JP4725628B2 - 受信装置、受信方法、プログラム、及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、受信装置、受信方法、プログラム、及び無線通信システムに関する。

近年、空間分割多重方式により通信帯域の周波数利用効率を向上させるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信と呼ばれる通信方式が実用化されている。ＭＩＭＯ通信では、送信装置と受信装置にそれぞれ複数のアンテナを設け、各アンテナ間の伝送路を互いに独立した仮想的な通信チャネル（ＭＩＭＯチャネル）とみなして拡大された伝送容量を用いて、通信が行われる。

例えば、送信装置にＭ本の送信アンテナ、受信装置にＮ本の受信アンテナが設けられた場合、仮想的なＭＩＭＯチャネルの数はＭ×Ｎ本となる。Ｍ×Ｎ本のＭＩＭＯチャネルの特性は、典型的には、Ｍ行Ｎ列のチャネル行列として表される。そして、ＭＩＭＯ通信において、受信装置は、送信装置から送信される既知信号（例えばプリアンブル信号など）を用いてＭ行Ｎ列のチャネル行列を推定し、推定結果に応じて受信信号から送信信号を復元する。

ＭＩＭＯ通信を行う無線通信システムについて開示した文献としては、例えば、下記特許文献１が挙げられる。下記特許文献１では、チャネル行列の特異値分解を利用してＭＩＭＯ通信の伝送効率を向上させる際、受信装置から送信装置への逐次的なフィードバックを不要とする無線通信システムが提案されている。

特開２００５−１８４７３０号公報

しかしながら、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）のパケットフォーマットでは、パケットの先頭にチャネル行列の推定に用いられる既知信号が配置される。そのため、当該既知信号を用いてチャネル行列を推定した後、パケット長が長い場合には、フェージングによりチャネルの特性が時間的に変動することにより、受信信号の品質が著しく劣化する場合がある。また、データシンボルに含まれるパイロットトーンを用いてチャネルの特性の変動に追従させようとしても、パケット長が長い場合には特性を維持することは困難である。

チャネル行列をフェージングによる特性の変動に適応的に追従させるために、例えば、ＬＭＳ（Least Mean Squares）アルゴリズムを用い、次の式（１）に従って、前回推定したチャネル行列Ｈ_oldから新たなチャネル行列Ｈ_newを求める方法がある。なお、式（１）において、Ｙは受信信号、Ｘ´は受信信号Ｙの復号結果、Ｘ´^hは復号結果Ｘ´の複素共役転置行列、μは忘却係数を表す。

ここで、チャネル行列Ｈの各要素は概ね独立にフェージング変動を受けるベクトル量だが、Ｘ´を正しく推定できたとしても、チャネル行列の各要素の時間的変動までを正確に推定することはできない。即ち、実際のＭＩＭＯチャネルに適用可能な最適な忘却係数μの値は経験的には小さい値（μ＝0.125程度）であり、式（１）の収束は遅く、チャネル特性の変動に即時的に対応させづらい。また、例えばプリアンブル信号を用いた周波数誤差の補正後に残る残留周波数オフセット成分については、従来の手段では補正することができない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＭＩＭＯチャネルのチャネル特性の時間的な変動に対する適応性を向上させた、新規かつ改良された受信装置、受信方法、プログラム、及び無線通信システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の送信アンテナから送信される無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信部と、前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御部と、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定部と、前記チャネル推定部により推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化部と、前記等化部により等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号部と、前記チャネル行列、前記受信信号、及び、前記復調復号部による復号結果又は前記等化部による等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定部と、を備える受信装置が提供される。

また、前記誤差推定部は、前記チャネル変動成分及び前記位相誤差成分を算出するために十分な数の前記受信信号と前記復号結果又は前記等化結果との間の関係式を複数の受信シンボルを用いて生成し、生成した当該関係式を解くことにより前記チャネル変動成分及び前記位相誤差成分を算出してもよい。

また、前記誤差推定部は、前記チャネル行列、前記受信信号、及び前記復号結果又は前記等化結果を用いて、再帰最小二乗アルゴリズム又は最小平均二乗アルゴリズムに従って前記チャネル変動成分及び前記位相誤差成分を算出してもよい。

また、前記誤差推定部は、複数回にわたり算出した前記チャネル変動成分及び前記位相誤差成分の加重平均値を出力してもよい。

また、前記等化部は、前記誤差推定部により推定された前記チャネル変動成分をさらに用いて前記受信信号を等化してもよい。

また、前記周波数制御部は、前記誤差推定部により推定された前記位相誤差成分を用いて、前記受信信号の位相をさらに補正してもよい。

また、前記周波数制御部は、前記誤差推定部により推定された前記位相誤差成分のサブキャリア間の変化量に基づいて、クロックずれに起因する位相の誤差を補正してもよい。

また、前記誤差推定部は、前記チャネル行列、前記受信信号、及び前記復号結果又は前記等化結果に基づいて、前記受信信号に残る振幅誤差成分をさらに推定してもよい。

また、前記復調復号部は、前記誤差推定部により推定された前記振幅誤差成分を用いて、前記等化部による前記等化結果の振幅を補正してもよい。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、受信装置における無線信号の受信方法であって、複数の送信アンテナから送信される無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信ステップと、前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御ステップと、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定ステップと、推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化ステップと、等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号ステップと、前記チャネル行列、前記受信信号、及び、前記復調復号部による復号結果又は前記等化部による等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定ステップと、を含む受信方法が提供される。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の送信アンテナから送信される無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信部、前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御部、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定部、前記チャネル推定部により推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化部、及び、前記等化部により等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号部、を備える受信装置を制御するコンピュータを、前記チャネル行列、前記受信信号、及び、前記復調復号部による復号結果又は前記等化部による等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定部、として機能させるための、プログラムが提供される。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の送信アンテナから無線信号を送信する送信装置と、前記無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信部、前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御部、各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定部、前記チャネル推定部により推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化部、前記等化部により等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号部、並びに、前記チャネル行列、前記受信信号、及び、前記復調復号部による復号結果又は前記等化部による等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定部、を備える受信装置と、を含む無線通信システムが提供される。

以上説明したように、本発明に係る受信装置、受信方法、プログラム、及び無線通信システムによれば、ＭＩＭＯチャネルのチャネル特性の時間的な変動に対する適応性を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、以下の順序にしたがって当該「発明を実施するための最良の形態」を説明する。
１．一実施形態に係る無線通信システムの概要
２．一実施形態に係る受信装置の説明
２−１．受信装置の構成例
２−２．受信処理の流れの一例
２−３．第１の変形例
２−４．第２の変形例
２−５．第３の変形例
３．まとめ

＜１．一実施形態に係る無線通信システムの概要＞
まず、図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１０の概要について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１０について概略的に示した模式図である。図１を参照すると、無線通信システム１０は、送信装置１００と受信装置１１０とを含む。また、送信装置１００は、Ｍ本の送信アンテナ１０２ａ、１０２ｂ、・・・、１０２ｍを有する。受信装置１１０は、Ｎ本の受信アンテナ１１２ａ、１１２ｂ、・・・、１１２ｎを有する。

送信装置１００は、ｋ個の送信データを空間／時間符号化して生成した無線信号をＭ本の送信アンテナ１０２ａ、ｂ…ｍに分配して各ＭＩＭＯチャネルに送出する。一方、受信装置１１０は、送信装置１００から送信された無線信号を、ＭＩＭＯチャネル経由でＮ本の受信アンテナ１１２ａ、ｂ…ｎにより受信し、空間／時間復号してＫ個の受信データを得る。

従って、ＭＩＭＯ通信における通信チャネル（ＭＩＭＯチャネル）の特性は、送信装置１００のＭ本の各送信アンテナと受信装置１１０のＮ本の各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネル特性を要素とする、Ｍ行×Ｎ列のチャネル行列Ｈで表される。

このようなチャネル行列Ｈは、例えば、無線ＬＡＮのパケットの先頭に付されるプリアンブル信号や、連続信号の中に一定間隔で挿入されるパイロット信号などの既知信号を用いて、受信装置１１０において推定される。しかしながら、前述したように、既知信号を用いてチャネル行列を推定した後、パケット長が長い場合には、フェージングを原因としてチャネルの特性が時間的に変動することにより、受信信号の品質は劣化し得る。そこで、次節より一例として説明する受信装置１１０の構成により、ＭＩＭＯチャネルの特性の時間的な変動を敏速に検知し、その変動に適応的に追従することとする。なお、次節の説明において、受信装置１１０は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式で無線信号を受信する受信装置であるものとする。

＜２．一実施形態に係る受信装置の説明＞
［２−１．受信装置の構成例］
図２は、一実施形態に係る受信装置１１０の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、受信装置１１０は、Ｎ本の受信アンテナ１１２ａ、ｂ…ｎ、無線受信部１２０、周波数制御部１３０、ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎ、チャネル推定部１５０、等化部１６０、復調復号部１７０、及び誤差推定部１８０を備える。

無線受信部１２０は、図１に一例として示した送信装置１００のＭ本の送信アンテナ１０２ａ、ｂ…ｍから送信される無線信号をｎ本の受信アンテナ１１２ａ、ｂ…ｎにより受信し、デジタル信号である受信信号を生成して周波数制御部１３０へ出力する。

図３は、無線受信部１２０のより具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図３を参照すると、無線受信部１２０において、ｎ本の受信アンテナ１１２ａ、ｂ…ｎにはそれぞれ、ＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）部１２２ａ、ｂ…ｎが接続される。ＡＧＣ部１２２ａ、ｂ…ｎは、受信アンテナ１１２ａ、ｂ…ｎにより受信される各無線信号の利得を自動的に調整する。ＡＧＣ部１２２ａ、ｂ…ｎにはそれぞれ、ＡＤＣ（Analog Digital Converter：アナログ−デジタル変換）部１２４ａ、ｂ…ｎが接続される。ＡＤＣ部１２４ａ、ｂ…ｎは、ＡＧＣ部１２２ａ、ｂ…ｎから出力される無線信号をデジタル信号である受信信号に変換する。ＡＤＣ部１２４ａ、ｂ…ｎにはそれぞれ、フィルタ部１２６ａ、ｂ…ｎが接続される。フィルタ部１２６ａ、ｂ…ｎは、ＡＤＣ部１２４ａ、ｂ…ｎから出力される受信信号に対し所定の周波数帯についてのフィルタリング処理を行う。さらに、フィルタ部１２６ａ、ｂ…ｎには、同期部１２８が接続される。同期部１２８は、フィルタ部１２６ａ、ｂ…ｎによるフィルタリング処理後の受信信号から例えばパケットを発見し、同期タイミングを検出する。そして、同期部１２８から周波数制御部１３０へ、受信信号が出力される。

図２に戻り、本実施形態に係る受信装置１１０の構成の説明を継続する。

周波数制御部１３０は、無線受信部１２０から出力される受信信号に含まれるキャリア周波数誤差を検出し、検出したキャリア周波数誤差を補正した後、当該受信信号を各ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎへ出力する。即ち、周波数制御部１３０は、例えばＡＦＣ（Automatic Frequency Control：自動周波数制御）の機能を実現する。さらに、本実施形態では、周波数制御部１３０は、後述する誤差推定部１８０により推定される位相誤差成分を用いて、受信信号の位相をさらに補正する。誤差推定部１８０による位相誤差成分の推定については、後により詳しく説明する。

ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部１４０ａ、ｂ…ｎは、無線受信部１２０から出力され、周波数制御部１３０によって補正された受信信号の時間領域の信号を、周波数領域のサブキャリアごとの信号に分波する。ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎにより分波された受信信号は、チャネル推定部１５０及び等化部１６０へ入力される。

チャネル推定部１５０は、受信信号に含まれる既知信号の位相と振幅から、前述した各送信アンテナ１０２ａ、ｂ…ｍと各受信アンテナ１１２ａ、ｂ…ｎとの間の個々の対に対応するチャネル特性を要素とするＭ行Ｎ列のチャネル行列Ｈを推定する。

等化部１６０は、チャネル推定部１５０により推定された前述のチャネル行列Ｈを用いて、ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎから入力される受信信号を等化し、マルチパス伝搬環境であるＭＩＭＯチャネルの伝送路歪みの影響をキャンセルする。ここで、本実施形態では、等化部１６０は、後述する誤差推定部１８０により推定されるチャネル変動成分をさらに用いて、受信信号を等化する。誤差推定部１８０によるチャネル変動成分の推定については、後により詳しく説明する。等化部１６０により等化された受信信号は、復調復号部１７０へ出力される。

復調復号部１７０は、等化部１６０から入力される等化された受信信号を、復調及び復号する。復調復号部１７０による受信信号の復調は、例えば、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）やＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）など、無線通信システム１０において使用可能な任意のデジタル変調方式に従って行われる。また、復調復号部１７０による復号に際しては、例えばビタビ復号などのように、同時に誤り訂正などが行われてもよい。

誤差推定部１８０は、チャネル行列、受信信号、及び復調復号部１７０による復号結果又は等化部１６０による等化結果に基づいて、各ＭＩＭＯチャネルのチャネル行列の時間的変動を表すチャネル変動成分及び受信信号に残る位相誤差成分を推定する。

以下、誤差推定部１８０によるチャネル変動成分及び位相誤差成分の推定の考え方について説明する。

一例として、送信アンテナ１０２及び受信アンテナ１１２が共に２本（Ｍ＝Ｎ＝２）である場合を想定する。その場合、ｉ番目のシンボルについてのチャネル行列をＨ_ｉとすると、チャネル行列の初期値Ｈ_０は次式のように定義される。

また、フェージングによるチャネル変動成分をＢｅ^ｊΔ（Ｂは振幅変動、ｅ^ｊΔは位相変動を表す）とすると、ｉ＞０以降のフェージングの影響を受けたチャネル行列Ｈ_ｉは、次式のように定義される。

この場合、チャネル推定部１５０が推定すべき値は４つのチャネル変動成分Ｂ₀₀ｅ^ｊΔ00、Ｂ₀₁ｅ^ｊΔ01、Ｂ₁₀ｅ^ｊΔ10、Ｂ₁₁ｅ^ｊΔ11である。ここで、例えば、ｉ番目のシンボルについての受信信号をＹ_ｉ、復調復号部１７０による復号結果又は等化部１６０による等化結果（例えば等化結果を硬判定した値）をＸ´_ｉとすると、チャネル行列Ｈ_ｉを用いて次の関係式が成立する。

式（４）をベクトルの要素単位に分解すると、次の２式よりなる連立方程式が導かれる。

また、ｉ＋１番目のシンボルについて、次の２式よりなる連立方程式が導かれる。

ここで、チャネル変動成分のシンボル間の差分Ｂ´及びｅ^ｊΔ´は十分小さいと仮定すると、式（７）及び式（８）をそれぞれ、次の式（９）及び式（１０）のように簡略化することができる。

以上より、４つのチャネル変動成分Ｂ₀₀ｅ^ｊΔ00、Ｂ₀₁ｅ^ｊΔ01、Ｂ₁₀ｅ^ｊΔ10、Ｂ₁₁ｅ^ｊΔ11について、式（５）、式（６）、式（９）、式（１０）の４つの関係式が導かれた。この関係式に現れるｈ_00,i-1、ｈ_01,i-1、ｈ_10,i-1、ｈ_11,i-1は、過去に受信したｉ−１番目のシンボルについて推定されたチャネル行列Ｈ_i-1の各要素である。即ち、既知のチャネル行列Ｈ、受信信号Ｙ、及び復号結果又は等化結果Ｘ´を用いて、前述した４つのチャネル変動成分Ｂ₀₀ｅ^ｊΔ00、Ｂ₀₁ｅ^ｊΔ01、Ｂ₁₀ｅ^ｊΔ10、Ｂ₁₁ｅ^ｊΔ11を連立方程式を解いて求めることができる。

さらに、本実施形態に係る誤差推定部１８０は、フェージングによるチャネル変動成分のみならず、周波数制御部１３０によるキャリア周波数誤差の補正後に受信信号に残る位相誤差成分を推定する。

まず、受信信号に残る位相誤差成分は、シンボルの復号過程でパイロットチャネルから得られるエラー成分Ｐ_ｉ、及び周波数制御部１３０における周波数オフセットに起因する残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉに分けられる。このうち、エラー成分Ｐ_ｉは、シンボルの復号過程でパイロットチャネルから得られる既知の値である。エラー成分Ｐ_ｉは、次式で表される。

一方、残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉは未知の値である。残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉは、次式で表される。

ｉ番目のシンボルについての受信信号Ｙ_ｉ、復号結果又は等化結果Ｘ´_ｉ、チャネル行列Ｈ_ｉ、エラー成分Ｐ_ｉ、及び残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉの関係式は、前述した式（４）を拡張し、次式で与えられる。

ここで、残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉは１つのシンボルごとに回転していく位相であることから、ｉ番目、ｉ＋１番目、ｉ＋２番目のシンボルを考慮すると、次の式（１４）〜（１９）が導かれる。

これら６つの関係式（１４）〜（１９）において、未知である変数は、４つのチャネル変動成分Ｂ₀₀ｅ^ｊΔ00、Ｂ₀₁ｅ^ｊΔ01、Ｂ₁₀ｅ^ｊΔ10、Ｂ₁₁ｅ^ｊΔ11、及び残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉの５つである。即ち、既知のチャネル行列Ｈ、受信信号Ｙ、及び復号結果又は等化結果Ｘ´を用いて、前述した４つのチャネル変動成分Ｂ₀₀ｅ^ｊΔ00、Ｂ₀₁ｅ^ｊΔ01、Ｂ₁₀ｅ^ｊΔ10、Ｂ₁₁ｅ^ｊΔ11のみならず残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉをも推定できる。なお、ここでは２×２のＭＩＭＯチャネルを例にとって説明したが、ＭＩＭＯチャネルの次数がより大きくなった場合は、考慮するシンボルの数を増やすことで、チャネル変動成分及び位相誤差成分を算出するために十分な数の関係式を用意することができる。

誤差推定部１８０は、例えば、前述の６つの関係式（１４）〜（１９）を生成した後、連立方程式の解を導くことにより、チャネル変動成分及び残留周波数オフセット成分を算出してもよい。その代わりに、誤差推定部１８０は、例えば、公知の再帰最小二乗（ＲＬＳ：Recursive Least Square）アルゴリズム又は最小平均二乗（ＬＭＳ：Least Mean Square）アルゴリズムを適用し、チャネル変動成分及び残留周波数オフセット成分を算出してもよい。

ここで、周波数制御部１３０によるキャリア周波数誤差の補正後に周波数のずれが残っていると、ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎによって分波されるサブキャリアごとの信号に直交ずれが残り、サブキャリア間の干渉を引き起こす。そのため、本実施形態では、誤差推定部１８０により算出された残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉを、図２に示すように周波数制御部１３０へフィードバックさせる。そして、周波数制御部１３０は、位相誤差成分としての当該残留周波数オフセット成分Ｐ_Δｉを用いて受信信号の位相をさらに補正した上で、受信信号をＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎへ出力する。

また、誤差推定部１８０により算出されたチャネル変動成分を用いて、よりチャネル特性の時間的な変動に適応した新たなチャネル行列Ｈ_ｉを式（３）に従って算出することができる。本実施形態において、等化部１６０は、例えば、かかるチャネル行列Ｈ_ｉを誤差推定部１８０から取得し、ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎから入力される受信信号の等化に用いる。

［２−２．受信処理の流れの一例］
ここまで、図１〜図３を用いて、本実施形態に係る受信装置１１０の構成について説明した。次に、図４を用いて、受信装置１１０による受信処理の流れを説明する。

図４は、本実施形態に係る受信装置１１０による無線信号の受信処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図４において、まず、無線受信部１２０により、受信アンテナ１１２ａ、ｂ…ｎを用いて、送信装置１００からＭＩＭＯチャネルを介して送信された無線信号が受信され、デジタル信号である受信信号が出力される（Ｓ２０２）。

次に、周波数制御部１３０により、受信信号に含まれるキャリア周波数誤差が検出され、キャリア周波数誤差の補正が行われる（Ｓ２０４）。

次に、ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎにより、周波数誤差が補正された受信信号の時間領域の信号が周波数領域のサブキャリアごとの信号に分波される（Ｓ２０６）。ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎにより分波された受信信号は、チャネル推定部１５０及び等化部１６０へ出力される。

次に、チャネル推定部１５０により、例えば、受信信号に含まれる既知信号を用いて、ＭＩＭＯチャネルの特性を表すチャネル行列Ｈが推定される（Ｓ２０８）。

そして、チャネル推定部１５０によるチャネル推定結果としてのチャネル行列Ｈを用いて、等化部１６０により、受信信号が等化される（Ｓ２１０）。

次に、復調復号部１７０により、等化された受信信号が復調及び復号される（Ｓ２１２）。復調復号部１７０により復号された信号は、データ信号としてホスト装置へ出力されると共に、誤差推定部１８０へ出力される。

そして、誤差推定部１８０により、チャネル行列、受信信号、及び復調復号部１７０による復号結果又は等化部１６０による等化結果に基づいて、チャネル変動成分及び位相誤差成分が推定される（Ｓ２１４）。

その後、誤差推定部１８０により推定された位相誤差成分としての残留周波数オフセットは、周波数制御部１３０へフィードバックされ（Ｓ２１６）、次に処理する信号についての周波数誤差の補正に用いられる。

また、誤差推定部１８０により推定されたチャネル変動成分は、新たなチャネル行列Ｈの計算に用いる値として、等化部１６０へフィードバックされる（Ｓ２１８）。

その後、処理すべき信号が残っていれば、処理はＳ２０２へ戻り、誤差推定部１８０により推定されたチャネル変動成分及び位相誤差成分を用いて、Ｓ２０２からＳ２１８までのステップが繰り返される（Ｓ２２０）。一方、処理すべき信号が残っていなければ、受信装置１１０による受信処理は終了する。

ここまで、図４を用いて、受信装置１１０による受信処理の流れの一例について説明した。なお、受信装置１１０による受信処理の一部（例えば誤差推定処理など）を、ソフトウェアを用いて実現してもよい。処理の全体又はその一部をソフトウェアで実行させる場合には、ソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ、又は例えば図５に示したコンピュータ９００などを用いて実行される。

図５において、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０２は、コンピュータ９００の動作全般を制御する。ＲＯＭ（Read Only Memory）９０４には、ソフトウェアを構成するプログラムやデータが格納される。ＲＡＭ（Random Access Memory）９０６には、処理の実行時にＣＰＵ９０２により用いられるプログラムやデータなどが一時的に記憶される。

ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ９０４、及びＲＡＭ９０６は、バス９１０を介して入出力インタフェース９１２と接続される。入出力インタフェース９１２は、ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ９０４、及びＲＡＭ９０６と、コンピュータ９００の外部との間で命令や情報を入出力するためのインタフェースである。

次に、これまで説明した受信装置１１０の構成を応用して実現し得る変形例について説明する。

［２−３．第１の変形例］
受信装置１１０がＯＦＤＭ方式により無線信号を受信した場合、ＦＦＴ部１４０ａ、ｂ…ｎにより分波されるサブキャリアごとの信号において、位相誤差成分がサブキャリアの周波数に応じた所定の傾きを有する場合がある。このような位相誤差成分の傾きは、例えば、受信装置１１０におけるクロックずれを原因として生じ得る。そこで、例えば、周波数制御部１３０において、誤差推定部１８０から出力される位相誤差成分のサブキャリア間の変化量を求め、その変化量から定まるサブキャリア周波数に応じた傾きに基づいて、クロックずれに起因する位相誤差を補正してもよい。それにより、クロックずれが生じた場合の受信信号の品質低下を防ぐことができる。

［２−４．第２の変形例］
また、受信装置１１０において、例えば、ＲＦ（Radio Frequency）回路の不完全性やＭＩＭＯチャネルのひずみなどを原因として、受信信号の位相だけでなく振幅にも誤差が生じる場合がる。そのため、例えば、前述の式（１３）の代わりに次式のように振幅誤差成分を推定するためのパラメータＢ_ｅを導入してもよい。

この場合、誤差推定部１８０において、振幅誤差成分Ｂ_ｅ（及びチャネル変動成分、位相誤差成分）を算出するために十分な数の関係式を式（１４）〜（１９）のように複数のシンボルにわたって生成し、当該関係式から振幅誤差成分Ｂ_ｅを算出することができる。

誤差推定部１８０により算出された振幅誤差成分Ｂ_ｅは、例えば、復調復号部１７０へフィードバックされる。そして、復調復号部１７０は、例えば、フィードバックされた振幅誤差成分Ｂ_ｅを用いて、等化部１６０から入力される等化後の受信信号の振幅を補正することができる。

［２−５．第３の変形例］
また、誤差推定部１８０により、複数回にわたりチャネル変動成分及び位相誤差成分を算出し、算出したチャネル変動成分及び位相誤差成分の加重平均値を計算することにより、各成分の推定結果の精度を高めてもよい。この場合、誤差推定部１８０は、例えば、算出したチャネル変動成分及び位相誤差成分を受信装置１１０の内部のメモリに必要となる回数分だけ一時的に保持しておき、その後メモリから複数回分のチャネル変動成分及び位相誤差成分を取得して加重平均値を計算する。誤差推定部１８０により算出された加重平均値は、例えば、周波数制御部１３０及び等化部１６０へ出力され、より精度の高い位相誤差の補正や受信信号の等化に利用される。

＜３．まとめ＞
ここまで、図１〜図５を用いて、主に受信装置１１０の構成を中心とし、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１０について説明を行った。本実施形態によれば、誤差推定部１８０においてＭＩＭＯチャネルの時間的変動に応じたチャネル変動成分が、復調復号部１７０による復号結果又は等化部１６０による等化結果を用いて推定され、チャネル行列に反映される。それにより、パケット長が長い場合であっても、例えばフェージングを原因とするチャネル特性の時間的な変動に対する適応性が向上される。

また、本実施形態によれば、誤差推定部１８０において、周波数制御部１３０によるキャリア周波数誤差の補正後に残る位相誤差成分も推定され、周波数制御部１３０へフィードバックされる。それにより、残留周波数オフセットやクロックずれなどに応じた位相誤差が周波数制御部１３０によって適宜補正される。その結果、例えばＦＦＴ部１４０における直交ずれなどを原因とするサブキャリア間の干渉が回避され、受信装置１１０における通信サービスの品質がさらに高められる。

なお、本明細書において説明した一実施形態に係る送信装置１００及び受信装置１１０は、例えば、携帯電話端末や携帯情報端末などの無線通信装置、又はＰＣ（Personal Computer）や情報家電などの情報処理装置であってよい。その代わりに、一実施形態に係る送信装置１００及び受信装置１１０は、例えば、前述した各装置に搭載される無線通信モジュールなどであってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、図４を用いて説明した一実施形態に係る受信処理を、必ずしもフローチャートに記載された順序に沿って実行しなくてもよい。各処理ステップは、並列的あるいは個別に独立して実行される処理を含んでもよい。

一実施形態に係る無線通信システムを示す模式図である。 一実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る無線受信部の構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る受信処理の流れを示すフローチャートである。 コンピュータの構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 無線通信システム
１００ 送信装置
１０２ 送信アンテナ
１１０ 受信装置
１１２ 受信アンテナ
１２０ 無線受信部
１２２ ＡＧＣ部
１２４ ＡＤＣ部
１２６ フィルタ部
１２８ 同期部
１３０ 周波数制御部
１４０ ＦＦＴ部
１５０ チャネル推定部
１６０ 等化部
１７０ 復調復号部
１８０ 誤差推定部

Claims (12)

1. 複数の送信アンテナから送信される無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信部と；
   前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御部と；
   各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定部と；
   前記チャネル推定部により推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化部と；
   前記等化部により等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号部と；
   前記チャネル行列、前記受信信号、及び、前記復調復号部による復号結果又は前記等化部による等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定部と；
   を備え、
   前記誤差推定部は、前記チャネル行列、並びに、少なくとも３つの受信シンボルにわたる前記受信信号及び前記復号結果又は前記等化結果に基づいて、前記位相誤差成分のうちの残留周波数オフセット成分を推定する、
   受信装置。
2. 前記誤差推定部は、前記残留周波数オフセット成分を算出するために十分な数の前記受信信号と前記復号結果又は前記等化結果との間の関係式を前記少なくとも３つの受信シンボルを用いて生成し、生成した当該関係式を解くことにより前記残留周波数オフセット成分を算出する、請求項１に記載の受信装置。
3. 前記誤差推定部は、前記チャネル行列、前記受信信号、及び前記復号結果又は前記等化結果を用いて、再帰最小二乗アルゴリズム又は最小平均二乗アルゴリズムに従って前記残留周波数オフセット成分を算出する、請求項１に記載の受信装置。
4. 前記誤差推定部は、複数回にわたり算出した前記チャネル変動成分及び前記位相誤差成分の加重平均値を出力する、請求項１に記載の受信装置。
5. 前記等化部は、前記誤差推定部により推定された前記チャネル変動成分をさらに用いて前記受信信号を等化する、請求項１〜４のいずれかに記載の受信装置。
6. 前記周波数制御部は、前記誤差推定部により推定された前記位相誤差成分を用いて、前記受信信号の位相をさらに補正する、請求項１〜４のいずれかに記載の受信装置。
7. 前記周波数制御部は、前記誤差推定部により推定された前記位相誤差成分のサブキャリア間の変化量に基づいて、クロックずれに起因する位相の誤差を補正する、請求項１〜４のいずれかに記載の受信装置。
8. 前記誤差推定部は、前記チャネル行列、前記受信信号、及び前記復号結果又は前記等化結果に基づいて、前記受信信号に残る振幅誤差成分をさらに推定する、請求項１〜４のいずれかに記載の受信装置。
9. 前記復調復号部は、前記誤差推定部により推定された前記振幅誤差成分を用いて、前記等化部による前記等化結果の振幅を補正する、請求項８に記載の受信装置。
10. 受信装置における無線信号の受信方法であって：
    複数の送信アンテナから送信される無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信ステップと；
    前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御ステップと；
    各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定ステップと；
    推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化ステップと；
    等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号ステップと；
    前記チャネル行列、前記受信信号、及び、復号結果又は等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定ステップと；
    を含み、
    前記位相誤差成分のうちの残留周波数オフセット成分は、前記チャネル行列、並びに、少なくとも３つの受信シンボルにわたる前記受信信号及び前記復号結果又は前記等化結果に基づいて推定される、
    受信方法。
11. 複数の送信アンテナから送信される無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信部；
    前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御部；
    各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定部；
    前記チャネル推定部により推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化部；
    及び、前記等化部により等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号部；
    を備える受信装置を制御するコンピュータを：
    前記チャネル行列、前記受信信号、及び、前記復調復号部による復号結果又は前記等化部による等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定部；
    として機能させるためのプログラムであって、
    前記誤差推定部は、前記チャネル行列、並びに、少なくとも３つの受信シンボルにわたる前記受信信号及び前記復号結果又は前記等化結果に基づいて、前記位相誤差成分のうちの残留周波数オフセット成分を推定する、
    プログラム。
12. 複数の送信アンテナから無線信号を送信する送信装置と：
    前記無線信号を複数の受信アンテナにより受信し、デジタル信号である受信信号を出力する無線受信部；
    前記受信信号に含まれる周波数誤差を検出して当該周波数誤差を補正する周波数制御部；
    各送信アンテナと各受信アンテナとの間の個々の対に対応するチャネルの特性を要素とするチャネル行列を推定するチャネル推定部；
    前記チャネル推定部により推定された前記チャネル行列を用いて前記受信信号を等化する等化部；
    前記等化部により等化された前記受信信号を復調及び復号する復調復号部；
    並びに、前記チャネル行列、前記受信信号、及び、前記復調復号部による復号結果又は前記等化部による等化結果に基づいて、各チャネルの特性の時間的変動を表すチャネル変動成分及び前記受信信号に残る位相誤差成分を推定する誤差推定部；
    を備える受信装置と：
    を含み、
    前記誤差推定部は、前記チャネル行列、並びに、少なくとも３つの受信シンボルにわたる前記受信信号及び前記復号結果又は前記等化結果に基づいて、前記位相誤差成分のうちの残留周波数オフセット成分を推定する、
    無線通信システム。

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