JP2006287899A - ダイバーシチ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＧＣを用いた複数の信号のダイバーシチ合成において、合成信号へのノイズ混入を抑制すること。
【解決手段】アンテナＡ１で受信された高周波は、乗算器２１において中間周波数信号に変換される。これをＡＧＣ３０により制御された可変アナログ増幅器３１により増幅してＡ／Ｄ４１でデジタル信号とし、直交復調部５０でベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。尚、直交復調部５０の出力に応じて、ＡＧＣ３０が可変アナログ増幅器３１における増幅率を制御する。ＡＧＣ３０の制御電圧の出力は、重み演算器７０にも出力され、ＡＧＣ制御電圧の反映されていない新たな重み係数に対し、ＡＧＣ制御電圧から各増幅率を算出し、その増幅率の逆数を乗じて、新たな重み係数を算出し、複素乗算器７１、７２、７３及び７４に出力する。これにより、可変アナログ増幅器３１〜３４での増幅率が高いブランチの影響を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明はダイバーシチ受信方法及び装置に関する。本発明は車両に搭載して地上波デジタルテレビ放送を受信する際に特に有効である。

地上波デジタルテレビ放送は、マルチキャリア変調であるＯＦＤＭが用いられるデジタル放送である。このＯＦＤＭの受信は、固定点においては高画質の画像等が容易に得られるが、移動体においては、マルチパスによる周波数フェージングが常時変動するため、ダイバーシチその他の技術の適用が検討されている。また、電界強度が小さいとＡ／Ｄ変換の際にダイナミックレンジを有効に活用できないため、中間周波数信号（ＩＦ）の状態で、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）により、所定の振幅となるように増幅させる技術も用いられている。

ＡＧＣを用いると、他のブランチに比較して所望波の振幅が小さく、Ｓ／Ｎの悪いブランチの信号であっても、所定の振幅となるように増幅されるため、ノイズを不用意に増幅する結果となる。この場合、ダイバーシチ合成が適切に行われないと言う問題があった。

本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ＡＧＣを用いた複数の信号のダイバーシチ合成において、合成信号へのノイズ混入を抑制することである。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、複数のアンテナを有し、それにより受信した複数の受信信号を１つに合成して信号処理を行うダイバーシチ受信装置において、複数のアンテナごとに設けられた、制御電圧によって増幅率を制御可能な増幅率可変アナログ増幅器と、その出力信号に対して重みを乗ずる乗算器と、増幅率可変アナログ増幅器の出力信号に対する重みを決定する重み係数演算器と、増幅率可変アナログ増幅器を制御するための各制御電圧を生成する制御電圧生成部を有し、重み係数演算器は、各制御電圧に応じて重みを決定することを特徴とする。

また、請求項２に記載の手段によれば、重み係数演算器は、複素信号である合成信号と、増幅率可変アナログ増幅器の出力信号を直交復調及びアナログ／デジタル変換した複素信号との複素相関係数に、各増幅率の逆数を乗じて重みを決定することを特徴とする。

ダイバーシチ合成の際の重み係数に、ＡＧＣでの増幅率情報を反映させることができるので、例えば増幅率の大きいブランチに対しては重み係数（複素数の場合はその絶対値）を増幅率に応じて小さくするようにすることができる。これにより、増幅率の大きいブランチの合成信号に混入するノイズの大きさを抑制することができる。増幅率（制御電圧）に応じて重み係数（複素数の場合はその絶対値）小さくする方法としては、増幅率に閾値を設け、当該閾値を上回ったブランチの重み係数（複素数の場合はその絶対値）が、所定の値を上回った場合は当該所定の値にする方法、増幅率の逆数を乗じて重み係数を決定する方法、その他、増幅率に対し重み係数（複素数の場合はその絶対値）が広義の単調減少関数となるようにすることができる。

本発明は、変調信号については任意であるが、マルチキャリア変調、特にＯＦＤＭ変調信号を受信するダイバーシチ受信装置として特に有効である。

ダイバーシチ合成は、最大比合成、等利得合成その他任意の手段を用いることができる。重み係数を逐次更新する場合は平滑化処理を行い、演算により求められた新たな重み係数と更新前の重み係数とに、αと１−αとを乗じて加算することで、重み係数の変動量を抑制することができる。位相制御のための重み係数は複素相関演算を用いて算出する。この時、当該相関演算の積分区間の値は設計により任意である。複素相関演算により各ブランチの位相を揃えることが可能となる。

図１は、本発明の具体的な一実施例にあたる、ダイバーシチ受信装置１００の構成を示すブロック図である。ダイバーシチ受信装置１００は、４つのアンテナを有し、ＯＦＤＭ信号を受信する装置の、ＦＦＴ及び誤り訂正等の信号処理部の前段におかれるものである。

ダイバーシチ受信装置１００の構成は、４つのアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４と、各アンテナに対応して設けられた、乗算器（ダウンコンバータ）２１、２２、２３及び２４、可変アナログ増幅器３１、３２、３３及び３４、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４１、４２、４３及び４４、複素乗算器７１、７２、７３及び７４と、局部発振器１０、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）３０、直交復調部５０、重み係数演算器７０及び加算器８０とから成る。ＡＧＣ３０が請求項に言う制御電圧生成部にあたる。

ダイバーシチ受信装置１００における信号処理は以下の通りである。アンテナＡ１で受信された例えば５００ＭＨｚ帯域の高周波は、乗算器（ダウンコンバータ）２１において局部発振器１０の発する正弦波と乗ぜられて中間周波数信号（ＩＦ）に変換される。これをＡＧＣ３０により制御された可変アナログ増幅器３１により増幅してＡ／Ｄ４１でデジタル信号とし、直交復調部５０でベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。尚、直交復調部５０の出力に応じて、ＡＧＣ３０が可変アナログ増幅器３１における増幅率を制御する。全く同様にアンテナＡ２、Ａ３及びＡ４の受信信号も、直交復調部５０からベースバンド帯域のデジタル複素信号として出力される。図１では直交復調部５０を１個の装置として記載したが、デジタル発振器を共通とする４個の直交復調部を設けても良い。尚、ＡＧＣ３０の制御電圧の出力は、重み演算器７０にも出力される。

直交復調部５０の出力である、４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号は、重み係数演算器７０に入力され、各々加算器８０の出力との複素相関演算が行われる。この結果から４組のベースバンド帯域のデジタル複素信号の重み係数（複素数）が決定され、複素乗算器７１、７２、７３及び７４に各々出力される。複素乗算器７１、７２、７３及び７４では複素演算により信号処理がなされ、加算器８０に出力される。加算器８０では複素乗算器７１、７２、７３及び７４の出力の単純な加算を行い、後段の信号処理に出力される。

重み係数の演算において、ＡＧＣ制御電圧の反映されていない新たな重み係数に対し、ＡＧＣ制御電圧から各増幅率を算出し、その増幅率の逆数を乗じて、新たな重み係数を算出し、複素乗算器７１、７２、７３及び７４に出力する。これにより、ＡＧＣ制御電圧が大きく、可変アナログ増幅器３１〜３４での増幅率が高いブランチの影響を抑制することで、合成信号に混入するノイズの大きさを小さくすることが可能となる。

図２は、本発明の具体的な別の実施例にあたる、ダイバーシチ受信装置２００の構成を示すブロック図である。図２の構成は、特開２００４−２２１８０８に上記実施例１の構成を組み合わせたものである。

ダイバーシチ受信装置２００の構成は、４つのアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４と、各アンテナに対応して設けられた、乗算器（ダウンコンバータ）２１、２２、２３及び２４、可変アナログ増幅器３１、３２、３３及び３４、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４１、４２、４３及び４４、帯域分割フィルタ６１、６２、６３及び６４、複素乗算器７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ及び７４Ｌと、局部発振器１０、ＡＧＣ３０、直交復調部５０、重み係数演算器７０Ｌ及び加算器８０Ｌ及び結合器９０とから成る。尚、図では略しているが、Ｌｏｗ−Ｂａｎｄと示した構成に対応して、Ｍｉｄ−Ｂａｎｄに複素乗算器７１Ｍ、７２Ｍ、７３Ｍ及び７４Ｍ、重み係数演算器７０Ｍ及び加算器８０Ｍを、Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄに複素乗算器７１Ｈ、７２Ｈ、７３Ｈ及び７４Ｈ、重み係数演算器７０Ｈ及び加算器８０Ｈを有する。

ダイバーシチ受信装置２００の構成が図１のダイバーシチ受信装置の構成と異なる点は、ブランチごとに帯域分割フィルタで分割して、各帯域ごとにダイバーシチ合成を行い、それらを結合器９０で結合させることである。結合器９０の内容は、加算器８０Ｌ、８０Ｍ及び８０Ｈの出力について、例えば加算器８０Ｍの出力を基準に加算器８０Ｌ及び８０Ｈの出力との複素相関演算を行い、位相のズレを算出して、加算器８０Ｌ及び８０Ｈの出力に対する位相補償のための各々の複素重みを算出し、加算器８０Ｌ及び８０Ｈの出力と各々の複素重みを乗じたものと加算器８０Ｍの出力を加算することで、全帯域のダイバーシチ合成信号を得るものである。得られた全帯域のダイバーシチ合成信号は、後段の信号処理に出力される。

本実施例においても、実施例１と同様に、ＡＧＣ制御電圧が大きく、可変アナログ増幅器３１〜３４での増幅率が高いブランチの影響を抑制することで、合成信号に混入するノイズの大きさを小さくすることが可能となる。

〔ＡＧＣ３０と重み係数演算器７０の詳細について〕
以下、実施例１のダイバーシチ受信装置１００のＡＧＣ３０と重み係数演算器７０の詳細についての一例を、図３及び図４に基づいて説明する。尚、実施例２のダイバーシチ受信装置２００のＡＧＣ３０と重み係数演算器７０Ｌ、７０Ｍ、７０Ｈの詳細もほぼ全く同様に構成して良い。

図３のように、ＡＧＣ３０は、４つのアンテナＡｉ（ｉ＝１〜４）に対応するブランチｉ毎に、平均振幅算出器３５ｉ、加算器（減算器）３６ｉ、符合判定器３７ｉ、加算器３８ｉ及び遅延メモリ３８ｉＭ、ルックアップテーブルであるＡＧＣ−ＲＯＭ３９ｉのブランチを有する。

また、図３のように、重み係数演算器７０は、図示しないメモリを有するオフセット値加算器７１０、差分算出器７２０、重み係数抑圧量判定器７３０、正規化部７６０を有し、４つのアンテナＡｉ（ｉ＝１〜４）に対応するブランチｉ毎に、複素相関演算器７４ｉ、複素乗算器７５ｉ（２重乗算器）、平滑器７７ｉを有する。

ＡＧＣ３０の各ブランチの作用は以下の通りである。代表としてｉ＝１のブランチを示す。直交復調部５０から平均振幅算出器３５１に、アンテナＡ１で受信された信号に基づくベースバンド信号（複素信号）が出力される。平均振幅算出器３５１では所定時間の平均振幅（正の実数又は０）が算出され、加算器（減算器）３６１に出力される。加算器（減算器）３６１では、所定のメモリから出力されるベースバンド信号の振幅の目標値との差が算出される。この時、目標値よりも平均振幅算出器３５１の出力が大きければ正の値が符合判定器３７１に出力され、目標値よりも平均振幅算出器３５１の出力が小さければ負の値が符合判定器３７１に出力される。符合判定器３７１に正の値が入力された場合には１が加算器３８１に出力され、符合判定器３７１に負の値が入力された場合には−１が加算器３８１に出力される。加算器３８１にて遅延メモリ３８１Ｍに記憶された所定時間間隔前の「累積値」と符合判定器３７１の出力とが加算され、加算器３８１の出力は遅延メモリ３８１Ｍに逐次更新されながら記憶される。尚、加算器３８１の出力は例えば０〜１０２３の１０２４段階として、それ以外の値を取れないようにし、例えば遅延メモリ３８１Ｍに記憶された初期値は５１１とする。加算器３８１の出力は別途ルックアップテーブルであるＡＧＣ−ＲＯＭ３９１に出力される。ルックアップテーブルであるＡＧＣ−ＲＯＭ３９１においては、加算器３８１の出力である「累積値」をアドレスとして、記憶されたＡＧＣ電圧が可変アナログ増幅器３１に出力される。

容易に理解できる通り、加算器（減算器）３６１において、目標値と平均振幅算出器３５１の出力の差が０になるまで加算器３８１の出力が大きく、又は小さくなり、目標値と平均振幅算出器３５１の出力の差が０近傍となったところで加算器３８１の出力は収束する。実際、遅延メモリ３８１Ｍの初期値５１１をアドレスとするＡＧＣ−ＲＯＭ３９１に記憶されたＡＧＣ電圧で増幅された受信信号が、目標値よりも小さければ加算器３８１の出力は小さくなっていく。逆に遅延メモリ３８１Ｍの初期値５１１をアドレスとするＡＧＣ−ＲＯＭ３９１に記憶されたＡＧＣ電圧で増幅された受信信号が、目標値よりも大きければ加算器３８１の出力は大きくなっていく。こうして、収束した加算器３８１の出力をアドレスとして、記憶されたＡＧＣ電圧が可変アナログ増幅器３１に出力される。こうして直交復調部５０から出力されるベースバンド信号の振幅が目標値となるように各ブランチｉ毎に可変アナログ増幅器３ｉへ出力されるＡＧＣ電圧が制御される。

重み係数演算器７０については、まず重み係数抑圧量判定器７３０以下の作用について説明する。直交復調部５０から複素相関演算器７４ｉに、アンテナＡｉで受信された信号に基づくベースバンド信号（複素信号）が出力され、加算器８０から合成信号が出力される。複素相関演算器７４ｉにおいてはこの２つの信号の相関係数が求められ、複素乗算器７５ｉに出力される。今、重み係数抑圧量判定器７３０から複素乗算器７５１〜７５４の出力が全て１であるとすると、複素乗算器７５ｉは入力値がそのまま正規化部７６０に出力されることになる。正規化部７６０においては複素乗算器７５１〜７５４からの４つの値が所望の正規化方法により正規化され、平滑器７７１〜７７４に出力される。平滑器７７１〜７７４においては、所定の忘却係数αに基づき、入力値の変動を抑制した複素重み係数が各々複素乗算器７１〜７４に出力される。忘却係数αに基づく平滑化は、前回の重みをω_n、更新された重みをω_n+1、正規化部７６０の出力をω'として、ω_n+1＝αω'＋（１−α）ω_nによりω_n+1を算出するものである。

次に重み係数演算器７０の差分算出器７２０、重み係数抑圧量判定器７３０の作用について説明する。オフセット演算器７１０からは、入力値がそのまま出力される場合について先に述べる。即ち、ＡＧＣ３０の加算器３８１〜３８４の出力が、オフセット演算器７１０を介してそのまま差分算出器７２０に出力される。差分算出器７２０においては、各アンテナＡｉに対応する４つの「累積値」の最大値が選択され、他の３つの「累積値」と当該最大値との差が算出される。尚、「累積値」の最大値についても差を０として算出し、これら４つの差は重み係数抑圧量判定器７３０に出力される。上述の通り、「累積値」が大きいと言うことは増幅率が小さいこと、即ち増幅前の受信信号の電力が大きいことを意味している。

重み係数抑圧量判定器７３０においては、このような各アンテナＡｉに対応する４つの「累積値」の最大値との差に基づき、抑圧量が算出されて複素乗算器（二重乗算器）７５１〜７５４のそれぞれに出力される。こうして、ＡＧＣによりベースバンド信号の振幅がより増幅されているブランチについて、重み係数を算出する場合に相関値の影響を小さくするようにする。例えば「累積値」が最も大きい場合、即ち増幅率が最も小さい場合には相関値をそのままとし、「累積値」が小さいほど、即ち増幅率が大きいほど相関値に１未満のより小さい値を複素乗算器（二重乗算器）７５１〜７５４にて乗ずる。

重み係数抑圧量判定器７３０の、「累積値」の最大値との差に基づく抑圧量は次のように算出すると良い。例えば「累積値」が１０ビットで表される、即ち０乃至１０２３までの１０２４段階である場合には、当該「累積値」をルックアップテーブルのアドレスとしてゲイン１乃至０（１倍乃至０倍、或いは例えば０ｄＢ〜−７０ｄＢ）までの係数をＲＯＭに格納する。或いは、「累積値」を１１段階に区分して、ゲインを１、２^-1、２^-2、２^-3、…、２^-9、２^-10とし、いわゆるビットシフトで複素乗算器７５ｉの乗算を実現しても良い。１０２４段階の線形係数をＲＯＭに格納する場合は精度が良いが複素乗算器７５ｉとしてより複雑な回路が必要となる。ビットシフトを行う場合は複素乗算器７５ｉをシフトレジスタで構成できるので極めて単純となるが、精度が悪くなる。

次にオフセット演算器７１０の働きを説明する。上述の説明から明らかな通り、設計によってはオフセット演算器７１０を省略することができる。４つのアンテナの信号が、ノイズの混在量が等しい場合などである。これは図４．Ａのように示す。図４．Ａでは、各ブランチの受信信号の電力自体を示している。図４．Ａではブランチ４が最も受信信号が大きく、ブランチ１、ブランチ３、ブランチ２の順に受信信号の電力が小さくなっている。上述の通り、増幅前の受信信号が大きいほど「累積値」は大きい。この場合、ＡＧＣにより各ブランチが増幅されることで、ブランチ４の受信電力（の増幅したもの）と等しくなるように各ブランチの信号が増幅されている。するとダイバーシチ合成の際の重み係数を求める際、「ＡＧＣで増幅された各ブランチの信号」に基づいて計算される相関係数に対し、図４．Ａで「最大ブランチとの差分」と示した量だけ、各ブランチの相関係数を小さくする必要がある。尚、図４．Ａでは、４つのアンテナの信号が、ノイズの混在量が等しいので、ブランチ間で「オフセット」を設ける必要がない。

一方、もともとノイズレベルに差がある場合、例えば車載受信装置において、アンテナＡ１とＡ２とをフロントガラスに設置し、アンテナＡ３とＡ４とをリヤバンパーに設置した場合、路面に近いアンテナＡ３とＡ４の受信信号は、アンテナＡ１とＡ２の受信信号に比べてノイズレベルが一般に小さい。すると、アンテナＡ３とＡ４の受信信号の電力自体がアンテナＡ１とＡ２の受信信号の電力より小さい場合であっても、ダイバーシチ受信の重み付けとしてはアンテナＡ３とＡ４の重みを大きくしアンテナＡ１とＡ２の重みを小さくしてノイズの影響を抑制すべきである（図４．Ｂ）。即ち、アンテナＡ３とＡ４の受信信号がＡＧＣにより増幅されていても、重み付けにおいて抑圧されざるべきである。そこで図４．Ｃに示す通り、オフセット演算器７１０において、重み付けにおいて抑圧されざるべきブランチの「累積値」にオフセットを設けて、ブランチ間の重みにオフセットを設ける。こうして、ノイズレベルが小さいブランチは、ＡＧＣにより増幅されていても、即ち「累積値」が小さくても、「累積値」を嵩上げして、重み付けにおいて抑圧されない様にすることができる。

〔変形例〕
上記各実施例においては、重み係数の演算において、ＡＧＣ制御電圧の反映されていない新たな重み係数に対し、ＡＧＣ制御電圧から増幅率を算出し、その増幅率の逆数を乗じたが、他の方法でＡＧＣ制御電圧の大きいブランチの重み係数の大きさを小さくする方法でも良い。例えばＡＧＣ制御電圧がある閾値を越えブランチであって、ＡＧＣ制御電圧の反映されていない新たな重み係数（複素数の場合はその絶対値）が所定の値を越えている場合は、重み係数（複素数の場合はその絶対値）を当該所定の値とする。

本発明は様々な他のダイバーシチ合成手法と組み合わせることができる。重み係数は全てのブランチに対して絶対値を１とする等利得合成としても良く、各ブランチ毎に絶対値が異なる最大比合成としても良い。

本発明は車両等において、地上波デジタルテレビ放送を受信するための装置に適用できる。

本発明の具体的な一実施例に係るダイバーシチ受信装置１００の構成を示したブロック図。 本発明の具体的な別の実施例に係るダイバーシチ受信装置２００の構成を示したブロック図。 オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）３０と重み係数演算器７０の構成の詳細を示すブロック図。 オフセット演算器７１０の作用を示す概念図。

符号の説明

１００、２００：ダイバーシチ受信装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４：アンテナ
１０：局部発振器
２１、２２、２３、２４：乗算器
３０：オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）
３１、３２、３３、３４：可変アナログ増幅器
４１、４２、４３、４４：アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
５０：直交復調部
６１、６２、６３、６４：帯域分割フィルタ（３帯域）
７０、７０Ｌ、７０Ｍ、７０Ｈ：重み係数演算器
７１、７２、７３、７４、７１Ｌ、７２Ｌ、７３Ｌ、７４Ｌ、７１Ｍ、７２Ｍ、７３Ｍ、７４Ｍ、７１Ｈ、７２Ｈ、７３Ｈ、７４Ｈ：複素乗算器
８０、８０Ｌ、８０Ｍ、８０Ｈ：加算器
９０：結合器

Claims (2)

1. 複数のアンテナを有し、それにより受信した複数の受信信号を１つに合成して信号処理を行うダイバーシチ受信装置において、
   前記複数のアンテナごとに設けられた、制御電圧によって増幅率を制御可能な増幅率可変アナログ増幅器と、その出力信号に対して重みを乗ずる乗算器と、
   前記増幅率可変アナログ増幅器の出力信号に対する前記重みを決定する重み係数演算器と、
   前記増幅率可変アナログ増幅器を制御するための各制御電圧を生成する制御電圧生成部を有し、
   前記重み係数演算器は、前記各制御電圧に応じて前記重みを決定することを特徴とするダイバーシチ受信装置。
2. 前記重み係数演算器は、複素信号である合成信号と、前記増幅率可変アナログ増幅器の出力信号を直交復調及びアナログ／デジタル変換した複素信号との複素相関係数に、前記各増幅率の逆数を乗じて前記重みを決定することを特徴とするダイバーシチ受信装置。