JP4693462B2

JP4693462B2 - ダイバシティ受信装置および方法

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Publication number: JP4693462B2
Application number: JP2005105364A
Authority: JP
Inventors: 功谷口; 清隆中川; 一男高山
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: CN101151817B; WO2006106920A1; US20090295636A1; EP1865620A1; KR101037701B1; CN101151817A; JP2006287653A; KR20070118280A

Description

本発明は、複数のアンテナで電波信号を受信するダイバシティ受信装置および方法に関する。

従来から、電波信号を受信する受信装置では、電波信号に重畳されている情報を取得するために、アンテナからの受信出力を電気的に増幅し、検波によって復調している。電波信号は、高周波帯域の搬送波に、何らかの方式での変調が施されて情報が重畳されている。電波信号は、空間を伝わる間に、種々の障害を受け、重畳されている情報も損われる可能性がある。障害の代表的なものは、フェージングや、ノイズなどである。電波信号に対する変調の方式には、搬送波の振幅に変化を与えるものと、変化を与えないものとがある。周波数変調（ＦＭ）方式および位相変調（ＰＭ）方式は、搬送波の振幅には変化を与えない方式の代表的なものである。

移動通信分野でのＦＭ放送受信システムでは、フェージング等の受信伝搬路の特性変動による受信レベル変動や位相変化により発生するノイズであるマルチパスノイズを軽減させる手法・技術として、２本以上の受信アンテナを用いて、それらの受信波を合成して伝送品質を改善するダイバシティ受信方式が用いられている。ダイバシティ受信方式での合成方式としては、受信レベルに応じて各アンテナを切換える選択合成や、２つの受信波の位相差を検出して同位相にした後に合成する等利得合成、さらにその受信波の受信レベルに応じて重みを付けて同位相にした後合成する最大比合成などが用いられている。

このうち、最大比合成の重み付けは、合成後の信号電力対雑音電力比であるＳ／Ｎ比が最大になるように、各アンテナで受信された信号に対して行われる。最大比合成では、受信レベルには比例し、雑音電力には逆比例する重み付けが行われるので、選択合成や等利得合成と比較して、最も特性が向上すると期待することができる。

周波数変調方式のうちで、特に直交周波数多重分割（ＯＦＤＭ）方式で変調されている電波信号を受信する際に最大比合成のダイバシティ受信方式を用いる先行技術も開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この先行技術では、複数の受信系統で、アンテナを介して受信した信号をそれぞれデジタル信号処理し、位相や重み付け係数を変更して、最大比合成を行うようにしている。

図９は、従来からの最大比合成を行うダイバシティ受信装置の構成を簡略化して示す。２つのアンテナ１ａ，１ｂは、一方のアンテナ１ａが主（Ｍａｉｎ）アンテナであり、他方のアンテナ１ｂは副（Ｓｕｂ）アンテナとなる。各アンテナ１ａ，１ｂに受信電波が受信されると、受信信号が高周波（ＲＦ）の信号増幅等を行うＲＦ部２ａ，２ｂにそれぞれ入力される。スーパヘテロダイン方式で受信を行う場合、ＲＦ部２ａ，２ｂは、入力された高周波信号を、中間周波（ＩＦ）信号に周波数変換する。中間周波信号は、信号処理部３ａ，３ｂで増幅等の信号処理を受け、移相器４ａ，４ｂで相互間の位相差が縮小され、合成器５で合成される。合成された受信信号は、検波器６で検波され、重畳されている情報が復調される。受信レベル検出手段７ａ，７ｂは、中間周波信号の信号レベルを、受信レベルとして検出する。信号処理部２３ａ，２３ｂは、受信レベル検出検出手段７ａ，７ｂからの検出出力に基づいてなされる重み付けに従って、各受信信号に増幅等の処理を施す。各信号の位相差は、位相差検出手段８で検出される。位相差検出手段８は、検出された位相差を打消すように、位相差に対応する遅延量の差を移相器４ａ，４ｂにそれぞれ設定する。合成器５では、信号処理部３ａ，３ｂで信号のレベルが調整され、移相器４ａ，４ｂで位相差が解消された信号を合成する。合成器５で合成された信号は、検波器６に入力され、受信電波に重畳されている情報が復調される。

特開２００１−３４５７８０号公報

図９に示すような最大比合成法を用いるダイバシティ受信装置では、受信条件や状態によっては、受信レベル検出手段７ａ，７ｂが各アンテナ１ａ，１ｂの受信レベルとノイズとをそれぞれ検出し、受信レベルに比例して、ノイズの雑音電力に反比例する重み付けを行うことで、特性の向上が図れないこともある。

図１０は、送信所１０から送信される電波信号を、車両１１が送信所１０から離れる方向に移動しながら受信する場合を示す。たとえば、送信所１０から送信される電波信号の搬送波の周波数が１００ＭＨｚであり、車両１１が１２０ｋｍ／ｈで走行している場合を想定する。さらに車両１１の進行方向前方側に反射物１２がある場合においては、送信所１０からアンテナ１ａ，１ｂに直接受信される希望波Ｖｄ１，Ｖｄ２とともに、反射物１２で反射される電波信号を、妨害波ｕ１，Ｖｕ２として、それぞれ受信してしまう。１００ＭＨｚの電波信号の物理波長λは、λ＝３０００００（ｋｍ）／１００（ＭＨｚ）＝３（ｍ）となる。１２０ｋｍ／ｈ＝３３．３ｍ／ｓであるので、半波長の間を走行する時間は、（λ／２）÷３３．３＝４５ｍｓとなる。希望波Ｖｄと妨害波Ｖｕとの位相関係は、半波長程度の周期で同位相から逆位相に変動する。同位相では希望波Ｖｄと妨害波Ｖｕとが増強し合うけれども、逆位相では打消し合うので、約４５ｍｓの周期で、各アンテナ１ａ，１ｂに受信される電波信号の強度が変動することになる。しかも、変動の程度は、アンテナ１ａ，１ｂの位置等によって異なるので、最大比合成を行おうとしても、合成特性は各アンテナ１ａ，１ｂ単独で受信する場合よりも悪くなってしまうこともありうる。

妨害波Ｖｕ１，Ｖｕ２は、希望波Ｖｄ１，Ｖｄ２が送信所１０からアンテナ１ａ，１ｂに直接ではなく、反射物１２に反射して、異なる経路から到着するものである。経路の違いは位相の差となる。希望波Ｖｄ１，Ｖｄ２も妨害波Ｖｕ１，Ｖｕ２も送信所１０から送信される時点では同一の電波信号であるので、位相がずれた状態で混合されると、位相差に応じて信号レベルが周期的に変動してしまう。このような複数の伝搬経路を経た電波信号間での干渉で信号レベルが変動すると、ＦＭなど、本来は搬送波の受信レベルに変動が生じない変調方式でも、搬送波のレベル変動が生じ、受信障害となるノイズが発生するおそれがある。このようなノイズは、マルチパスノイズと呼ばれる。

本発明の目的は、マルチパスノイズを低減することができるダイバシティ受信装置および方法を提供することである。

本発明は、振幅には変化が生じない変調方式で変調されている電波信号を受信する際に、複数のアンテナの受信出力に基づいて受信信号を得るダイバシティ受信装置において、
該受信信号の振幅変化をマルチパスレベルとして検出するマルチパスレベル検出手段と、
マルチパスレベル検出手段が検出するマルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して該受信信号を得る信号合成手段とを含み、
前記受信信号の受信レベルを検出する受信レベル検出手段をさらに含み、
前記マルチパスレベル検出手段および前記信号レベル検出手段は、前記複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出し、
前記信号合成手段は、前記合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、前記複数のアンテナの受信出力を合成し、
さらに、前記信号合成手段は、
前記合成条件として、前記各アンテナ毎の受信出力に、前記マルチパスレベルおよび前記受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付して、前記受信信号を合成し、
すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うことを特徴とするダイバシティ受信装置である。

本発明に従えば、ダイバシティ受信装置は、振幅には変化が生じない変調方式で変調されている電波信号を受信する際に、複数のアンテナの受信出力に基づいて受信信号を得るために、マルチパスレベル検出手段と、信号合成手段とを含むので、単独のアンテナで受信するよりも、より好条件で電波信号を受信することが期待される。マルチパスレベル検出手段は、受信信号の振幅変化をマルチパスレベルとして検出する。信号合成手段は、マルチパスレベル検出手段が検出するマルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して受信信号を得るので、マルチパスの影響を受けにくくして、マルチパスノイズを低減することができる。
また、受信レベル検出手段は、前記受信信号の受信レベルを検出し、マルチパスレベル検出手段および信号レベル検出手段は、複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出する。信号合成手段は、合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、複数のアンテナの受信出力を合成するので、単独のアンテナで電波信号を受信する方が好ましい場合を含めて、適切な合成条件に変更することができる。
また、信号合成手段は、複数のアンテナからの受信出力を合成する合成条件として、各アンテナ毎の受信出力に、マルチパスレベルおよび受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付し、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うので、適切な重みが付けられた受信出力を合成して、受信信号を得ることができる。

また本発明は、前記複数のアンテナの受信出力を前記信号合成手段で合成させるための入力側に設けられ、受信出力を各アンテナ毎に独立して変更可能な遅延量で遅延させる遅延手段をさらに含み、
信号合成手段は、前記合成条件として、アンテナ間での受信出力の位相の相関が大きくなるように、遅延手段での遅延量を変更することを特徴とする。

本発明に従えば、複数のアンテナの受信出力を信号合成手段で合成させるための入力側には、受信出力を各アンテナ毎に独立して変更可能な遅延量で遅延させる遅延手段が設けられる。信号合成手段は、合成条件として、アンテナ間での受信出力の位相の相関が大きくなるように、遅延手段での遅延量を変更する。受信出力間の相関が大きくなれば、位相差は小さくなるので、アンテナ間の受信出力の位相差を精度よく合わせることができる。

また本発明は、前記信号合成手段での前記合成条件の変更を監視し、変更の頻度が予め設定される基準よりも大きくなると、変更を制限する変更制限手段をさらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、変更制限手段を含み、信号合成手段での合成条件の変更を監視し、変更の頻度が予め設定される基準よりも大きくなると、変更を制限するので、合成条件の変更の頻度が大きくなって、変更に伴うノイズが発生するのを防止することができる。

さらに本発明は、振幅には変化が生じない変調方式で変調されている電波信号を受信する際に、複数のアンテナの受信出力に基づいて受信信号を得るダイバシティ受信方法において、
該受信信号の振幅変化をマルチパスレベルとして検出し、
検出するマルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して該受信信号を得て、
前記受信信号の受信レベルを検出するとともに、前記複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出し、
前記合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、前記複数のアンテナの受信出力を合成し、
さらに、前記合成条件として、前記各アンテナ毎の受信出力に、前記マルチパスレベルおよび前記受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付して、前記受信信号を合成し、
すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うことを特徴とするダイバシティ受信方法である。

本発明に従えば、振幅には変化が生じない変調方式で変調されている電波信号を受信する際に、複数のアンテナの受信出力に基づいて受信信号を得るので、単独のアンテナで受信するよりも、より好条件で電波信号を受信することが期待される。マルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して受信信号を得るので、マルチパスの影響を受けにくくして、マルチパスノイズを低減することができる。
また、前記受信信号の受信レベルを検出するとともに、前記複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出し、前記合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、複数のアンテナの受信出力を合成するので、単独のアンテナで電波信号を受信する方が好ましい場合を含めて、適切な合成条件に変更することができる。
また、前記複数のアンテナからの受信出力を合成する合成条件として、各アンテナ毎の受信出力に、マルチパスレベルおよび受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付し、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うので、適切な重みが付けられた受信出力を合成して、受信信号を得ることができる。

本発明によれば、マルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して受信信号を得るので、マルチパスの影響を受けにくくして、マルチパスノイズを低減することができる。
また、受信信号の受信レベルを検出するとともに、複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出し、合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、複数のアンテナの受信出力を合成するので、合成後の特性の向上が損われるのを防ぐことができる。単独のアンテナで電波信号を受信する方が好ましい場合を含めて、適切な合成条件に変更することができる。
また、複数のアンテナからの受信出力を合成する合成条件として、各アンテナ毎の受信出力に、マルチパスレベルおよび受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付し、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うので、適切な重みが付けられた受信出力を合成して、受信信号を得ることができる。

また本発明によれば、合成条件として、アンテナ間での受信出力の位相の相関が大きくなるように、遅延手段での遅延量を変更するので、位相差の調整を最適化することができ、より細かい位相合わせも可能とすることができる。

また本発明によれば、合成条件の変更動作で発生するノイズを、変更動作を制限して低減することができる。

さらに本発明によれば、マルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して受信信号を得るので、マルチパスの影響を受けにくくして、マルチパスノイズを低減することができる。
また、受信信号の受信レベルを検出するとともに、複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出し、合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、複数のアンテナの受信出力を合成するので、合成後の特性の向上が損われるのを防ぐことができる。単独のアンテナで電波信号を受信する方が好ましい場合を含めて、適切な合成条件に変更することができる。
また、複数のアンテナからの受信出力を合成する合成条件として、各アンテナ毎の受信出力に、マルチパスレベルおよび受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付し、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うので、適切な重みが付けられた受信出力を合成して、受信信号を得ることができる。

図１は、本発明の実施の一形態としてのダイバシティ受信装置２０の概略的な構成を示す。ダイバシティ受信装置２０は、アンテナ２１ａ，２１ｂ、ＲＦ部２２ａ，２２ｂ、信号処理部２３ａ，２３ｂ、および移相器２４ａ，２４ｂを、２系統分備える。さらに合成器２５および検波器２６を備える。さらに、２つの受信レベル検出・マルチパス検出手段２７ａ，２７ｂを、各アンテナ２１ａ，２１ｂの系統毎に備える。各系統間の位相差Ｐｄは、位相差検出手段２８で検出する。各信号処理は、デジタル信号に対して行うので、各系統では、ＲＦ部２２ａ，２２ｂから出力される中間周波（ＩＦ）信号をＡＤ変換器２９ａ，２９ｂでそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換する。移相器２４ａ，２４ｂでの遅延量の設定や、信号処理部２３ａ，２３ｂでの重み付け係数の設定は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３０によるソフトウエア処理によって行われる。ＡＤ変換器２９ａ，２９ｂで変換されたデジタル信号を処理する部分は、ＤＳＰ３０に予め設定されているプログラムで実現させることができる。

なお、アンテナ２１ａ，２１ｂ、ＲＦ部２２ａ，２２ｂ、信号処理部２３ａ，２３ｂ、移相器２４ａ，２４ｂ、受信レベル検出・マルチパス検出手段２７ａ，２７ｂ、およびＡＤ変換器２９ａ，２９ｂは、２系統分備えられているけれども、アンテナ２１ａ，２１ｎの数に合わせて、複数備えるようにすればよい。

各移相器２４ａ，２４ｂの出力は、信号処理部３１ａ，３１ｂにもそれぞれ入力される。各信号処理部３１ａ，３１ｂでは、入力に０．５の重み付けを行い、合成器３２で合成させる。合成器３２では、２系統のアンテナ２１ａ，２１ｂからの受信信号を等利得合成している。合成器３２からの合成信号は、マルチパス検出手段３３でエンベロープ検波されてマルチパスレベルＭｄｃの検出が行われる。

ＤＳＰ３０のソフトウエア処理では、信号レベルＳｄａ，ＳｄｂおよびマルチパスレベルＭｄａ，Ｍｄｂ，Ｍｄｃに基づく重み付け制御３５で、信号処理部２３ａ，２３ｂに設定する係数ｋ，１−ｋが設定される。ここで、０≦ｋ≦１である。位相差Ｐｄに基づいて、平均化制御・移相器制御３６が行われ、移相器２４ａ，２４ｂでの遅延量を切換える制御信号Ｐｓが出力される。また、重み付けの変更時には、ノイズキャンセル用の制御信号Ｐｎも出力される。すなわち、２系統のアンテナ２１ａ，２１ｂからの受信信号を合成する際に重み付けを行うのに、従来の最大比合成法のように、各アンテナ２１ａ，２１ｂの受信レベルＳｄａ，Ｓｄｂだけでなく、マルチパスレベルＭｄａ，Ｍｄｂと、アンテナ合成した後のマルチパスレベルＭｄｃの３条件を基にみ付け係数ｋ，１−ｋを決定し、合成後の特性が損われるのを防ぐ。また、位相合わせ動作や重み付け変更動作に伴い、合成後の受信信号の位相に不連続点が発生し、検波出力にノイズが発生する。それら各種切換えノイズをキャンセルする処理ができるように、それらの切換え動作をトリガにした信号Ｐｎを出力させる。

ダイバシティ受信装置２０では、２つのアンテナ２１ａ，２１ｂに入力した信号を、スーパヘテロダイン方式で受信するために、ＲＦ部２２ａ，２２ｂは、入力された高周波信号を、中間周波（ＩＦ）信号に周波数変換する。中間周波信号は、ＡＤ変換器２９ａ，２９ｂでデジタル信号に変換され、移相器２４ａ，２４ｂで位相が調整され、信号処理部２３ａ，２３ｂで増幅等の信号処理を受け、合成器２５で合成される。合成された受信信号は、検波器２６で検波され、重畳されている情報が復調される。受信レベル検出・マルチパス検出手段２７ａ，２７ｂでは、中間周波信号の信号レベルを、受信レベルＳｄａ，Ｓｄｂとしてそれぞれ検出するとともに、そのエンベロープ（包絡線成分）をマルチパスレベルＭｄａ，Ｍｄｂとしてそれぞれ検出する。検出された受信レベルＳｄａ，ＳｄｂおよびマルチパスレベルＭｄａ，Ｍｄｂは、ＤＳＰ３０のソフトウエア処理で実現される重み付け制御３５に与えられる。信号処理部２３ａ，２３ｂは、重み付け制御３５からの重み付け係数ｋ，１−ｋに従って、各受信信号に増幅等の処理を施す。各受信信号の位相差Ｐｄは、位相差検出手段２８で検出される。ＤＳＰ３０の平均化制御・移相器制御３６は、位相差検出手段２８で検出された位相差Ｐｄを打消すように、制御信号Ｐｓで、位相差に対応する遅延量の差を移相器２４ａ，２４ｂにそれぞれ設定する。合成器５では、信号処理部２３ａ，２３ｂで信号のレベルが調整され、移相器２４ａ，２４ｂで位相差が解消された信号を合成する。合成器２５で合成された信号は、検波器２６に入力され、受信電波に重畳されている情報が復調される。

図２は、受信レベル検出・マルチパス検出手段２７ａ，２７ｂおよびマルチパス検出手段３３で検出する受信レベルとマルチパスレベルとの関係を示す。図２（ａ）に示すように、ＦＭ方式の変調では、本来は受信電波の振幅は一定であり、搬送波の受信レベルとしては電界強度に基づくレベルＬｃのみが検出される。しかしながら、マルチパスの影響などで、ＦＭ方式の変調で変調されている電波信号でも、図２（ｂ）に示すように振幅に変動が生じる。この場合、振幅の変動レベルは、エンベロープの振幅レベルＬｅとなる。搬送波の信号レベルＬｃは、エンベロープの変動の平均となる。

なお、ダイバシティ受信装置２０では、マルチパス検出手段３３が検出するマルチパスレベルＭｄｃが小さくなるように、移相器２４ａ，２４ｂでの遅延量を変更することもできる。すなわち、信号合成手段として、信号処理部２３ａ，２３ｂおよび合成器２５とともに、平均化制御・移相器制御３６を含むようにしておく。振幅には変化が生じないＦＭなどの変調方式で変調されている電波信号を受信する際に、複数のアンテナ２１ａ．２１ｂの受信出力に基づいて受信信号を得るために、マルチパスレベル検出手段３３と、信号合成手段とを含むので、単独のアンテナで受信するよりも、より好条件で電波信号を受信することが期待される。マルチパスレベル検出手段３３は、受信信号の振幅変化をマルチパスレベルＭｄｃとして検出する。信号合成手段は、マルチパスレベル検出手段３３が検出するマルチパスレベルＭｄｃが小さくなるように、予め設定される合成条件に従って移相器２４ａ，２４ｂでの遅延量を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して受信信号を得るので、マルチパスの影響を受けにくくして、マルチパスノイズを低減することができる。また、重み付け制御３５で、信号処理部３１ａ，３１ｂでの重み付けを変更してみて、マルチパスレベルが小さくなる重み付けの条件を検出し、検出された重み付けで信号処理部３１ａ，３１ｂでの重み付け係数を変更するようにしてもよい。

また本発明は、前記受信信号の受信レベルを検出する受信レベル検出手段をさらに含み図３は、移相器２４ａ，２４ｂの構成を示す。各移相器２４ａ，２４ｂには、複数段の遅延手段４１ａ，４２ａ，…４ｎａ；４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂが設けられている。各遅延手段４１ａ，４２ａ，…４ｎａ；４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂは、サンプリング用のクロック信号などに基づいて設定されるサンプリング周期である遅延時間ずつ、入力されるＩＦ信号Ａ１，Ｂ１をそれぞれ遅延する。各遅延手段４１ａ，４２ａ，…４ｎａ；４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂで遅延された信号の出力を、Ａ２，Ａ３，…，Ａｎ；Ｂ２，Ｂ３，…，Ｂｎとする。図１の検波器２６での合成された受信レベル最大と、マルチパス検出手段３３でのマルチパスレベル最小を求めるに当り、各移相器２４ａ，２４ｂから取出す信号をそれぞれ独立に選択することもできる。すなわち、図のＡ１，Ａ２，…，Ａｎのいずれかと、Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎのいずれかとをそれぞれ選択して、信号処理部２３ａ，２３ｂ；３１ａ，３１ｂに入力してみて、最適な結果が得られる組合せを選択するようにすればよい。ただし、これらの組合せを選択する処理の際には、検波器２６からの出力は停止する。選択処理を短時間で終了させれば、情報の受信に影響を与えないようにすることができる。

図４は、図１の重み付け制御３５で行う信号処理部２３ａ，２３ｂへの重み付け制御の変更条件を示す。変更条件としては、受信レベルについて、弱電界か否かを判断する基準となる閾値Ｌ１と、マルチパスレベルについて、マルチパスの影響が大きいか否かを判断する基準となる閾値Ｌ２とを設定する。主アンテナ２１ａおよび副アンテナ２１ｂの受信レベルがともに閾値Ｌ１よりも小さいときは、マルチパスレベルによらず、受信レベルによる重み付け制御で最大比合成を行う。いずれか一方のアンテナ２１ａ，２１ｂの受信レベルが閾値Ｌ１よりも大で他方が閾値Ｌ１より小であり、受信レベルが閾値Ｌ１より大である方のマルチパスレベルが閾値Ｌ２よりも小さければ、そのアンテナのみで単独で受信を行う。他の場合、すなわち、いずれか一方または両方のアンテナ２１ａ，２１ｂで受信レベルは閾値Ｌ１よりも大きく、受信レベルが閾値Ｌ１より大きいアンテナでマルチパスレベルも閾値Ｌ２よりも大きいか、両方のマルチパスレベルが閾値Ｌ２よりも小さいときは、マルチパスレベルによる重み付け制御を行う。

受信レベルによる重み付け制御では、次の（１）式および（２）式に従って係数を算出する。アンテナ２１ａ，２１ｂの受信レベルはＳｄａ，Ｓｄｂであるので、重み付けの係数ｋ，１−ｋは、
ｋ＝Ｓｄａ／（Ｓｄａ＋Ｓｄｂ） …（１）
１−ｋ＝Ｓｄｂ／（Ｓｄａ＋Ｓｄｂ） …（２）
として算出される。

図５は、図４でマルチパスレベルによる重み付け制御と記載している部分の制御内容を示す。両方のアンテナ２１ａ，２１ｂのマルチパスレベルＭｄａ，Ｍｄｂが閾値Ｌ２よりも小さければ、条件成立時にマルチパスの影響が小さいアンテナに固定する。他の場合は、いずれかのアンテナでのマルチパスレベルが、他のアンテナでのマルチパスレベルおよび合成したマルチパスレベルＭｄｃよりも小さければ、そのアンテナからの受信信号のみを使用する。合成したマルチパスレベルＭｄｃが両方のアンテナからのマルチパスレベルＭｄａ，Ｍｄｂよりも小さいときのみ、合成を行う。

なお、このようなマルチパスレベルによる重み付けのみでは、図４で「受信レベルによる重み付け制御」と記載している領域で、アンテナａ，ｂのマルチパスレベルが閾値Ｌ２より小となると、「条件成立時にマルチパスの影響が小さいアンテナに固定」されてしまう。最大比合成方法が適用されないので、弱電界時においての感度の向上が図れなくなってしまう。

図６は、図１のマルチパス受信装置２０で、ＤＳＰ３０のソフトウエア処理が、位相合わせ動作や重み付け係数変更動作に伴う各種切換えノイズをキャンセルする処理を示す。ステップｓ０から、各種切換えノイズを発生するおそれがある処理が開始される。ステップｓ１では、重み付けの係数の算出または位相ずれの算出が行われる。この処理自体ではノイズは発生しない。ステップｓ２では、ステップｓ１で算出された係数への更新、または位相補正が行われる。この処理でノイズが発生する可能性があるので、次のステップｓ３では、ノイズキャンセル処理用の信号Ｐｎを出力する。なお、ノイズキャンセラなどのノイズ除去用の回路などを設けることもできる。このように、ノイズ発生の可能性がある処理をトリガとして、ノイズキャンセル用の制御信号を出力するタイミングを決定する。ステップｓ４で処理を終了する。すなわち、信号合成手段での合成条件の変更時に、受信信号にノイズが混入しても、ノイズ除去手段でノイズを除去するので、ノイズの影響を受けにくくすることができる。

図７は、重み付け係数変更動作を制限する構成を示す。受信環境がマルチパスの影響を受けやすいような場合、図１の重み付け制御３５による重み付け係数変更動作が頻繁に実行される可能性がある。その計数値の変化が大きいと、そのことによってノイズを発生してしまうので、その係数の更新回数を係数更新監視手段５０を設けて監視する。係数更新監視手段５０は、係数の更新回数が予め設定される基準値を超えると、更新ＯＭ／ＯＦＦ手段５１をＯＦＦに制御して、係数を固定してしまう。すなわち、信号合成手段での合成条件の変更を監視し、変更の頻度が予め設定される基準よりも大きくなると、変更を制限するので、合成条件の変更の頻度が大きくなって、変更に伴うノイズ発生が発生するのを防止することができる。

図８は、図１の位相差検出手段２８が位相差を検出する構成の例を示す。移相器２４ａ，２４ｂはそれぞれｎの遅延手段４１ａ，…，４ｎａ；４１ｂ，…，４ｎｂを備える。ここで、たとえばｎ＝１７とすると、各移相器２４ａ，２４ｂからは、ＩＦ信号を１サンプリング周期ずつずらした１７通りのＩＦ信号が出力される。主アンテナ２１ａからのＩＦ信号は、移相器２４ａから８サンプリング周期だけ遅延させた信号を各相関器６１，…，６ｎに共通に入力する。副アンテナ２１ｂからのＩＦ信号は、移相器２４ｂから１サンプリング周期ずつずらしたＩＦ信号を順次相関器６１，…，６ｎにそれぞれ入力する。このような構成で、主アンテナ２１ａの受信信号に対して、副アンテナ２１ｂの受信信号を前後に８サンプリング周期の範囲でずらした状態で相関を求めることができる。相関は、実質的に同位相となる組合せで最も高くなる。

例えばサンプリング周波数を５．６４４８ＭＨｚとし、処理する周波数を３５２．８ｋＨｚとした場合、１サンプリング周期は、位相にして３６０°×（３５２．８ｅ３／５．６４４８ｅ６）＝２２．５°ピッチで、最大１８０°（＝２２．５°×８）での位相合わせが可能となる。この場合は、１６個の遅延手段を設ければよい。なお、「ｅ３」および「ｅ６」は、「１０の３乗」および「１０の６乗」をそれぞれ示す。もし、４５°で位相を合わせ、合成ダイバシティで用いるサンプリング周波数を５．６４４８ＭＨｚとすると、（４５°／３６０°）×５．６４４８ｅ６＝７０５．６ｅ３となって、合成ダイバシティで処理する周波数は７０５．６ｋＨｚになる。遅延手段は、８個で３６０°をカバーすることができる。このように、合成条件として、アンテナ２１ａ，２１ｂ間での受信出力の相関が大きくなるように、遅延手段４１ａ，…，４ｎ；での遅延量を変更する。受信出力間の相関が大きくなれば、位相差は小さくなるので、アンテナ２１ａ，２１ｂ間の受信出力の位相差を精度よく合わせることができる。なお、位相差は、波形の特徴部分、たとえば立上がり部分やピーク部分などの位相比較で求めることもできる。

本発明の実施の一形態としてのダイバシティ受信装置２０の概略的な構成を示すブロック図である。図１の受信レベル検出・マルチパス検出手段２７ａ，２７ｂおよびマルチパス検出手段３３で検出する受信レベルとマルチパスレベルとの関係を示す波形図である。図１の移相器２４ａ，２４ｂの構成を示すブロック図である。図１の重み付け制御３５で行う信号処理部２３ａ，２３ｂへの重み付け制御の変更条件を示す図表である。図４でマルチパスレベルによる重み付け制御と記載している部分の制御内容を示す図表である。図１のマルチパス受信装置２０で、ＤＳＰ３０のソフトウエア処理が、位相合わせ動作や重み付け係数変更動作に伴う各種切換えノイズをキャンセルする処理を示すフローチャートである。図１の重み付け制御３５に対して重み付け係数変更動作を制限する構成を示すブロック図である。図１の位相差検出手段２８が位相差を検出する構成の例を示すブロック図である。従来からの最大比合成を行うダイバシティ受信装置の構成を簡略化して示すブロック図である。送信所１０から送信される電波信号を、車両１１が送信所１０から離れる方向に移動しながら受信する場合を示す図である。

符号の説明

２０ダイバシティ受信装置
２１ａ，２１ｂアンテナ
２３ａ，２３ｂ，３１ａ，３１ｂ信号処理部
２４ａ，２４ｂ移相器
２５，３２合成器
２７ａ，２７ｂ受信レベル検出・マルチパス検出手段
２８位相差検出手段
３０ＤＳＰ
３３マルチパス検出手段
３５重み付け制御３５
３６平均化制御・移相器制御
４１ａ，…，４ｎａ；４１ｂ，…，４ｎｂ遅延手段
５０係数更新監視手段
５１更新ＯＮ／ＯＦＦ手段
６１，…，６ｎ相関器

Claims

振幅には変化が生じない変調方式で変調されている電波信号を受信する際に、複数のアンテナの受信出力に基づいて受信信号を得るダイバシティ受信装置において、
該受信信号の振幅変化をマルチパスレベルとして検出するマルチパスレベル検出手段と、
マルチパスレベル検出手段が検出するマルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して該受信信号を得る信号合成手段とを含み、
前記受信信号の受信レベルを検出する受信レベル検出手段をさらに含み、
前記マルチパスレベル検出手段および前記信号レベル検出手段は、前記複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出し、
前記信号合成手段は、前記合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、前記複数のアンテナの受信出力を合成し、
さらに、前記信号合成手段は、
前記合成条件として、前記各アンテナ毎の受信出力に、前記マルチパスレベルおよび前記受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付して、前記受信信号を合成し、
すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うことを特徴とするダイバシティ受信装置。
前記複数のアンテナの受信出力を前記信号合成手段で合成させるための入力側に設けられ、受信出力を各アンテナ毎に独立して変更可能な遅延量で遅延させる遅延手段をさらに含み、
信号合成手段は、前記合成条件として、アンテナ間での受信出力の位相の相関が大きくなるように、遅延手段での遅延量を変更することを特徴とする請求項１記載のダイバシティ受信装置。
前記信号合成手段での前記合成条件の変更を監視し、変更の頻度が予め設定される基準よりも大きくなると、変更を制限する変更制限手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載のダイバシティ受信装置。
振幅には変化が生じない変調方式で変調されている電波信号を受信する際に、複数のアンテナの受信出力に基づいて受信信号を得るダイバシティ受信方法において、
該受信信号の振幅変化をマルチパスレベルとして検出し、
検出するマルチパスレベルが小さくなるように、予め設定される合成条件を変更しながら、複数のアンテナの受信出力を合成して該受信信号を得て、
前記受信信号の受信レベルを検出するとともに、前記複数のアンテナの各アンテナ毎の受信出力からもマルチパスレベルおよび受信レベルをそれぞれ検出し、
前記合成条件として、各アンテナ毎の受信出力から検出されるマルチパスレベルおよび受信レベルを含めて、前記複数のアンテナの受信出力を合成し、
さらに、前記合成条件として、前記各アンテナ毎の受信出力に、前記マルチパスレベルおよび前記受信レベルに基づいて選択される重み付け係数を付して、前記受信信号を合成し、
すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも小さい場合、各アンテナの受信レベルによる重み付け制御を行い、すべてのアンテナの受信レベルが予め定める第１の閾値よりも大きい場合、各アンテナのマルチパスレベルによる重み付け制御を行うことを特徴とするダイバシティ受信方法。