JP4118599B2 - ダイバーシチ受信機および受信方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア用ダイバーシチ受信機およびその受信方法に関するものであり、特に、ディジタル移動体通信,ディジタル衛星通信,ディジタル移動体衛星通信等のディジタル無線通信機器で使用されるダイバーシチ受信機およびその受信方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下、従来のダイバーシチ受信機について説明する。ディジタル移動体通信においては、電波が移動局周辺の地形や地物から反射,回折,散乱を受けることにより、受信信号の振幅や位相が激しく変動するフェージングが生じる場合がある。フェージング環境下での特性を改善するための技術の一つとして、複数のブランチで信号を受信し、それらを合成あるいは選択するダイバーシチ受信技術が知られている。ここでは、従来例として、差動符号化されたシングルキャリア4相位相変調(QPSK)信号に対して検波後合成ダイバーシチ受信を行う遅延検波ダイバーシチ受信機について、その構成と動作を説明する。
【0003】
図8は、たとえば、「IEEE Transactions on Vehicular Technology」の第40巻,第1号(1991)の第237〜249頁に掲載の、安達他による論文(“BER Performanceof QDPSK with Postdetection Diversity Reception in Mobile Radio Channels”:F。Adachi、K。Ohno)に記載された、従来の遅延検波ダイバーシチ受信機の構成を示す図である。
【0004】
図8において、101,102は受信信号を表し、103,104は1シンボル前の受信信号を表し、105,106は複素重み乗算後の受信信号を表し、107はダイバーシチ合成後の信号を表し、108は受信信号の判定結果を表す。また、111,112は各ブランチにおける入力信号を1シンボル時間だけ遅延させる遅延回路であり、113,114は各ブランチにおいて複素重みと受信信号を乗算する複素乗算器であり、115は各ブランチにおいて複素重み乗算後の受信信号を合成する複素加算器であり、116は信号の判定器である。
【0005】
ここで、上記のように構成される遅延検波ダイバーシチ受信機の動作について説明する。遅延回路111では、特定のブランチの受信信号101が入力されると、1シンボルに相当する時間分だけ遅延させて、1シンボル前の受信信号103を出力する。複素乗算器113では、受信信号101と1シンボル前の受信信号103との複素乗算を行い、複素重み乗算後の受信信号(遅延検波結果)105を出力する。
【0006】
一方、遅延回路112では、上記とは異なるブランチの受信信号102が入力されると、1シンボルに相当する時間分だけ遅延させて、1シンボル前の受信信号104を出力する。複素乗算器114では、受信信号102と1シンボル前の受信信号104との複素乗算を行い、複素重み乗算後の受信信号(遅延検波結果)106を出力する。
【0007】
複素加算器115では、両ブランチの遅延検波結果の複素加算を行い、ダイバーシチ合成後の信号107として軟判定データを出力する。判定器116では、軟判定データに対して硬判定を行い、受信信号の判定結果108として硬判定データを出力する。
【0008】
このように、検波後合成ダイバーシチ受信を行う遅延検波ダイバーシチ受信機では、各ブランチの遅延検波結果を合成することによって、ダイバーシチ受信を行わない場合と比較して特性を改善する。
【0009】
また、マルチキャリア伝送時の受信方式では、検波前に各ブランチの受信信号をダイバーシチ合成する方式がある。ここでは、2つ目の従来技術として、マルチキャリア変調用検波前ダイバーシチ受信機の構成と動作について説明する。
【0010】
図9は、たとえば、特開2001−156689号公報に記載された従来のマルチキャリア変調用検波前ダイバーシチ受信機の構成を示す図である。図9において、131,132は複素重みを表し、133,134は複素重み乗算後の受信信号を表し、135はダイバーシチ合成後の信号を表す。また、121,122は複素相互相関を計算する複素相互相関演算部である。
【0011】
ここで、上記のように構成されるマルチキャリア変調用検波前ダイバーシチ受信機の動作について説明する。まず、アンテナで受信した信号(101,102)は、それぞれ複素相互相関演算部(121,122)と複素乗算器(113,114)に送られる。複素相互相関演算部(121,122)では、複素重み(131,132)を算出し、その結果を複素乗算器(113,114)に対して出力する。
【0012】
複素乗算器(113,114)では、受信信号(101,102)を複素信号として扱い、当該受信信号(101,102)と複素重み(131,132)との乗算結果である受信信号(133,134)を複素加算器115に対して出力する。複素加算器115では、両方の信号の和をダイバーシチ合成後の信号135として、複素相互相関演算部(121,122)と後続の検波部(図示せず)に対して出力する。
【0013】
複素相互相関演算部(121,122)では、受信信号を先行波Diと遅延波Uiの和、すなわち、Di+Uiとおく。また、フィードバックされた信号を、先行波の和Doと遅延波の和Uoによるものとして、Do+Uoとおく。その結果、複素重みWiは、受信した信号とフィードバックされた信号との相関を取ると、以下の(1)式のように表すことができる。
【0014】
【数1】
【0015】
なお、この式で、右辺の第2の積分は、相関が小さいので確率的に極めて小さい値をとると考えてよい。したがって、和Do+UoのDoが大きい場合は(2)式となる。逆に、Uoが大きい場合には、(3)式となる。
【0016】
【数2】
【0017】
【数3】
【0018】
これにより、先行波が全体として強い場合には先行波が強くなるように、遅延波が全体として強い場合には遅延波が強くなるように、フィードバックによるダイバーシチ合成が行われる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来のダイバーシチ受信機においては、検波後ダイバーシチ合成をマルチキャリア伝送に適用する場合、ブランチ毎に複数のキャリアを抽出してから検波を行い、その後、合成処理を行うこととなり、キャリア抽出および検波の回数が増大する。すなわち、ダイバーシチを行うためのブランチ数を増やす程、受信機における処理量が増大する、という問題があった。
【0020】
また、マルチキャリア変調の検波前ダイバーシチ合成では、移動体通信において移動局から基地局へ信号を送信するような場合、送信局によって伝搬路特性が異なるため、最大比合成を行うことができない、という問題があった。
【0021】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処理量の削減およびダイバーシチによる最適な復調特性、を実現可能なダイバーシチ受信機およびその受信方法を得ることを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるダイバーシチ受信機にあっては、マルチキャリア用のダイバーシチ受信機として動作し、受信フレームから得られる、各キャリアに関するブランチ間の位相差情報および振幅情報に基づいて、各キャリアの重み付け係数を算出する重み付け係数算出手段と、前記検波前に、前記重み付け係数に基づいて、キャリア毎に各ブランチの受信信号を合成する合成手段と、を備えることを特徴とする。
【0023】
つぎの発明にかかるダイバーシチ受信機において、たとえば、全キャリアが同一の伝搬路特性を持つ場合、前記重み付け係数算出手段は、全キャリアで共通の重み付け係数を算出し、前記合成手段は、前記検波前に、前記共通の重み付け係数に基づいて全キャリアを一括して合成することを特徴とする。
【0024】
つぎの発明にかかるダイバーシチ受信機において、たとえば、任意の複数キャリア毎に同一の伝搬路特性を持つ場合、前記重み付け係数算出手段は、同一の伝搬路特性を持つ複数キャリアをそれぞれ1つのグループとし、グループ毎に共通の重み付け係数を計算し、前記合成手段は、前記検波前に、前記重み付け係数に基づいて、グループ毎に各ブランチの受信信号を合成することを特徴とする。
【0025】
つぎの発明にかかる受信方法にあっては、マルチキャリア用ダイバーシチ受信機が、受信フレームから得られる、各キャリアに関するブランチ間の位相差情報および振幅情報に基づいて、各キャリアの重み付け係数を算出する重み付け係数算出ステップと、前記検波前に、前記重み付け係数に基づいて、キャリア毎に各ブランチの受信信号を合成する合成ステップと、を含むことを特徴とする。
【0026】
つぎの発明にかかる受信方法において、全キャリアが同一の伝搬路特性を持つ場合、前記重み付け係数算出ステップでは、全キャリアで共通の重み付け係数を算出し、前記合成ステップでは、前記検波前に、前記共通の重み付け係数に基づいて全キャリアを一括して合成することを特徴とする。
【0027】
つぎの発明にかかる受信方法において、任意の複数キャリア毎に同一の伝搬路特性を持つ場合、前記重み付け係数算出ステップでは、同一の伝搬路特性を持つ複数キャリアをそれぞれ1つのグループとし、グループ毎に共通の重み付け係数を計算し、前記合成ステップでは、前記検波前に、前記重み付け係数に基づいて、グループ毎に各ブランチの受信信号を合成することを特徴とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるダイバーシチ受信機および受信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0029】
実施の形態1.
図1は、本発明にかかるダイバーシチ受信機の実施の形態1の構成を示す図である。本実施の形態では、2つのキャリア信号を2ブランチ受信した場合を想定する。図1において、1,2は各キャリア用のブランチ合成器であり、3はマルチキャリア復調器であり、4,5は判定器であり、6,7は受信信号を合成する場合の重み付け係数を算出する重み付け算出器である。また、11,12は受信信号を表し、13,14はブランチ合成出力を表し、15,16はキャリア検波結果を表し、17,18は受信信号の判定結果を表し、19,20は受信信号を合成する場合の重み付け係数を表す。
【0030】
また、図2は、実施の形態1で想定する伝送路モデルを示す図であり、21はマルチキャリア信号を受信する基地局であり、22,23は移動局である。また、24,25は移動局22,23から基地局21への送信信号を表す。
【0031】
ここで、本実施の形態のダイバーシチ受信機の動作(受信方法)について説明する。まず、重み付け算出器6,7では、ブランチ合成器1の受信信号とブランチ合成器2の受信信号を用いて、各キャリアに最適なブランチ合成時の重み付け係数19,20を計算する。ここでは、移動局22と移動局23では基地局21までの伝送路が同一でないため、ch1用の重み付け係数19とch2用の重み付け係数20は異なることになる。そのため、ch1用の重み付け係数19とch2用の重み付け係数20をそれぞれ個別に計算する。
【0032】
図3は、重み付け算出器6,7の構成の一例を示す図であり、31,32はキャリア抽出器であり、33,34は位相/振幅検出器である。ここでは、送信フレームの一部、たとえば、トレーニング信号(既知の参照信号)部分だけを復調し、各キャリア(ch1,ch2)に関してブランチ間の位相差情報および振幅情報を取得する。これらの情報から、2つのブランチの受信信号を同相合成するための重み付け係数を算出する。
【0033】
ブランチ合成器1,2では、各キャリア(ch1,ch2)用の重み付け係数と各ブランチの受信信号とを用いて、ブランチ合成を行う。
【0034】
マルチキャリア復調器3では、ブランチ合成出力13,14を用いて検波処理を行う。図4は、マルチキャリア復調器3の構成の一例を示す図であり、41はキャリア抽出器であり、42は検波器である。マルチキャリア復調器3では、キャリア抽出器41が、上記ブランチ合成結果(マルチキャリア信号)から復調するキャリアを抽出し、検波器42が、抽出されたキャリアを検波する。キャリア抽出器41による抽出方法としては、たとえば、内部ローカル周波数を複素乗算して希望キャリアをベースバンドの周波数に遷移させてから、ローパスフィルタ(LPF)で抜き出す方法、を用いる。また、検波器42による検波方法としては、たとえば、同期検波や、差動符号化されている場合には遅延検波、を用いる。
【0035】
判定器4,5では、キャリア検波結果15,16を硬判定し、受信信号の判定結果17,18として硬判定データを出力する。
【0036】
このように、本実施の形態においては、各ブランチの信号をマルチキャリア復調前に合成することとした。これにより、検波後に合成する方式と比較して、復調にかかる処理量を(ブランチ数分の1で済む)削減できる。また、たとえば、各キャリアが異なる伝搬路を経由してきた場合に、各キャリアに関して重み付け係数を計算する構成としたため、ダイバーシチによる最適な復調特性を得ることができる。
【0037】
なお、本実施の形態では、2つのキャリアのマルチキャリア信号を2ブランチ受信したダイバーシチ受信機に関して説明したが、これに限らず、任意の複数キャリアのマルチキャリア信号を受信したダイバーシチ受信機であっても、複数の重み付け算出器と合成器とを用いることにより、上記と同様の効果を得ることができる。また、複数ブランチ受信したダイバーシチ受信機に関しても、複数ブランチに対応した重み付け算出器を用い、合成器が当該複数ブランチを合成することにより、上記と同様の効果を得ることができる。
【0038】
実施の形態2.
図5は、本発明にかかるダイバーシチ受信機の実施の形態2の構成を示す図である。本実施の形態でも、前述同様、2つのキャリア信号を2ブランチ受信した場合を想定する。図5において、13aはブランチ合成出力を表す。なお、前述した実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、実施の形態1と異なる動作(受信方法)についてのみ説明する。
【0039】
また、図6は、実施の形態2で想定する伝送路モデルを示す図であり、26,27は基地局21から移動局22,23への送信信号を表す。本実施の形態では、各キャリアにおける伝送路特性がほぼ同じで、周波数選択性フェージングがないとみなせるような、たとえば、「マルチキャリア伝送における下り回線」を想定する。
【0040】
重み付け算出器6では、ブランチ合成器1の受信信号とブランチ合成器2の受信信号とを用いて、ブランチ合成時の最適な重み付け係数19を計算する。ここでは、各キャリアの伝送路特性がほぼ同一とみなせるため、複数キャリアの信号を一度に合成することができる。ブランチ合成器1では、この重み付け係数19と受信信号11と受信信号12とを用いて、ブランチ合成を行う。このとき、ブランチ合成出力13aを出力する。
【0041】
マルチキャリア復調器3では、ブランチ合成出力13aを用いて、キャリア毎に検波処理を行う。
【0042】
このように、本実施の形態では、ブランチ数が増えた場合であっても、受信するキャリア数が変わらなければ、同一のマルチキャリア復調器で対応できる。これにより、ブランチ数の増加に伴う復調器の処理量の増加を防ぐことができる。
【0043】
実施の形態3.
図7は、実施の形態3で想定する伝送路モデルを示す図であり、28,29は移動局22,23から基地局21への送信信号を表す。本実施の形態では、受信する複数キャリアにおける伝搬路特性がほぼ同一で、当該複数キャリアがいくつかのグループに分けられる場合を想定する。一例として、2つの移動局22,23がそれぞれ2キャリアの信号を送信した場合、各移動局の送信信号は、ほぼ同一の伝搬路特性で基地局に届く。この場合、同じ移動局から送信されたマルチキャリア信号は、一度にダイバーシチ合成を行うことができる。
【0044】
ここで、本実施の形態のダイバーシチ受信機の動作(受信方法)について説明する。ここでは、実施の形態1および2と異なる動作についてのみ説明する。たとえば、本実施の形態の重み付け算出器では、同一の伝搬路特性をもつキャリアを1つのグループとし、各ブランチの受信信号を用いてグループ毎に最適な重み付け係数を計算する。そして、この重み付け係数と各ブランチの受信信号とを用いて、実施の形態2と同様の方法で、グループ毎に、一度にブランチ合成を行う。
【0045】
このように、本実施の形態においては、伝送路特性が同一の信号毎にグループ分けを行い、グループ毎にブランチ合成時の重み付け係数を計算するため、ダイバーシチによる最適な復調特性を得ることができる。
【0046】
なお、本実施の形態では、4つのキャリアのマルチキャリア信号を2グループに分けて合成するダイバーシチ受信機に関して説明したが、これに限らず、任意の複数キャリアのマルチキャリア信号を受信したダイバーシチ受信機であっても、グループ数分の重み付け算出器と合成器とを用いることにより、上記と同様の効果を得ることができる。また、移動局から受信したマルチキャリア信号のキャリア数が変化した場合であっても、複数キャリアにおける伝送路特性が同一であるとみなせる場合には、上記と同様の効果を得ることができる。
【0047】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、各ブランチの信号をマルチキャリア復調前に合成する構成とした。これにより、検波後に合成する方式と比較して、復調にかかる処理量を削減可能なダイバーシチ受信機を得ることができる、という効果を奏する。また、たとえば、各キャリアが異なる伝搬路を経由してきた場合に、各キャリアに関して重み付け係数を計算する構成とした。これにより、ダイバーシチによる最適な復調特性を得ることが可能なダイバーシチ受信機を得ることができる、という効果を奏する。
【0048】
つぎの発明によれば、ブランチ数が増えた場合であっても、受信するキャリア数が変わらなければ、同一のマルチキャリア復調器で対応できる。これにより、ブランチ数の増加に伴う復調器の処理量の増加を防ぐことが可能なダイバーシチ受信機を得ることができる、という効果を奏する。
【0049】
つぎの発明によれば、伝送路特性が同一の信号毎にグループ分けを行い、グループ毎にブランチ合成時の重み付け係数を計算する構成とした。これにより、ダイバーシチによる最適な復調特性を得ることが可能なダイバーシチ受信機を得ることができる、という効果を奏する。
【0050】
つぎの発明によれば、各ブランチの信号をマルチキャリア復調前に合成することとした。これにより、検波後に合成する方式と比較して、復調にかかる処理量を削減できる、という効果を奏する。また、たとえば、各キャリアが異なる伝搬路を経由してきた場合に、各キャリアに関して重み付け係数を計算することとした。これにより、ダイバーシチによる最適な復調特性を得ることができる、という効果を奏する。
【0051】
つぎの発明によれば、ブランチ数が増えた場合であっても、受信するキャリア数が変わらなければ、同一のマルチキャリア復調器で対応できる。これにより、ブランチ数の増加に伴う復調器の処理量の増加を防ぐことができる、という効果を奏する。
【0052】
つぎの発明によれば、伝送路特性が同一の信号毎にグループ分けを行い、グループ毎にブランチ合成時の重み付け係数を計算することとした。これにより、ダイバーシチによる最適な復調特性を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかるダイバーシチ受信機の実施の形態1の構成を示す図である。
【図2】 実施の形態1で想定する伝送路モデルを示す図である。
【図3】 重み付け算出器の構成の一例を示す図である。
【図4】 マルチキャリア復調器の構成の一例を示す図である。
【図5】 本発明にかかるダイバーシチ受信機の実施の形態2の構成を示す図である。
【図6】 実施の形態2で想定する伝送路モデルを示す図である。
【図7】 実施の形態3で想定する伝送路モデルを示す図である。
【図8】 従来のダイバーシチ受信機の一例を示す図である。
【図9】 従来のダイバーシチ受信機の一例を示す図である。
【符号の説明】
1,2 ブランチ合成器、3 マルチキャリア復調器、4,5 判定器、6,7 重み付け算出器、21 基地局、22,23 移動局、31,32 キャリア抽出器、33,34 位相/振幅検出器、41 キャリア抽出器、42 検波器。
Claims (4)
- 全キャリアが同一の伝搬路特性を持つ場合における、マルチキャリア用のダイバーシチ受信機であって、
受信フレームの既知信号部分から得られる、各キャリアに関するブランチ間の位相差情報および振幅情報に基づいて、全キャリアで共通の重み付け係数を算出する重み付け係数算出手段と、
検波前に、前記共通の重み付け係数を用いて各ブランチの受信信号を合成する合成手段と、
を備えることを特徴とするダイバーシチ受信機。 - マルチキャリア用のダイバーシチ受信機であって、
同一の伝搬路特性を持つ複数のキャリアをそれぞれ1つのグループとし、受信フレームの既知信号部分から得られる、各キャリアに関するブランチ間の位相差情報および振幅情報に基づいて、グループ毎に共通の重み付け係数を算出する重み付け係数算出手段と、
検波前に、前記グループ毎に共通の重み付け係数を用いて、それぞれ、各ブランチの受信信号を合成する合成手段と、
を備えることを特徴とするダイバーシチ受信機。 - 全キャリアが同一の伝搬路特性を持つ場合における、マルチキャリア用ダイバーシチ受信機の受信方法において、
受信フレームの既知信号部分から得られる、各キャリアに関するブランチ間の位相差情報および振幅情報に基づいて、全キャリアで共通の重み付け係数を算出する重み付け係数算出ステップと、
検波前に、前記共通の重み付け係数を用いて各ブランチの受信信号を合成する合成ステップと、
を含むことを特徴とする受信方法。 - マルチキャリア用ダイバーシチ受信機の受信方法において、
同一の伝搬路特性を持つ複数のキャリアをそれぞれ1つのグループとし、受信フレームの既知信号部分から得られる、各キャリアに関するブランチ間の位相差情報および振幅情報に基づいて、グループ毎に共通の重み付け係数を算出する重み付け係数算出ステップと、
検波前に、前記グループ毎に共通の重み付け係数を用いて、それぞれ、各ブランチの受信信号を合成する合成ステップと、
を含むことを特徴とする受信方法。
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