JP2013197790A - 信号復号装置及び信号復号プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 復号に必要な必要情報を取得可能な無線信号と、必要情報を取得不可能な無線信号とが受信される環境下において、いずれの無線信号も復号することが可能な信号復号装置を提供する。
【解決手段】 Ｍ本の独立信号が供給される信号復号装置は、解析部、信号選択部、第１乃至第３の復号部及び第１及び第２のダイバーシチ合成部を具備する。信号選択部は、解析部での解析結果に基づき、独立信号から抽出信号を抽出し、必要情報を取得する。第１の復号部は、抽出信号が１本抽出される場合、抽出信号を復号する。第１のダイバーシチ合成部は、抽出信号がＮ本抽出され、かつ、必要情報が取得される場合、抽出信号を必要情報を用いてプレダイバーシチ合成する。第２の復号部は、合成信号を復号する。第３の復号部は、抽出信号がＮ本抽出され、かつ、必要情報が取得されない場合、抽出信号を復号する。第２のダイバーシチ合成部は、復号信号をポストダイバーシチ合成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、受信した無線信号を復号する信号復号装置及び信号復号プログラムに関する。

送信装置から送信された無線信号は、一般に、伝搬路を通過することによる歪みや他の通信系からの干渉を受けることがある。そのため、無線信号を受信した受信信号に対して、干渉波キャンセラ、マルチパスキャンセラ、又は、ダイバーシチ合成等の技術を適用することで、歪み及び干渉の影響を解消するようにしている。

ところで、近年、所望信号についての復号処理に加え、復調・復号処理の柔軟性を高め、多様な環境に対応する等の理由からブラインド信号処理が可能な信号復号装置についての要望がある。ここで、ブラインド信号処理とは、復調・復号するために必要な情報が予め与えられていない、或いは送受信間で共有されていない場合に、無線信号を復号する処理である。しかしながら、従来の信号復号装置では、何らかのパイロット信号又はトレーニング信号に基づいて信号を復号しているため、ブラインド信号処理には適していない。

特開２０１０−２８２５３号公報 特開２００５−２７１７９号公報 特開平９−２０５３９２号公報

以上のように、所望信号についての復号処理に加え、ブラインド信号処理が可能な信号復号装置についての要望があるが、従来の信号復号装置では、ブラインド信号処理に適していないという問題がある。

そこで、目的は、復号に必要な必要情報を取得可能な無線信号と、必要情報を取得不可能な無線信号とが受信される環境下において、いずれの無線信号も復号することが可能な信号復号装置及び信号復号プログラムを提供することにある。

実施形態によれば、複数の受信信号が時空間的に分離及び／又は抽出されたＭ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号が供給される信号復号装置は、解析部、信号選択部、第１乃至第３の復号部及び第１及び第２のダイバーシチ合成部を具備する。解析部は、前記Ｍ本の独立信号を参照して電波伝搬環境を解析する。信号選択部は、前記解析結果に基づき、前記Ｍ本の独立信号から、同一の送信源からの無線信号に由来する抽出信号を抽出し、前記解析結果に基づいて前記抽出信号を復号するために必要な必要情報を取得可能か否かについて判定する。第１の復号部は、前記信号選択部により、１本の抽出信号が抽出される場合、前記１本の抽出信号に対して復号処理を施し、第１の復号信号を出力する。第１のダイバーシチ合成部は、前記信号選択部により、Ｎ（１＜Ｎ≦Ｍ）本の抽出信号が抽出され、かつ、前記必要情報が取得される場合、前記Ｎ本の抽出信号を前記必要情報を用いてプレダイバーシチ合成し、第１の合成信号を作成する。第２の復号部は、前記第１の合成信号に対して復号処理を施し、第２の復号信号を出力する。第３の復号部は、前記信号選択部により、Ｎ本の抽出信号が抽出され、かつ、前記必要情報が取得されない場合、前記Ｎ本の抽出信号に対して復号処理を施し、第３の復号信号を作成する。第２のダイバーシチ合成部は、前記Ｎ本の第３の復号信号をポストダイバーシチ合成し、第２の合成信号を出力する。

第１の実施形態に係る信号復号装置が用いられる受信装置の機能構成を示すブロック図である。 図１に示す受信装置が置かれる電波伝搬環境の例を示す図である。 図２に示す所望波及び干渉波の発生と消滅とを時間領域で示す図である。 図２に示す所望波及び干渉波の固有値を時間領域で示す図である。 図１に示す信号処理部がＫ本のデジタル信号を復号する際のフローチャートを示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態に係る信号復号装置が用いられる受信装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示す受信装置は、信号処理部１０及びアンテナ部２０−１〜２０−Ｋ（Ｋは１以上の自然数）を具備する。

アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、親局（図示せず）から送信された無線信号を受信する。アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、周波数変換機能及びアナログ−デジタル変換機能を備えている。アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、受信した無線信号の周波数をＩＦ（Intermediate Frequency）帯に変換し、変換後の信号をデジタル信号に変換する。なお、アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、受信した無線信号の周波数をＩＦ帯ではなく、ベースバンド帯に変換するようにしても構わない。

信号処理部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等とを備える。信号処理部１０は、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、時空間信号処理部１１、送信源選定部１２及び復号処理部１３の機能を備える。なお、送信源選定部１２及び復号処理部１３により、本実施形態に係る信号復号装置が形成されるとする。

時空間信号処理部１１は、アンテナ部２０−１〜２０−Ｋから供給されるデジタル信号に対し、電波伝搬の状況に応じた時空間信号処理を施すことで、デジタル信号から、Ｍ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号を時空間的に分離・抽出する。Ｍ本の独立信号は、異なる送信源からそれぞれ放たれる複数の無線信号に由来する場合、及び／又は、同一送信源から放たれた無線信号がマルチパスにより複数に分離された信号に由来する場合等がある。

電波伝搬環境は、極めて多種多様な状態が考えられる。具体的には、例えば、所望波が干渉波により干渉を受ける状態、複雑な経路を電波が通過することによりマルチパスフェージングを受ける状態、及び、自然的・人工的に生じる外来雑音を受ける状態等が考えられる。また、現実の環境では、これらの状態が複合的に生じ得る。ここで、所望波が干渉波による干渉を受ける状態での時空間信号処理部１１による時空間信号処理の一例について説明する。図２は、通信相手Ａと通信相手Ｂとから成る１組の通信系と１つの干渉源が存在する環境を示している。通信相手Ｂから通信相手Ａに向かって放たれる電波が所望波Ｓ_Ｄである。一方、干渉源から通信相手Ａに向かって放たれる電波が干渉波Ｓ_Ｉである。この所望波と干渉波の時間的視点でみたものが図３である。図３は、所望波Ｓ_Ｄ及び干渉波Ｓ_Ｉの発生と消滅とを時間の経過と共に示した図であり、所望波Ｓ_Ｄが受信されている一部分で干渉波Ｓ_Ｉが受信される場合の例を示す。なお、所望波と干渉波との関係が逆転しても構わない。

所望波Ｓ_Ｄと干渉波Ｓ_Ｉとを受信するシンプルな電波の受信状況から検討を開始する。なお、このように設定しても一般性は損なわない。これらの信号の到来方向を表すアレイマニフォールドをそれぞれ、Ａ_Ｓ、Ａ_Ｉとすると、受信信号Ｘ（ｔ）は、
Ｘ（ｔ）＝Ａ_ＳＳ（ｔ）＋Ａ_ＩＩ（ｔ）＋Ｎ（ｔ） （１）
と表される。ただし、Ｎ（ｔ）は白色雑音とする。ここで、受信信号Ｘ（ｔ）の相関行列を固有値分解すると、

となるとする。このとき、信号部分空間の最大固有値に属する固有ベクトルを固有ベクトルＥ_Ｓ ^１とし、第２固有値に属する固有ベクトルを固有ベクトルＥ_Ｓ ^２とする。この固有ベクトルを用いて固有ベクトル変換を受信信号Ｘ（ｔ）に対して施すと、

となる。ここで、所望波Ｓ_Ｄの受信電力レベルをｕ_１とし、干渉波Ｓ_Ｉの受信電力レベルをｕ_２とした場合の固有ベクトル変換された受信信号Ｙは、
ｙ_１＝ａ_１１ｕ_１＋ａ_１２ｕ_２ （５）
ｙ_２＝ａ_２１ｕ_１＋ａ_２２ｕ_２ （６）
と表される。ただし、ａ_ｉｊは所望波Ｓ_Ｄと干渉波Ｓ_Ｉの混合の程度を表すパラメータである。この結果から、最大固有値のＳＩＲ_１（Signal to Interference Ratio）と、第２固有値のＳＩＲ_２とは、

と表されることになる。ここで、固有値分解は、互いに直交するように分解されるという性質がある。つまり、最大固有値と第２固有値との間には、

の関係が成立する。このため、ＳＩＲ_１とＳＩＲ_２とには、次の関係が成立することになる。

この結果から、固有値のエネルギー収支として、数式（１０）の関係があることがわかる。つまり、図２の電波伝搬環境の固有値は、所望波Ｓ_Ｄと干渉波Ｓ_Ｉとが数式（１０）の関係で混合されていることがわかる。したがって、固有値の時間変動は、図４で示す通りになる。

なお、ここでは、所望波が干渉波による干渉を受ける状態での時空間信号処理について説明したが、これ以外にも電波伝搬環境に対応した様々な時空間信号処理を適用することが可能である。例えば、干渉波が存在する場合には、独立成分分析（Independent Component Analysis）を用いても構わない。また、干渉波が存在しない状態であって、マルチパスリッチな状態であれば、最大比合成（Maximal Ratio Combing）が有効である。また、干渉波があっても一定のＤＵＲがある状態では、固有ビームは有効である。

送信源選定部１２は、時空間信号処理部１１から供給されるＭ本の独立信号を受信する。送信源選定部１２は、到来方向推定部１２１、変調方式解析部１２２、時間領域解析部１２３、周波数領域解析部１２４及び信号選択部１２５を備える。

到来方向推定部１２１は、Ｍ本の独立信号に基づいて、Ｍ本の独立信号をそれぞれ発生させた無線信号の到来方向を推定する。到来方向推定部１２１は、Ｍ本の独立信号について推定した到来方向に関わる第１の情報を信号選択部１２５へ通知する。なお、到来方位推定部１２１は、電波の到来方向を推定する公知の技術を適用することも可能である。

一般的に、異なる送信源から無線信号が送信される場合、受信信号の到来方位はそれぞれ異なる可能性が高いと考えられる。ただし、同程度の方向から異なる送信源の信号が到来する場合も考えられる。そこで、同程度の方向から異なる送信源の信号が到来する傾向が第１の情報から判断される場合には、信号選択部１２５では、後述する第２乃至第４の情報が参照される。

変調方式解析部１２２は、Ｍ本の独立信号を解析し、Ｍ本の独立信号をそれぞれ発生させた無線信号の変調方式を取得する。変調方式解析部１２２は、Ｍ本の独立信号について取得した変調方式に関わる第２の情報を信号選択部１２５へ通知する。なお、変調方式解析部１２２は、変調方式を解析する公知の技術を適用することも可能である。

一般的に、異なる送信源から無線信号が送信される場合、受信信号の変調諸元はそれぞれ異なる可能性が高いと考えられる。ただし、同様の変調諸元となる信号が異なる送信源から送信されることも考えられる。そこで、異なる送信源から送信される信号の変調諸元が類似する傾向が第２の情報から判断される場合には、信号選択部１２５では、第１、第３及び第４の情報が参照される。

時間領域解析部１２３は、Ｍ本の独立信号を解析し、Ｍ本の独立信号をそれぞれ発生させた無線信号の時間領域での出現・消滅状況を取得する。変調方式解析部１２２は、Ｍ本の独立信号について取得した出現・消滅状況に関わる第３の情報を信号選択部１２５へ通知する。なお、時間領域解析部１２３は、時間領域を解析する公知の技術を適用することも可能である。

一般的に、異なる送信源から無線信号が送信される場合、時間領域において受信信号の信号エネルギーが存在する領域はそれぞれ異なる可能性が高いと考えられる。ただし、時間的に信号エネルギーの存在する領域が同様になる場合も考えられる。そこで、時間的に信号エネルギーの存在する領域が同様になる傾向が第３の情報から判断される場合には、信号選択部１２５では、第１、第２及び第４の情報が参照される。

周波数領域解析部１２４は、Ｍ本の独立信号を解析し、Ｍ本の独立信号をそれぞれ発生させた無線信号の周波数領域の帯域幅等を取得する。周波数領域解析部１２４は、Ｍ本の独立信号について取得した帯域幅等に関わる第４の情報を信号選択部１２５へ通知する。なお、周波数領域解析部１２４は、周波数領域を解析する公知の技術を適用することも可能である。

一般的に、異なる送信源から無線信号が送信される場合、周波数領域において受信信号の信号エネルギーが存在する領域はそれぞれ異なる可能性が高いと考えられる。ただし、周波数的に信号エネルギーの存在する領域が同様になる場合も考えられる。そこで、周波数的に信号エネルギーの存在する領域が同様になる傾向が第４の情報から判断される場合には、信号選択部１２５では、第１乃至第３の情報が参照される。

信号選択部１２５は、到来方向推定部１２１から通知される第１の情報、変調方式解析部１２２から通知される第２の情報、時間領域解析部１２３から通知される第３の情報及び周波数領域解析部１２４から通知される第４の情報を参照し、Ｍ本の独立信号から、単一の送信源から送信された無線信号に由来する独立信号を抽出する。ここで、信号選択部１２５が、Ｍ本の独立信号が単一の送信源から送信された無線信号に由来するものか、複数の送信源から送信された無線信号に由来するものかを判断する理由は、独立信号がいずれに由来するかにより、復号性能に大きな影響を与えるからである。例えば、無線信号が単一の送信源から送信され、時間・周波数・空間の次元で性質の異なる複数のクラスタから反射されて到来する電波伝搬環境においては、方向によるマルチパス分離効果が顕著に高まる。

信号選択部１２５は、Ｍ本の独立信号のうち、単一の送信源から送信された無線信号に由来する独立信号であると抽出した信号が一つである場合、この抽出信号を復号処理部１３の第１の切替部１３１へ出力する。また、Ｍ本の独立信号のうち、単一の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号がＮ（ただし、１＜Ｎ≦Ｍ）本ある場合、信号選択部１２５は、Ｎ本の抽出信号を復号処理部１３の第１のダイバーシチ合成部１３２と、第２の復号部１３４−１〜１３４−Ｎへ出力する。

ここで、単一の送信源からの無線信号に由来する独立信号を抽出する方法の一例としてＫ−ｍｅａｎｓ法を説明する。

信号選択部１２５は、到来方向推定部１２１から通知される第１の情報、変調方式解析部１２２から通知される第２の情報、時間領域解析部１２３から通知される第３の情報及び周波数領域解析部１２４から通知される第４の情報を総合し、統計的な手法を用いたクラスタリングにより、Ｍ本の独立信号を分類し、異なる送信源は幾つあるかを同定する。信号選択部１２５は、送信源の数を同定した後、所望の送信源からの無線信号に由来する独立信号を抽出する。このとき、信号選択部１２５は、例えば、送信源を選択する基準又は情報がある場合と、選択する基準又は情報が無い場合とに分けて所望の送信源からの無線信号に由来する独立信号を抽出する。これは、複数のクラスタ化されたグループから所望の送信源をブラインドで選定することは、選択基準が存在しないため、原理的に極めて困難であるからである。各クラスタ化された情報は、同格として取扱わなければならないため、クラスタ化された情報を排除可能な唯一のルールは、そのクラスタ化された情報の信号成分に白色雑音が含まれている場合である。つまり、クラスタ化された情報の信号成分に白色雑音が含まれていない場合は、所望の送信源を単一に選択することは困難である。ここで、送信源を選択する基準又は情報とは、明らかに対象外である既知の放送波等に関する情報、及び、所望の送信源から送信される無線信号に関する情報等である。

信号選択部１２５が送信源を選択する基準又は情報を予め記録したデータベース等を有する場合、信号選択部１２５は、データベースを参照し、単一の送信源を特定し、特定した送信源からの無線信号に由来する独立信号を抽出信号として抽出する。

信号選択部１２５が送信源を選択する基準又は情報を予め記録したデータベース等を有していない場合、信号選択部１２５は、復号の限界点を下回る送信源を、排除する方法等をとる。このときの基準としては、平均ＳＮＲ、電波伝搬の特徴量である遅延スプレッドσ_Ｔ、ドップラスプレッドｆ_ｄ、又は、信号帯域幅Ｂｗ等がある。一般に、復号性能を評価する上で、正規化遅延スプレッドの近似値としてσ_Ｔ・Ｂｗ及び正規化ドップラスプレッドの近似値としてｆ_ｄ／Ｂｗが導入されるからである。例えば、遅延スプレッドσ_Ｔ、ドップラスプレッドｆ_ｄ、及び、信号帯域幅Ｂｗを、

で表される評価関数Ｅで評価する場合、評価関数Ｅが最も小さいものを所望の送信源として選択する。ここで、α_１、α_２及びα_３は、評価関数Ｅが適切に評価できるように予め定められた係数である。これにより、信号選択部１２５が送信源を選択する基準又は情報を予め記録したデータベース等を有していない場合でも、信号選択部１２５は、単一の送信源を特定し、特定した送信源からの無線信号に由来する独立信号を抽出信号として抽出することが可能となる。なお、単一の送信源からの無線信号に由来する独立信号を選定する方法の他の例として、サポートベクターマシン、ニューラルネットワーク又はディシジョンツリー等の方法もある。

また、信号選択部１２５は、単一の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号がＮ本ある場合、到来方向推定部１２１から通知される第１の情報、変調方式解析部１２２から通知される第２の情報、時間領域解析部１２３から通知される第３の情報及び周波数領域解析部１２４から通知される第４の情報等を参照して、Ｎ本の抽出信号をダイバーシチ合成するのに必要なウェイトを取得可能であるか否かを判断する。なお、単一の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号がＮ本ある場合、受信装置は、一の送信源から、有意な遅延時間を有するマルチパスを受け得る環境、いわゆる周波数選択性フェージングの環境下におかれている。この場合、時空間信号処理部１１は、マルチパスのレベル差又は到来方向に依存し、固有モードビーム、ＩＣＡビーム又は空間ＦＦＴ等を用いて時空間信号処理を行う。

Ｎ本の抽出信号をダイバーシチ合成するのに必要なウェイトを取得可能である場合、信号選択部１２５は、取得したウェイトを第１のダイバーシチ合成部１３２へ出力する。

また、信号選択部１２５は、単一の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号が１本である場合、１本の抽出信号を第１の復号部１３３へ導出するように、第１の切替部１３１へ第１の切替信号を出力し、第１の復号部１３３で復号された復号信号を後段へ導出するように、第２の切替部１３６へ第２の切替信号を出力する。なお、単一の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号が１本である場合、受信装置は、一の送信源から、有意な遅延時間を有しないマルチパスを受け得る環境、いわゆるフラットフェージングの環境下におかれている。この場合、時空間信号処理部１１は、最大比合成等を用いて時空間信号処理を行う。

また、信号選択部１２５は、単一の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号がＮ本あり、かつ、Ｎ本の抽出信号をダイバーシチ合成するのに必要なウェイトを取得可能である場合、第１のダイバーシチ合成部１３２からの合成信号を第１の復号部１３３へ導出するように、第１の切替部１３１へ第１の切替信号を出力し、第１の復号部１３３で復号された復号信号を後段へ導出するように、第２の切替部１３６へ第２の切替信号を出力する。

また、信号選択部１２５は、単一の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号がＮ本あり、かつ、Ｎ本の抽出信号をダイバーシチ合成するのに必要なウェイトを取得できない場合、第２のダイバーシチ合成部１３５からの合成信号を後段へ導出するように、第２の切替部１３６へ第２の切替信号を出力する。

復号処理部１３は、第１及び第２の切替部１３１，１３６、第１及び第２のダイバーシチ合成部１３２，１３５及び第１及び第２の復号部１３３，１３４−１〜１３４−Ｎを備える。

第１のダイバーシチ合成部１３２は、プレダイバーシチ方式を採用する。第１のダイバーシチ合成部１３２は、信号選択部１２５から供給されるウェイトを用いて、信号選択部１２５から供給されるＮ本の抽出信号に対してダイバーシチ合成処理を施す。ここでのダイバーシチ合成処理は、時間領域又は周波数領域で行う手法が考えられる。時間領域及び周波数領域で行うダイバーシチ合成処理は、線形方式又は非線形方式等に分類される方式があり、極めて多様な方式が公知の技術として存在している。

具体的には、例えば、本実施形態では、時空間信号処理部１１から出力される独立信号は、各出力間で無相関である。第１のダイバーシチ合成部１３２は、送信源選定部１２から出力されるＮ本の抽出信号を小さい帯域に分割し、帯域毎の分割信号にウェイトを乗じる。このとき、第１のダイバーシチ合成部１３２は、周波数選択性フェージングの影響が大きい場合には、帯域分割数を大きくし、周波数選択性フェージングの影響が小さく、フラットフェージングに近い環境では帯域分割数を小さく設定して帯域毎の分割信号にウェイトを乗じる。第１のダイバーシチ合成部１３２は、ウェイトを乗じた分割信号を周波数領域で合成する。第１のダイバーシチ合成部１３２は、周波数領域で合成した信号を帯域合成し、第１の合成信号として第１の切替部１３１へ出力する。

第１の切替部１３１は、信号選択部１２５から、１本の抽出信号と、第１の切替信号とが供給される場合、供給された抽出信号を第１の復号部１３３へ出力するように接続を切り替える。また、第１の切替部１３１は、第１のダイバーシチ合成部１３２から第１の合成信号が供給され、信号選択部１２５から第１の切替信号とが供給される場合、供給された第１の合成信号を第１の復号部１３３へ出力するように接続を切り替える。

第１の復号部１３３は、第１の切替部１３１から供給される１本の抽出信号又は第１の合成信号に対して復号処理を施す。例えば、抽出信号又は合成信号がＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式により変調されている場合、第１の復号部１３３は、受信した抽出信号又は合成信号の符号を、ＱＰＳＫのコンスタレーションにおいて最も近い値へ変換して後段へ出力する。第１の復号部１３３は、抽出信号を復号した第１の復号信号、又は、第１の合成信号を復号した第２の復号信号を第２の切替部１３６へ出力する。なお、第１の復号部１３３の復号方式は上記の方式に限定されるわけではなく、様々な方式をとることが可能である。例えば、上記のような硬判定による復号方式の他に、軟判定による復号方式を用いても構わない。

第２の復号部１３４−１〜１３４−Ｎは、信号選択部１２５から供給されるＮ本の抽出信号に対してそれぞれ復号処理を施す。第２の復号部１３４−１〜１３４−Ｎは、Ｎ本の抽出信号をそれぞれ復号した第３の復号信号を第２のダイバーシチ合成部１３５へ出力する。なお、第２の復号部１３４−１〜１３４−Ｎの復号方式も、第１の復号部１３３の復号方式と同様に様々な方式をとることが可能である。

第２のダイバーシチ合成部１３５は、第２の復号部１３４−１〜１３４−Ｎから供給されるＮ本の第３の復号信号に対して、ポストダイバーシチ方式を採用したダイバーシチ合成処理を施し、第２の合成信号を作成する。ポストダイバーシチ方式では、ビット系列で供給されるＮ本の第３の復号信号がビットレベルでダイバーシチ合成される。ビットレベルのダイバーシチ合成方法は、公知の技術として多様な方式が提案されている。

第２のダイバーシチ合成部１３５でのポストダイバーシチ合成は、Ｎ本の抽出信号が存在しているが、有意なマルチパスのパス分解ができない状況を前提としている。以下に、第２のダイバーシチ合成部１３５でのポストダイバーシチ合成の一例について説明する。

例えば、第２のダイバーシチ合成部１３５は、Ｎ本の第３の復号信号のビットのうち、対応する信号レベルが最大となる１本の第３の復号信号のビットを選択する。つまり、第２のダイバーシチ合成部１３５は、選択ダイバーシチ方式を用いる。なお、ここでは、Ｎ本の第３の復号信号の各ビット系列に、第３の復号信号がそれぞれ由来する受信信号の信号レベルが対応付けられているとする。

また、第２のダイバーシチ合成部１３５は、Ｎ本の第３の復号信号のビットから、排他的論理により１本の第３の復号信号のビットを選択する。つまり、第２のダイバーシチ合成部１３５は、多数決判定方式を用いる。多数決判定は、重みを１又は０としたダイバーシチ合成の一種である。

なお、上記では、ポストダイバーシチ方式は、ビット系列で供給されるＮ本の第３の復号信号がビットレベルでダイバーシチ合成される例を示したが、これに限定される訳ではない。例えば、第２のダイバーシチ合成部１３５は、Ｎ本の第３の復号信号を尤度でダイバーシチ合成するようにしても構わない。このとき、第２の復号部１３４−１〜１３４−Ｎは、Ｎ本の抽出信号に基づき、抽出信号毎に尤度を算出する。第２のダイバーシチ合成部１３５は、Ｎ本の第３の復号信号の尤度に基づいて合成尤度を作成し、作成した合成尤度に対して軟判定復号処理を施すことで、第２の合成信号を作成する。

第２の切替部１３６は、第１の復号部１３３から第１又は第２の復号信号と、信号選択部１２５から第２の切替信号とが供給される場合、供給された第１又は第２の復号信号を後段へ出力するように接続を切り替える。また、第２の切替部１３６は、第２のダイバーシチ合成部１３５から第２の合成信号と、信号選択部１２５から第２の切替信号とが供給される場合、供給された第２の合成信号を後段へ出力するように接続を切り替える。

次に、以上のように構成された受信装置の信号処理部１０が無線信号を復号する際の処理プロセスを説明する。

図５は、本実施形態に係る信号処理部１０がＫ本のデジタル信号を復号する際のフローチャートを示す図である。

まず、時空間信号処理部１１は、アンテナ部２０−１〜２０−Ｋから供給されるＫ本のデジタル信号に対し、電波伝搬の状況に応じた時空間信号処理を施すことで、デジタル信号から、Ｍ本の独立信号を時空間的に分離・抽出する（ステップＳ５１）。

到来方向推定部１２１、変調方式解析部１２２、時間領域解析部１２３及び周波数領域解析部１２４は、Ｍ本の独立信号を参照し、電波伝搬環境を解析する（ステップＳ５２）。

信号選択部１２５は、到来方向推定部１２１から通知される第１の情報、変調方式解析部１２２から通知される第２の情報、時間領域解析部１２３から通知される第３の情報及び周波数領域解析部１２４から通知される第４の情報に基づいて、Ｍ本の独立信号から、所望の送信源から送信された無線信号に由来する抽出信号を抽出する（ステップＳ５３）。信号選択部１２５は、抽出信号が１本であるか否かを判断する（ステップＳ５４）。抽出信号が１本である場合（ステップＳ５４のＹｅｓ）、信号選択部１２５は、１本の抽出信号を第１の復号部１３３で復号し、第１の復号信号を後段へ出力するように、第１及び第２の切替信号を作成する（ステップＳ５５）。

第１の切替部１３１は、第１の切替信号を受けると、送信源選定部１２から供給される抽出信号を第１の復号部１３３へ導出する。第２の切替部１３２は、第２の切替信号を受けると、第１の復号部１３３で復号された第１の復号信号を後段へ出力する（ステップＳ５６）。

ステップＳ５４において、抽出した抽出信号がＮ本ある場合（ステップＳ５４のＮｏ）、信号選択部１２５は、Ｎ本の抽出信号をダイバーシチ合成するのに必要なウェイトを、第１乃至第４の情報等を参照して取得可能であるか否かを判断する（ステップＳ５７）。ウェイトを取得可能である場合（ステップＳ５７のＹｅｓ）、信号選択部１２５は、取得したウェイトを第１のダイバーシチ合成部１３２に参照させると共に、Ｎ本の抽出信号が第１のダイバーシチ合成部１３２でプレダイバーシチ合成された第１の合成信号を第１の復号部１３３で復号し、第２の復号信号を後段へ出力するように、第１及び第２の切替信号を作成する（ステップＳ５８）。

第１の切替部１３１は、第１の切替信号を受けると、第１のダイバーシチ合成部１３２から供給される第１の合成信号を第１の復号部１３３へ導出する。第２の切替部１３２は、第２の切替信号を受けると、第１の復号部１３３で復号された第２の復号信号を後段へ出力する（ステップＳ５９）。

ステップＳ５７において、ウェイトを取得することができない場合（ステップＳ５７のＮｏ）、信号選択部１２５は、Ｎ本の第３の復号信号が第２のダイバーシチ合成部１３５でポストダイバーシチ合成された第２の合成信号を後段へ出力するように、第２の切替信号を作成する（ステップＳ５１０）。

第２の切替部１３２は、第２の切替信号を受けると、第２のダイバーシチ合成部でポストダイバーシチ合成された第２の合成信号を後段へ出力する（ステップＳ５１１）。

以上のように、本実施形態では、送信源選定部１２は、時空間信号処理部１１からのＭ本の独立信号から、第１乃至第４の情報に基づき、所望の送信源から送信された無線信号に由来する１本又はＮ本の抽出信号を抽出する。復号処理部１３は、信号選択部１２５で１本の抽出信号が抽出された場合、この抽出信号を第１の切替部１３１を介して第１の復号部１３３で復号し、第２の切替部１３６を介して後段へ出力する。また、復号処理部１３は、信号選択部１２５でＮ本の抽出信号が抽出され、かつ、第１乃至第４の情報等に基づいてウェイトが取得された場合、Ｎ本の抽出信号を第１のダイバーシチ合成部１３２で合成して第１の合成信号とする。復号処理部１３は、第１の合成信号を第１の切替部１３１を介して第１の復号部１３３で復号し、第２の切替部１３６を介して後段へ出力する。また、復号処理部１３は、信号選択部１２５でＮ本の抽出信号が抽出され、かつ、第１乃至第４の情報等に基づいてウェイトを取得できない場合、第２の復号部１３４−１〜１３４−Ｎで各抽出信号を復号し、第３の復号信号とする。そして、復号処理部１３は、複数の第３の復号信号を第２のダイバーシチ合成部１３５で合成し、第２の切替部１３６を介して後段へ出力する。

このように、本実施形態では、送信源選定部１２は、第１乃至第４の情報に基づいて電波伝搬環境を識別し、抽出信号を抽出する。送信源選定部１２は、受信装置が置かれた環境に最適なダイバーシチ合成経路及び復号経路を選択する。そして、復号処理部１３は、選択されたダイバーシチ合成経路及び復号経路により、送信源選定部１２から供給される抽出信号を復号するようにしている。これにより、送信源選定部１２及び復号処理部１３を備える信号復号装置は、復号するために必要な必要情報を取得可能な無線信号の復号処理に加え、ブラインド信号処理を実施することが可能となる。

また、時空間信号処理部１１での時空間信号処理では、受信信号に含まれる各種歪みを完全に解消することができず、独立信号には伝搬路歪みが残留することになる。一般的にＦＥＣ（Forward Error Correction）による歪み軽減手法もあるが、ＳＮＲが低い環境又は残留歪みが大きい環境においては、ＦＥＣにも限界が生じる。本実施形態に係る信号復号装置によれば、電波伝搬環境に応じて最適なダイバーシチ合成経路及び復号経路を選択することが可能であるため、受信信号の置かれた環境に関わらず、独立信号に残留する伝搬路歪みを解消することが可能となる。

したがって、本実施形態に係る信号復号装置によれば、必要情報を取得可能な無線信号と、必要情報を取得不可能な無線信号とが受信される環境下において、いずれの無線信号も復号することができる。

なお、特許文献１に係る発明は、適応等化を従属接続することで等化性能を向上するようにしている。しかしながら、特許文献１に係る発明は、何らかのパイロット信号又はトレーニング信号が必要となるため、ブラインド信号処理には適合していない。

また、特許文献２に係る発明は、アレイアンテナを備え、空間信号処理は、２ブランチ間で、互いに無相関となるように不要波を抽出可能であり、かつ、互いに異なる遅延時間となる信号を抽出可能であるウェイトを生成するようにしている。これにより、軟判定復号器の出力が互いに異なることになり、符号化利得を得ることになる。しかしながら、特許文献２に係る発明では、１つ目のブランチとして、不要波１と遅延時間１の信号成分とを空間フィルタで分離し、２つ目のブランチとして、不要波２と遅延時間２の信号成分とを空間フィルタで分離する構成となっている。各ブランチに不要波成分が含まれているために、ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference and Noise power Ratio）が劣化し、ビット誤り率が劣化する。

また、特許文献３に係る発明は、各アンテナ出力にＴＤＬ（Tapped Delay Line）及び各アンテナ出力のＴＤＬ出力を空間合成している構成することで、周波数選択性フェージング抑圧と干渉波抑圧とを同時に実現するようにしている。しかしながら、特許文献３に係る発明は、何らかのパイロット信号又はトレーニング信号が必要となるため、ブラインド信号処理には適合していない。

このように、従来技術では、パイロット信号の必要性、及び、ＳＩＮＲの劣化があるため、適用範囲の制限及び性能面の制限がある。これに対し、本実施形態に係る信号復号装置では、電波伝搬環境に応じて、ダイバーシチ合成経路及び復号経路を選択するようにしているため、このような制限はない。

なお、本実施形態では、信号処理部１０がＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、種々の機能を実現させる場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、それぞれの機能が、各機能を有するハードウェア構成により実現される場合であっても同様に実施可能である。

また、本実施形態に係る信号復号装置は、親局から送信される無線信号に送信ダイバーシチ合成処理が施されている場合であっても、適用可能である。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…信号処理部、１１…時空間信号処理部、１２…送信源選定部、１２１…到来方位推定部、１２２…変調方式解析部、１２３…時間領域解析部、１２４…周波数領域解析部、１２５…信号選択部、１３…信号処理部、１３１…第１の切替部、１３２…第１のダイバーシチ合成部、１３３…第１の復号部、１３４−１〜１３４−Ｎ…第２の復号部、１３５…第２のダイバーシチ合成部、１３６…第２の切替部、２０−１〜２０−Ｋ…アンテナ部

Claims (10)

1. 複数の受信信号が時空間的に分離及び／又は抽出されたＭ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号が供給される信号復号装置において、
   前記Ｍ本の独立信号を参照して電波伝搬環境を解析する解析部と、
   前記解析結果に基づき、前記Ｍ本の独立信号から、同一の送信源からの無線信号に由来する抽出信号を抽出し、前記解析結果に基づいて前記抽出信号を復号するために必要な必要情報を取得可能か否かを判定する信号選択部と、
   前記信号選択部により、１本の抽出信号が抽出される場合、前記１本の抽出信号に対して復号処理を施し、第１の復号信号を出力する第１の復号部と、
   前記信号選択部により、Ｎ（１＜Ｎ≦Ｍ）本の抽出信号が抽出され、かつ、前記必要情報が取得される場合、前記Ｎ本の抽出信号を前記必要情報を用いてプレダイバーシチ合成し、第１の合成信号を作成する第１のダイバーシチ合成部と、
   前記第１の合成信号に対して復号処理を施し、第２の復号信号を出力する第２の復号部と、
   前記信号選択部により、Ｎ本の抽出信号が抽出され、かつ、前記必要情報が取得されない場合、前記Ｎ本の抽出信号に対して復号処理を施し、第３の復号信号を作成する第３の復号部と、
   前記Ｎ本の第３の復号信号をポストダイバーシチ合成し、第２の合成信号を出力する第２のダイバーシチ合成部と
   を具備することを特徴とする信号復号装置。
2. 前記信号選択部は、送信源を選択するための情報を予め記録し、前記情報を参照して所望の送信源を選択し、前記Ｍ本の独立信号から、前記所望の送信源からの無線信号に由来する抽出信号を抽出することを特徴とする請求項１記載の信号復号装置。
3. 前記信号選択部は、復号の限界点を下回る送信源を排除することで所望の送信源を選択し、前記Ｍ本の独立信号から、前記所望の送信源からの無線信号に由来する抽出信号を抽出することを特徴とする請求項１記載の信号復号装置。
4. 前記第３の復号部は、前記Ｎ本の第３の復号信号をビット系列で前記第２のダイバーシチ合成部へ出力し、
   前記第２のダイバーシチ合成部は、前記第３の復号信号をビットレベルでダイバーシチ合成することを特徴とする請求項１記載の信号復号装置。
5. 前記第３の復号部は、前記Ｎ本の第３の復号信号に基づいて尤度を算出し、
   前記第２のダイバーシチ合成部は、前記第３の復号信号の尤度をダイバーシチ合成することを特徴とする請求項１記載の信号復号装置。
6. 複数の受信信号が時空間的に分離及び／又は抽出されたＭ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号が供給される信号復号装置で用いられる信号復号プログラムにおいて、
   前記Ｍ本の独立信号を参照して電波伝搬環境を解析する処理と、
   前記解析結果に基づき、前記Ｍ本の独立信号から、同一の送信源からの無線信号に由来する抽出信号を抽出する処理と、
   前記解析結果に基づいて前記抽出信号を復号するために必要な必要情報を取得可能か否かを判定する処理と、
   前記抽出信号を１本抽出した場合、前記１本の抽出信号を復号し、第１の復号信号を出力する処理と、
   前記抽出信号をＮ（１＜Ｎ≦Ｍ）本抽出し、かつ、前記必要情報を取得した場合、前記Ｎ本の抽出信号を前記必要情報を用いてプレダイバーシチ合成し、第１の合成信号を作成する処理と、
   前記第１の合成信号を復号し、第２の復号信号を出力する処理と、
   前記抽出信号をＮ本抽出し、かつ、前記必要情報が取得できない場合、前記Ｎ本の抽出信号を復号し、第３の復号信号を作成する処理と、
   前記Ｎ本の第３の復号信号をポストダイバーシチ合成し、第２の合成信号を出力する処理と
   を前記信号復号装置に搭載されるコンピュータに実行させることを特徴とする信号復号プログラム。
7. 前記Ｍ本の独立信号から前記抽出信号を抽出する処理は、予め記録されている、送信源を選択するための情報を参照して所望の送信源を選択し、前記Ｍ本の独立信号から、前記所望の送信源からの無線信号に由来する抽出信号を抽出することを特徴とする請求項６記載の信号復号プログラム。
8. 前記Ｍ本の独立信号から前記抽出信号を抽出する処理は、復号の限界点を下回る送信源を排除することで所望の送信源を選択し、前記Ｍ本の独立信号から、前記所望の送信源からの無線信号に由来する抽出信号を抽出することを特徴とする請求項６記載の信号復号プログラム。
9. 前記第３の復号信号を作成する処理は、ビット系列で前記Ｎ本の第３の復号信号を作成し、
   前記ポストダイバーシチ合成する処理は、前記第３の復号信号をビットレベルでダイバーシチ合成することを特徴とする請求項６記載の信号復号プログラム。
10. 前記第３の復号信号を作成する処理は、前記Ｎ本の第３の復号信号に基づいて尤度を算出し、
    前記ポストダイバーシチ合成する処理は、前記第３の復号信号の尤度をダイバーシチ合成することを特徴とする請求項６記載の信号復号プログラム。

Images