JP2000216711A - 無線受信装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタ特性決定の際の演算量を削減
し、フィルタ特性決定にかかる時間を減少させて、フェ
ージングの影響を受けた受信信号を高速に補正するこ
と。 【解決手段】 無線部１０２は、アンテナ１０１で受信
した信号に対して所定の無線受信処理を施し、復調部１
０３は、無線受信処理された信号を復調し、、トレーニ
ング処理部１０４は、受信信号のうちトレーニング信号
についてトレーニング処理を施し、回転行列演算部１０
５は、トレーニング処理に際してトレーニング信号に回
転行列演算を行い、復号部１０６は、トレーニング処理
により決定された特性を有するフィルタで補正された信
号を復号する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話や自動車
電話等の無線通信システムにおける無線受信装置及び信
号処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線通信における受信信号は、送信装置
より受信装置にそのまま届くものもあれば、建物等に反
射して届くものもある。このように送信装置から受信装
置に至る信号の経路が複数できあがるマルチパス環境下
では、各方向から位相が異なった信号が受信装置へ到来
するため、互いに干渉を起こし信号を弱め合ってしまう
フェージングが発生する。フェージングが発生すると、
受信装置側では著しく信号に対する認識率が低下する。

【０００３】このフェージングに対処するための技術と
して、受信装置側に伝播路の特性を打ち消すようなタッ
プ付遅延回路を用いたフィルタを用意し、このフィルタ
によりフェージングの影響を受けた受信信号を補正する
適応自動等化技術がある。

【０００４】このフィルタの特性を求めるための手法の
一つとしては以下のようなものがある。すなわち、送信
装置側にて送信信号のデータ系列とともに、既知信号で
あるトレーニング信号を送信する。受信装置側では、実
際に受信したフェージングの影響を受けたトレーニング
信号と既知であるトレーニング信号とを比較して誤差信
号を求め、この誤差信号を最小にするように繰り返しベ
クトル演算を行いフィルタ係数を算出し、このフィルタ
係数を用いてフィルタの特性を決定するというものであ
る。

【０００５】これを、式で表すと以下の式（１）、式
（２）に示すようになる。 Ｙn＝Ｗ*n・Ｘn （１） Εn＝Ｄn−Ｙn （２） ここで、Ｗnはフィルタ係数、Ｘnは実際に受信したフェ
ージングの影響を受けたトレーニング信号、Ｄnは既知
のトレーニング信号、Εnは誤差信号、Ｗ*nはＷnの複素
共役をそれぞれ表し、Ｙnをレプリカ信号という。

【０００６】すなわち、フェージングの影響を受けたト
レーニング信号Ｘnをフィルタリングし、そのフィルタ
リングしたトレーニング信号Ｘnとフィルタ係数Ｗ*nを
乗算してレプリカ信号Ｙnを作成し、そのレプリカ信号
Ｙnと既知のトレーニング信号Ｄnから誤差信号Εnを求
め、この誤差信号Εnを最小にするように演算を繰り返
してフィルタ係数を決定し、フィルタの特性を決定す
る。

【０００７】このフィルタの特性は、伝播路の特性を打
ち消すものである。従って、このフィルタにフェージン
グの影響を受けた受信信号を通すことにより、受信信号
からフェージングの影響が取り除かれ、受信信号が補正
されることとなる。

【０００８】次に、従来の無線受信装置の動作を図面を
用いて説明する。図５は、従来の無線受信装置の構成を
示すブロック図である。

【０００９】まず、トレーニング信号は、図示しない送
信装置にて直交変調された後に送信される。このトレー
ニング信号は、伝播路においてフェージングの影響を受
けて無線受信装置５００のアンテナ５０１で受信され、
無線部５０２で所定の無線受信処理が施された後に復調
部５０３に入力される。復調部５０３では、直交変調さ
ているトレーニング信号を復調する。その結果、トレー
ニング信号は、図６に示すような信号空間ダイアグラム
において、４つのＩＱ信号成分（１，１）、（１，−
１）、（−１，−１）、（−１，１）のずれか１つの信
号成分に復調される。復調されたトレーニング信号は、
トレーニング処理部５０４に入力される。トレーニング
処理部５０４では、上記式（１）、式（２）の計算を順
次繰り返し行ってフィルタ係数Ｗnを算出してフィルタ
特性を決定し、そのフィルタによりフェージングの影響
を受けた受信信号を補正する。その補正された受信信号
は復号部５０５にて復号される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
無線受信装置においては、フィルタ係数Ｗnを算出して
フィルタ特性を決定するまでには繰り返しベクトル演算
を行う必要があるため、演算量が多くなってしまうとい
う問題がある。特に、上記式（１）においてレプリカ信
号Ｙnを算出する場合に、フィルタ係数Ｗ*nとトレーニ
ング信号Ｘnとのベクトル乗算が繰り返し行われ乗算回
数が多くなってしまうことが、フィルタ特性決定の際の
演算量を増加させる原因となっている。

【００１１】上記式（１）におけるフィルタ係数Ｗ*nと
トレーニング信号Ｘnとのベクトル乗算がレプリカ信号
Ｙnを算出する際の乗算回数を多くしてしまっている原
因としては以下のことが挙げられる。すなわち、復調さ
れたトレーニング信号ＸnのＩＱ成分（１，１）、
（１，−１）、（−１，−１）、（−１，１）を用い
て、上記式（１）によりレプリカ信号Ｙnを算出する場
合に、復調されたトレーニング信号ＸnのＩＱ成分をそ
のままの信号成分として使用するため、それぞれのＩ成
分、Ｑ成分につき１または−１の乗算が必ず発生してし
まう。この１または−１の乗算が必ず発生してしまうこ
とが、演算量を増加させている。

【００１２】フィルタ特性を決定する際に演算量が多く
なり、フィルタ特性を決定するまでに長時間を要するよ
うになると、フェージングの影響を受けた受信信号に対
する補正に長時間を要してしまうこととなる。その結
果、この無線受信装置を有する移動体通信端末装置、及
び移動体通信基地局装置等においてフェージングの影響
を受けた受信信号を高速に補正することが難しくなる。

【００１３】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、フィルタ特性決定の際の演算量を削減し、フィル
タ特性決定にかかる時間を減少させて、フェージングの
影響を受けた受信信号を高速に補正することができる無
線受信装置及び信号処理方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、フィルタ特
性を決定する際の演算量が多くなる原因が、復調された
トレーニング信号ＸnのＩＱ成分である１または−１
を、レプリカ信号Ｙnを算出する際の演算にそのまま用
いていることにあると着目して、トレーニング信号Ｘn
のＩＱ成分中に０を存在させることにより、レプリカ信
号Ｙnを算出する際の乗算回数を削減して前記演算量を
少なくできることを見出し、本発明をするに至った。

【００１５】すなわち、本発明の骨子は、直交変調され
たＩＱ信号成分を持つ信号をＩ軸上、またはＱ軸上に移
動させ、Ｉ成分、またはＱ成分のいずれか一方を０とす
ることにより、その信号を用いたベクトル乗算の乗算回
数を削減させて、結果として等化処理におけるフィルタ
特性を決定する際の演算量を少なくすることである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の態様における無線
受信装置は、同相成分及び直交成分を含む既知信号を復
調する復調手段と、復調された既知信号に対して前記同
相成分及び直交成分のうちいずれか一方を０に変換する
演算を行う演算手段と、所定のフィルタ係数を有するフ
ィルタを備え、前記演算後の同相成分及び直交成分を用
いて前記フィルタ係数を決定するとともに、フェージン
グの影響を受けた受信信号を前記フィルタにより補正す
るトレーニング処理手段と、を具備する構成を採る。

【００１７】本発明の第２の態様における無線受信装置
は、第１の態様において、前記演算手段は、前記同相成
分及び直交成分を信号空間ダイアグラム上で４５度回転
させる。

【００１８】これらの構成によれば、既知信号の同相成
分及び直交成分のうちいずれか一方を０に変換するた
め、同相成分及び直交成分のうちいずれか一方を０に変
換した既知信号を用いて行うフィルタ係数決定のための
ベクトル演算において、ベクトル乗算回数を削減するこ
とができる。その結果、フェージングの影響を受けた受
信信号を補正するフィルタの特性を高速に決定すること
ができる。

【００１９】本発明の第３の態様における通信端末装置
は、第１の態様または第２の態様における無線受信装置
を具備する構成を採る。

【００２０】本発明の第４の態様における基地局装置
は、第１の態様または第２の態様における無線受信装置
を具備する構成を採る。

【００２１】これらの構成によれば、フェージングの影
響を受けた受信信号を補正するフィルタの特性を高速に
決定する無線受信装置を具備するため、このフィルタを
用いて行うフェージングの影響を受けた受信信号の補正
に要する時間を削減することができる。その結果、信号
を受信してから出力するまでに要する時間を削減するこ
とができる。

【００２２】本発明の第５の態様における無線送信装置
は、第１の態様または第２の態様における無線受信装置
に対し、信号を送信する送信手段を具備する構成を採
る。

【００２３】この構成によれば、この無線送信装置と、
第１の態様または第２の態様における無線受信装置とが
通信を行う場合には、無線受信装置においてフェージン
グの影響を受けた受信信号を補正するフィルタの特性を
高速に決定することができるため、通信を高速に行うこ
とができる。

【００２４】本発明の第６の態様における信号処理方法
は、同相成分及び直交成分を含む既知信号を復調する工
程と、復調した信号の同相成分及び直交成分のうちいず
れか一方を０に変換する演算を復調した既知信号に対し
て行う工程と、前記演算後の既知信号を用いて等化処理
用のフィルタのフィルタ係数を決定する工程と、を具備
するようにした。

【００２５】この方法によれば、復調した信号の同相成
分及び直交成分のうちいずれか一方を０に変換するた
め、同相成分及び直交成分のうちいずれか一方を０に変
換した信号を用いて演算を行うことによりフィルタ係数
を決定する場合に、その演算回数を削減することができ
る。

【００２６】以下、本発明の実施の形態について、添付
図面を参照して詳細に説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１に係る
無線受信装置の構成を示すブロック図である。この無線
受信装置１００は、アンテナ１０１と、アンテナ１０１
で受信した信号に対して所定の無線受信処理を施す無線
部１０２と、無線受信処理された信号を復調する復調部
１０３と、受信信号のうちトレーニング信号についてト
レーニング処理を施すトレーニング処理部１０４と、ト
レーニング処理に際してトレーニング信号に回転行列演
算を行う回転行列演算部１０５と、トレーニング処理に
より決定された特性を有するフィルタで補正された信号
を復号する復号部１０６と、を含む。

【００２７】次に、上記構成を有する無線受信装置の動
作について説明する。まず、トレーニング信号は、図示
しない送信装置にて直交変調された後に送信される。こ
のトレーニング信号は、伝播路においてフェージングの
影響を受けて無線受信装置１００のアンテナ１０１で受
信され、無線部１０２で所定の無線受信処理が施された
後に復調部１０３に入力される。復調部１０３では、直
交変調さているトレーニング信号を復調する。その結
果、トレーニング信号は、図６に示すような信号空間ダ
イアグラムにおいて、４つのＩＱ信号成分（１，１）、
（１，−１）、（−１，−１）、（−１，１）のずれか
１つの信号成分に復調される。復調されたトレーニング
信号は、トレーニング処理部１０４に入力される。

【００２８】トレーニング処理部１０４では、上記式
（１）、式（２）の計算を順次繰り返し行いフィルタ係
数Ｗnを算出してフィルタ特性を決定する。ここで、上
記式（１）、式（２）によりフィルタ係数Ｗnを算出す
る前の処理として、トレーニング処理部１０４に入力さ
れたトレーニング信号Ｘnに対して回転演算部１０５に
て後述する回転行列演算を施す。この回転行列演算によ
り、Ｉ成分、Ｑ成分のうちいずれか一方を０に変換す
る。

【００２９】その後、トレーニング処理部１０４では、
Ｉ成分、Ｑ成分のうちいずれか一方が０に変換されたト
レーニング信号Ｘnを使用し、上記式（１）、式（２）
の計算を順次繰り返し行いフィルタ係数Ｗnを算出し
て、フェージングの影響を補正するようなフィルタ特性
を決定する。この上記式（１）において行われるレプリ
カ信号Ｙnを算出する際のベクトル演算では、トレーニ
ング信号ＸnのＩ成分、Ｑ成分のうちいずれか一方が０
に変換されているので、レプリカ信号Ｙnを算出する際
のベクトル乗算回数が削減される。その結果として、ト
レーニング処理部１０４における演算量が少なくなる。

【００３０】トレーニング処理部１０４にてフェージン
グの影響を補正するようなフィルタ特性が決定された
後、トレーニング信号と同様のフェージングの影響を受
けた信号は、アンテナ１０１で受信され、無線部１０２
にて所定の無線受信処理が施され、復調部１０３にて復
調され、トレーニング処理部１０４にてこのフィルタを
通されることによりフェージングの影響が補正されるこ
ととなる。その補正された受信信号は、復号部１０６に
て復号される。

【００３１】次に、回転行列演算部１０５にて行われる
回転行列演算方法について、図２に示すＩＱ信号空間ダ
イアグラムを用いて説明する。

【００３２】回転行列演算部１０５に入力されたトレー
ニング信号Ｘnは、（１，１）、（１，−１）、（−
１，−１）、（−１，１）のようにそれぞれのＩ成分、
Ｑ成分につき１及び−１の信号成分を持つ。

【００３３】回転行列演算部１０５では、トレーニング
信号Ｘnの信号成分（１，１）、（１，−１）、（−
１，−１）、（−１，１）に対して回転行列演算を行
い、図２に示す信号空間ダイアグラム上でそれぞれの信
号成分を右に４５度回転させて、それぞれの信号成分を
Ｉ軸上、またはＱ軸上に移動させる。

【００３４】その後、右に４５度回転させたトレーニン
グ信号Ｘnの信号成分を１／√２倍する。これにより、
これらの信号成分は図２に示すように（１，０）、
（０，−１）、（−１，０）、（０，１）に変換され、
Ｉ成分、Ｑ成分のうちいずれか一方が０になる。

【００３５】これを以下の式（３）にて表す。回転前の
トレーニング信号をＡ、回転後のトレーニング信号をＢ
とすると、回転行列Ｃを用いて

【数１】 と表され、それぞれのＩＱ成分については以下の式
（４）〜（７）のような計算が行われる。・（１，１）
について

【数２】 ・（１、−１）について

【数３】 ・（−１，−１）について

【数４】 ・（−１，１）について

【数５】

【００３６】なお、上記実施の形態では、信号空間ダイ
アグラムにおける信号点配置を右に４５度回転させた場
合について説明しているが、本実施の形態においては左
に４５度回転させてもよく、その場合には信号成分は
（０，１）、（１，０）、（０，−１）、（−１，０）
に変換される。

【００３７】この変換されたトレーニング信号を用い、
トレーニング処理部１０４にてフィルタ特性を決定する
ために上記式（１）に従い乗算によりレプリカ信号Ｙn
を算出する。

【００３８】上記式（１）において繰り返し乗算により
レプリカ信号Ｙnを算出する場合に、トレーニング信号
ＸnのＩＱ信号成分のうちいずれか一方が０に変換され
ているため、その０に対する乗算を行うことが不要とな
る。その結果、レプリカ信号算出の際のベクトル乗算回
数は１／２に削減される。

【００３９】ここで、上記式（３）〜（７）にて行って
いる演算において、回転行列Ｃを１／√２倍している演
算に着目すると、この演算式を以下の式（８）に示すよ
うに変換することができる。

【数６】 上記式（８）より、回転行列Ｃを１／√２倍すること
は、回転行列Ｄを１／２倍することに等しいことが分か
る。

【００４０】従って、上記式（３）は、以下の式（９）
に示すように書き換えることができる。すなわち、回転
前のトレーニング信号をＡ、回転後のトレーニング信号
をＢとすると、回転行列Ｄを用いて

【数７】 と書き換えられ、それぞれのＩＱ成分については以下の
式（１０）〜（１３）のような計算が行われる。 ・（１，１）について

【数８】 ・（１、−１）について

【数９】 ・（−１，−１）について

【数１０】 ・（−１，１）について

【数１１】

【００４１】上記式（３）を上記式（９）へ変換する前
の演算過程である上記式（４）〜（７）と、変換した後
の演算過程である上記式（１０）〜（１３）とを比較す
ると、回転後のトレーニング信号Ｂの演算結果が同一に
なるにもかかわらず、演算過程が簡易になっていること
が分かる。従って、回転行列演算部１０５にて回転行列
演算を行う場合には、上記式（９）に従って行う方が、
上記式（３）に従って行うよりも、回転行列演算が簡易
になり、回転行列演算の演算量を削減することができ
る。

【００４２】上記式（３）〜（７）にて行っている演算
では、それぞれの信号成分をＩ軸上、またはＱ軸上に移
動させた後に、信号成分の振幅を調整して演算を簡易に
するために、前記信号成分を１／√２倍している。ま
た、上記式（９）〜（１３）にて行っている演算では、
同様の理由により、前記信号成分を１／２倍している。
しかし、それぞれの信号成分を右または左に４５度回転
させて、それぞれの信号成分をＩ軸上、またはＱ軸上に
移動させることにより、Ｉ成分、Ｑ成分のうちいずれか
一方を０とすれば、上記式（１）においてレプリカ信号
Ｙnを算出する際のベクトル乗算回数が削減される。従
って、上記式（３）〜（７）にて行っている信号成分の
振幅を調整するための１／√２倍の演算、及び上記式
（９）〜（１３）にて行っている１／２倍の演算は任意
である。

【００４３】このように、本実施の形態の無線受信装置
によれば、トレーニング信号に対する回転行列演算処理
が加わるが、レプリカ信号を算出する場合に繰り返し行
われるベクトル乗算回数が１／２に削減されるため、フ
ェージングの影響を受けた受信信号を補正するようなフ
ィルタの特性を高速に決定することができる。また、本
実施の形態の無線受信装置と、無線送信装置とが通信を
行う場合には、無線受信装置においてフェージングの影
響を受けた受信信号を補正するフィルタの特性を高速に
決定することができるため、通信を高速に行うことがで
きる。

【００４４】なお、本実施の形態においては、それぞれ
の信号成分を信号空間ダイアグラム上で右または左に４
５度回転する回転行列演算によって、それぞれの信号成
分をＩ軸上、またはＱ軸上に移動させることにより、Ｉ
成分、Ｑ成分のうちいずれか一方を０とした。しかし、
それぞれの信号成分をＩ軸上、またはＱ軸上に移動させ
ることにより、Ｉ成分、Ｑ成分のうちいずれか一方を０
とすることさえできれば、上記式（１）においてレプリ
カ信号Ｙnを算出する際のベクトル乗算回数は削減され
る。従って、それぞれの信号成分をＩ軸上、またはＱ軸
上に移動させる演算は、回転行列演算に限定されること
はなく、他の演算手段によって、それぞれの信号成分を
Ｉ軸上、またはＱ軸上に移動させてもよい。

【００４５】（実施の形態２）図３は、本発明の無線受
信装置を備えた移動体通信端末装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【００４６】この移動体通信端末装置３００は、図１に
示す無線受信装置の構成をすべて含み、復号部１０６で
復号された信号を音声に変換する音声コーデック部３０
１と、この音声を出力するスピーカ３０２と、を具備す
る構成を採る。

【００４７】このように、本実施の形態の移動体通信端
末装置によれば、フェージングの影響を受けた受信信号
を補正するフィルタの特性を高速に決定することができ
るので、このフィルタを用いて行うフェージングの影響
を受けた受信信号の補正に要する時間を削減することが
できる。その結果、信号を受信してから音声として出力
するまでに要する時間を削減することができる。

【００４８】（実施の形態３）図４は、本発明の無線受
信装置を備えた移動体通信基地局装置の構成を示すブロ
ック図である。

【００４９】この移動体通信基地局装置４００は、図１
に示す無線受信装置の構成をすべて含み、復号部１０６
で復号された信号を上位装置に接続されている有線回線
へ出力するデータ入出力部４０１を具備する構成を採
る。

【００５０】このように、本実施の形態の移動体通信基
地局装置によれば、フェージングの影響を受けた受信信
号を補正するフィルタの特性を高速に決定することがで
きるので、このフィルタを用いて行うフェージングの影
響を受けた受信信号の補正に要する時間を削減すること
ができる。その結果、信号を受信してから信号を上位装
置に接続されている有線回線へ出力するまでに要する時
間を削減することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィルタ特性決定の際の演算量を削減し、フィルタ特性
決定にかかる時間を減少させて、フェージングの影響を
受けた受信信号を高速に補正することができる無線受信
装置及び信号処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る無線受信装置の構
成を示すブロック図

【図２】実施の形態１に係る回転行列演算のようすを表
すＩＱ信号図

【図３】本発明の実施の形態２に係る移動体通信端末装
置の構成を示すブロック図

【図４】本発明の実施の形態３に係る移動体通信基地局
装置の構成を示すブロック図

【図５】従来の無線受信装置の構成を示すブロック図

【図６】復調されたトレーニング信号のようすを表すＩ
Ｑ信号図

【符号の説明】

１０４ トレーニング処理部 １０５ 回転行列演算部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同相成分及び直交成分を含む既知信号を
   復調する復調手段と、復調された既知信号に対して前記
   同相成分及び直交成分のうちいずれか一方を０に変換す
   る演算を行う演算手段と、前記演算手段の演算後の同相
   成分及び直交成分を用いてフィルタ係数を決定するとと
   もに、フェージングの影響を受けた受信信号を補正する
   トレーニング処理手段と、を具備することを特徴とする
   無線受信装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記同相成分及び直交
   成分を信号空間ダイアグラム上で４５度回転させること
   を特徴とする請求項１記載の無線受信装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の無線受信
   装置を具備することを特徴とする通信端末装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２記載の無線受信
   装置を具備することを特徴とする基地局装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２記載の無線受信
   装置に対し、信号を送信する送信手段を具備することを
   特徴とする無線送信装置。
6. 【請求項６】 同相成分及び直交成分を含む既知信号を
   復調する工程と、復調した信号の同相成分及び直交成分
   のうちいずれか一方を０に変換する演算を復調した既知
   信号に対して行う工程と、前記演算後の既知信号を用い
   て等化処理用のフィルタのフィルタ係数を決定する工程
   と、を具備することを特徴とする信号処理方法。