JP4700551B2

JP4700551B2 - ダイバーシチ受信装置

Info

Publication number: JP4700551B2
Application number: JP2006122476A
Authority: JP
Inventors: 健太郎後藤; 佑輔中畝; 政二大久保
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-04-26
Also published as: JP2007295397A

Description

本発明は、ダイバーシチ受信装置に関するものであり、特に、複数の受信ブランチにおいて受信タイミングが異なる伝送路環境で使用可能なダイバーシチ受信装置に関するものである。

従来のダイバーシチ受信装置として、たとえば、下記特許文献１に開示されている装置がある。下記特許文献１では、複数の受信ブランチごとにＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator：受信信号強度表示信号）を測定し、最大のＲＳＳＩの受信ブランチを選択している。そして、選択した受信ブランチにて受信した受信信号に基づいて同期タイミングを検出し、この同期タイミングで各受信ブランチにおいて受信した受信信号のダイバーシチ合成を実現している。

特開平１０−１３２５４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、伝送経路やマルチパスフェージングにより、複数の受信ブランチにおいて受信タイミングが異なることがあり、最大のＲＳＳＩを持つ受信ブランチの同期タイミングを別の受信ブランチの同期タイミングに用いると、シンボル点に対してずれた点を検出することになり、通信品質が劣化する、という問題があった。

また、各受信ブランチにおいて受信タイミングが異なる場合があるため、ＲＳＳＩが最大の受信ブランチが変化した場合に、ビットスリップが発生する、という問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の受信ブランチを理想的なタイミングでダイバーシチ合成することが可能なダイバーシチ受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるダイバーシチ受信装置は、複数の受信アンテナを介して信号を受信するダイバーシチ受信装置であって、受信ブランチ単位に、受信信号電力と当該受信信号をＸ（Ｘは３以上の自然数）倍サンプリングしたサンプリングクロックとの相関演算により得られる相関電力に基づいて、同期タイミングを検出するＢＴＲ（Bit Timing Recovery）部と、受信信号電力と当該受信信号をＸ（Ｘは３以上の自然数）倍サンプリングしたサンプリングクロックとの相関演算により得られる受信ブランチ分の相関電力に基づいて、合成同期タイミングを検出する合成ＢＴＲ部と、前記合成同期タイミングに基づいて各受信ブランチの同期タイミングのずれを補正するタイミング誤差補正部と、補正後の同期タイミングに基づいて、各受信ブランチの受信信号からシンボルデータを抽出するシンボルデータ抽出部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、複数の受信ブランチの受信タイミングが異なる場合であっても、複数の受信ブランチを理想的なタイミングでダイバーシチ合成を行うことができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるダイバーシチ受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明にかかるダイバーシチ受信装置の構成例を示す図であり、受信アンテナ１−１〜１−Ｐと、発信器２と、ミキサ３−１〜３−Ｐと、ＬＰＦ（Low Pass Filter）４−１〜４−Ｐと、サンプリング部５−１〜５−Ｐと、ＢＴＲ（Bit Timing Recovery）部６−１〜６−Ｐと、合成ＢＴＲ部７と、タイミング誤差補正部８と、シンボルデータ抽出部９−１〜９−Ｐと、ダイバーシチ合成復調部１０と、を備えている。

つづいて、上記ダイバーシチ受信装置の動作について説明する。受信アンテナ１−ｐ（ｐ＝１〜Ｐ：Ｐ本の受信ブランチに対応）を介して受信した受信信号＃ｐ（＃ｐはＰ系統の信号を示す）は、それぞれミキサ３−ｐにおいて、受信機の局部発振器２から出力された信号に基づいて、複素ベースバンド信号＃ｐにダウンコンバートされる。

つぎに、ＬＰＦ部４−ｐでは、複素ベースバンド信号＃ｐに含まれる帯域外雑音の除去および信号の波形整形を行うため、複素ベースバンド信号＃ｐに対してローパスフィルタによるフィルタリング処理を行う。これにより、フィルタリング後信号＃ｐを出力する。

つぎに、サンプリング部５−ｐでは、フィルタリング後信号＃ｐをサンプリングクロックでサンプリングする。これにより、サンプリング後信号＃ｐを出力する。なお、説明を簡単にするため、以下では、一例として、シンボルレートに対して４倍のオーバーサンプリングを行った場合について説明する。

つぎに、ＢＴＲ部６−ｐでは、サンプリング後信号＃ｐから各受信ブランチの同期タイミングを検出する。ここでは、同期タイミング＃ｐと累積相関電力ベクトル＃ｐとを出力する。ここで、ＢＴＲ部６−ｐの動作を具体的に説明する。

図２は、ＢＴＲ部６−ｐの内部構成例を示す図であり、相関電力累積部６１，同期タイミング検出部６２を備えている。まず、相関電力累積部６１が、下記（１）式〜（６）式に従い、１／４シンボル毎に、４倍オーバーサンプリングされた信号＃ｐの電力と、受信信号をサンプリングしたサンプリングクロックと、を相関演算することにより相関電力を求め、その結果を累積加算する（式（１）〜（４）に対応）。そして、当該累積加算結果を用いて、同期タイミングを検出するための相関電力ｃｏｓ成分（ｐ）と相関電力ｓｉｎ成分（ｐ）とを算出する（式（５），（６）に対応）。ここでは、その算出結果を累積相関電力ベクトル＃ｐとして出力する。
ｔ₀＝Σ_k=1 ^N｛｜Ｒ_p(４ｋ−３)｜²｝ …（１）
ｔ₁＝Σ_k=1 ^N｛｜Ｒ_p(４ｋ−２)｜²｝ …（２）
ｔ₂＝Σ_k=1 ^N｛｜Ｒ_p(４ｋ−１)｜²｝ …（３）
ｔ₃＝Σ_k=1 ^N｛｜Ｒ_p(４ｋ)｜²｝ …（４）
相関電力ｃｏｓ成分（ｐ）＝ｔ₀−ｔ₂ …（５）
相関電力ｓｉｎ成分（ｐ）＝ｔ₁−ｔ₃ …（６）

なお、ｔ₀〜ｔ₃は１／４シンボル毎の累積相関電力を表し、Ｒ_p（４ｋ−３）〜Ｒ_p（４ｋ）は、受信ブランチ＃ｐの時刻ｋにおける４倍オーバーサンプリングされた信号＃ｐを表し、Σ_k=1 ^Nはｋ＝１〜Ｎについての総和演算である。

つぎに、同期タイミング検出部６２が、下記（７）式〜（９）式に従い、相関電力ｃｏｓ成分（ｐ）と相関電力ｓｉｎ成分（ｐ）から、Ｘ倍精度（Ｘは３以上の自然数）の同期タイミングを算出する。そして、その算出結果を同期タイミング＃ｐとして出力する。
θ_p＝ａｒｇ（相関電力ｃｏｓ成分（ｐ）、相関電力ｓｉｎ成分（ｐ）） …（７）
θ_p＝ｍｏｄ（θ_p＋２π、２π） …（８）
ｔ_p＝θ_p／（２π）×Ｘ …（９）

なお、ａｒｇ（ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分）は、ｃｏｓ成分とｓｉｎ成分の示す位相情報を求める演算であり、ｍｏｄ（ｍ、ｎ）は、ｍをｎで割った余りを求める演算であり、θ_pは、受信ブランチ＃ｐの位相情報であり、ｔ_pは、受信ブランチ＃ｐのＸ倍精度の同期タイミング＃ｐである。

つぎに、合成ＢＴＲ部７の動作について説明する。図３は、合成ＢＴＲ部７の内部構成例を示す図であり、相関電力合成部７１，合成同期タイミング検出部７２を備えている。まず、相関電力合成部７１が、下記（１０）式，（１１）式に従い、ＢＴＲ部６−ｐの出力である累積相関電力ベクトル＃ｐの相関電力ｃｏｓ成分（ｐ）と相関電力ｓｉｎ成分（ｐ）を受信ブランチ分にわたって合成し、合成相関電力ｃｏｓ成分と合成相関電力ｓｉｎ成分の合成累積相関電力ベクトルを出力する。
合成相関電力ｃｏｓ成分＝Σ_p=1 ^P｛相関電力ｃｏｓ成分（ｐ）｝ …（１０）
合成相関電力ｓｉｎ成分＝Σ_p=1 ^P｛相関電力ｓｉｎ成分（ｐ）｝ …（１１）

なお、Σ_p=1 ^Pはｐ＝１〜Ｐについての総和演算である。

つぎに、合成同期タイミング検出部７２が、下記（１２）式〜（１４）式に従い、合成相関電力ｃｏｓ成分と合成相関電力ｓｉｎ成分から、Ｘ倍精度（Ｘは３以上の自然数）の合成同期タイミングを推定する。そして、その推定結果を合成同期タイミング＃ｐとして出力する。
θ＝ａｒｇ（合成相関電力ｃｏｓ成分、合成相関電力ｓｉｎ成分） …（１２）
θ＝ｍｏｄ（θ＋２π、２π） …（１３）
Ｔ＝θ／（２π）×Ｘ …（１４）

なお、ａｒｇ（ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分）は、ｃｏｓ成分とｓｉｎ成分の示す位相情報を求める演算であり、ｍｏｄ（ｍ、ｎ）は、ｍをｎで割った余りを求める演算であり、θは合成位相情報であり、ＴはＸ倍精度の合成同期タイミングである。

つぎに、タイミング誤差補正部８の動作について説明する。図４は、ＢＴＲ部６−ｐおよび合成ＢＴＲ部７にて、１６倍精度（Ｘ＝１６）の同期タイミングの検出を行った場合のタイミング誤差補正の処理例を示す図である。合成ＢＴＲ部７の出力である１６倍精度合成同期タイミングＴに対して、ＢＴＲ部６−ｐの出力である１６倍精度同期タイミングｔ_pが、図４上部におけるマイナス方向補正範囲に含まれる場合は、シンボル抜けがあると判断でき、また、プラス方向補正範囲に含まれる場合は、シンボル重複があると判断できるため、たとえば、図４下部のようにタイミング誤差補正を行う。すなわち、「Ｔ＜８」かつ「ｔ_p−Ｔ＞８」の場合は、１シンボル抜けていると判断できるため、「ｕ_p＝ｔ_p−１６」のようにタイミング誤差補正を行い、「Ｔ≧８」かつ「Ｔ−ｔ_p≧８」の場合は、１シンボル重複していると判断できるため、「ｕ_p＝ｔ_p＋１６」のようにタイミング誤差補正を行い、それ以外の場合には、「ｕ_p＝ｔ_p」とする。そして、合成同期タイミングＴを基準に、各受信ブランチの同期タイミングｔ_pの誤差補正を行った補正タイミングｕ_pを出力する。

なお、上記処理において、｜Ｔ−ｔ_p｜＝８の場合は、１６倍精度合成同期タイミングに対して、各受信ブランチの１６倍精度同期タイミングが、１／２シンボルずれていることになり、プラス方向にずれたのか、マイナス方向にずれたのか、を判断できないため、一例として、プラス方向にずれたものとして処理しているが、これに限らず、マイナス方向にずれたものとして処理することも可能である。

最後に、シンボルデータ抽出部９−ｐが、タイミング誤差補正を行った補正タイミングｕ_pに基づいて、サンプリング後信号＃ｐからシンボルデータの抽出を行い、さらに、ダイバーシチ合成復調部１０が、抽出されたＰ本の受信ブランチのシンボルデータ＃ｐに対してダイバーシチ合成と復調処理を行い、その復調結果を出力する。

以上のように、本実施の形態においては、複数の受信ブランチの受信タイミングが異なる場合であっても、各受信ブランチの同期タイミングと、全受信ブランチの合成同期タイミングと、を検出し、合成同期タイミングを基準に各受信ブランチの同期タイミングのずれを補正することとした。これにより、複数の受信ブランチを理想的なタイミングでダイバーシチ合成することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、シンボルレートに対して４倍オーバーサンプリングを行った信号について記載したが、これに限らず、Ｙ倍オーバーサンプル（Ｙは３以上の自然数）であってもよい。その場合、ＢＴＲ部において、４倍オーバーサンプルの場合と同様に、Ｙ倍オーバーサンプリングされた信号の電力とサンプリングクロックとを相関演算することにより相関電力を求め、累積加算し、相関電力ｃｏｓ成分と相関電力ｓｉｎ成分を計算する。

また、タイミング誤差補正部については、１６倍精度の同期タイミングに対するタイミング誤差補正の例を記載したが、これに限らず、Ｚ倍精度（Ｚは３以上の自然数）でも対応可能である。

以上のように、本発明にかかるダイバーシチ受信装置は、無線通信システムにおいて有用であり、特に、複数の受信ブランチにおいて受信タイミングが異なる伝送路環境で使用される受信装置に適している。

本発明にかかるダイバーシチ受信装置の構成例を示す図である。ＢＴＲ部の内部構成例を示す図である。合成ＢＴＲ部の内部構成例を示す図である。ＢＴＲ部および合成ＢＴＲ部にて１６倍精度の同期タイミングの検出を行った場合のタイミング誤差補正の処理例を示す図である。

符号の説明

１−１〜１−Ｐ，１−ｐ受信アンテナ
２発信器
３−１〜３−Ｐ，３−ｐミキサ
４−１〜４−Ｐ，４−ｐＬＰＦ
５−１〜５−Ｐ，５−ｐサンプリング部
６−１〜６−Ｐ，６−ｐＢＴＲ部
７合成ＢＴＲ部
８タイミング誤差補正部
９−１〜９−Ｐ，９−ｐシンボルデータ抽出部
１０ダイバーシチ合成復調部
６１相関電力累積部
６２同期タイミング検出部
７１相関電力合成部
７２合成同期タイミング検出部

Claims

複数の受信アンテナを介して信号を受信するダイバーシチ受信装置であって、
受信ブランチ単位に、Ｘ（Ｘは３以上の自然数）倍サンプリングされた受信信号の電力と当該受信信号をＸ倍サンプリングしたサンプリングクロックとを用いて、前記受信信号電力の絶対値を２乗した相関電力を算出し、Ｘ個後の受信信号の相関電力を順次加算した累積相関電力をＸ個求めて、Ｘ個の累積相関電力を用いて求めた受信ブランチの累積相関電力ベクトルに基づいて、同期タイミングを検出するＢＴＲ（Bit Timing Recovery）部と、
受信信号電力と当該受信信号をＸ（Ｘは３以上の自然数）倍サンプリングしたサンプリングクロックとを用いて得られる受信ブランチ分の累積相関電力ベクトルに基づいて、合成同期タイミングを検出する合成ＢＴＲ部と、
前記合成同期タイミングに基づいて各受信ブランチの同期タイミングのずれを補正するタイミング誤差補正部と、
補正後の同期タイミングに基づいて、各受信ブランチの受信信号からシンボルデータを抽出するシンボルデータ抽出部と、
を備えることを特徴とするダイバーシチ受信装置。
前記ＢＴＲ部は、
受信信号電力と当該受信信号をＸ倍サンプリングしたサンプリングクロックとを用いて、前記受信信号電力の絶対値を２乗した相関電力を算出し、Ｘ個後の受信信号の相関電力を順次加算した累積相関電力をＸ個求めて、Ｘ個の累積相関電力を用いて受信ブランチの累積相関電力ベクトルを求める相関電力累積部と、
前記累積相関電力ベクトルに基づいて同期タイミングを検出する同期タイミング検出部と、
を受信ブランチ単位に備えることを特徴とする請求項１に記載のダイバーシチ受信装置。
前記合成ＢＴＲ部は、
前記ＢＴＲ部にて計算した累積相関電力ベクトルを受信ブランチ分合成し、合成した合成累積相関電力ベクトルに基づいて合成同期タイミングを検出することを特徴とする請求項２に記載のダイバーシチ受信装置。
前記タイミング誤差補正部は、前記合成同期タイミングを基準として、各受信ブランチの同期タイミングが１／２シンボル以上ずれた場合に、シンボルずれが発生していると判断し、当該シンボルずれを補正することを特徴とする請求項１、２または３に記載のダイバーシチ受信装置。