JP5842111B2 - アンテナ切り替え受信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムにおいてアンテナを切り替えて受信するアンテナ切り替え受信システムに関する。

無線通信システムにおいて、マルチパスフェージングによるレベル劣化が課題のひとつとして挙げられる。受信アンテナが受信する信号は、送信アンテナから直接受信アンテナに入力される信号だけではなく、複数の異なる経路を経て入力される信号も存在する。そのため、各々異なる遅延時間を持った信号（マルチパス）も受信アンテナに入力されてしまうため、受信アンテナ端で信号同士が重なり合い、打ち消し合うなどして受信レベルが劣化してしまう。これがマルチパスフェージングによるレベル劣化と称される現象である。

このマルチパスフェージングによるレベル劣化の影響を回避するための代表的な方策として、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア伝送技術がある。これは伝送する情報を複数のキャリア（サブキャリア）に分けて広い周波数帯域で伝送するため、マルチパスフェージングによるレベル劣化の影響を低減できるという技術である。しかしながら、ＯＦＤＭ伝送ではフーリエ逆変換及びフーリエ変換により周波数軸と時間軸を変換して処理する複雑な構成が必要となり回路規模が増大してしまうため、低コスト化を図るのが困難であるという欠点があった。

また、複数のアンテナを切り替える「切り替えダイバーシチ」、「選択ダイバーシチ」や各アンテナでの受信信号を合成する「合成ダイバーシチ」による対策がある。これらはマルチパスフェージングによる影響は受信器の場所や電波の偏波面などによって異なることを利用した方策である。「選択ダイバーシチ」は、複数のアンテナでの受信レベルを監視しておき、最適なアンテナで信号を受信する技術であるが、アンテナの個数分の受信器が必要となるため回路規模が大きくなるという欠点があった。また、「合成ダイバーシチ」は複数のアンテナで受信した信号の位相を揃えて合成する技術であるが、こちらもアンテナの個数分の受信器及び各信号の位相を合わせる移相器が必要となるため回路規模が大きくなるという欠点があった。

「切り替えダイバーシチ」は一方のアンテナでマルチパスフェージングの影響がある場合は、もう一方のアンテナに切り替えることによりマルチパスフェージングの影響を低減するという技術である（例えば、特許文献１参照）。近年、携帯用無線機器の普及により、アンテナ切り替え部も小型化や低コスト化が要求されており、１つの受信機で構成できるため、開発が容易で回路規模が小さく低コスト化が図れる「切り替えダイバーシチ」が様々な無線器に搭載されている。

特開平０６−３０３２１８号公報

しかしながら、「切り替えダイバーシチ」においては、切り替え先のアンテナでの受信レベルはアンテナを切り替えるまで分からない。そのため、もし切り替え先のアンテナでの受信レベルがさらに低かった場合には、より劣悪な条件で信号を受信しなければならないという欠点がある。

さらに無線ＬＡＮでは、複数のフレーム（ペイロード信号の一塊）を受信し、エラーが複数のフレームに亘って検出された際にアンテナを切り替えるシステム、つまりエラーが発生した後のアンテナ切り替えを基本としている。発生したエラーに対しては再度同じフレームを送信器に送ってもらうことにより対応している（再送機能）。しかしながら、マルチパスフェージングにより通信環境が劣悪な状況では再送回数が増え、音声や映像など高速で次々に新しいペイロード信号を受信する必要がある機器には不向きとなる。

本発明は、簡素な構成で、マルチパスが多い環境下においても正確に受信レベルの高いアンテナを選択することにより、マルチパスフェージングによるレベル変動の影響を低減できるアンテナ切り替え受信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のアンテナ切り替え受信システムは、複数のアンテナを切り替えて無線信号を受信するアンテナ切り替え受信システムにおいて、
送信システムからは、プリアンブル信号と、少なくとも１つのテスト信号とペイロード信号がこの順番で送信され、前記プリアンブル信号に含まれるアンテナ切り替えタイミング検出用信号は、前記ペイロード信号と比較して、低い伝送速度で送信され、
選択されているアンテナが受信した信号の受信レベルが瞬間的に又は所定時間以上継続して閾値以上であることを検出すると前記プリアンブル信号が入力されたと判断し、前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号を検出し、
前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号に基づいて前記複数のアンテナを切り替えて前記少なくとも１つのテスト信号を受信し、
前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号及び前記テスト信号は、それぞれ特定の並びの信号列によって構成されて送信されるものであり、
送信される前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号及び送信される前記テスト信号と同一の並びの信号列を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている信号列と、受信した前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号の信号列の相関値、及び受信した前記テスト信号の信号列の相関値を算出する相関値算出部を有し、
前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号を前記相関値算出部によって算出された相関値に基づいて検出し、
前記相関値算出部によって算出された受信した前記テスト信号の信号列の相関値に基づいて前記ペイロード信号を受信するアンテナを選択することを特徴とする。

本発明によれば、ペイロード信号を受信する前に、各アンテナでテスト信号を受信してペイロード信号を受信するアンテナを選択するので、簡素な構成でマルチパスフェージングによるレベル変動の影響を低減できる。これにより、マルチパス環境下においてもマルチパスフェージングに起因した受信レベルの劣化によるエラー発生を回避しやすくなる。

本発明の第１実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示すフローチャート。 第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第２実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示すフローチャート。 第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第３実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示すフローチャート。 第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第４実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第４実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示すフローチャート。 本発明の第５実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第５実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 第６実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第７実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第７実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第８実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第８実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示すフローチャート。 第９実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第１０実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第１０実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第１１実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第１１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。 本発明の第１２実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示すブロック図。 第１３実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示す図。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて図面を参照して説明する。図１はアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。アンテナ切り替え受信システムは、２本のアンテナが接続されたアンテナ切替部１と、無線部（復調部）２と、ＲＳＳＩ検出部３と、アンテナ制御部４と、ユニークワード検出部（ＵＷ検出部）５等によって構成されている。アンテナ切替部１は、アンテナ制御部４から入力された制御信号に応じて、無線信号を受信するアンテナを切り替える。以下において、アンテナ切替部１に接続され、切り替えられるアンテナが２本の場合について説明するが、同アンテナは３本以上であってもよい。無線部２は、アンテナ切替部１を介していずれかのアンテナで受信した信号を復調する。ＲＳＳＩ検出部３は、アンテナ切替部１を介していずれかのアンテナで受信した信号のＲＳＳＩ（受信信号強度）を検出する。アンテナ制御部４は、ＲＳＳＩ検出部３によって検出されたＲＳＳＩ等に基づいて、無線信号を受信するアンテナを選択し、その旨の制御信号をアンテナ切替部１に出力する。ＵＷ検出部５は、アンテナ切替部１を介していずれかのアンテナで受信した信号からユニークワードを検出する。

図２は、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示している。また、図３は、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、２つのアンテナ、すなわちアンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。図３に示した信号は、本実施形態のアンテナ切り替え受信システムと対応する送信システムから送信される。送信システムからは、プリアンブル信号、テスト１信号、テスト２信号、ユニークワード信号及びペイロード信号が送信される。プリアンブル信号、テスト１信号、テスト２信号、ユニークワード信号及びペイロード信号によって１つのフレームが構成される。プリアンブル信号には、例えば、テスト１信号及びテスト２信号の受信の際に、受信するアンテナをアンテナＡ又はアンテナＢに切り替えるタイミングを検出するためのアンテナ切り替えタイミング検出用信号が含まれる。テスト１信号及びテスト２信号は、ペイロード信号を受信するアンテナを選択するために用いられる。テスト１信号は、当初選択されていたアンテナによって受信され、テスト２信号は、切り替えられたアンテナによって受信される。なお、このテスト信号は、アンテナ切替部１によって切り替えられるアンテナの本数に応じて適宜追加される。ペイロード信号には、例えばヘッダ及び映像や音声並びに気温などのデータ又は各種の制御信号が含まれる。

図２、３を参照して、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作について説明する。まず、ＲＳＳＩ検出部３が常時、ＲＳＳＩ値を観測し（＃１）、ＲＳＳＩのレベルが瞬間的に又は所定時間以上継続して閾値以上であることを検出するとプリアンブルが入力されたと判断する（＃２においてＹＥＳ）。そして、アンテナ制御部４が現在選択されているアンテナの受信レベルを測定し（＃３）、保存する（＃４）。図３においては、アンテナＡによってテスト１信号が受信され、受信レベルが検出される。そして、アンテナ制御部４がアンテナ切替部１にアンテナを切り替えさせ、アンテナの受信レベルを測定し（＃５）、保存する（＃６）。図３においては、アンテナＢによってテスト２信号が受信され、受信レベルが検出される（アンテナＢが当初選択されている場合は、アンテナＢによってテスト１信号が受信され、アンテナＡによってテスト２信号が受信される）。なお、＃３及び＃５における受信レベルの測定は、ＲＳＳＩによるものに限られない。例えば、受信信号を自動利得制御回路によって増幅する際の増幅率から受信レベルを測定する構成であってもよい。

その後、アンテナ制御部４は、保存した２つの受信レベルを比較する（＃７）。アンテナＡの受信レベルが大きいときは（＃８においてＹＥＳ）、アンテナ制御部４は、ペイロード信号を受信するためのアンテナとしてアンテナＡを選択する。そして、アンテナ切替部１を制御してアンテナＡに固定して（＃９）、ユニークワード及びペイロード信号を順次受信する（＃１１）。図３に示す例は、この場合に相当する。アンテナＢの受信レベルが大きいときは（＃８においてＮＯ）、アンテナ制御部４は、ペイロード信号を受信するためのアンテナとしてアンテナＢを選択する。そして、アンテナ切替部１を制御してアンテナＢに固定して（＃１０）、ユニークワード及びペイロード信号を順次受信する（＃１１）。なお、アンテナＡの受信レベルとアンテナＢの受信レベルが同等である場合も（＃８においてＮＯ）、アンテナの切替を行うことなく（最後にテスト信号を受信したアンテナＢに固定して（＃１０））、ユニークワード等を受信する（＃１１）。

第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、ペイロード信号を受信する前に、各アンテナでテスト信号を受信してペイロード信号を受信するアンテナを選択するので、簡素な構成でマルチパスフェージングによるレベル変動の影響を低減できる。これにより、マルチパス環境下においてもマルチパスフェージングに起因した受信レベルの劣化によるエラー発生を回避できる。また、再送回数を減らしてよりリアルタイムに近い伝送を実現することができる。また、再送が不要な場合にあっては、再送機能を無くして、低コスト化及び小型化に貢献することもできる。

また、ＲＳＳＩのレベルが瞬間的に又は所定時間以上継続して閾値以上となったことをきっかけとして、アンテナを切り替えながらテスト信号を受信する。これにより、アンテナ切り替えを判断するために受信するテスト信号に受信レベルを検出するタイミングを合わせることができる。従って、それぞれのアンテナでテスト信号からより正確に受信レベルを検出して、ペイロード信号を受信するアンテナの選択を適格に行えるようになる。また、アンテナの受信レベルをテスト信号の受信レベル検出のトリガとしているので、迅速にテスト信号の受信レベルの検出に移行することができる。また、それぞれのアンテナで受信したテスト信号のＲＳＳＩレベルすなわち受信レベルに基づいて、ペイロード信号を受信するアンテナを選択するので、受信状態の良好なアンテナを精度良く選択することができる。なお、＃２において、プリアンブル信号の入力を閾値以上のレベルのＲＳＳＩの検出によって行っているが、他の手法、例えば上述した自動利得制御回路の増幅率によって選択されているアンテナの受信レベルを検出し、閾値を比較するように構成してもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図４は第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成に、プリアンブル検出部６を追加して構成されている。プリアンブル検出部６は、無線部２によって復調された信号からプリアンブル信号を検出する。

上記第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいては、ＲＳＳＩのレベルが閾値以上であることを検出するとプリアンブル信号が入力されたと判断していた。これに対して、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいては、プリアンブル検出部６は、無線部２によって復調された信号からプリアンブル信号を検出するように構成されている。

送信システムから送信されるプリアンブル信号には、テスト１信号及びテスト２信号の受信の際に、アンテナを切り替えるタイミングを検出するためのアンテナ切り替えタイミング検出用信号が含まれている。アンテナ切り替えタイミング検出用信号は、例えば、少なくとも１つのシンボルに相当する所定時間以上に亘って同一の符号が繰り返される信号によって構成される。プリアンブル検出部６は、少なくとも１つのシンボルに相当する所定時間以上に亘って同一の符号が繰り返される信号を検出したとき、アンテナ切り替えタイミング検出用信号すなわちプリアンブル信号を検出したと判断できる。そして、このアンテナ切り替えタイミング検出用信号に基づいて、アンテナＡによってテスト１信号又はテスト２信号を、アンテナＢによってテスト２信号又はテスト１信号をそれぞれ受信することができる。

図５は、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示している。また、図６は、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。

図５、６を参照して、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作について説明する。第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいては、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおける＃１、＃２の処理に替えて、プリアンブル検出部６によるプリアンブル信号の検出がなされる（＃２１）。プリアンブル検出部６によってプリアンブル信号が検出されると（＃２１においてＹＥＳ）、アンテナ制御部４が現在選択されているアンテナの受信レベルを測定し（＃３）、保存する（＃４）。図６においては、アンテナＡによってテスト１信号が受信され、受信レベルが検出される。以降の動作は、図２及び図３に示した第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作と同様である。

第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、テスト信号の前に受信したプリアンブル信号に基づいてテスト信号を受信するアンテナを切り替える。これにより、アンテナ切り替えを判断するために受信するテスト信号に受信レベルを検出するタイミングを合わせることができる。従って、それぞれのアンテナでテスト信号からより正確に受信レベルを検出して、ペイロード信号を受信するアンテナの選択を適格に行えるようになる。また、アンテナ切り替えタイミング検出用信号として、少なくとも１つのシンボルに相当する所定時間以上に亘って同一の符号が繰り返される信号が用いられる。これにより、アンテナ切り替えタイミング検出用信号をノイズと区別して検出できるようになる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図７は第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成に、スリープ解除部７を追加して構成されている。第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、消費電力の低いスリープモードと通常の受信モードで動作する。スリープモードから通常の受信モードへの移行は、スリープ解除部７によって制御される。

図８は、第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示している。また、図９は、第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。またプリアンブル信号として、スリープモードを解除するためのプリアンブル１信号と、アンテナを切り替えるタイミングを検出するためのプリアンブル２信号が送信される。なお、プリアンブル１信号又はプリアンブル２信号には、スリープモードから通常の受信モードに移行するのに十分な時間が設定されている。

図８、９を参照して、第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作について説明する。第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいては、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおける＃２の処理と＃３の処理の間に、＃２０乃至＃２３の処理が挿入される。＃２において、ＲＳＳＩのレベルが瞬間的に又は所定時間以上継続して閾値以上であることを検出するとフレームの先頭が入力されたと判断し（＃２においてＹＥＳ）、スリープ解除部７がスリープモードを解除し、通常の受信モードに移行する（＃２０）。

プリアンブル検出部６によるプリアンブル信号が検出されると（＃２１においてＹＥＳ）、アンテナ制御部４が現在選択されているアンテナの受信レベルを測定し（＃３）、保存する（＃４）。図９においては、アンテナＡによってテスト１信号が受信され、受信レベルが検出される。以下、図２及び図３に示した第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作と同様である。＃２１において直ちにプリアンブル信号が検出されない場合であっても、一定時間が経過するまでは、プリアンブル検出部６によってプリアンブル信号の検出が継続される（＃２１においてＮＯ、＃２２においてＮＯ）。一定時間が経過するまでにプリアンブル検出部６によってプリアンブル信号が検出されない場合は（＃２２においてＹＥＳ）、再びスリープモードに移行する（＃２３）。

第３実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、ＲＳＳＩのレベルが瞬間的に又は所定時間以上継続して閾値以上となったことをきっかけとしてスリープモードを解除し、選択されているアンテナでアンテナ切り替えタイミング検出用信号を受信する。これにより、アンテナの受信レベルが所定レベル以上になるまで、アンテナ切り替えタイミング検出用信号の受信を開始させずに待機させ、アンテナ切り替え受信システムの消費電力の低減を図ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図１０は第４実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第４実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成におけるプリアンブル検出部６に替えて低速プリアンブル検出部８が設けられている。低速プリアンブル検出部８は、ペイロード信号と比較して、低い伝送速度で送信されたプリアンブル信号を検出するように構成されている。

図１１は、第４実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示している。第４実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいては、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおける＃２１の処理に替えて、＃２５の処理が実行される。すなわち、低速プリアンブル検出部８によって低速のプリアンブル信号が検出されると（＃２５においてＹＥＳ）、アンテナ制御部４が現在選択されているアンテナの受信レベルを測定し（＃３）、保存する（＃４）。以降の動作は、図５に示した第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作と同様である。

第４実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、ペイロード信号と比較して低い伝送速度で送信されたプリアンブル信号を受信する。マルチパスフェージング等の通信環境の劣化に起因する受信レベル劣化の影響を受けたアンテナが選択されている場合であっても、もれなくプリアンブル信号を検出できるようになる。従って、それぞれのアンテナでテスト信号からより正確に受信レベルを検出して、ペイロード信号を受信するアンテナの選択を適格に行えるようになる。例えば、当初選択されたアンテナがマルチパスフェージングに起因するレベル劣化の影響を受けていても、上記影響がより少ないアンテナでペイロードを受信できる。これにより、マルチパスフェージングに起因するレベル劣化の影響による受信エラーを回避することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図１２は第５実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第５実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成に平均化部９を追加して構成されている。また、第５実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、ＲＳＳＩ検出部３は、各アンテナで受信したテスト１信号及びテスト２信号について、ＲＳＳＩを複数回検出する。平均化部９は、ＲＳＳＩ検出部３によって複数回検出されたＲＳＳＩを各アンテナ毎に平均化する。

図１３は、第５実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。アンテナＡは、プリアンブル信号に続けてテスト１信号を受信する。アンテナＡによるテスト１信号の受信レベルの測定にあたっては、ＲＳＳＩ検出部３によってＲＳＳＩが複数回検出され、平均化部９によって平均化された値がアンテナＡの受信レベルとされる。その後アンテナが切り替えられ、アンテナＢは、テスト２信号を受信する。アンテナＢによるテスト２信号の受信レベルの測定にあたっても、ＲＳＳＩ検出部３によってＲＳＳＩが複数回検出され、平均化部９によって平均化された値がアンテナＢの受信レベルとされる。以降の動作は、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムと同様であるため、その説明を省略する。

第５実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、受信したテスト信号から複数回検出したＲＳＳＩの平均値に基づいて、ペイロード信号を受信するアンテナを選択する。これにより、テスト信号の受信時に瞬間的に混入したノイズによって誤ったアンテナを選択してしまうことを防止できる。すなわち、突発的なノイズの影響を低減し、アンテナ選択の精度を向上させることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。第６実施形態によるアンテナ切り替え受信システムの構成は、図１に示した第１実施形態によるアンテナ切り替え受信システムと同等である。

図１４は、第６実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。第６実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、送信システムから送信される信号は、テスト１信号が省かれ、プリアンブル信号、テスト２信号、ユニークワード信号及びペイロード信号等によって構成される。

第６実施形態においては、アンテナＡによってプリアンブル信号が受信され、ＲＳＳＩ検出部３によって所定の閾値以上のＲＳＳＩが検出されると、アンテナ制御部４は、その値をアンテナＡによるテスト信号の受信レベルとして保存する。そして、アンテナＢに切り替えてテスト２信号の受信レベルの測定を開始する。以降の動作は、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムと同様であるため、その説明を省略する。なお、本実施形態においては、図１４に示す所定の閾値以上のＲＳＳＩの検出に替えて、第２実施形態等に示す手法によってプリアンブル信号を検出し、そのときのＲＳＳＩの値をアンテナＡによるテスト信号の受信レベルとして保存してもよい。

第６実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、テスト信号を受信する前に選択されているアンテナで受信したプリアンブル信号の受信レベルを、そのアンテナによるテスト信号の受信レベルとする。これにより、プリアンブル信号を受信したアンテナに対するテスト信号の送信を不要とすることができ、通信のパケット長を短くして伝送効率の向上を図ることができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図１５は第７実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第７実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成にアンテナ切替カウンタ部１０を追加して構成されている。

実際にアンテナを切り替えるには一定時間が必要であり、切り替え中は受信レベルが不安定となって正確なＲＳＳＩを測定できないことがある。そのため、本実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいては、アンテナ切替後の一定時間はＲＳＳＩを検出しないように、アンテナ切替カウンタ部１０が設けられている。すなわち、アンテナ切替カウンタ部１０は、アンテナを切り替えた後、受信した信号の受信レベルが安定するまでの所定時間をカウントする。

図１６は、第７実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。図１６に示す場合、アンテナは、２度に亘って切り替えられる。すなわち、アンテナＡによってテスト１信号の受信レベルが検出された後、アンテナＢに切り替えられ（１度目）、アンテナＢによってテスト２信号の受信レベルが検出された後、より受信レベルの大きいアンテナＡに切り替えられる（２度目）。これらのアンテナの切替時に、アンテナ切替カウンタ部１０は、カウントを開始する。そして、アンテナ制御部４は、アンテナ切替カウンタ部１０が所定時間をカウントするまで（図１６において、黒く塗りつぶされた時間）は、受信レベルの検出を行わないようにＲＳＳＩ検出部３を制御する。

第７実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、アンテナ切り替えカウンタ部１０のカウントにより、受信した信号の受信レベルが十分に安定した後、ＲＳＳＩを検出するように構成されている。これにより、正確なＲＳＳＩレベルの検出が可能となり、アンテナ選択の精度をより一層向上させることができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図１７は第８実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第８実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成からＲＳＳＩ検出部３を廃し相関値算出部１１を追加して構成されている。

テスト１信号及びテスト２信号は、特定の並びの信号列によって構成されて送信システムから送信され、相関値算出部（記憶部）１１は、送信されるテスト１信号及びテスト２信号と同一の並びの信号列を記憶している。相関値算出部１１は、記憶している信号列と、無線部２によって復調されたテスト信号の信号列の相関値を算出し、アンテナ制御部４は、相関値算出部１１によって算出された相関値に基づいてペイロード信号を受信するアンテナを選択する。

図１８は、第８実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作を示している。第８実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいては、第２実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおける＃３乃至＃８の処理に替えて、＃３１乃至＃３６の処理が実行される。まず、プリアンブル信号が検出されると（＃２１においてＹＥＳ）、現在選択されているアンテナによってテスト１信号が受信され、相関値算出部１１によって相関値が算出され（＃３１）、最大相関値が保存される（＃３２）。相関値の算出は、以下の手順でなされる。すなわち受信された信号が無線部２によって復調されると、相関値算出部１１は、記憶している信号列に対して、復調されたテスト信号の信号列を１ビットずつずらしながら両者の一致度を順次数値化することにより、相関値を算出する。

一方のアンテナの相関値が算出されると、アンテナ制御部４の制御によってアンテナが切り替えられて、テスト１信号が受信され、相関値算出部１１によって相関値が算出され（＃３３）、最大相関値が保存される（＃３４）。そして、それぞれのアンテナにおける最大相関値が比較され（＃３５）、アンテナＡの相関値が大きい場合は（＃３６においてＹＥＳ）＃９に移行し、アンテナＡの相関値が大きくない場合は（＃３６においてＮＯ）＃１０に移行する。以下、図２に示した第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの動作と同様である。なお、＃２１の処理に替えて、図１１に示した＃２５の処理を行うものとして構成してもよい。

第８実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、相関値算出部１１に記憶されている信号列と、受信したテスト信号の信号列から算出された相関値に基づいてペイロード信号を受信するアンテナを選択する。これにより、テスト信号の受信レベルを検出するための構成（例えば、ＲＳＳＩ検出部３等）を必要とすることなく、ペイロード信号を受信するアンテナを選択することが可能となる。よって、アンテナ切り替え受信システムの構成を簡素かつ安価なものとすることができる。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。第９実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成は、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成と同等である。

図１９は第９実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信し、アンテナの受信レベルの測定をする長さが２シンボルに相当する場合の例を示している。そして、アンテナＡ及びアンテナＢは、テスト信号を受信する際に、所定時間（図１９においては、１／２シンボルに相当する時間）毎に切り替えられる。

まず、アンテナＡによってプリアンブル信号が受信されて検出された後、アンテナＡでテスト１信号を受信して受信レベルの測定が開始される。アンテナＡの受信レベルが測定されて保存されるとアンテナＢに切り替えられ、アンテナＢでもテスト１信号を受信して受信レベルの測定が開始される。アンテナＢの受信レベルが測定されて保存されると再びアンテナＡに切り替えられ、アンテナＡでテスト２信号を受信して受信レベルの測定が開始される。そして、アンテナＡの受信レベルが測定されて保存されると再びアンテナＢに切り替えられ、アンテナＢでもテスト２信号を受信して受信レベルの測定が測定されて保存される。こうして得られた受信レベルは、各アンテナ毎に平均化され、比較される。

第９実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、それぞれのアンテナは、テスト信号を受信する際に、所定時間毎に交互に切り替えられる。これにより、フェージングの発生等による瞬間的な受信レベルの落ち込み等の変動による誤判断を防いで、アンテナ選択の精度を向上させることができる。なお、アンテナの受信レベルの測定にあたっては、３シンボル以上の長さを用いてもよい。この場合、長時間に亘って受信レベルをより正確に判定することができる。また、アンテナの選択にあたっては、受信レベルの平均値に限られず、第８実施形態のアンテナ切り替え受信システムに係る最大相関値に基づくものとしてもよい。

（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図２０は第１０実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第１０実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成に、ペイロード長カウンタ部１２を追加して構成されている。ペイロード長カウンタ部１２は、ペイロード信号を受信している際には、アンテナの切り替えを行わないように、受信しているパケットのペイロード信号の長さに相当する時間をカウントする。

図２１は、第１０実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。

図２１において、アンテナ１に固定した後、ユニークワード信号が検出されるまでは、図３に示した第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムと同等の動作を行う。ユニークワード信号が検出されると、ペイロード長カウンタ部１２は、ペイロード信号の長さに相当する時間のカウントを開始する。そして、一定時間（ペイロードの受信時間）は、アンテナ切替機能（つまりはそのトリガとなるプリアンブル信号（ＲＳＳＩ）の検出）を停止する。

第１０実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、ペイロード長カウンタ部のカウントによって、ペイロード信号を受信している際にはアンテナの切り替えを行わない。これにより、ペイロード信号の受信中に誤ってアンテナが切り替えられることによって発生する受信エラーを防止できる。

（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図２２は第１１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第１１実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成に、切替停止閾値設定部１３を追加して構成されている。第１１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにあっては、プリアンブル信号の受信においてアンテナを切り替える必要がないほどに十分に強いＲＳＳＩレベルが検出されたとき、アンテナの切り替え機能を停止させる。そこで、切替停止閾値設定部１３は、アンテナの切り替え機能を停止させる基準となるＲＳＳＩレベルの閾値を設定する際に用いられる。なお、切替停止閾値設定部１３によって設定される閾値は、第１実施形態の図２の＃２及び図３に記載の閾値よりも大きな値で設定されている。

図２３は、第１１実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。図２３において、まずプリアンブル信号の受信し、そのＲＳＳＩを検出する。このとき、ＲＳＳＩが切替停止閾値設定部１３によって設定される閾値よりも大きい場合は、アンテナの切り替えは行わない。すなわち、引き続きアンテナＡによって、テスト１信号、テスト２信号、ユニークワード信号及びペイロード信号が受信される。

第１１実施形態のアンテナ切り替え受信システムによれば、当初選択されているアンテナの受信レベルが所定の閾値以上であるときは、そのアンテナで問題なくペイロード信号を受信できると判断してアンテナの切り替えを行わない。これにより、受信レベルの検出誤差等の発生に伴うアンテナ選択の誤動作の可能性を低減できる。

（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態によるアンテナ切り替え受信システムについて説明する。図２４は第１２実施形態のアンテナ切り替え受信システムの概略構成を示している。第１２実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、第１実施形態のアンテナ切り替え受信システムの構成に、通信周期カウンタ部１４を追加して構成されている。無線通信においては、通常、各機器の状態を確認するために各機器間において、例えば数分乃至数時間毎に定期通信が実行される。本第１２実施形態は、定期通信の通信可否に応じてアンテナを切り替える。具体的には、選択されているアンテナで定期通信のユニークワードが所定の時間内に検出されなかったとき、他方のアンテナに切り替える。通信周期カウンタ部１４は、ユニークワード検出部５によってパケット内のユニークワードが検出されたことをきっかけとして、カウントを開始する。

図２５は、第１２実施形態のアンテナ切り替え受信システムにおいて、アンテナＡ及びアンテナＢを用いて受信される信号と、この信号を受信したときの上記アンテナ切り替え受信システムの動作を示している。特に、当初アンテナＡが選択されており、そのアンテナＡによってプリアンブル信号を受信する場合の例を示している。図２５において、送信システムからは、定期通信パケット１、定期通信パケット２、定期通信パケット３、定期通信パケット４．．．が定期的に送信される。これらの定期通信パケットは、通常のデータ伝送信号や制御信号の合間に適宜送信される。アンテナＡによって定期通信パケット１が受信されると、通信周期カウンタ部１４は、ユニークワード検出部５によってパケット内のユニークワードが検出されたことをきっかけとして、カウントを開始する。その後アンテナＡに故障等が発生すると、通信周期カウンタ部１４のカウント値が一定値を超えても、アンテナ切り替え受信システムは、定期通信パケット２を受信できなくなる。このとき、アンテナ制御部４は、アンテナＡに故障等が発生した可能性があると判断して、アンテナＢに切り替えて、定期通信パケット３以降を受信する。

第１２実施形態のアンテナ切り替え受信システムは、ユニークワード検出部５によってユニークワードが検出された後、通信周期カウンタ部１４が所定値をカウントするまでに次の定期通信のユニークワードが受信できなかったとき、別のアンテナに切り替える。これにより、選択されているアンテナに故障等の不具合が発生したことを検知して別のアンテナに切り替えることができるので、受信できない状態が継続してしまうことを防止できる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくともペイロード信号を受信する前に、複数のアンテナでテスト信号を受信してペイロード信号を受信するアンテナを選択するように構成されていればよい。また、上述した各実施形態の特徴を適宜組み合わせたアンテナ切り替え受信システムであってもよい。

また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、各実施形態において、プリアンブル信号とテスト信号とは、同一の信号列によって構成されていてもよい。この場合にあっては、プリアンブル信号及びテスト信号を単一の構成によって生成することができる。これにより、プリアンブル信号及びテスト信号を生成し送信する送信システムの構成を簡素化することができる。

また、テスト信号は、ペイロード信号を模した擬似ランダム信号列を含むように構成されていてもよく、さらには、ペイロード信号の中に含まれる一部の信号列と同一の信号列で構成されていてもよい。この場合にあっては、ペイロード信号に近い又は同一の並びの信号列のテスト信号を受信した結果に基づいて、ペイロード信号を受信するアンテナを選択することができる。これにより、アンテナ選択の精度をより一層向上させることができる。

また、ペイロード信号と同等の伝送速度で送信システムから送信されたテスト信号を受信するように構成することにより、ペイロード信号を実際に受信している状態に近い状態でテスト信号を受信し、アンテナを選択することができる。これにより、アンテナ選択の精度をより一層向上させることができる。また、テスト信号の送受信に要する時間を短縮できる。

また、第２実施形態及び第８実施形態におけるプリアンブル信号の検出（図５及び図１８における＃２１）は、相関値の算出によって行うように構成されていてもよい。この場合、アンテナ切り替えタイミング検出用信号を含むプリアンブル信号は、特定の並びの信号列によって構成されて送信システムから送信される。プリアンブル検出部（記憶部、相関値算出部）６は、プリアンブル信号と同一の並びの信号列を記憶する。さらにプリアンブル検出部６は、記憶した信号列と、受信したプリアンブル信号の信号列の相関値を算出する。相関値の算出は、以下の手順でなされる。すなわち受信された信号が無線部２によって復調されると、プリアンブル検出部６は、記憶している信号列に対して、復調されたプリアンブル信号の信号列を１ビットずつずらしながら両者の一致度を順次数値化することにより、相関値を算出する。この構成によれば、プリアンブル信号とノイズとをより明確に区別することができ、ノイズに対する耐性を強化することが可能となる。なお、第４実施形態におけるプリアンブル信号の検出（図１１における＃２５）についても、上記と同様である。

１ アンテナ切替部
２ 無線部（復調部）
３ ＲＳＳＩ検出部
４ アンテナ制御部
５ ユニークワード検出部
６ プリアンブル検出部
７ スリープ解除部
８ 低速プリアンブル検出部
９ 平均化部
１０ アンテナ切替カウンタ部
１１ 相関値算出部
１２ ペイロード長カウンタ部
１３ 切替停止閾値設定部
１４ 通信周期カウンタ部

Claims (1)

1. 複数のアンテナを切り替えて無線信号を受信するアンテナ切り替え受信システムにおいて、
   送信システムからは、プリアンブル信号と、少なくとも１つのテスト信号とペイロード信号がこの順番で送信され、前記プリアンブル信号に含まれるアンテナ切り替えタイミング検出用信号は、前記ペイロード信号と比較して、低い伝送速度で送信され、
   選択されているアンテナが受信した信号の受信レベルが瞬間的に又は所定時間以上継続して閾値以上であることを検出すると前記プリアンブル信号が入力されたと判断し、前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号を検出し、
   前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号に基づいて前記複数のアンテナを切り替えて前記少なくとも１つのテスト信号を受信し、
   前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号及び前記テスト信号は、それぞれ特定の並びの信号列によって構成されて送信されるものであり、
   送信される前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号及び送信される前記テスト信号と同一の並びの信号列を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されている信号列と、受信した前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号の信号列の相関値、及び受信した前記テスト信号の信号列の相関値を算出する相関値算出部を有し、
   前記アンテナ切り替えタイミング検出用信号を前記相関値算出部によって算出された相関値に基づいて検出し、
   前記相関値算出部によって算出された受信した前記テスト信号の信号列の相関値に基づいて前記ペイロード信号を受信するアンテナを選択することを特徴とするアンテナ切り替え受信システム。

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