アンテナ・ダイバーシチ装置及びアンテナ・ダイバーシチ方法
【課題】アンテナ・ダイバーシチ装置において、同一フレームにおいて複数のアンテナの受信電界強度比較を行うことで、受信に最適なアンテナを選択できる構成を得る。
【解決手段】送受信電波が入力される複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを備えた装置において、受信電界強度処理部１０は、前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルすることで各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出する電界強度演算部１３を有し、前記アンテナ切換制御部４が前記電界強度演算部の演算処理結果に基づいてアンテナ切換を行うことで、プリアンブル部に続く有効な受信データを受信する。
【解決手段】送受信電波が入力される複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを備えた装置において、受信電界強度処理部１０は、前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルすることで各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出する電界強度演算部１３を有し、前記アンテナ切換制御部４が前記電界強度演算部の演算処理結果に基づいてアンテナ切換を行うことで、プリアンブル部に続く有効な受信データを受信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数系統のアンテナを備えたＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式におけるダイバーシチ制御機能を有した無線通信システムに関し、特に、常に受信状態が良好なアンテナを選択することが可能なアンテナ・ダイバーシチ装置、及び、アンテナ・ダイバーシチ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムの携帯局と基地局との通信においては、電波伝搬環境により受信信号レベルが変動するいわゆるフェージングが発生する。フェージングによる電界強度の深い落ち込みを救済するために、アンテナ選択ダイバーシチ方式が一般的に用いられている。アンテナ選択ダイバーシチ方式では、複数のアンテナと複数の受信機を備えて受信状態が良いほうのアンテナを選択して受信する。
【０００３】
アンテナ選択ダイバーシチ方式の具体例としては、二つのアンテナ及び受信機を有する無線通信システムにおいて、主幹系及び補助系のアンテナに対する受信電界強度情報（RSSI）を同時に測定し、その比較結果で、次の１フレーム分の送受信系を選択していた。
【０００４】
この種のアンテナ選択ダイバーシチ方式においては、複数個の受信機を備えて構成することが必要であり、コストアップを招くという課題があった。これを改善するために、特許文献１では、ＴＤＭＡ／ＴＤＤの無線通信方式において、受信フレームのプリアンブル部で、前フレームと異なるアンテナで受信電界強度を測定し、前フレームの測定結果と比較し、レベルの高い方でフレーム同期以降の有効データ受信する方式が提案されている。
【０００５】
すなわち、特許文献１に記載されたダイバーシチ方式は、送信機と、送信データを変調する変調器と、信号を受信する受信機と、受信データを復調する復調器と、送受信電波をキャッチする複数のアンテナと、複数のアンテナのそれぞれを送信機または受信機に選択的に切り替え接続するアンテナ切換スイッチと、送受信動作およびアンテナ切換動作をコントロールする制御部とを有し、前記制御部により受信時のアンテナ選択を行なうＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信装置のアンテナ・ダイバーシチ方法において、前記複数のアンテナを、受信ＴＤＭＡスロットの受信電界強度測定開始の都度、受信フレームの直前スロットにおいて前フレームの受信ＴＤＭＡスロットと異なるアンテナに切り替え、前記受信フレームのうちのプリアンブル部で電界レベルを測定し、前フレームでの測定結果と比較し、その結果により今回の受信レベルが低い時のみ、同じ受信フレームのうちのフレーム同期部で再度切り替えて、以後有効データの受信を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０８１０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、複数のアンテナを受信ＴＤＭＡスロットの受信電界強度測定開始の都度、受信フレームの直前スロットにおいて前フレームの受信ＴＤＭＡスロットと異なるアンテナに切り替え、前記受信フレームのうちのプリアンブル部で電界レベルを測定し、前フレームでの測定結果と比較し、その結果により今回の受信電界レベルが低い時のみ、同じ受信フレームのうちのフレーム同期部で再度切り替えて、以後有効データの受信を行うという特許文献１に記載の方式においては、受信電界強度の比較は現在のフレームと、５ミリ秒前のフレームとの測定結果の比較を行うので完全に同時刻の受信電界強度の比較を行うわけではない。
そのため、フェージングの速度が速いとき等は、１〜２ｍ秒の期間で発生するフェージングの深い落ち込みを正確に検出することができずに、必ずしも受信電界強度の高いアンテナが選択されない場合があるという問題点があった。
【０００８】
例えば、図１０に示すように、第１アンテナ及び第２アンテナによる受信状態が受信電界強度（RSSI信号）でフェージングによって変動している場合を例に説明する。
フェージングの周期は電波の周波数と移動速度によって異なるが、ＰＨＳシステムにおいて時速１０ｋｍ程度の速度で移動した場合においてもフェージング周波数は２０Ｈｚ程度になり、フェージングの深い谷間は１〜２ｍｓになる。
【０００９】
このような受信状態の場合、時刻Ａにおいてはアンテナ２の受信電界強度がアンテナ１の受信電界強度よりも高い値なので、アンテナ２が選択され、好適なアンテナ選択ダイバーシチが実現される。
その一方、時刻Ｂにおいてはアンテナ２の受信電界強度がアンテナ１の受信電界強度よりも高い値なのでアンテナ２が選択されるが、１フレーム後には受信電界強度がフェージングによって大きく落ち込んでいるので、１フレーム前の受信電界強度情報との比較によるアンテナ選択では、受信電界強度が低いほうのアンテナを選択してしまうという結果になる。
図１０のような受信電界強度の深い落ち込みがある受信状態においても、複数の受信系統を備えることなく、受信電界強度が高いほうのアンテナを正確に選択可能な方式の実現が望まれていた。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式の受信機において複数の受信系統を具備することなく、同一フレームにおいて複数のアンテナの受信電界強度比較を行うことを可能とすることで、受信に最適なシステムを構成することができるアンテナ・ダイバーシチ装置及びその方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明は、受信バーストの先頭期間（プリアンブル部の期間は１６μ秒）に、スイッチにより二つのアンテナを交互に選択し、それぞれのアンテナに対する電界レベルを測定する。
一般的には受信バーストの先頭期間（ＰＨＳにおいては１６μ秒）は両方のアンテナの電界レベルを測定するには短すぎる。その結果、真の受信レベルが測定できず、誤ったアンテナが選択される可能性がある。
そこで、本発明においては、受信バースト先頭期間内に真のRSSIの値を推測するために、１アンテナあたり少なくとも２点の電界情報をサンプルすることで傾きを検出して真の受信電界情報を推測し、どちらのアンテナの受信レベルが高いかを判断することによって、受信電界レベルの大きいほうのアンテナを選択するものである。
【００１２】
すなわち、本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置（請求項１）は、送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを備えた装置において、
前記受信電界強度処理部は、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルすることで各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出する電界強度演算部を有し、
前記アンテナ切換制御部が前記電界強度演算部の演算処理結果に基づいてアンテナ切換スイッチを動作させてアンテナ切換を行うことで、選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴としている。
【００１３】
請求項２は、請求項１のアンテナ・ダイバーシチ装置において、
前記受信電界強度処理部は、
検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定する演算処理を行うことを特徴としている。
【００１４】
本発明のアンテナ・ダイバーシチ方法（請求項３）は、送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを有し、前記アンテナ切換制御部により受信時のアンテナ選択を行う方法において、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルし、
これらの受信電界情報から各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出し、
前記傾きを比較し傾きが大きい受信電界情報信号のアンテナを選択し、
選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴としている。
【００１５】
請求項４は、請求項３のアンテナ・ダイバーシチ方法において、
前記演算処理は、検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定し、前記収束値を比較することでアンテナを選択することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数のアンテナと一系統の受信機を持つ簡単な構成で、有効受信データの受信動作を行う前に、当該受信フレームの先頭部分で複数アンテナの受信電界強度をサンプルすることで、各受信電界情報信号の傾き又は収束値を演算処理により検出して比較を行うことで、アンテナ選択ミスを生じることなく、複数受信機を有して受信電界情報を常に比較して良好な受信状態のアンテナを選択する従来の無線機と同等の受信感度のアンテナ・ダイバーシチ方式を提供することができる。
すなわち、複数系統のアンテナを含持つTDMA／TDD方式の無線通信システムにおいて、受信機の数を増やすことなく同一受信フレーム内で複数のアンテナの電界レベルを比較し、その判定結果に従って常に受信状態が良好なアンテナを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置の受信系統の概略構成を示すブロック図である。
【図２】TDMA／TDD無線方式の送受信タイミングチャート図である。
【図３】（ａ）はTDMA／TDD無線方式のフレーム構成、（ｂ）はフレーム構成に対応する選択アンテナを説明するモデル図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はアンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部による受信電界強度推定の仕組みを説明するグラフ図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はアンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部での収束値を演算するためのグラフ図である。
【図６】アンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部で測定されるRSSI信号実測波形図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は受信電界強度処理部で測定される実波形による受信電界強度推定を説明するグラフ図である。
【図８】アンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部における処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】アンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部における処理手順の他の例を示すフローチャート図である。
【図１０】複数アンテナにおける受信電界強度の受信状態を説明するためのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時分割多重アクセス／時分割双方向）無線通信方式を採用している。ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時分割多重アクセス／時分割双方向）無線通信方式で使用される信号フォーマットは標準化されており、１つの無線キャリヤ（周波数）を１フレーム５ｍｓで構成し、これを８分割したスロットと呼ばれる単位が定義されている。１スロットは６２５μｓであり、無線キャリアの１フレームは送信４スロット（送信区間）と受信４スロット（受信区間）で構成され、４通信路とすることができる。
【００１９】
例えば、図２のような送信側から無線キャリアの１フレーム中のチャネル１の送信ＴＤＭＡスロットＣＨ１ ＴＸに乗せて送られた通信データは、受信側では所定のスロットルタイミングで検出されてチャネル１の受信ＴＤＭAスロットＣＨ１ ＲＸで受信される、というようなデータ送受信が行われる。この方式で送受信される通信データ（１フレーム）の１スロットは、図３（ａ）のような、プリアンプル部、フレーム同期部、有効受信データから構成されている。
【００２０】
図１は、本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置の受信系統に関する概略構成を示すブロック図である。
本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置は、無線信号を送受信するための第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２と、送受信時に選択するアンテナ系を切り換えるアンテナ切換スイッチ３と、アンテナ切換スイッチ３を制御するアンテナ切換制御部４と、第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２からの信号を受信する受信機５と、受信信号を復調する復調器６と、TDMA／TDD無線方式の受信タイミングを制御するTDMA処理部７と、復調器６で復調されたディジタル受信信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部８と、送受信される信号を音声信号処理する音声コーデック部９と、受信機５からの受信電界強度情報（ＲＳＳＩ）を演算処理する受信電界強度処理部１０を備えて構成されている。
また、実際の無線通信機器では送信機（図示せず）が配置され、第１アンテナ１及び第２アンテナ２は送受信切換スイッチ（図示せず）を介して、送受信で共用される。
【００２１】
本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置では、図２（ａ）のようなスロットに対して、図２（ｂ）のようなタイミングで第１アンテナ１と第２アンテナ２との選択が行われる。すなわち、スロットにおけるプリアンブル部の前半部分では、第１アンテナの選択が行われ、プリアンブル部の後半部分においては第２アンテナ２の選択が行われ、フレーム同期部及び有効受信データ部分においては、受信電界強度処理部１０での演算結果に基づいて選択されたアンテナでの受信が行われる。
以下、アンテナからの信号を受信する場合における各部の役割について説明する。
【００２２】
第１アンテナ１及び第２アンテナ２は、空間ダイバーシチによってアンテナ相関係数が十分低くなるように十分距離をとって配置される。又は、指向性ダイバーシチによってアンテナ相関係数が十分に異なるように指向性が異なるように配置される。
【００２３】
アンテナ切換スイッチ３は、第１アンテナ１又は第２アンテナ２に切り換えることで、選択されたアンテナから信号を送受信する。
アンテナ切換制御部４は、受信電界強度処理部１０の演算結果を受けてアンテナ切換スイッチ３を制御する。受信電界強度処理部１０における演算処理の詳細については後述する。
【００２４】
受信機５は、選択されたアンテナからの信号を受信し、復調に適した振幅に増幅した後に復調器６に出力するとともに、受信電界強度信号（RSSI）を受信電界強度処理部１０へ出力する。
復調器６は受信機５で受信した有効受信データの信号を復調するものである。
Ｄ／Ａ変換部８は、復調器６で復調されたディジタル受信信号をアナログ信号に変換する。
音声コーデック部９は、Ｄ／Ａ変換部８から出力された信号を音声信号処理するものである。
【００２５】
TDMA処理部７は、TDMA／TDD無線方式による無線チャネルの受信フレームにおいて必要なタイミングを作成するものであり、TDMA処理部７から出力されたタイミングで、アンテナ切換制御部４におけるアンテナ切り換えと受信電界強度処理部１０におけるＤＩＶタイミング制御が行われ、第1のアンテナ１と第2のアンテナ２の電界強度の抽出が行われる。
すなわち、図２で示したTDMA／TDD無線方式による無線チャネルの受信フレームのスロットの先頭部分において、アンテナ切換制御部４が前記第１のアンテナと第２のアンテナを切換えて受信するようにする。
【００２６】
アンテナ切換制御部４は、受信フレームの先頭部分で第１のアンテナ１と第２アンテナ２を交互に選択し、このプリアンブル部で第１アンテナ１及び第２アンテナ２の受信電界強度情報（RSSI）を受信電界強度処理部１０で測定する。この動作は、受信フレームのプリアンブル部分で完了させることで、プリアンブル部でアンテナの選択が完了し、選択されたアンテナで受信フレームのフレーム同期部及び有効受信データ（図２）が受信される。
【００２７】
受信電界強度処理部１０は、電界強度データ収集・記憶部１１と、αデータ記憶部１２と、電界強度演算部１３と、電界強度比較部１４と、アンテナ制御信号作成部１５と、ＤＩＶタイミング制御部１６を有して構成されることで、受信機５からの受信電界強度情報を演算処理することでアンテナを選択し、アンテナ選択信号をアンテナ切換制御部４に出力することが行われる。
アンテナ選択のための受信電界強度情報に関する演算処理は、各アンテナで受信する電界強度の傾きから推定する収束値Vantを比較することで行われる。
【００２８】
ＤＩＶタイミング制御部１６は、受信電界強度処理部１０の電界強度データ収集・記憶部１１におけるデータ収集タイミング等の動作タイミングを制御するものである。
【００２９】
電界強度データ収集・記憶部１１は、ＤＩＶタイミング制御部１６のタイミングに基づき受信機５からの電界強度情報（RSSI）を収集し記録する。すなわち、ＤＩＶタイミング制御部１６からの制御信号により、スロット開始から一定期間（例えば開始から１０μs）は、TDMA処理部７のタイミングで第１アンテナ１側が選択される。この間、電界強度データ収集・記憶部１１で、２か所の電界強度レベル（V1,V2）が測定されそれぞれ記憶される。そして、スロット開始から前記一定期間が経過した後の一定期間（例えば開始から１０μsから２０μs）は、TDMA処理部７のタイミングで第２アンテナ２側が選択される。この間、電界強度データ収集・記憶部１１で、２か所の電界強度レベル（V3,V4）が測定されそれぞれ記憶される。
また、電界強度データ収集・記憶部１１では、電界強度レベルが充分安定した時点（例えば、スロット開始後２００μs付近）で、実際の電界強度レベルVantが測定され記憶されるようになっている。
【００３０】
αデータ記憶部１２は、電界強度演算部１３が電界強度の収束値Vantを演算するための定数αの初期値を予め記憶させておくものである。
電界強度演算部１３は、電界強度データ収集・記憶部１１からの第１アンテナ１選択時の測定値である電界強度レベルV1,V2、第２アンテナ２選択時の測定値である電界強度レベルV3,V4及びαデータ記憶部からのαにより、電界強度の収束値Vant1及びVant2が計算される。電界強度の収束値Vantとは、電界強度が安定する値であり、本発明では、２点の電界強度レベルと時定数からその値を演算して推定することが行われる。
すなわち、第１アンテナ１選択時の測定値である電界強度レベルV1,V2から傾きを求め、推定したのが収束値Vant1であり、第２アンテナ２選択時の測定値である電界強度レベルV3,V4から傾きを求め、推定したのが収束値Vant2である。収束値Vantの具体的な算出方法は後述する。
【００３１】
また、電界強度演算部１３で、電界強度レベル（V1,V2又はV3,V4）のアンテナ選択側の値と、時間が経過した場合の実際の電界強度レベルVantから、αの値が再計算され、αデータ記憶部１２のαの値が更新されるようになっており、次回の受信スロットでの電界強度の収束値の計算に用いられる。
電界強度比較部１４は、第１アンテナ１選択時の測定値から推定する収束値Vant1と、第２アンテナ２選択時の測定値から推定する収束値Vant2を比較し、電界強度の大きい方のアンテナを選択するように決定する。
【００３２】
アンテナ制御信号作成部１５は、スロット開始後２０μs以降は、電界強度比較部１４で選択した収束値（大きい値）に対応するアンテナが選択されるよう制御信号を作成し、アンテナ切換制御部へ出力する。
【００３３】
上述したアンテナ・ダイバーシチ装置では、スロットのプリアンブル部において、第１アンテナ１を選択する期間を１０μｓ、第２アンテナ２を選択する期間を１０〜２０μｓとしたが、これらの値は暫定的であり、プリアンブル部期間内で各電界強度レベル（V1,V2又はV3,V4）が測定可能な期間であればよい。
【００３４】
電界強度演算部１３における電界強度の収束値を算出する原理（計算方法）について説明する。
電界強度の出力特性Vは、オーバーシュートやリンギングが発生しない場合、１次遅れ要素の過渡応答として理解できる。すなわち、初期値が零の場合は、下式で表現される。
V＝Vant(１−EXP(-t/T))
ここで、Vantは受信電界強度（収束値）、Tは回路で決定される時定数、tは時間を示す。
電界強度Vの傾きは、dV/dt＝（Vant /T）×EXP(-t/T)であり、この傾きdV/dtを用いて受信電界強度Vantを表現すると、下式のようになる。
Vant＝V＋（dV/dt）×T
従って、ある時刻ｔの電界強度Ｖの傾きを外挿し、時定数T後の電圧値を計算することにより、受信電界強度（収束値Vant）を容易に求めることができる。
また、上式は、初期値が零以外の場合でも使用可能とすることができる。
【００３５】
次に、上述したアンテナ・ダイバーシチ装置の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。
図４は受信電界強度電圧がRC１次の時定数回路を経由して出力され、第１アンテナ１の選択期間が５μｓ、第２アンテナ２の選択期間が１０μｓとした場合のシミュレーション結果（モデル化された波形を使用した測定結果）である。
破線で表したのは期待される受信電界強度であるが、実際の電気回路では受信電界強度信号は一定の積分時定数を持って出力される。
【００３６】
先ず、同一受信フレームのプリアンブル期間で第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度情報を比較する。
有効受信データに悪影響を与えないためには、プリアンブル期間で第１アンテナ１側及び第２アンテナ２側の測定を完了して、どちらのアンテナで受信するかを決定し、有効受信データが開始する前に、その選択を終了する必要がある。
【００３７】
受信電界強度処理部１０では、受信レベルの値を単に比較するのではなく、上述したように第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度（測定値）からその収束値Vant１，収束値Vant2を推定し、その受信レベルが高いほうのアンテナを選択する処理を行うので、実際の値に近い値で判断することができる。
【００３８】
例えば、スロット先頭部分で図４（ａ）のように電界強度が変化する場合、第１アンテナ１の測定値Ａが第２アンテナ２の測定値Ｂよりも低い値が検出される。この場合には、第１アンテナ１の受信電界強度電圧が５μsのうちに十分に立ち上がらない場合にも、第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度の大小関係が逆転することはない（測定値の大小と、収束値Vantの大小が一致する）。
一方、スロット先頭部分で図４（ｂ）のように電界強度が変化する場合、第１アンテナ１の受信レベルＣが第２アンテナ２の測定値Ｄよりも大きい値が検出される。この場合は、第１アンテナ１と第２アンテナ２の測定値と収束値の大小関係が逆転するので、正確なアンテナ選択を行うことができる（単に、受信レベルの値を比較するだけでは正確なアンテナ選択ができない）。
【００３９】
受信電界強度処理部１０では、受信電界強度は第１アンテナ１および第２アンテナ２のいずれの選択期間においても少なくとも２点のサンプル値が測定される。
例えば、第１アンテナ１選択期間中に２点、第２アンテナ２選択期間中に２点サンプルされた場合に、それぞれのサンプル点の電圧をV1,V2,V3,V4とする。
【００４０】
受信電界強度処理部１０の電界強度演算部１３においては、V1及びV2から次式により第１アンテナ１の実際の受信電界強度Vant1を推定して求める。
Vant1=V1+α(V2−V1)
上式においてαは回路の時定数とサンプル間隔によって決まる定数である。
【００４１】
同様にV3およびV4から次式により第２アンテナ２の実際の受信電界強度Vant2を推定して求める。
Vant2=V3+α(V4−V3)
上式においてαは回路の時定数とサンプル間隔によって決まる定数である。
【００４２】
すなわち、図４（ａ）の例では、電圧V1,V2,V3,V4から電位差Ａ，Ｂを求め、図５（ａ）のグラフから電位差Ａ，Ｂに対応する収束値Vant１及びVant２を求めることができる。
また、図４（ｂ）の例では、電圧V1,V2,V3,V4から電位差Ｃ，Ｄを求め、図５（ｂ）のグラフから電位差Ｃ，Ｄに対応する収束値Vant２及びVant１を求めることができる。
【００４３】
そして、アンテナ制御信号作成部１５において、Vant１の値とVant２の値から受信電界強度が大きいほうのアンテナが選択される制御信号をアンテナ切換制御部４に出力する。
【００４４】
αは、通常、第１アンテナ１と第２アンテナ２で共通の値であり、選択した側の受信電界強度（収束値）Vantから、下式のように求めることができる。
α＝（Vant−V1）／（V2−V1） ：（アンテナ１側を選択した場合）
または、
α＝（Vant−V3）／（V4−V3） ：（アンテナ2側を選択した場合）
【００４５】
図６は実際に受信機５から出力される電界強度（RSSI）信号をオシロスコープで観測した例である。電界強度（RSSI）信号は立ち上がりから安定するまで２０μs程度の時間を有し、受信信号振幅はプリアンブルに含まれるシンボルによって時間的に変動するので、RSSI信号にはリップルが含まれている。
RSSI信号の立ち上がりから２０μs程度の時間がプリアンブル部分になるが、この期間に第１アンテナ１及び第２アンテナ２を切り換えて受信電界強度を測定した場合でも、各アンテナでの収束値を演算により求めることができる。
【００４６】
アンテナ・ダイバーシチ装置の電界強度データ収集・記憶部１１（受信電界強度処理部１０）で測定される実際の波形について、図７を用いて説明する。
図７の例では、プリアンブル部において第１アンテナ１が１０μs、第２アンテナ２が２０μsの期間選択されている。
図７（ａ）は、第１アンテナ１の受信電界強度が第２アンテナ２の受信電界強度よりも大きい場合の例（図４（ｂ）に対応）であり、理想的には図の実線で表したようなRSSI情報になるが、実際の系ではリップル及びアンテナスイッチング時に発生するノイズを取り除くためのフィルタ回路が必要になる。
フィルタ回路を通ったあとのRSSI信号は図中の破線で表されるが、これは図４（ｂ）でモデル化された信号と同様の波形になる。
【００４７】
一方、図７（ｂ）は、第２アンテナ２の受信電界強度が第１アンテナ１の受信電界強度よりも大きい場合の例（図４（ａ）に対応）であり、図７（ａ）と同じくフィルタ回路を通ったあとのRSSI信号は図中の破線で表されるが、これは図４（ａ）にてモデル化された信号と同様の波形になる。
【００４８】
次に、アンテナ・ダイバーシチ装置の動作手順について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
受信電界強度処理部１０で受信機５からスロットのプリアンブル部の先頭部分を受信した時（前スロットが終了した場合）（ステップ２０１）、アンテナ１の選択を行う（ステップ２０２）。
受信電界強度処理部１０における動作及びタイミングは、ＤＩＶタイミング制御部１６から各部に制御信号を出力することにより制御されている。スロット開始から１０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第１アンテナ１側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第１アンテナ１側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV1,V2を測定・記憶し、αデータ記憶部からのαを参照して電界強演算部１３において電界強度の収束値Vant１（第１アンテナ１側）を計算する（ステップ２０３）。
【００４９】
次に、アンテナ２側を選択する（ステップ２０４）。
スロット開始後１０μsから２０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第２アンテナ２側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第２アンテナ２側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV3,V4を測定・記憶し、αデータ記憶部からのαを参照して電界強演算部１３において電界強度の収束値Vant２（第２アンテナ２側）を計算する（ステップ２０５）。
【００５０】
続いて、電界強度比較部１４において、収束値Vant１と収束値Vant２を比較し（ステップ２０６）、電界強度の大きい方のアンテナ選択を決定する。すなわち、収束値Vant１が収束値Vant２より大きい値である場合は、第１アンテナ１への切り換えを行う（ステップ２０７）。収束値Vant１が収束値Vant２より小さい値である場合は、第２アンテナ２に選択された状態を維持する。
その結果、スロット開始後２０μs以降は、アンテナ制御信号作成部１５で、電界強度の大きい方のアンテナが選択される。
【００５１】
次に、電界強度レベルが充分安定した時点（例えば、スロット開始後２００μs付近）で、実際の電界強度レベルVantを測定し（ステップ２０９）、この値を電界強度データ収集・記憶部１１に記憶する。そして、電界強度演算部１３において、再記憶されたVantと電界強度レベル（V1,V2又はV3,V4）のアンテナ選択側から、αの値が再計算され、αデータ記憶部のαの値が更新される（ステップ２１０）。
精度の良い収束値を推測するために、αの平均化処理やαの校正を実施することで、高精度のαを求めることが可能である。
予め機器ごとにαを校正してαデータ記憶部１２に記憶させた場合は、ステップ２０９およびステップ２１０を飛ばしても良い。
【００５２】
上述したアンテナ・ダイバーシチ装置の電界強度演算部１３及び電界強度比較部１４によれば、各アンテナから受信する電界強度の傾きから収束値Vantを推定演算し、収束値Vantを比較することでアンテナ選択を行うが、電界強度演算部１３において電界強度の傾きのみ算出し、電界強度比較部１４でこの傾き同士を比較することでアンテナ選択を行うようにしてもよい。
この場合の動作手順を図９のフローチャートに示す。
【００５３】
受信電界強度処理部１０で受信機５からスロットのプリアンブル部の先頭部分を受信した時（前スロットが終了した場合）（ステップ１０１）、アンテナ１の選択を行う（ステップ１０２）。
スロット開始から１０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第１アンテナ１側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第１アンテナ１側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV1,V2を測定・記憶し（ステップ１０３）、電界強演算部１３において電界強度の傾きＡ１（第１アンテナ１側）を計算する（ステップ１０４）。
【００５４】
次に、アンテナ２側を選択する（ステップ１０５）。
スロット開始後１０μsから２０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第２アンテナ２側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第２アンテナ２側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV3,V4を測定・記憶し（ステップ１０６）、電界強演算部１３において電界強度の傾きＡ２（第２アンテナ２側）を計算する（ステップ１０７）。
【００５５】
続いて、電界強度比較部１４において、傾きＡ１と傾きＡ２を比較し（ステップ１０８）、傾きの大きい方のアンテナ選択を決定する。すなわち、傾きＡ１が傾きＡ２より大きい値である場合は、第１アンテナ１への切り換えを行う（ステップ１０９）。傾きＡ１が傾きＡ２より小さい値である場合は、第２アンテナ２に選択された状態を維持する。
その結果、スロット開始後２０μs以降は、アンテナ制御信号作成部１５で、電界強度の傾きが大きい方のアンテナが選択される。
【００５６】
この例によれば、収束値Vantの計算が不要となるので演算部の簡略化、及び、演算にαが不要となるのでαデータ記憶部を設ける必要がなく、構成がより簡単な装置とすることができる。
【００５７】
上述したアンテナ・ダイバーシチ装置によれば、同一受信フレームのスロットにおけるプリアンブル期間で第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度情報を比較することでアンテナ選択を行う。
この場合、それぞれのアンテナの受信電界強度を測定する時間が短くなるため、受信電界強度の出力特性における時定数がこの測定時間より充分短い場合を除き、正確な受信電界強度が測定できなくなり、結果として、アンテナ選択ダイバーシチにおけるアンテナ選択エラーが発生する可能性があるが、上述の装置構成では、測定されたそれぞれ２点の受信電界強度から傾きを算出し、時定数を考慮した収束値を演算により算出するため、安定化した場合の受信電界強度が推定できるので、正確なアンテナ選択を判断することができる。
【００５８】
すなわち、上述した構成によれば、複数系統のアンテナを備えたTDMA／TDD方式の無線通信システムにおいて、電界情報の傾きを検出することで、受信機の数を増やすことなく同一受信フレーム内で複数のアンテナの正確な電界レベルを推定して比較することができ、その判定結果により常に受信状態が良好なアンテナを選択することが可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
１…第１アンテナ１、 ２…第２アンテナ、 ３…アンテナ切換スイッチ、 ４…アンテナ切換制御部、 ５…受信機、 ６…復調器、 ７…TDMA処理部、 ８…Ｄ／Ａ変換部、 ９…音声コーデック部９、 １０…受信電界強度処理部、 １１…電界強度データ収集・記憶部、 １２…αデータ記憶部、 １３…電界強度演算部、 １４…電界強度比較部、 １５…アンテナ制御信号作成部、 １６…ＤＩＶタイミング制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数系統のアンテナを備えたＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式におけるダイバーシチ制御機能を有した無線通信システムに関し、特に、常に受信状態が良好なアンテナを選択することが可能なアンテナ・ダイバーシチ装置、及び、アンテナ・ダイバーシチ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムの携帯局と基地局との通信においては、電波伝搬環境により受信信号レベルが変動するいわゆるフェージングが発生する。フェージングによる電界強度の深い落ち込みを救済するために、アンテナ選択ダイバーシチ方式が一般的に用いられている。アンテナ選択ダイバーシチ方式では、複数のアンテナと複数の受信機を備えて受信状態が良いほうのアンテナを選択して受信する。
【０００３】
アンテナ選択ダイバーシチ方式の具体例としては、二つのアンテナ及び受信機を有する無線通信システムにおいて、主幹系及び補助系のアンテナに対する受信電界強度情報（RSSI）を同時に測定し、その比較結果で、次の１フレーム分の送受信系を選択していた。
【０００４】
この種のアンテナ選択ダイバーシチ方式においては、複数個の受信機を備えて構成することが必要であり、コストアップを招くという課題があった。これを改善するために、特許文献１では、ＴＤＭＡ／ＴＤＤの無線通信方式において、受信フレームのプリアンブル部で、前フレームと異なるアンテナで受信電界強度を測定し、前フレームの測定結果と比較し、レベルの高い方でフレーム同期以降の有効データ受信する方式が提案されている。
【０００５】
すなわち、特許文献１に記載されたダイバーシチ方式は、送信機と、送信データを変調する変調器と、信号を受信する受信機と、受信データを復調する復調器と、送受信電波をキャッチする複数のアンテナと、複数のアンテナのそれぞれを送信機または受信機に選択的に切り替え接続するアンテナ切換スイッチと、送受信動作およびアンテナ切換動作をコントロールする制御部とを有し、前記制御部により受信時のアンテナ選択を行なうＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信装置のアンテナ・ダイバーシチ方法において、前記複数のアンテナを、受信ＴＤＭＡスロットの受信電界強度測定開始の都度、受信フレームの直前スロットにおいて前フレームの受信ＴＤＭＡスロットと異なるアンテナに切り替え、前記受信フレームのうちのプリアンブル部で電界レベルを測定し、前フレームでの測定結果と比較し、その結果により今回の受信レベルが低い時のみ、同じ受信フレームのうちのフレーム同期部で再度切り替えて、以後有効データの受信を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０８１０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、複数のアンテナを受信ＴＤＭＡスロットの受信電界強度測定開始の都度、受信フレームの直前スロットにおいて前フレームの受信ＴＤＭＡスロットと異なるアンテナに切り替え、前記受信フレームのうちのプリアンブル部で電界レベルを測定し、前フレームでの測定結果と比較し、その結果により今回の受信電界レベルが低い時のみ、同じ受信フレームのうちのフレーム同期部で再度切り替えて、以後有効データの受信を行うという特許文献１に記載の方式においては、受信電界強度の比較は現在のフレームと、５ミリ秒前のフレームとの測定結果の比較を行うので完全に同時刻の受信電界強度の比較を行うわけではない。
そのため、フェージングの速度が速いとき等は、１〜２ｍ秒の期間で発生するフェージングの深い落ち込みを正確に検出することができずに、必ずしも受信電界強度の高いアンテナが選択されない場合があるという問題点があった。
【０００８】
例えば、図１０に示すように、第１アンテナ及び第２アンテナによる受信状態が受信電界強度（RSSI信号）でフェージングによって変動している場合を例に説明する。
フェージングの周期は電波の周波数と移動速度によって異なるが、ＰＨＳシステムにおいて時速１０ｋｍ程度の速度で移動した場合においてもフェージング周波数は２０Ｈｚ程度になり、フェージングの深い谷間は１〜２ｍｓになる。
【０００９】
このような受信状態の場合、時刻Ａにおいてはアンテナ２の受信電界強度がアンテナ１の受信電界強度よりも高い値なので、アンテナ２が選択され、好適なアンテナ選択ダイバーシチが実現される。
その一方、時刻Ｂにおいてはアンテナ２の受信電界強度がアンテナ１の受信電界強度よりも高い値なのでアンテナ２が選択されるが、１フレーム後には受信電界強度がフェージングによって大きく落ち込んでいるので、１フレーム前の受信電界強度情報との比較によるアンテナ選択では、受信電界強度が低いほうのアンテナを選択してしまうという結果になる。
図１０のような受信電界強度の深い落ち込みがある受信状態においても、複数の受信系統を備えることなく、受信電界強度が高いほうのアンテナを正確に選択可能な方式の実現が望まれていた。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式の受信機において複数の受信系統を具備することなく、同一フレームにおいて複数のアンテナの受信電界強度比較を行うことを可能とすることで、受信に最適なシステムを構成することができるアンテナ・ダイバーシチ装置及びその方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明は、受信バーストの先頭期間（プリアンブル部の期間は１６μ秒）に、スイッチにより二つのアンテナを交互に選択し、それぞれのアンテナに対する電界レベルを測定する。
一般的には受信バーストの先頭期間（ＰＨＳにおいては１６μ秒）は両方のアンテナの電界レベルを測定するには短すぎる。その結果、真の受信レベルが測定できず、誤ったアンテナが選択される可能性がある。
そこで、本発明においては、受信バースト先頭期間内に真のRSSIの値を推測するために、１アンテナあたり少なくとも２点の電界情報をサンプルすることで傾きを検出して真の受信電界情報を推測し、どちらのアンテナの受信レベルが高いかを判断することによって、受信電界レベルの大きいほうのアンテナを選択するものである。
【００１２】
すなわち、本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置（請求項１）は、送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを備えた装置において、
前記受信電界強度処理部は、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルすることで各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出する電界強度演算部を有し、
前記アンテナ切換制御部が前記電界強度演算部の演算処理結果に基づいてアンテナ切換スイッチを動作させてアンテナ切換を行うことで、選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴としている。
【００１３】
請求項２は、請求項１のアンテナ・ダイバーシチ装置において、
前記受信電界強度処理部は、
検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定する演算処理を行うことを特徴としている。
【００１４】
本発明のアンテナ・ダイバーシチ方法（請求項３）は、送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを有し、前記アンテナ切換制御部により受信時のアンテナ選択を行う方法において、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルし、
これらの受信電界情報から各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出し、
前記傾きを比較し傾きが大きい受信電界情報信号のアンテナを選択し、
選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴としている。
【００１５】
請求項４は、請求項３のアンテナ・ダイバーシチ方法において、
前記演算処理は、検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定し、前記収束値を比較することでアンテナを選択することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数のアンテナと一系統の受信機を持つ簡単な構成で、有効受信データの受信動作を行う前に、当該受信フレームの先頭部分で複数アンテナの受信電界強度をサンプルすることで、各受信電界情報信号の傾き又は収束値を演算処理により検出して比較を行うことで、アンテナ選択ミスを生じることなく、複数受信機を有して受信電界情報を常に比較して良好な受信状態のアンテナを選択する従来の無線機と同等の受信感度のアンテナ・ダイバーシチ方式を提供することができる。
すなわち、複数系統のアンテナを含持つTDMA／TDD方式の無線通信システムにおいて、受信機の数を増やすことなく同一受信フレーム内で複数のアンテナの電界レベルを比較し、その判定結果に従って常に受信状態が良好なアンテナを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置の受信系統の概略構成を示すブロック図である。
【図２】TDMA／TDD無線方式の送受信タイミングチャート図である。
【図３】（ａ）はTDMA／TDD無線方式のフレーム構成、（ｂ）はフレーム構成に対応する選択アンテナを説明するモデル図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はアンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部による受信電界強度推定の仕組みを説明するグラフ図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はアンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部での収束値を演算するためのグラフ図である。
【図６】アンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部で測定されるRSSI信号実測波形図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は受信電界強度処理部で測定される実波形による受信電界強度推定を説明するグラフ図である。
【図８】アンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部における処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】アンテナ・ダイバーシチ装置の受信電界強度処理部における処理手順の他の例を示すフローチャート図である。
【図１０】複数アンテナにおける受信電界強度の受信状態を説明するためのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時分割多重アクセス／時分割双方向）無線通信方式を採用している。ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時分割多重アクセス／時分割双方向）無線通信方式で使用される信号フォーマットは標準化されており、１つの無線キャリヤ（周波数）を１フレーム５ｍｓで構成し、これを８分割したスロットと呼ばれる単位が定義されている。１スロットは６２５μｓであり、無線キャリアの１フレームは送信４スロット（送信区間）と受信４スロット（受信区間）で構成され、４通信路とすることができる。
【００１９】
例えば、図２のような送信側から無線キャリアの１フレーム中のチャネル１の送信ＴＤＭＡスロットＣＨ１ ＴＸに乗せて送られた通信データは、受信側では所定のスロットルタイミングで検出されてチャネル１の受信ＴＤＭAスロットＣＨ１ ＲＸで受信される、というようなデータ送受信が行われる。この方式で送受信される通信データ（１フレーム）の１スロットは、図３（ａ）のような、プリアンプル部、フレーム同期部、有効受信データから構成されている。
【００２０】
図１は、本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置の受信系統に関する概略構成を示すブロック図である。
本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置を備えた無線通信装置は、無線信号を送受信するための第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２と、送受信時に選択するアンテナ系を切り換えるアンテナ切換スイッチ３と、アンテナ切換スイッチ３を制御するアンテナ切換制御部４と、第１のアンテナ１及び第２のアンテナ２からの信号を受信する受信機５と、受信信号を復調する復調器６と、TDMA／TDD無線方式の受信タイミングを制御するTDMA処理部７と、復調器６で復調されたディジタル受信信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部８と、送受信される信号を音声信号処理する音声コーデック部９と、受信機５からの受信電界強度情報（ＲＳＳＩ）を演算処理する受信電界強度処理部１０を備えて構成されている。
また、実際の無線通信機器では送信機（図示せず）が配置され、第１アンテナ１及び第２アンテナ２は送受信切換スイッチ（図示せず）を介して、送受信で共用される。
【００２１】
本発明のアンテナ・ダイバーシチ装置では、図２（ａ）のようなスロットに対して、図２（ｂ）のようなタイミングで第１アンテナ１と第２アンテナ２との選択が行われる。すなわち、スロットにおけるプリアンブル部の前半部分では、第１アンテナの選択が行われ、プリアンブル部の後半部分においては第２アンテナ２の選択が行われ、フレーム同期部及び有効受信データ部分においては、受信電界強度処理部１０での演算結果に基づいて選択されたアンテナでの受信が行われる。
以下、アンテナからの信号を受信する場合における各部の役割について説明する。
【００２２】
第１アンテナ１及び第２アンテナ２は、空間ダイバーシチによってアンテナ相関係数が十分低くなるように十分距離をとって配置される。又は、指向性ダイバーシチによってアンテナ相関係数が十分に異なるように指向性が異なるように配置される。
【００２３】
アンテナ切換スイッチ３は、第１アンテナ１又は第２アンテナ２に切り換えることで、選択されたアンテナから信号を送受信する。
アンテナ切換制御部４は、受信電界強度処理部１０の演算結果を受けてアンテナ切換スイッチ３を制御する。受信電界強度処理部１０における演算処理の詳細については後述する。
【００２４】
受信機５は、選択されたアンテナからの信号を受信し、復調に適した振幅に増幅した後に復調器６に出力するとともに、受信電界強度信号（RSSI）を受信電界強度処理部１０へ出力する。
復調器６は受信機５で受信した有効受信データの信号を復調するものである。
Ｄ／Ａ変換部８は、復調器６で復調されたディジタル受信信号をアナログ信号に変換する。
音声コーデック部９は、Ｄ／Ａ変換部８から出力された信号を音声信号処理するものである。
【００２５】
TDMA処理部７は、TDMA／TDD無線方式による無線チャネルの受信フレームにおいて必要なタイミングを作成するものであり、TDMA処理部７から出力されたタイミングで、アンテナ切換制御部４におけるアンテナ切り換えと受信電界強度処理部１０におけるＤＩＶタイミング制御が行われ、第1のアンテナ１と第2のアンテナ２の電界強度の抽出が行われる。
すなわち、図２で示したTDMA／TDD無線方式による無線チャネルの受信フレームのスロットの先頭部分において、アンテナ切換制御部４が前記第１のアンテナと第２のアンテナを切換えて受信するようにする。
【００２６】
アンテナ切換制御部４は、受信フレームの先頭部分で第１のアンテナ１と第２アンテナ２を交互に選択し、このプリアンブル部で第１アンテナ１及び第２アンテナ２の受信電界強度情報（RSSI）を受信電界強度処理部１０で測定する。この動作は、受信フレームのプリアンブル部分で完了させることで、プリアンブル部でアンテナの選択が完了し、選択されたアンテナで受信フレームのフレーム同期部及び有効受信データ（図２）が受信される。
【００２７】
受信電界強度処理部１０は、電界強度データ収集・記憶部１１と、αデータ記憶部１２と、電界強度演算部１３と、電界強度比較部１４と、アンテナ制御信号作成部１５と、ＤＩＶタイミング制御部１６を有して構成されることで、受信機５からの受信電界強度情報を演算処理することでアンテナを選択し、アンテナ選択信号をアンテナ切換制御部４に出力することが行われる。
アンテナ選択のための受信電界強度情報に関する演算処理は、各アンテナで受信する電界強度の傾きから推定する収束値Vantを比較することで行われる。
【００２８】
ＤＩＶタイミング制御部１６は、受信電界強度処理部１０の電界強度データ収集・記憶部１１におけるデータ収集タイミング等の動作タイミングを制御するものである。
【００２９】
電界強度データ収集・記憶部１１は、ＤＩＶタイミング制御部１６のタイミングに基づき受信機５からの電界強度情報（RSSI）を収集し記録する。すなわち、ＤＩＶタイミング制御部１６からの制御信号により、スロット開始から一定期間（例えば開始から１０μs）は、TDMA処理部７のタイミングで第１アンテナ１側が選択される。この間、電界強度データ収集・記憶部１１で、２か所の電界強度レベル（V1,V2）が測定されそれぞれ記憶される。そして、スロット開始から前記一定期間が経過した後の一定期間（例えば開始から１０μsから２０μs）は、TDMA処理部７のタイミングで第２アンテナ２側が選択される。この間、電界強度データ収集・記憶部１１で、２か所の電界強度レベル（V3,V4）が測定されそれぞれ記憶される。
また、電界強度データ収集・記憶部１１では、電界強度レベルが充分安定した時点（例えば、スロット開始後２００μs付近）で、実際の電界強度レベルVantが測定され記憶されるようになっている。
【００３０】
αデータ記憶部１２は、電界強度演算部１３が電界強度の収束値Vantを演算するための定数αの初期値を予め記憶させておくものである。
電界強度演算部１３は、電界強度データ収集・記憶部１１からの第１アンテナ１選択時の測定値である電界強度レベルV1,V2、第２アンテナ２選択時の測定値である電界強度レベルV3,V4及びαデータ記憶部からのαにより、電界強度の収束値Vant1及びVant2が計算される。電界強度の収束値Vantとは、電界強度が安定する値であり、本発明では、２点の電界強度レベルと時定数からその値を演算して推定することが行われる。
すなわち、第１アンテナ１選択時の測定値である電界強度レベルV1,V2から傾きを求め、推定したのが収束値Vant1であり、第２アンテナ２選択時の測定値である電界強度レベルV3,V4から傾きを求め、推定したのが収束値Vant2である。収束値Vantの具体的な算出方法は後述する。
【００３１】
また、電界強度演算部１３で、電界強度レベル（V1,V2又はV3,V4）のアンテナ選択側の値と、時間が経過した場合の実際の電界強度レベルVantから、αの値が再計算され、αデータ記憶部１２のαの値が更新されるようになっており、次回の受信スロットでの電界強度の収束値の計算に用いられる。
電界強度比較部１４は、第１アンテナ１選択時の測定値から推定する収束値Vant1と、第２アンテナ２選択時の測定値から推定する収束値Vant2を比較し、電界強度の大きい方のアンテナを選択するように決定する。
【００３２】
アンテナ制御信号作成部１５は、スロット開始後２０μs以降は、電界強度比較部１４で選択した収束値（大きい値）に対応するアンテナが選択されるよう制御信号を作成し、アンテナ切換制御部へ出力する。
【００３３】
上述したアンテナ・ダイバーシチ装置では、スロットのプリアンブル部において、第１アンテナ１を選択する期間を１０μｓ、第２アンテナ２を選択する期間を１０〜２０μｓとしたが、これらの値は暫定的であり、プリアンブル部期間内で各電界強度レベル（V1,V2又はV3,V4）が測定可能な期間であればよい。
【００３４】
電界強度演算部１３における電界強度の収束値を算出する原理（計算方法）について説明する。
電界強度の出力特性Vは、オーバーシュートやリンギングが発生しない場合、１次遅れ要素の過渡応答として理解できる。すなわち、初期値が零の場合は、下式で表現される。
V＝Vant(１−EXP(-t/T))
ここで、Vantは受信電界強度（収束値）、Tは回路で決定される時定数、tは時間を示す。
電界強度Vの傾きは、dV/dt＝（Vant /T）×EXP(-t/T)であり、この傾きdV/dtを用いて受信電界強度Vantを表現すると、下式のようになる。
Vant＝V＋（dV/dt）×T
従って、ある時刻ｔの電界強度Ｖの傾きを外挿し、時定数T後の電圧値を計算することにより、受信電界強度（収束値Vant）を容易に求めることができる。
また、上式は、初期値が零以外の場合でも使用可能とすることができる。
【００３５】
次に、上述したアンテナ・ダイバーシチ装置の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。
図４は受信電界強度電圧がRC１次の時定数回路を経由して出力され、第１アンテナ１の選択期間が５μｓ、第２アンテナ２の選択期間が１０μｓとした場合のシミュレーション結果（モデル化された波形を使用した測定結果）である。
破線で表したのは期待される受信電界強度であるが、実際の電気回路では受信電界強度信号は一定の積分時定数を持って出力される。
【００３６】
先ず、同一受信フレームのプリアンブル期間で第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度情報を比較する。
有効受信データに悪影響を与えないためには、プリアンブル期間で第１アンテナ１側及び第２アンテナ２側の測定を完了して、どちらのアンテナで受信するかを決定し、有効受信データが開始する前に、その選択を終了する必要がある。
【００３７】
受信電界強度処理部１０では、受信レベルの値を単に比較するのではなく、上述したように第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度（測定値）からその収束値Vant１，収束値Vant2を推定し、その受信レベルが高いほうのアンテナを選択する処理を行うので、実際の値に近い値で判断することができる。
【００３８】
例えば、スロット先頭部分で図４（ａ）のように電界強度が変化する場合、第１アンテナ１の測定値Ａが第２アンテナ２の測定値Ｂよりも低い値が検出される。この場合には、第１アンテナ１の受信電界強度電圧が５μsのうちに十分に立ち上がらない場合にも、第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度の大小関係が逆転することはない（測定値の大小と、収束値Vantの大小が一致する）。
一方、スロット先頭部分で図４（ｂ）のように電界強度が変化する場合、第１アンテナ１の受信レベルＣが第２アンテナ２の測定値Ｄよりも大きい値が検出される。この場合は、第１アンテナ１と第２アンテナ２の測定値と収束値の大小関係が逆転するので、正確なアンテナ選択を行うことができる（単に、受信レベルの値を比較するだけでは正確なアンテナ選択ができない）。
【００３９】
受信電界強度処理部１０では、受信電界強度は第１アンテナ１および第２アンテナ２のいずれの選択期間においても少なくとも２点のサンプル値が測定される。
例えば、第１アンテナ１選択期間中に２点、第２アンテナ２選択期間中に２点サンプルされた場合に、それぞれのサンプル点の電圧をV1,V2,V3,V4とする。
【００４０】
受信電界強度処理部１０の電界強度演算部１３においては、V1及びV2から次式により第１アンテナ１の実際の受信電界強度Vant1を推定して求める。
Vant1=V1+α(V2−V1)
上式においてαは回路の時定数とサンプル間隔によって決まる定数である。
【００４１】
同様にV3およびV4から次式により第２アンテナ２の実際の受信電界強度Vant2を推定して求める。
Vant2=V3+α(V4−V3)
上式においてαは回路の時定数とサンプル間隔によって決まる定数である。
【００４２】
すなわち、図４（ａ）の例では、電圧V1,V2,V3,V4から電位差Ａ，Ｂを求め、図５（ａ）のグラフから電位差Ａ，Ｂに対応する収束値Vant１及びVant２を求めることができる。
また、図４（ｂ）の例では、電圧V1,V2,V3,V4から電位差Ｃ，Ｄを求め、図５（ｂ）のグラフから電位差Ｃ，Ｄに対応する収束値Vant２及びVant１を求めることができる。
【００４３】
そして、アンテナ制御信号作成部１５において、Vant１の値とVant２の値から受信電界強度が大きいほうのアンテナが選択される制御信号をアンテナ切換制御部４に出力する。
【００４４】
αは、通常、第１アンテナ１と第２アンテナ２で共通の値であり、選択した側の受信電界強度（収束値）Vantから、下式のように求めることができる。
α＝（Vant−V1）／（V2−V1） ：（アンテナ１側を選択した場合）
または、
α＝（Vant−V3）／（V4−V3） ：（アンテナ2側を選択した場合）
【００４５】
図６は実際に受信機５から出力される電界強度（RSSI）信号をオシロスコープで観測した例である。電界強度（RSSI）信号は立ち上がりから安定するまで２０μs程度の時間を有し、受信信号振幅はプリアンブルに含まれるシンボルによって時間的に変動するので、RSSI信号にはリップルが含まれている。
RSSI信号の立ち上がりから２０μs程度の時間がプリアンブル部分になるが、この期間に第１アンテナ１及び第２アンテナ２を切り換えて受信電界強度を測定した場合でも、各アンテナでの収束値を演算により求めることができる。
【００４６】
アンテナ・ダイバーシチ装置の電界強度データ収集・記憶部１１（受信電界強度処理部１０）で測定される実際の波形について、図７を用いて説明する。
図７の例では、プリアンブル部において第１アンテナ１が１０μs、第２アンテナ２が２０μsの期間選択されている。
図７（ａ）は、第１アンテナ１の受信電界強度が第２アンテナ２の受信電界強度よりも大きい場合の例（図４（ｂ）に対応）であり、理想的には図の実線で表したようなRSSI情報になるが、実際の系ではリップル及びアンテナスイッチング時に発生するノイズを取り除くためのフィルタ回路が必要になる。
フィルタ回路を通ったあとのRSSI信号は図中の破線で表されるが、これは図４（ｂ）でモデル化された信号と同様の波形になる。
【００４７】
一方、図７（ｂ）は、第２アンテナ２の受信電界強度が第１アンテナ１の受信電界強度よりも大きい場合の例（図４（ａ）に対応）であり、図７（ａ）と同じくフィルタ回路を通ったあとのRSSI信号は図中の破線で表されるが、これは図４（ａ）にてモデル化された信号と同様の波形になる。
【００４８】
次に、アンテナ・ダイバーシチ装置の動作手順について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
受信電界強度処理部１０で受信機５からスロットのプリアンブル部の先頭部分を受信した時（前スロットが終了した場合）（ステップ２０１）、アンテナ１の選択を行う（ステップ２０２）。
受信電界強度処理部１０における動作及びタイミングは、ＤＩＶタイミング制御部１６から各部に制御信号を出力することにより制御されている。スロット開始から１０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第１アンテナ１側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第１アンテナ１側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV1,V2を測定・記憶し、αデータ記憶部からのαを参照して電界強演算部１３において電界強度の収束値Vant１（第１アンテナ１側）を計算する（ステップ２０３）。
【００４９】
次に、アンテナ２側を選択する（ステップ２０４）。
スロット開始後１０μsから２０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第２アンテナ２側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第２アンテナ２側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV3,V4を測定・記憶し、αデータ記憶部からのαを参照して電界強演算部１３において電界強度の収束値Vant２（第２アンテナ２側）を計算する（ステップ２０５）。
【００５０】
続いて、電界強度比較部１４において、収束値Vant１と収束値Vant２を比較し（ステップ２０６）、電界強度の大きい方のアンテナ選択を決定する。すなわち、収束値Vant１が収束値Vant２より大きい値である場合は、第１アンテナ１への切り換えを行う（ステップ２０７）。収束値Vant１が収束値Vant２より小さい値である場合は、第２アンテナ２に選択された状態を維持する。
その結果、スロット開始後２０μs以降は、アンテナ制御信号作成部１５で、電界強度の大きい方のアンテナが選択される。
【００５１】
次に、電界強度レベルが充分安定した時点（例えば、スロット開始後２００μs付近）で、実際の電界強度レベルVantを測定し（ステップ２０９）、この値を電界強度データ収集・記憶部１１に記憶する。そして、電界強度演算部１３において、再記憶されたVantと電界強度レベル（V1,V2又はV3,V4）のアンテナ選択側から、αの値が再計算され、αデータ記憶部のαの値が更新される（ステップ２１０）。
精度の良い収束値を推測するために、αの平均化処理やαの校正を実施することで、高精度のαを求めることが可能である。
予め機器ごとにαを校正してαデータ記憶部１２に記憶させた場合は、ステップ２０９およびステップ２１０を飛ばしても良い。
【００５２】
上述したアンテナ・ダイバーシチ装置の電界強度演算部１３及び電界強度比較部１４によれば、各アンテナから受信する電界強度の傾きから収束値Vantを推定演算し、収束値Vantを比較することでアンテナ選択を行うが、電界強度演算部１３において電界強度の傾きのみ算出し、電界強度比較部１４でこの傾き同士を比較することでアンテナ選択を行うようにしてもよい。
この場合の動作手順を図９のフローチャートに示す。
【００５３】
受信電界強度処理部１０で受信機５からスロットのプリアンブル部の先頭部分を受信した時（前スロットが終了した場合）（ステップ１０１）、アンテナ１の選択を行う（ステップ１０２）。
スロット開始から１０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第１アンテナ１側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第１アンテナ１側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV1,V2を測定・記憶し（ステップ１０３）、電界強演算部１３において電界強度の傾きＡ１（第１アンテナ１側）を計算する（ステップ１０４）。
【００５４】
次に、アンテナ２側を選択する（ステップ１０５）。
スロット開始後１０μsから２０μsの期間は、アンテナ制御信号作成部１５で、第２アンテナ２側が選択される制御信号がアンテナ切換制御部４に出力されている。第２アンテナ２側が選択されている間、電界強度データ収集・記憶部１１で、電界強度レベルV3,V4を測定・記憶し（ステップ１０６）、電界強演算部１３において電界強度の傾きＡ２（第２アンテナ２側）を計算する（ステップ１０７）。
【００５５】
続いて、電界強度比較部１４において、傾きＡ１と傾きＡ２を比較し（ステップ１０８）、傾きの大きい方のアンテナ選択を決定する。すなわち、傾きＡ１が傾きＡ２より大きい値である場合は、第１アンテナ１への切り換えを行う（ステップ１０９）。傾きＡ１が傾きＡ２より小さい値である場合は、第２アンテナ２に選択された状態を維持する。
その結果、スロット開始後２０μs以降は、アンテナ制御信号作成部１５で、電界強度の傾きが大きい方のアンテナが選択される。
【００５６】
この例によれば、収束値Vantの計算が不要となるので演算部の簡略化、及び、演算にαが不要となるのでαデータ記憶部を設ける必要がなく、構成がより簡単な装置とすることができる。
【００５７】
上述したアンテナ・ダイバーシチ装置によれば、同一受信フレームのスロットにおけるプリアンブル期間で第１アンテナ１と第２アンテナ２の受信電界強度情報を比較することでアンテナ選択を行う。
この場合、それぞれのアンテナの受信電界強度を測定する時間が短くなるため、受信電界強度の出力特性における時定数がこの測定時間より充分短い場合を除き、正確な受信電界強度が測定できなくなり、結果として、アンテナ選択ダイバーシチにおけるアンテナ選択エラーが発生する可能性があるが、上述の装置構成では、測定されたそれぞれ２点の受信電界強度から傾きを算出し、時定数を考慮した収束値を演算により算出するため、安定化した場合の受信電界強度が推定できるので、正確なアンテナ選択を判断することができる。
【００５８】
すなわち、上述した構成によれば、複数系統のアンテナを備えたTDMA／TDD方式の無線通信システムにおいて、電界情報の傾きを検出することで、受信機の数を増やすことなく同一受信フレーム内で複数のアンテナの正確な電界レベルを推定して比較することができ、その判定結果により常に受信状態が良好なアンテナを選択することが可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
１…第１アンテナ１、 ２…第２アンテナ、 ３…アンテナ切換スイッチ、 ４…アンテナ切換制御部、 ５…受信機、 ６…復調器、 ７…TDMA処理部、 ８…Ｄ／Ａ変換部、 ９…音声コーデック部９、 １０…受信電界強度処理部、 １１…電界強度データ収集・記憶部、 １２…αデータ記憶部、 １３…電界強度演算部、 １４…電界強度比較部、 １５…アンテナ制御信号作成部、 １６…ＤＩＶタイミング制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを備えた装置において、
前記受信電界強度処理部は、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルすることで各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出する電界強度演算部を有し、
前記アンテナ切換制御部が前記電界強度演算部の演算処理結果に基づいてアンテナ切換スイッチを動作させてアンテナ切換を行うことで、選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴とするアンテナ・ダイバーシチ装置。
【請求項２】
前記受信電界強度処理部は、
検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定する演算処理を行う請求項１に記載のアンテナ・ダイバーシチ装置。
【請求項３】
送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを有し、前記アンテナ切換制御部により受信時のアンテナ選択を行う方法において、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルし、
これらの受信電界情報から各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出し、
前記傾きを比較し傾きが大きい受信電界情報信号のアンテナを選択し、
選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴とするアンテナ・ダイバーシチ方法。
【請求項４】
前記演算処理は、検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定し、前記収束値を比較することでアンテナを選択する請求項３に記載のアンテナ・ダイバーシチ方法。
【請求項１】
送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを備えた装置において、
前記受信電界強度処理部は、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルすることで各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出する電界強度演算部を有し、
前記アンテナ切換制御部が前記電界強度演算部の演算処理結果に基づいてアンテナ切換スイッチを動作させてアンテナ切換を行うことで、選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴とするアンテナ・ダイバーシチ装置。
【請求項２】
前記受信電界強度処理部は、
検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定する演算処理を行う請求項１に記載のアンテナ・ダイバーシチ装置。
【請求項３】
送受信電波が入力される複数のアンテナと、該複数のアンテナを選択的に切り換えるアンテナ切換スイッチと、前記切り換え動作を制御するアンテナ切換制御部と、前記各アンテナから受信した受信電界情報信号を出力する受信機と、前記各受信電界情報信号から受信を行うアンテナを決定する演算処理を行う受信電界強度処理部とを有し、前記アンテナ切換制御部により受信時のアンテナ選択を行う方法において、
前記受信電界情報信号のプリアンブル部で各アンテナあたり複数の受信電界情報をサンプルし、
これらの受信電界情報から各受信電界情報信号の傾きを演算処理により検出し、
前記傾きを比較し傾きが大きい受信電界情報信号のアンテナを選択し、
選択されたアンテナで受信電界情報信号のプリアンブル部に続く有効な受信データを受信する
ことを特徴とするアンテナ・ダイバーシチ方法。
【請求項４】
前記演算処理は、検出された各受信電界情報信号の傾きを基に、各受信電界情報信号の収束値を推定し、前記収束値を比較することでアンテナを選択する請求項３に記載のアンテナ・ダイバーシチ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２０５３４４（Ｐ２０１１−２０５３４４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９９１６（Ｐ２０１０−６９９１６）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（００００００１８１）岩崎通信機株式会社 (133)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（００００００１８１）岩崎通信機株式会社 (133)
【Ｆターム（参考）】
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