JP2006333246A - 干渉波を除去する受信機、通信装置、通信回路、干渉波除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線通信システムにおける受信機による干渉波除去性能を向上させること。
【解決手段】 周波数ホッピング方式による無線通信システムにおける受信機は、２つのベースバンド復調部を備える。１つは、所望の信号を復調するための第１ベースバンド復調部（１０２）、もう１つは、前記所望信号とは異なるチャネルの干渉信号を復調するための第２ベースバンド復調部（１０３）である。信号処理部は、前記第２ベースバンド復調部で復調された干渉信号が、相異なる周波数帯で同じ信号を２回送信する通信方式によって生じたものである場合、前記２回送信された同じ信号のうち前記第１ベースバンド復調部による復調信号に干渉していない一方の信号を、他方の信号が干渉している前記第１ベースバンド復調部による復調信号から減算する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受信信号における干渉波信号の除去技術に関する。

近年、近距離・大容量無線通信としてウルトラワイドバンド（以下「ＵＷＢ」という。）通信が注目されてきている。なかでもマルチバンドＯＦＤＭ（以下「ＭＢ−ＯＦＤＭ」という。）方式のＵＷＢシステムの提案は規格策定作業の中で、最も支持されている。この方式はＩＥＥＥ８０２．１５委員会のＴＧ３ａで規格化が検討されており、詳細はＩＥＥＥ Ｐ８０２.１５−０３／２６８ｒ２やＩＥＥＥ Ｐ８０２.１５−０３／２６７ｒ６に記されている。

この提案では、ＯＦＤＭ信号の１シンボル毎に周波数ホッピングをすることになっていて、ＩＦＦＴ／ＦＦＴ時間＝約２４２.４ｎＳ、ゼロ（パッデド）プリフィックス時間＝約６０.６ｎＳ、ホッピングの切り替えの許容時間（ガードインターバル）＝約９.５ｎＳになっている。

この提案においては、必須周波数ホッピング帯として３バンドあり、チャネル数は４チャネルあるため、チャネル毎に違う周波数ホッピングパターンを用いているにも関わらず、複数のピコネットが存在する場合、高い確率で通信の衝突が起こる。

この通信の衝突によるパケットの損失を防ぐため、ＭＢ−ＯＦＤＭの提案では同じデータを違う周波数帯で２回送信するタイムスプレッディング方式を用いている。各チャネルにおける周波数ホッピングパターンとタイムスプレッディングによるデータの送信方法はＩＥＥＥ Ｐ８０２.１５−０３／３４３ｒ１のＳｌｉｄｅ６８〜７２に詳しく記述されており、各チャネルにおける周波数ホッピングパターンとデータの送信方法は図５のようになる。タイムスプレッディングによるデータ伝送は周波数ダイバシティと時間ダイバシティの組み合わせと考えられ、受信機において２回送られてくるデータの両方がエラーなく復調できる場合はその平均をとることによって受信ゲインを得て、どちらか一方のみが干渉波等の影響でエラーが生じ復調できない場合はエラーのない方のデータだけを採用することによって通信品質を確保している。

なお、干渉波除去技術を開示する先行技術文献としては例えば、特開平５−６８０１７号公報、特開平４−１１６４８３号公報などがある。

特開平５−０６８０１７号公報 特開平４−１１６４８３号公報 ＩＥＥＥ Ｐ８０２.１５−０３／２６８ｒ２ ＩＥＥＥ Ｐ８０２.１５−０３／２６７ｒ６ ＩＥＥＥ Ｐ８０２.１５−０３／３４３ｒ１

ＭＢ−ＯＦＤＭでタイムスプレッディングする場合、データの伝送レートが低下する。また、タイムスプレッディングを行って同じデータを２回伝送しても衝突で２回ともデータが壊れてしまう場合があり、できるだけ隣接チャネルの信号の影響を除去したいと言う要求がある。

しかし、特許文献１に示されるような干渉波除去回路では、実際には、干渉波の周波数や開始点が具体的にわからなければ干渉波と信号を分離することは困難であった。また、特に広帯域な干渉波に対しては除去が非常に困難であった。

一方、特許文献２は、広帯域拡散信号を除去する方法として、ＧＰＳの信号で自身が受信した信号の中から受信すべきＣ／Ａコードのレプリカを作り、Ｃ／Ａコードと同じ周波数帯で共に送られるＰコードを検出し、他の周波数帯のＰコードとの相関を取る方法を開示している。しかし、このように拡散符号で明確に信号を分ける場合を除けば、やはり同じ帯域の信号を分離することは困難である。

本発明は、干渉波除去性能を向上させることを目的とする。

本発明の一側面に係る受信機は、所望の信号を復調するための第１の復調部と、干渉信号を復調するための第２の復調部と、前記第２復調部で復調された干渉信号が、同じ信号を複数回送信する通信方式によって生じたものである場合、前記複数回送信された同じ信号のうち前記第１復調部による復調信号に干渉していない信号を、前記複数回送信された同じ信号の少なくとも１つの信号が干渉している前記第１の復調部による復調信号から減算する信号処理部とを有する。

本発明によれば、隣接チャネルの信号が干渉波として入ってきても高い確率で除去することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。

図１は、本実施形態におけるＵＷＢ受信機の構成を示すブロック図である。このＵＷＢ受信機は、ＲＦ部、アナログ・ベースバンド（ＢＢ）部、ディジタル信号処理部により構成されている。

１０１はＲＦ部を構成するＲＦ受信回路で、送受信切り替えスイッチＳＷ１、バンドパスフィルタＢＰＦ、低雑音増幅器ＬＮＡを含む。１０５は、受信信号のホッピング周波数に略等しい周波数でホッピング周波数の数と等しい数の発振出力を有するローカル発振器である。また、ＳＷ２は、前記複数のローカル発振器１０５を受信信号のチャネルの周波数ホッピングパターンで切り替える超高速の高周波スイッチである。なお、送受信切り替えスイッチＳＷ１の他端側の接点は送信機に接続されるが、その接続は本発明には関係がないので図示を省略している。

本実施形態におけるＵＷＢ受信機は、２つのベースバンド部を備えている。１つは信号受信用、もう１つは干渉波受信用である。信号受信用のベースバンド部に相当する信号復調回路１０２は、図示のように、高周波スイッチＳＷ２が接続される１つのベースバンド復調器ＤＥＭ１、ローパスフィルタＬＰＦ１、受信信号をＡＤ変換するＡＤ変換器ＡＤＩ１，ＡＤＱ１を含む構成である。一方、干渉波受信用のベースバンド部に相当する干渉波復調回路１０３は、前記複数のローカル発振器１０５を受信干渉信号のチャネルの周波数ホッピングパターンで切り替える超高速の高周波スイッチＳＷ３、高周波スイッチＳＷ３が接続される１つのベースバンド復調器ＤＥＭ２、ローパスフィルタＬＰＦ２、受信干渉信号をＡＤ変換するＡＤ変換器ＡＤＩ２，ＡＤＱ２を含む構成である。

ディジタル信号処理部は、信号復調回路１０２におけるＡＤ変換器ＡＤＩ１，ＡＤＱ１が出力した受信信号および干渉波復調回路１０３におけるＡＤ変換器ＡＤＩ２，ＡＤＱ２が出力した干渉信号に対しディジタル信号処理を実行するブロックである。具体的には、信号復調回路１０２におけるＡＤ変換器ＡＤＩ１，ＡＤＱ１が出力した受信信号を復調した信号から、干渉波復調回路１０３におけるＡＤ変換器ＡＤＩ２，ＡＤＱ２が出力した干渉信号を復調した信号を減算し、これにより干渉信号の通信の衝突の影響を小さくする。ここで、図示のθ１、θ２は干渉信号を準同期検出した時の残留周波数誤差を除去する位相回転回路、Ｆ１は信号検出周波数帯と干渉信号検出周波数帯の伝搬路の周波数特性を補正するフィルタ、ＭＥＭ１，ＭＥＭ２はそれぞれ受信信号と干渉信号を記憶するメモリである。また、１０４が受信信号から干渉信号を取り除く干渉信号除去回路である。さらに、θ３は位相回転回路θ１で位相回転した分を戻し、受信信号を準同期検出した時の残留周波数誤差を除去する位相回転回路である。そして、ＦＦＴは干渉信号が取り除かれた受信信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算するＦＦＴ回路である。

図２は、本実施形態におけるＵＷＢ受信機の動作を示すフローチャートである。図面左列のフローは主に干渉波復調回路１０３が関連する動作、右列のフローは主に信号復調回路１０２が関連する動作を示している。

ＭＢ−ＯＦＤＭではすべてのチャネルにおいて必ず、最も低い周波数（中心周波数；３４３２ＭＨｚ）からプリアンブルの周波数ホッピングが始まる。各チャネルでプリアンブルの同期パターンが違うため、どの同期パターンが受信されたかを調べれば、どのチャネルの通信を受信しているかがわかる。信号復調回路１０２、干渉波復調回路１０３はそれぞれ、受信待機中（ステップＳ１０１，Ｓ２０１）に何らかの信号を受信すると、信号復調回路１０２、干渉波復調回路１０３ともに動作を始め、それぞれ同期パターンの確認を行う（ステップＳ１０２，Ｓ２０２）。

受信信号がＭＢ−ＯＦＤＭ以外の信号の場合は、同期パターンが一致しないため、信号復調回路１０２、干渉波復調回路１０３ともに、それぞれステップＳ１０１、Ｓ２０１の待機状態に戻る（ステップＳ１０３，ＮＯ、ステップＳ２０３，ＮＯ）。また、受信信号がＭＢ−ＯＦＤＭの信号の場合であっても、それが所望のチャネルの信号ではない場合には、信号復調回路１０２はやはりステップＳ１０１の待機状態に戻る（ステップＳ１０４，ＮＯ）。

信号復調回路１０２は、受信信号がＭＢ−ＯＦＤＭの信号で（ステップＳ１０３，ＹＥＳ）、かつ所望のチャネルの信号の場合（ステップＳ１０４，ＹＥＳ）には、チャネル同期シーケンスに入り、所望の信号のホッピングに合わせ、信号に追従していく（ステップＳ１０５）。一方、干渉波復調回路１０３は、所望のチャネルの信号を受信すると（ステップＳ２０４，ＹＥＳ）、ステップＳ２０１の待機状態に戻り、干渉信号のパターンを待つ。干渉波復調回路１０３は、所望の信号でないＭＢ−ＯＦＤＭの信号、すなわち他のチャネルのＭＢ−ＯＦＤＭ信号を受信したときに、受信したプリアンブルの同期パターンから受信干渉信号のチャネルを決定し、そのチャネルの周波数ホッピングパターンに合わせて干渉信号を追従していく（ステップＳ２０５）。

本実施形態においては、干渉信号はＭＢ−ＯＦＤＭの信号で、且つ、タイムスプレッディングしている信号である必要がある。そこで、干渉信号を復調し、同じデータが違う周波数帯で２回受信されたかを判定することで、タイムスプレッディングしている信号か否かを判定する（ステップＳ２０６）。干渉信号がタイムスプレッディングしている信号ではない場合には干渉信号の待機状態（ステップＳ２０１）に戻り、そのときの干渉波の除去は行わない。干渉信号がＭＢ−ＯＦＤＭのタイムスプレッディングしている信号である場合は、干渉波復調回路１０３は干渉信号に同期して干渉信号の復調を試みる。信号復調回路１０３は所望の信号に同期して信号を復調するため、所望の信号に対する干渉信号の干渉タイミング検出が可能となる（ステップＳ２０７）。

さらに、タイムスプレッディングしている干渉信号のうち一方の信号は所望の信号と干渉していないことが条件となる。ここで図３をさらに参照して、干渉信号のタイムスプレッディングしている信号の両方が受信信号と干渉してしまう場合について説明する。同図はチャネルＣＨ１とＣＨ３とが隣接して使用された場合を示しており、太枠線で囲まれた四角がＣＨ１の所望信号を示し、それより細い枠線で囲まれた四角がＣＨ３のタイムスプレッディングしている干渉信号を表す。同図において、例えば、タイムスプレッディングしている干渉信号Ｃ−ｄａｔａ３は、その１回目のデータが所望信号（４）と衝突し、その２回目のデータが所望信号（５）および（６）と衝突している。この場合には受信データから干渉信号を分離することはできず、干渉波の除去はできない。ステップＳ２０７の干渉タイミング検出においては、このように干渉信号のタイムスプレッディングしている信号の両方が受信信号と干渉しているか、一方の信号だけが干渉しているのか、あるいはどちらの信号も干渉していないのか、を判断し、ステップＳ２０８で、その判断結果に基づき干渉波の除去が可能かどうかを判断する。具体的には、ステップＳ２０７で干渉信号のタイムスプレッディングしている信号の両方が受信信号と干渉してしまう場合が検出された場合には、ステップＳ２０８で、干渉波の除去は不可能と判断してステップＳ２０１の待機状態に戻る。

一方、ステップＳ２０７で干渉信号のタイムスプレッディングしている信号のうち一方の信号は所望の信号と干渉していないことが判明した場合、ステップＳ２０８では干渉波の除去が可能であると判断してステップＳ２０９に進み、所望の信号に干渉していないシンボルの信号をメモリＭＥＭ２に保存する。

ここで、干渉除去可能な場合の所望の受信信号と干渉信号の様子を、図４Ａに示す。図３と同様、太枠線で囲まれた四角が所望信号を示し、それより細い枠線で囲まれた四角がタイムスプレッディングしている干渉信号を表す。図示の例では、干渉信号Ｃ−ｄａｔａ１は、その１つ目のシンボルが所望信号（２）と衝突しているが、２つ目のシンボルはいずれの所望信号にも衝突していない。この場合、受信機は、所望信号（２）とＣ−ｄａｔａ１の１つ目のシンボルをメモリＭＥＭ１に格納し（ステップＳ２１０）、その後、干渉波復調回路１０３によって受信されたＣ−ｄａｔａ１の２つ目のシンボルを減算することによって、所望信号（２）から干渉信号Ｃ−ｄａｔａ１を取り除く（ステップＳ２１２）。

一方、干渉信号Ｃ−ｄａｔａ２は、その２つ目のシンボルが所望信号（５）と衝突しているが、１つ目のシンボルはいずれの所望信号にも衝突していない。この場合、受信機は、干渉波検出回路１０３によって受信されたＣ−ｄａｔａ２の１つ目のシンボルをメモリＭＥＭ２に格納する（ステップＳ２０９）。その後、信号復調回路１０２によって受信された、Ｃ−ｄａｔａ２の２つ目のシンボルが干渉している所望信号（５）を検出すると（ステップＳ２１１）、メモリＭＥＭ２に格納されたＣ−ｄａｔａ２の１つ目のシンボルをそこから減算することによって、所望信号（５）から干渉信号Ｃ−ｄａｔａ２を取り除く（ステップＳ２１２）。

図４Ｂは、タイムスプレッディングしている干渉信号のうち一方の信号はその前半が所望の信号と干渉していて、もう一方の信号はその後半が所望の信号と干渉している場合を示している。この場合、図４Ｂの所望の信号と干渉していないｆｄａｔａの後半の信号とｐｄａｔａの前半の信号をメモリＭＥＭ２に保存し、ｆｄａｔａの前半と重なった受信信号（１）からｐｄａｔａの前半の信号を、ｐｄａｔａの後半の信号と重なった受信信号（５）からｆｄａｔａの後半の信号をそれぞれ減算することによって干渉信号を除去できる。

以上の実施形態では、所望の信号と干渉信号とが混在した信号が信号復調回路１０２で検出されるタイミングと干渉信号のリファレンスとなる信号が干渉波復調回路１０３で検出されるタイミングは前後するため、両受信回路の出力をそれぞれメモリＭＥＭ１，ＭＥＭ２に格納している。しかし、所望の信号と干渉信号の混在している信号と、干渉信号のリファレンスとなる信号の後から検出される信号はメモリに格納しなくてもよい。

以上説明した実施形態によれば、隣接チャネルの信号がタイムスプレッディングしている場合、隣接チャネルの信号が干渉波として入ってきても高い確率で除去できる。これにより自局の通信はタイムスプレッディングすることなく伝送可能になる可能性があり、高速なデータ伝送が可能になる。

本発明の実施形態におけるＵＷＢ受信機のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態のにおけるＵＷＢ受信機の動作を示すフローチャートである。 干渉信号の除去が不可能なケースを説明する図である。 本発明の実施形態における干渉信号の除去処理の例を説明する図である。 本発明の実施形態における干渉信号の除去処理の別の例を説明する図である。 ＭＢ−ＯＦＤＭのタイムスプレッディングの各チャネルのデータ構成例を示す図である。

Claims (6)

1. 所望の信号を復調するための第１の復調部と、
   干渉信号を復調するための第２の復調部と、
   前記第２復調部で復調された干渉信号が、同じ信号を複数回送信する通信方式によって生じたものである場合、前記複数回送信された同じ信号のうち前記第１復調部による復調信号に干渉していない信号を、前記複数回送信された同じ信号の少なくとも１つの信号が干渉している前記第１の復調部による復調信号から減算する信号処理部と、
   を有することを特徴とする受信機。
2. 前記通信方式は、タイムスプレッディング方式であることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
3. 前記通信方式は、周波数を切替えながら通信すると共に、同じ信号を複数回送信する通信方式であることを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
4. 所望の信号を受信するための第１の受信部と、
   干渉信号を受信するための第２の受信部と、
   前記第２受信部で受信された干渉信号が、同じ信号を複数回送信する通信方式によって生じたものである場合、前記複数回送信された同じ信号のうち前記第１受信部による受信信号に干渉していない信号を、前記複数回送信された同じ信号の少なくとも１つの信号が干渉している前記第１の受信部による受信信号から減算する信号処理部と、
   を有することを特徴とする通信装置。
5. 所望の信号を受信するための第１の受信部と、
   干渉信号を受信するための第２の受信部と、
   前記第２受信部で受信された干渉信号が、同じ信号を複数回送信する通信方式によって生じたものである場合、前記複数回送信された同じ信号のうち前記第１受信部による受信信号に干渉していない信号を、前記複数回送信された同じ信号の少なくとも１つの信号が干渉している前記第１の受信部による受信信号から減算する信号処理部と、
   を有することを特徴とする通信回路。
6. 干渉波信号の除去方法であって、
   受信された干渉信号が、同じ信号を複数回送信する通信方式によって生じたものである場合、前記複数回送信された同じ信号のうち所望の信号に干渉していない信号を、前記複数回送信された同じ信号の少なくとも１つの信号が干渉している所望の信号から減算することを特徴とする干渉波除去方法。

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