JP3973543B2

JP3973543B2 - 受信方法と装置

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Publication number: JP3973543B2
Application number: JP2002337306A
Authority: JP
Inventors: 義晴土居
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004173020A; US7502431B2; TWI249295B; TW200423579A; EP1439676A2; US20040101073A1; CN1503471A; TW200536285A; EP1439676A3; CN1303767C; TW200536296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受信技術に関する。特に複数のアンテナで受信した無線信号を合成するための受信方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤレス通信において、一般に限りある周波数資源の有効利用が望まれている。周波数資源を有効利用するために、例えば同一の周波数の電波が可能な限り近い距離で繰り返し使用される。しかし、その場合、同一周波数を使用する近接の無線基地局や無線移動局からの同一チャネル干渉により、通信品質が劣化する。同一チャネル干渉による通信品質の劣化を防ぐ技術のひとつが、アダプティブアレイアンテナ技術である。
【０００３】
アダプティブアレイアンテナ技術において、複数のアンテナで受信された信号は、各々異なる重み係数で重み付けされて合成される。重み係数は、合成後の信号より判定された送信したい信号と、合成後の信号の間の誤差信号が小さくなるように適応的に更新される。重み係数の適応的な更新のために、例えば、ＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムやＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムなどの適応アルゴリズムが使用される。ＲＬＳアルゴリズムは、一般に高速に収束するが、計算が複雑であるため、高速な演算回路や大規模な演算回路を要求する。ＬＭＳアルゴリズムは、ＲＬＳアルゴリズムより簡易な演算回路で実現可能であるが、その収束速度が遅い（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６７８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
簡易な演算回路で、高速に重み係数を決定する技術のひとつが、既知の送信信号と受信信号の相関処理により重み係数を決定する技術である。しかし、相関処理を使用した技術は、適応アルゴリズムと異なり環境の変動に追従しないため、例えば、送信装置と受信装置の周波数発振器に周波数偏差がある場合、その周波数偏差が重み係数に誤差として反映される。一般に、アダプティブアレイアンテナにおいて、誤差を有する重み係数を使用すると受信特性が劣化する。
【０００６】
本発明者はこうした状況を認識して、本発明をなしたものであり、その目的は応答特性を簡易な演算回路で高速に推定する受信技術を提供することである。また、送信装置と受信装置の周波数発振器の周波数偏差による応答特性の推定精度の劣化を改善した受信技術を提供することである。また、送信装置と受信装置の周波数発振器の周波数偏差の推定精度を向上させる受信技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、応答特性推定装置である。この装置は、受信信号を入力する入力部と、入力した受信信号と既知の送信信号を相関処理する相関処理部と、入力した受信信号と既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した受信信号の位相誤差を推定する位相誤差推定部と、推定した位相誤差をもとに、相関処理した結果を補正することによって、既知の送信信号に対する入力した受信信号の応答特性を推定する位相誤差補正部とを含む。
【０００８】
「入力した受信信号と既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した受信信号の位相誤差を推定する」において、「入力した受信信号」と「既知の送信信号」を直接使用して「位相誤差」を推定してもよいし、間接的に使用して推定してもよい。間接的な使用とは、例えば、「既知の送信信号」の周期性を利用する場合である。
「応答特性」には、応答特性を複素共役変換したものや、応答特性を線形変換したものなどの所定の規則にもとづいて変換したものも含むものとする。
【０００９】
既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、入力した受信信号から、既知の送信信号が連続している区間の終点を検出する制御部を本応答特性推定装置はさらに含む。この装置において、位相誤差補正部は、検出した終点において、推定した位相誤差をもとに、相関処理した結果を補正してもよい。「連続」とは、長時間において連続である必要はなく、短時間において連続であればよい。さらに、当該装置がその規則性を認知していれば、離散的な場合も含み、すなわち、当該装置が「連続」と認識できるものすべてを含む。
【００１０】
以上の装置により、位相誤差の推定と並列に、相関処理を実行するため、両方の処理に遅延が発生せず、高速な応答特性の推定が可能である。さらに、相関処理の結果を推定した位相誤差で補正するため、精度の高い応答特性の推定が可能である。
【００１１】
本発明の別の態様は、応答特性推定方法である。この方法は、受信信号を入力するステップと、入力した受信信号と既知の送信信号を相関処理するステップと、入力した受信信号と既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した受信信号の位相誤差を推定するステップと、推定した位相誤差をもとに、相関処理した結果を補正することによって、既知の送信信号に対する入力した受信信号の応答特性を推定するステップとを含む。
既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、本応答特性推定方法はさらに、前記入力した受信信号から、前記既知の送信信号が連続している区間の終点を検出するステップを含む。この方法において、既知の送信信号に対する入力した受信信号の応答特性を推定するステップは、検出した終点において、推定した位相誤差をもとに、相関処理した結果を補正してもよい。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、プログラムである。このプログラムは、受信信号を入力するステップと、入力した受信信号と既知の送信信号を相関処理するステップと、入力した受信信号と既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した受信信号の位相誤差を推定するステップと、推定した位相誤差をもとに、相関処理した結果を補正することによって、既知の送信信号に対する入力した受信信号の応答特性を推定するステップとを含む。
既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、本プログラムはさらに、前記入力した受信信号から、前記既知の送信信号が連続している区間の終点を検出するステップを含む。このプログラムにおいて、既知の送信信号に対する入力した受信信号の応答特性を推定するステップは、検出した終点において、推定した位相誤差をもとに、相関処理した結果を補正してもよい。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、受信装置である。この装置は、複数の受信信号をそれぞれ入力する入力部と、入力した複数の受信信号と既知の送信信号をそれぞれ相関処理する相関処理部と、入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつと既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつの位相誤差を推定する位相誤差推定部と、推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することによって、複数の重み係数を生成する位相誤差補正部と、入力した複数の受信信号と複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成する合成部とを含む。
【００１４】
位相誤差推定部は、入力した複数の受信信号と既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号の位相誤差をそれぞれ推定し、推定した複数の位相誤差を平均処理することによって、最終的な位相誤差を再び推定してもよい。
既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、本受信装置はさらに、入力した複数の受信信号から、既知の送信信号が連続している区間の終点を検出する制御部を含む。この装置において、位相誤差補正部は、検出した終点において、推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正してもよい。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、受信方法である。この方法は、複数の受信信号をそれぞれ入力するステップと、入力した複数の受信信号と既知の送信信号をそれぞれ相関処理するステップと、入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつと、既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつの位相誤差を推定するステップと、推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することによって、複数の重み係数を生成するステップと、入力した複数の受信信号と複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成するステップとを含む。
【００１６】
既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつの位相誤差を推定するステップは、入力した複数の受信信号と既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号の位相誤差をそれぞれ推定し、推定した複数の位相誤差を平均処理することによって、最終的な位相誤差を再び推定してもよい。
既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、本受信方法はさらに、入力した複数の受信信号から、既知の送信信号が連続している区間の終点を検出するステップを含む。この方法において、複数の重み係数を生成するステップは、検出した終点において、推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正してもよい。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、プログラムである。このプログラムは、複数の受信信号をそれぞれ入力するステップと、入力した複数の受信信号と既知の送信信号をそれぞれ相関処理するステップと、入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつと、既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつの位相誤差を推定するステップと、推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することによって、複数の重み係数を生成するステップと、入力した複数の受信信号と複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成するステップとを含む。
【００１８】
既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号のうちの少なくともひとつの位相誤差を推定するステップは、入力した複数の受信信号と既知の送信信号から、既知の送信信号に対する入力した複数の受信信号の位相誤差をそれぞれ推定し、推定した複数の位相誤差を平均処理することによって、最終的な位相誤差を再び推定してもよい。
既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、本プログラムはさらに、入力した複数の受信信号から、既知の送信信号が連続している区間の終点を検出するステップを含む。このプログラムにおいて、複数の重み係数を生成するステップは、検出した終点において、推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正してもよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
実施の形態１は、バースト信号の無線信号を、複数のアンテナで受信し、受信した信号を各々異なる重み係数で重み付けして合成するアダプティブアレイアンテナを備える受信装置に関する。バースト信号は、先頭部分に配置された既知のトレーニング信号と、それ以外のデータ信号で構成される。実施の形態１に係る受信装置はトレーニング信号区間において、トレーニング信号と受信信号による相関処理と、送信装置と受信装置の周波数発振器の周波数偏差の推定を並列に実行する。トレーニング信号区間が終了する際に、相関処理の結果を推定した周波数偏差で補正して、送信信号に対する受信信号の初期応答特性を複数の受信信号それぞれに対して求める。データ信号区間が開始されると、初期応答特性を重み係数として、受信信号を重み付けして合成する。データ信号区間においては、受信信号を重み係数で重み付けして合成すると共に、重み係数を適応アルゴリズムにより更新して、無線伝搬環境の変動などに追従させる。
【００２０】
図１は、実施の形態１に係る送信装置１００と受信装置１０６からなる通信システムを示す。送信装置１００は、変調部１０２、ＲＦ部１０４、アンテナ１３２を含む。受信装置１０６は、第１アンテナ１３４ａ、第２アンテナ１３４ｂ、第ｎアンテナ１３４ｎ、ＲＦ部１０８、信号処理部１１０、復調部１１２を含む。ここで、第１アンテナ１３４ａ、第２アンテナ１３４ｂ、第ｎアンテナ１３４ｎはアンテナ１３４と総称する。
【００２１】
変調部１０２は、送信したい情報信号を変調し、送信信号（以下、送信信号に含まれるひとつの信号を「シンボル」ともいう）を生成する。変調方式は、ＱＰＳＫ（ＱｕｄｒｉＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（１６ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＧＭＳＫ（ＧａｕｓｓｉａｎｆｉｌｔｅｒｅｄＭｉｎｉｍｕｍＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）等の任意のものでよいが、ここではＱＰＳＫとする。また、マルチキャリア通信の場合には、送信装置１００に複数の変調部１０２あるいは逆フーリエ変換部が設けられ、スペクトラム拡散通信の場合には、変調部１０２に拡散部が設けられる。
【００２２】
ＲＦ部１０４は、送信信号を無線周波数の信号に変換する。周波数変換部、パワーアンプ、周波数発振器等が含まれる。
送信装置１００のアンテナ１３２は、無線周波数の信号を送信する。アンテナの指向性とアンテナ数は任意でよい。
【００２３】
受信装置１０６のアンテナ１３４は、無線周波数の信号を受信する。本実施の形態において、アンテナ数はｎとし、構成要素に「第ｎ」が併記される場合、当該構成要素はアンテナ数分存在し、これらは基本的に同一の動作を並列して実行する。
ＲＦ部１０８は、無線周波数の信号をベースバンド受信信号３００に変換する。ＲＦ部１０８には、周波数発振器等が設けられるほか、マルチキャリア通信の場合には、フーリエ変換部が設けられ、スペクトラム拡散通信の場合には、逆拡散部が設けられる。
【００２４】
信号処理部１１０は、ベースバンド受信信号３００を重み係数でそれぞれ重み付けして合成すると共に、それぞれの重み係数を適応的に制御する。
復調部１１２は、合成した信号を復調し、送信した情報信号を判定する。遅延検波回路や同期検波のためのキャリア再生回路が復調部１１２に設けられてもよい。
【００２５】
図２と図３は、図１の通信システムに対応するが、それぞれ異なる通信システムで使用されるバーストフォーマットであり、その中に含まれるトレーニング信号とデータ信号も示されている。図２は、簡易電話システムの通話チャネルで使用されるバーストフォーマットである。バーストの先頭から４シンボルの間に、タイミング同期に使用するためのプリアンブルが配置されている。プリアンブルとユニークワードの信号は、信号処理部１１０にとって既知信号であるため、信号処理部１１０は、プリアンブルとユニークワードをトレーニング信号として使用可能である。プリアンブルとユニークワードに続くデータ、ＣＲＣは、信号処理部１１０にとって未知の信号であり、データ信号に相当する。
【００２６】
図３は、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）のひとつのＩＥＥＥ８０２．１１ａの通話チャネルで使用されるバーストフォーマットである。ＩＥＥＥ８０２．１１ａは、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式を使用しており、ＯＦＤＭ変調方式では、一般にフーリエ変換のサイズとガードインターバルのシンボル数の合計をひとつの単位とする。このひとつの単位を本実施の形態ではＯＦＤＭシンボルとする。バーストの先頭から４ＯＦＤＭシンボルの間に、主としてタイミング同期とキャリア再生に使用するためのプリアンブルが配置されている。プリアンブルの信号は、信号処理部１１０にとって既知信号であるため、信号処理部１１０は、プリアンブルをトレーニング信号として使用可能である。これらに続く、ヘッダ、データは、信号処理部１１０にとって未知の信号であり、データ信号に相当する。
【００２７】
図４は、図１に示される受信装置１０６の構成を示す。ＲＦ部１０８は、前処理部１１４と総称する第１前処理部１１４ａ、第２前処理部１１４ｂ、第ｎ前処理部１１４ｎを含み、信号処理部１１０は、ＢＢ入力部１１６と総称する第１ＢＢ入力部１１６ａ、第２ＢＢ入力部１１６ｂ、第ｎＢＢ入力部１１６ｎ、合成部１１８、ウエイト計算部１２０と総称する第１ウエイト計算部１２０ａ、第２ウエイト計算部１２０ｂ、第ｎウエイト計算部１２０ｎ、立ち上がり検出部１２２、制御部１２４、トレーニング信号記憶部１２６、初期値計算部１０と総称する第１初期値計算部１０ａ、第２初期値計算部１０ｂ、第ｎ初期値計算部１０ｎ、位相誤差推定部１２を含み、復調部１１２は、判定部１２８、加算部１３０を含む。
【００２８】
また、信号として、ベースバンド受信信号３００と総称する第１ベースバンド受信信号３００ａ、第２ベースバンド受信信号３００ｂ、第ｎベースバンド受信信号３００ｎ、トレーニング信号３０２、位相誤差信号３０４、制御信号３０６、誤差信号３０８、重み係数３１０と総称する第１重み係数３１０ａ、第２重み係数３１０ｂ、第ｎ重み係数３１０ｎ、相関値３１２と総称する第１相関値３１２ａ、第２相関値３１２ｂ、第ｎ相関値３１２ｎを含む。
【００２９】
前処理部１１４は、無線周波数の信号をベースバンド受信信号３００に変換する。
ＢＢ入力部１１６は、ベースバンド受信信号３００を受けつける。ｉ番目のアンテナで受信されるベースバンド受信信号３００ｘｉ（ｔ）は以下のとおりである。
【数１】

ここで、ｈｉは、無線区間の応答特性、Ｓ（ｔ）は送信信号、Δωは送信装置１００と受信装置１０６の周波数発振器の周波数偏差、ｎｉ（ｔ）は雑音を示す。
【００３０】
立ち上がり検出部１２２は、ベースバンド受信信号３００から信号処理部１１０の動作のトリガーとなるバースト信号の先頭を検出する。検出したバースト信号の先頭のタイミングは制御部１２４に報告され、制御部１２４は、先頭タイミングからトレーニング信号３０２区間の終了タイミングを計算し、これらのタイミングを制御信号３０６として、必要に応じて各部に通知する。
トレーニング信号記憶部１２６は、トレーニング信号３０２を記憶し、必要に応じて、トレーニング信号３０２を出力する。
【００３１】
初期値計算部１０は、トレーニング信号３０２区間中に、ベースバンド受信信号３００とトレーニング信号３０２の相関処理によって、相関値３１２を計算する。さらに、ベースバンド受信信号３００が直接入力されるので、処理遅延も小さい。結果の相関値３１２Ｃｉは以下の通りである。
【数２】

ここで、平均時間は十分長いものとし、雑音に関する項を無視した。
【００３２】
位相誤差推定部１２は、トレーニング信号３０２区間中に初期値計算部１０と独立して、ベースバンド受信信号３００とトレーニング信号３０２から、送信装置１００と受信装置１０６が有する周波数発振器の周波数偏差を推定し、周波数偏差によって生じる位相誤差を位相誤差信号３０４として出力する。位相誤差信号３０４ＰＯは、以下の通りである。
【数３】

ウエイト計算部１２０は、トレーニング信号３０２区間が終了する際に、相関値３１２を位相誤差信号３０４で補正して、初期の重み係数３１０ｗｉを以下の通り求める。
【数４】

データ信号区間において、重み係数３１０は、初期の重み係数３１０から更新される。ＬＭＳアルゴリズムが、ベースバンド受信信号３００と後述する誤差信号３０８をもとに重み係数３１０を更新する。
【００３３】
合成部１１８は、ベースバンド受信信号３００を重み係数３１０で重み付けした後、それらを加算する。加算結果ｙ（ｔ）は、以下の通りである。
【数５】

判定部１２８は、加算した信号を予め規定しているしきい値と比較して、送信した情報信号を判定する。判定は、硬判定でもよく、軟判定でもよい。
【００３４】
加算部１３０は、ウエイト計算部１２０のＬＭＳアルゴリズムで使用するための誤差信号３０８を、合成した信号と判定した信号の差分により生成する。誤差信号３０８が小さくなるように、ＬＭＳアルゴリズムは重み係数３１０を制御するため、理想状態において、誤差信号３０８はゼロとなる。
【００３５】
図５から図７は、第１前処理部１１４ａのさまざまな構成を示す。図２や図３で示した異なる通信システム間の相違は、受信装置１０６における第１前処理部１１４ａで吸収され、これに続く信号処理部１１０は、一般に通信システムの相違を意識することなく動作可能となる。図５の第１前処理部１１４ａは、図２に示した簡易電話システムや携帯電話のようなシングルキャリア通信システムに対応し、周波数変換部１３６、準同期検波部１３８、ＡＧＣ１４０（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）、ＡＤ変換部１４２、タイミング検出部１４４を含む。図６の第１前処理部１１４ａは、Ｗ―ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ―ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）やＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠した無線ＬＡＮのようなスペクトラム拡散通信システムに対応し、逆拡散部１７２が付加される。図７の第１前処理部１１４ａは、図３に示したＩＥＥＥ８０２．１１ａやＨｉｐｅｒＬＡＮ／２のようなマルチキャリア通信システムに対応し、フーリエ変換部１７４が付加される。
【００３６】
周波数変換部１３６は、無線周波数の信号をひとつまたは複数の中間周波数の信号等に変換する。
準同期検波部１３８は、中間周波数の信号を周波数発振器により、直交検波し、ベースバンドのアナログ信号を生成する。準同期検波部１３８に含まれる周波数発振器は、送信装置１００にある周波数発振器と独立して動作するため、一般的にふたつの周波数発振器間の周波数は異なる。
【００３７】
ＡＧＣ１４０は、ベースバンドのアナログ信号の振幅をＡＤ変換部１４２のダイナミックレンジ内の振幅にするために、利得を自動的に制御する。
ＡＤ変換部１４２は、ベースバンドのアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換するためのサンプリング間隔は、デジタル化による信号の劣化を抑えるために、通常、シンボル間隔より短く設定する。ここでは、サンプリング間隔をシンボル間隔の１／２とする（以下、このサンプリング間隔でデジタル化された信号を「高速デジタル信号」という）。
【００３８】
タイミング検出部１４４は、高速デジタル信号から、最適なサンプリングタイミングのベースバンド受信信号３００を選択する。あるいは、高速デジタル信号に対して、合成等の処理を施し、最適なサンプリングタイミングを有するベースバンド受信信号３００を生成する。
図６の逆拡散部１７２は、ベースバンド受信信号３００を、予め規定されている符号系列で相関処理する。図７のフーリエ変換部１７４は、ベースバンド受信信号３００を、フーリエ変換する。
【００３９】
図８は、タイミング検出部１４４の構成を示す。タイミング検出部１４４は、遅延部１４６と総称する第１遅延部１４６ａ、第２遅延部１４６ｂ、第ｎ−１遅延部１４６ｎ−１、乗算部１５０と総称する第１乗算部１５０ａ、第２乗算部１５０ｂ、第ｎ−１乗算部１５０ｎ−１、第ｎ乗算部１５０ｎ、データ記憶部１５２と総称する第１データ記憶部１５２ａ、第２データ記憶部１５２ｂ、第ｎ−１データ記憶部１５２ｎ−１、第ｎデータ記憶部１５２ｎ、加算部１５４、判定部１５６、主信号遅延部１５８、選択部１６０を含む。
【００４０】
遅延部１４６は、入力した高速デジタル信号を相関処理のために遅延させる。高速デジタル信号のサンプリング間隔は、シンボル間隔の１／２であるが、遅延部１４６の遅延量はシンボル間隔に設定されているため、ひとつおきの高速デジタル信号が乗算部１５０に出力される。
データ記憶部１５２は、タイミング同期のためのプリアンブル信号をそれぞれ１シンボル記憶する。
乗算部１５０は、高速デジタル信号とプリアンブル信号を乗算し、その結果は加算部１５４で加算される。
【００４１】
判定部１５６は、加算結果をもとに、最適なサンプリングタイミングを選択する。高速デジタル信号のサンプリング間隔はシンボル間隔の１／２であり、加算に使用される高速デジタル信号の間隔はシンボル間隔であるため、ひとつおきの高速デジタル信号に対する加算結果が、ひとつのサンプリングタイミングをずらして２種類存在する。判定部１５６は、2種類の加算結果を比較し、加算結果が大きい方のタイミングを最適なサンプリングタイミングと判定する。なお、この判定は、１度の比較によってなされる必要はなく、数回の比較結果をもとになされてもよい。
【００４２】
主信号遅延部１５８は、判定部１５６が最適なサンプリングタイミングを判定するまで、高速デジタル信号を遅延させる。
選択部１６０は、高速デジタル信号から、最適サンプリングタイミングに対応するベースバンド受信信号３００を選択する。ここでは、２個の連続した高速デジタル信号のうち、１個を順次選択する。
【００４３】
図９は、信号処理部１１０に含まれる立ち上がり検出部１２２の構成を示す。立ち上がり検出部１２２は、電力計算部１６２、判定部１６４を含む。
電力計算部１６２は、ベースバンド受信信号３００の受信電力をそれぞれ計算し、それらを合計することにより、すべてのアンテナ１３４によって受信される信号の電力を求める。
判定部１６４は、受信電力を予め既定してある条件と比較し、その条件が満たされた場合に、バースト信号の先頭が検出されたと判定する。
【００４４】
図１０は、立ち上がり検出部１２２の動作を示す。判定部１６４は、内部のカウンタＴをゼロにセットする（Ｓ１０）。電力計算部１６２は、ベースバンド受信信号３００から受信電力を計算する（Ｓ１２）。判定部１６４は、受信電力をしきい値と比較し、しきい値より大きい場合（Ｓ１４のＹ）、Ｔに１を加算する（Ｓ１６）。Ｔが規定されている値τより大きくなった場合（Ｓ１８のＹ）、バースト信号の先頭を検出したとする。バースト信号の先頭が検出されるまでは、以上の処理を繰り返す（Ｓ１４のＮ、Ｓ１８のＮ）。
【００４５】
図１１は、第１初期値計算部１０ａの構成を示す。第１初期値計算部１０ａは、主信号遅延部１４、複素共役部１６、乗算部１８、加算部２０、遅延部２２を含む。
主信号遅延部１４は、立ち上がり検出部１２２によって検出されるタイミングと同期させるために、第１ベースバンド受信信号３００ａを遅延させる。複素共役部１６は、第１ベースバンド受信信号３００ａを複素共役に変換する。乗算部１８は、複素共役の第１ベースバンド受信信号３００ａとトレーニング信号３０２を乗算する。
加算部２０と遅延部２２により、第１ベースバンド受信信号３００ａとトレーニング信号３０２の乗算結果がトレーニング信号３０２区間において積算され、誤差信号３０８が求められる。
【００４６】
図１２は、位相誤差推定部１２の構成を示す。位相誤差推定部１２は、主信号遅延部２６と総称する第１主信号遅延部２６ａ、第２主信号遅延部２６ｂ、第ｎ主信号遅延部２６ｎ、乗算部２８と総称する第１乗算部２８ａ、第２乗算部２８ｂ、第ｎ乗算部２８ｎ、遅延部３０と総称する第１遅延部３０ａ、第２遅延部３０ｂ、第ｎ遅延部３０ｎ、複素共役部３２と総称する第１複素共役部３２ａ、第２複素共役部３２ｂ、第ｎ複素共役部３２ｎ、乗算部３４と総称する第１乗算部３４ａ、第２乗算部３４ｂ、第ｎ乗算部３４ｎ、平均部３６、位相変換部３８、位相検出部４０、複素数変換部４２、補正信号生成部４４、複素共役部４８を含む。
【００４７】
乗算部２８は、主信号遅延部２６で遅延したベースバンド受信信号３００と、複素共役変換されたトレーニング信号３０２を乗算し、送信信号成分を含まない受信信号Ｚｉ（ｔ）を求める。
【数６】

ここで、雑音は十分小さいとして、雑音に関する項を無視した。
【００４８】
遅延部３０と複素共役部３２は、Ｚｉ（ｔ）を遅延した後、複素共役に変換する。当該変換した信号とＺｉ（ｔ）は、乗算部３４で乗算される。乗算結果Ａｉは、以下の通りである。
【数７】

ここで、遅延部３０の遅延時間を２Ｔとした。なお、Ｔはシンボル間隔である。
【００４９】
平均部３６は、各アンテナに対応する乗算結果を平均する。さらに、時間をシフトさせた乗算結果を使用してもよい。
位相変換部３８は、アークタンジェントＲＯＭを使用して、平均された乗算結果Ａを位相信号Ｂに変換する。
【数８】

位相検出部４０は、位相信号Ｂをシンボル間隔の位相誤差Ｃに変換する。
【数９】

複素数変換部４２は、位相誤差ＣをコサインＲＯＭやサインＲＯＭを使用して、複素数に再び変換する。補正信号生成部４４は、複素数で表されたシンボル間隔の位相誤差から数３で与えられる位相誤差信号３０４ＰＯを計算する。
【００５０】
図１３は、第１ウエイト計算部１２０ａの構成を示す。第１ウエイト計算部１２０ａは、位相誤差補正部４６、複素共役部５０、主信号遅延部５２、乗算部５４、ステップサイズパラメータ記憶部５６、乗算部５８、加算部６０、遅延部６２、出力制御部６４を含む。
【００５１】
位相誤差補正部４６は、トレーニング信号３０２区間が終了する際に、除算を実行して、第１相関値３１２ａを位相誤差信号３０４によって補正し、初期の第１重み係数３１０ａを求める。
乗算部５４は、複素共役部５０によって複素共役変換された誤差信号３０８と、主信号遅延部５２によって遅延された第１ベースバンド受信信号３００ａを乗算し、第１の乗算結果を生成する。
【００５２】
乗算部５８は、第１の乗算結果にステップサイズパラメータ記憶部５６で記憶されているステップサイズパラメータを乗算し、第２の乗算結果を生成する。第２の乗算結果は、遅延部６２と加算部６０により、フィードバックされた後に、新たな第２の乗算結果と加算され、ＬＭＳアルゴリズムによって、加算結果が逐次更新される。この加算結果が第１重み係数３１０ａとして出力される。
【００５３】
出力制御部６４は、複数の信号の入力を変更するスイッチである。トレーニング信号３０２区間が終了する際に、出力制御部６４は位相誤差補正部４６からの初期の第１重み係数３１０ａを入力し、第１ウエイト計算部１２０ａから出力する。データ区間において、出力制御部６４は加算部６０の加算結果を入力し、それを第１重み係数３１０ａとして出力する。
【００５４】
図１４は、信号処理部１１０に含まれる合成部１１８の構成を示す。合成部１１８は、遅延部１６６と総称する第１遅延部１６６ａ、第２遅延部１６６ｂ、第ｎ遅延部１６６ｎ、乗算部１６８と総称する第１乗算部１６８ａ、第２乗算部１６８ｂ、第ｎ乗算部１６８ｎ、加算部１７０を含む。
乗算部１６８は、遅延部１６６によって遅延されたベースバンド受信信号３００と重み係数３１０を乗算する。加算部１７０は、すべての乗算結果を加算する。
【００５５】
以上の構成による受信装置１０６の動作は以下の通りである。複数のアンテナ１３４によって受信された信号は、直交検波等によってベースバンド受信信号３００に変換される。立ち上がり検出部１２２が、ベースバンド受信信号３００よりバースト信号の先頭のタイミングを検出すると、トレーニング信号３０２区間が開始される。トレーニング信号３０２区間中において、初期値計算部１０は、ベースバンド受信信号３００とトレーニング信号３０２の相関処理を実行し、同時に位相誤差推定部１２はベースバンド受信信号３００とトレーニング信号３０２から位相誤差を推定する。
【００５６】
トレーニング信号３０２区間が終了する際に、位相誤差補正部４６は、初期値計算部１０から出力される相関値３１２を、位相誤差推定部１２から出力される位相誤差信号３０４で補正し、初期の重み係数３１０を生成する。データ信号区間が開始した際、合成部１１８はベースバンド受信信号３００を初期の重み係数３１０で重み付けして加算する。データ信号区間において、ウエイト計算部１２０はベースバンド受信信号３００と誤差信号３０８をもとに、重み係数３１０を、初期の重み係数３１０から、繰り返し更新する。合成部１１８は、ベースバンド受信信号３００を更新された重み係数３１０で重み付けして加算する。
【００５７】
実施の形態１によれば、本装置は簡易な演算回路で実現可能である。また、初期の重み係数の推定のための相関処理と周波数偏差が並列に実行され、互いの処理結果を使用しないため、処理遅延を小さくできる。また、周波数発振器の周波数偏差による推定精度の劣化を改善可能である。
【００５８】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１と同様に受信信号に含まれるトレーニング信号区間において、送信装置と受信装置の周波数発振器の周波数偏差を推定する。実施の形態１は、受信信号からトレーニング信号の信号成分を除去した後、周波数偏差を推定した。一方、実施の形態２は、トレーニング信号がトレーニング信号より短い周期の信号系列の繰り返しによって構成されている場合において、繰り返しによって周期的に出現する同一信号間で周波数偏差を推定するために、受信信号からトレーニング信号の信号成分を除去することが不要になり、除去のための乗算器も不要になる。
【００５９】
図１５は、実施の形態２に係る位相誤差推定部１２の構成を示す。図１５の位相誤差推定部１２は、図１２の位相誤差推定部１２と比較して、第１乗算部２８ａ、第２乗算部２８ｂ、第ｎ乗算部２８ｎが削除されている。実施の形態２では、乗算部３４で乗算される信号が同一の送信信号を含む必要があるため、それを満たすよう遅延部３０の遅延量を設定する。図２のバーストフォーマットにおいて、プリアンブルは交番符号により構成されているため、２シンボルごとに同一の値となる。そのため、遅延部３０はベースバンド受信信号３００を２シンボル遅延させるように設定される。図３のバーストフォーマットの１ＯＦＤＭシンボルごとに同一の値となる区間において、遅延部３０は１ＯＦＤＭシンボルに設定される。一方、１／５ＯＦＤＭシンボルごとに同一の値となる区間において、遅延部３０は１／５ＯＦＤＭシンボルに設定される。
【００６０】
実施の形態２によれば、受信信号から送信信号成分を除去せずに周波数偏差が推定できるため、演算回路の規模をより削減可能である。
【００６１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１や２と同様に、送信装置と受信装置の周波数発振器の周波数偏差を推定する。実施の形態１や２は、トレーニング信号区間において、受信信号を遅延させた信号と受信信号から、時間軸方向において周波数偏差を推定した。一方、実施の形態３は、受信信号をフーリエ変換し、周波数空間の受信信号から、周波数軸方向に周波数偏差を推定する。周波数空間に変換することにより、受信信号がトレーニング信号であるか、データ信号であるかによらず周波数偏差を推定できる。その結果、トレーニング信号区間よりも長い時間で、より精度の高い周波数偏差を推定できる。
【００６２】
図１６は、実施の形態３に係る位相誤差推定部１２の構成を示す。位相誤差推定部１２は、第１主信号遅延部２６ａ、第２主信号遅延部２６ｂ、第ｎ主信号遅延部２６ｎ、フーリエ変換部６６と総称する第１フーリエ変換部６６ａ、第２フーリエ変換部６６ｂ、第ｎフーリエ変換部６６ｎ、平均部３６、位相変換部３８、複素数変換部４２、補正信号生成部４４を含む。
【００６３】
フーリエ変換部６６は、主信号遅延部２６によって遅延されたベースバンド受信信号３００をフーリエ変換し、周波数空間の信号を出力する。この周波数空間の信号は、平均部３６で平均処理された後、位相変換部３８で電力あるいは振幅のピークが検出される。このピークに対応する周波数の値が、送信装置１００と受信装置１０６の周波数発振器間の周波数偏差であると推定する。以降の処理は、図１４の位相誤差推定部１２と同一である。
【００６４】
実施の形態３によれば、トレーニング信号区間よりも長い時間において、周波数偏差の推定ができるため、その推定精度が向上する。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６５】
実施の形態において、信号処理部１１０は、アダプティブアレイアンテナにおける受信信号の合成に適用されているが、それ以外に適用されてもよく、例えば、適応等化器がある。その場合、合成部１１８の構成が実施の形態と異なり、ＦＩＲフィルタのごとく、ひとつの受信信号を複数の遅延素子で遅延させ、遅延させた複数の受信信号と複数の重み係数をそれぞれ乗算した後に、合成する構成となる。また、キャリア再生回路に適用されてもよい。その場合、合成部１１８における乗算部１６８がひとつのみになる。つまり、信号処理部１１０は、相関処理による位相誤差が生じる場合に、適用可能である。
【００６６】
実施の形態において、ウエイト計算部１２０は、適応アルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを使用している。しかし、これ以外のＲＬＳアルゴリズムなどが使用されてもよく、さらに、重み係数が更新されなくてもよい。つまり、想定される無線伝搬環境や演算回路規模などに応じて、選択されればよい。
実施の形態１において、位相誤差推定部１２は、遅延部３０と乗算部３４を含んでいる。しかし、位相誤差推定部１２が単独で遅延部３０と乗算部３４を使用する必要はなく、例えば、ＡＦＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ）と共用してもよい。つまり、ひとつの回路を共有して、回路規模を小さくしてもよい。
【００６７】
実施の形態１において、立ち上がり検出部１２２は、ベースバンド受信信号３００の電力を計算し、それをもとにバースト信号の立ち上がりを検出している。しかし、バースト信号の立ち上がり検出は、これ以外の構成によって実現されてもよい。例えば、タイミング検出部１４４の構成として示したマッチドフィルタにより検出することも可能である。つまり、正確にバースト信号の立ち上がりが検出されればよい。
【００６８】
実施の形態１において、位相誤差推定部１２に含まれる遅延部３０の遅延時間を２シンボルとした。しかし、この遅延時間はこれに限られない。例えば、１シンボルやトレーニング信号の最初と最後のシンボルの間隔としてもよい。つまり、遅延部３０の遅延時間は、周波数発振器の安定度と要求される周波数偏差推定精度などによって最適なものとすればよい。
【００６９】
実施の形態１において、初期値計算部１０や位相誤差推定部１２が処理を行う時間をトレーニング信号区間とした。しかし、これに限られず、例えば、トレーニング信号区間より短い時間であってもよい。つまり、トレーニング信号区間の長さと、要求される推定精度により、設定されればよい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、応答特性を簡易な演算回路で高速に推定できる。また、送信装置と受信装置の周波数発振器の周波数偏差による応答特性の推定精度の劣化を改善できる。また、送信装置と受信装置の周波数発振器の周波数偏差の推定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る通信システムを示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係るバーストフォーマットを示す図である。
【図３】実施の形態１に係るバーストフォーマットを示す図である。
【図４】実施の形態１に係る受信装置の構成を示す図である。
【図５】図４の第１前処理部の構成を示す図である。
【図６】図４の第１前処理部の構成を示す図である。
【図７】図４の第１前処理部の構成を示す図である。
【図８】図５、６、７のタイミング検出部の構成を示す図である。
【図９】図４の立ち上がり検出部の構成を示す図である。
【図１０】図９の立ち上がり検出部の動作の手順を示す図である。
【図１１】図４の第１初期値計算部の構成を示す図である。
【図１２】図４の位相誤差推定部の構成を示す図である。
【図１３】図４の第１ウエイト計算部の構成を示す図である。
【図１４】図４の合成部の構成を示す図である。
【図１５】実施の形態２に係る位相誤差推定部の構成を示す図である。
【図１６】実施の形態３に係る位相誤差推定部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０初期値計算部、１２位相誤差推定部、１００送信装置、１０２変調部、１０４ＲＦ部、１０６受信装置、１０８ＲＦ部、１１０信号処理部、１１２復調部、１１４前処理部、１１６ＢＢ入力部、１１８合成部、１２０ウエイト計算部、１２２立ち上がり検出部、１２４制御部、１２６トレーニング信号記憶部、１２８判定部、１３０加算部、１３２アンテナ、１３４アンテナ、３００ベースバンド受信信号、３０２トレーニング信号、３０４位相誤差信号、３０６制御信号、３０８誤差信号、３１０重み係数、３１２相関値。

Claims

複数の受信信号をそれぞれ入力する入力部と、
前記入力した複数の受信信号と既知の送信信号をそれぞれ相関処理する相関処理部と、
前記相関処理部が処理を実行している期間に、前記相関処理部での処理と並行に、前記入力した複数の受信信号に対する位相誤差を推定する位相誤差推定部と、
前記相関処理部での処理が終了する際に、前記推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することによって、複数の重み係数を生成するウエイト計算部と、
前記入力した複数の受信信号と複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成する合成部とを含み、
前記ウエイト計算部は、前記相関処理部での処理が終了した後、補正した複数の重み係数を初期値として、適応アルゴリズムを使用しながら複数の重み係数を更新することを特徴とする受信装置。
前記位相誤差推定部は、前記入力した複数の受信信号と前記既知の送信信号から、前記既知の送信信号に対する前記入力した複数の受信信号の位相誤差をそれぞれ推定し、推定した複数の位相誤差を平均処理することによって、最終的な位相誤差を再び推定することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、
本受信装置はさらに、前記入力した複数の受信信号から、前記既知の送信信号が連続している区間の終点を検出する制御部を含み、
前記ウエイト計算部は、前記検出した終点において、前記推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
複数の受信信号をそれぞれ入力するステップと、
前記入力した複数の受信信号と既知の送信信号をそれぞれ相関処理するステップと、
前記相関処理するステップにおいて処理を実行している期間に、前記相関処理するステップでの処理と並行に、前記入力した複数の受信信号に対する位相誤差を推定するステップと、
前記相関処理するステップでの処理が終了する際に、前記推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することによって、複数の重み係数を生成するステップと、
入力した複数の受信信号と、補正した複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成するステップと、
前記相関処理するステップでの処理が終了した後、補正した複数の重み係数を初期値として、適応アルゴリズムを使用しながら複数の重み係数を更新するステップと、
入力した複数の受信信号と、更新した複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成するステップと、
を含むことを特徴とする受信方法。
前記位相誤差を推定するステップは、前記入力した複数の受信信号と前記既知の送信信号から、前記既知の送信信号に対する前記入力した複数の受信信号の位相誤差をそれぞれ推定し、推定した複数の位相誤差を平均処理することによって、最終的な位相誤差を再び推定することを特徴とする請求項４に記載の受信方法。
前記既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、
本方法はさらに、前記入力した複数の受信信号から、前記既知の送信信号が連続している区間の終点を検出するステップを含み、
前記複数の重み係数を生成するステップは、前記検出した終点において、前記推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することを特徴とする請求項４または５に記載の受信方法。
複数の受信信号をそれぞれ入力するステップと、
前記入力した複数の受信信号と既知の送信信号をそれぞれ相関処理するステップと、
前記相関処理するステップにおいて処理を実行している期間に、前記相関処理するステップでの処理と並行に、前記入力した複数の受信信号に対する位相誤差を推定するステップと、
前記相関処理するステップでの処理が終了する際に、前記推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することによって、複数の重み係数を生成するステップと、
入力した複数の受信信号と、補正した複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成するステップと、
前記相関処理するステップでの処理が終了した後、補正した複数の重み係数を初期値として、適応アルゴリズムを使用しながら複数の重み係数を更新するステップと、
入力した複数の受信信号と、更新した複数の重み係数を、それぞれ対応させて乗算した後、乗算結果を合成するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
前記位相誤差を推定するステップは、前記入力した複数の受信信号と前記既知の送信信号から、前記既知の送信信号に対する前記入力した複数の受信信号の位相誤差をそれぞれ推定し、推定した複数の位相誤差を平均処理することによって、最終的な位相誤差を再び推定することを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
前記既知の送信信号は、受信信号中の所定の区間に連続して含まれ、
本プログラムはさらに、前記入力した複数の受信信号から、前記既知の送信信号が連続している区間の終点を検出するステップを含み、
前記複数の重み係数を生成するステップは、前記検出した終点において、前記推定した位相誤差をもとに、複数の相関処理した結果をそれぞれ補正することを特徴とする請求項７または８に記載のプログラム。