JP2014154951A - 信号分離装置及びそれに用いる信号分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レプリカの周波数補正のための遅延制御手段を使用することなく、混信信号とレプリカとの搬送波周波数誤差を補正することが可能な信号分離装置を提供する。
【解決手段】 受信した混信信号に含まれる信号成分のレプリカを生成して、これを混信信号から差し引くことにより混信信号を分離する信号分離装置は、混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号としてその情報系列を推定する手段（復号器１２）と、その推定した情報系列から第１の信号のレプリカを生成する手段（変調器１４）と、混信信号を周波数補正する手段（復調器１１）と、この周波数補正した混信信号から第１の信号のレプリカを差し引く手段（適応キャンセラ１５）と、混信信号とレプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する手段（復号器１７）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は信号分離装置及びそれに用いる信号分離方法に関し、特に無線通信装置の受信側に用いられる、混信した通信信号の分離技術の能力向上に関する。

近年、無線通信システムにおいては、限られた電波資源の有効活用のため、周波数利用効率の向上が求められている。そのためには、同一周波数に複数の信号が混在させて伝送することが望ましく、受信機においては混信信号を容易に分離する機能が必要となる。

混信した電波がそれぞれ異なる方向から到来している場合、到来方向に基づく混信信号の分離が可能である。例えば、下記の特許文献１に記載の技術では、独立成分分析により信号分離する手法が示されている。

また、特許文献２に記載の技術では、衛星通信における帯域利用率向上のため、同一周波数で双方向通信する方法が提案されている。この通信方法では、２つの地上局が同一の通信衛星に同帯域の信号を送信し、衛星において２つの信号が混信して受信される。

混信信号はそのまま周波数変換されて地上局に送信されるので、地上局では到来方向に基づく信号分離は不可能である。そのため、地上局では自局の送信信号を混信信号中の一方の信号のレプリカとし、これを混信信号から差し引くことで他局の信号を分離している。

特許文献２の通信方式に対して、送信信号のレプリカを保存することなく、混信信号を分離する方法が、特許文献３に記載の技術で提案されている。この特許文献３に記載の方法では、混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号とし、これを復調・復号して得られた情報系列を符号化・変調することでレプリカを生成し、このレプリカを混信信号から差し引くことにより信号を分離している。

また、図６に記載の通り、特許文献３では、レプリカを生成する手段において、第１の信号を復調する際に再生した搬送波信号を第１の信号のレプリカの生成に利用することにより、混信信号中の第１の信号の成分とレプリカとの間の搬送波周波数誤差を低減し、信号分離精度を向上させることを特徴としている。

特開２００８−０９２３６３号公報 ＵＳ ６８５９６４１ Ｂ２ 特願２０１２−０６１５５６号公報

しかしながら、上述した特許文献２に記載の方法において、復調時に再生した搬送波信号をレプリカ生成に利用するには、搬送波信号と変調信号との同期が必要である。図６から明らかなように、復調器１１と変調器１４との間には復号器１２及び符号器１３があり、また変調器１３には低域通過フィルタも含まれるため、これらの処理相当の遅延が存在する。

遅延量は通信速度や使用する誤り訂正符号等の通信諸元により異なるため、汎用モデムのように通信諸元を自由に設定できる装置の場合、設定に応じて遅延量を変更する手段が不可欠である。したがって、図７に示すように、この遅延を解消するための遅延器１８や、遅延量を制御する遅延制御器１９が必要であるのは明白である。

搬送波と変調信号とには相関がなく、2つの信号から遅延量を推定することは困難であることから、全ての通信諸元の組合せにおける正確な遅延量を装置に保持させる必要がある。その場合、多くの通信諸元に対応する遅延量の見積りや計測等が必要となり、開発にかかる費用が増大するという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、レプリカの周波数補正のための遅延制御手段を使用することなく、混信信号とレプリカとの搬送波周波数誤差を補正することができる信号分離装置及びそれに用いる信号分離方法を提供することにある。

本発明による信号分離装置は、受信した混信信号に含まれる信号成分のレプリカを生成して、これを混信信号から差し引くことにより混信信号を分離する信号分離装置であって、
前記混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号としてその情報系列を推定する手段と、その推定した情報系列から前記第１の信号のレプリカを生成する手段と、前記混信信号を周波数補正する手段と、この周波数補正した混信信号から前記第１の信号のレプリカを差し引く手段と、前記混信信号と前記レプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する手段とを備えている。

本発明による信号分離方法は、受信した混信信号に含まれる信号成分のレプリカを生成して、これを混信信号から差し引くことにより混信信号を分離する信号分離装置に用いる信号分離方法であって、
前記信号分離装置が、前記混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号としてその情報系列を推定する処理と、その推定した情報系列から前記第１の信号のレプリカを生成する処理と、前記混信信号を周波数補正する処理と、この周波数補正した混信信号から前記第１の信号のレプリカを差し引く処理と、前記混信信号と前記レプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する処理とを実行している。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、レプリカの周波数補正のための遅延制御手段を使用することなく、混信信号とレプリカとの搬送波周波数誤差を補正することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態による信号分離装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示す復調器及び変調器の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態による信号分離装置の構成例を示すブロック図である。 図３に示す分離機能に通信品質情報を追加した場合の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による信号分離装置の構成例を示すブロック図である。 特許文献３に記載の技術の実施形態の構成を示すブロック図である。 図６に示す構成に本来必要な遅延制御手段を追加したブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明による信号分離装置の概要について説明する。本発明による信号分離装置は、混信信号に含まれる信号のレプリカを生成して混信信号を分離する信号分離装置である。

本発明による信号分離装置は、混信信号に含まれる最も強度の高い信号の情報系列を推定する手段と、推定した情報系列から第１の信号のレプリカを生成する手段と、混信信号を周波数補正する手段と、周波数補正した混信信号からレプリカを差し引く手段と、周波数補正した混信信号とレプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する手段とから構成されている。

これによって、本発明による信号分離装置では、周波数補正した混信信号から第１の信号のレプリカを差し引くため、レプリカ生成において周波数誤差の補正が不要である。よって、本発明による信号分離装置では、レプリカの周波数補正のための遅延制御手段を使用することなく、混信信号とレプリカとの搬送波周波数誤差を補正することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態による信号分離装置の構成例を示すブロック図である。図１において、本実施の形態による信号分離装置は、復調器１１と、復号器１２と、符号器１３と、変調器１４と、適応キャンセラ１５と、復調器１６と、復号器１７とから構成されている。

復調器１１は混信信号に含まれる第１の信号を復調し、復号器１２は復調器１１の出力を復号して第１の情報系列を推定する。符号器１３は第１の情報系列を再符号化し、変調器１４は符号器１３の出力を再変調して第１の信号のレプリカを生成する。

適応キャンセラ１５は混信信号から第１の信号のレプリカを差し引き、復調器１６は適応キャンセラ１５の出力を復調する。復号器１７は復調器１６の出力を復号して第２の情報系列を推定する。

本実施の形態では、混信信号に含まれる信号に十分な強度差があることを前提とし、最も強度の高い第１の信号を復調器１１で復調する。さらに、本実施の形態では、復調した信号を復号器１２で誤り訂正復号することにより、第１の信号に関する高品質な情報系列を推定する。本実施の形態では、推定した情報系列を符号器１３で再符号化し、さらに変調器１４で再変調することにより、第１の信号のレプリカを生成する。

また、本実施の形態では、復調器１１で混信信号中の第1の信号の搬送波周波数誤差を推定し、これを補正した混信信号を生成して適応キャンセラ１５に出力する。

適応キャンセラ１５では、周波数補正後の混信信号に含まれる第１の信号成分とレプリカとの振幅及び位相の差異を推定し、これらが最小になるようにレプリカを補正する。混信信号から振幅及び位相補正後のレプリカを差し引くことにより、第２の信号成分が抽出される。

図２は図１に示す復調器及び変調器の構成例を示すブロック図である。この図２を参照して図１に示す復調器１１と変調器１４とにおける作用について説明する。尚、復調器１１及び変調器１４以外の機能は、上記の特許文献２と同様であるため、特に説明はしない。また、図２中の２重線は複素信号を意味している。

図２において、復調器１１は、乗算器２１，２２と、低域通過フィルタ２３，２４と、局所発振器２５と、位相シフタ２６と、複素乗算器２７と、クロック再生器２８と、ダウンサンプラ２９，３０と、搬送波再生器３１とから構成されている。

乗算器２１，２２は混信信号と搬送波信号とを乗算し、低域通過フィルタ２３，２４は乗算結果の高域成分を阻止して復調後の混信信号を出力する。局所発振器２５は搬送波信号を生成し、位相シフタ２６は搬送波信号の位相を９０°シフトする。

複素乗算器２７は復調後の混信信号と周波数補正信号とを複素乗算し、クロック再生器２８は周波数補正後の混信信号からシンボルタイミングを抽出する。ダウンサンプラ２９，３０はクロック再生器２８で抽出したシンボルタイミングで周波数補正後の混信信号を間引く。搬送波再生器３１は間引き後の混信信号から搬送波周波数誤差を推定して周波数補正信号を生成する。

復調器１１は、受信した混信信号を初めに局所発振器２５で生成する搬送波信号で復調する。局所発振器２５の発振周波数は固定であり、これと第１の信号の送信機の発振周波数には誤差があるため、搬送波信号と混信信号に含まれる第１の信号の搬送波との間には周波数誤差が生じる。

復調器１１では、搬送波再生器３１でこの周波数誤差を推定して周波数補正信号を生成し、これと復調後の混信信号との複素乗算を繰り返すことにより、第１の信号の搬送波周波数の変動に追従し、混信信号の周波数誤差を補正する。周波数補正後の混信信号は復調器１１から出力され、適応キャンセラ１５の入力となる。

変調器１４は、シンボル変換器３２と、アップサンプラ３３，３４と、低域フィルタ３５，３６とから構成されている。

シンボル変換器３２は再符号化後の第１の信号の情報系列を変調用のシンボル情報に変換し、アップサンプラ３３，３４はシンボル情報のサンプリング周波数を上げる。低域フィルタ３５，３６はアップサンプラ３３，３４の出力の高域成分を阻止して変調信号を出力する。

変調器１４では、再符号化後の第１の信号の情報系列を変調し、これを周波数補正することなく、第１の信号のレプリカとして出力する。

以上に述べた通り、混信信号中の第1の信号とレプリカとの搬送波周波数の誤差を低減する手段として、特許文献３ではレプリカを周波数補正するのに対して、本実施の形態では混信信号を周波数補正する。いずれも第１の信号の復調における搬送波再生の結果に基づく補正であるため、２つの手段に性能上の差異はない。

また、本実施の形態ではレプリカの周波数補正を実施しないため、これを実現するための遅延制御手段を必要としない。尚、周波数補正した混信信号とレプリカとの間にも遅延は存在するが、これら2つの信号には高い相関があるので、特許文献２に示されているように、相互相関を利用して容易に遅延量を推定することができる。

図３は本発明の第２の実施の形態による信号分離装置の構成例を示すブロック図である。図３において、本実施の形態による信号分離装置は、第１の分離機能５１と、第２の分離機能５２と、第１の分離機能５１の出力と第２の分離機能５２の出力を切替えて出力する切替器５３とから構成されている。

第１の分離機能５１及び第２の分離機能５２は、図１に示す本発明の第１の実施の形態による信号分離装置と同じ構成である。尚、第１の分離機能５１及び第２の分離機能５２の適応キャンセラ１５，１６には、周波数補正後の混信信号が入力されるため、上記の特許文献３の実施形態に比べて混信分離性能の向上を実現している。

本実施の形態では、第１の分離機能５１の動作は、上述した本発明の第１の実施の形態による信号分離装置と同様の動作となっている。これに対して、第２の分離機能５２は、先に第２の信号を復調・復号してレプリカを生成し、これと混信信号との差分から第１の信号に関する情報系列を推定する。

２つの分離機能は、相対的に第１の信号強度が高い場合は第１の分離機能５１、第２の信号強度が高い場合は第２の分離機能５２が望ましい推定結果を出力する関係にある。よって、切替器５３により２つの分離機能の出力を適切に切替えることにより、相対的な信号強度の変動に追従することが可能となる。

２つの分離機能出力の切替は、例えば第１の信号の通信品質と第２の信号の通信品質とを比較し、より品質の高い方を選択することにより実現可能である。切替器５３の出力は、第１の分離機能５１及び第２の分離機能５２の各通信品質推定器の出力を常に監視することで、受信する混信信号の通信品質に変化が生じた場合でも、最適な出力を得る。

次に、通信品質情報を生成する手段の一例について図４を参照して説明する。図４は図３に示す分離機能に通信品質情報を追加した場合の構成例を示すブロック図である。より具体的には、第１の信号の通信品質の推定機能を追加した場合の第１の分離機能５１の構成を示すブロック図である。

図４において、通信品質推定器１０１は復調器１１の出力と符号器１３の出力とのビット単位の差分を算出する。第１の信号の通信品質が高い場合、復号器１２で訂正される誤りビット数は小さくなるので、復調器１１の出力と符号器１４の出力との差分も小さくなる。逆に通信品質が低い場合は、差分は大きくなる。

図５は本発明の第３の実施の形態による信号分離装置の構成例を示すブロック図である。図５において、本実施の形態は上述した本発明の第２の実施の形態に対し、切替器６１と、適応キャンセラ６２と、復調器６３と、復調器６４とを追加した構成となっている。

これにより、混信信号の信号強度が小さい場合でも、信号分離を高い精度で実現可能としている。具体的には、高精度の第１の信号のレプリカ信号を生成するために、適応キャンセラ１５の出力である第２の信号のレプリカ信号を用い、第１の信号の情報系列を推定する。

その出力を切替器６１に入力することで、復号器１２の出力より高い精度の第１の信号の情報系列による第１のレプリカ信号の生成を可能とする。この処理がフィードバック的に繰り返されることで、結果的に、高い精度の第１及び第２の情報系列の信号を実現する。

また、適応キャンセラ１５、６２には、周波数補正後の混信信号が入力されるため、上記の特許文献３の実施形態に比べて、混信分離性能の向上を実現している。

このように、本発明では、周波数補正した混信信号から第１の信号のレプリカを差し引くため、レプリカ生成において周波数誤差の補正が不要となる。したがって、本発明では、レプリカの周波数補正のための遅延制御手段を使用することなく、混信信号とレプリカとの搬送波周波数誤差を補正することが可能となる。

１１，１６，６３ 復調器
１２，１７，６４ 復号器
１３ 符号器
１４ 変調器
１５，６２ 適応キャンセラ
２１ 乗算器
２２ 乗算器
２３，２４，３５，３６ 低域通過フィルタ
２５ 局所発振器
２６ 位相シフタ
２７ 複素乗算器
２８ クロック再生器
２９，３０ ダウンサンプラ
３１ 搬送波再生器
３２ シンボル変換器
３３，３４ アップサンプラ
５１ 第１の分離機能
５２ 第２の分離機能
５３，６１ 切替器
１０１ 通信品質推定器
６３ 復調器
６４ 復号器

Claims (8)

1. 受信した混信信号に含まれる信号成分のレプリカを生成して、これを混信信号から差し引くことにより混信信号を分離する信号分離装置であって、
   前記混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号としてその情報系列を推定する手段と、その推定した情報系列から前記第１の信号のレプリカを生成する手段と、前記混信信号を周波数補正する手段と、この周波数補正した混信信号から前記第１の信号のレプリカを差し引く手段と、前記混信信号と前記レプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する手段とを有することを特徴とする信号分離装置。
2. 各々受信した混信信号に含まれる信号成分のレプリカを生成して、これを混信信号から差し引くことにより混信信号を分離する第１及び第２の分離機能からなる信号分離装置であって、
   前記第１及び第２の分離機能各々は、前記混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号としてその情報系列を推定する手段と、その推定した情報系列から前記第１の信号のレプリカを生成する手段と、前記混信信号を周波数補正する手段と、この周波数補正した混信信号から前記第１の信号のレプリカを差し引く手段と、前記混信信号と前記レプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する手段とを有し、
   前記第１及び第２の分離機能の一方は、前記第１の信号のレプリカを前記混信信号から差し引いて前記第２の信号の情報系列を推定し、
   前記第１及び第２の分離機能の他方は、前記第２の信号のレプリカを前記混信信号から差し引いて前記第１の信号の情報系列を推定することを特徴とする信号分離装置。
3. 前記第１の信号の強度が前記第２の信号より高い場合に前記第１及び第２の分離機能の一方の出力を選択し、前記第２の信号の強度が前記第１の信号より高い場合に前記第１及び第２の分離機能の他方の出力を選択することを特徴とする請求項２記載の信号分離装置。
4. 前記混信信号のレベル差が小さい場合に、分離された前記第２の信号をレプリカ信号としてフィードバックすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の信号分離装置。
5. 受信した混信信号に含まれる信号成分のレプリカを生成して、これを混信信号から差し引くことにより混信信号を分離する信号分離装置に用いる信号分離方法であって、
   前記信号分離装置が、前記混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号としてその情報系列を推定する処理と、その推定した情報系列から前記第１の信号のレプリカを生成する処理と、前記混信信号を周波数補正する処理と、この周波数補正した混信信号から前記第１の信号のレプリカを差し引く処理と、前記混信信号と前記レプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する処理とを実行することを特徴とする信号分離方法。
6. 各々受信した混信信号に含まれる信号成分のレプリカを生成して、これを混信信号から差し引くことにより混信信号を分離する第１及び第２の分離機能からなる信号分離装置に用いる信号分離方法であって、
   前記第１及び第２の分離機能各々が、前記混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号としてその情報系列を推定する処理と、その推定した情報系列から前記第１の信号のレプリカを生成する処理と、前記混信信号を周波数補正する処理と、この周波数補正した混信信号から前記第１の信号のレプリカを差し引く処理と、前記混信信号と前記レプリカとの差分から第２の信号の情報系列を推定する処理とを実行し、
   前記第１及び第２の分離機能の一方が、前記第１の信号のレプリカを前記混信信号から差し引いて前記第２の信号の情報系列を推定し、
   前記第１及び第２の分離機能の他方が、前記第２の信号のレプリカを前記混信信号から差し引いて前記第１の信号の情報系列を推定することを特徴とする信号分離方法。
7. 前記第１の信号の強度が前記第２の信号より高い場合に前記第１及び第２の分離機能の一方の出力を選択し、前記第２の信号の強度が前記第１の信号より高い場合に前記第１及び第２の分離機能の他方の出力を選択することを特徴とする請求項６記載の信号分離方法。
8. 前記混信信号のレベル差が小さい場合に、分離された前記第２の信号をレプリカ信号としてフィードバックすることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載の信号分離方法。

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