JP4420797B2 - 干渉キャンセラ及び当該干渉キャンセラを用いる中継装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態に係る干渉キャンセラを示すブロック図である。この干渉キャンセラは、アレー受信手段1、アレー合成用フィルタ手段20〜2L-1、アレー合成手段3、帰還信号合成手段4、分配手段5、帰還信号生成用フィルタ手段6、フィルタ係数制御手段7、及びBPF(Band Pass Filter:帯域フィルタ)8を備えている。アレー受信手段1は、それぞれの信号処理系(以下、ブランチと云う)#0〜#(L−1)におけるアレー素子で構成されるアレーアンテナによってOFDM信号を受信してアレー素子数分の受信信号を出力する。アレー合成用フィルタ手段20〜2L-1は、アレー受信手段1が出力するそれぞれの受信OFDM信号に対してフィルタ処理を施して出力する。アレー合成手段3は、アレー合成用フィルタ手段20〜2L-1がそれぞれ出力する信号を加算合成して出力する。帰還信号合成手段4は、アレー合成手段3が出力するアレー合成信号と後述する帰還信号とを合成して出力する。
図1を参照して、アレー受信手段1のアレーアンテナを構成するL本のアンテナが信号を受信して各OFDM信号xl(n)を出力すると、アレー合成用フィルタ手段20〜2L-1は、適応フィルタHlを用いてOFDM信号xl(n)にそれぞれフィルタ処理を施し、その後、アレー合成手段3は、フィルタ処理後の各信号をアレー合成する。そして、帰還信号合成手段4は、このアレー合成された信号と、帰還ループを形成する帰還信号生成用フィルタ手段6が適応フィルタHLを用いてフィルタ処理を施した出力信号(帰還信号)とを合成する。BPF8は、この合成信号に対して帯域制限を施し、分配手段5を経て当該干渉キャンセラの出力信号y(n)として外部に出力する。ただし、帰還信号生成用フィルタ手段6は、この信号y(n)を入力し、適応フィルタHLを用いて当該信号y(n)にフィルタ処理を施す。
ここで、Nf,Nbは、それぞれアレー合成用フィルタ手段20〜2L-1及び帰還信号生成用フィルタ手段6の各適応フィルタH0〜Lのフィルタ長を示す。また、本干渉キャンセラを用いた中継装置においては、外部に出力された信号y(n)は周波数変換及び増幅処理の後に送信されるので、以下では本干渉キャンセラの出力信号y(n)を送信信号とも称し、これをxL(n)とする。
周波数領域における重み付け合成は次式で表される。
y=wHx (2)
ここで、yは重み付け合成後の信号、wは各サブキャリアにおける重み係数、xはOFDMの各サブキャリアにおけるキャリアシンボルである。以下、重みを決定する方法を示す。
xk=[xk,0xk,1・・・xk,L]T (3)
J=E[|ek|2]
J=E[|r−wk Hxk|2] (4)
ここで、E[・]は期待値演算を示す。また、送信される信号の合成は時間領域で行われるため、後述する最適化アルゴリズムにおいては式(4)におけるekとして次式を用いる。
ek=r−xL (5)
fk=[fk,0fk,1・・・fk,L]T (6)
J=E[|ek|2]
J=E[|1−wk Hfk|2] (7)
また、送信される信号の合成は時間領域で行われるため、後述する最適化アルゴリズムにおいては式(7)におけるekとして次式を用いる。
ek=1−fL (8)
xk=[xk,0xk,1・・・xk,L]T (9)
J=E[|ek|2]
J=E[|dec(wk Hxk)−wk Hxk|2] (10)
ここで、dec(y)は、信号空間においてyに最も近い送信信号点のデータを返す関数を表す。また、送信される信号の合成は時間領域で行われるため、後述する最適化アルゴリズムにおいては式(10)におけるekとして次式を用いる。
ek=dec(xL)−xL (11)
gk=[gk,0gk,1・・・gk,L]T (12)
J=E[|ek|2]
J=E[|1−wk Hgk|2] (13)
また、送信される信号の合成は時間領域で行われるため、後述する最適化アルゴリズムにおいては式(13)におけるekとして次式を用いる。
ek=1−gL (14)
ここで、uはステップサイズを、上付きの*は複素共役をそれぞれ示す。また、図13は、RLS(Recursive Least-Squares)アルゴリズムを用いた場合のシグナルフローである。このRLSアルゴリズムによれば、次式を用いて重みを算出し更新する。
w(i+1)=w(i)+k(i)e*(i) (17)
P(i)=λ−1P(i−1)−λ−1k(i)uH(i)P(i−1) (18)
ここで、kはゲインベクトル、P(i)は相関逆行列、λは忘却係数である。尚、LMSアルゴリズム及びRLSアルゴリズムは公知の手法であるため説明を省略する。
hl(i+1)=IFFT[w* 0,l(i)w* 1,l(i)・・・w* K-1,l(i)] (19)
係数切り出し段7305は、所定のインパルス応答分を切り出し、適応フィルタHlのフィルタ係数hl(n)を出力する。この係数切り出し段7305は、フィルタ係数制御手段の第1の構成を用いる場合には、SPが伝送されないサブキャリアにおける重み係数を算出しないことに起因して、時間領域にイメージング成分が存在するため、これを切り出さないようにする必要がある。
図11は、フィルタ係数算出部の第2の構成を示すブロック図である。このフィルタ係数算出部730〜L−2は、図3〜図6に示したフィルタ係数算出部730〜73Lに相当する。前述の式(11)及び(13)における右辺第2項を、時刻iにおける重み係数の更新分として、次式のように定義する。
δw(i)=w(i+1)−w(i) (20)
フィルタ係数算出部730〜L−2が重み係数算出部72a〜dから重み係数の更新分δw(i)を入力すると、IFFT段7311(フィルタ係数修正分算出段)は、IFFTを行って、この重み係数の更新分の複素共役値を時間領域に変換し、フィルタ係数の修正分を求める。係数切り出し段7312は、このフィルタ係数の修正分からイメージング成分を除去して切り出す。乗算段7313は、係数切り出し段7312によりイメージング成分が除去されたフィルタ係数の修正分に適応係数μを乗算し、イメージング成分が除去されたフィルタ係数の修正分における雑音成分を抑圧する。また、加算段7315は、適応係数が乗算された各フィルタ係数の修正分に、遅延段7317により遅延された単位時間前のフィルタ係数を加算し、適応フィルタのフィルタ係数を更新する。つまり、フィルタ係数は次式で表される。
hl(i+1)=hl(i)+μtIFFT[δw* 0,l(i)δw* 1,l(i)・・・δw* K-1,l(i)]
(21)
=hl(i)+δhl(i) (22)
ここで、δwk,l(i)は、時刻i、サブキャリアkにおける重みの修正分δw(i)=w(i+1)−w(i)の第l番目の成分、μtは適応係数を示す。
図11に示したフィルタ係数算出部730〜L−2の非線形処理段7314は、第1の非線形処理を行うものであり、乗算段7313により乗算して推定されたフィルタ係数の修正分に対して、以下に示す非線形処理を施すことにより、その周波数帯域を拡張する。具体的には、前述の式(22)の第2項、すなわち時刻iにおけるl番目の適応フィルタHlのn番目のフィルタ係数に対する修正分をδhl,n(i)と定義する。乗算段7313が、フィルタ係数の修正分δhl,n(i)に対して修正分の最大値に適応係数μ1を乗算した後に、非線形処理段7314は、これをしきい値th1として設定し、振幅がしきい値以下の成分を次式のように0に置き換える。
図11に示したフィルタ係数算出部730〜L−2の非線形処理段7316は、第2の非線形処理を行うものであり、加算段7315により加算されたフィルタ係数に含まれるノイズ成分を除去するための非線形処理を施す。具体的には、非線形処理段7316は、予め設定されたしきい値th2以下の成分を、次式のように0にする。
上式により得られたフィルタ係数を各適応フィルタのフィルタ係数として用いる。詳細は、特開2001−94528号公報を参照されたい。
次に、図3〜図6に示したキャリアシンボル生成部700〜70Lについて説明する。図7に、キャリアシンボル生成の方法を示す。このキャリアシンボル生成部700〜Lは、キャリアシンボル生成部700〜70Lに相当し、GI除去段7001及びFFT段7002を備えている。キャリアシンボル生成部700〜LがOFDM信号を入力すると、GI(ガードインターバル)除去段7001は、ガードインターバルを除去し、有効シンボル期間に相当する信号を抽出する。そして、FFT段7002は、この有効シンボル期間長の時間領域OFDM信号をOFDMシンボル毎にフーリエ変換し、周波数領域信号であるキャリアシンボルヘ変換して出力する。
次に、図4に示した伝送路応答算出部740−1〜74L−1、及び図6に示した伝送路応答算出部740−2〜74L−2について説明する。図8に、SP信号から伝送路応答値を求める第1の方法を示す。本図の伝送路応答算出部740〜L−1は、図4に示した重み制御法に用いるものである。
図14に、本発明の実施の形態に係る干渉キャンセラを用いた中継装置(放送波中継局)のブロック図を示す。複数の受信アンテナ101が、親局から送信された希望波(OFDM波)を受信すると、受信フィルタ103は、当該受信信号をフィーダーケーブル102を通して入力し、希望波の周波数帯域外の不要な信号成分を除去する。各受信変換部104は、受信アンテナ101数分の受信フィルタ103により出力された信号をそれぞれ入力し、その出力レベルが一定になるようにAGC増幅し、周波数変換してIF信号を生成し出力する。このIF信号の中心周波数としては、37.15MHzが一般に用いられる。
2 アレー合成用フィルタ手段
3 アレー合成手段
4 帰還信号合成手段
5 分配手段
6 帰還信号生成用フィルタ手段
7 フィルタ係数制御手段
8 BPF
70 キャリアシンボル生成部
71 SP抽出部
72 重み係数算出部
73 フィルタ係数算出部
74 伝送路応答算出部
100 干渉キャンセラ
101 受信アンテナ
102 フィーダーケーブル
103 受信フィルタ
104 受信変換部
105 送信変換部
106 PA部
107 送信フィルタ
108 送信アンテナ
7001 GI除去段
7002 FFT段
7301,7313 乗算段
7302,7315 加算段
7303,7317 遅延段
7304,7311 IFFT段
7305,7312 係数切り出し段
7314,7316 非線形処理段
7401 基準SP信号発生段
7402,7412 除算段
7403 内挿補間段
7411 しきい値判定段
Claims (7)
- 複数のアレー素子で構成されるアレーアンテナによってOFDM変調された電波を受信し、アレー素子数分の受信信号を出力するアレー受信手段と、該アレー受信手段が出力するそれぞれの受信OFDM信号にそれぞれ適応フィルタによってフィルタ処理を施して出力するアレー素子数分のアレー合成用フィルタ手段と、該各アレー合成用フィルタ手段が出力する信号を加算合成して出力するアレー合成手段と、該アレー合成手段が出力するアレー合成信号と帰還信号とを合成して出力する帰還信号合成手段と、該帰還信号合成手段が出力する信号を2分配し、一方の分配出力を該干渉キャンセラの出力信号として出力すると共に、他方の分配出力を帰還信号生成用フィルタ手段に出力する分配手段と、該分配手段の他方の分配出力に適応フィルタによるフィルタ処理を施して前記帰還信号を生成し、帰還信号合成手段に出力する帰還信号生成用フィルタ手段と、前記アレー素子数分の各アレー合成用フィルタ手段及び前記帰還信号生成用フィルタ手段における各適応フィルタのフィルタ係数を適応制御するフィルタ係数制御手段とを備え、
該フィルタ係数制御手段が、
前記アレー受信手段の出力する各受信OFDM信号をそれぞれ高速フーリエ変換(FFT)することにより、周波数軸上の受信キャリアシンボルを生成して出力するアレー素子数分の受信キャリアシンボル生成部と、
該干渉キャンセラの出力信号をFFTすることにより、周波数軸上の送信キャリアシンボルを生成して出力する送信キャリアシンボル生成部と、
該送信キャリアシンボル生成部の出力する送信キャリアシンボルをしきい値判定し、判定値を生成して出力する判定段、
該判定段の出力する判定値と前記送信キャリアシンボル生成部の出力する送信キャリアシンボルとの間の誤差を求めて出力する誤差算出段、
及び、該誤差算出段の出力する誤差が最小となる前記各受信キャリアシンボル及び送信キャリアシンボルに対する重み係数を算出し、単位時間前のそれぞれの重み係数との間の差を出力する重み係数修正分算出段
を有する重み係数算出部と、
前記重み係数修正分算出段の出力する重み係数の差を逆高速フーリエ変換(IFFT)することにより、前記各アレー合成用フィルタ手段及び帰還信号生成用フィルタ手段のフィルタ処理に用いる各フィルタ係数の修正分を算出して出力するフィルタ係数修正分算出段、
該フィルタ係数修正分算出段の出力する各フィルタ係数の修正分から各フィルタのフィルタ長に応じた長さのフィルタ係数を出力する係数切り出し段、
該係数切り出し段の出力する各フィルタ係数の修正分に適応係数を乗算して出力する乗算段、
及び、該乗算段の出力する各フィルタ係数の修正分に単位時間前のフィルタ係数を加算し、各フィルタ係数として出力する加算段
を有するフィルタ係数算出部と、
を備えていることを特徴とする干渉キャンセラ。 - 前記フィルタ係数制御手段が、さらに、
前記送信キャリアシンボル生成部の出力する送信キャリアシンボルをしきい値判定し、判定値を生成して出力する判定段、
前記各受信キャリアシンボル生成部の出力する受信キャリアシンボルを前記判定段の出力する判定値で除算し、受信信号の伝送路応答値を求めて出力するアレー素子数分の受信信号伝送路応答値算出段、
及び、前記送信キャリアシンボル生成部の出力する送信キャリアシンボルを前記判定段の出力する判定値で除算し、送信信号の伝送路応答値を求めて出力する送信信号伝送路応答値算出段
を有する伝送路応答算出部を有し、
前記重み係数算出部が、請求項1に記載の重み係数算出部に代えて、
無歪みの伝送路応答値を生成して出力する無歪み応答値生成段、
該無歪み応答値生成段の出力する無歪応答値と前記送信信号伝送路応答値算出段の出力する送信信号の伝送路応答値との間の誤差を求めて出力する誤差算出段、
及び、該誤差算出段の出力する誤差が最小となる前記各受信信号の伝送路応答値及び送信信号の伝送路応答値に対する重み係数を算出し、単位時間前のそれぞれの重み係数との間の差を出力する重み係数修正分算出段を有することを特徴とする請求項1に記載の干渉キャンセラ。 - 前記フィルタ係数制御手段が、さらに、
前記受信キャリアシンボル生成部の出力する受信キャリアシンボルから、予め決められたシンボル番号及びサブキャリア番号のサブキャリアによって伝送されるスキャッタードパイロット(SP)を抽出し、受信SP信号として出力するアレー素子数分の受信SP抽出部と、
前記送信キャリアシンボル生成部の出力する送信キャリアシンボルからSPを抽出し、送信SP信号として出力する送信SP抽出部とを備え、
前記重み係数算出部が、請求項1に記載の重み係数算出部に代えて、
予め決められた振幅及び位相を有する基準SP信号を生成して出力する基準SP生成段、該基準SP生成段の出力する基準SP信号と前記送信SP抽出部の出力する送信SP信号との間の誤差を求めて出力する誤差算出段、
及び、該誤差算出段の出力する誤差が最小となる前記各受信SP信号及び送信SP信号に対する重み係数を算出し、単位時間前のそれぞれの重み係数との間の差を出力する重み係数修正分算出段を有する重み係数算出部と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の干渉キャンセラ。 - 前記フィルタ係数制御手段が、さらに、
予め決められた振幅及び位相を有する基準SP信号を生成して出力する基準SP生成段、
前記各受信SP抽出部の出力する受信SP信号を前記基準SP生成段の出力する基準SP信号で除算し、各受信信号のSPが伝送される予め決められたシンボル番号及びサブキャリア番号のサブキャリアにおける伝送路応答値を求めて出力するアレー素子数分の受信信号伝送路応答値算出段、
該受信信号伝送路応答値算出段の出力する各受信信号の伝送路応答値に内挿補間処理を施し、全てのサブキャリアについての受信信号の伝送路応答値を求めて出力するアレー素子数分の受信信号伝送路応答値内挿補間段、
前記送信SP抽出部の出力する送信SP信号を前記基準SP生成段の出力する基準SP信号で除算し、送信信号のSPが伝送される予め決められたシンボル番号及びサブキャリア番号のサブキャリアにおける伝送路応答値を求めて出力する送信信号伝送路応答値算出段、
及び、該送信信号伝送路応答値算出段の出力する送信信号の伝送路応答値に内挿補間処理を施し、全てのサブキャリアについての送信信号の伝送路応答値を求めて出力する送信信号伝送路応答値内挿補間段
を有する伝送路応答算出部を備え、
前記重み係数算出部が、請求項3に記載の重み係数算出部に代えて、
無歪みの伝送路応答値を生成して出力する無歪み応答値生成段、
該無歪み応答値生成段の出力する無歪応答値と前記送信信号伝送路応答値内挿補間段の出力する送信信号の伝送路応答値との間の誤差を求めて出力する誤差算出段、
及び、該誤差算出段の出力する誤差が最小となる前記各受信信号の伝送路応答値及び送信信号の伝送路応答値に対する重み係数を算出し、単位時間前のそれぞれの重み係数との間の差を出力する重み係数修正分算出段を有することを特徴とする請求項3に記載の干渉キャンセラ。 - 前記フィルタ係数制御手段のフィルタ係数算出部が、
前記乗算段の出力する各フィルタ係数の修正分について、該フィルタ係数の修正分の振幅の最大値からしきい値を設定し、該しきい値以下の場合に、フィルタ係数の修正分を0に置き換える第1の非線形処理段を有することを特徴とする請求項1から4までのいずれか一項に記載の干渉キャンセラ。 - 前記フィルタ係数制御手段のフィルタ係数算出部が、
前記加算段の出力する各フィルタ係数について、予め決められたしきい値以下の場合に、フィルタ係数を0に置き換える第2の非線形処理段を有することを特徴とする請求項1から5までのいずれか一項に記載の干渉キャンセラ。 - 請求項1から6までのいずれか一項に記載の干渉キャンセラを備えていることを特徴とする中継装置。
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