JP4467126B2 - 動的ノイズ制御型アンテナ移相器を持つ比例ダイバーシティ・ラジオ受信機システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的には、互いに離間したアンテナを持つ空間ダイバーシティ・アンテナに関し、より具体的には、異なった位相の組合せに従いアンテナ信号を合成する再構成可能なアンテナ信号コンバイナーに取付けられる、複数のチューナーからの出力信号の比例的混合を行なうダイバーシティ・ラジオ受信機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空間ダイバーシティ・ラジオ受信機システムは、移動受信機におけるマルチパス歪みの影響を低減する、良く知られた手段である。マルチパス歪みは、送信機より受信アンテナへ到達するのに異なった経路を辿る信号の間の相互作用から生じる局部作用である。ダイバーシティ・ラジオ受信機の互いに離間したアンテナ間での切換えにより、特定のマルチパス事象を回避することが出来る。というのは、アンテナ間の距離が、アンテナの両方が、同じ「短時間遅れ」マルチパス事象を同時に経験することがないということを、確実なものとすることが出来るからである。
【０００３】
参照によりここに引用される、名称が"Proportional Diversity Radio Receiver System"である、1998年6月23日の米国特許出願09/103,131号は、短時間遅れマルチパス及び長時間遅れマルチパス歪みの両方を低減させ、第１及び第２のチューナー出力信号を、それらの信号強度信号及び検出された長時間遅れマルチパス歪みに比例して混合する、比例混合システムを、開示している。しかしながら、その様な比例ミキサーは、両方のアンテナにおけるアンテナ信号が弱い場合に、未だノイズの多い信号を発生することがある。
【０００４】
特定のいかなる放送も、いかなる時にもいずれかのアンテナを用いて受信されることが可能であるので、移動ダイバーシティ・システムにおける各アンテナは、全方向受信をする様に設計されている。それで、隣接チャネル及び同一チャネル干渉及び弱信号条件の様な、非マルチパス源により受信信号中に存在するノイズは、両方のアンテナに等しく存在し、比例混合により取り除くことは出来ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、短時間及び長時間遅れマルチパス、隣接チャネル及び同一チャネル干渉そして、弱信号受信状態が存在する場合であっても、移動受信機の受信性能全般が改良されることを、目的とする。ノイズ制御型アンテナ移相器を持つ比例ダイバーシティ・システムは、従来技術において知られる完全適合アンテナ列システムよりもはるかに単純で安価である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ある観点において、本発明は、第１チューナー出力信号を与える第１チューナー及び第２チューナー出力信号を与える第２チューナーを有する空間ダイバーシティ・ラジオ受信機を、提供する。第１アンテナは第１アンテナ信号を、第２アンテナは第２アンテナ信号を、アンテナ信号コンバイナーへ与え、それは、所定の複数の位相の組合せのうち選択された一つに従い、第１及び第２アンテナ信号を選択的に合成する。第１ノイズ検出器が第１チューナーへ接続されて、第１チューナー出力信号において検出されたノイズのレベルに応じて、第１ノイズ・レベル信号を発生する。第２ノイズ検出器が第２チューナーへ接続されて、第２チューナー出力信号において検出されたノイズのレベルに応じて、第２ノイズ・レベル信号を発生する。第１及び第２ノイズ・レベル信号にそれぞれ比例して第１及び第２チューナー出力信号を合成し混合チューナー出力信号とするチューナー信号コンバイナーが、第１及び第２チューナーと第１及び第２ノイズ検出器とに、接続される。ノイズ閾値検出器が第１及び第２ノイズ検出器へ接続され、第１及び第２ノイズ信号の両方が所定の閾値よりも大きい場合に、過剰ノイズ検出信号を生成する。過剰ノイズ信号に応じて所定の位相組合せのうちの異なった一つを選択するための制御が、ノイズ閾値検出器及びアンテナ信号コンバイナーに組み合せられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、自動車10は、デュアル・チューナー比例ダイバーシティ・ラジオ・システムにおける一対のアンテナ12及び13に接続される比例ダイバーシティ・ラジオ受信機11を含む。アンテナ12は、直立ホイップつまりマスト・アンテナとして示される一方、アンテナ13は、ガラス・アンテナとして示されている。アンテナは、適切な伝送線を介し、受信機11に接続されている。車両の前部近くに一方のアンテナを取付け、車両の後部近くに他方のアンテナを取付けることで、それらの離間距離を最大とし、マルチパス事象を最小にする能力を最大とする。空間ダイバーシティ・アンテナは同一の電気的及び受信特性を持つ必要はないものの、それぞれが、全方向から等しく受信することが出来、所定の信号極性を与える様に、設計されるのが好ましい。
【０００８】
図２に示される様に、単独で機能するそれぞれのアンテナは、実質的に全方向放射パターンを示すのが好ましい。というのは、アンテナ信号自体が移相器を用いて合成されていない時にはいつでも、いずれかのアンテナからのいかなる方向からの放送信号をも受信出来る能力を維持することが望まれるからである。より具体的には、第１アンテナについての第１パターン15と第２アンテナについてのパターン16を含む、未修正のアンテナ・パターンを図２が示し、各パターンは、車両の前方向の様な所定の方向17について、実質的に全方向である。それで、第１アンテナ信号及び第２アンテナ信号は、それぞれ全方向受信のために、第１及び第２チューナーに接続される。
【０００９】
本発明は、全方向アンテナ・パターンのみを用いる時に許容可能な受信を不可能とする、長時間遅れマルチパス歪み、隣接チャネル、相互チャネル干渉又はいわゆる弱信号条件が、起こる可能性を、認識しているものである。それで、本発明は、いずれのチューナーも許容可能な受信信号を与えない時期を検出し、２つの別個のアンテナからの信号を合成することによりアンテナ受信パターンを修正する。これらの指向性アンテナ・パターンは、参照によりここで引用される、係属中の米国特許出願09/260,325号に記載されている様に、車両の前面、後面、右面及び左面に整列されているのが、好ましい。
【００１０】
図３及び４に示される様に、２つのチューナーが、異なったアンテナ受信パターンを持つアンテナにより、駆動されても良い。第１及び第２アンテナは、それぞれのチューナーが弱信号受信中に反対方向に指向性を持つ様、指向性アンテナ信号を発生するために、種々の移相及び信号の重み付けに従い相互接続される。それで、図３に示される様に、第１チューナーが、方向17と反対の方向で指向性アンテナ受信をするアンテナ・パターン20に従いアンテナ信号を受信するのに対し、他方のチューナーは方向17と同じ方向において最大の信号受信をするアンテナ・パターン21に対応するアンテナ信号を受信する。図３のアンテナ・パターンが受信性能を向上させることが出来ない場合には、方向17に直角である図４のアンテナ・パターン22及び23が、試される。図２乃至４に示される様なアンテナ・パターン対の間で切換えることにより、本発明は、いわゆる弱信号受信の状況中に最良の受信を与えるアンテナ・パターンを見付けることが出来る。別の言い方をすると、直接の放送波とは異なる方向から受信がされる、マルチパス干渉及び隣接チャネル干渉の発生源に関してチューナー入力の感度が落とされるのである。
【００１１】
本発明のFM受信機の好ましい実施例が、図５により詳細に示される。第１及び第２のアンテナ24及び25は、アンテナ信号コンバイナー26を介し、それぞれ第１及び第２チューナー27及び28へ接続される。チューナー27及び28からの出力信号は、それぞれ電圧制御型増幅器（voltage controlled amplifier略してVCA）30及び31を介し、加算器32の入力へ接続される。FM受信機において、加算器32からの混合チューナー出力信号MPXは、ステレオ・デコーダー33及びラジオ・データ・システム（radio data system略してRDS）のデコーダー34へ、供給される。左及び右のステレオ・オーディオ信号が、ボリューム、トーン、バランス及びフェードの様なオーディオ・パラメーターを調整するマイクロプロセッサー（μP）36の制御の下にあるオーディオ・プロセッサー35へ、ステレオ・デコーダー33から供給される。それで、ノイズ検出器37が、チューナー27からの出力信号を受信するために接続され、検出されたノイズ信号N1を共通モード増幅器39の非反転入力へ与える。同様に、ノイズ検出器38は、チューナー28からの出力に応じ、ノイズ・レベル信号N2を生成する。ノイズ・レベル信号N2は、共通モード増幅器39の反転入力へ接続される。共通モード増幅器39は、VCA 30の制御入力へ第１制御電圧V1を、そしてVCA 31の制御入力へ制御電圧V2を与える。
【００１２】
共通モード増幅器39が図６により詳細に示されている。ノイズ・レベル信号N1が、抵抗70を介し、トランジスター71のベース端子に、接続される。ノイズ・レベル信号N2が、抵抗72を介し、トランジスター73のベース端子に、接続される。トランジスター71及び73のエミッタ端子は、一緒に結線されて、抵抗74を介して電圧供給源Vcに接続される。トランジスター71及び73のコレクター端子はそれぞれ、抵抗75及び76を介して接地されている。トランジスター71のコレクター端子が制御電圧V2を出力する一方で、トランジスター73のコレクター端子は制御電圧V1を出力する。制御電圧V1及びV2は、加算器32からの混合FM MPX信号が、オーディオ変調なしに一定の出力レベルを持つ様に、実質的に一定の和を与えるという点で、相補的である。そして、チューナー27及び28からの出力信号は、それぞれのノイズ検出器により検出されたノイズの振幅に比例して合成される。ノイズ検出器37及び38は、参照によりここに引用される米国特許5,125,105号に示される様に、チューナー出力信号の高周波成分を評価することにより、ノイズの振幅を検出することが出来る。
【００１３】
それぞれのチューナーより同時に、その出力内で過剰なノイズが検出されている場合には、２つのチューナー信号の比例混合では、許容可能な受信信号を発生することが出来ない。それで、本発明は、第１及び第２のノイズ・レベル信号N1及びN2が所定の閾値Vtより大きい場合に、両方のチューナーにおける過剰ノイズの同時発生を検出し、過剰ノイズ検出信号を生成するために、ノイズ閾値検出器40を、用いる。ノイズ閾値検出器40は、それの反転入力においてノイズ・レベル信号N1を受信し、その非反転入力において閾値電圧Vtを受信する比較器41を、含む。比較器42は、それの反転入力においてノイズ・レベル信号N2を受信し、その非反転入力において閾値電圧Vtを受信する。比較器41及び42の出力は、ANDゲート43のそれぞれの入力へ接続され、ANDゲート43は、それの出力信号を、ノイズ修正制御器44及びアンテナ構成ロジック・ブロック45へ与える。ANDゲート43からの過剰ノイズ検出信号がハイ・レベルを持つ場合には、ノイズ修正制御器44及びアンテナ構成ロジック・ブロック45が作動させられる。
【００１４】
ノイズ修正制御器44は、ステレオ・デコーダー中でのステレオ・セパレーションの低減を含むオーディオ再生上のノイズの影響を減少させること、オーディオ出力中の高周波利得を減少させること（つまりハイカット）そして、受信機ボリュームを低減させること（つまりボリューム・カット）などの、いくつかの公知の修正機能を用いるのが好ましい。
【００１５】
制御信号V1及びV2のための相補的電圧レベルが、図７に示されている。各信号は、ゼロ・ボルトにおける最小利得と電圧Vcにおける最大利得との間で、ノイズ・レベル信号N1とN2との間の差に応じて、変化する。
【００１６】
図８は、時間t1とt2との間に続く過剰ノイズ検出信号に応じた、ステレオ・セパレーションの低減、ハイカット及びボリューム・カットを実行する、制御電圧を示す。それぞれのノイズ低減機能は、歪み低減のためにこの分野で公知である様な、それぞれのアタック時間でもって実行される。最大値に到達した後で、各ノイズ低減機能は、過剰ノイズ検出信号が終了する時間t2において解除されるまで、その最大値に留まる。各ノイズ低減機能は、従来技術において知られている様な適切な速度で、減衰する。
【００１７】
図５に戻ると、過剰ノイズ検出信号が存在する場合には、異なったアンテナ・パターンを用いてのより良い受信信号を見付けることを意図するために、アンテナ構成が変化させられる。それで、ANDゲート43からの出力が正方向に変化する場合には、アンテナ構成ロジック・ブロック45は、アンテナ・コンバイナー26を構成する次の制御状態へ進む。ロジック・ブロック45からの出力a及びbの両方がロー論理レベルである場合には、アンテナ信号の合成が無く、チューナー27及び28が、それぞれアンテナ24及び25からのみ受信する（これが両方のチューナーについての全方向受信に対応する）。いずれかのロジック・ブロック出力a又はbがハイである場合には、アンテナ信号が、移相及び重み付け回路にそれぞれ供給され、種々の指向性アンテナ・パターンを生成するために、加算器50及び51に加えられる。それで、ロジック・ブロック出力aが、スイッチ52及び55へ接続される。スイッチ52は、アンテナ24と、アンテナ信号を重み付け係数Wa,1で減衰する第１重み付けブロック53との間に、接続される。重みつけブロック53からの重み付け信号は、移相値Pa,1に従い移相ブロック54で移相される。移相された信号は、加算器51の一方の入力に接続される。また、ロジック・ブロックの出力aに応じて、スイッチ55が、アンテナ25からのアンテナ信号を、重み付け係数Wa,2を持つ重み付けブロック56へ与える。この重み付けされた信号は、移相値Pa,2を持つ移相ブロック57を通って、加算器50の一方の入力へ与えられる。ロジック・ブロック45からの出力aがハイである場合には、移相及び重み付け回路が、例えば図３に示されるアンテナ・パターンに対応してチューナー27及び28へ、有効なアンテナ・パターンを与える。
【００１８】
ロジック・ブロック45の出力bがハイである場合には、スイッチ60及び63が作動され、その結果、図４の有効なアンテナ・パターンがチューナー27及び28へ与えられる。
【００１９】
アンテナ・コンバイナー26で用いられる移相及び重み付け係数は、特定のアンテナ構成及び特性、そして、アンテナが組込まれる車両の電磁的特性に、応じて変わって来る。いかなる特定の受信機及び車両についての実際の値の決定も、所望のアンテナ受信パターンを得るために、この分野で良く知られている手法を用いて、なすことが出来る。重み付け回路には抵抗減衰器を用いれば良い一方で、移相回路は、誘電性及び／又は容量性の回路からなっていても良い。ロジック・ブロック45の出力a及びbは、相互排除的であり、両方がロー・レベルとなることが可能であるものの（つまり、全方向アンテナ・パターンが用いられる時）、ハイ・レベルになることが可能なのはいずれの時点においても一方のみである。
【００２０】
図５の受信機の作動が、図９のフローチャートに関連させて、より詳細に述べられている。ステップ80において、マルチパス、隣接チャネル干渉及び他の種類の干渉を検出するために、各チューナー出力信号におけるノイズ・レベルが、ノイズ検出器を用いて検出される。ステップ81において、共通モード増幅器が、各チューナー出力信号の量を、受信機による再生のための最終混合出力信号への比例混合量を、設定する。ノイズ・レベル信号N1及びN2は、ステップ82において所定のノイズ閾値Vtと比較される。ノイズ・レベル信号N1及びN2の両方が所定の閾値より上でない場合には、ノイズ・レベルを更に監視するために、ステップ80へのリターンがなされる。しかしながら、両方のノイズ・レベル信号N1及びN2が閾値Vtより上である場合には、ステップ83で始まる修正機能がとられる。修正機能において、オーディオ出力中のノイズを低減する（つまり、ステレオ・セパレーション、ハイ・カット及びボリューム・カット）ために、受信状態が修正される。ステップ84において、次の組のアンテナ・パターンを選択するために、アンテナ・コンバイナーが再構成される。受信機が新たな受信パターンへ切り換わるのを許容するために、アンテナ構成ロジックは所定の遅れ時間待機する。所定の遅れ時間とは、約500ミリ秒に等しいのが好ましい。ステップ86において、両方のノイズ・レベル信号N1及びN2が未だ所定の閾値より高いか否かを判断する。両方が上である場合には、次のアンテナ・パターンへ再構成するためにステップ84へのリターンがなされる。ノイズ・レベル信号の両方が閾値より上でない場合には、許容可能な受信パターンが見付けられたのであり、アンテナ・コンバイナーがそれの現在状態のままとされる。ステップ83から始まる受信状態の修正は、ステップ87において解除され、ノイズ・レベルの更なる監視のために、ステップ80へのリターンがなされる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、短時間及び長時間遅れマルチパス、隣接チャネル及び同一チャネル干渉そして、弱信号受信状態が存在する場合であっても、移動受信機の受信性能全般を改良することが出来る。更に、本発明のノイズ制御型アンテナ移相器を持つ比例ダイバーシティ・システムは、従来技術において知られる完全適合アンテナ列システムよりもはるかに単純で安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】そこに取付けられた空間ダイバーシティ・アンテナを持つ自動車の斜視図である。
【図２】第１及び第２のダイバーシティ・アンテナについてのアンテナ・パターンを示す図である。
【図３】アンテナ信号の特定の位相の組合せから生じる一対の有効アンテナ・パターンを示す図である。
【図４】アンテナ信号の異なった位相から生じる有効アンテナ・パターンの別の対を示す図である。
【図５】本発明によるラジオ受信機を示すブロック図である。
【図６】図５で用いられる共通モード増幅器を示す概略図である。
【図７】チューナー信号の比例混合のために、増幅器への種々の入力のための、共通モード増幅器からの出力電圧を示すグラフである。
【図８】図５のノイズ修正制御器により生成される制御信号を示す図である。
【図９】本発明の方法の好ましい実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
24 第１アンテナ
25 第２アンテナ
26 アンテナ・コンバイナー
28 第２チューナー
27 第１チューナー

Claims (1)

1. 第１及び第２アンテナと第１及び第２チューナーとを持ち、複数の所定の指向性放射パターンに従い上記第１及び第２チューナーへ加えられるべき第１及び第２アンテナ信号を選択的に合成する切換え式重み付け及び位相遅れ回路を含む、空間ダイバーシティ・ラジオ受信機におけるアンテナ信号コンバイナーを制御する方法において、
   上記第１及び第２チューナーからの出力信号における第１及び第２のノイズ振幅を計測する工程、
   放送情報を再生する混合チューナー出力信号を与えるために、上記第１及び第２チューナーからの出力信号を、上記第１及び第２のノイズ振幅に応じて比例的に合成する工程、
   上記第１及び第２のノイズ振幅を所定のノイズ閾値と比較して、上記ノイズ振幅の両方が上記所定のノイズ閾値より大きい場合に、検出信号を生成する工程、及び
   異なる所定の指向性放射パターンを選択するために、上記検出信号の最初の生成に応じ、上記アンテナ・コンバイナーを再構成する工程、
   を有する方法。

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