JP2005252844A - Receiving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信を行う受信装置に関し、より詳細には、複数のアンテナを有する受信装置におけるビーム形成方位の調整技術に関する。 The present invention relates to a receiving apparatus that performs wireless communication, and more particularly, to a technique for adjusting a beam forming direction in a receiving apparatus having a plurality of antennas.
近年、無線通信が盛んになってきており、例えば、無線LAN通信などにおいては、超高速のデータ通信技術、例えば、伝送帯域としては、数10MHzから数100MHzというような広帯域の無線伝送が必要となっている。広帯域無線通信を行う場合は、マルチパスによる周波数選択性歪が発生しやすいため、通信性能が劣化することが知られている。マルチパス歪による性能劣化を防ぐために、複数のアンテナを用いて信号の到来方位角を選択して受信することを可能とする技術、及び、複数のアンテナの受信信号を最適化した重み付けにより合成するアンテナ装置が開発されている。ここで一般的に、複数のアンテナ素子を用いたアンテナ装置をアレーアンテナと称する。 In recent years, wireless communication has become popular. For example, in wireless LAN communication and the like, ultra-high-speed data communication technology, for example, as a transmission band, broadband wireless transmission of several tens to several hundreds of MHz is required. It has become. When performing broadband wireless communication, it is known that communication performance deteriorates because frequency selective distortion due to multipath is likely to occur. In order to prevent performance degradation due to multipath distortion, a technology that makes it possible to select and receive the azimuth angle of signals using multiple antennas, and to combine the received signals of multiple antennas with optimized weighting Antenna devices have been developed. Here, an antenna apparatus using a plurality of antenna elements is generally referred to as an array antenna.
アレーアンテナによって到来方位角を制御するためには、複数のアンテナ素子に対する各々の受信信号の位相及び振幅の両方又はいずれか一方を調整し合成すればよい。その結果として、受信信号の方位(方向)を制御することが可能となる。このような受信信号の方位を制御する技術は、一般的にビーム形成技術と呼ばれている。ビーム形成技術は、複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ信号の状態で位相や振幅の調整を行い、アナログ合成するアナログビーム形成技術と、複数のアンテナ素子の受信信号をそれぞれデジタル化し、デジタル信号処理を用いて位相と振幅を調整し合成するデジタルビーム形成技術とに分けて考えることができる。 In order to control the arrival azimuth angle by the array antenna, it is only necessary to adjust and / or synthesize either or both of the phase and amplitude of each received signal for a plurality of antenna elements. As a result, it is possible to control the azimuth (direction) of the received signal. Such a technique for controlling the direction of the received signal is generally called a beam forming technique. Beam forming technology is an analog beam forming technology that adjusts the phase and amplitude of the signals received by multiple antenna elements in the state of analog signals, and digitally combines the received signals of the multiple antenna elements. It can be divided into a digital beam forming technique that adjusts and combines the phase and amplitude using processing.
アナログビーム形成技術の一例として、フェイズドアレーアンテナを用いる技術が知られている。このフェイズドアレーアンテナは、アンテナ素子で受信した信号の位相を調整し、ビームを形成することを特徴とするアンテナ装置である。 As an example of an analog beam forming technique, a technique using a phased array antenna is known. This phased array antenna is an antenna device characterized in that a beam is formed by adjusting the phase of a signal received by an antenna element.
また、デジタルビーム形成技術の一例として、アダプティブアレーアンテナが知られている。アダプティブアレーアンテナは、一般的に、図9に示す構成を有している。図9は、アンテナ素子数がn本のときの例を示している。ここで、アンテナ素子毎の受信回路をブランチと称する。各アンテナ素子201−1〜201−nで受信された信号は、それぞれのブランチ毎に、BPF(バンドパスフィルタ)207−1〜nまで、ミキサ208−1〜nまで、LPF(ローパスフィルタ)209−1〜nまでを介して、希望の帯域の信号が選択され、ベースバンド信号に変換される。 Moreover, an adaptive array antenna is known as an example of a digital beam forming technique. An adaptive array antenna generally has a configuration shown in FIG. FIG. 9 shows an example when the number of antenna elements is n. Here, the receiving circuit for each antenna element is called a branch. The signals received by the antenna elements 201-1 to 201-n are BPF (band pass filter) 207-1 to n, mixers 208-1 to n, and LPF (low pass filter) 209 for each branch. A signal in a desired band is selected through −1 to n and converted into a baseband signal.
ベースバンド信号は、それぞれのブランチ毎に、A/D変換器205−1〜nによってサンプリングされ、デジタル信号に変換される。デジタル化された受信信号については、位相、振幅調整部202−1〜nまでによって位相と振幅とが調整される。位相と振幅との調整量は、信号処理部203からの出力により与えられる。位相と振幅とが変更されたそれぞれのブランチの信号は、合波器204により合成され、受信回路206によって復調される。信号処理部203では、各ブランチの受信信号の位相と振幅との情報、合成後のアレー出力信号210、また復調回路からの情報などに基づいて、位相と振幅との調整量の最適値を求める制御アルゴリズムとして、RLS(Recursive Least-Squares)やMMSE(Minimum Mean Square Error)を用いる(例えば、非特許文献1参照)。
しかしながら、上述のフェイズドアレーアンテナは、位相のみを調整するため、所望のビーム形成を詳細に制御するためには非常に多くのアンテナ素子を必要とする。従って、装置が大規模となり、基地局システムのセクタ化などに適している。これに対して、アンテナ素子数を減らし小型化を図り、あるいはビーム形状を細かく制御するためには、アンテナ素子の間隔を狭くして、アンテナ素子を配置する必要がある。このような場合には、アンテナ素子間に相互結合が発生してしまうという問題がある。また、アンテナ素子は筐体との結合も生じるため、理論的、理想的な場合とは異なった結合が生じる。これらの結合によるビーム形状の歪は、アナログ信号において合成を行うアナログビーム形成方式では、各アンテナ素子での受信信号の振幅と位相との情報が得られないため、校正を行うことが困難である。 However, since the above-described phased array antenna adjusts only the phase, it requires a great number of antenna elements to control the desired beam formation in detail. Therefore, the apparatus becomes large-scale and is suitable for the sectorization of the base station system. On the other hand, in order to reduce the number of antenna elements and reduce the size or to finely control the beam shape, it is necessary to arrange the antenna elements with a narrow interval between the antenna elements. In such a case, there is a problem that mutual coupling occurs between the antenna elements. Further, since the antenna element is also coupled to the housing, coupling different from the theoretical and ideal cases occurs. The distortion of the beam shape due to these couplings is difficult to calibrate because the information on the amplitude and phase of the received signal at each antenna element cannot be obtained by the analog beam forming method that combines in the analog signal. .
さらに、上記アダプティブアレーアンテナによると、位相と振幅の調整量の最適値を求めるMMSEやRLSの演算が非常に複雑であり、大規模なデジタル回路、または、デジタル信号処理回路DSP(Digital Signal Processor)を必要とするため、装置の小型化が困難である。また、各アンテナの信号をベースバンド信号にするため、図9に示すBPF(バンドパスフィルタ)、ミキサ、LPF(ローパスフィルタ)のみではなく、パワーアンプ等も含めRF回路がアンテナ数だけ必要になり、回路規模が増大するという問題もある。 Further, according to the above adaptive array antenna, the calculation of MMSE and RLS for obtaining the optimum values of phase and amplitude adjustment amounts is very complicated, and a large-scale digital circuit or digital signal processing circuit DSP (Digital Signal Processor) Therefore, it is difficult to reduce the size of the apparatus. In addition, in order to make each antenna signal a baseband signal, not only the BPF (bandpass filter), mixer and LPF (lowpass filter) shown in FIG. 9 but also RF circuits including power amplifiers are required for the number of antennas. There is also a problem that the circuit scale increases.
このように、アナログビーム形成技術及びデジタルビーム形成技術によりマルチパス歪の劣化を防ぐ無線通信装置が開発はされているものの、アンテナ素子数が多い点、アンテナ素子間と筐体との相互結合の影響が大きい点、RF回路の規模が増大しやすい点、および、ビーム形成用の最適化制御回路が複雑であること点などが受信装置の小型化を図る上での問題となっている。そのため、装置の小型化が必須要件となる移動端末用の無線装置としては上述の技術は適していない。 As described above, although wireless communication devices that prevent deterioration of multipath distortion have been developed by analog beam forming technology and digital beam forming technology, the number of antenna elements is large, and the mutual coupling between antenna elements and the case is difficult. There are problems in reducing the size of the receiving device, such as the fact that the influence is large, the scale of the RF circuit tends to increase, and the optimization control circuit for beam formation is complicated. For this reason, the above-described technology is not suitable as a wireless device for a mobile terminal in which downsizing of the device is an essential requirement.
本発明は、マルチパス歪などに起因する通信品質の劣化を防ぐことができる移動端末に適した受信装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a receiving apparatus suitable for a mobile terminal that can prevent deterioration in communication quality due to multipath distortion or the like.
上記目的を達成するために、本発明の受信装置は、複数のアンテナ素子と、複数アンテナのブランチ毎にアンテナ素子で受信した信号の搬送波の位相を調整する回路と、各ブランチの位相調整された受信信号を合成する回路と、合成された受信信号の周波数特性を検出する回路と、検出された周波数特性を判定してビーム形成用の位相データを変更制御する制御回路と、位相調整用のデータを蓄えるメモリと、また位相調整データをアナログ電圧に変換して位相調整回路に制御電圧を与えるD/A回路とを備える。 In order to achieve the above object, a receiving apparatus of the present invention includes a plurality of antenna elements, a circuit that adjusts the phase of a carrier wave of a signal received by the antenna element for each branch of the plurality of antennas, and a phase adjustment of each branch. A circuit for synthesizing the received signal, a circuit for detecting the frequency characteristics of the synthesized received signal, a control circuit for determining and detecting the detected frequency characteristics and changing the phase data for beam formation, and data for phase adjustment And a D / A circuit that converts the phase adjustment data into an analog voltage and applies a control voltage to the phase adjustment circuit.
本発明による受信装置は、複数のアンテナの受信信号をアナログ信号で合成し、スペクトル平坦度を用いて周波数特性の判定を行い、簡易でかつ回路規模の小さい制御回路によりビーム形成を行うことが可能となり、マルチパス歪を防ぐことができる。また、アンテナの小型化の際に問題となる相互結合や筐体との結合、素子の配置状態を測定結果から推定した補正係数をビーム形成に使用することにより、装置全体の歪を考慮したビーム形成が可能となる。 The receiving apparatus according to the present invention combines the received signals of a plurality of antennas with analog signals, determines the frequency characteristics using the spectral flatness, and can perform beam forming with a simple and small-sized control circuit. Thus, multipath distortion can be prevented. In addition, a beam that takes into account the distortion of the entire device is used by using the correction coefficient estimated from the measurement results for the mutual coupling, the coupling with the case, and the arrangement state of the elements, which are problems when miniaturizing the antenna. Formation is possible.
本発明のビーム形成法を用いれば筐体との結合や移相器等の配置状態まで含めた結合行列を使用することにより、結合等による歪を除去したビーム形成が可能となる。また受信装置の個体差も補正することが可能となる。また、上記方法によれば、非対称性なアンテナ配置やアンテナ数が少ない場合でも、簡易な位相調整のみで容易にヌル形成やビーム形成が可能となる。 When the beam forming method of the present invention is used, it is possible to form a beam from which distortion due to coupling or the like is removed by using a coupling matrix including coupling with a casing and an arrangement state of a phase shifter and the like. It is also possible to correct individual differences between the receiving devices. Further, according to the above method, even when the asymmetric antenna arrangement or the number of antennas is small, it is possible to easily form a null or a beam only by simple phase adjustment.
さらに、本発明によれば、通信方式がOFDM(直交周波数分割多重)方式のとき、受信用のFFTと周波数判定用のFFTとを共用することで、受信装置の回路規模を削減することが可能である。 Furthermore, according to the present invention, when the communication method is the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) method, it is possible to reduce the circuit scale of the receiving device by sharing the FFT for reception and the FFT for frequency determination. It is.
また、1)スペクトル平坦度を用いたビーム制御を行うこと、2)スペクトル平坦度を、閾値を一つ使った方法で求め、ビーム制御に使うこと。3)スペクトル平坦度を、複数の閾値を用いた方法で求めビーム制御に使うこと。4)スペクトル平坦度は、通信方式がOFDM通信方式で、データ用とパイロット用のサブキャリアが分かれている場合に、データとパイロットの重み係数を変えて求め、ビーム制御に使うこと。5)スペクトル平坦度は、通信方式がOFDM方式で、さらに複数のパイロットサブキャリアが周波数で等間隔に配置されている場合に、複数のパイロットサブキャリアだけを用いてスペクトル平坦度を求め、ビーム制御に使うことを特徴とする。 1) Perform beam control using spectral flatness, and 2) Obtain spectral flatness by a method using one threshold and use it for beam control. 3) Obtain spectral flatness by a method using a plurality of threshold values and use it for beam control. 4) Spectral flatness is obtained by changing the weighting coefficient of data and pilot when the communication system is the OFDM communication system and the subcarriers for data and pilot are separated and used for beam control. 5) Spectral flatness is obtained by calculating the spectral flatness using only a plurality of pilot subcarriers when the communication method is OFDM and a plurality of pilot subcarriers are arranged at equal intervals in frequency. It is characterized by being used for.
周波数特性判定回路は、周波数成分に対する信号電力を求め、平均電力と閾値とを用いて比較演算することによってスペクトル平坦度を求めること機能をもち、非常に簡易な回路で実現可能である。さらに、スペクトル平坦度を求める際に、複数の閾値と複数の重み係数を設けることにより、より正確なスペクトル平坦度を求めることができ、マルチパス歪への耐性をより高めることが可能である。また、通信方式がOFDM方式方式でデータ伝送用サブキャリアとパイロット用のサブキャリアが分かれている場合、スペクトル平坦度を判定する際に、データ用サブキャリアとパイロット用サブキャリアの重み係数を変えて、パイロットの重みを大きくしてスペクトル平坦度を求めることにより、さらに通信品質を向上できる。また、通信方式がOFDM方式でパイロット用サブキャリアが等間隔に配置されている場合、周波数特性判定回路でのスペクトル平坦度を求める際に、パイロットキャリアのみを用いることによって演算回数(比較回路の段数)が削減できるため、回路規模が小さくできる。 The frequency characteristic determination circuit has a function of calculating signal flatness by calculating signal power with respect to frequency components and performing a comparison operation using average power and a threshold value, and can be realized with a very simple circuit. Furthermore, when obtaining the spectral flatness, by providing a plurality of threshold values and a plurality of weighting factors, a more accurate spectral flatness can be obtained, and the resistance to multipath distortion can be further increased. In addition, when the communication scheme is the OFDM scheme and the data transmission subcarrier and the pilot subcarrier are separated, the weighting coefficient of the data subcarrier and the pilot subcarrier is changed when determining the spectral flatness. The communication quality can be further improved by increasing the pilot weight and obtaining the spectral flatness. In addition, when the communication method is the OFDM method and the pilot subcarriers are arranged at equal intervals, the number of computations (the number of stages of the comparison circuit) can be obtained by using only the pilot carrier when obtaining the spectral flatness in the frequency characteristic determination circuit. ) Can be reduced, and the circuit scale can be reduced.
また本発明のメモリの中に、指向性の方位及び形状の異なる受信ビーム形状のデータを複数蓄え、形状ごとにランク付けを行い、優先順位を用いたビーム切り替え手段を用いることにより、より適切なビーム形成を高速に選択切り替え可能であるため、フェージングのような動的な変化にも対応可能である。 In the memory of the present invention, a plurality of received beam shape data having different directivity directions and shapes are stored, ranked for each shape, and by using a beam switching means using priority order, more appropriate. Since beam forming can be selectively switched at high speed, it is possible to cope with dynamic changes such as fading.
以上のように、本発明の一観点によれば、無線信号を受信する複数のアンテナ素子と、複数の前記アンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の搬送波の位相をアンテナ素子毎に調整する移相器と、該移相器により位相が調整された前記受信信号を合成する合波器と、該合波器により合成された合成信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、前記デジタル信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換するフーリエ変換手段と、該フーリエ変換手段により得られた周波数特性に基づいて前記移相器を制御する制御手段とを有する受信装置が提供される。前記移相器が、前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つのアンテナ素子に対して設けられていても良く、前記複数のアンテナ素子のうちの全てのアンテナ素子に対してそれぞれ設けられていても良い。 As described above, according to one aspect of the present invention, a plurality of antenna elements that receive radio signals, and a phase shifter that adjusts the phase of a carrier wave of a received signal in each of the plurality of antenna elements for each antenna element; A multiplexer that synthesizes the received signal whose phase is adjusted by the phase shifter; an analog / digital converter that converts the synthesized signal synthesized by the multiplexer into a digital signal; and There is provided a receiving apparatus having Fourier transform means for converting a domain signal into a frequency domain signal, and a control means for controlling the phase shifter based on the frequency characteristic obtained by the Fourier transform means. The phase shifter may be provided for at least one antenna element of the plurality of antenna elements, or may be provided for all antenna elements of the plurality of antenna elements. good.
前記制御手段は、前記移相器に位相の調整量(アンテナウェイト)を出力制御する際に、あるビーム形状を与えた場合における(前記アンテナ素子間の結合と前記アンテナ素子と該アンテナ素子の周囲との結合との影響との)前記アンテナ素子の配置状態による電磁結合の影響を判定し、該判定に基づいて前記影響が少なくなる方向になるように所望のビーム形状を形成することを特徴とする。 When the control means outputs a phase adjustment amount (antenna weight) to the phase shifter and gives a certain beam shape (coupling between the antenna elements and the surroundings of the antenna elements and the antenna elements) And determining the influence of electromagnetic coupling due to the arrangement state of the antenna element (with the influence of coupling with the antenna element), and forming a desired beam shape so as to reduce the influence based on the determination. To do.
本発明の他の観点によれば、無線信号を受信する複数のアンテナ素子と、複数の前記アンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の搬送波の位相をアンテナ素子毎に調整する移相器と、該移相器により位相調整された前記受信信号を合成する合波器と、該合波器により合成された合成信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、該アナログ/デジタル変換器の出力に基づいて、受信信号の信号処理を行う受信回路と、を備える受信装置であって、前記アナログ/デジタル変換器の出力として得られるデジタル信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換するフーリエ変換手段と、該フーリエ変換手段により得られた周波数スペクトルにおける前記信号電力の平坦度を求め、該平坦度に関する判定を行う周波数特性判定手段と、前記平坦度の判定結果に基づいて前記移相器による調整に関する制御を行う制御手段とを有する受信装置が提供される。上記機器の機能を、コンピュータに実行させるためのプログラムを提供することもできる。 According to another aspect of the present invention, a plurality of antenna elements that receive a radio signal, a phase shifter that adjusts a phase of a carrier wave of a reception signal in each of the plurality of antenna elements for each antenna element, and the phase shift Based on the output of the multiplexer that synthesizes the received signal phase-adjusted by the multiplexer, the analog / digital converter that converts the synthesized signal synthesized by the multiplexer into a digital signal, and the analog / digital converter A receiving circuit that performs signal processing of the received signal, and a Fourier transform unit that converts a digital signal obtained as an output of the analog / digital converter from a time domain signal to a frequency domain signal And a frequency characteristic determination unit for determining the flatness of the signal power in the frequency spectrum obtained by the Fourier transform means and determining the flatness. If the receiving device is provided with a control means on the basis of the flatness of the determination result performs control related to adjustment by the phase shifter. It is also possible to provide a program for causing a computer to execute the function of the device.
本発明によれば、マルチパス歪による通信品質の劣化を防ぐことが可能であって、移動体通信に適する簡易なアンテナ制御と小型化が可能な受信装置が提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a receiving apparatus that can prevent deterioration in communication quality due to multipath distortion, and that can perform simple antenna control and miniaturization suitable for mobile communication.
本明細書において、受信ビーム形状(又はビーム形状)とは、アレーアンテナの指向性パターン、即ちアレーアンテナの各方位に対する受信電界強度を意味する。 In this specification, the received beam shape (or beam shape) means the directivity pattern of the array antenna, that is, the received electric field strength with respect to each direction of the array antenna.
以下、本発明の一実施の形態による無線通信の受信装置について、図面を参照しつつ説明を行う。まず、受信装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態による受信装置の全体構成例を示す図であり、合わせて受信装置における制御の流れについて説明するための図である。 Hereinafter, a wireless communication receiver according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the receiving device will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a receiving apparatus according to the present embodiment, and is a diagram for explaining a control flow in the receiving apparatus.
図1に示すように、本実施の形態による受信装置は、アンテナ素子数(ブランチ数)がn本の場合であり、n本のアンテナ素子101−1〜nと、それぞれのアンテナ素子101−1〜nに接続される移相器102−1〜nと、移相器102−1〜nまでの制御端子にそれぞれ接続されるD/A変換器103−1〜nと、移相器102−1〜nまでの出力端子がまとめられる合波器104と、合波器104に接続されるBPF111と、ミキサ112と、LPF113と、A/D変換器105と、受信回路106とを有している。A/D変換器105の出力は、FFT107にも入力され、周波数特性判定回路108、ビーム切り換え制御回路109、メモリ110を介して、メモリ110からの異なる出力が、上記D/A変換器103−1〜nまでの各々に入力される。
As shown in FIG. 1, the receiving apparatus according to the present embodiment has n antenna elements (the number of branches), n antenna elements 101-1 to 101-n and each antenna element 101-1. Phase shifters 102-1 to n connected to n, D / A converters 103-1 to 103-n connected to control terminals of the phase shifters 102-1 to n, and phase shifter 102-1. 1 includes a
上記受信装置において、アンテナ素子101−1〜nまでのそれぞれにより受信された信号は、D/A変換器103−1〜nまでの制御電圧を、移相器102−1〜nまでに与えることにより、ブランチ毎に位相が調整され、合波器104によって合成され、アレー出力信号114となる。尚、メモリ110には、各ブランチの位相差に対応するデータセット、すなわち各ブランチの位相調整量(移相量)データが格納されている。アレー出力信号114は、BPF111とミキサ112とLPF113を介してRF帯域からベースバンド帯域に変換され、A/D変換器105によってデジタル信号に変換される。デジタル化された受信信号は、FFT(高速フーリエ変換)回路107において時間領域の信号から周波数領域の信号に変換され、周波数成分毎の信号成分に分割される。周波数特性判定回路108はFFT回路107の周波数成分信号から、スペクトル平坦度(スペクトル平坦度の定義、求め方に関しては実施例において後述する)を判定する。
In the receiving apparatus, the signals received by the antenna elements 101-1 to 101-n respectively give control voltages to the D / A converters 103-1 to 103-n to the phase shifters 102-1 to 102-n. Thus, the phase is adjusted for each branch, synthesized by the
ビーム切り替え制御回路109は、周波数特性判定回路108において判定されたスペクトル平坦度に基づいて、受信ビーム形状を現在の受信ビーム形状から変更するか否かを判断し、現在の受信ビーム形状から変更する場合には、メモリ110に格納された変更したいビーム形状の移相量データをD/A変換器103−1〜nに出力する。
The beam
図1に示す受信装置の構成により、RF回路の規模を図9に示す一般的な受信装置におけるRF回路よりも小さくすることができ、簡易な回路構成によるビーム形成制御により、マルチパス歪を防ぐことができる。 With the configuration of the receiving apparatus shown in FIG. 1, the scale of the RF circuit can be made smaller than the RF circuit in the general receiving apparatus shown in FIG. 9, and multipath distortion is prevented by beam forming control with a simple circuit configuration. be able to.
尚、通信方式がOFDM通信方式である場合には、受信回路にFFTが内蔵されているため、図1に示すFFT回路107をOFDM受信回路のFFTと共用することができ、追加する回路数を削減することができ、簡易な構成によりビーム制御が可能となる。
When the communication system is the OFDM communication system, since the receiving circuit includes an FFT, the
次に各機能ブロックの詳細な例について図1も参照しつつ説明を行う。まず、メモリに格納されるデータについて説明する。図2では、説明を簡単にするために、ブランチ数が4の場合を例にして説明を行う。メモリ110には、複数の異なるビーム形状を形成するのに必要な位相調整量が格納されている。すなわち、移相器102−1〜4までの各々に対して位相を制御するための制御信号(制御電圧)をD/A回路103−1〜4までに付与する。さらに、制御するブランチ#1の移相量からブランチ#4の移相量までを、それぞれのD/A回路103−1〜4に与える。例えば、位相制御量を30°とし、そのために移相器に出力するD/A変換器からの制御電圧を5Vとすれば、D/A変換器から5Vの出力電圧を出させるためのデータが、ビーム形状とブランチの移相量とのマトリックスの対応するメモリ位置に格納されている。この値は、例えば装置を製造する過程において決められ、調整が必要な場合には適宜調整可能なように、例えばEPROMなどに格納されている。尚、メモリへの格納値を適宜変更できるようにして、後から修正できるように構成しても良い。
Next, a detailed example of each functional block will be described with reference to FIG. First, data stored in the memory will be described. In FIG. 2, in order to simplify the description, the case where the number of branches is four will be described as an example. The
ビーム切り替え制御回路108をスキャンさせることにより、各ブランチに供給されるデータを変更することができる。スキャンの手順については、図7を参照して後述する。
By scanning the beam switching
ビーム形状の例について図3を参照して説明する。図3(A)〜(E)は、図2に示す5つの異なるビーム形状(ビーム形状#1〜#5まで)の例を示す図である。図2に示すように、ビーム形状#1を形成するためには、ブランチ#1の移相量データdata1−1と、ブランチ#2の移相量データdata1−2と、ブランチ#3の移相量データdata1−3と、ブランチ#4の移相量データdata1−4と、が必要である。すなわちアンテナ素子数(ブランチ数)をnとすると、i個のビーム形状を形成する場合には、メモリにはn(列)×i(行)個のデータを格納する必要がある。また、メモリ110内には、例えば、搬送波の位相を90度遅らせたい場合は、90度を移相器102−1〜4により遅らせるのに必要な制御電圧を、D/A変換器103−1〜4において出力させるのに必要な値に変換されたデータが格納される。メモリ110は、ビーム切り替え制御回路109からのそれぞれのブランチ#1〜4までの選択を行うビーム選択信号により選択されたビーム形状#1〜#4までのいずれかであって、かつ、各ブランチに対応するデータを、D/A変換器103−1〜4に対してそれぞれ出力する。D/A変換器103−1〜4までは、そのデータを制御電圧に変換し移相器102−1〜4に与える。
An example of the beam shape will be described with reference to FIG. 3A to 3E are diagrams showing examples of five different beam shapes (beam shapes # 1 to # 5) shown in FIG. As shown in FIG. 2, in order to form the
次に、ビーム形成用の位相調整量の生成方法について説明する。所望のビーム形状に対応する、各アンテナ素子の受信信号に与える位相調整量(移相量)は、アンテナ素子数と、アンテナ素子の配置と、各アンテナ素子の持つビーム形状(アンテナ素子の単体指向性)と、に基づいて理論的な値として求めることができる。次に、アンテナアレーの小型化等に伴うアンテナ素子間の相互結合、筐体の影響、及び素子の不均一性等、実際のアンテナの状態を考慮した移相量の決定技術について説明する。アレーアンテナのビーム形状は、アンテナ素子間の相互結合、素子の配置状態、素子の不均一性、筐体の影響などから、ある移相量を与えても理想的な状態と異なるビーム形状をもつことになる。そこでまず、実際のアンテナのビーム形状と理想的な状態とのずれを示す係数をYと定義し、アンテナ素子数がnの場合、Yを式(1)のn×n行列と定義する。 Next, a method for generating a beam forming phase adjustment amount will be described. The amount of phase adjustment (phase shift amount) given to the received signal of each antenna element corresponding to the desired beam shape is the number of antenna elements, the arrangement of antenna elements, and the beam shape of each antenna element (single orientation of the antenna element) ) And a theoretical value can be obtained. Next, a technique for determining the amount of phase shift in consideration of the actual antenna state, such as mutual coupling between antenna elements accompanying the downsizing of the antenna array, the influence of the casing, and the non-uniformity of the elements will be described. The beam shape of an array antenna has a beam shape different from the ideal state even if a certain amount of phase shift is given due to mutual coupling between antenna elements, element arrangement, element non-uniformity, influence of the case, etc. It will be. Therefore, first, a coefficient indicating the deviation between the actual beam shape of the antenna and the ideal state is defined as Y, and when the number of antenna elements is n, Y is defined as an n × n matrix of Equation (1).
以上より、アンテナウェイトWmを与えたときの角度θkの方向から1波が到来するときのアレー信号出力(図1の114)outmk は、 From the above, the array signal output (114 in FIG. 1) out mk when one wave arrives from the direction of the angle θ k when the antenna weight W m is given is
次に上記の関係式を用いてYを求め、更には希望するビーム形状を生成するためのアンテナウェイトを求めるための手順を説明する。 Next, a procedure for obtaining Y using the above relational expression and further obtaining an antenna weight for generating a desired beam shape will be described.
図5は、相互結合等を補正しビーム形成を行うために必要なアンテナウェイトW’を求める手順を示すフローチャート図である。補正されたアンテナウェイトW’は、アンテナ素子の振幅と移相の調整量を意味する。本実施の形態によるアンテナの構成では、アンテナウェイトは移相調整のみであり、ウェイトを変更する場合は、移相量のみを変更する(nはアンテナ素子数)。 FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for obtaining the antenna weight W 'necessary for correcting the mutual coupling and performing beam forming. The corrected antenna weight W 'means an adjustment amount of the amplitude and phase shift of the antenna element. In the antenna configuration according to the present embodiment, the antenna weight is only for phase shift adjustment, and when changing the weight, only the phase shift amount is changed (n is the number of antenna elements).
図5に示すように、まずステップS1において処理を開始する。ステップS2において、outmk=Wm TYVkの式において、アンテナウェイトWmをアンテナ素子数n回分変化させ、すなわち、ウェイトW1, …Wm…,Wnを適宜与え、それぞれのウェイトに対してアレーアンテナに信号を入射する方向をn回分変更し、アレー出力信号outm k (m= 1,…, n, k = 1,…, n)を測定する。つまり、n個のWm (m = 1,…, n)について、信号を入射する方向をn回変更し、即ちn個のVk(k = 1,…, n)を与え、n2個outm k (m= 1,…, n, k = 1,…, n)を測定する。この測定結果は、 As shown in FIG. 5, first, processing is started in step S1. In step S2, the equation out mk = W m T YV k , antenna weights W m is varied antenna element number n times, i.e., the weight W 1, ... W m ..., suitably given W n, to each of the weights On the other hand, the direction in which the signal is incident on the array antenna is changed n times, and the array output signal out mk (m = 1,..., N, k = 1,..., N) is measured. That is, for n W m (m = 1,..., N), the signal incident direction is changed n times, that is, n V k (k = 1,..., N) are given, and n 2 Measure out mk (m = 1, ..., n, k = 1, ..., n). This measurement result is
次に、ステップS4において、ステップS3で求めたYを用いてアンテナのウェイトを決定する。Yは、筐体やアンテナ間の相互結合、移相器、合成器等の設置状態による歪係数、即ち理想状態からのずれを示す係数である。従って、ずれを除去したアレー出力信号out’を得るためには、ずれを許容する新たなアンテナウェイトW’として求めればよい。従って、 Next, in step S4, the antenna weight is determined using Y obtained in step S3. Y is a distortion coefficient depending on the installation state of the mutual coupling between the housing and the antenna, the phase shifter, the combiner, etc., that is, a coefficient indicating a deviation from the ideal state. Therefore, in order to obtain the array output signal out ′ from which the deviation has been removed, it may be obtained as a new antenna weight W ′ that allows the deviation. Therefore,
歪補正したアンテナウェイトW’は、振幅項と位相項を持っているため、位相調整のみのアレーアンテナでは、位相項だけを与える。これにより、希望したビーム形状との差が大きい場合、W’を少し変化させ、希望のビーム形状に近くなるように補正すればよい。(以上、ステップS4)。 Since the distortion-corrected antenna weight W 'has an amplitude term and a phase term, an array antenna with only phase adjustment gives only the phase term. As a result, when the difference from the desired beam shape is large, W ′ may be slightly changed to correct the beam shape closer to the desired beam shape. (Step S4).
次に、上記ステップS4における処理内容について、特に移相量のみを調整するアレーアンテナにおいて、ある方位にヌル(受信電界強度が‘0’もしくは‘0’に近い値をとる点)をもつビーム形状を形成するのに必要な位相調整量(ウェイト)を求める方法を、実施形態の例として、図6を参照しつつより詳細に説明する。尚、図6に示す処理においては、ある方位θkの方向にヌルをもつビーム形状を得る場合について説明する。 Next, regarding the processing content in step S4, in particular, in an array antenna that adjusts only the amount of phase shift, a beam shape having a null (a point where the received electric field strength takes a value of “0” or “0”) in a certain direction A method for obtaining a phase adjustment amount (weight) necessary for forming the above will be described in more detail with reference to FIG. 6 as an example of the embodiment. Incidentally, in the processing shown in FIG. 6, a description will be given of a case of obtaining a beam shape having a null in the direction of a certain orientation theta k.
まず、ステップS11において処理を開始し、ステップS12において、ウェイトWiの初期値W1を与える。i=1(iは極値問題の計算する回数を表すカウンタである)として、初期値W1を与える。ここで、初期値W1は任意の値である。但し、初期値を適切に選択することで、より収束が早くなる。例えば、θkの方向にヌルをもつビーム形状を得たい場合に、初期のウェイトW1と、ある位相摂動Φを与えるとする(ステップS13)。ある位相摂動Φを First, the process starts in step S11, in step S12, providing an initial value W 1 of the weight W i. The initial value W 1 is given as i = 1 (i is a counter indicating the number of times the extreme value problem is calculated). Here, the initial value W 1 is an arbitrary value. However, the convergence becomes faster by appropriately selecting the initial value. For example, when it is desired to obtain a beam shape having a null in the direction of θ k , it is assumed that an initial weight W 1 and a certain phase perturbation Φ are given (step S13). A phase perturbation Φ
次に、ステップS15において、ヌルの条件を満たすか否かを判定する。尚、ヌルの条件を満たすか否かは、ステップS14で求めたΦによってできるビーム形状が拘束条件式(3)((3)式は=0としているが、完全に=0にはならないため)との誤差が許容できる範囲であるかどうかを判定する。ヌルの条件を満たさない場合は(No)、ステップS19でi<imax(imaxは、予め設定された値であり、極値問題を計算する回数の上限である)か否かを判定し、そうでなければ(NO)、処理を終了する(ステップS20)。i<imaxあれば、ステップS18に進み、アンテナウェイトを、 Next, in step S15, it is determined whether or not a null condition is satisfied. It should be noted that whether or not the null condition is satisfied is that the beam shape formed by Φ obtained in step S14 is a constraint condition expression (3) (because (3) is set to = 0, but not completely = 0). It is determined whether or not the error is within an allowable range. If the null condition is not satisfied (No), it is determined whether or not i <imax (imax is a preset value and is the upper limit of the number of times to calculate the extreme value problem) in step S19. If not (NO), the process is terminated (step S20). If i <imax, the process proceeds to step S18, and the antenna weight is set to
位相摂動Φとウェイトを用いて上記(5)式に基づく計算を繰り返し、ヌルの条件を満たす(ステップS15のYes)位相摂動Φを得る。得られた位相摂動Φとその時のウェイトWiから、補正後のアンテナウェイトW’、 The calculation based on the above equation (5) is repeated using the phase perturbation Φ and the weight to obtain the phase perturbation Φ that satisfies the null condition (Yes in step S15). From the obtained phase perturbation Φ and the weight W i at that time, the corrected antenna weight W ′,
このように、本実施の形態によるアンテナウェイト生成方法を用いると、アンテナ素子間や筐体等の影響を含んだ実際的な装置の状態における任意の方向にヌル点をもつビーム形状に対応する位相調整量を得ることができる。また、アンテナ素子間に多少ずれがあるような状態、すなわち対象性が崩れた場合に、本実施の形態によるビーム形状形成法を用いるとにより、位相調整量を簡単に計算することができる。これは、実際にアンテナが筐体に実装されたときに極めて有効となる。 As described above, when the antenna weight generation method according to the present embodiment is used, the phase corresponding to the beam shape having a null point in an arbitrary direction in the actual state of the apparatus including the influence between the antenna elements and the case is included. An adjustment amount can be obtained. Further, when the antenna elements are slightly deviated, that is, when the objectivity is lost, the phase adjustment amount can be easily calculated by using the beam shape forming method according to this embodiment. This is extremely effective when the antenna is actually mounted on the housing.
次に、周波数判定回路とスペクトル平坦度とに関して説明する。まず、周波数特性判定回路の構成例及びスペクトル平坦度を示すパラメータの求め方の例について説明する。周波数特性判定回路におけるスペクトル平坦度は、以下のように定義し、求めることができる。 Next, the frequency determination circuit and the spectral flatness will be described. First, a configuration example of the frequency characteristic determination circuit and an example of how to obtain a parameter indicating spectral flatness will be described. The spectral flatness in the frequency characteristic determination circuit can be defined and determined as follows.
図4は、周波数スペクトルの例を示す図である。伝送帯域内の受信信号について、FFTにより各周波数成分の信号の振幅と位相とを抽出する。図4(A)に示したように、抽出した周波数成分の振幅と位相とからその電力(Y1、Y2、…、Yi、…、Yx)を求める。電力の代わりに振幅のみを利用しても良い。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a frequency spectrum. For the received signal in the transmission band, the amplitude and phase of the signal of each frequency component are extracted by FFT. As shown in FIG. 4A, the power (Y1, Y2,..., Yi,..., Yx) is obtained from the amplitude and phase of the extracted frequency component. Only amplitude may be used instead of electric power.
次に、伝送帯域内の受信信号の平均電力Aを求める。各周波数成分の信号電力Y1〜Yxと平均電力Aとの差の絶対値|Yi−A|(i=1、…、x)を求める。また平均電力Aと比較する閾値Bを予め設定しておく。 Next, the average power A of the received signal within the transmission band is obtained. The absolute value | Yi−A | (i = 1,..., X) of the difference between the signal power Y1 to Yx of each frequency component and the average power A is obtained. A threshold value B to be compared with the average power A is set in advance.
次に、|Yi−A|≦Bを満たす周波数成分の数を数え、スペクトル平坦度Fとする。例えば、図3(A)のように、伝送帯域内にx本の周波数成分を検出する場合、周波数成分x本のうちZ本が|Yi−A|≦Bを満たすのであれば、F=Zとなる。Fの値が大きいほど、受信周波数スペクトルがより平坦であることを示すパラメータとして用いることができる。以上のように、平坦度の決定処理を信号の電力の比較演算とカウンタのみにより実行できるため、デジタル回路で簡単に実現することができ、回路規模が小さくできる。 Next, the number of frequency components satisfying | Yi−A | ≦ B is counted to obtain the spectral flatness F. For example, as shown in FIG. 3A, when x frequency components are detected in the transmission band, if Z out of the x frequency components satisfy | Yi−A | ≦ B, F = Z It becomes. A larger value of F can be used as a parameter indicating that the received frequency spectrum is flatter. As described above, since the flatness determination process can be executed only by the signal power comparison operation and the counter, it can be easily realized by a digital circuit, and the circuit scale can be reduced.
図4(B)に示すように、平均電力Aと周波数成分との電力(Y1〜Yx)を比較する閾値を複数個(例えばp個、図4(B)ではp=2の例を示す。)設定し、閾値がB1、B2、…、B(p−1)、Bpであり、B1<B2<…<Bpの関係にあるとしたとき、次のようにしてスペクトル平坦度を求めることができる。まず、|Yi−A|≦B1 を満たす周波数成分の数を数えZ1とし、Z1に重みC1を付けてC1Z1とする。 As shown in FIG. 4B, a plurality of threshold values (for example, p, for example, p = 2 in FIG. 4B) for comparing the average power A and the power (Y1 to Yx) of the frequency component are shown. ), Threshold values are B1, B2,..., B (p-1), Bp, and B1 <B2 <... <Bp, the spectrum flatness is obtained as follows. it can. First, the number of frequency components satisfying | Yi−A | ≦ B1 is counted as Z1, and a weight C1 is added to Z1 to obtain C1Z1.
次に、B1<|Yi−A|≦B2を満たす周波数成分の数を数えZ2とし、Z2に重みC2を付けてC2Z2とする。以下同様に続け、B(p−1)<|Yi−A|≦Bpを満たす周波数成分の数を数えZpとし、Zpに重みCpを付けてCpZpとする。これらを加え、スペクトル平坦度Fを決定することもできる。 Next, the number of frequency components satisfying B1 <| Yi−A | ≦ B2 is counted as Z2, and a weight C2 is added to Z2 as C2Z2. Subsequently, in the same manner, the number of frequency components satisfying B (p−1) <| Yi−A | ≦ Bp is counted as Zp, and a weight Cp is added to Zp as CpZp. By adding these, the spectral flatness F can also be determined.
すなわち、スペクトル平坦度Fは、F=C1Z1+C2Z2+… +CpZpとすることができる。但し、重み係数(C1、C2、…、Cp)はC1>C2>…>Cpとする。このように、複数の閾値(B1〜Bp)と複数の重み係数(C1〜Cp)とを用いることにより、スペクトル平坦度をより正確に求めることができ、マルチパス歪を効果的に防ぐことができる。 That is, the spectral flatness F can be set to F = C1Z1 + C2Z2 + ... + CpZp. However, the weighting coefficients (C1, C2,..., Cp) are C1> C2>. Thus, by using a plurality of threshold values (B1 to Bp) and a plurality of weighting factors (C1 to Cp), the spectral flatness can be obtained more accurately, and multipath distortion can be effectively prevented. it can.
上記のスペクトル平坦度を求める際、通信方式がマルチキャリア通信方式又はOFDM方式である場合、各周波数成分の信号電力(Y1〜Yx)は、サブキャリアの信号電力であっても良い。さらに、OFDM通信方式において全サブキャリアの中にパイロット用キャリアとデータ伝送用のキャリアとが分かれている場合、スペクトル平坦度を求める際に用いる重み係数は、パイロット用キャリアとデータ伝送用キャリアとを分けて異なる重み係数を用意し、パイロット用キャリアの重み係数を大きくすることによって平坦度を求めることもできる。前述の手法を用いることにより、特にパイロットキャリアの受信状態が改善されるようにアンテナが制御されるため、パイロット信号を用いてフェージング補償や誤り訂正制御を行う通信方式において、通信品質が改善するという利点がある。 When obtaining the above spectral flatness, if the communication method is a multicarrier communication method or OFDM method, the signal power (Y1 to Yx) of each frequency component may be the signal power of a subcarrier. Furthermore, when the pilot carrier and the data transmission carrier are divided among all the subcarriers in the OFDM communication system, the weighting factor used when obtaining the spectral flatness is determined by the pilot carrier and the data transmission carrier. By preparing different weighting factors separately and increasing the weighting factor of the pilot carrier, the flatness can be obtained. By using the above-mentioned method, the antenna is controlled so that the reception state of the pilot carrier is improved, so that the communication quality is improved in the communication system that performs fading compensation and error correction control using the pilot signal. There are advantages.
さらに、パイロット用キャリアが周波数に関して等間隔に配置されている通信方式においては、パイロットキャリアのみを用いて周波数特性の平坦度を求めることが可能であり、演算処理をより簡単にできるため、回路規模をより一層小さくすることができるという利点がある。 Furthermore, in a communication system in which pilot carriers are arranged at equal intervals with respect to frequency, it is possible to obtain the flatness of the frequency characteristics using only the pilot carrier, and the arithmetic processing can be simplified, so the circuit scale There is an advantage that can be further reduced.
次に制御回路の構成とビーム切り替え方法について説明する。前述のように、周波数特性判定回路により求められたスペクトル平坦度Fは、周波数特性がより平坦である場合に大きい値を示すパラメータである。本実施の形態においては、スペクトル平坦度の閾値THFを設定し、FがこのTHFよりも大きい場合は、マルチパスによる歪の影響がないものと判定する。さらに、ビーム切り替え制御回路には、アンテナ合成後の受信信号(アレー出力信号)電力Pを検出する機能が備えられている。また、ビーム切り替え制御回路には、最適ビーム形状を記憶する機能と、最適ビームのスペクトル平坦度を記憶する機能とが備えられている。 Next, the configuration of the control circuit and the beam switching method will be described. As described above, the spectral flatness F obtained by the frequency characteristic determination circuit is a parameter indicating a large value when the frequency characteristic is flatter. In the present embodiment, a threshold value TH F of spectral flatness is set, and when F is larger than TH F , it is determined that there is no influence of distortion due to multipath. Further, the beam switching control circuit has a function of detecting the received signal (array output signal) power P after antenna combination. The beam switching control circuit has a function of storing the optimum beam shape and a function of storing the spectral flatness of the optimum beam.
以下、制御部におけるビーム切り替え(スキャン)制御処理の流れについて図7を参照しつつ説明を行う。図7に示すフローチャート図において、処理を開始すると(start)、まずステップS31において、電源投入後又は受信信号待ちの状態で、ビーム切り替え制御回路は、メモリから初期移相量データ、すなわち初期のビーム形状のデータ、例えばオムニアンテナと同様のビーム形状となるデータを出力させ、各ブランチの移相器に位相調整量を設定する。次に、ステップS32では、ビーム切り替え制御回路は、最適ビーム形状として初期のビーム形状を記憶し、また最適ビームの平坦度の初期値として“0”を記憶する。 Hereinafter, the flow of beam switching (scanning) control processing in the control unit will be described with reference to FIG. In the flowchart shown in FIG. 7, when the process is started (start), first, in step S31, after the power is turned on or waiting for the received signal, the beam switching control circuit reads the initial phase shift amount data, that is, the initial beam from the memory. Shape data, for example, data having a beam shape similar to that of an omni antenna is output, and a phase adjustment amount is set in the phase shifter of each branch. Next, in step S32, the beam switching control circuit stores the initial beam shape as the optimal beam shape, and stores “0” as the initial value of the flatness of the optimal beam.
次に、ステップS33において、受信信号の検出待ちを行い、受信回路またはビーム切り替え制御回路は、受信信号の有無を判定し、受信信号有りと検出された場合に、次のステップS34に進む。ステップS34においては、ビーム切り替え制御回路がアレー出力信号電力)Pを測定する。次いで、ステップS35において、ステップS34で測定した受信信号電力Pが、予め設定した閾値THPよりも大きいと判断された場合にはステップS36に進み、閾値THPよりも小さいと判断された場合にはステップS40に進む。 Next, in step S33, a reception signal detection wait is performed, and the reception circuit or the beam switching control circuit determines whether or not there is a reception signal. If it is detected that there is a reception signal, the process proceeds to the next step S34. In step S34, the beam switching control circuit measures the array output signal power P). Then, in step S35, when the received signal power P measured in step S34, if it is determined to be larger than the threshold value TH P set in advance the process proceeds to step S36, it is determined to be smaller than the threshold value TH P Advances to step S40.
ここで、判断基準として受信信号電力の閾値THPを用いるのは、受信信号電力がノイズ電力に埋もれてしまい平坦度が高くなるのを防ぐためにある。すなわち、受信電力Pが一定値以上であり、スペクトル平坦度の高いものを、適切なビーム形状とするためにある。 Here, use a threshold TH P of the received signal power as a criterion, the received signal power is in order to prevent the cause flatness increases buried in the noise power. In other words, the received power P is equal to or higher than a certain value and the spectral flatness is high in order to obtain an appropriate beam shape.
ステップS36では、周波数特性判定回路は、スペクトル平坦度Fを計算する。ステップS37では、ビーム切り替え制御回路は、現在までに探索された中で最適のビーム形状のスペクトル平坦度と現在のビーム形状のスペクトル平坦度とを比較する。その結果、現在のビーム形状の平坦度がこれまでの最適ビームの平坦度よりも大きい場合は、ステップS38に進み、そうでない場合は、ステップS40に進む。ステップS38においては、ビーム切り替え制御回路が、最適ビーム形状として現在のビーム形状を記憶し、さらに、最適ビーム平坦度として現在のビーム形状のスペクトル平坦度を記憶する。 In step S36, the frequency characteristic determination circuit calculates the spectral flatness F. In step S <b> 37, the beam switching control circuit compares the spectral flatness of the optimum beam shape searched up to now with the spectral flatness of the current beam shape. As a result, if the flatness of the current beam shape is larger than the flatness of the optimum beam so far, the process proceeds to step S38, and if not, the process proceeds to step S40. In step S38, the beam switching control circuit stores the current beam shape as the optimum beam shape, and further stores the spectral flatness of the current beam shape as the optimum beam flatness.
ステップS39では、ビーム切り替え制御回路は、現在のビーム形状のスペクトル平坦度Fと予め設定された閾値THFとを比較し、平坦度FがTHFよりも大きい場合に、マルチパス歪の影響がないものと判定し、現在設定されているビーム形状で受信処理を継続し、ビーム切り替え制御フローを終了する(ENDへ進む)。 In step S39, the beam switching control circuit compares the spectral flatness F of the current beam shape with a preset threshold value TH F, and if the flatness F is greater than TH F , the influence of multipath distortion is present. It is determined that there is no beam, the reception process is continued with the currently set beam shape, and the beam switching control flow is terminated (proceeds to END).
一方、平坦度Fが閾値THFよりも小さい場合は、ステップS40に進む。ステップS40では、ビーム切り替え制御部が、次候補のビーム形状に切り替えるため、メモリから次候補のビーム形状に対する位相調整量を出力させ、ビーム形状を次候補のビーム形状に切り替える。次候補のビーム形状に切替えた後は、S34の処理に移り、以上に説明した処理を同様に繰り返す。 On the other hand, if the flatness F is smaller than the threshold value TH F , the process proceeds to step S40. In step S40, in order to switch to the next candidate beam shape, the beam switching control unit outputs the phase adjustment amount for the next candidate beam shape from the memory, and switches the beam shape to the next candidate beam shape. After switching to the next candidate beam shape, the process proceeds to S34, and the process described above is repeated in the same manner.
以上に説明した処理はビーム形状が上記の条件(S35,S37,S39)を満たすまで繰り返し行われ、マルチパス歪の影響のないビーム形状を探索する。尚、メモリに蓄えた全てのビーム形状中に上記の条件(S35,S37,S39)を満たすビーム形状を有するビームがない場合には、ビーム切り替え回路に記憶された最適のビーム形状に再度切り替えて、受信処理を行うようにすることも可能である。 The processing described above is repeated until the beam shape satisfies the above conditions (S35, S37, S39), and a beam shape that is not affected by multipath distortion is searched. If there is no beam having a beam shape satisfying the above conditions (S35, S37, S39) in all the beam shapes stored in the memory, the beam shape is switched again to the optimum beam shape stored in the beam switching circuit. It is also possible to perform reception processing.
次に、本発明の実施の形態の変形例による受信技術について、図面を参照しつつ説明を行う。本変形例による受信技術は、メモリに複数のビーム形状を格納している場合に、ビーム形状の周波数特性の検出回数を減らすことにより、適切なビーム形状に切り替える処理を高速化する技術である。図8(A)〜(D)までに示すように、予めメモリに格納しているビーム形状として、例えば、ビーム幅が異なり、または、ビームの方向が異なるビームを複数用意しておく((A)〜(D))。そして、ビーム幅の広いものから順にビーム候補のランク(図では、ランク1〜4まで)を付けておくことを特徴とする。 Next, a reception technique according to a modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The reception technique according to this modification is a technique for speeding up the process of switching to an appropriate beam shape by reducing the number of detections of the frequency characteristics of the beam shape when a plurality of beam shapes are stored in a memory. As shown in FIGS. 8A to 8D, as the beam shape stored in the memory in advance, for example, a plurality of beams having different beam widths or different beam directions are prepared ((A ) To (D)). The beam candidate ranks (in the figure, ranks 1 to 4) are assigned in order from the widest beam width.
ランク1のビームからランクの優先度が高い(ランクの数字が低い)順に、上記の方法により受信電力及びスペクトル平坦度を計算し、閾値を越えるビームを探索する。ランク1でスペクトル平坦度に関する条件を満たさなかった場合は、次のランクであるランク2のビーム形状#2と#3とに関してスペクトル平坦度の条件を満たすビームを探索する。ランク2のビームにおいても平坦度の条件を満たさない場合は、ビーム形状#2と#3との受信電力を比較する。比較結果として、例えばビーム形状#2の受信電力が強ければ、次ランクのビーム形状の候補から#2の方向と同じ方向に指向性を有する#4、#5、#7をビーム形状の候補として、受信電力の検出及びスペクトル平坦度の検出判定を行う。
The received power and the spectral flatness are calculated by the above-described method in order from the
以下、同様に、ランク3で平坦度の条件を満たすビーム形状がない場合、ランク3の受信電力を比較し、一番大きいビームと同じ方向に指向性のあるランク4のビームを次候補とし探索する。以上の処理を繰り返すことにより、平坦度の条件を満たすビームを探索する。本変形例による技術を用いると、適切なビーム形状に切り替える処理を高速化することができるという利点がある。
Similarly, when there is no beam shape satisfying the flatness condition at
以上、本実施の形態に沿って説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 As mentioned above, although demonstrated along this Embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples, and various deformation | transformation are possible.
本発明は、小型の無線通信装置の受信系として利用できる。 The present invention can be used as a reception system of a small wireless communication apparatus.
101−1〜101−n:n本のアンテナ素子、102−1〜n:移相器、103−1〜n:D/A変換器、104:合波器、105:A/D変換器、106:受信回路、107:FFT、108:周波数特性判定回路、109:ビーム切り替え制御回路,110:移相差メモリ、111:BPF、112:ミキサ、113:LPF。 101-1 to 101-n: n antenna elements, 102-1 to n: phase shifter, 103-1 to n: D / A converter, 104: multiplexer, 105: A / D converter, 106: reception circuit, 107: FFT, 108: frequency characteristic determination circuit, 109: beam switching control circuit, 110: phase shift memory, 111: BPF, 112: mixer, 113: LPF.
Claims (21)
複数の前記アンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の搬送波の位相をアンテナ素子毎に調整する移相器と、
該移相器により位相が調整された前記受信信号を合成する合波器と、
該合波器により合成された合成信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、
前記デジタル信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換するフーリエ変換手段と、
該フーリエ変換手段により得られた周波数特性に基づいて前記移相器を制御する制御手段と
を有する受信装置。 A plurality of antenna elements for receiving radio signals;
A phase shifter for adjusting the phase of the carrier wave of the received signal in each of the plurality of antenna elements for each antenna element;
A multiplexer that synthesizes the received signal whose phase is adjusted by the phase shifter;
An analog / digital converter that converts the synthesized signal synthesized by the multiplexer into a digital signal;
Fourier transform means for converting the digital signal from a time domain signal to a frequency domain signal;
And a control unit that controls the phase shifter based on the frequency characteristic obtained by the Fourier transform unit.
複数の前記アンテナ素子のそれぞれにおける受信信号の搬送波の位相をアンテナ素子毎に調整する移相器と、
該移相器により位相調整された前記受信信号を合成する合波器と、
該合波器により合成された合成信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、
該アナログ/デジタル変換器の出力に基づいて、受信信号の信号処理を行う受信回路と、を備える受信装置であって、
前記アナログ/デジタル変換器の出力として得られるデジタル信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換するフーリエ変換手段と、
該フーリエ変換手段により得られた周波数スペクトルにおける前記信号電力の平坦度を求め、該平坦度に関する判定を行う周波数特性判定手段と、
前記平坦度の判定結果に基づいて前記移相器による調整に関する制御を行う制御手段と
を有する受信装置。 A plurality of antenna elements for receiving radio signals;
A phase shifter for adjusting the phase of the carrier wave of the received signal in each of the plurality of antenna elements for each antenna element;
A multiplexer that synthesizes the received signal phase-adjusted by the phase shifter;
An analog / digital converter that converts the synthesized signal synthesized by the multiplexer into a digital signal;
A receiving circuit that performs signal processing of a received signal based on an output of the analog / digital converter,
Fourier transform means for converting a digital signal obtained as an output of the analog / digital converter from a time domain signal to a frequency domain signal;
Frequency characteristic determining means for determining flatness of the signal power in the frequency spectrum obtained by the Fourier transform means and making a determination on the flatness;
And a control unit that performs control related to adjustment by the phase shifter based on the determination result of the flatness.
請求項7又は8までのいずれか1項に記載の受信装置。 A memory for storing data relating to a phase shift amount necessary to generate a plurality of the desired beam shapes, and to the phase shifter to be read from the memory based on the determination result of the spectral flatness 9. The receiving device according to claim 7, wherein the control data is changed.
受信特性を判定するためのスペクトル平坦度の閾値と、
受信電力の閾値とが予め用意されており、
受信回路により測定された受信電力と該受信電力との閾値を比較し、該閾値よりも前記受信電力が大きな場合に、さらに前記周波数判定回路において求めたスペクトル平坦度と該スペクトル平坦度の閾値とを比較し、該平坦度が前記スペクトル平坦度の閾値よりも大きな場合に受信品質が良いと判断する機能を有することを特徴とする請求項7から9までのいずれか1項に記載の受信装置。 In the beam switching control circuit and the means for determining the frequency characteristic,
A threshold of spectral flatness for determining reception characteristics;
A threshold of received power is prepared in advance,
The received power measured by the receiving circuit is compared with the threshold value of the received power, and when the received power is larger than the threshold value, the spectral flatness obtained by the frequency determination circuit and the threshold value of the spectral flatness 10. The receiving apparatus according to claim 7, wherein the receiving apparatus has a function of determining that the reception quality is good when the flatness is larger than a threshold value of the spectral flatness. .
前記フーリエ変換手段を受信用のフーリエ変換器としても用いることを特徴とする請求項1から15までのいずれか1項に記載の受信装置。 The communication method is orthogonal frequency division multiplexing,
The receiving apparatus according to any one of claims 1 to 15, wherein the Fourier transform means is also used as a receiving Fourier transformer.
該複数アンテナ素子のブランチ毎に、アンテナ素子で受信した信号の搬送波の位相を調整する位相調整回路と、
前記各ブランチの位相調整された受信信号を合成する合成回路と、
該合成回路の出力信号を処理する受信回路と、を有する受信装置であって、
前記合成回路により合成された受信信号の周波数特性を検出する周波数特性検出回路と、
検出された前記周波数特性に基づいてビーム形成用の位相調整データを変更する制御を行う制御回路と、
前記アンテナ素子毎の位相調整データを記憶するメモリと、
前記位相調整データをアナログ信号電圧に変換して前記位相調整回路に与える制御電圧として出力するデジタル−アナログ回路と
を備えることを特徴とする受信装置。 A plurality of antenna elements;
A phase adjustment circuit for adjusting the phase of the carrier wave of the signal received by the antenna element for each branch of the plurality of antenna elements;
A synthesizing circuit that synthesizes the phase-adjusted received signals of the branches;
A receiving circuit that processes an output signal of the combining circuit;
A frequency characteristic detection circuit for detecting a frequency characteristic of the reception signal synthesized by the synthesis circuit;
A control circuit for performing control to change the beam forming phase adjustment data based on the detected frequency characteristics;
A memory for storing phase adjustment data for each antenna element;
A receiving apparatus comprising: a digital-analog circuit that converts the phase adjustment data into an analog signal voltage and outputs the analog signal voltage as a control voltage applied to the phase adjustment circuit.
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