(57)【要約】【課題】推定対象帯域において信号を送信することなく、推定対象帯域の伝送路を高精度に推定することができる受信装置を得ること。【解決手段】離隔した異なる２つ以上の帯域の周波数信号として送信された既知信号を受信信号として受信する受信装置であって、受信信号と既知信号とに基づいて周波数信号の送信帯域と送信帯域外の帯域とを含む広帯域の参照信号である広帯域参照信号を再生する参照信号再生回路２１と、広帯域参照信号と受信信号とに基づいて広帯域の伝送路推定を実施する高分解能ブラインド伝送路推定回路２２と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離隔した異なる２つ以上の帯域の周波数信号として送信された既知信号を受信信号として受信する受信装置であって、
前記受信信号と前記既知信号とに基づいて前記周波数信号の送信帯域と前記送信帯域外の帯域とを含む広帯域の参照信号である広帯域参照信号を再生する参照信号再生部と、
前記広帯域参照信号と前記受信信号とに基づいて広帯域の伝送路推定を実施する伝送路推定部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記参照信号再生部は、前記２つ以上の帯域で送信された前記周波数信号を合成することにより前記広帯域参照信号を再生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】
前記参照信号再生部は、
前記周波数信号間の時間オフセット量を推定する時間タイミング推定部と、
前記周波数信号間の周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定部と、
前記周波数信号間の相対位相差を推定する相対位相差推定部と、
前記時間オフセット量、前記周波数オフセット量および前記相対位相差を反映して前記既知信号に基づいて前記広帯域参照信号を生成する参照信号生成部と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
【請求項４】
離隔した異なる２つ以上の帯域の周波数信号として既知信号を受信する受信装置における参照信号再生回路であって、
前記受信信号と前記既知信号とに基づいて前記周波数信号の送信帯域と前記送信帯域外の帯域とを含む広帯域の伝送路推定に用いる参照信号である広帯域参照信号を再生することを特徴とする参照信号再生回路。
【請求項５】
前記２つ以上の帯域で送信された前記周波数信号を合成することにより前記広帯域参照信号を再生することを特徴とする請求項４に記載の参照信号再生回路。
【請求項６】
前記周波数信号間の時間オフセット量を推定する時間タイミング推定部と、
前記周波数信号間の周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定部と、
前記周波数信号間の相対位相差を推定する相対位相差推定部と、
前記時間オフセット量、前記周波数オフセット量および前記相対位相差を反映して前記既知信号に基づいて前記広帯域参照信号を生成する参照信号生成部と、
を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の参照信号再生回路。
【請求項７】
離隔した異なる２つ以上の帯域の周波数信号として既知信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から送信された前記周波数信号を受信信号として受信する受信装置と、
を備え、
前記受信装置は、
前記受信信号と前記既知信号とに基づいて前記周波数信号の送信帯域と前記送信帯域外の帯域とを含む広帯域の参照信号である広帯域参照信号を再生する参照信号再生部と、
前記広帯域参照信号と前記受信信号とに基づいて広帯域の伝送路推定を実施する伝送路推定部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項８】
離隔した異なる２つ以上の帯域の周波数信号として送信された既知信号を受信信号として受信し、前記受信信号に基づいて伝送路推定を行う伝送路推定方法であって、
前記受信信号と前記既知信号とに基づいて前記周波数信号の送信帯域と前記送信帯域外の帯域とを含む広帯域の参照信号である広帯域参照信号を再生する参照信号再生ステップと、
前記広帯域参照信号と前記受信信号とに基づいて広帯域の伝送路推定を実施する伝送路推定ステップと、
を含むことを特徴とする伝送路推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信装置、参照信号再生回路、通信システムおよび伝送路推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信分野では、高まる伝送容量拡大の需要に対し、より広帯域な周波数帯域を用いた通信が求められている。広帯域な伝送システムを設計するにあたり、設計手順として適用環境における伝送路特性を把握する必要がある。しかしながら、特に無線通信分野では適用環境において広帯域な信号を送信して伝送路を測定することは法律上困難であることから、設計段階では、与えられた狭帯域信号に基づいて、想定する広帯域伝送路を推定する技術が求められる。
【０００３】
また、無線通信分野では、周波数枯渇に向けた一対策として、未使用周波数帯（ホワイトスペース：ＷＳ）を二次利用するシステムの検討がされている。非特許文献１では、ＷＳ二次利用型コグニティブ無線システムのシステムモデルが議論されており、ＷＳを優先的に使用する一次利用システムをプライマリシステム（ＰＳ）、当該ＷＳを二次利用するシステムをセカンダリシステム（ＳＳ）と定義し、スペクトルマネージャ（ＳＭ）が両者の周波数割当を管理・制御する形態が議論されている。ＷＳ二次利用型コグニティブ無線システムでは、ＳＳは、ＰＳがＷＳを使用していない場合にのみ、ＳＭよりＷＳを二次利用することが許可される。
【０００４】
ＷＳの利用効率向上のためには、二次利用するＳＳへの適切かつ適応的なチャネル割当やリソース制御（変調多値数制御、送信電力制御）が求められるが、その場合ＷＳの伝送路情報をできる限り正確に取得する必要がある。しかしながら、ＰＳがＷＳを利用している間、ＳＳはＷＳでの伝送が不可であるため、ＷＳの伝送路情報を事前に取得することが困難という課題がある。
【０００５】
一方、非特許文献２では、信号伝送帯域での伝送路推定結果から、隣接する無信号帯域の伝送路をブラインド推定する手法について議論されている。非特許文献２において開示されている技術を用いれば、伝送路推定対象帯域において信号を送信せずとも、隣接帯域にて既知信号を送信して伝送路推定値を取得することにより、ブラインドで推定対象帯域の伝送路推定が可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】有吉正行、菅原弘人、二木康則、村岡一志、ピエールマーシャン、ヴァンサンメラ、“ホワイトスペース二次利用型コグニティブ無線システムの検討(1)  ―  システムモデルおよび機能アーキテクチャ  ―、”2010年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、BS−9−6、2010年9月
【非特許文献２】Man−On  Pun，Andreas  F．Molisch，Philip  Orlik，and  Akihiro  Okazaki，“Super−Resolution  Blind  Channel  Modeling，”Proc．ICC  2011，Kyoto，June  2011．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献２に記載の発明は、周波数が離隔された２つの帯域信号を含む受信信号を受信装置において分波し、各帯域で独立に検波および伝送路推定した結果から、周波数領域での重み付け合成により推定対象帯域の伝送路を算出するものである。このとき、一度各帯域に分波するため、推定対象帯域の伝送路推定精度が劣化するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、推定対象帯域において信号を送信することなく、推定対象帯域の伝送路を高精度に推定することができる受信装置、参照信号再生回路、通信システムおよび伝送路推定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、離隔した異なる２つ以上の帯域の周波数信号として送信された既知信号を受信信号として受信する受信装置であって、前記受信信号と前記既知信号とに基づいて前記周波数信号の送信帯域と前記送信帯域外の帯域とを含む広帯域の参照信号である広帯域参照信号を再生する参照信号再生部と、前記広帯域参照信号と前記受信信号とに基づいて前記広帯域の伝送路推定を実施する伝送路推定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、推定対象帯域において信号を送信することなく、推定対象帯域の伝送路を高精度に推定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態の送信装置の構成例と伝送路を示す図である。
【図２】図２は、受信信号ｒ（ｔ）の周波数スペクトルの概念を示す図である。
【図３】図３は、従来法を適用する場合の受信装置の構成例を示す図である。
【図４】図４は、従来法において周波数領域の重み付けに用いる重みの一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明にかかる実施の形態の受信装置の構成例を示す図である。
【図６】図６は、参照信号再生回路の構成例を示す図である。
【図７】図７は、本発明法の推定精度特性と従来法による推定精度特性の比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる受信装置、参照信号再生回路、通信システムおよび伝送路推定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態．
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態の送信装置１の構成例と伝送路を示す図である。ここでは、説明を簡易にするため、本実施の形態の送信装置１は、周波数が離隔された異なる２つの帯域を信号伝送に用いるものとする。しかしながら、送信装置１が送信する信号の帯域はこれに限らず、３つ以上の異なる帯域を用いて信号伝送してもよい。ここでは、送信装置が送信に用いる２つの帯域を参照チャネル（参照帯域）＃１、＃２（それぞれの中心周波数ｆ1、ｆ2）と定義する。
【００１４】
送信装置１の周波数変換部１１は、入力された既知信号ｄ1（ｔ）を参照チャネル＃１の中心周波数ｆ1に周波数変換して高周波信号（周波数信号）ｘ1（ｔ）として出力する。送信装置１の周波数変換部１２は、入力された既知信号ｄ2（ｔ）を参照チャネル＃２の中心周波数ｆ2に周波数変換して高周波信号ｘ2（ｔ）として出力する。合成部１３は、周波数変換部１１から出力される高周波信号ｘ1（ｔ）と周波数変換部１２から出力される高周波信号ｘ2（ｔ）とを合成して送信信号ｓ（ｔ）として送信する。送信信号ｓ（ｔ）は、送受信間の伝送路ｈ（ｔ）で畳み込まれ、受信点で雑音ｎ（ｔ）が付加され受信信号ｒ（ｔ）として受信される。
【００１５】
図２は、本実施の形態の受信信号ｒ（ｔ）の周波数スペクトルの概念を示す図である。図２では、図１に示した送信装置から送信された信号を受信した場合の受信信号ｒ（ｔ）の周波数スペクトルの一例を示している。参照チャネル＃１、＃２は、それぞれ帯域幅Ｂ1、Ｂ2を有しており、２つの参照チャネル間には帯域幅Ｂtargetの無信号帯域がある。本実施の形態では、この無信号帯域における伝送路を高精度にブラインド推定することを目的としている。
【００１６】
図３は、非特許文献２において開示された従来法を適用する場合の受信装置の構成例を示す図である。図３に示した受信装置１００では、受信信号ｒ（ｔ）を２分波し、参照チャネル＃１に対応する中心周波数ｆ1、帯域幅Ｂ1の周波数帯域を通過させる帯域通過フィルタ１０１と、参照チャネル＃２に対応する中心周波数ｆ2、帯域幅Ｂ2の周波数帯域を通過させる帯域通過フィルタ１０２と、により、各参照チャネルに対応した帯域の信号を出力する。
【００１７】
伝送路推定部１０３，１０４は、それぞれ帯域通過フィルタ１０１，１０２から出力される信号に基づいて伝送路推定を行う。ここで、伝送路推定は、既知信号（参照チャネル＃１ではｄ1（ｔ）、参照チャネル＃２ではｄ2（ｔ））を参照信号として用いた、最小二乗法に基づく高分解能時間インパルス応答推定を実施する。ブラインド伝送路推定（重み付け合成）部１０５は、得られた参照チャネル＃１の伝送路推定値＃１と、参照チャネル＃２の伝送路推定値＃２と、を用いて周波数領域での重み付け合成によるブラインド伝送路推定を行い、無信号帯域の伝送路応答を算出する。ここで、周波数領域の重み付けは、例えば図４に示す重みにより実施する。図４は、従来法において周波数領域の重み付けに用いる重みの一例を示す図である。
【００１８】
しかしながら、非特許文献２において開示された従来法では、図３を用いて説明したように受信信号を各参照チャネルの帯域に分波する。このため、伝送路推定の対象となる無信号帯域の信号成分が除去されており、無信号帯域の推定精度が劣化するという課題がある。
【００１９】
本実施の形態では、このような課題を解決するために、受信信号ｒ（ｔ）を各帯域に分波せずに広帯域信号のまま扱い、一括で広帯域伝送路を推定する。これにより、従来法に比べ高精度な伝送路推定が可能となる。
【００２０】
図５は、本発明にかかる実施の形態の受信装置２の構成例を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の受信装置２は、参照信号再生回路（参照信号再生部）２１と、高分解能ブラインド伝送路推定回路（伝送路推定部）２２と、を備える。本実施の形態では、受信信号ｒ（ｔ）を各帯域に分波せずに一括で広帯域伝送路を推定するが、一括で広帯域伝送路を推定するためには、広帯域参照信号が必要となる。そのため、参照信号再生回路２１が既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）に基づいて広帯域参照信号ｄ（ｔ）を再生する。
【００２１】
高分解能ブラインド伝送路推定回路２２は、再生された広帯域参照信号ｄ（ｔ）と受信信号ｒ（ｔ）とに基づいて広帯域（図２の参照チャネル＃１の左端から参照チャネル＃２の右端までの帯域幅Ｂ1＋Ｂtarget＋Ｂ2の帯域を含む帯域）の伝送路推定を実施し、伝送路推定値を得る。高分解能ブラインド伝送路推定回路２２は、具体的には、例えば従来法の伝送路推定で用いられる、最小二乗法に基づく高分解能時間インパルス応答推定を実施する。
【００２２】
ここで、参照信号再生回路２１についてより詳細に説明する。理想的な広帯域参照信号ｄ（ｔ）は送信装置１から送信された送信信号ｓ（ｔ）に等しい。すなわち、ｄ（ｔ）＝ｓ（ｔ）である。既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）、および中心周波数ｆ1、ｆ2は受信装置２において既知であるので、これらを用いて、原理的に次式（１）に示すように既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）が周波数変換された高周波信号を合成して広帯域参照信号ｄ（ｔ）を再生可能である。
ｄ（ｔ）＝ｄ1（ｔ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ1ｔ）＋ｄ2（ｔ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ2ｔ）…（１）
【００２３】
しかしながら、参照チャネル＃１と参照チャネル＃２は異なる帯域であるため、非同期、すなわち、時間タイミングが異なる可能性がある。また、送受信間でキャリア発振周波数に誤差がある場合には、帯域毎に異なる周波数オフセットが生じる。更に、高周波信号ｘ1（ｔ）とｘ2（ｔ）の間で信号の位相が同期しているとは限らないため、ｘ1（ｔ）とｘ2（ｔ）の間の相対的な位相差も生じうる。ここでは、これらを総じて非同期パラメータと称することとする。
【００２４】
そこで、参照信号再生回路２１では、受信信号ｒ（ｔ）と既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）とに基づいて非同期パラメータを推定し、非同期パラメータを反映させた広帯域参照信号ｄ（ｔ）を再生する。図６は、参照信号再生回路２１の構成例を示す図である。図６に示した参照信号再生回路２１は、時間タイミング推定部２２１、周波数オフセット推定部２２２、相対位相差推定部２２３および参照信号生成部２２４を備える。
【００２５】
時間タイミング推定部２２１、周波数オフセット推定部２２２、相対位相差推定部２２３は、受信信号ｒ（ｔ）と既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）とに基づいて、時間タイミング推定、周波数オフセット推定、相対位相差推定をそれぞれ実施する。参照信号生成部２２４は、既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）に基づいて、これらの時間タイミング推定結果、周波数オフセット推定結果および相対位相差推定結果を非同期パラメータとして反映した広帯域参照信号ｄ（ｔ）を出力する。
【００２６】
時間タイミング推定部２２１における時間タイミング推定の具体的な方法としては、どのような方法を用いてもよいが、例えば、受信信号ｒ（ｔ）と既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）との相互相関演算や、ビットタイミング再生回路を用いる方法を適用することができる。時間タイミング推定部２２１は、時間タイミング推定により、高周波信号ｘ1（ｔ）、ｘ2（ｔ）（または既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ））のそれぞれに対する時間オフセット量Δｔ1、Δｔ2を求める。
【００２７】
周波数オフセット推定部２２２における周波数オフセット推定の具体的な方法は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、受信信号ｒ（ｔ）と既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）との相互相関演算を実施し、相互相関結果を等時間間隔で自己相関演算することにより当該時間間隔における位相回転量を求める方法を適用することができる。周波数オフセット推定部２２２は、周波数オフセット推定により、高周波信号ｘ1（ｔ）、ｘ2（ｔ）のそれぞれに対する周波数オフセット量Δｆ1、Δｆ2を求める。
【００２８】
相対位相差推定部２２３における相対位相差推定の具体的な方法は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、受信信号ｒ（ｔ）と既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）との相互相関演算をそれぞれ実施し、得られた両結果を更に相関演算する方法を適用することができる。相対位相差推定部２２３は、相対位相差推定により、高周波信号ｘ1（ｔ）、ｘ2（ｔ）の間の相対位相差φ12を求める。
【００２９】
参照信号生成部２２４は、時間オフセット量Δｔ1、Δｔ2と、周波数オフセット量Δｆ1、Δｆ2と、相対位相差φ12と、既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）と、に基づいて、次式（２）により広帯域参照信号ｄ（ｔ）を出力する。
ｄ（ｔ）＝ｄ1（ｔ＋Δｔ1）ｅｘｐ（ｊ２π（ｆ1＋Δｆ1）ｔ）
＋ｄ2（ｔ＋Δｔ2）ｅｘｐ（ｊ２π（ｆ2＋Δｆ2）ｔ＋φ12）…（２）
【００３０】
以下、広帯域参照信号ｄ（ｔ）を用いて広帯域伝送路推定を実施する本発明法の効果を説明する。図７は、本発明法（広帯域参照信号ｄ（ｔ）を用いて広帯域伝送路推定した場合）の推定精度特性と従来法による推定精度特性の比較例を示す図である。図７の例では、簡単のため、帯域幅はＢ1＝Ｂ2＝Ｂtargetとした。また、既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）はロールオフ率β＝０．２５のＱＰＳＫ（Quadrature  Phase  Shift  Keying）変調信号とし、ここでは簡単のため高周波信号ｘ1（ｔ）とｘ2（ｔ）の時間タイミング、位相、および送受信間の周波数は全て理想的に同期しているものとした。また、受信信号ｒ（ｔ）は、既知信号ｄ1（ｔ）、ｄ2（ｔ）の実効帯域幅Ｂe＝Ｂ1／（１＋β）に対し１６倍オーバーサンプリングするものとし、伝送路インパルス応答は等利得１６パス（サンプル間隔）の準静的レイリーフェージングに従うものとした。また、参照チャネルにおける平均受信ＳＮＲ（Signal−to−Noise  power  Ratio）を４０ｄＢとし、フェージング試行1,000回について複素伝送路推定値の平均二乗誤差特性を求めた。
【００３１】
図７では、本発明法（広帯域参照信号ｄ（ｔ）を用いて広帯域伝送路推定を実施する方法）による伝送路推定の推定誤差を示し、点線は、従来法（非特許文献２に記載の方法）による伝送路推定の推定誤差を示している。図７の横軸は実効帯域幅Ｂeにより正規化した周波数であり、縦軸は平均伝送路利得により正規化した平均二乗誤差である。従来法は、推定対象である無信号帯域での伝送路の推定誤差が１×１０-2〜４×１０-2、すなわち１〜４％程度であるのに対し、本発明法では推定誤差１×１０-4〜１×１０-3、すなわち０．０１〜０．１％となり高い伝送路推定精度を達成できていることが分かる。さらに、受信信号を一括で扱う発明法では、参照チャネル＃１、＃２での伝送路推定精度も大きく改善している。
【００３２】
なお、本実施の形態では説明を簡易にするため、推定対象とする無信号帯域が１つ、かつ、参照チャネルが２つの場合について例示した。しかしながら、これに限らず、推定対象とする無信号帯域が２つ以上であってもよく、参照チャネルが３つ以上であっても良い。その場合、上記式（２）における参照信号生成回路での既知信号合成数が３以上となり、それに伴い推定する非同期パラメータが多くなることは容易に理解できるところである。
【００３３】
このように、本実施の形態にて説明した広帯域伝送路推定方法、参照信号再生回路および受信装置により、無信号帯域の伝送路を従来法よりも高精度にブラインド推定することが可能となる。
【００３４】
以上、本発明について実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態の各構成要素
や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なことは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかる受信装置、参照信号再生回路、通信システムおよび伝送路推定方法は、広帯域伝送路を推定する通信システムに有用であり、特に、推定対象帯域において信号送信が困難な通信システムに適している。
【符号の説明】
【００３６】
１  送信装置
２，１００  受信装置
１１，１２  周波数変換部
１３  合成部
２１  参照信号再生回路
２２  高分解能ブラインド伝送路推定回路
１０１，１０２  帯域通過フィルタ
１０３，１０４  伝送路推定部
１０５  ブラインド伝送路推定部
２２１  時間タイミング推定部
２２２  周波数オフセット推定部
２２３  相対位相差推定部
２２４  参照信号生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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