.
[0046]
In accordance with Equation 1, each value is obtained by the following equation.
[0047]
[Expression 4]
Figure 0004214852
When equation 4 is used in equation 3, the following equation holds.
[0048]
[Equation 5]
Figure 0004214852
A is a constant of +, for in each antenna is the same, C i is seen be developed in a manner similar to the S / N ratio after demodulation of the signal. Thus, after demodulation of the signal, the selection criterion C i is simply determined and the antenna is selected based on C i . The higher generally C i values, there is a high signal quality.
[0049]
Therefore, this selection method is based on noise after FM demodulation (Equation 1), and is noise estimation determined outside the frequency band of the signal of interest.
[0050]
This principle allows a very simple system to select signals based on one reliable criterion.
[0051]
In another mode (mode) realized, the system is further simplified by using a calculation circuit using a combination of one or two routers and one storage FIFO.
[0052]
In FIG. 1, each calculation circuit CC i is the same for each antenna signal. Therefore, if, for example, the input router 9 that transmits an antenna signal to a calculation circuit is used and signals from each antenna are received alternately, only one calculation circuit CC is required.
[0053]
FIG. 2 shows a second selection mode with two antenna reception and one calculation circuit. Before the signal is transmitted to the calculation circuit CC, the two routers 9a and 9b select the antenna. The router 9a selects from which antenna the signal is transmitted to the calculation circuit CC, and the router 9b transmits the signal from which antenna to the output router 8 similar to that shown in FIG. Whether to do is selected. First, the calculation circuit CC receives the signal from the antenna A1 and determines the reference value C i by the routers 9a and 9b in the state as shown in FIG.
[0054]
The calculation circuit is connected to the first input of the comparator 7 and this value C i is transmitted. The comparator 7 is the same as that described in FIG. 1, but may be a simple adder that determines a higher value of the two input values. Since there is only one input to the router 8, the comparator 7 outputs a control signal to the router 8 in order to enable connection of the antenna A 1.
[0055]
While the reference value C i which is the output value of the calculation circuit is stored in the data storage means such as the FIFO of FIGS. 2 and 10, for example, the router 9a, 9b switches to the antenna signal input of the antenna A2, and the antenna The signal A2 is transmitted to the calculation circuit CC. Since the output section of the FIFO 10 is connected to the second input section of the comparator 7, the comparator 7 receives a signal at each input section and determines a comparison result value for transmitting a control signal to the router 8. In this realized system, only one calculation circuit is required, and the second calculation circuit shown in FIG. 1 can be replaced with data storage means. In this way, the system is simplified.
[0056]
Shown in FIG. 3 is the third realized scheme, which is similar to the scheme shown in FIG. 2, but this style is applied when multiple antennas are arranged. It is. In practice, when using more than two antennas, the comparator 7 is not similar to the scheme shown in FIG. 1 so that it can examine the maximum value and select the antenna signal according to the result. must not. In this case, only one calculation circuit is required. Similarly to the method shown in FIG. 1, the router 9 can be arranged in front of the calculation circuit. However, since the order of the FIFOs depends on the current position of the router 9, the router 9 has a more final selection value. To be sure, the router 9 must be arranged for the comparator 7. In this case, the second router 9b in FIG. 2 is not necessary, but the comparator 7 in the third realized mode requires an auxiliary input unit, so that the input router 9 as shown in FIG. Deploy.
[0057]
Therefore, it is possible to select a signal as a selection criterion function as described above. Further, it is possible to select a necessary signal having other characteristics by simply changing the calculation circuit.
[0058]
In practice, the calculation circuit as described above can select a signal based on a specific component of a target value by selecting an appropriate frequency band. However, it is also possible to analyze other components of the mixed signal by modifying the frequency band of the target value. In practice, when the bandpass filters 2 and 12 are slightly modified (modification of Δf signal ), it is possible to select a signal in which the other components of the signal are the best.
[0059]
Among all the antenna signals received in the diversity antenna system, there are disturbances (disturbances) due to surroundings that do not include the component of interest. In addition, some radio stations simply do not transmit FM multiplexed signal components. For example, when there is no target signal among all antenna signals received in the diversity antenna system, such as an RDS component, it is desirable to apply the above processing.
[0060]
A situation is considered where two monaural signals are received and the signal of interest for selection criteria is a stereo or RDS component. The former signal has good reception quality with respect to the monaural component, and the latter signal does not have good reception quality with respect to the monaural component.
[0061]
FIG. 4 is a graph showing the frequency band of the FM demodulated signal for each signal.
[0062]
The reception quality of the second signal is low, and the noise completely blocks the monaural component. On the other hand, in the first signal, various components in the signal can be identified. Therefore, the monaural component constituting the signal is selected as the correct signal for the first signal by the normal selection process. However, by using Equation 5 for the second signal, the following result can be obtained.
[0063]
[Formula 6]
Figure 0004214852
C2 corresponds to the selection criterion, and the noise of the power spectral density is almost constant over the entire frequency band, so it is almost equal to the ratio of the frequency band used for the signal of interest to the frequency band used for noise. equal.
[0064]
In the first signal, if the power spectral density in the frequency band used for the signal of interest is defined as noise according to Equation 1, then:
[0065]
[Expression 7]
Figure 0004214852
However, for FM multiplexed signals, the noise frequency band [100 kHz; 150 kHz] is assumed to exist in a higher frequency range than the frequency band [0 kHz; 96 kHz] of the target signal. Therefore,
[Equation 8]
Figure 0004214852
When the same processing as above is applied, in the diversity antenna system, when there is no target signal among the reception signals of all antennas, the second signal with inferior signal quality is selected by comparing the selection reference values. End up.
[0066]
In order to avoid this problem, it is also possible to add a detection module before the selection of the antenna signal in the signal of interest, such as stereo or RDS / DARC components, in at least one antenna. In fact, when there is a signal of interest, the antenna signal with the highest selection reference value is selected. If the target signal does not exist in all antennas, the antenna signal having the lowest selection reference value is selected. Therefore, if there is no signal of interest, it is possible to simply reverse the selection.
[0067]
Note that the configuration and the control mode employed in the embodiment are merely examples, and appropriate modifications may be made without departing from the present invention.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, the S / N ratio of a received signal after frequency demodulation can be estimated by a simple and reliable method, and this estimated value can be used for setting a selection criterion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a preferred embodiment of the present invention in a first manner of antenna signal selection processing associated with the present invention.
FIG. 2 shows a second mode of antenna signal selection processing related to the present invention.
FIG. 3 shows a third mode of antenna signal selection processing related to the present invention;
FIG. 4 is a graph showing the spectrum of an FM demodulated signal in two monaural signals with and without a fatal disturbance in FM demodulation.
[Explanation of symbols]
1,11: demodulator, 2,12: first filter (bandpass filter), 3,13: second filter, 4,14: square element, 5,15: low frequency Filter, 6,16 ... Divisor, 7 ... Comparator, 8 ... Router, 9,9a, 9b ... Input router, 10 ... Data storage means

Claims (3)

ダイバ−シティアンテナシステムにおけるアンテナ信号の選択方法において、前記システムは、少なくとも２つのアンテナを含み、信号品質の計測に基づいた選択基準による選択を備えた、少なくとも１つの成分を含んでいる信号が周波数変調され電波として伝達される当該アンテナ信号の選択方法は以下の連続するステップを構成することを特徴とする：
ａ）各アンテナ信号(Si)を復調するステップ;
ｂ）前記信号(Si)の内容を示すコンテント(S)を有するコンテント信号を取得するため、対象とする信号として１つもしくは複数の信号成分の周波数帯に対応する周波数帯域上でバンドパスフィルタによって復調された信号をフィルタ処理するステップ；
ｃ）前記信号(Si)のノイズを示すノイズ信号（N）を取得するため、ノイズの周波数帯域幅に対応する周波数帯域上でバンドパスフィルタによって復調された信号をフィルタ処理するステップ；
ｄ）前記対象とする信号と前記ノイズ信号に対し自乗要素を適用するステップ；
ｅ）ステップｄ）にて取得された信号をローパスフィルタによってフィルタ処理するステップ；
ｆ）ステップｅ）で取得した信号を除し、それぞれのアンテナ信号(Si)に対する選択基準(Ci)を定めるステップ；
ｇ）選択基準(Ci)を比較するステップ；及び
ｈ）ステップｇ）の結果の比較に基づきアンテナ信号(Si)を選択するステップ。In a method for selecting an antenna signal in a diversity antenna system, the system includes at least two antennas, and the signal including at least one component with selection according to a selection criterion based on measurement of signal quality is a frequency. The method for selecting the antenna signal to be modulated and transmitted as a radio wave is characterized by comprising the following successive steps:
a) demodulating each antenna signal (S i );
b) In order to obtain a content signal having a content (S) indicating the content of the signal (S i ), a band-pass filter on a frequency band corresponding to the frequency band of one or a plurality of signal components as a target signal Filtering the signal demodulated by
c) filtering a signal demodulated by a bandpass filter over a frequency band corresponding to the frequency bandwidth of the noise to obtain a noise signal (N) indicative of the noise of the signal (S i );
d) applying a square factor to the signal of interest and the noise signal;
e) filtering the signal acquired in step d) with a low pass filter;
f) dividing the signal acquired in step e) and determining a selection criterion (C i ) for each antenna signal (S i );
g) comparing the selection criteria (C i ); and h) selecting the antenna signal (S i ) based on the comparison of the results of step g). ステップａ）の前に、アンテナ信号において対象となる信号が存在するかどうかをチェックするステップを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ信号の選択方法。The method for selecting an antenna signal according to claim 1, further comprising a step of checking whether a target signal exists in the antenna signal before step a). 対象とする信号が少なくとも１つのアンテナ信号に存在する時には、ステップｈ）において、選択基準(Ci)が最も高い値のアンテナ信号(Si)を選択し、対象とする信号がどのアンテナ信号にも存在しない時には、ステップｈ）において、選択基準(Ci)が最も低い値のアンテナ信号(Si)を選択することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ信号の選択方法。When the target signal exists in at least one antenna signal, in step h), the antenna signal (S i ) having the highest selection criterion (C i ) is selected, and to which antenna signal the target signal is 3. The method for selecting an antenna signal according to claim 2, further comprising: selecting an antenna signal (S i ) having a lowest selection criterion (C i ) in step h).
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