JP3960888B2 - 信号分離方法および受信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の送受信アンテナを用い、同一キャリア周波数で複数の異なる情報系列の信号を同時伝送する無線通信方法に用いられる信号分離方法及び受信装置に関し、各情報系列をその受信信号間の相関の小さい順にランキング（順位付け）し、ランキングが小さい情報系列の信号から順に信号分離を行ない、信号分離度を向上させる信号分離方法及び受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一キャリアでダイバーシチ受信し、全ての情報系列の信号を分離する通信方法が検討されている。この送受信アンテナ間に形成されるチャネルはMIMO(Multi-Input Multi-Output)チャネルと呼ばれ、チャネル間が低相関である場合、高い周波数利用効率を実現できる。
しかし、ある情報系列の信号にとって、同一帯域を共有する他の情報系列の信号は同一チャネル干渉となる。従って、受信装置では、全ての情報系列を精度よく分離することが必須となる。
ダイバーシチ受信方式は、受信信号に含まれる（ダイバーシチ受信信号数−１）の干渉信号と希望情報系列の信号を分離できる特徴をもつ。また、干渉信号数が減るごとに希望情報系列の信号の信号分離精度が上がり、さらに、ダイバーシチ利得が得られることから伝送品質が向上する。
しかし、送受信アンテナ間に形成されるチャネル間の相関は、伝搬環境に依存する。例えば、移動局、基地局間が見通し内通信環境となると、受信信号間の相関は高くなる。これは、ダイバーシチ受信信号数が減ったことと等価的であり、この場合、受信信号中に希望情報系列の信号の他に（ダイバーシチ受信信号数−１）の干渉信号が含まれている時には、信号分離度が著しく劣化する。
【０００３】
従来のＭＩＭＯ通信システムにおける信号分離方法の概要は、送信信号及び多数の干渉信号を含む多数の信号が各受信器により受信され、受信された各信号は、重みで重み付けされて多数の重み付け信号が生成され、重み付けされた信号のうちの１つ以上が組み合わされて、１つ以上の推定された送信信号を得るものである（例えば、特許文献１ 参照。）。このようにして各干渉信号を実効的に除去することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８４２６０号公報（（要約）（解決手段））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数の受信アンテナにおける受信信号間の相関が小さい情報系列の信号は、受信信号中に干渉となる信号がある場合においても、ダイバーシチ受信特性により精度よく分離ができる。また、その伝送品質はダイバーシチブランチ数（アンテナからの入力信号数）の増加により向上する。しかし、送受信アンテナ間に形成されるチャネル間の相関は周囲の地物や建物などの環境に依存する。従って、常に必要なダイバーシチ受信信号数を確保することは困難である。受信信号間の相関が大きい複数の受信信号を有効的に利用し伝送品質を向上させる技術として、アダプディブアレー技術がある。この技術では、干渉信号の到来方向にヌルを形成することで分離が可能である。また、希望信号のみの場合、そのＳＮＲを向上させることができる。一般に移動体通信環境で観測されるフェージングによる補償が難しいため、ダイバーシチ受信方式ほど特性は向上しない。
【０００６】
本発明では、ＭＩＭＯ通信システムにおいて、各情報系列の受信信号間の相関が小さい情報系列からダイバーシチ受信特性により順に信号抽出を行う。さらに、抽出された情報系列の信号の受信レプリカを順次、受信信号から減算する。これにより、受信信号間の相関が大きい情報系列の信号を処理する際には、受信信号間の相関が小さい情報系列の信号は処理対象となる信号から既に除去されているため、伝送品質が向上する。受信信号間の相関値に応じて適切な信号処理を逐次的に施し、全てのユーザ情報を分離する受信装置の構成法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記請求項により上記課題を解決する。
請求項１記載の発明によれば、複数の受信アンテナで受信した信号から、伝搬路における各情報系列の伝達特性を推定する。推定された伝達特性から情報系列毎に受信信号間の相関を演算する。そして、受信信号間の相関値が小さい情報系列から順にランク付けを行う。
多段構成により各情報系列信号の抽出を行い、上記ランクの小さい情報系列から順に各段で信号抽出を行う。また、各段では、抽出対象となった情報系列の受信レプリカを生成し、入力信号から、受信レプリカを減じ、次段の信号分離器の入力信号とする。各段における上記動作の繰り返しにより、アンテナ受信信号に含まれる全ての情報系列の信号が分離される。受信信号間の相関の小さい情報系列の信号群はダイバーシチ受信特性により分離され、受信信号間の相関が大きい情報系列の信号群は自由度の高いアダプティブアレー受信特性により分離する。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、複数の送信アンテナから送信される情報系列信号を受信する複数の受信アンテナと、受信信号から各情報系列信号を分離する信号分離装置を備え、信号分離装置は、送信情報系列毎に伝搬路の伝達特性を推定する伝搬路推定器と、推定された伝達特性から送信情報系列毎に受信信号間の相関を計算する相互相関測定器と、希望情報系列を受信信号から抽出する信号分離器を多段接続した信号分離器で構成され、相互相関測定器で得られた各情報系列の相関値を参照し、相関値の小さい情報系列の信号から順にランク付けする判定器と、各信号分離器の入力信号に含まれる、情報系列のうち、上記ランクの最も小さい情報系列を希望情報系列とし、希望情報系列の信号を抽出する信号抽出器と、希望情報系列の受信信号レプリカを生成するレプリカ生成器と、信号分離器入力信号から上記受信信号レプリカを減算する減算器と、後段の信号分離器の入力とする過程を各段の信号分離器で行い、受信信号から全ての情報系列の信号を順に抽出する。
【０００９】
請求項３記載の発明によれば、信号分離器の入力信号と生成された受信信号レプリカ間の時間的な整合を取るため、信号分離器入力信号を一定時間遅延させる遅延器を備える。
【００１０】
請求項４記載の発明によれば、信号分離装置は複数配置される。そして、パス単位で信号分離処理が行われる。パス単位で分離された各情報系列の信号は、パス遅延が補償されたのち、合成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の受信装置が用いられる通信系の一例を示すブロック図である。
送信装置は、Ｎ系統の情報系列をＮ系統の送信器によってＮ系統の送信アンテナから送信する。この際、各送信装置では同一キャリア周波数を用いる。従って、各送信信号は空間中を同一周波数帯域で伝送される。
受信装置では、まず、Ｍ系統の受信アンテナで受信した信号をＭ系統のＲＦ装置によって処理し、信号分離装置へ入力する。信号分離装置では、空間中を同一周波数帯域で伝送された各情報系列の信号を全て分離し、Ｎ系統のデータ再生装置で情報系列ごとにデータ再生が行われる。データの再生とは、復調や復号化および判定作業を指す。
【００１２】
図２に本発明による信号分離器の構成例を示す。
Ｍ系統の受信信号からＭ系統のＲＦ装置で、ベースバンド帯もしくはＩＦ帯にダウンコンバートされたＭ系統の信号を入力とする。また、相互相関測定器１〜ＮではＭ系統の入力信号から情報系列１〜Ｎ毎に受信ブランチ間相関（受信アンテナからの入力信号間の相関）を測定する。得られた相関値は判定装置に送られる。判定器では、各情報系列を相関値の小さい順にランク（順位）付けをし、メモリに格納する。そして、ランキング情報を信号分離器へ伝送する。
【００１３】
図３に相互相関測定器の構成例を示す。
入力信号１〜Ｍから情報系列１〜Ｎ毎に伝搬路の伝達特性を推定する伝搬路推定器と伝搬路推定結果をもとに受信系統間の相関を計算する相関演算部で構成される。伝搬路推定は、図に示すように各送信された情報系列１〜Ｎ毎にそれぞれ推定を行う。この処置は逐次的に行われるが、送信側から受信装置で既知である各情報系列の参照信号を送信し、推定を容易にする方法などを用いてもよい。送信アンテナｎと受信アンテナｍ間の伝搬路の伝達特性をP(n,m)とする。図３において、対応する伝搬路の推定伝達特性をP'(n,m)とする。情報系列ｎ用の相関演算器には、ｎ番目（情報系列ｎ）の送信アンテナとｍ個の受信アンテナ間に形成された伝搬路の伝達特性推定値P'(n,1),・・・,P'(n,m)を入力し、これらの相関を求める。
【００１４】
図４に本発明による信号分離器の構成例を示す。
信号分離器はＮ段の信号分離器から構成される。各信号分離器は、信号抽出器、レプリカ生成器そして遅延器と減算器で構成される。上記、相互相関測定器より得られたランキング情報を元に相関値が小さい情報系列の信号から信号分離器１の信号抽出器、信号分離器２の信号抽出器、・・・で信号抽出が行われる。抽出された情報系列の信号から、伝搬路の伝達特性推定値などを用いて、対応する受信レプリカをを生成する。この受信レプリカは各段の信号分離器入力信号から減算され、次段の信号分離器へ入力される。この際、信号分離器入力信号と、受信レプリカ信号の時間的な整合を合わせる目的で、信号分離器入力信号を遅延器により一定時間（すなわち、信号抽出器とレプリカ生成器の処理時間）遅延させる。
【００１５】
図５に本発明による信号抽出器の構成例を示す。
信号抽出器は、タップ係数制御器（重み演算器）によって求められたタップ係数を信号分離器入力信号１〜Ｎにぞれぞれ乗算する（重み付けする）乗算器と、乗算器１〜Ｍの出力を合成する合成器、タップ係数を制御するために用いられる各情報系列の参照信号を各段において上記相互相関測定装置の測定結果に基づいた情報系列のランキング情報により対応する参照信号を選択する参照信号選択器で構成される。タップ係数制御アルゴリズムの例としては、信号分離器出力信号と参照信号の差の自乗値を最小とするようにタップ係数を制御する方法が一般的である。この演算はＬＭＳ（最小平均自乗）もしくはＲＬＳ（再帰的最小自乗）アルゴリズムを用いることで装置化が可能である。
【００１６】
図６に本発明によるレプリカ生成器の構成例を示す。
図６では、ｎ番目の送信器から送信された信号（情報系列ｎ）の各受信アンテナにおける受信信号レプリカの生成を示す。伝搬路推定器によって求められた伝搬路の推定伝達特性であるP'(n,1),・・・,P'(n,m)を送信された情報系列ｎにそれぞれ乗算することで、受信信号レプリカを生成する。
【００１７】
図７に本発明による受信装置内部に配置される信号分離装置の他の構成例を示す。図７は、ｐ個の信号分離装置を配置した実施例である。
移動通信環境では、通常受信信号は複数の経路を経て任意の遅延時間をもち受信アンテナへ到来する。これをマルチパス伝搬と呼ぶ。各パスが時間的に分離可能で、独立な場合、これらを合成することで時間ダイバーシチ効果を得ることができる。図７では、遅延回路に各パスの遅延時間を設定し、各信号分離装置は上記の動作を行う。ｐ個の信号分離装置はそれぞれ、上記の手段により送信情報系列の信号を出力し、情報系列ごとに合成回路において合成される。ここで、合成回路では、最大比合成、同相合成、選択合成などを代表とする合成手法が用いられる。
【００１８】
図８に本発明と従来法による受信系統毎の平均受信ＳＮＲに対する誤り率ＢＥＲ特性を示す。
従来法では、受信信号間の相関が高い情報系列の信号が精度良く分離できないため、誤り率を示す曲線はＳＮＲを増加しても改善されない特性を示していた。これに対し本発明による方法により、ダイバーシチ受信特性により、受信信号間の相関が小さい情報系列の信号を予め分離し受信信号から減じることで受信信号間の相関が高い情報系列の信号の伝送特性を向上させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、各情報系列の受信信号間の相関を測定し、相関値の小さい情報系列の信号から順に情報系列信号の抽出を行い、また、各情報系列の信号を抽出後に抽出された情報系列の受信信号レプリカを生成し、受信信号から減算する処理を順次、繰り返すことにより、信号分離度を向上させ、ＳＮＲの向上による伝送品質の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受信装置が用いられる通信系を示す図。
【図２】信号分離装置の構成例を示す図。
【図３】相互相関測定器の構成例を示す図。
【図４】信号分離器の構成例を示す図。
【図５】信号抽出器の構成例を示す図。
【図６】レプリカ生成器の構成例を示す図。
【図７】信号分離装置の他の構成例を示す図。
【図８】受信系統毎の平均受信ＳＮＲに対する誤り率ＢＥＲ特性を示す図。

Claims (4)

1. 複数の送信アンテナから送信される情報系列信号を複数の受信アンテナで受信し、受信信号から各情報系列信号を分離する信号分離方法において、
   送信情報系列毎に伝搬路の伝達特性を推定し、推定した伝達特性から送信情報系列毎に受信信号間の相関を計算して相関値の小さい情報系列信号を順にランク付けをし、
   受信信号に含まれる情報系列のうち、上記ランクの最も小さい情報系列を希望情報系列とし、希望情報系列の信号を抽出し、希望情報系列の受信信号レプリカを生成し、受信信号から上記希望情報系列の受信信号レプリカを減算し、受信信号レプリカを減算した信号を次のランクの情報系列の抽出入力信号とし、次のランクの情報系列の希望情報系列の信号を抽出する過程を繰り返して受信信号から全ての情報系列の信号を順に抽出することを特徴とする信号分離方法。
2. 複数の送信アンテナから送信される情報系列信号を受信する複数の受信アンテナと、受信信号から各情報系列信号を分離する信号分離装置を備えた受信装置において、
   信号分離装置は、送信情報系列毎に伝搬路の伝達特性を推定する伝搬路推定器と、推定された伝達特性から送信情報系列毎に受信信号間の相関を計算する相互相関測定器と、希望情報系列を受信信号から抽出する信号分離器を多段接続した信号分離器で構成され、
   相互相関測定器で得られた各情報系列の相関値を参照し、相関値の小さい情報系列の信号から順にランク付けする判定器と、信号分離器の入力信号に含まれる情報系列のうち、上記ランクの最も小さい情報系列を希望情報系列とし、希望情報系列の信号を抽出する信号抽出器と、希望情報系列の受信信号レプリカを生成するレプリカ生成器と、信号分離器入力信号から上記受信信号レプリカを減算する減算器と、減算器の出力を後段の信号分離器の入力とする過程を各段の信号分離器で行い、受信信号から全ての情報系列の信号を順に抽出することを特徴とする受信装置。
3. 請求項２に記載の受信装置において、
   前記入力信号を所定値遅延させて減算器の入力信号とするる遅延器を備えたことを特徴とする受信装置。
4. 請求項２又は３に記載の受信装置において、
   前記信号分離装置を複数備え、信号分離装置は各受信信号を形成するパス単位で受信信号から信号抽出を行い、全ての情報系列の信号を分離し、パス毎に分離された各情報系列の信号を合成する合成回路を備えたことを特徴とする受信装置。

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