JP4417313B2

JP4417313B2 - ダイバーシティ受信回路

Info

Publication number: JP4417313B2
Application number: JP2005277722A
Authority: JP
Inventors: 祐史許田
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007089011A; US20070071148A1; US8027418B2

Description

本発明は、ダイバーシティ受信回路に関し、特に、複数のA/D変換回路を備えたダイバーシティ受信回路に関する。

近年、複数のアンテナで電波を受信し、最も受信状態の良いアンテナを選択することで受信感度を上げる方式である、ダイバーシティ受信技術が注目されている。この技術は、電波が空間を伝わる際に地形や建物などによる反射波による干渉で、場所によって電波が強められたり弱められたりする現象であるフェージングを回避するために用いられる。フェージングは、周波数が高くなると影響が大きくなる(より狭い範囲で電波の強度が強められたり弱められたりする)ため、ダイバーシティ受信の効果が高くなる。そのため、ラジオでは周波数の高いFM放送を受信するときに用いられる。この時、それぞれのアンテナが受信した信号をデジタル化し比較するため、複数の同一性能のA/D変換器を必要とする。（特許文献１参照。）
また、複数受信する必要はないが、変換精度を上げたいという要求もある。同じくラジオ受信を例に取ると、FM放送に対して、AM放送のノイズ耐性は低い、すなわちFMは情報を周波数の変化で表し、AMは振幅の変化で表す。外部ノイズが混じるとき、振幅のほうが影響を受けやすい=ノイズ耐性が低いため、より高いシグナルノイズ比（S/N）が要求される。その一方でAM放送は周波数が低いためダイバーシティ受信を行う効果は低く、A/D変換器は一系統だけあればよい。

このような従来技術の構成を図５に示す。ＡＭとＦＭの両方の信号を受信するＡＭ／ＦＭアンテナ１１と、受信されたＡＭ又はＦＭの信号を受けフィルタをかけて出力するＲＦフィルタ回路１３と、これに接続されたＡ／Ｄ変換回路２１と、ＦＭ信号を受信するＦＭアンテナ１２と、受信されたＦＭの信号を受けフィルタをかけて出力するＲＦフィルタ回路１４と、これに接続されたＡ／Ｄ変換回路２２と、Ａ／Ｄ変換回路２２の出力をＦＭモード時のみ出力する切替回路４０と、AMモード・FMモードの二つのモードを制御する信号を出力するモード切替回路３１と、ＡＭモードの時にはＡ／Ｄ変換器２１からの出力を選択し、ＦＭモードの時にはＡ／Ｄ変換器２１及び２２からの出力の内、精度の良い方の出力を信号精度判定回路８１からの出力に基づいて選択する選択回路９０を備える。

なお、関連技術として、複数のＡ／Ｄ変換器を用いて信号を処理する技術が、特許文献２に記載されている。

特開平７−１５４３７７号公報特開平２−９４８１４号公報

特許文献１に記載された技術では、複数の信号をデジタル化するため、複数A/D変換器が存在している。しかし、文献1では単一の信号をデジタル化するときに、A/D変換器を一つしか用いない。単一の信号を受信する際の受信感度を向上させるために、一つのA/Dの精度を向上させると、ダイバーシティ受信された複数の信号を受信・比較するために用いられるA/Dのバランスが崩れないように単一信号を受信するためのA/D変換器以外のA/Dの精度も向上させる必要性がでてくる。そのため、A/D変換器の精度を上げていくことで精度を上げようとすると、精度の向上の割合に対して、必要となる回路規模や消費電流の割合が急激に増加する。

更に、特許文献２に記載された技術は、SVHSのY信号とC信号が入力されたときには、信号に対応した複数のA/D変換器で処理してそれぞれをデジタルデータ信号として出力し、VHSのコンポジット信号が入力されたときには、複数のA/D変換器に信号を入力し合成して出力するものであるが、ＳＶＨＳの信号を変換する際に入力される信号がＹ信号、Ｃ信号と全く異なる信号であり、それぞれを並列に処理しているだけであるため、複数のＡ／Ｄ変換回路の精度を同じにする必要はなく、さらに、複数のアンテナからの信号を受けて信号精度の良い方を選択するというダイバーシティ受信回路の前提技術とは相容れない。

本発明のダイバーシティ受信回路は、複数の入力信号から信号精度の良い入力信号を選択して出力する機能を備えたダイバーシティ受信回路において、第１の変調方法により変調された第１の入力信号又は、第２の変調方法により変調された第２の入力信号を受け取る第１のＡ／Ｄ変換回路と、前記第１の入力信号又は前記第２の変調方法により変調された第３の入力信号を受け取る第２のＡ／Ｄ変換回路とを備え、前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路に前記第１の入力信号が入力された時には、前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路の出力を加算して出力する加算回路を備えることを特徴とする。

このような特徴により、ダイバーシティ受信回路において、Ａ／Ｄ変換回路の回路規模を増大させることなく、第１の変調方法により変調された入力信号のＳ／Ｎを向上させることが可能となる。

以下、図1に示した本発明での構成につき、各ブロックの説明を行う。

モード切替回路３１は、ＦＭモード、ＡＭモードのモード切替信号を生成し、切替回路５１乃至５３、選択回路９２にモード切替信号を供給し、ダイバーシティ受信回路のモード切替を制御する。
第１のアンテナ１１とアンテナ１２は、それぞれラジオ電波を受信する。

第１のアンテナ１１の出力を受けるＲＦフィルタ１３は、モード信号に応じてＡＭ信号用又はＦＭ信号用のフィルタをかけ、信号の増幅、チューニング及びＩＦ周波数への変換を行って出力する。第２のアンテナ１２の出力を受けるＲＦフィルタ１４も同様に、ＦＭ信号を受ける第２のアンテナ１２からのＦＭ信号を受け、受け取ったＦＭ信号に対してフィルタをかけ、信号の増幅、チューニング及びＩＦ周波数への変換を行って出力する。

Ａ／Ｄ変換回路２１は、ＲＦフィルタ１３からの出力信号をＡ／Ｄ変換して出力し、Ａ／Ｄ変換回路２２は、ＲＦフィルタ１４からの出力信号（ＦＭ信号）又は、ＲＦフィルタ１３からの出力信号（ＡＭ信号）をＡ／Ｄ変換して出力する。なお、ＲＦフィルタ１３及びＲＦフィルタ１４からＡ／Ｄ変換回路２２への信号供給は、モード切替信号により制御される切替回路４１によって制御される。切替回路４１は、ＡＭモードの時には第１のアンテナ１からのＡＭ信号をＲＦフィルタ１３を介してＡ／Ｄ変換回路２２に供給し、ＦＭモードの時には第２のアンテナ１２からのＦＭ信号をＲＦフィルタ１４を介してＡ／Ｄ変換回路２２に供給する。

切替回路４２は、ＦＭモードの時には、Ａ／Ｄ変換回路２１の出力を切替回路９１に供給し、ＡＭモードの時には、Ａ／Ｄ変換回路２１の出力を加算回路６０に供給する。切替回路５３は、ＦＭモードの時には、Ａ／Ｄ変換回路２２の出力を切替回路９１に供給し、ＡＭモードの時には、Ａ／Ｄ変換回路２２の出力を加算回路６０に供給する。

加算回路６０は、ＡＭモードの時に切替回路４２及び４３を介して供給されるＡ／Ｄ変換回路２１及び２２からの信号を加算・合成して出力する。

ＡＭ復調回路７０は、加算回路６０からの出力信号（加算・合成後のＡＭ信号）をＡＭ復調して出力する。

選択回路９１は、ＦＭモードの時には、Ａ／Ｄ変換回路２１の出力信号及びＡ／Ｄ変換回路２２の出力信号の内、信号精度判定回路８０によって信号精度がより良いと判断された出力信号を選択して出力する。

ＦＭ復調回路５１は、選択回路９１から受け取った出力信号（ＦＭ信号）をＦＭ復調して出力する。

選択回路９２は、ＦＭモードの時には、ＦＭ復調回路５１からの出力を選択して出力し、ＡＭモードの時には、加算回路６０からの出力信号を選択して出力する。
次に、図１に記載した本発明の動作について、説明する。

まず、モード切替回路３１がＦＭモードを指定したときの動作について説明する。Ａ／Ｄ変換回路２１及び２２には、アンテナ１１及び１２からＲＦフィルタ１３及び１４を介してそれぞれＦＭ信号が供給され、それぞれのＦＭ信号がＡ／Ｄ変換されて出力される。信号精度判定回路８０は、Ａ／Ｄ変換回路２１及び２２からの変換後の信号を受け精度の良い方を選択するよう選択回路９１に制御信号を出力し、選択回路９１は、Ａ／Ｄ変換回路２１又は２２からの出力の内いずれか一方をＦＭ復調回路５１に出力する。選択回路９２は、ＦＭ復調回路５１からのＦＭ復調信号を出力端に出力する。

次に、モード切替回路３１がＡＭモードを指定したときの動作について説明する。

Ａ／Ｄ変換回路２１及び２２は、アンテナ１１からのＡＭ信号をＲＦフィルタ回路１３及び１４を介して受け、アンテナ１１からのＡＭ信号のＡ／Ｄ変換後の信号を加算回路６０に供給する。加算回路６０は、変換後の信号を加算しＡＭ復調回路７０に供給する。ＡＭ復調回路７０は加算後の信号をＡＭ復調し選択回路９２に供給する。選択回路９２は、ＡＭ復調後の信号を出力端に出力する。

このとき、それぞれのA/D変換器の出力信号およびノイズをそれぞれS,Nとすると、複数モードでは信号の精度はS/Nとなり、単一モードでは(A/D変換器の数を2個とすると)、√2(S/N)となり、精度が√2倍になる。二つの同一の性能を持つAD変換器A/D1,A/D2の両方を用いてA/D変換するとき、A/D1とA/D2の出力信号電圧および入力換算ノイズ電圧をそれぞれS1, S2, N1,N2とする。A/D1とA/D2に入る信号は同一周波数・振幅・位相であるため、A/D変換器の性能が等しければA/D変換された出力のノイズ成分を除く信号成分も同一となる。従って、二つのA/D出力を加算したときの信号成分は2S1になる。一方、A/D変換器の性能が等しい場合、それぞれのA/Dでノイズ波ランダムに入るため、強度は同等の値になるが周波数・位相はばらばらになる。従って、二つのA/D出力を加算したときのノイズ成分は√(N1^2+N2^2)となる。ノイズ強度は同等なため、左の式は√2(N1)と表せる。従ってS/N比は2S1/(√2(N1))=√2(S1/N1)となる。このように、切替回路及び加算回路の追加によって、Ａ／Ｄ変換回路の精度を変えることなく、ダイバーシティ受信回路のＡＭ信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

なお、上述した実施の形態では、２つのＡ／Ｄ変換回路を設けたものについて説明したが、更にＳ／Ｎを向上させるために入力部とA/D変換器の組を3組以上にしてもよい。以下、図２に記載された第２の実施の形態について説明する。

まず、構成としての相違点について説明する。図１の実施の形態では１つであった波線部分の回路ブロック１０が、本実施の形態では、図２に示すとおり、複数個並び、当該回路ブロック１０の個数に応じて信号精度判定回路及び選択回路１の入力が増えると共に、加算回路に供給されるＡＭ信号の数が増える点が異なる。なお、基本的な部分は同一のため説明を省略する。
次に、動作について説明する。

ＦＭモードでは、ＦＭ復調回路が３以上となり、信号精度判定回路に入力される信号が３以上となっているだけで、図１の実施の形態と実質的に変わらない。

ＡＭモードでは、単一のＡＭ信号(信号1)を複数のA/D変換器で変換し、その結果を加算することで、出力結果のS/N比は√n(S/N)となり、精度が√n倍になる。すなわち、n個の同一の性能を持つAD変換器A/D1,A/D2の両方を用いてA/D変換するとき、それぞれA/D変換器の出力信号電圧および入力換算ノイズ電圧をそれぞれS1, S2,・・・Sn, N1,N2・・・Nn,とする。実施例1と同様に、それぞれのA/D出力を加算したときの信号成分はnS1になりノイズ成分は√(N1^2+N2^2+・・・+Nn^2)となる。ノイズ強度は同等なため、左の式は√n(N1)と表せる。従ってS/N比はnS1/(√n(N1))=√n(S1/N1)となる。

ここで、図1又は図２において、ＡＭモードでは、A/D変換器に入る信号は振幅および位相的に同一でないと、逆に精度を落としてしまうことになる。図1を単純に実装した場合、信号1がA/D2に入る経路には、途中に切替スイッチがある経路と無い経路とがあり位相誤差を生む原因になるため、位相及び振幅を調整するための調整回路１００が必要となる。

この調整回路１００を備えた第３の実施の形態を図３に示す。このような回路としては、長さを調節した配線又は、A/D1に入る経路にダミーのスイッチ等が考えられるが加算回路６０に入力される複数の信号の位相及び振幅を合わせるための回路であれば、どのような回路であっても良い。

上述した実施の形態では、アンテナとして、ＦＭ／ＡＭアンテナ１１とＦＭアンテナ１２とを備えていたため、ＡＭ信号受信時にはＦＭ／ＡＭアンテナ１１からの信号を二つのＡ／Ｄ変換回路に供給して信号のＳ／Ｎ比を向上させていたが、スイッチを用いず、二つのアンテナをＦＭ／ＡＭアンテナにすることによってＳ／Ｎ比を向上させることもできる。このような第４の実施の形態を図４に示す。

第４の実施の形態では、ＦＭアンテナ１２の代わりにＦＭ／ＡＭアンテナ１２１を、ＦＭ専用のＲＦフィルタ２２の代わりにＦＭ／ＡＭ用のＲＦフィルタ２２１を用いている。なお、スイッチ４１は不要となるため削除されている。また、同じ参照番号を用いているブロックは、上述した実施の形態と同じため説明を省略する。

本実施の形態では、二つのアンテナがＦＭ／ＡＭアンテナとなっているため、ＦＭ／ＡＭアンテナ１１から加算回路６０までの経路と、ＦＭ／ＡＭアンテナ１２１から加算回路６０までの経路とが実質同じとなり、位相調整用の回路が不要となるまたは構成が簡単になるため、第３の実施の形態よりも位相及び振幅の合わせ込みが容易となる。

このように、ダイバーシティ受信回路に関して、回路規模や消費電力の増加を抑えつつ単一の信号を高精度で変換する機能と複数の信号を並列に変換する機能の両方を実装することができる。

本発明の一実施形態を示すブロック図。本発明の第２の実施形態を示すブロック図。本発明の第３の実施形態を示すブロック図。本発明の第４の実施形態を示すブロック図。従来技術を示すブロック図。

符号の説明

１０回路ブロック
１１、１２１ＡＭ／ＦＭアンテナ
１２ＦＭアンテナ
１３、１４１ＲＦフィルタ回路（ＡＭ／ＦＭ）
１４ＲＦフィルタ回路（ＦＭ）
２１、２２Ａ／Ｄ変換回路
３１、３２モード切替回路
４１、４２、４３切替回路
５１、５２、５３ＦＭ復調回路
６０加算回路
７０ＡＭ復調回路
８０、８１信号精度判定回路
９１、９２、９３、９４選択回路
１００調整回路

Claims

複数の入力信号から信号精度の良い入力信号を選択して出力する機能を備えたダイバーシティ受信回路において、
第１の変調方法により変調された第１の入力信号又は、第２の変調方法により変調された第２の入力信号を受け取る第１のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第１の入力信号又は前記第２の変調方法により変調された第３の入力信号を受け取る第２のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路に前記第１の入力信号が入力された時には、前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路の出力を加算して出力する加算回路と、
前記第１のＡ／Ｄ変換回路に前記第２の入力信号が供給され、前記第２のＡ／Ｄ変換回路に前記第３の入力信号が供給されたときには、前記第２及び第３の入力信号の内信号精度の良い信号を選択して出力する選択回路とを備えることを特徴とするダイバーシティ受信回路。
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路は、同じ精度のＡ／Ｄ変換回路で構成されていることを特徴とする請求項１記載のダイバーシティ受信回路。
前記第１のＡ／Ｄ変換回路に供給される前記第１の入力信号の位相と、前記第２のＡ／Ｄ変換回路に供給される前記第１の入力信号の位相とを調整する位相調整回路を備えることを特徴とする請求項１記載のダイバーシティ受信回路。
前記第１の入力信号の周波数が前記第２及び第３の入力信号の周波数よりも低いことを特徴とする請求項１記載のダイバーシティ受信回路。
前記第１の入力信号はＡＭ信号であり、前記第２及び第３の入力信号はＦＭ信号であることを特徴とする請求項４記載のダイバーシティ受信回路。
前記第１及び第２のＡ／Ｄ変換回路に信号を供給する第１及び第２のＦＭ／ＡＭ兼用アンテナを備えることを特徴とする請求項１記載のダイバーシティ受信回路。