JP2010136347A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって複数ユーザからの信号を同時に受信可能な通信装置における回路規模削減する。
【解決手段】ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって複数ユーザからの信号を同時に受信可能な通信装置ＢＳ１，ＢＳ２である。複数のアンテナ１ａ，１ｂと、前記複数のアンテナ１ａ，１ｂによって受信した複数のＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号に対して、マルチアンテナ信号処理を周波数領域で行う処理部６と、前記マルチアンテナ信号処理が施された信号を、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て情報に基づいて、ユーザ毎の信号に分離するユーザ分離部７と、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、単一キャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ；Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式の通信装置に関するものである。

データ通信速度の向上に対するニーズに伴い、携帯電話システム等におけるアクセス方式は、ＨＳＤＰＡ／ＨＳＵＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ／Ｕｐｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）に移り変わろうとしているが、さらなる高速・大容量化、低遅延化を目指し、次世代方式としてＬＴＥ（Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の規格策定が進んでいる。

ＬＴＥでは、下り回線は、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）と同様の直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）が採用される一方、上り回線は、端末の省電力化を考慮し、単一キャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ；Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ−ＦＤＭＡ）が採用されることになっている。

図１１は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式による処理の例を示している。ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって送信を行うユーザ端末１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、それぞれ、ＤＦＴ部１０１、ゼロ信号挿入部１０２、ＩＦＦＴ部１０３、並直列変換部１０４、ＣＰ挿入部１０５、ＦＥ処理部１０６を備えている。

ＤＦＴ部１０１は、情報ビットがＱＡＭにマッピングされたＱＡＭ送信信号（ＱＡＭ変調信号）を、Ｎ₁ポイントのＤＦＴ（離散フーリエ変換）により周波数領域信号に変換する。なお、Ｎ₁はＳＣ−ＦＤＭＡシンボルで送られるＱＡＭ送信信号の数であり、ユーザ端末１００ａ，１００ｂ，１００ｃごとに異なる。
その後、ゼロ信号挿入部１０２は、周波数軸上において、そのユーザ端末がデータを送信しない帯域（他のユーザ端末によって使用される帯域）に、ゼロ信号を挿入する。
そして、ＩＦＦＴ部１０３は、ＮポイントのＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）により、ゼロ信号が挿入された前記周波数領域信号を、時間領域信号に変換する。

ＩＦＦＴ部１０３によって得られた時間領域信号は、並直列変換部１０４によってシリアル信号に変換された上で、ＣＰ挿入部１０５によってＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）が付加され、さらに、ＦＥ（Ｆｒｏｎｔ−Ｅｎｄ）処理（Ｄ／Ａ変換、周波数変換など）が行われて、ユーザ端末のアンテナ１０７から送信される。

ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって受信を行う基地局装置２００は、周波数多重分割により、複数のユーザ（端末）からの信号を同時に受信することができる。基地局装置２００は、複数のユーザからの同時アクセスに対応できるように、複数のユーザに対応した複数の受信回路２００ａ，２００ｂ，２００ｃを有している。

基地局装置２００における各受信回路２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、ＦＥ処理部２０２、ＣＰ除去部２０３、直並列変換部２０４、ＦＦＴ部２０５、ゼロ信号除去部２０６、伝送路推定部２０６、参照信号生成部２０８、ウェイト計算部２０９、等化部２１０、ＩＤＦＴ部２１１を備えている。

基地局装置２００では、ＦＥ処理部２０２が、アンテナ２０１で受信した信号に対してＦＥ処理（周波数変換、Ａ／Ｄ変換等）を行い、続いて、ＣＰ除去部２０３によってＣＰ除去を行う。
ＣＰが除去された受信信号は、直並列変換部２０４によって、パラレル信号に変換された後、ＦＦＴ部２０５によってＮポイントのＦＦＴが行われ、周波数領域信号に変換される。

さらに、ゼロ信号除去部２０６は、前記周波数領域信号から、送信側のユーザ端末で挿入されたゼロ信号を除去する。なお、送信側においてゼロ信号が挿入された帯域（サブキャリア）は、基地局装置が各ユーザ端末へ割り当てた周波数帯域を示すユーザ情報に基づいて特定されることになる。

また、伝送路推定部２０７では、前記周波数領域信号に含まれる参照信号（既知信号）と、参照信号生成部２０８によって生成された参照信号とから、伝送路特性を推定する。すると、ウェイト計算部２０９は、推定された伝送路特性に基づいてウェイトを計算する。

等化部２１０では、ゼロ信号が除去された周波数領域信号（受信信号）と、前記ウェイトを積算して等化する。そして、ＩＤＦＴ部２１１が、等化部２１０から出力された信号に対してＩＤＦＴを行い、ＱＡＭ復調信号を出力する。

ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって受信を行う基地局装置２００では、上記の受信回路それぞれがユーザ毎のＱＡＭ復調信号を出力するため、上記の受信回路は、同時に割り当て可能なユーザ数に応じた数ほど必要となる。したがって、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって受信を行う通信装置は、回路規模が大きくなるという問題がある。

ここで、特許文献１では、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式で受信を行う基地局装置の処理量削減のため、基地局装置が各ユーザからの受信信号タイミングを検出して、そのタイミングが同時となるよう調整することで、受信側である基地局装置におけるＦＦＴを全ユーザ一括で行う技術が開示されている。

特開２００７−９６４６８号公報

しかし、特許文献１の基地局装置では、ＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号を、全ユーザ一括したＦＦＴによって周波数領域信号に変換できるものの、ＦＦＴの後段は、ユーザ毎の回路が必要となる。
すなわち、特許文献１の基地局装置は、ＦＦＴの出力からユーザ毎に一部のサブキャリアを選択し、ユーザ毎に、選択されたサブキャリアへの等化処理などを行うように構成されているため、等化処理を行うには、依然として、ユーザ毎の回路が必要である。

そこで、本発明は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって複数ユーザからの信号を同時に受信可能な通信装置における回路規模削減するための新たな技術を提供することを目的とする。

（１）本発明は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって複数ユーザからの信号を同時に受信可能な通信装置であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナによって受信した複数のＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号に対して、マルチアンテナ信号処理を周波数領域で行う処理部と、前記マルチアンテナ信号処理が施された信号を、ユーザ毎の信号に分離するユーザ分離部と、を備え、前記処理部は、前記複数のアンテナによって受信した前記複数のＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号それぞれに複数ユーザ分の信号を含ませたまま、マルチアンテナ信号処理を周波数領域で行えるよう構成され、前記ユーザ分離部は、前記マルチアンテナ信号処理が施された信号を、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て情報に基づいて分離するよう構成されていることを特徴とする通信装置である。

マルチアンテナ信号処理を周波数領域で行う場合、周波数毎に処理が行われるため、伝送路が異なる複数ユーザ分の信号を含んだままの状態で一括してマルチアンテナ信号処理を行っても、各ユーザに対応する周波数帯域毎に適切に処理がなされる。
上記本発明はこれを利用したものであり、上記本発明の通信装置によれば、マルチアンテナ信号処理を、ＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号が複数ユーザ分の信号を含んだままの状態で一括して行った上で、その後、ユーザ割り当て情報（リソース割り当て情報）に基づいてユーザ毎の信号に分離することができる。
したがって、マルチアンテナ信号処理を行う回路を、ユーザ毎に設ける必要がなく、回路規模の削減が可能である。
なお、本発明では、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式による周波数分割多重化が図られているが、周波数分割多重に加えて、空間多重が行われても良い。つまり、一つのユーザ割り当て領域に空間多重によって複数のユーザが割り当てられていても良い。この場合、ユーザ割り当て情報に基づく分離処理は、割り当て情報に従って、ユーザ割り当て領域毎に行われれば足りる。

（２）前記処理部は、アダプティブアレー方式によるマルチアンテナ信号処理を行うのが好ましい。この場合、干渉局となる他のセルにおけるユーザ端末等からの干渉波を除去して、受信品質を向上させることができる。なお、アダプティブアレー方式としては、ＺＦ（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）、ＣＭＡ(Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ)、ＭＳＮ，ＣＤＭＰ方式などがある。また、アダプティブアレー方式としては、干渉信号における伝達関数を推定し、干渉信号を打ち消すようにアレー合成を行う方式もある。また、ＭＭＳＥには、ＬＭＳ、ＳＭＩ、ＲＬＳ、ＮＬＭＳ、カルマンフィルタ、アフィン射影法などがある。

（３）前記処理部は、ダイバーシティ方式によるマルチアンテナ信号処理を行うのが好ましい。この場合、ダイバーシティ利得を確保することができる。なお、ダイバーシティ方式としては、選択ダイバーシティや合成ダイバーシティがあり、合成ダイバーシティには、等利得合成や最大比合成がある。

（４）前記処理部は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て最小単位で、マルチアンテナ信号処理のためのウェイトを算出するのが好ましい。ＳＣ−ＦＤＭＡ方式では、受信したＳＣ−ＦＤＭＡ信号は複数のユーザの信号を含むことになる。そして、伝送路特性は、ユーザ毎に異なるため、複数のユーザから受信した信号に基づいてウェイトを算出すると、適切なウェイトを得ることができない。これに対して、ユーザ割り当て最小単位で前記ウェイトを算出すれば、同一ユーザから受信した信号に基づいてウェイトを算出することが保証され、適切なウェイトが得られる。
また、同一ユーザに割り当てられた領域であっても、当該領域における干渉波は、複数の干渉端末から到来することがありえる。しかし、ユーザ割り当て最小単位であれば、干渉端末は一つになるため、ユーザ割り当て最小単位でウェイトを算出することで、適切に干渉除去を行うことができる。
なお、ＬＴＥでは、ユーザ割り当て最小単位は、リソースブロックと呼ばれる。

（５）前記処理部は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て最小単位におけるデータサブキャリアのウェイトを、当該ユーザ割り当て最小単位に含まれる複数の参照信号のうち、ウェイト算出対象のデータサブキャリア近傍にある一部の参照信号を用いて、算出するのが好ましい。ユーザ割り当て最小単位内の参照信号のうち、ウェイト算出対象のデータサブキャリア近傍のもの用いてウェイトを算出することで、同一ユーザであって周波数及び時間が近い参照信号が用いられるため、適切なウェイトを得やすくなる。

（６）前記処理部は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て最小単位におけるデータサブキャリアのウェイトを、当該ユーザ割り当て最小単位における参照信号から算出されるウェイトと、当該ユーザ割り当て最小単位に対して時間方向に隣接する他のユーザ割り当て最小単位における参照信号から算出されるウェイトと、を用いて算出するのが好ましい。ＬＴＥのように、同じユーザに対しては、同じ周波数帯域が、時間方向に連続して割り当てられる方式の場合、時間方向に隣接する他のユーザ割り当て最小単位も同一ユーザの領域となる。したがって、時間方向に隣接する他のユーザ割り当て最小単位における参照信号から算出されるウェイトを利用することで、ユーザ割り当て最小単位におけるデータサブキャリアのウェイトを適切に補間することができる。

（７）受信信号に含まれる参照信号から算出したウェイトを用いてアレー合成された信号を復調した復調信号に基づいて、前記複数のアンテナそれぞれが受信した信号の送信信号レプリカを生成する手段を更に備え、前記処理部は、前記送信信号レプリカを用いて、前記ウェイトの再算出をすることができる。この場合、送信信号レプリカも仮想的な参照信号として用いることができるため、実質的に参照信号の数が増加し、ウェイト推定精度を向上させることができる。

（８）受信信号に含まれる参照信号から算出したウェイトを用いてアレー合成された信号を復調した復調信号に対して誤り訂正を行った後の信号に基づいて、前記複数のアンテナが受信した信号の送信信号レプリカを生成する手段を更に備え、前記処理部は、前記送信信号レプリカを用いて、前記ウェイトの再算出をすることができる。この場合も、送信信号レプリカも仮想的な参照信号として用いることができるため、実質的に参照信号の数が増加し、ウェイト推定精度を向上させることができる。しかも、誤り訂正によって誤りが訂正された上で、送信信号レプリカが生成されるため、送信信号レプリカの精度が向上し、ウェイト推定精度も向上させることができる。

本発明によれば、ウェイトを用いたマルチアンテナ信号処理を行う回路を、ユーザ毎に設ける必要がなく、回路規模の削減が可能である。

無線通信システムの全体図である。 ＬＴＥ上り回線のフレーム構成図である。 時間（シンボル）軸−周波数（サブキャリア）軸の２次元配置におけるリソースブロックを示す図である。 実施形態に係る基地局装置のブロック図である。 （ａ）は、等化後の周波数領域信号（ユーザ分離前）を示し、（ｂ）はユーザ１（ＭＳ１）の信号を示し、（ｃ）はユーザ２（ＭＳ２）の信号を示し、（ｄ）はユーザ３（ＭＳ３）の信号を示す。 ウェイト補間の仕方を示す図である。 希望波及び干渉波の到来の仕方を示す図である。 希望波及び干渉波の帯域を示す図である。 判定帰還型ＭＭＳＥ合成のためのブロック図である。 判定帰還型ＭＭＳＥ合成の処理手順を示すフローチャートである。 一般的なＳＣ−ＦＤＭＡの送受信系を示すブロック図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、通信方式としてＬＴＥ（Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を例として説明するが、これに限られるものではない。

図１は、ＬＴＥ方式における無線通信システム（例えば、携帯電話用通信システム）を示している。図１に示すように、この通信システムでは、セル構成が採用されており、各セルにそれぞれ基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２が設置されている。
各基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２は、セル内の移動局（ユーザ端末）ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３との間で通信を行う。また、各基地局装置ＢＳ１は、自セル内の複数の移動局ＭＳ１，ＭＳ２との間での通信を同時に行うことができる。

この通信システムでは、下り回線は直交周波数多重分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）が採用され、上り回線は単一キャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）が採用されている。このため、基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２は、ＯＦＤＭＡ方式に対応した送信回路と、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式に対応した受信回路とを有している。また、移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式に対応した送信回路（図９のユーザ端末の送信回路と同様）と、ＯＦＤＭＡ方式に対応した受信回路とを有している。

図２は、ＬＴＥの上り回線のフレーム構成を示している。このフレームは、周波数多重分割により複数の移動局によって共用され、基地局装置への多元接続が可能となっている。また、周波数多重に加えて、空間多重も行っても良い。なお、各移動局は、基地局装置によるランダムアクセスによってフレーム同期がとれている。

図２に示すようにＬＴＥ上り回線の１フレーム（ｆｒａｍｅ）は、１０個のサブフレーム（ｓｕｂ ｆｒａｍｅ）を時間軸方向に並べて構成されており、時間長は１０［ｍｓ］である。
また、１サブフレームは、２個のスロット（ｓｌｏｔ）を時間軸方向に並べて構成されており、時間長は１［ｍｓ］である。１スロットは、７個（又は６個）のシンボル（ＳＣ−ＦＤＭＡシンボル）を時間軸方向に並べて構成されており、時間長は０．５［ｍｓ］である。

各ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルの先頭には、各シンボルの最後の部分のコピーがＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）として付加されている。なお、ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルは、それぞれが変調データシンボル（ＱＰＳＫ変調データシンボルやＱＡＭ変調データシンボルなど）であるＮ個（Ｎは、２以上の整数）のサブシンボルから構成されている。

ＬＴＥのデータチャネルにおいては、１スロットのうちの４シンボル目（シンボル番号３）が、既知信号である参照信号（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）とされ、他のシンボルはデータ信号（Ｄａｔａ Ｓｉｇｎａｌ）とされている。図３にも示すように、１スロットのうちの４シンボル目（シンボル番号３）には、全サブキャリアが参照信号となっている。

また、ＬＴＥでは、リソースブロック（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｂｌｏｃｋ）と呼ばれるユーザ割り当ての最小単位が設定されており、１リソースブロックは、７又は６シンボル×１２サブキャリアである。ＬＴＥでは、時間軸方向（シンボル方向）にみた場合、同一のユーザには同一のサブキャリア（周波数帯域）が割り当てられる。すなわち、時間軸方向に連続して並んだ複数のリソースブロックが同一ユーザに割り当てられる。
なお、１つのリソースブロックは、シンボル方向（時間軸方向）にみると、１スロットに対応する。

なお、ユーザへの割り当て（周波数割り当て）は、基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３が決定し、決定されたユーザ割り当て情報（ユーザ情報；ＭＡＰ情報）は、下り回線のフレームにて各移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３へ通知される。各移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３は、基地局装置によって割り当てられた周波数（サブキャリア）を用いて、上り回線の通信を行う。

図４は、本実施形態に係る基地局装置ＢＳ１，ＢＳ２における受信回路を示している。この受信回路は、複数ユーザに対応したものであるが、１ユーザ１受信回路であった図９の基地局装置とは異なり、一つの受信回路によって、複数ユーザ分の変調信号（ＱＡＭ変調信号；ＱＡＭ変調データシンボル）を出力することができる。

この基地局装置は、アダプティブアレーやダイバーシティなどのマルチアンテナ信号処理を行うため複数のアンテナ（図４では２本）１ａ，１ｂを有している。
さらに、基地局装置は、アンテナ１ａ，１ｂの数に対応した数の処理系列Ａ，Ｂを有しており、各アンテナ１ａ，１ｂによって受信した受信信号を、各アンテナに対応した処理系列Ａ，Ｂ毎で、周波数領域信号に変換することができる。

各処理系列Ａ，Ｂは、それぞれ、ＦＥ処理部２ａ，２ｂ、ＣＰ除去部３ａ，３ｂ、直並列変換部４ａ，４ｂ、ＦＦＴ部５ａ，５ｂを備えている。
各ＦＥ処理部２ａ，２ｂは、それぞれ、各アンテナ１ａ，１ｂで受信した信号（ＳＣ−ＦＤＭＡ信号）に対してＦＥ処理（周波数変換、Ａ／Ｄ変換等）を行う。
続いて、各ＣＰ除去部３ａ，３ｂが、それぞれ、ＣＰ除去を行う。
ＣＰが除去された各受信信号は、それぞれの直並列変換部４ａ，４ｂによって、パラレル信号に変換された後、各ＦＦＴ部５ａ，５ｂによって、それぞれ、ＮポイントのＦＦＴ（高速フーリエ変換）が行われ、周波数領域信号に変換される。

各処理系列Ａ，ＢのＦＦＴ部５ａ，５ｂは、それぞれ、基地局装置の通信全周波数帯域（上り通信全周波数帯域）についての周波数領域信号を出力する。つまり、各処理系列Ａ，Ｂから出力された周波数領域信号は、それぞれ、複数ユーザのＳＣ−ＦＤＭＡ信号が分離されておらず、複数ユーザ分の信号を含んだままの状態にある。

複数の処理系列Ａ，Ｂから出力された複数の周波数領域のＳＣ−ＦＤＭＡ信号は、複数ユーザ分の信号を含んだまま、それぞれ、単一のマルチアンテナ信号処理部６に与えられる。したがって、本実施形態の基地局装置では、各ユーザ帯域以外に挿入されたゼロ信号を、ＦＦＴの後で除去する処理が不要となっている。

マルチアンテナ信号処理部６は、複数のアンテナ１ａ，１ｂにて受信した複数の周波数領域信号に対して、アダプティブアレーやダイバーシティなどのマルチアンテナ信号処理を周波数領域で行って合成し、処理結果として単一の信号を出力する。

マルチアンテナ信号処理部６にて、アダプティブアレー方式によるマルチアンテナ信号処理を行う場合、干渉局となる他のセルにおける移動局ＭＳ３からの干渉波を除去して、受信品質を向上させることができる。なお、アダプティブアレー方式としては、ＺＦ方式、ＭＭＳＥ方式があり、これらの方式では、受信側で既知の信号（参照信号）を利用してウェイトを計算する。
また、アダプティブアレー方式としては、ＣＭＡ方式、ＭＳＮ，ＤＣＭＰ方式などもある。ＣＭＡでは参照信号の定包絡線性を用いてウェイトを計算し、ＭＳＮ，ＤＣＭＰでは所望信号の到来方向を既知としてウェイトを計算する。また、アダプティブアレー方式としては、干渉信号における伝達関数を推定し、干渉信号を打ち消すようにアレー合成を行う方式もある。

ここで、ＺＦ方式は、雑音を無視して、合成出力信号＝送信信号とした場合に求められるウェイトを適用する方式である。

一方、ＭＭＳＥ方式は、合成出力信号の参照信号に対する誤差電力（平均二乗誤差）が最小となるようなウェイトｗを適用する方式である。参照信号（パイロット信号）をｓ（ｉ）、受信信号ｘ（ｉ）とすると、ＭＭＳＥ方式は、下記式のように表される。

ＭＭＳＥ方式は、干渉波除去能力を有するため、受信信号の干渉波成分が大きい場合でも受信品質を改善することが可能である。つまり、図１のようにセル構成の通信システムとした場合、基地局装置ＢＳ１が他セルの移動局ＭＳ３からの干渉波を受信するおそれがあるが、ＭＭＳＥ方式であれば、他セルからの干渉波を除去することが可能である。

ＭＭＳＥ方式には、最急降下法に基づくＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）、サンプル値を用いた直接解法であるＳＭＩ（Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）、ＮＬＭＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ＬＭＳ）、カルマンフィルタ、アフィン射影法などがある。

ＭＳＮ，ＤＣＭＰ方式における到来方向推定法としては、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、ＭＯＤＥ、Ｃａｐｏｎ法、線形予測法、フーリエ法などがある。

上記各方式におけるウェイトは、上記各方式に基づくアルゴリズムに従ってウェイト計算部６２によって算出される。具体的には、ウェイト計算部６２は、複数のアンテナ１ａ，１ｂにて受信した複数の周波数領域信号（ＳＣ−ＦＤＭＡ信号）に含まれる参照信号と、参照信号生成部６３にて生成した参照信号（既知信号）とを用いて、周波数毎（サブキャリア毎）の伝送路特性を推定するなどして、ウェイトを算出する。なお、ＳＭＩを用いてウェイトを算出する例については、後述する。

このウェイト計算部６２では、基地局装置の通信全周波数帯域（上り通信全周波数帯域）についてのウェイトが算出される。ウェイトは、周波数（サブキャリア）毎に算出されるため、周波数（サブキャリア）毎にユーザが異なるために、周波数毎（サブキャリア）毎に伝送路特性が大きく異なっていても適切に算出される。

また、ウェイト計算部６２では、同一ユーザであることが保証された領域（時間軸と周波数軸で表される２次元領域；図３参照）毎にウェイトを計算する。このため、ウェイト計算部６２では、ユーザ割り当て最小単位であるリソースブロック毎にウェイトを、ＺＦやＳＭＩなどで計算する。ユーザ割り当て最小単位であるリソースブロック毎にウェイトを決定することで、同一ユーザから送信された参照信号だけを用いてウェイトを計算でき、異なるユーザから送信された参照信号によってウェイトが不適切に算出されることを防止できる。なお、この点については後述する。

複数の周波数領域のＳＣ−ＦＤＭＡ信号は、それぞれ、処理部６の等化部６１に与えられる。等化部６１では、それぞれが複数ユーザの信号を含んだままの複数のＳＣ−ＦＤＭＡ信号は、それぞれ、基地局装置の通信全周波数帯域（上り通信全周波数帯域）について算出されたウェイトと積算され、合成される。

また、マルチアンテナ信号処理部６では、アダプティブアレー方式によるマルチアンテナ信号処理ではなく、ダイバーシティ（アンテナダイバーシティ）方式によるマルチアンテナ信号処理を周波数領域で行うこともできる。ダイバーシティ方式としては、選択ダーバーシティや合成ダイバーシティがある。選択ダイバーシティは複数のアンテナで受信した信号のうち品質の良い信号を選択する方式であり、この場合、信号の選択は、選択されない信号に積算されるウェイトを０にすることと等価である。また、合成ダイバーシティでは、複数の信号にウェイトを乗じて合成することで、信号品質を改善できる。なお、合成ダイバーシティには、等利得合成や最大比合成がある。

なお、処理部６がダイバーシティ方式による処理を行う場合にも、それぞれが複数ユーザの信号を含んだままの複数のＳＣ−ＦＤＭＡ信号が、処理対象となり、複数ユーザの信号を含んだままの信号が出力される。

図５（ａ）は、等化部６１から出力された周波数領域信号を示している。この信号は、ユーザ分離部７によって、ユーザ毎の信号（図５（ｂ）〜（ｄ））に分離される。ユーザ分離部７は、各ユーザへの周波数割り当てを示すユーザ情報（ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て情報）に基づいて、周波数領域信号のユーザ分離を行う。
例えば、通信周波数帯域において、第１ユーザ端末ＭＳ１、第２ユーザ端末ＭＳ２、第３ユーザ端末ＭＳ３への周波数割り当てが、図５（ａ）に示す通りであったとする。なお、図５（ａ）において、第１ユーザ端末ＭＳ１へは、Ｎ₁サブキャリア分の帯域が割り当てられ、第２ユーザ端末ＭＳ２へは、Ｎ₂サブキャリア分の帯域が割り当てられ、第３ユーザ端末ＭＳ３へは、Ｎ₃サブキャリア分の帯域が割り当てられている。
ユーザ分離部７は、この周波数割り当てを示すユーザ情報に基づいて、図５（ａ）の周波数領域信号を、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示すようにユーザ毎の信号に分離する。

ユーザ分離部７から出力されたユーザ毎の信号（周波数領域信号）は、各ユーザに対応するＩＤＦＴ部８ａ，８ｂ，８ｃによって、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）される。ＩＤＦＴ部８ａ，８ｂ，８ｃは、ユーザ毎の周波数領域信号を、時間領域のＱＡＭ復調信号に変換する。なお、復調時のＩＤＦＴポイント数は、各ユーザへの割り当て帯域の大きさＮ₁，Ｎ₂，Ｎ₃に従う。

さて、前記ウェイト計算部６２にてウェイトを計算する際において、本実施形態では、前述のようにリソースブロック単位でウェイトを決定する。

［ウェイト計算方法１］
具体的には、例えば、ＳＭＩでウェイトを計算する場合、ウェイト計算部６２は、各リソースブロックに含まれる１２個の参照信号に対する受信信号ベクトルからＳＭＩウェイトを計算し、このＳＭＩウェイトを、そのリソースブロックに含まれる全てのデータサブキャリアに適用することができる。

ＳＭＩアルゴリズムは、サンプルされた受信信号と参照信号とから相関行列Ｒと相関ベクトルｐを演算し、これら相関行列Ｒと相関ベクトルｐとから、ＳＭＩウェイトｗを直接演算する方法である。ＳＭＩアルゴリズムを、式で表すと下記の通りである。

一つのリソースブロックに含まれる複数の参照信号に対する受信信号ベクトルは、全て同じユーザ（移動局）から送信されたものであり、当該リソースブロックに含まれるデータサブキャリアも、同じユーザから送信されたものであることが保証されるため、上記のようにウェイトを決定することで、他のユーザから送信された参照信号を用いてウェイトを算出するおそれがなく、適切なウェイト算出が行える。

［ウェイト計算方法２］
また、リソースブロック単位でウェイトを決定する場合であっても、そのリソースブロック内のすべての参照信号に対する受信信号ベクトルを用いる必要はなく、リソースブロック内の１２個の参照信号のうち、ウェイト算出対象のデータサブキャリア近傍にある一部の参照信号に対する受信信号ベクトルから、ウェイトを計算し、ウェイト算出対象のデータサブキャリアから離れた位置にある参照信号は考慮しないこともできる。
より具体的には、図３において、サブキャリア番号０のサブキャリアについてのウェイトは、例えば、サブキャリア番号０の近傍であるサブキャリア番号０〜２までの参照信号に対する受信信号ベクトルだけからウェイトを計算することができる。また、サブキャリア番号５のウェイトは、例えば、サブキャリア番号５の近傍であるサブキャリア番号３〜７までの参照信号に対する受信信号ベクトルだけからウェイトを計算することができる。

［ウェイト計算方法３］
また、図６に示すように、ウェイト計算方法１又は２で計算されたＳＭＩウェイトを用いて、データサブキャリアについてのウェイトを補間してもよい。例えば、図６に示すスロットｍに対応するリソースブロックについて算出されたウェイトと、スロットｍ＋１に対応するリソースブロックについて算出されたウェイトとを、それぞれ、ｗ（ｍ）、ｗ（ｍ＋１）とすると、図６のスロットｍのシンボル４のウェイトｗ（ｍ，４）を、下記のように算出することができる。
ｗ（ｍ，４）＝（６／７）×ｗ（ｍ） ＋ （１／７）×ｗ（ｍ＋１）

ここで、（６／７）と（１／７）は、ｗ（ｍ）とｗ（ｍ＋１）に乗じられる係数であり、参照信号からの距離（シンボル数）が近いほど大きく、参照信号からの距離が遠いほど小さくなる値に設定される。上記式では、ウェイトｗ（ｍ，４）では、スロットｍのウェイトｗ（ｍ）がより多く考慮され、スロットｍ＋１のウェイトｗ（ｍ＋１）が少なく考慮される。

ウェイトをスロット間で補間する場合、上記の線形補間の他に、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）補間法を用いても良い。
最小平均二乗誤差補間法を数式で表すと次の通りである。

なお、ウェイト間の相関値は、適当な推定方法を用いて推定したり、適当に決定したりすることで得られる。

ＬＴＥ方式では、同一ユーザは、同じ周波数のリソースブロックが時間軸方向に連続して割り当てられるため、時間軸方向に隣接するリソースブロック間では、ウェイトの相関が高い。これを利用して、時間軸方向に隣接するリソースブロックのウェイトを利用して、データサブキャリアのウェイトを補間することで、より適切なウェイトが得られる。

また、前記処理部６にて、アダプティブアレー処理を行う場合、ウェイト計算アルゴリズムとしては、前述のようにＳＭＩ方式をするのが、最も好ましい。ＳＭＩ方式では、複数のサンプル値から直接ウェイトを導出するため、ＬＭＳ方式などのように多数の逐次更新処理を行うことで適切なウェイトを得る方式に比べて、ユーザ割り当て領域（リソースブロック）のように比較的狭い領域内でウェイトを導出しても、適切なウェイトが得られる。

図７及び図８は、ユーザ割り当ての最小単位であるリソースブロック毎にウェイトを算出することのメリットを示している。図７においては、基地局装置ＢＳ１は、自セル（セル１）内にある希望端末ＭＳ１，ＭＳ２からの信号（希望信号）のほか、他セル（セル２）にある干渉端末ＭＳ３，ＭＳ４からの干渉信号（第１干渉信号及び第２干渉信号）を受信する状態にある。

ここで、図８に示すように、基地局装置ＢＳ１は、７個のリソースブロックＲＢ１〜ＲＢ７のうち、ＲＢ１〜ＲＢ４を自セル内の希望端末ＭＳ１に割り当て、ＲＢ５〜ＲＢ７を希望端末ＭＳ２に割り当てているものとする。
また、干渉端末ＭＳ３にはＲＢ１〜ＲＢ２が割り当てられ、干渉端末ＭＳ４には、ＲＢ３〜ＲＢ５が割り当てられているものとする。

この場合、ユーザ（希望端末）単位でウェイトを算出しようとすると、複数の干渉波が含まれ、適切に干渉除去できないおそれがある。例えば、希望端末ＭＳ１に割り当てられた４つのリソースブロックＲＢ１〜ＲＢ４のうち、ＲＢ１及びＲＢ２には、干渉端末ＭＳ１からの第１干渉波が存在し、ＲＢ３及びＲＢ４には干渉端末ＭＳ２からの第２干渉波が存在することになる。第１干渉波及び第２干渉波はそれぞれ異なる方向から到来するため、適切に干渉除去するには、干渉波の帯域毎に異なるウェイトを用いるべきであり、ユーザ単位で算出されたウェイトでは適切に干渉除去できない。
しかし、干渉波の帯域、すなわち、他セル（セル２）におけるユーザ割り当て情報、を、基地局装置ＢＳ１において把握することが必要となる。

これに対し、本実施形態では、下記のようにユーザ単位ではなく、ユーザ割り当て最小単位（リソースブロック）でウェイトを算出する。

ユーザ割り当て最小単位（リソースブロック）でウェイトを算出する場合には、干渉波の帯域が分からなくても、適切に干渉除去を行うことができる。

なお、ウェイト計算部６２は、ユーザ割り当てを示すユーザ情報を用いて、同一ユーザから送信された領域を判別し、同一ユーザから送信された領域における参照信号だけを用いてウェイトを計算することもできる。

［判定帰還形ＭＭＳＥ合成］
図９及び図１０は、上記のようなウェイトの計算に、判定帰還形ＭＭＳＥ合成を用いる方法を示している。判定帰還形ＭＭＳＥ合成では、図９に示すように、図４の回路にて得られた復調信号（ＱＡＭ復調）を再度変調し、さらにＤＦＴ（ＦＦＴ）部によって周波数領域信号に変換して、各アンテナ１ａ，１ｂによって受信された信号が、ユーザ端末から送信されたときの送信信号レプリカＳｒ１，Ｓｒ２を生成する。送信信号レプリカＳｒ１、Ｓｒ２は、データ信号について生成される。また、送信信号レプリカＳｒ１，Ｓｒ２は、リソースブロック単位で生成される。

データ信号についての送信信号レプリカＳｒ１，Ｓｒ２は、参照信号と同様に、既知信号として取り扱うことができる。図４のウェイト計算部６２では、リソースブロックに含まれる参照信号だけでなく、データ信号についての送信信号レプリカＳｒ１，Ｓｒ２も仮想的な参照信号（既知信号）として用いて、ウェイトの計算を行う。等化部６１は、そのウェイトを用いて、アレー合成を行う。このように、レプリカＳｒ１，Ｓｒ２を用いてウェイトを計算することで、実質的に参照信号が増加し、ウェイト推定精度を向上させることができる。

また、ＱＡＭ復調後だけでなく、誤り訂正復号部１４によって誤り訂正復号した後の信号を、誤り訂正符号部１５にて再度符号化し、変調部１１によって再度変調し、レプリカＳｒ１，Ｓｒ２を生成してもよい。誤り訂正を行うことで、レプリカＳｒ１，Ｓｒ２の精度が向上し、ウェイト推定精度がさらに向上する。

図１０は、判定帰還形ＭＭＳＥ合成の処理手順を示している。まず、ウェイト計算部６２にて、参照信号と受信信号とを用いて、ウェイト計算（ＭＭＳＥウェイト計算）を行う（ステップＳ１）。そして、そのウェイトを用いて、等化部６１にてアレー合成を行い、さらに復調のための判定及び／又は誤り訂正を行う。ステップＳ１〜Ｓ３の繰り返し回数が上限に達していなければ（ステップＳ４）、復調後の信号又は誤り訂正後の信号に対し、必要であれば再符号化を行い、さらに再変調して、送信信号レプリカＳｒ１，Ｓｒ２を生成する。

ステップＳ１〜Ｓ３までの２度目以降のループでは、参照信号と送信信号レプリカＳｒ１，Ｓｒ２とを用いて、ウェイトの計算が行われる。ステップＳ１〜Ｓ３までのループを何度も繰り返すことで、レプリカの精度が向上し、ウェイト推定精度も向上させることができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、通信方式は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式が採用されるものであればよく、ＬＴＥに限定されるものではない。
また、信号合成は、最大比合成に限られるものではなく、等利得合成であってもよい。また、アンテナ素子の数は２個に限られず、複数であればよい。

ＢＳ１，ＢＳ２ 基地局装置
ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３ 移動局（ユーザ端末）
１ａ，１ｂ アンテナ
２ａ，２ｂ ＦＥ処理部
３ａ，３ｂ ＣＰ除去部
４ａ，４ｂ 直並列変換部
５ａ，５ｂ ＦＦＴ部
６ 処理部
６１ 等化部
６２ ウェイト計算部
６３ 参照信号生成部
７ ユーザ分離部
８ａ，８ｂ，８ｃ ＩＤＦＴ部

Claims (8)

1. ＳＣ−ＦＤＭＡ方式によって複数ユーザからの信号を同時に受信可能な通信装置であって、
   複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナによって受信した複数のＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号に対して、マルチアンテナ信号処理を周波数領域で行う処理部と、
   前記マルチアンテナ信号処理が施された信号を分離する分離部と、
   を備え、
   前記処理部は、前記複数のアンテナによって受信した前記複数のＳＣ−ＦＤＭＡ受信信号それぞれに複数ユーザ分の信号を含ませたまま、マルチアンテナ信号処理を周波数領域で行えるよう構成され、
   前記ユーザ分離部は、前記マルチアンテナ信号処理が施された信号を、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て情報に基づいて分離するよう構成されている
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記処理部は、アダプティブアレー方式によるマルチアンテナ信号処理を行う請求項１記載の通信装置。
3. 前記処理部は、ダイバーシティ方式によるマルチアンテナ信号処理を行う請求項１記載の通信装置。
4. 前記処理部は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て最小単位で、マルチアンテナ信号処理のためのウェイトを算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記処理部は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て最小単位におけるデータサブキャリアのウェイトを、当該ユーザ割り当て最小単位に含まれる複数の参照信号のうち、ウェイト算出対象のデータサブキャリア近傍にある一部の参照信号を用いて、算出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記処理部は、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式におけるユーザ割り当て最小単位におけるデータサブキャリアのウェイトを、当該ユーザ割り当て最小単位における参照信号から算出されるウェイトと、当該ユーザ割り当て最小単位に対して時間方向に隣接する他のユーザ割り当て最小単位における参照信号から算出されるウェイトと、を用いて算出する請求項１〜５のいずれか１項に記載の通信装置。
7. 受信信号に含まれる参照信号から算出したウェイトを用いてアレー合成された信号を復調した復調信号に基づいて、前記複数のアンテナそれぞれが受信した信号の送信信号レプリカを生成する手段を更に備え、
   前記処理部は、前記送信信号レプリカを用いて、前記ウェイトの再算出をする
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信装置。
8. 受信信号に含まれる参照信号から算出したウェイトを用いてアレー合成された信号を復調した復調信号に対して誤り訂正を行った後の信号に基づいて、前記複数のアンテナが受信した信号の送信信号レプリカを生成する手段を更に備え、
   前記処理部は、前記送信信号レプリカを用いて、前記ウェイトの再算出をする
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信装置。

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