(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用し、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムにおいて使用され、前記複数の受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号から送信データを推定するＭＩＭＯ復調装置であって、
前記複数のアンテナで受信した受信信号間の位相差分を利用して各受信信号の位相ずれを補償し、位相ずれが補償された前記各受信信号を位相補正信号として出力する位相差分補正装置と、
複数の前記位相補正信号を入力とし、符号間干渉を含む前記各受信信号における干渉の除去と、前記伝送路に多重化されて送信された信号から希望信号を分離抽出する処理とを適応制御によって実行して前記希望信号を出力する干渉補償装置と、
前記干渉補償装置に接続され、前記希望信号に残留する位相誤差を補償する位相雑音補償装置と、
前記位相雑音補償装置の出力信号から、送信データを判定して出力するとともに、前記位相雑音補償装置の出力信号と前記送信データとの差を誤差信号として出力する信号判定装置と、
前記誤差信号に対して、前記位相雑音補償装置での位相誤差補償量に応じた位相回転処理を施す誤差信号位相回転器と、
を有し、
前記誤差信号位相回転器において前記位相回転処理が施された前記誤差信号が、前記干渉補償装置における適応制御に使用され、
前記位相差分補正装置において、前記位相差分は、送信信号の系列に挿入されて受信側において既知である信号に基づいて決定される、ＭＩＭＯ復調装置。
【請求項２】
前記位相差分補正装置は、
前記各受信アンテナからの受信信号が前記既知の信号である場合に限り前記位相差分を検出する位相差分検出器と、
前記位相差分検出器の出力信号を累積加算する加算装置と、
前記各受信信号に対し、前記加算装置の出力に応じた位相回転処理を行って前記位相補正信号を出力する受信信号位相回転器と、
を備える、請求項１に記載のＭＩＭＯ復調装置。
【請求項３】
前記位相雑音補償装置は、
前記希望信号と該希望信号に最も近い送信信号との位相差を算出する位相誤差検出装置と、
前記位相誤差検出装置の出力信号に基づいて位相誤差補償用の信号を生成する補償信号生成装置と、
前記補償信号生成装置で生成された信号に応じて前記希望信号の位相を回転させて出力する希望信号位相回転器と、
を備え、
前記位相誤差検出装置と前記補償信号生成装置が前記希望信号位相回転器を介して接続して位相ロックループを構成する、請求項１または２に記載のＭＩＭＯ復調装置。
【請求項４】
前記干渉補償装置は、
複数であって前記受信信号の数と同数の最小二乗平均等化器と、
前記希望信号を生成するために前記複数の最小二乗平均等化器の出力を加算して出力する加算器と、
を備え、
前記最小二乗平均等化器の各々は複数の前記位相補正信号の各々に対応して、当該位相補正信号を入力とし、
前記最小二乗等化器のフィルタ係数を制御するために前記誤差信号位相回転器から入力する前記誤差信号は、複数の前記最小二乗平均等化器に対して共通に供給される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＩＭＯ復調装置。
【請求項５】
前記見通し内多入力多出力無線通信システムは、前記複数の送信アンテナと前記複数のアンテナの間で、相互に直交する２つの偏波成分を使用して、前記伝送遅延の差を利用した多重化に加えて偏波多重を行なうシステムであり、
前記位相差分補正装置が前記偏波成分ごとに設けられ、
前記干渉補償装置は符号間干渉に加えて偏波間干渉も除去する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＭＩＭＯ復調装置。
【請求項６】
前記干渉補償装置は、
偏波成分に基づいて分離している前記受信信号の数と同数設けられて前記位相補正信号にそれぞれ対応する最小二乗平均等化器と、
偏波成分ごとに設けられて当該偏波成分に対応する複数の前記最小二乗平均等化器の出力を加算する加算器と、
前記干渉補償装置の出力に関して異偏波となる位相成分に対応する前記加算器の出力の位相を補正する異偏波位相補正装置と、
前記希望信号を生成するために、前記干渉補償装置の出力に関して自偏波となる位相成分に対応する前記加算器の出力と前記位相補正装置の出力とを加算する加算器と、
を備え、
前記最小二乗等化器のフィルタ係数を制御するために前記誤差信号位相回転器から入力する前記誤差信号は、前記複数の最小二乗平均等化器に対して共通に供給される、請求項５に記載のＭＩＭＯ復調装置。
【請求項７】
前記異偏波位相補正装置は、
前記異偏波となる位相成分に対応する前記加算器の出力の位相を回転させる異偏波位相回転器と、
前記誤差信号位相回転器から出力される前記誤差信号と前記等化器位相回転器の出力との位相差の差分を検出する異偏波位相差分検出器と、
前記検出器の出力に応じて前記等化器位相回転器での位相回転量を制御する信号を生成する異偏波補償信号生成装置と、
を備える、請求項６に記載のＭＩＭＯ復調装置。
【請求項８】
前記既知の信号は、同期捕捉のために送信フレームに付加されるプリアンブル、及び、送信信号の系列に対して周期的に挿入されるパイロット信号の少なくとも一方である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＭＩＭＯ復調装置。
【請求項９】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用し、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムにおける、前記複数の受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号から送信データを推定するＭＩＭＯ復調方法であって、
送信信号の系列に挿入されて受信側において既知である信号に基づいて、前記複数のアンテナで受信した受信信号間の位相差分を決定することと、
前記位相差分を利用して各受信信号の位相ずれを補償して位相補正信号として出力することと、
複数の前記位相補正信号に対し、符号間干渉を含む前記各受信信号における干渉の除去と、前記伝送路に多重化されて送信された信号から希望信号を分離抽出する処理とを適応制御によって実行することと、
前記希望信号に残留する位相誤差を補償することと、
前記位相誤差が補償された希望信号に基づいて送信データを判定して出力することと、
前記位相誤差が補償された希望信号と前記送信データとの差を誤差信号として、前記誤差信号に対して前記位相誤差の補償量に応じた位相回転処理を施すことと、
を有し、
前記位相回転処理が施された前記誤差信号が前記適応制御に使用される、ＭＩＭＯ復調方法。
【請求項１０】
前記見通し内多入力多出力無線通信システムは、前記複数の送信アンテナと前記複数のアンテナの間で、相互に直交する２つの偏波成分を使用して、前記伝送遅延の差を利用した多重化に加えて偏波多重を行なうシステムであり、
前記偏波成分ごとに、前記位相差分を決定し、前記各受信信号の位相ずれを補償して前記位相補正信号を出力し、
前記各受信信号における偏波間干渉も除去する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数の送信アンテナと２本の受信アンテナを使用し、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムにおける、前記２本の受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号ｒ1，ｒ2から送信データを推定するＭＩＭＯ復調方法であって、
前記受信信号ｒ1，ｒ2を相互に逆方向にΔだけ位相を回転して位相補正信号ｒ1'，ｒ2'を生成するとともに、前記位相補正信号ｒ1'，ｒ2'を使用して前記位相回転量Δを更新することと、
前記位相補正信号ｒ1'，ｒ2'から、最小二乗平均等化におけるタップ係数Ｗとの乗算及び加算処理によって、符号間干渉と前記伝送路に多重化して伝送したことによる干渉を除去した希望信号ｕ1，ｕ2を算出することと、
前記希望信号ｕ1，ｕ2に対して、位相雑音による位相回転ψ1，ψ2を補正して信号ｕ1'，ｕ2'を算出するとともに前記位相回転量ψ1，ψ2を更新することと、
前記信号ｕ1'，ｕ2'から最も近い送信信号ｓ1，ｓ2を算出することと、
前記送信信号ｓ1，ｓ2と前記信号ｕ1'，ｕ2'の差分値に対し、前記位相回転量ψ1，ψ2によって位相回転を施した誤差信号ε1，ε2を算出することと、
前記誤差信号ε1，ε2と前記信号ｒ1'，ｒ2'によって、前記最小二乗平均等化タップ係数Ｗを更新することと、
を含むＭＩＭＯ復調方法。
【請求項１２】
複数の送信アンテナと２本の受信アンテナを使用し、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行うとともに、相互に直交する２つの偏波成分を使用した偏波多重を行う、偏波多重見通し内ＭＩＭＯ無線通信システムにおける、前記２本の受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hから送信データを推定する復調方法であって、
前記受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hのうち一方の偏波成分の受信信号である信号ｒ1V，ｒ2Vに対し、相互に逆方向にΔVだけ位相を回転して位相補正信号ｒ1V'，ｒ2V'を生成し、他方の偏波成分の受信信号である信号ｒ1H，ｒ2Hに対し、相互に逆方向にΔHだけ位相を回転して位相補正信号ｒ1H'，ｒ2H'を生成するとともに、前記位相補正信号ｒ1V'，ｒ2V'及びｒ1H'，ｒ2H'を使用して、前記位相回転量ΔV及びΔHを更新することと、
前記位相補正信号ｒ1V'，ｒ1H'，ｒ2V'，ｒ2H'から、最小二乗平均等化タップ係数Ｗとの乗算加算と偏波間の位相ずれρ1V，ρ1H，ρ2V，ρ2Hによる位相回転処理によって、符号間干渉と偏波多重による偏波間干渉と前記伝送路に多重化して伝送したことによる干渉を除去した希望信号ｕ1V，ｕ1H，ｕ2V，ｕ2Hを算出することと、
前記希望信号ｕ1V，ｕ1H，ｕ2V，ｕ2Hに対して、残留位相雑音による位相回転量ψ1V，ψ1H，ψ2V，ψ2Hを補正して信号ｕ1V'，ｕ1H'，ｕ2V'，ｕ2H'を算出するとともに前記位相回転量ψ1V，ψ1H，ψ2V，ψ2Hを更新することと、
前記信号ｕ1V'，ｕ1H'，ｕ2V'，ｕ2H'から最も近い送信信号ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hを算出することと、
前記送信信号ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hと信号ｕ1V'，ｕ1H'，ｕ2V'，ｕ2H'との差分値に対し、前記位相回転量ψ1V，ψ1H，ψ2V，ψ2Hによって位相回転を施した誤差信号ε1V，ε1H，ε2V，ε2Hを算出することと、
前記誤差信号ε1V，ε1H，ε2V，ε2Hと前記信号ｒ1V'，ｒ1H'，ｒ2V'，ｒ2H'とによって、前記最小二乗平均等化タップ係数Ｗと前記偏波間の位相ずれρ1V，ρ1H，ρ2V，ρ2Hを更新することと、
を含むＭＩＭＯ復調方法。
【請求項１３】
複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用し、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムにおいて、前記複数の受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号から送信データを推定する処理を実行するコンピュータを、
送信信号の系列に挿入されて受信側において既知である信号に基づいて、前記複数のアンテナで受信した受信信号間の位相差分を決定し、該位相差分を利用して各受信信号の位相ずれを補償し、位相ずれが補償された前記各受信信号を位相補正信号として出力する位相差分補正装置、
複数の前記位相補正信号を入力とし、符号間干渉を含む前記各受信信号における干渉の除去と、前記伝送路に多重化されて送信された信号から希望信号を分離抽出する処理とを適応制御によって実行して前記希望信号を出力する干渉補償装置、
前記干渉補償装置に接続され、前記希望信号に残留する位相誤差を補償する位相雑音補償装置、
前記位相雑音補償装置の出力信号から、送信データを判定して出力するとともに、前記位相雑音補償装置の出力信号と前記送信データとの差を誤差信号として出力する信号判定装置、
前記誤差信号に対して、前記位相雑音補償装置での位相誤差補償量に応じた位相回転処理を施す誤差信号位相回転器、
として機能させ、前記位相回転処理が施された前記誤差信号が前記適応制御において使用されるようにするプログラム。
【請求項１４】
アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムであって、
それぞれ送信信号を送出する複数の送信アンテナを備える送信装置と、
複数の受信アンテナと、各受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号から送信データを推定するＭＩＭＯ復調装置と、を有する受信装置と、
を備え、
前記ＭＩＭＯ復調装置は、
前記複数のアンテナで受信した受信信号間の位相差分を利用して各受信信号の位相ずれを補償し、位相ずれが補償された前記各受信信号を位相補正信号として出力する位相差分補正装置と、
複数の前記位相補正信号を入力とし、符号間干渉を含む前記各受信信号における干渉の除去と、前記伝送路に多重化されて送信された信号から希望信号を分離抽出する処理とを適応制御によって実行して前記希望信号を出力する干渉補償装置と、
前記干渉補償装置に接続され、前記希望信号に残留する位相誤差を補償する位相雑音補償装置と、
前記位相雑音補償装置の出力信号から、送信データを判定して出力するとともに、前記位相雑音補償装置の出力信号と前記送信データとの差を誤差信号として出力する信号判定装置と、
前記誤差信号に対して、前記位相雑音補償装置での位相誤差補償量に応じた位相回転処理を施す誤差信号位相回転器と、
を有し、
前記誤差信号位相回転器において前記位相回転処理が施された前記誤差信号が、前記干渉補償装置における適応制御に使用され、
前記位相差分補正装置において、前記位相差分は、前記送信信号の系列に挿入されて前記受信装置において既知である信号に基づいて決定される、見通し内多入力多出力無線通信システム。
【請求項１５】
前記位相差分補正装置が相互に直交する２つの偏波成分ごとに設けられ、
前記干渉補償装置は符号間干渉に加えて偏波間干渉も除去し、
前記複数の送信アンテナと前記複数のアンテナの間で、前記伝送遅延の差を利用した多重化に加えて前記２つの偏波成分使用した偏波多重を行う、請求項１４に記載の見通し内多入力多出力無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波及びミリ波帯などの周波数帯域を用いた見通し内（ＬＯＳ；Line-Of-Sight）無線通信に関し、特に無線通信における通信容量を増大させることができる多入力多出力（ＭＩＭＯ；Multiple-Input Multiple-Output）無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信において、占有周波数帯域を増加させることなく通信容量を増大させる技術として、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを使用したＭＩＭＯ通信システムが実用化されている。この技術は、これまで、携帯電話あるいは無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク；Local Area Network）など、見通し外（ＮＬＯＳ；Non-Line-Of-Sight）の移動体通信システムへの応用を中心に発展してきたが、最近では、マイクロ波及びミリ波を用いた見通し内固定無線通信システムへの適用が検討されている。【０００３】
見通し内固定無線システムにおいては、これまで、変調多値数の増加による超多値化と、水平偏波及び垂直偏波の両方を用いた偏波多重化とによって、限られた帯域内で通信容量の増大を実現してきたが、トラフィックの増大に伴うさらなる大容量化への要請に応える技術として、ＭＩＭＯ技術が注目されるに至っている。【０００４】
Driessenらは、見通し内固定無線通信におけるＭＩＭＯ（ＬＯＳ−ＭＩＭＯ）伝送の原理を説明している（非特許文献１）。また、Driessenら（非特許文献１）及びSarrisら（非特許文献２）は、複数の送信アンテナと受信アンテナを適切に配置することによって伝送遅延の差を調整することにより、調整された伝送遅延の差によるキャリアの位相回転量が信号対雑音比の向上に貢献して、通信容量の増大が可能となることを示している。送信アンテナと受信アンテナが各２つずつのケースでは、送信アンテナと受信アンテナが１つずつの通常の一入力一出力（ＳＩＳＯ；Single-Input Signle-Output）伝送と比較して信号対雑音比における最大３ｄＢの改善が見込め、通信容量は２倍となる。このような見通し内ＭＩＭＯ通信は、電波の反射、回折及び散乱によって多数の信号が重なり合って時間的に変動する多重伝送波を積極的かつ効果的に利用した、移動体通信や無線ＬＡＮ等における見通し外ＭＩＭＯ（ＮＬＯＳ−ＭＩＭＯ）通信とは区別される。【０００５】
このようなマイクロ波帯やミリ波帯を利用した見通し内固定無線システムにおけるＭＩＭＯ通信の例が特許文献１〜３に示されている。これらの文献に示されるシステムは、ＭＩＭＯ伝送によって多重化された受信信号から所望の信号を分離抽出する手段と、抽出された信号に対して通常の復調処理を行う手段とをタンデムに配置した構成を有している。通常の復調処理とは、単一送信アンテナ及び単一受信アンテナによるＳＩＳＯ伝送において一般的に使用されているような復調処理のことである。ＭＩＭＯに関する信号分離抽出手段は、ＭＩＭＯ伝送路モデルを表現するパラメータを、直交するパターンを形成する数シンボルからなるパイロット信号系列を伝送することによって推定し、ＭＩＭＯ伝送路で生じた多重化に対応する逆変換を受信信号に対して信号処理によって施すことによって、信号分離を実現している。特に特許文献１に記載されたシステムでは、ＭＩＭＯによる空間多重化に加えて偏波多重も使用した上で、偏波間の干渉成分を除去するために干渉補償器を設け、偏波間の干渉成分が除去された信号に対してＭＩＭＯ復調処理を行っている。【０００６】
また、Ingasonらは、ＭＩＭＯに関する信号分離手段をフェージングによる符号間干渉を補償する等化器と一体化したＭＩＭＯ復調方法を示している（非特許文献３）。これによれば、直交するパターンを形成する既知の数シンボルからなるパイロット信号系列を必要とせずに単なる既知の信号を用いて伝送路推定を行うことができ、干渉除去処理後の誤差信号を使ってＭＩＭＯに関する信号処理と符号間干渉補償のための等化器のタップ係数を制御することにより復調が行える。【０００７】
マイクロ波帯やミリ波帯を利用した見通し内固定無線通信においては、通信容量増大のため１０２４ＱＡＭ（直交振幅変調；Quadrature Amplitude Moduration）以上の超多値伝送が既に使用されており、さらなる大容量化を達成するためには、ＭＩＭＯ伝送技術はこのような超多値変調と併用して適用可能である必要がある。ところが、マイクロ波帯あるいはミリ波帯での固定無線通信においてＭＩＭＯ伝送を行う場合、各送信アンテナの間隔についての制約（及び受信アンテナの間隔についての制約から、具体的には送信アンテナの相互間の間隔を大きくし、受信アンテナの相互間の間隔も大きくする必要があるから、各アンテナにおいて発生する位相雑音を共通のものとすることはできない。したがって、各アンテナに付随する位相雑音はアンテナごとに独立のものとして扱う必要があるが、この独立な位相雑音は、ＭＩＭＯ伝送の通信品質を著しく劣化させるという問題がある。したがって見通し内ＭＩＭＯ通信システムでは、さらなる大容量化、高品質化、低コスト化を実現するために、位相雑音補償機能及び干渉補償機能を有するＭＩＭＯ復調装置やＭＩＭＯ復調方法が求められている。【０００８】
前記のＭＩＭＯ信号分離処理と単一入力単一出力（ＳＩＳＯ：Single-Input Single-Output）復調処理のタンデム構造によるＭＩＭＯ復調方法においては、アンテナごとの独立な位相雑音の時間変動がＭＩＭＯ伝送路モデルを表現するパラメータの変動よりも早いため、直交するパターンを形成する既知の数シンボルからなるパイロット信号系列を、より高い頻度で伝送して、位相雑音の時間変動に追従する必要があり、このため本来の目的であった通信容量の増大が著しく制限される。また、ＭＩＭＯに関する信号分離手段とフェージングによる符号間干渉を補償する等化器と一体化したＭＩＭＯ復調方法においても、送信アンテナ及び受信アンテナの各々で位相雑音が独立の場合には、これに起因する通信品質の劣化を避けることは困難である。【０００９】
ＭＩＭＯ通信システムにおいて位相雑音を補償する技術として、双方向通信を行う２つの無線局（サイト）間でＭＩＭＯ通信を行う場合に、順方向チャネルでの位相計測を行って位相ずれを測定し、この位相ずれに基づいて逆方向チャネルに対する位相補正を計算して、計算された位相補正を逆方向チャネルに適用することが提案されている（特許文献４）。しかしながら、見通し内ＭＩＭＯシステムは必ずしも双方向通信に使用されるとは限られないから、特許文献４に示される方法の汎用性は低い。受信側だけで行われる処理によって位相雑音を補償する技術として、受信機の局部発振における位相雑音を補償するために、受信したパイロット信号から求めたチャネル推定値と誤り訂正後の信号から生成された送信レプリカとを求めて局部発振における位相雑音を推定し、推定された位相雑音の複素共役を受信信号に乗ずることで位相雑音の補償を行うことが提案されている（特許文献５）。しかしながら特許文献５の技術は、局部発振の位相雑音の補償を行うことはできるが、複数の受信アンテナにおける独立して変化する位相雑音の補償を行うことはできない。【００１０】
さらに、マイクロ波帯やミリ波帯を利用した見通し内固定無線通信においては、超多値伝送が水平偏波及び垂直偏波を利用した偏波多重伝送とともに使用されており、見通し内通信システムにおけるＭＩＭＯ復調方法は、このような超多値かつ偏波多重伝送とも併用可能である必要がある。この場合も同様にアンテナ及び偏波ごとに独立に生じる位相雑音による通信品質の劣化が大きな問題となり、各伝送パスの信号多値数が制限されるため、見通し内ＭＩＭＯと偏波多重と超多値伝送との併用は困難であるという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００９／０６９７９８号
【特許文献２】国際公開第２００８／０９９９６４号
【特許文献３】国際公開第２００８／０５９９８５号
【特許文献４】国際公開第２００９／０９３２３３号
【特許文献５】特開２０１０−１１９０７０号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】P. F. Driessen and G. J. Foschini, "On the Capacity Formula for Multiple Input - Multiple Output Wireless Channels: A Geometric Interpretation," IEEE Transactions on Communications, Vol.47, No.2, pp.173-176, February 1999.
【非特許文献２】I. Sarris and A. R. Nix, "Maximum MIMO Capacity in Line-of-Sight," IEEE International Conference on Information, Communications and Signal Processing (ICICS), Proceedings, pp.1236-1240, December 2005.
【非特許文献３】T. Ingason, H. Liu, M. Coldrey, A. Wolfgang, and J. Hansryd, "Impact of Frequency Selective Channels on a Line-of-Sight MIMO Microwave Radio Link," IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Proceedings, May 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
マイクロ波帯やミリ波帯を利用した固定無線システムにおける見通し内ＭＩＭＯ伝送に関して、アンテナごとに独立かつ高レベルな位相雑音が生じる場合、上記の方法に基づいたＭＩＭＯ復調器及び復調では、通信品質の劣化は不可避であり、これにより伝送多値数が制限されるため、多値伝送とＭＩＭＯ伝送の併用が困難になり、ＭＩＭＯ技術を採用しない場合と比較して通信容量の著しい増大が望めず、ＭＩＭＯ技術導入のメリットが乏しくなるという課題がある。また、偏波多重を併用する場合も同様に、アンテナ及び偏波ごとに独立に生じる位相雑音によって、多値伝送、偏波多重化とＭＩＭＯ伝送の併用が困難になり、ＭＩＭＯ技術の導入による通信容量の増大が望めないという課題がある。また、多値伝送、偏波多重化、ＭＩＭＯ伝送の併用による大容量通信システム実現のため、位相雑音レベルの極めて低いアンテナユニットを使用することは大幅なコスト増を伴うという問題点がある。【００１４】
本発明の目的は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、アンテナごとに独立な位相雑音を補償し、多値伝送と見通し内ＭＩＭＯ伝送の併用を可能にするＭＩＭＯ復調装置及び方法と、このようなＭＩＭＯ復調装置を組み込んだＭＩＭＯ無線通信システムとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の例示的な態様によれば、ＭＩＭＯ復調装置は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用し、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムにおいて使用され、複数の受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号から送信データを推定するＭＩＭＯ復調装置であって、複数のアンテナで受信した受信信号間の位相差分を利用して各受信信号の位相ずれを補償し、位相ずれが補償された各受信信号を位相補正信号として出力する位相差分補正装置と、複数の位相補正信号を入力とし、符号間干渉を含む各受信信号における干渉の除去と、伝送路に多重化されて送信された信号から希望信号を分離抽出する処理とを適応制御によって実行して希望信号を出力する干渉補償装置と、干渉補償装置に接続され、希望信号に残留する位相誤差を補償する位相雑音補償装置と、位相雑音補償装置の出力信号から、送信データを判定して出力するとともに、位相雑音補償装置の出力信号と送信データとの差を誤差信号として出力する信号判定装置と、誤差信号に対して、位相雑音補償装置での位相誤差補償量に応じた位相回転処理を施す誤差信号位相回転器と、を有し、誤差信号位相回転器において位相回転処理が施された誤差信号が、干渉補償装置における適応制御に使用され、位相差分補正装置において、位相差分は、送信信号の系列に挿入されて受信側において既知である信号に基づいて決定される。【００１６】
本発明の別の例示的な態様によれば、ＭＩＭＯ復調方法は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを使用し、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムにおける、複数の受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号から送信データを推定するＭＩＭＯ復調方法であって、送信信号の系列に挿入されて受信側において既知である信号に基づいて、複数のアンテナで受信した受信信号間の位相差分を決定することと、位相差分を利用して各受信信号の位相ずれを補償して位相補正信号として出力することと、複数の位相補正信号に対し、符号間干渉を含む各受信信号における干渉の除去と、伝送路に多重化されて送信された信号から希望信号を分離抽出する処理とを適応制御によって実行することと、希望信号に残留する位相誤差を補償することと、位相誤差が補償された希望信号に基づいて送信データを判定して出力することと、位相誤差が補償された希望信号と送信データとの差を誤差信号として、誤差信号に対して位相誤差の補償量に応じた位相回転処理を施すことと、を有し、位相回転処理が施された誤差信号が適応制御に使用される。【００１７】
本発明のさらに別の例示的な態様によれば、見通し内多入力多出力無線通信システムは、アンテナ間の離隔距離によって調整された伝送遅延の差を利用して伝送路の多重化を行う見通し内多入力多出力無線通信システムであって、それぞれ送信信号を送出する複数の送信アンテナを備える送信装置と、複数の受信アンテナと各受信アンテナにおいてそれぞれ受信された受信信号から送信データを推定する上述したＭＩＭＯ復調装置とを有する受信装置と、を備える。【００１８】
本発明によれば、受信信号間の位相差分を既知の信号に基づいて決定し、この位相差分利用して各受信信号の位相ずれを補償することにより、アンテナごとに独立な位相雑音を補償することが可能となって、多値伝送と見通し内ＭＩＭＯ伝送の併用を可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の見通し内ＭＩＭＯ復調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】２×２見通し内ＭＩＭＯ伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す伝送システムのベースバンド信号モデルの一例を示すブロック図である。
【図４】伝送信号のフォーマットの一例を示す図である。
【図５】位相差分補正装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図１に示す装置における干渉補償装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】位相雑音補償装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図１に示すＭＩＭＯ復調装置での復調処理を説明する図である。
【図９】図１に示すＭＩＭＯ復調装置を備えるＭＩＭＯ通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】第１の実施形態に基づく見通し内ＭＩＭＯ復調方法を用いて２５６ＱＡＭ伝送を行ったときの誤り率特性を示したグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態の見通し内ＭＩＭＯ復調装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】偏波多重２×２見通し内ＭＩＭＯ伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示す伝送システムのベースバンド信号モデルの一例を示すブロック図である。
【図１４】図１１に示す装置における干渉補償装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】図１１に示すＭＩＭＯ復調装置での復調処理を説明する図である。
【図１６】４×４見通し内ＭＩＭＯ伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態のＭＩＭＯ復調装置における位相差分補正装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】第３の実施形態のＭＩＭＯ復調装置に用いられる位相差分推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】第３の実施形態のＭＩＭＯ復調装置に用いられる補正値算出器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態のＭＩＭＯ復調装置を示している。このＭＩＭＯ復調装置１００は、２つの送信アンテナから独立なデータ列を送信し、送信された信号を２つの受信アンテナで受信する２×２見通し内ＭＩＭＯ伝送システム（図２参照）において用いられるのものであり、２つの受信アンテナから得られる受信信号ｒ1，ｒ2から、もともと送信した２つのデータを復元して出力データＤ1，Ｄ2として出力する装置である。このＭＩＭＯ復調装置１００は、位相差分補正装置１０１と、２つの干渉補償装置１０２と、２つの位相雑音補償装置１０３と、２つの信号判定装置１０４と、２つの位相回転器１０５と、を含んでいる。位相差分補正装置１０１は、２系列の出力データＤ1，Ｄ2に関して共通に設けられるものであるが、干渉補償装置１０２、位相雑音補償装置１０３、信号判定装置１０４及び位相回転器１０５は、２つの出力データＤ1，Ｄ2のそれぞれごとに設けられている。位相回転器１０５は、誤差信号位相回転器とも呼ばれる。
【００２２】
位相差分補正装置１０１は２つの受信アンテナからそれぞれ得られる受信信号ｒ1及び受信信号ｒ2を入力し、これら２つの受信アンテナにおいて独立に生じた位相雑音による位相のずれを補正して位相補正信号ｒ1'，ｒ2'として出力するものである。干渉補償装置１０２は、位相のズレが補正された２つの信号ｒ1'，ｒ2'を入力し、符号間干渉を含む受信信号ｒ1，ｒ2における干渉の除去と、多重化された送信信号から希望信号を分離抽出する処理とを適応制御によって実行して希望信号を出力するものである。一例として干渉補償装置１０２は、ＭＩＭＯ伝送路において伝送中に生じたフェージングなどによる符号間干渉を除去するとともに、ＭＩＭＯ伝送路において多重化された二つの送信信号を分離して、いずれか一方を希望信号として出力する。ここで、出力データＤ1の側に設けられている干渉補償装置１０２からの希望信号をｕ1とし、出力データＤ2の側に設けられている干渉補償装置１０２からの希望信号をｕ2としている。干渉補償装置１０２には、位相のずれが補正されたのちの２つの受信信号ｒ1'，ｒ2'以外にも、符号間干渉の補償と信号分離を最適に行うための適応制御に用いられる制御用信号も入力する。
【００２３】
位相雑音補償装置１０３は、干渉補償装置１０２から出力信号すなわち希望信号ｕ1，ｕ2に残留する位相雑音を補償して信号ｕ1'，ｕ2'として出力するともに、位相雑音を補償するときに用いた位相補償量を位相誤差補償信号として出力する。信号判定装置１０４は、位相雑音補償装置１０３の出力信号ｕ1'，ｕ2'から、それに最も近い送信信号ｓ1，ｓ2の判定を行って、得られた推定送信信号に対応するデータを送信データＤ1，Ｄ2として出力し、さらに、判定された送信信号ｓ1，ｓ2と信号ｕ1'，ｕ2'との差を誤差信号として出力する。出力データＤ1，Ｄ2ごとに、信号判定装置１０４から出力された誤差信号は、位相回転器１０５に供給されて位相雑音補償装置１０３からの位相誤差補償信号によって位相補償がなされ、干渉補償装置１０２の制御用信号として使用される。
【００２４】
本実施形態では、複数の受信アンテナにおいて独立に生じた位相雑音による位相ずれの補償を最初に行い、その後、干渉補償を実行した後に、送信アンテナの位相雑音を含む残留位相雑音の補償を行う２段階の構成とすることで、アンテナごとに独立な位相雑音による劣化を補償することができ、多値伝送と見通し内ＭＩＭＯ伝送の併用による大容量データ通信を可能にすることができる。
【００２５】
次に本実施形態のＭＩＭＯ復調装置１００の動作について、ＭＩＭＯ無線伝送方式も含めて説明する。ここでは、データの伝送には、位相情報をデータの識別に使用する変調方式が用いられるものとし、一例として、直交振幅変調（ＱＡＭ）が用いられる場合を説明する。
【００２６】
図２は、送信アンテナ数が２、受信アンテナ数が２の見通し内ＭＩＭＯ無線伝送システムの構成を表している。送信側、受信側のいずれも、屋内装置（ＩＤＵ；In Door Unit）７０１と、アンテナを含む屋外装置（ＯＤＵ；Out Door Unit）７０２と、からなっており、屋内装置７０１に対して２つの屋外装置７０２が接続している。図３は、屋内装置７０１に含まれる変復調処理部、屋外装置７０２において生じる雑音源、及び見通し内ＭＩＭＯ伝送路をベースバンド信号モデルで表したものであり、送信データＸ1，Ｘ2とＭＩＭＯ復調装置１００の入力信号との関係を示している。ＱＡＭ方式においては、信号点数が２mの場合（ｍは正の整数）、変調器（ＭＯＤ）８０１において伝送する送信データ列をｍビットごとに区切り、ｍビットを２m個の信号点の一つにマッピングする。マッピングされた信号点は複素数値で表すことができ、これを送信信号と呼ぶことにする。
【００２７】
伝送される信号フレームの典型的な信号フォーマットの一例を図４に示す。信号フォーマットは、フレームの始まりを示し同期の捕捉や確立などに使用されるプリアンブルと、制御用信号として適切な間隔で挿入されるパイロット信号と、伝送したいデータ本体に対応するペイロード部分からなる。ペイロードの内容は、実際にその信号フレームが受信側に到達しない限り受信側では不明であるが、プリアンブル及びパイロット信号は、送信側と受信側との間で事前に取り決められているものであって、受信側において既知の信号である。以下の説明では、プリアンブルやパイロット信号などの、受信側において既知の信号をパイロットと呼ぶことにする。本実施形態では、受信側で既知である信号すなわちパイロットを用いて、受信側において位相差分の補正を実行する。したがって、送信側に設けられる複数のアンテナからは、同一のパイロットを送信する必要がある。送信側アンテナからのパイロットの送出タイミングは一致していることが好ましい。以下では、以下では、各変調器８０１から出力される伝送信号が図４のフォーマットにしたがうものとして、説明を行う。以下の説明において、送信側の２つのアンテナを送信アンテナ＃１，＃２と呼び、受信側の２つのアンテナを受信アンテナ＃１，＃２を呼ぶ。
【００２８】
図３のベースバンド信号伝送モデルにおいて、送信側での２つの変調器８０１のうち送信アンテナ＃１から送信する出力信号列すなわち送信信号をｓ1、送信アンテナ＃２から送信する出力信号列をｓ2とすると、ＭＩＭＯ復調装置１００の入力となる受信信号列ｒ1，ｒ2は、行列表記を使い、次の式(1)で表現できる。受信信号列ｒ1，ｒ2は、それぞれ、受信アンテナ＃１で受信された受信信号と受信アンテナ＃２で受信された受信信号である。
【００２９】
【数１】
0006583292.tif 000002
【００３０】
ここで、φ1(T)，φ2(T)は、送信アンテナ＃１，＃２による位相雑音であって、位相回転器８０２によって表現される。ｈ11，ｈ21，ｈ12，ｈ22は、ＭＩＭＯ伝送における４つの伝送パス８０４のインパルスレスポンスを表しており、θは、伝送パスの遅延差による位相回転であり、位相回転器８０５によって表現されている。加算器８０６によって加算された各パスの信号は、受信アンテナ＃１，＃２で受信され、位相雑音φ1(R)，φ2(R)の影響を受ける。位相雑音φ1(R)，φ2(R)は、送信側と同様に、位相回転器８０７によって表現される。位相雑音の影響を受けた受信信号は、熱雑音の影響を受けるが、これは加算器８０８におけるノイズ信号ｎ1，ｎ2との加算よって表現される。このようにして式(1)によって表される受信信号列ｒ1，ｒ2は、ＭＩＭＯ復調装置１００に入力される。ＭＩＭＯ復調装置１００の役割は、与えられた受信信号ｒ1，ｒ2から、送信信号ｓ1，ｓ2を推定することである。
【００３１】
式(1)に示されるように、ノイズ信号ｎ1，ｎ2を無視すると、受信信号ｒ1，ｒ2は、送信信号ｓ1，ｓ2に対して３個の行列を順に左から乗算した形をしている。そこでＭＩＭＯ復調装置１００は、この３個の行列による作用を順番に取り除く処理を行って、送信信号ｓ1，ｓ2を推定する。図１に示したように、ＭＩＭＯ復調装置１００は、大別して、位相差分補正装置１０１、干渉補償装置１０２及び位相雑音補償装置１０３からなっているが、これらは、各々、式(1)における位相雑音φ1(R)，φ2(R)を成分とする左端の行列、４つの伝送パスに関する干渉を表す中央の行列、及び、位相雑音φ1(T)，φ2(T)を成分とする右端の行列による作用を取り除く処理を実行するものである。
【００３２】
ＭＩＭＯ復調装置１００に入力された受信信号ｒ1，ｒ2は、まず位相差分補正装置１０１に入力される。位相差分補正装置１０１に入力される受信信号ｒ1，ｒ2は、受信アンテナでの受信後、ベースバンドに周波数変換され、さらにアナログ／デジタル変換によってデジタル信号に変換された信号であるものとする。もっとも、ベースバンドへの周波数変換は必須のものではない。位相差分補正装置１０１では、受信アンテナにおいて生じた位相雑音φ1(R)，φ2(R)による影響を抑圧する。以下、位相差分補正装置１０１の詳細について説明する。まず、前記の式(1)は次の式(2)の形に変形できる。
【００３３】
【数２】
0006583292.tif 000003
【００３４】
ここで、Δとψ1，ψ2とは、それぞれ、次の式(3), (4)によって表すことができる。
【００３５】
【数３】
0006583292.tif 000004
【００３６】
【数４】
0006583292.tif 000005
【００３７】
位相差分補正装置１０１は、受信信号ｒ1，ｒ2を入力し、受信アンテナの位相雑音φ1(R)，φ2(R)の差分値にかかわる量である、式(3)に示した位相差分信号Δを推定して、その効果を取り除く。位相差分補正装置１０１の出力信号は、次の式(5)に示したｒ1'，ｒ2'で表される。
【００３８】
【数５】
0006583292.tif 000006
【００３９】
ここで、ｎ1'，ｎ2'は、ノイズ信号ｎ1，ｎ2の位相をΔだけ回転して得られる信号であるが、統計的にはｎ1，ｎ2と同じノイズ信号とみなすことができる。
【００４０】
図５は、位相差分補正装置１０１の一構成例を示している。位相差分補正装置１０１は、受信信号ｒ1，ｒ2の位相をそれぞれ回転させて位相補正信号ｒ1'，ｒ2'として出力する２個の位相回転器２０１と、２個のスイッチ２０２と、位相差分検出器２０３と、位相差分検出器２０３の出力が供給されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０４と、加算器２０５と、加算器２０５の出力に接続するフリップフロップ（Ｆ／Ｆ）２０６と、２個の読出し専用メモリ（リードオンリーメモリ；ＲＯＭ；Read Only Memory）２０７，２０８とを備えている。位相回転器２０１は、受信信号位相回転器とも呼ばれる。位相差分検出器２０３は、位相補正信号ｒ1'，ｒ2'ごとに設けられたスイッチ２０２を介して、これらの信号ｒ1'，ｒ2'が供給されており、これらの信号ｒ1'，ｒ2'の間の位相差を検出する。加算器２０５にはローパスフィルタ２０４の出力とフリップフロップの２０５の出力とが供給されている。フリップフロップ２０６の出力は位相差分信号Δであって、加算器２０５に供給されるほか、ＲＯＭ２０７，２０８に対してアドレスとして供給されている。ＲＯＭ２０７，２０８は、それぞれ、Δに対応する
【００４１】
【数６】
0006583292.tif 000007
【００４２】
の値をテーブル形式で格納したものであって、ＲＯＭ２０７，２０８からの出力が、それぞれ、受信信号ｒ1側の位相回転器２０１と受信信号ｒ2側の位相回転器２０１に入力情報として与えられるようになっている。
【００４３】
以下、この位相差分補正装置１０１の動作について説明する。位相差分信号ΔがＲＯＭ２０７，２０８に与えられているとすると、ＲＯＭ２０７，２０８は、それぞれ、
【００４４】
【数７】
0006583292.tif 000008
【００４５】
を受信信号ｒ1側の位相回転器２０１及び受信信号ｒ2側の位相回転器２０１に与え、これにより、複素乗算器として構成される位相回転器２０１によって、位相差分補正装置１０１に入力された受信信号ｒ1，ｒ2のうち信号ｒ1に対して−Δの位相回転処理が施されて信号ｒ1'が生成し、同様に、信号ｒ2に対して＋Δの位相回転処理が施されて信号ｒ2'が生成する。このような位相補正信号ｒ1'，ｒ2'の出力と同時に位相差分信号Δの更新が行なわれる。位相差分信号Δの更新は、送信側において両方のアンテナから送信される同一のパイロット（ＭＩＭＯ復調装置側で既知であるパイロット信号やプリアンブルなどの信号）に基づいて行われる。スイッチ２０２は、受信信号での伝送フォーマットにおけるパイロットの部分のタイミングにおいて導通状態となり、これにより位相差分検出器２０３は、パイロットの部分における信号ｒ1'，ｒ2'の間の位相差を検出して出力する。位相差分検出器２０３から出力された位相差を表す信号は、ローパスフィルタ２０４を通して高周波成分がカットされ、さらに、フリップフロップ２０６に保持されている前回の位相差分信号Δと加算器２０５において加算され、加算後の信号があらためてフリップフロップ２０６に保持される。これにより位相差分信号Δの更新が行われたことになる。フリップフロップ２０６に保持された位相差分信号Δは、ＲＯＭ２０７，２０８を通して位相回転器２０１への入力情報に変換され、これにより上述したように受信信号ｒ1，ｒ2の位相回転処理が行われることになる。以上が位相差分補正装置１０１の動作である。
【００４６】
干渉補償装置１０２は、位相差分補正装置１０１の出力信号すなわち位相補正信号ｒ1'，ｒ2'から、２×２ＭＩＭＯ伝送路における４つのパスに関する干渉を除去する装置であって、干渉補償装置１０２の出力信号すなわち希望信号は、次の式(6)に示したｕ1，ｕ2に相当する。式(6)においてξ1，ξ2はノイズ信号を表すが、これを最小限に抑えるように干渉補償装置１０２が構成される。
【００４７】
【数８】
0006583292.tif 000009
【００４８】
図６は、干渉補償装置１０２の構成の一例を示している。図示される干渉補償装置１０２は、位相補償信号ｒ1'，ｒ2'がそれぞれ供給される２つのＬＭＳ（最小二乗平均：Least Mean Square）等化器３０１と、２つのＬＭＳ加算器３０８の出力を加算する加算器３０８と、加算器３０８の出力が供給される自動利得制御（ＡＧＣ；Automatic Gain Control）装置３０９と、乗算器３１０と、定数を格納するＲＯＭ３１１とを備えている。ＡＧＣ装置３０９の出力がこの干渉補償装置１０２の出力信号となる。図１に示す構成における出力データＤ1側の干渉補償装置であれば、干渉補償装置１０２の出力は信号ｕ1であり、出力データＤ2側の干渉補償装置であれば、干渉補償装置１０２の出力は信号ｕ2である。図６では、信号ｕ1，ｕ2を区別しないものとして出力信号ｕで表わしている。干渉補償装置１０２には、２つのＬＭＳ等化器３０１のタップ係数の更新のために、位相回転器１０５からの位相補償済みの誤差信号も供給されている。出力データＤ1側の干渉補償装置に供給される位相補償済みの誤差信号は信号ε1'であり、出力データＤ2側の干渉補償装置に供給される位相補償済みの誤差信号は信号ε2'であり、これらを区別しないときは誤差信号ε'と表すものとする。この誤差信号ε'は、乗算器３１０において、ＲＯＭ３１１に格納された定数が乗算され、乗算後の誤差信号が各ＬＭＳ等化器３０１に供給される。ＬＭＳ等化器３０１の構成とＲＯＭ３１１の定数の設定については後述する。
【００４９】
この干渉補償装置１０２では、位相差分補正装置１０１からの信号ｒ1'が一方のＬＭＳ等化器３０１に供給され、信号ｒ2'が他方のＬＭＳ等化器３０１に供給される。これらの２つのＬＭＳ等化器の出力信号は加算器３０８で加算され、その加算結果がＡＧＣ装置３０９に供給され、ＡＧＣ装置３０９において出力信号レベルの平均が一定範囲内に入るように調整されて出力される。
【００５０】
次に、ＬＭＳ等化器３０１の構成について説明する。ＬＭＳ等化器３０１は、トランスバーサルフィルタに対し、そのタップ係数を更新する機能を追加したものであり、入力信号を遅延するために直列に接続された複数のフリップフロップ３０２を備えるとともに、これら複数のフリップフロップ３０２の入力及び最終段のフリップフロップの出力の各々に対し、タップ係数を保持するフリップフロップ３０３と、遅延された入力信号とタップ係数とを乗算する乗算器３０４と、タップ係数を更新するための乗算器３０５及び加算器３０６とを備えたものである。乗算器３０５には、遅延された入力信号と誤差信号とが供給され、加算器３０６は、フリップフロップ３０３の出力と乗算器３０５の出力とを乗算してフリップフロップ３０３に格納する。本実施形態でのＬＭＳ等化器３０１の動作は通常のＬＭＳ等化器と同様であり、タップ係数の更新に使用する誤差信号は、乗算器３１０の出力とする。したがって、図６に示した干渉補償装置１０２中の２つのＬＭＳ等化器は、共通の誤差信号を利用することになる。
【００５１】
図１に示すように、本実施形態でのＭＩＭＯ復調装置１００は、２つの干渉補償装置１０２を備えており、各干渉補償装置１０２は、２つのＬＭＳ等化器３０１を備えることから、合計で４つのＬＭＳ等化器３０１を有することになる。これら４つのＬＭＳ等化器３０１のタップ係数の最適値について説明し、それに次いでＬＭＳ等化器３０１で使用するタップ係数と、その更新に使用するＲＯＭ３１１に保持する数値の説明をする。
【００５２】
４つのＬＭＳ等化器３０１について、その平均自乗誤差が最小となる最適なタップ係数をそれぞれｗo11，ｗ12o，ｗ21o，ｗ22oと書くことにすると、それらは次の式(7)を満たす。
【００５３】
【数９】
0006583292.tif 000010
【００５４】
ここで、Ｐは送信電力、σ2は式(1)中のノイズ信号ｎ1，ｎ2の各々の分散値を表し、Ｉは単位行列を表す。行列Ｈは次の式(8)で表される。なお、行列Ａに対し、
【００５５】
【数１０】
0006583292.tif 000011
【００５６】
はエルミート転置行列を表すものとする。
【００５７】
【数１１】
0006583292.tif 000012
【００５８】
また、４つのＬＭＳ等化器３０１のタップ係数を各々ｗ11，ｗ12，ｗ21，ｗ22と書くことにすると、４つのＬＭＳ等化器３０１では、２つの干渉補償装置１０２に入力される誤差信号ε1，ε2を使って、これらのタップ係数を次の式(9)のように更新している。
【００５９】
【数１２】
0006583292.tif 000013
【００６０】
ここで、μはＲＯＭ３１１に保持した数値であり、次の不等式（式(10)）を満たすように設定される。
【００６１】
【数１３】
0006583292.tif 000014
【００６２】
ここで、λmは、
【００６３】
【数１４】
0006583292.tif 000015
【００６４】
の最大固有値とする。
【００６５】
各タップ係数の初期値として、例えば、ｗ11，ｗ12，ｗ21，ｗ22のセンタータップ以外のタップ係数を零とし、センタータップの係数を
【００６６】
【数１５】
0006583292.tif 000016
【００６７】
と設定すれば、誤差信号の精度が十分高い場合、式(9)の更新処理を繰り返すことで、各タップ係数は式(7)のｗ11o，ｗ12o，ｗ21o，ｗ22oに近づいていく。これにより、干渉補償装置１０２での適応制御が実行されることになり、逆行列の導出を含む式(7)の演算を直接行うことなく、容易に干渉補償処理が行えるようになる。以上が干渉補償装置１０２中の４つのＬＭＳ等化器３０１に関するタップ係数の更新手順である。
【００６８】
図１に示すようにＭＩＭＯ復調装置１００は、２つの位相雑音補償装置１０３を備える。出力データＤ1側に設けられた位相雑音補償装置１０３は、干渉補償装置１０２が出力する希望信号ｕ1を入力し、式(4)に示した位相誤差ψ1を取り除いて信号ｕ1'として出力する。また誤差信号ε1の位相誤差補償のために、位相誤差ψ1を位相回転器１０５に対して出力する。同様に出力データＤ2側に設けられた位相雑音補償装置１０３は、干渉補償装置１０２からの希望信号ｕ2を入力し、位相誤差ψ2を取り除いて信号ｕ2'として出力し、誤差信号ε2の位相誤差補償のために、位相誤差ψ2を位相回転器１０５に対して出力する。信号ｕ1'，ｕ2'には、式(11)で示される。
【００６９】
【数１６】
0006583292.tif 000017
【００７０】
ここで、ξ1'，ξ2'は、式(6)のノイズ信号ξ1，ξ2の位相を各々−ψ1，−ψ2だけ回転して得られる信号であるが、統計的にはξ1，ξ2と同じノイズ信号とみなせる。
【００７１】
図７は位相雑音補償装置１０３の構成の一例を示している。位相雑音補償装置１０３は、入力信号が供給されて位相回転処理を施し出力信号として出力する位相回転器４０１と、出力信号における位相誤差を検出する位相誤差検出装置４０２と、位相誤差検出装置４０２での検出値に基づいて位相誤差補償信号を生成する補償信号生成装置４０３と、を備えている。位相回転器４０１は、希望信号位相回転器とも呼ばれる。位相誤差補償信号は、外部に出力されるともに、位相回転器４０１に対して位相回転量を示すものとして与えられる。この位相雑音補償装置１０３の構成及び動作は、通常の位相ロックループ（Phase Locked Loop；ＰＬＬ）と同様のものである。すなわち、干渉補償装置１０２からの出力信号を入力し、位相回転器４０１によって、位相誤差を補正した信号を出力する。出力信号は、出力と同時に位相誤差検出装置４０２に入力される。位相誤差検出装置４０２は、入力信号と最も近い送信信号との位相差を算出し、その位相差は補償信号生成装置４０３に入力される。補償信号生成装置４０３では、入力信号の高周波成分をカットし、累積加算することで位相誤差補償信号を生成する。生成された位相誤差補償信号は、位相回転器４０１へ入力されるとともに、位相誤差を表すものとして、干渉補償装置１０２へ供給される誤差信号ε'の生成に利用される。位相誤差検出装置４０２では、位相差の検出のために、入力信号と最も近い送信信号を必要とするが、これは例えば、位相回転器４０１での位相回転処理を行う前の入力信号を量子化するなどしてそれに最も近い送信信号を算出することによって行われる。
【００７２】
図１に示すようにＭＩＭＯ復調装置１００は、２つの信号判定装置１０４を備える。信号判定装置１０４は、位相雑音補償装置１０３の出力信号を入力し、入力信号に最も近い送信信号に対応するデータを出力する。入力信号に最も近い送信信号は、例えば、ＱＡＭによって変調された信号を受信して受信信号とする場合であれば、同相及び直交の各信号成分ごとに入力信号を量子化して最も近い送信信号を算出することによって行われる。また信号判定装置１０４は、同時に、入力信号とそれに最も近い送信信号との差分を誤差信号として出力する。したがって、出力データＤ1に対応する信号判定装置１０４は、信号ｕ1'を入力とし、誤差信号としてε1を出力する。同様に出力データＤ2に対応する信号判定装置１０４は、信号ｕ2'を入力とし、誤差信号としてε2を出力する。
【００７３】
信号判定装置１０４から出力された誤差信号は、位相回転器１０５において、位相誤差補償信号による位相回転処理が施され、干渉補償装置１０２におけるＬＭＳ等化器３０１の誤差信号となる。位相回転器１０５における位相回転量は、位相雑音補償装置１０３の位相回転器４０１における位相回転量の−１倍とする。すなわち、位相雑音補償装置１０３の位相回転器４０１における位相回転量がψであった場合、位相回転器１０５における位相回転量は−ψとする。
【００７４】
図８は、第１の実施形態においてＭＩＭＯ復調装置１００が実行する見通し内ＭＩＭＯ復調の処理手順における各処理間の関係を示したものである。図において矢印は、処理間での信号やパラメータの流れを示している。
【００７５】
ＭＩＭＯ復調装置１００は、ステップ１１００に示すように、受信信号ｒ1，ｒ2を入力とする。するとステップ１１０１において、受信信号ｒ1，ｒ2の位相をそれぞれ−Δ，＋Δだけ回転し、それによって得られた信号ｒ1'，ｒ2'とΔとを使って、位相回転量Δの数値を更新する。ステップ１１０１を示す枠中の関数ｆ1は、位相差分補正装置１０１の機能を関数として示したものである。次にステップ１１０２において、ＭＩＭＯ復調装置１００は、等化による干渉補償処理を行い、信号ｒ1'，ｒ2'から信号ｕ1，ｕ2の算出を行う。この等化処理は、ステップ１１０２に示したように、タップ係数ｗ11o，ｗ12o，ｗ21o，ｗ22oを成分とする行列Ｗとの乗算処理に一致する。ＭＩＭＯ復調装置１００は、ステップＳ１１０３において、信号ｕ1，ｕ2の位相を各々−ψ1，−ψ2だけ回転して、残留する位相雑音の補償を行い、信号ｕ1'，ｕ2'を算出する。また、得られた信号ｕ1'，ｕ2'とψ1，ψ2とを使って、ψ1，ψ2の数値を更新する。ステップ１１０３の枠中の関数ｆ2は、位相雑音補償装置１０３における、位相誤差検出装置４０２と補償信号生成装置４０３の機能を関数として示したものである。
【００７６】
ＭＩＭＯ復調装置１００は、ステップ１１０４において、信号ｕ1'，ｕ2'の各々から最も近い送信信号ｓ1，ｓ2を算出する。ステップ１１０４を示す枠中の関数ｇは、信号判定装置１０４での送信信号ｓ1，ｓ2を算出する機能を関数として表記したものである。ＭＩＭＯ復調装置１００は、ステップ１１０７において送信信号ｓ1，ｓ2に対応するデータ列を出力データＤ1，Ｄ2として出力すると同時に、ステップ１１０５において、誤差信号ε1，ε2を生成し、ステップ１１０６において、誤差信号ε1，ε2を使用して、ステップ１１０２での等化処理で使用する行列Ｗを式(9)によって更新する。以下同様に、入力された受信信号ｒ1，ｒ2から送信信号ｓ1，ｓ2を推定し、出力データＤ1，Ｄ2を導出する処理を繰り返す。
【００７７】
本実施形態のＭＩＭＯ復調装置１００では、位相差分補正装置１０１、干渉補償装置１０２、位相雑音補償装置１０３、信号判定装置１０４及び位相回転器１０５の各々をハードウェア構成の装置として構成することができる。あるいは、図８に示すステップ１１００〜１１０７までの各ステップをコンピュータに実行させるプログラムを用意し、このプログラムをコンピュータのメモリ上に展開し、このプログラムをコンピュータのＣＰＵ（中央処理ユニット：Central Processing Unit）が実行するようにしてＭＩＭＯ復調装置１００を実現することができる。プログラムあるいはソフトウェアによってＭＩＭＯ復調装置を実現する場合、そのプログラムは、何らかの記録媒体を介して、あるいは、ネットワークを介して、コンピュータに読み込まれる。したがって、このようなプログラムを格納した非一時的かつコンピュータ可読の記録媒体も本発明の範疇に含まれるものである。あるいは、位相差分補正装置１０１、干渉補償装置１０２、位相雑音補償装置１０３、信号判定装置１０４及び位相回転器１０５のうちのいくつかのものをハードウェアによって構成し、残りのものを機能構成部としてソフトウェアにより実現することもできる。
【００７８】
図９は、本実施形態のＭＩＭＯ復調装置１００を備える２×２見通し内ＭＩＭＯ通信システムを示している。送信側には、屋内装置７５１と、送信アンテナを含み屋内装置７５２に接続する２つの屋外装置７０２が設けられ、これらによって送信装置が構成されている。屋内装置７５１には、入力する送信データストリームを２つに分割する多重分離処理などを実行する信号処理部７５２と、分割された２つのデータストリームごとに設けられた変調部（ＭＯＤ）７５３とが設けられている。２つの変調部７５３によって変調された送信信号が、それぞれ、２つの屋外装置７０２から受信側に送信される。受信側には、屋内装置７６１と、受信アンテナを含み屋内装置７６１に接続する２つの屋外装置７０２が設けられ、これらによって受信装置が構成されている。屋内装置７６１には、２つの屋外装置７０２からそれぞれ受信信号が入力する本実施形態のＭＩＭＯ復調装置１００と、ＭＩＭＯ復調装置１００からの２つの出力データ列を組み合わせて受信データストリームを生成する多重処理などを実行する信号処理部７６２とが設けられており、信号処理部７６２から受信データストリームが出力する。
【００７９】
図１０は、本実施形態のＭＩＭＯ復調装置１００を用いて２５６  ＱＡＭ伝送を行ったときのキャリア（搬送波）対ノイズ（雑音）電力比（ＣＮＲ；Carrier-to-Noise Ratio）とビット誤り率（ＢＥＲ；Bit Error Rate）との関係を示したグラフである。横軸はデシベルを単位とするスケールでＣＮＲを表しており、縦軸は常用対数スケールでＢＥＲを表している。図１０中において黒丸のマークは、比較用の参考データを表しており、図３に示した伝送モデルにおいて送信側と受信側の位相雑音φ1(T)，φ2(T)，φ1(R)，φ2(R)がない理想的な状況におけるＣＮＲとＢＥＲとの関係を示している。図１０中の黒三角形及び黒四角形のマークは、位相雑音源１つあたりの、中心周波数から１００ｋＨｚ離れた周波数における雑音レベルが−１００ｄＢｃ／Ｈｚである場合のＣＮＲとＢＥＲとの関係を示している。ここではシンボルレートは２４ＭＨｚである。時間長で考えて図４に示す伝送フレームにおけるパイロットが占める割合が４％である場合が黒三角形で表され、２％である場合が黒四角形で表されている。パイロット信号として、平均電力が２５６  ＱＡＭと同一となるＱＰＳＫ信号１シンボル分を利用した。伝送フレームにはプリアンブルを設けなかった。
【００８０】
本実施形態に基づくＭＩＭＯ復調装置１００を用いない場合には、同じ通信条件下においては位相同期外れが頻出し、安定した信号伝送が望めないため、図１０に示したような統計的データの収集は困難であった。本実施形態のＭＩＭＯ復調装置１００を用いた場合は、２〜４％と通信容量への影響がわずかなパイロット信号比率で、実用上問題となるＢＥＲ＝０．１〜１．０％付近における理想的状態との差はごくわずかであり、高品質なデータ伝送が可能である。なお、見やすさを考慮し、図１０では記載を省略したが、パイロット信号比率が１０％の場合には、位相雑音なしの理想的な状態すなわち黒丸で示す状態と重なり、図１０で示した範囲内ではほとんど劣化が見られない。
【００８１】
上述した第１の実施形態のＭＩＭＯ復調装置１００は、偏波を考慮しない伝送システムに適用されるものであったが、本発明は、偏波多重を用いた見通し内ＭＩＭＯ通信にも適用可能である。図１１に示す本発明の第２の実施形態のＭＩＭＯ復調装置５００は、偏波多重２×２見通し内ＭＩＭＯ通信において用いられるものである。ここでは、偏波多重を行う際の偏波成分として添え字Ｖで示す垂直偏波と添え字Ｈで示す水平偏波とを用いる直線偏波多重により通信を行う場合を説明するが、もちろん、右旋偏波成分と左旋偏波成分とからなる円偏波多重による通信を行う場合にも、本実施形態のＭＩＭＯ復調装置５００を用いることができる。
【００８２】
ＭＩＭＯ復調装置５００は、２つの送信アンテナから、各々、水平偏波及び垂直偏波を用いて多重化した合計４つの独立なデータ列を送信し、水平偏波成分及び垂直偏波成分を分離して受信可能な２つの受信アンテナで送信信号を受信する見通し内ＭＩＭＯシステム（図１２参照）において用いられるものである。ＭＩＭＯ復調装置５００は、２つの受信アンテナから得られる垂直偏波成分の受信信号ｒ1V，ｒ2V及び水平偏波成分の受信信号ｒ1H，ｒ2Hの４つの受信信号から、もともと送信した４つのデータを復元して出力データＤ1V，Ｄ2V，Ｄ1H，Ｄ2Hとして出力する装置である。ＭＩＭＯ復調装置５００は、２つの位相差分補正装置１０１と、結線ネットワーク５０１と、４つの干渉補償装置５０２と、４つの位相雑音補償装置１０３と、４つの信号判定装置１０４と、４つの位相回転器１０５と、を含んでいる。位相雑音補償装置１０３、信号判定装置１０４及び位相回転器１０５は、いずれも第１の実施形態において説明したものと同様のものであり、４つの出力データＤ1V，Ｄ1H，Ｄ2V，Ｄ2Hの各々ごとに設けられている。
【００８３】
位相差分補正装置１０１も第１の実施形態において説明したものと同様のものであるが、一方の位相差分補正装置１０１は、垂直偏波成分に対応するものであって、受信信号ｒ1V，ｒ2Vが供給されてこれら受信信号の間で位相差分を補正して信号ｒ1V'，ｒ2V'として出力し、他方の位相差分補正装置１０１は、水平偏波成分に対応するものであって、受信信号ｒ1H，ｒ2Hが供給されてこれら受信信号の間で位相差分を補正して信号ｒ1H'，ｒ2H'として出力する。４つの干渉補償装置５０２も４つの出力データＤ1V，Ｄ1H，Ｄ2V，Ｄ2Hの各々ごとに設けられており、それぞれ、希望信号ｕ1V，ｕ1H，ｕ2V，ｕ2Hを出力する。４つの干渉補償装置５０２の出力信号ｕ1V，ｕ1H，ｕ2V，ｕ2Hを区別しないときはこれらを出力信号ｕと表す。結線ネットワーク５０１は、２つの位相差分補正装置１０１と４つの干渉補償装置５０２との間に設けられている。各干渉補償装置５０２は４つの入力端子ａ〜ｄを有するが、結線ネットワーク５０１は、２つの位相差分補正装置１０１からの信号ｒ1V'，ｒ2V'，ｒ1H'，ｒ2H'を各干渉補償装置５０２に分配する。図において結線ネットワーク５０１の出力ごとに記載された文字は、どの受信アンテナのどの偏波成分がその出力に現れるかを示している。
【００８４】
図１２は、送信アンテナ数が２、受信アンテナ数が２の偏波多重見通し内ＭＩＭＯ無線伝送システムの構成を表している。送信側、受信側のいずれも、屋内装置９０１と、偏波多重アンテナを含む屋外装置９０２と、からなっており、屋内装置９０１に対して２つの屋外装置９０２が接続している。図１３は、屋内装置９０１に含まれる変復調処理部、屋外装置９０２において生じる雑音源、偏波多重伝送における異偏波間干渉、及び見通し内ＭＩＭＯ伝送路をベースバンド信号伝送モデルで表したものであり、送信データとＭＩＭＯ復調装置５００の入力信号との関係を示している。図１３のベースバンド信号伝送モデルにおいて、送信アンテナ＃１から送信する垂直偏波による信号列をｓ1V、送信アンテナ＃１から送信する水平偏波による信号列をｓ1H、送信アンテナ＃２から送信する垂直偏波による信号列をｓ2V、送信アンテナ＃２から送信する水平偏波による信号列をｓ2Hとする。ここで信号列ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hは、それぞれ、送信データＸ1V，Ｘ1H，Ｘ2V，Ｘ2Hから変調器（ＭＯＤ）８０１による変調によって生成したものである。また、受信アンテナ＃１で受信する垂直偏波による信号列をｒ1V、受信アンテナ＃１で受信する水平偏波による信号列をｒ1H、受信アンテナ＃２で受信する垂直偏波による信号列をｒ2V、受信アンテナ＃２で受信する水平偏波による信号列をｓ2Hとする。ＭＩＭＯ復調装置５００の入力となる４つの受信信号列ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hは、行列表記を使い、次の式(12)で表現できる。
【００８５】
【数１７】
0006583292.tif 000018
【００８６】
ここでｎ1V，ｎ1H，ｎ2V，ｎ2Hは、熱雑音によるノイズ信号を表し、ＨDP，Φ(T)，Φ(R)は、次の式(13)、式(14)及び式(15)に示した行列であり、それぞれ、偏波多重ＭＩＭＯ通信路、送信側位相雑音、受信側位相雑音を表す。
【００８７】
【数１８】
0006583292.tif 000019
【００８８】
【数１９】
0006583292.tif 000020
【００８９】
【数２０】
0006583292.tif 000021
【００９０】
式(13)中のｈ11V，ｈ21V，ｈ12V，ｈ22Vは、垂直偏波に関するＭＩＭＯ伝送路８０３における伝送パスのインパルスレスポンスを表し、ｈ11H，ｈ21H，ｈ12H，ｈ22Hは水平偏波に関するＭＩＭＯ伝送路８０３における伝送パスのインパルスレスポンスを表す。θは、伝送パスの遅延差による位相回転である。また、ａ1，ｂ1は送信アンテナ＃１に関する垂直偏波と水平偏波との偏波間干渉１００１を表し、また、ａ2，ｂ2は送信アンテナ＃２に関する垂直偏波と水平偏波との偏波間干渉１００１を表す。
【００９１】
式(14)中のφ1V(T)，φ1H(T)，φ2V(T)，φ2H(T)は、送信アンテナ＃１，＃２で送信される垂直及び水平偏波信号に関する位相雑音であって、位相回転器８０２によって表現される。同様に、式(15)中のφ1V(R)，φ1H(R)，φ2V(R)，φ2H(R)は受信アンテナ＃１，＃２で受信される垂直及び水平偏波信号に関する位相雑音であり、位相回転器８０７によって表現される。受信アンテナ＃１，＃２で受信した垂直及び水平偏波信号は、熱雑音の影響をうけるが、これは加算器８０８におけるノイズ信号ｎ1V，ｎ1H，ｎ2V，ｎ2Hとの加算によって表現される。
【００９２】
式(12)の受信信号列ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hは、ＭＩＭＯ復調装置５００に入力される。この復調装置の役割は、与えられた受信信号列ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hから、送信信号ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hを推定することである。
【００９３】
式(12)にあるように、熱雑音によるノイズ信号ｎ1V，ｎ1H，ｎ2V，ｎ2Hを無視すると、受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hは、送信信号ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hに式(13)、式(14)及び式(15)に示した行列ＨDP，Φ(T)，Φ(R)を左から乗算した形をしており、第１の実施形態と同様に、３つの行列の作用を順に取り除く処理を行う。
【００９４】
本実施形態では、第１の実施形態の場合と同様に、２つの位相差分補正装置１０１は、受信側位相雑音Φ(R)の影響を抑圧し、４つの干渉補償装置５０２は、偏波間干渉とＭＩＭＯ伝送による干渉とを表す行列ＨDPの作用を除去し、４つの位相雑音補償装置１０３は、送信側位相雑音Φ(T)の影響を除去する。
【００９５】
ＭＩＭＯ復調装置５００に入力された４つの受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hは、まず、２つの位相差分補正装置１０１に入力される。上述したように、受信信号ｒ1V，ｒ2Vを一方の位相差分補正装置１０１に、受信信号ｒ1H，ｒ2Hを他方の位相差分補正装置１０１に入力する。すなわち、偏波方向が同じである受信信号を同一の位相差分補正装置１０１に入力することになる。
【００９６】
位相差分補正装置１０１の詳細については第１の実施形態において説明した通りであり、本実施形態において２つの位相差分補正装置１０１は、次の式(16)に示したΔV，ΔHの位相補正を行う。
【００９７】
【数２１】
0006583292.tif 000022
【００９８】
したがって、４つの受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hに対する位相差分補正装置１０２の出力信号すなわち位相補正信号ｒ1V'，ｒ1H'，ｒ2V'，ｒ2H'は、それぞれ、
【００９９】
【数２２】
0006583292.tif 000023
【０１００】
と表記できる。一方、第１の実施形態において説明した残留位相雑音ψ1，ψ2（式(4)参照）と同様に、ψ1V，ψ1H，ψ2V，ψ2Hを次の式(17)、式(18)に示した残留位相雑音とする。
【０１０１】
【数２３】
0006583292.tif 000024
【０１０２】
【数２４】
0006583292.tif 000025
【０１０３】
２つの位相差分補正装置１０２の出力信号ｒ1V'，ｒ1H'，ｒ2V'，ｒ2H'は、図１１に示した結線ネットワーク５０１にしたがって、４つの干渉補償装置５０２へ入力される。
【０１０４】
図１４は、干渉補償装置５０２の構成の一例を示している。干渉補償装置５０２は、信号ｒ1V'，ｒ1H'，ｒ2V'，ｒ2H'を受け取るために４つの入力端子ａ〜ｄと、４つのＬＭＳ等化器３０１と、これら４つのＬＭＳ等化器３０１の出力を加算するための３つの加算器６０６〜６０８と、ＡＧＣ装置３０９と、位相回転器６０１と、補償信号生成装置６０３と、位相差分検出器６０４と、乗算器３１０と、ＲＯＭ６０５とを備えている。位相回転器６０１、補償信号生成装置６０３及び位相差分検出器６０４は、それぞれ、異偏波成分位相回転器、異偏波補償信号生成装置及び異偏波位相差分検出器と呼ばれ、これらによって、異偏波位相補正装置が構成されている。本実施形態におけるＬＭＳ等化器３０１は、第１の実施形態におけるＬＭＳ等化器と同一の構成及び機能を有するものであり、入力端子ごとに設けられている。図１４に示した結線ネットワーク５０１を前提とすると、入力端子ａ，ｂに供給される信号は同一偏波成分の信号であり、これらは干渉補償装置５０２の出力信号ｕに対して自偏波の信号となる。一方、入力端子ａ，ｂに供給される信号も相互に同じ偏波成分の信号であるが、これらは干渉補償装置５０２の出力信号ｕに対して異偏波の信号となる。そこで、干渉補償装置５０２では、入力端子ａ，ｂに接続する２つのＬＭＳ等化器３０１の出力を加算器６０６で加算し、入力端子ｃ，ｄに接続する２つのＬＭＳ等化器３０１の出力を加算器６０７で加算し、加算器６０７の出力に対して位相回転器６０１により位相回転処理を行い、加算器６０６の出力と位相回転処理後の加算器６０７の出力とを加算器６０８で加算し、加算器６０８の出力をＡＧＣ装置３０９に供給している。ＡＧＣ装置３０９は、第１の実施形態でのＡＧＣ装置と同様のものであり、干渉補償装置５０２の出力信号ｕすなわち希望信号を出力する。
【０１０５】
位相差分検出器６０４は、位相回転器１０５から入力する位相補償済みの誤差信号ε'と位相回転器６０１の出力との位相差分を検出して補償信号生成装置６０３に出力し、補償信号生成装置６０３は、検出された位相差分に基づいて補償信号を生成し、位相回転器６０１は、補償信号に応じた位相回転量で位相回転処理を実行する。位相回転器１０５からの位相補償済みの誤差信号ε'は、乗算器３１０にも供給されており、乗算器３１０において、ＲＯＭ３６０５に格納された定数が乗算され、乗算後の誤差信号が各ＬＭＳ等化器３０１に供給されるようになっている。
【０１０６】
ＭＩＭＯ復調装置５００には４つの干渉補償装置５０２が設けられ、各干渉補償装置５０２には４つのＬＭＳ等化器３０１が設けられているから、ＭＩＭＯ復調装置５１０は、全部で１６個のＬＭＳ等化器３０１を備えていることになる。これら１６個のＬＭＳ等化器３０１のタップ係数を式(19)に示すように行列表記する。
【０１０７】
【数２５】
0006583292.tif 000026
【０１０８】
式(19)において、例えばｗ1V2Hは図１４における出力データＤ1Vと受信信号ｒ2Hを結ぶＬＭＳ等化器３０１のタップ係数を示しており、一般にｗABXYは出力データＤABと受信信号ｒXYを結ぶＬＭＳ等化器３０１のタップ係数を示す。
【０１０９】
１６個のＬＭＳ等化器３０１について、平均自乗誤差が最小となる最適なタップ係数成分とする行列をＷoと記すと、それらは次の式(20)を満たす。
【０１１０】
【数２６】
0006583292.tif 000027
【０１１１】
ここで、Ｐは送信電力、σ2は式(12)中のノイズ信号ｎ1V，ｎ1H，ｎ2V，ｎ2Hの各々の分散値を表す。逆行列の導出を含む式(20)の演算を直接行うのは困難であるため、第１の実施形態において説明したのと同様に、ＬＭＳ等化器のタップ係数Ｗは、適当な初期値から後述の誤差信号ε1V，ε1H，ε2V，ε2Hを使って式(21)に示す以下の手順で更新することにより、式(20)のＷoに近づいていく。
【０１１２】
【数２７】
0006583292.tif 000028
【０１１３】
ここで、μは、図１４中のＲＯＭ６０５に保持される数値であり、次の不等式（式(22)）を満たすように設定される。
【０１１４】
【数２８】
0006583292.tif 000029
【０１１５】
なお、λmは
【０１１６】
【数２９】
0006583292.tif 000030
【０１１７】
の最大固有値とする。
【０１１８】
次に、図１４に示す干渉補償装置５０２における位相差分検出器６０４、補償信号生成装置６０３及び位相回転器６０１の役割と動作について説明する。
【０１１９】
前述のように、ＭＩＭＯ復調装置５００の役割は、受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hに生じた位相雑音と、偏波間及びＭＩＭＯ伝送による干渉を除去することであり、このことは理想的には、Ｗ＝Ｗoとして、次の式(23)で示す計算を行うことで達成できる。
【０１２０】
【数３０】
0006583292.tif 000031
【０１２１】
ここで、ｒ1V'，ｒ1H'，ｒ2V'，ｒ2H'は位相差分補正装置１０２の出力信号であり、ρは次の式(24)で与えられる。
【０１２２】
【数３１】
0006583292.tif 000032
【０１２３】
位相差分検出器６０４、補償信号補正装置６０３及び位相回転器は、式(24)に示した位相雑音成分ρによる影響を補償する役割を果たす。この動作を詳細に説明する。
【０１２４】
干渉補償装置５０２への４つの入力信号のうち入力端子ｃ，ｄに入力する信号が供給される２つのＬＭＳ等化器３０１の出力信号に関して、それらの加算結果を出力する加算器６０７の信号に対し、補正信号生成装置６０３の出力信号すなわち補償信号の分だけ、位相回転器６０１によって位相回転処理を施す。補正信号生成装置６０３の出力信号は、位相雑音成分ρの推定値を与える。位相回転器６０１の出力信号とＬＭＳ等化器のタップ係数を更新するための誤差信号の位相差を位相差分検出器６０４で検出し、補償信号生成装置６０３へ入力して位相雑音成分ρの推定値を更新する。具体的には、位相差分検出器６０４で検出された位相差における高周波成分をローパスフィルタで除去し、フィルタ処理後の位相差を累積加算することで、補償信号生成装置は位相雑音成分ρを算出する。位相回転器６０１で位相補正された異偏波側の信号は、入力端子ａ，ｂに入力する信号が供給される２つのＬＭＳ等化器３０１の出力信号の加算器６０６による加算結果である自偏波側の信号に加算され、これにより、符号間干渉とＭＩＭＯ多重化による干渉とともに、偏波多重化による異偏波間の干渉が除去される。
【０１２５】
ＭＩＭＯ復調装置５００に関する説明の最後として、位相雑音補償装置１０３、信号判定装置１０４及び位相回転器１０５の役割について説明する。４つの位相雑音補償装置１０３は、４つの干渉補償装置５０２の出力信号すなわち希望信号ｕ1V，ｕ1H，ｕ2V，ｕ2Hをそれぞれの入力とし、式(23)に示されるように、残留位相雑音ψ1V，ψ1H，ψ2V，ψ2Hの影響を除去する。各位相雑音補償装置１０３の構成と動作は、第１の実施形態において説明した通りである。信号判定装置１０４の役割及び動作についても第１の実施形態における説明と同様であり、位相雑音補償装置１０３の出力信号を入力し、入力信号に最も近い送信信号に対応するデータを出力するとともに、入力信号とそれに最も近い送信信号の差分を誤差信号として出力する。位相回転器１０５についても同様であり、信号判定装置１０４から出力された誤差信号は、位相回転器１０５において、位相回転処理が施され、干渉補償装置５０２におけるＬＭＳ等化器３０１の誤差信号ε'となる。ここで、位相回転器１０５における位相回転量は、位相雑音補償装置１０３の位相回転器４０１における位相回転量の−１倍とする。
【０１２６】
図１５は、第２の実施形態におけるＭＩＭＯ復調装置５００が実行する偏波多重見通し内ＭＩＭＯ復調の処理手順における各処理間の関係を示したものである。図において矢印は、処理間での信号やパラメータの流れを示している。
【０１２７】
ＭＩＭＯ復調装置５００は、ステップ１２００に示すように、受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hを入力とする。するとステップ１２０１において、受信信号ｒ1V，ｒ2Vの位相をそれぞれ−ΔV，＋ΔVだけ回転し、それによって得られた信号ｒ1V'，ｒ2V'とΔVとを使って、ΔVの数値を更新する。これと並行して、受信信号ｒ1H，ｒ2Hの位相をそれぞれ−ΔH，＋ΔHだけ回転し、それによって得られた信号ｒ1H'，ｒ2H'とΔHとを使って、ΔHの数値を更新する。ステップ１２０１を示す枠中の関数ｆ1は各位相差分補正装置１０１の機能を関数として示したものである。次にステップ１２０２において、ＭＩＭＯ復調装置５００は、等化による干渉補償処理を行い、信号ｒ1V'，ｒ1H'，ｒ2V'，ｒ2H'から信号ｕ1V，ｕ1H，ｕ2V，ｕ2Hの算出を行う。ステップ１２０２で実行する演算は、干渉補償装置５０２における演算過程を表記したものである。ＭＩＭＯ復調装置５００は、ステップ１２０３において、信号ｕ1V，ｕ1H，ｕ2V，ｕ2Hの位相を各々−ψ1V，−ψ1H，−ψ2V，−ψ2Hだけ回転して、残留する位相雑音の補償を行い、信号ｕ1V'，ｕ1H'，ｕ2V'，ｕ2H'を算出する。また、得られた信号ｕ1V'，ｕ1H'，ｕ2V'，ｕ2H'とψ1V，ψ1H，ψ2V，ψ2Hとを使って、ψ1V，ψ1H，ψ2V，ψ2Hの数値を更新する。ステップ１２０３の枠中の関数ｆ2は、位相雑音補償装置１０３における、位相誤差検出装置４０２と補償信号生成装置４０３の機能を関数として示したものである。
【０１２８】
ＭＩＭＯ復調装置５００は、ステップ１２０４において、信号ｕ1V'，ｕ1H'，ｕ2V'，ｕ2H'の各々から、最も近い送信信号ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hを算出する。ステップ１２０４を示す枠中の関数ｇは、信号判定装置１０４での送信信号を算出する機能を関数として表記したものである。ＭＩＭＯ復調装置５００は、ステップ１２０７において送信信号ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hに対応するデータ列を出力データＤ1V，Ｄ1H，Ｄ2V，Ｄ2Hとして出力すると同時に、ステップ１２０５において、誤差信号ε1V，ε1H，ε2V，ε2Hを生成し、ステップ１２０６において、誤差信号ε1V，ε1H，ε2V，ε2Hを使って、ステップ１２０２での等化処理に使用する行列Ｗを更新する。また、式(24)に示した位相差ρに関する推定値であるρ1V，ρ1H，ρ2V，ρ2Hを更新する。ステップ１２０６を示す枠中の関数ｆ3は、干渉補償装置５０２における位相差分検出器６０４及び補償信号補正装置６０３の機能を関数として表したものである。以下同様に、入力された受信信号ｒ1V，ｒ1H，ｒ2V，ｒ2Hから送信信号ｓ1V，ｓ1H，ｓ2V，ｓ2Hを推定し、出力データＤ1V，Ｄ1H，Ｄ2V，Ｄ2Hを導出する処理を繰り返す。
【０１２９】
本実施形態のＭＩＭＯ復調装置５００でも、位相差分補正装置１０１、干渉補償装置５０２、位相雑音補償装置１０３、信号判定装置１０４及び位相回転器１０５の各々をハードウェア構成の装置として構成することができる。あるいは、図１５に示すステップ１１００〜１１０７までの各ステップをコンピュータに実行させるプログラムを用意し、このプログラムをコンピュータのメモリ上に展開し、このプログラムをコンピュータのＣＰＵが実行するようにしてＭＩＭＯ復調装置５００を実現することができる。あるいは、位相差分補正装置１０１、干渉補償装置５０２、位相雑音補償装置１０３、信号判定装置１０４及び位相回転器１０５のうちのいくつかのものをハードウェアによって構成し、残りのものを機能構成部としてソフトウェアにより実現することもできる。
【０１３０】
以上、本発明の実施形態として、空間多重度が２である２×２見通し内ＭＩＭＯ復調を説明したが、本発明に基づくＭＩＭＯ復調は、これに限定されるものではなく、空間多重度が２よりも大きな見通し内ＭＩＭＯ伝送システムにも適用することができる。一例として、図１６は、空間多重度が４であって、送信アンテナ数が４、受信アンテナ数が４の見通し内ＭＩＭＯ無線伝送システムの構成を表している。送信側、受信側のいずれも、屋内装置７０１と、アンテナを含む屋外装置７０２と、からなっており、屋内装置７０１に対して４つの屋外装置７０２が接続している。
【０１３１】
次に、本発明の第３の実施形態として、Ｎが３以上の自然数であるとして、Ｎ個の受信アンテナを有するＮ×Ｎ見通し内ＭＩＭＯ通信システムにおいて用いられるＭＩＭＯ復調装置について説明する。第１及び第２の実施形態では、２本の受信アンテナに発生する相互に独立な位相雑音の補償のために２入力の位相差分補正装置が用いられている。第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態における位相差分補正装置を拡張して、Ｎ本の受信アンテナでの位相雑音を補償するＮ入力の位相差分補正装置とする。
【０１３２】
図１７は、第３の実施形態のＭＩＭＯ復調装置において用いられる位相差分補正装置を示している。図１７では、Ｎ個の受信アンテナから得られる受信信号列をそれぞれｒ1，ｒ2，ｒ3，…，ｒNとし、これらの受信アンテナにおける位相雑音をそれぞれφ1(R)，φ2(R)，φ3(R)，…，φN(R)としている。位相差分補正装置は、受信信号ｒ1，ｒ2，ｒ3，…，ｒNの位相をそれぞれΔ1，Δ2，Δ3，…，ΔNだけ補正し、信号列
【０１３３】
【数３２】
0006583292.tif 000033
【０１３４】
を出力する。出力された信号列は、それぞれ、受信信号ｒ1，ｒ2，ｒ3，…，ｒNに対する位相補正信号ｒ1'，ｒ2'，ｒ3'，…，ｒN'である。ここで、Δ1，Δ2，Δ3，…，ΔNは次の式(25)で与えられる。
【０１３５】
【数３３】
0006583292.tif 000034
【０１３６】
位相量Δ1，Δ2，Δ3，…，ΔNと位相雑音φ1(R)，φ2(R)，φ3(R)，…，φN(R)との差分で与えられる残留位相雑音の量は、受信アンテナによらずに以下の式(26)に示す値ψとなる。
【０１３７】
【数３４】
0006583292.tif 000035
【０１３８】
この残留位相雑音ψに関する補正は、上述の第１及び第２の実施形態の場合と同様に、干渉補償装置における等化処理後に行なわれるものとする。
【０１３９】
式(15)に示した補正位相量Δl（ｌ＝１，…，Ｎ）は、他のアンテナとの間の位相雑音の差分値に相当する量
【０１４０】
【数３５】
0006583292.tif 000036
【０１４１】
を算出し、それらを全て加算することで得られる。そこで図１７に示す位相差分補正装置は、それぞれ受信信号ｒ1，ｒ2，ｒ3，…，ｒNが入力するＮ個の位相回転器２５１と、Ｎ個の受信アンテナの中から２つの受信アンテナを選択するときの全ての組合せについてΔl,mを算出する（Ｎ（Ｎ−１）／２）個の位相差分推定装置２５３と、得られた位相差Δl,mを加算して受信アンテナごとの補正位相量Δlを算出し位相回転器２５１に対して位相回転量を出力する合計Ｎ個の補正値算出器２５５と、２つの結線ネットワーク２５２，２５４と、を備えている。位相回転器２５１は、受信信号位相回転器とも呼ばれる。Ｎ個の位相回転器２５１の出力は、それぞれ、位相補正信号ｒ1'，ｒ2'，ｒ3'，…，ｒN'として出力されるとともに、結線ネットワーク２５２を介して（Ｎ（Ｎ−１）／２）個の位相差分推定装置２５３に分配される。（Ｎ（Ｎ−１）／２）個の位相差分推定装置２５３からの合計Ｎ（Ｎ−１）個の出力は、結線ネットワーク２５４を介してＮ個の補正値算出器２５５に分配される。
【０１４２】
図１８は、位相差分補正推定２５３の構成を示している。位相差分補正装置は、位相補正信号ｒl'，ｒm'を入力としてこれらの位相差Δl,m，Δm,lを出力するものであって、２個のスイッチ２６１と、位相差分検出器２６２と、２個の乗算器２６３，２６７と、ＲＯＭ２６４と、加算器２６５と、フリップフロップ２６６と、を備えている。位相差分検出器２６２は、第１の実施形態での位相差分検出器と同様のものであり、位相補正信号ｒl'，ｒm'ごとに設けられたスイッチ２６１を介してこれらの信号ｒl'，ｒm'が供給され信号間の位相差を検出する。検出された位相差は、乗算器２６３によってＲＯＭ２６４内の定数が乗算された後、加算器２６５によってフリップフロップ２６５の出力と加算される。加算器２６５の出力は、フリップフロップ２６６に供給されており、加算器２６５とフリップフロップ２６６とによって位相差の累算がなされることになる。フリップフロップ２６６の巣出力は、位相差Δl,mとして出力されるとともに、乗算器２６７において−１を乗算することによって、位相差Δm,lとしても出力される。
【０１４３】
図１９は、補正値算出器２５５の構成を示している。受信信号ｒiに対応した補正値算出器２５５は、複数の位相差分推定装置２５３から結線ネットワーク２５４を介して入力する位相差Δi,1，Δi,2，…，Δi,N-1，Δi,Nを加算して位相差分信号Δiとして出力する加算器２７１と、供給された位相差分信号Δiに対応する位相回転量
【０１４４】
【数３６】
0006583292.tif 000037
【０１４５】
を出力し、受信信号ｒiに対応する位相回転器２５１に供給するＲＯＭ２７２とを備えている。ＲＯＭ２７２は、位相差分信号と位相回転量との関係をテーブルとして格納するものである。
【０１４６】
このように本実施形態での位相差分推定装置２５３は、第１の実施形態での位相差分補正装置１０１と同様の動作をするものであって、２つの受信信号ｒlとｒmから、位相差分情報Δl,mとΔm,l（＝(−１)×Δl,m）を算出する。補正値算出器２５５は、位相差分推定装置２３３の出力信号を加算し、式(25)によって、位相雑音補正量Δl（ｌ＝１，２，３，…，Ｎ）を算出し、対応する位相回転量
【０１４７】
【数３７】
0006583292.tif 000038
【０１４８】
を出力する。
【０１４９】
なお、第３の実施形態では、受信アンテナの数Ｎを３以上としているが、ここでＮ＝２とした場合の位相差分補正装置の構成は、不要な加算器を削除できるので、図２に示した第１の実施形態での位相差分補正装置と実質的に一致する。
【０１５０】
図１７には示していないが、第３の実施形態のＭＩＭＯ復調装置では、第１の実施形態の場合と同様に、Ｎ個のＮ入力の干渉補償装置が設けられ、各干渉補償装置ごとに位相雑音補償装置、信号判定装置及び位相回転器が設けられる。Ｎ入力の干渉補償装置は、一般的なＮ×Ｎ見通し外ＭＩＭＯ復調装置において用いられるものと同様のものである。位相差分補正装置からの位相補正信号
【０１５１】
【数３８】
0006583292.tif 000039
【０１５２】
は、各干渉補償装置に供給されるようになっている。したがって、本実施形態のＭＩＭＯ復調装置では、図１７に示した位相雑音補償装置によって受信アンテナにおける位相雑音の補償がなされ、Ｎ個の干渉補償装置において等化による干渉補償処理がなされた後は、第１の実施形態のＭＩＭＯ復調装置におけるものと同様に処理が行われて、送信側でのＮ個の送信信号に対応した出力データがＮ個の信号判定装置のそれぞれから出力されることになる。さらに、本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に偏波間干渉も考慮することによって、偏波多重Ｎ×Ｎ見通し内ＭＩＭＯ通信システムのためのＭＩＭＯ復調装置を構成することができる。
【０１５３】
上述した各実施形態のＭＩＭＯ復調装置は、一例として、携帯端末装置、基幹無線装置を含むディジタル無線通信装置全般に好適に用いることができる。
【０１５４】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１５５】
この出願は、２０１５年１月５日に出願された日本国特許出願：特願２０１５−０００１８３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１５６】
１００，５００    ＭＩＭＯ復調器
１０１  位相差分補正装置
１０２，５０２    干渉補償装置
１０３    位相雑音補償装置
１０４    信号判定装置
１０５，２０１，２５１，４０１，６０１，８０２，８０５，８０７    位相回転器
２０２，２６１    スイッチ
２０３，２６２，６０４    位相差分検出器
２０４    ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２０５，２６５，２７１，３０６〜３０８，６０６〜６０８，８０６，８０８    加算器
２０６，２６６，３０２，３０３  フリップフロップ（Ｆ／Ｆ）
２０７，２０８，２６４，２７２，３１１，６０５    読出し専用メモリ（ＲＯＭ）
２５３    位相差分推定装置
２５５    補正値算出器
３０１    ＬＭＳ等化器
２６３，２６７，３０４，３０５，３１０    乗算器
３０９  自動利得制御（ＡＧＣ）装置
４０２    位相誤差検出器
４０３，６０３  補償信号生成装置
【図１】
0006583292.tif 000040
【図２】
0006583292.tif 000041
【図３】
0006583292.tif 000042
【図４】
0006583292.tif 000043
【図５】
0006583292.tif 000044
【図６】
0006583292.tif 000045
【図７】
0006583292.tif 000046
【図８】
0006583292.tif 000047
【図９】
0006583292.tif 000048
【図１０】
0006583292.tif 000049
【図１１】
0006583292.tif 000050
【図１２】
0006583292.tif 000051
【図１３】
0006583292.tif 000052
【図１４】
0006583292.tif 000053
【図１５】
0006583292.tif 000054
【図１６】
0006583292.tif 000055
【図１７】
0006583292.tif 000056
【図１８】
0006583292.tif 000057
【図１９】
0006583292.tif 000058