(57)【要約】【課題】周波数領域等化の１ブロック内においても十分にアンテナ重みを収束させる、シングルキャリア伝送用の周波数領域適応アンテナアレー無線受信装置及び無線受信方法を提供する。【解決手段】シングルキャリア伝送された信号をＦＦＴ部２０４が周波数領域信号に変換し、周波数領域においてアレー出力信号と参照信号との差分を加算器２０９において周波数毎に求め、ＬＭＳウェイト制御部２０６では、加算器２０９によって求めた差分を用いて、正規化ＬＭＳに基づいて、周波数毎にアンテナ重みを更新する。周波数領域等化部２１０では、アレー出力信号の残留干渉電力を考慮したＭＭＳＥ重みを用いて、アレー出力信号を周波数領域で等化処理する。【選択図】図２
2007214919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信アンテナ素子と、
シングルキャリア伝送された信号を前記複数の受信アンテナ素子を介して受信する受信手段と、
前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換手段と、
参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化ＬＭＳに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御手段と、
を具備する無線受信装置。
【請求項２】
前記アレー出力信号に含まれる希望信号成分、雑音電力及び残留干渉電力を用いてＭＭＥＳ等化重みを求め、求めたＭＭＳＥ等化重みを用いて、前記アレー出力信号を周波数領域において等化処理する等化手段を具備する請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
シングルキャリア伝送された信号を複数の受信アンテナを介して受信する受信工程と、
前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換工程と、
参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化ＬＭＳに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御工程と、
を具備する無線受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングルキャリア伝送用の周波数領域適応アンテナアレー無線受信装置及び無線受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動無線チャネルは、遅延時間の異なる様々な伝搬路から構成される周波数選択性フェージングチャネルであるため、シングルキャリア伝送では、符号間干渉によって伝送特性が大幅に劣化してしまう。そこで、シングルキャリア伝送に周波数領域等化技術を用いて、周波数ダイバーシチ効果を得ることにより、ＢＥＲ（Bit Error Rate）特性を改善できることが明らかになっている（非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、適応アンテナアレーを用いることで、複数のアンテナで受信される受信信号に複素重み（アンテナ重み）を乗算し、アレー出力信号を最適合成することによってアレーアンテナの指向性パターンを適応的に制御できる。このため干渉波を抑圧することで、通信品質を向上させることができる。
【非特許文献１】D. Falconer, S. L. Ariyavisitakul, A. Benyamin-Seeyarand B. Eidson, “Frequency Domain Equalization for Single-Carrier Broadband Wireless Systems,” IEEE Commun. Mag., Vol. 40, pp.58-66, Apr. 2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、適応アンテナアレーで合成する際の重みを算出するためには、適応アルゴリズムを用いたアンテナ重みの更新が必要であり、周波数領域等化の１ブロック内では十分にアンテナ重みを収束させることができないという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、周波数領域等化の１ブロック内においても十分にアンテナ重みを収束させる、シングルキャリア伝送用の周波数領域適応アンテナアレー無線受信装置及び無線受信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の無線受信装置は、複数の受信アンテナ素子と、シングルキャリア伝送された信号を前記複数の受信アンテナ素子を介して受信する受信手段と、前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換手段と、参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化ＬＭＳに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御手段と、を具備する構成を採る。
【０００７】
本発明の無線受信方法は、シングルキャリア伝送された信号を複数の受信アンテナを介して受信する受信工程と、前記シングルキャリア伝送された信号を周波数領域信号に変換する変換工程と、参照信号から前記周波数領域信号を周波数成分毎に差し引いて、誤差信号を求め、求めた誤差信号を用いて、正規化ＬＭＳに基づいて、周波数成分毎にアンテナ重みを更新する重み制御工程と、を具備するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周波数領域等化の１ブロック内においても十分に重みを収束させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
（一実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る送信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、データ変調部１０１は、送信データ系列をＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調方式によって変調し、変調シンボルを形成する。変調シンボルは多重部１０２に出力される。
【００１１】
多重部１０２は、データ変調部１０１から出力された変調シンボルと、別途生成されたパイロット信号とを多重し、多重信号をＧＩ挿入部１０３に出力する。
【００１２】
ＧＩ挿入部１０３は、多重部１０２から出力された多重信号にガードインターバルを挿入し、ガードインターバルを挿入した多重信号を送信アンテナ１０４から送信する。
【００１３】
図２は、本発明の一実施の形態に係る受信装置２００の構成を示すブロック図である。この図において、受信装置はＭ本の受信アンテナ２０１−１〜２０１−Ｍを備え、各受信アンテナ２０１−１〜２０１−Ｍには受信処理部２０２−１〜２０２−Ｍが備えられている。受信処理部２０２−１〜２０２−Ｍは、ＧＩ除去部２０３、ＦＦＴ部２０４、Ｎ個の乗算器２０５−１〜２０５−Ｎをそれぞれ備えている。
【００１４】
受信処理部２０２−１〜２０２−Ｍの構成はそれぞれ同様なので、受信処理部２０２として一括して説明する。受信アンテナによって受信された信号は熱雑音η０が加算され、ＧＩ除去部２０３に出力される。
【００１５】
ＧＩ除去部２０３は、入力された信号からガードインターバルを除去し、ガードインターバルを除去した信号をＦＦＴ部２０４に出力する。
【００１６】
ＦＦＴ部２０４は、ＧＩ除去部２０３から出力された信号にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を施すことにより時間領域信号から周波数領域信号に変換し、各周波数成分を対応する乗算器２０５−１〜２０５−Ｎに出力すると共に、ＬＭＳウェイト制御部２０６に出力する。
【００１７】
乗算器２０５−１〜２０５−Ｎは、ＦＦＴ部２０４から出力された各周波数成分の信号に、対応するＬＭＳウェイト制御部２０６−１〜２０６−Ｍから出力されたＬＭＳウェイトを乗算し、乗算結果を対応する加算器２０７−１〜２０７−Ｎに出力する。
【００１８】
ＬＭＳウェイト制御部２０６−１〜２０６−Ｍは、ＦＦＴ部２０４から出力された周波数領域信号と、後述する加算器２０９から出力されたアレー出力信号と参照信号との差分である誤差信号とを用いて、最急降下法に基づいた正規化ＬＭＳ（Least Mean Square Error）アルゴリズムにより、ＬＭＳウェイト（アンテナ重み）を更新し、受信処理部２０２−１〜２０２−Ｍ内の各乗算器２０５−１〜２０５−ＮにＬＭＳウェイトを出力する。
【００１９】
加算器２０７−１〜２０７−Ｎは、各受信処理部２０２−１〜２０２−Ｍから出力された信号同士を同一周波数成分毎に加算し、加算結果（周波数領域信号）をチャネル推定部２０８、加算器２０９及び周波数領域等化部２１０に出力する。
【００２０】
チャネル推定部２０８は、加算器２０７−１〜２０７−Ｎから出力された周波数領域信号を用いて、チャネル推定を行い、チャネル推定値を取得する。取得したチャネル推定値を参照信号として加算器２０９に出力する。
【００２１】
加算器２０９は、チャネル推定部２０８から出力された参照信号より、加算器２０７−１〜２０７−Ｎから出力された周波数領域信号を差し引く処理を行い、誤差信号を算出する。算出された誤差信号はＬＭＳウェイト制御部２０６に出力される。
【００２２】
周波数領域等化部２１０は、加算器２０７−１〜２０７−Ｎから出力された信号を等化処理し、等化処理した信号をＩＦＦＴ部２１１に出力する。
【００２３】
ＩＦＦＴ部２１１は、周波数領域等化部２１０から出力された信号にＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理を施すことにより周波数領域信号から時間領域信号に変換し、データ復調部２１２に出力する。
【００２４】
データ復調部２１２は、ＩＦＦＴ部２１１から出力された信号に復調処理を施し、受信データ系列を取得する。
【００２５】
次に、アレー合成及びＭＭＳＥ等化の重み付けを算出する過程について説明する。以下、重み付け算出処理の過程を順に説明する。
【００２６】
まず、受信パイロットブロックをＦＦＴ部２０４がＮＣポイントＦＦＴにより、ＮＣ個の直交周波数成分に分解して、第ｋサブキャリアのＦＦＴ出力ベクトルR(k)=[R0(k),…, RM-1(k)]Tを得る。
【００２７】
次に、チャネル推定部２０８がR(k)を用いてチャネル推定を行い、チャネル推定ベクトルH^(K)=[H^0(k),…,H^m(k),…,H^M-1(k)]Tを得る。チャネル推定の具体的な方法は、公開論文；信学技報ＲＣＳ２００４−１９６、２００４年１０月に記載のＭＭＳＥ規範に基づく推定法などを用いることができる。
【００２８】
そして、加算器２０９では、チャネル推定ベクトルH^(k)を用いてX(k)を次式（１）のように生成する。
【数１】
2007214919.tif 000003
【００２９】
ここで、P(k)はパイロットである。そして、誤差en（ｎは更新回数）を次式（２）のように生成する。すなわち、アレー出力の干渉と雑音の和を目標値ゼロ（０＋ｊ０）に収束させるように誤差enを求める。
【数２】
2007214919.tif 000004
【００３０】
ＬＭＳウェイト制御部２０６−１〜２０６−Ｍでは、次式（３）に示す正規化ＬＭＳアルゴリズムにしたがって、アンテナ重みの更新を行う。
【数３】
2007214919.tif 000005
【００３１】
ここで、μは収束速度を決定するステップサイズパラメータであり、k=n mod Ncである。拘束条件（WHW=1）を満たすよう次式（４）のようにアンテナ重みを修正する。
【数４】
2007214919.tif 000006
【００３２】
上記のチャネル推定ベクトルの取得から上式（４）のアンテナ重みの修正に到る更新処理を直交周波数の個数分（Nc回）繰り返し、重みWNc-1を得る。
【００３３】
この重みWNc-1を用いて、パイロットブロックに続くデータブロックの受信信号をアレー合成すると、アレー出力y(k)は次式（５）によって表される。
【数５】
2007214919.tif 000007
【００３４】
続いて、式（５）によって得られたデータ部のアレー出力に対して、周波数領域等化部２１０がＭＭＳＥ等化を施す。ＭＭＳＥ等化に際して干渉と雑音の和を新しい雑音とみなせば、次式（６）のようなＭＭＳＥ等化重みwFDE(k)を用いることができる。
【数６】
2007214919.tif 000008
【００３５】
ここで、分母の第２項σ^2(k)は、第ｋ周波数における雑音と残留干渉の和の電力であり、例えば次式（７）のように、過去のパイロットブロック及びそれに続く複数のデータブロックを用いて推定する手法を用いることができる。
【数７】
2007214919.tif 000009
【００３６】
S^(k)は、データブロックの判定結果をＦＦＴして得られた第ｋ周波数における信号成分であり、パイロットブロックの場合には、S^(k)の代わりにP(k)を用いればよい。このＭＭＳＥ等化における雑音の算出に際して、平均化に用いるブロック数を多くし過ぎると、フェージングで変動している干渉電力を精度良く推定できなくなる。このため、一例として、パイロットブロック長と同じブロック数を平均化に用いることが考えられる。
【００３７】
このように本実施の形態によれば、シングルキャリア伝送された信号を周波数領域において、アレー出力信号と参照信号との差分を周波数毎に求め、求めた差分を用いて、正規化ＬＭＳに基づいて、周波数毎にアンテナ重みを更新し、アレー出力信号の残留干渉電力を考慮したＭＭＳＥ重みを用いて、アレー出力信号を周波数領域で等化処理することにより、周波数領域等化の１ブロック内で周波数成分の数だけアンテナ重みを更新することができるので、ＬＭＳを用いても１ブロック内でアンテナ重みを収束させることができる。また、残留干渉を抑圧しつつ、周波数ダイバーシチ利得を得ることができる。
【００３８】
上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【００３９】
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【００４０】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【００４１】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかるシングルキャリア伝送用の周波数領域適応アンテナアレー無線受信装置及び無線受信方法は、周波数領域等化の１ブロック内においても十分にアンテナ重みを収束させることができ、シングルキャリア伝送システムに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００４４】
１０１  データ変調部
１０２  多重部
１０３  ＧＩ挿入部
１０４  送信アンテナ
２０１−１〜２０１−Ｍ  受信アンテナ
２０２−２〜２０２−Ｍ  受信処理部
２０３  ＧＩ除去部
２０４  ＦＦＴ部
２０５−１〜２０５−Ｎ  乗算器
２０６−１〜２０６−Ｍ  ＬＭＳウェイト制御部
２０７−１〜２０７−Ｎ、２０９  加算器
２０８  チャネル推定部
２１０  周波数領域等化部
２１１  ＩＦＦＴ部
２１２  データ復調部
【図１】
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【図２】
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