JP2015070603A

JP2015070603A - 無線受信装置

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Publication number: JP2015070603A
Application number: JP2013206461A
Authority: JP
Inventors: 久保　博嗣; Hirotsugu Kubo; 博嗣久保; 昭範中島; Akinori Nakajima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-13
Anticipated expiration: 2033-10-01
Also published as: JP6271931B2

Abstract

【課題】本発明は、通信性能の低下を抑制することが可能な無線受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による無線受信装置は、差動時空ブロック符号化によって符号化された信号を受信する無線受信装置であって、異なるタイミングで受信した信号ごとに復調して復調信号を生成する復調部と、復調部にて復調された各復調信号と、当該復調信号から推定される送信側における既知信号との誤差を算出する誤差算出部と、誤差算出部にて算出された各誤差のうち誤差が最小である復調信号を選択する選択部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動時空ブロック符号化によって符号化された信号を受信する無線受信装置に関し、特に、差動時空ブロック符号化された信号の復号に先立ってブロック同期を確立する無線受信装置に関する。

無線信号の伝送方式の一つとして差動時空ブロック符号化（Differential Space Time Block Codes : DSTBC）がある（例えば、非特許文献１参照）。

また、従来の無線受信装置では、送信信号に含まれる既知の系列（プリアンブルパターン）を受信し、当該既知の系列に基づいて受信信号の同期を確立している（例えば、特許文献１および非特許文献２参照）。

特開２００９−３０３０８６号公報

Chan-Soo Hwang, Seung Hoon Nam, Jaehak Chung, and Vahid Tarokh, "Differential Space Time Block Codes Using Nonconstant Modulus Constellations", IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL.51, NO.11, NOVEMBER 2003, p.2955-2964 高梨斉、相河聡、中村康久、「符号化変調における再生キャリア位相不確定性除去」、電子情報通信学会論文誌、Ｂ−II、Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｂ−II、Ｎｏ．１２、１９９２年１２月、ｐｐ．８９６−９０５

従来、差動時空ブロック符号化された信号を無線受信装置で受信する際、既知の系列からタイミング（送信信号に情報を載せたタイミング）を検出し、検出したタイミングに受信信号を同期させている。従って、既知の系列を受信するまでは同期が取れないという問題があった。

また、伝送路が高速に変動して同期が取れない状況が頻発する環境下では、既知の系列を受信するまで再同期することができないため、通信性能が大幅に低下するという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、通信性能の低下を抑制することが可能な無線受信装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による無線受信装置は、差動時空ブロック符号化によって符号化された信号を受信する無線受信装置であって、異なるタイミングで受信した信号ごとに復調して復調信号を生成する復調部と、復調部にて復調された各復調信号と、当該復調信号から推定される送信側における既知信号との誤差を算出する誤差算出部と、誤差算出部にて算出された各誤差のうち誤差が最小である復調信号を選択する選択部とを備える。

本発明によると、差動時空ブロック符号化によって符号化された信号を受信する無線受信装置であって、異なるタイミングで受信した信号ごとに復調して復調信号を生成する復調部と、復調部にて復調された各復調信号と、当該復調信号から推定される送信側における既知信号との誤差を算出する誤差算出部と、誤差算出部にて算出された各誤差のうち誤差が最小である復調信号を選択する選択部とを備えるため、通信性能の低下を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１による無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１による正しい復調ブロックタイミングで復調した場合における復調部の復調結果の一例を示す図である。本発明の実施の形態１による誤った復調ブロックタイミングで復調した場合における復調部の復調結果の一例を示す図である。本発明の実施の形態２による誤差算出部の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態３による誤差算出部の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態４による無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。ＤＳＴＢＣ信号と復調ブロックタイミングとを説明するための図である。前提技術による無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

＜前提技術＞
まず、本発明の前提となる技術（前提技術）について説明する。

図７は、差動時空ブロック符号化された信号（以下、ＤＳＴＢＣ信号という）と、復調時のブロックタイミングとを説明するための図である。

図７に示すように、ＤＳＴＢＣ信号は、差動時空ブロック符号化されたデータ（シンボル）を含んで構成されており、例えば、データＡ０，Ａ１，Ｂ０，・・・，Ｆ１，Ｇ０，Ｇ１を含んでいる。

また、ＤＳＴＢＣ信号は、２シンボルを１ブロックとして構成されており、例えば、データＡ０およびデータＡ１を１ブロック、・・・、データＧ０およびデータＧ１を１ブロックとしている。

上記の構成を有するＤＳＴＢＣ信号を無線受信装置が受信する際、データＡ０およびデータＡ１を１ブロック、・・・、データＧ０およびデータＧ１を１ブロックとして認識した場合は、正しい復調ブロックタイミングとなり、受信信号から正しいデータを得ることができる。一方、データＡ１およびデータＢ０を１ブロック、・・・、データＦ１およびデータＧ０を１ブロックとして認識した場合は、誤った復調ブロックタイミングとなり、受信信号から正しいデータを得ることができない。ここで、復調ブロックタイミングとは、後の復調処理を行うタイミングのことをいう。

図８は、前提技術による無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。

図８に示すように、前提技術による無線受信装置は、入力端子３９と、タイミング検出部４０と、タイミング設定部４１と、復調部４２と、出力端子４３とを備えている。

無線受信装置が受信した受信信号は、入力端子３９を介して、タイミング検出部４０およびタイミング設定部４１の各々に入力される。

タイミング検出部４０は、受信信号に含まれる既知の系列（プリアンブルパターン）を検出し、検出した既知の系列をタイミング設定部４１に出力する。

タイミング設定部４１は、タイミング検出部４０から入力された既知の系列に基づいて、正しいタイミングを設定する。このとき、受信信号が差動時空ブロック符号化された信号である場合は、図７の中段に示すような正しい復調ブロックタイミングを設定する。

復調部４２は、タイミング設定部４１にて設定された復調ブロックタイミングに従って復調処理を行い、復調処理された信号（以下では、復調信号という）を出力端子４３から出力する。

上述の通り、上記の従来の無線受信装置では、既知の系列を受信するまでは受信信号の同期が取れないという問題があった。また、伝送路が高速に変動して同期が取れない状況が頻発する環境下では、既知の系列を受信するまで再同期することができないため、通信性能が大幅に低下するという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１による無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態１による無線受信装置は、差動時空ブロック符号化によって符号化された信号（ＤＳＴＢＣ信号）を受信し、入力端子１と、遅延部２と、復調部３と、復調部４と、誤差算出部５と、誤差算出部６と、選択部７とを備えている。

なお、本実施の形態１では、ＤＳＴＢＣ信号が２シンボルを１ブロックとして構成される場合を一例として説明するが、２シンボル以上を１ブロックとして構成される場合であっても適用可能である。

無線受信装置が受信したＤＳＴＢＣ信号は、入力端子１を介して、遅延部２および復調部３の各々に入力される。

遅延部２は、入力端子１を介して入力されたＤＳＴＢＣ信号を１シンボル分遅延させ、当該遅延させたＤＳＴＢＣ信号を復調部４に出力する。

復調部３は、入力端子１を介して入力されたＤＳＴＢＣ信号に対して復調処理を行って復調信号を生成し、生成した復調信号を誤差算出部５および選択部７の各々に出力する。

復調部４は、遅延部２から入力された１シンボル分遅延されたＤＳＴＢＣ信号に対して復調処理を行って復調信号を生成し、生成した復調信号を誤差算出部６および選択部７の各々に出力する。

このように、復調部３，４は、異なるタイミングで受信したＤＳＴＢＣ信号ごとに復調して復調信号を生成する。

ここで、復調部３，４における復調処理について説明する。

図２は、正しい復調ブロックタイミングで復調した場合における復調部３，４の復調結果（復調処理の結果）の一例を示す図である。また、図３は、誤った復調ブロックタイミングで復調した場合における復調部３，４の復調結果の一例を示す図である。

図２，３において、横軸はＩｃｈ（同相軸）を示し、縦軸はＱｃｈ（直交軸）を示している。また、図中の黒点（受信信号点）は、復調部３，４における復調結果を示している。なお、受信信号（ＤＳＴＢＣ信号）は、送信側においてＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式によって変調して送信された信号であるものとする。

図２，３に示すように、図３に示す復調結果よりも、図２に示す復調結果の方がＱＰＳＫコンステレーションの周辺で受信信号点が観測されており、正しい復調結果が得られていることが分かる。

図１に戻り、誤差算出部５は、復調部３から入力された復調信号と、当該復調信号から推定される送信側における既知信号との誤差を算出し、算出した誤差を選択部７に出力する。同様に、誤差算出部６は、復調部４から入力された復調信号と、当該復調信号から推定される送信側における既知信号との誤差を算出し、算出した誤差を選択部７に出力する。

選択部７は、誤差算出部５，６から入力された各誤差を比較し、誤差が小さい方（誤差が最小）の復調信号を選択して出力端子８に出力する。

具体的には、誤差算出部５にて算出された誤差が誤差算出部６にて算出された誤差よりも小さい場合において、選択部７は復調部３にて復調された復調信号を選択して出力端子８に出力する。一方、誤差算出部６にて算出された誤差が誤差算出部５にて算出された誤差よりも小さい場合において、選択部７は復調部４にて復調された復調信号を選択して出力端子８に出力する。

出力端子８に出力された復調信号は、復号処理などの任意の信号処理が行われる。

以上のことから、本実施の形態１によれば、従来のような既知の系列を含む信号を受信することなく正しい復調ブロックタイミングを選択することができる（すなわち、復調ブロックタイミングの検出精度を従来よりも改善することができる）ため、高速に受信信号の同期を取ることができる。従って、通信性能の低下を抑制することが可能となる。

＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２では、実施の形態１（図１参照）における誤差算出部５，６の構成に特徴を有している。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４は、本実施の形態２による誤差算出部５，６の構成の一例を示すブロック図である。以下では、代表して誤差算出部５について説明するが、誤差算出部６についても同様である。

図４に示すように、本実施の形態２による誤差算出部５は、入力端子９と、複素推定部１０と、複素変調部１１と、複素誤差算出部１２と、平均値算出部１３と、出力端子１４とを備えている。

復調部３から出力された復調信号は、入力端子９を介して複素推定部１０および複素誤差算出部１２の各々に入力される。

複素推定部１０は、復調部３にて生成された復調信号に基づいて、ＤＳＴＢＣ信号が送信側から送信されたときの送信信号に含まれる複素成分の推定値を推定し、推定した複素成分の推定値を複素変調部１１に出力する。

複素変調部１１は、複素推定部１０にて推定された複素成分の推定値を逆変調して逆変調信号を生成し、生成した逆変調信号を複素誤差算出部１２に出力する。

複素誤差算出部１２は、複素変調部１１にて生成された逆変調信号の複素成分と、入力端子９を介して入力された（すなわち、復調部３にて生成された）復調信号の複素成分との誤差を算出し、算出した複素成分の誤差を平均値算出部１３に出力する。ここで、複素成分の誤差としては、例えば、複素平面上での２乗誤差、あるいは実部の誤差の絶対値と虚部の誤差の絶対値との和などが挙げられる。

平均値算出部１３は、複素誤差算出部１２にて算出された複素成分の誤差の平均値を誤差平均値として算出し、算出した誤差平均値を、出力端子１４を介して選択部７に出力する。

以上のことから、本実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加えて、複素成分に基づいて誤差を算出しているため、より精度の高い誤差を算出することができる。

＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３では、実施の形態２とは異なり、実施の形態１（図１参照）における誤差算出部５，６の構成に特徴を有している。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図５は、本実施の形態３による誤差算出部５，６の構成の一例を示すブロック図である。以下では、代表して誤差算出部５について説明するが、誤差算出部６についても同様である。

図５に示すように、本実施の形態３による誤差算出部５は、入力端子１５と、位相算出部１６と、位相推定部１７と、位相誤差算出部１８と、平均値算出部１９と、出力端子２０とを備えている。

復調部３から出力された復調信号は、入力端子１５を介して位相算出部１６に入力される。

位相算出部１６は、復調部３にて生成された復調信号の位相を算出し、算出した復調信号の位相を位相推定部１７および位相誤差算出部１８の各々に出力する。

位相推定部１７は、位相算出部１６にて算出された復調信号の位相に基づいて、ＤＳＴＢＣ信号が送信側から送信されたときの送信信号の位相を推定し、推定した送信信号の位相を位相誤差算出部１８に出力する。

位相誤差算出部１８は、位相算出部１６にて算出された復調信号の位相と、位相推定部１７にて推定された送信信号の位相との誤差を算出し、算出した位相の誤差を平均値算出部１９に出力する。ここで、位相の誤差としては、例えば、２乗誤差あるいは絶対値などが挙げられる。

平均値算出部１９は、位相誤差算出部１８にて算出された位相の誤差の平均値を誤差平均値として算出し、算出した誤差平均値を、出力端子２０を介して選択部７に出力する。

以上のことから、本実施の形態３によれば、実施の形態１による効果に加えて、位相に基づいて誤差を算出しているため、回路規模を小さくすることができる。

＜実施の形態４＞
実施の形態１では、シングルアンテナ受信（すなわち、１入力）を想定した無線受信装置について説明した。本発明の実施の形態４では、マルチアンテナ受信（すなわち、多入力）を想定した無線受信装置について説明する。

図６は、本実施の形態４による無線受信装置の構成の一例を示すブロック図である。

図６に示すように、本実施の形態４による無線受信装置は、入力端子２１と、遅延部２２と、復調部２３，２４と、誤差算出部２５，２６と、入力端子２７と、遅延部２８と、復調部２９，３０と、誤差算出部３１，３２と、誤差合成部３３，３４と、復調信号合成部３５，３６と、選択部３７と、出力端子３８とを備えている。

なお、遅延部２２，２８は、図１の遅延部２に対応している。また、復調部２３，２４，２９，３０は、図１の復調部３，４に対応している。また、誤差算出部２５，２６，３１，３２は、図１の誤差算出部５，６に対応している。従って、以下では、遅延部２２，２８、復調部２３，２４，２９，３０、および誤差算出部２５，２６，３１，３２については説明を省略する。

入力端子２１および入力端子２７は、各々異なる受信アンテナに接続されている。なお、本実施の形態４では、一例として２入力について説明するが、３入力以上であっても適用可能である。すなわち、復調部２３，２４および誤差算出部２５，２６（あるいは、復調部２９，３０および誤差算出部３１，３２）は、ＤＳＴＢＣ信号を受信する複数の受信アンテナの各々に対応して配置されている。

誤差合成部３３は、誤差算出部２５にて算出された誤差と、誤差算出部３１にて算出された誤差とを合成し、合成した誤差を選択部３７に出力する。

誤差合成部３４は、誤差算出部２６にて算出された誤差と、誤差算出部３２にて算出された誤差とを合成し、合成した誤差を選択部３７に出力する。

復調信号合成部３５は、復調部２３にて復調された復調信号と、復調部２９にて復調された復調信号とを合成して合成復調信号を生成し、生成した合成復調信号を選択部３７に出力する。

復調信号合成部３６は、復調部２４にて復調された復調信号と、復調部３０にて復調された復調信号とを合成して合成復調信号を生成し、生成した合成復調信号を選択部３７に出力する。

選択部３７は、誤差算出部２５、誤差算出部２６、誤差算出部３１、誤差算出部３２、誤差合成部３３、および誤差合成部３４から入力された各誤差を比較し、誤差が最小である復調信号または合成復調信号を選択して出力端子３８に出力する。

具体的には、例えば、誤差算出部２５にて算出された誤差が最小である場合において、選択部３７は復調部２３にて復調された復調信号を選択して出力端子３８に出力する。また、誤差合成部３４にて合成された誤差が最小である場合において、選択部３７は復調信号合成部３６にて合成された合成復調信号を選択して出力端子３８に出力する。

なお、上記の誤差合成部３３，３４、および復調信号合成部３５，３６の各々における合成方法は、最大比合成型を採用してもよく、受信品質状況に基づいた重み付け合成を行ってもよく、特に制限されるものではない。

また、無線受信装置における回路規模を低減するために、同一の構成要素を別個に設けずに単一の構成要素として設け、当該単一の構成要素にて処理を複数回実行させるようにしてもよい。

同一波による干渉、あるいは他のシステムからの干渉波が受信信号に混入する場合において、移動環境下（無線送信装置または無線受信装置が移動するなどして伝送路が変動するような環境下）では各受信アンテナにおける信号電力対干渉電力比（Signal-to-Interference Ratio : 以下、ＳＩＲという）が異なる場合があることが知られている。

このような移動環境下において、本実施の形態４の誤差合成部３３，３４が誤差の合成を行うと、ＳＩＲが劣化している受信アンテナから受信した受信信号に関する誤差の算出結果が、ＳＩＲが良好な受信アンテナから受信した受信信号に関する誤差の算出結果に影響を及ぼすため、誤差の合成を行っても正しい復調ブロックタイミングを選択することができず（すなわち、復調ブロックタイミングの検出精度が改善せず）、通信性能が劣化するという問題が生じる。

一方、本実施の形態４では、誤差合成部３３，３４による誤差の合成結果だけでなく、各受信アンテナから受信した受信信号に関する誤差の算出結果自体も選択部３７に入力している。従って、選択部３７は、ＳＩＲが劣化している受信アンテナから受信した受信信号に関する誤差の影響を受けることなく、ＳＩＲが良好な受信アンテナから受信した受信信号に関する誤差の算出結果に基づいて正しい復調ブロックタイミングを選択することができる。このように、本実施の形態４によれば、干渉波に対する耐性を改善するとともに、正しい復調ブロックタイミングを選択することができる（すなわち、復調ブロックタイミングの検出精度を従来よりも改善することができる）。

なお、図１，４，５，６において、遅延部２，２２，２８、復調部３，４，２３，２４，２９，３０、誤差算出部５，６，２５，２６，３１，３２、選択部７，３７、複素推定部１０、複素変調部１１、複素誤差算出部１２、平均値算出部１３，１９、位相算出部１６、位相推定部１７、位相誤差算出部１８、誤差合成部３３，３４、復調信号合成部３５，３６の各々は、ハードウェア（例えば、電気信号に対して特定の演算あるいは処理を行うように構成された演算／処理回路等）として構成するようにしてもよい。このとき、同様の機能を有する複数の回路は単一の回路として構成してもよい。また、図１，４，５，６において、遅延部２，２２，２８、復調部３，４，２３，２４，２９，３０、誤差算出部５，６，２５，２６，３１，３２、選択部７，３７、複素推定部１０、複素変調部１１、複素誤差算出部１２、平均値算出部１３，１９、位相算出部１６、位相推定部１７、位相誤差算出部１８、誤差合成部３３，３４、復調信号合成部３５，３６の各々は、ソフトウェアに基づくＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いたプログラム処理を実行することによって実現されるようにしてもよい。また、上記の両者を混在させてもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１入力端子、２遅延部、３復調部、４復調部、５誤差算出部、６誤差算出部、７選択部、８出力端子、９入力端子、１０複素推定部、１１複素変調部、１２複素誤差算出部、１３平均値算出部、１４出力端子、１５入力端子、１６位相算出部、１７位相推定部、１８位相誤差算出部、１９平均値算出部、２０出力端子、２１入力端子、２２遅延部、２３復調部、２４復調部、２５誤差算出部、２６誤差算出部、２７入力端子、２８遅延部、２９復調部、３０復調部、３１誤差算出部、３２誤差算出部、３３誤差合成部、３４誤差合成部、３５復調信号合成部、３６復調信号合成部、３７選択部、３８出力端子、３９入力端子、４０タイミング検出部、４１タイミング設定部、４２復調部、４３出力端子。

Claims

差動時空ブロック符号化によって符号化された信号を受信する無線受信装置であって、
異なるタイミングで受信した前記信号ごとに復調して復調信号を生成する復調部と、
前記復調部にて復調された各前記復調信号と、当該復調信号から推定される送信側における既知信号との誤差を算出する誤差算出部と、
前記誤差算出部にて算出された各前記誤差のうち前記誤差が最小である前記復調信号を選択する選択部と、
を備える、無線受信装置。
前記誤差算出部は、
前記復調部にて生成された前記復調信号に基づいて、前記信号が送信されたときの送信信号に含まれる複素成分の推定値を推定する複素推定部と、
前記複素推定部にて推定された前記推定値を逆変調して逆変調信号を生成する複素変調部と、
前記複素変調部にて生成された前記逆変調信号の複素成分と、前記復調部にて生成された前記復調信号の複素成分との誤差を算出する複素誤差算出部と、
を備える、請求項１に記載の無線受信装置。
前記誤差算出部は、
前記復調部にて生成された前記復調信号の位相を算出する位相算出部と、
前記位相算出部にて算出された前記位相に基づいて、前記信号が送信されたときの送信信号の位相を推定する位相推定部と、
前記位相算出部にて算出された前記復調信号の位相と、前記位相推定部にて推定された前記送信信号の位相との誤差を算出する位相誤差算出部と、
を備える、請求項１に記載の無線受信装置。
前記復調部および前記誤差算出部は、前記信号を受信する複数の受信アンテナの各々に対応して配置され、
同じタイミングで受信した各前記信号について各前記復調部にて生成された各前記復調信号を合成して合成復調信号を生成する復調信号合成部と、
同じタイミングで受信した各前記信号について各前記誤差算出部にて算出された各前記誤差を合成する誤差合成部と、
をさらに備え、
前記選択部は、前記誤差算出部にて算出された各前記誤差と、前記誤差合成部にて合成された各前記誤差とのうち前記誤差が最小である前記復調信号または前記合成復調信号を選択することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の無線受信装置。