(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置であって、
複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信する手段と、
受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第１チャネル推定値を算出する手段と、
算出した各第１チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する手段と、
算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成する手段と、
合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出する手段と、
受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する手段と、
合成後の参照信号から各データストリームの第２チャネル推定値を算出する手段と、
算出した各データストリームの第２チャネル推定値を用いて、ＭＩＭＯ復調を行い、受信データを取得する手段と、
を備える受信装置。
【請求項２】
前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第１データストリームにおける第１参照信号に関する値と、第２データストリームにおける同一送信周波数かつ当該第１参照信号から時間軸方向に直近の第２参照信号に関する値と、を合成することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第１データストリームにおける第１参照信号に関する値と、第２データストリームにおける同一送信タイミングかつ当該第１参照信号から周波数軸方向に直近の第２参照信号に関する値と、を合成することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項４】
前記ＭＩＭＯ通信は、ＳＦＢＣ方式または空間多重方式を採用することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項５】
前記所定の値とは、各データストリームに対応する、直交する参照信号である直交シーケンスを示す値であることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項６】
ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置の受信方法であって、
複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信するステップと、
受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第１チャネル推定値を算出するステップと、
算出した各第１チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出するステップと、
算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成するステップと、
合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出するステップと、
受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成するステップと、
合成後の参照信号から各データストリームの第２チャネル推定値を算出するステップと、
算出した各データストリームの第２チャネル推定値を用いて、ＭＩＭＯ復調を行い、受信データを取得するステップと、
を含む受信方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本願は、日本国特許出願第２０１１−２８２２３６号（２０１１年１２月２２日出願）の優先権の利益を主張し、これらの全内容を参照により本願明細書に取り込むものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムに用いられる受信装置および受信方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）で規格化されているＬＴＥ（Long Term Evolution）等のＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を採用する無線通信システムでは、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）が採用されることがある。そしてＳＦＢＣ（Space Frequency Block Coding）や空間多重によるＭＩＭＯを行う際、受信側でのＭＩＭＯ復調を考慮し、送信側は、各レイヤーで送信する既知の参照信号の周波数と時間とが互いに重複しないようにして無線信号を送信している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】3GPP TS 36.211 V.8.9.0“Physical channels and modulation”, December 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述するような無線通信システムにおいて、アダプティブアレイ方式の採用が検討されている。しかしながら、アダプティブアレイ方式を採用する際、上述の参照信号が同一時間、同一周波数で多重しないため、異なるレイヤーに対してヌルステアリングを適切に行うことができない。【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＭＩＭＯを採用する無線通信システムにおいて、異なるレイヤーに対して、適切なヌルステアリングを行うことができ、通信品質を向上できる受信装置および受信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置であって、複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信する手段と、受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第１チャネル推定値を算出する手段と、算出した各第１チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する手段と、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成する手段と、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出する手段と、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する手段と、合成後の参照信号から各データストリームの第２チャネル推定値を算出する手段と、算出した各データストリームの第２チャネル推定値を用いて、ＭＩＭＯ復調を行い、受信データを取得する手段とを備える。【０００８】
前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第１データストリームにおける第１参照信号に関する値と、第２データストリームにおける同一送信周波数かつ当該第１参照信号から時間軸方向に直近の第２参照信号に関する値と、を合成することがこのましい。【０００９】
または、前記参照信号に関する値を合成する手段は、少なくとも、第１データストリームにおける第１参照信号に関する値と、第２データストリームにおける同一送信タイミングかつ当該第１参照信号から周波数軸方向に直近の第２参照信号に関する値と、を合成することが好ましい。【００１０】
また、前記ＭＩＭＯ通信は、ＳＦＢＣ方式または空間多重方式を採用することが好ましい。【００１１】
また、前記所定の値とは、各データストリームに対応する、直交する参照信号である直交シーケンスを示す値であることが好ましい。【００１２】
また、本発明は、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムにおける、複数の受信アンテナを有する受信装置の受信方法であって、複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリームの無線信号を、各受信アンテナで受信するステップと、受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第１チャネル推定値を算出するステップと、算出した各第１チャネル推定値と、所定の値と、に基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出するステップと、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成するステップと、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出するステップと、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成するステップと、合成後の参照信号から各データストリームの第２チャネル推定値を算出するステップと、算出した各データストリームの第２チャネル推定値を用いて、ＭＩＭＯ復調を行い、受信データを取得するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、ＭＩＭＯを採用する無線通信システムにおいて、異なるレイヤーに対して、適切なヌルステアリングを行うことができ、通信品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る受信装置の信号処理部のブロック図である。
【図２】ＬＴＥにおいてＭＩＭＯを採用したときのレイヤー毎のセル固有の参照信号の送信例を示す図である。
【図３】従来の受信装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る受信装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る受信装置の信号処理部のブロック図である。本発明の実施形態に係る受信装置は、ＭＩＭＯ通信が可能な無線通信システムに用いられる受信装置であり、受信部１と、第１チャネル推定値算出部２と、直交信号列乗算部３と、信号合成部４と、ウェイト計算部５と、ウェイト合成部６と、第２チャネル推定値算出部７と、ＭＩＭＯ復調部８を備える。
【００１６】
受信部１は、複数の受信アンテナを有し、複数の送信アンテナを有する送信装置の各送信アンテナから送信された、参照信号を含み、かつ、当該参照信号の送信タイミングおよび送信周波数が異なる複数のデータストリーム（レイヤー）の無線信号を、各受信アンテナで受信する。第１チャネル推定値算出部２は、受信した各参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第１チャネル推定値を算出する。
【００１７】
直交信号列乗算部３は、算出した各第１チャネル推定値と、直交する参照信号である直交シーケンス（所定の値）とに基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する。信号合成部４は、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成（加算）する。なお、信号合成部４は、少なくとも、第１データストリームおける第１参照信号に関する値と、第２データストリームにおける同一送信周波数かつ第１参照信号から時間軸方向に直近の第２参照信号に関する値とを合成（加算）することが好ましい。
【００１８】
ウェイト計算部５は、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出する。ウェイト合成部６は、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する。
【００１９】
第２チャネル推定値算出部７は、合成後の参照信号から各データストリームの第２チャネル推定値を算出する。ＭＩＭＯ復調部８は、算出した各データストリームの第２チャネル推定値を用いて、ＭＩＭＯ復調を行い、受信データを取得する。
【００２０】
図２は、ＬＴＥにおいてＭＩＭＯを採用したときのデータストリーム（レイヤー）毎のセル固有の参照信号の送信例を示す図である。図２は、２アンテナポートの例を示しており、レイヤー毎に参照信号が同一時間、同一周波数で空間的に多重しないようになっている。
【００２１】
図３は、ＭＩＭＯを採用したときの従来の受信装置の動作を説明するフローチャートである。受信装置は、受信信号のレイヤー毎の参照信号（図２参照）から、チャネル推定を行い（ステップＳ１１）、レイヤー毎の上記チャネル推定結果から、ＭＩＭＯ復調を行う（ステップＳ１２）。
【００２２】
従来の具体的な計算例をＬＴＥのＳＦＢＣ ２ｘ２の場合を例にして説明する。まず、送信側アンテナ２本、受信側アンテナ１本の場合について説明を行う。以下の数１の式は、受信側アンテナにおける受信信号を示す。
【数１】
0005639287.tif 000002
ここで、Ｙは受信信号、Ｓは送信信号、ｆ１，ｆ２は周波数を表し、Ｈは伝搬路情報（実際使用する値は受信の伝搬路推定を行った結果）、ｎはガウス雑音を表す。また、＊は複素共役を表す。最終的に求めたいパラメータはＳ１（ｆ１）、Ｓ１（ｆ２）なので、数２の式のようにＹ１（ｆ２）の両辺にＹ１（ｆ２）の複素共役を掛けて式を変更する。
【数２】
0005639287.tif 000003
【００２３】
両辺の左側から
【数３】
0005639287.tif 000004
の逆行列をかけて、式を纏めると
【数４】
0005639287.tif 000005
ここで
【数５】
0005639287.tif 000006
は雑音を含む送信信号であり、以下の関係と等価である。
【数６】
0005639287.tif 000007
【００２４】
数４の式を展開すると、
【数７】
0005639287.tif 000008
よって、この式から
【数８】
0005639287.tif 000009
を求めることができる。
【００２５】
送信側アンテナ２本、受信側アンテナＮ本（２本受信ではＮ＝２）の場合は、受信系の最大比合成を考慮して以下の数９の式で表される。
【数９】
0005639287.tif 000010
【００２６】
ＬＴＥの空間多重２ｘ２の場合は、以下の数１０の式で表される。Ｙは受信信号を表しており、添え字は受信アンテナを表している。Ｈは伝搬路を表しており、第１引数が送信アンテナを表し、第２引数が受信アンテナを表している。ＳはＭＩＭＯ復調後の信号を表しており、添え字はストリーム番号を表している。ただし、ここでは、空間多重のプリコーディングマトリックスやLarge Delay CDDのマトリクスは考慮していない。
【数１０】
0005639287.tif 000011
【００２７】
次に、本発明の実施形態に係る受信装置の動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００２８】
受信装置は、ＣＰ（Cyclic Prefix）の除去が行われ、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform)された後の周波数ドメインの受信信号に対し、受信信号の各データストリーム（レイヤー）の参照信号と、既知の参照信号とに基づいて各データストリームの第１チャネル推定値を算出し（ステップＳ２１）、算出した各第１チャネル推定値と、直交する参照信号である直交シーケンス（所定の値）とに基づき各データストリームの参照信号に関する値を算出する（ステップＳ２２）。次に、受信装置は、算出した各データストリームの参照信号に関する値を合成し（ステップＳ２３）、合成結果に基づき各受信アンテナの各データストリームに対する受信ウェイトを算出し（ステップＳ２４）、受信した各データストリームの無線信号を、算出した受信ウェイトを用いてアンテナ合成する（ステップＳ２５）。次に、受信装置は、合成後の参照信号から各データストリームの第２チャネル推定値を算出し（ステップＳ２６）、算出した各データストリームの第２チャネル推定値を用いて、ＭＩＭＯ復調を行い、受信データを取得する（ステップＳ２７）。
【００２９】
次に、具体的な計算例を、ＬＴＥのＳＦＢＣ ２ｘ２の場合と空間多重２ｘ２の場合を例にして説明する。各レイヤーの参照信号部の受信信号は、以下の数１１の式のように表される。添え字は受信アンテナ素子番号を表している。
【数１１】
0005639287.tif 000012
【００３０】
第１チャネル推定値算出部２は、以下の数１２の式で表されるように、レイヤー毎の参照信号部の受信信号をレイヤー毎の既知のＤＲＳ（DL Cell specific Reference Signal）で割ることにより、レイヤー毎のチャネル推定値Ｈ’（第１チャネル推定値）を求める（図４のステップＳ２１）。
【数１２】
0005639287.tif 000013
【００３１】
レイヤー毎に、直交する参照信号（ＯＲＳ：Orthogonal Reference Signal）である直交シーケンス（以下の数１３の式）が図示しない記憶部に用意されており、
【数１３】
0005639287.tif 000014
直交信号列乗算部３は、以下の数１４の式で表されるように、ステップＳ２１で第１チャネル推定値算出部２が求めたレイヤー毎のチャネル推定値Ｈ’にレイヤー毎の直交シーケンス（ＯＲＳ）を掛ける（図４のステップＳ２２）。
【数１４】
0005639287.tif 000015
【００３２】
信号合成部４は、以下の数１５の式で表されるように、レイヤー毎の参照信号部の受信信号を合成（加算）する（図４のステップＳ２３）。この時、信号合成部４は、少なくとも、各レイヤーにおける同一送信周波数かつ時間軸方向に直近の参照信号を合成することが好ましい。ｔは時間シンボルを表し、ｆはサブキャリア番号を表している。αは異なるアンテナポートの参照信号位置までのオフセット（図２参照）を表している。
【数１５】
0005639287.tif 000016
【００３３】
ウェイト計算部５は、異なるレイヤーに対してヌルが向くように、それぞれアダプティブアレイアンテナの受信ウェイトを計算する（図４のステップＳ２４）。以下の式はＳＭＩ（Sample Matrix Inversion）方式の例を示している。数１６の式のＷｓｔ（ｋ）はｋ受信アンテナで出力される。添え字のｓｔはレイヤーを表している。
【数１６】
0005639287.tif 000017
【００３４】
ウェイト合成部６は、以下の数１７の式で表されるように、２本受信した信号Ｙに対しアダプティブアレイアンテナのウェイトでアンテナ合成（ヌルステアリング）を行う（図４のステップＳ２５）。ここで、ＵＥＡＮＴは受信装置のアンテナ数を表しており、＊は共役複素数であることを表している。
【数１７】
0005639287.tif 000018
【００３５】
第２チャネル推定値算出部７は、以下の数１８の式で表されるように、ウェイト合成後の受信信号とアンテナポート毎の参照信号からチャネル推定値ＷＨｓｔ（第２チャネル推定値）を求める（図４のステップＳ２６）。参照信号が無い部分は補完する。
【数１８】
0005639287.tif 000019
【００３６】
次に、ＭＩＭＯ復調部８は、チャネル等化を行う。以下の式は、ＺＦ（Zero-Forcing）法によるチャネル等化の例を示している。
【数１９】
0005639287.tif 000020
ここで、アダプティブアンテナシステム（ＡＡＳ）におけるヌルステアリングにより、多重波は抑圧されているとする。また、雑音部分は無視する。
【００３７】
ＳＦＢＣの場合、Ｘｓｔは以下の式になる。
【数２０】
0005639287.tif 000021
上式は変形して、以下の式になる。
【数２１】
0005639287.tif 000022
ＭＩＭＯ復調部８は、上式から、Ｓ１（ｆ１）、Ｓ１（ｆ２）について、最大比合成を行う。
【数２２】
0005639287.tif 000023
【００３８】
一方、空間多重の場合、Ｘｓｔは以下の式になる。
【数２３】
0005639287.tif 000024
【００３９】
なお、上述した実施の形態では、信号合成部４は、少なくとも、第１データストリームのおける第１参照信号に関する値と、第２データストリームにおける同一送信周波数かつ第１参照信号から時間軸方向に直近の第２参照信号に関する値とを合成することが好ましいとしたが、信号合成部４は、少なくとも、第１データストリームにおける第１参照信号に関する値と、第２データストリームにおける同一送信タイミングかつ第１参照信号から周波数軸方向に直近の第２参照信号に関する値とを合成するようにしてもよい。
【００４０】
上述したように、本発明は、受信した各レイヤーの参照信号と既知の参照信号から第１チャネル推定値を求め、レイヤー毎に直交した信号列を上記第１チャネル推定値に乗算した後に、レイヤー毎の信号を合成し、該直交信号列と合成した信号とから、アダプティブアレイアンテナウェイトを計算し、受信したデータ信号と参照信号をレイヤー毎の上記ウェイトでアンテナ合成を行い、合成後の参照信号から第２チャネル推定値を求め、レイヤー毎の上記チャネル推定結果からＭＩＭＯ復調を行うようにしているので、異なるレイヤーに対して、適切なヌルステアリングを行うことができ、通信品質を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  受信部
２  第１チャネル推定値算出部
３  直交信号列乗算部
４  信号合成部
５  ウェイト計算部
６  ウェイト合成部
７  第２チャネル推定値算出部
８  ＭＩＭＯ復調部
【図１】
0005639287.tif 000025
【図２】
0005639287.tif 000026
【図３】
0005639287.tif 000027
【図４】
0005639287.tif 000028