JP2010062945A - 無線受信装置および復調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数アンテナを用いた場合にも通信品質の劣化を抑え、同期捕捉の通信品質を改善する無線通信装置を得ること。
【解決手段】複数のアンテナを備え、復調および誤り訂正復号処理を行う無線受信装置であって、アンテナごとに受信信号をフーリエ変換した周波数信号を算出するフーリエ変換器７−１，７−２と、アンテナごとの周波数信号の共分散行列を計算する共分散行列計算部８と、共分散行列をコレスキー分解するコレスキー分解部９と、コレスキー分解の結果の逆行列を周波数信号に乗算する逆行列乗算部１０と、を備え、乗算結果に対して復調および誤り訂正復号処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、他の無線機からの干渉による通信品質の劣化を抑えた受信処理を行う無線受信装置および復調方法に関する。

無線通信では、他の無線機からの干渉により通信品質が劣化する。この劣化を抑える方法として誤り訂正符号があり、そのなかでも、近年、性能の高さから誤り訂正符号技術のうちターボ復号やビタビ復号の軟判定の復号アルゴリズムが用いられることが多い。これらの復号アルゴリズムが性能を発揮するためには、干渉成分が信号間で無相関であることが要求される。

一方、時間軸上で干渉成分に相関がある場合、周波数軸上で干渉成分のスペクトルが一定振幅でない現象として現れる。ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式では、サブキャリア毎にこのような現象として現れる干渉成分を考慮して軟判定値を作りだすことで最適な受信を実現している。たとえば、下記特許文献１では、サブキャリア毎の干渉電力をパイロット信号から推定し、干渉電力を考慮して軟判定値であるＬＬＲ（対数尤度比）を計算する手法が開示されている。

特開２００４−３０４２６７号公報

しかしながら、上記従来の干渉電力を考慮して軟判定値を求める手法によれば、複数アンテナを用いた受信の場合に、アンテナ間の干渉の相関を無相関にすることができない。このため、複数アンテナを用いた受信では、通信品質が劣化する、という問題があった。

また、上記従来の干渉電力を考慮して軟判定値を求める手法は、同期が捕捉された後にしか適用できない。このため、同期の補足性能は改善されない、という問題があった。また、この手法は、ＯＦＤＭ方式に特化しているため他の方式に適用することは困難である、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数アンテナを用いた場合にも通信品質の劣化を抑え、かつ、同期捕捉の通信品質を改善する無線受信装置および復調方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナを備え、受信信号に対して復調および誤り訂正復号処理を行う無線受信装置であって、アンテナごとに、受信信号をフーリエ変換した周波数信号を算出するフーリエ変換手段と、前記周波数信号に基づいて、アンテナごとの前記周波数信号の共分散行列を計算する共分散行列計算手段と、前記共分散行列をコレスキー分解するコレスキー分解手段と、前記コレスキー分解の結果の逆行列を、前記周波数信号を要素とする行列に乗算する逆行列乗算手段と、を備え、前記乗算結果に対して前記復調および誤り訂正復号処理を行うことを特徴とする。

この発明によれば、受信した信号を高速フーリエ変換した周波数信号に基づいてアンテナ間の共分散行列を求め、共分散行列に対してコレスキー分解を行い、コレスキー分解後の行列の逆行列と周波数信号を乗算し、その乗算結果に対して復調および誤り訂正復号処理を行うようにしたので、複数アンテナを用いた場合にも性能劣化を抑え、かつ、同期捕捉の性能を改善することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる無線受信装置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。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる無線受信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の無線受信装置は、アンテナ１−１，１−２と、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier：低雑音増幅器）２−１，２−２と、ＢＰＦ（Band-pass filter：バンドパスフィルタ）３−１，３−２と、ミキサー４−１，４−２と、ＢＰＦ５−１，５−２と、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter：アナログデジタル変換器）６−１，６−２と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換器）７−１，７−２と、共分散行列計算部８と、コレスキー分解部９と、逆行列乗算部１０と、復調部１１と、誤り訂正復号部１２と、局部発振器１３と、で構成される。

つづいて、本実施の形態の受信動作について説明する。まず、アンテナ１１−ｉ（ｉ＝１、２）が高周波信号を受信すると、受信した高周波信号をそれぞれＬＮＡ２−ｉに出力する。ＬＮＡ２−ｉは高周波信号を増幅してＢＰＦ３−ｉに出力し、ＢＰＦ３−ｉは増幅された高周波信号から所定の必要帯域の信号のみを抽出する。そして、ミキサー４−ｉは、ＢＰＦ３−ｉが抽出した信号を局部発振器１３の出力を用いて中間周波数に変換し、さらに、ＢＰＦ５−ｉが、ミキサー４−ｉの変換後の信号から不要なイメージを除去する。なお、局部発振器１３は、受信した高周波数信号を中間周波数に変換するための周波数信号を出力することとする。つぎに、ＡＤＣ６−ｉが、不要なイメージを除去された信号をデジタル信号に変換し、ＦＦＴ７−ｉが、ＡＤＣ６−ｉが変換したデジタル信号を一定間隔ごとにフーリエ変換して周波数毎に分解した信号（周波数信号）とする。

つぎに、共分散行列計算部８が、ＦＦＴ７−１およびＦＦＴ７−２の出力である周波数信号に基づいて、アンテナ間（各アンテナが受信した信号間）の共分散行列を求め、コレスキー分解部９が共分散行列に対してコレスキー分解を行う。逆行列乗算部１０は、コレスキー分解後の行列の逆行列を求め、ＦＦＴ７−１，７−２のフーリエ変換結果に周波数信号に対し周波数毎に、求めた逆行列を乗算する。本実施の形態では、このような乗算を行うことで、後述の原理に示すようにアンテナ間の相関を無相関としている。

そして、復調部１１が、逆行列乗算部１０の乗算結果（無相関化された信号）を復調し、誤り訂正復号部１２が、復調結果を誤り訂正復号する。本実施の形態では、以上の受信動作を行うことにより、各アンテナで受信した信号が無相関化されることで復調部や誤り訂正復号部は理想的に動作し性能が改善する。

なお、本実施の形態では、ＩＦ（中間周波数）に変換して復調を行う復調器について説明するが、これに限らず、直交復調器を用いてもよく、この場合も同様に共分散行列を求めて周波数信号に乗算を行えばよい。

つづいて、数式を用いてアンテナ間の信号が無相関化される原理について説明する。ｋをサンプル毎にカウントアップする時間を表す０からＮ−１（Ｎは、フーリエ変換を行う期間の全サンプル数とする）の整数とし、ａをフーリエ変換を行うごとにａ＝０から共分散の計算周期であるＭ−１までをカウントアップするためのカウンタ（整数とする）とする。このとき、ＡＤＣ６−１をｘ_1,a（ｋ）とし、ＡＤＣ６−２の出力をｘ_2,a（ｋ）と定義すると、ｘ_1,a（ｋ），ｘ_2,a（ｋ）のフーリエ変換後の周波数信号ｆ_1,a（ｉ），ｆ_2,a（ｉ）は、以下の式（１）および（２）のように表すことができる。

ここで、以降の式の簡略化のためにフーリエ変換後の周波数信号を、ｆ_1,a（ｉ），ｆ_2,a（ｉ）を要素とする縦ベクトルｆ（ｉ）として表すこととする。このとき、共分散行列は以下の式（３）で表すことができる。

なお、^Hは共役転置を表す。コレスキー分解部９は、行列Ｖ（ｉ）を、以下の式（４）に示すように下三角行列Ｌ（ｉ）とＬの共役転置Ｌ^Hの積に分解し、Ｌ（ｉ）とＬ^H（ｉ）を出力する。
Ｖ（ｉ）＝Ｌ（ｉ）Ｌ^H（ｉ） …（４）

逆行列乗算部１０は、上述のようにＬ（ｉ）の逆行列をフーリエ変換後の周波数信号に乗じるため、逆行列乗算部１０の出力ｙ_a（ｉ）は、以下の式（５）で表すことができる。
ｙ_a（ｉ）＝Ｌ（ｉ）^-1ｆ_a（ｉ） …（５）

ここで、ｙ_a（ｉ）の共分散行列Ｚ（ｉ）は、以下の式（６）のようになり、単位行列Ｅとなることがわかる。すなわち、アンテナ間が無相関になるよう変換されていることがわかる。

なお、本実施の形態の演算で、計算量が大きいのは、逆行列乗算部１０の逆行列の計算であり、以下の式（７）の方程式を解くことと等価である。
Ｌ（ｉ）ｙ_a（ｉ）＝ｆ_a（ｉ） …（７）

式（７）のＬ（ｉ）は下三角行列であるため、この方程式は前進代入により少ない処理量で容易に解くことができる。

なお、本実施の形態では、アンテナおよびアンテナごとの処理を行う構成要素の数をそれぞれ２つとしたが、アンテナおよびアンテナごとの処理を行う構成要素の数は、これに限らず、２以上であればいくつであってもよい。

このように、本実施の形態では、共分散行列計算部８が、受信した信号を中間周波数に変換した後に高速フーリエ変換した周波数信号に基づいてアンテナ間の共分散行列を求め、コレスキー分解部９が、共分散行列に対してコレスキー分解を行い、逆行列乗算部１０が、コレスキー分解後の行列の逆行列と周波数信号を乗算する。そして、その乗算結果を復調部１１が復調し、誤り訂正復号１２が復調結果に対して誤り訂正復号処理を行うようにした。このため、各アンテナで受信した信号が無相関化され、復調部１１および誤り訂正復号部１２の処理は理想的に動作し、通信品質を劣化させないようにすることができる。

また、本実施の形態では、アンテナ間の共分散行列の計算とコレスキー分解と逆行列乗算を復調処理の前に行うため、復調部１１が同期処理済みであるか否かとは無関係に計算でき、同期補足においてもアンテナ間を無相関にすることができ、同期捕捉の通信品質も改善することができる。

以上のように、本発明にかかる無線受信装置および復調方法は、他の無線機からの干渉による通信品質の劣化を抑えた受信処理を行う無線受信装置に有用であり、特に、複数アンテナを備える無線受信装置に適している。

本発明にかかる無線受信装置の機能構成例を示す図である。

符号の説明

１−１，１−２ アンテナ
２−１，２−２ ＬＮＡ
３−１，３−２，５−１，５−２ ＢＰＦ
４−１，４−２ ミキサー
６−１，６−２ ＡＤＣ
７−１，７−２ ＦＦＴ
８ 共分散行列計算部
９ コレスキー分解部
１０ 逆行列乗算部
１１ 復調部
１２ 誤り訂正復号部
１３ 局部発振器

Claims (2)

1. 複数のアンテナを備え、受信信号に対して復調および誤り訂正復号処理を行う無線受信装置であって、
   アンテナごとに、受信信号をフーリエ変換した周波数信号を算出するフーリエ変換手段と、
   前記周波数信号に基づいて、アンテナごとの前記周波数信号の共分散行列を計算する共分散行列計算手段と、
   前記共分散行列をコレスキー分解するコレスキー分解手段と、
   前記コレスキー分解の結果の逆行列を、前記周波数信号を要素とする行列に乗算する逆行列乗算手段と、
   を備え、
   前記乗算結果に対して前記復調および誤り訂正復号処理を行うことを特徴とする無線受信装置。
2. 複数のアンテナを備え、受信信号に対して復調および誤り訂正復号処理を行う無線受信装置における復調方法であって、
   アンテナごとに、受信信号をフーリエ変換した周波数信号を算出するフーリエ変換ステップと、
   前記周波数信号に基づいて、アンテナごとの前記周波数信号の共分散行列を計算する共分散行列計算ステップと、
   前記共分散行列をコレスキー分解するコレスキー分解ステップと、
   前記コレスキー分解の結果の逆行列を、前記周波数信号を要素とする行列に乗算する逆行列乗算ステップと、
   前記乗算結果に対して前記復調および誤り訂正復号処理を行う復調ステップと、
   を含むことを特徴とする復調方法。

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