JP6017946B2 - Time division multiplex array antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アレー状に配列された複数のアンテナを用いて時分割多重により通信する時分割多重アレーアンテナ装置に関する。 The present invention relates to a time division multiplex array antenna apparatus that performs communication by time division multiplexing using a plurality of antennas arranged in an array.
近年、無線LAN(Local Area Network)、携帯電話、地上デジタル放送のモバイル受信機等、アダプティブアレーアンテナを応用した無線機器の使用が日常化してきている傾向にあり、結果、これら無線機器の低コスト化の必要性が益々高まってきている。しかし、アダプティブアレーアンテナは、原理的に、フィルタ、アンプ、ダウンコンバータ、A/Dコンバータ等のアナログ回路がアンテナ数分必要となるので、例えば単一アンテナの無線機器と比較すると、高コストになるという問題があった。 In recent years, wireless devices using adaptive array antennas such as wireless local area networks (LANs), mobile phones, and mobile receivers for digital terrestrial broadcasting tend to be used daily. As a result, the low cost of these wireless devices The need for computerization is increasing. However, an adaptive array antenna, in principle, requires analog circuits such as filters, amplifiers, down converters, A / D converters, etc., as many as the number of antennas. For example, the cost is higher than that of a single-antenna wireless device. There was a problem.
そこで、これを解決する方法として、例えばスイッチによる時分割多重を用いて、アナログ回路を削減する方式(C-TDM-AAA:Conventional Time-Division Multiplexing Adaptive Array Antenna)のアダプティブアレーアンテナが過去に提案されている(非特許文献1参照)。非特許文献1では、無線機器が使用する帯域幅とスイッチ切換速度、フィルタ帯域幅、サンプリング速度が満たすべき条件に関して詳細に検討がなされ、適切なタイミングでスイッチ切り換え、サンプリングを行った場合、各アンテナの受信信号が完全に再生可能であることが示されている。 In order to solve this problem, an adaptive array antenna (C-TDM-AAA: Conventional Time-Division Multiplexing Adaptive Array Antenna) has been proposed in the past, for example, by using time-division multiplexing using switches. (See Non-Patent Document 1). In Non-Patent Document 1, the bandwidth used by the wireless device, the switch switching speed, the filter bandwidth, and the conditions to be satisfied by the sampling speed are examined in detail. When switching and sampling are performed at appropriate timing, each antenna is It is shown that the received signal can be completely reproduced.
ところで、この種の時分割多重アレーアンテナ装置においては、SNR(信号雑音比:signal-noise ratio)がアンテナ本数分の1に低下する現状がある。よって、時分割多重アレーアンテナ装置のSNRを改善する技術開発のニーズがあった。 By the way, in this type of time-division multiplex array antenna apparatus, there is a current situation in which the SNR (signal-noise ratio) is reduced to 1 / number of antennas. Therefore, there was a need for technology development to improve the SNR of the time division multiplex array antenna apparatus.
本発明の目的は、SNRを改善することができる時分割多重アレーアンテナ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a time division multiple array antenna apparatus capable of improving the SNR.
前記問題点を解決する時分割多重アレーアンテナ装置は、複数のアンテナの特定の1つを、複数のスイッチを有するスイッチ回路によって選択的に内部の信号処理回路に接続可能であり、複数の前記アンテナを前記スイッチによって前記信号処理回路に順に選択的に接続していくことにより、前記アンテナを時分割多重アレーアンテナとして通信可能な構成において、前記アンテナの特定の1つを単一アンテナとして動作させるとき、受信した電波のデジタル信号を帯域制限することが可能なデジタルフィルタと、前記時分割多重アレーアンテナでの通信時、当該アレーアンテナにおける電波の受信状態を判定する受信状態判定部と、前記単一アンテナで電波を受信した方が好ましい状況下のとき、複数の前記スイッチの特定の1つのみを常時接続しつつ、受信する信号の経路を、前記デジタルフィルタを通る経路に切り換えることにより、前記アンテナの特定の1つを前記単一アンテナとして動作させる受信経路切換部とを有し、前記受信状態判定部は、前記電波の受信状態の監視を、電波を受信しているか否かを監視するモニタリング時に実行し、前記受信経路切換部は、当該アレーアンテナのうち、受信電力が最大となっているアンテナの前記スイッチをオンすることにより当該アンテナを前記単一アンテナとして動作させる。 The time-division multiplex array antenna apparatus that solves the above-described problem is capable of selectively connecting a specific one of a plurality of antennas to an internal signal processing circuit by a switch circuit having a plurality of switches. When a specific one of the antennas is operated as a single antenna in a configuration in which the antenna can be communicated as a time-division multiplex array antenna by selectively connecting to the signal processing circuit in order by the switch A digital filter capable of band-limiting a digital signal of a received radio wave, a reception state determination unit that determines a reception state of a radio wave at the array antenna during communication with the time division multiplex array antenna, and the single When it is preferable to receive radio waves with an antenna, only one specific switch of the plurality of switches is always used. While connecting, the path of the received signal, the by switching a path through the digital filter, and a reception path switching unit for operating the particular one of said antennas as said single antenna, the reception state determination The unit performs monitoring of the reception state of the radio wave at the time of monitoring for monitoring whether or not the radio wave is received, and the reception path switching unit is an antenna having the maximum reception power among the array antennas. The antenna is operated as the single antenna by turning on the switch .
本構成によれば、電波の受信状態を監視し、単一アンテナで電波受信した方が好ましい状況下のときには、特定の1つのアンテナのみ常時接続しつつ、受信経路をデジタルフィルタ側に切り換える。これにより、A/D変換においては、信号の並び替えを行うのではなく、デジタルフィルタによる帯域制限によって受信信号をデジタル処理する。このため、単一アンテナで電波受信した方が好ましい状況下では、時分割多重アレーアンテナ装置を単一アンテナとして動作させることが可能となるので、その分、SNRを改善することが可能となる。
また、モニタリング時に電波の受信状態を監視し、モニタリング中の電波検知の際、時分割多重アレーアンテナで動作するのが好ましいと判断したなら、時分割多重アレーで電波受信し、単一アンテナで動作するのが好ましいと判断したなら、単一アンテナで電波受信する。よって、電波受信状態の判定→アンテナ切り換えを、電波受信の過程においてスムーズに行うことが可能となる。
According to this configuration, the reception state of radio waves is monitored, and when it is preferable to receive radio waves with a single antenna, the reception path is switched to the digital filter side while only one specific antenna is always connected. As a result, in A / D conversion, the received signal is digitally processed by band limitation using a digital filter instead of rearranging the signals. For this reason, in a situation where it is preferable to receive radio waves with a single antenna, the time-division multiplex array antenna apparatus can be operated as a single antenna, so that the SNR can be improved accordingly.
In addition, if the reception status of radio waves is monitored during monitoring and it is determined that it is preferable to operate with a time-division multiplex array antenna when detecting radio waves during monitoring, radio reception is performed with a time-division multiplex array and operation is performed with a single antenna. If it is determined that this is preferable, radio waves are received using a single antenna. Therefore, it is possible to smoothly perform the radio wave reception state determination → antenna switching in the process of radio wave reception.
前記時分割多重アレーアンテナ装置において、前記受信状態は、電波を前記アンテナで受信した際の受信電力の強さであることが好ましい。この構成によれば、電波の受信状態を受信電力の強さを基に判定するので、いまアンテナが電波をどのような状態で受信しているのかを精度よく識別することが可能となる。 In the time-division multiplex array antenna apparatus, the reception state is preferably a strength of received power when a radio wave is received by the antenna. According to this configuration, since the reception state of the radio wave is determined based on the strength of the received power, it is possible to accurately identify in what state the antenna is receiving the radio wave.
前記時分割多重アレーアンテナ装置において、前記受信状態判定部は、前記時分割多重アレーアンテナでの通信時、前記アンテナの間の受信電力の比を判定し、前記受信経路切換部は、この受信電力比が閾値以上となるとき、前記受信の経路の切り換えにより、前記アンテナを前記時分割多重アレーアンテナから前記単一アンテナに変更することが好ましい。この構成によれば、時分割多重アレーアンテナで電波受信したときの各アンテナ間の受信電力比を基に、時分割多重アレーアンテナ及び単一アンテナのどちらで動作した方がよいのかを判定するので、どちらのアンテナで動作すべきなのかを精度よく判定することが可能となる。 In the time division multiplex array antenna apparatus, the reception state determination unit determines a ratio of received power between the antennas during communication with the time division multiplex array antenna, and the reception path switching unit receives the received power. When the ratio is equal to or greater than a threshold value, it is preferable to change the antenna from the time division multiplex array antenna to the single antenna by switching the reception path. According to this configuration, it is determined whether it is better to operate with a time division multiplex array antenna or a single antenna based on the received power ratio between the antennas when receiving radio waves with the time division multiplex array antenna. It is possible to accurately determine which antenna should be operated.
本発明によれば、時分割多重アレーアンテナ装置において、SNRを改善することができる。 According to the present invention, it is possible to improve SNR in a time division multiplex array antenna apparatus.
以下、時分割多重アレーアンテナ装置の一実施形態を図1〜図9に従って説明する。
図1に示すように、アレーアンテナ装置1は、複数のアンテナ(アンテナ素子)2を備え、各アンテナ2の重み付けを伝播環境に応じてアダプティブ制御することにより、指向性を電気的に切り替え可能となっている。このように、アレーアンテナ装置1は、希望波の到来方向にビームを向けたり、不要な電波の到来方向にヌルを向けて除去したりすることが可能である。また、本例のアレーアンテナ装置1は、信号を時間単位で区切り、1つの処理回路で電波を受信する時分割多重式でもある。
Hereinafter, an embodiment of a time division multiplex array antenna apparatus will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the array antenna device 1 includes a plurality of antennas (antenna elements) 2, and the directivity can be electrically switched by adaptively controlling the weight of each antenna 2 according to the propagation environment. It has become. As described above, the array antenna device 1 can remove the beam by directing the beam in the direction of arrival of the desired wave or directing the null in the direction of arrival of the unnecessary radio wave. The array antenna apparatus 1 of this example is also a time division multiplex type in which signals are divided in time units and radio waves are received by one processing circuit.
時分割多重アレーアンテナ装置1において、アンテナ2の個数をK(Kは任意の奇数)とすると、k番目のアンテナ2の受信信号は、次式(1)のように表される。 In the time-division multiplex array antenna apparatus 1, if the number of antennas 2 is K (K is an arbitrary odd number), the received signal of the k-th antenna 2 is expressed by the following equation (1).
アレーアンテナ装置1の受信回路3には、アンテナ2の受信電波をアナログ処理するアナログ回路4と、アナログ回路4から出力された信号をデジタル処理するデジタル回路5とが設けられている。アナログ回路4には、通過帯域幅がWの第1バンドパスフィルタ6がアンテナ2ごとに設けられている。これら第1バンドパスフィルタ6は、アンテナ2で受信した受信信号fk(t) cos(ωct)を通過帯域幅Wでフィルタし、Wに準じた周波数のみ通過させる。本例の時分割多重アレーアンテナ装置1において、アンテナ2ごとに個別に必要となるのは第1バンドパスフィルタ6のみであり、その後段の回路ブロックは複数のアンテナ2の間で共用されている。なお、受信回路3が信号処理回路の一例である。 The receiving circuit 3 of the array antenna apparatus 1 is provided with an analog circuit 4 that performs analog processing on the radio waves received by the antenna 2 and a digital circuit 5 that digitally processes a signal output from the analog circuit 4. The analog circuit 4 is provided with a first bandpass filter 6 having a passband width W for each antenna 2. The first band-pass filter 6, to filter the received signal f k received by the antenna 2 (t) cos (ω c t) in the pass band width W, passing only a frequency that conforms to W. In the time-division multiplex array antenna apparatus 1 of this example, only the first band pass filter 6 is required for each antenna 2, and the subsequent circuit block is shared among the plurality of antennas 2. . The receiving circuit 3 is an example of a signal processing circuit.
受信ベースバンド信号fk(t)の周波数帯域幅W”は、第1バンドパスフィルタ6の通過帯域幅Wよりも小さい。よって、受信信号fk(t) cos(ωct)は、第1バンドパスフィルタ6をそのまま通過する。 The frequency bandwidth W ″ of the received baseband signal f k (t) is smaller than the pass bandwidth W of the first bandpass filter 6. Therefore, the received signal f k (t) cos (ω c t) It passes through the 1 band pass filter 6 as it is.
複数のこれら第1バンドパスフィルタ6には、第1バンドパスフィルタ6の接続を選択的に切り換えるスイッチ回路7が接続されている。スイッチ回路7は、受信回路3の1構成要素であって、第1バンドパスフィルタ6ごとにスイッチ8を複数有する。これらスイッチ8は、クロック回路9から入力するスイッチ制御信号gk(t)によってスイッチ制御される。 A plurality of these first band pass filters 6 are connected to a switch circuit 7 that selectively switches the connection of the first band pass filters 6. The switch circuit 7 is one component of the reception circuit 3 and includes a plurality of switches 8 for each first bandpass filter 6. These switches 8 are switch-controlled by a switch control signal g k (t) input from the clock circuit 9.
ここで、図2及び図3に示すように、スイッチ8のk番目を、矩形波状のON時間τ、周期Tsで切り換えを行うとすると、スイッチ制御信号gk(t)は、次式(2)により表される。なお、次式のrは、任意の整数である。 Here, as shown in FIGS. 2 and 3, assuming that the k-th switch 8 is switched with a rectangular-wave-like ON time τ and period T s , the switch control signal g k (t) is expressed by the following equation ( It is represented by 2). In the following formula, r is an arbitrary integer.
合成信号h(t)は、第2バンドパスフィルタ10を通過すると、出力信号h’(t)として出力される。出力信号h’(t)は、次式(7),(8)のように表される。 The synthesized signal h (t) passes through the second bandpass filter 10 and is output as an output signal h ′ (t). The output signal h ′ (t) is expressed by the following equations (7) and (8).
デジタル回路5には、ローパスフィルタ15から出力された信号をA/D変換する一対のA/Dコンバータ16が設けられている。A/Dコンバータ16が入力するベースバンド信号h”(t)は、アンプの増幅やフィルタの損失を無視すれば、次式(9)のように表される。 The digital circuit 5 is provided with a pair of A / D converters 16 for A / D converting the signal output from the low-pass filter 15. The baseband signal h ″ (t) input by the A / D converter 16 is expressed by the following equation (9) if the amplifier amplification and the filter loss are ignored.
そこで、本例のデジタル回路5には、サンプル信号xi(t)から受信ベースバンド信号fk(t)を演算によって分離抽出する演算処理部18が、各アンテナ2に対応して複数設けられている。本例の演算処理部18は、次式(14)〜(16)を用いて演算を行うこと、つまりxi(t)を要素とするベクトルX(t)に対して行列Φを乗算することにより、アンテナ2ごとにI送信号及びQ相信号を出力する。 Accordingly, the digital circuit 5 of this example is provided with a plurality of arithmetic processing units 18 corresponding to each antenna 2 for separating and extracting the received baseband signal f k (t) from the sample signal x i (t). ing. The arithmetic processing unit 18 of this example performs an arithmetic operation using the following equations (14) to (16), that is, multiplies a vector X (t) having x i (t) as an element by a matrix Φ. Thus, an I transmission signal and a Q phase signal are output for each antenna 2.
ここで、スイッチ制御信号gk(t)のパルス幅であるτにより、A/Dコンバータ16でサンプリングされたサンプル信号xi(t)に含まれるベースバンド信号fk(Δt)がどのように変化するか考える。いま、スイッチ8のON時間τが非常に短い、つまりτ≒0の場合を考える。このとき、Ψ=τ/Ts≒0となるので、sinc{nπΨ}≒1により、行列S≒1が導かれる。よって、式(23)は、次式(27)のように表される。 Here, how the baseband signal f k (Δt) included in the sample signal x i (t) sampled by the A / D converter 16 is determined by τ which is the pulse width of the switch control signal g k (t). Think about changes. Consider a case where the ON time τ of the switch 8 is very short, that is, τ≈0. At this time, since Ψ = τ / T s ≈0, a matrix S≈1 is derived from sinc {nπΨ} ≈1. Therefore, Expression (23) is expressed as the following Expression (27).
しかし、式(27)を見てみると、ベクトルX(t)に含まれるベクトルF(Δt)の大きさはτに比例することが分かる。このことから、スイッチ8における電力損失を抑制するには、τをなるべく大きくすること、つまりスイッチ8が常にいずれかのアンテナ2に接続されていることが望ましいと予測される。このため、本例のアダプティブプロセッサ19は、スイッチ制御信号gk(t)のON時間τを、次信号のτと重複しない範囲で、なるべく長く設定している。このように、ON時間τ(或いはON時間比率Ψ)を任意に設定可能な点で、本例は有効と考えられる。 However, looking at equation (27), it can be seen that the magnitude of the vector F (Δt) included in the vector X (t) is proportional to τ. From this, it is predicted that in order to suppress the power loss in the switch 8, it is desirable to increase τ as much as possible, that is, the switch 8 is always connected to any one of the antennas 2. For this reason, the adaptive processor 19 of this example sets the ON time τ of the switch control signal g k (t) as long as possible within a range not overlapping with τ of the next signal. Thus, this example is considered effective in that the ON time τ (or the ON time ratio Ψ) can be set arbitrarily.
図6に、時分割多重によって受信する電波の周波数スペクトルを示す。同図に示されるように、第2バンドパスフィルタ10の周波数帯域幅がKW’と設定されるのは、時分割多重方式の場合、例えばアンテナ数K=3とすると、受信したい希望波20は、3つのスペクトル21a〜21cを有する信号として受信するからである。この場合、中央の基本周波数のスペクトル21aに対し、両側に対称に現われるスペクトル21b,21cはスペクトル21aのコピーである。周波数帯域幅KW’において、希望波以外の帯域を通過する信号は熱雑音である。 FIG. 6 shows a frequency spectrum of a radio wave received by time division multiplexing. As shown in the figure, the frequency band width of the second bandpass filter 10 is set to KW ′ in the time division multiplexing method, for example, if the number of antennas K = 3, the desired wave 20 to be received is This is because the signal is received as a signal having three spectrums 21a to 21c. In this case, the spectra 21b and 21c appearing symmetrically on both sides with respect to the spectrum 21a at the center fundamental frequency are copies of the spectrum 21a. In the frequency bandwidth KW ', a signal passing through a band other than the desired wave is thermal noise.
ところで、図7に示すように、受信する電波によっては、時分割多重アレーアンテナで受信するよりも、1つのアンテナ2のみで電波を受信する単一アンテナで電波受信した方が、SNR(S/N比)がよい場合がある。同図に示されるように、SNRがよければ、電波を高い振幅のスペクトル22で取得することが可能である。そこで、本例の場合は、各アンテナ2における受信電力を監視し、受信電力の比が大きい場合には、時分割多重アレーアンテナ装置1を時分割多重アレーアンテナではなく単一アンテナとして動作させることとする。 By the way, as shown in FIG. 7, depending on the received radio waves, SNR (S / S / S / R) is more likely to be received with a single antenna that receives radio waves with only one antenna 2 than with a time division multiplex array antenna. N ratio) may be good. As shown in the figure, if the SNR is good, radio waves can be acquired with a spectrum 22 having a high amplitude. Therefore, in this example, the received power at each antenna 2 is monitored, and when the ratio of received power is large, the time division multiplex array antenna apparatus 1 is operated as a single antenna instead of the time division multiplex array antenna. And
図1に示すように、一対のA/Dコンバータ16には、一対のスイッチ23,24を介してデジタルフィルタ25が接続されている。デジタルフィルタ25は、受信した電波においてA/Dコンバータ16を通過した後のデジタル信号を帯域制限することが可能であって、ある特定の周波数帯域のデジタル信号のみを通過させる。 As shown in FIG. 1, a digital filter 25 is connected to the pair of A / D converters 16 via a pair of switches 23 and 24. The digital filter 25 can band-limit the digital signal after passing through the A / D converter 16 in the received radio wave, and allows only a digital signal in a specific frequency band to pass.
デジタル回路5には、各アンテナ2における受信電力の比を判定する電力比判定部26と、電力比判定部26の判定結果を基に受信回路3の受信経路を切り換える受信経路切換部27とが設けられている。電力比判定部26は、各アンテナ2における受信電波の受信電力を測定し、例えばこれらの最大値と最小値との比を算出する。そして、電力比判定部26は、この受信電力比と閾値とを比較し、受信電力比の大きさを監視する。受信経路切換部27は、受信電力比の判定結果を基に、受信回路3内の受信経路を選択する。なお、電力比判定部26が受信状態判定部の一例である。 The digital circuit 5 includes a power ratio determination unit 26 that determines the ratio of reception power in each antenna 2 and a reception path switching unit 27 that switches the reception path of the reception circuit 3 based on the determination result of the power ratio determination unit 26. Is provided. The power ratio determination unit 26 measures the received power of the received radio wave at each antenna 2 and calculates, for example, the ratio between the maximum value and the minimum value. Then, the power ratio determination unit 26 compares the received power ratio with a threshold value and monitors the magnitude of the received power ratio. The reception path switching unit 27 selects a reception path in the reception circuit 3 based on the determination result of the reception power ratio. The power ratio determination unit 26 is an example of a reception state determination unit.
次に、図1,図8及び図9を用いて、時分割多重アレーアンテナ装置1の動作を説明する。
図1に示すように、時分割多重アレーアンテナ装置1は、電波受信待ち時、電波を受信したか否かを監視するモニタリング動作(受信待機動作)をとる。このとき、受信回路3内の電波受信経路は、スイッチ23,24が並び替え部17側に接続されることにより、並び替え部17を通過する経路28が選択されている。モニタリング時、スイッチ8が順に選択的に接続される時分割多重によって、電波受信の有無が監視される。
Next, the operation of the time division multiplex array antenna apparatus 1 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the time division multiplex array antenna apparatus 1 performs a monitoring operation (reception standby operation) for monitoring whether or not a radio wave is received when waiting for radio wave reception. At this time, the radio wave reception path in the receiving circuit 3 is selected as the path 28 passing through the rearrangement unit 17 by connecting the switches 23 and 24 to the rearrangement unit 17 side. During monitoring, the presence or absence of radio wave reception is monitored by time division multiplexing in which the switches 8 are selectively connected in order.
図8に示すように、電力比判定部26は、モニタリング時において電波を受け付けて電波受信を開始したとき、ある特定のアンテナ2で受信電力が大きく受信電力比が閾値以上となることを確認すると、経路切換要求Saを受信経路切換部27に出力する。経路切換要求Saには、受信経路を切り換える旨の要求や、どのアンテナ2が最大受信電力となっているのかを通知する情報などが含まれる。 As illustrated in FIG. 8, when the power ratio determination unit 26 receives a radio wave during monitoring and starts receiving a radio wave, the power ratio determination unit 26 confirms that the reception power ratio is large and the reception power ratio is greater than or equal to a threshold value with a specific antenna 2. The route switching request Sa is output to the receiving route switching unit 27. The route switching request Sa includes a request for switching the reception route, information for notifying which antenna 2 has the maximum reception power, and the like.
受信経路切換部27は、電力比判定部26から経路切換要求Saを入力すると、経路切換要求Saを基にスイッチ回路7及びスイッチ23,24の切り換えを行う。このとき、受信経路切換部27は、スイッチ回路7の複数のスイッチ8のうち受信電力が最大となっているスイッチ8をオンするとともに、スイッチ23,24をデジタルフィルタ25側に接続する。これにより、アレーアンテナ装置1は、受信経路がデジタルフィルタ25を通過する経路29に切り換えられることにより、時分割多重アレーアンテナではなく単一アンテナとして動作する。よって、時分割多重アレーアンテナ装置1は、受信電力が最大の1つのアンテナ2のみで電波を受信する。 When the path switching request Sa is input from the power ratio determination unit 26, the reception path switching unit 27 switches the switch circuit 7 and the switches 23 and 24 based on the path switching request Sa. At this time, the reception path switching unit 27 turns on the switch 8 having the maximum received power among the plurality of switches 8 of the switch circuit 7 and connects the switches 23 and 24 to the digital filter 25 side. As a result, the array antenna apparatus 1 operates as a single antenna instead of a time division multiple array antenna by switching the reception path to the path 29 passing through the digital filter 25. Therefore, the time division multiplex array antenna apparatus 1 receives radio waves with only one antenna 2 having the maximum received power.
図9に、本例の提案法を採用した場合の受信電波の周波数スペクトルを示す。同図に示されるように、アンテナ2を時分割多重アレーアンテナから単一アンテナに切り換えても、このときの受信電波に含まれると想定される熱雑音はデジタルフィルタ25で除去される。よって、単一アンテナに切り換えても、熱雑音を少なく抑えながら電波を受信することが可能となる。 FIG. 9 shows the frequency spectrum of the received radio wave when the proposed method of this example is adopted. As shown in the figure, even when the antenna 2 is switched from the time division multiplex array antenna to the single antenna, the thermal noise assumed to be included in the received radio wave at this time is removed by the digital filter 25. Therefore, even when switching to a single antenna, it is possible to receive radio waves while suppressing thermal noise.
図1に示すように、アダプティブプロセッサ19は、通信が終了すること(電波を受信しなくなること)を確認すると、受信終了通知Sbを受信経路切換部27に出力する。受信経路切換部27は、アダプティブプロセッサ19から受信終了通知Sbを入力すると、最大受信電力となっているアンテナ2のスイッチ8のみ常時接続する状態を解除するとともに、スイッチ23,24を並び替え部17側に接続する。これにより、アレーアンテナ装置1は、受信経路が並び替え部17側を通過する経路28に切り換えられることにより、時分割多重アレーに戻される。 As shown in FIG. 1, the adaptive processor 19 outputs a reception end notification Sb to the reception path switching unit 27 when it is confirmed that the communication ends (no longer receiving radio waves). When receiving the reception end notification Sb from the adaptive processor 19, the reception path switching unit 27 releases the state in which only the switch 8 of the antenna 2 having the maximum reception power is always connected, and switches the switches 23 and 24 to the rearrangement unit 17. Connect to the side. Thereby, the array antenna apparatus 1 is returned to the time division multiplexing array by switching the reception path to the path 28 passing through the rearrangement unit 17 side.
そして、特定のアンテナ2で受信電力が大きくなる度にこの切り換え動作が繰り返されて、電波が受信される。即ち、モニタリング時の電波受信時、各アンテナ2の受信電力比が閾値未満であれば、以降の受信動作が時分割多重アレーアンテナで実施され、各アンテナ2の受信電力比が閾値以上であれば、以降の受信動作が単一アンテナで実施される動作が、電波受信の度に繰り返し実行される。 This switching operation is repeated each time the received power increases at the specific antenna 2 to receive radio waves. That is, when the reception power ratio of each antenna 2 is less than the threshold during radio wave reception during monitoring, the subsequent reception operation is performed with the time division multiplex array antenna, and the reception power ratio of each antenna 2 is equal to or greater than the threshold. The operation in which the subsequent reception operation is performed with a single antenna is repeatedly executed every time radio waves are received.
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)受信経路切換部27は、受信のモニタリング時、スイッチ23,24を並び替え部17側に接続することにより、アンテナ2を時分割多重アレーアンテナとして動作させる。受信経路切換部27は、モニタリングにおいて電波受信を検知した際、各アンテナ2の間の受信電力比が閾値以上となれば、最大受信電力となるアンテナ2のスイッチ8のみ常時接続しつつ、スイッチ23,24をデジタルフィルタ25側に接続することにより、受信回路3の経路を、デジタルフィルタ25を通る経路29に切り換える。このため、単一アンテナで受信動作した方が好ましい状況下では、時分割多重アレーアンテナ装置1を単一アンテナとして動作させることが可能となるので、その分、SNRを改善することができる。
According to the configuration of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The reception path switching unit 27 operates the antenna 2 as a time division multiplex array antenna by connecting the switches 23 and 24 to the rearrangement unit 17 side during reception monitoring. When the reception path switching unit 27 detects radio wave reception in monitoring, if the reception power ratio between the antennas 2 is equal to or greater than the threshold, only the switch 8 of the antenna 2 having the maximum reception power is always connected, and the switch 23 , 24 are connected to the digital filter 25 side, so that the path of the receiving circuit 3 is switched to the path 29 passing through the digital filter 25. For this reason, in a situation where it is preferable to perform a reception operation with a single antenna, the time division multiplex array antenna apparatus 1 can be operated as a single antenna, so that the SNR can be improved accordingly.
(2)追加する部品がデジタルフィルタ25であるので、SNRを改善する対策をとっても、時分割多重アレーアンテナ装置1の回路構成が簡素で済む。
(3)モニタリング時に各アンテナ2の受信電力比を監視し、モニタリング時の電波検知の際、受信電力比が閾値未満であれば、以降の電波受信をそのまま時分割多重アレーアンテナで行い、受信電力比が閾値以上であれば、以降の電波受信を単一アンテナに切り換えて行う。よって、電波受信状態の判定→アンテナ切り換えを、電波の受信過程においてスムーズに行うことができる。
(2) Since the component to be added is the digital filter 25, the circuit configuration of the time division multiplex array antenna apparatus 1 can be simplified even if measures for improving the SNR are taken.
(3) The reception power ratio of each antenna 2 is monitored during monitoring. If the reception power ratio is less than the threshold value during radio wave detection during monitoring, the subsequent radio wave reception is performed as it is with the time-division multiplex array antenna. If the ratio is equal to or greater than the threshold, the subsequent radio wave reception is performed by switching to a single antenna. Therefore, the radio wave reception state determination → antenna switching can be performed smoothly during the radio wave reception process.
(4)受信状態の判定を受信電力の強さ(受信電力比)を基に行うので、いまアンテナ2がどのような状態で電波を受信しているのかを精度よく識別することができる。
(5)電波の受信状態を受信電力の比を基に判定するので、いま受信がどのような状態にあるのか、つまり、電波受信時において時分割多重アレーアンテナ又は単一アンテナの何れを使用すべきなのかを精度よく判定することができる。
(4) Since the determination of the reception state is performed based on the strength of the reception power (reception power ratio), it is possible to accurately identify in what state the antenna 2 is currently receiving radio waves.
(5) Since the reception status of radio waves is determined based on the ratio of received power, what is the current reception status, that is, whether time-division multiplex array antennas or single antennas are used when receiving radio waves It is possible to accurately determine whether it should be.
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・受信電波のモニタリング時、デジタル回路5の電源をオフしておき、電波受信を検知した際に、デジタル回路5の電源をオンに切り換えるようにしてもよい。この場合、時分割多重アレーアンテナ装置1における消費電力の抑制に効果が高くなる。
Note that the embodiment is not limited to the configuration described so far, and may be modified as follows.
The power supply of the digital circuit 5 may be turned off during reception radio wave monitoring, and the power supply of the digital circuit 5 may be switched on when radio wave reception is detected. In this case, the effect of suppressing power consumption in the time division multiplex array antenna apparatus 1 is enhanced.
・受信電力比が閾値未満となったことを確認できた時点で、受信経路を元の並び替え部17側の経路28に戻すようにしてもよい。
・受信回路3は、ベースバンド信号をA/Dコンバータ16でサンプルする構成に限らず、例えばIF信号をサンプルする構成や、第2バンドパスフィルタ10から出力されるRF(Radio Frequency)信号をサンプルする構成でもよい。このように、受信回路3は、種々の回路構成が採用可能である。
The reception path may be returned to the original path 28 on the rearrangement unit 17 when it is confirmed that the reception power ratio is less than the threshold.
The receiving circuit 3 is not limited to the configuration in which the baseband signal is sampled by the A / D converter 16. For example, the configuration in which the IF signal is sampled or the RF (Radio Frequency) signal output from the second bandpass filter 10 is sampled. The structure to do may be sufficient. Thus, the receiving circuit 3 can employ various circuit configurations.
・受信回路3は、直交コンバータ部14ではなく、通常のコンバータによって信号をダウンコンバートする回路でもよい。
・アンテナ2の数は、任意の奇数に限らず、任意の偶数でもよい。
The receiving circuit 3 may be a circuit that downconverts a signal by a normal converter instead of the orthogonal converter unit 14.
The number of antennas 2 is not limited to an arbitrary odd number, and may be an arbitrary even number.
・スイッチ8のON時間τ(ON時間比率Ψ)は、実施形態で述べた値以外の他の時間幅に適宜変更してもよい。
・サンプル信号xi(t)から受信信号fk(t)cos(ωct)を再生(分離)する演算は、サンプル信号xi(t)に行列Φを乗算する方法に限定されない。要は、サンプル信号xi(t)から受信信号fk(t)cos(ωct)を再生(分離)できれば、種々の演算方法に変更可能である。
The ON time τ (ON time ratio Ψ) of the switch 8 may be appropriately changed to a time width other than the value described in the embodiment.
Sample signal x received signal from the i (t) f k (t ) cos (ω c t) play (separation) computing is not limited to the method of multiplying the matrix Φ to the sample signal x i (t). In short, if the received signal f k (t) cos (ω c t) can be reproduced (separated) from the sample signal x i (t), it can be changed to various calculation methods.
・第2バンドパスフィルタ10の周波数帯域幅は、例えば第1バンドパスフィルタ6の周波通帯域に係数のKを乗算した値でもよい。
・時分割多重アレーアンテナ装置1は、受信機に限らず、送信機又は送受信機としてもよい。
The frequency bandwidth of the second bandpass filter 10 may be a value obtained by multiplying the frequency band of the first bandpass filter 6 by a coefficient K, for example.
The time division multiplex array antenna apparatus 1 is not limited to a receiver, and may be a transmitter or a transceiver.
・受信経路切替えの判定は、受信電波の電力比に限らず、例えば受信電波の振幅比や振幅差等、他の指標で行ってもよい。
・電波受信有無の判定は、受信信号強度(受信電力比)を基に行うことに限らず、電波を受信できているかどうか判定できれば、種々の方式が採用可能である。
The determination of switching of the reception path is not limited to the power ratio of the received radio wave, and may be performed using another index such as an amplitude ratio or amplitude difference of the received radio wave.
The determination of whether or not radio waves are received is not limited to the reception signal strength (reception power ratio), and various methods can be adopted as long as it can be determined whether radio waves can be received.
・受信経路の変更は、モニタリング時/電波受信時で区分けすることに限定されない。例えば、受信電波を読み込んでいる途中において、受信経路を適宜切り換えるようにしてもよい。 ・ Changes in the reception path are not limited to the case of monitoring / radio wave reception. For example, the reception path may be switched appropriately while reading the received radio wave.
・単一アンテナ動作時に接続する1つのアンテナ2は、最大受信電力となるアンテナに限らず、他の通信に好適なアンテナとしてもよい。
・時分割多重アレーアンテナ装置1は、車両や電子キーの受信機として使用されることに限らず、他の機器や装置に適宜応用可能である。
The single antenna 2 connected during single antenna operation is not limited to the antenna having the maximum received power, but may be an antenna suitable for other communications.
The time division multiplex array antenna apparatus 1 is not limited to being used as a receiver for a vehicle or an electronic key, but can be appropriately applied to other devices and apparatuses.
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
(イ)前記時分割多重アレーアンテナにおいて、前記スイッチのON時間を長くとることにより、前記スイッチの切り換えによる電力損失を抑制し、この処理によって各アンテナの受信信号が混ざり合ってしまっても、この重畳信号に演算を施すことによって、当該重畳信号を各アンテナの受信信号に分離すること。この構成によれば、重畳信号から各アンテナの受信信号を分離することができるので、信号を精度よく取得することができる。
Next, technical ideas that can be grasped from the above-described embodiment and other examples will be described below together with their effects.
(A) In the time-division multiplex array antenna, the power loss due to switching of the switch is suppressed by increasing the ON time of the switch, and even if reception signals of each antenna are mixed by this processing, Separating the superimposed signal into received signals of each antenna by performing an operation on the superimposed signal. According to this configuration, since the received signal of each antenna can be separated from the superimposed signal, the signal can be acquired with high accuracy.
1…時分割多重アレーアンテナ装置、2…アンテナ、3…信号処理回路としての受信回路、7…スイッチ回路、8…スイッチ、25…デジタルフィルタ、26…受信状態判定部としての電力比判定部、27…受信経路切換部、28,29…受信の経路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Time division multiplexing array antenna apparatus, 2 ... Antenna, 3 ... Reception circuit as a signal processing circuit, 7 ... Switch circuit, 8 ... Switch, 25 ... Digital filter, 26 ... Power ratio determination part as a reception state determination part, 27: Reception path switching unit, 28, 29: Reception path.
Claims (3)
前記アンテナの特定の1つを単一アンテナとして動作させるとき、受信した電波のデジタル信号を帯域制限することが可能なデジタルフィルタと、
前記時分割多重アレーアンテナでの通信時、当該アレーアンテナにおける電波の受信状態を判定する受信状態判定部と、
前記単一アンテナで電波を受信した方が好ましい状況下のとき、複数の前記スイッチの特定の1つのみを常時接続しつつ、受信する信号の経路を、前記デジタルフィルタを通る経路に切り換えることにより、前記アンテナの特定の1つを前記単一アンテナとして動作させる受信経路切換部とを有し、
前記受信状態判定部は、前記電波の受信状態の監視を、電波を受信しているか否かを監視するモニタリング時に実行し、
前記受信経路切換部は、当該アレーアンテナのうち、受信電力が最大となっているアンテナの前記スイッチをオンすることにより当該アンテナを前記単一アンテナとして動作させることを特徴とする時分割多重アレーアンテナ装置。 A specific one of a plurality of antennas can be selectively connected to an internal signal processing circuit by a switch circuit having a plurality of switches, and the plurality of antennas are selectively connected to the signal processing circuit by the switches in order. By doing so, in the time division multiplex array antenna device capable of communicating the antenna as a time division multiplex array antenna,
When make operating the particular one of said antennas as a single antenna, and a digital filter capable of band-limited radio digital signal received,
A reception state determination unit that determines the reception state of radio waves in the array antenna during communication with the time division multiplex array antenna;
When it is preferable to receive the radio wave with the single antenna, by switching the path of the received signal to the path through the digital filter while always connecting only one specific one of the plurality of switches. A reception path switching unit that operates a specific one of the antennas as the single antenna ,
The reception state determination unit performs monitoring of the reception state of the radio wave at the time of monitoring to monitor whether or not the radio wave is received,
The reception path switching unit is configured to operate the antenna as the single antenna by turning on the switch of the antenna having the maximum reception power among the array antennas. apparatus.
ことを特徴とする請求項1に記載の時分割多重アレーアンテナ装置。 2. The time division multiplex array antenna apparatus according to claim 1, wherein the reception state is a strength of received power when radio waves are received by the antenna.
ことを特徴とする請求項2に記載の時分割多重アレーアンテナ装置。 The reception state determination unit determines a ratio of received power between the antennas during communication with the time division multiplex array antenna, and the reception path switching unit, when the received power ratio is equal to or greater than a threshold, 3. The time division multiplex array antenna apparatus according to claim 2 , wherein the antenna is changed from the time division multiplex array antenna to the single antenna by switching a reception path.
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