JP2015177211A - Digital radio receiver and digital radio communication system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高速に移動する移動体上に設置された移動局と地上に設置された地上局との間でデジタル通信を行う移動体のための受信装置の構成に関する。 The present invention relates to a configuration of a receiving apparatus for a mobile unit that performs digital communication between a mobile station installed on a mobile unit that moves at high speed and a ground station installed on the ground.
スマートフォンなどの携帯通信端末は、今や生活必需品であり、バスや列車、航空機内などでもこれによる通信量が増加している。 Mobile communication terminals such as smartphones are now a daily necessities, and the amount of communication is increasing even in buses, trains, and airplanes.
多数の端末が高密度に存在し移動を伴う環境では、各端末が個別に移動体外の基地局と通信を行うより、移動体内に設置された中継機器を経由して通信するほうが周波数利用効率の面からも好ましい。バスや列車などではこの方式による公衆無線LAN(Local Area Network)サービスが既に提供されているが、近年の端末数やトラフィック量の増加に伴ってエントランス回線の容量不足が顕在化しつつある。 In an environment where a large number of terminals exist and involve movement, it is more efficient for each terminal to communicate via a relay device installed in the moving body than to individually communicate with a base station outside the moving body. It is preferable also from a surface. Public wireless LAN (Local Area Network) services using this method have already been provided for buses and trains. However, due to the recent increase in the number of terminals and traffic volume, a shortage of entrance lines is becoming apparent.
新幹線ではLCX(Leaky Coaxial cable、漏洩同軸ケーブル)がエントランス回線に使用されており、性能向上に向けた研究(たとえば、非特許文献1を参照)も行われているが、2020年には通信量が現在の10倍になるとの予測もあり、それでもなお容量不足が懸念される。新たなエントランス回線の導入を考えた場合、256QAMや1024QAMなどの多値変調やマッシブMIMOの採用、ミリ波等高い周波数の利用などが想定されるが、従来の参照信号に基づく等化では高速なチャネル変動により性能の劣化が著しいため新たな対策が必要である。 In the Shinkansen, LCX (Leaky Coaxial cable) is used for the entrance line, and research to improve performance (for example, see Non-Patent Document 1) has been conducted. However, there is a concern that the capacity will be insufficient. Considering the introduction of a new entrance line, multi-level modulation such as 256QAM and 1024QAM, massive MIMO, and use of high frequencies such as millimeter waves are assumed. However, conventional equalization based on a reference signal is fast. Since the performance is significantly degraded due to channel fluctuation, new countermeasures are required.
ところで、従来は、高速な移動に伴って発生するドップラーシフトを低減しフェージングの変動速度を低下させるために、1)低いキャリア周波数を選択することや、2)フェージング等化技術を適用するほか、3)直交周波数分割多重(OFDM:orthogonal frequency-division multiplexing)方式を用いてフェージング耐性をもたせる方法などが知られている。 By the way, conventionally, in order to reduce the Doppler shift that occurs with high-speed movement and reduce the fluctuation speed of fading, in addition to 1) selecting a low carrier frequency and 2) applying fading equalization technology, 3) A method of providing fading tolerance using an orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) method is known.
しかし、1)の方法では周波数資源に限りがあり、低い周波数で広い帯域を確保することは容易ではない。2)の方法は等化に必要な既知の信号を頻繁に伝送する必要から、送信信号において情報伝達に寄与する部分が減少する。また、変動に追従するため演算を高速に行う必要もある。3)の方法でもドップラーシフトによりOFDMを構成するサブキャリア間の干渉が発生し性能劣化が生じる。 However, in the method 1), frequency resources are limited, and it is not easy to secure a wide band at a low frequency. In the method 2), since a known signal necessary for equalization needs to be frequently transmitted, a portion contributing to information transmission in the transmission signal is reduced. In addition, it is necessary to perform calculations at high speed in order to follow fluctuations. Even in the method 3), the Doppler shift causes interference between subcarriers constituting the OFDM, resulting in performance degradation.
そこで、特許文献では、移動体の進行方向に沿って配列された複数のアンテナを用いて基地局から受信された複数の受信信号に基づいて、大地に対して相対的に固定された地点における受信信号を推定し、この推定値を用いて変調パラメータの推定や復調を行う方法が示されている。 Therefore, in the patent document, reception at a point relatively fixed with respect to the ground based on a plurality of reception signals received from the base station using a plurality of antennas arranged along the traveling direction of the moving body. A method for estimating a signal and estimating or demodulating a modulation parameter using this estimated value is shown.
そして、特許文献2では、参考文献1による方式の欠点である、いくつかのアンテナの受信信号に受信特性の劣化が起きた場合の仮想受信信号の受信特性劣化を最小限に抑えることができる方法が示されている。 And in patent document 2, the method of minimizing the reception characteristic degradation of the virtual reception signal when the reception characteristic degradation occurs in the reception signals of some antennas, which is the drawback of the method according to Reference Document 1. It is shown.
さらに、特許文献3に開示された適応アレーアンテナ制御装置は、OFDMで送信された信号の受信にあたり、ドップラー効果などによりサブキャリアに生じる干渉を抑圧することを目的として、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナ手段から出力される、重み付け合成後のアナログ受信信号を入力信号とするアナログ・デジタル変換手段から出力されるデジタル信号に基づいて、複数のアンテナ素子に対する重み係数を適応制御する。この装置は、デジタル信号をフーリエ変換することで、アナログ受信信号に含まれる複数のサブキャリアの各々についての信号成分を抽出する抽出手段と、複数のサブキャリアの内、所定のサブキャリアに対する信号成分を抑圧するように、重み係数を調整する適応制御手段を有する。 Furthermore, the adaptive array antenna control apparatus disclosed in Patent Document 3 has an array having a plurality of antenna elements for the purpose of suppressing interference generated in subcarriers due to the Doppler effect or the like when receiving signals transmitted by OFDM. Based on a digital signal output from the analog / digital conversion means that is output from the antenna means and receives an analog received signal after weighted synthesis as an input signal, adaptively controls weighting factors for a plurality of antenna elements. This apparatus performs an Fourier transform of a digital signal to extract a signal component for each of a plurality of subcarriers included in an analog reception signal, and a signal component for a predetermined subcarrier among the plurality of subcarriers And adaptive control means for adjusting the weighting coefficient so as to suppress.
しかしながら、既存の無線規格を採用した無線システムにこれら特許文献1や特許文献2の方法を適用しようとした場合、既存の無線規格では複数のシンボルからなるフレームを構成し、このフレーム単位で伝搬路の推定や伝搬路等化を行っているため、伝搬路の等化が困難になるという問題がある。また、移動速度の検出も必要である。 However, when trying to apply the methods of Patent Document 1 and Patent Document 2 to a wireless system that adopts an existing wireless standard, the existing wireless standard forms a frame composed of a plurality of symbols, and a propagation path in units of this frame. Therefore, there is a problem that it is difficult to equalize the propagation path. It is also necessary to detect the moving speed.
また、特許文献3の方法では、重み係数を、その都度、状況に応じて調整することが必要となり演算の負荷が大きい。また、フレーム単位で伝搬路の推定や伝搬路等化を行っているため、伝搬路の等化が困難になる点も、やはり問題となる。 In the method of Patent Document 3, it is necessary to adjust the weighting coefficient according to the situation each time, and the calculation load is heavy. In addition, since channel estimation and channel equalization are performed in units of frames, it is also a problem that channel equalization becomes difficult.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、大地に対して相対的な受信点の移動量を減らし、伝搬路の変化を抑えることが可能なデジタル無線受信装置およびデジタル無線通信システムを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a digital radio reception capable of reducing the amount of movement of a reception point relative to the ground and suppressing a change in propagation path. An apparatus and a digital wireless communication system are provided.
この発明のある局面に従うと、デジタル無線通信を行う移動体のためのデジタル無線受信装置であって、移動体の進行方向に沿って配列された複数のアンテナと、複数のアンテナのうち受信可能とするアンテナを順次切換えるための切換え部と、切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された信号に基づいて、ドップラーシフト量推定するためのドップラーシフト推定部と、切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された複数の受信信号に対して内挿補間を実行する内挿補間部と、内挿補間された信号に対して、復調および復号を行うための受信処理手段と、内挿補間された信号におけるドップラーシフト量が極小となるように、切換え部によるアンテナの切換えを制御する切換え制御部とを備える。 According to an aspect of the present invention, there is provided a digital wireless receiver for a mobile body that performs digital wireless communication, and a plurality of antennas arranged along a traveling direction of the mobile body, and reception is possible among the plurality of antennas. A switching unit for sequentially switching antennas, a Doppler shift estimation unit for estimating a Doppler shift amount based on a signal received from a ground station via an antenna that can be received by the switching unit, and a switching unit An interpolation unit that performs interpolation on a plurality of received signals received from a ground station via an antenna that can be received, and a unit that performs demodulation and decoding on the interpolated signal And a switching control unit for controlling switching of the antenna by the switching unit so that the Doppler shift amount in the interpolated signal is minimized. Equipped with a.
好ましくは、移動体は、軌道上を移動する車両であって、複数のアンテナは、移動体の外上部に、移動体の進行方向に沿って配列される。 Preferably, the moving body is a vehicle that moves on a track, and the plurality of antennas are arranged on an outer upper portion of the moving body along a traveling direction of the moving body.
好ましくは、デジタル無線通信の信号を構成するフレームに対して、切換え制御部は、フレーム期間の最後において、受信を行う後端の素子から、先頭の素子に切換えるタイミングでは、フレーム周期に同期するように切り替えを行う。 Preferably, for a frame constituting a signal of digital wireless communication, the switching control unit synchronizes with the frame period at the timing of switching from the rear end element that performs reception to the first element at the end of the frame period. Switch to.
好ましくは、デジタル無線通信の信号を構成するフレームに含まれるシンボルに対して、切換え制御部は、シンボル周期の整数比となる周期のタイミングでアンテナを切換える。 Preferably, the switching control unit switches the antenna with respect to a symbol included in a frame constituting a signal of digital wireless communication at a cycle timing that is an integer ratio of the symbol cycle.
この発明の他の局面に従うと、デジタル無線通信を行うためのデジタル無線通信システムであって、デジタル無線信号を送信する地上局と、デジタル無線信号を受信する移動局とを備え、移動局は、移動局の進行方向に沿って配列された複数のアンテナと、複数のアンテナのうち受信可能とするアンテナを順次切換えるための切換え部と、切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された信号に基づいて、ドップラーシフト量推定するためのドップラーシフト推定部と、切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された複数の受信信号に対して内挿補間を実行する内挿補間部と、内挿補間された信号に対して、復調および復号を行うための受信処理手段と、内挿補間された信号におけるドップラーシフト量が極小となるように、切換え部によるアンテナの切換えを制御する切換え制御部とを含む。 According to another aspect of the present invention, a digital wireless communication system for performing digital wireless communication, comprising a ground station that transmits a digital wireless signal and a mobile station that receives the digital wireless signal, From the ground station via a plurality of antennas arranged along the traveling direction of the mobile station, a switching unit for sequentially switching the antennas that can be received among the plurality of antennas, and an antenna that can be received by the switching unit Based on the received signal, a Doppler shift estimation unit for estimating a Doppler shift amount, and interpolating a plurality of received signals received from the ground station via an antenna that can be received by the switching unit. An interpolation unit to be executed, a reception processing means for performing demodulation and decoding on the interpolated signal, and a doppling in the interpolated signal As Shifuto amount is minimum, and a switching control unit for controlling the switching of the antenna by the switching unit.
本発明のデジタル無線受信装置およびデジタル無線通信システムによれば、移動体の進行方向に沿って配列させた複数のアンテナで構成されるリニアアレーアンテナを用いて、移動体の移動と逆方向に使用するアンテナを順次切換えることで、大地に対して相対的な受信点の移動量を減らし、伝搬路の変化を抑えることが可能である。 According to the digital wireless receiver and the digital wireless communication system of the present invention, the linear array antenna composed of a plurality of antennas arranged along the traveling direction of the moving body is used in the direction opposite to the movement of the moving body. By sequentially switching the antennas to be transmitted, it is possible to reduce the amount of movement of the reception point relative to the ground and suppress changes in the propagation path.
以下、本発明の実施の形態の無線通信システムについて、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, a radio communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, components and processing steps given the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
(無線通信システムの概要)
図1は、実施の形態のデジタル無線受信装置1000の構成を説明するための機能ブロック図である。
(Outline of wireless communication system)
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a configuration of a digital radio receiving apparatus 1000 according to the embodiment.
なお、後に説明するように、デジタル無線受信装置1000は、移動体に設置され、地上局(たとえば基地局)から送信されてくる信号を受信するものとする。 As will be described later, it is assumed that digital wireless reception apparatus 1000 is installed in a mobile body and receives a signal transmitted from a ground station (for example, a base station).
図1を参照して、デジタル無線受信装置1000は、一方方向に整列されたリニアアレイアンテナ10を備える。リニアアレイアンテナには、n本のアンテナが含まれるものとして、各アンテナを区別する必要がある場合は、アンテナ10.1〜10.nと記載することとする。 Referring to FIG. 1, a digital radio receiving apparatus 1000 includes a linear array antenna 10 aligned in one direction. The linear array antenna includes n antennas. When it is necessary to distinguish each antenna, antennas 10.1 to 10. It shall be described as n.
デジタル無線受信装置1000は、さらに、アンテナ10.1〜10.nのうちから、受信状態となるアンテナを順次選択して切り替えるための受信信号切換え部20と、受信信号切換え部20からの信号に対して信号処理を行うためのデジタル信号処理部30とを含む。 The digital radio receiving apparatus 1000 further includes antennas 10. a reception signal switching unit 20 for sequentially selecting and switching antennas to be received from n and a digital signal processing unit 30 for performing signal processing on the signal from the reception signal switching unit 20 .
デジタル信号処理部30は、受信信号切換え部20からのアンテナ10.1〜10.nによる受信信号を、それぞれアナログデジタル変換するためのA/D変換部302.1〜302.nと、A/D変換部302.1〜302.nから順次与えられる信号に対して、時間軸方向に内挿補間をすることで、ドップラーシフトの影響を軽減した信号を生成するための内挿補間部304とを備える。 The digital signal processing unit 30 includes antennas 10.1 to 10. n, A / D conversion units 302.1 to 302. for analog-digital conversion of the received signals. n and the A / D converters 302.1 to 302. An interpolation interpolation unit 304 is provided for generating a signal in which the influence of the Doppler shift is reduced by performing interpolation in the time axis direction on the signals sequentially given from n.
デジタル信号処理部30は、さらに、アレイアンテナ10からの信号と内挿補間部304からの信号に基づいて、ドップラーシフト量を推定するドップラーシフト量推定部306と、推定したドップラーシフト量が極小となるように、アレイアンテナの切り替え速度を設定する受信信号切り替え制御部308と、内挿補間部304において内挿補間された信号に対して、復調処理を行う復調部310と、復調された信号に対して復号および誤り訂正処理を実行するための復号・誤り訂正部312とを含む。 The digital signal processing unit 30 further includes a Doppler shift amount estimation unit 306 that estimates a Doppler shift amount based on a signal from the array antenna 10 and a signal from the interpolation unit 304, and the estimated Doppler shift amount is minimal. The received signal switching control unit 308 that sets the switching speed of the array antenna, the demodulating unit 310 that performs demodulation processing on the signal interpolated by the interpolation unit 304, and the demodulated signal A decoding / error correction unit 312 for executing decoding and error correction processing is included.
なお、ドップラーシフト量推定部306によるドップラーシフト量の推定方法としては、たとえば、以下のようなものが考えられる。 As a method of estimating the Doppler shift amount by the Doppler shift amount estimation unit 306, for example, the following can be considered.
1)デジタル無線受信装置1000でローカルに発生させる発振周波数と、受信信号の受信周波数との差を観測する。 1) Observe the difference between the oscillation frequency generated locally by the digital radio receiving apparatus 1000 and the reception frequency of the received signal.
2)マルチパス環境では移動方向前方や後方など様々な方向から反射波が到来し、これらは異なるフェージングを受けることから本来の送信周波数に対して帯域が広がって観測される。反射波の到来方向が一様な場合には、この電力密度関数S(v)は、vを周波数シフト、fdをドップラー周波数とすると、 2) In a multipath environment, reflected waves arrive from various directions such as forward and backward in the moving direction, and these are subjected to different fading, so that a band is observed with respect to the original transmission frequency. When the direction of arrival of the reflected wave is uniform, this power density function S (v) can be expressed as follows, where v is a frequency shift and fd is a Doppler frequency.
で表せる。これより受信信号の周波数帯域幅からドップラーシフト量が推定可能である。
It can be expressed as Thus, the Doppler shift amount can be estimated from the frequency bandwidth of the received signal.
参考文献 http://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_fading
この方法ではローカルに発生させる発振周波数の誤差の影響を受けにくい推定が可能である。
Bibliography http://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_fading
In this method, it is possible to perform estimation that is not easily influenced by an error in the oscillation frequency generated locally.
3)地上局から送信されてくる信号に、たとえばOFDMの場合のように、複数の周波数成分が含まれる場合、周波数によって、ドップラーシフトの影響が異なるため、複数の周波数成分間の周波数のシフト量を比較することで、ドップラーシフトを検出することも可能である。 3) When the signal transmitted from the ground station includes a plurality of frequency components, as in the case of OFDM, for example, the influence of the Doppler shift differs depending on the frequency. Therefore, the frequency shift amount between the plurality of frequency components It is also possible to detect the Doppler shift by comparing.
図2は、実施の形態のデジタル無線通信システム2000の構成を説明するための機能ブロック図である。 FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the configuration of the digital wireless communication system 2000 according to the embodiment.
図2では、移動体の例として、軌道上を移動する列車を例にとることにする。 In FIG. 2, a train moving on a track is taken as an example of the moving body.
本実施の形態では、列車2010は、1次元的な移動を行うことに着目し、多素子アンテナを設置し受信する素子を順次切換えることで、チャネル変動を低速化する。この技術では、図2に示すように列車の進行方向に沿って多数のアンテナ素子を直線状に並べたリニアアレーアンテナ10を使用する。 In this embodiment, paying attention to the one-dimensional movement of the train 2010, a multi-element antenna is installed and the elements to be received are sequentially switched to reduce the channel fluctuation. In this technique, a linear array antenna 10 in which a large number of antenna elements are arranged in a straight line along the traveling direction of a train as shown in FIG. 2 is used.
地上局200からは列車に対して無線信号が送信され、図1で説明したとおり、リニアアレイアンテナ10のうちの受信状態となるアンテナ10.iは、受信信号切換え部20により切り替えられる。 A radio signal is transmitted from the ground station 200 to the train, and as described in FIG. i is switched by the received signal switching unit 20.
リニアアレイアンテナ10、受信信号切換え部20およびデジタル信号処理部30は、車載中継局として機能する。 The linear array antenna 10, the received signal switching unit 20, and the digital signal processing unit 30 function as an in-vehicle relay station.
デジタル信号処理部30からの受信信号は、車載アクセスポイント40を介して、所定の通信規格の無線信号(たとえば、無線LAN信号)に再び変換され、端末300.1〜300.mに送信される。 The received signal from the digital signal processing unit 30 is converted again into a wireless signal (for example, a wireless LAN signal) of a predetermined communication standard via the in-vehicle access point 40, and the terminals 300.1 to 300. sent to m.
図3は、リニアアレイアンテナ10において、受信状態とするアンテナを切り替える処理を説明するための概念図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a process of switching the antenna to be received in the linear array antenna 10.
図3に示すように、リニアアレイアンテナ10のうちの受信する素子を、列車2010の時刻t1〜tmの間の移動に応じて、進行方向と逆に順次切換え、リニアアレイアンテナ10の全体の長さLで決まる一定の範囲内の移動では、実質的に受信点を一定位置Pに固定するため、理想的にはチャネル変動やドップラーシフトの発生を除去する。なお、仮に、理想的に受信点を一定位置Pに固定することが困難なほど高速に移動する場合であっても、チャネル変動やドップラーシフトを軽減することが可能である。 As shown in FIG. 3, the receiving elements of the linear array antenna 10 are sequentially switched in reverse to the traveling direction according to the movement of the train 2010 between the times t1 to tm, and the entire length of the linear array antenna 10 is changed. In the movement within a certain range determined by the length L, the reception point is substantially fixed at the certain position P, so that the occurrence of channel fluctuation and Doppler shift is ideally eliminated. Even if the reception point is moved at such a high speed that it is difficult to ideally fix the reception point at the fixed position P, it is possible to reduce channel fluctuation and Doppler shift.
従って、キャリア周波数高くなるほど、移動が高速になるほど大きな効果が期待できる。 Therefore, a greater effect can be expected as the carrier frequency increases and the movement speed increases.
なお、受信信号切り替え制御部308の切り替え制御にあたっては、切換え周期やタイミングは、A/D変換器のサンプリングや、OFDMの場合ではシンボル周期、FFTウィンドウ位置を考慮する。 In the switching control of the reception signal switching control unit 308, the switching cycle and timing consider the sampling of the A / D converter, and the symbol cycle and FFT window position in the case of OFDM.
また、受信信号切り替え制御部308は、フレーム期間の最後において、受信を行う後端の素子から、先頭の素子に切換えるタイミングでは、受信側において周知の方法で検出されるフレーム周期に同期するように切り替えを行う。 In addition, the reception signal switching control unit 308 synchronizes with the frame period detected by a well-known method on the receiving side at the timing of switching from the rear end element that performs reception to the first element at the end of the frame period. Switch.
すなわち、リニアアレイアンテナの全長は、移動体の想定される最高速度と通信システムで採用している最大のフレーム長により決まる長さとする。 That is, the total length of the linear array antenna is determined by the maximum speed assumed by the mobile body and the maximum frame length employed in the communication system.
たとえば、フレーム長の時間をTf(s)とし、移動体の最高速度をV(m/s)とすれば、少なくとも、リニアアレイアンテナの全長Lは、L=Tf×V以上が必要となる。これは、たとえば、V=100km/hであり、Tf=10msであれば、約30cmとなる。 For example, if the frame length time is Tf (s) and the maximum velocity of the moving body is V (m / s), at least the total length L of the linear array antenna needs to be L = Tf × V or more. This is, for example, about 30 cm when V = 100 km / h and Tf = 10 ms.
そして、上述のとおり、受信信号切り替え制御部308は、フレーム内では移動方向末尾のアンテナから最初のアンテナに切換える操作が発生しないようにする。加えて、切換えにより新たに発生する移動体上の構造物からの電波の反射波による影響を減らすため、アンテナ素子の切換えタイミングを、移動体の物理的な速度ではなく、受信信号のドップラーシフト量が最小(ないし極小)となるように制御する。 Then, as described above, the reception signal switching control unit 308 prevents an operation for switching from the last antenna in the moving direction to the first antenna in the frame. In addition, the antenna element switching timing is not the physical speed of the moving body, but the Doppler shift amount of the received signal in order to reduce the influence of the reflected wave of the radio wave from the structure on the moving body newly generated by switching. Is controlled to be minimum (or minimum).
そして、A/D変換過程での劣化を減らすため、シンボル周期の整数比となる周期でのアンテナ切換えタイミングを採用する。 Then, in order to reduce deterioration in the A / D conversion process, antenna switching timing in a period that is an integer ratio of symbol periods is employed.
図4は、リニアアレイアンテナ10において、受信状態とするアンテナを切り替える場合の受信波形の変化を説明するための概念図である。 FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining changes in the received waveform when the antenna to be received is switched in the linear array antenna 10.
移動局側が移動する際のドップラーシフトは、移動局の電波の波に対する相対的な速度が大きくなる結果、単位時間あたりに移動局に到達する波の個数が増加することに起因する。 The Doppler shift when the mobile station moves is caused by an increase in the number of waves that reach the mobile station per unit time as a result of an increase in the relative speed of the mobile station with respect to the radio wave.
図4(a)のように、地上局200の方向に向かって、アレイアンテナ10が移動している場合を考える。この時点では、アンテナ10.1で受信が行われている。 Consider a case where the array antenna 10 is moving toward the ground station 200 as shown in FIG. At this time, reception is performed by the antenna 10.1.
これに対して、ある時点で、図4(b)のように、受信状態となるアンテナがアンテナ10.2に切り替わると、波に対して受信するアンテナが実効的に移動体の移動方向と逆向きに動くこととなる。 On the other hand, at a certain point in time, as shown in FIG. 4B, when the antenna that is in the reception state is switched to the antenna 10.2, the antenna that receives the wave is effectively opposite to the moving direction of the moving body. It will move in the direction.
結果として、このように順次アンテナを移動体の移動方向と逆向きに切り替えていくと、一定時間の平均としては、移動体の移動と関わりなく、一定の位置で受信しているのと等価な状態とすることができる。 As a result, when the antenna is sequentially switched in the direction opposite to the moving direction of the moving body in this way, the average for a certain period of time is equivalent to receiving at a fixed position regardless of the movement of the moving body. State.
ただし、アレイアンテナ10におけるアンテナの切り替えは、上記のとおり、一定間隔ごとに不連続であるので、内挿補間部304は、このような不連続性を、時間軸について補間して連続にアンテナが移動するのと等価な信号を生成する。 However, since the antenna switching in the array antenna 10 is discontinuous at regular intervals as described above, the interpolation interpolating unit 304 interpolates such discontinuity with respect to the time axis to continuously detect the antenna. Generate a signal equivalent to moving.
なお、このような計算にあたっては、特許文献1(特開2002−152105号公報)のように、移動体の移動速度を推定することにより、仮想的な固定位置における信号を推定する構成としてもよい。 In such a calculation, a signal at a virtual fixed position may be estimated by estimating the moving speed of the moving body as in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-152105). .
なお、現在多くのシステムでは、MIMO(multiple-input and multiple-output)技術が採用されている。 Many systems currently employ MIMO (multiple-input and multiple-output) technology.
図5は、このようなMIMO方式に、本実施の形態のデジタル無線受信装置1000を適用する場合のアンテナの例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an antenna when the digital radio receiving apparatus 1000 according to the present embodiment is applied to such a MIMO scheme.
図5は、列車2010を上側から見た図である。 FIG. 5 is a view of the train 2010 as viewed from above.
図5に示すように、リニアアレイアンテナ10を進行方向に対して、2列に設けることにし、各列のアンテナを以上の説明と同様に順次切り替えることとすれば、受信側で、MIMOに対応した受信を行うことが可能である。 As shown in FIG. 5, if the linear array antennas 10 are provided in two rows with respect to the traveling direction and the antennas in each row are sequentially switched in the same manner as described above, the receiving side supports MIMO. Can be received.
以上説明したように、本実施の形態のデジタル無線受信装置およびデジタル無線通信システムによれば、移動体の進行方向に沿って配列させた複数のアンテナで構成されるリニアアレーアンテナを用いて、移動体の移動と逆方向に使用するアンテナを順次切換えることで、大地に対して相対的な受信点の移動量を減らし、伝搬路の変化を抑えることが可能である。 As described above, according to the digital radio receiving apparatus and the digital radio communication system of the present embodiment, the mobile station uses a linear array antenna including a plurality of antennas arranged along the traveling direction of the mobile object. By sequentially switching the antennas used in the direction opposite to the movement of the body, it is possible to reduce the amount of movement of the reception point relative to the ground and suppress the change of the propagation path.
したがって、アンテナ素子間隔と移動速度が最適な場合、大地に対して相対的に固定された地点で受信を行ったのと等価にすることが可能であり、それ以外の場合でも移動速度が実質的に低下させることが可能なため、移動により発生するフェージングの変動速度を低下させることにより、伝搬路の等化が有効に機能する。これにより効率的な伝送が可能になることに加え従来規格の機器との共存も容易となる。 Therefore, when the antenna element interval and the moving speed are optimal, it can be equivalent to receiving at a point fixed relative to the ground, and the moving speed is substantially equal in other cases. Therefore, equalization of the propagation path functions effectively by reducing the fluctuation speed of fading caused by movement. This enables efficient transmission and facilitates coexistence with conventional equipment.
今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。 Embodiment disclosed this time is an illustration of the structure for implementing this invention concretely, Comprising: The technical scope of this invention is not restrict | limited. The technical scope of the present invention is shown not by the description of the embodiment but by the scope of the claims, and includes modifications within the wording and equivalent meanings of the scope of the claims. Is intended.
10 リニアアレイアンテナ、10.1〜10.n アンテナ素子、20 受信信号切換え部、30 デジタル信号処理部、200 地上局、302.1〜302.n A/D変換部、304 内挿補間部、306 ドップラーシフト量推定部、308 受信信号切換え部、310 復調部、312 復号・誤り訂正部、40 車載アクセスポイント、300.1〜300.m 端末、1000 デジタル無線受信装置、2000 デジタル無線通信システム、2010 列車。 10 Linear array antenna, 10.1-10. n antenna element, 20 received signal switching unit, 30 digital signal processing unit, 200 ground station, 302.1 to 302. n A / D conversion unit, 304 interpolation unit, 306 Doppler shift amount estimation unit, 308 received signal switching unit, 310 demodulation unit, 312 decoding / error correction unit, 40 in-vehicle access point, 300.1 to 300. m terminal, 1000 digital wireless receiver, 2000 digital wireless communication system, 2010 train.
Claims (5)
前記移動体の進行方向に沿って配列された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうち受信可能とするアンテナを順次切換えるための切換え部と、
前記切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された信号に基づいて、ドップラーシフト量推定するためのドップラーシフト推定部と、
前記切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された複数の受信信号に対して内挿補間を実行する内挿補間部と、
前記内挿補間された信号に対して、復調および復号を行うための受信処理手段と、
前記内挿補間された信号におけるドップラーシフト量が極小となるように、前記切換え部によるアンテナの切換えを制御する切換え制御部とを備える、デジタル無線受信装置。 A receiving device for a mobile body that performs digital wireless communication,
A plurality of antennas arranged along the traveling direction of the moving body;
A switching unit for sequentially switching antennas that can be received among the plurality of antennas;
A Doppler shift estimation unit for estimating a Doppler shift amount based on a signal received from a ground station via an antenna enabled to be received by the switching unit;
An interpolation unit that performs interpolation on a plurality of received signals received from the ground station via an antenna that can be received by the switching unit;
Reception processing means for performing demodulation and decoding on the interpolated signal;
A digital radio receiving apparatus comprising: a switching control unit that controls switching of an antenna by the switching unit so that a Doppler shift amount in the interpolated signal is minimized.
前記複数のアンテナは、前記移動体の外上部に、前記移動体の進行方向に沿って配列される、請求項1記載のデジタル無線受信装置。 The moving body is a vehicle that moves on a track,
The digital radio reception apparatus according to claim 1, wherein the plurality of antennas are arranged on an outer upper portion of the moving body along a traveling direction of the moving body.
デジタル無線信号を送信する地上局と、
前記デジタル無線信号を受信する移動局とを備え、前記移動局は、
前記移動局の進行方向に沿って配列された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうち受信可能とするアンテナを順次切換えるための切換え部と、
前記切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された信号に基づいて、ドップラーシフト量推定するためのドップラーシフト推定部と、
前記切換え部により受信可能とされたアンテナを介して地上局から受信された複数の受信信号に対して内挿補間を実行する内挿補間部と、
前記内挿補間された信号に対して、復調および復号を行うための受信処理手段と、
前記内挿補間された信号におけるドップラーシフト量が極小となるように、前記切換え部によるアンテナの切換えを制御する切換え制御部とを含む、デジタル無線通信システム。 A digital wireless communication system for performing digital wireless communication,
A ground station that transmits digital radio signals;
A mobile station for receiving the digital radio signal, the mobile station,
A plurality of antennas arranged along the traveling direction of the mobile station;
A switching unit for sequentially switching antennas that can be received among the plurality of antennas;
A Doppler shift estimation unit for estimating a Doppler shift amount based on a signal received from a ground station via an antenna enabled to be received by the switching unit;
An interpolation unit that performs interpolation on a plurality of received signals received from the ground station via an antenna that can be received by the switching unit;
Reception processing means for performing demodulation and decoding on the interpolated signal;
And a switching control unit that controls switching of the antenna by the switching unit so that a Doppler shift amount in the interpolated signal is minimized.
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