JP2011109174A - 無線受信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】受信側の信号処理により受信利得を向上させ、サービスエリアの広域化に有効な無線受信装置を提供する。
【解決手段】無線回線を介して伝送される信号を受信する無線受信装置において、受信信号に互いに異なる遅延を付加した複数系統の信号を生成する遅延付加手段と、遅延付加手段で生成された互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成する信号合成手段と、信号合成手段の出力信号を入力し互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成したことで発生する周波数選択性の信号の歪を補償する信号等化手段とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】無線回線を介して伝送される信号を受信する無線受信装置において、受信信号に互いに異なる遅延を付加した複数系統の信号を生成する遅延付加手段と、遅延付加手段で生成された互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成する信号合成手段と、信号合成手段の出力信号を入力し互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成したことで発生する周波数選択性の信号の歪を補償する信号等化手段とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、屋外における無線アクセスシステムにおいて、ひとつの基地局がカバーするエリアの広域化を可能にする無線受信装置に関する。
特に、固定無線アクセス(FWA:Fixed Wireless Access)システムにおいて、伝送速度を低下させることなく信号処理により受信利得の動作点を改善することにより、ネットワークに接続されたエントランス基地局がカバーするエリアを広域化する無線受信装置に関する。
特に、固定無線アクセス(FWA:Fixed Wireless Access)システムにおいて、伝送速度を低下させることなく信号処理により受信利得の動作点を改善することにより、ネットワークに接続されたエントランス基地局がカバーするエリアを広域化する無線受信装置に関する。
広帯域のインターネット接続サービスを提供するために光回線の普及が進んでいる。しかし、光回線の敷設には大きなコストがかかり、ある程度まとまったユーザ数を見込めなければ敷設が難しい。そこで、設備コストを抑えて広帯域のインターネット接続サービスを提供するために、ユーザに一番近いところ(ラスト1ホップ)で無線回線を利用する方法が検討されている。
このラスト1ホップの無線回線としては、ネットワーク側の基地局とユーザ宅側の端末局間で見通しがなくても通信可能なマイクロ波帯が有望である。ただし、周波数資源が枯渇しつつある現状では、比較的周波数資源が潤沢な準ミリ波帯、ないしはミリ波帯を利用することも可能である。そのどちらの周波数帯を用いるにしても、システムの設置コストを考えれば、ネットワークに接続されたひとつの基地局がカバーできるエリアが広いことが求められる。
このマイクロ波を用いる無線アクセスシステムの例としては、IEEE802.11系の無線LANを用いた公衆サービスや、WiMAX(World Interoperability for Microwave Access) 規格の固定通信利用などが代表的である。これらのシステムでは、マルチパス環境でも安定して利用可能な直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiple Access )変調方式をベースとしたシステムが採用されている。
OFDM変調方式は、広い帯域の信号内を複数のサブキャリアに分割し、そのサブキャリアが互いに直交関係になるように配置することで、多重遅延波による周波数選択性フェージングの影響を、サブキャリア単位ではフラットなフェージングとして扱うことが可能である。また、この多重遅延波の影響を除去するために、時間軸上の信号をシンボル単位で分割し、この1シンボル分の信号の末尾の一部分をコピーし、1シンボルの先頭にガードインターバル(GI:Guard Interval)ないしはサイクリック・プレフィックス(CP:Cyclic Prefix )と呼ばれる情報として付加して1シンボル分の送信OFDM情報を生成し、受信側ではこの領域を削除することで、前のOFDMシンボルの信号が遅延波により次のOFDMシンボルに漏れ込んだシンボル間干渉を除去する。ここで、各サブキャリアの直交性を担保するために、各サブキャリアは1シンボルのGIを除いた時間領域での周期性をもった周波数となるように設定し、この結果、シンボル末尾の信号をGIとして先頭領域にコピーしたときに、そのGIの末尾が連続的につながる。受信側でGIを除去した信号は離散的フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transfer )処理を施すことで、簡易にサブキャリアに分割することができる。
この多重遅延波の影響による周波数選択性フェージング等の特性劣化要因の補償技術としては、OFDM変調方式以外にも、周波数領域等化(SC−FDE:Single Carrier Frequency Domain Equalization)技術として、ガードインターバルを利用したブロック伝送が行われている。このSC−FDE技術およびOFDM変調方式については、非特許文献1など様々な資料で紹介されている。
図12は、ブロック伝送におけるガードインターバルの付与の概要を示す。
図において、101は1シンボル長分の送信信号、102はブロック内の送信すべき信号、103はガードインターバル部の送信信号、104はガードインターバルのコピー元、105はOFDMの場合の各サブキャリア成分毎の波形を示す。
図において、101は1シンボル長分の送信信号、102はブロック内の送信すべき信号、103はガードインターバル部の送信信号、104はガードインターバルのコピー元、105はOFDMの場合の各サブキャリア成分毎の波形を示す。
ブロック伝送では、1シンボル長を区間A、区間B、区間Cの3つの領域に分け、区間Bおよび区間Cの領域を送信すべき信号102とし、その区間Cの領域をコピーし、区間Aのガードインターバル部の送信信号103として付加する。この際、OFDM変調方式を例にとるならば、各サブキャリアの送信信号はSin(ωt)、Sin(2ωt)、Sin(3ωt)の様に、区間Bおよび区間C領域の周期性を持つように設定するため、区間C領域を区間A領域にコピーすると、波形105に示すように各サブキャリアの送信信号は区間Aから区間Bに対して連続的につながった関数となる。
図13は、OFDM対応の従来の無線受信装置の構成例を示す。
図13において、無線送信装置111は、S/P変換回路114、マッピング回路115、IFFT116、GI付加回路117、D/A変換回路118、直交変調・周波数変換回路119から構成される。無線送信装置111と空間チャネル(伝搬路)113を介して接続される無線受信装置112は、直交検波・周波数変換回路120、A/D変換回路121、GI除去回路122、FFT123、チャネル推定回路124、FDE回路125、逆マッピング回路126、P/S変換回路127から構成される。
図13において、無線送信装置111は、S/P変換回路114、マッピング回路115、IFFT116、GI付加回路117、D/A変換回路118、直交変調・周波数変換回路119から構成される。無線送信装置111と空間チャネル(伝搬路)113を介して接続される無線受信装置112は、直交検波・周波数変換回路120、A/D変換回路121、GI除去回路122、FFT123、チャネル推定回路124、FDE回路125、逆マッピング回路126、P/S変換回路127から構成される。
送信データは、S/P変換回路114でシリアルなデータ系列をサブキャリア毎のパラレルなデータ系列に変換し、マッピング回路115は各サブキャリアのデータに対する信号マッピングを行う。ここでの信号マッピングとはサブキャリア変調のことであり、例えばQPSK等の多値変調における送信信号ビット列とIQ平面上での信号点の対応をとることを意味する。サブキャリア毎にマッピングされた信号はIFFT116に入力され、各サブキャリア毎に振幅および位相がマッピング情報をもとに変換された信号を合成し、周波数軸上の信号を時間軸上の信号に変換する。この信号に対し、GI付加回路117では1シンボルの後半の所定の領域をコピーし、ガードインターバルとして付加する。D/A変換回路118はこのデジタル信号をアナログ信号に変換し、直交変調・周波数変換回路119でRF信号に変換して送信される。
送信された信号は、空間チャネル113を介して無線受信装置112に受信される。受信された信号は、直交検波・周波数変換回路120でRF信号からベースバンド信号(ないしはIF信号)に変換され、A/D変換回路121でアナログ信号を所定の周期でサンプリングしてデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、GI除去回路122でガードインターバルが除去され、FFT123でフーリエ変換処理により各サブキャリアの信号に分離される。A/D変換回路121でサンプリングされたデジタルデータはチャネル推定回路124へも入力され、各サブキャリア成分のチャネル情報が生成される。この生成されたチャネル情報はFDE回路125に入力され、FFT123からの入力情報を1シンボル単位で各サブキャリアのチャネル推定結果で除算する等の周波数軸上の等化処理を行う。等化処理を施された情報は逆マッピング回路126に入力され、適用された変調方式と等化処理後の信号点の関係より、送信側で送信された信号の推定処理を行う。ここではサブキャリア毎に処理が実施されるため、並列的にビット列情報が出力されるため、P/S変換回路127でパラレルな情報をシリアルなビット列に変換し、受信データとして出力する。
なお、実際の運用では例えば誤り訂正のために送信側で符号化処理、受信側で復号化処理を実施したり、符号誤りのバースト性を緩和するためのインタリーブ処理、デインタリーブ処理を実施することがある。さらに、誤り訂正のために逆マッピング回路126からの出力データを硬判定とする代わりに軟判定する各種機能の付加も一般的によく行われる。
また、チャネル推定回路124の動作説明において、A/D変換回路121からの出力情報をもとにチャネル推定を行うとしていたが、例えば受信データパケットの先頭領域に配置されたトレーニング信号に対しFFT処理を施した情報をFFT123から得て、その情報をチャネル情報として利用することも可能である。また、ここでは説明を省略したが、GI除去回路122でガードインターバルを除去するためには、受信信号のシンボルタイミングが既知である必要があり、一般的にはA/D変換回路121から出力される情報をもとに、自己相関ないしは既知の情報との相互相関等を参照することでシンボルタイミングを検出し、以下の動作は全てこのタイミングに沿って実施される。また、送受信処理の双方において、適宜、フィルター処理を行い余計な周波数成分の情報を除去することが一般的であり、これはアナログ信号上にて実施することも、デジタル信号に変換された後にデジタル信号処理として実施することも可能であるが、ここでは信号処理の本質に触れないため、説明を省略している。
以上がOFDM変調方式の説明であるが、次にSC−FDE技術について簡単に説明する。SC−FDE技術とOFDM変調方式の一番大きな違いは、OFDM変調方式が周波数軸上に並べられた多数のサブキャリア上でビット伝送を並列的に実施するマルチキャリア伝送であるのに対し、SC−FDE技術はシングルキャリア伝送である点である。したがって、全帯域を用いて各ビット情報が時間的に微小な時間に直列的に並べられて伝送されるのであるが、図12に示したのと同様に、所定の時間長に収容されたビット列を収容した信号をひとつのブロックとし、これを区間Bおよび区間Cに相当するブロック内の送信すべき信号102とみなし、この後半の区間Cの領域をガードインターバルのコピー元104としてブロックの先頭の区間A領域にガードインターバル部の送信信号103としてコピーし、ひとつのブロック分の送信信号101を構成する。直感的に言えば、OFDM変調方式では送信すべきビット列を周波数方向に並列的に配置して伝送するのに対し、SC−FDE技術ではシングルキャリアなので送信すべきビット列を時間方向にシリアルに配置して伝送する。
また、受信信号に対しては、OFDM変調方式と同様にガードインターバル部の送信信号103を除去し、ブロック内の送信すべき信号102に対してFFT処理を実施し、実際にはシングルキャリアであるにもかかわらず、FFTで分離された仮想的なサブキャリア成分上で個別に等化処理を施す。これにより周波数選択性の歪は補償され、その結果の情報をもとにIFFT処理を実施することで、もとのシングルキャリアの信号に変換される。このようにして、周波数毎に異なる歪を簡易に等化することが可能になり、長遅延波が存在する場合でも簡易な回路構成で補償処理を実施することが可能になる。
用語としては、図12における区間A+区間B+区間Cのひとつのブロックの全領域を、OFDMでは「シンボル」と呼ぶことが一般的であるのに対し、SC−FDEではブロック内を細かく分割した個々のビット情報(例えばQPSKであれば2ビット分の情報)を伝送するための最小単位時間を「シンボル」と呼ぶことが多い。また、SC−FDEではガードインターバルのことをCyclic Prefix と呼ぶことが多いなど、若干の違いはあるが、本質的には同じ内容を示す。したがって、OFDMでの用語に基づいてSC−FDEでも同様に以下の説明を行う。
図14は、SC−FDE対応の従来の無線受信装置の構成例を示す。
図13に示すOFDM対応の無線送信装置111からS/P変換回路114、IFFT116を削除して無線送信装置131とし、無線受信装置112にIFFT129を追加するとともにP/S変換回路127を削除して無線受信装置132とした構成である。また、基本的には同様の機能であるが、マッピング回路115、逆マッピング回路126の動作が若干異なるため、新たに別番号を付してマッピング回路128、逆マッピング回路130として説明する。
図13に示すOFDM対応の無線送信装置111からS/P変換回路114、IFFT116を削除して無線送信装置131とし、無線受信装置112にIFFT129を追加するとともにP/S変換回路127を削除して無線受信装置132とした構成である。また、基本的には同様の機能であるが、マッピング回路115、逆マッピング回路126の動作が若干異なるため、新たに別番号を付してマッピング回路128、逆マッピング回路130として説明する。
送信データは、マッピング回路128で送信データの各ビット情報に対する信号マッピングを行う。OFDM変調方式では同一シンボル内で各サブキャリアで送信されるビット列をパラレルにマッピング処理を行っていたが、ここでは時間方向に順番に各ビット情報に対する信号マッピングを行い、そのマッピング情報に従い時間方向のデジタルデータに変換して出力し、さらに連続するビット情報をシリアルに連続させて時間軸上の信号として出力していく。GI付加回路117では、ひとつのブロック単位のデータが集まったところでブロックの後半の所定の領域をコピーし、ガードインターバルとして先頭部分に付加する。D/A変換回路118では、このデジタル信号をアナログ信号に変換し、直交変調・周波数変換回路119でRF信号に変換して送信する。
送信された信号は、空間チャネル113を介して無線受信装置132に受信される。受信された信号は、直交検波・周波数変換回路120でRF信号からベースバンド信号(ないしはIF信号)に変換され、A/D変換回路121でアナログ信号を所定の周期でサンプリングし、デジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号はGI除去回路122でガードインターバルが除去され、FFT123でフーリエ変換処理により各周波数成分の情報に分離される。A/D変換回路121でサンプリングされたデジタルデータはチャネル推定回路124へも入力され、ここでチャネル推定処理により各サブキャリア成分のチャネル情報を生成する。この生成されたチャネル情報はFDE回路125に入力され、FFT123からの入力情報をブロック単位で各周波数成分のチャネル推定結果で除算する等の周波数軸上の等化処理を行う。等化処理を施された周波数軸上の信号は、IFFT129にて逆フーリエ変換処理により再度、時間軸上の信号に変換され、これを逆マッピング回路130に入力する。逆マッピング回路130では、受信信号を個々のビット情報を表す単位時間長毎に分割し、適用された変調方式と等化処理後の信号点の関係より、送信側で送信された信号の推定処理を行う。ひとつのブロック内には連続的に多数のビット情報が含まれているので、それらをシリアルに結合して受信データを出力する。
シングルキャリアに対して周波数軸上で等化処理を行うことで多重遅延波の影響を除去する方法としては、図12に示すガードインターバルを伴うブロック伝送を前提とする方式以外にも、SC−FDEを改良したガードインターバル・レスの方式が存在する。その典型的な例としては、オーバーラップ・カット法を用いる周波数領域等化技術であり、非特許文献2に示される通称としてオーバーラップFDE法と呼ばれる技術が存在する。
図15は、オーバーラップFDE法対応の従来の無線受信装置の構成例を示す。
図14に示すSC−FDE対応の無線送信装置131からGI付加回路117を削除して無線送信装置135とし、無線受信装置132からGI除去回路133を削除し、FFT123、FDE回路125、IFFT129をひとまとめにした周波数軸等化回路133−1〜133−3を複数系統備え、これらからの出力結果を切り貼りするオーバーラップカット合成回路134を追加して無線受信装置136とした構成である。
図14に示すSC−FDE対応の無線送信装置131からGI付加回路117を削除して無線送信装置135とし、無線受信装置132からGI除去回路133を削除し、FFT123、FDE回路125、IFFT129をひとまとめにした周波数軸等化回路133−1〜133−3を複数系統備え、これらからの出力結果を切り貼りするオーバーラップカット合成回路134を追加して無線受信装置136とした構成である。
無線送信装置135では、図14で説明した通常のSC−FDEで行っていたGI付与回路117におけるガードインターバル付与を除く、通常のシングルキャリア伝送の動作を行う。無線受信装置136では、受信された信号は直交検波・周波数変換回路120でRF信号からベースバンド信号(ないしはIF信号)に変換され、A/D変換回路121でアナログ信号を所定の周期でサンプリングし、デジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は周波数軸等化回路133−1〜133−3にそれぞれ入力され、各周波数軸等化回路133−1〜133−3ではFFTブロックをずらして周波数軸上での周波数等化処理を行う。
ここでは、周波数軸等化回路133−1〜133−3を3系統備えた例を示したが、その場合にはFFTブロック長の1/3ずつシフトしたタイミングでFFTブロックを切り出す。各周波数軸等化回路(例えば133−1)では、FFT123でフーリエ変換処理により各周波数成分の情報に分離され、チャネル推定回路124で得られた各サブキャリア成分のチャネル情報をもとに、FDE回路125において、FFT123からの入力情報を各周波数成分のチャネル推定結果で除算する等の周波数軸上の等化処理を行う。等化処理を施された周波数軸上の信号は、IFFT129で逆フーリエ変換処理により再度、時間軸上の信号に変換され、異なるFFTブロックタイミングで処理された時間軸上の信号は、オーバーラップカット合成回路134に全て入力される。オーバーラップカット合成回路134では、各系統の時間軸上の信号のうち、FFTブロックを3分割してその中央部分の時間軸上の信号のみを選択し、残りを廃棄する。選択された各系統の信号は順番に貼り付けられ、1/3ずつの信号を3つつなぎ合わせることで元の信号を再生する。再生された信号は逆マッピング回路130に入力され、従来のSC−FDEと同様の信号処理により受信データとして出力する。
オーバーラップFDE法ではガードインターバルを用いないために、FFTブロック単位のFFT処理において遅延波の影響で前後のブロック間の干渉成分を除去できず、結果的に周波数軸等化回路133−1〜133−3からの出力信号にはブロック間干渉によるBER特性劣化が含まれている。しかし、このBER特性の劣化はFFTブロック内で均一ではなく、FFTブロックの前半と後半に集中する傾向があるため、FFTブロックの中心部分付近のBER特性は良好である。そこで、ブロックタイミングをシフトさせた複数系統を用意し、個別に処理してそれぞれの真ん中周辺部分を切り貼りすることで、結果的にはガードインターバル・レスの劣化の影響を排除することが可能である。ここでは周波数軸等化回路133−1〜133−3を3系統用いる例を示したが、2系統であれば各周波数軸等化回路のFFTブロックタイミングを1/2シフトし、各周波数軸等化回路からの信号をオーバーラップカット合成回路134で切り貼りする際に、1/2を廃棄し、残りの1/2を採用して合成する。
さらに、これらの方式を包含する従来の無線受信装置の基本構成例を図16に示す。これまで示した無線受信装置112,132,136において、周波数軸上での等化処理の全てを等化処理回路137に集約した構成である。等化処理回路137で行う処理は、先に説明した周波数軸上の等化処理以外にも、時間軸上の等化処理であっても構わない。時間軸上の等化処理の場合には、チャネル推定回路124では、A/D変換回路121からの出力信号に対し、自己相関ないしは相互相関等をとることで、希望信号に対する見通し波等の先行波と、マルチパスで生じる遅延波のそれぞれの遅延時間および位相・振幅の関係をもとめ、この情報を元に等化処理の重ね合わせに用いる重み係数を算出し、この重み係数を乗算した受信信号を時間軸上で合成する。この様にして、伝送路で生じる周波数選択性の歪を、周波数軸上ないしは時間軸上で補償する。
以上が基本的な動作概要である。実際の運用においては、OFDMの場合と同様に、誤り訂正やフィルタリング、チャネル推定やタイミング検出等の様々な付加的な処理や、処理そのもののバリエーションが存在するが、ここでは本発明の鍵となる本質的な部分に関連した説明のみを行い、その他については説明を省略している。
http://okamoto.web.nitech.ac.jp/RCS09G_BT-3-1.pdf
久万他, 「オーバーラップFDEを用いたゼロCPシングルキャリア方式の構成と特性」, 信学技法RCS2007-226, 2008年3月
無線アクセスシステムの商用サービスを考えた場合、システムの設置コスト、運用コストと収益との観点からビジネス的に採算が取れるか否かが定まる。その場合、ネットワークに接続されたひとつの基地局がカバーできるサービスエリアを広くすることが求められる。
ここでマイクロ波帯のシステムであれば、巨大な鉄塔などを利用して基地局の設置高を高く設定し、電波伝搬の減衰係数が自由空間伝搬損(受信電力が距離の2乗に反比例)に近いところで運用すればエリアを広域化することは可能である。しかし、これでは鉄塔などの設備に膨大な費用がかかるために、サービスエリアは広くなるものの設置コストの低減にならない。さらに、エリアが広がると共に、与干渉となるエリアの面積も広くなるために、周波数繰り返し利用による面的サービスの提供にも影響が出る。したがって、これまでと物理的な環境を変えることなく、同等の品質を提供可能なエリア面積を拡張する技術が求められる。
また、準ミリ波帯、またはミリ波帯の無線システムの場合は、晴天時であればサービスエリアよりも広いエリアで良好な通信を行うことが可能であるが、高い周波数帯の特徴として、降雨時の急激な受信信号強度の低下、すなわち降雨減衰が実効的なエリア面積を規定することになる。例えば、不稼働率が0.0004%(年平均で利用できない時間帯が約2分程度)と設定すれば、地域により若干異なるが、年間で2分間程度の頻度しか発生しない降雨量が統計的に求まり、通常の電波伝搬に伴う減衰量に、その降雨量での降雨減衰量を加味してサービス提供可能な距離が求まることになる。
また、マイクロ波帯、準ミリ波帯、ミリ波帯の全てに共通して言えることとしては、各無線局の送信電力を高めたり、利用するアンテナの指向性利得を高めることでもエリア拡大は可能である。しかし、送信電力を高めるためには線形性の高い、高出力のアンプを利用する必要があるが、この様なアンプは高価なため、特に端末側においてその様な高価なアンプの利用を前提とすることは現実的ではない。さらには、電波に関する様々な法令の中で、送信電力の規定、ないしは送信電力と送信アンテナの指向性利得を合わせた等価等方輻射電力(EIRP:Equivalent Isotropically Radiated Power )での規定により、過度に他システムへ干渉を与えないように制限を受けている場合も多い。
本発明は、送信側で対処するのではなく、受信側の信号処理により受信利得を向上させ、サービスエリアの広域化に有効な無線受信装置を提供することを目的とする。
本発明は、無線回線を介して伝送される信号を受信する無線受信装置において、受信信号に互いに異なる遅延を付加した複数系統の信号を生成する遅延付加手段と、遅延付加手段で生成された互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成する信号合成手段と、信号合成手段の出力信号を入力し、互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成したことで発生する周波数選択性の信号の歪を補償する信号等化手段とを備える。
本発明の無線受信装置において、無線回線を介して伝送される信号は直交周波数分割多重(OFDM)変調方式による信号であり、遅延付加手段で付加する遅延時間の最大値と最小値の差は、信号伝送に用いるサブキャリアのうち、ベースバンド上での最大周波数となるサブキャリアの周期の1/4以下に設定する。
本発明の無線受信装置において、無線回線を介して伝送される信号はシングルキャリアで伝送される信号であり、信号等化手段は周波数領域等化(SC−FDE)技術を用いて周波数選択性の信号の歪を補償する構成であり、遅延付加手段で付加する遅延時間の最大値と最小値の差は、信号伝送に用いる搬送波の周期の1/4以下に設定する。
本発明の無線受信装置において、遅延付加手段は、アナログ信号である受信信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、A/D変換手段から出力されるデジタル信号を入力し、サンプリングデータ系列をもとに互いに異なるサンプリング時刻の複数系統のサンプリングデータを並列に出力するサンプリングデータ遅延付加手段とを含む。このサンプリングデータ遅延付加手段は、1段および複数段のシフトレジスタを用い、異なる段数のシフトレジスタからそれぞれ信号を出力する構成としてもよい。
本発明の無線受信装置において、遅延付加手段は、アナログ信号である受信信号を複数系統に分配する分配手段と、分配手段から出力される複数系統の信号を入力し、信号系統毎に互いに異なる遅延時間を付与して出力するアナログ信号遅延付加手段とを含む。このアナログ信号遅延付加手段は、信号系統毎に互いに異なる物理的な線路長の遅延線で構成してもよい。
本発明の無線受信装置において、遅延付加手段は、アナログ信号である受信信号を複数系統に分配する分配手段と、分配手段から出力される複数系統の受信信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のA/D変換手段と、複数のA/D変換手段から出力されるデジタル信号を入力し、それぞれサンプリングデータ系列をもとに互いに異なるサンプリング時刻の複数系統のサンプリングデータを並列に出力する複数のサンプリングデータ遅延付加手段とを含む。この遅延付加手段は、分配手段と複数のA/D変換手段との間に、信号系統毎に互いに異なる遅延時間を付与するアナログ信号遅延付加手段を含む構成としてもよい。また、分配手段は、1つの入力端子と複数の出力端子を備え、入力端子にアナログ信号である受信信号を入力し、該入力端子と複数の出力端子との接続を周期的にスイッチ切り替えすることで複数系統の信号を出力するスイッチにより構成してもよい。
本発明は、様々な周波数帯の無線アクセスシステムにおいて、受信信号に対する遅延・加算処理で受信利得を向上させる信号処理により、等価的に受信信号の信号強度を高める一方で、信号受信時に同時に含まれる熱雑音信号成分を希望信号の受信信号強度の増幅率よりも大幅に抑えることで、結果的に信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio )を改善し、回線設計上の利得を向上させることができる。ここで得られた利得は、回線設計上の電波伝搬損失および降雨減衰マージン等に割り当てることで、1つの基地局がカバーするサービスエリアを拡大することが可能になる。
また、準ミリ波帯またはミリ波帯のシステムの場合には、回線設計的に余裕のある晴天時には通常の動作とし、所定のしきい値以上の降雨減衰を検出したときに限定して本発明の信号処理を実施することで、信号処理に伴う平均の消費電力の低減する効果、ないしは蓄積型の信号処理を行うことで通信を行うことができない時間帯が存在する状況を降雨減衰時に限定するなどの効果を得ることが可能になる。
実施例1では、デジタル信号の遅延・加算処理で受信利得を向上させる無線受信装置の構成例について説明する。ここでは、OFDMを用いる場合、SC−FDEを用いる場合、オーバーラップFDEを用いる場合について説明するが、その前にそれらを一般化した等化処理を行う基本構成例に基づいて本発明の特徴を説明する。
図1は、本発明の実施例1における無線受信装置の基本構成例を示す。
図1において、本実施例の無線受信装置は、図16に示す従来の無線受信装置のA/D変換回路121と等化処理回路137との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。ただし、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
図1において、本実施例の無線受信装置は、図16に示す従来の無線受信装置のA/D変換回路121と等化処理回路137との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。ただし、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
等化処理回路137は、図16に示した受信信号から逆マッピング処理ができる状態に変換する等化処理を実施し、その等化処理で必要となる周波数軸上ないしは時間軸上のチャネル情報をチャネル推定回路124で取得する。この等化処理回路137については、OFDMを用いる場合、SC−FDEを用いる場合、オーバーラップFDEを用いる場合の具体的な構成例を別途図4〜図6を参照して説明する。
ここで、本発明の無線受信装置の動作原理について、図2および図3を参照して説明する。なお、説明を簡単にするために正弦波を受信した場合を例にとって説明するが、これは例えばOFDMの所定のサブキャリアとみなしても、またはSC−FDEの受信信号の一例とみなしても構わない。実際には、OFDMであれば複数のサブキャリアが合成されていたり、SC−FDEであれば送信すべきビット列の状態に応じてビット情報の単位毎に位相や振幅が変動することになるが、あくまでも原理を理解するための図として説明に用いる。
図2において、(1) は受信信号の時間波形、(2) は受信信号に遅延を加えてコピーした状態、(3) はコピーした信号を合成した状態を表す。まず、(1) に示した受信信号には、希望信号である正弦波に加え熱雑音信号成分が加わっているため、小刻みなランダムな揺らぎ成分が含まれている。この信号に所定の遅延を加え、一例として10波をコピーしたものを時間軸上で重ねたものが図2(2) である。この信号を各時刻で単純に加算し、合成したものが図2(3) である。図より分かるように、10波を合成することで概ね振幅は10倍になっている。一方で、熱雑音信号は時間的にスライドさせて平滑化されているために、熱雑音信号の振幅成分は10倍にならず、結果的に図2(1),(3) の波形は相似形にならず、熱雑音信号成分に対する希望信号の比率、すなわちSNR値が改善していることが分かる。
本発明により抑圧される熱雑音信号成分の概要を図3に示す。図3において、(1) は元の熱雑音信号成分、(2) は元の信号に遅延を加えて平均化した熱雑音信号成分を示す。図2の熱雑音成分のみに着目すれば、希望信号である正弦波に図3(1) の熱雑音信号が加算されたものが受信信号になっているが、この熱雑音信号は時間的にランダムであり、遅延を加えてコピーしたものを10波足し合わせ、それを1/10倍すると図3(2) が得られる。統計的には、平均0のランダムな雑音信号をN個加算すると、その振幅はルートN倍となる。これを1/N倍する平均化処理により、結果的に相対的な雑音信号の振幅の期待値はルートN分の1倍に抑圧される。この特性を利用することで、受信信号のSNR値が改善する。
なお、この処理が有効に機能するためには、コピーして加算する信号が元の信号に対して概ね同位相合性になる必要がある。例えば、1つの正弦波に対してその周期の半分だけ遅延させた信号を加算すると、それぞれの信号は逆位相で合成されることになり、希望信号の信号強度はむしろ弱められることになる。定量的に議論するならば、正弦波Sin(ωt)に対し遅延により位相をφシフトした正弦波Sin(ωt+φ)を加算すると、
Sin(ωt)+Sin(ωt+φ) =((1+Cosφ)2+Sin2φ)1/2×Sin(ωt+φ)
=(2(1+Cosφ))1/2 ×Sin(ωt+φ) …(1)
φ=ArcTan(Sinφ/(1+Cosφ)) …(2)
の関係式が得られるが、本発明が有効に機能するためには、信号の加算に伴う振幅の増幅率が雑音信号の加算に伴う増幅率を上回る必要がある。ランダムな2つの信号の加算であることから雑音信号は√2倍になり、これを考慮すれば式(1) に記載の振幅に相当する量も√2倍以上にならなければ有効な利得は得られない。結果として、1+ Cosφが1以上である必要があり、すなわちφは90度(1周期の1/4に相当)以下である必要がある。このことから、付加する遅延の最大値は想定する信号の帯域ないしは搬送波信号の周波数または周波数変換後の最大周波数等の逆数で与えられる信号の1周期の時間長に対し、その1/4以下に抑えられている必要がある。
Sin(ωt)+Sin(ωt+φ) =((1+Cosφ)2+Sin2φ)1/2×Sin(ωt+φ)
=(2(1+Cosφ))1/2 ×Sin(ωt+φ) …(1)
φ=ArcTan(Sinφ/(1+Cosφ)) …(2)
の関係式が得られるが、本発明が有効に機能するためには、信号の加算に伴う振幅の増幅率が雑音信号の加算に伴う増幅率を上回る必要がある。ランダムな2つの信号の加算であることから雑音信号は√2倍になり、これを考慮すれば式(1) に記載の振幅に相当する量も√2倍以上にならなければ有効な利得は得られない。結果として、1+ Cosφが1以上である必要があり、すなわちφは90度(1周期の1/4に相当)以下である必要がある。このことから、付加する遅延の最大値は想定する信号の帯域ないしは搬送波信号の周波数または周波数変換後の最大周波数等の逆数で与えられる信号の1周期の時間長に対し、その1/4以下に抑えられている必要がある。
例えば、帯域幅20MHzのOFDM信号であれば、ベースバンド上で±10MHz(10×106 Hz)に全サブキャリアが配置され、そのサブキャリアの中で周期が最短なものは概ね1 /(10×106 )秒(=100 ナノ秒)であり、その半分の50ナノ秒の遅延を加えた信号は元の信号と逆位相で加算される。効率的な合成のためには、コピーする信号の遅延の最大値を信号の周期の1/4程度以下に抑えながら、多数の信号を合成すればよい。なお、サブキャリアの中ではガードバンドとして信号伝送において未使用のサブキャリアが存在するため、実際のビット伝送に用いる中で周波数が最大(つまり周期が最小)のサブキャリアに対し、その周期の1/4程度以下に付加する遅延を制限する。また、この信号処理をベースバンド信号に周波数変換する前の信号、すなわちRF帯またはIF帯の信号に対して実施する場合には、その周波数帯の該当する帯域の最大の周波数(実際には中心周波数とみなしても大差はない)に対し、1/4程度以下との条件が適用される。
一方、従来技術においても、受信信号を適宜合成する技術は存在する。例えば等化器などでは、多重遅延波の影響を除去するために、先行波に対して遅延波が振幅・位相がどの様に変化して受信されるかを受信信号の自己相関により求め、その求めた係数をもとに重み付け加算を行うが、本発明ではその様な重み係数を一切用いず、受信信号に係数を掛けずに単純に加算することになる。この単純加算処理は、受信タイミング検出処理やシンボルタイミングとは無関係に単純に処理することになるため、例えば低SNR値環境でタイミング検出精度やチャネル推定精度、さらには等化器の重み付け係数の推定精度などが低い環境であっても、加算処理に影響を与えるものではない。逆に言えば、この様な単純加算処理を前処理として実施することで、タイミング検出精度やチャネル推定精度を良好な動作点で実施できるようになるため、システム全体の特性が改善できる。
ただし、単純加算時に発生する多重遅延波の影響を除去する必要が生じるが、これは先に説明したOFDM変調方式やSC−FDE技術(オーバーラップFDE法を含む)を用いたり、等化器と組み合わせることにより実現可能である。
また、受信信号のコピーという説明においては、受信したアナログ信号をA/D変換した後のデジタル信号処理として行う説明を行ったが、後述する実施例のアナログ信号において信号合成を行うことも可能である。アナログ信号処理の場合、チャネル等の環境に応じて処理をアダプティブに変更することは困難であるが、今回の信号処理は環境に依存せずに同一の重みで加算するだけの合成処理であるので、アナログ的な回路でも実現することは可能である。
図4は、本発明の実施例1におけるOFDM対応の無線受信装置の構成例を示す。
図4において、無線送信装置111は、図13に示す従来の無線送信装置と全く同一の構成である。本実施例の無線受信装置1は、図13に示す従来の無線受信装置112のA/D変換回路121とGI除去回路122との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。また、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
図4において、無線送信装置111は、図13に示す従来の無線送信装置と全く同一の構成である。本実施例の無線受信装置1は、図13に示す従来の無線受信装置112のA/D変換回路121とGI除去回路122との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。また、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
本実施例の動作は、無線受信装置1に受信した信号が直交検波・周波数変換回路120でRF信号からベースバンド信号(ないしはIF信号)に変換され、A/D変換回路121でアナログ信号を所定の周期でサンプリングし、デジタル信号に変換される。A/D変換されたデジタル信号は複数コピーされ、第1のデジタル信号は遅延付加なしに加算回路3に入力され、第2のデジタル信号は遅延付加回路2−1でΔ×1だけ遅延させて加算回路3に入力され、第3のデジタル信号は遅延付加回路2−2でΔ×2だけ遅延させて加算回路3に入力され、第Nのデジタル信号は遅延付加回路2−3でΔ×(N−1)だけ遅延させて加算回路3に入力される。各遅延付加回路でそれぞれの遅延を付加されたデジタル信号は加算回路3で加算され、その結果がGI除去回路122に入力する。また、加算されたデジタル信号はチャネル推定回路124へも入力され、ここでチャネル推定処理により各サブキャリア成分のチャネル情報を生成する。以降の処理については、従来技術と同様である。また、誤り訂正やフィルタリング、チャネル推定やタイミング検出等の様々な付加的な処理や、処理そのもののバリエーションについても、従来技術と同様に様々な組み合わせが存在するが、そのどれと組み合わせて運用することも可能である。
図5は、本発明の実施例1におけるSC−FDE対応の無線受信装置の構成例を示す。
図5において、無線送信装置131は、図14に示す従来の無線送信装置と全く同一の構成である。本実施例の無線受信装置4は、図14に示す従来の無線受信装置132のA/D変換回路121とGI除去回路122との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。また、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
図5において、無線送信装置131は、図14に示す従来の無線送信装置と全く同一の構成である。本実施例の無線受信装置4は、図14に示す従来の無線受信装置132のA/D変換回路121とGI除去回路122との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。また、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
図6は、本発明の実施例1におけるオーバーラップFDE対応の無線受信装置の構成例を示す。
図6において、無線送信装置135は、図15に示す従来の無線送信装置と全く同一の構成である。本実施例の無線受信装置5は、図15に示す従来の無線受信装置136のA/D変換回路121と各周波数軸等化回路133−1〜133−3との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。また、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
図6において、無線送信装置135は、図15に示す従来の無線送信装置と全く同一の構成である。本実施例の無線受信装置5は、図15に示す従来の無線受信装置136のA/D変換回路121と各周波数軸等化回路133−1〜133−3との間に、A/D変換回路121から出力されるデジタル信号をコピーして分岐し、それぞれに所定の遅延を付加する遅延付加回路2−1〜2−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を加算する加算回路3とを追加した構成である。また、チャネル推定回路124への入力信号は、A/D変換回路121から直接入力されるのではなく、加算回路3で加算処理を行った結果の信号である。
このように、実施例1の無線受信装置では、OFDMかSC−FDEかオーバーラップFDEかにかかわらず、図12に示したブロック伝送とガードインターバルの付与等により多重遅延波の影響を補償することが可能なシステムでは、受信信号を複数コピーし、異なる遅延を付加して加算した信号をあたかも受信信号とみなして信号処理することで、受信信号のSNR値を改善することが可能である。
ただし、OFDM変調方式の場合は、コピーして遅延を付加した信号を加算する場合の最大遅延量は、各サブキャリアの中でもっとも周期の短いサブキャリアの周期の1/4以下であることが好ましいとしたが、シングルキャリア伝送の場合には、位相・振幅変調を施すもとの搬送波信号の周期の1/4以下であることが好ましい。
ここで、先の原理説明でも触れたが、周期の短いサブキャリアとは必ずしもベースバンド帯での周期である必要はなく、処理を行う際にIF帯やRF帯であるならば、その周波数帯においての周期を基準とすればよい。この意味において、図における直交検波・周波数変換回路120の後段で処理を行わず、RF帯で直接A/D変換を行う場合は、直交検波・周波数変換回路120の機能は加算回路3の後段で、デジタル信号処理として実現しても構わない。
図7は、本発明の実施例1における遅延付加回路の構成例を示す。
図7(1) において、各遅延付加回路2−1〜2−3は、サンプリングされた受信信号のデジタルデータを格納するレジスタで構成される。遅延付加回路2−1は1段のレジスタで構成され、遅延付加回路2−2は2段のレジスタで構成され、遅延付加回路2−3は(N−1)段のレジスタで構成されており、各サンプリングタイミングでレジスタを1段ずつシフトさせ、最終段のレジスタの出力が加算回路3に入力される。ここではシフトレジスタの段数がそれぞれ1段ずつ異なるものを用いる例を示したが、互いに異なる段数であればよい。
図7(1) において、各遅延付加回路2−1〜2−3は、サンプリングされた受信信号のデジタルデータを格納するレジスタで構成される。遅延付加回路2−1は1段のレジスタで構成され、遅延付加回路2−2は2段のレジスタで構成され、遅延付加回路2−3は(N−1)段のレジスタで構成されており、各サンプリングタイミングでレジスタを1段ずつシフトさせ、最終段のレジスタの出力が加算回路3に入力される。ここではシフトレジスタの段数がそれぞれ1段ずつ異なるものを用いる例を示したが、互いに異なる段数であればよい。
また、遅延付加回路2−1〜2−3と同等の機能は、図7(2) に示すように、(N−1)段のレジスタを直列に接続し、各レジスタの出力を分岐して加算回路3に入力する構成でも実現できる。
なお、以上示した実施例1の構成では、A/D変換回路121から加算回路3に遅延なしで直接入力されるパスが存在するが、このようなパスは必須ではなく、各パスで互いに異なる遅延が設定されていればよい。また、各パスの遅延量がΔずつ異なるとしていたが、一定の刻み幅である必要もない。ここで重要な点は、異なるサンプリングデータを加算することで無相関の熱雑音信号を合成する点にあり、遅延量がどの様に分布しているかは問題ではない。
実施例2では、アナログ信号の遅延・加算処理で受信利得を向上させる無線受信装置の構成例について説明する。ここでは、OFDM、SC−FDE、オーバーラップFDE、その他の等化処理を一般化した基本構成例に基づいて説明する。
図8は、本発明の実施例2における無線受信装置の基本構成例を示す。
図8において、本実施例の無線受信装置は、図16に示す従来の無線受信装置の直交検波・周波数変換回路120とA/D変換回路121との間に、直交検波・周波数変換回路120から出力されるアナログ信号を複数系統に分配する分配回路13と、各系統のアナログ信号にそれぞれに所定の遅延を付加する遅延付加素子12−1〜12−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を合成する合成回路14とを追加した構成である。
図8において、本実施例の無線受信装置は、図16に示す従来の無線受信装置の直交検波・周波数変換回路120とA/D変換回路121との間に、直交検波・周波数変換回路120から出力されるアナログ信号を複数系統に分配する分配回路13と、各系統のアナログ信号にそれぞれに所定の遅延を付加する遅延付加素子12−1〜12−3と、それぞれ異なる遅延を付加された信号を合成する合成回路14とを追加した構成である。
遅延付加素子12−1〜12−3は異なる物理長の遅延線で構成するなど、簡易な実現方法で構わない。また、直交検波・周波数変換回路120とA/D変換回路121の間に遅延付加素子を経由しないパスも存在するが、全てのパスが遅延付加素子を経由する構成としてもよい。あくまでも各系統のアナログ信号に付加された遅延が互いに異なる値であることがポイントである。
以上の説明では、デジタル信号処理にせよアナログ信号処理にせよ、多数の系統に信号を分配する処理を行っていたが、実際の処理では様々な問題がある。例えば、デジタル信号処理では、超高速のサンプリングを行わなければならないが、安価なA/D変換回路ではサンプリングレートに限界があり、付加する最大遅延が所定の周期の1/4以下程度になるように抑えるためには、コピーして合成できる信号系統数を大きな値に設定出来ない場合がある。また、アナログ信号処理で対処する場合でも、信号を多数の系統に分配することで信号強度が弱まり、その結果、各信号系統のSNR値が劣化してしまうと、合成しても所望のSNR値に改善できない場合が予想される。この様な問題を解決するためには、デジタル信号処理およびアナログ信号処理の双方において、効果的な信号分配方法を用いる必要がある。以下に、その構成方法について説明する。
図9は、本発明の実施例3における複数信号系統生成の第1の構成例を示す。
図9において、13は分配回路、12−1〜12−2は遅延付加素子、121−1〜121−2はA/D変換回路、2−1〜2−6は遅延付加回路、3−0〜3−2は加算回路である。直交検波・周波数変換回路120から入力するアナログ信号は、分配回路13で複数系統に分配され、それぞれが遅延付加素子12−1〜12−2へ入力する。それぞれの遅延付加素子12−1〜12−2は互いに異なる遅延(Δ1〜ΔN)を付加し、その後の信号はA/D変換回路121−1〜121−2に入力し、それぞれデジタルデータに変換される。デジタル化された信号はコピーされ、遅延付加回路2−1〜2−3,2−4〜2−6でそれぞれ異なる遅延が付加され、加算回路3−1〜3−2で加算され、それぞれの加算結果が加算回路3−0で加算される。なお、加算回路3−0〜3−2は、1つの加算回路で構成してもよい。
図9において、13は分配回路、12−1〜12−2は遅延付加素子、121−1〜121−2はA/D変換回路、2−1〜2−6は遅延付加回路、3−0〜3−2は加算回路である。直交検波・周波数変換回路120から入力するアナログ信号は、分配回路13で複数系統に分配され、それぞれが遅延付加素子12−1〜12−2へ入力する。それぞれの遅延付加素子12−1〜12−2は互いに異なる遅延(Δ1〜ΔN)を付加し、その後の信号はA/D変換回路121−1〜121−2に入力し、それぞれデジタルデータに変換される。デジタル化された信号はコピーされ、遅延付加回路2−1〜2−3,2−4〜2−6でそれぞれ異なる遅延が付加され、加算回路3−1〜3−2で加算され、それぞれの加算結果が加算回路3−0で加算される。なお、加算回路3−0〜3−2は、1つの加算回路で構成してもよい。
ここで、通常、A/D変換回路121−1〜121−2には、サンプリングタイミングを規定するためのサンプリング・クロック信号が外部より共通に供給される(ここでは記載していない)。したがって、複数のA/D変換回路121−1〜121−2が同一タイミングでサンプリングを行うと、信号の実波形上のサンプリングタイミングは遅延付加素子12−1〜12−2で付加した遅延分だけずれることになる。同様の動作は、図9から遅延付加素子12−1〜12−2を省略する代わりに、A/D変換回路121−1〜121−2に入力する共通のサンプリングクロックの経路に互いに異なる遅延量の遅延付加素子を配置し、結果的にサンプリング・タイミングが少しずつずれるようにしてもよい。なお、遅延付加素子12−1〜12−2はアナログ信号上での遅延の付加、遅延付加回路2−1〜2−6はデジタル信号上での遅延の付加を行うが、それぞれの遅延の組み合わせを行った場合に、重複した遅延量にならないように設定することが好ましい。具体例としては、遅延付加回路2−1〜2−6で付加する遅延はサンプリング間隔をΔとしたときにΔの整数倍となるように設定し、遅延付加素子12−1〜12−2ではΔ1 からΔN までの中の最大の遅延量であるMax(Δ1,…, ΔN)がサンプリング間隔Δよりも小さな値となっていることが好ましい。
同様の機能は、図10に示す本発明の実施例3における複数信号系統生成の第2の構成例でも実現可能である。本構成例では、図9の分配回路13をスイッチ15に置き換え、遅延付加素子12−1〜12−2を省略した構成である。ここでのスイッチ15は、A/D変換回路121−1〜121−2のサンプリング周期の整数倍のクロックで、直交検波・周波数変換回路120から入力された信号の出力先を切り替える。この結果、各A/D変換回路121−1〜121−2には常に信号の入力があるわけではなく、従ってスイッチ15からの信号の入力があるタイミングでサンプリングを行う必要があり、そのためのタイミング制御が別途必要となる(ここでは省略している)。
図9および図10で示した信号処理は、デジタル信号処理とアナログ信号処理を組み合わせて多数の信号系統を作り出していたが、等価的には全てをアナログ信号処理で実現することも可能である。
図11は、本発明の実施例3における複数信号系統生成の第3の構成例を示す。
図11において、13−0〜13−2は分配回路、16−1〜16−2は増幅器、12−1〜12−8は遅延付加素子、14−0〜14−2は合成回路を表す。ここでは、図8における分配回路13で、一度に多数の系統に分配すると信号強度が下がりすぎてしまうという場合に、一旦、分配回路13−0で分配した信号を増幅器16−1〜16−2で信号増幅し、さらにそれを分配回路13−1,13−2で分配し、それらに個別に遅延付加素子12−1〜12−4,12−5〜12−8を介して合成回路14−1,14−2および合成回路14−0で段階的に合成している。なお、合成回路14−0〜14−2は、1つの合成回路で構成してもよい。
図11において、13−0〜13−2は分配回路、16−1〜16−2は増幅器、12−1〜12−8は遅延付加素子、14−0〜14−2は合成回路を表す。ここでは、図8における分配回路13で、一度に多数の系統に分配すると信号強度が下がりすぎてしまうという場合に、一旦、分配回路13−0で分配した信号を増幅器16−1〜16−2で信号増幅し、さらにそれを分配回路13−1,13−2で分配し、それらに個別に遅延付加素子12−1〜12−4,12−5〜12−8を介して合成回路14−1,14−2および合成回路14−0で段階的に合成している。なお、合成回路14−0〜14−2は、1つの合成回路で構成してもよい。
また、遅延付加素子12−1〜12−8は、互いに異なる遅延量となるように設定されている。また、分配回路13−0で信号をM系統に分配する場合、信号強度は1/M倍されるが同時に直交検波・周波数変換回路120から入力されたアナログ信号に含まれていた熱雑音信号の信号強度も1/M倍となる。したがって、分配回路13−0の前段と後段では基本的に信号のSNR値は同一となる。これを増幅器16−1〜16−2で増幅する際に、新たに熱雑音信号が付加されてしまうが、ここで付加される熱雑音信号の信号強度が分配回路13−0の後段の信号に含まれる熱雑音信号に対して十分小さな値となるように設計する必要がある。
以上の説明は、全てハードウエア上での信号処理を前提としていたが、A/D変換回路121でデジタル信号化された後の処理に関しては、必ずしもハードウエアで構成する必要はなく、ソフトウエア的な処理として実現することも可能である。
さらに、等化処理回路137はA/D変換回路121の後段に配置され、デジタル的に受信信号に対する等化処理を行う場合の例について説明してきたが、必ずしもA/D変換回路121を等化処理回路137の前段に設置し、デジタル信号処理として等化処理回路137を位置づける必要はなく、アナログ信号に対して等化処理を実施する構成とすることも可能である。
また、以上の説明では、A/D変換後のデジタル的な分配と遅延付加後の加算処理、ないしはアナログ信号処理における分配回路での信号の分配と遅延付加後の合成処理等を1段で実現する場合について説明していたが、この様な構成を多段構成にして実現しても構わない。多段構成となる場合には、各段で個別に付加された遅延が各段毎に個別に加算されるため、結果的にその組み合わせ分の遅延量を実現できるという特徴をもつ。
また、分配回路や遅延付加素子および合成回路は、それぞれ部品として実装されている必要はなく、基板上の線路のパターン等で等価な処理を実現できればそれでも構わない。
また、以上の説明では全て無線通信を前提とした説明を行ってきたが、光または電気的な信号を有線回線を用いて伝送する際に信号対雑音比が劣化する状況を改善するためにも、本発明は適用可能である。この場合にも、基本的には受信信号ないしは受信信号の周波数変換を行った信号、ないしは光信号を信号処理により電気信号に変換した信号などの変換された受信信号に対し、実施例1に記載のようにA/D変換処理後の信号を複数系統コピーし、異なる遅延を付加して加算し、加算後の信号に対して等化処理を実施するか、又は実施例2に記載のようにアナログ信号のまま複数系統に分配し、異なる遅延を付加して合成し、合成後の信号に対して等化処理を実施するか、ないしは実施例3のように両者を組み合わせた信号処理を実施するかにより、同等の効果をえることが可能である。
なお、本発明の原理の説明において、複数系統の信号において加算する遅延量の最大値は、想定する信号の帯域ないしは搬送波信号の周波数等の逆数で与えられる信号の1周期の時間長に対し、その1/4以下に抑えられている必要がある。
1 無線受信装置(OFDM)
2 遅延付加回路
3 加算回路
4 無線受信装置(SC−FDE)
5 無線受信装置(オーバラップFDE)
12 遅延付加素子
13 分配回路
14 合成回路
15 スイッチ
16 増幅器
101 1シンボル長分の送信信号
102 ブロック内の送信すべき信号
103 ガードインターバル部の送信信号
104 ガードインターバルのコピー元
105 OFDMの場合の各サブキャリア成分毎の波形
111 無線送信装置(OFDM)
112 無線受信装置(OFDM)
113 空間チャネル(伝搬路)
114 S/P変換回路
115 マッピング回路
116 IFFT
117 GI付加回路
118 D/A変換回路
119 直交変調・周波数変換回路
120 直交検波・周波数変換回路
121 A/D変換回路
122 GI除去回路
123 FFT
124 チャネル推定回路
125 FDE回路
126 逆マッピング回路
127 P/S変換回路
128 マッピング回路
129 IFFT
130 逆マッピング回路
131 無線送信装置(SC−FDE)
132 無線受信装置(SC−FDE)
133 周波数軸等化回路
134 オーバーラップカット合成回路
135 無線送信装置(オーバーラップFDE)
136 無線受信装置(オーバーラップFDE)
137 等化処理回路
2 遅延付加回路
3 加算回路
4 無線受信装置(SC−FDE)
5 無線受信装置(オーバラップFDE)
12 遅延付加素子
13 分配回路
14 合成回路
15 スイッチ
16 増幅器
101 1シンボル長分の送信信号
102 ブロック内の送信すべき信号
103 ガードインターバル部の送信信号
104 ガードインターバルのコピー元
105 OFDMの場合の各サブキャリア成分毎の波形
111 無線送信装置(OFDM)
112 無線受信装置(OFDM)
113 空間チャネル(伝搬路)
114 S/P変換回路
115 マッピング回路
116 IFFT
117 GI付加回路
118 D/A変換回路
119 直交変調・周波数変換回路
120 直交検波・周波数変換回路
121 A/D変換回路
122 GI除去回路
123 FFT
124 チャネル推定回路
125 FDE回路
126 逆マッピング回路
127 P/S変換回路
128 マッピング回路
129 IFFT
130 逆マッピング回路
131 無線送信装置(SC−FDE)
132 無線受信装置(SC−FDE)
133 周波数軸等化回路
134 オーバーラップカット合成回路
135 無線送信装置(オーバーラップFDE)
136 無線受信装置(オーバーラップFDE)
137 等化処理回路
Claims (10)
- 無線回線を介して伝送される信号を受信する無線受信装置において、
受信信号に互いに異なる遅延を付加した複数系統の信号を生成する遅延付加手段と、
前記遅延付加手段で生成された互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成する信号合成手段と、
前記信号合成手段の出力信号を入力し、前記互いに遅延時間が異なる複数系統の信号を単純加算または単純合成したことで発生する周波数選択性の信号の歪を補償する信号等化手段と
を備えたことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項1に記載の無線受信装置において、
前記無線回線を介して伝送される信号は直交周波数分割多重(OFDM)変調方式による信号であり、
前記遅延付加手段で付加する遅延時間の最大値と最小値の差は、信号伝送に用いるサブキャリアのうち、ベースバンド上での最大周波数となるサブキャリアの周期の1/4以下に設定する
ことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項1に記載の無線受信装置において、
前記無線回線を介して伝送される信号はシングルキャリアで伝送される信号であり、前記信号等化手段は周波数領域等化(SC−FDE)技術を用いて前記周波数選択性の信号の歪を補償する構成であり、
前記遅延付加手段で付加する遅延時間の最大値と最小値の差は、信号伝送に用いる搬送波の周期の1/4以下に設定する
ことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項1に記載の無線受信装置において、
前記遅延付加手段は、
アナログ信号である前記受信信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換手段から出力されるデジタル信号を入力し、サンプリングデータ系列をもとに互いに異なるサンプリング時刻の複数系統のサンプリングデータを並列に出力するサンプリングデータ遅延付加手段と
を含むことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項4に記載の無線受信装置において、
前記サンプリングデータ遅延付加手段は、1段および複数段のシフトレジスタを用い、異なる段数のシフトレジスタからそれぞれ信号を出力する構成である
ことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項1に記載の無線受信装置において、
前記遅延付加手段は、
アナログ信号である前記受信信号を複数系統に分配する分配手段と、
前記分配手段から出力される複数系統の信号を入力し、信号系統毎に互いに異なる遅延時間を付与して出力するアナログ信号遅延付加手段と
を含むことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項6に記載の無線受信装置において、
前記アナログ信号遅延付加手段は、前記信号系統毎に互いに異なる物理的な線路長の遅延線で構成される
ことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項1に記載の無線受信装置において、
前記遅延付加手段は、
アナログ信号である前記受信信号を複数系統に分配する分配手段と、
前記分配手段から出力される複数系統の受信信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のA/D変換手段と、
前記複数のA/D変換手段から出力されるデジタル信号を入力し、それぞれサンプリングデータ系列をもとに互いに異なるサンプリング時刻の複数系統のサンプリングデータを並列に出力する複数のサンプリングデータ遅延付加手段と
を含むことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項8に記載の無線受信装置において、
前記遅延付加手段は、前記分配手段と前記複数のA/D変換手段との間に、信号系統毎に互いに異なる遅延時間を付与するアナログ信号遅延付加手段を含む
ことを特徴とする無線受信装置。 - 請求項8に記載の無線受信装置において、
前記分配手段は、1つの入力端子と複数の出力端子を備え、入力端子に前記アナログ信号である受信信号を入力し、該入力端子と複数の出力端子との接続を周期的にスイッチ切り替えすることで複数系統の信号を出力するスイッチにより構成される
ことを特徴とする無線受信装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009258965A JP2011109174A (ja) | 2009-11-12 | 2009-11-12 | 無線受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009258965A JP2011109174A (ja) | 2009-11-12 | 2009-11-12 | 無線受信装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011109174A true JP2011109174A (ja) | 2011-06-02 |
Family
ID=44232229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009258965A Withdrawn JP2011109174A (ja) | 2009-11-12 | 2009-11-12 | 無線受信装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2011109174A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114283857A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-04-05 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 分频信号的延时补偿、分频方法、系统和分频器 |
-
2009
- 2009-11-12 JP JP2009258965A patent/JP2011109174A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114283857A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-04-05 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 分频信号的延时补偿、分频方法、系统和分频器 |
CN114283857B (zh) * | 2021-12-16 | 2024-05-28 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 分频信号的延时补偿、分频方法、系统和分频器 |
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