JP5133164B2 - ダイバーシティ受信機 - Google Patents

Description

本発明は、ダイバーシティ受信機に関する。

移動通信では、マルチパスフェージングによって、受信強度の低下が生じ、その低下値は受信位置、周波数、あるいは時間によって変化する。このとき、１つのアンテナでは信号劣化が激しい場合でも、少し離れた場所にもう１つのアンテナを置けば、どちらか一方は良好な特性であることが期待できる。このように、空間的に複数の受信信号を得る手段を設け、選択又は合成によってフェージングの影響を緩和する方法は空間ダイバーシティと呼ばれる。

空間ダイバーシティの合成方法には、選択合成法、等利得合成法、最大比合成法がある。このうち、等利得合成法は各アンテナの位相が同じになるよう位相調整を行った後に合成する方法であり、また、最大比合成法は、振幅及び位相の両方を調整して、最大のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）となる出力を得る方法である。これらは各アンテナの位相を合成する方法であるので、利得が得られるが、振幅及び位相を調整する処理が複雑であり、回路規模が大きくなるという課題があった。

これに対し選択合成法は、受信レベル又はＳＮＲが最も高いアンテナを選択的に切り替えて使用する方式であり、等利得合成法及び最大比合成法によるものよりも回路規模を小さくでき、実装が容易であるが、各アンテナの出力を個別に使用するため、複数アンテナを使用することによるアレー利得が得られないという課題があった。

他方、回路規模が比較的小さくて従前のものよりも大きなダイバーシティ利得が得られるダイバーシティ回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示された従来のダイバーシティ回路は、図４に示すように、主アンテナ１と、副アンテナ２と、両アンテナからの信号を同相合成する同相合成部３と、両アンテナからの信号を逆相合成する逆相合成部４と、同相合成部３又は逆相合成部４を選択するスイッチ５と、復調器６と、制御回路７とを備えている。この構成により、従来のものは、主アンテナ１の受信信号と副アンテナ２の受信信号とを同相又は逆相で合成した信号のいずれかを選択することによって、利得の向上を図っている。
特開平７−１０７０２４号公報

しかしながら、従来のものは、図４に示すように、各アンテナ出力値に対し３ｄＢ減衰した受信信号を同相合成部３及び逆相合成部４がそれぞれ合成するものであって、その合成信号のいずれかをスイッチ５によって単に選択しているものに過ぎず、選択していない側の信号は破棄されることとなる。したがって、この構成では、得られる利得が単一のアンテナの利得よりも低くなるという課題があった。

本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、単一のアンテナを用いたものよりも利得が高く、等利得合成法や最大比合成法によるものと同様なアレー利得が得られ、かつ、選択合成法によるものと同程度に実装が容易なダイバーシティ受信機を提供することを目的とする。

本発明のダイバーシティ受信機は、第１のアンテナから第１の受信信号と、第２のアンテナから第２の受信信号とをそれぞれ入力するダイバーシティ受信機であって、前記第２のアンテナに接続され、前記第１の受信信号と前記第２の受信信号とを同相加算する同相加算手段と、前記第２のアンテナに前記同相加算手段を介して接続され、前記第１の受信信号と前記第２の受信信号とを逆相加算する逆相加算手段と、前記同相加算手段及び前記逆相加算手段のいずれか一方を選択して前記第１のアンテナに接続する選択接続手段と、前記選択接続手段が選択した前記同相加算手段及び前記逆相加算手段のいずれか一方の出力信号を受信する受信手段とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明のダイバーシティ受信機は、選択接続手段が、第１のアンテナと同相加算手段及び逆相加算手段のいずれか一方との間に設けられているので、単一のアンテナを用いたものよりも利得が高く、最大で等利得合成法や最大比合成法によるものと同様なアレー利得が得られ、かつ、選択合成法によるものと同程度に実装が容易になる。

また、本発明のダイバーシティ受信機は、前記同相加算手段が同相加算した信号の信号強度と前記逆相加算手段が逆相加算した信号の信号強度とを比較する信号強度比較手段を備え、前記選択接続手段は、前記信号強度比較手段の比較結果に基づいて前記同相加算手段及び前記逆相加算手段のいずれか一方を選択するものである構成を有している。

この構成により、本発明のダイバーシティ受信機は、同相加算した信号及び逆相加算した信号のうち信号強度が高い方の信号を選択することにより、単一のアンテナを用いたものよりも利得が高く、等利得合成法や最大比合成法によるものと同様なアレー利得が得られ、かつ、選択合成法によるものと同程度に実装が容易になる。

本発明は、単一のアンテナを用いたものよりも利得が高く、等利得合成法や最大比合成法によるものと同様なアレー利得が得られ、かつ、選択合成法によるものと同程度に実装が容易になるという効果を有するダイバーシティ受信機を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

まず、本実施形態におけるダイバーシティ受信機の構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態におけるダイバーシティ受信機１０は、アンテナ手段としての第１のアンテナ２１及び第２のアンテナ２２から受信信号を入力するものであって、信号の出力先を切り替える切替スイッチ１１と、２つの信号を加算する第１の加算器１２と、信号の位相を１８０°変化させるπ移相器１３と、２つの信号を加算する第２の加算器１４と、受信信号強度を計測するＲＳＳＩ計測回路１５と、切替スイッチ１１の切替動作を制御する制御回路１６と、信号を受信する受信回路１７とを備えている。

切替スイッチ１１は、制御回路１６からの制御信号に基づいて動作するものであって、第１のアンテナ２１から入力する受信信号（以下「第１の受信信号」という。）を第１の加算器１２又はπ移相器１３のいずれか一方に出力するようになっている。なお、切替スイッチ１１は、本発明に係る選択接続手段を構成する。

第１の加算器１２は、切替スイッチ１１を介して入力する第１の受信信号と、第２のアンテナ２２から入力する受信信号（以下「第２の受信信号」という。）とを同相で加算するようになっている。以下、切替スイッチ１１が第１の受信信号を第１の加算器１２に出力するモードを「同相加算モード」という。なお、第１の加算器１２は、切替スイッチ１１から第１の受信信号を入力しない場合、第２のアンテナ２２から第２の受信信号を入力してそのまま出力するものである。また、第１の加算器１２は、本発明に係る同相加算手段を構成する。

π移相器１３は、切替スイッチ１１を介して第１の受信信号を入力し、第１の受信信号に１８０°の位相差をもたせた信号を第２の加算器１４に出力するようになっている。

第２の加算器１４は、第１の加算器１２の出力信号と、π移相器１３の出力信号とを加算するようになっている。すなわち、第２の加算器１４は、π移相器１３が切替スイッチ１１を介して第１の受信信号を入力するとき、第１の加算器１２が出力する第２の受信信号と、この第２の受信信号とは逆相の第１の受信信号とを加算するものである。以下、切替スイッチ１１が第１の受信信号をπ移相器１３経由で第２の加算器１４に出力するモードを「逆相加算モード」という。なお、第２の加算器１４は、切替スイッチ１１から第１の受信信号を入力しない場合、第１の加算器１２の出力信号を入力してそのまま出力するものである。また、π移相器１３及び第２の加算器１４は、本発明に係る逆相加算手段を構成する。

ＲＳＳＩ計測回路１５は、同相加算モードにおける受信信号強度（RSSI：Received Signal Strength Indicator）のデータと、逆相加算モードにおけるＲＳＳＩのデータとを記憶するメモリ（図示省略）を備え、同相加算モードと逆相加算モードとにおけるＲＳＳＩを比較するようになっている。また、ＲＳＳＩ計測回路１５は、比較結果に基づいて同相加算モード又は逆相加算モードを設定するための制御信号を制御回路１６に出力するようになっている。なお、ＲＳＳＩ計測回路１５は、本発明に係る信号強度比較手段を構成する。

制御回路１６は、ＲＳＳＩ計測回路１５がＲＳＳＩの計測後に出力する制御信号に基づいて、切替スイッチ１１の切替動作を制御するようになっている。具体的には、制御回路１６は、同相加算モードでのＲＳＳＩが逆相加算モードでのＲＳＳＩよりも大きいとき、切替スイッチ１１が第１のアンテナ２１と第１の加算器１２とを接続するよう制御するようになっている。一方、制御回路１６は、同相加算モードでのＲＳＳＩが逆相加算モードでのＲＳＳＩよりも小さいとき、切替スイッチ１１が第１のアンテナ２１とπ移相器１３とを接続するよう制御するようになっている。

受信回路１７は、同相加算モード又は逆相加算モードが設定された後において、受信信号を入力するようになっている。すなわち、受信回路１７は、ＲＳＳＩが大きい方の加算モードで受信信号を処理するものである。なお、受信回路１７は、本発明に係る受信手段を構成する。

次に、ダイバーシティ受信機１０において、同相加算モード及び逆相加算モードでの利得について説明する。

図２（ａ）に示すように、アンテナ長が１／２λ（波長）の、２本のダイポールアンテナをＺ軸に沿ってＸ軸上に設置し、アンテナ間の距離Ｄをパラメータとして、同相加算モード及び逆相加算モードにおけるＸＹ平面内の指向性を求めるシミュレーションを行った。また、原点の位置に１本のダイポールアンテナ（以下「単一アンテナ」という。）を設置した場合の利得も求めた。図２（ｂ）はアンテナ間の距離Ｄ＝０．５λのときの結果、図２（ｃ）はアンテナ間の距離Ｄ＝１．０λのときの結果を示す。

まず、アンテナ間の距離Ｄ＝０．５λのときは、図２（ｂ）に示すように、同相加算モードでの利得３１はＸ軸方向に指向性を有し、逆相加算モードでの利得３２はＹ軸方向に指向性を有する。また、図２（ｂ）に示すように、同相加算モードでの利得３１の最大値は約６ｄＢｉ、逆相加算モードでの利得３２の最大値は約４．５ｄＢｉである。なお、単一アンテナでの利得３３は２．１５ｄＢｉである。この結果より、ダイバーシティ受信機１０は、ある電波の到来方向に対し、高い利得が得られる方のモードを選択すれば、最低でも単一アンテナ以上の利得が得られることがわかる。

次に、アンテナ間の距離Ｄ＝１．０λのときは、図２（ｃ）に示すように、同相加算モード及び逆相加算モードにおいて２つの指向性をそれぞれ有する。また、図２（ｃ）に示すように、同相加算モードでの利得３４の最大値は約４．９ｄＢｉ、逆相加算モードでの利得３５の最大値は約５．４ｄＢｉである。この結果においても、ダイバーシティ受信機１０は、ある電波の到来方向に対し、高い利得が得られる方のモードを選択すれば、最低でも単一アンテナ以上の利得が得られることがわかる。

次に、本実施形態におけるダイバーシティ受信機１０の動作について図１及び図３を用いて説明する。図３は、本実施形態におけるダイバーシティ受信機１０の動作を示すフローチャートである。

まず、ＲＳＳＩ計測回路１５は、同相加算モードでのＲＳＳＩを計測する（ステップＳ１１）。なお、図３及び以下の記載において、同相加算モードでのＲＳＳＩを「ＲＳＳＩ（同相）」と表す。

具体的には、ＲＳＳＩ計測回路１５は、制御回路１６に制御信号を送り、切替スイッチ１１が第１のアンテナ２１と第１の加算器１２とを接続するよう制御回路１６を制御する。第１の加算器１２は、第１の受信信号と第２の受信信号とを同相加算する。ＲＳＳＩ計測回路１５は、同相加算された信号を第２の加算器１４経由で取得し、ＲＳＳＩ（同相）を計測した後、ＲＳＳＩ（同相）の計測データをメモリに記憶する。

続いて、ＲＳＳＩ計測回路１５は、逆相加算モードでのＲＳＳＩを計測する（ステップＳ１２）。なお、図３及び以下の記載において、逆相加算モードでのＲＳＳＩを「ＲＳＳＩ（逆相）」と表す。

具体的には、ＲＳＳＩ計測回路１５は、制御回路１６に制御信号を送り、切替スイッチ１１が第１のアンテナ２１とπ移相器１３とを接続するよう制御回路１６を制御する。π移相器１３は、切替スイッチ１１を介して入力する第１の受信信号に１８０°の位相差をもたせた信号を出力するので、第２の加算器１４は、第１の受信信号と第２の受信信号とを逆相加算することになる。ＲＳＳＩ計測回路１５は、逆相加算された信号を取得し、ＲＳＳＩ（逆相）を計測した後、ＲＳＳＩ（逆相）の計測データをメモリに記憶する。

さらに、ＲＳＳＩ計測回路１５は、メモリに記憶したＲＳＳＩ（同相）の計測データとＲＳＳＩ（逆相）の計測データとを比較し、ＲＳＳＩ（同相）≧ＲＳＳＩ（逆相）か否かを判断する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において、ＲＳＳＩ計測回路１５は、ＲＳＳＩ（同相）≧ＲＳＳＩ（逆相）と判断したならば、同相加算モードとするための制御信号を制御回路１６に出力し、同相加算モードに設定する（ステップＳ１４）。その結果、切替スイッチ１１は、第１のアンテナ２１と第１の加算器１２とを接続し、第１の加算器１２は、第１の受信信号と第２の受信信号とを同相加算する。第１の加算器１２は、第２の加算器１４を介して、同相加算した信号を受信回路１７に出力する。受信回路１７は、同相加算モードで実データの受信を開始する（ステップＳ１６）。

一方、ステップＳ１３において、ＲＳＳＩ計測回路１５は、ＲＳＳＩ（同相）≧ＲＳＳＩ（逆相）と判断しなかった場合、逆相加算モードとするための制御信号を制御回路１６に出力し、逆相加算モードに設定する（ステップＳ１５）。その結果、切替スイッチ１１は、第１のアンテナ２１とπ移相器１３とを接続し、第２の加算器１４は、第１の受信信号と第２の受信信号とを逆相加算する。さらに、第２の加算器１４は、逆相加算した信号を受信回路１７に出力する。受信回路１７は、ステップＳ１６において逆相加算モードで実データの受信を開始する。

以上のように、本実施形態におけるダイバーシティ受信機１０によれば、第１の受信信号と第２の受信信号とを同相で加算する第１の加算器１２と、第２の受信信号とは逆相の第１の受信信号と第２の受信信号とを加算する第２の加算器１４と、第１の加算器１２及び第２の加算器１４と第１のアンテナ２１との間において同相加算モードと逆相加算モードとを切り替える切替スイッチ１１とを備える構成としたので、単一のアンテナを用いたものよりも利得が高く、等利得合成法や最大比合成法によるものと同様なアレー利得が得られ、かつ、選択合成法によるものと同程度に実装が容易になる。

以上のように、本発明に係るダイバーシティ受信機は、単一のアンテナを用いたものよりも利得が高く、等利得合成法や最大比合成法によるものと同様なアレー利得が得られ、かつ、選択合成法によるものと同程度に実装が容易になるという効果を有し、車車間通信や無線ネットワーク通信等に用いるダイバーシティ受信機等として有用である。

本発明の一実施の形態におけるダイバーシティ受信機の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態におけるダイバーシティ受信機において、ＸＹ平面内の指向性を示す図 （ａ）指向性シミュレーションの条件を示す図 （ｂ）アンテナ間の距離Ｄ＝０．５λの場合の指向性を示す図 （ｃ）アンテナ間の距離Ｄ＝１．０λの場合の指向性を示す図 本発明の一実施の形態におけるダイバーシティ受信機の動作を示すフローチャート 従来のダイバーシティ回路の構成を示すブロック図

符号の説明

１０ ダイバーシティ受信機
１１ 切替スイッチ（選択接続手段）
１２ 第１の加算器（同相加算手段）
１３ π移相器（逆相加算手段）
１４ 第２の加算器（逆相加算手段）
１５ ＲＳＳＩ計測回路（信号強度比較手段）
１６ 制御回路
１７ 受信回路（受信手段）
２１ 第１のアンテナ（アンテナ手段）
２２ 第２のアンテナ（アンテナ手段）
３１、３４ 同相加算モードでの利得
３２、３５ 逆相加算モードでの利得
３３ 単一アンテナでの利得

Claims (2)

1. 第１のアンテナから第１の受信信号と、第２のアンテナから第２の受信信号とをそれぞれ入力するダイバーシティ受信機であって、
   前記第２のアンテナに接続され、前記第１の受信信号と前記第２の受信信号とを同相加算する同相加算手段と、
   前記第２のアンテナに前記同相加算手段を介して接続され、前記第１の受信信号と前記第２の受信信号とを逆相加算する逆相加算手段と、
   前記同相加算手段及び前記逆相加算手段のいずれか一方を選択して前記第１のアンテナに接続する選択接続手段と、
   前記選択接続手段が選択した前記同相加算手段及び前記逆相加算手段のいずれか一方の出力信号を受信する受信手段とを備えたことを特徴とするダイバーシティ受信機。
2. 前記同相加算手段が同相加算した信号の信号強度と前記逆相加算手段が逆相加算した信号の信号強度とを比較する信号強度比較手段を備え、
   前記選択接続手段は、前記信号強度比較手段の比較結果に基づいて前記同相加算手段及び前記逆相加算手段のいずれか一方を選択するものであることを特徴とする請求項１に記載のダイバーシティ受信機。

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