JP4336760B2 - ダイバーシティ受信機およびアンテナ切り替え制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、２系統のアンテナと、この２系統のアンテナの切り替えを行うアンテナ切り替え器とを備えたダイバーシティ受信機に関し、特にダイバーシティ受信機において２系統のアンテナのうち受信状態の良い方のアンテナに切り替える制御を行うアンテナ切り替え制御方法に関する。

近年、移動通信システムに用いられる通信方式として、干渉や妨害に強いＣＤＭＡ（符号分割多元接続：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）通信方式が注目されている。

また、通信相手の所在が変化する移動通信システムでは、受信性能を向上するための手段として２系統のアンテナの切り替えを行うアンテナ切り替え方式のダイバーシティ技術が用いられている。このダイバーシティ技術を上述したＣＤＭＡ通信方式の移動端末に適用した従来のアンテナダイバーシティ受信機では以下の問題あった。

ＴＤＭＡ（時分割多重接続）方式では、時間多重されているため、受信機は受信の空き時間を利用して２つのアンテナを切り替えて、どちらか品質の良いアンテナを選択することが可能である。一方、ＣＤＭＡ方式の様に時分割多重されていないシステムでの受信機は、通信中常にデータを受信しておく必要がある。

このため、アンテナ、無線受信部、逆拡散部を２系統もって、２つのアンテナからの受信データをレイク（ＲＡＫＥ）合成する方式と、アンテナのみ２つ有し、通信中であってもアンテナを切り替えて他方のアンテナでの受信レベルを測定する２つ方式がとられている。

前者の方式は、受信性能は良いが、受信系統を２つ持つ必要があるため、回路規模や消費電流が大きいというデメリットがある。後者の方式は受信系統は１系統でアンテナのみ２系等あれば良いため、回路規模、消費電流が少ないというメリットがある。しかし、デメリットとして、連続受信中にアンテナを切り替えて、他方のアンテナのレベルを監視する必要があるため、切り替え時に受信品質が劣化し、データを取りこぼす可能性がある。監視周期を調整することにより、音声データやパケットデータのデータ損失は許容される品質内に押さえられる可能性があるが、通信プロトコル情報である通信制御データの損失はハンドオーバー遅延や回線切断につながるため、望ましくない。

特許文献１には、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重変調：Orthogonal Frequency Division Multiplex）信号の受信不要な期間に、受信電界の高い方のアンテナに切り替えることにより、受信特性を劣化することなくアンテナの切り替えを行うダイバーシティ受信機が提案されている。

このように受信不要な期間がある通信方式にダイバーシティ受信技術を用いた場合には、その受信不要な期間にアンテナの切り替えを行うようにすれば、受信特性を劣化することなくアンテナ切り替えを行うダイバーシティ受信機を実現することができる。

しかし、上記でも説明したように、ＣＤＭＡ通信方式のような連続受信を必要とする通信方式の場合には、基本的に受信に不要な期間というものは存在しないため単にダイバーシティ受信技術を適用したのでは受信特性が劣化してしまうことになる。

例えば、特許文献２には、ＣＤＭＡ受信機に対してダイバーシティ送信技術を適用したダイバーシティ受信機が開示されている。しかし、この従来のダイバーシティ受信機では、平均送信電力が最も小さい場合の状態が最良の通信状態であると判定して、送信アンテナの切り替えを行うものであり、受信アンテナを切り替えるものではないため、受信特性を劣化することなくアンテナの切り替えを行うことができるダイバーシティ受信機を実現するものではない。
特開平１１−５５１６８号公報 特開２００２−３０００９６号公報

上述した従来のダイバーシティ受信機では、連続受信を必要とするＣＤＭＡ通信方式に適用した場合、通信制御データを取りこぼして受信特性が劣化してしまう可能性があるという問題点があった。

本発明の目的は、ＣＤＭＡ通信方式に適用した場合であっても受信特性を劣化することなくアンテナ切り替えを行うことができるダイバーシティ受信機を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のダイバーシティ受信機は、２系統のアンテナと、前記２系統のアンテナの切り替えを行うアンテナ切り替え器とを備えたダイバーシティ受信機であって、
前記アンテナ切り替え器により選択されたアンテナにより受信された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号の逆拡散を行う逆拡散部と、
前記逆拡散部により逆拡散が行われた後の信号の復調を行うことにより個別チャネルと共通制御チャネルの復調を行う復調部と、
前記復調部により復調された後の共通制御チャネルシンボルに基づいて共通制御チャネルの受信レベルを測定する受信レベル測定部と、
前記復調部により復調された後の個別チャネルシンボルからＴＦＣＩビットを抽出するＴＦＣＩビット抽出部と、
前記ＴＦＣＩビット抽出部により抽出されたＴＦＣＩビットの復号を行い、復号したＴＦＣＩビットに基づいて通信制御データの有無の判定を行うＴＦＣＩビット復号／判定部と、
一定時間毎に前記ＴＦＣＩビット復号／判定部の判定結果に基づいて通信制御データの有無を調べ、通信制御データが無い区間で前記アンテナ切り替え器を制御して前記受信レベル測定部の受信レベルの測定結果を調べることにより、現在受信しているアンテナとは異なる他のアンテナでの共通制御チャネルの受信レベルを測定し、受信レベルが高い方のアンテナを選択するアンテナ切り替え制御部とを備えている。

また、前記ＴＦＣＩビット復号／判定部は、予め通知されたテーブル情報と前記ＴＦＣＩビット抽出部により抽出されたＴＦＣＩビットの値とを比較することにより通信制御データの有無の判定を行うようにしてもよい。

本発明は、ＣＤＭＡ通信システムにおける移動端末において、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅ ｂａｎｄ−ＣＤＭＡ：広帯域ＣＤＭＡ）方式において用いられるＴＦＣＩ（Transport Format Combination Indicator）ビットを判定し、通信制御データが無い区間に２つの受信アンテナを切り替えて、常時送信されているＣＰＩＣＨ（Common Pilot Channel）:（以下共通制御チャネルと記載）の受信レベルの比較を行うことを特徴とする。このようにすることにより、通信制御データが無い区間でアンテナを切り替えて受信レベルを測定することができるため、通信制御データの損失を防いで受信特性を劣化させることなくアンテナ切り替えを行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、ＴＦＣＩビットの判定を行うことにより通信制御データが無い区間において受信アンテナの切り替えを行うため、ＣＤＭＡ通信方式に適用した場合でも通信制御データを取りこぼして受信性能を劣化させることなくアンテナ切り替えを行うことができるという効果を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態のダイバーシティ受信機の構成を示すブロック図である。

本実施形態のダイバーシティ受信機は、図１に示されるように、２つのアンテナ１、２、アンテナ切り替え器３、無線部４、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部５、逆拡散部６、復調部７、ＴＦＣＩビット抽出部８、受信レベル測定部９、ＴＦＣＩビット復号／判定部１０、アンテナ切り替え制御部１１、タイマ部１２から構成されている。アンテナ切り替え制御部１１は、プログラム制御により動作するコンピュータ（中央処理装置、プロセッサ、データ処理装置）に実装しても良い。

２つのアンテナ１、２はアンテナ切り替え器３により切り替えられる。アンテナ１または２で受信された信号は無線部４、Ａ／Ｄ変換部５を介してデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換部５からのデジタル信号は逆拡散部６により逆拡散処理が行われた後、復調部７により復調される。なお、復調部７は、逆拡散部６により逆拡散が行われた後の信号の復調を行うことにより個別チャネルと共通制御チャネル（ＣＰＩＣＨ）の復調を行う。

受信レベル測定部９は、復調部７により復調された後の共通制御チャネルシンボル３０に基づいて共通制御チャネルの受信レベルを測定し、アンテナ切り替え制御部１１へ通知する。

ＴＦＣＩビット抽出部８は、復調部７により復調された後の個別チャネルシンボル４０からＴＦＣＩビット５０を抽出する。ＴＦＣＩビット復号／判定部１０は、ＴＦＣＩビット抽出部８により抽出されたＴＦＣＩビット５０の復号を行い、復号したＴＦＣＩビットに基づいて通信制御データの有無の判定を行う。そして、ＴＦＣＩビット復号／判定部１０は、その判定結果をアンテナ切り替え制御部１１に通知する。

アンテナ切り替え制御部１１は、タイマ部１２を用いて一定時間毎にＴＦＣＩビット復号／判定部１０からの通知に基づいて通信制御データの有無を調べ、通信制御データが無い区間でアンテナ切り替え器３を制御することにより、現在受信しているアンテナとは異なる他のアンテナでの共通制御チャネルの受信レベルを測定し、受信レベルが高いアンテナを選択する。

以上により、通信制御データが無い区間でアンテナを切り替えて２つのアンテナの受信レベルを比較できるため、安定したアンテナ選択ダイバーシティ受信機を構成することが出来る。

なお、ここでの通信制御データとは音声データやパケットデータでない、ハンドオーバー等通信プロトコル制御のために用いられる制御情報を示す。具体的には、通信制御データとは、携帯電話の発信や、着信などの呼制御や、基地局から基地局へ移動（ハンドオーバ）等する際に基地局と端末との間でやり取りされるデータをいう。３ＧＰＰ上は、TS25.321等に記載されているＤＣＣＨ(Dedicated Control Channel)に割り当てられたデータのことである。一方、音声データやパケットデータ等はＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel）に割り当てられている。

次に、図２のフローチャートを参照して本実施形態のダイバーシティ受信機の動作について詳細に説明する。

通信開始時、アンテナ切り替え制御部１１はアンテナ切り替え器３を制御してアンテナ１を選択する（ステップ１０１）。なお、開始時はアンテナ２から始めても良いし、前回の通信で受信レベルが高かったアンテナから始めても良い。

アンテナ切り替え制御部１１はタイマ部１２に予め決められた一定時間Ａを設定してスタートさせる（ステップ１０２）。

アンテナ切り替え制御部１１は、タイマ部１２から一定時間Ａが経過したことが通知されるまで、アンテナの切り替えは行わない（ステップ１０３）。

タイマ部１２から一定時間Ａが経過したことが通知されると、アンテナ切り替え制御部１１はタイマ部１２に予め決められた一定時間Ｂを設定してスタートさせる（ステップ１０４）。

タイマＢが満了するまでの区間は、ＴＦＣＩビット抽出部８によりＴＦＣＩビットの抽出が行われ、ＴＦＣＩビット復号／判定部１０により通信制御データの有無が判定され、アンテナ切り替え部１１に通知される（ステップ１０５）。

ＴＦＣＩビット復号／判定部１０において通信制御データが有ると通知された場合（ステップ１０６）、アンテナ切り替え制御部１１はタイマ部１２から一定時間Ｂが経過したという通知がきているか判定し、タイマＢが満了していない場合は、ステップ１０５からの動作を繰り返す（ステップ１０７）。

タイマＢが満了した場合、または、通信制御データが無いと判定された場合、アンテナ切り替え制御部１１は、アンテナを切り替える直前に受信レベル測定部９から通知された共通制御チャネルの受信レベルを保存する（ステップ１０８）。

アンテナ切り替え制御部１１はアンテナ切り替え器３に対して、アンテナ１、２を切り替える様に通知する（ステップ１０９）。なお、タイマＢが満了した場合、通信制御データがある場合でもアンテナを切り替えてしまうが、通信制御データは実使用上送信し続けられることは無いため、予め設定されるタイマＢの値を適切に設定することにより、データ有り時にアンテナを切り替える頻度を少なくすることが可能である。

切り替わったアンテナ１またはアンテナ２で受信した信号の共通制御チャネルシンボル用いて、受信レベル測定部９は受信レベルを測定し、アンテナ切り替え制御部１１に通知する（ステップ１１０）。

アンテナ切り替え制御部１１はアンテナ切り替え前後の受信レベルを比較する（ステップ１１１）。

アンテナ切り替え制御部１１は受信レベルが高いアンテナを選択し、アンテナ切り替え器３に使用するアンテナを通知する（ステップ１１２）。

以降、ステップ１０２に戻り、通信中は本動作が繰り返される。

次に、図３を元に、標準化仕様である３ＧＰＰ（3^rd Generation Partnership Project）における個別チャネル上のＴＦＣＩビットの配置例、及び復号方法、判定タイミングを説明をする。なお説明のため、図２では特定のパラメータを想定して説明するが、ＴＦＣＩビット数やＴＴＩ(Transmission Time Interval)は他の値であっても良い。

図３はＴＴＩが４０ｍｓの場合の例であるが、このＴＴＩ区間が１つの受信データの復号単位となる。ＴＴＩは複数または単一の無線フレームで構成される。無線フレームは１５個の無線スロットで構成され、スロット毎に例えば８ビットのＴＦＣＩビットが配置される。Data1,2はデータ系列、パイロット（Pilot）ビット列は予め、移動機が既知のビットパターンが挿入されている。ＴＰＣ（Transmission Power Control）ビット列はインナーループ送信電力制御に使用される。ＴＰＣ、パイロットビット列等については直接本発明と関係しないため、詳細な説明は省略する。

上記のＴＦＣＩビットは３２ビットでＴＦＣＩ符号語を構成する。そして、ＴＦＣＩビット復号／判定部１０は、予め通知されたテーブル情報とＴＦＣＩビット抽出部８により抽出されたＴＦＣＩビット５０の値とを比較することにより、音声データや、パケットデータ、通信制御データ毎のデータの有無や、データサイズの情報を得ることが出来る。ここで、テーブル情報とは、ＴＦＣＩビットがある値の場合には通信制御データ有りを示し、ある値の場合には通信制御データ無しを示しているという情報が含まれていて、ネットワークから移動機に対して指定される。

一般的には受信特性を改善するため、ＴＦＣＩビットの復号は上記の様な判定ではなく、最尤判定等が用いられるが、これらの方法は本発明と直接関係せず、当該事業者にはいくつかの方法が知られているため、ここでは説明を省略する。

図２の例ではＴＦＣＩビットは１スロット辺り８ビットであるため、１ＴＴＩ（４０ｍｓ）内では８×１５×４＝４８０ビット存在するが、この場合、３２ビットのＴＦＣＩ符号語が繰り返し受信されることとなる。このため初めの３２ビット、または繰り返される初めのいくつかのＴＦＣＩ符号の同相加算をとることでＴＦＣＩを復号することが可能である。

例としてはＴＴＩ＝４０ｍｓ区間の初めの１無線フレーム区間に存在するＴＦＣＩビットだけを使ってＴＦＣＩ符号語を復号し、通信制御データが存在かどうかを判定し、データが無いと判定された場合、残りの３フレーム間でアンテナを切り替えて共通制御チャネルの受信レベル測定を行い、どちらのアンテナの受信レベルが高いか判断することが可能である。

以上の動作により、アンテナ切り替え時に切り替えたアンテナの受信レベルが低い場合でも、通信制御データの取りこぼしが発生し難くなり、データ再送により、通信が切断されたり、ハンドオーバ時間が遅くなることがなくなる。このため、安定したアンテナ切り替えダイバーシティ受信機を提供することが出来る。

また、本実施形態のダイバーシティ受信機によれば、連続受信を必要とするＣＤＭＡシステムにおいても、アンテナのみ２系統で受信機は１系統のみで良いアンテナ切り替え方式でのダイバーシティ受信機を構成できるため、回路規模を少なくすることができる。

本実施形態では、ＴＦＣＩ符号語を用いて通信制御データの有無のみを判定していたが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、同様にＴＦＣＩ符号語を判定することにより、パケットデータの無い区間、またはデータ数の少ない区間や、音声データの無音区間を判定してアンテナ切り替えを実施することも可能である。

本発明の一実施形態のダイバーシティ受信機の構成を示すブロック図である。 図１のダイバーシティ受信機の動作を示すフローチャートである。 ＴＦＣＩビットの一配置例を示す図である。

符号の説明

１、２ アンテナ
３ アンテナ切り替え器
４ 無線部
５ アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部
６ 逆拡散部
７ 復調部
８ ＴＦＣＩビット抽出部
９ 受信レベル測定部
１０ ＴＦＣＩビット復号／判定部
１１ アンテナ切り替え制御部
１２ タイマ部
３０ 共通制御チャネルシンボル
４０ 個別チャネルシンボル
５０ ＴＦＣＩビット
１０１〜１１２ ステップ

Claims (4)

1. ２系統のアンテナと、前記２系統のアンテナの切り替えを行うアンテナ切り替え器とを備えたダイバーシティ受信機であって、
   前記アンテナ切り替え器により選択されたアンテナにより受信された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号の逆拡散を行う逆拡散部と、
   前記逆拡散部により逆拡散が行われた後の信号の復調を行うことにより個別チャネルと共通制御チャネルの復調を行う復調部と、
   前記復調部により復調された後の共通制御チャネルシンボルに基づいて共通制御チャネルの受信レベルを測定する受信レベル測定部と、
   前記復調部により復調された後の個別チャネルシンボルからＴＦＣＩビットを抽出するＴＦＣＩビット抽出部と、
   前記ＴＦＣＩビット抽出部により抽出されたＴＦＣＩビットの復号を行い、復号したＴＦＣＩビットに基づいて通信制御データの有無の判定を行うＴＦＣＩビット復号／判定部と、
   一定時間毎に前記ＴＦＣＩビット復号／判定部の判定結果に基づいて通信制御データの有無を調べ、通信制御データが無い区間で前記アンテナ切り替え器を制御して前記受信レベル測定部の受信レベルの測定結果を調べることにより、現在受信しているアンテナとは異なる他のアンテナでの共通制御チャネルの受信レベルを測定し、受信レベルが高い方のアンテナを選択するアンテナ切り替え制御部と、を備えているダイバーシティ受信機。
2. 前記ＴＦＣＩビット復号／判定部は、予め通知されたテーブル情報と前記ＴＦＣＩビット抽出部により抽出されたＴＦＣＩビットの値とを比較することにより通信制御データの有無の判定を行う請求項１記載のダイバーシティ受信機。
3. ２系統のアンテナと、前記２系統のアンテナの切り替えを行うアンテナ切り替え器とを備えたダイバーシティ受信機において２系統のアンテナのうち受信状態の良い方のアンテナに切り替える制御を行うアンテナ切り替え制御方法であって、
   前記アンテナ切り替え器により選択されたアンテナにより受信された信号をデジタル信号に変換し、逆拡散を行った後の信号の復調を行うことにより個別チャネルと共通制御チャネルの復調を行うステップと、
   復調された前記共通制御チャネルシンボルに基づいて共通制御チャネルの受信レベルを測定するステップと、
   復調された前記個別チャネルシンボルからＴＦＣＩビットを抽出するステップと、
   抽出された前記ＴＦＣＩビットの復号を行い、復号したＴＦＣＩビットに基づいて通信制御データの有無の判定を行うステップと、
   一定時間毎に前記判定結果に基づいて通信制御データの有無を調べ、通信制御データが無い区間で前記アンテナ切り替え器を制御して前記共通制御チャネルの受信レベルの測定結果を調べることにより、現在受信しているアンテナとは異なる他のアンテナでの共通制御チャネルの受信レベルを測定し、受信レベルが高い方のアンテナを選択するステップと、を備えているアンテナ切り替え制御方法。
4. 復号したＴＦＣＩビットに基づいて通信制御データの有無の判定を行うステップでは、予め通知されたテーブル情報と前記ＴＦＣＩビット抽出部により抽出されたＴＦＣＩビットの値とを比較することにより通信制御データの有無の判定を行う請求項３記載のアンテナ切り替え制御方法。
   
   

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