JP6144051B2 - 受信装置および受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、受信装置に関し、特に、アンテナの逆相関配置を利用した逆相関アナログ合成ダイバーシチの受信装置に関するものである。

例えば、マイクロ波帯の固定通信システムにおいて、海面上を２点間で通信する場合を考える。このとき、送信アンテナから送信される電波を受信アンテナで直接受信する直接波と、送信アンテナから送信される電波が海面で反射して受信アンテナで受信する反射波があり、受信アンテナでは、直接波と反射波の両方が合成されて受信する。
海面反射波は、直接波に対してパスの違いから遅延が発生し、結果的に直接波と振幅／位相が異なる信号となる。海面は、潮位や波浪により、変動するため、海面反射波のパスも、この影響を受け、変動する。このため、受信アンテナでは、振幅／位相が時間的に変動する海面反射波と直接波との合成波を受信することとなる。従って、海面の変動状況に応じたフェージングが発生する。
フェージングの対策として、ダイバーシチ技術がある。

受信装置において、逆相関アンテナを利用した選択ダイバーシチに関しての技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１５６８８０号公報

受信装置において、逆相関アンテナを利用した選択ダイバーシチではアンテナの切り替え時に電波の瞬断が発生し、後段の装置に影響を与えることがある。

本発明の受信装置は、受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように配置した２つのアンテナと、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号を合成する合成部とを備えたことを特徴とする。

本発明の受信装置は、受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように配置した２つのアンテナと、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号を合成する合成部と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号をそれぞれ所定の重み付けでレベル調整を行う可変増幅部とを有することを特徴とする。

本発明の受信装置は、受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように配置した２つのアンテナと、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号を合成する合成部と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号をそれぞれ所定の重み付けでレベル調整を行う可変増幅部と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号の位相差を補正する遅延補正部とを有することを特徴とする。

本発明の受信方法は、受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように２つのアンテナを配置するアンテナ配置手段と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号を合成する合成手段とを有することを特徴とする。

本発明の受信方法は、受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように２つのアンテナを配置するアンテナ配置手段と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号を合成する合成手段と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号をそれぞれ所定の重み付けでレベル調整を行うレベル調整手段とを有することを特徴とする。

本発明の受信方法は、受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように２つのアンテナを配置するアンテナ配置手段と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号を合成する合成手段と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号をそれぞれ所定の重み付けでレベル調整を行うレベル調整手段と、２つのアンテナにより受信されるアナログ信号の位相差を補正する遅延補正手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、特別なハードウェア対応を行わなくても逆相関ダイバーシチが実現可能なため、より多くの装置において逆相関ダイバーシチが利用可能となる。
また、技術的にも厳密なタイミングや送信と受信で同じ経路を利用する必要がなく、中間領域での動作が可能なため、ＴＤＤ（Time Division Duplex）だけでなくＦＤＤ（Frequency Division Duplex）やその他の無線多重技術とも組み合わせが可能となる。

本発明の一実施例に係る無線通信システムを説明するための図である。 本発明の一実施例に係る受信装置の構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係る受信装置の詳細な動作を説明するための図である。

以下、本発明の一実施例について図を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る無線通信システムを説明するための図である。
図１は、Ａ地点１００とＢ地点１０１を結ぶPoint to Pointの無線通信システムである。
送信装置１１２の一方の送信波は、Ａ地点１００に配置されたアンテナ１１１から発射され、直接波１０２として、Ｂ地点１０１に配置された受信装置１２０のアンテナ２００に届く。
また、送信装置１１２のもう一方の送信波は、Ａ地点１００に配置されたアンテナ１１１から発射され、海面、湖面、川面等の反射面１０６の反射点１０４により反射され、反射波１０３としてＣ地点１０５に配置された受信装置１２０のアンテナ２０１へと届く。

受信装置１２０のアンテナ２００は、Ｂ地点１０１に配置する。
受信装置１２０のアンテナ２０１は、反射波１０３に対して１８０°位相が異なるＣ地点１０５に配置する。

図２は、本発明の一実施例に係る受信装置の構成例を示す図である。
アンテナ２００で受信された直接波１０２は、受信部２１１で各種信号処理が施され、分配部２１２で可変増幅部２１３と受信信号検出部２３１に分配される。
アンテナ２０１で受信された反射波１０３は、受信部２２１で各種信号処理が施され、分配部２２２で可変増幅部２２３と受信信号検出部２３１に分配される。

受信信号検出部２３１は、直接波１０２の受信レベルと反射波１０３の受信レベルと位相差を検出し、制御部２３２に出力する。
制御部２３２は、直接波１０２の受信レベルと反射波１０３の受信レベルから所定の比率の信号レベルにするために可変増幅部２１３と可変増幅部２２３の各々へ利得制御信号を出力する。
また、制御部２３２は、直接波１０２の受信レベルと反射波１０３の位相差から所定の位相差にするために遅延補正部２１４と遅延補正部２２４の各々へ位相制御信号を出力する。

可変増幅部２１３に入力された直接波の信号は、可変増幅部２１３で所定の信号レベルに増幅され、遅延補正部２１４で所定の位相に補正され、合成部２４１に入力される。
一方、可変増幅部２２３に入力された反射波の信号は、可変増幅部２２３で所定の信号レベルに増幅され、遅延補正部２２４で所定の位相に補正され、合成部２４１に入力される。

合成部２４１は、入力された直接波の信号と入力された反射波の信号をアナログ的に合成し、出力部２４２に出力する。
出力部２４２は、モデム等の変復調部であり、後段の機器に応じた受信信号に変換して出力する。

アンテナ２００とアンテナ２０１が同じＢ地点１０１に配置し、位相補正（遅延補正）をしない場合、直接波の信号と反射波の信号を合成部２４１で合成すると、お互いの位相により強め合ったり、減衰させたりと作用する。例えば、直接波の信号と反射波の信号が完全逆位相になると受信信号は熱雑音に埋もれてしまい、まったく受信ができなくなってしまうこともある。これは海面などでは潮位変動などにより海面が上下するため、設置時に位相を合わせたとしても時間とともに位相が変わり、大きく減衰してしまう。
そこで図１に示すように、今まで通り、直接波を受信するアンテナとしてアンテナ２００を設置し、反射波に対して１８０°位相が異なる位置にアンテナ２０１を配置する。このことにより、アンテナ２００が逆位相の反射波により減衰するときにアンテナ２０１では位相が１８０°異なるため、反射波が直接波を強め合う状態になる。この状態で直接波の信号と反射波の信号を合成部２４１で合成すると、図３（Ａ）に示す単純合成による一定の受信波形を得ることが可能となる。

直接波の信号と反射波の信号を合成部２４１で合成する時の計算式は、数式１〜数式５による。
数式において、ｖ１は直接波、ｖ２は干渉波、ａは直接波の信号レベル、ｂは反射波の信号レベル、ｒ１はアンテナ２００の受信波の信号レベル、ｒ２はアンテナ２０１の受信波の信号レベル、Ｃは単純合成受信レベルとする。＊は掛算を示す。
ｖ１＝ａ＊cos（ωｔ＋α） ・・・ （数式１）
ｖ２＝ｂ＊cos（ωｔ＋β） ・・・ （数式２）
ｒ１＝ａ＊cos（ωｔ＋α）＋ｂ＊cos（ωｔ＋β） ・・・ （数式３）
ｒ２＝ａ＊cos（ωｔ＋α）＋ｂ＊cos（ωｔ＋β＋π） ・・・ （数式４）
例えば、反射率が１に近い場合、ａ≒ｂとなり、単純合成受信レベルＣの計算式は数式５となる。
Ｃ＝２ａ＊cos（ωｔ＋α）＋ｂ＊cos（ωｔ＋β）＋ｂ＊cos（ωｔ＋β＋π）
＝２ａ＊cos（ωｔ＋α） ・・・ （数式５）

次に、図２の合成部２４１で直接波と反射波を構成した場合の詳細を図３を用いて説明する。
図３は本発明の一実施例に係る受信装置の詳細な動作を説明するための図である。
図３（Ａ）は反射率が１のときの基本的な単純受信合成による受信波形図である。図３（Ｂ）は反射率が０．５のときの単純合成による受信波形図である。図３（Ｃ）はアンテナ２０１のアンテナ利得が２倍の場合の単純合成受信波形図である。

図１の反射波１０３は反射点１０４の反射率により大きくレベルが変化する。前述の説明では反射率が１としたが、反射率が０．５とすると図３（Ｂ）のような単純合成の結果となる。受信装置１２０に受信信号検出部２３１を備えて受信レベルを検出することで、反射率などに左右されず常に良い電波を選択することが可能となる。

図２に示す逆位相の受信信号を合成する場合に、アンテナ２００の入力とアンテナ２０１の入力比率によってはアンテナ２０１の信号を優先して受信した方がＣ／Ｎ（Carrier/Noise）などの関係により良いことがある。そこで受信信号検出部２３１を用いてアンテナ２００とアンテナ２０１の受信レベルを比較し受信レベルが高い方に重みをもたせて、可変増幅部２１３と可変増幅部２２３を制御し合成することで、よりＣ／Ｎが高い信号を選択できるようになる。

図２に示す逆位相の受信信号を合成する場合に、アンテナ２００の入力とアンテナ２０１の入力比率によってはアンテナ２００の信号を優先して受信したほうがＣ／Ｎなどの関係により良いことがある。Ｃ／Ｎが悪い信号を選択しないために受信信号検出部２３１を用いてアンテナ２００とアンテナ２０１の受信レベルを比較し、可変増幅部２１３と可変増幅部２２３を制御し受信レベルが高い方の利得を大きくし、受信レベルが低い方は増幅率を小さくすることで、アンテナ２００とアンテナ２０１を選択したのと同等の効果を発揮でき、なめらかに切り替えるアンテナ切り替え式逆相関ダイバーシチが実現する。

図２のアンテナ２００とアンテナ２０１のアンテナ利得が同じでない環境で、アンテナ２００とアンテナ２０１の受信レベルがほぼ同じ環境では、それぞれに入ってくるレベルが大きくレベルが異なることがあるが、受信信号検出部２３１を備えているため、常に装置の入力部でのレベルが高いほうが選択される。その結果、図３（Ｃ）のような受信合成結果が得られる。

本発明によれば、特別なハードウェア対応を行わなくても逆相関ダイバーシチが実現可能なため、より多くの装置において逆相関ダイバーシチが利用可能となる。
また、本発明によれば、技術的にも厳密なタイミングや送信と受信で同じ経路を利用する必要がなく、中間領域での動作が可能なため、ＴＤＤ（Time Division Duplex）だけでなくＦＤＤ（Frequency Division Duplex）やその他の無線多重技術とも組み合わせが可能となる。

以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された受信装置に限定されるものではなく、上記以外の受信装置に広く適用することができることは言うまでもない。

１００：Ａ地点、１０１：Ｂ地点、１０２：直接波、１０３：反射波、１０４：反射点、１０５：Ｃ地点、１０６：反射面、１１１，２００，２０１：アンテナ、１１２：送信装置、１２０：受信装置、２１１，２２１：受信部、２１２，２２２：分配部、２１３，２２２３：可変増幅部、２１４，２２４：遅延補正部、２３１：受信信号検出部、２３２：制御部、２４１：合成部、２４２：出力部。

Claims (6)

1. 予め定められた条件において受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように配置した第１アンテナと第２アンテナの２つのアンテナと、
   前記第１アンテナと前記第２アンテナにより受信されるアナログ信号を合成する合成部と、
   を備えた受信装置において、
   前記第１アンテナと前記第２アンテナにより受信されたそれぞれの信号を分配する第１分配部と第２分配部と、
   前記第１分配部と第２分配部それぞれの分配部にて分配された信号のそれぞれの一方について受信した信号の受信レベル及び位相差を検出する受信信号検出部と、
   前記受信信号検出部で検出された受信レベルと位相差を基に、前記第１分配部と第２分配部それぞれの分配部にて分配された信号のそれぞれの他方について信号レベルおよび位相を補正する制御信号を出力する制御部と、
   前記第１分配部と第２分配部それぞれの分配部にて分配された信号のそれぞれの他方について前記制御部からの制御信号を基に信号レベルを補正する第１可変増幅部と第２可変増幅部と、
   前記第１分配部と第２分配部それぞれの分配部にて分配された信号のそれぞれの他方について前記制御部からの制御信号を基に位相差を補正する第１遅延補正部と第２遅延補正部と、
   前記信号レベルおよび位相差を補正したそれぞれの信号を前記合成部で合成することを特徴とする受信装置。
2. 請求項１に記載の受信装置であって、
   前記制御部は、前記第１アンテナと前記第２アンテナの受信レベルが高い受信信号に対する利得が大きくなるように前記第１可変増幅部もしくは前記第２可変増幅部の利得を制御することを特徴とする受信装置。
3. 予め定められた条件において受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように配置された２つの受信手段と、
   前記２つの受信手段により受信されるアナログ信号を合成する合成手段と、
   を備えた受信装置において、
   前記２つの受信手段により受信されたそれぞれの信号を分配する２つの分配手段と、
   前記２つの分配手段により分配された信号のそれぞれの一方について受信した信号の受信レベル及び位相差を検出する受信信号検出手段と、
   前記受信信号検出手段で検出された受信レベルと位相差を基に、前記２つの分配手段により分配された信号のそれぞれの他方について信号レベルおよび位相を補正する制御信号を出力する制御手段と、
   前記２つの分配手段により分配された信号のそれぞれの他方について前記制御手段からの制御信号を基に信号レベルを補正する２つの可変増幅手段と、
   前記２つの分配手段により分配された信号のそれぞれの他方について前記制御手段からの制御信号を基に位相差を補正する２つの遅延補正手段と、
   前記信号レベルおよび位相差を補正したそれぞれの信号を前記合成手段で合成することを特徴とする受信装置。
4. 請求項３に記載の受信装置であって、
   前記制御手段は、前記２つの受信手段の受信レベルが高い受信信号に対する利得が大きくなるように前記２つの可変増幅手段の利得を制御することを特徴とする受信装置。
5. 予め定められた条件において受信する直接波と反射波が逆相関の関係となるように配置した２つのアンテナにより信号を受信し、前記受信したアナログ信号を合成する受信方法であって、
   前記２つのアンテナにより受信したそれぞれの信号を分配し、
   前記それぞれの分配された信号のそれぞれの一方について受信した信号の受信レベル及び位相差を検出し、
   前記検出された受信レベルと位相差を基に、前記それぞれの分配された信号のそれぞれの他方について信号レベルおよび位相を補正する制御信号を出力し、
   前記それぞれの分配された信号のそれぞれの他方について前記制御信号を基に信号レベルを補正し、
   前記それぞれの分配された信号のそれぞれの他方について前記制御信号を基に位相差を補正し、
   前記信号レベルおよび位相差を補正したそれぞれの信号を合成することを特徴とする受信装置の受信方法。
6. 請求項５に記載の受信方法であって、
   前記２つのアンテナにより受信した信号の受信レベルが高い受信信号に対する利得が大きくなるように利得を制御することを特徴とする受信方法。

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