JPH06502981A - ダイバーシチ受信機用の位相合成方法および装置 - Google Patents

ダイバーシチ受信機用の位相合成方法および装置

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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ダイバーシチ受信機用の位相合成方法および装置発明の分野 本発明は、一般に、無線電話内のグイバーシチ受信機に関する。さらに詳しくは 、少なくとも2つの被受信信号の位相を合成して、デジタルまたはアナログ無線 電話においてより優れた性能を得るための方法および装置に関する。
発明の背景 検出後選択グイバーシチ受信機(post−detectionselecti on 1versity receiver)とは、少なくとも2つのアンテナ を用いて無線周波数(RF)信号の受信の改善を図る受信機である。各アンテナ と対応する受信機とが共に、被受信信号を発生する。少なくとも2つの入手可能 な被受信信号から、1つの信号が選択される。一般に、現在では2種類の検出後 選択ダイバーシチ受信機が普及している。1つの種類では、1つの被受信信号の 選択は、信号の被受信信号強度(R5S)に依存する。このような種類のダイバ ーシチ受信機は、レベル比較ダイバーシナ法(levelcomparison  diversity technique)として知られている。もう一方の 種類の選択は、位相誤差の推定値に依存する。この2昏目の種類の検出後選択ダ イバーシチ受信機は、位相確度比較法(phase 1ikelihood c omparisontechnique)として知られている。
レベル比較ダイバーシナ法においては、各被受信信号のR5Sが検出されて、他 の強度と比較される。最も高いR8S強度を有する被受信信号が選択されて、無 線電話で用いられる。この簡単なシステムはレイリー・フェーディング環境(R ayleigh fading environment)では比較的有効で、 1つのアンテナと受信機とを有するシステムよりも優れている。しかし、レベル 比較ダイバーシナ法は、静止環境(static environment)に おいては単独アンテナ・システムを上回る利点はない。
位相確度比較法は、被受信信号のそれぞれの位相誤差推定値を利用して、推定位 相誤差の最も小さな信号を選択する。この実施例は、1989年3月28日に出 願された被譲渡人が日本電信電話株式会社(NTT)である「Diversit y Reception C1rcuit (ダイバーシチ受信回路)」という タイトルの日本特許出願番号第HEI2−253727号の主題である。まず、 被受信信号のそれぞれの位相が検出される。次にこの位相が適切な信号配列(s ignalconstellation)上にプロットされる。この配列には、 記号決定点(symbol decesion point)力(含まれる。イ ケ相誤差ベクトルが、プロットされた位相ベクトルと最も近し1記号決定点との 間に生成される。位相誤差ベクトルは、それぞれの被受信信号に関して生成され る。最も小さい位相誤差ベクトルを有する被受信信号が無線電話により用いられ て、さらに処理を受ける。その他の被受信信号は無視される。位相確度比較法で は、R3S情報を利用しなし1点に留意すること。
位相確度比較法に対する強化法が、1991年2月NTT無線通信システム研究 所(NTT Radi。
Communication System Laboratories)発行 のサイトウシゲキ、ヤマモトハルイ、ヤマオヤスシによるrAllDigita l Adaptive Carrier Tracking Coherent Demodulator (全デジタル・アダプティブ搬送波追跡同期復調器) 」という論文に論じられている。この強化法では、2分岐ダイバーシチ受信機に 関してR5S情報と位相誤差情報の使用を組み合わせている。被受信信号のR5 Sが互いに比較される。R5S値間の差が所定の閾値を越えてしする場合は、よ り大きなR5S値を持つほうの被受信信号が用いられる。R5S値間の差が所定 の閾値よりも小さい場合は、位相誤差情報が前述のように用いられて、選択が行 われる。この強化法により、単純な位相確度比較法よりも性能が改善されるが、 さらなる性能の改善が望ましし)。さらに、位相誤差推定値を発生するという要 件により、位相確度比較法はデジタルに位相変調された信号に限定される。
現在の市場は、無線電話のメーカに対して、性能基準を増大させながら無線電話 の寸法5重量および消費電力を削減することをめている。そのために、現在入手 可能な゛従来のものと比較した場合に、被受信信号強度能が改善されている簡単 なダイバーシチ受信機回路に対する必要性が生まれる。
発明の概要 本発明は、第1および第2被受信信号の位相を合成する装置を含む。それぞれの 被受信信号は、位相と、信号品質指標(signal quality 1nd icator)とを持つ。本装置は、被受信信号を復調して、それにより各被受 信信号から位相を引き出して、2つの位相信号を生成する。本装置は、この2つ の位相信号を合成して、第3の位相信号を形成する。
次に、装置は3つの位相信号のうちで最も適切なものを選択する。選択された位 相信号が情報を回復するために用いられる。
図面の簡単な説明 第1図は、本発明を採用する無線電話システムのブロック図である。
第2図は、本発明に採用されるダイバーシチ位相合成装置のブロック図である。
第3図は、第2図のブロック図に採用される位相合成袋 −置である。
第4図は、第2図のブロック図に採用される位相選択回路である。
第5図は、第4図の回路に用いられる状態テーブルである。
第6図は、本発明1位相確度比較グイバーシチおよびレベル比較ダイバーシチに 関して、静止環境におけるビット誤差確率と信号対雑音比との模擬性能衣である 。
第7図は、本発明1位相確度比較ダイバーシチ、レベル比較ダイバーシチおよび 信号分岐検出器に関して、平坦なレイリー・フェーディング環境におけるビット 誤差確率と信号対雑音比との模擬性能衣である。
第8図は、各象限に記号決定点を有するQPSK配列である。
発明の実施例 本発明は、無線電話のダイバーシチ受信機に用いる位相合成装置回路を含む。ダ イバーシチ受信機には、電磁波を受信するための少なくとも2つのアンテナが含 まれる。各アンテナは、対応する受信機を有し、信号を受信することを試み、そ の結果、それぞれが位相と信号品質指標とを有する2つの被受信信号を設ける。
位相合成装置は、2つの被受信信号から位相を合成するために用いられ、第3の 位相信号を生成する。信号品質指標にはR5S、零交叉ジッタ(zero cr ossing jitter) 、位相誤差推定値または他の同等の機能を持つ 指標とが含まれる。選択された信号品質指標またはその組合せが用いられて、3 つの位相信号のうちどれを被受信信号内に含まれるデータの解読に用いるかが決 定される。好適な実施例においては、R5Sが選択される信号品質指標である。
本発明はアナログまたはデジタル位相変調スキームのいずれを用いている通信シ ステムにおいても採用することができるが、ここで説明される好適な実施例は、 デジタル無線電話を採用する通信システム内で動作する。デジタル位相変調スキ ームを採用するシステムの性能を測る方法は、被受信信号のビット誤り率(BE R)を測定することである。この実施例により、前述された位相確度比較ダイバ ーシナ法およびレベル比較法と較べたときに、回復されるデータのBERが改善 される。
性能の改善は、最大比合成(M RC: maximal rati。
combining)とレベル比較選択ダイバーシチの要素を組み合わせるハイ ブリッド・ダイバーシナ法を組み込むことにより達成される。事実、位相合成ダ イバーシチはMRCの有効な近似法である。MRCは、理論的には最適なグイバ ーシナ法であるが、2分岐MRCは、被受信信号と複合チャンネル・ゲインとの 乗算を含む非常に複雑なもので、以下の等式に表される: RMRc(t) −り、2 (t)S (t)+ff、(t)n’ 。
(t)] + [(12” (t)s (t)+172 (t)n’ 2 (t )]n (t)は、複合ガウシアン・ノイズ。
s (t)は、合成装置入力における信号成分、および +I(t)、n’ 2 (t)は、等しい数値特性を持つn、(t)およびn (t)の偏移したもので ある。
2つの被受信信号のレベルが大きく違う場合は、α1〉〉a2またはa2〉〉α 1となり、M RC出力は、レベル比較選択ダイバーシチにより近似値をめるこ とができる:すなわち α 〉〉α の場合は、 RMRC,(t)−a% (t)S (t)+at (t)n’ + (t)あ るいは(12> > a +の場合は、RMRC(t)”’α% (t)s ( t)+α2(t)n’ 2(t)である。
2つの被受信信号がほぼ等しい場合は、α1−α2−αとなり、MRC出力は、 以下に示されるように2つの位相信号のモジューロ−2■平均(modulo− 2rI average)により近似値をめることができる。
α14α2 ’IIαの場合は; RMllC(t)−[α2 (t)s (t)+a (t)n’ 、(t)]+  Ea2 (t)s (t)−+σ (t)n’ 2 (t)]mA、 (t)  e′′、L1′+ A2(t) eI′’口ま ただし: A、(t)は、個々の分岐振幅であり、θ、(t)は、個々の分岐位相である。
分岐振幅依存度を排除するために、概算A、(t)−A2(t)−A (t)を 用いる。恒等式 1式% αl傷α2鵡αの場合は; θvRc (1)−[θ、(1)+ [θ2 (t)−〇、(1)]。
。6□ /2] =。4□、となる。
これにより、ここで組み込まれる位相合成法は、理想的な最大比合成装置出力の 近似となる。
第1図は、本発明を採用する無線電話システムのブロック図である。この無線電 話システムにおいては、固定位置トランシーバ−03が、地域内の移動および携 帯式無線電話と電磁波を送受信する。無線電話101は、固定位置トランシーバ −03が動作する地域内に含まれるこのような無線電話の1つである。
無線電話101には2つのアンテナ105,107が含まれ、これらは固定位置 トランシーバ−03から送信された電磁波を結合させ、それらを電気的RF倍信 号変換する。
電気的RF倍信号、mix話101内で使用される受信機111.113により 受信される。被受信信号には位相とR5Sとが含まれる。R3S指示値は、信号 127,129を介して送信され、被受信信号は、2つの受信機111゜113 のそれぞれから、ダイバーシチ位相合成装置119に対して、信号115,11 7を介して送信される。
ダイバーシチ位相合成装置119は、被受信信号115゜117を復調して、そ れにより被受信信号115,117のそれぞれから位相を回復させ、2つの位相 信号を生成する。2つの位相信号が合成されて、第3の位相信号が生成される。
この3つの位相信号のうちの1つが選択され、被受信信号115,117に含ま れる情報の回復に用いられる。位相信号の選択は、2つの被受信信号115,1 17のR5Sに基づき行われる。好適な実施例においては、選択された位相信号 は記号に解読され、これらが記号信号123を介して、モトローラ社により供給 されるMC68000などのプロセッサ121と付属のメモリに出力される。
アナログ・システムに組み込まれる他の実施例では、同等の機能を持つ復調スキ ームを用いることもある。
プロセッサ121は、ユーザ・インターフェース125゜送信機109および受 信機115,117の間でデータをフォーマットするために用いられる。ユーザ ・インターフェース125には、マイクロホン、スピーカおよびキーバッドが含 まれる。被解読データが受信されると、プロセッサ121はデータ記号を用いて 、ユーザ・インターフェース125により用いられる音声またはデータを再生す る。
送信時には、データまたは音声信号は、ユーザ・インターフェース125からプ ロセッサ121に入力される。信号はプロセッサ121内でデジタイズされ、記 号化され、タイミングをはかられて、送信機109に送られる。送信機109は 、データを電気的RF倍信号変換する。電気的RF倍信号電磁波に変換され、ア ンテナ105により出力される。電磁波は、固定位置トランシーバ103により 受信される。好適な実施例においては、2つのアンテナ105.107が用いら れるが、特定の無線電話では3個以上のアンテナが用いられる場合もある。
第2図は、第1図のダイバーシチ位相合成装置119のブロック図である。被受 信信号115,117は、個々の位相復調器201,203に入力される。位相 復調器201.203は、被受信信号115,117に含まれる位相に対応する デジタル信号を生成する。位相信号211,209は、位相合成装置207に入 力される。位相合成装置207は、位相合成装置207に入力された2つの位相 信号211,209のモジューロ2−n平均である第3の位相信号213を生成 する。
さらに位相信号211,209は、位相選択回路215に入力され、この回路が 3つの入手可能な位相信号211゜213.209から1つの位相信号を選択す るために用いられる。位相信号の選択は、レベル比較回路205の結果に依存す る。
レベル比較回路205は、第1被受信信号のR35127を第2被受信信号のR 55129と比較する。第1被受信信号のR5Sと第2披受信信号のR5Sとの 差が、所定の閾値よりも大きい場合は、より大きなR5Sを持つ被受信信号が、 位相選択回路215により選択される。第1被受信信号のR5Sと第2被受信信 号のR5Sの差が所定の閾値よりも小さい場合は、合成された位相信号213が 選択される。好適な実施例においては、所定の閾値は3dBに設定されるが、用 途によって調整することができる。選択された位相出力信号217は、記号スラ イサ219に入力される。
好適な実施例においては、記号スライサ219は、選択された信号の情報内容を 決定するために用いられ、通信システムの変調法に依存する。横軸位相偏移(Q PSK:quadrature phase 5hift keying)変調 スキームが利用される。他の実施例では、ガウシアン最小偏移(GMSK:Ga ussian minimum 5hift keying)などの同等の機能 を持つ情報回復法および変調法が採用されることもある。
第8図に示されるように、QPSK配列内に選択された信号の位相をプロットす ることにより決定が行われる。QPSK配列は、I軸809およびQ軸811に より形成される4つの象限を持つ。位相はI軸から始まって、4つの象限内をO ないし360度反時計方向に回転して、測定される。各象限内には、2つの軸の 間の45度の位置に記号決定点801,803,805,807がある。プロッ トされた被選択信号217が1つの象限内に入り、プロットされた位相ベクトル に最も近い記号決定点を選択することにより、4つの可能な記号の1つとして解 釈される。たとえば、48度の位相を有する被選択位相信号217が第1象限に 入ると、これは記号801として解釈される。被選択位相信号217が91度の 位相を有する場合は、第2象限の記号803として解釈されることになる。記号 決定は信号221上でプロセッサ121に出力され、解釈されて、音声またはデ ータに再変換される。
第3図は、第2図に示される位相合成装置207のブロック図である。位相合成 装置207は、2つの位相信号209.211のモジューロ2■平均である第3 の位相出力信号213を発生する。平均値の実行は、モジューロ演算と2による 除算により構成される。これには1つの加算器。
1つの減算器および2による除算しか必要とされない。位相合成装置207は、 デジタル信号プロセッサまたは単純な論理ハードウェアのいずれにおいても実現 することができる。
第4図は、第2図に図示される位相選択回路213のハードウェアの実現例を示 す。位相選択回路構成は、レベル比較回路205の結果により起動される3方向 マルチプレクサである。レベル比較回路205は、第5図の状態図に示され為3 状態2ビット信号を入力する。第1被受信信号115からの位相信号211が望 ましい場合は、DiおよびDOの同信号で0が出力される。第2被受信信号21 7からの位相信号209が望ましい場合は、信号DI、D。
において1が出力される。合成位相信号213が望ましい場合は、信号D1では Oが、信号DOでは1が出力され、その結果、217で適切な信号出力が得られ る。
ここで説明される2つの分岐ダイバーシチ受信は、無線電話システムの性能を改 善するために用いられる。位相合成法により、発明の詳細な説明された2つの実 施例、すなわちレベル比較ダイバーシチと位相確度比較ダイバーシチよりも性能 を改善することができる。ダイバーシチ受信の性能を評価するためによく用いら れる2つの環境がある。
第1は、静止環境で、これは停止している無線電話を模擬するために用いられ、 両方のアンテナにおいて一定の等しいレベル信号をもつことを特徴とする。第2 は、理論レイリー・フェーディング環境で、これはが移動中の車間内の無線電話 の動作を模擬するために用いられ、独立したレイリー分布ランダム処理により変 調される被受信信号をもつことを特徴とする。これら2つの基準で測定されたダ イバーシチ受信機の性能は、無線電話の基本性能特性を示す。
第6図および第7図は、静止環境およびレイリー・フェーディング環境の単独分 岐検出、レベル選択ダイバーシチ。
位相確度ダイバーシチおよび位相合成装置ダイバーシチの模擬結果をそれぞれグ ラフに示したものである。第6図および第7図の結果は、理想的な遅延検出によ るn/4QPSK変調を前提とする。
第6図は、静止環境にある3種の前記のダイバーシチ受信機内の被受信信号のビ ット誤りの確率と信号対雑音比とをグラフに示したものである。このグラフから 、位相合成ダイバーシチ受信機を用いたときのビット誤り確率が、前述の他のダ イバーシチ受信機よりも低いことがわかる。位相合成ダイバーシチは、グラフ6 05により示される。グラフ603、発明の詳細な説明された位相確度比較ダイ バーシチの性能を表し、グラフ601はこれも本開示の発明の詳細な説明された 単純なレベル比較ダイバーシチの性能を示す。第6図に示されるように、レベル 比較選択ダイバーシチでは、単独分岐検出器に対して静止環境ではBERの改善 がなされない。位相確度比較ダイバーシチは、静止環境のレベル比較ダイバーシ チよりも優れているが、位相合成ダイバーシチよりは劣っている。
第7図のグラフは、レイリー・フェーディング環境におけるビット誤り確率と信 号対雑音比とを示す。レベル比較グイバーシチ2位相確度比較ダイバーシチおよ び位相合成ダイバーシチの結果は、グラフ703,705,707によりそれぞ れ表される。3つのダイバーシチ受信機はすべて、この環境における単独分岐検 出器701よりも大きな改善を示すが、位相合成ダイバーシチ受信機は、他のダ イバーシチ受信機に比べて多少性能土の利点を維持する。
前述の選択ダイバーシチ方法に比べて、優れた静止およびレイリー・フェーディ ング性能を提供する位相合成ダイバーシチ技術が開示された。さらに、位相合成 ダイバーシチはデジタル信号プロセッサにも、デジタル・ノ1−ドウエア検出器 にも簡単に組み込むことができる。位相確度比較ダイバーシチとは異なり、位相 合成ダイバーシチは、アナログまたはデジタルの位相変調法のいずれを利用して いるシステムにも採用することができる。最後に、本発明は、3つ以上のダイバ ーシチ分岐を持つ受信機にも拡大することができる。
第4図 理想的な遅延検出器を持つ Eb/No(dB) 第6図 Eb/No (dB) 第7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.位相と信号品質指標とを有する少なくとも第1および第2被受信信号を合成 する装置であって:第1信号を復調して、それにより位相を抽出し、第1位相信 号を生成する手段; 前記第2信号を復調して、それにより位相を抽出し、第2位相信号を生成する手 段; 前記第1位相信号と前記第2位相信号とを合成して、第3位相信号を形成する手 段; 前記第1,前記第2および前記第3位相信号で構成される群から、位相信号を選 択する手段;および前記の選択された位相信号から情報を回復する手段;によっ て構成されることを特徴とする装置。 2.前記情報回復手段が、前記の選択された位相信号を表す記号を選択する手段 によってさらに構成されることを特徴とする請求項1記載の装置。 3.前記第1および前記第2位相信号から位相を合成する前記手段が、前記第1 位相信号と前記第2位相信号とのモジューロ−2II平均によってさらに構成さ れることを特徴とする請求項1記載の装置。 4.前記第1および前記第2位相信号を合成する前記手段が、有効最大比合成( MRC)によってさらに構成されることを特徴とする請求項1記載の装置。 5.前記第1,前記第2および前記第3位相信号で構成される群から位相信号を 選択する前記手段が:第1被受信信号の信号品質指標と第2被受信信号の信号品 質指標とを比較して、第1信号の信号品質指標と第2信号の信号品質指標との差 を判定し、より高い信号品質指標を判定する比較手段; 前記の差が所定の閾値よりも小さいと判定したら、前記第3位相信号を選択する 手段;および 前記の差が所定の閾値よりも大きいと判定したら、より高い信号品質指標を有す る被受信信号を選択する手段;によってさらに構成されることを特徴とする請求 項1記載の装置。 6.前記の所定の閾値が3デシベル(dB)に等しい請求項5記載の装置。 7.前記信号品質指標が被受信信号強度である請求項5記載の装置。 8.少なくとも第1および第2アンテナと、少なくとも第1および第2無線周波 数受信機と、ダイバーシチ位相合成装置とを含む無線電話であって、第1および 第2無線周波数受信機はそれぞれ第1および第2アンテナに結合され、第1およ び第2無線周波数受信機は第1および第2被受信信号を出力し、それぞれの被受 信信号が被受信信号強度(RSS)および位相を有する無線電話であって:前記 第1被受信信号を復調して、それにより位相を抽出し、第1位相信号を生成する 手段; 前記第2被受信信号を復調して、それにより位相を抽出し、第2位相信号を生成 する手段; 前記第1および前記第2位相信号を合成して、第3位相信号を形成する手段; 前記第1,前記第2および前記第3位相信号で構成される群から、位相信号を選 択する手段; 前記の選択された位相信号を表す記号を選択する手段;前記の選択された記号を 音声パターンにフォーマットする手段;および 前記音声パターンをユーザに通信する手段;によって構成されることを特徴とす る無線電話。 9.前記第1および前記第2位相信号を合成する前記手段が、有効最大比合成( MRC)によってさらに構成されることを特徴とする請求項8記載の無線電話。 5.前記第1,前記第2および前記第3位相信号で構成される群から位相信号を 選択する前記手段が:第1被受信信号のRSSと第2被受信信号のRSSとを比 較して、第1信号のRSSと第2信号のRSSとの差を判定し、より大きなRS Sを判定する比較手段;前記の差が所定の閾値よりも小さいと判定したら、前記 第3位相信号を選択する手段;および 前記の差が所定の閾値よりも大きいと判定したら、より大きいRSSを有する被 受信信号を選択する手段;によってさらに構成されることを特徴とする請求項8 記載の無線電話。
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