スマートアンテナ受信装置
【課題】消費電力が小さく、低コストで製作でき、モバイル機器への親和性が高く、家庭用の受信機に直接に接続でき、面倒なアンテナの方向調整を必要とせず、地上デジタル放送を良好な感度で受像できるスマートアンテナ受信装置を提供する。
【解決手段】スマートアンテナ受信装置１０は、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎと、複数のアンテナのうち１つの基準アンテナ１１−１を除く他のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎと、基準アンテナの受信信号と複数のアナログ移相器からの出力信号を合成する電力合成器１４と、電力合成器の合成出力信号を参照し、特定の評価関数を用いて最適化アルゴリズムに基づき評価関数を最大化するように、複数のアナログ移相器の各々の位相を制御する制御電圧を出力するＤＳＰ１６を備える。
【解決手段】スマートアンテナ受信装置１０は、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎと、複数のアンテナのうち１つの基準アンテナ１１−１を除く他のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎと、基準アンテナの受信信号と複数のアナログ移相器からの出力信号を合成する電力合成器１４と、電力合成器の合成出力信号を参照し、特定の評価関数を用いて最適化アルゴリズムに基づき評価関数を最大化するように、複数のアナログ移相器の各々の位相を制御する制御電圧を出力するＤＳＰ１６を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスマートアンテナ受信装置に関し、特に、モバイル機器への親和性が高く、ＩＳＤＢ（Integrated Service Digital Broadcasting ：統合サービスデジタル放送）を受信するのに適したアナログ位相制御型のスマートアンテナ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地上デジタル放送の普及が進み、自動車等の移動体では、ハイビジョン放送（フルセグメント放送）を視聴するためのチューナーや、ワンセグメント放送を視聴するための携帯電話やカーナビゲーションシステムの開発が盛んになっている。
【０００３】
地上デジタル放送を移動体で視聴する場合にはフェージングにより受信電界は激しく変化する。このため、自動車等に搭載されるチューナーではダイバーシチ受信が必須である。特に、ハイビジョン放送を受信するチューナーでは高い搬送波・雑音比（ＣＮＲ）を確保するため、デジタルムービングフォーミング（ＤＢＦ）による位相合成ダイバーシチが用いられている。また受信場所によっては、ガードインターバル（ＧＩ）区間を超えるマルチパスが発生し受信不能になる場合もある。
【０００４】
またＤＢＦによる位相合成ダイバーシチでは、受信機がアンテナの数だけ必要となり、複雑な信号処理を行うため、自動車用のチューナーは家庭用のチューナーと比較すると、３〜４倍の価格となっている。またノートＰＣ等のモバイル機器にＤＥＦを搭載する場合、消費電力が大きくなって視聴時間が短くなる問題がある。さらに位相合成ダイバーシチには、ＧＩを超えるマルチパスを除いて、受信率を向上させる機能は備わっていない。
【０００５】
関連または類似する従来の技術を開示する文献として特許文献１，２が知られている。
【０００６】
特許文献１はアダプティブアレーアンテナおよびその位相量制御方法を開示する。その発明の要旨は、フェーズドアレーの構成で適応ビーム制御を行うアルゴリズムである。当該アルゴリズムの用途は固定無線電話であり、リアルタイム処理性は考慮されない。このアルゴリズムでは、最適化アルゴリズムとして擬似勾配法を用いている。
【０００７】
特許文献２はダイバーシチを開示する。その発明の要旨は、ＯＦＤＭ信号（直交周波数分割多重方式による変調信号）の位相ダイバーシチ受信機をフェーズドアレーの構成で実現する方法である。その特徴的な部分は、ＧＩ区間で位相制御を行うという位相制御のタイミングの点である。なお位相の具体的な設定手順については記載されていない。
【特許文献１】特許第３９９９９２４号公報
【特許文献２】特許第３９４４４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１に記載された最適化アルゴリズムの手法（擬似勾配法）を地上デジタル放送に適用した評価の結果は最急降下法である。当該最急降下法の干渉除去能力は、シンプレックス法と同等であるが、評価関数の使用回数、演算時間は１桁以上大きく、地上デジタル放送の移動環境での受信には全く適さない。さらに、チャネル推定に影響を及ぼさないＧＩタイミングでの位相制御、アンテナ数が移相器数よりも大きいフェーズドアレーの構成、あるいは、評価関数の変更による位相ダイバーシチ、アダプティブアンテナの切替えについての特別な記載は存在しない。
【０００９】
特許文献２に記載されたフェーズドアレーの構成では、アダプティブアンテナへの拡張も可能であるが、十分な干渉除去能力をリアルタイムで実現することが難しいという問題を有する。すなわちヌル形成には細かい位相制御が必要であるが、この構成によれば、ＧＩ当たり１つの移相器の１位相量しか設定できないので、複数の移相器を細かく位相制御するために多くのＧＩが必要となり、リアルタイム性を実現することはできない。
【００１０】
ＤＢＦによる位相合成ダイバーシチでは、前述した通り、多くの受信機およびアンテナ、複雑な処理回路が必要となるので、製作コストが高くなりかつ消費電力が大きくなる。また、既存の機器との親和性が低く、既存の機器をそのまま利用することができないという課題を有している。
【００１１】
本発明の目的は、消費電力が小さく、低コストで製作することができ、移動体のチューナーやモバイル機器への親和性が高く、家庭用の受信機に直接に接続することもでき、面倒なアンテナの方向調整を必要とせず、さらに地上デジタル放送（ＩＳＤＢ）を良好な感度で受像することができるアナログ位相制御型のスマートアンテナ受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るスマートアンテナ受信装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１３】
第１のスマートアンテナ受信装置（請求項１に対応）は、ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナのうち１つの基準アンテナを除く他のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、基準アンテナの受信信号と複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、電力合成手段の合成出力信号を参照し、特定の評価関数を用いて最適化アルゴリズムに基づき評価関数を最大化するように、複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段とを備えることによって構成される。
【００１４】
第２のスマートアンテナ受信装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、特定の評価関数には変更可能な少なくとも２つの評価関数が設定され、第１の評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることを特徴とする。
【００１５】
第３のスマートアンテナ受信装置（請求項３に対応）は、ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、電力合成手段の合成出力信号を参照し、変更可能な少なくとも２つの評価関数のいずれかを用いて、最適化アルゴリズムに基づき評価関数を最大化するように、複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段とを備え、２つの評価関数のうち、第１の評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることで特徴づけられる。
【００１６】
第４のスマートアンテナ受信装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、最適化アルゴリズムはシンプレックス法であることを特徴とする。
【００１７】
第５のスマートアンテナ受信装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、第１の評価関数は合成出力の平均電力を最大化する関数であり、第２の評価関数はガードインターバル区間とそのコピー元との相関係数を最大化する関数であることを特徴とする。
【００１８】
第６のスマートアンテナ受信装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、アナログ移相手段の個数はアンテナの個数よりも少ないことを特徴とする。
【００１９】
第７のスマートアンテナ受信装置（請求項７に対応）は、上記の構成において、複数のアナログ移相手段の各々における位相の変更をガードインターバル区間内に行うことを特徴とする。
【００２０】
上記のスマートアンテナ受信装置で、「スマートアンテナ」は知能アンテナとも呼ばれ、アンテナの置かれた電波環境を分析し、最適ビームを形成する。本発明のスマートアンテナ受信装置では受信系統が１つで済むという利点を有する。本発明に類似したスマートアンテナをＦＭ多重放送によるＶＩＣＳ受信機に適用して走行実験を行ったところ、受信品質の飛躍的な向上が達成できた。この内容は、「桑原、鈴木、浦 “ＦＭ多重ＶＩＣＳ放送受信用簡易型アダプティブアンテナの開発” 電子情報通信学会和文論文誌 Vol. J90-B, No.1, pp.79-87, 2008.」に記載されている。受信系統を１つにすることにより、多チャンネル受信機を必要とするＤＢＦに比較し低コスト化が実現できる。また、従来の受信機にそのまま接続してアダプティブアンテナの機能（ダイバーシチと干渉除去）を発揮させることもできる。
【００２１】
また４７０〜８９０ＭＨｚの広帯域移相器が市販されていることに着目し、フェーズドアレーでアンテナハードウェアを構成することにする。これにより、比帯域が５０％近い地上デジタル放送の受信にそのまま適用することができる。
【００２２】
位相制御のための評価関数は、ＯＦＤＭのＧＩ区間の平均受信電力、またはＧＩ区間とコピー元区間の相関である。フェーズドアレーでは各放射素子での受信信号を個々に観測することはできないので、適応ビーム形成のための位相設定にブラインドアルゴリズムを用いる。
【００２３】
これまでのフェーズドアレーでは、形成したビームを予め定められたシーケンスで制御され、本技術のように最適化アルゴリズムで適応的にビームを形成し、走査する例はほとんどなかった。最適化アルゴリズムにはブラインドアルゴリズム（予備知識なく最適化問題を解く方法）が用いられる。ＤＳＰの進展（高速、省電力、低価格化）が、ブラインドアルゴリズムによるフェーズドアレーのビームおよびヌル形成・走査の民生機器への適用を可能にした。
【００２４】
ところで、位相ダイバーシチでは各アンテナで受信した信号の位相をそろえて合成するもので、或る１つのアンテナの受信信号の位相を基準として他のアンテナの受信信号の位相を合わせてもよい。この場合、移相器の数はアンテナ素子数より１つ小さくすることができる。さらに、必要な位相データが減るので演算量も低減でき、高速移動環境での適用も容易になる。このような簡単化はＤＢＦでは実現できない。移相器をバラクタによって構成すれば、逆バイアス電圧制御となって消費電力も小さくなる。この構成で干渉除去も可能である。
【００２５】
バラクタは極めて低価格（例えば１個あたり数１０円）で、移相器を低コストで実現できる。また既存の１チャネル受信機に接続して位相ダイバーシチや効果を発揮させることもできる。
【００２６】
本技術の構成により、選択ダイバーシチアンテナに近いコストで位相ダイバーシチと干渉除去効果を持つスマートアンテナ受信装置が実現できる。位相ダイバーシチの採用により、選択ダイバーシチに比較し、ダイバーシチ利得が３〜５ｄＢ高くなるので、より遠くまで安定した受信が可能となる。ＧＩを超えるマルチパスが存在すると、受信電力が高くなっても受信状況は改善しない。この場合はアダプティブアンテナとして動作させ、マルチパスを除去する。ブラインドアルゴリズムで用いる評価関数を変えるだけでアダプティブアンテナとダイバーシチアンテナの切り替えが可能である。受信電力と受信率をもとに、使用するアルゴリズムを決定する。
【００２７】
本技術のスマートアンテナ受信装置は、受信器が１チャネルのため消費電力が小さく、モバイル機器への緩和性が高い。さらに、家庭用の受信機に直接接続することもでき、面倒なアンテナの方向調整をすることなく地上デジタル放送を受像することも可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るスマートアンテナ受信装置は、移相器数をアンテナ数よりも少なくし、また最適化アルゴリズムで高速ビーム制御を行い、さらに評価関数を変更し得る構成を有することにより位相ダイバーシチとアダプティブアンテナとを切り替えるようにしたため、消費電力が小さく、低コストで製作することができ、移動体のチューナーやモバイル機器への親和性が高く、家庭用の受信機に直接に接続することもでき、面倒なアンテナの方向調整を必要とせず、さらに地上デジタル放送（ＩＳＤＢ）を良好な感度で受像することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１に本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第１の実施形態の構成を示す。スマートアンテナ受信装置１０は、複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎを備えたダイバーシチのアンテナ構成を有している。第１の実施形態の場合では、複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎのうち図１中最上位に位置するアンテナ１１−１は「基準アンテナ素子」であるとする。
【００３１】
複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎで受信された信号は、それぞれに設けられたＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）１２−１，…１２−ｎで増幅される。ＬＮＡ１２−１，…，１２−ｎで増幅された各受信信号ついて、アンテナ１１−１の受信信号はそのまま電力合成器１４に入力され、その他のアンテナ１１−２，…，１１−ｎの各受信信号はアナログ移相器１３−２，…，１３−ｎで位相制御された後に電力合成器１４に入力される。
【００３２】
上記では複数のアンテナということで、その数を「ｎ」としたが、このｎは２以上の任意の自然数である。
【００３３】
電力合成器１４は演算増幅器を用いて構成される電力合成回路である。フェージング環境では、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎの各々で受信される信号のレベルが刻々と変化するため、通常のウィルキンソン型合成器は使用することができない。そこで、演算増幅器を用いた電力合成器１４が用いられる。電力合成器１４から出力される信号は受信機１５で復調される。受信機１５で復調された信号はＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタル信号処理装置）１６に入力される。
【００３４】
ＤＳＰ１６は、アナログ移相器１３−２〜１３−ｎのそれぞれで、下記に説明される評価関数（目的関数、受信電力、または相関係数等）を最大化するためのアナログ移相器への制御電圧を決定する信号処理機能を有している。ＤＳＰ１６は、受信機１５から出力される受信信号に基づいてアンテナ１１−１〜１１−ｎの受信環境を観測し、基準アンテナ素子であるアンテナ１１−１以外のアンテナ１１−２〜１１−ｎについて、複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎの各位相を、上記評価関数が最大になるように位相制御する機能を有している。複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎの各々において位相変更の制御を実行するタイミングは、ＧＩ（ガードインターバル）区間内のタイミングである。ここで「ＧＩ」とはＯＦＤＭ信号でマルチパスの影響を軽減するために設けられた付加区間である。
【００３５】
電力合成器１６からの出力に基づくＤＳＰ１６での位相制御のための信号処理についてを説明する。
【００３６】
ＤＳＰ１６では、少なくとも２以上の評価関数が用意される。当該評価関数を最適化（最大化）するように、複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎの制御電圧を設定する。評価関数は、例えば、移相合成ダイバーシチの場合と、アダプティブアンテナの場合のそれぞれの２つの評価関数が用意される。
【００３７】
電力合成器１６からの出力をｙ（ｔ）とするとき、当該出力ｙ（ｔ）は、各アンテナ１１−１〜１１−ｎで受信した信号をｘｉ（ｔ）、各ＬＮＡ１２−１〜１２−ｎの利得をＡｉ、各アナログ移相器１３−２〜１３−ｎの位相量をφｉ（ｔ）とすれば、次の式（１）で求められる。
【００３８】
【数１】
【００３９】
スマートアンテナ受信装置１０を位相合成ダイバーシチとして動作させる場合、その評価関数は、平均電力ＰＧを最大化することで定義される。最大化された平均電力ＰＧに基づき、平均電力を最大化する位相が求められる。これを下記の式（２）に示す。
【００４０】
【数２】
【００４１】
またスマートアンテナ受信装置１０をアナログ移相制御型アダプティブアンテナとして動作させる場合、その評価関数は、ＧＩとそのコピー元との相関係数を最大化することで定義される。最大化された相関係数に基づき、相関係数を最大化する位相が求められる。これを下記の式（３）に示す。
【００４２】
【数３】
【００４３】
上記の式（３）において、「ｎ」は標本番号、「ｔＧｎ」はＧＩ内の時間、「ｔＣｎ」はコピー元の時間である。遅延波が存在する場合のＧＩ信号は、図２に示すようになる。すなわち、ＧＩ区間では主波（到来波１）と遅延波（到来波２）が混じって受信されるので、合成信号に示されるように、コピー元と異なる波形となって相関係数が低下する。従って、「相関係数を最大化する」ということは、ＧＩ区間とコピー元とが同一信号に近づくこと、すなわち遅延波が消去されることを意味する。
【００４４】
スマートアンテナ受信装置１０において、上記の評価関数の最適化アルゴリズムについては、次のようなアルゴリズムが使用される。
【００４５】
デジタルムービングフォーミング（ＤＢＦ）による位相合成ダイバーシチの場合では、各アンテナ１１−１〜１１−ｎの受信信号を観測し、ＮＬＭＳなどのよく知られた繰り返しアルゴリズムで適応ビームを形成する。ここで「ＮＬＭＳ」とは、移動通信で用いられるアダプティブアンテナのビーム形成アルゴリズムである。
【００４６】
他方、フェーズドアレーでは各アンテナの受信信号を観測することができないので、ブラインドアルゴリズムによって適応ビームを形成する。「ブラインドアルゴリズム」とは、予備知識なく最適化問題を解く方法である。
【００４７】
ブラインドアルゴリズムとしては、直接探索法、シンプレックス法、パウエル法などが知られている。これらのアルゴリズムでは、解析空間を拡張・収縮して解を探索するので、局所解への落ち込みをある程度回避できる。本実施形態のブラインドアルゴリズムとしてはシンプレックス法が好ましい。
【００４８】
本実施形態に係るスマートアンテナ受信装置１０において、ＤＳＰ１６における評価関数の計算ではＧＩ信号を利用している。ＧＩは１秒に１０００回現れる。ｆ＝５３３ＭＨｚの信号を１００ｋｍ／ｈで移動しながら受信する状況を想定すると、最大ドップラー周波数ｆＤは約５０Ｈｚとなる。ブラインドアルゴリズムでは「Φ」を設定して評価関数を計算し、その結果に基づき次の「Φ」を決定している。このため、５０Ｈｚで適応ビームを更新するために利用できるＧＩの数は２０余りである。従って評価関数の計算回数はなるべく少なくする必要がある。評価関数の呼び出し回数は、シンプレックス法、直接探索法、パウエル法の順に多くなる。このことから、最適解探索にはシンプレックス法を用いることが好ましい。
【００４９】
次に、本発明に係るスマートアンテナ受信装置１０の動作特性をシュミレーション結果により評価する。ここでは、レイリーフェージング環境を想定し、本発明のフェーズドアレーを位相合成ダイバーシチとして使用した時の適用効果を計算機シミュレーションによって評価する。
【００５０】
シミュレーション条件を下記の（表１）に示す。条件項目は、「到来波モデル」、「フレーム項構成」、「アンテナ開口」、「アンテナ素子数」、「変調」、「到来角度」、「評価関数使用上限」、「チャネル推定」、および「誤り訂正」である。各アンテナ１１−１〜１１−ｎには独立したフェージングパターンで信号が到来すると仮定する。フレーム構成は計算時間を短縮するためモード１としている。最適化アルゴリズムはシンプレックス法を使用し、評価関数を１０回使った時点で更新を打ち切って初期化する。また、評価を簡単にするため誤り訂正は行っていない。
【００５１】
【表１】
【００５２】
図３は、３ブランチダイバーシチのＣＮ比対ＢＥＲ特性のシミュレーション結果である。図３において、符号３１で示した特性が本発明の３ブランチダイバーシチのシミュレーション結果である。なおこの場合、上記の「ｎ」は３となる。従って、アンテナの個数は３個であり、アナログ移相器の個数は２個である。アナログ移相器１３−２，１３−３の位相の制御はチャネルの変動となるため、スキャタードパイロットによるチャネル推定誤差が大きくなる。
【００５３】
ここで「スキャタードパイロット」とは、伝搬位相を測定するため、予め定められた位置に既知のシンボルが挿入されることをいい、ＯＦＤＭではデータ区間に一定の間隔で複数挿入される。また「チャネル推定」とは、受信と送信の位置が変わると伝搬位相が異なり、ＩＱ平面におけるシンボルの位置が回転することから、伝搬位相を推定してこれを除き、シンボルを本来ある位置に戻すことをいう。
【００５４】
このため、上記のアナログ移相器１３−２，１３−３は、ＧＩ区間内において制御される。なお比較のため、図３においては、上記の特性３１に加えて、単素子のアンテナの評価結果（特性３２）、切り替えダイバーシチのアンテナの評価結果（特性３３）も併せて示している。
【００５５】
ＢＥＲ＝１０−２でのダイバーシチ利得については、本発明に係る位相合成ダイバーシチアンテナは、切り替えダイバーシチアンテナと比較して、ｆＤ＝２５Ｈｚの場合（図３の（Ａ））、ｆＤ＝５０Ｈｚの場合（図３の（Ｂ））のいずれの場合にも共に５ｄＢ改善されている。
【００５６】
次に、図４を参照して本発明に係るスマートアンテナ受信装置１０を他の手法で評価する。図４は、スマートアンテナ受信装置１０を上記式（３）の評価関数に基づきアダプティブアンテナとして動作させたときの干渉抑圧能力を、統計的に評価した結果である。
【００５７】
到来波は、主波と、ＧＩ区間だけ遅延した遅延波の２つであり、振幅は同一である。２つの波の到来角をランダムに６００回設定し、ＳＩＮＲを計算してその累積分布を求めた。図４において、縦軸は累積分布（ＣＤＦ）、横軸は期待（ＳＩＮＲ）である。シンプレックス法（図４中の「Ａｍｏｅｂａ」（特性４１）である。なお最急降下法（特性４４）と重なっている。）を用いると、９５％以上の確立でＳＩＮＲ＞２０ｄＢが期待できる。図４では、比較のため、最適化アルゴリズムとしてパウエル法（特性４２）と最急降下法を用いた場合、通常のＤＢＦによるアダプティブアンテナ（図のＬＭＳ）（特性４３）を用いた場合を、併せて示している。また下記の（表２）は演算量の比較である。シンプレックス法が最も演算量が小さいことがわかる。
【００５８】
【表２】
【００５９】
図５に本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第２の実施形態の構成を示す。このスマートアンテナ受信装置５０は、第１の実施形態と同様に、アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎを備えたダイバーシチのアンテナ構成を有している。第２の実施形態の場合では、アンテナ１１−１においても、他のアンテナ１１−２，…，１１−ｎと同様に、アナログ移相器１３−１を備えている。その他の構成は、第１の実施形態に係るスマートアンテナ装置１０の構成と同じである。図５において、図１で説明した要素と同じ要素には同一の符号を付している。
【００６０】
複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎで受信された信号は、それぞれに設けられたＬＮＡ１２−１，…１２−ｎで増幅される。ＬＮＡ１２−１，…，１２−ｎで増幅された各受信信号ついて、ｎ個のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎの各受信信号はアナログ移相器１３−１，１３−２，…，１３−ｎで位相制御された後に電力合成器１４に入力される。その他の構成および機能は、第１の実施形態と同じである。
【００６１】
ＤＳＰ１６は、アナログ移相器１３−１〜１３−ｎのそれぞれで、上記評価関数（目的関数、受信電力、または相関係数等）を最大化するためのアナログ移相器１３−１〜１３−ｎへの制御電圧を決定する信号処理機能を有している。ＤＳＰ１６は、受信機１５から出力される受信信号に基づいてアンテナ１１−１〜１１−ｎの受信環境を観測し、アンテナ１１−１〜１１−ｎについて、複数のアナログ移相器１３−１〜１３−ｎの各位相を、上記評価関数が最大になるように位相制御する機能を有する。複数のアナログ移相器１３−１〜１３−ｎの各々において位相変更の制御を実行するタイミングは、ＧＩ区間内のタイミングである。ＤＳＰ１６では、少なくとも２以上の評価関数が用意される。当該評価関数を最適化（最大化）するように、複数のアナログ移相器１３−１〜１３−ｎの制御電圧を設定する。評価関数は、移相合成ダイバーシチの場合と、アダプティブアンテナの場合のそれぞれの２つの評価関数が用意される。以上の第２の実施形態に係るスマートアンテナ装置５０においても、第１実施形態と同様な効果が発揮される。
【００６２】
以上の実施形態で説明された構成等については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係るスマートアンテナ受信装置は、自動車等の移動体で地上デジタル放送を良好な感度で受像するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ＯＦＤＭ信号に含まれるＧＩ信号に関して遅延波がある場合の合成信号のＧＩ信号を示す信号構成図である。
【図３】本発明に係るスマートアンテナ受信装置の適用例である３ブランチダイバーシチのＣＮ比対ＢＥＲ特性のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図４】本発明に係るスマートアンテナ受信装置をアダプティブアンテナとして動作させたときの干渉抑圧能力を統計的に評価した結果を示す特性図である。
【図５】本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０，５０ スマートアンテナ装置
１１−１〜１１−ｎ アンテナ
１２−１〜１２−ｎ ＬＮＡ
１３−１〜１３−ｎ アナログ移相器
１４ 電力合成器
１５ 受信機
１６ ＤＳＰ
【技術分野】
【０００１】
本発明はスマートアンテナ受信装置に関し、特に、モバイル機器への親和性が高く、ＩＳＤＢ（Integrated Service Digital Broadcasting ：統合サービスデジタル放送）を受信するのに適したアナログ位相制御型のスマートアンテナ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地上デジタル放送の普及が進み、自動車等の移動体では、ハイビジョン放送（フルセグメント放送）を視聴するためのチューナーや、ワンセグメント放送を視聴するための携帯電話やカーナビゲーションシステムの開発が盛んになっている。
【０００３】
地上デジタル放送を移動体で視聴する場合にはフェージングにより受信電界は激しく変化する。このため、自動車等に搭載されるチューナーではダイバーシチ受信が必須である。特に、ハイビジョン放送を受信するチューナーでは高い搬送波・雑音比（ＣＮＲ）を確保するため、デジタルムービングフォーミング（ＤＢＦ）による位相合成ダイバーシチが用いられている。また受信場所によっては、ガードインターバル（ＧＩ）区間を超えるマルチパスが発生し受信不能になる場合もある。
【０００４】
またＤＢＦによる位相合成ダイバーシチでは、受信機がアンテナの数だけ必要となり、複雑な信号処理を行うため、自動車用のチューナーは家庭用のチューナーと比較すると、３〜４倍の価格となっている。またノートＰＣ等のモバイル機器にＤＥＦを搭載する場合、消費電力が大きくなって視聴時間が短くなる問題がある。さらに位相合成ダイバーシチには、ＧＩを超えるマルチパスを除いて、受信率を向上させる機能は備わっていない。
【０００５】
関連または類似する従来の技術を開示する文献として特許文献１，２が知られている。
【０００６】
特許文献１はアダプティブアレーアンテナおよびその位相量制御方法を開示する。その発明の要旨は、フェーズドアレーの構成で適応ビーム制御を行うアルゴリズムである。当該アルゴリズムの用途は固定無線電話であり、リアルタイム処理性は考慮されない。このアルゴリズムでは、最適化アルゴリズムとして擬似勾配法を用いている。
【０００７】
特許文献２はダイバーシチを開示する。その発明の要旨は、ＯＦＤＭ信号（直交周波数分割多重方式による変調信号）の位相ダイバーシチ受信機をフェーズドアレーの構成で実現する方法である。その特徴的な部分は、ＧＩ区間で位相制御を行うという位相制御のタイミングの点である。なお位相の具体的な設定手順については記載されていない。
【特許文献１】特許第３９９９９２４号公報
【特許文献２】特許第３９４４４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１に記載された最適化アルゴリズムの手法（擬似勾配法）を地上デジタル放送に適用した評価の結果は最急降下法である。当該最急降下法の干渉除去能力は、シンプレックス法と同等であるが、評価関数の使用回数、演算時間は１桁以上大きく、地上デジタル放送の移動環境での受信には全く適さない。さらに、チャネル推定に影響を及ぼさないＧＩタイミングでの位相制御、アンテナ数が移相器数よりも大きいフェーズドアレーの構成、あるいは、評価関数の変更による位相ダイバーシチ、アダプティブアンテナの切替えについての特別な記載は存在しない。
【０００９】
特許文献２に記載されたフェーズドアレーの構成では、アダプティブアンテナへの拡張も可能であるが、十分な干渉除去能力をリアルタイムで実現することが難しいという問題を有する。すなわちヌル形成には細かい位相制御が必要であるが、この構成によれば、ＧＩ当たり１つの移相器の１位相量しか設定できないので、複数の移相器を細かく位相制御するために多くのＧＩが必要となり、リアルタイム性を実現することはできない。
【００１０】
ＤＢＦによる位相合成ダイバーシチでは、前述した通り、多くの受信機およびアンテナ、複雑な処理回路が必要となるので、製作コストが高くなりかつ消費電力が大きくなる。また、既存の機器との親和性が低く、既存の機器をそのまま利用することができないという課題を有している。
【００１１】
本発明の目的は、消費電力が小さく、低コストで製作することができ、移動体のチューナーやモバイル機器への親和性が高く、家庭用の受信機に直接に接続することもでき、面倒なアンテナの方向調整を必要とせず、さらに地上デジタル放送（ＩＳＤＢ）を良好な感度で受像することができるアナログ位相制御型のスマートアンテナ受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るスマートアンテナ受信装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１３】
第１のスマートアンテナ受信装置（請求項１に対応）は、ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナのうち１つの基準アンテナを除く他のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、基準アンテナの受信信号と複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、電力合成手段の合成出力信号を参照し、特定の評価関数を用いて最適化アルゴリズムに基づき評価関数を最大化するように、複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段とを備えることによって構成される。
【００１４】
第２のスマートアンテナ受信装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、特定の評価関数には変更可能な少なくとも２つの評価関数が設定され、第１の評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることを特徴とする。
【００１５】
第３のスマートアンテナ受信装置（請求項３に対応）は、ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、電力合成手段の合成出力信号を参照し、変更可能な少なくとも２つの評価関数のいずれかを用いて、最適化アルゴリズムに基づき評価関数を最大化するように、複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段とを備え、２つの評価関数のうち、第１の評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることで特徴づけられる。
【００１６】
第４のスマートアンテナ受信装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、最適化アルゴリズムはシンプレックス法であることを特徴とする。
【００１７】
第５のスマートアンテナ受信装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、第１の評価関数は合成出力の平均電力を最大化する関数であり、第２の評価関数はガードインターバル区間とそのコピー元との相関係数を最大化する関数であることを特徴とする。
【００１８】
第６のスマートアンテナ受信装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、アナログ移相手段の個数はアンテナの個数よりも少ないことを特徴とする。
【００１９】
第７のスマートアンテナ受信装置（請求項７に対応）は、上記の構成において、複数のアナログ移相手段の各々における位相の変更をガードインターバル区間内に行うことを特徴とする。
【００２０】
上記のスマートアンテナ受信装置で、「スマートアンテナ」は知能アンテナとも呼ばれ、アンテナの置かれた電波環境を分析し、最適ビームを形成する。本発明のスマートアンテナ受信装置では受信系統が１つで済むという利点を有する。本発明に類似したスマートアンテナをＦＭ多重放送によるＶＩＣＳ受信機に適用して走行実験を行ったところ、受信品質の飛躍的な向上が達成できた。この内容は、「桑原、鈴木、浦 “ＦＭ多重ＶＩＣＳ放送受信用簡易型アダプティブアンテナの開発” 電子情報通信学会和文論文誌 Vol. J90-B, No.1, pp.79-87, 2008.」に記載されている。受信系統を１つにすることにより、多チャンネル受信機を必要とするＤＢＦに比較し低コスト化が実現できる。また、従来の受信機にそのまま接続してアダプティブアンテナの機能（ダイバーシチと干渉除去）を発揮させることもできる。
【００２１】
また４７０〜８９０ＭＨｚの広帯域移相器が市販されていることに着目し、フェーズドアレーでアンテナハードウェアを構成することにする。これにより、比帯域が５０％近い地上デジタル放送の受信にそのまま適用することができる。
【００２２】
位相制御のための評価関数は、ＯＦＤＭのＧＩ区間の平均受信電力、またはＧＩ区間とコピー元区間の相関である。フェーズドアレーでは各放射素子での受信信号を個々に観測することはできないので、適応ビーム形成のための位相設定にブラインドアルゴリズムを用いる。
【００２３】
これまでのフェーズドアレーでは、形成したビームを予め定められたシーケンスで制御され、本技術のように最適化アルゴリズムで適応的にビームを形成し、走査する例はほとんどなかった。最適化アルゴリズムにはブラインドアルゴリズム（予備知識なく最適化問題を解く方法）が用いられる。ＤＳＰの進展（高速、省電力、低価格化）が、ブラインドアルゴリズムによるフェーズドアレーのビームおよびヌル形成・走査の民生機器への適用を可能にした。
【００２４】
ところで、位相ダイバーシチでは各アンテナで受信した信号の位相をそろえて合成するもので、或る１つのアンテナの受信信号の位相を基準として他のアンテナの受信信号の位相を合わせてもよい。この場合、移相器の数はアンテナ素子数より１つ小さくすることができる。さらに、必要な位相データが減るので演算量も低減でき、高速移動環境での適用も容易になる。このような簡単化はＤＢＦでは実現できない。移相器をバラクタによって構成すれば、逆バイアス電圧制御となって消費電力も小さくなる。この構成で干渉除去も可能である。
【００２５】
バラクタは極めて低価格（例えば１個あたり数１０円）で、移相器を低コストで実現できる。また既存の１チャネル受信機に接続して位相ダイバーシチや効果を発揮させることもできる。
【００２６】
本技術の構成により、選択ダイバーシチアンテナに近いコストで位相ダイバーシチと干渉除去効果を持つスマートアンテナ受信装置が実現できる。位相ダイバーシチの採用により、選択ダイバーシチに比較し、ダイバーシチ利得が３〜５ｄＢ高くなるので、より遠くまで安定した受信が可能となる。ＧＩを超えるマルチパスが存在すると、受信電力が高くなっても受信状況は改善しない。この場合はアダプティブアンテナとして動作させ、マルチパスを除去する。ブラインドアルゴリズムで用いる評価関数を変えるだけでアダプティブアンテナとダイバーシチアンテナの切り替えが可能である。受信電力と受信率をもとに、使用するアルゴリズムを決定する。
【００２７】
本技術のスマートアンテナ受信装置は、受信器が１チャネルのため消費電力が小さく、モバイル機器への緩和性が高い。さらに、家庭用の受信機に直接接続することもでき、面倒なアンテナの方向調整をすることなく地上デジタル放送を受像することも可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るスマートアンテナ受信装置は、移相器数をアンテナ数よりも少なくし、また最適化アルゴリズムで高速ビーム制御を行い、さらに評価関数を変更し得る構成を有することにより位相ダイバーシチとアダプティブアンテナとを切り替えるようにしたため、消費電力が小さく、低コストで製作することができ、移動体のチューナーやモバイル機器への親和性が高く、家庭用の受信機に直接に接続することもでき、面倒なアンテナの方向調整を必要とせず、さらに地上デジタル放送（ＩＳＤＢ）を良好な感度で受像することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１に本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第１の実施形態の構成を示す。スマートアンテナ受信装置１０は、複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎを備えたダイバーシチのアンテナ構成を有している。第１の実施形態の場合では、複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎのうち図１中最上位に位置するアンテナ１１−１は「基準アンテナ素子」であるとする。
【００３１】
複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎで受信された信号は、それぞれに設けられたＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）１２−１，…１２−ｎで増幅される。ＬＮＡ１２−１，…，１２−ｎで増幅された各受信信号ついて、アンテナ１１−１の受信信号はそのまま電力合成器１４に入力され、その他のアンテナ１１−２，…，１１−ｎの各受信信号はアナログ移相器１３−２，…，１３−ｎで位相制御された後に電力合成器１４に入力される。
【００３２】
上記では複数のアンテナということで、その数を「ｎ」としたが、このｎは２以上の任意の自然数である。
【００３３】
電力合成器１４は演算増幅器を用いて構成される電力合成回路である。フェージング環境では、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎの各々で受信される信号のレベルが刻々と変化するため、通常のウィルキンソン型合成器は使用することができない。そこで、演算増幅器を用いた電力合成器１４が用いられる。電力合成器１４から出力される信号は受信機１５で復調される。受信機１５で復調された信号はＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタル信号処理装置）１６に入力される。
【００３４】
ＤＳＰ１６は、アナログ移相器１３−２〜１３−ｎのそれぞれで、下記に説明される評価関数（目的関数、受信電力、または相関係数等）を最大化するためのアナログ移相器への制御電圧を決定する信号処理機能を有している。ＤＳＰ１６は、受信機１５から出力される受信信号に基づいてアンテナ１１−１〜１１−ｎの受信環境を観測し、基準アンテナ素子であるアンテナ１１−１以外のアンテナ１１−２〜１１−ｎについて、複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎの各位相を、上記評価関数が最大になるように位相制御する機能を有している。複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎの各々において位相変更の制御を実行するタイミングは、ＧＩ（ガードインターバル）区間内のタイミングである。ここで「ＧＩ」とはＯＦＤＭ信号でマルチパスの影響を軽減するために設けられた付加区間である。
【００３５】
電力合成器１６からの出力に基づくＤＳＰ１６での位相制御のための信号処理についてを説明する。
【００３６】
ＤＳＰ１６では、少なくとも２以上の評価関数が用意される。当該評価関数を最適化（最大化）するように、複数のアナログ移相器１３−２〜１３−ｎの制御電圧を設定する。評価関数は、例えば、移相合成ダイバーシチの場合と、アダプティブアンテナの場合のそれぞれの２つの評価関数が用意される。
【００３７】
電力合成器１６からの出力をｙ（ｔ）とするとき、当該出力ｙ（ｔ）は、各アンテナ１１−１〜１１−ｎで受信した信号をｘｉ（ｔ）、各ＬＮＡ１２−１〜１２−ｎの利得をＡｉ、各アナログ移相器１３−２〜１３−ｎの位相量をφｉ（ｔ）とすれば、次の式（１）で求められる。
【００３８】
【数１】
【００３９】
スマートアンテナ受信装置１０を位相合成ダイバーシチとして動作させる場合、その評価関数は、平均電力ＰＧを最大化することで定義される。最大化された平均電力ＰＧに基づき、平均電力を最大化する位相が求められる。これを下記の式（２）に示す。
【００４０】
【数２】
【００４１】
またスマートアンテナ受信装置１０をアナログ移相制御型アダプティブアンテナとして動作させる場合、その評価関数は、ＧＩとそのコピー元との相関係数を最大化することで定義される。最大化された相関係数に基づき、相関係数を最大化する位相が求められる。これを下記の式（３）に示す。
【００４２】
【数３】
【００４３】
上記の式（３）において、「ｎ」は標本番号、「ｔＧｎ」はＧＩ内の時間、「ｔＣｎ」はコピー元の時間である。遅延波が存在する場合のＧＩ信号は、図２に示すようになる。すなわち、ＧＩ区間では主波（到来波１）と遅延波（到来波２）が混じって受信されるので、合成信号に示されるように、コピー元と異なる波形となって相関係数が低下する。従って、「相関係数を最大化する」ということは、ＧＩ区間とコピー元とが同一信号に近づくこと、すなわち遅延波が消去されることを意味する。
【００４４】
スマートアンテナ受信装置１０において、上記の評価関数の最適化アルゴリズムについては、次のようなアルゴリズムが使用される。
【００４５】
デジタルムービングフォーミング（ＤＢＦ）による位相合成ダイバーシチの場合では、各アンテナ１１−１〜１１−ｎの受信信号を観測し、ＮＬＭＳなどのよく知られた繰り返しアルゴリズムで適応ビームを形成する。ここで「ＮＬＭＳ」とは、移動通信で用いられるアダプティブアンテナのビーム形成アルゴリズムである。
【００４６】
他方、フェーズドアレーでは各アンテナの受信信号を観測することができないので、ブラインドアルゴリズムによって適応ビームを形成する。「ブラインドアルゴリズム」とは、予備知識なく最適化問題を解く方法である。
【００４７】
ブラインドアルゴリズムとしては、直接探索法、シンプレックス法、パウエル法などが知られている。これらのアルゴリズムでは、解析空間を拡張・収縮して解を探索するので、局所解への落ち込みをある程度回避できる。本実施形態のブラインドアルゴリズムとしてはシンプレックス法が好ましい。
【００４８】
本実施形態に係るスマートアンテナ受信装置１０において、ＤＳＰ１６における評価関数の計算ではＧＩ信号を利用している。ＧＩは１秒に１０００回現れる。ｆ＝５３３ＭＨｚの信号を１００ｋｍ／ｈで移動しながら受信する状況を想定すると、最大ドップラー周波数ｆＤは約５０Ｈｚとなる。ブラインドアルゴリズムでは「Φ」を設定して評価関数を計算し、その結果に基づき次の「Φ」を決定している。このため、５０Ｈｚで適応ビームを更新するために利用できるＧＩの数は２０余りである。従って評価関数の計算回数はなるべく少なくする必要がある。評価関数の呼び出し回数は、シンプレックス法、直接探索法、パウエル法の順に多くなる。このことから、最適解探索にはシンプレックス法を用いることが好ましい。
【００４９】
次に、本発明に係るスマートアンテナ受信装置１０の動作特性をシュミレーション結果により評価する。ここでは、レイリーフェージング環境を想定し、本発明のフェーズドアレーを位相合成ダイバーシチとして使用した時の適用効果を計算機シミュレーションによって評価する。
【００５０】
シミュレーション条件を下記の（表１）に示す。条件項目は、「到来波モデル」、「フレーム項構成」、「アンテナ開口」、「アンテナ素子数」、「変調」、「到来角度」、「評価関数使用上限」、「チャネル推定」、および「誤り訂正」である。各アンテナ１１−１〜１１−ｎには独立したフェージングパターンで信号が到来すると仮定する。フレーム構成は計算時間を短縮するためモード１としている。最適化アルゴリズムはシンプレックス法を使用し、評価関数を１０回使った時点で更新を打ち切って初期化する。また、評価を簡単にするため誤り訂正は行っていない。
【００５１】
【表１】
【００５２】
図３は、３ブランチダイバーシチのＣＮ比対ＢＥＲ特性のシミュレーション結果である。図３において、符号３１で示した特性が本発明の３ブランチダイバーシチのシミュレーション結果である。なおこの場合、上記の「ｎ」は３となる。従って、アンテナの個数は３個であり、アナログ移相器の個数は２個である。アナログ移相器１３−２，１３−３の位相の制御はチャネルの変動となるため、スキャタードパイロットによるチャネル推定誤差が大きくなる。
【００５３】
ここで「スキャタードパイロット」とは、伝搬位相を測定するため、予め定められた位置に既知のシンボルが挿入されることをいい、ＯＦＤＭではデータ区間に一定の間隔で複数挿入される。また「チャネル推定」とは、受信と送信の位置が変わると伝搬位相が異なり、ＩＱ平面におけるシンボルの位置が回転することから、伝搬位相を推定してこれを除き、シンボルを本来ある位置に戻すことをいう。
【００５４】
このため、上記のアナログ移相器１３−２，１３−３は、ＧＩ区間内において制御される。なお比較のため、図３においては、上記の特性３１に加えて、単素子のアンテナの評価結果（特性３２）、切り替えダイバーシチのアンテナの評価結果（特性３３）も併せて示している。
【００５５】
ＢＥＲ＝１０−２でのダイバーシチ利得については、本発明に係る位相合成ダイバーシチアンテナは、切り替えダイバーシチアンテナと比較して、ｆＤ＝２５Ｈｚの場合（図３の（Ａ））、ｆＤ＝５０Ｈｚの場合（図３の（Ｂ））のいずれの場合にも共に５ｄＢ改善されている。
【００５６】
次に、図４を参照して本発明に係るスマートアンテナ受信装置１０を他の手法で評価する。図４は、スマートアンテナ受信装置１０を上記式（３）の評価関数に基づきアダプティブアンテナとして動作させたときの干渉抑圧能力を、統計的に評価した結果である。
【００５７】
到来波は、主波と、ＧＩ区間だけ遅延した遅延波の２つであり、振幅は同一である。２つの波の到来角をランダムに６００回設定し、ＳＩＮＲを計算してその累積分布を求めた。図４において、縦軸は累積分布（ＣＤＦ）、横軸は期待（ＳＩＮＲ）である。シンプレックス法（図４中の「Ａｍｏｅｂａ」（特性４１）である。なお最急降下法（特性４４）と重なっている。）を用いると、９５％以上の確立でＳＩＮＲ＞２０ｄＢが期待できる。図４では、比較のため、最適化アルゴリズムとしてパウエル法（特性４２）と最急降下法を用いた場合、通常のＤＢＦによるアダプティブアンテナ（図のＬＭＳ）（特性４３）を用いた場合を、併せて示している。また下記の（表２）は演算量の比較である。シンプレックス法が最も演算量が小さいことがわかる。
【００５８】
【表２】
【００５９】
図５に本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第２の実施形態の構成を示す。このスマートアンテナ受信装置５０は、第１の実施形態と同様に、アンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎを備えたダイバーシチのアンテナ構成を有している。第２の実施形態の場合では、アンテナ１１−１においても、他のアンテナ１１−２，…，１１−ｎと同様に、アナログ移相器１３−１を備えている。その他の構成は、第１の実施形態に係るスマートアンテナ装置１０の構成と同じである。図５において、図１で説明した要素と同じ要素には同一の符号を付している。
【００６０】
複数のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎで受信された信号は、それぞれに設けられたＬＮＡ１２−１，…１２−ｎで増幅される。ＬＮＡ１２−１，…，１２−ｎで増幅された各受信信号ついて、ｎ個のアンテナ１１−１，１１−２，…，１１−ｎの各受信信号はアナログ移相器１３−１，１３−２，…，１３−ｎで位相制御された後に電力合成器１４に入力される。その他の構成および機能は、第１の実施形態と同じである。
【００６１】
ＤＳＰ１６は、アナログ移相器１３−１〜１３−ｎのそれぞれで、上記評価関数（目的関数、受信電力、または相関係数等）を最大化するためのアナログ移相器１３−１〜１３−ｎへの制御電圧を決定する信号処理機能を有している。ＤＳＰ１６は、受信機１５から出力される受信信号に基づいてアンテナ１１−１〜１１−ｎの受信環境を観測し、アンテナ１１−１〜１１−ｎについて、複数のアナログ移相器１３−１〜１３−ｎの各位相を、上記評価関数が最大になるように位相制御する機能を有する。複数のアナログ移相器１３−１〜１３−ｎの各々において位相変更の制御を実行するタイミングは、ＧＩ区間内のタイミングである。ＤＳＰ１６では、少なくとも２以上の評価関数が用意される。当該評価関数を最適化（最大化）するように、複数のアナログ移相器１３−１〜１３−ｎの制御電圧を設定する。評価関数は、移相合成ダイバーシチの場合と、アダプティブアンテナの場合のそれぞれの２つの評価関数が用意される。以上の第２の実施形態に係るスマートアンテナ装置５０においても、第１実施形態と同様な効果が発揮される。
【００６２】
以上の実施形態で説明された構成等については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係るスマートアンテナ受信装置は、自動車等の移動体で地上デジタル放送を良好な感度で受像するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】ＯＦＤＭ信号に含まれるＧＩ信号に関して遅延波がある場合の合成信号のＧＩ信号を示す信号構成図である。
【図３】本発明に係るスマートアンテナ受信装置の適用例である３ブランチダイバーシチのＣＮ比対ＢＥＲ特性のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図４】本発明に係るスマートアンテナ受信装置をアダプティブアンテナとして動作させたときの干渉抑圧能力を統計的に評価した結果を示す特性図である。
【図５】本発明に係るスマートアンテナ受信装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０，５０ スマートアンテナ装置
１１−１〜１１−ｎ アンテナ
１２−１〜１２−ｎ ＬＮＡ
１３−１〜１３−ｎ アナログ移相器
１４ 電力合成器
１５ 受信機
１６ ＤＳＰ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうち１つの基準アンテナを除く他の前記アンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、
前記基準アンテナの受信信号と前記複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、
前記電力合成手段の合成出力信号を参照し、特定の評価関数を用いて最適化アルゴリズムに基づき前記評価関数を最大化するように、前記複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段と、
を備えることを特徴とするスマートアンテナ受信装置。
【請求項２】
前記特定の評価関数には変更可能な少なくとも２つの評価関数が設定され、第１の前記評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の前記評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることを特徴とする請求項１記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項３】
ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、
前記複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、
前記電力合成手段の合成出力信号を参照し、変更可能な少なくとも２つの評価関数のいずれかを用いて、最適化アルゴリズムに基づき前記評価関数を最大化するように、前記複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段と、を備え、
前記２つの評価関数のうち、第１の前記評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の前記評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることを特徴とするスマートアンテナ受信装置。
【請求項４】
前記最適化アルゴリズムはシンプレックス法であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項５】
前記第１の評価関数は合成出力の平均電力を最大化する関数であり、前記第２の評価関数はガードインターバル区間とそのコピー元との相関係数を最大化する関数であることを特徴とする請求項２または３記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項６】
前記アナログ移相手段の個数は前記アンテナの個数よりも少ないことを特徴とする請求項１または２記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項７】
前記複数のアナログ移相手段の各々における位相の変更をガードインターバル区間内に行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項１】
ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのうち１つの基準アンテナを除く他の前記アンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、
前記基準アンテナの受信信号と前記複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、
前記電力合成手段の合成出力信号を参照し、特定の評価関数を用いて最適化アルゴリズムに基づき前記評価関数を最大化するように、前記複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段と、
を備えることを特徴とするスマートアンテナ受信装置。
【請求項２】
前記特定の評価関数には変更可能な少なくとも２つの評価関数が設定され、第１の前記評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の前記評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることを特徴とする請求項１記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項３】
ＯＦＤＭ変調された信号を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナからの受信信号の位相をそれぞれ変化させる複数のアナログ移相手段と、
前記複数のアナログ移相手段からの出力信号を合成する電力合成手段と、
前記電力合成手段の合成出力信号を参照し、変更可能な少なくとも２つの評価関数のいずれかを用いて、最適化アルゴリズムに基づき前記評価関数を最大化するように、前記複数のアナログ移相手段の各々の位相を制御する制御電圧を出力する位相制御手段と、を備え、
前記２つの評価関数のうち、第１の前記評価関数を選択することにより位相ダイバーシチの構成とし、第２の前記評価関数を選択することによりアダプティブアンテナの構成とすることを特徴とするスマートアンテナ受信装置。
【請求項４】
前記最適化アルゴリズムはシンプレックス法であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項５】
前記第１の評価関数は合成出力の平均電力を最大化する関数であり、前記第２の評価関数はガードインターバル区間とそのコピー元との相関係数を最大化する関数であることを特徴とする請求項２または３記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項６】
前記アナログ移相手段の個数は前記アンテナの個数よりも少ないことを特徴とする請求項１または２記載のスマートアンテナ受信装置。
【請求項７】
前記複数のアナログ移相手段の各々における位相の変更をガードインターバル区間内に行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスマートアンテナ受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−５７０５５（Ｐ２０１０−５７０５５Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２１７０３（Ｐ２００８−２２１７０３）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者： 社団法人 電子情報通信学会 刊行物名： ２００８年総合大会講演論文（ＤＶＤ） 発行年月日： ２００８月３月５日（ＤＶＤ発行日）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００１６５８４８）原田工業株式会社 (78)
【出願人】（５０３１８４２３４）株式会社インターエナジー (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者： 社団法人 電子情報通信学会 刊行物名： ２００８年総合大会講演論文（ＤＶＤ） 発行年月日： ２００８月３月５日（ＤＶＤ発行日）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００１６５８４８）原田工業株式会社 (78)
【出願人】（５０３１８４２３４）株式会社インターエナジー (20)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]