JPH04274625A - ダイバーシチアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】この発明は、無線伝送におけるダ
イバーシチ技術に関し、特に複数のアンテナの切替えに
よって伝搬変動を減少させるようにしたダイバーシチア
ンテナ装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来から無線伝送においては、大気の屈
折率等の変動によって受信電力が経時的に変動する、い
わゆるフェージングが伴うことが知られる。特に移動無
線では周囲の建造物に比べ相対的にアンテナの高さが極
端に低いことから、フェージングを生じ易く、安定な伝
送を行うのが困難である。このフェージングによる受信
品質の変動を補う技術として、複数の受信手段の切替え
等によって受信品質の変動を減少させるダイバーシチ技
術がある。

【０００４】このダイバーシチ技術にはいくつかの方式
がある。従来、アナログ変調方式が用いられる自動車電
話においては受信機を２台用いる検波後切替ダイバーシ
チが広く利用されている。しかしながら、この検波後切
替ダイバーシチ方式は、２台の受信機を必要とするため
無線機の小形化及び低廉化には適していない。また電源
容量が限られる移動無線においては、消費電力の点から
も好ましい方式でない。

【０００５】これに対して受信機は１台でありながら、
２つのアンテナをスイッチで切替えることによってダイ
バーシチを行うアンテナ切替ダイバーシチが提案されて
いる。ところがこの方式はアンテナ切替時に発生する切
替雑音のために受信信号が妨害される欠点を有していた
。従来から、この切替雑音を取り除くための研究が行わ
れているものの、現在のところ、実用化されるには至っ
ていない。

【０００６】ところでこれまでの移動通信においては、
アナログ変調方式として周波数変調のＦＭ波を使用して
いるが、これからの移動通信ではディジタル変調方式と
しての２相位相変調（ＢＰＳＫ；Ｂｉｎａｒｙ　　Ｐｈ
ａｓｅ　　ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）方式及び４相位相
変調（ＱＰＳＫ；Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　　Ｐｈａｓｅ
Ｓｈｉｆｔ　　Ｋｅｙｉｎｇ）方式等が使用される。こ
れらの変調方式に対して、上述したような従来提案され
ていたアンテナ切替ダイバーシチをそのまま適用すると
、アナログ変調方式の場合と同様に、ディジタル変調方
式においてもアンテナ切替時に発生する雑音によって誤
まりが生じてしまう虞があり、依然としてディジタル変
調方式に対しても、このアンテナ切替ダイバーシチアン
テナ装置は実用としては適用出来ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来提
案されていたアンテナ切替ダイバーシチアンテナ装置で
は切替時に発生する雑音によって、所望の受信信号が妨
害される虞があった。

【０００８】本発明は、雑音なく安定した無線通信の行
えるアンテナ切替ダイバーシチアンテナ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、複数のアンテナと、この複数のアンテナか
ら択一的に選択される任意のアンテナに接続を切替える
アンテナ切替手段と、このアンテナ切替手段で選択され
るアンテナと接続され、送信機と受信機の少なくともい
ずれかを有する通信手段と、この通信手段の通信状態に
応じて前記アンテナ切替手段を制御して所定のアンテナ
を択一的に選択する制御手段とを有することを要旨とす
る。

【００１１】

【作用】本発明では、複数のアンテナの平均受信レベル
の高い受信枝に優先的な切替を行うので、受信品質の向
上をはかることが出来る。また送信機が停止中でかつア
ンテナ端子に高周波エネルギが存在しない時に、アンテ
ナ切替を行うので切替雑音を防止出来る。またアンテナ
端子に高周波エネルギが存在する場合でも、あらかじめ
設定された減衰、及び立上げ曲線に従ってアンテナの切
替えを滑らかに行うので、切替雑音の発生を少くするこ
とが出来る。

【００１２】受信機のＩＦの帯域幅とアンテナ切替器の
切替時間との積を３以上となる切替を行うことで、アン
テナ切替雑音の発生を低く抑えることが可能となる。時
分割多重（以下、単にＴＤＭ；Ｔｉｍｅ　　Ｄｉｖｉｓ
ｉｏｎ　　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘという）システムにおい
てはＴＤＭシステムのスロット間のガードタイムを切替
雑音の存在時間をより大きく選ぶことにより切替雑音の
発生を防止することが出来る。またＴＤＤ（Ｔｉｍｅ　
　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　　Ｄｕｐｌｅｘ）を行う通信装置
において、送信時に使用するアンテナとして、直前のス
ロットでの受信レベルがあらかじめ設定された所定の受
信値、例えば受信レベルＬｄ以上であったならば直前の
受信スロットで使用した受信アンテナを送信アンテナと
して用い、前記受信レベルがＬｄ以下であったならば、
直前の受信スロットで使用しなかったアンテナを送信ア
ンテナとして使用することにより送信時にもダイバーシ
チ効果を得ることが可能となる。また無線機筐体の上面
でかつスピーカが設けられる面の逆側の面に複数のアン
テナをスピーカ面に平行な方向に０．１５波長離して設
置し複数のアンテナを絶縁性のスペーサで供給し、複数
のアンテナと前記スペーサを同一のゴム性カバーで覆う
構成とすることにより、相関係数が低く人体の損失を防
ぎ、かつ小形で薄形のアンテナを得ることが可能となる
。

【００１３】また複数のアンテナとアンテナ切替スイッ
チを接続する伝送線路の長さをアンテナ切替スイッチに
よりＯＦＦに設定されているアンテナの給電点から見た
インピーダンスが開放となるように設定することにより
、ＯＦＦに設定されているアンテナに流れる高周波電流
を少くすることが可能となり、アンテナ切替による指向
性パターンの変化を低く抑えることが出来る。

【００１４】またアンテナ切替スイッチによって送受信
に使用しないアンテナを所定のインピーダンスで終端す
ることによりアンテナ切替による指向性パターン、入力
インピーダンスを変化させることが可能となり、これに
よって、入力インピーダンス、相関係数を所望の値に設
定することが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を詳
細に説明する。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例に係るダイバ
ーシチアンテナ装置のブロック図である。第１のアンテ
ナ１１ａ及び第２のアンテナ１１ｂはアンテナ切替器１
３に接続されている。このアンテナ切替器１３は切替コ
ントローラ１９により第１のアンテナ１１ａ若しくは第
２のアンテナ１１ｂとの接続を制御される。また、アン
テナ切替器１３には送信機１５及び受信機１６が接続さ
れている。これら送信機１５、受信機１６及び前記切替
コントローラ１９の動作は制御部１７により制御される
。

【００１７】ここで図２を参照して、前記第１のアンテ
ナ１１ａ及び第２のアンテナ１１ｂが取りつけられてい
る具体例を携帯電話を例に示す。携帯電話２２には第１
のアンテナ１１ａとしての外部アンテナ２１ａと、第２
のアンテナ１１ｂとしての内蔵アンテナ２１ｂが取りつ
けられている。外部アンテナ２１ａは伸縮自在かつ収納
可能に構成されたものである。この外部アンテナ２１ａ
が引き出されている場合には、該外部アンテナ２１ａの
平均受信電力は内蔵アンテナ２１ｂよりも大である。一
方、この外部アンテナ２１ａが筐体内に収納されている
場合には、外部アンテナ２１ａの性能は低下するため、
内蔵アンテナ２１ｂの平均受信電力が外部アンテナ２１
ａに比べて大きくなる。

【００１８】この様にアンテナの引き出し状態や外部に
人体がある等の、携帯電話２２の置かれた周囲の環境状
態の変化によって、それぞれ設けられた２組のアンテナ
の平均受信電力に差が生じる。このため、アンテナを切
替え、ダイバーシチを行う場合、例えば両アンテナ２１
ａ、２１ｂの受信レベルが共に所定のスレッシュホール
ド値ＬＴＨよりも低く、いずれかのアンテナ２１の出力
がこのスレッシュホールド値ＬＴＨを越えるのを待つ場
合、当該環境下でより平均受信電力の高いアンテナに接
続を切替えて待機することにより有利な受信環境に設定
し得る。

【００１９】この優先的に接続を割当てるアンテナとし
て、どちらのアンテナを用いるかは、次に述べる様に、
２つの方法が考えられる。１つは外部アンテナ２１ａの
引き出し、すなわち伸長をスイッチ等で検出し該外部ア
ンテナ２１ａが伸長されたことが検出されたときに内蔵
アンテナ２１ｂから該外部アンテナ２１ａに接続を切り
替える方法であり、もう１つの方法は両アンテナ２１ａ
、２１ｂの受信レベルを予めメモリに保持しておき、学
習的に受信レベルの高いアンテナを決定する方法である
。

【００２０】図３に本発明の他の実施例を示す。図３に
示す各軸は、上から送信機の作動状態（ＯＮ状態、ＯＦ
Ｆ状態）、アンテナ端子における受信波の高周波エネル
ギレベル（エネルギ０状態、エネルギ有状態）、切替信
号及び時間軸をそれぞれ示している。例えば、切替えを
アンテナに高周波エネルギが存在する任意の時刻ｔ２　
に行うとスイッチの切替雑音が発生し問題であり、高周
波エネルギが存在しない任意の時刻ｔ１　で切替える方
式を用いることにより、雑音の影響を受けないことが判
る。 また、アンテナ端子のエネルギを判定条件に用いること
により、近接して置かれた無線局による強力な受信波を
スイッチングすることによる雑音の発生を防止すること
が可能である。このための構成を図４に示す。アンテナ
４１ａには高周波エネルギ検出器４２ａが接続されてお
り、近接無線局４０からの強い高周波を検出することが
出来る。この場合には切替コントローラ４９はアンテナ
の切替えを行なわず、近接無線局４０が停波している間
にアンテナ切替を行う。一方、近接した無線局のスイッ
チングノイズが無視出来る場合には、アンテナ端子の近
接した無線局による高周波エネルギの代わりに自らの受
信タイミング信号を使うことが可能である。

【００２１】図５に本発明の他の実施例を示す。第１の
アンテナ５１ａ及び第２のアンテナ５１ｂにはそれぞれ
第１のアッテネータスイッチ５３ａと第２のアッテネー
タスイッチ５３ｂが接続される。第１のアッテネータス
イッチ５３ａと第２のアッテネータスイッチ５３ｂは、
それぞれ切替コントローラ５９からのコントロール信号
によって、それぞれ独立して入出力の損失を連続的に変
化出来るスイッチである。

【００２２】次に、図５に示す実施例の動作を図６を用
いて説明する。図６において横軸を時間軸とするとき、
到来波は時刻ｔ１　からｔ３　の全域にわたり存在して
いる。切替コントローラ５９は、第１のアッテネータス
イッチ５３ａと第２のアッテネータスイッチ５３ｂに対
して図６に示す損失カーブで損失を変化させるコントロ
ール信号を送出する。このコントロール信号送出のため
のデータはコンデンサと抵抗（ＣＲ）によってアナログ
的に発生させても良く、制御部５７を構成するＲＯＭ（
Ｒｅａｄ　　Ｏｎｌｙ　　Ｍｅｍｏｒｙ）やＣＰＵ（Ｃ
ｅｎｔｒａｌ　　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　　Ｕｎｉｔ）
の演算によってディジタル的に発生させても良い。すな
わち、第１のアンテナ出力と第２のアンテナ出力を所望
の滑らかなカーブに合せて変化させ、急峻な到来波の断
続を防ぐことによって、切替え時に生じる雑音、例えば
クリック雑音の発生を防止することができる。

【００２３】図７に本発明の他の実施例を示す。図７に
おいて横軸を時間軸とするとき、第１のアンテナ出力と
第２のアンテナ出力は補対の関係にあり、時刻ｔ１　か
らｔ２　にかけて、所定の時間τを要して切替られる様
子を示している。ここで受信機のＩＦフィルタの幅をＢ
とすると、フィルタの幅Ｂが広いほど切替クリック雑音
の発生時間は少いが、所望の選択度や感度を得るには幅
Ｂはあらかじめ決められた幅にする必要がある。このた
め幅Ｂを変化出来る自由度は低い。このため切替時間τ
を最適化する必要がある。この結果、ＩＦフィルタの幅
Ｂと切替時間τとの積が３以下（Ｂ・τ＜３）に設定さ
れ、滑らかに切替を行うことにより雑音の発生を低く抑
えることが出来る。これにより無限少の時間で切替えた
場合に比較して、５ｄＢ程スイッチングノイズを軽減出
来る。

【００２４】図８に本発明の他の実施例を示す。図に示
すように、第１のアンテナ出力と第２のアンテナ出力は
補対の関係で切替えられている。切替えは時刻ｔ１　か
らｔ２　にかけて切替時間τで行われている。クリック
雑音は時刻ｔ３　までの間、発生していることが示され
る。ここで時分割多元接続（以下、ＴＤＭＡ；Ｔｉｍｅ
　　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　　ＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓ
ｓという）方式を考えると、スロット１とスロット２の
間のガードタイムＴｇを切替時間τより広く選ぶことに
よりスロット１とスロット２の両者の受信を正しく行わ
せることが可能となる。

【００２５】次に、より具体的なパラメータを用いて実
施例を示す。

【００２６】まず、一つの実施例として、キャリアスイ
ッチングＴＤＭＡ方式でＴＤＤ方式あるいはＦＤＤ（Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ　　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　　Ｄｕｐｌｅ
ｘ）方式を用いた時の無線基地局で、送信・受信ともア
ンテナ選択ダイバーシチを用いる場合を説明する。なお
、言うまでもなく送信、または受信のみにアンテナ選択
ダイバーシチを用いる場合も同様に考えることができる
。アンテナ選択ダイバーシチを採用することにより無線
基地局の受信部を１つ設けるだけで良いため、無線基地
局装置の小形化、低消費電力化を図ることができる。ま
たダイバーシチ送信を採用することにより端末局の小形
化を図ることができる。

【００２７】図９にアンテナ選択ダイバーシチを行うた
めの回路のブロック図を示す。アンテナの電界強度を示
す受信電界強度（以下、ＲＳＳＩ；Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　
　Ｓｉｇｎａｌ　　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　　Ｉｎｄｉｃａ
ｔｏｒという）からの受信レベル検出信号は、１受信ス
ロットの受信レベルの平均値を求めるための受信スロッ
ト内平均値回路９４Ａと、複数スロットの平均信号強度
を求めるための積分操作を行う平均電力計算回路９４Ｃ
に入力される。受信スロット内平均値回路９４Ａで算出
された１受信スロットの受信レベルの平均値は、平均電
力計算回路９４Ｃで求めた複数スロットの平均信号強度
をもとにしきい値計算回路９４Ｄで計算されたしきい値
との比較回路９４Ｂに入力される。この比較に基づき切
り替えを行う際には、モデムからの切り替えタイミング
信号をもとにスイッチ切替制御回路９７を介してＲＦス
イッチ９３を動作させる。また、このスイッチ切替制御
回路９７は強電界領域で使用する場合やその他の場合に
切替えを禁止するため、切替禁止信号の入力を設けてい
る。

【００２８】次に、アンテナ切替えの判定法を説明する
。各端末局からの受信スロット受信時のＲＳＳＩ信号を
アンテナ切替えの閾値と比較する。この比較の結果、Ｒ
ＳＳＩ信号が閾値より小さい場合にのみ、直後の当該端
末局への送信スロットの送信時、および次の同端末局か
らの受信スロット受信時に用いるアンテナを他のもう一
つのアンテナに切り替える。この際の時間関係を図１０
に示す。したがって、ＲＳＳＩの検出時から直後の当該
端末局への送信スロットでの送信までは１．８７５〜３
．１２５ｍｓ、または次の同端末局からの受信スロット
での受信までは４．３７５〜５．６２５ｍｓの時間が経
過する。

【００２９】次に、アンテナ切替のタイミングを示す。 無線基地局のクロックを基準として考えたガードタイム
のちょうど中央に相当するタイミングで、ＲＦスイッチ
を切り替える。このタイミングは、モデム側から制御信
号を送信しやすいという利点がある。

【００３０】またここでは、２つのアンテナを切り替え
るＲＦスイッチの切り替えに要する時間は、最も標準的
な切り替え方法をとれる値として５００ｎｓと考える。

【００３１】まず、図１１を参照して、無線基地局から
端末局への、送信スロット同士の間における切替えにつ
いて考える。この例では、典型的なスロット構成例とし
て、ガードタイムおよびランプタイムにはそれぞれ４ビ
ット（２シンボル）が割り当てる場合を考える。このう
ち、ランプアップとランプダウンには、波形の切れのよ
さを考えて、それぞれ１．７シンボル（１０．６２５μ
ｓ）を割り当る。ここで１シンボル送信時間は、６．２
５μｓである。

【００３２】無線基地局からの各送信スロットは、１シ
ンボル送信時間（６．２５μｓ）に比べてほとんど時間
誤差の無視できるタイミングで、ガードタイムに相当す
る時間間隔をおいて送出することができる。したがって
、図に示すように、ガードタイムのちょうど中央に相当
するタイミングで、ＲＦスイッチを切替えれば、直後の
送信スロットに与える影響はないと考えられる。なお、
このときＲＦスイッチの切替えに要する時間は、０．５
μｓである。

【００３３】さらに、複数の無線基地局が群制御のもと
にある場合は、各無線基地局は、無線基地局集中制御装
置からの基準クロックに位相同期して、バーストを送出
している。このため、各無線基地局からのバーストのず
れは、１シンボル送信時間に比べてほとんど無視できる
。したがって、本実施例中では、１つの無線基地局が全
ての送信スロットで送出するのと等価であると考えるこ
とができる。

【００３４】次に、図１２を参照して受信スロット同士
の間における切り替えについて説明する。端末局側のバ
ースト検出における量子化誤差と端末局送受信同期制御
過程における量子化誤差をそれぞれ最大±１／２シンボ
ルとし、１つの無線基地局のサービス半径を２００ｍと
仮定した場合、端末局からのバーストの到来時間のずれ
は、最も極端な場合で、片側で６．２５μｓ×（１／２
）×２＋０．６６７μｓ×２＝７．５８３μｓとなる。 したがって、生起確率は低いものの最も条件の厳しい場
合には、図のようにガードタイムの中央で、最悪２つの
受信バーストが重なることが考えられる。但し、受信バ
ーストであるため、この立ち上がり波形が乱れても、無
線基地局の周囲への不要帯域外輻射は問題とはならない
。また、ランプアップ・ランプダウンに用いるシンボル
は、受信すべき情報はのせていないので、復調検波をす
る必要はない。

【００３５】図１２に示した状況のもとで、ガードタイ
ムのちょうど中央に相当するタイミングで、ＲＦスイッ
チを切り替えると、受信バーストの冒頭のランプアップ
に用いるシンボルの途中以降に、切り替えによる等価雑
音が発生することが考えられる。この等価切り替え雑音
の影響が残る時間は、ＩＦ受信フィルタの帯域幅とＲＦ
スイッチの切り替え時間を考慮すると、切替えが終わっ
てから約１０μｓと推定される。（参考文献：”Ｍｉｃ
ｒｏｗａｖｅ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎｓ，”Ｗ．Ｃ．Ｊａｋｅｓ　Ｊｒ．（Ｅｄ．），Ｊ
ｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　Ｓｏｎｓ，１９７４，ｐｐ　
４１１−４１８．）したがって、この場合ガードタイム
のちょうど中央に相当するタイミング（図中ｔ１）から
１０．５μｓまで（図中ｔ２）が影響を受けることにな
る。

【００３６】ここで、既に述べた端末局からのバースト
の到来時間のずれの最も条件の厳しい場合を考えると、
ガードタイムのちょうど中央に相当するタイミング（図
中ｔ１）から、次の受信スロットに到来するバーストの
プリアンブルの１シンボル目の終り（図中ｔ３）までは
、６．２５×３−７．５８３＝１１．１６７μｓとなる
。したがって、プリアンブルの１シンボル目以降のシン
ボルは切り替え雑音の影響を受けない。また、通常初期
の段階で受信され同期を取るために用いる制御スロット
のプリアンブルは、多くの場合１６シンボル以上にする
ことが多い。したがって、まれに最初の１シンボルが影
響を受けた場合でも、同期に与える影響は大きくない。 また、初期に同期をとった後に受信される通信スロット
のプリアンブルは制御スロットよりも短いことが多いが
、同期などに使われる役割は薄く、まれに受信状況が悪
化しても影響は大きくない。ここまでの検討により、次
の受信スロットに到来するバーストの受信への影響は非
常に小さいと予測することができる。

【００３７】さらに、ランプアップ途中の時点での振幅
は、同一スロット内の他の部分の振幅より小さく、切り
替えによる雑音もかなり小さいと考えられる。現実的に
は、ガードタイムのちょうど中央に相当するタイミング
（図中ｔ１）以降からランプアップが始まる場合、ある
いは図中ｔ１以前までにランプダウンが終了する場合が
非常に多く、実際には問題とならない場合の確率の方が
非常に大きいと考えられる。したがって全体を考えた場
合、影響が生ずることは非常に少ないと考えられる。

【００３８】その他、受信スロットのあとに送信スロッ
トがある場合の切り替えについては、一般にスイッチ切
り替え後の受信波形の乱れは、送信にはほとんど影響を
与えないと考えられるので、この場合は送信スロット同
士の間における切り替えと同様に、直後の送信スロット
に与える影響はないと考えられる。

【００３９】一方、送信スロットのあとに受信スロット
がある場合の切り替えについては、送信スロットが、Ｒ
Ｆスイッチ切り替えまでに終了しているため、この場合
は、受信スロット同士の間における切り替えと同様に考
えられる。また、この場合の切り替えにおいて、切り替
えのタイミングを、ランプダウンが終わった直後に行う
ことにより、切り替え雑音の発生を無くしたりレベルを
低減することもできる。

【００４０】したがって、ガードタイムのちょうど中央
に相当するタイミングで、ＲＦスイッチを切り替えるこ
とが、特性劣化の少ないアンテナ切り替え方式の一つで
あると考える。

【００４１】また、上記のスロット構成の例のうち、ガ
ードビットを８ビット（４シンボル）にした場合、上記
の検討からわかるように、切り替え雑音はさらに小さく
なることが予測できる。また、ガードビットを１０ビッ
ト（５シンボル）にした場合には、切り替え雑音は発生
しないことが予測できる。

【００４２】また、上記のランプアップとランプダウン
に、それぞれ１シンボルを割り当てるように送信側の回
路に変更をすれば、切り替え雑音はさらに小さくなるこ
とが予測できる。

【００４３】以上、ガードタイムのちょうど中央に相当
するタイミングで、ＲＦスイッチを切り替える場合につ
いて説明したが、一部あるいは全ての切り替えのタイミ
ングを、送信側のランプダウンが終わった直後あるいは
この時刻から１シンボル送信時間毎に行うことにより、
切り替え雑音の発生を無くしたりレベルを低減すること
もできる。

【００４４】加えて、プリアンブルやユニークワードの
ビット列に工夫を加えることと組み合わせることにより
、切り替え雑音の発生を低減することもできる。（参考
文献：林他、「デジタル移動通信用ＴＤＭＡバーストス
イッチの検討」、１９９０年信学秋季全大、Ｂ−２３９
）さらに、電力増幅器や発振器、シンセサイザ、変調器
を上記に述べた切り替えタイミングで、動作を開始ある
いは停止させることにより消費電力の低減などを図るこ
とも考えられる。

【００４５】ＦＤＤ場合もアンテナ選択ダイバーシチを
採用することにより無線基地局の受信部を１つ設けるだ
けで良いため、無線基地局の小形化、低消費電力化を図
ることができる。

【００４６】図１３にアンテナ選択ダイバーシチを行う
ための回路のブロック図を示す。この回路の機能は、送
信スロットでの送信時に用いるアンテナを選択する機能
が必要でなくなることを除いては、条件１の場合と同じ
になる。すなわち、ＲＦスイッチ１３３と第１のアンテ
ナ１３１ａとの間に送受切替器（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）１
３２を設けて、第１のアンテナ１３１ａを送信、受信の
いずれにも使用できるようにしたものである。

【００４７】但し、ＦＤＤ方式でもＴＤＤ方式と同じ情
報伝送速度を採用した場合、通常ＴＤＤ方式の場合に図
１０に示した時間関係は変わる。これを図１４に示す。 したがって、ＲＳＳＩの検出時から次の同端末局からの
受信スロット受信までは３．７５〜６．２５ｍｓの時間
が経過することになる。

【００４８】次に、アンテナ切替のタイミングを示す。 ＴＤＤ方式と同じく、無線基地局のクロックを基準とし
て考えたガードタイムのちょうど中央に相当するタイミ
ングで、ＲＦスイッチを切り替える。

【００４９】上記のＴＤＤの場合と同様の検討を行うと
き、受信スロット同士の間の切り替えのみを検討すれば
良いことになる（図１５）。

【００５０】この場合、端末局からのバーストの到来時
間のずれは、最も極端な場合で、片側で１２．５μｓ×
（１／２）×２＋０．６６７μｓ×２＝１３．８３３μ
ｓとなる。

【００５１】ここで、上記の提案であるガードタイムの
ちょうど中央に相当するタイミングで、ＲＦスイッチを
切り替えると、切り替えノイズの影響が残る時間は、前
記の文献に従い、ＩＦ受信フィルタの帯域幅とＲＦスイ
ッチの切り替え時間を考慮すると、切り替えが終わって
から約２０μｓと予測される。したがって、この場合ガ
ードタイムのちょうど中央に相当するタイミングから０
．５＋２０＝２０．５μｓまでが影響を受けることにな
る。一方、上記の端末局からのバーストの到来時間のず
れを考えると、ガードタイムのちょうど中央に相当する
タイミング（図中ｔ１）から、次の受信スロットのプリ
アンブルの１シンボル目の終り（図中ｔ２）までは、１
２．５×３−１３．８３３＝２３．６６７μｓとなる。 したがって、上記の最も条件の厳しい場合でも、あとか
ら到来する受信スロットへの影響は非常に小さいと予測
することができる。

【００５２】したがって、ガードタイムのちょうど中央
に相当するタイミングで、ＲＦスイッチを切り替えるこ
とが、最も特性劣化の少ないアンテナ切り替え方式であ
ると考える。

【００５３】図１６はレイリーフェージング下において
無相関のアンテナを用い、アンテナ選択ダイバーシチ方
式を採用した場合のダイバーシチ効果を示している。 （出典：”Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，”Ｗ．Ｃ．Ｊａｋｅｓ　Ｊｒ
．（Ｅｄ．），Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆　Ｓｏｎｓ，１
９７４，ｐ４０８）アンテナ切り替えのしきい値を−１
３ｄＢ（ここでは受信平均電力を基準（０ｄＢ）とする
）に設定することにより、信頼度９９％付近でダイバー
シチなしの場合に比べ８ｄＢのダイバーシチゲインが得
られ、安定した受信レベルを確保できることがわかる。

【００５４】切り替えダイバーシチ方式におけるダイバ
ーシチ効果を考える場合には、切り替え遅れ時間が重要
である。図１７は、図１６と同じ条件の下で−１３ｄＢ
のしきい値を設定した場合の切り替え遅れ時間の影響を
示している。（出典：”Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｍｏｂｉ
ｌｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，”Ｗ．Ｃ．Ｊａ
ｋｅｓ　Ｊｒ．（Ｅｄ．），Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆
Ｓｏｎｓ，１９７４，ｐ４１２．）フェージング周期に
対する切り替え遅れ時間の比が０．１４４以下という条
件を満足することにより、無限小の遅れ時間で切り替え
を行った場合に対してのダイバーシチ効果の低下を１ｄ
Ｂ程度に抑えることができる。 しかも信頼度９９％付近での安定動作も実現できること
がわかる。一例として、２．６ＧＨｚにおける歩行時（
時速４ｋｍ）のフェージングの周期は約５０ｍｓとなる
。 このとき、上述の条件は、切り替え遅れ時間が７．２ｍ
ｓ以下という条件に相当する。

【００５５】また、前述したように、ＲＳＳＩの検出時
から直後の当該端末局への送信スロットでの送信までの
時間は１．８７５〜３．１２５ｍｓ、また次の同端末局
からの受信スロットでの受信までは４．３７５〜５．６
２５ｍｓである。また、ＲＳＳＩの検出時から次の無線
基地局からの受信スロット受信までの時間は３．７５〜
６．２５ｍｓである。したがって、いずれの場合も上述
した切り替え遅れ時間に関する条件を満たす。

【００５６】以上の考察から９９％の信頼確率の点で約
７ｄＢのダイバーシチ利得を得ることが可能であると考
えられる。

【００５７】次に、いま一つの実施例として、キャリア
スイッチングＴＤＭＡ／ＦＤＤ方式を用いた時の端末（
端末局）でアンテナ選択ダイバーシチ受信を用いる場合
を述べる。アンテナ選択ダイバーシチを採用することに
より端末局の受信部を１つ設けるだけで良いため、端末
局の低消費電力化を図ることができる。

【００５８】アンテナ選択ダイバーシチを行うための回
路の構成を、図１８に示す。前の実施例で述べたものの
うち、スイッチ切り替え制御回路までの回路が１系統に
なる以外は同じである。

【００５９】アンテナ切り替えの判定法は、前の実施例
のＦＤＤ方式の場合で述べたものと同じである。

【００６０】アンテナの切り替えは、無線基地局からの
受信スロットのガードビット終了時から受信スロットの
次につづく１番目のアイドルスロットが終了するまでの
間で、切り替えの可否の判定を行った後に行うことによ
り、受信スロットの次に続く２番目のアイドルスロット
での干渉検出のための受信時の切り替えノイズの発生を
避けることができる。

【００６１】また、前の実施例と同様、２つのアンテナ
の相関係数が充分小さくできるとき、リレイーフェージ
ング下においてアンテナ切り替えのスレッシュホールド
値を−１３ｄＢ（ここでは受信平均電力を基準（０ｄＢ
）とする）とし、フェージング周期５０ｍｓ以下の環境
の下では、信頼度９９％付近でダイバーシチなしの場合
に比べ約７ｄＢのダイバーシチゲインが得られると予測
できる。

【００６２】図１９に本発明の他の実施例を示す。

【００６３】第１のアンテナ１９１ａ、第２のアンテナ
１９１ｂに近接した場所に強い電波を発射する近接無線
局１９０がある場合には、たとえ自システム内のガード
タイムを広く取り、自システムのクリック雑音を防ぐ方
式を用いていても、前記近接無線局１９０の電波が存在
する時刻にアンテナが切替られたなら、この電波の断続
によるクリック等の雑音が発生してしまう。このため受
信品質を向上させるためにアンテナ切替ダイバーシチを
行っても、かえって近接無線局１９０からの高周波の断
続によるクリック雑音のために品質の低下が生じてしま
う。このため制御装置１９９はアンテナ切替直後の誤り
率をスロット全体の誤り率と比較しており、アンテナ切
替直後の誤り率が高い場合にアンテナ切替の禁止を行わ
せる。これにより上記の問題点を解決出来る。

【００６４】図２０に本発明の他の実施例を示す。

【００６５】無線機２００にはスピーカ２００Ｓ及びマ
イク２００Ｍが設けられており、第１のアンテナ２０１
ａ、第２のアンテナ２０１ｂはスピーカ２００Ｓ及びマ
イク２００Ｍの取りつけられている面と反対の面に取付
けられている。前記２つのアンテナ２０１ａ、２０１ｂ
は絶縁性のスペーサ２０２で保持されうすいカバー２０
４によりアンテナ系全体が保護される構造となっている
。前記スペーサ２０２は、前記カバー２０４と共通の部
品として構成しても良い。

【００６６】次にこのアンテナの動作を詳細に説明する
。

【００６７】図２１は半波長ダイポールアンテナ間の相
関係数の計算値と実験値を示している。アンテナ間には
相互結合があるため図中実際の相関係数は実線のデータ
に対応しており実測値もこれをよく表わしている。とこ
ろでダイバーシチを行うためには２つのアンテナの受信
電力の相関を低くする必要がある。ところで、実用上良
好なダイバーシチ効果を得るには０．５以下の相関係数
を得れば良いことは知られている。ここで両アンテナの
素子間隔ｄを０．１５波長以上に設定すれば、十分低い
相関係数を得ることが出来ることが図２１よりよく理解
される。ところで０．１波長以下にｄを設定することは
アンテナの入力インピーダンスの低下を生ずるため好ま
しくない。

【００６８】さらに人体による損失を含めて図２０の構
成のアンテナを説明する。

【００６９】図２３は、人体の頭部をモデルとして損失
性の角柱を設けこの近傍に半波長ダイポールアンテナを
設置した場合の放射効率を示している。ただし計算は１
ＧＨｚで行ったものである。同図から分る様に頭部モデ
ルより１ｃｍから２ｃｍアンテナを離すことによって、
アンテナの放射効率が大きく改善されることが理解出来
る。

【００７０】図２４は、本発明の他の実施例である。

【００７１】第１のアンテナ２４１ａと第２のアンテナ
２４１ｂは第１の給電線路２４２ａ，第２の給電線路２
４２ｂを介してスイッチ２４３に接続されている。ここ
で重要なのは第１の給電線路２４２ａ，第２の給電線路
２４２ｂの電気的な長さ、いわゆる電気的長を実際には
０には出来ないことである。これは特にマイクロ波帯の
様な高い周波数では重要である。すなわち、スイッチが
完全に動作し、未使用の端子を開放に設定しても仮りに
給電線路の電気長が１／４波長となるならば、アンテナ
給電点では短絡されたことになり、選択されないアンテ
ナに対し多くの高周波電流が流れ、アンテナ切替により
指向性の変化や入力インピーダンスの変化が生じてしま
う。

【００７２】ここで、前記第１の給電線路２４２ａ，第
２の給電線路２４２ｂの電気長をアンテナ給電点でイン
ピーダンスが開放となる長さに設定することにより、前
述の問題点を解決することが可能となる。

【００７３】図２５は本発明の他の実施例であり、未使
用のアンテナを負荷インピーダンス２５４ａ，２５４ｂ
で終端する構成となっている。この負荷インピーダンス
の値と第１のアンテナ２５１ａ、第２のアンテナ２５１
ｂと第１のスイッチ２５３ａ，第２のスイッチ２５３ｂ
間の第１の給電線路２５２ａ、第２の給電線路２５２ｂ
の電気長を変化させることにより、アンテナの指向性、
入力インピーダンスのコントロールを行うことが可能と
なる。

【００７４】負荷インピーダンスを電気信号でコントロ
ールすることにより、ダイナミックに指向性入力インピ
ーダンスを変化させることが出来、高いダイバーシチ利
得を得ることが可能となる。

【００７５】なお、上述した実施例においては、２組の
アンテナを例に説明したが、任意の組数のアンテナに対
して適用できるのはいうまでもないことである。

【００７６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、アンテナ切替ダイバーシチにおいて切替雑音を防ぎ
、高いダイバーシチ効果を得ることにより安定した無線
通信の行えるダイバーシチアンテナ装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である。

【図２】２つのアンテナをもつ無線装置である。

【図３】本発明の他の実施例である。

【図４】ダイバーシチアンテナの構成である。

【図５】本発明の他の実施例である。

【図６】切替シーケンスである。

【図７】本発明の他の実施例である。

【図８】本発明の他の実施例である。

【図９】本発明の他の実施例である。

【図１０】ＴＤＤのスロット構成である。

【図１１】切替シーケンスである。

【図１２】切替シーケンスである。

【図１３】本発明の他の実施例である。

【図１４】ＦＤＤのスロット構成である。

【図１５】切替シーケンスである。

【図１６】ダイバーシチ利得である。

【図１７】切替おくれを考えたダイバーシチ利得である
。

【図１８】本発明の他の実施例である。

【図１９】本発明の他の実施例である。

【図２０】本発明の他の実施例である。

【図２１】半波長ダイポールアンテナの相関係数である
。

【図２２】人体頭部モデル近傍のアンテナの放射効率で
ある。

【図２３】本発明の他の実施例である。

【図２４】本発明の他の実施例である。

【図２５】本発明の他の実施例である。

【符号の説明】

１１ａ　　第１のアンテナ １１ｂ　　第２のアンテナ １３　　アンテナ切替器 １５　　送信機 １６　　受信機 １７　　制御部 １９　　切替コントローラ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数のアンテナと、この複数のアンテ
   ナから択一的に選択される任意のアンテナに接続を切替
   えるアンテナ切替手段と、このアンテナ切替手段で選択
   されるアンテナと接続され、送信機と受信機の少なくと
   もいずれかを有する通信手段と、この通信手段の通信状
   態に応じて前記アンテナ切替手段を制御して所定のアン
   テナを択一的に選択する制御手段とを有することを特徴
   とするダイバーシチアンテナ装置。
2. 【請求項２】　　前記制御手段は、送信機が動作停止中
   でかつ所望とする受信信号がアンテナ端子に存在しない
   時刻にアンテナの接続の切替を行うことを特徴とする請
   求項１記載のダイバーシチアンテナ装置。
3. 【請求項３】　　前記アンテナ切替手段は各アンテナか
   らの入力にかかる損失を予め設定された減衰及び立ち上
   げ曲線に従って変化させると共に、前記制御手段は所望
   とする受信信号がアンテナ端子に存在する間にアンテナ
   の接続の切替を行うことを特徴とする請求項１記載のダ
   イバーシチアンテナ装置。
4. 【請求項４】　　前記制御手段は、受信機のＩＦフィル
   タの帯域幅とアンテナの切替時間との積が３以上となる
   条件でアンテナの接続の切替を行うことを特徴とする請
   求項１記載のダイバーシチアンテナ装置。
5. 【請求項５】　　前記制御手段は、時分割多重通信を行
   うためのガードタイムを当該受信機におけるアンテナの
   切替時に発生する切替雑音の存在時間以上とすることを
   特徴とする請求項１記載のダイバーシチアンテナ装置。
6. 【請求項６】　　前記制御手段は、ＴＤＤにおける送信
   時に使用するアンテナとして、直前の受信スロットでの
   受信レベルが予め設定される所定の受信値以上であると
   きには直前の受信スロットで使用した受信アンテナを送
   信アンテナとして用い、受信レベルが所定の受信値以下
   でるときには直前の受信スロットで使用しなかったアン
   テナを送信アンテナとして順次選択することを特徴とす
   る請求項１記載のダイバーシチアンテナ装置。
7. 【請求項７】　　前記制御手段は、時分割多元接続方式
   におけるアンテナ切替直後のデータの誤り率とスロット
   全体にわたる平均誤り率とを比較し、アンテナ切替直後
   の誤り率が高いときにはアンテナの切替を禁止すること
   を特徴とする請求項１記載のダイバーシチアンテナ装置
   。
8. 【請求項８】　　無線機筐体の一側面にスピーカを設け
   、他側面に複数のアンテナをスピーカ面に平行な方向に
   ０．１５波長だけ離して設置し、該複数のアンテナを絶
   縁性のスペーサで結合すると共に該アンテナと当該スペ
   ーサを同一のゴム性のカバーで覆ったことを特徴とする
   請求項１記載のダイバーシチアンテナ装置。
9. 【請求項９】　　複数のアンテナの内、送受信に使用し
   ないアンテナに接続される伝送線路の長さをアンテナの
   給電点から見たインピーダンスが開放となるように設定
   したことを特徴とする請求項１記載のダイバーシチアン
   テナ装置。
10. 【請求項１０】　　前記制御手段は、複数のアンテナの
    内、送受信に使用しないアンテナの有効長を所定のイン
    ピーダンスで終端させることを特徴とする請求項１記載
    のダイバーシチアンテナ装置。