JP2009207089A - 受信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 可変指向性アンテナの指向性の方向を誤った方向に設定することを防止する。
【解決手段】 可変指向性アンテナ２は、自己を中心とする円の円周方向に沿ってステップ状に指向性の方向を変化させられる。アンテナ２で受信された高周波信号のうち所望のものをチューナ８が選択して受信する。チューナ８は、受信信号のレベルを検出し、制御部１０に供給する。制御部１０は、アンテナ２の指向性の方向を異ならせた複数の状態における受信信号のレベルのうち閾値以上のものを検索し、検索された受信信号に対応する指向性の方向である検索指向性方向に隣接する方向での信号対雑音比を検出する。さらに、制御部１０は、各信号対雑音比のうち最も良好なものに対応する検索指向性の方向を可変指向性アンテナ２の受信方位と決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受信システムに関し、特に可変指向性アンテナを用いたものに関する。

従来、上記のような受信システムには、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１の技術によれば、指向性の方向を所定の角度ごとに順に円周方向に沿って変更することができる。

国際公開番号ＷＯ２００４／０９１０４３号

このような可変指向性アンテナを使用して、或る電波を受信しようとした場合、指向性の方向を順に変化させていき、指向性の方向での受信レベルを検出し、受信レベルが、予め定めた閾値以上になると、この受信レベルに対応する指向性の方向を、この可変指向性アンテナの方位とすることがある。この場合、例えば可変指向性アンテナがマルチパスの影響を受けていると、真の電波の到来方向とは異なる方向に指向性の方向が向いているにも拘わらず、受信レベルが閾値以上となることがある。その結果、この可変指向性アンテナの方位を誤った方向とすることがある。例えば受信しようとしている電波が地上デジタル放送の特定のチャンネルの電波の場合、誤った方向に指向性の方向を向けていると、Ｓ／Ｎ比やＢＥＲの劣化により、表示された画像にブロックノイズが発生したり、画面がブラックアウトしたりすることがある。可変指向性アンテナを初めて設置したときに、上記のようにして方位の設定を行ってしまうと、以後、その特定のチャンネルは、ブロックノイズが発生したり、ブラックアウトしたりするものとなり、良好に地上デジタル放送を受信することができなくなる。

本発明は、可変指向性アンテナの指向性の方向を誤った方向に設定することを防止することができる受信システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の受信システムは、可変指向性アンテナを有している。この可変指向性アンテナは、自己を中心とする円の円周方向に沿ってステップ状に指向性の方向を変化させることができるものである。例えば機械的にアンテナの向きを変更することによって、指向性の方向を変更することもできる。或いは、例えばアンテナを複数のアンテナ素子、例えばダイポールアンテナ素子によって構成し、これらアンテナ素子は、指向性の方向が互いに異なるように機械的配置とし、例えば直交するように配置し、これらアンテナ素子の各受信信号をレベル調整手段によってレベル調整したり、或いは各受信信号の位相を電気的に変更したりした後に合成することによって、アンテナの機械的な向きは変更せずに、電気的に指向性の方向を変更することもできる。この可変指向性アンテナで受信された高周波信号のうち所望のものを受信手段が選択して受信する。受信手段としては、例えば所望の周波数の電波を選択することができる同調手段を有するものを使用することができ、同調手段の同調周波数を可変にして、異なる周波数の電波のうち所望のものを選択することもできる。この受信手段の受信信号のレベルをレベル検出手段が検出する。レベル検出手段は、受信手段が選択した高周波信号自体のレベルを検出することもできるし、受信手段が受信した高周波信号を中間周波信号に周波数変換した後に、復調するものである場合、中間周波信号のレベルを検出することもできるし、復調後の信号のレベルを検出することもできる。前記可変指向性アンテナの指向性の方向を異ならせた複数の状態における前記受信信号のレベルのうち予め定めた閾値以上のものを検索手段が検索する。検索手段としては、例えば受信信号と予め定めた閾値とを比較する比較手段を使用することができる。比較手段には、異なる受信信号が順に供給される。検索された受信信号に対応する指向性の方向である検索指向性の方向に隣接する指向性の方向における受信信号の雑音に対する比率、受信信号の搬送波の雑音に対する比率またはビットエラー比率を検出手段が検出する。検出された各比率のうち最も良好なものに対応する前記検索指向性の方向を、前記可変指向性アンテナの受信方位とする判定手段が設けられている。

例えばマルチパスの影響で真の電波の到来方向と異なる方向に指向性の方向を向けている場合、現在向けている方向に隣接する方向に指向性の方向を向けて信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を測定すると、真の電波がその方向の周囲には存在しないのでＳ／Ｎは悪い。一方、真の電波の到来方向に指向性の方向を向けている場合、現在向けている方向に隣接する方向に指向性の方向を向けて信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を測定すると、真の電波がその方向の周囲に存在するので、Ｓ／Ｎは上述した場合よりも確実に良好である。従って、閾値以上の受信レベルが複数存在する場合、それらの受信レベルを生じている指向性の方向に隣接する方向のＳ／Ｎを検出手段で測定し、最もＳ／Ｎ比が良好な方向に対応する検索指向性の方向を、可変指向性アンテナの方位とすることによって、可変指向性アンテナの指向性の方向を誤った方向に設定することを防止できる。受信信号の搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）を用いた場合でも同様であるし、受信信号がデジタル信号で搬送波を変調したものである場合にはビットエラーレートを用いても同様である。

前記検出手段は、前記検索指向性方向の両側で隣接する指向性の方向における前記比率を検出することもできる。両側で検出された２つの比率を平均化することもできるし、或いは２つの比率のうち値が低いものまたは高いものの一方を選択することもできる。それぞれ異なる方向ごとに平均化されたまたは選択された比率が、判定手段において比較され、最も良好な比率のものが決定され、これに対応する検索指向性が方位とされる。

このように検索指向性方向の両側で比率を測定しているので、より高精度に可変指向性アンテナの指向性の方向を誤った方向に設定することを防止できる。

前記受信信号のレベルのうち前記閾値以上のものが予め定めた個数以上あるとき、これら閾値以上の受信信号のうち最大値のものからその大きさに従って予め定めた個数だけ順に選択したものの指向性の方向に隣接する指向性の方向での前記比率を、前記検出手段が検出することもできる。閾値以上の受信信号が多数ある場合、全てについて上述した比率を測定していると、その測定に要する時間が長くなる。一般に受信レベルが高いものほど、検索指向性方向が真の電波の到来方向を向いている可能性が高い。そこで、受信信号のレベルのうち前記閾値以上のものが予め定めた個数以上あるとき、これら閾値以上の受信信号のうち最大値のものから、その大きさに従って予め定めた個数だけ順に選択したもののみ上述した比率を測定し、可変指向性アンテナの方位の決定に要する時間を短縮している。

前記受信手段または前記可変指向性アンテナに増幅手段を設けることもできる。この増幅手段は、前記受信信号のレベルのうち前記閾値以上のものが不存在のとき動作し、或いは、前記受信信号のレベルのうち前記閾値以上のものが予め定めた個数未満のとき動作し、可変指向性アンテナで受信した高周波信号または受信手段での受信信号を増幅する。増幅された高周波信号は、受信手段に供給され、増幅された受信信号はレベル検出手段と検出手段に供給される。そして、レベル検出手段、検出手段及び判定手段が上述したのと同じ動作をする。

このように構成すると、例えば高周波信号のレベルが低い場合でも、高周波信号自体または受信信号が増幅されるので、受信信号のレベルが閾値以上となり、可変指向性アンテナの指向性の方向を誤った方向に設定することを防止できる可能性が高くなる。

以上のように、本発明によれば、可変指向性アンテナの指向性の方向を誤った方向に設定することを防止できる。

本発明の一実施形態の受信システムは、地上デジタル放送の受信システムである。この受信システムは、図１に示すように可変指向性アンテナ２を有している。可変指向性アンテナ２は、例えば国際公開公報ＷＯ２００４／０９１０４３号に開示されているように、複数、例えば２つのアンテナ素子、例えばダイポールアンテナを水平面内において直交するように配置してある。これらダイポールアンテナで受信した高周波信号がそれぞれレベル調整手段、例えば各可変減衰器を介して合成器に供給され、合成される。各可変減衰器での減衰量を外部から制御することによって、２つのダイポールアンテナの合成指向性の方向を、例えば図２に示すように可変指向性アンテナ２を中心とする円周に沿って所定角度、例えば２２．５度ずつステップ状に変更し、複数、例えば１６個の異なる方向に指向性の方向を変更する。この可変指向性アンテナ２は、地上デジタル放送を受信するためのものであるので、ＵＨＦ帯の各地上デジタル放送のいずれも受信することができる広帯域のものである。

この可変指向性アンテナ２は、図示していないが、内部に増幅手段、例えば高周波増幅器を内蔵している。各ダイポールアンテナ素子で受信されたＵＨＦ帯の高周波信号は、各高周波増幅器でそれぞれ増幅されるか、或いは、単に高周波増幅器をバイパスさせられるか、いずれかに切換可能にも構成されている。

この可変指向性アンテナ２で受信されたＵＨＦ帯の高周波信号は、制御ボックス４を介してセットトップボックス６に供給される。また、指向性を変化させるための制御信号や、高周波増幅器での増幅またはバイパスの制御信号は、セットトップボックス６において生成され、制御ボックス４を介して可変指向性アンテナ２に供給される。なお、可変指向性アンテナ２と制御ボックス４との間は、実際には１本の同軸ケーブルによって接続され、この同軸ケーブルを介して高周波信号や制御信号が伝送される。また、可変指向性アンテナ２の高周波増幅器を動作させるための電力も、セットトップボックス６から制御ボックス４に供給され、同軸ケーブルを介して可変指向性アンテナ２に供給される。電力供給と制御信号とを可変指向性アンテナ２に供給するため、制御信号は、制御ボックス４において変調されている。この変調のために制御ボックス４が設けられている。従って、セットトップボックス６からそれぞれ個別に制御信号や電力を供給する場合には、制御ボックス４は不要である。

セットトップボックス６内には、制御ボックス４からのＵＨＦ帯の高周波信号が供給されるチューナ８が設けられている。チューナ８は、ＵＨＦ帯の高周波信号から所望の周波数帯（チャンネル）の地上デジタル放送信号を選択するための同調手段、例えば同調回路を有している。この同調回路が選択する地上デジタル放送のチャンネルを変更することができるように、同調回路は構成されている。また、チューナ８は、選択したチャンネルの地上デジタル放送信号を中間周波信号に変換した後に、ベースバンド信号に復調して、テレビジョン受信機に供給する。チューナ８は、図示していないが、選択したチャンネルの地上デジタル放送信号、それの中間周波信号またはこれを変換したベースバンド信号の信号レベルを検出するレベル検出手段、例えば一定時間内のピーク値レベルを検出するレベル検出回路も備えている。このレベル検出回路からのレベル検出信号は、制御部１０に供給される。

制御部１０は、制御手段、例えばＣＰＵ１２と、記憶手段、例えばＲＯＭ１４及びＲＡＭ１６を有している。ＲＯＭ１４は、ＣＰＵ１２を動作させるためのプログラムやＣＰＵ１２が動作する際に必要なデータが記憶されており、ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１２が動作する際のワークエリアとして使用される。ＣＰＵ１２は、図示していないが操作手段、例えばリモートコントロール送信機から供給されるチャンネル選択信号を受信し、この信号による指示に従って、チューナ８での選択チャンネルを切り換え、かつインターフェース１８を介して制御ボックス４に各制御信号を生成して、選択チャンネルの地上デジタル放送を受信できる方向に可変指向性アンテナ２の指向性の方向を向ける。なお、制御部１０、チューナ８、可変指向性アンテナ２内の高周波増幅器を動作させるための電力を供給するための電源部２０が設けられている。

この受信システムでは、上述したように、受信しようとする地上デジタル放送のチャンネルがリモートコントロール送信機から制御部１０に送信されたとき、この地上デジタル放送の電波が到来する方向に可変指向性アンテナ２の指向性の方向を向ける必要がある。そのために、この受信システムを設置したときに、図３以下に示すような受信方位の決定処理を制御部１０が行う。

この処理では、まず受信しようとする各地上デジタル放送の各チャンネルのうち１つのチャンネルをチューナ８が受信するように設定を行う（ステップＳ２）。次に、可変指向性アンテナ２内のアンテナ素子が受信した高周波信号が可変指向性アンテナ２内の高周波増幅器で増幅されずにバイパスされるように制御信号を可変指向性アンテナ２に供給するアンプスルー処理を行う（ステップＳ４）。次に、図２に示すように、可変指向性アンテナ２の指向性の方向を基準方向ａから順に２２．５度ずつ異なる各方向に変化させ、各方向ごとにチューナ８によって生成されたレベル検出信号が制御部１０に供給され、その方向と共に記憶される（ステップＳ６）。これに続いて、各レベル検出信号のうち、地上デジタル放送信号を良好に受信するために必要な受信レベルである閾値ＴＨ以上のものが存在するか判断する（ステップＳ８）。即ち、可変指向性アンテナ２の高周波増幅器での増幅を行わなくても、選択されたチャンネルの地上デジタル放送を受信できているか判断する。なお、閾値ＴＨは予め設定されている。

この判断の答えがイエスの場合、図４に示すように、閾値ＴＨ以上の受信レベルが３個以上存在するか判断する（ステップＳ１０）。即ち、マルチパス等の影響によって、本来の受信方向と異なる２つ以上の方向でも、選択されたチャンネルの地上デジタル放送を受信できているか判断する。この判断の答えがイエスの場合、閾値ＴＨ以上の受信レベルのうち大きいものから順に３つを選択する（ステップＳ１２）。これによって、例えば図２（ａ）に示す方向ｂ、ｇ、ｌの受信レベルが選択される。以下、これら選択された指向性の方向を検索指向性方向と称する。

これら検索指向性方向の両側で隣接する方向での信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を複数回測定する（ステップＳ１４）。例えば図２（ｂ）に示す検索指向性方向ｂで言えば、その両側の方向ａ、ｃにおいてＳ／Ｎがそれぞれ複数回測定され、検索指向性方向ｇで言えば、その両側のｆ、ｈにおいてＳ／Ｎがそれぞれ複数回測定され、検索指向性方向ｌで言えば、その両側のｋ、ｍにおいてＳ／Ｎがそれぞれ複数回測定される。そのため、制御部１０は、検索指向性方向ｂの場合、可変指向性アンテナ２の指向性の方向を方向ａに向けて複数回Ｓ／Ｎを測定し、次に可変指向性アンテナ２の指向性の方向を方向ｃに向けて複数回Ｓ／Ｎを測定する。他の検索指向性方向の場合でも同様である。なお、Ｓ／Ｎの測定方法は公知であるので、詳細な説明は省略する。

このようにして得られた各Ｓ／Ｎを平均化する（ステップＳ１６）。この平均化は、例えば検索指向性方向の一方の側でのＳ／Ｎを平均し、かつ他方の側のＳ／Ｎを平均し、これら両平均値のさらに平均値を求める。例えば検索指向性方向ｂの場合、方向ａでの複数のＳ／Ｎを平均し、方向ｃでの複数のＳ／Ｎを平均し、これら２つの平均値をさらに平均する。

このようにして検索指向性方向ごとにＳ／Ｎの平均値が求められたので、これらＳ／Ｎの平均値を比較して、最もＳ／Ｎが良好な検索指向性方向を、選択チャンネルの方位と決定し、制御部１０が選択チャンネルと対応させて記憶する（ステップＳ１８）。一般に、可変指向性アンテナの指向性の方向が電波の到来方向を向いている場合には、その両側の方向でも或る程度のレベルで電波は受信されており、その結果、両側の方向でのＳ／Ｎは良好である。これに対し、マルチパス等の影響で真の電波の到来方向と異なる方向では、その両側の方向では真の電波の受信レベルは低くなり、Ｓ／Ｎは悪化する。従って、両側でのＳ／Ｎが良好である方向を真の電波の到来方向と判定することができる。

閾値ＴＨ以上の受信レベルの全てについて上述したようにその両側の方向でのＳ／Ｎの平均値を求め、それらのうちで最も良好なＳ／Ｎの方向を方位とすることもできる。しかし、これでは方位の決定に要する時間が長くなる可能性があるので、この実施形態では、上位の３つの受信レベルに限定している。但し、使用する受信レベルの数は３に限ったものではなく、２以上で全受信レベル数までの数であれば、方位の決定に掛けることができる時間を勘案して、使用する受信レベルの数を任意に決定できる。

このようにして、１つのチャンネルでの方位が決定されたので、全てのチャンネルについて方位の設定が終了したか判断し（ステップＳ２０）、この判断の答えがイエスの場合、この受信方位決定の処理を終了する。この判断の答えがノーの場合、図３のステップＳ２において新たなチャンネルを指定して、上述した動作を繰り返す。

ステップＳ１０において閾値ＴＨ以上の受信レベルが３個以上存在しないと判断されると、図５に示すように、可変指向性アンテナ２内の高周波増幅において受信された高周波信号が増幅されるようにアンプオン処理を行う（ステップＳ２２）。この処理が行われるのは、アンプオン処理を行うことによって閾値ＴＨ以上の受信レベルが３個以上となる可能性があるかもしれないからである。次に、ステップＳ６と同様に各方向での受信レベルをその方向と共に記憶し（ステップＳ２４）、ステップＳ１０と同様に、閾値ＴＨ以上の受信レベルが３個以上存在するか判断する（ステップＳ２６）。この判断の答えがイエスの場合、ステップＳ１２、１４、１６、１８と同一の処理をステップＳ２８、３０、３２、３４で行って、選択チャンネルの方位を決定し、ステップＳ２０を実行して、次のチャンネルの方位の決定に移行する。

ステップＳ２６において、閾値ＴＨ以上の受信レベルが３個以上存在しないと判断されると、図６に示すように閾値ＴＨ以上の受信レベルが２つか判断する（ステップＳ３６）。この判断の答えがイエスの場合、２つの検索指向性方向の受信レベルの両側の方向の受信レベルに対してステップＳ１４、Ｓ１６、Ｓ１８と同一の処理をステップＳ３８、４０、４２で行って、選択チャンネルの方位を決定し、ステップＳ２０を実行して、次のチャンネルの方位の決定に移行する。

ステップＳ３６において閾値ＴＨ以上の受信レベルが２つで無いと判断されると、閾値ＴＨ以上の受信レベルは１つしか存在しないので、その受信レベルの方向を方位に決定し（ステップＳ４４）、ステップＳ２０を実行して、次のチャンネルの方位の決定に移行する。

ステップＳ８において受信レベルが閾値ＴＨ以上のものが存在しないと判断されると、図７に示すように、ステップＳ２２と同様にアンプオン処理を行い（ステップＳ４６）、ステップＳ６と同様に各方向での受信レベルをその方向と共に記憶し（ステップＳ４８）、ステップＳ１０と同様に、閾値ＴＨ以上の受信レベルが３個以上存在するか判断する（ステップＳ５０）。この判断の答えがイエスの場合、ステップＳ２８以降の処理を行う。

ステップＳ５０において、閾値ＴＨ以上の受信レベルが３個以上存在しないと判断されると、受信レベルが大きいものを３つ選択する（ステップＳ５２）。即ち、ステップＳ６と同様に可変指向性アンテナ２の指向性の方向を順に変更し、変更ごとに受信レベルを測定する。これを複数回行って、各指向性の方向ごとに受信レベルの平均値を求め、これら平均値の中から上位のもの３つを選択する。これら３つの受信レベルのうち閾値ＴＨ以上のものがあるか判断する（ステップＳ５４）。再測定によって閾値ＴＨ以上の受信レベルのものが出現しているかもしれないので、この処理を行っている。ステップＳ５４の判断の答えがイエスの場合には、閾値ＴＨ以上の受信レベルのうち最大のものを方位に決定する（ステップＳ５６）。ステップＳ５４の判断の答えがノーの場合には、受信不能であるので、方位に関するチャンネル情報は未登録の処理を行い（ステップＳ５８）、ステップＳ２０を実行して、次のチャンネルの方位の決定に移行する。

上記の実施形態では、地上デジタル放送の受信システムに本発明を実施したが、これに限ったものではなく、例えば衛星放送や衛星通信の受信システムに、本発明を実施することができる。上記の実施形態では、ステップＳ８の判断の答えがノーの場合、ステップＳ４６以降の処理を行うように構成したが、場合によっては、ステップＳ５８のように方位に関するチャンネル情報は未登録の処理を行うこともできる。同様に、ステップＳ１０の判断の答えがノーの場合にも、ステップＳ５８のように方位に関するチャンネル情報は未登録の処理を行うこともできる。或いは、ステップＳ１０の判断の答えがノーの場合、アンプスルーの状態のままで、ステップＳ２６以降の処理を行うようにすることもできる。また、上記の実施形態では、閾値ＴＨ以上となる３つの受信レベルが得られる方向の両側の方向でＳ／Ｎを測定したが、少なくとも一方の方向のみでＳ／Ｎを測定することもできる。また、上記の実施形態では、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を用いたが、これに代えて搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）を測定して、同様に用いることができる。或いは、受信レベルがＴＨ以上である各受信方向において、それら方向の少なくとも片側、望ましくは両側でビットエラーレートを複数回測定し、その平均値を算出し、これら平均値のうち最も小さい受信方向を、このアンテナの方位とすることもできる。

本発明の１実施形態の受信システムのブロック図である。 図１の受信システムにおいて可変指向性アンテナの指向性の変化状態と、特定の方向における受信レベルとを示す図である。 図１の受信システムにおける方位設定処理の第１の部分を示すフローチャートである。 図３の方位設定処理の第２の部分を示すフローチャートである。 図３の方位設定処理の第３の部分を示すフローチャートである。 図３の方位設定処理の第４の部分を示すフローチャートである。 図３の方位設定処理の第５の部分を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 可変指向性アンテナ
８ チューナ（受信手段、レベル検出手段）
１０ 制御部（検索手段、信号対雑音比検出手段、判定手段）

Claims (5)

1. 自己を中心とする円の円周方向に沿ってステップ状に指向性の方向を変化させられる可変指向性アンテナと、
   この可変指向性アンテナで受信された高周波信号のうち所望のものを選択して受信する受信手段と、
   この受信手段の受信信号のレベルを検出するレベル検出手段と、
   前記可変指向性アンテナの指向性の方向を異ならせた複数の状態における前記受信信号のレベルのうち予め定めた閾値以上のものを検索する検索手段と、
   検索された受信信号に対応する指向性の方向である検索指向性の方向に隣接する指向性の方向における前記受信信号の雑音に対する比率、前記受信信号の搬送波の雑音に対する比率またはビットエラーの比率を検出する検出手段と、
   検出された前記各比率のうち最も良好なものに対応する前記検索指向性の方向を、前記可変指向性アンテナの受信方位とする判定手段とを、
   具備する受信システム。
2. 請求項１記載の受信システムにおいて、前記検出手段は、前記検索指向性方向の両側で隣接する指向性の方向における前記比率を検出する受信システム。
3. 請求項１記載の受信システムにおいて、前記受信信号のレベルのうち前記閾値以上のもが予め定めた個数以上あるとき、これら閾値以上の受信信号のうち最大値のものからその大きさに従って予め定めた個数だけ順に選択したものの指向性の方向に隣接する指向性の方向での前記比率を、前記検出手段が検出する受信システム。
4. 請求項１記載の受信システムにおいて、前記受信手段または前記可変指向性アンテナに設けられ、前記受信信号のレベルのうち前記閾値以上のものが不存在のとき、動作する増幅手段を設けた受信システム。
5. 請求項１記載の受信システムにおいて、前記受信手段または前記可変指向性アンテナに設けられ、前記受信信号のレベルのうち前記閾値以上のものが予め定めた個数未満のとき、動作する増幅手段を設けた受信システム。

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