JP2004048442A - 通信路に応じた等化処理を行う無線受信装置および無線受信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】無線通信において既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた等化処理を行う。
【解決手段】送信装置が送信する変調信号を、白色化フィルタ２が通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、また通信路推定回路３が白色化フィルタ２の出力する信号のＡＲモデルを推定する。また、波形等化フィルタ１が、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、通信路推定回路３が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力する。
【選択図】 図１
【解決手段】送信装置が送信する変調信号を、白色化フィルタ２が通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、また通信路推定回路３が白色化フィルタ２の出力する信号のＡＲモデルを推定する。また、波形等化フィルタ１が、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、通信路推定回路３が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信路の特性に応じた等化処理を行う無線受信装置および無線受信方法に関するもので、スペクトラム拡散通信等の広帯域通信に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）に代表されるスペクトラム拡散通信に代表されるような、信号の周波数スペクトルを広帯域に拡散するための変調を行う無線通信方式が広く利用されている。
【０００３】
このような、広帯域に拡散した信号を無線伝送する場合、多重通信路（マルチパス）を経て届いた信号が互いに干渉するという、マルチパスフェージングによる信号の劣化を抑える必要がある。なぜなら、広帯域の信号は狭帯域の信号よりも占有する周波数帯域域幅が広いため、マルチパスフェージングにより生じる周波数選択性（各周波数の振幅、位相変動が一様でない状態）の影響を受けやすいからである。
【０００４】
したがって、信号の周波数スペクトルを広帯域に拡散するための変調を行う無線通信、すなわち広帯域通信において高品質の通信を実現するには、周波数選択性の原因となる通信路の特性を推定し、これに基づいて、適応フィルタによって受信信号から通信路の特性を除去する、すなわち等化処理を施すことが要求される。
【０００５】
通常、適応フィルタによる等化処理を行うには、既知の信号と、この既知の信号が通信路を経ることで変化した信号との比較を行い、この比較結果に基づいて受信信号の等化処理を行う。この既知信号としては、無線信号の同期を確立するために無線信号に付加されるプリアンブル信号を用いることがほとんどである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プリアンブル信号を既知信号として等化処理を行う適応フィルタでは、プリアンブル信号以外の信号に対しても、このプリアンブル信号に最適化された等化処理が行われる。この場合、通信路の特性が短時間に変動するような場合には、プリアンブル信号に最適化された等化処理が、それ以外の信号にとっては適した等化処理でなくなってしまい、通信の品質が劣化するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて、無線通信において既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた等化処理を行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、請求項１に記載の発明は、信号を変調して無線信号として送信する送信装置が送信する変調信号を受信する無線受信装置であって、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力する第１のフィルタと、第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定する通信路推定手段と、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信した変調信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力する第２のフィルタと、を備えた無線受信装置である。
【０００９】
これによって、第１のフィルタが、受信装置が受信した変調信号からこの変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、また通信路推定手段が第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定する。このＡＲモデルは変調信号の周波数特性の特徴が除去された信号に関するものであるから、通信路の特性についてのＡＲモデルである。また、第２のフィルタが、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信装置が受信した変調信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するので、無線通信において、送信装置が送信し、通信路を介して受信された信号から通信路の特性を取り除くことができるので、既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた通信路周波数特性の除去、すなわち等化処理を行うことができる。
【００１０】
なお、変調信号が有する周波数特性の特徴とは、変調信号が有する周波数領域の振幅および位相の不均一性のことである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無線受信装置において、第１のフィルタの出力する信号を受信して蓄えるバッファを備え、通信路推定手段は、バッファの蓄える信号のＡＲモデルを推定することにより、第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定することを特徴とする。
【００１２】
これによって、第１のフィルタが、受信装置が受信する変調信号からこの変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、またバッファが第１のフィルタの出力する信号を受信して蓄え、通信路推定手段がこのバッファの蓄える信号のＡＲモデルを推定する。このＡＲモデルは変調信号の周波数特性の特徴が除去された信号に関するものであるから、通信路の特性についてのＡＲモデルである。また、第２のフィルタが、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信装置が受信した変調信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するので、無線通信において、送信装置が送信し、通信路を介して受信された信号から通信路の特性を取り除くことができるので、既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた等化処理を行うことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の無線受信装置において、第１のフィルタは、非再帰形フィルタであることを特徴とする。
【００１４】
このように非再帰形フィルタを使用することによって、通信路推定手段が推定したＡＲモデルの係数をこのフィルタの係数としてそのまま使用することができるようになる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の無線受信装置において、第１のフィルタは、あらかじめ変調信号を通信路を介さないで受信した場合の理想的な信号から推定されるＡＲモデルの係数に基づいて、受信した変調信号からこの変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力するようになっていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の無線受信装置において、推定されるＡＲモデルの次数は、ＡＩＣ基準で決定される最適次数よりも小さいことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の無線受信装置において、推定されるＡＲモデルの次数は、ＦＰＥ基準で決定される最適次数よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の無線受信装置において、推定されるＡＲモデルの係数を設定する係数設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
これによって、第１のフィルタは係数を変更することにより、異なる性質を有する変調信号の周波数特性の特徴を取り除くことができるようになる。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の無線受信装置において、係数設定手段は、ＡＲモデルの係数を複数種類保存するようになっており、また、当該無線受信装置の無線受信に用いる復調方式が切り替わることの通知を受信することに基づいて、保存している複数のＡＲモデルの係数のうち１つを選び、これを推定されるＡＲモデルの係数として設定することを特徴とする。
【００２１】
これによって、第１のフィルタは変調方式の変更に基づいてすみやかに係数を変更することにより、変調信号の周波数特性の特徴を取り除くことができるようになる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の無線受信装置において、通信路推定手段が推定する通信路の特性のＡＲモデルの係数を保存するための係数メモリを備え、第２のフィルタは、当該無線受信装置の受信が途絶えた後に受信が再開されるときには、係数メモリが保存しているＡＲモデルの係数に基づいて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の無線受信装置において、当該無線通信装置の受信する変調信号を遅延させて第２のフィルタに出力する遅延手段を備え、遅延手段は、通信路推定手段がＡＲモデルを推定する対象の信号が、推定されたＡＲモデルに基づいて第２のフィルタが通信路の特性を取り除く対象の信号と同期するように、変調信号を遅延させることを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、遅延手段によって第２のフィルタが受信する信号が、第２のフィルタが受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するするときに基づくＡＲモデルの係数を通信路推定手段によって推定された第１のフィルタの出力する信号と同期するので、等化処理の精度が向上する。
【００２５】
また、請求項１１に記載の発明は、信号を変調して送信する送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除くステップと、この周波数特性の特徴が取り除かれた信号のＡＲモデルを推定するステップと、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数を用いて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するステップと、を備えた無線受信方法である。
【００２６】
また、請求項１２に記載の発明は、信号を変調して送信する送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除くステップと、変調信号が有する周波数特性の特徴が取り除かれた信号を蓄えるステップと、蓄えた信号のＡＲモデルを推定するステップと、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数を用いて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するステップと、からなる無線受信方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線受信装置１０の構成を示すものである。無線受信装置１０は、波形等化フィルタ１、白色化フィルタ２、通信路推定回路３、およびバッファ４を有している。
【００２８】
白色化フィルタ２は、図示しない送信装置がベースバンド信号を変調して送信する変調信号を、図示しないアンテナおよびＡ／Ｄ変換器等を介して、デジタル信号として受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いて出力するものである。なお、変調信号が有する周波数特性の特徴とは、変調信号が有する周波数領域の振幅および位相の不均一性のことである。
【００２９】
この白色化フィルタ２の構成を図２に示す。白色化フィルタ２は、遅延回路２１、乗算器２２、加算器２３、およびフィルタ係数を保持する回路である係数保持回路２４を有する。この白色化フィルタ２は、入力された信号をｎ個の遅延回路２１で順次０回からｎ回遅延し、またｉ回（０≦ｉ≦ｎ）遅延された信号のそれぞれを乗算器２２に出力する。乗算器２２はこの出力に、接続されている係数保持回路２４が保持するフィルタ係数ａｉ（０≦ｉ≦ｎ、ａ０＝１）を乗じて加算器２３に出力する。そして加算器２３で加算されたそれぞれの乗算器２２の出力がバッファ４に出力される。このような非再帰形の白色化フィルタ２は、システム関数（伝達関数）が１＋ａ１ｚ−１＋…ａｎｚ−ｎのフィルタとなることが知られている。すなわち、白色化フィルタ２は、入力された信号に対して１＋ａ１ｚ−１＋…ａｎｚ−ｎの特徴を付加する非再帰形フィルタとして機能する。
【００３０】
係数保持回路２４が保持するフィルタ係数ａｉの値は、送信装置が送信する変調信号の逆特性の周波数特性を白色化フィルタ２が有するように、設計時にあらかじめ決定しておく。具体的には、送信装置からの変調信号を通信路を介さずに受信した場合の、理想的な受信信号の複数（Ｎ個）のサンプルについてのＡＲモデルの逆特性を白色化フィルタ２が有するようにする。
【００３１】
ＡＲモデルとは、自己回帰モデルとも呼ばれる、等時間間隔で計測された時系列データ（ｘ１、ｘ２、…）に対して、現在の値を過去のデータ値の線形和として、以下の式のように表すものである。
【００３２】
【数１】
ｘｔ＝ｂ１ｘｔ−１＋ｂ２ｘｔ−２＋…＋ｂｎｘｔ−ｎ
この線形和の係数がｂ１、ｂ２、…、ｂｎとなるｎ次のＡＲモデルのシステム関数ＨＲＥＦ（ｚ）は、ＨＲＥＦ（ｚ）＝１／（１＋ｂ１ｚ−１＋…ｂｎｚ−ｎ）となることが知られている。したがって、ＨＲＥＦ（ｚ）＝１／（１＋ｂ１ｚ−１＋…ｂｎｚ−ｎ）の逆数１＋ｂ１ｚ−１＋…ｂｎｚ−ｎが、白色化フィルタ２のシステム関数となるようにフィルタ係数ａｉを設定することで、白色化フィルタ２はこのＡＲモデルの逆特性を有するようになる。図２に示したような非再帰形フィルタにおいては、ｂｉ＝ａｉと設定すればよい。
【００３３】
あからじめ行う理想的な受信信号のサンプルのＡＲモデルの推定の手法としては、周知の方法であるＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法を用いる。Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法は、π０＝ｒ０、ａ０ （０）＝１を初期値とし、以降、
【００３４】
【数２】
ａｍ （ｍ）＝−（Σａｉ （ｍ−１）ｒｍ−ｉ）／πｍ−１ （Σはｉ＝０からｍ−１までの足し合わせ）、
【００３５】
【数３】
ａｉ （ｍ）＝ａｉ （ｍ−１）＋ａｍ （ｍ）ａｍ−ｉ （ｍ−１） （ｉ＝１，２，…、ｍ−１）、
【００３６】
【数４】
πｍ＝（１−［ａｍ （ｍ）］２）πｍ−１、
をｍ＝１、２，…において逐次計算する事で、次数ｎのＡＲモデルの係数ａｉ ｎ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を求める算法である。ここでｒｉは、Ｎ個のサンプルデータｘｉ（ｉ＝０、１、…、Ｎ−１）の平均値をｘｉから差し引いた値Ｘｉを用いて、計算式ｒｉ＝（１／Ｎ）ΣＸｋ＋ｉＸｋ （Σはｋ＝０からＮ−１−ｉまでの足し合わせ）、によって求められたもの、すなわちＮ個のサンプルデータの平均値からのずれの相関関数である。
【００３７】
本実施形態においては、この推定における計算の過程で得られた値を元にサンプル値に対して必要十分な（最大）次数を判断し、この次数に達するまで逐次次数を上げて係数を求めていく。この必要十分な次数を求める基準としては、ＡＩＣ基準を参照する。ＡＩＣ基準は、ｌｎ（πｍ）＋（２ｍ）／Ｎを最小にするｍを最適な次数とする、赤池の情報量基準とも呼ばれるものである。なお、後述する通信路推定回路３が行うＡＲモデルの推定も、上記した推定と同様に行われる。ただし、白色化フィルタ２の係数を設定するためのＡＲモデルでは、この基準による最適値よりも次数を小さく設定しても、ＡＩＣ基準の半分前後の次数よりも大きければ、ＡＲモデルの推定精度が大きく悪化することはないため、本実施形態ではＡＩＣ基準の半分程度を次数とする。これによって、ＡＲモデルの推定のための計算量を減らすことができる。
【００３８】
バッファ４は、白色化フィルタ２の出力を受信して複数サンプル分蓄えるものである。蓄えるサンプル数は、本実施形態においては１０ｎである（ｎは波形等化フィルタ１の係数の数）。このバッファは、ＦＩＦＯ型のバッファであり、白色化フィルタ２から新たに１サンプルを受信する毎に、蓄えているもののうちから最も古いサンプルを消去するようになっている。
【００３９】
波形等化フィルタ１は、入力を外部からの変調信号とし、出力を外部へ送出する、白色化フィルタ２とほぼ同等の非再帰形フィルタである。図３にこの波形等化フィルタ１の構成を示し、図２と同様の要素については同一の符号を付す。この波形等化フィルタ１が白色化フィルタ２と異なる部分は、係数保持回路２４の保持するフィルタ係数が可変である点である。
【００４０】
通信路推定回路３は、図示しないＲＯＭとＣＰＵを有し、このＣＰＵがＲＯＭからソフトウェアを読み出して実行することで作動するマイクロコンピュータを有する。この通信路推定回路３のＣＰＵは、入力としてバッファ４に蓄えられているデータをまとめて読みとり、また出力として波形等化フィルタ１の係数保持回路２４のそれぞれに信号を送出し、係数保持回路２４が保持する数値を変更させるようになっている。またこの通信路推定回路３は、時間経過を自動的にカウントするタイマ（図示せず）を有しており、これを使用することによって経過時間を計測するようになっている。この通信路推定回路３は、受信装置１０の外部から電力供給を受けることによって作動を開始する。
【００４１】
図４に、この通信路推定回路３が作動を開始して以降のＣＰＵの処理のフローチャートを示し、この図により通信路推定回路３の作動を説明する。まず通信路推定回路３への電力供給がオンとなると、ＣＰＵはタイマの計測時間ｔを０に初期化する（ステップ２０５）。そしてタイマが所定の時間ｔ１ミリ秒をカウントしたかを判定し（ステップ２１０）、カウントするまで現在の状態を維持する。この時間ｔ１は、１サンプルを送信するのにかかる時間、すなわちサンプルレート（ミリ秒／サンプル）よりも大きく、バッファ４が蓄えることのできる最大サンプル数にサンプル伝送レート（ミリ秒／サンプル）を乗じたものよりも小さいミリ秒数として設定される。
【００４２】
タイマが時間ｔ１をカウントすると、ＣＰＵはバッファ４に蓄えられている信号をまとめて読みとり（ステップ２１５）、これらをサンプル値として読みとった信号のＡＲモデルを上述したようにＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法によって推定する（ステップ２２０）。バッファ４を使用することによって、複数のサンプルを使用してＡＲモデルを推定することができるので、精度の良い推定を行うことができる。
【００４３】
ＡＲモデルを推定すると、次にこのＡＲモデルの係数を波形等化フィルタ１の係数保持回路２４に保持させるための信号を、波形等化フィルタ１に出力する（ステップ２２５）。すなわち、波形等化フィルタ１において、ｉ回遅延されたデータとａｉとが乗算器２２によって乗算されるように、各係数保持回路２４の値が設定されるように、係数保持回路２４に信号を出力する。
【００４４】
そして、タイマをｔ＝０に初期化し（ステップ２３０）、再びステップ２１０の時間経過判定に戻る。
【００４５】
このような作動におけるステップ２１０〜２３０のループ処理により、通信路推定回路３はバッファ４の内容を定期的に読みとり、読みとった信号のＡＲモデルを推定し、推定したＡＲモデルの係数のそれぞれを、電圧信号として波形等化フィルタ１に出力する。
【００４６】
上記したような受信装置１０の構成要素の作動により、白色化フィルタ２が、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、またバッファ４が白色化フィルタ２の出力する信号を受信して蓄え、通信路推定回路３がこのバッファ４の蓄える信号のＡＲモデルを推定し、また波形等化フィルタ１が、上記した変調信号を通信路を介して受信し、この通信路推定回路３が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するので、無線通信において、送信装置が送信し、通信路を介して受信された信号から通信路の特性を取り除くことができる。したがって、既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた通信路周波数特性の除去、すなわち等化処理を行うことができる。
【００４７】
ここで、白色化フィルタ２のフィルタ係数を設定するために推定するＡＲモデルの次数が、ＡＩＣ基準で求めた最適値の半分程度の次数であっても十分推定精度を保てることを示す。
【００４８】
このために、本発明者は、最適値を次数としてフィルタ係数を決定した白色化フィルタ２と、最適値の半分を次数としてフィルタ係数を決定した白色化フィルタ２を使用した場合に、通信路推定回路３の推定にどの程度の差が出るかの比較を行った。
【００４９】
図５は、発明者の計算機シミュレーションによって設定された、第１の遅延波と第２の遅延波を生み出す１つの多重伝搬路モデルにおいて、上記の２種類の白色化フィルタ２で変調波の特徴の除去を行い、その白色化フィルタ２の出力を用いて通信路推定回路３が導出した遅延波の推定値を示す表である。この表中、推定値１が最適値を次数とする白色化フィルタ２を使用した場合のものであり、推定値２が最適値の半分を次数とする白色化フィルタ２を使用した場合のものである。設定値と推定値１との違いは、第１遅延波の電力、第２遅延波の電力共に２ｄＢ程度である。それに比して、推定値１と推定値２との違いは、第１の遅延波の電力、第２遅延波の電力の両方について０．１ｄＢ程度しかない。
【００５０】
したがって、ＡＲモデルの次数をＡＩＣ基準による最適値の半分程度にしても、それによる精度の悪化は十分小さいとすることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
図６に、本発明の第２実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図１と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第１実施形態の受信装置１０と異なる部分は、本実施形態においては波形等化フィルタ１の前段に遅延回路６が存在することである。
【００５２】
遅延回路６は、シフトレジスタ等から成り、受信した信号を遅延させたのち波形等化フィルタ１に送信するものである。遅延のタイミングはあらかじめ設定されている。このタイミングの設定は、通信路推定回路３が図４のステップ２２５でＡＲモデルを推定するときにバッファ４から読み出して用いた信号（以下推定用信号と記す）と、この推定されたＡＲモデルに基づいて波形等価フィルタ１が通信路の特性を取り除く対象の信号とが同期するように設定する。すなわち、波形等化フィルタ１において、受信する信号が推定用信号の一部になっているように設定する。具体的には、通信路推定回路３の推定の処理にかかる時間をαミリ秒とすると、遅延の時間はｔ１＋αにすれば上記の同期が実現する。
【００５３】
このようにすることで、第１実施形態に記載の効果に加え、波形等化フィルタ１が等化処理を行う対象のデータと、その等化処理を行うために用いる信号とが同期するので、例えば急激に通信路の環境が変化するような場合においても、精度のよい等化処理を行うことができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図７に、本発明の第３実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図１と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第１実施形態の受信装置１０と異なる部分は、本実施形態においては、白色化フィルタ２のフィルタ係数が計数設定回路５によって設定されるようになっていることである。
【００５５】
白色化フィルタ２は、本実施形態においては、第１実施形態において波形等化フィルタ１の説明として示した図３と同様の構成となる。ただし、係数保持回路２４は通信路推定回路３からではなく、計数設定回路５から信号を受信することによりフィルタ係数の変更を行うようになっている。
【００５６】
計数設定回路５は、図示しないＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、およびＣＰＵから成り、このＣＰＵがＲＯＭに保存されているソフトウェアを読み出して実行することによって作動を行う。
【００５７】
ＥＰＲＯＭは、外部から書き換えを行うことが可能な不揮発性のメモリから成る。このＥＰＲＯＭは白色化フィルタ２が用いるためのフィルタ係数を保存するようになっており、外部からこのフィルタ係数の書き換えがあるとＣＰＵに割り込み信号を出力するようになっている。
【００５８】
計数設定回路５のＣＰＵは、入力としてＥＰＲＯＭの内容を読み出し、また出力として白色化フィルタ２の係数保持回路２４に信号を送出するようになっている。また、ＥＰＲＯＭから割り込み信号を受信することによってＲＯＭに保存されたソフトウェアの処理を開始する。
【００５９】
図８に、ＥＰＲＯＭが外部から書き換えられ、それによってＣＰＵが割り込み信号を検知して以降のＣＰＵの処理をフローチャートとして示す。この図により計数設定回路５の作動を説明する。ＥＰＲＯＭから割り込みを受信すると、ＣＰＵはＥＰＲＯＭからフィルタ係数を読み出し（ステップ７１０）、これに基づいて白色化フィルタ２の係数保持回路２４のそれぞれに信号を出力し、これら係数保持回路２４の有する値を当該フィルタ係数に変更させる（ステップ７２０）。そしてＣＰＵは処理を終了する。
【００６０】
このような計数設定回路５の作動によって、第１実施形態の効果に加え、白色化フィルタ２のフィルタ係数が変更可能となる。例えば、１つの受信装置１０を別の通信用途に用いようとするときには、この計数設定回路５によって白色化フィルタ２のフィルタ係数を変更することで、それぞれの通信用途に応じた変調信号を白色化することができるようになる。
【００６１】
（第４実施形態）
図９に、本発明の第４実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図７と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第３実施形態の受信装置１０と構成において異なる部分は、本実施形態においては、受信装置１０が複数の変調方式の信号を受信できるようになっており、計数設定回路５が変調方式制御装置１１から変調方式切り替え信号を受信するようになっていることである。
【００６２】
変調方式制御装置１１は、受信装置１０の外部にあり、受信装置１０を含む図示しない通信装置全体の内部にある。この通信装置は、複数の変調方式による通信が可能なものであり、変調方式制御装置１１は、この通信装置の通信の変調方式が変化することと、その新たな変調方式とを検知し、それによってこの新たな変調方式を計数設定回路５に通知するものである。
【００６３】
計数設定回路５はマイクロコンピュータである。以下、本実施形態における計数設定回路５について、第３実施形態における計数設定回路５との違いを中心に説明する。
【００６４】
計数設定回路５が有するＥＰＲＯＭは、白色化フィルタ２が用いるためのフィルタ係数を複数種類保存している。それぞれのフィルタ係数は、ＯＦＤＭ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等の１つの変調方式における変調信号の周波数特性を除去するためのフィルタ係数である。またＥＰＲＯＭは、保存されているフィルタ係数が対応する変調方式の識別子と、当該フィルタ係数を格納している領域の先頭アドレスとの対応からなるリストを保存している。図１０に、このリストの一例を示す。この図中においては、変調方式の識別子は文字列となっている。このリストを参照することで、例えばＯＦＤＭに対応するフィルタ係数は０ｘ２３００番地から格納されていることがわかる。
【００６５】
計数設定回路５のＣＰＵは、入力としてＥＰＲＯＭの内容を読み出し、また出力として白色化フィルタ２の係数保持回路２４に信号を送出するようになっている。また、変調方式制御装置１１から新たな変調方式の通知を受信することによってＲＯＭに保存されたソフトウェアの処理を開始する。
【００６６】
図１１に、通信装置の変調方式が変わり、変調方式制御装置１１から新たな変調方式の通知を受信して以降のＣＰＵの処理をフローチャートとして示す。この図により計数設定回路５の作動を説明する。通知の信号を受信すると、ＣＰＵはＥＰＲＯＭからリストを読み出す（ステップ９１０）。そして、この読み出したリストを参照し、通知を受けた通信方式に対応するアドレスを取得する（ステップ９２０）。そして、ＥＰＲＯＭの当該アドレスからフィルタ係数を読み出し（ステップ９３０）、これに基づいて白色化フィルタ２の係数保持回路２４のそれぞれに信号を出力し、これら係数保持回路２４の有する値を当該フィルタ係数に変更させる（ステップ９４０）。そしてＣＰＵは処理を終了する。
【００６７】
このような計数設定回路５の作動によって、第３実施施形態の効果に加え、変調方式の変更に対応して瞬時に白色化フィルタ２のフィルタ係数が変更可能となる。
【００６８】
（第５実施形態）
図１２に、本発明の第５実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図７と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第３実施形態の受信装置１０と構成において異なる部分は、本実施形態においては、受信装置１０が係数メモリ７を有していることである。
【００６９】
係数メモリ７は不揮発性のメモリであり、通信路推定回路３のＣＰＵからフィルタ係数の書き込み、読み出しが行えるようになっている。
【００７０】
図１３に、本実施形態における通信路推定回路３のＣＰＵの作動を開始して以降の処理をフローチャートで示し、図４と同様の処理には同一のステップ番号を付す。以下、本実施形態におけるこのＣＰＵの処理が、図４に示した通信路推定回路３のＣＰＵの処理と異なる部分を説明する。このＣＰＵは作動を開始すると係数メモリ７からフィルタ係数を読み出し（ステップ２０３）、読み出した係数を波形等化フィルタ１の係数保持回路２４に保持させるための信号を、波形等化フィルタ１に出力する（ステップ２０４）。また、ステップ２２５で、推定したＡＲモデルの係数（すなわちフィルタ係数）を波形等化フィルタ１の係数保持回路２４に保持させるための信号を、波形等化フィルタ１に出力した後、このフィルタ係数を係数メモリ７に書き込む。
【００７１】
このような作動の特徴を有する通信路推定回路３のＣＰＵの作動により、通信路推定回路３はＡＲモデルを推定してフィルタ係数を新たなものにする度に係数メモリ７にそのフィルタ係数を書き込むので、通信路推定回路３が通信が完了する等の理由による電源オフで作動を停止した場合、係数メモリ７には作動停止直前のフィルタ係数が保存されることになる。そして、後に電源オンで作動を開始したとき、係数メモリ７に記録されているフィルタ係数を読み出して、その係数を使用するよう波形等化フィルタ１に信号を出力する。これによって、第３実施形態の効果に加え、通信特性の変化が少ない通信システムにおいて、再び通信路推定回路３のＡＲモデル推定を待つことなく、通信開始時から波形等化フィルタ１のフィルタ係数が最適値に近いものになる。
【００７２】
ただし、係数メモリ７への書き込みはフィルタ係数が更新される度に行われる必要はない。すなわち、フィルタ係数が複数回更新されると、最新のフィルタ係数を係数メモリ７に保存するようになっていてもよい。
【００７３】
なお、本発明の各実施形態において、白色化フィルタ２は第１のフィルタに相当し、波形等化フィルタ１は第２のフィルタに相当する。なお、白色化フィルタ２は非再帰形フィルタであるが、これは再帰形フィルタによって構成されていてもよい。
【００７４】
また、通信路推定回路３は通信路推定手段に、係数設定回路５は係数設定手段に、遅延回路６は遅延手段に相当する。
【００７５】
また、図４に示した通信路推定回路３の作動において、ステップ２２０のＡＲモデルを推定するアルゴリズムとしては、Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法に代えて最大エントロピー法を用いてもよい。また、推定するＡＲモデルの次数の基準としては、ＡＩＣ基準に代えてＦＰＥ基準を用いてもよい。なお、ＦＰＥ基準は、πｍ（Ｎ＋ｍ＋１）／（Ｎ−ｍ−１）を最小にするｍを最適なＡＲモデルの次数とする基準である。
【００７６】
なお、波形等化フィルタ１および白色化フィルタ２のそれぞれに設定できるＡＲモデルの次数は、それぞれが有する係数の数、すなわち乗算器２２および係数保持回路２４の数より大きく設定することはできない。これら波形等化フィルタ１および白色化フィルタ２の有する係数の数は固定とすることも、ハードウェア構成がプログラマブルな回路を用いて可変とすることも考えられるが、固定にする場合、その数を予め決定しておく必要がある。白色化フィルタ２における係数の数の決定では、用いる変調方式が予めわかっているので、その変調方式において適切（必要十分）となるＡＲモデルの次数に数を合わせておけばよい。また、用いる変調方式が複数あれば、その中で適切なＡＲモデルの次数が最も高いものに数を合わせておけばよい。波形等化フィルタ１における係数の数の決定では、通信路の特性によって必要なＡＲモデルの次数が異なるため、実験データ等により必要となる次数を推測し、それに数を合わせることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無線受信装置１０の構成を示す図である。
【図２】白色化フィルタ２の構成を示す図である。
【図３】波形等化フィルタ１の構成を示す図である。
【図４】通信路推定回路３のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【図５】異なる次数の２つの白色化フィルタ２を用いた場合の、それぞれの間の推定精度の違いを示す図表である。
【図６】第２実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図７】第３実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図８】第３実施形態に係る計数設定回路５のＣＰＵが割り込み信号を検知して以降のＣＰＵの処理のフローチャートである。
【図９】第４実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図１０】変調方式の識別子と、フィルタ係数を格納している領域の先頭アドレスとの対応からなるリストを示す図表である。
【図１１】第４実施形態に係る計数設定回路５のＣＰＵが新たな変調方式の通知を受信して以降のＣＰＵの処理のフローチャートである。
【図１２】第５実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図１３】第５実施形態に係る通信路推定回路３のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…波形等化フィルタ、２…白色化フィルタ、３…通信路推定手段、
４…バッファ、５…係数設定手段、６…遅延手段、７…係数メモリ、
１０…受信装置、１１…変調方式制御装置、２１…遅延回路、２２…乗算器、
２３…加算器、２４…係数保持回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信路の特性に応じた等化処理を行う無線受信装置および無線受信方法に関するもので、スペクトラム拡散通信等の広帯域通信に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）に代表されるスペクトラム拡散通信に代表されるような、信号の周波数スペクトルを広帯域に拡散するための変調を行う無線通信方式が広く利用されている。
【０００３】
このような、広帯域に拡散した信号を無線伝送する場合、多重通信路（マルチパス）を経て届いた信号が互いに干渉するという、マルチパスフェージングによる信号の劣化を抑える必要がある。なぜなら、広帯域の信号は狭帯域の信号よりも占有する周波数帯域域幅が広いため、マルチパスフェージングにより生じる周波数選択性（各周波数の振幅、位相変動が一様でない状態）の影響を受けやすいからである。
【０００４】
したがって、信号の周波数スペクトルを広帯域に拡散するための変調を行う無線通信、すなわち広帯域通信において高品質の通信を実現するには、周波数選択性の原因となる通信路の特性を推定し、これに基づいて、適応フィルタによって受信信号から通信路の特性を除去する、すなわち等化処理を施すことが要求される。
【０００５】
通常、適応フィルタによる等化処理を行うには、既知の信号と、この既知の信号が通信路を経ることで変化した信号との比較を行い、この比較結果に基づいて受信信号の等化処理を行う。この既知信号としては、無線信号の同期を確立するために無線信号に付加されるプリアンブル信号を用いることがほとんどである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プリアンブル信号を既知信号として等化処理を行う適応フィルタでは、プリアンブル信号以外の信号に対しても、このプリアンブル信号に最適化された等化処理が行われる。この場合、通信路の特性が短時間に変動するような場合には、プリアンブル信号に最適化された等化処理が、それ以外の信号にとっては適した等化処理でなくなってしまい、通信の品質が劣化するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて、無線通信において既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた等化処理を行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、請求項１に記載の発明は、信号を変調して無線信号として送信する送信装置が送信する変調信号を受信する無線受信装置であって、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力する第１のフィルタと、第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定する通信路推定手段と、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信した変調信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力する第２のフィルタと、を備えた無線受信装置である。
【０００９】
これによって、第１のフィルタが、受信装置が受信した変調信号からこの変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、また通信路推定手段が第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定する。このＡＲモデルは変調信号の周波数特性の特徴が除去された信号に関するものであるから、通信路の特性についてのＡＲモデルである。また、第２のフィルタが、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信装置が受信した変調信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するので、無線通信において、送信装置が送信し、通信路を介して受信された信号から通信路の特性を取り除くことができるので、既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた通信路周波数特性の除去、すなわち等化処理を行うことができる。
【００１０】
なお、変調信号が有する周波数特性の特徴とは、変調信号が有する周波数領域の振幅および位相の不均一性のことである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無線受信装置において、第１のフィルタの出力する信号を受信して蓄えるバッファを備え、通信路推定手段は、バッファの蓄える信号のＡＲモデルを推定することにより、第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定することを特徴とする。
【００１２】
これによって、第１のフィルタが、受信装置が受信する変調信号からこの変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、またバッファが第１のフィルタの出力する信号を受信して蓄え、通信路推定手段がこのバッファの蓄える信号のＡＲモデルを推定する。このＡＲモデルは変調信号の周波数特性の特徴が除去された信号に関するものであるから、通信路の特性についてのＡＲモデルである。また、第２のフィルタが、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信装置が受信した変調信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するので、無線通信において、送信装置が送信し、通信路を介して受信された信号から通信路の特性を取り除くことができるので、既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた等化処理を行うことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の無線受信装置において、第１のフィルタは、非再帰形フィルタであることを特徴とする。
【００１４】
このように非再帰形フィルタを使用することによって、通信路推定手段が推定したＡＲモデルの係数をこのフィルタの係数としてそのまま使用することができるようになる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の無線受信装置において、第１のフィルタは、あらかじめ変調信号を通信路を介さないで受信した場合の理想的な信号から推定されるＡＲモデルの係数に基づいて、受信した変調信号からこの変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力するようになっていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の無線受信装置において、推定されるＡＲモデルの次数は、ＡＩＣ基準で決定される最適次数よりも小さいことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の無線受信装置において、推定されるＡＲモデルの次数は、ＦＰＥ基準で決定される最適次数よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の無線受信装置において、推定されるＡＲモデルの係数を設定する係数設定手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
これによって、第１のフィルタは係数を変更することにより、異なる性質を有する変調信号の周波数特性の特徴を取り除くことができるようになる。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の無線受信装置において、係数設定手段は、ＡＲモデルの係数を複数種類保存するようになっており、また、当該無線受信装置の無線受信に用いる復調方式が切り替わることの通知を受信することに基づいて、保存している複数のＡＲモデルの係数のうち１つを選び、これを推定されるＡＲモデルの係数として設定することを特徴とする。
【００２１】
これによって、第１のフィルタは変調方式の変更に基づいてすみやかに係数を変更することにより、変調信号の周波数特性の特徴を取り除くことができるようになる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の無線受信装置において、通信路推定手段が推定する通信路の特性のＡＲモデルの係数を保存するための係数メモリを備え、第２のフィルタは、当該無線受信装置の受信が途絶えた後に受信が再開されるときには、係数メモリが保存しているＡＲモデルの係数に基づいて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の無線受信装置において、当該無線通信装置の受信する変調信号を遅延させて第２のフィルタに出力する遅延手段を備え、遅延手段は、通信路推定手段がＡＲモデルを推定する対象の信号が、推定されたＡＲモデルに基づいて第２のフィルタが通信路の特性を取り除く対象の信号と同期するように、変調信号を遅延させることを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、遅延手段によって第２のフィルタが受信する信号が、第２のフィルタが受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するするときに基づくＡＲモデルの係数を通信路推定手段によって推定された第１のフィルタの出力する信号と同期するので、等化処理の精度が向上する。
【００２５】
また、請求項１１に記載の発明は、信号を変調して送信する送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除くステップと、この周波数特性の特徴が取り除かれた信号のＡＲモデルを推定するステップと、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数を用いて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するステップと、を備えた無線受信方法である。
【００２６】
また、請求項１２に記載の発明は、信号を変調して送信する送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除くステップと、変調信号が有する周波数特性の特徴が取り除かれた信号を蓄えるステップと、蓄えた信号のＡＲモデルを推定するステップと、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、通信路推定手段が推定するＡＲモデルの係数を用いて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するステップと、からなる無線受信方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線受信装置１０の構成を示すものである。無線受信装置１０は、波形等化フィルタ１、白色化フィルタ２、通信路推定回路３、およびバッファ４を有している。
【００２８】
白色化フィルタ２は、図示しない送信装置がベースバンド信号を変調して送信する変調信号を、図示しないアンテナおよびＡ／Ｄ変換器等を介して、デジタル信号として受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いて出力するものである。なお、変調信号が有する周波数特性の特徴とは、変調信号が有する周波数領域の振幅および位相の不均一性のことである。
【００２９】
この白色化フィルタ２の構成を図２に示す。白色化フィルタ２は、遅延回路２１、乗算器２２、加算器２３、およびフィルタ係数を保持する回路である係数保持回路２４を有する。この白色化フィルタ２は、入力された信号をｎ個の遅延回路２１で順次０回からｎ回遅延し、またｉ回（０≦ｉ≦ｎ）遅延された信号のそれぞれを乗算器２２に出力する。乗算器２２はこの出力に、接続されている係数保持回路２４が保持するフィルタ係数ａｉ（０≦ｉ≦ｎ、ａ０＝１）を乗じて加算器２３に出力する。そして加算器２３で加算されたそれぞれの乗算器２２の出力がバッファ４に出力される。このような非再帰形の白色化フィルタ２は、システム関数（伝達関数）が１＋ａ１ｚ−１＋…ａｎｚ−ｎのフィルタとなることが知られている。すなわち、白色化フィルタ２は、入力された信号に対して１＋ａ１ｚ−１＋…ａｎｚ−ｎの特徴を付加する非再帰形フィルタとして機能する。
【００３０】
係数保持回路２４が保持するフィルタ係数ａｉの値は、送信装置が送信する変調信号の逆特性の周波数特性を白色化フィルタ２が有するように、設計時にあらかじめ決定しておく。具体的には、送信装置からの変調信号を通信路を介さずに受信した場合の、理想的な受信信号の複数（Ｎ個）のサンプルについてのＡＲモデルの逆特性を白色化フィルタ２が有するようにする。
【００３１】
ＡＲモデルとは、自己回帰モデルとも呼ばれる、等時間間隔で計測された時系列データ（ｘ１、ｘ２、…）に対して、現在の値を過去のデータ値の線形和として、以下の式のように表すものである。
【００３２】
【数１】
ｘｔ＝ｂ１ｘｔ−１＋ｂ２ｘｔ−２＋…＋ｂｎｘｔ−ｎ
この線形和の係数がｂ１、ｂ２、…、ｂｎとなるｎ次のＡＲモデルのシステム関数ＨＲＥＦ（ｚ）は、ＨＲＥＦ（ｚ）＝１／（１＋ｂ１ｚ−１＋…ｂｎｚ−ｎ）となることが知られている。したがって、ＨＲＥＦ（ｚ）＝１／（１＋ｂ１ｚ−１＋…ｂｎｚ−ｎ）の逆数１＋ｂ１ｚ−１＋…ｂｎｚ−ｎが、白色化フィルタ２のシステム関数となるようにフィルタ係数ａｉを設定することで、白色化フィルタ２はこのＡＲモデルの逆特性を有するようになる。図２に示したような非再帰形フィルタにおいては、ｂｉ＝ａｉと設定すればよい。
【００３３】
あからじめ行う理想的な受信信号のサンプルのＡＲモデルの推定の手法としては、周知の方法であるＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法を用いる。Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法は、π０＝ｒ０、ａ０ （０）＝１を初期値とし、以降、
【００３４】
【数２】
ａｍ （ｍ）＝−（Σａｉ （ｍ−１）ｒｍ−ｉ）／πｍ−１ （Σはｉ＝０からｍ−１までの足し合わせ）、
【００３５】
【数３】
ａｉ （ｍ）＝ａｉ （ｍ−１）＋ａｍ （ｍ）ａｍ−ｉ （ｍ−１） （ｉ＝１，２，…、ｍ−１）、
【００３６】
【数４】
πｍ＝（１−［ａｍ （ｍ）］２）πｍ−１、
をｍ＝１、２，…において逐次計算する事で、次数ｎのＡＲモデルの係数ａｉ ｎ（ｉ＝１、２、…、ｎ）を求める算法である。ここでｒｉは、Ｎ個のサンプルデータｘｉ（ｉ＝０、１、…、Ｎ−１）の平均値をｘｉから差し引いた値Ｘｉを用いて、計算式ｒｉ＝（１／Ｎ）ΣＸｋ＋ｉＸｋ （Σはｋ＝０からＮ−１−ｉまでの足し合わせ）、によって求められたもの、すなわちＮ個のサンプルデータの平均値からのずれの相関関数である。
【００３７】
本実施形態においては、この推定における計算の過程で得られた値を元にサンプル値に対して必要十分な（最大）次数を判断し、この次数に達するまで逐次次数を上げて係数を求めていく。この必要十分な次数を求める基準としては、ＡＩＣ基準を参照する。ＡＩＣ基準は、ｌｎ（πｍ）＋（２ｍ）／Ｎを最小にするｍを最適な次数とする、赤池の情報量基準とも呼ばれるものである。なお、後述する通信路推定回路３が行うＡＲモデルの推定も、上記した推定と同様に行われる。ただし、白色化フィルタ２の係数を設定するためのＡＲモデルでは、この基準による最適値よりも次数を小さく設定しても、ＡＩＣ基準の半分前後の次数よりも大きければ、ＡＲモデルの推定精度が大きく悪化することはないため、本実施形態ではＡＩＣ基準の半分程度を次数とする。これによって、ＡＲモデルの推定のための計算量を減らすことができる。
【００３８】
バッファ４は、白色化フィルタ２の出力を受信して複数サンプル分蓄えるものである。蓄えるサンプル数は、本実施形態においては１０ｎである（ｎは波形等化フィルタ１の係数の数）。このバッファは、ＦＩＦＯ型のバッファであり、白色化フィルタ２から新たに１サンプルを受信する毎に、蓄えているもののうちから最も古いサンプルを消去するようになっている。
【００３９】
波形等化フィルタ１は、入力を外部からの変調信号とし、出力を外部へ送出する、白色化フィルタ２とほぼ同等の非再帰形フィルタである。図３にこの波形等化フィルタ１の構成を示し、図２と同様の要素については同一の符号を付す。この波形等化フィルタ１が白色化フィルタ２と異なる部分は、係数保持回路２４の保持するフィルタ係数が可変である点である。
【００４０】
通信路推定回路３は、図示しないＲＯＭとＣＰＵを有し、このＣＰＵがＲＯＭからソフトウェアを読み出して実行することで作動するマイクロコンピュータを有する。この通信路推定回路３のＣＰＵは、入力としてバッファ４に蓄えられているデータをまとめて読みとり、また出力として波形等化フィルタ１の係数保持回路２４のそれぞれに信号を送出し、係数保持回路２４が保持する数値を変更させるようになっている。またこの通信路推定回路３は、時間経過を自動的にカウントするタイマ（図示せず）を有しており、これを使用することによって経過時間を計測するようになっている。この通信路推定回路３は、受信装置１０の外部から電力供給を受けることによって作動を開始する。
【００４１】
図４に、この通信路推定回路３が作動を開始して以降のＣＰＵの処理のフローチャートを示し、この図により通信路推定回路３の作動を説明する。まず通信路推定回路３への電力供給がオンとなると、ＣＰＵはタイマの計測時間ｔを０に初期化する（ステップ２０５）。そしてタイマが所定の時間ｔ１ミリ秒をカウントしたかを判定し（ステップ２１０）、カウントするまで現在の状態を維持する。この時間ｔ１は、１サンプルを送信するのにかかる時間、すなわちサンプルレート（ミリ秒／サンプル）よりも大きく、バッファ４が蓄えることのできる最大サンプル数にサンプル伝送レート（ミリ秒／サンプル）を乗じたものよりも小さいミリ秒数として設定される。
【００４２】
タイマが時間ｔ１をカウントすると、ＣＰＵはバッファ４に蓄えられている信号をまとめて読みとり（ステップ２１５）、これらをサンプル値として読みとった信号のＡＲモデルを上述したようにＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法によって推定する（ステップ２２０）。バッファ４を使用することによって、複数のサンプルを使用してＡＲモデルを推定することができるので、精度の良い推定を行うことができる。
【００４３】
ＡＲモデルを推定すると、次にこのＡＲモデルの係数を波形等化フィルタ１の係数保持回路２４に保持させるための信号を、波形等化フィルタ１に出力する（ステップ２２５）。すなわち、波形等化フィルタ１において、ｉ回遅延されたデータとａｉとが乗算器２２によって乗算されるように、各係数保持回路２４の値が設定されるように、係数保持回路２４に信号を出力する。
【００４４】
そして、タイマをｔ＝０に初期化し（ステップ２３０）、再びステップ２１０の時間経過判定に戻る。
【００４５】
このような作動におけるステップ２１０〜２３０のループ処理により、通信路推定回路３はバッファ４の内容を定期的に読みとり、読みとった信号のＡＲモデルを推定し、推定したＡＲモデルの係数のそれぞれを、電圧信号として波形等化フィルタ１に出力する。
【００４６】
上記したような受信装置１０の構成要素の作動により、白色化フィルタ２が、送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力し、またバッファ４が白色化フィルタ２の出力する信号を受信して蓄え、通信路推定回路３がこのバッファ４の蓄える信号のＡＲモデルを推定し、また波形等化フィルタ１が、上記した変調信号を通信路を介して受信し、この通信路推定回路３が推定するＡＲモデルの係数に基づいて、受信した信号から通信路の特性を取り除いた信号を出力するので、無線通信において、送信装置が送信し、通信路を介して受信された信号から通信路の特性を取り除くことができる。したがって、既知信号を用いることなく通信路の特性に応じた通信路周波数特性の除去、すなわち等化処理を行うことができる。
【００４７】
ここで、白色化フィルタ２のフィルタ係数を設定するために推定するＡＲモデルの次数が、ＡＩＣ基準で求めた最適値の半分程度の次数であっても十分推定精度を保てることを示す。
【００４８】
このために、本発明者は、最適値を次数としてフィルタ係数を決定した白色化フィルタ２と、最適値の半分を次数としてフィルタ係数を決定した白色化フィルタ２を使用した場合に、通信路推定回路３の推定にどの程度の差が出るかの比較を行った。
【００４９】
図５は、発明者の計算機シミュレーションによって設定された、第１の遅延波と第２の遅延波を生み出す１つの多重伝搬路モデルにおいて、上記の２種類の白色化フィルタ２で変調波の特徴の除去を行い、その白色化フィルタ２の出力を用いて通信路推定回路３が導出した遅延波の推定値を示す表である。この表中、推定値１が最適値を次数とする白色化フィルタ２を使用した場合のものであり、推定値２が最適値の半分を次数とする白色化フィルタ２を使用した場合のものである。設定値と推定値１との違いは、第１遅延波の電力、第２遅延波の電力共に２ｄＢ程度である。それに比して、推定値１と推定値２との違いは、第１の遅延波の電力、第２遅延波の電力の両方について０．１ｄＢ程度しかない。
【００５０】
したがって、ＡＲモデルの次数をＡＩＣ基準による最適値の半分程度にしても、それによる精度の悪化は十分小さいとすることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
図６に、本発明の第２実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図１と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第１実施形態の受信装置１０と異なる部分は、本実施形態においては波形等化フィルタ１の前段に遅延回路６が存在することである。
【００５２】
遅延回路６は、シフトレジスタ等から成り、受信した信号を遅延させたのち波形等化フィルタ１に送信するものである。遅延のタイミングはあらかじめ設定されている。このタイミングの設定は、通信路推定回路３が図４のステップ２２５でＡＲモデルを推定するときにバッファ４から読み出して用いた信号（以下推定用信号と記す）と、この推定されたＡＲモデルに基づいて波形等価フィルタ１が通信路の特性を取り除く対象の信号とが同期するように設定する。すなわち、波形等化フィルタ１において、受信する信号が推定用信号の一部になっているように設定する。具体的には、通信路推定回路３の推定の処理にかかる時間をαミリ秒とすると、遅延の時間はｔ１＋αにすれば上記の同期が実現する。
【００５３】
このようにすることで、第１実施形態に記載の効果に加え、波形等化フィルタ１が等化処理を行う対象のデータと、その等化処理を行うために用いる信号とが同期するので、例えば急激に通信路の環境が変化するような場合においても、精度のよい等化処理を行うことができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図７に、本発明の第３実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図１と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第１実施形態の受信装置１０と異なる部分は、本実施形態においては、白色化フィルタ２のフィルタ係数が計数設定回路５によって設定されるようになっていることである。
【００５５】
白色化フィルタ２は、本実施形態においては、第１実施形態において波形等化フィルタ１の説明として示した図３と同様の構成となる。ただし、係数保持回路２４は通信路推定回路３からではなく、計数設定回路５から信号を受信することによりフィルタ係数の変更を行うようになっている。
【００５６】
計数設定回路５は、図示しないＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、およびＣＰＵから成り、このＣＰＵがＲＯＭに保存されているソフトウェアを読み出して実行することによって作動を行う。
【００５７】
ＥＰＲＯＭは、外部から書き換えを行うことが可能な不揮発性のメモリから成る。このＥＰＲＯＭは白色化フィルタ２が用いるためのフィルタ係数を保存するようになっており、外部からこのフィルタ係数の書き換えがあるとＣＰＵに割り込み信号を出力するようになっている。
【００５８】
計数設定回路５のＣＰＵは、入力としてＥＰＲＯＭの内容を読み出し、また出力として白色化フィルタ２の係数保持回路２４に信号を送出するようになっている。また、ＥＰＲＯＭから割り込み信号を受信することによってＲＯＭに保存されたソフトウェアの処理を開始する。
【００５９】
図８に、ＥＰＲＯＭが外部から書き換えられ、それによってＣＰＵが割り込み信号を検知して以降のＣＰＵの処理をフローチャートとして示す。この図により計数設定回路５の作動を説明する。ＥＰＲＯＭから割り込みを受信すると、ＣＰＵはＥＰＲＯＭからフィルタ係数を読み出し（ステップ７１０）、これに基づいて白色化フィルタ２の係数保持回路２４のそれぞれに信号を出力し、これら係数保持回路２４の有する値を当該フィルタ係数に変更させる（ステップ７２０）。そしてＣＰＵは処理を終了する。
【００６０】
このような計数設定回路５の作動によって、第１実施形態の効果に加え、白色化フィルタ２のフィルタ係数が変更可能となる。例えば、１つの受信装置１０を別の通信用途に用いようとするときには、この計数設定回路５によって白色化フィルタ２のフィルタ係数を変更することで、それぞれの通信用途に応じた変調信号を白色化することができるようになる。
【００６１】
（第４実施形態）
図９に、本発明の第４実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図７と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第３実施形態の受信装置１０と構成において異なる部分は、本実施形態においては、受信装置１０が複数の変調方式の信号を受信できるようになっており、計数設定回路５が変調方式制御装置１１から変調方式切り替え信号を受信するようになっていることである。
【００６２】
変調方式制御装置１１は、受信装置１０の外部にあり、受信装置１０を含む図示しない通信装置全体の内部にある。この通信装置は、複数の変調方式による通信が可能なものであり、変調方式制御装置１１は、この通信装置の通信の変調方式が変化することと、その新たな変調方式とを検知し、それによってこの新たな変調方式を計数設定回路５に通知するものである。
【００６３】
計数設定回路５はマイクロコンピュータである。以下、本実施形態における計数設定回路５について、第３実施形態における計数設定回路５との違いを中心に説明する。
【００６４】
計数設定回路５が有するＥＰＲＯＭは、白色化フィルタ２が用いるためのフィルタ係数を複数種類保存している。それぞれのフィルタ係数は、ＯＦＤＭ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等の１つの変調方式における変調信号の周波数特性を除去するためのフィルタ係数である。またＥＰＲＯＭは、保存されているフィルタ係数が対応する変調方式の識別子と、当該フィルタ係数を格納している領域の先頭アドレスとの対応からなるリストを保存している。図１０に、このリストの一例を示す。この図中においては、変調方式の識別子は文字列となっている。このリストを参照することで、例えばＯＦＤＭに対応するフィルタ係数は０ｘ２３００番地から格納されていることがわかる。
【００６５】
計数設定回路５のＣＰＵは、入力としてＥＰＲＯＭの内容を読み出し、また出力として白色化フィルタ２の係数保持回路２４に信号を送出するようになっている。また、変調方式制御装置１１から新たな変調方式の通知を受信することによってＲＯＭに保存されたソフトウェアの処理を開始する。
【００６６】
図１１に、通信装置の変調方式が変わり、変調方式制御装置１１から新たな変調方式の通知を受信して以降のＣＰＵの処理をフローチャートとして示す。この図により計数設定回路５の作動を説明する。通知の信号を受信すると、ＣＰＵはＥＰＲＯＭからリストを読み出す（ステップ９１０）。そして、この読み出したリストを参照し、通知を受けた通信方式に対応するアドレスを取得する（ステップ９２０）。そして、ＥＰＲＯＭの当該アドレスからフィルタ係数を読み出し（ステップ９３０）、これに基づいて白色化フィルタ２の係数保持回路２４のそれぞれに信号を出力し、これら係数保持回路２４の有する値を当該フィルタ係数に変更させる（ステップ９４０）。そしてＣＰＵは処理を終了する。
【００６７】
このような計数設定回路５の作動によって、第３実施施形態の効果に加え、変調方式の変更に対応して瞬時に白色化フィルタ２のフィルタ係数が変更可能となる。
【００６８】
（第５実施形態）
図１２に、本発明の第５実施形態に係る受信装置１０の構成を示し、図７と同様の要素については同一の符号を付す。本実施形態の受信装置１０が第３実施形態の受信装置１０と構成において異なる部分は、本実施形態においては、受信装置１０が係数メモリ７を有していることである。
【００６９】
係数メモリ７は不揮発性のメモリであり、通信路推定回路３のＣＰＵからフィルタ係数の書き込み、読み出しが行えるようになっている。
【００７０】
図１３に、本実施形態における通信路推定回路３のＣＰＵの作動を開始して以降の処理をフローチャートで示し、図４と同様の処理には同一のステップ番号を付す。以下、本実施形態におけるこのＣＰＵの処理が、図４に示した通信路推定回路３のＣＰＵの処理と異なる部分を説明する。このＣＰＵは作動を開始すると係数メモリ７からフィルタ係数を読み出し（ステップ２０３）、読み出した係数を波形等化フィルタ１の係数保持回路２４に保持させるための信号を、波形等化フィルタ１に出力する（ステップ２０４）。また、ステップ２２５で、推定したＡＲモデルの係数（すなわちフィルタ係数）を波形等化フィルタ１の係数保持回路２４に保持させるための信号を、波形等化フィルタ１に出力した後、このフィルタ係数を係数メモリ７に書き込む。
【００７１】
このような作動の特徴を有する通信路推定回路３のＣＰＵの作動により、通信路推定回路３はＡＲモデルを推定してフィルタ係数を新たなものにする度に係数メモリ７にそのフィルタ係数を書き込むので、通信路推定回路３が通信が完了する等の理由による電源オフで作動を停止した場合、係数メモリ７には作動停止直前のフィルタ係数が保存されることになる。そして、後に電源オンで作動を開始したとき、係数メモリ７に記録されているフィルタ係数を読み出して、その係数を使用するよう波形等化フィルタ１に信号を出力する。これによって、第３実施形態の効果に加え、通信特性の変化が少ない通信システムにおいて、再び通信路推定回路３のＡＲモデル推定を待つことなく、通信開始時から波形等化フィルタ１のフィルタ係数が最適値に近いものになる。
【００７２】
ただし、係数メモリ７への書き込みはフィルタ係数が更新される度に行われる必要はない。すなわち、フィルタ係数が複数回更新されると、最新のフィルタ係数を係数メモリ７に保存するようになっていてもよい。
【００７３】
なお、本発明の各実施形態において、白色化フィルタ２は第１のフィルタに相当し、波形等化フィルタ１は第２のフィルタに相当する。なお、白色化フィルタ２は非再帰形フィルタであるが、これは再帰形フィルタによって構成されていてもよい。
【００７４】
また、通信路推定回路３は通信路推定手段に、係数設定回路５は係数設定手段に、遅延回路６は遅延手段に相当する。
【００７５】
また、図４に示した通信路推定回路３の作動において、ステップ２２０のＡＲモデルを推定するアルゴリズムとしては、Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎの算法に代えて最大エントロピー法を用いてもよい。また、推定するＡＲモデルの次数の基準としては、ＡＩＣ基準に代えてＦＰＥ基準を用いてもよい。なお、ＦＰＥ基準は、πｍ（Ｎ＋ｍ＋１）／（Ｎ−ｍ−１）を最小にするｍを最適なＡＲモデルの次数とする基準である。
【００７６】
なお、波形等化フィルタ１および白色化フィルタ２のそれぞれに設定できるＡＲモデルの次数は、それぞれが有する係数の数、すなわち乗算器２２および係数保持回路２４の数より大きく設定することはできない。これら波形等化フィルタ１および白色化フィルタ２の有する係数の数は固定とすることも、ハードウェア構成がプログラマブルな回路を用いて可変とすることも考えられるが、固定にする場合、その数を予め決定しておく必要がある。白色化フィルタ２における係数の数の決定では、用いる変調方式が予めわかっているので、その変調方式において適切（必要十分）となるＡＲモデルの次数に数を合わせておけばよい。また、用いる変調方式が複数あれば、その中で適切なＡＲモデルの次数が最も高いものに数を合わせておけばよい。波形等化フィルタ１における係数の数の決定では、通信路の特性によって必要なＡＲモデルの次数が異なるため、実験データ等により必要となる次数を推測し、それに数を合わせることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無線受信装置１０の構成を示す図である。
【図２】白色化フィルタ２の構成を示す図である。
【図３】波形等化フィルタ１の構成を示す図である。
【図４】通信路推定回路３のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【図５】異なる次数の２つの白色化フィルタ２を用いた場合の、それぞれの間の推定精度の違いを示す図表である。
【図６】第２実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図７】第３実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図８】第３実施形態に係る計数設定回路５のＣＰＵが割り込み信号を検知して以降のＣＰＵの処理のフローチャートである。
【図９】第４実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図１０】変調方式の識別子と、フィルタ係数を格納している領域の先頭アドレスとの対応からなるリストを示す図表である。
【図１１】第４実施形態に係る計数設定回路５のＣＰＵが新たな変調方式の通知を受信して以降のＣＰＵの処理のフローチャートである。
【図１２】第５実施形態に係る受信装置１０の構成を示す図である。
【図１３】第５実施形態に係る通信路推定回路３のＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…波形等化フィルタ、２…白色化フィルタ、３…通信路推定手段、
４…バッファ、５…係数設定手段、６…遅延手段、７…係数メモリ、
１０…受信装置、１１…変調方式制御装置、２１…遅延回路、２２…乗算器、
２３…加算器、２４…係数保持回路。
Claims (12)
- 信号を変調して無線信号として送信する送信装置が送信する変調信号を受信する無線受信装置であって、
この受信した信号から前記変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定する通信路推定手段と、
前記通信路推定手段が推定する前記ＡＲモデルの係数に基づいて、前記受信した変調信号から前記通信路の特性を取り除いた信号を出力する第２のフィルタと、を備えた無線受信装置。 - 前記第１のフィルタの出力する信号を受信して蓄えるバッファを備え、
前記通信路推定手段は、前記バッファの蓄える信号のＡＲモデルを推定することにより、前記第１のフィルタの出力する信号のＡＲモデルを推定することを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。 - 前記第１のフィルタは、非再帰形フィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載の無線受信装置。
- 前記第１のフィルタは、あらかじめ変調信号を通信路を介さないで受信した場合の理想的な信号から推定されるＡＲモデルの係数に基づいて、前記受信した変調信号からこの変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除いた信号を出力するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の無線受信装置。
- 前記推定される前記ＡＲモデルの次数は、ＡＩＣ基準で決定される最適次数よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の無線受信装置。
- 前記推定される前記ＡＲモデルの次数は、ＦＰＥ基準で決定される最適次数よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の無線受信装置。
- 前記推定されるＡＲモデルの係数を設定する係数設定手段を備えたことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の無線受信装置。
- 前記係数設定手段は、前記ＡＲモデルの係数を複数種類保存するようになっており、また、当該無線受信装置の無線受信に用いる復調方式が切り替わることの通知を受信することに基づいて、保存している前記複数のＡＲモデルの係数のうち１つを選び、これを前記推定されるＡＲモデルの係数として設定することを特徴とする請求項７に記載の無線受信装置。
- 前記通信路推定手段が推定する通信路の特性のＡＲモデルの係数を保存するための係数メモリを備え、
前記第２のフィルタは、当該無線受信装置の受信が途絶えた後に受信が再開されるときには、前記係数メモリが保存しているＡＲモデルの係数に基づいて、受信した信号から前記通信路の特性を取り除いた信号を出力することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の無線受信装置。 - 当該無線通信装置の受信する変調信号を遅延させて前記第２のフィルタに出力する遅延手段を備え、
前記遅延手段は、前記通信路推定手段がＡＲモデルを推定する対象の信号が、前記推定されたＡＲモデルに基づいて前記第２のフィルタが前記通信路の特性を取り除く対象の信号と同期するように、前記変調信号を遅延させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の無線受信装置。 - 信号を変調して送信する送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から前記変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除くステップと、
この周波数特性の特徴が取り除かれた信号のＡＲモデルを推定するステップと、
前記送信装置が送信する変調信号を、前記通信路を介して受信し、前記通信路推定手段が推定する前記ＡＲモデルの係数を用いて、受信した信号から前記通信路の特性を取り除いた信号を出力するステップと、を備えた無線受信方法。 - 信号を変調して送信する送信装置が送信する変調信号を、通信路を介して受信し、この受信した信号から前記変調信号が有する周波数特性の特徴を取り除くステップと、
前記変調信号が有する周波数特性の特徴が取り除かれた信号を蓄えるステップと、
前記蓄えた信号のＡＲモデルを推定するステップと、
前記送信装置が送信する変調信号を、前記通信路を介して受信し、前記通信路推定手段が推定する前記ＡＲモデルの係数を用いて、受信した信号から前記通信路の特性を取り除いた信号を出力するステップと、からなる無線受信方法。
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